PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCION DE FRIO O CALOR MEDIANTE UN SISTEMA DE SORCION.

Procedimiento para la producción de frío y/o de calor en un lugar dado a partir de una o varias fuentes de energía térmica,

que comprende una sucesión de fenómenos reversibles entre un gas y un líquido o un sólido, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende un conjunto HP que a su vez comprende unos reactores R1 y R''1, un conjunto BP que comprende unos reactores R3 y R''3 y eventualmente un conjunto PI que comprende unos reactores R2 y R''2, en el que cada reactor Ri; constituye la ubicación de una sorción reversible produciendo y consumiendo alternativamente el gas Gi; cada reactor R''i constituye la ubicación de un fenómeno reversible produciendo y consumiendo alternativamente el gas Gi; los sorbentes y gases respectivos en los reactores se seleccionan de tal modo que, a una presión dada: la temperatura de equilibrio de la sorción en el reactor Ri de un conjunto sea superior a la temperatura de equilibrio del fenómeno reversible en el reactor R''i del mismo conjunto, la temperatura de equilibrio de la sorción en el reactor R1 sea inferior a la que hay en R3 y, dado el caso, la temperatura de equilibrio de la sorción en R2 esté entre las temperaturas de equilibrio en R1 y R3; los reactores Ri y R''i de un conjunto están provistos de unos medios para intercambiar el gas Gi; los reactores Ri están provistos de unos medios para intercambiar calor entre ellos; y los reactores están aislados de la presión atmosférica; comprendiendo dicho procedimiento:

- las fuentes de energía térmica necesarias para el funcionamiento de la instalación y alimentando los reactores R''1, R''3 y, dado el caso, R''2;

- comprende:

• Una etapa preliminar en la que los medios de intercambio de gas entre dos reactores de un conjunto están cerrados y se ponen los sorbentes y gases respectivos a temperatura normal en los reactores de tal modo que el reactor R1 del conjunto HP contenga el sorbente bajo la forma rica en gas (B1, G1), el reactor R''1 está en situación de consumir el gas G1, el reactor R3 del conjunto BP contiene el sorbente bajo la forma pobre en gas B3 y el reactor R''3 correspondiente está en situación de suministrar gas G3;

• Una etapa a) de producción de frío y/o de calor, en el curso de la cual se abren los medios de intercambio de gas entre los reactores R3 y R''3 por una parte, los reactores R1 y R''1, y dado el caso, entre los reactores R2 y R''2, eventualmente tras haber llevado el reactor R''3, y dado el caso, a R''2 una temperatura superior a la temperatura normal mediante aporte de energía calorífica;

• Una etapa b) de regeneración en el curso de la cual se abren los medios de intercambio de gas entre los reactores R3 y R''3 por una parte, los reactores R1 y R''1, y dado el caso, entre los reactores R2 y R''2, tras haber llevado el reactor R''1, y dado el caso R''2 a una temperatura superior a la temperatura normal mediante aporte de energía calorífica

Procedimiento para la producción de frío o calor mediante un sistema de sorción.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de frío y/o de calor mediante un sistema de sorción.

Cuando la producción de energía no está situada en la proximidad del lugar en el que la energía se requiere, es necesario prever unos medios de transporte. El medio de transporte de la energía más extendido lo constituyen las redes de distribución de electricidad. Sin embargo, por una parte es bien conocido que el rendimiento de la conversión de una energía primaria en electricidad no rebasa el 50%, y por otra parte, el transporte de la electricidad comporta unas pérdidas del orden del 15%. Es conocido asimismo el transporte de la energía bajo la forma térmica para la distribución de frío o de calor, particularmente en las redes urbanas o industriales, con la ayuda de unos fluidos portadores del calor (tales como por ejemplo el agua o el vapor) que intercambian el calor con el medio que se debe calentar o enfriar. Dichos tipos de intercambio hacen intervenir, en la mayoría de los casos, un intercambio de calor sensible o de calor latente, lo que engendra la recirculación de grandes caudales de fluido y, en consecuencia, de unas pérdidas térmicas asociadas en el nivel de temperatura alto o bajo del fluido portador de calor, así como un consumo considerable de energía de bombeo.

Son conocidas las instalaciones de producción de calor o de frío basadas en unos sistemas termoquímicos, que aplican unos fenómenos reversibles entre un gas, denominado gas de trabajo, y un líquido o un sólido. En dichos sistemas, la etapa de combinación entre el gas y el líquido o el sólido (absorción de gas por el líquido, adsorción sobre el sólido, reacción entre el gas y el sólido) es exotérmica, y la etapa inversa es endotérmica. Se han descrito numerosos reactores y procedimientos basados en dichos principios. Se puede citar, particularmente, el documento US-4,531,374 (Alefeld) que describe varias variantes de un dispositivo de producción de frío o de calor basado en unas reacciones reversibles. Dichos dispositivos funcionan mediante la absorción reversible de un gas de trabajo por un líquido en dos circuitos de circulación del gas de trabajo funcionando en dos o tres niveles de presión.

Teniendo en cuenta los diversos modos de funcionamiento descritos, la utilización de un reactor de dichas características precisa de la puesta en circulación del absorbente líquido entre uno de los reactores de uno de los circuitos de circulación del gas de trabajo y uno de los reactores del otro circuito. Dicha puesta en circulación de grandes cantidades de líquido precisa de unos medios de bombeo que consumen unas cantidades de energía nada despreciables, y de importantes medios de aislamiento para evitar las pérdidas térmicas durante el transporte del líquido. La energía aportada al dispositivo en el curso de un ciclo completo de funcionamiento, se aporta a veces al evaporador que proporciona el gas de trabajo, y a veces a un reactor que contiene el líquido enriquecido con gas, con vistas a liberar el gas, por lo tanto teniendo lugar dicho aporte a temperaturas más elevadas que la temperatura de evaporación del gas y, por consiguiente, comportando un coste más elevado.

Además, los documentos US-4,523,635 y US-4,623,018 describen unos sistemas que funcionan por inserción reversible de hidrógeno en los hidruros. Los sistemas comprenden por lo menos dos unidades de funcionamiento constituidas cada una de ellas por dos reactores que contienen un hidruro, que están unidas por un conducto que permite la circulación del hidrógeno. Según el documento US-4,523,635, durante un ciclo de funcionamiento, la liberación de hidrógeno a partir de un primer hidruro se efectúa mediante aporte de calor a temperatura elevada al reactor de una unidad de funcionamiento que contiene el hidruro cuya temperatura de equilibrio es la más elevada. En el modo de funcionamiento descrito en el documento US-4,623,018, durante un ciclo, existe siempre por lo menos una etapa durante la que se aporta calor mediante una fuente exterior a un reactor "alta temperatura" de una de las unidades de funcionamiento.

La presente invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento para la producción de frío y/o calor en su lugar de utilización, a partir de una o de varias fuentes de energía térmica, evitando transportar la materia líquida o sólida, y suministrando la energía necesaria para el funcionamiento de la instalación en un nivel de temperatura relativamente bajo.

En una instalación utilizable según la presente invención, los reactores R₁, R'₁ del conjunto HP funcionan por lo tanto en un rango de (presión, temperatura) (PT)₁ situado en un nivel globalmente más elevado que el rango (PT)₃ del conjunto BP. El conjunto PI, cuando la instalación comprende tres conjuntos, funciona en un rango (PT)₂ intermedio entre (PT)₁ y (PT)₃.

Los fenómenos reversibles en los reactores R'_i pueden seleccionarse entre los cambios de fase líquido/gas y entre las sorciones reversibles tales como las reacciones químicas...

1. Procedimiento para la producción de frío y/o de calor en un lugar dado a partir de una o varias fuentes de energía térmica, que comprende una sucesión de fenómenos reversibles entre un gas y un líquido o un sólido, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende un conjunto HP que a su vez comprende unos reactores R₁ y R'₁, un conjunto BP que comprende unos reactores R₃ y R'₃ y eventualmente un conjunto PI que comprende unos reactores R₂ y R'₂, en el que cada reactor R_i; constituye la ubicación de una sorción reversible produciendo y consumiendo alternativamente el gas G_i; cada reactor R'_i constituye la ubicación de un fenómeno reversible produciendo y consumiendo alternativamente el gas G_i; los sorbentes y gases respectivos en los reactores se seleccionan de tal modo que, a una presión dada: la temperatura de equilibrio de la sorción en el reactor R_i de un conjunto sea superior a la temperatura de equilibrio del fenómeno reversible en el reactor R'_i del mismo conjunto, la temperatura de equilibrio de la sorción en el reactor R₁ sea inferior a la que hay en R₃ y, dado el caso, la temperatura de equilibrio de la sorción en R₂ esté entre las temperaturas de equilibrio en R₁ y R₃; los reactores R_i y R'_i de un conjunto están provistos de unos medios para intercambiar el gas G_i; los reactores R_i están provistos de unos medios para intercambiar calor entre ellos; y los reactores están aislados de la presión atmosférica; comprendiendo dicho procedimiento:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, para la producción de frío en un lugar dado a partir de unas fuentes de energía térmica situadas en otro lugar, según el cual:

3. Procedimiento para la producción de frío según la reivindicación 2, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende los conjuntos HP y BP, en las condiciones siguientes:

4. Procedimiento para la producción de frío según la reivindicación 2, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende tres conjuntos HP, BP y PI que comprenden respectivamente los reactores R₁, R'₁, R₃, R'₃, y R₂ R'₂, en las condiciones siguientes:

5. Procedimiento de producción de frío según la reivindicación 2, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende tres conjuntos HP, BP y PI que comprenden respectivamente los reactores R₁, R'₁, R₃, R'₃, y R₂, R'₂, en las condiciones siguientes:

6. Procedimiento para la producción de frío según la reivindicación 2, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende tres conjuntos HP, BP y PI que comprenden respectivamente los reactores R₁, R'₁, R₃, R'₃, y R₂, R'₂, en las condiciones siguientes:

7. Procedimiento según la reivindicación 1 para la producción de calor a una temperatura superior a la de una fuente de energía calorífica, según el cual, durante la etapa a) de producción, se aporta la energía calorífica a la instalación por el reactor R'₃, y eventualmente por el reactor R'₂, antes de abrir los medios de intercambio de gas entre los reactores R₃ y R'₃, y eventualmente entre los reactores R₂ y R'₂.

8. Procedimiento según la reivindicación 7 para la producción de calor en un lugar dado a partir de unas fuentes de energía calorífica situadas en otro lugar, según el cual se utiliza como fuente de calor para la etapa b) de regeneración, la exergía del calor producido a temperatura elevada durante la etapa a).

9. Procedimiento para la producción de calor según cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 8, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende un conjunto HP que comprende los reactores R₁ y R'₁ y un conjunto BP que comprende los reactores R₃ y R'₃, en las condiciones siguientes:

10. Procedimiento de producción de calor según cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 8, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende tres conjuntos HP, BP y PI que comprenden respectivamente los reactores R₁, R'₁, R₃, R'₃, y R₂, R'₂, en las condiciones siguientes:

11. Procedimiento para la producción de calor según cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 8, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende tres conjuntos HP, BP y PI que comprenden respectivamente los reactores R₁, R'₁, R₃, R'₃, y R₂, R'₂, en las condiciones siguientes:

12. Procedimiento para la producción de calor según cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 8, aplicándose dicho procedimiento en una instalación que comprende tres conjuntos HP, BP y PI que comprenden respectivamente los reactores R₁, R'₁, R₃, R'₃, y R₂, R'₂, en las condiciones siguientes:

13. Procedimiento según la reivindicación 1, siendo el fenómeno reversible en los reactores R'_i un cambio de fase líquido/gas, una adsorción de un gas en un sólido, una absorción de un gas en un líquido, una reacción química entre un gas y un sólido o un líquido, o la formación de clatratos hidratos.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, siendo el fenómeno reversible en los reactores R_i una adsorción de un gas en un sólido, una absorción de un gas en un líquido, una reacción química entre un gas y un sólido o un líquido, o la formación de clatratos hidratos.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, según el cual, los fenómenos reversibles en todos los conjuntos de la instalación ponen en juego el mismo gas.