Refrigerador de evaporación.

Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación que comprende:

un distribuidor (22,

122, 222) de líquido;

un cuerpo (26, 126, 226) que tiene una superficie y que ocupa una primera área plana para recibir líquidodesde dicho distribuidor (22, 122, 222) de líquido sobre dicha superficie sustancialmente por toda dichaprimera área plana;

un dispositivo (28, 128, 228) para mover aire dispuesto para generar un flujo de aire;

estando situada dicha superficie del cuerpo en dicho flujo de aire y provocando dicho flujo de aire que seevapore una pequeña parte de dicho líquido recibido por dicho cuerpo (26, 126, 226), enfriando así unaparte restante no evaporada de dicho líquido;

un conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor que contiene un fluido de trabajoy situado sustancialmente fuera de dicho flujo de aire;

teniendo dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor una superficiedispuesta para recibir sustancialmente toda dicha parte de líquido no evaporada desde dicho cuerpo (26,126, 226) sobre la misma en una relación de transferencia de calor para calentar dicha parte de líquidono evaporada y para enfriar dicho fluido de trabajo;

un colector (38, 138, 238) de líquido dispuesto para recibir sustancialmente toda dicha parte de líquido noevaporada que abandona dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor; yun mecanismo (40, 140, 240) de recirculación de líquido dispuesto para devolver dicha parte de líquidono evaporada a dicho distribuidor (22, 122, 222) de líquido;

dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor tiene una segunda área planadimensionada más pequeña que dicha primera área plana y está por debajo de dicho cuerpo (26, 126,226) con un espacio vertical entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicha superficie de dicho conducto (32,132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor, un concentrador (36, 136, 236) de líquido estádispuesto entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo detransferencia de calor por encima de dicha superficie de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido detrabajo de transferencia de calor para concentrar sustancialmente toda dicha parte de líquido noevaporada desde dicha primera área plana a través de dicho espacio sustancialmente en dicha segundaárea plana sobre dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor; estandodicho refrigerador (20, 120, 220) de evaporación caracterizado porque un acelerador (70, 170, 270) deflujo está situado por encima de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia decalor y entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo detransferencia de calor para acelerar una velocidad de flujo de dicha parte de líquido no evaporada en almenos 2,9 metros/segundo (9,5 pies/segundo) a través de dicho espacio antes de entrar en contacto condicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor.

Refrigerador de evaporación La presente invención se refiere, en general, a un refrigerador de evaporación según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un método de enfriamiento de un fluido de trabajo dentro de una carcasa de un refrigerador de evaporación según el preámbulo de la reivindicación 24. Más específicamente se refiere a un aparato de intercambio de calor tal como una torre de refrigeración de circuito cerrado o un condensador de evaporación.

Se emplean comúnmente refrigeradores de evaporación que incluyen secciones de intercambio de calor indirecto y directo. Un líquido de evaporación, generalmente agua, se distribuye a través de una sección de intercambio de calor indirecto. La sección de intercambio de calor indirecto está constituida normalmente por una serie de circuitos o bucles cerrados individuales para conducir una corriente de fluido que va a tratarse térmicamente, es decir, que va a enfriarse. Cuando el refrigerador de evaporación se usa como torre de refrigeración de circuito cerrado o condensador de evaporación, el calor se transfiere indirectamente de la corriente de fluido para calentar sensiblemente la película circundante de líquido de evaporación que fluye sobre los circuitos cerrados calentando así el líquido de evaporación. A menudo estos circuitos cerrados son una serie de tubos o conjunto de bobinas que pueden ser de sección transversal circular o que pueden tener secciones transversales no circulares, tales como los dados a conocer en la patente estadounidense n.º 4.755.331.

El calor absorbido por el líquido de evaporación se transfiere directamente a una corriente de aire en una sección de intercambio de calor por evaporación directo. En la sección de intercambio de calor por evaporación directo el líquido de evaporación se dirige sobre un área de superficie sólida, habitualmente denominado relleno de tipo cubierta húmeda (wet deck fill) y una pequeña parte del líquido se evapora, enfriando así la parte restante. Este relleno puede comprender una variedad de construcciones tales como listones de madera, láminas de metal corrugadas, pilas de láminas de plástico conformadas, etc. Por ejemplo, un determinado tipo de relleno se da a conocer en la patente estadounidense n.º 5.124.087, cuya descripción se incorpora en el presente documento como referencia.

Durante los últimos 50 años, las mejoras en la tecnología de relleno de tipo cubierta húmeda han sido enormes. El relleno de tipo cubierta húmeda ha evolucionado en láminas sumamente eficaces de plástico multifacetado que es mucho más eficaz que el antiguo relleno de salpicadura, con capacidad de caídas de baja presión y que permite que la temperatura del líquido de evaporación que abandona el relleno se aproxime a las temperaturas de bulbo húmedo.

En los primeros días del desarrollo de rellenos de tipo cubierta húmeda para torres de refrigeración, la mejor tecnología eran listones de madera apiladas simplemente que hacían que el agua salpicara y formaban turbulencias del aire que fluía a través de las mismas. El objeto de los rellenos de tipo cubierta húmeda es exponer la mayor cantidad posible de área de superficie de agua a la mayor cantidad posible de flujo de aire durante el mayor periodo de tiempo posible con una resistencia mínima al flujo de aire. Los primeros rellenos de tipo cubierta húmeda para torres de refrigeración eran muy ineficaces en este proceso. En aquel momento era una práctica común situar una bobina de transferencia de calor en la corriente de aire y agua sin el uso de ningún relleno de tipo cubierta húmeda para torres de refrigeración. Los rellenos de tipo cubierta húmeda eran muy poco ventajosos frente a la geometría de tubos en la corriente de aire con agua salpicando sobre la misma.

La invención de los rellenos de tipo cubierta húmeda mejorados provocó cada vez más invenciones que usan combinaciones de relleno y bobina para lograr este tipo de refrigeración. A medida que mejora el rendimiento del relleno, los inventores van descubriendo los beneficios de combinar los dos medios. Sin embargo, la técnica anterior ha enfatizado la importancia del flujo de aire sobre (y a través de) el conjunto de bobina que está acoplado al relleno de tipo cubierta húmeda. En todo caso, esta técnica todavía muestra la bobina con aire fluyendo a través de la misma. Los esfuerzos inventivos a lo largo de los años han estado dirigidos todos hacia métodos para facilitar o mejorar el flujo de aire a través de la bobina de transferencia de calor. Incluso con estas mejoras en el diseño de las bobinas, las bobinas estaban limitadas en cantidad de agua que podía pulverizarse sobre la bobina sin atascar el flujo de aire. En algunos casos, el flujo de aire tenía que disponerse en paralelo al flujo de agua para permitir el flujo de aire deseado a través de la bobina.

Los refrigeradores de evaporación típicos incluían la bobina del intercambiador de calor indirecto calor como parte del relleno, o bien intercalada dentro del relleno en la sección de intercambio de calor directo tal como se da a conocer en la patente estadounidense n.º 3.012.416, o bien en secciones separadas, basándose ambas secciones directa e indirecta, al menos en parte, en un flujo de aire significativo a través de las mismas para que se produzca el intercambio de calor directo por evaporación en ambas secciones, tales como se da a conocer en las patentes estadounidenses n.os 5., 435.382; 4.683.101; 5.724.828 y 4.112.027.

La patente estadounidense n.º 2.626.129 da a conocer un refrigerador de evaporación que tiene un equipo de distribución de líquido adicional entre la parte inferior de las unidades deflectoras de rejilla y los tubos del intercambiador de calor.

La patente estadounidense n.º 1.732.963 da a conocer un refrigerador de evaporación que también tiene un equipo de distribución de líquido adicional entre la parte inferior de las cubiertas de refrigeración y las tuberías de condensación.

En el documento JP 52037249 se da a conocer un sistema con una bobina de refrigeración sumergida en el agua dentro de un depósito de agua inferior. Hay una placa plana inclinada y una serie de placas deflectoras perpendiculares a la bobina de refrigeración para regular el flujo de agua alrededor de y entre las tuberías de la bobina e impedir zonas muertas de agua de refrigeración alrededor de la bobina de refrigeración.

El líquido de evaporación se hace recircular normalmente a través del refrigerador de evaporación de manera que pasa de la sección de refrigeración indirecta a la sección de refrigeración directa y de vuelta a la sección de refrigeración indirecta en un ciclo continuo con líquido preparado añadido para compensar el líquido que se ha evaporado.

La presente invención reconoce las ventajas de los desarrollos en la técnica y combina esas ventajas de maneras únicas para conseguir resultados sorprendentes e inesperados.

Las características esenciales de la presente invención se dan a conocer en las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes 1 y 24, mientras que las reivindicaciones dependientes contienen más realizaciones de la invención preferidas y ventajosas.

Aunque toda la técnica anterior enseña la idea lógica de que poner el flujo de aire a través de la bobina ayudará al proceso de refrigeración, los solicitantes han determinado el sorprendente resultado de que poner un flujo de aire adicional a través de la bobina sólo sirve para disminuir el rendimiento del relleno de tipo cubierta húmeda y carga el sistema de movimiento de aire con exigencias de flujo adicionales, a costa de mayor potencia en caballos de vapor para mover el aire. Aunque no es algo decisivo para la invención de los solicitantes que no haya flujo de aire en absoluto sobre la bobina de transferencia de calor, los solicitantes han descubierto que el rendimiento global del refrigerador de evaporación mejora si el flujo de aire sobre la bobina de transferencia de calor se minimiza o se evita en su totalidad. Mediante la presente invención, los solicitantes han maximizado la eficacia del relleno de tipo cubierta húmeda distribuyendo el agua que va a enfriare sobre un área plana relativamente más grande de una carcasa del relleno. Esto maximiza la cantidad de área de superficie de agua en contacto con el flujo de aire y minimiza el trabajo necesario por parte del dispositivo para mover aire.

Los solicitantes han hecho el descubrimiento de que cuando se deja caer en cascada líquido sobre la bobina de transferencia de calor del intercambiador de calor indirecto a caudales muy altos (o concentrados) tiene, sorprendentemente, coeficientes de transferencia de calor o valores U altos.

Los solicitantes... [Seguir leyendo]

1. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación que comprende:

un distribuidor (22, 122, 222) de líquido;

un cuerpo (26, 126, 226) que tiene una superficie y que ocupa una primera área plana para recibir líquido desde dicho distribuidor (22, 122, 222) de líquido sobre dicha superficie sustancialmente por toda dicha primera área plana;

un dispositivo (28, 128, 228) para mover aire dispuesto para generar un flujo de aire;

estando situada dicha superficie del cuerpo en dicho flujo de aire y provocando dicho flujo de aire que se evapore una pequeña parte de dicho líquido recibido por dicho cuerpo (26, 126, 226) , enfriando así una parte restante no evaporada de dicho líquido;

un conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor que contiene un fluido de trabajo y situado sustancialmente fuera de dicho flujo de aire;

teniendo dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor una superficie dispuesta para recibir sustancialmente toda dicha parte de líquido no evaporada desde dicho cuerpo (26, 126, 226) sobre la misma en una relación de transferencia de calor para calentar dicha parte de líquido no evaporada y para enfriar dicho fluido de trabajo;

un colector (38, 138, 238) de líquido dispuesto para recibir sustancialmente toda dicha parte de líquido no evaporada que abandona dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor; y

un mecanismo (40, 140, 240) de recirculación de líquido dispuesto para devolver dicha parte de líquido no evaporada a dicho distribuidor (22, 122, 222) de líquido;

dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor tiene una segunda área plana dimensionada más pequeña que dicha primera área plana y está por debajo de dicho cuerpo (26, 126, 226) con un espacio vertical entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicha superficie de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor, un concentrador (36, 136, 236) de líquido está dispuesto entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor por encima de dicha superficie de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor para concentrar sustancialmente toda dicha parte de líquido no evaporada desde dicha primera área plana a través de dicho espacio sustancialmente en dicha segunda área plana sobre dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor; estando dicho refrigerador (20, 120, 220) de evaporación caracterizado porque un acelerador (70, 170, 270) de flujo está situado por encima de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor y entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor para acelerar una velocidad de flujo de dicha parte de líquido no evaporada en al menos 2, 9 metros/segundo (9, 5 pies/segundo) a través de dicho espacio antes de entrar en contacto con dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor.

2. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según la reivindicación 1, caracterizado además porque dicho espacio entre dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor y dicho cuerpo (26, 126, 226) se extiende por una distancia vertical de al menos 0, 61 metros (24 pulgadas) .

3. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor y dicho cuerpo (26, 126, 226) están situados por encima de dicho colector (38, 138, 238) de líquido.

4. Refrigerador (20, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, caracterizado además porque dicho concentrador (36, 236) de líquido comprende dicho espacio entre dicho conducto (32, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor y entradas (48, 248) de aire para dicho dispositivo para mover aire dispuesto en dicho espacio entre dicho cuerpo (26, 226) y dicho conducto (32, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor, de manera que una corriente de aire que fluye desde dichas entradas (48, 248) de aire en dicho espacio concentrará dicha parte de líquido no evaporada desde dicha primera área plana sustancialmente en dicha segunda área plana a medida que dicha parte de líquido no evaporada cae entre dicho cuerpo (26, 226) y dicho conducto (32, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor.

5. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho colector (38, 138, 238) de líquido comprende una bandeja abierta.

6. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho mecanismo (40, 140, 240) de recirculación de líquido comprende una bomba (62, 162, 262) .

7. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho distribuidor (22, 122, 222) de líquido comprende al menos una boquilla (42, 142, 242) .

8. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho distribuidor (22, 122, 222) de líquido comprende un paso (44, 144, 244) de líquido perforado.

9. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho cuerpo (26, 126, 226) comprende un relleno de tipo cubierta húmeda.

10. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho cuerpo (26, 126, 226) comprende una pila de materiales de lámina orientados verticalmente.

11. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según la reivindicación 10, en el que dichos materiales de lámina no son planos.

12. Refrigerador (20, 120) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho dispositivo (28, 128) para mover aire comprende un ventilador.

13. Refrigerador (220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho dispositivo (228) para mover aire comprende un soplador (249) .

14. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor comprende al menos una bobina de tubería.

15. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor está situado completamente fuera de dicho flujo de aire.

16. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según la reivindicación 1, en el que dicho concentrador (36, 136, 236) de líquido comprende paredes (60, 160, 260) en ángulo que se extienden en ángulos divergentes hacia arriba y hacia fuera con respecto a dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor.

17. Refrigerador (20, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho dispositivo (28, 228) para mover aire está dispuesto para generar dicho flujo de aire sobre dicha superficie de dicho cuerpo (26, 226) en una dirección contraria a una dirección de un flujo de dicho líquido sobre dicha superficie de dicho cuerpo (26, 226) .

18. Refrigerador (120) de evaporación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que dicho dispositivo (128) para mover aire está dispuesto para generar dicho flujo de aire sobre dicha superficie de dicho cuerpo (126) en una dirección sustancialmente perpendicular a una dirección de un flujo de dicho líquido sobre dicha superficie de dicho cuerpo (126) .

19. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, caracterizado además porque dicha segunda área plana está en un intervalo de aproximadamente un 20% a un 90% de dicha primera área plana.

20. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según la reivindicación 19, caracterizado además porque dicha segunda área plana está en un intervalo de aproximadamente un 25% a un 80% de dicha primera área plana.

21. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según la reivindicación 20, caracterizado además porque dicha segunda área plana está en un intervalo de aproximadamente un 40% a un 70% de dicha primera área plana.

22. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor comprende un conjunto de bobina con una entrada situada por debajo de una salida de manera que puede dirigirse un fluido de trabajo líquido a dicha entrada para fluir hacia arriba a través de dicho conjunto de bobina, intercambiando energía calorífica a través de las paredes de dicho conjunto de bobina con dicha parte de líquido no evaporada que fluye hacia abajo sobre la misma para enfriar dicho fluido de trabajo líquido, y dicho fluido de trabajo líquido saldrá de dicho conjunto de bobina a través de dicha salida.

23. Refrigerador (20, 120, 220) de evaporación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor comprende un conjunto de bobina con una entrada situada por encima de una salida de manera que puede dirigirse un fluido de trabajo gaseoso a dicha entrada para fluir hacia abajo a través de dicho conjunto de bobina, intercambiando energía calorífica a través de las paredes de dicho conjunto de bobina con dicha parte de líquido no evaporada que fluye hacia abajo sobre la misma para condensar dicho fluido de trabajo gaseoso en un líquido, y dicho fluido de trabajo líquido saldrá de dicho conjunto de bobina a través de dicha salida.

24. Método de enfriamiento de un fluido de trabajo dentro de una carcasa (34, 134, 234) de un refrigerador (20, 120, 220) de evaporación, comprendiendo dicho método las etapas de:

dispensar un líquido sobre una superficie de un cuerpo (26, 126, 226) en el que dicho cuerpo (26, 126, 226) ocupa una primera área plana;

hacer fluir aire sobre dicha superficie del cuerpo para producir una evaporación de una pequeña parte de dicho líquido, enfriando así una parte restante no evaporada de dicho líquido;

dispensar dicha parte de líquido no evaporada sobre una superficie exterior de un conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor;

hacer fluir dicho fluido de trabajo a través de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor para transferir calor de dicho fluido de trabajo a dicha parte no evaporada de dicho líquido para calentar dicha parte no evaporada de dicho líquido y para enfriar dicho fluido de trabajo;

recoger dicha parte no evaporada de líquido calentado que abandona dicha superficie exterior de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor mediante un colector (38, 138, 238) de líquido y hacer recircular dicha parte no evaporada de líquido calentado sobre dicho cuerpo;

estando dicho método caracterizado por mantener dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor en un área sustancialmente libre de un flujo de aire, y concentrar, acelerar y dispensar dicha parte de líquido no evaporada desde dicho cuerpo (26, 126, 226) a dicha superficie exterior de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor, que ocupa una segunda área plana más pequeña que dicha primera área plana y está por debajo de dicho cuerpo (26, 126, 226) con un espacio vertical entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicha superficie exterior de dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor, provocando dicha aceleración que la velocidad de flujo de dicha parte de líquido no evaporada se acelere en al menos 2, 9 metros por segundo (9, 5 pies/segundo) a través de dicho espacio entre dicho cuerpo (26, 126, 226) y dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor antes de entrar en contacto con dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor.

25. Método según la reivindicación 24, caracterizado además porque dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor está situado por encima de dicho colector (38, 138, 238) de líquido.

26. Método según la reivindicación 24 ó 25, caracterizado además porque dicho espacio se extiende por una distancia vertical de al menos 0, 61 metros (24 pulgadas) por debajo de dicho cuerpo (26, 126, 226) hasta dicho conducto (32, 132, 232) de fluido de trabajo de transferencia de calor.

27. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 26, caracterizado además por dejar caer dicha parte de líquido no evaporada pasando por unas entradas (48) de aire al interior de dicha carcasa (34) a través de dicho espacio entre dicho cuerpo (26) y dicha superficie exterior de dicho conducto (32) de fluido de trabajo de transferencia de calor, de manera que dicho flujo de aire mientras fluye desde dichas entradas

(48) de aire hasta dicho cuerpo (26) concentrará dicha parte de líquido no evaporada desde dicha primera área plana en dicha segunda área plana.