Sistema de enfriamiento de una mezcla psicrométrica por acoplamiento de una unidad de condensación y de una unidad de evaporación.

Sistema de enfriamiento de una primera mezcla psicrométrica (20),

comprendiendo este sistema:

- una unidad de condensación (18) que comprende un circuito (1a, 1b) de circulación de dicha primera mezcla psicrométrica (20), siendo esta unidad de condensación apta para condensar un fluido contenido en dicha mezcla por contacto directo con un líquido (22) que comprende dicho fluido, estando dicho líquido (22), en dicha unidad de condensación (18) a una temperatura inferior a la del punto de rocío de dicha primera mezcla (20);

- una unidad de evaporación principal (19) que comprende un circuito (17a, 17b) de circulación de una segunda mezcla psicrométrica (21) que comprende dicho fluido, siendo esta unidad de evaporación principal (19) apta para evaporar dicho líquido (22) en dicha segunda mezcla psicrométrica (21), estando dicho líquido (22), en dicha unidad de evaporación (19) a una temperatura superior a la del punto de rocío de dicha mezcla (21), estando dichas unidades (18, 19) acopladas por un circuito (8, 13) de circulación de dicho líquido de dicho circuito de circulación, que comprende:

- la inyección de dicho líquido en dicha unidad de condensación, que proviene de dicha unidad de evaporación; y

- la inyección del líquido cargado en fluido condensado que proviene de la unidad de condensación en dicha unidad de evaporación;

- unos medios de regulación de por lo menos un caudal de dicho líquido (22) en dicho sistema, caracterizado por que dichos medios de regulación comprenden:

- unos medios de medición de una diferencia de temperatura entre la temperatura del líquido (22) que entra en por lo menos una de dichas unidades (18, 19), y la temperatura de la mezcla psicrométrica (20, 21) que sale de dicha unidad (18, 19); y

- unos medios para ajustar el caudal de líquido que entra en dicha unidad (18, 19) en función de esta diferencia de temperatura.

Sistema de enfriamiento de una mezcla psicrométrica por acoplamiento de una unidad de condensación y de una unidad de evaporación.

Técnica anterior

La invención se refiere al campo general del enfriamiento de las mezclas psicrométricas.

Se recuerda en primer lugar que una mezcla psicrométrica contiene dos tipos de gas, a saber:

- un primer tipo de gas que, en las condiciones de temperatura y de presión no pueden pasar al estado liquido;

y

- un segundo tipo de gas en condiciones en las que pueden o bien condensarse, o bien evaporarse.

A titulo de ejemplo, el aire húmedo es un ejemplo de mezcla psicrométrica, comprendiendo este:

- aire seco, no condensándose este en las condiciones normales de temperatura y de presión; y

- vapor de agua, pudiendo este o bien condensarse, o bien evaporarse, en función de las condiciones de temperatura y de presión.

Los humos de las unidades de combustión (o más generalmente cualquier efluente gaseoso que comprende unos gases del aire a concentraciones variables y unos compuestos tales como el C2 u H2) son otros ejemplos de mezclas psicrométricas. En general, los humos de combustión son unas mezclas psicrométricas que presentan una concentración importante en vapor de agua.

Se conocen otras mezclas psicrométricas menos habituales, y en particular las mezclas de helio y de amoniaco y las mezclas de hidrógeno y de amoniaco.

El documento FR 28252 describe un procedimiento de extracción del dióxido de carbono contenido en los humos, en los que los humos son enfriados a una presión sustancialmente igual a la presión atmosférica y a una temperatura tal que el dióxido de carbono pasa directamente del estado vapor al estado sólido mediante un proceso de anti-sublimación, siendo el agua además extraída en forma líquida mediante un intercambiador de aire por ejemplo.

Tal sistema, a pesar de ser particularmente ventajoso, no permite desafortunadamente recuperar la frialdad de los gases enfriados en un gran intervalo de temperatura. No permiten tampoco efectuar una deshumidificación avanzada de los humos secos, a bajo coste.

Por otra parte, el documento FR 61 554 divulga un sistema que comprende una unidad de condensación y una unidad de evaporación utilizadas para concentrar un líquido.

Objeto y resumen de la invención

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un sistema de enfriamiento de una primera mezcla psicrométrica tal como se define en las reivindicaciones 1 a 12.

De manera muy ventajosa, el acoplamiento de la unidad de condensación y de la unidad de evaporación principal permite recuperar la frialdad de la primera mezcla psicrométrica en un gran intervalo de temperatura.

Este sistema permite además deshumidificar la primera mezcla psicrométrica de manera muy avanzada. Por ejemplo, cuando la primera mezcla psicrométrica es un humo, se puede obtener una deshumidificación de hasta 1.1'6 g H2/kg, a bajo coste, y con una alta eficacia energética.

En el sistema según la invención, el fluido puede pasar del estado gaseoso al estado líquido en la unidad de condensación, y del estado líquido al estado gaseoso en la unidad de evaporación principal, cuando se reúnen las condiciones de temperatura y de presión de las mezclas psicrométricas.

La mezcla psicrométrica a enfriar que circula en la unidad de condensación es saturante o próxima a la saturación.

La unidad de condensación comprende un circuito de circulación de una mezcla psicrométrica que contiene un fluido condensable, un circuito de circulación de un líquido que comprende este fluido, siendo la temperatura del líquido inferior a la del punto de rocío de la mezcla, unos medios de puesta en contacto directo de la mezcla psicrométrica y

del líquido y unos medios aptos para medir un intervalo de temperatura entre la temperatura del líquido que entra en esta unidad y la temperatura de la mezcla pslcrométrlca que sale de esta unidad.

Es importante señalar que la unidad de condensación según la Invención es fundamentalmente diferente de las torres de enfriamiento conocidas en el campo de las tecnologías de transferencia de calor.

En efecto, de manera general, en tales torres de enfriamiento, se pulveriza agua a enfriar mediante unas rampas de distribución sobre un revestimiento, y se pone en contacto directo con un flujo de aire en movimiento mediante un ventilador o mediante una corriente de aire, cargándose este flujo de aire de humedad y arrastrando las gotitas de agua hacia un compartimiento dispuesto en la parte inferior de la torre.

Dicho de otra manera, el funcionamiento de estas torres se basa en el enfriamiento del agua por evaporación en un aire relativamente alejado de estas condiciones de saturación.

El objetivo y el funcionamiento de la unidad de condensación según la invención es, por lo tanto, fundamentalmente diferente, ya que pretende condensar el vapor de agua (o más generalmente, el fluido condensable) contenido en la mezcla psicrométrica en unas condiciones próximas a la saturación por contacto directo con un líquido más frío.

Más precisamente, la temperatura del líquido es inferior al punto de rocío de la mezcla psicrométrica.

De acuerdo con la invención, el líquido que circula en la unidad de condensación comprende por lo menos un componente idéntico al fluido condensable de la mezcla psicrométrica.

En un modo particular de realización, los medios de puesta en contacto directo de la unidad de condensación según la invención están constituidos por un revestimiento, con el fin de aumentar la superficie de contacto directo entre el líquido y la mezcla psicrométrica.

En un modo particular de realización, los circuitos de circulación del líquido y de circulación de la mezcla psicrométrica de la unidad de condensación según la invención están dispuestos de manera que la mezcla psicrométrica y el líquido circulen a contracorriente.

De manera preferida, el líquido arrastrado por la gravedad circula desde arriba hacia abajo, y la mezcla psicrométrica desde abajo hacia arriba.

La evolución global en la unidad de condensación según la invención es la siguiente: el líquido que entra a una temperatura inicial, claramente inferior a la temperatura de entrada de la mezcla psicrométrica, típicamente de 5 a 5 K, se calienta progresivamente por contacto directo con la mezcla psicrométrica.

A la inversa, la mezcla psicrométrica se enfría.

Durante este enfriamiento, el fluido, próximo a sus condiciones de saturación, contenido en la mezcla psicrométrica, se condensa, lo que aumenta así el caudal de masa del líquido.

El resultado de estas transferencias acopladas de masa y de calor es, por un lado, que la mezcla psicrométrica sale de la unidad de condensación, a una temperatura inferior a su temperatura de entrada y con una composición de fluido condensable inferior a la composición de entrada y, por otro lado, que la temperatura del líquido a la salida de la unidad de condensación es superior a su temperatura de entrada, siendo el caudal de masa saliente superior al caudal entrante, incrementándose el caudal líquido por el caudal de masa del fluido condensado.

De acuerdo con la invención, la mezcla psicrométrica que atraviesa la unidad de evaporación principal contiene el fluido condensable antes citado, pero a una concentración alejada de las condiciones de saturación.

En la unidad de evaporación principal, el líquido está a una temperatura superior a la de la mezcla psicrométrica.

En consecuencia, el líquido se evapora parcialmente y se enfría en la unidad de evaporación principal. El caudal que sale de esta unidad de evaporación principal es por lo tanto inferior al caudal que entra.

Por su parte, la mezcla psicrométrica se recalienta atravesando la unidad de evaporación principal, y su concentración en fluido condensable aumenta.

En un modo particular de realización, el sistema según la invención comprende unos medios de ajuste del caudal de la primera mezcla psicrométrica y/o del caudal de la segunda mezcla psicrométrica.

Esta característica permite ventajosamente regular el caudal de una mezcla con respecto al caudal de la otra mezcla, y por lo tanto equilibrar globalmente las transferencias de masa y de calor en el sistema.

Los medios de regulación del sistema según la invención pueden, por ejemplo, comprender cuatro sondas térmicas dispuestas:

- en las entradas del líquido en la unidad de condensación y en la unidad de evaporación principal; y

- en las salidas de las mezclas psicrométricas de estas unidades.

En el... [Seguir leyendo]

1. Sistema de enfriamiento de una primera mezcla psicrométrica (2), comprendiendo este sistema:

- una unidad de condensación (18) que comprende un circuito (1a, 1b) de circulación de dicha primera mezcla psicrométrica (2), siendo esta unidad de condensación apta para condensar un fluido contenido en dicha mezcla por contacto directo con un líquido (22) que comprende dicho fluido, estando dicho líquido (22), en dicha unidad de condensación (18) a una temperatura inferior a la del punto de rocío de dicha primera mezcla (2);

- una unidad de evaporación principal (19) que comprende un circuito (17a, 17b) de circulación de una segunda mezcla psicrométrica (21) que comprende dicho fluido, siendo esta unidad de evaporación principal (19) apta para evaporar dicho líquido (22) en dicha segunda mezcla psicrométrica (21), estando dicho líquido (22), en dicha unidad de evaporación (19) a una temperatura superior a la del punto de rocío de dicha mezcla (21), estando dichas unidades (18, 19) acopladas por un circuito (8, 13) de circulación de dicho líquido de dicho circuito de circulación, que comprende:

- la inyección de dicho líquido en dicha unidad de condensación, que proviene de dicha unidad de evaporación; y

- la inyección del líquido cargado en fluido condensado que proviene de la unidad de condensación en dicha unidad de evaporación;

- unos medios de regulación de por lo menos un caudal de dicho líquido (22) en dicho sistema, caracterizado por que dichos medios de regulación comprenden:

- unos medios de medición de una diferencia de temperatura entre la temperatura del líquido (22) que entra en por lo menos una de dichas unidades (18, 19), y la temperatura de la mezcla psicrométrica (2, 21) que sale de dicha unidad (18, 19); y

- unos medios para ajustar el caudal de líquido que entra en dicha unidad (18, 19) en función de esta diferencia de temperatura.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios para ajustar el caudal de líquido (22) que entra en una unidad (18, 19), comprenden una bomba (7, 12) apta para inyectar un líquido (22) en dicha unidad a partir de un depósito (5, 1).

3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado por que el depósito utilizado para ajustar el caudal de líquido inyectado en una (18, 19) de dichas unidades está constituido por un compartimiento (5, 1) dispuesto en la parte inferior de la otra (19, 18) unidad (19, 18).

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende unos medios de ajuste del caudal de por lo menos una de dichas mezclas psicrométricas (2, 21).

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que comprende unos medios (23) para enfriar dicho líquido (22) en la salida (6) de dicha unidad de evaporación principal (19).

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado por que dichos medios de regulación son aptos para:

- aumentar el caudal de líquido (22) que entra en dicha unidad de evaporación principal (19);

- aumentar el caudal de líquido (22) que entra en dicha unidad de condensación (18);

- medir la diferencia de temperatura entre la temperatura del líquido (22) que entra en dicha unidad de

condensación (18) y la temperatura de la mezcla psicrométrica (2) que sale de dicha unidad de

condensación (18); y, cuando dicha diferencia de temperatura es superior a un umbral:

- actuar sobre dichos medios (23) de enfriamiento de dicho líquido (22) para aumentar su potencia frigorífica.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que comprende un rebosadero (24) para evacuar una parte del líquido (22) condensado en dicha unidad de condensación (18).

8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado por que dichos medios de regulación son aptos para:

- medir la diferencia de temperatura entre la temperatura de líquido (22) que entra en dicha unidad de condensación (18) y la temperatura de la mezcla psicrométrica (2) que sale de dicha unidad de condensación (18); y cuando dicha diferencia de temperatura es superior a un umbral:

- aumentar los caudales de líquido (22) que entran en dichas unidades (18, 19) en unas mismas proporciones similares.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho líquido (22) comprende una sal, caracterizado por que comprende una unidad de evaporación secundaria (3) de dicho líquido (22), colocada en serie entre dicha unidad de condensación (18) y dicha unidad de evaporación principal (19) en dicho circuito de circulación (8, 13) de dicho líquido (22), funcionando dicha unidad de evaporación secundaria a una temperatura ampliamente superior a la de dicha unidad de evaporación principal (19).

1. Sistema según la reivindicación 9, caracterizado por que dicha unidad de evaporación secundaria (3) comprende una entrada (31a) y una salida (31b) de aire (32), siendo el aire apto para circular a contracorriente de dicho líquido (22) en dicha unidad de evaporación secundaria (3), y un ventilador (39) de caudal variable aguas arriba de dicha entrada de aire (31a), siendo dichos medios de regulación aptos para ajustar el caudal de aire y el caudal de líquido (22) que entra en dicha unidad de evaporación secundaria en función de una diferencia de temperatura entre la temperatura del líquido (22), que entra en dicha unidad (3) y la temperatura del aire (32) que sale de dicha unidad (3).

11. Sistema según la reivindicación 9 o 1, caracterizado por que comprende un intercambiador (28) de calor apto para recuperar el frío de dicho líquido (22) que fluye de dicha unidad de condensación (18) hacia dicha unidad de evaporación secundaria (3).

12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que comprende unos medios de ajuste de la concentración en sal en dicho líquido en la salida (29, 6) de cada una de dichas unidades de evaporación (19, 3).

13. Procedimiento de enfriamiento de una primera mezcla psicrométrica (2), comprendiendo este procedimiento en bucle cerrado:

- una etapa (E1) de condensación del fluido contenido en la mezcla por contacto directo con un líquido (22) que comprende dicho fluido, estando dicho líquido (22) a una temperatura inferior a la del punto de rocío de la primera mezcla (2); y

- una etapa (E2) de evaporación del líquido (22) condensado durante la etapa de condensación (E1) en una segunda mezcla psicrométrica (21) que comprende dicho fluido, estando el líquido (22) a una temperatura superior a la del punto de rocío de la segunda mezcla (21); y

- una etapa (E3) de reinyección del líquido evaporado durante dicha etapa de evaporación (E2) para la utilización en dicha etapa de condensación (E1).

14. Procedimiento de enfriamiento según la reivindicación 13, llevado a cabo utilizando un sistema según una de las reivindicaciones 1 a 12.