ES2305529T3 - Bomba de calor por ciclo de absorcion rotativo. - Google Patents
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Abstract
"Bomba de calor por ciclo de absorción rotativo que comprende un conjunto rotativo (1) que incluye un generador de vapor (2), un condensador (3), un evaporador (4) y un absorbedor (5), interconectados para constituir trayectos de flujo de fluido para un componente de fluido volátil y un líquido absorbente del mismo. La bomba de calor comprende también medios de transmisión de calor al generador de vapor (2) que comprenden un intercambiador de calor (6) dispuesto en el conjunto rotativo (1) por el que fluye un fluido caliente, comprendiendo también dichos medios de transmisión de calor medios adaptadores para transferir dicho fluido caliente desde un entorno estático a dicho intercambiador de calor (6)."
Description
Bomba de calor por ciclo de absorción
rotativo.
La presente invención se refiere a bombas de
calor operadas por ciclo de absorción rotativo, incluyendo tanto
las de simple efecto como las de doble efecto.
Son conocidas bombas de compresión mecánica que
son operadas por el principio de recompresión mecánica de un vapor
refrigerante realizada en un compresor. El vapor comprimido a alta
presión es condensado en líquido en un condensador, donde disipa
calor. De ahí, a través de una válvula de expansión, se expande el
líquido a baja presión y temperatura, y de ahí se evapora en un
evaporador, donde se produce frío, o, más exactamente, se absorbe
calor del ambiente. A continuación se vuelve a iniciar el ciclo en
el compresor.
Las bombas de calor operadas por ciclo de
absorción son activadas térmicamente, es decir, obtienen el vapor
refrigerante que será condensado (para la obtención de calor), y más
tarde evaporado (para la obtención de frío) a través de la
aplicación de una fuente de calor. Así pues, en este tipo de bombas
de calor, la función del compresor la realiza un generador
calentado por la acción de una fuente de calor. Por otra parte, la
función de la válvula de expansión la lleva a cabo un
absorbedor.
En las bombas de calor operadas por ciclo de
absorción rotativo, se hace girar todo el ciclo, de tal manera que
se consigue que los procesos de transferencia de calor sean más
intensos. Este giro se invierte además en realizar el bombeo de la
disolución entre cámaras de la bomba de calor.
ES 2 103 258 T3 describe una bomba de calor por
ciclo de absorción rotativo activada mediante combustión de gas.
Dicha bomba de calor comprende un conjunto rotativo que incluye un
generador de vapor al que se le transmite el calor. La transmisión
de calor desde la fuente de calor por combustión de gas al generador
de vapor se hace por radiación, con lo cual no hay contacto físico
entre dicha fuente de calor y dicho generador de vapor. Por lo
tanto, aunque el generador de vapor rote junto con el conjunto
rotativo, la fuente de calor se puede mantener fija.
EP 0 855 008 B1 divulga una bomba de calor por
ciclo de absorción rotativo, activada también mediante combustión
de gas, de doble efecto. En el sistema de doble efecto, se consigue
un efecto refrigerante añadido introduciendo un condensador
intermedio y un generador intermedio.
US 5,303,365 A divulga una bomba de calor por
ciclo de absorción rotativo de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1.
El principal objeto de la invención es el de
proporcionar una bomba de calor por ciclo de absorción rotativo que
pueda ser activado por cualquier fuente térmica.
La bomba de calor de la invención comprende un
conjunto rotativo que incluye un generador de vapor, un condensador,
un evaporador y un absorbedor, interconectados para constituir
trayectos de flujo de fluido para un componente de fluido volátil y
un líquido absorbente del mismo, y comprende también medios de
transmisión de calor al generador de vapor. Dichos medios de
transmisión de calor comprenden un intercambiador de calor dispuesto
en el conjunto rotativo por el que fluye un fluido caliente.
El fluido caliente que se hace fluir por el
intercambiador de calor se calienta mediante una fuente de calor
externa. Por lo tanto, los medios de transmisión de calor de la
bomba de calor de la invención comprenden también medios
adaptadores para transferir dicho fluido caliente desde un entorno
estático, externo a lo que es el propio conjunto rotativo, al
intercambiador de calor.
La bomba de calor de la invención puede ser
tanto de simple efecto como de doble efecto.
Con la bomba de calor de la invención, dado que
la transmisión de calor al generador de vapor se lleva a cabo
mediante un fluido caliente, es posible emplear, para la generación
de calor, cualquier fuente térmica capaz de calentar el fluido a la
temperatura necesaria, pudiéndose emplear por ejemplo paneles
solares, sistemas de refrigeración de máquinas y motores,
etcétera.
Estas y otras ventajas y características de la
invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la
descripción detallada de la invención.
La Fig. 1 es una vista en sección de una
realización de la invención.
La Fig. 2 es una vista en sección de los medios
de transmisión de calor y del generador de vapor de la realización
de la Fig. 1.
La Fig. 3 es una vista en sección de una
realización de los medios adaptadores para transferir el fluido
caliente desde un entorno estático al conjunto rotativo de la bomba
de calor de la invención.
La Fig. 4 es una vista en sección de una
realización de la invención en la que el condensador está en
contacto directo con el exterior.
La realización de la invención de la Fig. 1
corresponde a una bomba de calor por ciclo de absorción rotativo de
simple efecto. La bomba de calor de dicha realización comprende un
conjunto rotativo 1 que incluye:
- un generador de vapor 2,
- un condensador 3,
- un absorbedor 5, y
- un evaporador 4.
La bomba de calor de la invención podría ser
también de doble efecto, en cuyo caso comprendería también un
segundo condensador y un segundo generador.
La bomba de calor de la invención comprende
medios de transmisión de calor al generador de vapor 2,
comprendiendo dichos medios de transmisión de calor un
intercambiador de calor 6 dispuesto en el conjunto rotativo 1. La
transmisión de calor se realiza a través del fluido caliente que
fluye a través del intercambiador de calor 6. El intercambiador de
calor 6 es irrigado por el exterior por la disolución que circula en
el ciclo de absorción rotativo, y el calor del fluido caliente que
circula por el interior del intercambiador de calor 6 se transfiere
por convección y conducción, permitiendo la evaporación de la parte
volátil de dicha disolución.
El intercambiador de calor 6 comprende una
espiral de tubo, estando dicha espiral de tubo corrugado interna y
externamente. Mediante dichas superficies corrugadas se aumenta la
superficie de intercambio de calor y se favorece la nucleación del
vapor de agua. La rotación de la película de la disolución sobre la
superficie corrugada del intercambiador de calor 6 contribuye a
incrementar la eficiencia de del generador de vapor 2, obteniéndose
así un generador de vapor 2 de un elevado coeficiente de transmisión
de calor.
La espiral de tubo puede ser de cobre, o bien de
cobre niquelado o cobre-níquel. En una realización
preferente, dicha espiral de tubo es de cobre niquelado o
cobre-níquel, ya que a temperaturas por encima de
los 90ºC existe riesgo de corrosión cuando la disolución entra en
contacto con el cobre. El níquel protege al cobre de la
corrosión.
Dado que el fluido caliente se ha de transferir
al conjunto rotativo 1 desde un entorno estático, los medios de
transmisión de calor comprenden medios adaptadores para hacer
posible dicha transferencia de fluido caliente.
Los medios de transmisión de calor, mostrados
con más detalle en las figuras 2 y 3, comprenden también un
conducto de entrada 8 y un conducto de salida 9 del fluido caliente
dispuestos en el entorno estático, y un conducto de entrada 10 y un
conducto de salida 11 dispuestos coaxialmente en el eje de rotación
12 del conjunto rotativo 1. Dichos conductos de entrada y salida 10
y 11 comunican los conductos de entrada y salida 8 y 9 del entorno
estático con el intercambiador de calor 6. Los medios adaptadores
comprenden una junta rotativa 7 que une el entorno estático con el
eje de rotación 12 del conjunto rotativo 1.
La junta rotativa 7 comprende un casquillo 13 de
material de baja fricción. En una realización preferente, dicho
casquillo 13 es de grafito, aunque también puede ser de carbono o de
polímeros de distintos grados. El casquillo 13 está dispuesto entre
el entorno estático y el extremo del eje de rotación 12 del conjunto
rotativo 1. De esta manera, no es necesario el empleo de
rodamientos en dicha junta rotativa 7, con lo cual se evita el
problema derivado de la corta vida que tendrían los rodamientos en
un entorno a unas temperaturas tan elevadas, ya que el fluido
caliente, para poder generar vapor, ha de estar a una temperatura
superior a 90º si la bomba es de simple efecto, y a una temperatura
superior a 180º si es de doble efecto. Por otra parte, se evitan
las tareas de mantenimiento necesarias en caso de utilizar
rodamientos.
El conducto de entrada 10 del eje de rotación 12
está en el interior del conducto de salida 11. El extremo de dicho
conducto de entrada 10 está comunicado con el conducto de entrada 8
del entorno estático, y el conducto de salida 11 está comunicado
con el conducto de salida 9 del entorno estático a través de un
orificio 17 dispuesto en la superficie del eje de rotación 12. El
casquillo 13 separa el fluido caliente que accede al conducto de
entrada 10 del fluido caliente que sale del conducto de salida 11.
Entre el casquillo 13 y el eje de rotación 12 se genera una capa de
fluido que actúa como lubrificante.
Según se muestra en la figura 1, el conjunto
rotativo 1 está sujetado, a ambos lados de su eje de rotación 12,
por un soporte 14 con sus respectivos rodamientos 15 y por un
soporte 14' con sus respectivos rodamientos 15'. Según se muestra
en detalle en la figura 3, los medios de transmisión de calor
comprenden una carcasa 16 unida al soporte 14, comprendiendo dicha
carcasa 16 el conducto de entrada 8 y el conducto de salida 9 del
entorno estático, y estando el casquillo 13 fijado al interior de
dicha carcasa 16. En esta realización, dicha carcasa 16 es de
plástico.
La bomba de calor comprende también un cierre
mecánico 18 que evita que pase fluido caliente a los rodamientos 15
del soporte 14. Si a pesar de todo pasase fluido caliente, el
soporte 14 comprende un orificio 19 para desalojar dicho fluido
caliente.
Mediante la rotación del conjunto rotativo 1, se
consigue que la bomba de calor de la invención funcione con
temperaturas de refrigeración mayores que las bombas de calor
estáticas. Esto hace que en la bomba de calor de la invención el
aire actúe como disipador de calor y se pueda prescindir de torres
de refrigeración, lo cual es importante teniendo en cuenta que las
torres de refrigeración están hoy en día en entredicho por los
problemas de salud originados por su causa. En la bomba de calor de
la invención, en lugar de una torre de refrigeración se emplea un
intercambiador exterior enfriado por aire mediante el que se disipa
el calor generado en el absorbedor 5 y en el condensador 3.
En una realización preferente, mostrada en la
figura 4, se puede reducir la temperatura del generador de vapor 2
haciendo que el condensador 3 esté en contacto directo con el
exterior. De esta manera se consigue que haya una refrigeración
directa del condensador 3 con aire del exterior, reduciéndose de
forma notable la temperatura de condensación. Así, se alcanzan
temperaturas próximas a las que se alcanzarían en el caso de emplear
una torre de refrigeración. Además, estando el condensador 3 en
contacto directo con el exterior se reduce la cantidad de calor a
disipar en el intercambiador exterior.
Claims (9)
1. Bomba de calor por ciclo de absorción
rotativo que comprende un conjunto rotativo (1) que incluye un
generador de vapor (2), un condensador (3), un evaporador (4) y un
absorbedor (5), interconectados para constituir trayectos de flujo
de fluido para un componente de fluido volátil y un líquido
absorbente del mismo, comprendiendo también la bomba de calor
medios de transmisión de calor al generador de vapor (2),
comprendiendo dichos medios de transmisión de calor un
intercambiador de calor (6) dispuesto en el conjunto rotativo (1)
por el que fluye un fluido caliente, y comprendiendo también dichos
medios de transmisión de calor medios adaptadores para transferir
dicho fluido caliente desde componentes estáticos a dicho
intercambiador de calor (6), caracterizada porque los
componentes estáticos comprenden un conducto de entrada estático (8)
y un conducto de salida estático (9) del fluido caliente, y los
medios de transmisión de calor también comprenden un conducto de
entrada (10) y un conducto de salida (11) dispuestos coaxialmente
en el eje de rotación (12) del conjunto rotativo (1), comunicando
dichos conductos de entrada y salida (10,11) los conductos de
entrada y salida estáticos (8,9) con el intercambiador de calor
(6), y comprendiendo los medios adaptadores una junta rotativa (7)
que une los componentes estáticos con el eje de rotación (12) del
conjunto rotativo (1).
2. Bomba de calor según la reivindicación 1, en
donde la junta rotativa (7) comprende un casquillo (13) de un
material de baja fricción dispuesto entre los componentes estáticos
y el extremo del eje de rotación (12) del conjunto rotativo
(1).
3. Bomba de calor según la reivindicación 2, en
donde el casquillo (13) es de grafito.
4. Bomba de calor según las reivindicaciones 2 ó
3, en donde el conducto de entrada (10) del eje de rotación (12)
está en el interior del conducto de salida (11), estando el extremo
de dicho conducto de entrada (10) comunicado con el conducto de
entrada estático (8) y estando el conducto de salida (11) comunicado
con el conducto de salida estático (9) a través de un orificio (17)
dispuesto en la superficie del eje de rotación (12), de tal manera
que el casquillo (13) separa el fluido caliente que accede al
conducto de entrada (10) del fluido caliente que sale del conducto
de salida (11).
5. Bomba de calor según la reivindicación 4, que
comprende también un soporte (14) y unos rodamientos (15) que
sujetan el eje de rotación (12), y comprendiendo también los medios
de transmisión de calor una carcasa (16) unida a dicho soporte
(14), comprendiendo dicha carcasa (16) el conducto de entrada
estático (8) y el conducto de salida estático (9), y estando el
casquillo (13) fijado al interior de dicha carcasa (16).
6. Bomba de calor según la reivindicación 5, que
comprende un cierre mecánico (18) que evita que pase fluido
caliente a los rodamientos (15).
7. Bomba de calor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde el intercambiador de calor
(6) comprende una espiral de tubo, estando dicha espiral de tubo
corrugada interna y externamente.
8. Bomba de calor según la reivindicación 7, en
donde el intercambiador de calor (6) es de cobre niquelado.
9. Bomba de calor según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde el condensador (3) está en
contacto directo con el exterior, de tal manera que hay una
refrigeración directa del condensador (3) a través del aire del
exterior.
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