ES2305529T3 - Bomba de calor por ciclo de absorcion rotativo. - Google Patents

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Unai Onederra Egana
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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.
Sector de la técnica
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.
Estado anterior de la técnica
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.
Exposición de la invención
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.
Descripción de los dibujos
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.
Exposición detallada de la invención
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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