Máquina frigorífica polibárica de absorción.

La presente invención trata de una máquina frigorífica de absorción que emplea metanol como absorbente para el amoniaco,

en vez de agua, basada en el modelo clásico de Platen-Munters que, con una fuente de baja temperatura, alcanza una alta eficiencia. Esto se consigue gracias a un generador de vapor de refrigerante con una gran superficie de evaporación y a un sistema de regulación de presión, que comprende un depósito de reserva de gas (19), una sonda de temperatura (24), una sonda de presión (23), un compresor (20), una válvula de retención (21), la centralita de control (25) y la válvula electromagnética (22).

Con esta máquina frigorífica podemos emplear fuentes de baja temperatura, como la solar térmica, para la producción de frío y la climatización, con el consiguiente ahorro de energía eléctrica.

Máquina frigorifica polibárica de absorción

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de la energía, más concretamente en el de las máquinas frigoríficas.

Estado de la técnica

Dada la actual preocupación por el desarrollo sostenible de la sociedad, el ahorro energético es un pilar fundamental del mismo.

El desarrollo constante de las energías renovables, como la solar y el empleo cada vez mayor del aire acondicionado, hacen necesario el desarrollo de un sistema que permita ahorrar gran parte de la energía no renovable que estos aparatos consumen en la climatización de locales y viviendas.

La presente invención trata de una máquina frigorífica de absorción basada en el modelo clásico de Platen-Munters. Una máquina de este tipo se conoce a partir del documento CH-A-558 922. En este caso, se prevé un generador designado como hornillo, que se une con un condensador a través de una tubería de evaporación. El refrigerante licuado en este condensador fluye al evaporador dispuesto a continuación. La salida de este evaporador se une a través de un intercambiador de calor con un serpentín del absorbedor que desemboca en el recipiente del absorbedor. La salida de este recipiente del absorbedor se conduce hasta el hornillo a través de un intercambiador de calor de la disolución.

Para el funcionamiento de una máquina de este tipo, se requiere una fuente de calor de temperatura mayor de 100 oC. Por lo que no resultan adecuadas fuentes de inferiores temperaturas como, por ejemplo, la solar térmica de baja temperatura.

El objetivo de la invención es realizar una máquina frigorífica de absorción que, con una fuente de baja temperatura, alcance una alta eficiencia.

Descripción

Esto se consigue, conforme a la invención, gracias a un sistema de regulación de la presión, a la que funciona la máquina, de modo que la temperatura de ebullición del refrigerante sea 10 oC superior a temperatura ambiente. Lo que proporciona un adecuado gradiente térmico entre el condensador y el medio exterior, a la vez que aumentamos la eficiencia de la misma. La temperatura de ebullición del refrigerante y la presión a la que debemos cargar la máquina frigorífica con el gas inerte están relacionadas mediante la ecuación de ClausiusClapeyron:

dP/P = (~Hvaporización/RT2) dT

Como vamos a trabajar con un intervalo de temperaturas lejano a la temperatura crítica del refrigerante, véase la Fig. 3, podemos hacer la aproximación ~Hvaporización =cte. Integrando:

In (P/Po) = (~Hvaporización/R) (1ITo-1IT)

que es la relación que utilizaremos para obtener la presión de trabajo de la máquina frigorífica dependiendo de la temperatura del medio exterior. A continuación se explica la invención a partir de los ejemplos de realización, en los que se muestran:

Fig. 1 una representación esquemática de una forma de realización de la máquina frigorífica de absorción conforme a la invención;

Fig. 2 una representación esquemática de una forma de realización

de un regulador de presión conforme a la invención;

Fig. 3 un diagrama sobre la variación de la entalpía de vaporización con la temperatura de un fluido genérico y

Fig.4 una representación esquemática de una forma de realización de un generador de vapor de refrigerante conforme a la invención.

La máquina de absorción descrita a continuación funciona en su mayor parte como el sistema clásico de Platen y Munters que está suficientemente documentado.

Para una mejor comprensión, la invención se explica a partir de un ejemplo de realización en el que el disolvente se compone de CH30H, el gas inerte de H2 y el refrigerante de NH3. Dentro del marco de la invención también pueden usarse otros disolventes, gases inertes y refrigerantes adecuados.

El empleo de CH30H como absorbente del NH3 redunda en una temperatura más baja de funcionamiento del generador, así como de la posibilidad de prescindir del rectificador, necesario en las máquinas frigoríficas que tienen como absorbente el agua. Esto es posible gracias al bajo punto de fusión del metanol que es de -97, 16 oC a 1 atm, lo que impide la formación de hielo en el evaporador y la obstrucción del mismo.

En este ejemplo de realización empleamos metanol como absorbente y por lo tanto prescindimos del rectificador, lo que conlleva una mejora del COP de la máquina frigorífica. De este modo podemos aislar todo el generador, hasta la entrada en el condensador, con un material adiabático y limitar las pérdidas de calor al mínimo en el mismo.

La máquina frigorífica de absorción de la Fig. 1 comprende un generador (1) para la evaporación de NH3 disuelto en CH30H con un serpentín (2) recubierto de un material aislante del calor (3) , que contiene un fluido caloportador (4) proveniente de una fuente de baja temperatura, el cual cede calor en el generador (1) Y retorna unos grados más frío. Un condensador (6) en el que se licua el vapor de NH3 (5) , de modo que este fluye líquido a través de un tubo (7) hasta el evaporador (8) , por el que circula un gas seco, en este caso hidrógeno (9) . Esto provoca la evaporación del amoniaco y como consecuencia el enfriamiento del evaporador (8) que, en el ejemplo de realización, está en contacto con un circuito cerrado (10) el cual contiene un fluido caloportador, empleado para refrigerar el espacio a acondicionar. Este hecho constituye el auténtico proceso de refrigeración de la máquina. La mezcla de amoniaco e hidrógeno (11) resultante, más pesada, cae por gravedad hacia el tanque del absorbedor (12) , gracias a lo cual el circuito del hidrógeno se mantiene en marcha. A continuación, la mezcla de gases sigue fluyendo hacia el absorbedor (13) donde se encuentra con la solución empobrecida (14) , proveniente del generador (1) , de modo que la disolución va enriqueciéndose a medida que cae hacia el tanque del absorbedor (12) . Una vez allí la disolución rica en amoniaco (15) es conducida a través de un intercambiador de calor (16) de nuevo al generador (1) iniciándose de nuevo el proceso. El hidrógeno (9) nuevamente seco, asciende del absorbedor y se encuentra con una derivación (17) que lleva al regulador de presión (18) y continúa hacia el evaporador (8) completando así el circuito.

La Fig. 2 muestra en una forma esquemática un regulador de presión. El depósito de reserva (19) se carga con el gas inerte a la mínima presión de trabajo de la máquina frigorífica. Si queremos trabajar con una temperatura mínima ambiental de 25 oC, por ejemplo en el caso de acondicionar una vivienda, tenemos que cargar la máquina a 13, 42 atm para que la temperatura de ebullición del amoniaco sea de 35 oC. Si la temperatura ambiente varía es detectada por la sonda (24) . Como la temperatura de ebullición del amoniaco es función de la presión de la

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máquina frigorífica, esta se mide mediante la sonda de presión (23) , La centralita de control (25) compara las magnitudes y si la temperatura ambiente aumenta hasta que f (P) -Tamblente = 9 oC enciende el compresor

(20) y bombea el gas, por ejemplo hidrógeno, del depósito de reserva

(19) a través de la válvula de retención (21) y del condudo (17) a la máquina frigorífica hasta que se cumple f (P) -T ambiente = 10 oC y lo detiene, Si por el contrario la temperatura ambiente desciende, entonces cuando se cumpla la condición f (P) -T ambiente = 11 oC, la centralita de control (25) accionará la válvula eledromagnética (22) de modo que el gas volverá de la máquina frigorífica, al depósito de reserva (19) por diferencia de presiones, En el momento en que se verifique la igualdad f (P) -Tamblente = 10 oC, la centralita de control (25) accionará la válvula electromagnética (22) cerrando el paso del gas, De este modo se regula la presión de la máquina según la temperatura ambiente.

En el ejemplo anterior de realización podemos utilizar etanol o agua como disolvente en vez de metanol, aunque el etanol absorbe peor el amoniaco, por lo que la máquina tendría un peor COP que con metano!. En el caso de utilizar agua como disolvente es necesario el uso de un rectificador a la salida del generador (1) Y el aumento de la presión de trabajo lo que tan bien implica un peor COP de la máquina,...

1. Máquina frigorífica de absorción con un generador (1) para la evaporación de un refrigerante disuelto en un disolvente, un rectificador dispuesto a continuación de este generador (1) donde se separa el disolvente del refrigerante, un condensador (6) donde se licua el refrigerante, un evaporador-intercambiador (8) en el que se evapora el refrigerante por medio de gas seco a la vez que se intercambia el calor latente del gas, y un absorbedor (13) en el que a la disolución empobrecida de refrigerante y disolvente se le suministra el refrigerante evaporado, que se vuelve a evaporar en el generador (1) , caracterizada porque entre la salida del evaporador (8) y la entrada al absorbedor (13) existe una derivación (17) que conduce al regulador de presión (18) que comprende un depósito de reserva (19) del gas inerte, un compresor (20) para aumentar la presión de trabajo de la máquina frigorífica, una válvula de retención (21) para impedir el retorno del gas al depósito de reserva (19) , una válvula electromagnética (22) que abre o cierra el paso al depósito de reserva (19) , una sonda de presión (23) , una sonda de temperatura (24) y una centralita de control (25) para regular el funcionamiento del sistema.

2. Máquina frigorífica de absorción según la reivindicación 1, caracterizada porque el disolvente se compone de metanol o de etanol y el refrigerante de amoniaco.

3. Máquina frigorífica de absorción según la reivindicación 1, caracterizada porque el disolvente se compone de agua y el refrigerante de amoniaco.

4. Máquina frigorífica de absorción según la reivindicación 2, caracterizada porque no comprende un rectificador para eliminar las trazas de disolvente en el vapor del refrigerante y/o porque el generador

(1) está recubierto de un material aislante del calor (3) .

5. Máquina frigorífica de absorción según alguna de las anteriores

reivindicaciones, caracterizada porque el generador (1) comprende una malla en espiral (26) .