ES2389643A1 - Conjunto evaporador y absorbedor adiabático de lámina plana. - Google Patents

Conjunto evaporador y absorbedor adiabático de lámina plana. Download PDF

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Abstract

Conjunto evaporador y absorbedor adiabático de lámina plana.#Se describe una máquina de absorción que dispone en un mismo contenedor de un evaporador y un absorbedor. En dicho absorbedor se pulveriza la disolución de bromuro de litio en forma de lámina plana y sin intercambio de calor (adiabático). La transferencia de calor se efectúa en otro intercambiador que puede ser disolución-aire o disolución-agua.

Description

CONJUNTO EVAPORADOR Y ABSORBEDOR ADIABÁTICO DE LÁMINA PLANA
OBJETO DE LA INVENCiÓN
10
La presente invención se refiere a una máquina de absorción con un funcionamiento basado en la absorción de bromuro de litio-agua con aplicaciones de climatización y refrigeración.
15 2 O
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN El desarrollo de la refrigeración revolucionó el procesamiento y distribución de los alimentos modificando los hábitos de consumo de la humanidad. La implementación de la cadena de frío permite la captura, proceso, refrigeración, congelación, almacenamiento y distribución de los más variados productos alimenticios, pudiendo disponer de ellos con los más altos estándares de frescura y calidad, en cualquier lugar del mundo yen cualquier época del año. Otra aplicación que se ha extendido en las sociedades avanzadas es la climatización de edificios.
25 3 O
La tecnología de la refrigeración y la climatización utiliza, en la mayoría de aplicaciones, máquinas frigoríficas que trabajan con refrigerantes (CFCs, HCFCs y HFCs) que destruyen el ozono (CFCs y HCFCs) y generan un efecto invernadero muy superior al generado por el CO2. Como estas máquinas, en la mayoría de los casos, utilizan la electricidad, su funcionamiento genera también dióxido de carbono.
Como consecuencia de estos inconvenientes se desarrolló el Protocolo
de Montreal, para evitar la destrucción del ozono y el acuerdo de Kyoto para
reducir la emisión de gases de efecto invernadero.
A los anteriores efectos, hay que añadir el uso de agua para producir la
5
electricidad, y el consumo de agua en las torres de enfriamiento. El uso de torres
genera a su vez epidemias de legionellosis, enfermedad de aparición recurrente
en los medios de comunicación.
No obstante, la sociedad actual no puede prescindir de la tecnología
10
frigorífica, y por esta razón es necesario crear sistemas de producción de frío
que minimicen su impacto ambiental.
Una posible solución podría pasar por la sustitución de los refrigerantes
fluorados, que denominaremos en general "refrigerantes orgánicos" por otros
15
gases que en la tecnología frigorífica actual se denominan como "refrigerantes
inorgánicos o naturales". Refrigerantes como el amoniaco, el agua, el CO2 no
destruyen el ozono, ni generan efecto invernadero. Otros refrigerantes como el
propano o el butano, entre otros, no destruyen el ozono y su efecto invernadero
es comparable al del CO2. Sin embargo, el amoniaco, por su toxicidad, tiene
2 O
fuertes condicionantes para su aplicación y los combustibles tienen prohibido su
uso en instalaciones domésticas o comerciales. El dióxido de carbono tiene
graves problemas de eficiencia energética y de seguridad por las altas presiones
de trabajo y aunque empieza a utilizarse en el sector de automóviles de turismo
no se utiliza en el sector residencial.
25
Por lo tanto, solo quedaría la opción del agua que en estado de vapor, es
el gas de efecto invernadero más potente. El uso del agua como refrigerante no
incrementa el efecto invernadero del planeta, ya que una posible fuga no
modifica el balance hídrico. Sus propiedades físicas y termodinámicas sólo
3 O
permiten usarlo para generar temperatura superior a QºC. Esto no supone un
problema para el sector de la climatización y de la refrigeración con temperaturas
de trabajo comprendidas entre 7ºC y 16ºC.
Las primeras aplicaciones industriales de los principios termodinámicos de la absorción de un vapor por un líquido, con el fin de conseguir la refrigeración de otro líquido, datan de mediados del Siglo XIX.
5
La comercialización a mayor escala de plantas frigoríficas de absorción con ciclo Amoniaco-Agua comienzan a principios del Siglo XIX y la puesta en el mercado de las primeras plantas con ciclo agua-Bromuro de Litio tiene lugar a principio de los 50.
10
Los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el Amoniaco y el agua, respectivamente.
15 2 O
En una máquina de absorción se produce un proceso en el que el refrigerante, agua, amoniaco u otros, se evapora en el evaporador tomando el calor de cambio de estado del fluido que circula por el interior del haz tubular de este intercambiador. Los vapores producidos se absorben por el absorbente, agua o solución de bromuro de litio u otros, en un proceso de disolución en el que aumenta su temperatura, lo que requiere de refrigeración externa para que la solución se mantenga en condiciones de temperatura correctas y no aumente la presión en la cámara en la que se produce la absorción y que se denomina Absorbedor.
25 3 O
En este circuito de refrigeración externa se utilizan normalmente torres de refrigeración de agua. El agua enfriada en la torre se hace circular a través del interior del haz tubular de otro intercambiador que se encuentra situado en el interior de la cámara del absorbedor y sobre el que se rocía el absorbente para facilitar el proceso de la absorción. La masa de absorbente conteniendo el refrigerante absorbido se transporta, mediante bombeo, hasta otro intercambiador de calor cuya función es separar el refrigerante del absorbente, por destilación del primero. Este intercambiador de calor se denomina
5
generador. Por su haz tubular se hace circular el fluido caliente, normalmente agua o vapor de agua, que constituye la fuente principal de energía para el funcionamiento del ciclo de absorción, y que también puede proceder como efluente de cualquier tipo de proceso en el que se genere calor residual.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
10
El conjunto objeto de la invención está destinado para su uso en máquinas pertenecientes al grupo de las anteriormente citadas máquinas de absorción, más específicamente de las que hacen uso de bromuro de litio y agua.
15 2 O
El conjunto evaporador-absorbedor comprende un contenedor en el que se encuentra un colector (o varios) que recibe la disolución concentrada y caliente de bromuro de litio procedente de un generador, colector (o colectores) desde el que parten perpendicularmente una serie de conductos soldados en la superficie exterior del colector que disponen de unos pulverizadores roscados al extremo libre de dichos conductos, que pulverizan dicha disolución formando unas láminas planas que entra en contacto con vapor de agua.
25 3 O
Las láminas planas muestran una configuración esencialmente triangular para aumentar la superficie de intercambio con el vapor de modo que se favorece la dilución de la disolución concentrada que caerá al fondo del depósito. Desde el fondo del depósito parte una línea de retorno al generador y una línea de recirculación dirigida al colector nuevamente con intermediación de un intercambiador que puede ser de aire o de agua que disminuye la temperatura de la disolución dirigida nuevamente al colector. Este efecto facilita la transferencia de masa y, dado que el proceso de absorción es adiabático, la transferencia de calor se hace necesitando menos área de intercambio.
Además, estas láminas planas, esencialmente triangulares, permiten que
el proceso se lleve a cabo en situaciones no estáticas, es decir en movimiento,
ya que la pulverización en forma laminar permite ciertos balanceos o vaivenes
sin que las láminas planas pulverizadas se vean excesivamente influenciadas
5
por dichos movimientos; haciendo especialmente adecuado el uso de esta
máquina en instalaciones que estén sometidas a movimiento tales como barcos,
vehículos terrestres, etc.
La configuración del absorbedor permite que el tamaño de la máquina
10
absorbed ora pueda ser realmente pequeño ofreciendo eficiencias muy altas.
Además se ha previsto que el conjunto absorbedor-evaporador objeto de la
invención pueda disponer de un evaporador en el mismo depósito, mejorando
aún más las dimensiones finales, ventaja ya mencionada para el absorbedor, y
que además afectaría a las dimensiones finales.
15
En este caso en que la máquina incorpora el evaporador y el absorbedor
en el mismo espacio, ambos conforman un único contenedor que dispone de
una pared aislante separadora perpendicular a la base del contenedor que
genera dos espacios o cámaras que permite la mezcla de gases o vapor de
2 O
agua en la parte superior ya que dicha pared no llega hasta la tapa o superficie
superior del contenedor. El evaporador se encuentra en una cámara y
comprende un haz de tubos que conforman un circuito por el cual circula líquido
de refrigeración secundario normalmente procedente de la estancia a enfriar,
quedando los tubos que están ubicados en la parte superior de la cámara a una
25
temperatura superior a la de los tubos ubicados en la parte inferior de la cámara
o viceversa, más cercana a la base del contenedor, por donde circula el líquido
refrigerante secundario que se ha enfriado a su paso por el circuito completo del
serpentín.
30
En este evaporador, el agua que llega a ésta cámara procedente del
condensador sufre una evaporación. El agua, una vez evaporada, pasa, en
forma de vapor de agua, a la cámara contigua.
En esta segunda cámara absorbedor descrito anteriormente procedente de la primera cámara.
contigua a la primera se encuentra el en el que se introduce el vapor de agua
5 10
La configuración descrita es válida tanto para máquinas de absorción de simple efecto como para máquinas de absorción de doble efecto o incluso de triple efecto. Dependiendo de qué tipo sea al colector llegarían una, dos o tres líneas de disolución concentrada caliente procedentes de dos generadores, así como una, dos o tres entradas de agua procedente de un condensador.
DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
15
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
2 O
Figura 1.Muestra un esquema máquina de simple efecto. del conjunto evaporador-absorbedor de la
25
Figura 2.-Muestra una sección longitudinal del conjunto evaporador-absorbedor de la máquina de simple efecto. Figura 3.Muestra un esquema del conjunto evaporador-absorbedor de la máquina de doble efecto.
3 O
Figura 4.-Muestra una sección longitudinal del conjunto evaporador-absorbedor de la máquina de doble efecto.
Figura 5.-Muestra el pulverizador y la boquilla.
REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
En una realización preferente de la invención el conjunto de absorbedor y
evaporador (1) se aplica en máquinas de simple efecto como se representa en
5
las figuras 1 y 2; tal y como se observa en dichas figuras el conjunto de
absorbedor y evaporador (1) comprende un contenedor (10) donde se encuentra
una cámara de evaporación (12) y una cámara de absorción (13) separadas por
una pared vertical (9) que permite el paso de vapor de una cámara a otra por la
parte superior del contenedor (10), ya que la pared separadora (9) no llega hasta
10
la parte superior del contenedor (10).
A la cámara de evaporación (12) llega al menos una línea de suministro
de agua (18) por las cuales se hace llegar agua hasta el interior de esta cámara
donde se encuentra un evaporador (2) que comprende un circuito de líquido
15
refrigerante (8), formado por unos tubos (3), por el que circula líquido refrigerante
secundario caliente (aproximadamente a 10ºC18º C) por los tubos (3)
superiores y líquido refrigerante secundario más frío ( aproximadamente a 7ºC
15ºC) por los tubos (3) inferiores, líquido refrigerante secundario que puede ser
dirigido a una estancia a enfriar, a una cámara frigorífica, un invernadero, etc. Al
2 O
entrar en contacto el agua con los tubos del circuito de líquido refrigerante (8)
que se encuentran calientes, y debido a que el agua está a muy baja presión
(aproximadamente a 10 mbar), el agua se evapora y asciende dentro de la
cámara de evaporación (12) superando la pared vertical separadora (9) llegando
a la cámara de absorción (13).
25
En esta cámara de absorción (13), el vapor de agua procedente de la
cámara de evaporación entrará en contacto con una disolución de bromuro de
litio procedente de un colector de disolución (7) alimentado por una línea de
entrada (15) y una línea de recirculación (17) con intermediación de un
3 O
intercambiador (6) de calor. Desde este colector de disolución (7) se pulveriza la
disolución de bromuro mediante unos pulverizadores (5) acoplados a unos
conductos (11) soldados al colector de disolución (7). Esta pulverización forma
unas láminas planas (4) de disolución de bromuro de litio que favorecen dilución de la disolución de bromuro de litio con el vapor.
la
5
El proceso de intercambio se produce mientras la lámina plana (4) de disolución se encuentra en contacto directo con el agua evaporada.
10 15
Una vez desprendida la lámina de disolución, ésta primeramente cae a un depósito de disolución de absorción (14) ubicado en el fondo la cámara absorción (13) desde donde, una vez diluida, volverá a circular a través de la línea de retorno (16) para llegar al generador y reiniciar el proceso anteriormente descrito. Así mismo el contenido de dicho depósito de disolución de absorción (14) es llevado a través de una línea de recirculación (17), con intervención del intercambiador (6), al colector de disolución (7) de la cámara de absorción (13) del contenedor (10), iniciando otra vez el proceso de absorción. En esta primera realización de la invención el intercambiador (6) de calor es del tipo disolución-aire.
2 O
En otra realización de la invención todo el proceso es exactamente igual, a excepción del intercambiador (6) de calor, que en este caso sería del tipo disolución-agua.
25
Ambas realizaciones son aplicables asimismo a una máquina de doble efecto representada en las figuras 3 y 4, que comprenden dos líneas de entrada (15) correspondientes a un generador de alta y otro de baja.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Conjunto de absorbedor y evaporador (1) que comprende:
    un contenedor (10) al que le llega al menos una línea de entrada (15) de
    5
    disolución de absorbente concentrado y caliente procedente de al menos un
    generador, y
    al menos una línea de suministro de agua (18) procedente de un
    condensador,
    una línea de retorno (16) que sale del contenedor (10) hacia los
    10
    generadores de la disolución diluida y enfriada,
    una línea de recirculación (17) que parte del contenedor (10) con
    intermediación de un intercambiador (6) que se dirige nuevamente al contenedor
    (10),
    un colector (7) situado en el interior del contenedor (10) que recibe la línea
    15
    de entrada (15), que está dotado de unos conductos (11) acoplados en su
    superficie y que asimismo recibe la línea de recirculación (17),
    caracterizado porque en el extremo libre de los conductos (11) comprende unos
    pulverizadores (5) configurados de modo que generan una serie de láminas
    planas (4) de disolución paralelas y configuración esencialmente triangular que
    2 O
    entra en contacto con vapor de agua para dilución del refrigerante.
  2. 2.Conjunto de absorbedor y evaporador (1) según reivindicación 1
    caracterizado porque el contenedor (10) cerrado dispone de una pared vertical
    separadora (9) aislante que define dos cámaras comunicadas por su parte
    25
    superior;
    una cámara de evaporación (12) definida a un lado de la pared vertical
    separadora (9) que comprende un evaporador (2), y
    una cámara de absorción (13) definida a otro lado de la pared vertical
    separadora (9).
    30
  3. 3.-Conjunto de absorbedor y evaporador (1) según reivindicación 1 caracterizado porque el evaporador (2) comprende un circuito de líquido
    refrigerante (8) secundario conformado por unos tubos (3).
  4. 4.-Conjunto de absorbedor y evaporador según reivindicación 1 caracterizado porque el intercambiador (6) es de aire.
  5. 5.-Conjunto de absorbedor y evaporador según reivindicación 1 caracterizado porque el intercambiador (6) es de de agua.
  6. 6.-Conjunto de absorbedor y evaporador según reivindicación 1 caracterizado porque comprende dos líneas de entrada (15) destinadas a asociarse a correspondientes generadores.
  7. 7.-Conjunto de absorbedor y evaporador según reivindicación 1 caracterizado porque comprende tres líneas de entrada (15) destinadas a asociarse a correspondientes generadores.
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