Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y líquida en película.

Dispositivo de transferencia de masa de película compacto que comprende al menos una cámara (1), dicha cámara (1) con al menos una entrada (2) de un líquido, al menos una salida (3), al menos una vía de entrada (4) de un gas y/o al menos una vía de salida (5) de un gas. Dicho dispositivo comprende medios para hacer impactar (6) una corriente del líquido (7) sobre al menos una superficie (8) en el interior de la cámara (1) de manera que se forme una película (14) de líquido que se extiende sobre al menos parte de la superficie (8) en varias direcciones. Con este funcionamiento, el dispositivo podrá actuar como absorbedor, desorbedor, evaporador y condensador, con un tamaño inferior a los dispositivos conocidos. En este funcionamiento, el dispositivo podrá trabajar sin necesidad de un fluido refrigerante intermedio. Del mismo modo, el rango de presiones y temperaturas de los fluidos en el dispositivo no se encuentra limitado

Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y líquida en película.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de los dispositivos de transferencia de masa, más concretamente a aquellos que funcionan como absorbedores o desorbedores, pudiendo así mismo actuar como evaporadores, condensadores o reactores químicos.

Como ejemplos más concretos del campo de la invención, entre las aplicaciones del dispositivo funcionando como absorbedor o desorbedor destaca la relativa a las máquinas frigoríficas de absorción. Entre las referidas a la invención funcionando como condensador o evaporador caben citar las aplicaciones en ciclos frigoríficos y ciclos de potencia.

Antecedentes de la invención

Las máquinas frigoríficas de absorción constituyen una tecnología cuya aplicación resulta de sumo interés en las políticas de ahorro y eficiencia energética para aplicaciones de acondicionamiento de aire y refrigeración. Dicha tecnología frigorífica de absorción es capaz de producir frío (máquina frigorífica) o calor (bomba de calor) a partir de una fuente de calor hacia la máquina, sin requerir un trabajo mecánico elevado como efecto principal e imprescindible del conjunto. Para ello la máquina dispone, al menos, de cuatro módulos que funcionan básicamente como intercambiadores de masa entre fases líquidas y gaseosas de una o varias corrientes de fluido y que son: absorbedor, desorbedor, condensador y evaporador. El dispositivo descrito en la presente invención puede aplicarse a cada uno de estos módulos o intercambiadores de masa.

De los componentes de una máquina de absorción, el absorbedor es uno de los que más retos tecnológicos plantea con vistas a la mejora de la eficiencia y la reducción del volumen del conjunto. Los absorbedores actualmente conocidos aplicados a máquinas frigoríficas de absorción, en explotación comercial o no, pueden agruparse en dos grandes grupos. El primero de ellos correspondería con absorbedores no adiabáticos o refrigerados. El segundo se refiere a absorbedores adiabáticos.

Los absorbedores no adiabáticos o refrigerados tienen la ventaja de que la disolución que circula por su interior puede absorber una gran cantidad de gas ya que el calor de absorción es inmediatamente evacuado hacia el exterior con lo que no entorpece la absorción. Como principal desventaja se encuentra su gran volumen y, corrientemente, la necesidad de utilizar un fluido intermedio, típicamente agua, que transmita el calor recogido desde el absorbedor hacia el aire ambiente u otro receptor de calor. Ello aumenta más el volumen y la complejidad del conjunto.

En cuanto a la utilización de películas de disolución en absorbedores no adiabáticos, estas películas suelen interactuar con las paredes por caída por gravedad a lo largo del lateral de paredes planas verticales o inclinadas. Esta forma de actuar la película con las paredes del absorbedor no garantiza necesariamente un buen contacto entre dicha película y la pared del absorbedor. También se hacen derramar sobre tubos cilíndricos, verticales u horizontales, resbalando por gravedad por sus costados y envolviéndolos parcialmente. En la literatura especializada, existen además propuestas de absorbedores por película que cae por el interior de conductos verticales con o sin corrugaciones internas.

En lo que se refiere a absorbedores adiabáticos, éstos son aquellos en donde la absorción se produce sin evacuar simultáneamente el calor, dejando este último proceso para un módulo siguiente especializado en esa tarea, un intercambiador de calor por ejemplo. Por ello la principal desventaja de los absorbedores adiabáticos es, en comparación con los no adiabáticos, su menor capacidad de absorción del gas por parte de la disolución en cada circulación por el absorbedor. Este problema se resuelve típicamente recurriendo a un subenfriamiento previo de la disolución antes de entrar al absorbedor, mediante un intercambiador de calor, por ejemplo, y recirculando un número apreciable de veces esta disolución en el absorbedor, lo cual aumenta el número de componentes y la complejidad de la instalación y, como resultado, limita la capacidad de reducción del volumen de la misma.

Adicionalmente, en los absorbedores adiabáticos resulta crítico maximizar el área de contacto entre la disolución y el gas, lo cual se consigue típicamente atomizando el líquido en pequeñas gotas o en películas libres, no pegadas a pared, muy delgadas. Estas configuraciones del líquido en el absorbedor suelen incrementar más la potencia de la bomba que impulsa la disolución, y por consiguiente bajan el coeficiente de operación de la máquina frigorífica. Merece la pena reiterar, que otra desventaja de los absorbedores adiabáticos es que requieren un mayor grado de subenfriamiento de la disolución a la entrada de la cámara, en comparación con los absorbedores no adiabáticos. Este mayor grado de subenfriamiento se consigue enfriando, en un módulo previo al absorbedor, la disolución por medio de intercambiadores de calor. Dicho proceso de enfriamiento aumenta el número de componentes de la máquina así como su complejidad. Si el grado de subenfriamiento requerido es alto, ello puede invalidar a la máquina de absorción para ser refrigerada por aire en los meses más calurosos del año.

Por otro lado, en absorbedores adiabáticos la utilización de láminas en caída libre, es decir, cayendo por gravedad, sobre pared no parece ser la mejor opción ya que reduce el área de contacto con el gas, factor éste de suma importancia en este tipo de absorbedores.

En cuanto a las ventajas de los absorbedores adiabáticos, una de ellas es que, al separar el proceso de absorción del de refrigeración de la disolución, se consigue una mayor especialización de los componentes, pudiéndose utilizar elementos genéricos de otras tecnologías y se logra, en determinadas ocasiones, una moderada disminución de volumen, aunque limitada debido al número de componentes requeridos por el absorbedor. Más específicamente, en determinadas disposiciones de absorbedores adiabáticos, como por ejemplo las láminas libres, se consiguen tamaños de absorbedor más reducidos que en los no adiabáticos, si bien para una comparación íntegra habría que sumar al volumen del absorbedor adiabático el tamaño de los intercambiadores de calor precisados para subenfriar la disolución a la entrada del absorbedor y/o para refrigerarla a la salida del mismo.

Descripción de la invención

El dispositivo descrito en la presente invención puede aplicarse a cada uno de los módulos o intercambiadores de masa comentados anteriormente. Por consiguiente, dado el interés de la máquina de absorción, y la gran aplicabilidad de la invención a la misma, las explicaciones de la invención se centrarán en esta tecnología, y concretamente en los absorbedores. No obstante todas las explicaciones contenidas en el texto, tal y como se indicará, pueden extenderse hacia los otros componentes y hacia otras aplicaciones de la industria, no citadas por brevedad, en las que se requiera absorber, resorber, condensar, evaporar o hacer reaccionar químicamente una corriente líquida con una gaseosa.

Operando como absorbedor o como condensador, existe una transferencia de masa desde el vapor o gas de la cámara hacia el líquido de la misma. Lo contrario si el dispositivo opera como desorbedor o como evaporador. Con una operación con reacción química entre gas y líquido, el intercambio o transferencia de masa de masa entre las dos fases puede ocurrir en una o ambas direcciones, es decir desde el gas al líquido y desde el líquido al gas. Por todo lo anterior, y teniendo en cuenta esta característica que comparten todos estos dispositivos, se les ha denominado genéricamente, y por brevedad, dispositivo de transferencia de masa.

La invención se refiere a un dispositivo de transferencia de masa que comprende al menos una cámara, dicha al menos una cámara con al menos una entrada de un líquido a la cámara, al menos una salida de dicho líquido de la cámara, al menos una vía de entrada de un gas a la cámara y/o al menos una vía de salida de un gas a la cámara.

De acuerdo con la invención, dicho dispositivo comprende medios para impulsar y hacer impactar una corriente del líquido sobre al menos una superficie en el interior de la cámara de manera que se forme una película de líquido que tras el impacto se extiende sobre al menos parte de la superficie de...

1. Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y líquida en película (14) que comprende al menos una cámara (1), dicha al menos una cámara (1) con al menos una entrada (2) de un líquido a la cámara (1), al menos una salida (3) de dicho líquido de la cámara (1), al menos una vía de entrada (4) de un gas a la cámara (1) y/o al menos una vía de salida (5) de un gas a la cámara (1),

caracterizado por que

comprende medios para impulsar y hacer impactar (6) una corriente (7) del líquido sobre al menos una superficie (8) en el interior de la cámara (1) de manera que se forme una película (14) de líquido que tras el impacto se extiende sobre al menos parte de la superficie (8) en varias direcciones simultáneamente.

2. Dispositivo de transferencia de masa según la reivindicación 1, caracterizado por que la superficie (8) sobre la que fluye el líquido está realizada en un material con una alta conductividad térmica.

3. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado por que existe una recirculación del líquido desde la salida (3) del líquido de la cámara (1) hacia la entrada (2) del líquido de la cámara (1).

4. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que la superficie (8) en el interior de la cámara (1) es la superficie interior de la pared de la cámara (1).

5. Dispositivo de transferencia de masa según la reivindicación 4, caracterizado por que comprende medios para la reducción de la resistencia térmica (10) entre la superficie (8) exterior de la cámara (1) y un fluido exterior a la cámara (1).

6. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que la superficie en el interior de la cámara (1) es la superficie (8) de una pared interior situada en el interior de la cámara (1).

7. Dispositivo de transferencia de masa según la reivindicación 6, caracterizado por que la cámara (1) comprende al menos un conducto de entrada (11) y al menos un conducto de salida (12) de un intercambiador de calor independiente (13), dicho intercambiador de calor independiente interactuando o conteniendo la pared interior.

8. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que los medios para hacer impactar (6) una corriente (7) del líquido están seleccionados entre al menos un inyector (6), al menos un aspersor, al menos un difusor, al menos un pulverizador, al menos un rociador, al menos una tobera y sus combinaciones.

9. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado por que la corriente (7) de líquido se crea por la colisión o interacción de al menos dos corrientes (7) de líquido.

10. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que al menos dos de las cámaras (1) están conectadas en paralelo.

11. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que al menos dos de las cámaras (1) están conectadas en serie.

12. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado por que al menos dos de las cámaras (1) están conectadas en serie/paralelo.