DISPOSITIVO QUE ENFRIA UNA CORRIENTE FLUIDA OBTENIENDO ADEMAS ENERGIA ELECTRICA.

Dispositivo de enfriamiento de una corriente fluida obteniendo a su vez energía eléctrica.

El enfriamiento se consigue haciendo pasar la corriente a refrigerar por un cambiador de calor refrigerado por una corriente refrigeradora. Esta corriente absorbe calor de la corriente a refrigerar. La corriente refrigeradora se somete a un ciclo complejo de refrigeración en el transcurso del cual se consigue transformar la energía absorbida por el fluido refrigerante en el cambiador de calor en energía eléctrica. Tras ello, la corriente refrigeradora vuelve al inicio del ciclo en condiciones de enfriar la corriente refrigerada

Dispositivo que enfría una corriente fluida obteniendo además energía eléctrica.

La invención se refiere a un dispositivo en el cual entra un fluido a temperatura T₁ y sale a temperatura T₂, siendo T₂ menor que T₁. La diferencia de energía interna entre los dos estados se convierte en energía eléctrica aprovechable.

Actualmente, para enfriar una corriente fluida es necesario aportar una cierta cantidad de energía eléctrica al dispositivo, p. ej. dispositivos de aire acondicionado o dispositivos de refrigeración. Para obtener energía eléctrica de una corriente fluida, es necesario utilizar dispositivos tales como turbinas eléctricas que giran impulsadas por la fuerza de la corriente fluida.

Las desventajas de los sistemas actualmente en uso son: para los dispositivos de refrigeración es necesario aportar energía eléctrica para su funcionamiento; para los sistemas que producen energía eléctrica de una corriente fluida es necesario utilizar dispositivos complejos y que imponen una serie de condiciones restrictivas a la corriente fluida, limitando la viabilidad de la conversión energética y penalizando sobremanera el rendimiento de tal conversión en los casos en que es posible.

De acuerdo con la presente invención, es posible obtener de una manera directa energía eléctrica a partir de una corriente fluida y enfriarla al mismo tiempo. Para ello se utiliza un cambiador de calor (cambiador de calor principal) en el que se transfiere la energía calorífica a un fluido refrigerante (fluido refrigerante principal). Este fluido refrigerante principal, adecuadamente manipulado a lo largo de las distintas estaciones de un circuito complejo de refrigeración consigue convertir la energía calorífica absorbida en el cambiador de calor principal en electricidad y volver al inicio del ciclo en condiciones de enfriar nuevamente la corriente fluida. El circuito complejo de refrigeración consta de un circuito de refrigeración principal y de dos circuitos sangrados del circuito de refrigeración principal: el circuito de refrigeración secundario y el circuito de refrigeración auxiliar 1. El fluido refrigerante principal, una vez que ha pasado por el cambiador de calor principal, se comprime en un compresor, elevando su temperatura. Posteriormente se hace pasar por el cambiador de calor secundario. Este cambiador consta de un distribuidor, un elemento caliente, un elemento frío y una unidad de conversión separando ambos elementos. El fluido refrigerante comprimido se pone en contacto térmico con el elemento caliente del cambiador de calor secundario de manera que se maximice la superficie de contacto y, por tanto, la transferencia de calor. El fluido refrigerante principal se expande después en una válvula de expansión, convirtiéndose en vapor y bajando, por tanto, su temperatura. Tras ello, se somete a la corriente refrigerante a dos sangrados. El primero alimenta al circuito de refrigeración secundario, el cual pone en contacto térmico el fluido sangrado con el elemento frío del cambiador de calor secundario de manera que se maximice la superficie de contacto y, por tanto, la transferencia de calor. La unidad de conversión está compuesta por un conjunto de termopilas dispuestas en serie (parte fría de una = parte caliente de la siguiente) de forma que la parte caliente de la primera y la parte fría de la última estén en contacto con el elemento caliente y con el elemento frío del cambiador secundario respectivamente y conectadas eléctricamente de acuerdo a los requerimientos eléctricos (V, I) de la aplicación concreta. Cada termopila produce una cantidad de energía eléctrica al ser sometida a una diferencia de temperatura entre su cara fría y su cara caliente (efecto Seebeck). La parte de la energía calorífica presente en la parte caliente que no se transforma en energía eléctrica se transfiere a la parte fría. Disponiendo un número suficiente de termopilas se consigue que la energía transferida a la parte fría de la última termopila en forma de calor sea pequeña en comparación con la energía eléctrica obtenida y pueda ser absorbida sin problema por el circuito de refrigeración secundario. Este circuito desemboca en un punto del circuito de refrigeración principal (después del cambiador de calor principal y antes del compresor). El segundo sangrado se realiza para refrigerar el interior del dispositivo, de manera que el calor disipado por el funcionamiento de los diversos componentes sea recogido por esta corriente refrigerante sangrada (fluido refrigerante auxiliar 1). Para recoger este calor se utiliza un circuito de refrigeración auxiliar (circuito de refrigeración auxiliar 1). Este circuito puede ser pasivo o activo. En el caso pasivo se sangra líquido refrigerante del circuito principal aguas abajo de la válvula de expansión o del tramo frío del circuito de refrigeración secundario (antes del cambiador de calor secundario), y se conduce el circuito a los puntos calientes del equipo, de forma que absorba ese calor residual. El caso activo es análogo en cuanto al sangrado, pero para refrigerar el equipo se hace pasar el aire contenido en el equipo a través de un pequeño cambiador de calor (cambiador de calor auxiliar 1) que utiliza como fluido refrigerante el contenido en el circuito de refrigeración auxiliar 1. Existe la posibilidad de combinar ambos conceptos, caso mixto, haciendo pasar un fluido refrigerante (fluido refrigerante auxiliar 2) por las partes calientes del equipo para posteriormente entregar el calor absorbido al fluido refrigerante auxiliar 1 en un pequeño cambiador de calor (cambiador de calor auxiliar 2). El circuito de refrigeración auxiliar 1 desemboca en un punto del circuito de refrigeración principal (después del cambiador de calor principal y antes del compresor). Parte de la energía eléctrica obtenida se invierte en alimentar al compresor y los dispositivos electrónicos adicionales necesarios para controlar el funcionamiento del equipo; el resto se entrega al exterior a través de un conector eléctrico. Tras los sangrados, el circuito de refrigeración principal pasa de nuevo por el cambiador de calor principal. De esta manera queda cerrado el ciclo, obteniendo enfriamiento y energía eléctrica a partir de una corriente fluida. El dispositivo se encuentra encapsulado en un recipiente adiabático (con una entrada y una salida para el cambiador de calor principal y el conector donde se entrega la energía eléctrica), de forma que el único intercambio energético con el entorno es el que se produce en el cambiador de calor principal y la entrega de energía eléctrica a través del conector.

Para aplicaciones en las que se requiera un enfriamiento inmediato de la corriente, se puede incluir (preferiblemente dentro del equipo) un pequeño circuito adicional de refrigeración (circuito de refrigeración auxiliar 3) compuesto de un compresor, una válvula de expansión, un cambiador de calor (cambiador de calor auxiliar 3), conductos de conexión y un cambiador de calor (cambiador de calor auxiliar 4) donde se intercambia calor con el ambiente (aire en el interior del equipo si el circuito está confinado en el mismo recipiente que el equipo). El cambiador de calor auxiliar 3 intercambia calor entre el fluido refrigerante principal (tramo inmediatamente aguas arriba del cambiador principal) y el fluido refrigerante auxiliar 3 (tramo frío: aguas abajo de la válvula de expansión del circuito refrigerante auxiliar 3).

En algunas aplicaciones puede ser conveniente refrigerar otras corrientes fluidas además de la principal. En estos casos el dispositivo debe incorporar una entrada y una salida por cada corriente a refrigerar. Esta corriente se dirige a uno de los cambiadores de calor existentes en el dispositivo. Si ninguno de los cambiadores de calor existentes cumple con los requisitos de este nuevo flujo, se debe añadir un cambiador de calor ad hoc, de manera que intercambie calor entre el flujo a refrigerar y alguno de los circuitos de refrigeración existentes. Una vez intercambiado el calor, la corriente fluida refrigerada sale por la nueva salida.

Para aplicaciones en las que el dispositivo esté inmovilizado, es posible obtener el fluido refrigerante principal de otra manera: se dispone un cambiador de calor (calentador) aguas arriba del cambiador de calor principal (corriente fluida a refrigerar). Por otro lado, un fluido (p. ej. agua), soluto, se expande en un intercambiador de calor (evaporador), el cual enfría una corriente fluida (corriente fluida refrigerada principal). El vapor de soluto es inmediatamente absorbido por otro fluido (disolvente, p. ej. Bromuro de Litio) en el absorbedor, produciendo una solución concentrada. Esta solución pasa...

1. Dispositivo de refrigeración de una corriente fluida obteniendo energía eléctrica utilizando un circuito de refrigeración por compresión-expansión o absorción caracterizador por la utilización de un circuito de realimentación y de un conjunto de termopilas entre ambos circuitos.

2. Un dispositivo de refrigeración según la reivindicación 1, caracterizado por que se sustituye el conjunto de termopilas por un sistema de recepción de la radiación infrarroja, que convierte una parte de la radiación emitida por el elemento caliente en electricidad. El resto es absorbido por el elemento frío.

3. Un dispositivo de refrigeración según la reivindicación 1, caracterizado por que se sustituye el conjunto de termopilas por un dispositivo que permite la interferencia electromagnética entre una onda electromagnética portadora y el ruido térmico generado por la radiación infrarroja anteriormente mencionada. La onda resultante se recoge en una antena receptora. Una parte de esa energía se utiliza en generar una nueva onda portadora y el resto es energía eléctrica utilizable. La radiación infrarroja que no es interferida por la onda portadora es recogida por el elemento frío.