MÁQUINA DE ADSORCIÓN CON RECUPERACIÓN DE CALOR Y PROCEDIMIENTO DE RECUPERACIÓN DE CALOR.

La máquina de adsorción conforme a la invención comprende al menos una primera y una segunda unidad de adsorción,

un portador de calor y al menos dos circuitos portadores de calor con una diferencia de temperatura ΔTX, de los cuales, uno de los circuitos portadores de calor es un circuito de calefacción y el otro es un circuito de refrigeración. Cada unidad de adsorción funciona como desorbedor en una primera fase de desorción y como adsorbedor en una segunda fase de adsorción, con lo cual el portador de calor tiene una temperatura menor en el retorno del desorbedor que en el avance al desorbedor, y el portador de calor tiene una temperatura mayor en el retorno del adsorbedor que en el avance al adsorbedor.

Máquina de adsorción con recuperación de calor y procedimiento de recuperación de calor.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

El objeto de la presente invención es una máquina de adsorción con recuperador de calor, en particular una refrigeradora de adsorción para la generación de frío y un procedimiento de recuperación de calor.

ARTE PREVIO

Desde hace tiempo se conocen las máquinas de adsorción accionadas térmicamente, basadas en la adsorción de sólidos para propósitos de calefacción y refrigeración. Para ello se utilizan los pares de materiales de trabajo habituales -material de sorción y adsorbato-por ejemplo, zeolita y agua. En DE 19834696, DE 19961 629, DE 10038636, DE 101 59652 o DE 102 17 443, por ejemplo, se describen máquinas de adsorción con este par de materiales de trabajo.

A las máquinas de adsorción se les plantean distintos requerimientos técnicos. Son especialmente importantes los requerimientos respecto a un coeficiente térmico elevado, una densidad de potencia alta y una capacidad de regulación sencilla de la emisión de calor. El coeficiente térmico del calor útil con respecto al calor de accionamiento -aquí y a partir de ahora, Coefficent of Performance (COP) -depende esencialmente de las partes de la transferencia de calor de adsorción y calor sensible durante un ciclo de trabajo. Por transferencia de adsorción se entiende la liberación del calor de adsorción que se genera durante la adsorción del gas de trabajo o la captación del calor de adsorción necesario para la desorción, mientras que la transferencia de calor sensible describe la

transferencia energética que surge durante el calentamiento o enfriamiento de todo el sistema.

Para obtener coeficientes térmicos especialmente elevados se han desarrollado sistemas cada vez más perfeccionados, en los que en particular por la disposición de una pluralidad de unidades de adsorción, por las que fluye de forma sucesiva el portador de calor y que se conmutan en una pluralidad de ciclos, se pretende la máxima recuperación de calor posible. Por recuperación de calor se entiende así aquella recuperación de calor -tanto de adsorción como sensible-a partir de la fase de adsorción, en la que el calor recuperado se puede utilizar para la fase de desorción, y con ello se puede reducir el gasto energético de fuentes de calor externas para la desorción.

Las máquinas de adsorción con dos unidades de adsorción se emplean habitualmente para la generación de frío. Las unidades de adsorción en estas refrigeradoras funcionan alternativamente como adsorbedores o desorbedores. Los controles habituales funcionan así entre fases de adsorción con fases de recuperación de calor, que conducen parcialmente la energía térmica de la unidad de adsorción aun caliente a la unidad de adsorción aun fría. Mediante estas fases de recuperación de calor se reutiliza en cierta medida la energía existente en el equipo, de forma que se tiene que suministrar menos energía desde el exterior. La eficiencia de esta recuperación de calor es decisiva, por tanto, para la eficiencia de la máquina de adsorción en conjunto.

Los métodos de control actuales llevan el portador de calor durante la fase de recuperación de calor de forma paralela o en serie a través de ambos adsorbedores. Para ello se necesitan componentes adicionales en el sistema de circulación del portador de calor, por ejemplo, válvulas de inversión o bombas. Además este circuito de recuperación de calor se opera desacoplado del resto de los circuitos. Esto hace que la mayoría de las bombas conectadas externamente a la máquina de adsorción en el momento de la recuperación de calor no puedan enviar nada de flujo volumétrico a través del equipo y tengan que ser desconectadas o conducidas por bypass al equipo. La desventaja de estos sistemas es la notable complejidad técnica, la tendencia a fallar y los elevados costes de producción y mantenimiento.

La invención tiene como objetivo proporcionar una máquina de adsorción y un método de recuperación de calor para una máquina de adsorción, que resulten mejorados con respecto a las desventajas mencionadas. En particular, se reduciría el número de componentes respecto a las máquinas de adsorción conocidas, sin empeorar la recuperación de calor sino al contrario, mejorándola. En particular, la recuperación de calor tendría lugar sin interrupción de los flujos volumétricos aplicados externamente.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra un esquema hidráulico de un ejemplo de ejecución de una máquina de adsorción conforme a la invención.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

El objetivo conforme a la invención se cumple con una máquina de adsorción con las características de la reivindicación 1 y el método con las características de la reivindicación 11. Las reivindicaciones dependientes describen configuraciones ventajosas y especialmente apropiadas.

En otras palabras, la máquina de adsorción conforme a la invención comprende al menos una primera y una segunda unidad de adsorción, un portador de calor y al menos dos circuitos portadores de calor con una

diferencia de temperatura lJ..Tx, de los cuales, uno de los circuitos portadores de calor es un circuito de calefacción y el otro es un circuito de refrigeración. Cada unidad de adsorción funciona como desorbedor en una primera fase de desorción y como adsorbedor en una segunda fase de adsorción, con lo cual el portador de calor tiene una temperatura menor en el retorno del desorbedor que en el avance al desorbedor, y el portador de calor tiene una temperatura mayor en el retorno del adsorbedor que en el avance al adsorbedor.

Con ello, el portador de calor de un avance se enfría en una unidad de adsorción que funciona como desorbedor, porque se transfiere calor del portador de calor a la unidad de adsorción, y el portador de calor de un avance se calienta en una unidad de adsorción que funciona como adsorbedor, porque se transmite calor del portador de calor a la unidad de adsorción.

El circuito de calefacción sirve principalmente para transmitir calor procedente de una fuente de calor conectada al circuito de calefacción al portador de calor, con el objeto de que este pueda calentar el desorbedor. El circuito de refrigeración sirve principalmente para desviar calor del portador de calor mediante un disipador térmico conectado al circuito de refrigeración, con el objeto de que este pueda enfriar el adsorbedor.

El circuito de calefacción también puede denominarse como circuito de alta temperatura (HT-Circle) y el circuito de refrigeración como circuito de temperatura media (MT-Circle) . Igualmente, con HT-Source se entiende la fuente de calor del circuito de calefacción, y con MT-Sink, el disipador de calor del circuito de refrigeración, véase la figura 1.

La diferencia de temperatura entre el circuito de alta temperatura y el ** se

denomina en la presente como LlTx, donde la temperatura T H corresponde al límite superior de la diferencia de temperatura LlT x de los dos circuitos portadores de calor. La temperatura T H es aquella temperatura a la cual tiene que ajustarse el portador de calor en el circuito de alta temperatura.

La temperatura TM corresponde al límite inferior de la diferencia de temperatura LlT x de ambos circuitos portadores de calor y a aquella temperatura a la cual se tiene que ajustar el portador de calor en el circuito de temperatura media.

Gracias a la configuración conforme a la invención se puede crear una máquina de adsorción cuya recuperación de calor sea al menos tan grande como en las máquinas de adsorción tradicionales, y que funcione sin la integración de componentes adicionales en la máquina.

En particular, la recuperación de calor de la máquina de adsorción conforme a la invención puede tener lugar como un proceso parcial integrado en el proceso total, en el que no tenga lugar una interrupción del flujo volumétrico. La recuperación de calor puede tener lugar solo con las válvulas existentes en el sistema y en particular con las bombas que se necesitan de todos modos para las fases de adsorción.

En una máquina de adsorción conforme a la presente invención está previsto que la diferencia de temperatura LlT x sea de al menos 10° e, en especial al menos 20° e y muy especialmente preferido, de al menos 25°

e. Para ello puede estar previsto en particular que el portador de calor en el circuito de alta temperatura tenga una temperatura T H de al menos 70° e y como mucho de 90° e y en particular, de 75 a 85° e. En principio, la máquina de adsorción conforme a la invención o el método conforme a la invención son adecuados sin embargo para...

1. Máquina de adsorción con recuperación de calor, que comprende al menos una primera y una segunda unidad de adsorción (1, 2) , cada una de ellas conectada a un avance (VL) y un retorno (RL) , para suministrar calor procedente de un portador de calor conducido por el avance (VL) a la unidad de adsorción (1, 2) , o desviarlo de la unidad de adsorción (1, 2) al portador de calor; cada unidad de adsorción (1, 2) funcionando alternativamente como desorbedor en una fase de desorción, en la cual se desvía calor del portador de calor al desorbedor, y como adsorbedor en una fase de adsorción, en la cual se desvía calor del adsorbedor al portador de calor; la máquina de adsorción comprende también al menos dos circuitos portadores de calor, a saber, un circuito de calefacción con una fuente de calor (3) para calentar el portador de calor y un circuito de refrigeración con un disipador de calor (4) para enfriar el portador de calor; en la cual está prevista una unidad de control, que conmuta los avances (VL) y retornos (RL) individualmente de forma alternativa entre el circuito de calefacción y el circuito de refrigeración de tal manera que el retorno (RL) que tiene la temperatura más alta siempre alimenta al circuito de calefacción con su portador de calor; caracterizado por que la unidad de control está diseñada de tal manera que durante el paso de la primera unidad de adsorción (1) desde la fase de desorción a la fase de adsorción y la segunda unidad de adsorción (2) desde la fase de adsorción a la fase de desorción o al revés, conecta primero el avance (VL) de la unidad de adsorción (1, 2) que está conmutada como nuevo desorbedor con el circuito de calefacción, de forma que el nuevo desorbedor se alimenta con el circuito de calefacción y por tanto se calienta, y el retorno (RL) de este nuevo desorbedor a su vez se conecta con el circuito refrigerador, hasta que el nivel de temperatura del portador de calor en el retorno (RL) ha subido en una medida predeterminada, o está más caliente que el retorno (RL) de la otra unidad de adsorción (1, 2) , Y el avance (VL) del nuevo adsorbedor (1, 2) se conecta con el circuito de refirgeración, de forma que este nuevo adsorbedor (1, 2) se enfría, y el retorno (RL) todavía caliente del nuevo adsorbedor a su vez permanece conectado con el circuito de calefacción" hasta que la temperatura del portador de calor en el retorno (RL) ha descendido en una medida predeterminada, o hasta situarse por encima o por debajo de la temperatura del retorno (RL) de la otra unidad de adsorción (1, 2) .

2. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme a la reivindicación 1, caracterizada por que la unidad de control está diseñada de tal manera que siempre conmuta el retorno (RL) con la temperatura más baja de tal manera que alimenta el circuito de refrigeración con su portador de calor.

3. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme a una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por que la diferencia de temperatura LlT x entre el circu ito de calefacción y el circu ito de refrigeración es al menos de 10° C o al menos de 20° C o al menos de 25° C.

4. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la máquina de adsorción comprende tres circuitos portadores de calor.

5. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme a la reivindicación 4, caracterizada por que el tercer circuito portador de calor es un circuito de baja temperatura y tiene una diferencia de temperatura LlTy , en la cual, la diferencia de temperatura LlTy es mayor que la diferencia de temperatura LlTx.

6. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme a una de las reivindicaciones citadas, caracterizada por que el portador de calor con la

temperatura más baja está asignado al circuito de baja temperatura.

7. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme al menos a una de las reivindicaciones citadas, caracterizada por que la máquina de adsorción comprende al menos tres unidades de adsorción (1, 2) .

8. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme al menos a una de las reivindicaciones citadas, caracterizada por que como portador de calor se emplea agua, vapor de agua o aceite.

9. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme al menos a una de las reivindicaciones citadas, caracterizada por que cada unidad de adsorción (1, 2) comprende zeolita como medio de adsorción.

10. Máquina de adsorción con recuperación de calor conforme al menos a una de las reivindicaciones citadas, caracterizada por que la máquina de adsorción es una refrigeradora.

11. Procedimiento para la recuperación de calor en una máquina de adsorción, que comprende al menos una primera y una segunda unidad de adsorción (1, 2) , cada una de ellas conectada a un avance (VL) y un retorno (RL) , para suministrar calor procedente de un portador de calor conducido por el avance (VL) a la unidad de adsorción (1, 2) , o desviarlo de la unidad de adsorción (1, 2) al portador de calor, y que también comprende al menos dos circuitos portadores de calor, a saber, un circuito de calefacción con una fuente de calor (3) para calentar el portador de calor y un circuito de refrigeración con un disipador de calor (4) para enfriar el portador de calor, en el cual cada unidad de adsorción (1, 2) funciona alternativamente como desorbedor en una fase de desorción, en la cual se desvía calor del portador de calor al desorbedor, y como adsorbedor en una fase de adsorción, en la cual se desvía calor del adsorbedor al portador de calor; y los avances (VL) y retornos (RL) se conmutan

individualmente de forma alternativa entre el circuito de calefacción y el circuito de refrigeración, de tal manera que el retorno (RL) que tiene la temperatura más alta alimenta al circuito de calefacción con su portador de calor; caracterizado por que durante el paso de la primera unidad de adsorción (1) desde la fase de desorción a la fase de adsorción y la segunda unidad de adsorción (2) desde la fase de adsorción a la fase de desorción o al revés, conecta primero el avance (VL) de la unidad de adsorción (1, 2) que está conmutada como nuevo desorbedor con el circuito de calefacción, de forma que el nuevo desorbedor se alimenta con el circuito de calefacción y por tanto se calienta, y el retorno (RL) de este nuevo desorbedor a su vez se conecta con el circuito refrigerador, hasta que el nivel de temperatura del portador de calor en el retorno (RL) ha subido en una medida predeterminada, o está más caliente que el retorno (RL) de la otra unidad de adsorción (1, 2) , Y el avance (VL) del nuevo asforbedor (1, 2) se conecta con el circuito de refirgeración, de forma que este nuevo adsorbedor (1, 2) se enfría, y el retorno (RL) todavía caliente del nuevo adsorbedor a su vez permanece conectado con el circuito de calefacción" hasta que la temperatura del portador de calor en el retorno (RL) ha descendido en una medida predeterminada, o hasta situarse por encima o por debajo de la temperatura del retorno de la otra unidad de adsorción (1, 2) .

12. Procedimiento para la recuperación de calor conforme a la reivindicación 11, caracterizada por que el retorno (RL) siempre se conmuta con la temperatura más baja, de tal manera que alimenta el circuito de refrigeración con su portador de calor.

13. Procedimiento para la recuperación de calor conforme a una de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado por que la conmutación de los avances (VL) y los retornos (RL) tiene lugar mediante una unidad de control, que compara las temperaturas de los retornos (RL) entre sí.