Una unidad refrigeradora de adsorción accionada por calor, que comprende:

- un condensador (C) que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida;

- un evaporador (E) que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida, estando conectado el extremo de entrada al extremo de salida del condensador (C) a través de una válvula (S) de accionamiento; y

- una serie de generadores (G1, G2, G3, G4) de sorción-desorción, cada uno de los cuales tiene extremos de entrada y de salida para la conexión al condensador (C) y al evaporador (E) para crear un circuito de flujo refrigerante, y una fuente de calor para operar cada generador (G1, G2, G3, G4) a alta y baja temperaturas, pudiendo accionarse los generadores (G1, G2, G3, G4) para hacer fluir el refrigerante a través del condensador (C) y del evaporador (E), para proporcionar un efecto refrigerante en el evaporador (E);

caracterizado porque

la serie de generadores (G1, G2, G3, G4) comprende dos parejas de generadores (G1, G2), (G3, G4), comprendiendo cada pareja:

- un primer generador (G1, G3) que tiene un extremo de salida conectado al extremo de entrada del condensador (C) a través de una primera válvula (N1, N2) de retención dispuesta para impedir el flujo desde el condensador al primer generador; y

- un segundo generador (G2, G4) que tiene un extremo de entrada conectado al extremo de salida del evaporador (E) a través de una segunda válvula (N3, N4) de retención dispuesta para impedir el flujo desde el segundo generador al evaporador, y un extremo de salida conectado al extremo de entrada del primer generador a través de una tercera válvula (N5, N6) de retención dispuesta para impedir el flujo desde el extremo de entrada del primer generador al extremo de salida del segundo generador;

pudiendo accionarse independientemente cada pareja de generadores para conducir el fluido a través del condensador y del evaporador para proporcionar un efecto refrigerante

Unidad refrigeradora de absorción de aire enfriado a baja temperatura en dos etapas.

Campo técnico

La presente invención está relacionada con una unidad refrigeradora que es aplicable a un refrigerador de adsorción de baja calidad accionado por calor, utilizando un ciclo que permite el uso de agua a baja temperatura ambiente y agua "caliente" a temperatura relativamente baja para crear un efecto refrigerante con una eficiencia relativamente alta cuando se compara con ciclos anteriores.

Técnica anterior

El principio de generar un efecto refrigerante utilizando calor es muy conocido y el tradicional ciclo de absorción está basado en este principio. Sin embargo, debido a los muchos problemas asociados con los tradicionales ciclos de absorción, la atención se está desviando hacia la adsorción. La adsorción no requiere una solución líquida para funcionar en el ciclo, lo cual lo simplifica drásticamente y los recientes avances en los mecanismos electrónicos de control hacen más fácil funcionar en régimen estable incluso con un suministro de calor variable.

Los usos propuestos previamente de la adsorción en el acondicionamiento y enfriamiento del aire tienen diversas formas. Ejemplos de ello pueden encontrarse en los documentos US5806323, US7082781, US4219341, US5806323, US20050103615 A1, JP2002250573, JP4291751, WO03046449, WO2004/094948 A1, CN 1266168 y US6170279.

Las técnicas descritas en los documentos US5806323, US7082781, US4219341, JP4291751 y US5806323 están basadas en el principio de deshumidificación del aire (efecto desecante), el cual permite la eliminación de la humedad del aire de forma tal que se puede realizar subsiguientemente el enfriamiento evaporativo. Aunque la eliminación de la humedad del aire es un principio de adsorción, tiene ciertos problemas. El efecto desecante funciona para el aire húmedo y no puede generar agua refrigerada. No se considera un proceso activo de enfriamiento porque se necesita el enfriamiento evaporativo para rebajar la temperatura del aire en el acondicionamiento de aire y no puede utilizarse para aplicaciones industriales. Incluso para el acondicionamiento de aire residencial tiene dos desventajas principales: la primera es la incapacidad de funcionar en zonas secas, mientras que la segunda es la necesidad de añadir humedad para rebajar la temperatura del aire que puede llegar a ser inconfortable y consumir agua.

En el mercado hay disponibles máquinas de adsorción activa basadas en gel de sílice y funcionamiento de una sola etapa. Estas máquinas utilizan agua como refrigerante y el gel de sílice tiene la capacidad de adsorber el vapor de agua para generar agua refrigerada. Sin embargo, tales máquinas sufren la necesidad de ser enfriadas por aire, y como el agua al nivel requerido de vacío no puede ser condensada a temperaturas del aire ambiente de 35ºC o 40ºC, se necesita una torre de refrigeración para crear una temperatura de enfriamiento del agua por debajo de la atmosférica. Tales máquinas son también voluminosas en tamaño debido a la baja capacidad de adsorción del gel de sílice y con-secuentemente son costosas. El documento WO2004/094928 divulga una modificación del refrigerador de adsorción de gel de sílice que funciona con una buena eficiencia y una temperatura del agua caliente "baja". Sin embargo, la má-quina sigue siendo enfriada por agua, ya que necesita una temperatura de refrigeración por debajo de 30ºC. Utiliza un núcleo giratorio para eliminar el mecanismo de intercambio que se utiliza normalmente en las máquinas de adsorción

El documento JP2002250573 describe un dispositivo de refrigeración/calefacción asistido por energía solar, en el cual se utiliza un refrigerador de adsorción accionado por energía solar para rebajar la temperatura del refrigerador tradicional basado en compresor en el verano, y proporcionar calor como bomba de calor en el ciclo inverso durante el invierno, aumentando así la eficiencia del refrigerador tradicional. Como el refrigerador de adsorción no necesita proporcionar baja temperatura y solamente necesita reducir la temperatura del condensador por debajo de la atmosférica, se puede utilizar un refrigerador de adsorción de gel de sílice que funcione a una presión relativamente alta que no necesite una temperatura baja del agua refrigerante y por tanto no se necesita la torre de refrigeración. Sin embargo, ese dispositivo no puede generar un efecto refrigerante por sí mismo y necesita estar conectado a un ciclo de refrigeración normal de compresión de vapor para generar cualquier refrigeración requerida.

Para evitar la necesidad de una torre de refrigeración, se puede seleccionar una pareja diferente de sorbente-refrigerante distinta al agua-sílice. Por tanto, el refrigerante puede ser condensado a temperaturas más altas que las que necesita el refrigerador de adsorción de gel de sílice y se puede eliminar la necesidad de la torre de refrigeración. Utilizando el mismo ciclo de una sola etapa de los refrigeradores de adsorción de gel de sílice, las técnicas descritas en los documentos US20050103615, WO03046449, CN 1266168 y US6170279 utilizan adsorbentes tales como el carbono activado, zeolita y cloruro de calcio. Los refrigerantes utilizados son amoniaco y metanol. Aunque estas técnicas utilizan diversas técnicas para utilizar distintas fuentes de calor y métodos para transferir el calor, básicamente todas utilizan el mismo ciclo de funcionamiento basado en la compresión de una sola etapa de los gases refrigerantes en el proceso de desorción. El principal inconveniente de tal ciclo es que toda la adsorción del refrigerante del material absorbente tiene lugar a baja presión, mientras que toda la desorción tiene lugar a alta presión. O bien se necesita una alta temperatura para el proceso de desorción o bien se consigue solamente un bajo nivel de eficiencia. Los documentos US20050103615 y WO03046449 describen sistemas que utilizan colectores solares concentrados para conseguir temperaturas de alrededor de 130ºC para obtener una eficiencia intermedia (COP (coeficiente de rendimiento) de 0,2 - 0,4) incluso para un ciclo intermitente (ciclo día-noche).

El documento US6170279 describe un sistema que utiliza la temperatura de los gases de escape de un motor de una embarcación para conseguir un nivel de eficiencia similar. Utilizando la energía solar sin un concentrador, el sistema descrito en el documento CN1266168 consigue un nivel de eficiencia muy bajo (COP 0,05 - 0,1).

Las técnicas descritas anteriormente adolecen del problema de que o bien no pueden funcionar a temperaturas ambiente o bien funcionan solamente con bajos niveles de eficiencia. La presente invención tiene como objetivo superar estos problemas utilizando un proceso de compresión de dos etapas y desorción, de manera que la mayor parte de la adsorción tiene lugar a alta presión, mientras que la mayor parte de la desorción tiene lugar a baja presión. Como resultado, se adsorbe y desadsorbe más refrigerante a la misma temperatura, lo cual permite el uso de una fuente de temperatura relativamente baja de energía, al tiempo que se obtiene una eficiencia relativamente alta en comparación con los sistemas existentes. Además, la presente invención permite la utilización de varias parejas de adsorbente-refrigerante, de manera que puede construirse un refrigerador de aire enfriado. El documento JP-A-2005 172 380 divulga una unidad refrigeradora de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Divulgación de la invención

Un aspecto de esta invención proporciona una unidad refrigeradora de adsorción, accionada por calor, que comprende:

- un condensador que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida;

- un evaporador que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida, estando conectado el extremo de entrada al extremo de salida del condensador a través de una válvula de accionamiento; y

- una serie de generadores de sorción-desorción, cada uno de los cuales tiene extremos de entrada y de salida para la conexión al condensador y al evaporador para crear un circuito de flujo refrigerante, y una fuente de calor para operar cada generador a alta y baja temperaturas, pudiendo accionarse los generadores para hacer fluir el refrigerante a través del condensador y del evaporador, para proporcionar un efecto refrigerante en el evaporador;

donde

la serie de generadores comprende dos parejas de generadores, comprendiendo cada pareja:

- un primer generador que tiene un extremo de salida conectado al extremo de entrada del condensador a través de una primera válvula de retención...

1. Una unidad refrigeradora de adsorción accionada por calor, que comprende:

caracterizado porque

la serie de generadores (G1, G2, G3, G4) comprende dos parejas de generadores (G1, G2), (G3, G4), comprendiendo cada pareja:

pudiendo accionarse independientemente cada pareja de generadores para conducir el fluido a través del condensador y del evaporador para proporcionar un efecto refrigerante.

2. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en la reivindicación 1, en la que la fuente de calor comprende una fuente de fluido de transferencia de calor hacia los generadores, para controlar la temperatura de los generadores.

3. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en la reivindicación 2, en la que la fuente de calor comprende un calentador solar para calentar el fluido de transferencia de calor a una alta temperatura.

4. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en la reivindicación 3, en la que el calentador solar comprende un colector solar de tubo de evacuación.

5. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en la reivindicación 2, 3 o 4, que comprende además un acumulador para almacenar fluido caliente de transferencia de calor, antes de suministrarlo a los generadores.

6. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en el que la fuente de calor comprende un radiador para enfriar el fluido de transferencia de calor a una temperatura baja.

7. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en la reivindicación 6, en la que el radiador es enfriado por aire a temperatura ambiente.

8. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 2 - 7, que comprende además bombas para hacer circular el fluido caliente o frío de transferencia de calor hacia los generadores.

9. Una unidad refrigeradora, como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 2 - 8, en el que el fluido de transferencia de calor comprende agua.

10. Un método para hacer funcionar una unidad refrigeradora como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, que comprende:

11. Un método como se reivindica en la reivindicación 10, que comprende, antes de efectuar el ciclo de temperatura, la realización de un procedimiento de arranque que comprende:

12. Un método como se reivindica en la reivindicación 10 u 11 que comprende, en un primer paso:

13. Un método como se reivindica en la reivindicación 12, en el que el primer paso comprende la descarga del primer generador a un estado vacío y la carga del segundo generador a un estado cargado.

14. Un método como se reivindica en la reivindicación 12 o 13 que comprende, en un segundo paso:

15. Un método como se reivindica en la reivindicación 14 que comprende, en un tercer paso:

16. Un método como se reivindica en la reivindicación 15, que comprende la descarga del primer generador a un estado vacío y la carga del segundo generador a un estado cargado.

17. Un método como se reivindica en la reivindicación 15 o 16, que comprende, en un cuarto paso:

18. Un método como se reivindica en la reivindicación 17, que comprende además la repetición del primer, segundo, tercer y cuarto pasos para proporcionar un funcionamiento sustancialmente continuo de la unidad refrigeradora.

19. Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 10 - 18, que comprende además dirigir un flujo de aire sobre el evaporador, de forma que se enfríe el aire.