ES3037029A2

ES3037029A2 - Procedimiento y aparato de transferencia de calor

Info

Publication number: ES3037029A2
Application number: ES202490079A
Authority: ES
Inventors: Jian Xu; Yohann Lilian Rousselet; Ellie M Litwack; Preston Blay; Iuliu Iosifescu; Philip Hollander; Nikhin Herbert Mascarenhas
Original assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Current assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2023-06-23
Publication date: 2025-09-26
Also published as: JP2025521338A; GB2635978A; US12607414B2; TW202419801A; DE112023002773T5; EP4544250A4; KR20250029920A; GB202418890D0; AU2023289297A1; EP4544250A1; MX2025000216A; US20230417494A1; WO2023250189A1; CN119678007A

Abstract

En un aspecto, un aparato de transferencia de calor para un proceso industrial que requiere un fluido de proceso a una temperatura establecida de fluido de proceso. El aparato de transferencia de calor incluye un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso que tiene un intercambiador de calor, un generador de flujo de aire y un almacenamiento de energía térmica. El controlador está configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en un segundo modo en el que el almacenamiento de energía térmica transfiere calor entre el fluido de proceso y el almacenamiento de energía térmica y el intercambiador de calor transfiere calor entre el fluido de proceso y el aire basándose al menos en parte en un parámetro del aire y una determinación del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en un primer modo, en el que el fluido de proceso se deriva del almacenamiento de energía térmica, siendo incapaz de proporcionar el fluido de proceso a la temperatura establecida de fluido de proceso.

Description

DESCRIPCIÓN

PROCEDIMIENTO Y APARATO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. No.

63/355.449, presentada el 24 de junio de 2022; la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. No. 63/407.630, presentada el 17 de septiembre de 2022; y la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. No. 63/427.326, presentada el 22 de noviembre de 2022, que se incorporan por referencia en su totalidad en la presente memoria descriptiva.

CAMPO

La presente divulgación se refiere a sistemas para eliminar el calor de un fluido de proceso y, más específicamente, se refiere a sistemas de refrigeración empaquetados tales como torres de refrigeración.

ANTECEDENTES

Los sistemas de refrigeración industrial se utilizan para eliminar el calor de un fluido de proceso en diversos procesos industriales, tales como procesos de fabricación, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) para edificios y sistemas de transferencia de calor para centros de datos informáticos. Un enfoque común para algunos sistemas de refrigeración industrial es tener un intercambiador de calor, como un manipulador de aire, en un edificio que transfiere calor a un primer fluido de proceso (por ejemplo, agua o una mezcla de agua y glicol) y un enfriador en el edificio que elimina el calor del primer fluido de proceso. El enfriador transfiere calor del primer fluido de proceso a un segundo fluido de proceso, que se dirige a un aparato de rechazo de calor, tal como una torre de refrigeración fuera del edificio. La torre de refrigeración elimina el calor del segundo fluido de proceso y devuelve el segundo fluido de proceso refrigerado al enfriador. Los enfriadores utilizados en los sistemas de refrigeración industrial suelen ser bastante grandes, con potencias nominales en el intervalo de 100 a 300 caballos de fuerza.

Un problema con la operación de un sistema de refrigeración industrial durante todo el año es que el sistema de refrigeración suele estar diseñado con la capacidad máxima suficiente para proporcionar la refrigeración necesaria incluso durante los días más calurosos del año. Para proporcionar la capacidad máxima suficiente para los días más calurosos del año en los sistemas de refrigeración tradicionales, es necesario utilizar componentes del sistema de mayor capacidad, tal como enfriadores más potentes, motores de ventiladores, bombas, etc. que los necesarios para el resto del año. Los componentes del sistema de mayor capacidad consumen más energía o agua que los componentes de menor capacidad, pero se utilizan para proporcionar la capacidad máxima suficiente para el sistema de refrigeración.

Los sistemas de almacenamiento térmico de hielo se utilizan a veces con sistemas de refrigeración industrial para proporcionar capacidad de refrigeración adicional en el pico de uso de energía, como en la tarde de un día soleado y húmedo de verano. Los sistemas de almacenamiento térmico de hielo tienen un tanque de almacenamiento térmico que se carga, por ejemplo, el hielo en el tanque se congela, y se descarga según sea necesario para complementar el enfriador y la torre de refrigeración del sistema de refrigeración. Por ejemplo, el sistema de almacenamiento térmico de hielo puede operar para congelar el agua en el tanque durante la noche cuando la electricidad puede ser más barata en la empresa local de servicios públicos. El sistema de almacenamiento térmico de hielo se descarga, por ejemplo, el hielo en el tanque se derrite por el fluido de proceso que viaja a través de un serpentín en el tanque de hielo, en la tarde del día soleado y húmedo de verano para proporcionar una mayor capacidad de refrigeración para el sistema de refrigeración.

Un problema con algunos sistemas de refrigeración que utilizan almacenamiento térmico de hielo es que el sistema de refrigeración todavía depende de un enfriador grande, por ejemplo, de más de 200 caballos de fuerza, en el edificio para enfriar el agua suministrada al intercambiador de calor en el edificio. Si bien proporcionan una capacidad máxima suficiente, estos enfriadores grandes a menudo consumen grandes cantidades de energía incluso cuando la capacidad de refrigeración requerida es baja. Otro problema con algunos sistemas de refrigeración de almacenamiento térmico de hielo es que uno o más tanques de hielo pueden ocupar una habitación entera, o incluso un edificio separado, para proporcionar una capacidad de refrigeración adecuada para un sistema de refrigeración industrial a gran escala. El tamaño y la complejidad de los tanques de almacenamiento térmico de hielo a gran escala pueden ser poco prácticos para algunas instalaciones. Además, los sistemas de almacenamiento térmico de hielo utilizan glicol como fluido de proceso que es más costoso que el agua, aumenta la potencia de bombeo necesaria para hacer circular el fluido de proceso y reduce el rendimiento de transferencia de calor.

SUMARIO

En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un aparato de transferencia de calor para un proceso industrial que requiere un fluido de proceso a una temperatura establecida de fluido de proceso. El aparato de transferencia de calor incluye una entrada de aire, una salida de aire y un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso para recibir el fluido de proceso del proceso industrial a una temperatura diferente a la temperatura establecida de fluido de proceso y proporcionar fluido de proceso al proceso industrial a la temperatura establecida de fluido de proceso. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso incluye un intercambiador de calor, un generador de flujo de aire que puede operar para hacer que el aire se desplace desde la entrada de aire hasta la salida de aire y que entre en contacto con el intercambiador de calor, y un almacenamiento de energía térmica.

El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene un primer modo en el que el fluido de proceso se deriva del almacenamiento de energía térmica y el intercambiador de calor transfiere calor entre el fluido de proceso y el aire. El fluido de proceso puede derivar el almacenamiento de energía térmica, por ejemplo, al ser enrutado alrededor del almacenamiento de energía térmica o al ser enrutado hacia el almacenamiento de energía térmica cuando el almacenamiento de energía térmica tiene una capacidad de intercambio de calor limitada. Como otro ejemplo, el fluido de proceso puede derivar el almacenamiento de energía térmica cuando el fluido de proceso se dirige a través del almacenamiento de energía térmica pero el material de cambio de fase se ha drenado del almacenamiento de energía térmica de manera que el fluido de proceso sale del almacenamiento de energía térmica a sustancialmente la misma temperatura a la que entró en el almacenamiento de energía térmica. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene un segundo modo en el que el almacenamiento de energía térmica transfiere calor entre el fluido de proceso y el almacenamiento de energía térmica y el intercambiador de calor transfiere calor entre el fluido de proceso y el aire. El aparato de transferencia de calor además comprende un controlador conectado operativamente al circuito de intercambio de calor de fluido de proceso.

El controlador está configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el segundo modo basándose al menos en parte en un parámetro del aire y en una determinación de que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo no puede proporcionar el fluido de proceso a la temperatura establecida de fluido de proceso. De esta manera, el aparato de transferencia de calor puede utilizar el almacenamiento de energía térmica para recortar o satisfacer parcialmente la carga de transferencia de calor requerida para proporcionar el fluido de proceso a la temperatura establecida de fluido de proceso. Al utilizar selectivamente el almacenamiento de energía térmica en cargas de transferencia de calor pico, como en los días más calurosos del año, el intercambiador de calor puede dimensionarse para tener una capacidad menor que si el intercambiador de calor satisficiera la carga de transferencia de calor pico por sí mismo, lo que facilita el uso de menos agua y/o energía por parte del intercambiador de calor durante situaciones de carga de transferencia de calor fuera de horas pico.

La presente divulgación también proporciona un procedimiento de operación de un aparato de transferencia de calor asociado con un proceso industrial que requiere fluido de proceso a una temperatura establecida de fluido de proceso. El aparato de transferencia de calor incluye un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso para el fluido de proceso que incluye un intercambiador de calor, un ventilador para provocar el movimiento del aire en relación con el intercambiador de calor y un almacenamiento de energía térmica. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene un primer modo en el que el fluido de proceso se deriva del almacenamiento de energía térmica y el intercambiador de calor transfiere calor entre el fluido de proceso y el aire. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene un segundo modo en el que el almacenamiento de energía térmica transfiere calor entre el fluido de proceso y el almacenamiento de energía térmica y el intercambiador de calor transfiere calor entre el fluido de proceso y el aire. El proceso incluye operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el segundo modo basándose al menos en parte en un parámetro del aire y una determinación de que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo no puede proporcionar el fluido de proceso al proceso industrial a la temperatura establecida de fluido de proceso.

En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un aparato de transferencia de calor que incluye un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso que incluye un intercambiador de calor, un generador de flujo de aire que puede hacer que el aire entre en contacto con el intercambiador de calor, un almacenamiento de energía térmica y un refrigerador mecánico. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene una pluralidad de modos que incluyen un primer modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre un fluido de proceso y el aire y un segundo modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire y el refrigerador mecánico puede operar para eliminar calor del fluido de proceso. La pluralidad de modos además incluye un tercer modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire y el almacenamiento de energía térmica puede operar para eliminar calor del fluido de proceso y un cuarto modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire, el refrigerador mecánico puede operar para eliminar calor del fluido de proceso y el almacenamiento de energía térmica puede operar para eliminar calor del fluido de proceso. El aparato de transferencia de calor además incluye un controlador configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos basándose al menos en parte en una determinación de un trabajo térmico del aparato de transferencia de calor. De esta manera, el controlador puede operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en varias configuraciones basándose al menos en parte en el trabajo térmico que proporciona flexibilidad para ajustar el aparato de transferencia de calor para eliminar eficientemente el calor del fluido de proceso.

En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un aparato de transferencia de calor que incluye una entrada de aire, una salida de aire y un sistema de refrigeración de fluido de proceso para refrigerar un fluido de proceso. El sistema de refrigeración de fluido de proceso incluye un conjunto de ventiladores para hacer que el aire se desplace desde la entrada de aire hasta la salida de aire, un deshumidificador que tiene un modo de deshumidificación en el que el deshumidificador elimina agua del aire y un modo de derivación en el que el deshumidificador elimina menos agua del aire que cuando el deshumidificador está en el modo de deshumidificación, y un pre-refrigerador adiabático que tiene un modo de pre-refrigerador en el que el pre refrigerador adiabático reduce la temperatura de bulbo seco del aire y un modo de espera en el que el pre refrigerador adiabático reduce la temperatura de bulbo seco del aire menos que cuando el pre-refrigerador adiabático está en el modo de pre-refrigerador. El aparato de transferencia de calor además incluye un intercambiador de calor que recibe el fluido de proceso y está aguas abajo del deshumidificador y el pre-refrigerador adiabático. El sistema de refrigeración de fluido de proceso tiene un primer modo en el que el deshumidificador está en el modo de deshumidificación y el pre-refrigerador adiabático está en el modo de pre-refrigerador, un segundo modo en el que el deshumidificador está en el modo de derivación y el pre-refrigerador adiabático está en el modo de pre-refrigerador, y un tercer modo en el que el deshumidificador está en el modo de derivación y el pre-refrigerador adiabático está en el modo de espera. De esta manera, el deshumidificador y el pre-refrigerador adiabático pueden ser operados selectivamente para satisfacer un criterio de operación para el aparato de transferencia de calor, como proporcionar un fluido de proceso a una temperatura establecida de fluido de proceso, satisfacer una carga de transferencia de calor, minimizar el consumo de energía y/o minimizar el consumo de agua. Además, el aparato de transferencia de calor puede incluir un sistema de recuperación de agua para recuperar el agua extraída del aire por el deshumidificador. El agua recuperada puede ser utilizada por el aparato de transferencia de calor como agua de reposición para el pre-refrigerador adiabático, como un ejemplo.

La presente divulgación también proporciona un aparato de transferencia de calor que tiene un intercambiador de calor para refrigerar un fluido de proceso, comprendiendo el intercambiador de calor un sistema de distribución de líquido y un ventilador que puede operar para hacer que el aire se mueva con relación al intercambiador de calor. El intercambiador de calor tiene un modo húmedo en el que el sistema de distribución de líquido distribuye líquido y un modo seco en el que el sistema de distribución de líquido distribuye menos líquido que en el modo húmedo. El aparato de transferencia de calor además incluye un almacenamiento de energía térmica que tiene un modo de transferencia de calor en el que el almacenamiento de energía térmica elimina calor del fluido de proceso y un modo de derivación en el que el almacenamiento de energía térmica elimina menos calor del fluido de proceso que cuando el almacenamiento de energía térmica está en el modo de transferencia de calor. El aparato de transferencia de calor además incluye un controlador configurado para recibir una solicitud para minimizar el consumo de agua o una solicitud para minimizar el consumo de energía y determinar un trabajo térmico para el aparato de transferencia de calor a partir de una pluralidad de trabajos térmicos que incluyen un trabajo térmico inferior, un trabajo térmico intermedio y un trabajo térmico superior. En respuesta a la recepción de la solicitud de minimizar el consumo de agua, el controlador está configurado para operar el intercambiador de calor en el modo seco y el almacenamiento de energía térmica en el modo de derivación basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico más bajo; operar el intercambiador de calor en el modo seco y el almacenamiento de energía térmica en el modo de transferencia de calor basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico intermedio; y operar el intercambiador de calor en el modo húmedo y el almacenamiento de energía térmica en el modo de transferencia de calor basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico más alto. En respuesta a la recepción de la solicitud de minimizar el consumo de energía, el controlador está configurado para operar el intercambiador de calor en el modo húmedo y el almacenamiento de energía térmica en el modo de derivación basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico más bajo; y operar el intercambiador de calor en el modo húmedo y el almacenamiento de energía térmica en el modo de transferencia de calor basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico más alto. De este modo, el controlador puede operar componentes del aparato de transferencia de calor en diferentes modos dependiendo del trabajo térmico y la solicitud de minimizar el consumo de agua o energía, lo que permite una operación precisa y eficiente del aparato de transferencia de calor para proporcionar una temperatura establecida de fluido de proceso solicitada, por ejemplo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor de acuerdo con un primer enfoque.

La Figura 2 es una representación esquemática más detallada del aparato de transferencia de calor de la Figura 1.

La Figura 3 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor que es un primer ejemplo del intercambiador de calor de la Figura 1.

Las Figuras 4A y 4B son un gráfico que muestra el estado de diferentes componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 3 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y descarga un material de cambio de fase.

Las Figuras 5A y 5B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 3 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y descarga el material de cambio de fase.

Las Figuras 6A y 6B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 3 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y carga el material de cambio de fase.

Las Figuras 7A y 7B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 3 que muestra el estado de los componentes durante diferentes modos operativos y mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y carga el material de cambio de fase.

La Figura 8 es una representación esquemática de un segundo ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 1.

Las Figuras 9A y 9B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 8 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y descarga un material de cambio de fase.

Las Figuras 10A y 10B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 8 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y descarga el material de cambio de fase.

Las Figuras 11A y 11B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 8 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y carga el material de cambio de fase.

Las Figuras 12A y 12B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 8 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y carga el material de cambio de fase.

La Figura 13 es una representación esquemática de un tercer ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 1, teniendo el aparato de transferencia de calor una bomba secundaria de bucle cerrado para facilitar la carga del material de cambio de fase.

Las Figuras 14-19 son representaciones esquemáticas del aparato de transferencia de calor de la Figura 13 durante diferentes modos operativos.

Las Figuras 20A y 20B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 13 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y descarga el material de cambio de fase.

Las Figuras 21A y 21B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 13 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y descarga el material de cambio de fase.

Las Figuras 22A y 22B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 13 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y carga el material de cambio de fase.

Las Figuras 23A y 23B son un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 13 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y carga el material de cambio de fase.

La Figura 24 es un cuarto ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 1, teniendo el aparato de transferencia de calor un intercambiador de calor directo y un intercambiador de calor indirecto para eliminar calor de un fluido de proceso.

La Figura 25 es un quinto ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 1, teniendo el aparato de transferencia de calor un intercambiador de calor directo para eliminar calor de un fluido de proceso.

La Figura 26 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor de acuerdo con un segundo enfoque.

La Figura 27 es una representación esquemática más detallada del aparato de transferencia de calor de la Figura 26.

La Figura 28 es una representación esquemática de un primer ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 26.

Las Figuras 29-32 son representaciones esquemáticas del aparato de transferencia de calor de la Figura 28 durante diferentes modos operativos.

La Figura 33 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 28 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y descarga un material de cambio de fase.

La Figura 34 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 28 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y descarga el material de cambio de fase.

La Figura 35 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 28 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y carga el material de cambio de fase.

La Figura 36 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 28 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y carga el material de cambio de fase.

La Figura 37 es una representación esquemática de un segundo ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 26.

La Figura 38 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 37 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y descarga el material de cambio de fase.

La Figura 39 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 37 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía y descarga el material de cambio de fase.

La Figura 40 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 37 durante diferentes modos operativos mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua y carga el material de cambio de fase.

La Figura 41 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 37 durante un modo de refrigeración adiabática, mientras se minimiza el consumo de energía y se carga el material de cambio de fase.

La Figura 42 es una representación esquemática de un tercer ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 26.

La Figura 43 es una representación esquemática de un cuarto ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 26.

La Figura 44 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor de acuerdo con un tercer enfoque.

La Figura 45 es una representación esquemática de un primer ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 44.

Las Figuras 46-49 son vistas esquemáticas de una porción del aparato de transferencia de calor de la Figura 45 que muestran diferentes modos operativos.

La Figura 50 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 45 durante diferentes modos operativos, mientras se minimiza el consumo de energía.

La Figura 51 es un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 45 mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua.

La Figura 52 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 45 durante diferentes modos operativos y mientras el aparato de transferencia de calor genera agua.

La Figura 53 es una vista esquemática de un segundo ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 44.

La Figura 54 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 53 durante diferentes modos operativos y mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de energía.

La Figura 55 es un gráfico que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 53 durante diferentes modos operativos y mientras el aparato de transferencia de calor minimiza el consumo de agua.

La Figura 56 es un diagrama que muestra el estado de los componentes del aparato de transferencia de calor de la Figura 53 durante diferentes modos operativos y mientras el aparato de transferencia de calor genera agua.

La Figura 57 es una representación esquemática de un tercer ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 44.

La Figura 58 es una representación esquemática de un cuarto ejemplo del aparato de transferencia de calor de la Figura 44.

La Figura 59 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor en un modo de encendido del enfriador.

La Figura 60 es una representación esquemática del aparato de transferencia de calor de la Figura 59 que muestra el aparato de transferencia de calor en un modo de apagado del enfriador.

La Figura 61 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene un serpentín de condensador de un enfriador aguas abajo de un serpentín con aletas a medida que el aire se dirige a través del aparato de transferencia de calor.

Las Figuras 62 y 63 son representaciones esquemáticas de un aparato de transferencia de calor cuando el aparato de transferencia de calor está en un modo de encendido del enfriador y en un modo de apagado del enfriador.

Las Figuras 64-67 son representaciones esquemáticas de un aparato de transferencia de calor que muestran diferentes modos del aparato de transferencia de calor.

La Figura 68 es una representación esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene un evaporador de un enfriador en una estructura exterior del aparato de transferencia de calor.

La Figura 69 es una vista en perspectiva del aparato de transferencia de calor de la Figura 68 que muestra el aparato de transferencia de calor que tiene un almacenamiento de energía térmica al lado del evaporador.

Las Figuras 70-73 son representaciones esquemáticas de un aparato de transferencia de calor durante diferentes modos operativos del mismo.

Las Figuras 74 y 75 son representaciones esquemáticas de un aparato de transferencia de calor que tiene un material de cambio de fase con una temperatura de almacenamiento elevada durante diferentes modos operativos del aparato de transferencia de calor.

La Figura 76 es una vista esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene una derivación de tanque de material de cambio de fase.

La Figura 77 es una vista en perspectiva de un aparato de transferencia de calor que tiene dos intercambiadores de calor de aire/fluido de proceso apilados y un tanque de material de cambio de fase.

La Figura 78 es una vista esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene una carcasa y un tanque de material de cambio de fase en la carcasa.

La Figura 79 es una vista esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene un intercambiador de masa de membrana que deshumidifica el aire antes de que el aire llegue a un intercambiador de calor del aparato de transferencia de calor.

La Figura 80 es una vista esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene un intercambiador de masa de membrana aguas arriba de una almohadilla de refrigeración adiabática y un serpentín con aletas para deshumidificar el aire y mejorar la eficiencia de la transferencia de calor entre el serpentín con aletas y el flujo de aire.

La Figura 81 es una vista esquemática de un intercambiador de masa de membrana de vacío que tiene membranas de láminas interpuestas entre los conductos de aire y los conductos de permeado.

La Figura 82 es una vista esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene un deshumidificador que utiliza desecante líquido para deshumidificar el aire antes de que el aire llegue a un intercambiador de calor indirecto del aparato de transferencia de calor.

La Figura 83 es una vista esquemática de un aparato de transferencia de calor que tiene un refrigerador de aleación con memoria de forma.

La Figura 84 es un gráfico que muestra la temperatura versus la entropía para un material de aleación con memoria de forma del refrigerador de aleación con memoria de forma.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Con referencia a la Figura 1, se proporciona un aparato de transferencia de calor 10 de acuerdo con un primer enfoque. El aparato de transferencia de calor 10 tiene una estructura exterior tal como una carcasa 12, una o más entradas de aire 14 y una o más salidas de aire 16. El aparato de transferencia de calor 10 tiene un intercambiador de calor 19 para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire que se mueve desde las entradas de aire 14 hasta la salida de aire 16. El intercambiador de calor 19 puede utilizar varias configuraciones de flujo de aire/fluido de proceso, tales como flujo cruzado, flujo en contracorriente, flujo paralelo o una combinación de los mismos. El aparato de transferencia de calor 10 además incluye un almacenamiento de energía térmica (TES) tal como un tanque de material de cambio de fase (PCM) 26 y un refrigerador mecánico, tal como una bomba de calor o enfriador 28, para proporcionar transferencia de calor adicional para el fluido de proceso. El PCM en el tanque de PCM 26 puede tener una temperatura de congelación fija o variable. El intercambiador de calor 19 incluye un pre-refrigerador adiabático 20 que tiene una almohadilla de pre-refrigeración 22 y un intercambiador de calor indirecto tal como un serpentín de refrigeración de fluido 24. El aparato de transferencia de calor 10 tiene un generador de flujo de aire tal como uno o más ventiladores 30 que pueden operar para provocar un flujo de aire desde las entradas de aire 14, a través de las almohadillas de pre-refrigeración 22 y los serpentines de refrigeración de fluido 24, y hacia afuera desde la salida de aire 16. El uno o más ventiladores 30 pueden ser ventiladores de velocidad fija o variable. El tanque de PCM 26 y el enfriador 28 proporcionan refrigeración de ajuste según sea necesario para satisfacer un requisito de carga de refrigeración al tiempo que permiten que el ventilador 30, el pre refrigerador adiabático 20 y el intercambiador de calor indirecto 23 se dimensionen para cargas de refrigeración menores que las pico, lo que reduce el consumo de agua y/o el consumo de energía para cargas de refrigeración fuera de horas pico. De este modo, el aparato de transferencia de calor 10 puede satisfacer una carga de refrigeración pico o la temperatura establecida de fluido de proceso solicitada para un proceso industrial en una ubicación geográfica particular incluso en los días más calurosos del año. Además, el aparato de transferencia de calor 10 puede utilizarse para minimizar el consumo de agua o el consumo de energía y al mismo tiempo satisfacer las cargas de refrigeración durante todo el año.

Con respecto a la Figura 2, se proporciona una representación esquemática más detallada del aparato de transferencia de calor 10. El aparato de transferencia de calor 10 incluye una entrada de fluido de proceso 34 para recibir fluido de proceso, tal como agua o una mezcla de agua/glicol, de un proceso industrial tal como un centro de datos informáticos. En una realización, se pueden disponer múltiples aparatos de transferencia de calor 10 en paralelo de manera que la entrada de fluido de proceso 34 reciba fluido de proceso desde un aparato de transferencia de calor 10 aguas arriba. El fluido de proceso recibido en la entrada de fluido de proceso 34 puede ser un líquido, un gas o una mezcla de líquido/gas. El aparato de transferencia de calor 10 tiene una salida de fluido de proceso 36 para devolver el fluido de proceso al proceso industrial o a un aparato de transferencia de calor aguas abajo. El aparato de transferencia de calor 10 se puede operar para refrigerar o calentar el fluido de proceso recibido en la entrada de fluido de proceso 34 según se desee para una realización particular.

El aparato de transferencia de calor 10 tiene un controlador 40 con una memoria 42 que es un medio legible por ordenador no transitorio para almacenar instrucciones para operar el aparato de transferencia de calor 10. El controlador 40 tiene un procesador 44 para ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria 42 y controlar el aparato de transferencia de calor 10. El controlador 40 además incluye un sistema de circuitos de comunicación 46 para comunicarse con un dispositivo remoto, tal como un controlador de sistema HVAC de un edificio. El sistema de circuitos de comunicación 46 recibe una variable de fluido de proceso, tal como al menos una de temperatura, presión y caudal, que el dispositivo remoto ha solicitado que proporcione el aparato de transferencia de calor 10. El procesador 44 almacena la variable de fluido de proceso en una memoria 42 y opera el aparato de transferencia de calor 10 para proporcionar fluido de proceso en la salida de fluido de proceso 36 que satisface la variable de fluido de proceso. El sistema de circuitos de comunicación 46 puede recibir otros datos del dispositivo remoto, así como transmitir datos al dispositivo remoto, tales como temperatura y/o presión del aire; temperatura, caudal y/o presión del fluido de proceso; y/o datos de estado del componente.

El pre-refrigerador adiabático 20 incluye un sistema de distribución de líquido evaporativo 50 configurado para distribuir líquido evaporativo, como agua, sobre la almohadilla de pre-refrigeración 22. El sistema de distribución de líquido evaporativo 50 incluye un sumidero 52 para recoger líquido evaporativo de la almohadilla de pre-refrigeración 22 y una bomba 54 para bombear líquido evaporativo desde el sumidero 52 a un distribuidor de líquido, como una boquilla rodadora, del sistema de distribución de líquido evaporativo 50 para distribuir líquido evaporativo sobre la almohadilla de pre-refrigeración 22. El sistema de distribución de líquido evaporativo 50 además incluye una válvula de reposición 56 para permitir que se añada agua al sumidero 52 para compensar la evaporación del líquido evaporativo, un sensor de nivel de líquido 58 para detectar el nivel del líquido evaporativo en el sumidero 52, una válvula de drenaje 60 para drenar el sumidero 52 y un sensor de conductividad 62 para monitorizar una o más variables del líquido evaporativo en el sumidero 52.

El enfriador 28 puede adoptar diferentes formas, como un enfriador basado en refrigerante, un enfriador de estado sólido (por ejemplo, electrocalórico, magnetocalórico, termoelástico) o un enfriador basado en gas (ciclo Brayton inverso), como algunos ejemplos. En la realización de la Figura 2, el enfriador 28 es un enfriador basado en refrigerante e incluye un condensador 64, un evaporador 66, un compresor 68 y una válvula de expansión 70.

El aparato de transferencia de calor 10 tiene un sistema de distribución de fluido de proceso 80 para dirigir el flujo de fluido de proceso entre los componentes del aparato de transferencia de calor 10. El sistema de distribución de fluido de proceso 80 puede incluir una o más bombas de derivación 82, válvulas de estrangulamiento 84 y válvulas de derivación 86. Una válvula dada puede operar como una válvula de derivación o una válvula de estrangulamiento dependiendo del modo del aparato de transferencia de calor 10, como se analiza con mayor detalle a continuación.

El tanque de PCM 26 incluye un material de cambio de fase 90, como hielo u otro material de cambio de fase que tenga una temperatura de fusión superior a 32 °F (0 °C) y un intercambiador de calor 92 para intercambiar calor entre el material de cambio de fase 90 y el fluido de proceso. El material de cambio de fase 90 puede incluir hielo, ceras de parafina, compuestos orgánicos no parafínicos, sales hidratadas o compuestos metálicos, como algunos ejemplos. El tanque de PCM 26 además incluye una válvula de drenaje 94 para vaciar el tanque de PCM 26, una válvula de flujo 96 para llenar el tanque de PCM 26, un sensor de presión de aire 98 para detectar la presión de aire en el tanque de PCM 26, una válvula de liberación de aire 100 para liberar la presión de aire del tanque de PCM 26 cuando la presión de aire excede un umbral predeterminado, y un sensor de carga de PCM 102. Un ejemplo del sensor de carga de PCM 102 es un sensor de nivel de líquido para PCM que tiene diferentes densidades de sólidos y líquidos. Otro ejemplo del sensor de carga de PCM 102 es una o más sondas de temperatura en diferentes ubicaciones en el tanque de PCM 26. El tanque de PCM 26 además incluye un sistema de control de humedad 104 para detectar la humedad dentro del tanque de PCM 26. El sistema de control de humedad 104 puede incluir un sensor de humedad relativa 106 y un dispositivo de control de humedad 108, tal como un deshumidificador.

El tanque de PCM 26 tiene un sistema de distribución de aire 101 para soplar aire en el tanque de PCM 26 para agitar el PCM líquido y promover una fusión y/o congelación más rápida y uniforme del PCM. El sistema de distribución de aire 101 dirige aire hacia el PCM en la parte inferior del tanque de PCM 26 y el aire agita el PCM a medida que el aire sube en el tanque de PCM 26. Para proporcionar esta funcionalidad, el sistema de distribución de aire 101 puede incluir una bomba de aire, una válvula de retención, un sensor de humedad relativa y un dispositivo de control de humedad tal como un respiradero como se muestra en la Figura 2.

El aparato de transferencia de calor 10 del primer enfoque puede adoptar diversas formas. Con referencia a la Figura 3, se proporciona un aparato de transferencia de calor 110 que es un primer ejemplo del aparato de transferencia de calor 10. El aparato de transferencia de calor 110 incluye un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 111 que puede operar para recibir un fluido de proceso desde una carga de refrigeración 136, refrigerar el fluido de proceso para lograr una variable de fluido de proceso solicitada, tal como una temperatura establecida de fluido de proceso, y dirigir el fluido de proceso refrigerado de regreso a la carga de refrigeración 136. El aparato de transferencia de calor 110 tiene un controlador 113 para operar los componentes del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 111.

El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 111 incluye un intercambiador de calor 112 que tiene un pre-refrigerador adiabático 114 y un intercambiador de calor indirecto tal como un serpentín de refrigeración de fluido 116. El pre-refrigerador adiabático 114 tiene una almohadilla de pre-refrigeración 118 y un sistema de distribución de líquido evaporativo 120 para distribuir líquido evaporativo sobre la almohadilla de pre refrigeración 118. El sistema de distribución de líquido evaporativo 120 incluye un sumidero 121 para recoger líquido evaporativo de la almohadilla de pre-refrigeración 118 y una bomba de sumidero 122 que puede operar para bombear el líquido evaporativo desde el sumidero 120 a la almohadilla de pre-refrigeración 118.

El aparato de transferencia de calor 110 incluye un ventilador 124 para generar un flujo de aire a través de la almohadilla de pre-refrigeración 118 y el serpentín de refrigeración de fluido 116. El pre-refrigerador adiabático 114 reduce la temperatura de bulbo seco del aire antes de que el aire alcance el serpentín de refrigeración de fluido 116, lo que mejora la eficiencia de la transferencia de calor entre el aire y un serpentín de refrigeración de fluido 116. El aparato de transferencia de calor 110 además incluye un enfriador 130 que tiene un condensador 132 y un evaporador 134 que están configurados para transferir calor hacia o desde un fluido de proceso desde la carga de refrigeración 136. El aparato de transferencia de calor 110 tiene un tanque de PCM 138 y una bomba de bucle cerrado 140 que se utiliza para recargar el tanque de PCM 138 como se analiza con mayor detalle a continuación. El aparato de transferencia de calor 110 está organizado como un módulo base 142 que se puede agregar a otros módulos base en serie o en paralelo para proporcionar una cantidad deseada de capacidad de refrigeración para la carga de refrigeración 136. Los componentes del aparato de transferencia de calor 110 pueden estar dentro de una única estructura externa o pueden estar dispuestos en múltiples estructuras externas según se desee para una realización particular.

Con respecto a las Figuras 4A y 4B, se proporciona un proceso 150 para operar el aparato de transferencia de calor 110. El proceso 150 se proporciona como un diagrama organizado por trabajo térmico 152 que aumenta desde un trabajo térmico fácil 154 hasta un trabajo térmico difícil 156. El trabajo térmico del aparato de transferencia de calor 110 puede ser determinado por medio de una o más variables, tales como la temperatura del aire ambiente (por ejemplo, bulbo húmedo y/o bulbo seco), la humedad del aire ambiente, la temperatura y/o la humedad del aire dentro del aparato de transferencia de calor 110, la temperatura establecida de fluido de proceso, la presión del fluido de proceso, el caudal del fluido de proceso, la hora del día, la estación o una combinación de las mismas. El proceso 150 tiene una lógica 158 que facilita el cambio del aparato de transferencia de calor 110 entre los modos operativos 160 a medida que cambia el trabajo térmico 152. En una realización, el controlador 113 progresa desde un modo operativo “más fácil” 160 a un modo operativo “más difícil” 160 en respuesta a que el aparato de transferencia de calor 110 en el modo operativo “más fácil” 160 no puede satisfacer una temperatura establecida de fluido de proceso solicitada por, por ejemplo, un controlador del sistema HVAC.

El proceso 150 además incluye variables 162 de componentes del aparato de transferencia de calor 110 que varían a medida que el aparato de transferencia de calor 110 cambia entre los modos operativos 160. En el proceso 150, el controlador 113 ha recibido una solicitud para minimizar el consumo de agua de modo que el proceso 150 sea representativo de una opción de secuencia de ahorro de agua. La solicitud puede ser recibida desde un dispositivo remoto a través del sistema de circuitos de comunicación 46 o puede ser determinada por el controlador 113 basándose en datos disponibles para el controlador 113, como una variable de aire ambiente, una variable de fluido de proceso, una variable indicativa de un estado de un componente del aparato de transferencia de calor 110 o una combinación de las mismas. Además, el tanque de PCM 138 es capaz de descargarse en el proceso 150.

Más específicamente, los modos operativos 160 incluyen un modo de refrigeración en seco 164 que puede ser el modo predeterminado con el que comienza el controlador 113 en respuesta a una solicitud para que el aparato de transferencia de calor 110 proporcione un fluido de proceso a la carga de refrigeración 136 a una temperatura establecida de fluido de proceso. En el modo de refrigeración en seco 164, las variables 162 incluyen un estado de ventilador 166, un estado de bomba de sumidero 168, un estado 170 de si el fluido de proceso está fluyendo a través del serpentín de refrigeración de fluido 116, un estado 172 de si el evaporador 134 y el tanque de PCM 138 están derivados, un estado 174 del enfriador 130, un estado 176 de la bomba de bucle cerrado 140 y un estado 178 de si el fluido de proceso está fluyendo a través del condensador 132 del enfriador 130. Las variables 162 incluyen además un estado 180 de si el fluido de proceso está fluyendo a través del evaporador 134 del enfriador 130, un estado 182 de si el fluido de proceso está fluyendo a través del tanque de PCM 138, un estado 184 de la carga del tanque de PCM 138 y un estado 186 con respecto al modo del tanque de PCM 138. El estado 186 indica si el tanque de PCM 138 está disponible para descargarse o cargarse durante los diferentes modos operativos 160 del proceso 150.

En el modo de refrigeración en seco 164, el ventilador 124 está encendido, la bomba de sumidero 122 está apagada, el fluido de proceso fluye a través del serpentín de refrigeración de fluido 116 y el evaporador 134 del enfriador 130 y el tanque de PCM 138 están completamente derivados. Además, en el modo de refrigeración en seco 164, el enfriador 130 está apagado, la bomba de bucle cerrado 140 está apagada, el fluido de proceso deriva el condensador 132 del enfriador 130 y el fluido de proceso no puede fluir a través del evaporador 134 del enfriador 130. Además, en el modo de refrigeración en seco 164, el fluido de proceso deriva el tanque de PCM 138 y el tanque de PCM 138 tiene una carga mayor o igual al 0%.

A medida que el trabajo térmico 152 se hace más difícil o la carga térmica aumenta, el controlador 113 cambia del modo de refrigeración en seco 164 a otro modo operativo 160 en función de una determinación 188 de si el tanque de PCM 138 tiene una carga mayor que un umbral mínimo predeterminado, como 10%, 5% o 0%. En el proceso 150, el umbral mínimo predeterminado es 0%.

Si el tanque de PCM 138 tiene una carga mayor que el umbral mínimo predeterminado, el controlador 113 ingresa a un modo de refrigeración en seco y material de cambio de fase 190. En el modo de refrigeración en seco y material de cambio de fase 190, una parte del fluido de proceso ingresa al evaporador 134 del enfriador 130 y al tanque de PCM 138 y una parte del fluido de proceso se deriva del evaporador 134 y del tanque de PCM 138 como se indica con los números de referencia 192 y 194 en el proceso 150. Además, en el modo de refrigeración en seco y material de cambio de fase 190, el tanque de PCM 138 está en un modo de descarga como se indica con el número de referencia 196.

Sin embargo, si el controlador 113 determina 188 que la carga del tanque de PCM no es mayor que el umbral mínimo predeterminado, el controlador 113 puede omitir el modo de PCM y refrigeración en seco 190 y avanzar a un modo de enfriador y de refrigeración en seco 200. El modo de enfriador y de refrigeración en seco 200 permite una mayor capacidad de refrigeración que el modo de refrigeración en seco 164. En el modo de enfriador y de refrigeración en seco 200, una parte del fluido de proceso fluye a través del condensador 132 y el evaporador 134 del enfriador 130 como se muestra con los números de referencia 202, 204 y el enfriador 130 está encendido como se muestra con el número de referencia 206. Debido a que el tanque de PCM 138 tiene una carga del 0%, el fluido de proceso no fluye a través del tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 208.

Si el trabajo térmico 152 continúa aumentando cuando el aparato de transferencia de calor 110 está en el modo de enfriador y de refrigeración en seco 200, el controlador 113 determina 210 si la carga del tanque de PCM es mayor que 0%. Si la carga del tanque de PCM es mayor que 0%, el controlador 113 cambia el aparato de transferencia de calor 110 al modo de refrigeración en seco, enfriador y PCM 212 para adaptarse al aumento del trabajo térmico 152. Como se muestra en las Figuras 4A y 4B, el controlador 113 puede ingresar al modo de refrigeración en seco, enfriador y PCM 212 después de estar en el modo de enfriador y de refrigeración en seco 200 desde el modo de enfriador y de refrigeración en seco 200 cuando la carga del tanque es 0% o, alternativamente, el controlador 113 puede ingresar al modo de refrigeración en seco, enfriador y PCM 212 desde el modo de refrigeración en seco y PCM 190 si la carga del tanque de PCM 138 es mayor que cero. En el modo de refrigeración en seco, enfriador y PCM 212, una parte del fluido de proceso fluye a través del condensador de enfriador 132 y del evaporador de enfriador 134 como se muestra con los números de referencia 214, 216 y el enfriador 130 está encendido como se muestra con el número de referencia 218. Debido a que el tanque de PCM 138 tiene una carga mayor que cero, el fluido de proceso se dirige a través del tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 220 que refrigera el fluido de proceso y el tanque de PCM 138 está en un modo de descarga como se muestra con el número de referencia 222.

El controlador 113 puede cambiar la operación del aparato de transferencia de calor 110 del modo de refrigeración en seco, enfriador y PCM 212 a un modo de refrigeración adiabática y PCM 224 cuando el controlador 113 determina 226 que la carga del tanque de PCM es mayor que 0% y que el trabajo térmico 152 continúa aumentando. En el modo de refrigeración adiabática y PCM 224, la bomba de sumidero 122 está encendida como se muestra con el número de referencia 228 para bombear el líquido evaporativo a la almohadilla de pre refrigeración 118. En el modo de refrigeración adiabática y PCM 224, el enfriador 130 está apagado como se muestra con el número de referencia 230 y el fluido de proceso no fluye a través del condensador de enfriador 132 o del evaporador de enfriador 134 como se muestra con los números de referencia 232, 234. El fluido de proceso fluye a través del tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 236 y el tanque de PCM 138 está en el modo de descarga 238 para eliminar el calor del fluido de proceso.

El proceso 150 incluye que el controlador 113 cambie el aparato de transferencia de calor 110 del modo de refrigeración adiabática y PCM 224 a un modo de enfriador y de refrigeración adiabática 240 en respuesta a que el controlador 113 determine 242 que el tanque de PCM 138 tiene una carga mayor que 0% y que el trabajo térmico 152 continúa aumentando. En el modo de enfriador y de refrigeración adiabática 240, la bomba de sumidero 122 está encendida como se muestra con el número de referencia 241 para humedecer la almohadilla de pre-refrigeración 118 y disminuir la temperatura de bulbo seco del aire en el aparato de transferencia de calor 110 antes de que el aire alcance el serpentín de refrigeración de fluido 116. El enfriador 130 está encendido y al menos una parte del fluido de proceso fluye a través del condensador de enfriador 132 y el evaporador de enfriador 134 como se muestra con los números de referencia 244, 246, 248. Debido a que el tanque de PCM 138 tiene una carga de 0% en la etapa 242, el fluido de proceso no fluye a través del tanque de PCM 138 en el modo de enfriador y de refrigeración adiabática 240 como se muestra con el número de referencia 250.

El aparato de transferencia de calor 110 puede ingresar al modo de enfriador y de refrigeración adiabática 240 desde el modo de refrigeración adiabática y PCM 224 si el tanque de PCM tiene una carga del 0%. Alternativamente, el aparato de transferencia de calor 110 puede ingresar al modo de enfriador y de refrigeración adiabática 240 desde el modo de enfriador y de refrigeración en seco 200 o el modo de refrigeración en seco, enfriador y PCM 212 si el controlador 113 determina que el tanque de PCM 138 tiene una carga del 0% ya sea en la etapa 210 o 226, y el trabajo térmico 152 continúa aumentando.

El controlador 113 puede reconfigurar el aparato de transferencia de calor 110 del modo de refrigeración adiabática y PCM 224 a un modo de refrigeración adiabática, enfriador y PCM 252 en respuesta a que el controlador 113 determine 242 que el tanque de PCM 138 tiene una carga mayor a 0% y el trabajo térmico 152 aumenta al nivel duro 156. En el modo de refrigeración adiabática, enfriador y PCM 252, la bomba de sumidero 122 está encendida como se muestra con el número de referencia 254, el enfriador 130 está encendido como se muestra con el número de referencia 256, al menos una parte del fluido de proceso fluye a través del condensador de enfriador 132 y el evaporador de enfriador 134 como se muestra con los números de referencia 258, 260, y el fluido de proceso fluye a través del tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 262. El tanque de PCM 138 está en un modo de descarga como se muestra con el número de referencia 264 y elimina calor del fluido de proceso.

El controlador 113 puede avanzar a través de los modos operativos 160 de acuerdo con la lógica 158 a medida que aumenta o disminuye el trabajo térmico 152. Alternativamente, el controlador 113 puede saltar de un modo operativo 160 a otro modo operativo (por ejemplo, del modo 164 al modo 252 o viceversa) en respuesta a un cambio repentino en el trabajo térmico 152 aplicado al aparato de transferencia de calor 110.

Con referencia a las Figuras 5A y 5B, el controlador 113 puede utilizar un procedimiento 270 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y el tanque de PCM 138 puede descargarse para proporcionar refrigeración compensada. El procedimiento 270 incluye modos operativos 272 por los que el controlador 113 puede avanzar a medida que un trabajo térmico 274 cambia de un nivel inicial o fácil 276 a un nivel máximo o difícil 278. El procedimiento 270 es similar en muchos aspectos al proceso 150. Una diferencia es que el procedimiento 270 utiliza refrigeración adiabática durante los modos 280, 282, 284, 286 para limitar el consumo de energía.

Con referencia a las Figuras 6A y 6B, el controlador puede utilizar un procedimiento 300 en respuesta a que el controlador 113 reciba una solicitud para minimizar el consumo de agua y el tanque de PCM 138 pueda cargarse. El procedimiento 300 incluye modos operativos 302 por los que avanza el controlador 113 a medida que cambia el trabajo térmico 304. El procedimiento 300 es similar en muchos aspectos al proceso 150 analizado anteriormente e incluye variables 306 que varían a medida que el controlador 113 avanza a través de los modos 302. Una diferencia entre los procedimientos 150 y 300 es que los modos 302 incluyen un modo de enfriador de bucle cerrado de refrigeración en seco 310 en el que el fluido de proceso no fluye a través del evaporador de enfriador 134 o el tanque de PCM 138 como se muestra con los números de referencia 312, 314. En su lugar, un fluido de proceso secundario, que puede ser el mismo o diferente del fluido de proceso que fluye a través del serpentín de refrigeración de fluido 116, es circulado por la bomba de bucle cerrado 140 como se muestra con el número de referencia 316. La bomba de bucle cerrado 140 bombea el fluido de proceso secundario entre el evaporador de enfriador 134, que refrigera el fluido de proceso secundario, hasta el tanque de PCM 138 para refrigerar el material de cambio de fase en el tanque de PCM 138 y cargar el tanque de PCM 138. El fluido de proceso fluye a través del serpentín de refrigeración de fluido 116 durante el modo operativo 310 para satisfacer la carga térmica colocada en el aparato de transferencia de calor 110.

De la misma manera, en el modo de enfriador de bucle cerrado y de refrigeración adiabática 316, el fluido de proceso no fluye a través del evaporador de enfriador 134 y el tanque de PCM 138 como se muestra con los números de referencia 318, 320. En su lugar, un fluido de proceso secundario es circulado por la bomba de bucle cerrado 140 para permitir que el evaporador de enfriador 134 y el fluido de proceso secundario eliminen calor del tanque de PCM 138 y carguen el tanque de PCM 138. En el modo de enfriador de bucle cerrado y de refrigeración adiabática 316, el fluido de proceso se refrigera a través del serpentín de refrigeración de fluido 116 y el pre refrigerador adiabático 114 que refrigera previamente el aire aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 116.

Los modos operativos 302 del procedimiento 300 incluyen un modo de enfriador y de refrigeración en seco 309 en el que el enfriador 130 opera y el fluido de proceso fluye a través del evaporador de enfriador 134 para refrigerarse como se muestra con el número de referencia 311. Además, en el modo de enfriador y de refrigeración en seco 309, una parte del fluido de proceso refrigerado fluye a través del tanque de PCM 138 para cargar el tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 313.

Los modos operativos 302 incluyen un modo de refrigeración adiabática 317 en el que el enfriador 130 está apagado. Sin embargo, en el modo de refrigeración adiabática 317, el fluido de proceso refrigerado por el serpentín de refrigeración de fluido 116 fluye hacia el tanque de PCM 138 para cargar el tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 319. Los modos operativos 302 incluyen además un modo de enfriador y de refrigeración adiabática 321 en el que el fluido de proceso refrigerado por el serpentín de refrigeración de fluido 116 y el evaporador de enfriador 134 se enruta hacia el tanque de PCM 138 para cargar el tanque de PCM 138 como se muestra con el número de referencia 323.

Con referencia a las Figuras 7A y 7B, el controlador 113 puede utilizar un procedimiento 330 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y el tanque de PCM 138 puede cargarse. El procedimiento 330 incluye modos operativos 332 por los que avanza el controlador 113 en respuesta a un aumento de trabajo térmico 334 para el aparato de transferencia de calor 110.

Con referencia a la Figura 8, se proporciona un aparato de transferencia de calor 350 que es un segundo ejemplo del aparato de transferencia de calor 10 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 350 tiene un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 351 que recibe fluido de proceso desde una carga de refrigeración 353 a una temperatura elevada y refrigera el fluido de proceso de modo que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 351 pueda devolver fluido de proceso refrigerado hacia la carga de refrigeración 353 a una temperatura establecida de fluido de proceso, por ejemplo. El aparato de transferencia de calor 350 es similar en muchos aspectos al aparato de transferencia de calor 110, excepto que el aparato de transferencia de calor 350 carece de una bomba de bucle cerrado y de válvulas asociadas para hacer circular un fluido de proceso secundario en un bucle cerrado para recargar un tanque de PCM 368. El aparato de transferencia de calor 350 incluye un pre-refrigerador adiabático 352 que tiene un sistema de distribución de líquido evaporativo 354 para distribuir líquido evaporativo sobre una almohadilla de pre-refrigeración 356 y una bomba 358 de un sumidero 360 para bombear el líquido evaporativo recogido a la almohadilla de pre-refrigeración 356. El aparato de transferencia de calor 350 además incluye un serpentín de refrigeración de fluido 362, un ventilador 364, un enfriador 366 y un tanque de PCM 368.

Con respecto a las Figuras 9A y 9B, se proporciona un procedimiento 380 en el que un controlador 370 del aparato de transferencia de calor 350 se puede utilizar en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y en el que el tanque de PCM 368 sea capaz de descargarse. El procedimiento 380 incluye modos 382 por los que avanza el controlador 370 de acuerdo con la lógica 384 a medida que un trabajo térmico 386 varía entre un nivel inicial o fácil 388 y un nivel máximo o difícil 390. El procedimiento 380 incluye variables 392 indicativas del estado de los componentes del aparato de transferencia de calor 350 que cambian a lo largo de los diferentes modos 382.

Con respecto a las Figuras 10A y 10B, se proporciona un procedimiento 400 que el controlador 370 puede implementar en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y que el tanque de PCM 368 sea capaz de descargarse. El procedimiento 400 incluye modos 402 por los que avanza el controlador 370 de acuerdo con la lógica 404 a medida que cambia un trabajo térmico 406 del aparato de transferencia de calor 350. El procedimiento 400 incluye variables 403 para los componentes del aparato de transferencia de calor 350 que varían en función de los diferentes modos operativos 402.

Con referencia a las Figuras 11 y 11B, se proporciona un procedimiento 410 en el que el controlador 370 se puede utilizar en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y en el que el tanque de PCM 368 sea capaz de cargarse. El procedimiento 410 tiene modos 412 por los que avanza el controlador 370 a medida que cambia un trabajo térmico 414 del aparato de transferencia de calor 350. El procedimiento 410 tiene variables 415 de componentes del aparato de transferencia de calor 350 que varían en función de los diferentes modos 412. Una diferencia entre los procedimientos 300 y 410 es que el procedimiento 410 carga el tanque de PCM 368 utilizando el fluido de proceso que se recibe de una carga de refrigeración 353 en lugar de utilizar una circulación de bucle cerrado de fluido de proceso secundario. De esta manera, la refrigeración proporcionada por el serpentín de refrigeración de fluido 362 y/o el enfriador 366 se utiliza tanto para refrigerar el fluido de proceso como para cargar el tanque de PCM 368. La diferencia en cuanto a operación se debe a la falta de la bomba de bucle cerrado en el aparato de transferencia de calor 350.

Con respecto a las Figuras 12A y 12B, se proporciona un procedimiento 420 en el que el controlador 370 se puede implementar en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y en el que el tanque de PCM 368 sea capaz de cargarse. El procedimiento 420 incluye modos operativos 422 entre los que el controlador 370 conmuta a medida que cambia un trabajo térmico 424 del aparato de transferencia de calor 350. El procedimiento 420 incluye variables 426 de los componentes del aparato de transferencia de calor 350 que varían de acuerdo con los diferentes modos 422. En el procedimiento 420, el tanque de PCM 368 se carga utilizando el fluido de proceso en comunicación con la carga de refrigeración 353 en lugar de una operación de carga de bucle cerrado como en el procedimiento 330 analizado anteriormente.

Con referencia a la Figura 13, se proporciona un aparato de transferencia de calor 430 que es un tercer ejemplo del aparato de transferencia de calor 10 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 430 es similar en muchos aspectos al aparato de transferencia de calor 110 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 430 tiene un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 431 que puede operar en diferentes modos para refrigerar el fluido de proceso desde una carga de refrigeración 433 y proporcionar un suministro de fluido de proceso a la carga de refrigeración 433 a una temperatura establecida de fluido de proceso solicitada, por ejemplo.

El aparato de transferencia de calor 430 tiene una bomba secundaria de bucle cerrado 432 y válvulas 434, 436 para facilitar la carga de un tanque de PCM 438 como se analiza con mayor detalle a continuación. El aparato de transferencia de calor 430 incluye un pre-refrigerador adiabático 440 que tiene una almohadilla de pre refrigeración 442, un sumidero 444 y una bomba 446 para bombear el líquido evaporativo recogido a la almohadilla de pre-refrigeración 442. El aparato de transferencia de calor 430 además incluye un serpentín de refrigeración de fluido 448, un ventilador 450 y un enfriador 452 que tiene un condensador 454 y un evaporador 456. El ventilador 450 puede operar para extraer aire 458 a través de una almohadilla de pre-refrigeración 442 y el serpentín de refrigeración de fluido 448. El aparato de transferencia de calor 430 incluye una bomba primaria de bucle cerrado 460 y válvulas 462, 464. El aparato de transferencia de calor 430 tiene un controlador 466 para operar los componentes del aparato de transferencia de calor 430 en diferentes modos.

Por ejemplo, el controlador 466 puede operar el aparato de transferencia de calor 430 en el Modo 1 como se muestra en la Figura 14. El pre-refrigerador adiabático 440 no se muestra en la Figura 14 para proporcionar una vista menos obstruida. En el Modo 1, el controlador 466 opera las válvulas 470, 472, 474, 476 del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 431 para derivar el enfriador 452 y el tanque de PCM 438. En el Modo 1, el fluido de proceso de la carga de refrigeración 433 se refrigera únicamente por el intercambio de calor entre el flujo de aire a través del serpentín de refrigeración de fluido 448 por el ventilador 450. En el Modo 1, el pre refrigerador adiabático 440 puede ser operado según sea necesario para proporcionar refrigeración adiabática disminuyendo la temperatura de bulbo seco del aire aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 448.

El aparato de transferencia de calor 430 tiene un Modo 2 como se muestra en la Figura 15. En el Modo 2, la válvula 470 recibe fluido de proceso en la entrada 470A y modula el flujo o fluido de proceso a través de la válvula 470 de modo que una parte del fluido de proceso se dirige al condensador 454 del enfriador 452 y el fluido de proceso restante se deriva alrededor del condensador 454. La válvula 472 recibe fluido de proceso calentado en la entrada 472A desde el condensador 454 y fluido de proceso desde la carga de refrigeración 433 en la entrada 472B. La válvula 472 combina los flujos de fluido de proceso en una salida 472C que proporciona el fluido de proceso mezclado al serpentín de refrigeración de fluido 448. La válvula 470 se puede ajustar para dirigir más o menos fluido de proceso al condensador 454 según sea necesario para facilitar una refrigeración suficiente por parte del evaporador 456 del enfriador 452.

El pre-refrigerador adiabático 440 puede operar según sea necesario para reducir la temperatura de bulbo seco del aire aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 448. El serpentín de refrigeración de fluido 448 intercambia calor entre el fluido de proceso y el flujo de aire para proporcionar el fluido de proceso refrigerado a una válvula 474. La válvula 474 modula el flujo de fluido de proceso entre las salidas 474B, 474C. La salida 474C dirige el fluido de proceso refrigerado hacia el evaporador 456 del enfriador 452 que refrigera aún más el fluido de proceso. El fluido de proceso de la salida 474B se deriva del evaporador 456 y el tanque de PCM 438 antes de llegar a la válvula 476. La válvula 476 combina los flujos de fluido de proceso recibidos en las entradas 476A, 476B en un flujo que se desplaza desde una salida 476C de la válvula 476 hasta la carga de refrigeración 433. De esta manera, una parte de la carga de refrigeración es manejada por el serpentín de refrigeración de fluido 448 (y el pre-refrigerador adiabático 440 según sea necesario) y una parte de la carga de refrigeración es manejada por el enfriador 452. El Modo 2 se puede utilizar durante condiciones de alta carga o alta temperatura del aire ambiente, y/o cuando el tanque de PCM 438 está completamente descargado, como una forma de cumplir con el trabajo de refrigeración requerido para el aparato de transferencia de calor 430. El Modo 2 también se puede utilizar para ahorrar agua al utilizar el enfriador 452 para proporcionar capacidad de refrigeración que reduce la carga de refrigeración requerida del pre-refrigerador adiabático 440 y del serpentín de refrigeración de fluido 448. Más específicamente, el Modo 2 permite reducir la velocidad del ventilador 450, lo que reduce la tasa de evaporación de agua de la almohadilla u otro medio adiabático del pre-refrigerador adiabático 440.

Con respecto a la Figura 16, el controlador 466 puede operar el aparato de transferencia de calor 430 en el Modo 3, en el que las válvulas 470, 480 derivan el flujo de fluido de proceso alrededor del enfriador 452. La válvula 474 dirige una parte del fluido de proceso desde el serpentín de refrigeración de fluido 448 hacia el tanque de PCM 438 y la parte restante del fluido de proceso se deriva del tanque de PCM 438. De esta manera, en el Modo 3, parte de la carga de refrigeración 433 es manejada por el serpentín de refrigeración de fluido 448 y el pre refrigerador adiabático 440 según sea necesario y parte de la carga de refrigeración 433 es manejada por la descarga del tanque de PCM 438. El Modo 3 se puede utilizar durante situaciones de carga de refrigeración muy alta, situaciones de temperatura ambiente alta y/o se puede utilizar para ahorrar energía y/o agua al reducir la carga en el serpentín de refrigeración de fluido 448, el ventilador 450 y el pre-refrigerador adiabático 440.

Con respecto a la Figura 17, el controlador 466 puede operar en el Modo 4, en el que la válvula 470 dirige al menos una parte del fluido de proceso desde la carga de refrigeración 433 al condensador 454 del enfriador 452. La válvula 474 modula el flujo de fluido de proceso de modo que una parte del fluido de proceso fluya hacia el evaporador 456 del enfriador 452 y el fluido de proceso restante se derive del enfriador 452 y el tanque de PCM 438. Además, las válvulas 482, 483 dirigen el fluido de proceso desde el evaporador 456 al tanque de PCM 438 y la válvula 484 combina el fluido de proceso refrigerado del tanque de PCM 438 y el fluido de proceso del serpentín de refrigeración de fluido 448. En el Modo 4, parte de la carga de refrigeración es manejada por el serpentín de refrigeración de fluido 448 y, opcionalmente, el pre-refrigerador adiabático 440, parte de la carga de refrigeración es manejada por el enfriador 452, y parte de la carga de refrigeración es manejada por el tanque de PCM 438. El Modo 4 se puede utilizar durante situaciones de alta carga de refrigeración, condiciones de alta temperatura del aire ambiente, como una forma de satisfacer un requisito de trabajo de refrigeración, y/o se puede utilizar para ahorrar agua al reducir la carga en el serpentín de refrigeración de fluido 448, el pre-refrigerador adiabático 440 o ahorrar energía al reducir la carga en el ventilador 450.

Con respecto a la Figura 18, el controlador 466 puede operar el aparato de transferencia de calor 430 en el Modo 5 en el que hay un primer bucle 490 de fluido de proceso que se desplaza entre la carga de refrigeración 433 y el serpentín de refrigeración de fluido 448 y un segundo bucle 492 de fluido de proceso de bucle cerrado que circula entre el evaporador 456 del enfriador 452 y el tanque de PCM 438 a través de la bomba primaria de bucle cerrado 460. La válvula 470 dirige el fluido de proceso desde la carga de refrigeración 433 a través del condensador 454 de manera que el fluido de proceso absorbe calor del condensador 454 antes de desplazarse hacia el serpentín de refrigeración de fluido 448. El serpentín de refrigeración de fluido 448 se utiliza para absorber calor tanto de la carga de refrigeración 433 como del proceso de recarga del tanque de PCM 438. El pre-refrigerador adiabático 440 se puede encender en el Modo 5 para aumentar la capacidad de refrigeración del serpentín de refrigeración de fluido 448 según sea necesario. El Modo 5 se puede utilizar para cargar un tanque de PCM 438 total o parcialmente agotado mientras continúa rechazando calor de la carga de refrigeración 433.

Con respecto a la Figura 19, el controlador 466 puede operar el aparato de transferencia de calor 430 en el Modo 6 en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 431 tiene un bucle cerrado primario 510 similar al bucle cerrado 492 en la Figura 18 y un bucle cerrado secundario 511. Más específicamente, las válvulas 502, 504 están cerradas a la carga de refrigeración 433 y la bomba secundaria de bucle cerrado 432 hace circular el fluido de proceso de bucle cerrado secundario 500 entre el condensador 454 del enfriador 452 y el serpentín de refrigeración de fluido 448 de tal manera que el serpentín de refrigeración de fluido 448 elimina el calor agregado al fluido de proceso de bucle cerrado secundario 500 por medio del condensador 454.

En el Modo 6, la bomba primaria de bucle cerrado 460 hace circular un fluido de proceso secundario 512 entre el evaporador 450 y el tanque de PCM 438 a lo largo del bucle cerrado primario 510. De esta manera, el evaporador 450 elimina calor del fluido de proceso de bucle cerrado primario que luego se utiliza para cargar el tanque de PCM 438. El Modo 6 se puede utilizar para recargar un tanque de PCM 438 total o parcialmente agotado cuando no se requiere que el aparato de transferencia de calor 430 satisfaga la carga de refrigeración 433, como por ejemplo durante las horas de la tarde. El pre-refrigerador adiabático 440 se puede operar para proporcionar una mayor capacidad de refrigeración según sea necesario.

Con referencia a las Figuras 20A y 20B, el controlador 466 puede utilizar un procedimiento 520 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y que el tanque de PCM 438 sea capaz de descargarse. El procedimiento 520 incluye modos operativos 522 y lógica 524 que el controlador 466 utiliza para avanzar a través de los modos operativos 522 en respuesta a cambios de un trabajo térmico 526 del aparato de transferencia de calor 430 según lo determinado por el controlador 466. El procedimiento 520 tiene variables 528 de los componentes del aparato de transferencia de calor 430 que cambian a medida que el aparato de transferencia de calor 430 cambia entre los modos 522.

Con respecto a las Figuras 21A y 21B, el controlador 466 puede utilizar un procedimiento 530 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y que el tanque de PCM 438 sea capaz de descargarse. El procedimiento 530 incluye modos operativos 532 y lógica 534 que el controlador 466 utiliza para avanzar a través de los modos operativos 532 como un trabajo térmico 536 del aparato de transferencia de calor 430.

Con respecto a las Figuras 22A y 22B, el controlador 466 puede utilizar un procedimiento 540 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y el tanque de PCM 438 puede cargarse. El procedimiento 540 incluye modos operativos 542 por los que el controlador 466 puede avanzar a medida que varía un trabajo térmico 544 del aparato de transferencia de calor 430. El procedimiento 540 tiene variables 545 de los componentes del aparato de transferencia de calor 530 que varían a medida que el aparato de transferencia de calor 530 cambia entre los modos 542. Los modos 542 incluyen un modo de refrigeración en seco de bucle cerrado 546 de acuerdo con el Modo 6 de la Figura 19 cuando el pre-refrigerador adiabático 440 no está operando. En una realización, el aparato de transferencia de calor 430 incluye un actuador para mover el pre-refrigerador adiabático 440 desde una posición operativa en la que una almohadilla del pre-refrigerador adiabático 440 se encuentra en una trayectoria de flujo de aire a través del aparato de transferencia de calor 430 hasta una posición de derivación en la que la almohadilla se encuentra fuera de la trayectoria del flujo de aire. Cuando la almohadilla se encuentra en la posición de derivación, se puede reducir el consumo de energía del ventilador 450. Los modos operativos 542 incluyen además un modo de refrigeración adiabática de bucle cerrado 548 que corresponde al Modo 6 en la Figura 19 cuando el pre-refrigerador adiabático 440 está en operación. En cualquiera de los modos 546, 548, el aparato de transferencia de calor 430 está cerrado a la carga de refrigeración 433 y puede cargar el tanque de PCM 438.

Con respecto a las Figuras 23A y 23B, el controlador 466 puede utilizar un procedimiento 550 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y el tanque de PCM 438 puede cargarse. El procedimiento 550 incluye modos 552 por los que avanza el controlador 466 a medida que varía el trabajo térmico 554 del aparato de transferencia de calor 430. El procedimiento 550 incluye variables 556 de los componentes del aparato de transferencia de calor 430 que cambian a medida que el aparato de transferencia de calor 430 se reconfigura entre los modos operativos 552. Los modos operativos 552 incluyen un modo de refrigeración adiabática de bucle cerrado 558 que corresponde en general al Modo 6 en la Figura 19 y el pre-refrigerador adiabático se hace operar para mejorar la eficiencia del serpentín de refrigeración de fluido 448.

Con respecto a la Figura 24, el aparato de transferencia de calor 560 es un cuarto ejemplo del aparato de transferencia de calor 10 de la Figura 1. El aparato de transferencia de calor 560 es similar en estructura y operación al aparato de transferencia de calor 350 analizado anteriormente. Una diferencia es que el aparato de transferencia de calor 560 tiene un intercambiador de calor 562 que incluye un intercambiador de calor directo 564 que tiene un sistema de distribución de líquido evaporativo 566 que distribuye líquido evaporativo sobre el relleno 568, un sumidero 570 para recoger el líquido evaporativo y una bomba 572 para bombear el líquido evaporativo recogido de regreso al relleno 568. El aparato de transferencia de calor 560 tiene un ventilador 574 que genera un flujo de aire 576 con relación al intercambiador de calor directo 554 de tal manera que el líquido evaporativo se refrigera a medida que el líquido evaporativo se desplaza a lo largo del relleno 568 y entra en contacto con el flujo de aire 576. La bomba 572 transfiere líquido evaporativo refrigerado desde el sumidero 570 a un intercambiador de calor indirecto 580 del intercambiador de calor 562. El intercambiador de calor indirecto 580 transfiere calor entre el líquido evaporativo y un fluido de proceso 582 que se recibe desde una carga de refrigeración 584.

Con respecto a la Figura 25, se proporciona un aparato de transferencia de calor 590 que es un quinto ejemplo del aparato de transferencia de calor 10 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 590 es similar al aparato de transferencia de calor 560 analizado anteriormente. Una diferencia entre los aparatos de transferencia de calor 560, 590 es que el aparato de transferencia de calor 590 tiene un intercambiador de calor directo 592 que transfiere calor directamente desde un fluido de proceso 594 recibido desde una carga de refrigeración 596 hasta un flujo de aire 598 generado por un ventilador 600. El intercambiador de calor directo 592 puede incluir, por ejemplo, láminas de relleno y/o bloques de relleno. Se pueden utilizar enfoques de llenado por goteo, llenado por salpicadura o sin relleno.

Con respecto a la Figura 26, se proporciona un aparato de transferencia de calor 610 de acuerdo con un segundo enfoque. El aparato de transferencia de calor 610 incluye un intercambiador de calor 612 que tiene un pre-refrigerador adiabático 614 con una almohadilla adiabática 616 y un intercambiador de calor indirecto tal como un serpentín de refrigeración de fluido 618. El conjunto de transferencia de calor 610 además incluye un almacenamiento de energía térmica tal como un tanque de PCM 620 para proporcionar enfriamiento de compensación según sea necesario para que el aparato de transferencia de calor 610 satisfaga una carga térmica en el aparato de transferencia de calor 610. El aparato de transferencia de calor 610 tiene una o más entradas de aire 622, una o más salidas de aire 624 y un ventilador 626 que puede operar para provocar el movimiento de aire desde las entradas de aire 622 hasta las salidas de aire 624 a través de la almohadilla de pre-refrigeración 616 y el serpentín de refrigeración de fluido 618.

Con respecto a la Figura 27, se proporciona una representación esquemática más detallada del aparato de transferencia de calor 610. El aparato de transferencia de calor 610 es similar en muchos aspectos al aparato de transferencia de calor 10 analizado anteriormente, excepto que el aparato de transferencia de calor 610 carece del enfriador 28. El aparato de transferencia de calor 610 incluye una estructura exterior, como una carcasa 630 que contiene el intercambiador de calor 612, un sistema de distribución de fluido de proceso 632, un controlador 634 y un tanque de PCM 620. El tanque de PCM 620 contiene un material de cambio de fase que tiene una temperatura de fusión de, por ejemplo, más de 65 °F (18,3 °C). El aparato de transferencia de calor 610 tiene una entrada de fluido de proceso 636 para recibir un fluido de proceso calentado desde una carga de refrigeración y una salida de fluido de proceso 638 para devolver fluido de proceso refrigerado hacia la carga de refrigeración.

Con respecto a la Figura 28, un aparato de transferencia de calor 640 es un primer ejemplo del aparato de transferencia de calor 610 de la Figura 26. El aparato de transferencia de calor 640 tiene un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 641 para recibir fluido de proceso calentado desde una carga de refrigeración 654 y devolver fluido de proceso refrigerado hacia la carga de refrigeración 654. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 641 incluye un pre-refrigerador adiabático 642, un serpentín de refrigeración de fluido 644, una bomba de bucle cerrado 646, un tanque de PCM 648 y un controlador 650. Debido a que el aparato de transferencia de calor 640 carece de un enfriador como el enfriador 452 de la Figura 13, el aparato de transferencia de calor 640 utiliza el pre-refrigerador adiabático 642 y el serpentín de refrigeración de fluido 644 para proporcionar refrigeración para el fluido de proceso desde una carga de refrigeración 654 así como para recargar el tanque de PCM 648.

Con respecto a la Figura 29, el aparato de transferencia de calor 640 tiene un Modo 1 en el que el controlador 650 opera el aparato de transferencia de calor 640 de manera que el fluido de proceso calentado de la carga de refrigeración 654 se desplaza hacia el serpentín de refrigeración de fluido 644 y regresa a la carga de refrigeración 654 mientras se deriva del tanque de PCM 648. El pre-refrigerador adiabático 642 puede operarse para reducir la temperatura de bulbo seco del aire que entra en contacto con el serpentín de refrigeración de fluido 644 para proporcionar una mayor capacidad de refrigeración para el aparato de transferencia de calor 640 cuando el controlador 650 está en el Modo 1.

Con respecto a la Figura 30, el aparato de transferencia de calor 640 tiene un Modo 2 en el que tanto el serpentín de refrigeración de fluido 644 como el tanque de PCM 648 manejan la carga de refrigeración 654. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 641 incluye una válvula 660 que modula el flujo de fluido de proceso desde el serpentín de refrigeración de fluido 644 de modo que una parte del fluido de proceso se desplaza hacia el tanque de PCM 648 y se refrigera a medida que se descarga el tanque de PCM 648. De esta manera, el tanque de PCM 648 puede descargarse durante cargas térmicas pico para complementar la refrigeración proporcionada por el serpentín de refrigeración de fluido 644. El pre-refrigerador adiabático 642 se puede operar para reducir la temperatura de bulbo seco del aire que entra en contacto con el serpentín de refrigeración de fluido 644 para proporcionar una mayor capacidad de refrigeración para el aparato de transferencia de calor 640 cuando el controlador 650 está en Modo 2.

Con respecto a la Figura 31, el aparato de transferencia de calor 640 tiene un Modo 3 en el que una válvula 662 modula el flujo de fluido de proceso desde la carga de refrigeración 654 de modo que una porción 664 del fluido de proceso desde la carga de refrigeración 654 se dirige hacia una válvula 666 para mezclarse con el fluido de proceso desde el serpentín de refrigeración de fluido 644 y el tanque de PCM 648. En el Modo 3, se puede utilizar el pre-refrigerador adiabático 642, lo que disminuye la temperatura del fluido de proceso que sale del serpentín de refrigeración de fluido 644. Debido a la temperatura más baja del fluido de proceso desde el serpentín de refrigeración de fluido 644, se puede cargar el tanque de PCM 648. El fluido de proceso que sale del serpentín de refrigeración de fluido 644 y del tanque de PCM 648 se combina con el fluido de proceso circulado 664 a través de la válvula 666 de modo que el fluido de proceso que regresa a la carga de refrigeración 654 todavía tiene la misma temperatura de retorno que en el Modo 2. El Modo 3 se puede utilizar cuando las condiciones ambientales y de carga permiten que el serpentín de refrigeración de fluido 644 refrigere significativamente el fluido de proceso. La porción recirculada 664 del fluido de proceso se utiliza para elevar la temperatura del fluido de proceso desde el serpentín de refrigeración de fluido 664 y el tanque de PCM 648 y garantizar que el fluido de proceso regrese a la carga de refrigeración 654 a la temperatura establecida de fluido de proceso solicitada.

Con respecto a la Figura 32, el aparato de transferencia de calor 640 tiene un Modo 4 en el que las válvulas 670, 672 están cerradas a la carga de refrigeración 654 y la bomba de bucle cerrado 646 se hace operar para hacer circular un fluido de bucle cerrado 674 entre el serpentín de refrigeración de fluido 644 y el tanque de PCM 648 para recargar el tanque de PCM 648. El pre-refrigerador adiabático 642 puede estar en operación o no en operación según sea necesario para una situación particular. Al no hacer operar el pre-refrigerador adiabático 642, el controlador 650 reduce el consumo de agua del aparato de transferencia de calor 640. Al hacer operar el pre-refrigerador adiabático 642 durante el Modo 4, el controlador 650 puede minimizar el consumo de energía del aparato de transferencia de calor 640.

Con respecto a la Figura 33, el controlador 650 puede utilizar un procedimiento 690 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y el tanque de PCM 648 es capaz de descargarse. El controlador 650 cambia entre modos operativos 692 utilizando la lógica 694 a medida que varía el trabajo térmico 696 del aparato de transferencia de calor 640. El procedimiento 690 incluye variables 698 de los componentes del aparato de transferencia de calor 640 que cambian a medida que el controlador 650 cambia entre diferentes modos 692.

Con respecto a la Figura 34, el controlador 650 puede utilizar un procedimiento 700 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y que el tanque de PCM 648 sea capaz de descargarse. El procedimiento 700 incluye modos operativos 702 y lógica 704 que el controlador 650 utiliza para cambiar entre los modos 702 a medida que varía un trabajo térmico 706 del aparato de transferencia de calor 640. El procedimiento 700 incluye variables 708 del aparato de transferencia de calor 640 que cambian a medida que el controlador 650 cambia entre los modos 702.

Con respecto a la Figura 35, el controlador 650 puede utilizar un procedimiento 710 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y el tanque de PCM 648 puede cargarse. El procedimiento 710 incluye modos 712 entre los cuales el controlador 650 puede cambiar a medida que cambia una carga térmica 714 del aparato de transferencia de calor 640. Los modos 712 incluyen un modo de refrigeración en seco de bucle cerrado 716 que es similar al Modo 4 que se muestra en la Figura 32 en el que la bomba de bucle cerrado 646 opera y un fluido de bucle cerrado circula entre el serpentín de refrigeración de fluido 644 y el tanque de PCM 648 para recargar el tanque de PCM 648. En el modo de refrigeración en seco de bucle cerrado 716, el pre-refrigerador adiabático 742 está apagado. Por el contrario, los modos operativos 712 incluyen un modo de refrigeración adiabática de bucle cerrado 718 similar al Modo 4 de la Figura 32 en el que está operando el pre refrigerador adiabático 642.

Con respecto a la Figura 36, el controlador 650 puede utilizar un procedimiento 720 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y que el tanque de PCM 648 pueda cargarse. El procedimiento 720 incluye modos operativos 722 entre los cuales el controlador 650 puede cambiar en respuesta a cambios de un trabajo térmico 724 del aparato de transferencia de calor 640. El procedimiento 720 incluye variables 726 del aparato de transferencia de calor 640 que cambian a medida que el aparato de transferencia de calor 640 cambia entre los modos 722.

Con respecto a la Figura 37, se proporciona un aparato de transferencia de calor 730 que es un segundo ejemplo del aparato de transferencia de calor 610 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 730 es similar en muchos aspectos al aparato de transferencia de calor 640, excepto que el aparato de transferencia de calor 730 carece de la bomba de bucle cerrado 646. El aparato de transferencia de calor 730 incluye un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 731 que incluye un pre-refrigerador adiabático 732, un serpentín de refrigeración de fluido 734, un ventilador 736 y un tanque de PCM 741. El aparato de transferencia de calor 730 tiene un controlador 738 que opera el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 731 para devolver fluido de proceso a la carga de refrigeración 740 con una variable de fluido de proceso particular, como temperatura, caudal, presión o una combinación de las mismas. El tanque de PCM 741 elimina calor del fluido de proceso cuando es operado para satisfacer las condiciones de carga térmica máxima, para reducir el consumo de agua o para reducir el consumo de energía según corresponda.

Con respecto a la Figura 38, el procesador 738 puede utilizar un procedimiento 750 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y que el tanque de PCM 740 sea capaz de descargarse. El procedimiento 750 incluye modos 752 y lógica 754 que el controlador 738 utiliza para cambiar entre los modos 752 a medida que cambia un trabajo térmico 756 del aparato de transferencia de calor 730. El procedimiento 750 incluye variables 760 de los componentes del aparato de transferencia de calor 730 que cambian a medida que el aparato de transferencia de calor 730 cambia entre los modos 752.

Con respecto a la Figura 39, el controlador 738 puede utilizar un procedimiento 770 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y que el tanque de PCM 741 sea capaz de descargarse. El procedimiento 770 incluye modos operativos 772 del aparato de transferencia de calor 730 y lógica 774 que el controlador 738 utiliza para cambiar entre los modos operativos 772 a medida que cambia un trabajo térmico 776 del aparato de transferencia de calor 730. El procedimiento 770 incluye variables 778 de los componentes del aparato de transferencia de calor 730 que cambian a medida que el controlador 738 cambia entre los modos 772.

Con respecto a la Figura 40, el controlador 738 puede utilizar un procedimiento 780 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua y que el tanque de PCM 741 pueda cargarse. El procedimiento 780 incluye modos operativos 782 entre los que el controlador 738 cambia a medida que cambia el trabajo térmico 784 del aparato de transferencia de calor 730. El procedimiento 780 incluye variables 786 de los componentes del aparato de transferencia de calor 730 que cambian a medida que el aparato de transferencia de calor 730 cambia entre los modos 782.

Con respecto a la Figura 41, el controlador 738 puede utilizar un procedimiento 790 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía y permitir que el tanque de PCM 748 se pueda cargar. El procedimiento 790 incluye que el controlador 738 tenga un modo de refrigeración adiabática 792 en el que una bomba de sumidero 794 (véase la Figura 37) del pre-refrigerador adiabático 732 está encendida y una válvula 796 dirige al menos una parte del fluido de proceso de refrigerador al tanque de PCM 741 para cargar el tanque de PCM 741.

Con respecto a la Figura 42, el aparato de transferencia de calor 800 es un tercer ejemplo del aparato de transferencia de calor 610 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 800 es similar al aparato de transferencia de calor 640 analizado anteriormente, excepto que el aparato de transferencia de calor 800 tiene un intercambiador de calor directo 802 para transferir calor entre el flujo de aire 804 generado por un ventilador 806 y el líquido evaporativo. El líquido evaporativo se recoge y se dirige a través de un intercambiador de calor indirecto 808 para transferir calor entre el fluido de proceso recibido desde una carga de refrigeración 810 y el fluido evaporativo del intercambiador de calor directo 802.

Con respecto a la Figura 43, el aparato de transferencia de calor 810 es un cuarto ejemplo del aparato de transferencia de calor 610 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 810 es similar al aparato de transferencia de calor 640, excepto que el aparato de transferencia de calor 810 tiene un intercambiador de calor directo 812 para transferir calor entre el flujo de aire 814 generado por un ventilador 816 y el fluido de proceso recibido desde una carga de refrigeración 818.

Con respecto a la Figura 44, se proporciona un aparato de transferencia de calor 850 de acuerdo con un tercer enfoque de la presente divulgación. El aparato de transferencia de calor 850 incluye una carcasa 851 que tiene una o más entradas de aire 854, una o más salidas de aire 857 y uno o más ventiladores 859 para generar un flujo de aire 859 desde la entrada de aire 854 hasta la salida de aire 856. Las entradas de aire 854 incluyen rejillas de ventilación primarias 856 y rejillas de ventilación secundarias 858 que se pueden cerrar selectivamente para restringir la trayectoria del flujo de aire a través del aparato de transferencia de calor 850. Por ejemplo, las rejillas de ventilación primarias 856 pueden estar cerradas y las rejillas de ventilación secundarias 858 pueden estar abiertas para derivar el aire alrededor del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 860.

El aparato de transferencia de calor 850 tiene uno o más deshumidificadores, como un sistema de deshumidificación por vacío de membrana 860 para eliminar el agua del flujo de aire en un área 862 aguas arriba de un pre-refrigerador adiabático 864 que tiene una almohadilla de pre-refrigeración 866. El aparato de transferencia de calor 850 tiene un intercambiador de calor como un serpentín de refrigeración de fluido 868 aguas abajo de la almohadilla de pre-refrigeración 866. El sistema de deshumidificación por vacío de membrana 860 elimina el agua del aire y disminuye la temperatura de bulbo húmedo del aire. La almohadilla de pre-refrigeración 866 refrigera el aire aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 868 y disminuye la temperatura de bulbo seco del aire para que esté muy cerca de la temperatura de bulbo húmedo del aire. El aire seco y refrigerado que entra en contacto con el serpentín de refrigeración de fluido 868 proporciona una transferencia de calor más eficiente entre el flujo de aire 859 y el serpentín de refrigeración de fluido 868.

Con respecto a la Figura 45, el aparato de transferencia de calor 880 es un primer ejemplo del aparato de transferencia de calor 850 de la Figura 44. El aparato de transferencia de calor 880 incluye rejillas de ventilación primarias 882, rejillas de ventilación secundarias 884 y un sistema de refrigeración de fluido de proceso 881. El sistema de refrigeración de fluido de proceso 881 incluye un sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886, un pre-refrigerador adiabático 888, un serpentín de refrigeración de fluido 890 y un ventilador 892. El aparato de transferencia de calor 880 además incluye una bomba de vacío 894 del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 y un controlador 896 para controlar la operación del aparato de transferencia de calor 880. El pre-refrigerador adiabático 888 incluye una almohadilla de pre-refrigeración 900, un sistema de distribución de líquido evaporativo 902, un sumidero 904 y una bomba de sumidero 906. El aparato de transferencia de calor 880 incluye un sistema de recolección de agua 910 que tiene una bomba de agua condensada 912 que dirige el agua recogida y condensada del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 al sumidero 904. De esta manera, el aparato de transferencia de calor 880 puede utilizar al menos una parte del agua recogida del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 como agua de reposición para el sumidero 904, lo que puede reducir el consumo de agua del aparato de transferencia de calor 880. El serpentín de refrigeración de fluido 890 recibe fluido de proceso caliente de una carga de refrigeración 916 y devuelve fluido de proceso refrigerado a la carga de refrigeración 916. El ventilador 892 puede operar para dirigir el aire a lo largo de una primera trayectoria 920 cuando las rejillas de ventilación primarias 882 están abiertas y las rejillas de ventilación secundarias 884 están cerradas. Cuando las rejillas de ventilación primarias 882 están cerradas y las rejillas de ventilación secundarias 884 están abiertas, la operación del ventilador 892 hace que el aire entre a través de las rejillas de ventilación secundarias 884 a lo largo de una segunda trayectoria 922. El sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 y el pre-refrigerador adiabático 888 pueden operar de manera selectiva para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor entre el serpentín de refrigeración de fluido 890 y el flujo de aire a través del aparato de transferencia de calor 880.

Con respecto a las Figuras 46-50, el aparato de transferencia de calor 880 se muestra en diferentes modos para ilustrar las diferentes capacidades de refrigeración del aparato de transferencia de calor 880 en los diferentes modos. Con respecto a la Figura 46, el aparato de transferencia de calor 880 está en el Modo 1 en el que las rejillas de ventilación primarias 882 están abiertas, las rejillas de ventilación secundarias 920 están cerradas, el sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 está operando, el pre-refrigerador adiabático 888 está operando y el serpentín de refrigeración de fluido 890 está transfiriendo calor entre el flujo de aire y el fluido de proceso desde la carga de refrigeración 916.

Con respecto a la Figura 47, el aparato de transferencia de calor 880 está en el Modo 2, en el que las rejillas de ventilación primarias 882 están cerradas y las rejillas de ventilación secundarias 884 están abiertas de manera que el flujo de aire se deriva del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886. El aire se desplaza a lo largo de la segunda trayectoria de flujo 922 a través de la almohadilla de pre-refrigeración 900 y hacia el serpentín de refrigeración de fluido 890. En el Modo 2, el pre-refrigerador adiabático 888 está operando de manera que la almohadilla de pre-refrigeración 900 disminuye la temperatura de bulbo seco del flujo de aire aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 890.

Con respecto a la Figura 48, el aparato de transferencia de calor 880 está en el Modo 3, en el que las rejillas de ventilación primarias 882 están cerradas, las rejillas de ventilación secundarias 884 están abiertas y el aire entra en el aparato de transferencia de calor 880 alrededor de la segunda trayectoria de flujo 922 y se deriva del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886. En el Modo 3, la bomba de sumidero 906 está apagada de manera que el sistema de distribución de líquido evaporativo 902 no dirige líquido sobre la almohadilla de pre-refrigeración 900. De esta manera, el aire en un área 930 aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 890 tiene las mismas temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco que el aire ambiente. El Modo 3 se puede utilizar cuando hay una carga de refrigeración baja en el aparato de transferencia de calor 880 o cuando el aparato de transferencia de calor 880 está operando para minimizar el consumo de energía.

Con respecto a la Figura 49, el aparato de transferencia de calor 880 está en el Modo 4, en el que las rejillas de ventilación primarias 882 están abiertas y las rejillas de ventilación secundarias 884 están cerradas. El ventilador 892 aspira aire hacia el aparato de transferencia de calor 880 a lo largo de la primera trayectoria de flujo 920. El sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 está operando para reducir la humedad del aire aguas arriba de la almohadilla de pre-refrigeración 900. El pre-refrigerador adiabático 888 está apagado de modo que el flujo de aire tiene temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco similares antes y después de la almohadilla de pre-refrigeración 900. Por lo tanto, en el Modo 4, el aparato de transferencia de calor 880 utiliza el sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886 para secar el aire aguas arriba del serpentín de refrigeración de fluido 890. El Modo 4 se puede utilizar cuando el aparato de transferencia de calor 880 se hace operar para minimizar el consumo de agua.

Con respecto a la Figura 50, el controlador 896 puede utilizar un procedimiento 940 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía. El aparato de transferencia de calor 880 puede cambiar entre modos operativos 942 a medida que varía el trabajo térmico 944 requerido por el aparato de transferencia de calor 880. El procedimiento 940 tiene variables 946 de los componentes del aparato de transferencia de calor 880 que varían a medida que el controlador 896 cambia entre modos operativos 942. Las variables 946 pueden incluir una variable 947 indicativa de la operación de la bomba de agua condensada 912. En los modos operativos 942, la bomba de agua condensada 912 está apagada para ahorrar energía.

Con respecto a la Figura 51, el controlador 896 puede llevar a cabo un procedimiento 950 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua. El aparato de transferencia de calor 880 cambia entre modos operativos 952 a medida que varía un trabajo térmico 954 del aparato de transferencia de calor 880. El procedimiento 950 incluye variables 956 que varían a medida que el aparato de transferencia de calor 880 cambia entre los modos operativos 952.

En el procedimiento 950, la bomba de sumidero 906 está apagada cuando el aparato de transferencia de calor 880 está en un modo de refrigeración en seco 958 para conservar agua. Sin embargo, cuando el trabajo térmico aumenta y el controlador 896 cambia a un modo de refrigeración adiabática y de deshumidificación por vacío de membrana 960, la bomba de sumidero 906 opera para proporcionar refrigeración adiabática adicional al aire y aumentar la capacidad de refrigeración del aparato de transferencia de calor 880.

Con respecto a la Figura 52, el controlador 896 puede ejecutar un procedimiento 960 en respuesta a la recepción de una solicitud para generar agua a través del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 886. El procedimiento 960 incluye modos 962 entre los cuales el controlador 896 varía a medida que varía un trabajo térmico 964 del aparato de transferencia de calor 880. El procedimiento 960 incluye variables 966 representativas del estado de los componentes del aparato de transferencia de calor 880 que cambian a medida que el aparato de transferencia de calor 880 cambia entre los modos operativos 962. Las variables 966 incluyen una variable 968 indicativa de si la bomba de agua condensada 912 está operando. Debido a que el controlador 896 ha recibido una solicitud para generar agua, la bomba de agua condensada 912 está operando en ambos modos operativos 962.

Con respecto a la Figura 53, el aparato de transferencia de calor 980 es un segundo ejemplo de un aparato de transferencia de calor 850 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 980 incluye rejillas de ventilación primarias 982, rejillas de ventilación secundarias 984 y rejillas de ventilación terciarias 986 que se pueden operar de manera selectiva para derivarse de un sistema de deshumidificación por vacío de membrana 988, un pre-refrigerador adiabático 990 o ambos, según se desee para elegir un modo operativo. El sistema de deshumidificación por vacío de membrana 988 incluye una bomba de vacío 992 para facilitar la deshumidificación del aire y una bomba de agua condensada 994 para bombear el agua condensada y recogida desde el sistema de deshumidificación por vacío de membrana 988 hasta un sumidero 996 del pre-refrigerador adiabático 990. El pre refrigerador adiabático 990 incluye un sistema de distribución de líquido 998, una almohadilla de pre-refrigeración 1000 y una bomba de sumidero 1002. El aparato de transferencia de calor 980 además incluye un controlador 1004, un ventilador 1006 y un serpentín de refrigeración de fluido 1008 que recibe fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1010.

Con respecto a la Figura 54, el controlador 1004 puede ejecutar un procedimiento 1020 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de energía. El procedimiento 1020 incluye modos operativos 1022 entre los que el aparato de transferencia de calor 980 puede cambiar a medida que varía un trabajo térmico 1024 del aparato de transferencia de calor 980. El procedimiento 1020 incluye variables 1026 indicativas del estado de los componentes del aparato de transferencia de calor 980 que varían a medida que el aparato de transferencia de calor 980 cambia entre los modos 1022. Las variables 1026 incluyen una variable 1028 representativa de si las rejillas de ventilación terciarias 986 están abiertas o cerradas. En el procedimiento 1020, las rejillas de ventilación terciarias 986 están cerradas cuando el controlador 1004 está en cualquiera de los modos operativos 1022.

Con respecto a la Figura 55, el controlador 1004 puede ejecutar un procedimiento 1030 en respuesta a la recepción de una solicitud para minimizar el consumo de agua. El procedimiento 1030 incluye modos operativos 1032 entre los cuales el aparato de transferencia de calor 980 puede cambiar a medida que varía el trabajo térmico 1034. El procedimiento 1030 incluye variables 1034 del aparato de transferencia de calor 980 que cambian a medida que el controlador 1004 cambia entre los modos operativos 1032. Los modos operativos 1032 incluyen un modo operativo de refrigeración en seco 1036 en el que las rejillas de ventilación primarias 982 y las rejillas de ventilación secundarias 984 están cerradas y las rejillas de ventilación terciarias 986 están abiertas como lo indican las variables 1038, 1040, 1042. Al cerrar las rejillas de ventilación primarias y secundarias 982, 984, el aire puede derivarse del sistema de deshumidificación por vacío de membrana 988 y el pre-refrigerador adiabático 990 y, en su lugar, entrar en contacto con el serpentín de refrigeración de fluido 1008 para eliminar el calor del fluido de proceso de la carga de refrigeración 1010.

Con respecto a la Figura 56, el controlador 1004 puede ejecutar un procedimiento 1050 en respuesta a la recepción de una solicitud para generar agua desde el sistema de deshumidificación por vacío de membrana 988. El procedimiento 1050 incluye modos operativos 1052, 1054 con variables 1056 que cambian a medida que el controlador 1004 cambia entre los modos operativos 1052, 1054. Como se indica mediante la variable 1058, la bomba de agua condensada 994 se opera en cualquiera de los modos operativos 1052, 1054.

Con respecto a la Figura 57, el aparato de transferencia de calor 1070 es un tercer ejemplo del aparato de transferencia de calor 850 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 1070 es similar en muchos aspectos a los aparatos de transferencia de calor 880, 980 analizados anteriormente. El aparato de transferencia de calor 1070 incluye rejillas de ventilación primarias y secundarias 1072, 1074 y un ventilador 1076 que generan un flujo de aire en el aparato de transferencia de calor 1070. El aparato de transferencia de calor 1070 además incluye un sistema de deshumidificación por vacío de membrana 1078, un intercambiador de calor indirecto 1080 para transferir calor del fluido de proceso recibido de una carga de refrigeración 1082, y un intercambiador de calor directo 1084. El intercambiador de calor directo 1084 incluye un relleno 1086, un sumidero 1088, un sistema de distribución de líquido 1090, y una bomba de sumidero 1092. La bomba de sumidero 1092 hace circular un líquido secundario al intercambiador de calor indirecto 1080 para recibir calor del fluido de proceso de la carga de refrigeración 1082. El sistema de distribución de líquido 1090 distribuye, por ejemplo, mediante pulverizaciones, el líquido secundario calentado sobre el relleno 1086. El líquido secundario se refrigera mediante el flujo de aire a medida que el líquido secundario viaja a lo largo del intercambiador de calor directo 1084. Luego, el líquido secundario refrigerado se bombea nuevamente desde el sumidero 1088 al intercambiador de calor indirecto 1080.

Con respecto a la Figura 58, el aparato de transferencia de calor 1100 es un cuarto ejemplo del aparato de transferencia de calor 850 analizado anteriormente. El aparato de transferencia de calor 1100 es similar en muchos aspectos al aparato de transferencia de calor 1070 analizado anteriormente. Una diferencia es que el aparato de transferencia de calor 1100 incluye un intercambiador de calor directo 1102 que recibe fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1104. El intercambiador de calor directo 1102 incluye un sistema de distribución de fluido de proceso 1108 que distribuye, por ejemplo, mediante pulverizaciones, el fluido de proceso sobre el relleno 1110. El fluido de proceso se refrigera mediante el flujo de aire a través del intercambiador de calor directo 1102 y se recoge en un sumidero 1106. El intercambiador de calor directo 1102 tiene una bomba de sumidero 1108 para dirigir el fluido de proceso refrigerado de nuevo a la carga de refrigeración 1104. El aparato de transferencia de calor 1100 incluye un ventilador 1120 que puede operar para extraer aire a través de las rejillas de ventilación primarias y secundarias 1122, 1124 que se pueden cerrar de manera selectiva para controlar el flujo de aire a través del aparato de transferencia de calor 1100.

Con referencia a las Figuras 59 y 60, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1150 que tiene un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 1152 que recibe fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1154 y refrigera el fluido de proceso a una temperatura solicitada. El circuito de intercambio de calor de fluido de proceso incluye un enfriador 1154 y un intercambiador de calor 1156. El intercambiador de calor intercambia calor entre el fluido de proceso y el aire ambiente. El intercambiador de calor 1156 puede incluir un pre-refrigerador adiabático y un intercambiador de calor indirecto. El aparato de transferencia de calor 1150 tiene un modo de encendido del enfriador como se muestra en la Figura 59 en el que una válvula 1158 del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 1152 dirige calor desde el intercambiador de calor 1156 al enfriador 1154. El aparato de transferencia de calor 1150 además incluye un modo de apagado del enfriador como se muestra en la Figura 60. En el modo de apagado de enfriador, la válvula 1158 se deriva del fluido de proceso alrededor del enfriador 1154. El modo de apagado de enfriador de la Figura 60 se puede utilizar cuando hay una carga térmica menor en el aparato de transferencia de calor 1150.

Con referencia a la Figura 61, el aparato de transferencia de calor 1170 incluye una carcasa 1172 con una entrada de aire 1174, una salida de aire 1176 y uno o más ventiladores 1178 para generar un flujo de aire entre ellos. El aparato de transferencia de calor 1170 tiene un pre-refrigerador adiabático 1180 con una almohadilla de pre-refrigeración 1182, un serpentín con aletas 1184 y un serpentín de condensador 1186 de un enfriador 1188. El serpentín de condensador 1186 y el evaporador 1190 del enfriador 1188 están en un interior 1192 de la carcasa 1172, y el serpentín de condensador 1186 en una realización está en la trayectoria del aire que se desplaza entre la entrada de aire 1174 y la salida de aire 1176. En algunas realizaciones, el serpentín de condensador 1186 puede eliminar la columna de aire calentando el aire húmedo. Además, el aparato de transferencia de calor 1170 puede tener una configuración compacta debido a que el serpentín de condensador 1186 y el evaporador 1190 están en el interior 1192 de la carcasa 1172. El serpentín con aletas 1184 recibe fluido de proceso caliente desde un retorno 1194 y dirige el fluido de proceso refrigerado a una válvula 1196. La válvula 1196 modula el flujo de fluido de proceso refrigerado desde el serpentín con aletas 1184 hasta el evaporador 1190. El evaporador 1190 refrigera aún más el fluido de proceso y dirige el fluido de proceso refrigerado a lo largo de un conducto 1198 hasta un suministro de fluido de proceso refrigerado 1200. La válvula 1196 puede modular el flujo del fluido de proceso refrigerado desde el serpentín con aletas 1184 de modo que algo, todo o nada del fluido de proceso refrigerado desde el serpentín con aletas 1184 se desplace hasta el evaporador 1190. El enfriador 1188 tiene una válvula de expansión 1202 y un compresor 1204 y utiliza un refrigerante para eliminar calor del fluido de proceso en el evaporador 1190 y transferir el calor al flujo de aire a través del serpentín de condensador 1186. El aparato de transferencia de calor 1170 carece de un almacenamiento de energía térmica.

Con respecto a las Figuras 62 y 63, se proporciona el aparato de transferencia de calor 1220 que incluye un enfriador 1224 y un intercambiador de calor 1226 que operan para refrigerar el fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1228. El enfriador 1224 incluye un evaporador 1230, un condensador 1240, un compresor 1242 y una válvula de expansión 1244. El aparato de transferencia de calor 1220 tiene una bomba 1250 que hace circular el fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1228, al condensador 1240, al intercambiador de calor 1226, al evaporador 1230 y de regreso a la carga de refrigeración 1228. El aparato de transferencia de calor 1220 tiene un modo de encendido del enfriador como se muestra en la Figura 62 en el que el compresor 1242 hace circular refrigerante entre el evaporador 1230 y el condensador 1240 y facilita la transferencia de calor desde el fluido de proceso al refrigerante en el evaporador 1230. De esta manera, el enfriador 1224 reduce aún más la temperatura del fluido de proceso desde el intercambiador de calor 1226. El aparato de transferencia de calor 1220 además incluye un modo de apagado del enfriador como se muestra en la Figura 63 en el que el compresor 1242 no hace circular refrigerante entre el evaporador y el condensador 1240. Sin embargo, la bomba 1250 todavía está operativa para dirigir el fluido de proceso desde la carga de refrigeración 1228 al intercambiador de calor 1226 con el fluido de proceso viajando a través del condensador 1240 y el evaporador 1230.

Con referencia a las Figuras 64-67, el aparato de transferencia de calor 1300 se proporciona con un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 1302 que incluye un enfriador de glicol 1304, una bomba 1306, un almacenamiento de energía térmica tal como un tanque de hielo 1308, un intercambiador de calor 1310 tal como un intercambiador de calor de glicol/agua, y un intercambiador de calor 1312 tal como un intercambiador de calor de aire/agua. El intercambiador de calor 1310 es parte de un bucle de agua 1305 que recibe agua calentada desde una carga de refrigeración 1314. El intercambiador de calor 1310 transfiere calor desde el bucle de agua 1305 hasta un bucle de glicol 1303.

En la Figura 64, el aparato de transferencia de calor 1300 se muestra en una carga de refrigeración con modo de fusión de hielo en el que una válvula 1320 dirige el glicol desde el enfriador de glicol 1304 a través del tanque de hielo 1308 y una válvula 1322 dirige el glicol desde el tanque de hielo 1308 al intercambiador de calor de glicol/agua 1310. El enfriador de glicol 1304 y el tanque de hielo 1308 eliminan calor del glicol que circula en el bucle de glicol 1303, que absorbe calor del agua en el bucle de agua 1305 a través del intercambiador de calor 1310.

Con respecto a la Figura 65, el aparato de transferencia de calor 1300 se muestra en una carga de refrigeración con modo de formación de hielo. Más específicamente, la válvula 1322 inhibe el flujo de glicol desde el tanque de hielo 1308 al intercambiador de calor 1310 de manera que el enfriador de glicol 1304 elimina calor del bucle de glicol 1303 y devuelve el glicol enfriado al tanque de hielo 1308 a una temperatura por debajo de la temperatura de almacenamiento del tanque de hielo 1308, tal como 32 °F (0 °C) formando así hielo en el tanque de hielo 1308. Por el contrario, el bucle de agua 1305 incluye una bomba 1330 que permite que el agua de la carga de refrigeración 1314 fluya hacia el intercambiador de calor 1312 y se refrigere. El modo de carga de refrigeración con formación de hielo de la Figura 65 se puede utilizar cuando hay una carga térmica reducida en el aparato de transferencia de calor 1300, tal como durante la noche.

Con respecto a la Figura 66, el aparato de transferencia de calor 1300 se muestra en una carga de refrigeración con modo de derivación de enfriador y de tanque de hielo. Las válvulas 1320, 1322 inhiben el flujo de glicol a través del bucle de glicol 1303. La bomba 1330 hace circular agua entre la carga de refrigeración 1314 y el intercambiador de calor 1312 para permitir que el intercambiador de calor 1312 refrigere el agua. La carga de refrigeración con modo de derivación de enfriador y de tanque de hielo de la Figura 66 se puede utilizar para ahorrar energía o cuando la carga térmica en el aparato de transferencia de calor 1300 es baja.

Con respecto a la Figura 67, el aparato de transferencia de calor 1300 se muestra en una carga de refrigeración con modo de derivación de tanque de hielo. Más específicamente, la válvula 1320 inhibe el flujo de glicol al tanque de hielo 1308. En cambio, el glicol es circulado por una bomba 1306 desde el enfriador de glicol 1304 hasta el intercambiador de calor 1310. La refrigeración proporcionada por el enfriador de glicol 1304 puede utilizarse de ese modo para refrigerar el agua en el bucle de agua 1305 a medida que el agua se desplaza a través del intercambiador de calor 1310.

Con respecto a las Figuras 68 y 69, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1350 que es similar al aparato de transferencia de calor 1170. El aparato de transferencia de calor 1350 incluye una carcasa 1352, un pre-refrigerador adiabático 1353 que incluye una almohadilla de pre-refrigeración 1354, un serpentín con aletas 1356 y un serpentín de condensador 1358, y un evaporador 1360 de un enfriador 1362. Con respecto a la Figura 69, el aparato de transferencia de calor 1350 se proporciona en una vista en perspectiva para mostrar que el aparato de transferencia de calor 1350 incluye un almacenamiento de energía térmica, tal como un tanque de hielo 1370, al lado del evaporador 1360 del enfriador 1362.

Con respecto a las Figuras 70-73, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1390 que tiene un enfriador 1392, un almacenamiento de energía térmica tal como un tanque de PCM 1394, y un intercambiador de calor 1396 para refrigerar el fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1398. El tanque de PCM 1394 contiene un material de cambio de fase que tiene una temperatura de almacenamiento superior a 50 °F (10 °C), tal como 65 °F (18,3 °C), de modo que el mismo fluido de proceso se puede utilizar en los bucles de fluido primero y segundo 1411, 1413 del aparato de transferencia de calor 1390 (véase la Figura 71). La temperatura de almacenamiento puede referirse a la temperatura de fusión o congelación de un material de cambio de fase. Las temperaturas de fusión y congelación pueden ser iguales o diferentes dependiendo del material de cambio de fase. Los ejemplos de materiales de cambio de fase que se pueden utilizar incluyen PureTemp 18 de PureTemp LLC y BíopCm ®-Q18 de Phase Change Solutions, Inc.

Con respecto a la Figura 70, el aparato de transferencia de calor 1390 se muestra en una carga de refrigeración con modo de descarga PCM en el que la válvula 1400 dirige el fluido de proceso desde el enfriador 1392 a través del tanque de PCM 1394 y una válvula 1402 dirige el fluido de proceso refrigerado desde el tanque de PCM 1394 a la carga de refrigeración 1398. La válvula 1404 dirige el fluido de proceso desde el intercambiador de calor 1396 al enfriador 1392. De esta manera, el enfriador 1392 y el tanque de PCM 1394 refrigeran el fluido de proceso por debajo de la temperatura del fluido de proceso que sale del intercambiador de calor 1396.

Con respecto a la Figura 71, el aparato de transferencia de calor 1390 se muestra en una carga de refrigeración con un modo de carga de PCM. En este modo, las válvulas 1402, 1404 permiten que una bomba 1410 haga circular un fluido de proceso secundario entre el enfriador 1392 y el tanque de PCM 1394 en el primer bucle de fluido 1411. El enfriador 1392 emite el fluido de proceso secundario a una temperatura inferior a la temperatura de congelación del PCM en el tanque de PCM 1394 para recargar el tanque de PCM 1394. Además, en la carga de refrigeración con modo de carga de PCM de la Figura 71, el aparato de transferencia de calor 1390 puede proporcionar capacidad de refrigeración para la carga de refrigeración 1398 por medio de una bomba 1414 que hace circular un fluido de proceso primario entre el intercambiador de calor 1396 y la carga de refrigeración 1398 en el segundo bucle de fluido 1413.

Con respecto a la Figura 72, el aparato de transferencia de calor 1390 se muestra en una carga de refrigeración con modo de tanque de derivación de PCM. Más específicamente, la válvula 1400 deriva el fluido de proceso recibido desde el enfriador 1392 alrededor del tanque de PCM 1394 y dirige el fluido de proceso a la carga de refrigeración 1398. Además, la válvula 1404 permite que el fluido de proceso desde un intercambiador de calor 1396 se desplace al enfriador 1392.

Con respecto a la Figura 73, el aparato de transferencia de calor 1390 se muestra en una carga de refrigeración con modo de derivación de enfriador y de tanque de PCM. Más específicamente, en el modo de la Figura 73, las válvulas 1402, 1404 están cerradas para derivar el fluido de proceso alrededor del enfriador 1392 y el tanque de PCM 1394.

Con respecto a las Figuras 74-76, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1430 que es similar en muchos aspectos al aparato de transferencia de calor 1150 analizado anteriormente. Una diferencia entre los aparatos de transferencia de calor 1150, 1430 es que el aparato de transferencia de calor 1430 tiene una válvula 1432 entre el intercambiador de calor 1434 y una carga de refrigeración 1436, así como una válvula 1438 entre el intercambiador de calor 1434 y un tanque de PCM 1440. Otra diferencia entre los aparatos de transferencia de calor 1150, 1430 es que el aparato de transferencia de calor 1150 utiliza el enfriador de compensación 1154 para proporcionar refrigeración de compensación, mientras que el aparato de transferencia de calor 1430 utiliza el tanque de PCM 1440 para proporcionar refrigeración de compensación.

El aparato de transferencia de calor 1430 tiene una carga de refrigeración con modo de descarga de PCM como se muestra en la Figura 74, una carga de refrigeración con modo de carga de PCM como se muestra en la Figura 75, y una carga de refrigeración con modo de derivación de tanque de PCM como se muestra en la Figura 76. En el modo de la Figura 75, la válvula 1432 puede modular el flujo de fluido de proceso desde la carga de refrigeración 1436 para dirigir parte del fluido de proceso de regreso a la carga de refrigeración 1436 y mezclarlo con el fluido de proceso refrigerado desde el tanque de PCM 1440. El tanque de PCM 1440 tiene una temperatura de almacenamiento superior a 70 °F (21,1 °C), tal como 78 °F (25,5 °C). El modo de la Figura 75 utiliza la recirculación del fluido de proceso para elevar la temperatura del fluido de proceso antes de que el fluido de proceso regrese a la carga de refrigeración 1436.

Los aparatos de transferencia de calor que se describen en la presente memoria descriptiva pueden adoptar diversas formas. En algunas realizaciones, los componentes del aparato de transferencia de calor están empacados en una única carcasa. En otras realizaciones, los componentes pueden ser estructuras independientes que están conectadas operativamente. Por ejemplo, en la Figura 77 se proporciona un aparato de transferencia de calor 1450 que incluye dos intercambiadores de calor de aire/fluido de proceso apilados 1452, 1454 y un almacenamiento de energía térmica independiente 1456.

Con respecto a la Figura 78, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1460 que incluye una carcasa 1462 que tiene una entrada de aire 1464, una salida de aire 1466 y uno o más ventiladores 1468 que pueden operar para generar un flujo de aire entre la entrada de aire 1464 y la salida de aire 1466. El aparato de transferencia de calor 1460 incluye un pre-refrigerador adiabático 1470 que tiene una almohadilla de pre refrigeración 1472 y un intercambiador de calor indirecto tal como un serpentín con aletas 1474. El serpentín con aletas 1474 recibe fluido de proceso caliente a través de un retorno 1476. El aparato de transferencia de calor 1460 incluye una válvula 1480 que modula el flujo de fluido de proceso refrigerado desde el serpentín con aletas 1474 hasta un almacenamiento de energía térmica tal como un tanque de PCM 1482. El fluido de proceso puede desplazarse desde la válvula 1480, hasta el tanque de PCM 1482, y luego regresar al suministro de fluido de proceso refrigerado 1484 aguas abajo de la válvula 1480. El tanque de PCM 1482 se encuentra en un interior 1486 de la carcasa 1462 lo que puede ser ventajoso en algunas realizaciones para permitir que el flujo de aire generado por uno o más ventiladores 1468 refrigere el tanque de PCM 1482.

Con respecto a la Figura 79, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1500 que tiene un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 1502 que incluye un deshumidificador tal como un intercambiador de masa de membrana 1504, un intercambiador de calor 1506 tal como un intercambiador de calor de aire/fluido de proceso, y una bomba 1508. El intercambiador de masa de membrana 1504 recibe aire 1510 y reduce la temperatura de bulbo húmedo del aire antes de que el aire llegue al intercambiador de calor 1506. El intercambiador de calor 1506 recibe fluido de proceso desde una carga de refrigeración 1512. Al deshumidificar el aire aguas arriba del intercambiador de calor 1506, se puede aumentar la eficiencia de operación del intercambiador de calor 1506.

Con respecto a la Figura 80, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1530 que incluye una carcasa 1532, una entrada de aire primario 1534 con una rejilla primaria 1536, una entrada de aire secundario 1538 con una rejilla secundaria 1540 y una salida de aire 1542. El aparato de transferencia de calor 1530 además incluye un intercambiador de masa de membrana 1550, un pre-refrigerador adiabático 1552 con una almohadilla de pre-refrigeración 1554 y un intercambiador de calor indirecto tal como un serpentín con aletas 1556. El intercambiador de masa de membrana 1550 puede incluir membranas tubulares o de láminas que permiten que el vapor de agua pase a través de las mismas para su recolección y eliminación de la corriente de aire que deshumidifica el aire aguas arriba de la almohadilla de pre-refrigeración 1554. En un primer modo, las rejillas de ventilación secundarias 1540 pueden estar cerradas y las rejillas de ventilación primarias 1536 abiertas de modo que el aire fluya a través del intercambiador de masa de membrana 1550 hacia la almohadilla de pre-refrigeración 1554 y al serpentín con aletas 1556. Además, el aparato de transferencia de calor 1530 tiene un segundo modo en el que las rejillas de ventilación primarias 1536 están cerradas y las rejillas de ventilación secundarias 1538 están abiertas de modo que el aire pueda desplazarse a través de la entrada de aire secundaria 1538 a la almohadilla de pre-refrigeración 1554 derivándose del intercambiador de masa de membrana 1550. El serpentín con aletas 1556 recibe fluido de proceso caliente desde un retorno 1570 y dirige fluido de proceso refrigerado a un suministro 1572 que dirige el fluido de proceso de regreso a la carga de refrigeración.

Con respecto a la Figura 81, se proporciona un intercambiador de masa de membrana 1660 como un ejemplo del intercambiador de masa de membrana 1550 analizado anteriormente. El intercambiador de masa de membrana 1660 incluye una serie de conductos de aire 1662, membranas laminares 1664 y conductos de permeado 1666. El aire se desplaza en la dirección 1670 hacia las entradas de aire 1669, viaja a lo largo de los conductos de aire 1662 mientras entra en contacto con las membranas laminares 1664 y sale de los conductos de aire 1662 a través de las salidas 1672. El intercambiador de masa de membrana 1660 incluye un compresor o bomba de vacío 1682 que opera para crear un vacío en los conductos de permeado 1666. La presencia del vacío en los conductos de permeado 1666 en el lado de la membrana laminar 1664 opuesto al conducto de aire 1662 atrae vapor de agua en el flujo de aire a través de la membrana laminar 1664 y hacia el conducto de permeado 1666. El vapor de agua recogido en los conductos de permeado 1666 se desplaza a través del conducto 1680, hacia la bomba de vacío 1682 y hacia una salida de agua 1684. La salida de agua 1684 puede incluir, por ejemplo, un separador de aire y agua y un condensador para condensar el vapor de agua recogido en agua líquida para bombearlo al pre-refrigerador adiabático 1552 u otro proceso. El condensador puede incluir, por ejemplo, una superficie metálica refrigerada.

Con referencia a la Figura 82, se proporciona un aparato de transferencia de calor 1700 que incluye una entrada de aire 1702, un deshumidificador 1704 tal como un intercambiador de masa de membrana 1706, un pre refrigerador adiabático 1708 que incluye almohadillas de pre-refrigeración 1710, un intercambiador de calor indirecto tal como un intercambiador de calor de tubos y aletas 1712, un intercambiador de calor directo tal como un relleno 1714, una cámara de distribución 1716 y una salida de aire 1718 con un ventilador 1720. El ventilador 1720 genera un flujo de aire desde la entrada de aire 1702 hasta la salida de aire 1718. El deshumidificador 1704 incluye un suministro de desecante líquido 1730 que tiene una bomba 1732 que bombea desecante líquido recogido de un sumidero 1734 hasta el intercambiador de masa de membrana 1706. El aire ambiente ingresa a la entrada de aire 1702 de manera que el desecante líquido en el intercambiador de masa de membrana 1706 elimina el vapor de agua del aire. Esto disminuye la temperatura de bulbo húmedo del aire en la región B.

A continuación, el aire se desplaza a través de la almohadilla de pre-refrigeración 1710 que está humedecido con agua proveniente de un suministro de líquido 1750 que tiene una bomba 1754 que bombea agua desde un sumidero 1752. El agua en la almohadilla de pre-refrigeración 1710 reduce la temperatura de bulbo seco en la región C.

A continuación, el aire seco y deshumidificado se desplaza a través del intercambiador de calor de tubos y aletas 1712 y transfiere calor a un fluido de proceso que ingresa por una entrada 1760 del intercambiador de calor de tubos y aletas 1712 a una temperatura elevada y sale por una salida 1762 del intercambiador de calor de tubos y aletas a una temperatura reducida.

El suministro de desecante líquido 1730 incluye un sumidero de desecante líquido 1770 con un calentador eléctrico que calienta el desecante líquido para recargar el desecante líquido que ha acumulado vapor de agua en el intercambiador de masa de membrana 1706. Adicional o alternativamente, el sumidero de desecante líquido 1770 puede utilizar calor residual, como el de una operación de fabricación, para calentar el desecante líquido. El suministro de desecante líquido 1730 además incluye una bomba 1780 para dirigir el desecante líquido a un rociador 1788 sobre el relleno 1714. El aire se desplaza desde la región D a la región E y absorbe calor del desecante líquido. El desecante líquido refrigerado es luego devuelto al intercambiador de masa de membrana 1706 por la bomba 1732.

Con referencia a la Figura 83, se muestra un aparato de transferencia de calor 1800 que tiene un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso 1802 que incluye un intercambiador de calor indirecto tal como un serpentín de refrigeración de fluido 1804, un enfriador termoelástico tal como un refrigerador de aleación con memoria de forma (SMA) 1806, y un almacenamiento de energía térmica tal como un tanque de PCM 1808 que operan para proporcionar un fluido de proceso a una carga de refrigeración 1810 a una temperatura, presión, caudal solicitados o una combinación de los mismos. El refrigerador de SMA 1806 tiene un lado de condensador 1812 y un lado de evaporador 1814. El tanque de PCM 1808 tiene una temperatura de almacenamiento tal como 65 °F (18,3 °C). El refrigerador de SMA 1806 produce calor cuando se deforma por compresión y absorbe calor cuando se libera la compresión y la SMA vuelve a su forma original como se muestra en el diagrama de fases 1820 en la Figura 84. El refrigerador de SMA 1806 puede tener una primera pluralidad de casetes de aleaciones SMA en el lado del condensador 1812 que se comprimen para generar calor y una segunda pluralidad de casetes de aleaciones SMA del lado del evaporador 1814 que se expanden para absorber calor. El refrigerador de SMA 1806 tiene una válvula que voltea operativamente la primera y la segunda pluralidad de casetes de aleación SMA entre la primera pluralidad de casetes en el lado del condensador 1812 y la segunda pluralidad de casetes en el lado del evaporador 1814 una vez que la aleación SMA de la primera pluralidad de casetes se ha comprimido completamente y la aleación SMA de la segunda pluralidad de casetes se ha expandido completamente. De esta manera, el refrigerador de SMA 1806 puede operar como un enfriador para reducir aún más la temperatura del fluido de proceso desde el serpentín de refrigeración de fluido 1804 antes de que el fluido de proceso se dirija al tanque de PCM 1804. Se apreciará que el refrigerador de SMA 1806 puede utilizarse con las otras realizaciones analizadas en la presente memoria descriptiva en lugar de o además de los enfriadores basados en refrigerantes analizados en la presente memoria descriptiva. El refrigerador de SMA 1806 y los otros enfriadores analizados en la presente memoria descriptiva pueden tener su propio controlador integrado que se comunica con el controlador maestro del aparato de transferencia de calor.

Los usos de términos singulares, tales como “un”, “uno, “una”, tienen la intención de cubrir tanto el singular como el plural, a menos que se indique lo contrario en la presente memoria descriptiva o que el contexto lo contradiga claramente. Los términos “que comprende”, “que tiene”, “que incluye” y “que contiene” deben ser interpretados como términos abiertos. Se pretende que la frase “al menos uno de” tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva se interprete en sentido disyuntivo. Por ejemplo, la frase “al menos uno de A y B” tiene la intención de abarcar A, B o tanto A como B.

Si bien se han ilustrado y descrito realizaciones particulares de la presente invención, se apreciará que a los expertos en la técnica se les ocurrirán numerosos cambios y modificaciones, y se pretende que la presente invención cubra todos esos cambios y modificaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de transferencia de calor que comprende:

una entrada de aire y una salida de aire;

un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso para recibir un fluido de proceso, comprendiendo el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso:

un intercambiador de calor;

un generador de flujo de aire capaz de hacer que el aire se desplace desde la entrada de aire hasta la salida de aire y entre en contacto con el intercambiador de calor; y

un refrigerador mecánico que tiene un condensador y un evaporador;

el intercambiador de calor para recibir fluido de proceso proveniente del condensador del refrigerador mecánico y proporcionar fluido de proceso refrigerado al evaporador;

teniendo el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso una pluralidad de modos que incluyen:

un primer modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire; y

un segundo modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire y el evaporador del refrigerador mecánico puede operar para eliminar calor del fluido de proceso; y

un controlador conectado operativamente al circuito de intercambio de calor de fluido de proceso, estando el controlador configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos basándose al menos en parte en una determinación de un trabajo térmico del aparato de transferencia de calor.

2. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso comprende un almacenamiento de energía térmica; y

en el que la pluralidad de modos incluye:

- un tercer modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire y el almacenamiento de energía térmica puede operar para eliminar calor del fluido de proceso; y

- un cuarto modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire, el evaporador del refrigerador mecánico puede operar para eliminar calor del fluido de proceso y el almacenamiento de energía térmica puede operar para eliminar calor del fluido de proceso.

3. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el controlador está configurado para determinar una carga del almacenamiento de energía térmica; y

en el que el controlador está configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos basándose al menos en parte en la determinación del trabajo térmico del aparato de transferencia de calor y la carga del almacenamiento de energía térmica.

4. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el controlador está configurado para recibir una solicitud para minimizar el consumo de agua o el consumo de energía; y en el que el controlador está configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos basándose al menos en parte en la determinación del trabajo térmico del aparato de transferencia de calor y la solicitud de minimizar el consumo de agua o el consumo de energía.

5. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene un quinto modo en el que:

el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire; y el refrigerador mecánico se puede utilizar para cargar el almacenamiento de energía térmica.

6. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el quinto modo está configurado para dirigir un fluido de proceso de bucle cerrado entre el refrigerador mecánico y el almacenamiento de energía térmica.

7. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el quinto modo incluye:

un primer fluido de proceso de bucle cerrado que incluye el evaporador del refrigerador mecánico, el almacenamiento de energía térmica y una primera bomba de bucle cerrado para hacer circular un primer fluido de proceso entre el evaporador y el almacenamiento de energía térmica.

8. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso tiene un sexto modo en el que el intercambiador de calor y el refrigerador mecánico pueden operar para cargar el almacenamiento de energía térmica.

9. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el sexto modo incluye:

un primer fluido de proceso de bucle cerrado que incluye el evaporador del refrigerador mecánico, el almacenamiento de energía térmica y una primera bomba de bucle cerrado para hacer circular un primer fluido de proceso entre el evaporador y el almacenamiento de energía térmica; y

un segundo fluido de proceso de bucle cerrado que incluye el condensador del refrigerador mecánico, el intercambiador de calor y una segunda bomba de bucle cerrado para hacer circular un segundo fluido de proceso entre el condensador y el intercambiador de calor.

10. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el controlador está configurado para determinar si el almacenamiento de energía térmica tiene una carga adecuada; y

en el que el controlador está configurado para inhibir que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso esté en el tercer modo o el cuarto modo en respuesta a que el almacenamiento de energía térmica no tenga la carga adecuada.

11. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor tiene un modo húmedo y un modo seco; y

en el que el intercambiador de calor puede operar en modo húmedo o en modo seco y el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso está en el primer o segundo modos.

12. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso está configurado para dirigir el fluido de proceso alrededor del almacenamiento de energía térmica con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo y el segundo modo.

13. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso está configurado para dirigir el fluido de proceso alrededor de al menos uno del evaporador y el condensador del refrigerador mecánico con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo.

14. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el refrigerador mecánico está apagado con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo.

15. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el refrigerador mecánico incluye un compresor y una válvula de expansión.

16. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor incluye un intercambiador de calor indirecto y un pre-refrigerador adiabático.

17. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo, el refrigerador mecánico no puede operar para eliminar calor del fluido de proceso.

18. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el condensador del refrigerador mecánico está configurado para entrar en contacto con el flujo de aire después de que el flujo de aire haya entrado en contacto con el intercambiador de calor a medida que el flujo de aire de desplaza desde la entrada de aire hasta la salida de aire.

19. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una estructura exterior; y

en el que el intercambiador de calor y el refrigerador mecánico están en la estructura exterior.

20. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el refrigerador mecánico comprende un refrigerador de aleación con memoria de forma.

21. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el controlador está configurado para determinar el trabajo térmico basándose al menos en parte en:

la temperatura del aire;

la humedad del aire; y/o

una temperatura establecida de fluido de proceso.

22. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el trabajo térmico comprende una de una pluralidad de trabajos térmicos que incluyen un trabajo térmico más fácil y un trabajo térmico más difícil; y

en el que el controlador está configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico más fácil; y

en el que el controlador está configurado para operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el segundo modo basándose al menos en parte en que el trabajo térmico sea el trabajo térmico más difícil.

23. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo, el evaporador del refrigerador mecánico está configurado para eliminar menos calor del fluido de proceso que con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el segundo modo.

24. El aparato de transferencia de calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el refrigerador mecánico es un enfriador.

25. Un procedimiento de operación de un aparato de transferencia de calor que incluye un circuito de intercambio de calor de fluido de proceso que comprende:

un intercambiador de calor; y

un refrigerador mecánico que tiene un condensador y un evaporador;

un primer modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre un fluido de proceso y el aire; y

un segundo modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire y el evaporador del refrigerador mecánico puede operar para eliminar calor del fluido de proceso;

comprendiendo el procedimiento:

determinar un trabajo térmico del aparato de transferencia de calor; y

operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos basándose al menos en parte en el trabajo térmico del aparato de transferencia de calor.

26. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el aparato de transferencia de calor comprende un almacenamiento de energía térmica; y

en el que la pluralidad de modos incluye:

un tercer modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire y el almacenamiento de energía térmica puede operar para eliminar calor del fluido de proceso; y

un cuarto modo en el que el intercambiador de calor puede operar para transferir calor entre el fluido de proceso y el aire, el evaporador del refrigerador mecánico puede operar para eliminar calor del fluido de proceso y el almacenamiento de energía térmica puede operar para eliminar calor del fluido de proceso.

27. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, que además comprende recibir una solicitud para minimizar el consumo de agua o el consumo de energía; y

en el que la operación del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos incluye la operación del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos basándose al menos en parte en el trabajo térmico del aparato de transferencia de calor y la solicitud de minimizar el consumo de agua o el consumo de energía.

28. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el intercambiador de calor tiene un modo húmedo y un modo seco; y

en el que la operación del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos incluye operar el intercambiador de calor en el modo húmedo o en el modo seco.

29. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25 en el que la determinación del trabajo térmico del aparato de transferencia de calor incluye determinar el trabajo térmico del aparato de transferencia de calor como uno de una pluralidad de trabajos térmicos que incluyen un trabajo térmico más fácil y un trabajo térmico más difícil; y

en el que la operación del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos incluye:

operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo en respuesta a que el trabajo térmico del aparato de transferencia de calor sea el trabajo térmico más fácil; y operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el segundo modo en respuesta a que el trabajo térmico del aparato de transferencia de calor sea el trabajo térmico más difícil.

30. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que, con el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo, el fluido de proceso deriva al menos uno del condensador y el evaporador del refrigerador mecánico; y

en el que la operación del circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en uno de la pluralidad de modos comprende operar el circuito de intercambio de calor de fluido de proceso en el primer modo.