DISPOSITIVO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE POTENCIA Y REFRIGERACIÓN.

Dispositivo de refrigeración por absorción para la producción de potencia y refrigeración.

Dispositivo de refrigeración y producción de potencia mecánico y/o eléctrica por absorción, que comprende un circuito provisto de un evaporador destinado a absorber un calor de evaporación (QEVA) creando el efecto de refrigeración, un absorbedor (ABS) destinado a ceder un calor (Qabs) para que tenga lugar el proceso de absorción, un generador (DES) destinado a absorber el calor (Qdes) proveniente de una fuente de calor externa para generar el vapor refrigerante y una solución concentrada en absorbente, un condensador (CON) al que sigue el evaporador (EVA) destinado a condensar el fluido proveniente del generador (DES) mediante la cesión de un calor (Qcon), una derivación (SPLIT) dispuesta entre el generador (DES) y el condensador (CON), estando dicha derivación (SPLIT) destinada a desviar una fracción del fluido proveniente del generador (DES), un expansor (EXP) cuya entrada es fluido proveniente de la derivación (SPLIT), estando el eyector (EJE) dispuesto entre el evaporador (EVA) y el absorbedor (ABS), de modo que permite elevar la presión del fluido proveniente del evaporador (EVA) hasta la presión del absorbedor (ABS).

Dispositivo de refrigeración por absorción para la producción de potencia y refrigeración

La presente invención se refiere a un dispositivo de refrigeración y producción de potencia mecánica por absorción que permite funcionar eficientemente con fuentes de energía de baja temperatura.

Antecedentes de la invención

Es conocido un dispositivo de refrigeración por absorción, tal como el que se describe en la figura 1, que comprende un circuito provisto de un evaporador EVA que recibe calor de evaporación Qeva (efecto de refrigeración), un absorbedor ABS destinado a absorberen una solución concentrada, el vapor generado en el evaporador cediendo en este proceso un calor Qabs, un generador DES destinado a absorber el calor Qdes proveniente de una fuente de calor externa para generar vapor refrigerante y una solución concentrada, y un condensador CON al que sigue el evaporador EVA destinado a condensar el fluido refrigerante proveniente del generador DES mediante la cesión de un calor Qcon.

También es conocido añadir un rectificador en el circuito, tal como se muestra en la figura 2, para aquellos casos en que la diferencia de volatilidad entre el refrigerante y el absorbente no sea muy grande, como ocurre en el caso de los equipos de absorción que emplean amoniaco/ agua.

Estos equipos de refrigeración por absorción, aunque no tienen ni mucho menos la difusión de los sistemas de refrigeración por compresión, son los equipos de refrigeración activados con energía térmica más utilizados cuando se dispone de calor de origen renovable (p. ej., energía solar térmica) o residual (p. ej., calor de gases de escape de motores).

El principal problema de los equipos de refrigeración por absorción es su coste económico que hace que el periodo de retorno de la inversión sea alto ya que están formados por al menos cinco intercambiadores de calor, bombas y elementos auxiliares. A esto hay que añadir también que el número de horas de operación de la instalación a lo largo del año tampoco es muy alto al estar ligado únicamente a aquellos periodos de tiempo donde existe demanda de refrigeración o aire acondicionado (únicamente meses de verano). Por lo tanto, el ahorro correspondiente en energía primaria no se aprovecha como cabría esperar para

aplicaciones de aire acondicionado en edificios.

Algunos autores han propuesto la hibridación de los equipos de absorción con la incorporación de compresores. Hay varias configuraciones posibles para integrar un compresor al ciclo donde en todas ellas la compresión modifica de alguna forma el comportamiento del ciclo.

La configuración que quizá resulta más interesante es la de incrementar la presión del absorbedor respecto a la del evaporador y que ya ha sido destacada por diferentes autores. Para conseguir este incremento de presión se puede utilizar un compresor, pero en este caso los beneficios en cuanto a eficiencia energética del ciclo se ven reducidos por el consumo eléctrico del accionamiento del compresor.

En equipos comerciales de refrigeración por absorción, los fluidos de trabajo más utilizados son el agua / LiBr y el amoníaco / agua. Los dos fluidos de trabajo tienen sus ventajas e inconvenientes y, por tanto, la selección de un equipo de refrigeración utilizando un fluido de trabajo u otro se realiza en función de la aplicación y cada instalación en concreto.

Los equipos con amoniaco / agua trabajan a presiones elevadas. Si a estos equipos se incorpora un expansor para aprovechar la alta presión del ciclo se podría producir en un mismo ciclo de absorción, frío y energía mecánica (o eléctrica). Para ello hay varias configuraciones posibles.

La introducción del expansor en el ciclo permite producir energía eléctrica en aquellos periodos donde la demanda de frío es baja, y por tanto, la rentabilidad del equipo aumentaría ya que el número de horas de funcionamiento no quedaría reducido a los períodos en que hay demanda de frío sino que la energía térmica excedente se podría utilizar para generar energía eléctrica.

El coste del expansor en equipos pequeños no es muy alto debido a que se pueden adaptar equipos utilizados habitualmente en pequeños sistemas de refrigeración o en sistemas de turbo-alimentación de vehículos y al estar fabricados de forma masiva por el sector del automóvil, su coste es bajo.

Por otro lado, son conocidos los equipos de refrigeración por compresión térmica con eyector que son bastante simples y de un coste moderado pero no se adaptan muy bien a

aplicaciones cuya demanda de frío es altamente variable, como es el caso del sector de la edificación. En los edificios esta demanda está estrechamente relacionada con las condiciones ambientales altamente variables, no sólo estacionalmente sino también a diario.

Descripción de la invención

Para resolver las citadas carencias, la presente invención propone un dispositivo de refrigeración por absorción, que comprende un circuito provisto de:

Un evaporador destinado a absorber un calor de evaporación (efecto de refrigeración); Un absorbedor destinado a ceder un calor por la absorción del refrigerante en una solución concentrada procedente del generador;

Un generador destinado a absorber el calor proveniente de una fuente de calor para generar refrigerante y una solución concentrada en absorbente;

Un condensador al que sigue el evaporador destinado a condensar el fluido refrigerante proveniente del generador mediante la cesión de un calor;

Que se caracteriza por el hecho de que comprende:

Una derivación dispuesta entre el generador y el condensador, estando dicha derivación destinada a desviar una fracción del fluido refrigerante proveniente del generador;

Un expansor que utiliza parte del refrigerante generado en el generador de vapor para producir energía mecánica y/o eléctrica;

Un eyector en el cual entra como fluido primario el refrigerante proviene del expansor y como fluido secundario o aspirado, el vapor generado en el evaporador;

Estando el eyector dispuesto entre el evaporador y el absorbedor, de modo que permite elevar la presión del fluido proveniente del evaporador hasta la presión requerida para su entrada en el absorbedor.

Por lo tanto, la invención saca provecho de manera eficiente del vapor residual del propio sistema, que puede llegar a tener suficiente presión para hacer funcionar un eyector, es decir, realizar una compresión térmica.

La relación de expansión en expansores de pequeña potencia acostumbra a ser demasiado baja en comparación con la diferencia de presión existente entre el generador y el absorbedor de un ciclo de expansión. Por lo tanto, la presión a la salida del expansor es

todavía demasiado alta en comparación con la presión existente en el evaporador/ absorbedor. Por otra lado, si el absorbedor trabaja a una presión más elevada que el evaporador, el COP del ciclo aumenta puesto que se incrementa la diferencia de concentración entre la solución concentrada y diluida del circuito de solución del ciclo. Por lo tanto, la inclusión del eyector en el ciclo permite mejorar las prestaciones del ciclo, ya que al aumentar el COP para un determinado aporte de calor en el generador aumentará la producción de frío. Y al mismo tiempo, se aprovecha la presión de salida del expansor que aún es relativamente elevada. Con la configuración de ciclo propuesta, si se mantiene la diferencia de concentración en el circuito de solución constante, la compresión térmica permite reducir la temperatura de accionamiento del ciclo.

Esta invención evita tener que expandir el vapor a la salida del expansor hasta la presión del absorbedor mezclándolo con el vapor proveniente del evaporador y sin realizar ningún efecto útil. En el caso de la presente invención este efecto útil consiste en la compresión del vapor del evaporador aumentando la presión de trabajo del absorbedor.

El eyector se diferencia de una bomba o compresor convencional en el hecho de que no requiere de un aporte de energía mecánica externa para realizar la compresión. Su configuración es conocida por el experto en la materia.

La compresión realizada por el eyector se traduce en una reducción de la temperatura de accionamiento, lo cual hace la invención especialmente adaptada para fuentes de calor de baja temperatura, como por ejemplo, las renovables, y en especial la energía solar térmica. Evidentemente, se puede aplicar con cualquier otra fuente de calor de baja temperatura, como por ejemplo energía residual de procesos industriales, etc.

Según diversas características opcionales de la invención, combinadas entre sí siempre que sea posible, el dispositivo...

1. Dispositivo de refrigeración por absorción para la producción de potencia y refrigeración, que comprende un circuito provisto de:

- Un evaporador (EVA) destinado a absorber un calor de evaporación (QEva) para producir el efecto de refrigeración;

- Un absorbedor (ABS) destinado a ceder un calor (QabS) que permite la absorción de refrigerante en una solución concentrada en absorbente;

- Un generador (DES) destinado a absorber el calor (Qdes) proveniente de una fuente de calor con el fin de generar vapor refrigerante y una solución concentrada en absorbente;

- Un condensador (CON) al que sigue el evaporador (EVA) destinado a condensar el fluido proveniente del generador (DES) mediante la cesión de un calor (Qcon);

- Un intercambiador de solución (SHX) destinado a intercambiar calor entre el fluido proveniente del absorbedor (ABS) y el fluido proveniente del generador (DES).

- una válvula de expansión de solución (SEV) dispuesta entre el generador (DES) y el absorbedor (ABS), o entre el intercambiador de solución (SHX) y el absorbedor (ABS) en caso de que se prevea dicho intercambiador de solución (SHX).

una válvula de expansión de refrigerante (REV) dispuesta entre el condensador (CON) y el evaporador (EVA), o entre el subenfriador de refrigerante (RSC) y el evaporador (EVA) en caso de que se prevea dicho subenfriador de refrigerante (RSC).

Caracterizado por el hecho de que comprende:

Una derivación (SPLIT) dispuesta entre el generador (DES) y el condensador (CON), estando dicha derivación (SPLIT) destinada a desviar una fracción del fluido proveniente del generador (DES);

Un expansor (EXP) para la producción de energía mecánica y/o eléctrica y cuya entrada es fluido proveniente de la derivación (SPLIT);

- Estando un eyector (EJE) dispuesto entre el evaporador (EVA) y el absorbedor (ABS), de modo que permite elevar la presión del fluido proveniente del evaporador (EVA) para su entrada en el absorbedor (ABS) utilizando la salida del expansor como fluido primario.

2. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un subenfriador de refrigerante (RSC) en aquellos casos en que se considere

preciso.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende sucesivamente un sobrecalentador (SH), y un expansor (EXP) destinado a generar un trabajo mecánico (Wexp) que puede también convertirse en energía eléctrica, dispuestos

entre la derivación (SPLIT) y el eyector (EJE), estando el sobrecalentador (SH) dispuesto para extraer calor (QSh) de la fuente de calor antes de su uso en el generador (DES).

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un eyector de vapor entre el evaporador y el absorbedor que permite aumentar la presión

del refrigerante utilizando como fluido primario el vapor procedente del expansor.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un rectificador (REC) entre el generador (DES) y el condensador (CON) cediendo calor a la solución proveniente del absorbedor o a un fluido externo a temperatura próxima a la del

ambiente, y que comprende además una bomba de solución (SP) a la salida del absorbedor (ABS).