Máquina frigorífica de adsorción accionada por gas de escape.

Procedimiento para la provisión de frío (7), que comprende las siguientes etapas:

a. introducción de gases de escape desde un conducto de gas de escape (2) proveniente de un motor de combustión interna a un aparato regulador (4) antepuesto a por lo menos una máquina frigorífica de adsorción (1), y/o

b. introducción de aire (3) en el aparato regulador (4),

c. introducción de los gases de escape o de una mezcla de gas de escape-aire o de aire desde el aparato regulador (4) a por lo menos un intercambiador de calor de la máquina frigorífica de adsorción (1),

d. desorción de un material de adsorción que se encuentra en por lo menos una unidad de adsorción/desorción (8) de la máquina frigorífica de adsorción (1) mediante la energía calorífica del gas de escape, condensándose el medio refrigerante presente en forma de vapor en por lo menos una unidad de evaporación/condensación (9), y

e. evaporación de un medio refrigerante que fluye en la máquina frigorífica de adsorción (1) en una unidad de evaporación/condensación (9) de la máquina frigorífica de adsorción (1), proveyéndose así el frío.

Máquina frigorífica de adsorción accionada por gas de escape

La presente invención se refiere a un procedimiento para la provisión de frío, en el que una máquina frigorífica de adsorción se conecta a un conducto de gas de escape. Adicionalmente, la invención se refiere a un dispositivo para realizar el procedimiento.

El motor de combustión interna clásico ha alcanzado un alto grado de perfeccionamiento a lo largo de su evolución. Cabe esperar que todavía continúe representando la tecnología de propulsión dominante durante mucho tiempo, aun cuando los futuros desarrollos cada vez tengan que tener en cuenta más y más la sostenibilidad de las fuentes de recursos en lo relacionado con la construcción y los combustibles. Del concepto del vehículo eléctrico surge una competencia para el motor de combustión interna, que en principio tiene la misma antigüedad, aunque presenta ventajas y desventajas completamente diferentes. Un problema que hasta hoy no ha sido solucionado satisfactoriamente en relación al almacenamiento de la energía se opone a la implementación de un motor propulsor altamente eficiente y técnicamente perfeccionado con ventajas sustanciales en el tráfico local urbano típico.

En los dispositivos de accionamiento de vehículos, en particular también en los motores de combustión interna de automóviles, durante el funcionamiento se genera una cantidad significativa de calor de escape. Éste se disipa a través del sistema de refrigeración del accionamiento mediante el calentamiento de un medio refrigerante, generalmente agua, y/o se emite en los gases de escape calientes que son evacuados a través de un sistema de escape de gases correspondiente.

También el calentamiento o la refrigeración, respectivamente, del espacio interior son más que solo una función de confort, ya que según se ha demostrado en diversos estudios ello representa un aspecto esencial de la seguridad activa. Para mantener el estado de equilibrio en funcionamiento con una temperatura exterior de 8 °C y una temperatura interior de 22 °C es suficiente una potencia calorífica de ,5 kW a ,7 kW en el funcionamiento de aire circulante.

Los sistemas de calefacción en los que el calor se libera por la combustión de sustancias combustibles, potencialmente tienen un mayor grado de rendimiento en la generación de calor, pero requieren un mayor dispendio en la distribución del calor. Por una parte, las elevadas temperaturas del medio de transmisión tienen que ser bajadas a temperaturas soportables después de la combustión, por ejemplo por mezcla, y por otra parte, los sistemas disponibles en el mercado, tales como las calefacciones auxiliares comercialmente disponibles, con frecuencia emplean combustibles fósiles u otros combustibles que contienen carbono. En lo relacionado con los vehículos eléctricos, que por lo demás tienen un sistema de accionamiento libre de emisiones, esto no solo se considera como un defecto, sino que en determinados espacios jurídicos, por ejemplo en California, esto tiene como consecuencia que tales vehículos ya no se clasifiquen como "Vehículo de cero emisiones" (ZEV, por las siglas en inglés de Zero Emission Vehicle).

De manera análoga a esto se plantea el problema de la refrigeración/climatización del espacio interior del vehículo. El compresor del aire acondicionado en los automóviles convencionales es accionado por el motor de combustión interna y de esa manera contribuye a un mayor consumo de combustible. En el servicio de carga parcial, la potencia extraída adicionalmente sin embargo resulta en un aumento del grado de eficiencia del motor, de tal manera que el consumo de combustible adicional es menor que el grado en que aumenta la energía de propulsión. En el vehículo eléctrico, con un compresor de aire acondicionado necesariamente accionado eléctricamente, la energía extraída por el contrario reduce claramente la autonomía (hasta en un 3 %).

En el estado de la técnica se describen diferentes procedimientos y dispositivos para la obtención de energía mecánica o eléctrica a partir del calor de escape. Así, por ejemplo, el documento DE 1 26 43 139 A1 desvela un dispositivo para la obtención de energía a partir del calor de escape de un motor de combustión interna de vehículo automotor. A este respecto, se conoce por lo menos un sistema de transformación térmica conectado a una fuente de calor de escape de un motor de combustión interna que suministra el calor en un nivel de temperatura comparativamente bajo, en donde dicho sistema de transformación térmica transforma por lo menos una parte del calor de escape liberado por el motor de combustión interna en energía mecánica o eléctrica. Junto a los transformadores termoeléctricos, tales como termoelementos, o convertidores térmicos realizados como generadores termoiónicos, también se emplean procesos de circuito termodinámico con sustancias activas fácilmente evaporables a bajas temperaturas para la generación de corriente eléctrica.

Adicionalmente, por ejemplo, del documento DE 1 27 4 765 A1 se conoce un procedimiento para atemperar un vehículo automotor en parada. En el procedimiento descrito, una así llamada unidad de atemperación residual, que suministra calor y/o frío producido durante la marcha del vehículo, se combina con una unidad de atemperación activa, en particular una calefacción auxiliar.

El documento DE 1 21 7 911 A1 desvela una unidad de accionamiento de un vehículo automotor que está equipada con un motor de combustión interna acoplado a un árbol receptor y un sistema de aprovechamiento del

calor de escape, a través del que por lo menos una parte del calor de escape derivado del motor de combustión interna y/o de un sistema de gas de escape acoplado al motor de combustión interna se transforma en energía eléctrica por medio de un transformador de energía accionado por medios térmicos, en donde dicha energía eléctrica puede ser suministrada por lo menos en parte a por lo menos un consumidor secundario y/o una red eléctrica de a bordo del vehículo automotor. La solución técnica descrita se caracteriza por que adicionalmente al sistema de aprovechamiento del calor de escape se provee una fuente de calor adicional, a través de la cual se puede abastecer con calor el transformador de energía térmicamente accionado.

El documento US 5 333 471, que representa el estado de la técnica más próximo, desvela un procedimiento para la preparación de frío, en donde los gases de escape emanados de un conducto de gas de escape conectado a un motor de combustión interna son dirigidos opcionalmente a un primer o segundo adsorbedor. Dependiendo de la posición de una válvula dispuesta en la corriente de aire ambiental, un adsorbedor funciona como adsorbedor adsorbente y el otro como adsorbedor desorbente, o viceversa. En cualquier caso, se produce una mezcla del aire ambiental más frío y de los gases calientes provenientes del motor.

En el estado de la técnica se describen máquinas frigoríficas que en general sirven para la calefacción y/o refrigeración de edificios. Las máquinas frigoríficas realizan procesos de circuito termodinámico, en los que por ejemplo se absorbe calor por debajo de la temperatura ambiente y se emite a una temperatura mayor. Los procesos de circuito termodinámico son similares a los de una bomba térmica. Las máquinas frigoríficas conocidas en el estado de la técnica son, por ejemplo, dispositivos frigoríficos de adsorción, máquinas frigoríficas de difusión- absorción, instalaciones frigoríficas de adsorción o bombas térmicas de sorción de sólidos, así como dispositivos frigoríficos de compresión. Las instalaciones conocidas en el estado de la técnica normalmente son muy grandes, lo que por una parte se debe a la potencia frigorífica instalada y por otra parte a la realización del material adsorbente o absorbente.

La generación técnica de frío normalmente se basa en la evaporación de un medio refrigerante (analogía: frío por evaporación). Las máquinas frigoríficas de compresión eléctricas convencionales logran esto por medio de una compresión (aumento de la presión) y distensión (reducción de la presión) del medio refrigerante a través de un proceso de compresión mecánico. En el caso de las máquinas frigoríficas de adsorción (MFA), en cambio, se habla de una condensación térmica. En el caso de la adsorción, esto se realiza mediante el secado (desorción) de un material de adsorción (o medio de adsorción) a través del suministro de calor. Una vez que el material de adsorción se haya secado y enfriado nuevamente, comienza a absorber el medio refrigerante (adsorción). De esta manera se produce una disminución de la presión y por lo tanto la evaporación del medio refrigerante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la provisión de frío (7), que comprende las siguientes etapas:

a. introducción de gases de escape desde un conducto de gas de escape (2) proveniente de un motor de combustión interna a un aparato regulador (4) antepuesto a por lo menos una máquina frigorífica de adsorción

(1), y/o

b. introducción de aire (3) en el aparato regulador (4),

c. introducción de los gases de escape o de una mezcla de gas de escape-aire o de aire desde el aparato regulador (4) a por lo menos un intercambiador de calor de la máquina frigorífica de adsorción (1),

d. desorción de un material de adsorción que se encuentra en por lo menos una unidad de adsorción/desorción (8) de la máquina frigorífica de adsorción (1) mediante la energía calorífica del gas de escape, condensándose el medio refrigerante presente en forma de vapor en por lo menos una unidad de evaporación/condensación (9), y

e. evaporación de un medio refrigerante que fluye en la máquina frigorífica de adsorción (1) en una unidad de evaporación/condensación (9) de la máquina frigorífica de adsorción (1), proveyéndose así el frío.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que una refrigeración del material de adsorción se puede realizar tanto durante el no funcionamiento como también durante el funcionamiento del motor de combustión interna.

3. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se realiza una refrigeración de retorno continua de la unidad de adsorción/desorción (8) y/o de la unidad de evaporación/condensación (9) mediante aire ambiental y la desorción se realiza en contra de esta refrigeración.

4. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el calor provisto por la unidad de adsorción/desorción (8) y/o la unidad de evaporación/condensación (9) se disipa de manera activa o pasiva.

5. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para la refrigeración del material de adsorción se conduce aire del aparato regulador (4) al interior de por lo menos una unidad de adsorción/desorción (8) y/o aire del aparato regulador (4) al interior de por lo menos una unidad de evaporación/condensación (9).

6. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el aparato regulador (4) es una válvula regulable de manera automática o manual, limitándose el gas de escape conducido al interior de la máquina frigorífica de adsorción (1) a una temperatura determinada.

7. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la máquina frigorífica de adsorción (1) presenta una conexión a una bomba de agua salobre (6) y un intercambiador de aire frío- calor (5) y/o una conexión a un tubo de calor y un intercambiador de aire frío-calor (5).

8. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la introducción de aire en el aparato regulador (5) se realiza por medio de un ventilador o un tubo Venturi y/o la introducción de aire para la refrigeración de retorno de la unidad de adsorción/desorción (8) y/o de la unidad de evaporación/condensación (9) se realiza por medio de un ventilador o un tubo Venturi.

9. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el calor producido por la unidad de adsorción/desorción (8) y/o la unidad de evaporación/condensación (9) se disipa hacia un cuerpo sólido.

1. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el calor proporcionado por la unidad de adsorción/desorción (8) y/o la unidad de evaporación/condensación (9) se disipa mediante la evaporación de un condensado producido en una instalación de climatización por compresión.

11. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se impide el paso del medio refrigerante en forma de vapor desde la unidad de adsorción/desorción (8) a la unidad de evaporación/condensación (9) por medio de una válvula de cierre y/o una válvula de retención.

12. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que hay agua como medio refrigerante en la máquina frigorífica de adsorción (1) y/o por que como medio de adsorción en la máquina frigorífica de adsorción (1) hay carbón activado, óxido de aluminio, fosfatos de aluminio, fosfatos de sílice- aluminio, fosfatos de metal-sílice-aluminio, silicatos mesoestructurales, estructuras metal-orgánicas y/o un material microporoso, comprendiendo polímeros microporosos, geles de sílice o zeolitas.

13. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la máquina frigorífica de adsorción (1) se usa como acumulador de frío, existiendo entre la unidad de adsorción/desorción (8) y la unidad de evaporación/condensación (9) una válvula de cierre y/o por que la máquina frigorífica de adsorción (1) presenta por lo menos dos unidades de adsorción/desorción (8) para la desorción y

adsorción del medio refrigerante con desplazamiento de fases.

14. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el control del procedimiento se realiza por medio del aparato regulador (4).

15. Dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores,

en donde el dispositivo presenta

- una máquina frigorífica de absorción (1),

- un aparato regulador (4),

- un conducto de alimentación proveniente de un motor de combustión interna,

- un tubo de calor y/o una bomba de agua salobre (6) y

- un intercambiador de aire frío-calor (5),

en donde la máquina frigorífica de adsorción presenta por lo menos una unidad de adsorción/desorción (8) y por lo 2 menos una unidad de evaporación/condensación (9) y el aparato regulador (4) está antepuesto a la máquina frigorífica de adsorción (1).