BRPI0616654A2 - aparelho de refrigeração e aplicação do mesmo - Google Patents
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Abstract
APARELHO DE REFRIGERAçãO E APLICAçãO DO MESMO. Um aparelho para refrigeração compreendendo uma bomba de liquido para transporte de fluido através de um ciclo aquecedor, uma fonte de calor externa para aquecer o fluido no ciclo aquecedor, por exemplo um aquecedor solar diretamente conectado com o ciclo aquecedor ou conectado através de um trocador de calor, um expansor com uma entrada de expansor e uma saída de expansor, a entrada de expansor tendo uma conexão fluida com a fonte de calor externa para receber fluido na fase gasosa para acionar o expansor expandindo o fluido, um compressor com uma entrada de compressor e uma saída de compressor, o compressor sendo acionado pelo expansor para comprimir o fluido de serviço de um gás de entrada de compressor de baixa pressão para um gás de saída de compressor de alta pressão, um primeiro trocador de calor com uma conexão fluida com a saída do compressor e conectado com a entrada de expansor para transferência de calor do gás de saída de compressor de alta pressão para o fluido no ciclo aquecedor, um segundo trocador de calor com um condensador para condensar o fluido de serviço do expansor para transferência de energia para um segundo fluido de temperatura mais baixa, por exemplo, ar ambiente, um terceiro trocador de calor com evaporador para evaporador para evaporar o fluido de serviço do segundo trocador de calor pela transferência de energia de um terceiro fluido e para criar um efeito de refrigeração desejado no terceiro fluido. Particularmente, de acordo com a invenção, o primeiro trocador de calor é conectado como ciclo aquecedor entre a fonte de calor externo e a entrada do expansor.
Description
"APARELHO DE REFRIGERAÇÃO E APLICAÇÃO DO MESMO"
Campo da Invenção
A presente invenção trata de sistemas de ar condicionadoacionados por aquecedores solares. Especialmente, trata de um aparelho pararefrigeração que compreende
• uma bomba de líquido para transporte de fluido através deum ciclo térmico;
• uma fonte de calor externo para aquecimento de fluido nociclo térmico;
• um expansor com uma entrada de expansor e uma saída deexpansor, a entrada de expansor tendo uma conexão a fluido com a fonte decalor externo para receber fluido na fase de gás para acionar o expansorexpandindo o fluido;
• um compressor com uma entrada de compressor e uma saídade compressor, o compressor sendo acionado pelo expansor para comprimir ofluido transmissor de um gás de entrada de compressor de baixa pressão paraum gás de saída de compressor de alta pressão;
• um primeiro trocador de calor com uma conexão fluida coma saída do compressor e conectado com a entrada de expansor paratransferência de calor do gás de saída de compressor de alta pressão para ofluido no ciclo térmico;
• um segundo trocador de calor com um condensador paracondensar o fluido transmissor do expansor pela transferência de energia paraum segundo fluido de temperatura mais baixa, por exemplo, o ar ambiente;
• um terceiro trocador de calor com evaporador para evaporaro fluido transmissor do segundo trocador de calor pela transferência deenergia de um terceiro fluido, tal como o ar refrigerado em uma residência, epara criar um efeito de refrigeração desejado no terceiro fluido.Fundamentos da InvençãoO número de aparelhos de ar condicionado vem crescendorapidamente. Tendo em vista o alvo mundial de redução de emissão dedióxido de carbono, uma redução do consumo de energia dos ditos aparelhosé de máxima importância.
Normalmente, o consumo de energia para condicionamento dear é maior, quando a luz do sol é forte. Por conseguinte, a utilização deenergia solar para conversão para refrigeração de ar é desejável.Especialmente, há conveniência em utilizar sistemas de aquecimento solarcomuns usando a água como o fluido transmissor.
Um sistema proposto para utilizar a energia desperdiçada nocondicionamento de ar é exposto na patente US n- 6 581 384. Este sistemaaplica líquidos que têm baixa pressão crítica e temperatura, tais comorefrigerantes. Embora este sistema pareça promissor à primeira vista e ainvenção proponha o uso de aquecimento solar, uma análise mais completarevela que este sistema é impróprio para sistemas de aquecimento solarcomuns, especialmente no caso da água ser usada como o fluido transmissor.Isto será investigado em maior detalhe a seguir.
A figura 1 é uma cópia do sistema exposto na patente US n2 6581 384. Uma fonte de calor 1, tal como um aquecedor solar, proporcionaenergia térmica que é transferida para um líquido transmissor em um trocadorde calor 2. O líquido transmissor é fornecido no tubo 3 sob pressãoproporcionada por uma bomba de liquido 4. Recebendo a energia térmica notrocador de calor 2, o líquido pressurizado é super aquecido. O líquidosuperaquecido é conduzido pelo tubo 5 e válvula reguladora 6 para o interiorde um expansor 7, onde o líquido é expandido e transfere trabalho do fluidotransmissor para o interior do expansor. O fluido transmissor é aindasuperaquecido após deixar o expansor 7 e parte da energia é no trocador decalor 8 transferida do fluido de saída do expansor 7 para o fluido transmissorno tubo 3. Tendo recebido energia do fluido transmissor, o expansor acionaum compressor conectado como expansor por um eixo 10. O compressorcomprime o fluido transmissor de um estado gasoso para um gás de pressãointermediária como parte de um ciclo de refrigeração típico O fluido de saídado compressor 9 flui através do tubo 20 e é mesclado no ramal 11 com ofluido de saída do trocador de calor 8. De maneira a extrair mais calor, umoutro trocador de calor 12 é usado para transferência de energia para o fluidotransmissor no tubo 3. O calor remanescente é a um grau substancialremovido pelo resfriamento de ar ventilado ambiente no condensador 13. Ofluido transmissor egressa do condensador 12 e é dividido, onde parte dolíquido passa através do conduto 14 para o tanque de refrigerante 15, ondequalquer vapor residual é separado do líquido antes de ingressar no conduto16 para a bomba de pressão 4.A outra parte do fluido transmissor após sedividir segue o conduto 17 para um evaporador 18, aonde a evaporaçãoconduz a um abaixamento da temperatura para absorção de energia do ar 19insuflado para o interior de um edifício à temperatura reduzida paracondicionamento de ar. O fluido proveniente do evaporador 18 é recirculadopara o interior do compressor 9.
Na patente US n- 6 571 384, é proposto que expansor recebafluido transmissor do tipo Rl 34a a uma temperatura de 400°F, correspondentea 204°C, de maneira a obter um fluido superaquecido, que é ilustrado no ciclode refrigeração reproduzido na fig. 2 sendo um diagrama de entalpia H versuspressão (log Ρ). O ciclo de refrigeração A-B-C-D ilustra a expansão A-B noexpansor 7, a condensação B-C no condensador 13, o bombeamento C-D naboba 4, e a evaporação D-A no trocador de calor 2. Também ilustrado é ociclo de refrigeração para a outra parte do fluido de transmissão dividido comevaporação F-E no evaporador 18.
A alta temperatura de 204°C no fluido de transmissão énecessária na entrada do expansor 7 de maneira a obter um fluidosuperaquecido com uma fase gasosa no expansor 7. O argumento para osuperaquecimento não é claro da exposição porém pode ser divido ao fator deque o invento deseja assegurar que não sejam formadas quaisquer gotícuiassob expansão no expansor, porque isto danificaria as pás do expansor, quandoo expansor é acionado a uma velocidade muito alta. A outra vantagem comuma temperatura mais alta sobre o fluido de transmissão é um valor COPmais elevado devido ao efeito de exergia ou exotérmico. O efeito de Exergia édefinido como a transformação de energia de uma escala de alta temperaturapara uma escala de temperatura mais baixa.
A alta temperatura de 204°C do fluido de transmissão previneo uso de aquecedores solares comerciais, normais, pois estes tipicamentefuncionam a 70-120°C e não são para as ditas altas temperaturas de um fluidode transmissão.
Com relação à fig. 2, o deslocamento do ponto A no diagrama,por exemplo, para 140°C, seria uma alternativa, que não é mencionada naexposição da patente US ns 6.581.384. Todavia, também este não seriaadequado para aquecedores solares devido a uma temperaturademasiadamente alta.
Outro ponto crítico na patente US n—6 581 384 reside naconexão mecânica na forma de um eixo entre o expansor e o compressor,onde a diferença de pressão entre a saída do expansor e a entrada docompressor tem de ser considerada. Isto requer mecânicas altamentesofisticadas, atendendo a que o eixo está acionando uma velocidade muitoalta. A solução de acordo com a técnica precedentemente existentenormalmente reduz o rendimento da maquina.
O sistema da patente US n° 6 581 384 também é imprópriopara a água como um fluido de transmissão. Isto pode ser facilmenteentendido pela figura 3. Não importa a pressão de entrada no trocador de calor2, a temperatura do aquecedor solar terminaria em torno de IOO0C. Aexpansão do expansor de A para B ocorreria então na área úmida, onde olíquido não está na forma gasosa, que danificaria o expansor."Alternativamente, o aparelho da patente US no 6 581 384 poderia entrar emação a uma pressão muito baixa no ponto A' ou A" a 100°C, porém isto nãoproduziria um desempenho de refrigeração otimizado ao término. Emconclusão, o sistema de acordo com patente US ne 6 581 384 não é própriopara sistemas solares usando a água como um fluido de transmissão.
Descrição/Sumário da Invenção
Por conseguinte, o objetivo da invenção é apresentar umsistema de condicionamento de ar de alto desempenho com a energia térmicade um aquecedor solar.
Este objetivo é alcançado com um aparelho para refrigeração,que compreende
• uma bomba de líquido para transporte de fluido através deum ciclo aquecedor;
• uma fonte de calor externa para aquecer o fluido no cicloaquecedor, por exemplo, um aquecedor solar diretamente conectado com ociclo aquecedor ou conectado através de um trocador de calor;
• um expansor com uma entrada de expansor e uma saída deexpansor, a entrada de expansor tendo uma conexão fluida com a fonte decalor externa para receber fluido na fase gasosa para acionar o expansorexpandindo o fluido;
• um compressor com uma entrada de compressor e uma saídade compressor, o compressor sendo acionado pelo expansor para comprimir ofluido de transmissão d um gás compressor de baixa pressão para um gás desaída de compressor de alta pressão;
• um primeiro trocador de calor com uma conexão fluida coma saída do compressor e conectado com a entrada do expansor paratransferência de calor do gás de saída de compressor de alta pressão para ofluido no ciclo aquecedor;
• um segundo trocador de calor com um condensador paracondensar o fluido de transmissão do expansor por transferência de energiapara um segundo fluido de temperatura mais baixa, por exemplo, o arambiente;
• um terceiro trocador de calor com evaporador para evaporaro fluido transmissor do segundo trocador de calor por transferência de energiade um terceiro fluido e para criar um efeito refrigerante no terceiro fluido.
Mais especificamente, de acordo com a invenção, o primeirotrocador de calor é conectado com o ciclo aquecedor entre a fonte de calor externa e a entrada do expansor.
De acordo com a invenção, calor é transferido para o fluidoantes de este ingressar no expansor. Assim, o líquido pode ser aquecido a umaprimeira temperatura pela fonte de calor externa e a uma segunda temperaturamais alta no primeiro trocador de calor. Isto implica em requisitos maismoderados para as faculdades aquecedores da fonte de aquecimento externa.Por exemplo, a primeira fonte aquecedora pode ser um aquecedor solar queaquece e evapora o fluido no ciclo fluido a uma temperatura da ordem de1OO°C e uma pressão de 1 bar, absoluta. Após o aquecedor externo, o fluidopode ainda estar - pelo menos na fase líquida e pode então ter a suatemperatura aumentada no primeiro trocador de calor de maneira a obter umafase gasosa antes de ingressar no expansor.
A fonte aquecedora externa pode proporcionar umatemperatura para o fluido no ciclo fluido em torno de 1OO°C, ou mais baixa oumais alta, por exemplo, entre 70°C e 120°C ou entre 90°C e 110°C, que tornao sistema apropriado para aquecedores solares e outros recursos comtemperatura de certo modo baixa. Por exemplo, onde águas servidasprovenientes de plantas aquecedoras centrais ou provenientes de plantasindustriais podem ser usadas.Além disso, o aparelho de acordo com a invenção é apropriadopara água como o fluido de transmissão.
Cálculos comprovaram que o desempenho de refrigeração nocaso da patente US SM 6 581 384 está em torno de 0,43. Isto significa que uminsumo térmico de 1 kW produz uma potência de refrigeração de 0,43 kW.
No caso de um aquecedor solar usado como um aquecedorexterno, uma refrigeração de desempenho (COP) de 1,25 ou ainda maior podeser realizada com a invenção, em está acentuado contraste com o COP-0,43do sistema na patente n° 6 581 384. Se uma fonte aquecedora externa, águaservida proveniente de plantas aquecedoras centrais é usada em conexão coma invenção, ainda um COP=O,9 pode ser realizado.
Em oura modalidade, o expansor tem u primeiro estágioexpansor e um segundo estágio expansor, e opcionalmente ainda estágiosadicionais, é são previstos dispositivos aquecedores para transferência decalor no fluido gasoso entre os diferentes estágios de expansão. Isto pode serusado para aumentar o rendimento do expansor. Por exemplo, os dispositivosaquecedores, podem ser realizados por um quarto trocador de calor tendo umaconexão fluida a jusante com o primeiro trocador de calor.
O expansor com dois estágios (ou até mais estágios) é usadopara redução do risco para expansão úmida. A compressão dupla resulta emsuficiente pressão de saída para condensação mesmo sob condições tropicais.
Em ma modalidade de realização adicional, uma conexãofluida com a saída do expansor e uma conexão fluida com a saída docompressor são mutuamente ligadas através de uma válvula, de preferênciauma válvula redutora de pressão.
Vantajosamente, a válvula é conectada com a conexão defluido de saída de expansor a jusante do segundo trocador de calor, e aválvula é conectada com a conexão de fluido de saída de compressor àmontante do segundo trocador de calor.Em ainda outra modalidade, um quinto trocador de calor éprevisto para transferência do fluido na saída do compresso para o fluido naentrada do compressor. Neste caso o equivalente de calor proveniente dofluido de saída de compressor é reutilizado na parte quente do ciclo derefrigeração.
O trocador de calor é útil para realizar uma temperatura e nívelde energia suficientemente altas nas entradas dos estágios de expansor.
Em uma determinada modalidade, um sexto trocador de caloré previsto para transferência de calor entre a conexão de fluido de saída docompressor e o fluido de transmissão a montante da fonte de calor externa.
Em um sistema de acordo com a invenção, a pressão pode sermantida abaixo de 2 atmosfera ou mais exatamente ser de 1,5 atmosfera nomáximo. No ciclo aquecedor, a pressão pode de preferência estar em torno de1,5 atmosferas no máximo. No ciclo aquecedor, a pressão pode estar em tornode 1 atmosfera, tornando possível uma conexão direta com um aquecedorsolar comercial.
As saídas no expansor e compressor são situadas em relaçãooposta entre si para minimizar diferenças de pressão sobre o AC-Sun -reportando-se a um ponto crítico na patente US n- 6 581 384.
O trocador de calor também pode ser um painel solar baseadosobre um coletor solar parabólico ou outro calor perdido produzindo uma altatemperatura fluida de até 500°C. A alta temperatura do coletor solarparabólico pode ter o seu calor alterado para atingir condições de entradaideais para o expansor.
De preferência, o expansor é um expansor de turbina, porexemplo, com uma velocidade de rotação entre 50 000 e 250 000. Um motor,de preferência elétrico, pode ser usado para acionamento adicional doexpansor e do compressor.
O fluido de trabalho preferencial é a água, todavia, outrosfluidos de trabalho podem ser usados, por exemplo, compreendendoisobutano, butano, amoníaco, óleo, Aspen Temper-20 Aspen Temper - 40,Aspen Temper - 55, cloreto de cálcio, Dowtherm J, Dowtherm Q, etanol,etileno glicol, Freezium, cloreto de magnésio, metanol, carbonato de potássio,propileno glicol, cloreto de sódio, Syltherm XLT, Thermogen VP1869,Tyxofit, N2, CO2, refrigerante compreendendo HCFC, CFC ou HC, Rl34a, ouR407 ou suas combinações.
O uso da invenção inclui o condicionamento de ar em edifíciose veículos, por exemplo. Em carros, trens, navios. Em veículos, a fonte decalor externa pode ser o calor gerado pelo motor.
A potência de refrigeração de um aparelho de acordo com ainvenção pode variar através de uma grande faixa, por exemplo, pode ter de-10, 20 até 50 kW.
Quando o refrigerante é a água, o processo de evaporação noaparelho de acordo com a invenção produz água destilada. Esta água destiladapode ser usada para pulverizar os condensadores para tornar o transporte deenergia mais eficiente conferindo um COP mais elevado.
O aparelho de acordo com a invenção é somente proposto paracondicionamento de ar e bombeamento térmico.
O expansor e/ou o compressor podem ser do tipo radial deturbina ou de um tipo que combine os dois princípios.
Descrição Sucinta dos Desenhos
A invenção passa a ser explanada em maior detalhe comreferência aos desenhos, de acordo com os quais:
A figura 1 é um diagrama do sistema na patente US n2 6 581384;
A figura 2 é um diagrama H/log P para o sistema da patenteUS n2 6 581 384 com Rl34a como um fluido de serviço;
A figura 3 é um diagrama de um sistema de acordo com ainvenção com um expansor de um estágio;
A figura 4 é um diagrama de um sistema de acordo com ainvenção com um expansor de um estágio, onde o fluido que egressa docompressor aquece o fluido de entrada do compressor;
A figura 5 é um diagrama de um sistema de acordo com ainvenção com um expansor de dois estágios e um compressor de doisestágios;
A figura 6 é uma modalidade alternativa com um expansor dedois estágios e um compressor de dois estágios, onde o fluido de saída docompressor aquece o fluido de entrada do compressor;
A figura 7 é um diagrama P/log P para o sistema alternativo dafig. 6 com água (R718) como um fluido de serviço;
A figura 8 é uma modalidade adicional, onde o aquecedorexterno é um aquecedor solar;
A figura 9 é ainda outra modalidade onde o fluido de saída docompressor é usado como um estágio pré-aquecedor do fluido de serviçoanterior ao ingresso no aquecedor externo;
A figura 10 ilustra a aplicação na forma de um destilador ondea água destilada é usada para pulverização para aumentar o rendimento docondensador.
Descrição Detalhada/Modalidade Preferencial
A fig. 1 ilustra um sistema conforme exposto na patente US n°6 581 384 e a fig. 2 ilustra o ciclo de desempenho deste sistema quandofazendo uso do fluido de refrigeração Rl34a. O sistema e os ciclos sãoexplanados em detalhe na parte introdutória da descrição.
A fig. 3 ilustra um sistema de acordo com a invenção. Umafonte de calor 1, tal como aquecedor solar ou a água servida proveniente deuma planta aquecedora, fornece energia térmica que é transferida para umfluido de serviço, de preferência a água, em um trocador de calor 2. O fluidode serviço é fornecido pelo tubo 3, por exemplo, sob pressão atmosférica,proveniente de uma bomba de liquido 4. A pressão relativamente baixa deuma atmosfera torna o sistema útil para aquecedores solares.
Recebendo energia térmica no trocador de calor 2, o líquidopressurizado é aquecido, por exemplo, a 100°C. O líquido aquecido éconduzido pelo tubo 5 para o interior do expansor 7, onde o liquido éexpandido e transfere trabalho do fluido de serviço para o interior do expansor7, onde o líquido é expandido e transfere trabalho do fluido de serviço para ointerior do expansor 7. O expansor 7 pode ser um expansor de turbinaoperando a uma velocidade de 160 000 RPM.
Tendo recebido energia do fluido de serviço, o expansor 7aciona um compressor de turbina 9 conectado com o expansor por um eixo10. O compressor 9 comprime o fluido de serviço de um estado gasoso paraum gás de pressão intermediária como parte do ciclo de refrigeração típico. Ofluido de saída do compressor 9 flui através d tubo 21 para um trocador decalor 22, onde a energia térmica é transferida do fluido de saída docompressor para o fluido fluindo através do tubo 5 proveniente do trocador decalor 2. Com a água como um fluido de serviço, a temperatura na saída docompressor 9 é tipicamente de 200°C, e a temperatura no trocador de calorsolar 2 está em torno de 100°C, que assegura uma transferência de energiapronunciada do fluido do compressor 9 para o fluido térmico proveniente dotrocador de calor solar 2. A transferência de calor constitui a razão principalpara um alto desempenho de refrigeração do sistema.
O fluido de serviço proveniente do compressor 9 no conduto23 após o trocador de calor 22 e o fluido de serviço proveniente do expansor 7no conduto 24 são refrigerados no condensador 13 pelo ar ambiente antes deser misturado através de uma válvula 25 que leva em conta possíveisdiferenças na pressão. O fluido de serviço misturado é dividido em umaprimeira parte que é reciclada no tubo 16 e em uma segunda parte que é usadapara evaporação no evaporador 18. O evaporador 18 é acionado pelocompressor 9 aspirando gás do evaporador 18 através do tanque 15. O gásevaporado e desse modo resfriado η evaporador 18 é usado para resfriar umfluxo de ar 19, por exemplo, para condicionamento de ar em uma residência.
O sistema de acordo com a invenção conforme descrito acimaapresenta a vantagem de funcionar eficientemente mesmo com um aquecedorexterno a uma baixa de temperatura de 1OO0C ou menos.
A figura 4 ilustra uma modalidade alternativa. Onde adiferença do sistema da fig. 3 reside no fornecimento de um trocador de calor29 entre o fluido de saída do compressor 9 no tubo 23 e o fluido de entrada docompressor 9 no tubo 31. Este estágio recupera energia para o ciclo de fluidolíquido.
Outro aperfeiçoamento pode ser realizado por utilizar umduplo expansor 7', 7" e duplo compressor 9, 9" como ilustrado na fig. 5. Ofluxo no conduto 21 proveniente da saída do primeiro compressor 9" éalimentado ao interior do segundo estágio de compressor 9". O fluxoproveniente da saída do segundo estágio do compressor 9" é alimentado aotrocador de calor 22 para transferência de energia térmica para o fluxo noconduto 5 proveniente do trocador de calor solar 2. O fluxo proveniente dotrocador de calor 22 é alimentado ao interior do primeiro estágio T doexpansor. O fluxo de saída do primeiro estágio de expansor 7' no conduto 26é alimentado ao interior de um segundo trocador de calor 27 de maneira areceber energia térmica. Esta energia é recebida do fluxo no conduto 28 apóso trocador de calor 22. A vantagem reside em uma transferência de energiaadicional do fluido comprimido para o fluido expandido, quando a expansãono primeiro estágio expansor T reduz a temperatura do fluido de serviço oaprontando para outra absorção de calor.
A figura 6 ilustra uma modalidade alternativa, onde adiferença do sistema da fig. 5 reside no fornecimento de um trocador de calor29 entre o fluido de saída do segundo estágio compressor 9" no tubo 23 e ofluido de entrada do primeiro estágio compressor 9' no tubo 31. Este estágiorecupera energia para o ciclo de fluido líquido.
Este diagrama operacional ABCD do sistema da fig. 6 éilustrado na fig. 7. À pressão atmosférica, a água do fluido de serviço éaquecida a IOO0C (Al) no aquecedor solar e adicionalmente atéimediatamente acima de 200°C (A2) pelo trocador de calor 22. Durante aexpansão para Bl5 energia é transferida para o primeiro estágio expansor 71.N segundo trocador de calor 27, calor é transferido para o gás do ponto Blpara o ponto A3. A expansão no segundo estágio expansor 7" é ilustrada nalinha de diagrama entre A3 e B2 onde o fluido de serviço pelo ar ambiente éresfriado para cerca de 42°C.
O condensador 13 reduz a entalpia para o ponto C, onde partedo fluido de serviço dividido ingressa no ciclo aquecedor de retorno para oponto D onde a bomba 4, e onde outra parte do fluido de serviço passa para ociclo de condicionamento de ar se iniciando em C2.
Do ponto de partida de C2, o líquido de serviço ingressa notanque 15, onde a pressão baixa para o ponto E. Pela evaporação noevaporador 18 até a mudança de fase no ponto F. O trocador de calor 29 érefletido pela linha entre o ponto Feo ponto G. As linhas entre G e Hl e Hlpara H2 através do ponto J refletem os dois estágios de compressor 9' e 9". Alinha de H2 para C2 ilustra as etapas de troca de calor nos trocadores de calor22, 27, e 26 e no condensador 13.
O sistema trocador de calor 2 entre os condutos de fluido 3 e 5para receber energia térmica de uma fonte aquecedora externa pode serfornecido como um aquecedor solar 1, que é ilustrado na fig. 8. Deve sermencionado que é somente de natureza opcional a utilização do calorremanescente no conduto 23 proveniente do fluxo de saída do trocador decalor 27 para pré-aquecer o fluxo no conduto 31 antes de ingressar noprimeiro estágio 9" do compressor.
Outra modalidade é ilustrada na figura 9 onde a conexão defluido de saída do compressor 23 compreende um trocador de calor adicional30 para transferência de calor da conexão de fluido 23 para o fluido naconexão fluida 3 como um pré-aquecedor anterior ao ingresso no interior dosistema aquecedor externo 2. Outrossim no caso da expansão no expansor 7ter decrescido a temperatura no fluido de serviço abaixo da temperaturaconforme fornecida pela fonte aquecedora externa 1 no trocador de calor 2, ofluido de serviço pode ser aquecido pela fonte aquecedora externa em umoutro trocador de calor 32 entre os dois estágios T, 7" do expansor.
Em contraste com a patente US n° 6 581 284, onde ocompressor 9 comprime o fluido de serviço de um gás de baixa pressa parauma pressão igual à saída do primeiro trocador de calor, isto não é necessárioem um sistema de acordo com a invenção. Em primeiro lugar, uma válvularedutora de pressão é usada de maneira a combinar o fluido de serviço nasduas conexões 23 e 24. Além disso, a alta pressão proveniente do compressoré reduzida devido aos trocadores de calor 22 e opcionalmente os trocadores decalor 27, 29, 30 e/ou 32.
A figura 10 ilustra a invenção onde água destilada é produzidacom a finalidade de umedecer e desse modo resfriar o ar de entrada para ocondensador. A água a ser destilada é fornecida na entrada de líquido 33 queingressa no tanque intermediário 34 antes de ingressar no ciclo derefrigeração através do tanque 15'. Este líquido a ser destilado será misturadocom liquido destilado limpo proveniente do tanque 15" através da válvula 37ou usado para resfriar o condensador. O líquido de serviço evaporadoproveniente do tanque 15' ingressa no compressor 9, deixando um líquido notanque 15' que é enriquecido em produtos servidos ou refugos. Estes produtosserviços podem ser drenados através do sistema de drenagem 35. O líquido deserviço condensado proveniente do expansor 7 e compressor 9 é recolhido notanque 15" do qual pode ser drenado líquido destilado, tal como água atravésdo sistema de drenagem 36 somente para ser usado em um sistema depulverização 38 para resfriar o ar de entrada para o condensador.
Claims (19)
1. Aparelho de refrigeração, que compreende:- uma bomba de líquido (4) para transporte de fluido través deum ciclo aquecedor (5, 7, 24, 16, 4, 3);- uma fonte de calor externa (1,2) para aquecer o fluido nociclo aquecedor (5. 8. 24, 16. 4, 3);- um expansor (7) com uma entrada de expansor e saída deexpansor, a entrada de expansor tendo uma conexão fluida (5) com a fonte decalor externa (1,2) para receber fluido na fase de gás para acionar o expansor(7) expandindo o fluido;- um compressor (9) com uma entrada de compressor e umasaída de compressor, compressor sendo acionado pelo expansor (7) paracomprimir o fluido de serviço de um gás de entrada de compressor de baixapressão em um gás de saída de compressor de alta pressão;- um primeiro trocador de calor (22) com uma conexão fluida(21) com a extremidade de saída do compressor e conectada com a entrada deexpansor para transferência de calor do gás de saída de compressor de altapressão para o fluido no ciclo aquecedor;- um segundo trocador de calor (13) com um condensador paracondensar o fluido de serviço do expansor por transferência de energia paraum segundo fluido de uma temperatura mais baixa;- um terceiro trocador de calor (18) com evaporador paraevaporar o fluido de serviço proveniente do segundo trocador de calor (13)por transferência de energia de um terceiro fluido (19) e para criar um efeitode resfriamento desejado no terceiro fluido (19);caracterizado pelo fato de que o primeiro trocador de calor(22) é conectado com o ciclo aquecedor entre a fonte de calor externa (1, 2) ea entrada do expansor (7).
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o primeiro trocador de calor (22) é configurado paraaumentar a temperatura do fluido proveniente da fonte de calor externa (1,2).
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o aumento da temperatura é adaptado para troca do fluido deserviço da fase liquida para a fase gasosa.
4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o liquido de serviço é a água.
5. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o expansor tem um primeiroestágio expansor (9') e um segundo estágio compressor (9"), e opcionalmenteestágios compressores adicionais, e de que são previstos dispositivosaquecedores para transferência de calor para o fluido gasoso entre o primeiro(7') e o segundo estágio expansor (7").
6. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o compressor tem um primeiroestágio compressor (9') e um segundo estágio compressor (9") eopcionalmente estágios compressores adicionais.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 5 ou 6,caracterizado pelo fato de que o dispositivo aquecedor é um quarto trocadorde calor (27) tendo uma conexão fluida a jusante (28) para o primeirotrocador de calor (22).
8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de uma conexão de fluido de saída deexpansor (24) com a saída do expansor (7) e uma conexão de fluido de saídade compressor (23) com a saída de compressor (9) são mutuamente ligadasatravés de uma válvula redutora de pressão (25).
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a válvula e conectada com a conexão de fluido de saída deexpansor (24) a jusante do segundo trocador de calor (13), e da válvula serconectada com a conexão de fluido de saída de compressor (23) a montantedo segundo trocador de calor (13).
10. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que um quinto trocador de calor éprevisto para transferência de calor do fluido na saída do compressor (9) como fluido na entrada do compressor (9).
11. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor externa (1, 2)compreende um aquecedor solar (1).
12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que o aquecedor solar (1) é configurado para conferir umatemperatura no ciclo fluido entre 70°C e 120°C.
13. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que o aquecedor solar (1) é combinado com um coletor solarconfigurado para conferir uma temperatura ao fluido no ciclo fluido de até500°C.
14. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que a pressão do fluido de serviço nociclo aquecedor anterior ao expansor (7) é de menos de 2 atmosferas.
15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que a pressão do fluido de serviço no ciclo aquecedor anterior aoexpansor (7) é da ordem de pressão atmosférica.
16. Aparelho de acordo com qualquer reivindicaçãoprecedente, caracterizado pelo fato de que um sexto trocador de calor (30) éprevisto para transferência de calor entre a conexão fluida de saída (21, 23) decompressor (7) e o fluido de serviço a montante da fonte de calor externa (1,2)·
17. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado pelo fato de que o expansor e/ou do compressorpode ser do tipo axial ou radial de turbina ou de um tipo combinando os doisprincípios.
18. Aparelho de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de que o expansor tem uma velocidade de rotação entre 50.000 e250.000 rpm.
19. Aplicação de um aparelho de acordo com qualquerreivindicação precedentes, caracterizada pelo fato de que é para destilar águausada para umedece o ar para o condensador (13).
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