ES2213378T3 - Sistema evaporativo de climatizacion por compresion de vapor. - Google Patents

Sistema evaporativo de climatizacion por compresion de vapor.

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Richard Davison
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Abstract

Sistema (100; 101) evaporativo de climatización por compresión de vapor que comprende: un evaporador (120); un contactor (102) de aire de habitación para intercambiar directamente calor entre aire de habitación y una cantidad de agua procedente de dicho evaporador (120); medios para comprimir un volumen de vapor (130) de agua, generando de este modo un vacío sobre dicha agua en dicho evaporador (120), comprendiendo dichos medios (130) de compresión un compresor volumétrico, comprendiendo dicho compresor (130) una entrada y una salida, en el que vapores de agua de baja presión procedentes de dicho evaporador entran por dicha entrada y vapores de agua comprimidos salen por dicha salida; un condensador (140; 160) para recibir los vapores de agua comprimidos; un medio para reducir un contenido de agua de los vapores que salen del condensador; un medio para extraer los productos no condensables de dicho condensador (170); y un contactor (150) de aire ambiente para intercambiar directamente calorentre el aire ambiente y el agua procedente de dicho condensador (140; 160).

Description

Sistema evaporativo de climatización por compresión de vapor.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
Esta invención se refiere a sistemas evaporativos de refrigeración por compresión de vapor que emplean agua como refrigerante en un sistema abierto y, en particular, a sistemas evaporativos de refrigeración por compresión de vapor, capaces de procesar grandes caudales volumétricos de vapor de agua y de extraer los productos no condensables del sistema, y a métodos que emplean tales sistemas. Esta invención también se refiere a compresores volumétricos de baja fricción, de utilidad en tales sistemas de refrigeración y a medios para extraer los productos no condensables de tales sistemas de refrigeración.
2. Descripción de los antecedentes
Los sistemas convencionales de climatización por compresión de vapor emplean un fluido de trabajo, tal como clorofluorocarbonos (CFC). Se introduce CFC líquido en un intercambiador de calor de baja presión, donde absorbe calor a una baja temperatura y se evapora. Un compresor vuelve a presurizar los vapores que se introducen en intercambiador de calor de alta presión, donde se expulsa calor al entorno y los vapores se condensan. El condensado se reintroduce en el intercambiador de calor, completándose así el ciclo.
El uso de CFC plantea dos cuestiones medioambientales importantes. Primero, los CFC son lo suficientemente estables como para entrar en la estratosfera, donde se descomponen en radicales libres de cloro que catalizan la destrucción de ozono. Esto es desafortunado porque el ozono absorbe la radiación ultravioleta, la cual daña el ADN de plantas y animales. En segundo lugar, los CFC absorben la radiación infrarroja, que contribuye al calentamiento global.
Puesto que los CFC no pueden liberarse en el entorno, deben alojarse en el sistema de climatización. Los intercambiadores de calor del evaporador y del condensador presentan una diferencia de temperatura considerable entre el entorno y el fluido de trabajo (aproximadamente, de 10 a 15ºC), lo que reduce en gran manera el rendimiento termodinámico. El hecho de que el condensador expulse aire a la temperatura de bulbo seco limita el rendimiento adicionalmente. Generalmente, la temperatura de bulbo húmedo es aproximadamente 5-30ºC inferior a la temperatura de bulbo seco. Por tanto, si se expulsase calor a la temperatura de bulbo húmedo, el rendimiento termodinámico podría mejorarse aún más.
Adicionalmente, los compresores empleados en los sistemas convencionales normalmente tienen componentes del compresor que se encuentran en contacto directo entre sí. Hasta ahora, ha sido necesario el ajuste estrecho entre componentes para evitar el escape de vapores comprimidos de alta presión. Sin embargo, la fricción que resulta del contacto estrecho entre componentes reduce el rendimiento, genera calor y causa el desgaste de los componentes.
Aunque se ha considerado el uso de agua en lugar de CFC como el fluido de trabajo de climatización, los sistemas propuestos han sido generalmente impracticables porque la densidad de vapor es muy baja, lo que requiere que se compriman grandes volúmenes de vapor de agua.
Un estudio, realizado por el Centro de Estudios sobre Aplicaciones de Almacenamiento Térmico de la Universidad de Wisconsin, The Use of Water as a Refrigerant (El Uso de Agua como Refrigerante), Informe Nº TSARC 92-1,
de Marzo de 1992, investigó el uso de agua como refrigerante. Este estudió llegó a la conclusión de que, para el climatización basado en agua, los compresores volumétricos no son adecuados para el uso en tales sistemas. Al contrario, sólo son adecuados los compresores dinámicos.
Aunque los acondicionadores de aire de tipo "swamp cooler" (enfriadores por vía húmeda) se emplean en las regiones áridas de los Estados Unidos que tienen bajas temperaturas de bulbo húmedo, estos tienen una utilidad limitada. En los enfriadores por vía húmeda, el aire ambiente entra en contacto con agua, que se evapora y enfría el aire. No se requiere energía exterior salvo para los ventiladores de aire. Desafortunadamente, estos sencillos dispositivos están limitados a las regiones de baja humedad (por ejemplo, Arizona, Nuevo México) y no son adecuados para muchas regiones del mundo. Además, aunque el aire está más frío, tiene una humedad mayor, lo que puede hacer que el aire sea pegajoso.
Sumario de la invención
Por tanto, existe una necesidad para un medio económico, eficiente e inocuo para el medioambiente para acondicionar el aire en todo tipo de clima. La presente invención supera las deficiencias apuntadas anteriormente proporcionando sistemas de climatización que emplean agua como fluido de trabajo en lugar de CFC, eliminando así emisiones potenciales de CFC. Estos sistemas no están limitados a las regiones de baja humedad. La presente invención está dirigida a los sistemas de refrigeración que son de 1,7 a 3,9 veces más eficientes que los sistemas convencionales de climatización, y que tienen unos costes de fabricación inferiores que o competitivos con los sistemas convencionales de climatización.
Adicionalmente, a diferencia de las enseñanzas del material publicado, se ha descubierto que pueden utilizarse compresores volumétricos de baja presión y gran volumen en los sistemas de refrigeración que emplean agua como el fluido de trabajo. Se ha descubierto además que debido a las presiones relativamente bajas (es decir, 0,2-0,7 psia, 1 psia = 6894.8 Pa) en los compresores de los sistemas de refrigeración de la presente invención, los espacios entre los componentes del compresor pueden ser comparativamente grandes, y que tales grandes espacios no sólo son aceptables sino que, de hecho, pueden ser beneficiosos desde el punto de vista tanto del rendimiento como del desgaste. Debido a la baja fricción, los compresores novedosos pueden agrandarse hasta el tamaño adecuado. Por ejemplo, un compresor volumétrico, con espacios, de este tipo puede procesar los 1400 ft^{3}/min (1 ft^{3}2/min = 1.699 m^{3}/h).378,6 m^{3}/h de vapor de agua de baja presión necesarios para producir 3 toneladas cortas de refrigeración.
Adicionalmente, se ha descubierto que el agua, con o sin un material adecuado de capilaridad, puede emplearse para llenar los espacios entre los componentes y crear por tanto una junta hermética de baja fricción pero efectivo entre los componentes del compresor.
A partir del documento EP-A-140 014 se conoce una bomba de calor que emplea agua como refrigerante. Esta bomba de calor comprende un evaporador equipado con un dispositivo de control del agua de suministro y con un dispositivo de drenaje, un compresor y un condensador equipado con un medio generador de vacío.
Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema mejorado de climatización así como unos métodos mejorados para enfriar aire. Estos objetos se consiguen con las características de las reivindicaciones independientes, respectivamente.
Por tanto, la presente invención incluye compresores volumétricos que son de utilidad en sistemas de climatización que emplean agua como el fluido de trabajo. Estos compresores incluyen compresores que son de utilidad en los sistemas descritos así como en otras aplicaciones. Según una realización de la presente invención, se proporciona un sistema evaporativo de climatización por compresión de vapor que comprende: un evaporador; un contactor de aire de habitación para intercambiar directamente calor entre el aire de habitación y una cantidad de agua del evaporador; un medio para comprimir un volumen de vapor de agua, creando así un vacío en el agua del evaporador, comprendiendo el medio de compresión un compresor volumétrico, comprendiendo el compresor una entrada y una salida, en el que vapores de agua de baja presión del evaporador entran por la entrada y vapores de agua comprimidos salen por la salida; un condensador para recibir los vapores de agua comprimidos; medios para reducir un contenido de agua de los vapores que salen del condensador; un medio para extraer los productos no condensables del condensador; y un contactor de aire ambiente para intercambiar directamente calor entre el aire ambiente y el agua del condensador. Preferiblemente, el compresor volumétrico es un compresor de baja fricción que comprende al menos dos elementos compresores que no hacen sustancialmente en contacto entre sí. Las ventajas de este sistema incluyen que es un sistema eficiente de baja fricción capaz de funcionar en ambientes húmedos.
Los componentes del compresor pueden comprender: un gerotor interior, un gerotor exterior y una carcasa; una espiral (scroll) giratoria (o móvil), una espiral estacionaria (o fija) y una carcasa; una carcasa y un pistón; una carcasa, un rotor y un álabe; un tambor interior, un tambor exterior y una paleta oscilante; o una carcasa, un rotor y una paleta deslizante. En una realización preferida, existe un espacio entre al menos dos de los componentes del compresor. En el espacio, puede emplearse agua, o agua y una mecha, como sellador.
En una realización de este sistema, el medio para comprimir vapor de agua comprende un compresor que comprende un gerotor interior y un gerotor exterior, estando el gerotor interior dispuesto dentro del gerotor exterior, comprendiendo cada gerotor una pluralidad de dientes. El gerotor interior tiene un diente menos que el gerotor exterior, creando así un volumen vacío entre el gerotor interior y el gerotor exterior. Un orificio de admisión y un orificio de descarga se comunican con el volumen vacío. El orificio de descarga puede tener un mecanismo de orificio variable que cambia la posición de un borde delantero del orificio de descarga. Este mecanismo de orificio variable puede colocarse empleando medios accionados eléctricamente controlados por una señal de termopar.
El mecanismo de orificio variable puede comprender un servomotor controlado eléctricamente, haciendo rotar el motor un vástago roscado, un fuelle y una tuerca no giratoria acoplada al fuelle, colocando axialmente el vástago la tuerca no giratoria. Alternativamente, el mecanismo de orificio variable puede comprender una pluralidad de placas dispuestas adyacentes con el orificio de descarga y medios para mover las placas secuencialmente a fin variar el borde delantero del orificio de descarga. El mecanismo de orificio variable puede colocarse empleando un fuelle accionado por una ampolla que contiene un líquido, en el que el líquido en la ampolla tiene una presión de vapor proporcional a la temperatura del conducto que actúa sobre el fuelle.
El compresor gerotor puede comprender además un motor eléctrico para accionar el compresor gerotor, una primera bomba para bombear agua enfriada desde el evaporador hasta un relleno en el contactor de aire de habitación, estando un filtro dispuesto entre el contactor de aire de habitación y el evaporador, en el que agua del contactor de aire de habitación circula a través del filtro hacia el evaporador, una segunda bomba para bombear agua desde el condensador hasta un relleno en el contactor de aire ambiente, y un ventilador para impulsar aire ambiente a contracorriente contra el relleno.
Debido a la baja fricción entre los componentes del compresor de los compresores de la presente invención, los compresores de la presente invención emplean un medio de accionamiento novedoso para accionar los gerotores.
Por ejemplo, una realización emplea un compresor gerotor de baja fricción en el que un primer eje motor mueve el gerotor exterior y el medio de accionamiento comprende una caja de engranajes que contiene una pluralidad de engranajes rectos, siendo la pluralidad un número impar. Uno de los engranajes rectos está acoplado al primer eje motor y otro de los engranajes rectos está acoplado a un segundo eje motor, siendo el segundo eje motor excéntrico con respecto al primer eje motor, suspendiéndose así la caja de engranajes entre el primer eje motor y el segundo eje motor. El primer eje motor está acoplado al gerotor exterior mediante una placa que comprende una pluralidad de dientes en contacto con una pluralidad de agujeros en el gerotor exterior. El segundo eje motor está acoplado al gerotor interior.
En otra realización, se emplea un compresor gerotor accionado diferente. En este compresor, un primer eje mueve el gerotor exterior y el medio de accionamiento comprende un conjunto de engranajes rectos que comprende un engranaje grande acoplado al gerotor exterior, conteniendo el engranaje grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, y un engranaje pequeño acoplado al gerotor interior, conteniendo el engranaje pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior, engranando el engranaje grande con el engranaje pequeño, y que comprende adicionalmente un segundo eje alrededor del que gira el gerotor interior, en el que el segundo eje contiene un cigüeñal que establece una excentricidad entre el primer eje y el segundo eje. Preferiblemente, con fines refrigerantes y lubricantes, los engranajes están sumergidos en agua líquida. Teniendo en cuenta una toma de fuerza, un conjunto de engranajes puede estar unido a una parte inferior del gerotor interior.
En una realización alternativa que emplea aún otro compresor gerotor accionado, el medio de accionamiento puede comprender una pluralidad de rodillos unidos al gerotor interior, en el que los rodillos se extienden más allá de una pluralidad de paredes del gerotor interior y están en contacto con el gerotor exterior, y en el que el gerotor exterior acciona, mediante los rodillos, la bomba gerotor interior. En esta realización, el gerotor interior puede estar montado sobre un eje giratorio y el eje giratorio se extiende fuera de la carcasa del compresor.
En otra realización más que emplea un compresor gerotor accionado, el medio de accionamiento comprende un engranaje grande acoplado al gerotor exterior, comprendiendo el engranaje grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, un engranaje pequeño acoplado al gerotor interior, comprendiendo el engranaje pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior, engranando el engranaje grande con el engranaje pequeño, y un eje central estacionario, en el que el eje central estacionario comprende dos cigüeñales que crean una excentricidad entre un eje del gerotor interior y un eje del gerotor exterior, y en el que el eje estacionario comprende un primer extremo y un segundo extremo, estando unido el primer extremo del eje estacionario a una primera placa extrema perforada de carcasa mediante un soporte giratorio que evita la rotación del eje estacionario y estando el segundo extremo del eje estacionario situado en un cojinete esférico giratorio acoplado al gerotor exterior. En esta realización, el compresor gerotor puede comprender además una segunda placa perforada de carcasa, una primera placa giratoria perforada y una segunda placa giratoria perforada, de manera que ambas placas giratorias estén conectadas al gerotor exterior, y una primera placa estacionaria y una segunda placa estacionaria adyacentes a ambos gerotores, conteniendo la primera placa estacionaria un orificio de admisión y conteniendo la segunda placa estacionaria un orificio de descarga. Alternativamente, los orificios de admisión y descarga pueden estar colocados en una de las placas. Preferiblemente, los engranajes están sumergidos en agua líquida para proporcionar refrigeración y lubricación.
En el sistema novedoso de climatización descrito en el presente documento, el sistema puede comprender adicionalmente un medio para inhibir la aparición de microorganismos en el agua en el contactor de aire de habitación, tal como un generador de ozono o de radiación UV. Adicionalmente, el medio para extraer los productos no condensables puede comprender una bomba de aspiración o de vacío, tales como las bombas novedosas descritas a continuación.
En otras realizaciones del sistema descrito, el medio compresor puede comprender un compresor de espiral (scroll) de baja fricción.
En otra realización más del sistema descrito, el medio compresor comprende un compresor de álabe accionado. Este compresor comprende: una carcasa de compresor, teniendo la carcasa una pared interior, una entrada y una salida; un rotor dispuesto en la carcasa; un álabe, teniendo el álabe un primer extremo y un segundo extremo, estando el primer extremo acoplado al rotor y el siendo segundo extremo propulsado en un sentido hacia fuera durante la rotación del rotor; y un medio para evitar que el segundo extremo del álabe toque la pared interior de la carcasa.
En otra realización más, el medio compresor comprende un compresor de álabe accionado, de múltiples paletas. Preferiblemente, este compresor comprende: un tambor exterior que tiene un eje; un tambor interior dispuesto giratoriamente en el tambor exterior; una pluralidad de paletas, teniendo cada paleta un primer extremo y un segundo extremo opuesto al primer extremo, estando las paletas unidas de manera pivotante al tambor interior por el primer extremo y teniendo una punta de paleta en el segundo extremo, siendo las puntas de paleta propulsadas radialmente hacia fuera durante la rotación del tambor interior; una varilla conectora acoplada a cada punta de paleta, manteniendo las varillas un espacio entre las puntas de paleta y el tambor exterior; y un medio de acoplamiento para hacer que las varillas conectoras giren sobre el eje del tambor exterior.
Alternativamente, el medio compresor puede ser un compresor alternativo de baja fricción que comprende: una carcasa de compresor; un eje central oscilante dispuesto parcialmente dentro de la carcasa, comprendiendo el eje un extremo superior y un extremo inferior, comprendiendo el extremo superior un saliente que corre en una ranura sinusoidal en una leva giratoria accionada por un motor; y al menos una placa dispuesta en la carcasa y unida al eje y que oscila con el mismo; teniendo la al menos una placa una ranura por la que fluye agua para formar una junta hermética entre la carcasa del compresor y las placas. En una realización del compresor alternativo, la leva contiene una pluralidad de ranuras sinusoidales.
En los sistemas novedosos de acondicionamiento de aire descritos en el presente documento, los componentes pueden estar dispuestos en tres cámaras concéntricas. En una de esas realizaciones, el contactor de aire ambiente está dispuesto en una cámara más exterior de las cámaras concéntricas, el medio compresor y el evaporador están dispuestos en una cámara más interior de las cámaras concéntricas, y el condensador está dispuesto en una cámara concéntrica intermedia. En otro sistema, que comprende dos cámaras concéntricas, el contactor de aire ambiente está dispuesto en una cámara más exterior de las cámaras concéntricas y el medio compresor, el evaporador y el condensador están dispuestos en una cámara concéntrica más interior.
Los sistemas novedosos descritos en el presente documento pueden comprender además medios para aportar agua de reposición al evaporador y al condensador, lo que preferiblemente se realiza empleando una o más válvulas de flotador. Adicionalmente, el contactor de aire de habitación puede comprender una torre de pulverización para poner agua del evaporador en contacto directo con el aire de habitación. El contactor de aire de habitación puede comprender un relleno, de manera que el agua del evaporador pase sobre el relleno, y el aire de habitación pase a través del relleno. Preferiblemente, el relleno comprende cloruro de polivinilo clorado, ondulado. En las realizaciones descritas, el condensador puede ser un condensador de pulverización, un condensador de inyección, o puede comprender un relleno.
La presente invención también está dirigida a un método novedoso para enfriar aire, que comprende las etapas comprimir un gran volumen de vapor de agua de baja presión con un compresor, creando así un vacío en una cantidad de agua en un evaporador y causando una evaporación y que el agua se enfríe; bombear agua enfriada desde el evaporador y poner en contacto a contracorriente el agua enfriada con aire de habitación en un contactor de aire de habitación, enfriando así aire de habitación; enviar agua desde el contactor de aire de habitación hasta el evaporador, provocando que el agua se expanda súbitamente y se enfríe; enviar vapores de agua comprimidos que salen del compresor a un condensador para condensarse; poner en contacto directo a contracorriente los vapores de agua que salen del condensador con una corriente de agua enfriada procedente del evaporador, para reducir el contenido en agua del aire; extraer productos no condensables del condensador; enviar agua líquida procedente del condensador hacia un contactor de aire ambiente, donde el aire ambiente se pone en contacto a contracorriente con agua líquida bombeada desde el condensador; aportar agua de reposición para reemplazar el agua evaporada; y drenar agua salada.
Preferiblemente, el compresor es un compresor volumétrico. Más preferiblemente, el compresor es un compresor volumétrico de baja fricción que comprende al menos dos componentes del compresor, en los que los componentes del compresor no hacen sustancialmente contacto entre sí, es decir, aunque puede producirse algo de contacto sin salirse del espíritu y alcance de la invención, generalmente entre componentes existen espacios libres, los cuales preferiblemente pueden ser de unos pocas milésimas de una pulgada. El método puede comprender además la etapa de pulverizar agua en el compresor para evitar la subida de temperatura durante la etapa de compresión.
En una realización del método, el agua procedente del contactor de aire de habitación puede circular contra corriente a través de una pluralidad de evaporadores. Alternativamente, la condensación puede producirse en múltiples etapas. En otra realización más de la invención, tanto la evaporación como la condensación tienen lugar en múltiples etapas. Los productos no condensables pueden ser extraídos por una o una pluralidad de compresores.
La presente invención también está dirigida a métodos novedosos de climatización empleando sistemas multietapa. Uno de tales métodos comprende las etapas de: comprimir un gran volumen de vapor de agua de baja presión en una pluralidad de etapas de compresión, generando así un vacío en una cantidad de agua en una pluralidad de evaporadores y provocando que se refrigere el agua; bombear agua enfriada desde los evaporadores y poner en contacto a contracorriente el agua enfriada con aire de habitación en un contactor de aire de habitación, enfriando así aire de habitación; encaminar agua desde el contactor de aire de habitación hasta los evaporadores, provocando que el agua se expanda súbitamente y se enfríe; enviar vapores de agua comprimidos que salen de la última etapa de compresión a un condensador para condensarse; poner en contacto directo a contracorriente los vapores de agua que salen del condensador con una corriente de agua enfriada procedente del evaporador, para reducir el contenido en agua del aire; extraer productos no condensables del condensador; encaminar agua líquida procedente del condensador hacia un contactor de aire ambiente, donde el aire ambiente se pone en contacto a contracorriente con agua líquida bombeada desde el condensador; suministrar agua de reposición para reemplazar el agua evaporada; y drenar agua salada. La condensación puede tener lugar en una única etapa o en múltiples etapas. Preferiblemente, las etapas de compresión comprenden uno o más compresores volumétricos o uno o más compresores dinámicos. No obstante, en los sistemas multietapa descritos en el presente documento, las etapas de compresión pueden consistir, bien en compresores volumétricos, bien en compresores dinámicos, bien en una mezcla de cada.
La presente invención incluye compresores volumétricos de baja fricción, de utilidad en los sistemas de refrigeración de la presente invención, así como en otras aplicaciones. Tienen la ventaja de una baja fricción y de un alto rendimiento. Estos compresores comprenden al menos dos componentes del compresor, de manera que los componentes del compresor no hacen sustancialmente en contacto entre sí. Los componentes del compresor pueden comprender; un gerotor interior, un gerotor exterior y una carcasa; una espiral giratoria, una espiral estacionaria y una carcasa; una carcasa y un pistón; una carcasa, un rotor y una paleta deslizante; una carcasa, un rotor y un álabe; o un tambor interior, un tambor exterior y una paleta oscilante, y existe un espacio entre al menos dos de los componentes del compresor. En el espacio, puede emplearse agua, o agua y una mecha, como sellador.
Un compresor así comprende un compresor gerotor que comprende un gerotor interior y un gerotor exterior, estando el gerotor interior dispuesto dentro del gerotor exterior, comprendiendo cada gerotor una pluralidad de dientes. El gerotor interior tiene un diente menos que el gerotor exterior, creando así un volumen vacío entre el gerotor interior y el gerotor exterior. Adicionalmente, existe un espacio entre el gerotor interior y el gerotor exterior. El compresor gerotor comprende además un orificio de admisión y un orificio de descarga; los orificios se comunican con el volumen vacío.
El orificio de descarga puede tener un mecanismo de orificio variable que cambia la posición de un borde delantero del orificio de descarga. En una realización, el mecanismo de orificio variable comprende un servomotor controlado eléctricamente, haciendo el motor rotar un vástago roscado, un fuelle y una tuerca no giratoria acoplada al fuelle, colocando axialmente el vástago la tuerca no giratoria. El mecanismo de orificio variable puede colocarse empleando unos medios accionados eléctricamente. En otra realización, puede colocarse empleando un fuelle, estando accionado el fuelle por una ampolla que contiene un líquido, teniendo el líquido en la ampolla una presión de vapor proporcional a la temperatura del condensador que actúa sobre el fuelle. En otra realización más, el mecanismo de orificio variable comprende una pluralidad de placas dispuestas adyacentes al orificio de descarga y medios para mover las placas secuencialmente a fin de variar el borde delantero del orificio de descarga.
La presente invención también está dirigida a compresores gerotor de baja fricción que emplean un medio de accionamiento para accionar los gerotores, teniendo en cuenta la baja fricción. En una realización así, un primer eje motor mueve el primer gerotor y el medio de accionamiento comprende una caja de engranajes que contiene una pluralidad de engranajes rectos, siendo la pluralidad un número impar, y en la que uno de los engranajes rectos está acoplado al primer eje motor y otro de los engranajes rectos está acoplado a un segundo eje motor, siendo el segundo eje motor excéntrico con respecto al primer eje motor, suspendiéndose así la caja de engranajes entre el primer eje motor y el segundo eje motor, y el primer eje motor está acoplado al gerotor exterior mediante una placa que comprende una pluralidad de dientes en contacto con una pluralidad de agujeros en el gerotor exterior. El segundo eje motor está acoplado al gerotor interior.
En otro compresor gerotor accionado, un primer eje motor mueve el gerotor exterior y el medio de accionamiento comprende un conjunto de engranajes rectos que comprende un engranaje grande acoplado al gerotor exterior, conteniendo el engranaje grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, y un engranaje pequeño acoplado al gerotor interior, conteniendo el engranaje pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior. En esta realización, el engranaje grande engrana con el engranaje pequeño, y existe un segundo eje alrededor del que gira el gerotor interior. Este segundo eje contiene un cigüeñal que establece una excentricidad entre el primer eje y el segundo eje.
En otro compresor gerotor accionado, el medio de accionamiento comprende una pluralidad de rodillos unidos al gerotor interior, en el que los rodillos se extienden más allá de una pluralidad de paredes del gerotor interior y están en contacto con el gerotor exterior, y el gerotor exterior acciona, mediante los rodillos, el gerotor interior.
En otra realización, el gerotor interior y el gerotor exterior están dispuestos en una carcasa, un primer eje motor mueve el gerotor exterior, y el medio de accionamiento comprende un conjunto de engranajes rectos que comprende un engranaje grande acoplado al gerotor exterior, conteniendo el engranaje grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, y un engranaje pequeño acoplado al gerotor interior, conteniendo el engranaje pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior. En esta realización, el engranaje grande engrana con el engranaje pequeño, y existe un segundo eje, unido al gerotor interior, que gira en un medio de cojinete, tales como cojinetes unidos a la carcasa.
En otra realización más, un primer eje motor mueve el gerotor exterior y el medio de accionamiento comprende un conjunto de engranajes rectos que comprende un engranaje grande acoplado al gerotor exterior, conteniendo el engranaje grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, y un engranaje pequeño acoplado al gerotor interior, conteniendo el engranaje pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior, en la que el engranaje grande engrana con el engranaje pequeño, y comprende además un segundo eje no giratorio alrededor del que gira el gerotor interior, en la que el segundo eje contiene un cigüeñal que establece una excentricidad entre los primer y segundo ejes.
En otra realización adicional, el medio de accionamiento comprende un engranaje grande acoplado al gerotor exterior, conteniendo el engranaje grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, y un engranaje pequeño acoplado al gerotor interior, conteniendo el engranaje pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior, en la que el engranaje grande engrana con el engranaje pequeño, y un eje central estacionario, en el que el eje central estacionario comprende dos cigüeñales que crean una excentricidad entre un eje del gerotor interior y un eje del gerotor exterior, y en el que el eje estacionario comprende un primer extremo y un segundo extremo, estando unido el primer extremo del eje estacionario a una primera placa extrema perforada de carcasa a través de un soporte giratorio que evita la rotación del eje estacionario y estando el segundo extremo del eje estacionario situado en un cojinete esférico giratorio acoplado al gerotor exterior. Preferiblemente, el soporte giratorio evita que el eje central estacionario gire pero permite la variación angular y axial.
En esta realización, el soporte giratorio puede comprender un anillo, radios y un buje, que están acoplados al eje. El anillo tiene un diámetro exterior esférico que está dispuesto dentro de la primera placa extrema perforada de carcasa. Adicionalmente, el compresor gerotor puede comprender además una segunda placa perforada de carcasa, una primera placa giratoria perforada y una segunda placa giratoria perforada, en el que ambas placas giratorias estén conectadas al gerotor exterior, y una primera placa estacionaria y una segunda placa estacionaria adyacentes a los gerotores interior y exterior, conteniendo la primera placa estacionaria un orificio de admisión y conteniendo la segunda placa estacionaria un orificio de descarga.
La presente invención también incluye compresores de espiral de baja fricción. Un compresor así comprende una espiral estacionaria que tiene acanaladuras y una espiral giratoria que tiene acanaladuras, girando la espiral giratoria alrededor de la espiral estacionaria. Las acanaladuras de las espirales están separadas por un espacio.
El compresor de espiral puede tener medios para crear un movimiento giratorio. Este compresor comprende una espiral estacionaria, una espiral giratoria y medios para hacer que la espiral giratoria gire alrededor de la espiral estacionaria, comprendiendo los medios un primer engranaje unido a la espiral estacionaria, un brazo giratorio unido al primer engranaje, un segundo engranaje intermedio unido al brazo giratorio, y un tercer engranaje unido a la espiral giratoria, en el que el segundo engranaje intermedio mueve el tercer engranaje.
Otras realizaciones adicionales de la invención incluyen compresores de paletas deslizantes que comprenden un rotor, una paleta deslizante y un medio para reducir la fricción entre la paleta, el rotor y la carcasa. En una realización así, el compresor comprende: una carcasa de compresor, teniendo la carcasa una pared interior, una entrada y una salida; un rotor dispuesto en la carcasa; un álabe, teniendo el álabe un primer extremo y un segundo extremo, estando el primer extremo acoplado al rotor y el siendo segundo extremo propulsado en un sentido saliente durante la rotación del rotor; y un medio para evitar que el segundo extremo del álabe toque la pared interior de la carcasa.
En otra realización adicional, un compresor de múltiples paletas comprende: un tambor exterior que tiene un eje; un tambor interior dispuesto giratoriamente en el tambor exterior; una pluralidad de paletas, teniendo cada paleta un primer extremo y un segundo extremo opuesto al primer extremo, estando las paletas unidas de manera pivotante al tambor interior por el primer extremo y teniendo una punta de paleta en el segundo extremo, siendo las puntas de paleta propulsadas radialmente hacia fuera durante la rotación del tambor interior; una varilla conectora acoplada a cada punta de paleta, manteniendo las varillas un espacio entre las puntas de paleta y el tambor exterior; y un medio de acoplamiento para hacer que las varillas conectoras giren sobre el eje del tambor exterior. En esta realización, el tambor interior está preferiblemente movido de manera giratoria por un primer eje, y el medio de acoplamiento comprende un eje excéntrico al que está acoplada la varilla conectora, siendo el eje excéntrico coaxial con el eje del tambor exterior, y un acoplador de par motor para transmitir una fuerza rotacional al eje excéntrico. Preferiblemente, en los espacios se emplea agua como sellador.
Otra realización adicional está dirigida a un compresor alternativo de baja fricción, que comprende: una carcasa de compresor; un eje central oscilante dispuesto parcialmente dentro de la carcasa, comprendiendo el eje un extremo superior y un extremo inferior; y al menos una placa dispuesta en la carcasa y unida al eje y que oscila con el mismo; teniendo la al menos una placa una ranura por la que fluye agua para formar una junta hermética entre la carcasa del compresor y las placas. En una realización preferida, el extremo superior del eje tiene un saliente que corre en una ranura sinusoidal en una leva giratoria accionada por un motor. Alternativamente, la leva contiene una pluralidad de ranuras sinusoidales.
La presente invención también incluye bombas para extraer productos no condensables. Los métodos posibles para purgar los productos no condensables incluyen: 1) inundar periódicamente el condensador con agua líquida para arrastrar productos no condensables acumulados, 2) emplear un aspirador en el que el vacío en el cuello del venturi arrastre los productos no condensables, y 3) emplear una bomba mecánica de vacío. Una realización así comprende una bomba de vacío que comprende un cilindro, un pistón dispuesto en el cilindro, una válvula de admisión dispuesta en el cilindro, un pulverizador que introduce agua en el cilindro, y una salida dispuesta en el cilindro para descargar los productos no condensables y el agua sobrante. La bomba de vacío está accionada por un engranaje en un eje motor principal, estando el engranaje conectado a una pluralidad de engranajes reductores, en el que una primera superficie de leva y una segunda superficie de leva están montadas en uno de los engranajes reductores, un primer rodillo se encuentra sobre la primera superficie de leva y un segundo rodillo se encuentra sobre la segunda superficie de leva, y el primer rodillo mueve el pistón y el segundo rodillo mueve la válvula de admisión.
Otra bomba de vacío comprende un cilindro, un pistón dispuesto en el cilindro, un cigüeñal, una válvula de control dispuesta en el cilindro, y un medio para pulverizar agua en el cilindro de la bomba de vacío, en la que el pistón está accionado por el cigüeñal en un primer y en un segundo sentido opuesto al primer sentido, comprendiendo el pistón un primer extremo, un segundo extremo, una pluralidad de muescas, una pluralidad de perforaciones que se extienden desde el primer extremo hasta el segundo extremo, y una solapa flexible unida al segundo extremo del pistón y que cubre una o más de las perforaciones, en la que la solapa se abre cuando el pistón se mueve en el primer sentido y se cierra cuando el pistón se mueve en el segundo sentido.
Otra bomba de vacío más comprende: una primera columna y una segunda columna, estando las columnas parcialmente llenas de líquido y teniendo un espacio para vapor; un medio para hacer que el agua oscile en las columnas; unos medios de admisión para permitir que el gas no comprimido entre en cada una de las columnas; unos medios de descarga para descargar gas comprimido procedente de cada una de las columnas; y un medio para pulverizar una fina lluvia de líquido en el espacio para vapor de las primera y segunda columnas. Preferiblemente, el medio para provocar la oscilación comprende una cámara que conecta las primera y segunda columnas, y un pistón alternativo dispuesto en la cámara. Preferiblemente, el medio de descarga para cada columna comprende una válvula de control. Esta bomba oscilante tiene la capacidad para comprimir isotérmicamente una mezcla de gases no condensables y condensables según una relación de compresión muy elevada.
Otra bomba de vacío es una bomba gerotor de vacío que comprende un gerotor exterior y un gerotor central dispuesto dentro del gerotor exterior, en el que el gerotor central está montado sobre un eje motor principal y el gerotor exterior está colocado por una pluralidad de rodillos guía. Alternativamente, el gerotor central está montado sobre un eje motor principal y el gerotor exterior está montado dentro de un único cojinete de bolas.
La carga volumétrica del aspirador o la bomba de vacío puede reducirse mucho al condensar la mayoría del agua y aumentar la presión parcial de los productos no condensables. La presente invención emplea un método novedoso para extraer vapor de agua de los productos no condensables en una corriente de aire y vapor de agua, que comprende pasar el vapor a través de una columna de relleno con agua enfriada circulando a contracorriente. Preferiblemente, la columna de relleno comprende un relleno estructurado (por ejemplo, cloruro de polivinilo ondulado) o un relleno volcado (por ejemplo, trozos de cerámica).
Otra realización adicional comprende un aparato novedoso de montaje giratorio para montar un eje estacionario en una carcasa, que evita la rotación del eje pero permite la variación angular y axial. Este aparato comprende un anillo, radios y un buje, acoplados al eje. El anillo tiene un diámetro exterior esférico, que esta dispuesto dentro de una abertura con forma cilíndrica en la abertura.
Otra realización más comprende una junta hermética novedosa de eje giratorio, de baja fricción, que comprende: un gorrón para recibir un eje giratorio, estando el gorrón configurado para crear un espacio entre el eje y el gorrón, comprendiendo además el gorrón una cara de gorrón; un medio para suministrar agua al espacio; y una junta hermética de fuelle, descansando la junta hermética en la cara de gorrón cuando el eje está parado y elevándose de la cara cuando el eje gira.
Descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático del enfriador 100 evaporativo por compresión de vapor.
La Figura 2 es un diagrama esquemático del enfriador 101 evaporativo por compresión de vapor.
La figura 3 es una representación del coeficiente de rendimiento del enfriador 101 bajo varias condiciones.
La figura 4 es una representación del coeficiente de rendimiento de la refrigeración R-12 por compresión de vapor.
La figura 5 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 230 incorporado en el enfriador 200.
Las figuras 6 (a-f) son vistas esquemáticas desde arriba del compresor 3300 de paleta deslizante en diferentes etapas de su ciclo rotacional.
La figura 7 es un diagrama esquemático del compresor 3300 de paleta deslizante.
La figura 8 es una vista lateral en despiece ordenado del rotor 3302 del compresor 3300.
La figura 9 es una vista esquemática en corte transversal del detalle de la ranura 3342 del rotor del compresor 3300.
La figura 10 (a) es una vista desde arriba del anillo 3326 deslizante del rotor 3302 del compresor 3300; (b) es una vista desde arriba del contrapeso 3328 del rotor 3302; (c) es una vista desde arriba de la cubierta 3320 superior del rotor 3302; y (d) es una vista desde abajo de la cubierta 3320 inferior del rotor 3302.
La figura 11 (a) es una vista lateral de la paleta 3351 deslizante del compresor 3300; (b) es una vista en corte transversal de la paleta 3351 deslizante tomada por el plano A-A de (a); y (c) es una vista en corte transversal de la paleta 3351 deslizante tomada por el plano B-B de (a).
La figura 12 es una vista desde arriba de la carcasa 3301 del compresor del compresor 3300.
La figura 13 es una vista lateral de la carcasa 3301 del compresor tomada por el plano A-A de la figura 12.
La figura 14 (a) es una vista desde arriba de la placa 3303 extrema superior de carcasa del compresor 3300; y (b) es una vista lateral de la placa 3303 extrema superior de carcasa tomada por el plano A-A de (a).
La figura 15 (a) es una vista superior de la placa 3305 extrema inferior de carcasa del compresor 3300; y (b) es una vista lateral de la placa 3305 extrema inferior de carcasa tomada por el plano B-B de (a).
La figura 16 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 3300 incorporado en el enfriador 3200.
Las figuras 17 (a-f) son vistas esquemáticas desde arriba del compresor 4300 de paleta deslizante en diferentes etapas de su ciclo rotacional.
La figura 18 es una vista esquemática en tres dimensiones del compresor 4300.
La figura 19 es una vista lateral en despiece ordenado del rotor 4302 del compresor 4300.
La figura 20 es una vista en perspectiva de la pared 4340 lateral y de la paleta 4308 deslizante del compresor 4300.
La figura 21 es una vista desde arriba de la carcasa 4301 del compresor del compresor 4300.
La figura 22 es una vista lateral de la carcasa 4301 del compresor tomada por el plano A-A de la figura 21.
La figura 23 (a) es una vista desde arriba de la placa 4303 extrema superior de la carcasa del compresor 4300; y (b) es una vista lateral de la placa 4303 extrema superior de carcasa tomada por el plano A-A de (a).
La figura 24 es una vista desde arriba de la placa 4305 extrema inferior de carcasa del compresor 4300; y (b) es una vista lateral de la placa 4305 extrema inferior de carcasa tomada por el plano B-B de (a).
Las figuras 25 (a-f) son vistas esquemáticas desde arriba del compresor 5300 de paleta deslizante accionado, en diferentes etapas de su ciclo rotacional.
La figura 26 es una vista lateral en despiece ordenado del rotor 5302 del compresor 5300.
La figura 27 (a) es una vista desde arriba del anillo 5326 deslizante del rotor 5302; (b) es una vista desde arriba de la cubierta 5320 superior del rotor 5302; y (c) es una vista desde abajo de la cubierta 5330 inferior del rotor 5302.
La figura 28 es una vista en perspectiva de la pared 5340 lateral y de la paleta 5308 deslizante del compresor 5300.
La figura 29 (a) es una vista lateral de la paleta 5308 deslizante del compresor 5300; (b) es una vista en corte transversal de la paleta 5308 deslizante tomada por el plano A-A de (a); y (c) es una vista en corte transversal de la paleta 5308 deslizante tomada por el plano B-B de la figura (a).
La figura 30 (a) es una vista desde arriba de la placa 5303 extrema superior de carcasa del compresor 5300; y (b) es una vista lateral de la placa 5303 extrema superior de carcasa tomada por el plano A-A de (a).
La figura 31 (a) es una vista desde arriba de la placa 5305 extrema inferior de carcasa del compresor 5300; y (b) es una vista lateral de la placa 5305 extrema inferior de carcasa tomada por el plano B-B de (a).
Las figuras 32 (a-f) son vistas esquemáticas desde arriba del compresor 6300 de álabe accionado, en diferentes etapas de su ciclo rotacional.
La figura 33 es una vista esquemática en tres dimensiones del compresor 6300 de álabe accionado.
La figura 34 es una vista lateral en despiece ordenado del rotor 6302 del compresor 6300.
La figura 35 (a) es una vista desde arriba del anillo 6326 deslizante del rotor 6302; (b) es una vista desde arriba de la cubierta 6320 superior del rotor 6302; y (c) es una vista desde abajo de la cubierta 6330 inferior del rotor 6302.
La figura 36 es una vista en perspectiva de la pared 6340 lateral y del álabe 6308 del rotor 6302 del compresor 6300.
La figura 37 es una vista lateral del álabe 6308.
La figura 38 es una vista desde arriba del álabe 6308.
La figura 39 es una vista desde arriba de la carcasa 6301 del compresor del compresor 6300.
La figura 40 es una vista lateral de la carcasa 6301 del compresor tomada por el plano A-A de la figura 39.
La figura 41 (a) es una vista desde arriba de la placa 6303 extrema superior de carcasa del compresor 6300; y (b) es una vista lateral de la placa 6303 extrema superior de carcasa tomada por el plano A-A de (a).
La figura 42 (a) es una vista desde arriba de la placa 6305 extrema inferior de carcasa del compresor 6300; y (b) es una vista lateral de la placa 6305 extrema inferior de carcasa tomada por el plano B-B de (a).
Las figuras 43 (a-j) son vistas esquemáticas desde arriba del compresor 7300 de álabe accionado, en diferentes etapas de su ciclo rotacional.
La figura 44 es una vista desde arriba del tambor 7302 interior y de la varilla 7370 conectora de paleta del compresor 7300.
La figura 45 es una vista lateral de la configuración de ejes para permitir dos ejes de rotación del compresor 7300.
La figura 46 es una vista en perspectiva del refuerzo 7390 de varilla del compresor 7300.
Las figuras 47 (a-p) son vistas esquemáticas de las espirales giratorias del compresor 8000 es diferentes etapas del ciclo giratorio.
La figura 48 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 8000 espiral incorporado en el enfriador 8800.
La figura 49 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 8400 espiral incorporado en el enfriador 8801.
La figura 50 es una vista esquemática en perspectiva de una disposición de engranajes para crear un movimiento giratorio.
La figura 51 es una vista lateral, con un corte transversal, de la disposición de engranajes de la figura 50.
La figura 52 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 8500 incorporado en el enfriador 8802.
Las figuras 53 (a-j) son vistas esquemáticas desde arriba del compresor 9300 gerotor en etapas diferentes de su ciclo rotacional.
La figura 54 es una vista desde arriba de la placa 9303 extrema superior de admisión del compresor 9300.
La figura 55 es una vista desde arriba de la placa 9305 extrema inferior de admisión del compresor 9300.
La figura 56 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 9300 gerotor (con la caja de engranajes).
La figura 57 es una vista desde arriba del gerotor 9308 exterior y de la placa 9320.
La figura 58 es una vista en perspectiva del mecanismo 9359 de orificio variable.
La figura 59 es una vista en perspectiva del mecanismo 9369 de orificio variable.
La figura 60 es una vista en perspectiva del mecanismo 9379 de orificio variable.
La figura 61 es una vista lateral de otra realización de un mecanismo variable de descarga.
La figura 62 es una vista desde arriba del mecanismo variable de descarga de la figura 61 estando accionado por un servomotor.
La figura 63 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 9400 gerotor.
La figura 64 es una vista desde arriba de los engranajes 9461 y 9460 y de los gerotores 9402 y 9408.
La figura 65 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 9500 gerotor.
La figura 66 es una vista desde arriba del gerotor 9508 exterior y de la placa 9320 de acoplamiento.
La figura 67 es una vista desde arriba del gerotor 9502 interior.
La figura 68 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 10300 gerotor.
La figura 69 es una vista en corte transversal de la bomba 10060 de vacío.
La figura 70 es una vista en perspectiva del pistón 10610 de la bomba 10060 de vacío.
La figura 71 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 10300 gerotor incorporado en el enfriador 10000.
La figura 72 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 10400 gerotor.
La figura 73 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 11400 gerotor incorporado en el enfriador 11000.
La figura 74 (a) es una vista esquemática en corte transversal del soporte 11490 giratorio; (b) es una vista en perspectiva desde arriba de la placa 11403 superior de carcasa para el uso con el soporte 11490 giratorio: y (c) es una vista en perspectiva desde arriba de la placa 11480 giratoria para el uso con el soporte 11490 giratorio; y (d) es una vista en perspectiva desde arriba del anillo 11491, el buje 11492 y los radios 11493 del soporte 11490.
La figura 75 es una vista esquemática en corte transversal de un orificio variable de descarga accionado por un fuelle.
La figura 76 es una vista desde arriba del orificio de la figura 75.
La figura 77 es una vista en corte transversal de un control de un mecanismo de descarga que emplea una ampolla que contiene un líquido.
La figura 78 es una representación de la extracción de productos no condensables empleando un relleno y agua enfriada.
La figura 79 es una vista esquemática en corte transversal del compresor 11400 y de la bomba 12060 de vacío incorporados en el enfriador 12000.
La figura 80 (a) es una vista desde arriba de la bomba 12060 gerotor de vacío; y (b) es una vista lateral de la bomba 12060 gerotor de vacío.
La figura 81 (a) es un diagrama esquemático de la bomba 12402 de vacío; y (b) es un diagrama esquemático de la bomba 12403 de vacío.
La figura 83 es un diagrama esquemático de un enfriador 13000 evaporativo multietapa por compresión de vapor.
La figura 84 es un análisis de energía de un enfriador evaporativo multietapa sin turbinas.
La figura 85 es un análisis de energía de un enfriador evaporativo multietapa con turbinas.
La figura 86 es un gráfico generalizado de compresores.
La figura 87 es una tabla que representa los resultados de un análisis de un compresor centrífugo.
La figura 88 es un diagrama esquemático del enfriador 13100 evaporativo por compresión de vapor que emplea evaporadores multietapa.
La figura 89 es un diagrama esquemático del enfriador 13200 evaporativo por compresión de vapor que emplea evaporadores y condensadores multietapa.
Descripción de la invención
Esta invención está dirigida a enfriadores evaporativos por compresión de vapor muy económicos y de alto rendimiento que emplean agua en lugar de CFC como refrigerante. Tales enfriadores pueden adoptar varias configuraciones tales como los siguientes sistemas de refrigeración descritos en el presente documento:
1. Los dos sistemas de refrigeración representados en las figuras 1 y 2, que emplean un compresor para presurizar vapores de agua, seguido por un condensador de inyección o un condensador de pulverización;
2. Sistemas de refrigeración que tienen tres cámaras concéntricas, tales como el enfriador 200 representado en la figura 5 y el enfriador 3200 representado en la figura 16;
3. Sistemas de refrigeración tales como los enfriadores 8800, 8801 y 8802 representados en las figuras 48, 49 y 52, con un condensador en la parte superior y un orificio de descarga del compresor en la parte superior;
4. Sistemas de refrigeración tales como los enfriadores 10000, 11000 y 12000 representados en las figuras 71, 73 y 79, con un condensador en la parte inferior y un orificio de descarga del compresor en la parte inferior; y
5. Sistemas multietapa, tales como los tres sistemas 13000, 13100 y 13200 representados en las figuras 83, 88 y 89.
La invención incluye compresores volumétricos de baja fricción que pueden incorporarse en uno o más de los sistemas de refrigeración anteriores, incluyendo los sistemas con tres cámaras concéntricas, tal como el enfriador 3200 o el enfriador 200. Estos compresores incluyen:
1. El compresor 230 de pistón representado en la figura 5;
2. El compresor 3300 de paleta deslizante representado en las figuras 6-16;
3. El compresor 4300 de paleta deslizante representado en las figuras 17-24;
4. El compresor 5300 de paleta deslizante accionado, representado en las figuras 25-31;
5. El compresor 6300 de álabe accionado, representado en las figuras 32-42; y
6. La configuración 7300 de múltiples paletas de compresor de álabes activado, representada en las figuras 43-46.
Esta invención también incluye compresores volumétricos de baja fricción en uno o más de los sistemas de refrigeración descritos anteriormente, incluyendo los sistemas que tienen dos cámaras concéntricas, tal como el enfriador 8800 representado en la figura 48. Estos compresores incluyen:
1. Compresores de espiral tales como las tres realizaciones representadas en las figuras 48, 49 y 52 (8000, 8400 y 8500); y
2. Compresores gerotor tales como las tres realizaciones representadas en las figuras 56, 63 y 65 (9300, 9400 y 9500).
Esta invención también incluye compresores volumétricos de baja fricción por compresión de vapor novedosos que pueden emplearse en uno o más de los sistemas de refrigeración descritos anteriormente, tales como los enfriadores 10000, 11000 y 12000. Estos compresores incluyen compresores gerotor que tienen medios novedosos para accionar dichos compresores, tales como:
1. El compresor 10300 gerotor representado en las figuras 68 y 71;
2. El compresor 10400 gerotor representado en la figura 72; y
3. El compresor 11400 gerotor representado en la figura 73.
La presente invención también incluye medios para extraer productos no condensables de los enfriadores evaporativos por compresión de vapor. Estos medios incluyen el empleo de bombas de vacío, tales como:
1. La bomba 10060 de vacío representada en las figuras 69 y 70, que extrae productos no condensables del condensador;
2. La bomba 12060 gerotor de vacío representada en la figura 80a;
3. Las bombas 12402 y 12403 de vacío de productos no condensables representadas en las figuras 81 y 82; y
4. La bomba 8060 representada en la figura 48.
Las realizaciones de la presente invención se ilustran en las figuras 1-89, en las que se emplean los mismos números de referencia para denotar los mismos elementos.
La figura 1 representa un enfriador 100 evaporativo por compresión de vapor. Este enfriador puede emplearse en cualquier región del país independientemente de la humedad; no obstante, su rendimiento mejora en regiones con una humedad especialmente baja.
Tal como se representa en la figura 1, aire de habitación (a aproximadamente 25ºC de temperatura de bulbo seco, 55% de humedad relativa, 15ºC de punto de rocío) entra en el contactor 102 de aire de habitación a través de la entrada 103 de aire de habitación. Se pulveriza agua 104 enfriada (aproximadamente a 13ºC) dentro del contactor 102 de aire de habitación. El contactor 102 de aire de habitación tiene un conducto 105 de contactor de aire de habitación. El aire de habitación se enfría debido al contacto directo con un aerosol 104 de agua enfriada. Además, el aire de habitación también se deshumedece porque la temperatura del agua enfriada es menor que el punto de rocío del aire. La figura 1 representa aire de habitación que contacta con agua en una torre 106 de pulverización; no obstante, el contacto también podría conseguirse haciendo pasar aire de habitación a través de una columna de relleno. En una realización preferida, se emplea relleno estructurado que se compone de láminas de cloruro de polivinilo clorado (CPVC), ondulado, que están dispuestas con canales abiertos que permiten el flujo hacia abajo de agua enfriada y el flujo hacia arriba de aire de habitación. CPVC es un material preferido porque es barato, ligero y resiste la degradación por ozono, el cual puede introducirse para eliminar microorganismos potenciales. Alternativamente, puede emplearse un material fibroso, con agua percolando sobre las fibras, o emplearse cualquier otro medio adecuado, tal como un relleno aleatorio de cerámica, metal o plástico.
Preferiblemente, un evaporador 120 de la figura 1 se mantiene a baja presión (preferiblemente, aproximadamente 0,015 atm) empleando un compresor 130 o cualquier compresor volumétrico. Se lleva agua procedente del contactor 102 de aire de habitación al evaporador 120, donde se expande súbitamente y se enfría. Esta agua enfriada se bombea fuera del evaporador 120, al interior del contactor 102 de aire de habitación, utilizando una bomba 110.
El compresor 130 presuriza los vapores de agua y los descarga en un condensador, tal como el condensador 140 de inyección. Cuando se comprimen, los vapores de agua se sobrecalientan, lo que incrementa la demanda de trabajo. Esto puede remediarse pulverizando agua 131 líquida directamente en el compresor 130, tal como se describe en la patente estadounidense 5.097.677, cedida a la Universidad de Texas A&M, e incorporada en el presente documento como referencia. Debido a que lleva tiempo para que el agua se evapore y enfríe los vapores, lo mejor es realizar la compresión en una serie de pequeñas etapas o hacer funcionar el compresor lentamente, o emplear gotitas de agua muy pequeñas. Preferiblemente, la compresión se lleva a cabo empleando un compresor volumétrico de baja fricción (pistón, paleta, álabe, espiral, gerotor) tal como los descritos en el presente documento, o cualquier medio adecuado. Debido al gran volumen de vapores de agua que deben comprimirse, el compresor es por necesidad grande. Para conseguir un rendimiento elevado, es esencial que el compresor tenga una fricción baja.
Los vapores de agua comprimidos que salen del compresor 130 se envían al condensador 140 de inyección. El condensador 140 de inyección funciona como un venturi. Agua líquida de alta presión entre en el condensador 140 de inyección. El cuello 141 del condensador 140 de inyección se estrecha, haciendo aumente la velocidad del agua. La energía cinética necesaria para acelerar el agua se consigue a costa de energía de presión, para que pueda producirse un vacío. El agua de baja presión a alta velocidad está más fría que los vapores de agua que salen del compresor 130. Cuando estos vapores de agua entran en contacto con la corriente de agua a alta velocidad, se condensan en la corriente de agua y son arrastrados fuera junto con el agua. El diámetro del cuello 142 inferior del conducto que sale del condensador 140 de inyección aumenta, de manera que la velocidad del agua disminuye. Esto transforma de nuevo la energía cinética en energía de presión, de manera que el agua puede salir a presión atmosférica. Cualquier producto no condensable también es arrastrado fuera del sistema.
El líquido que sale del condensador 140 de inyección se envía a un contactor 150 de aire ambiente. El contactor 150 de aire ambiente tiene una entrada 152 de aire ambiente y un conducto 153 de retorno de aire ambiente. En una realización preferida, tiene una válvula 158 de purga de agua salada. A medida que se evapora agua en el aire ambiente, se enfría para aproximarse a la temperatura de bulbo húmedo. Debido a que la temperatura de bulbo húmedo es normalmente significativamente menor que la temperatura de bulbo seco, se expulsa calor a una temperatura muy inferior que con los acondicionadores de aire por compresión de vapor convencionales. Adicionalmente, debido a que se emplea un intercambio de calor por contacto directo, la \DeltaT es mucho menor. El agua enfriada se devuelve desde el contactor de aire ambiente al condensador mediante la bomba 112.
Puesto que en última instancia la evaporación de agua rechaza calor, se requiere agua de reposición. Puede añadirse agua 131, 145 y 125 de reposición al compresor 130, al condensador 140 de inyección y al evaporador 120, respectivamente, según se requiera.
Algo de agua se condensará procedente del aire de habitación, pero será insuficiente para cubrir la demanda total de agua. Si se emplea agua municipal normal, se acumularán sales, por tanto, se emplea la válvula 108 de purga de agua salada. Tal como se indica en la figura 1, la válvula 108 de purga de agua salada puede estar situada en la parte inferior del contactor 102 de aire de habitación. Adicionalmente, pueden emplearse medios para eliminar microorganismos del agua en el sistema, particularmente el contactor de aire de habitación, tales como un generador de ozono, una fuente de radiación UV, compuestos químicos antimicrobianos u otros medios conocidos en la técnica.
La figura 2 representa una realización alternativa de la presente invención. Los números de referencia en esta realización se refieren a elementos o características equivalentes en la realización de la figura 1, de manera que se obvia una descripción adicional de los mismos. Un enfriador 101 evaporativo por compresión de vapor es idéntico al enfriador en la figura 1, salvo que se emplea un condensador 160 de pulverización en lugar de un condensador de inyección. Puede añadirse agua 165 de reposición al condensador de pulverización. Adicionalmente, hay un pequeño aspirador 170 que funciona como un venturi; la presión reducida en el cuello del venturi arrastra productos no condensables fuera del condensador.
La realización mostrada en la figura 2 es más fácil de analizar que la de la figura 1, ya que se necesitan datos reales de rendimiento para el condensador de inyección. Por tanto, el siguiente análisis es para la figura 2.
El coeficiente de rendimiento, COP (coefficient of performance), se define como el calor extraído en el evaporador dividido por el trabajo total requerido para hacer funcionar el sistema.
(1)COP=\frac{Q_{evap}}{W_{comp} + W_{B1} + W_{B2}}
donde
Q_{evap} = calor extraído en el evaporador
W_{comp} = trabajo del compresor
W_{B1} = trabajo de la bomba 1
W_{B2} = trabajo de la bomba 2.
Esta expresión puede invertirse tal como
(2)\frac{1}{COP} = \frac{W_{comp}}{Q_{evap}} + \frac{W_{B1}}{Q_{evap}} + \frac{W_{B2}}{Q_{evap}} = \frac{1}{COP_{comp}} + \frac{1}{COP_{B1}} + \frac{1}{COP_{B2}}
El COP_{comp} del compresor es
(3)COP_{comp} = \frac{Q_{evap}}{W_{comp}} = \ \eta_{ref} \ \eta_{compresor} \ \eta_{motor} \ COP_{C}
donde
\eta_{ref} = rendimiento de refrigeración relativo al rendimiento termodinámico (figura 21, Reducing Energy Costs in Vapor-Compression Refrigeration and Air Conditioning Using Liquid Recycle - Part II: Performance (Reducción de los Costes Energéticos en el Climatización y la Refrigeración por Compresión de Vapor Empleando el Reciclado de Líquidos - Parte II: Rendimiento), Mark Holtzapple, ASHRAE Transactions, Vol. 95, Part 1, 187-198 (1989))
\eta_{compresor} = rendimiento del compresor (60-70%, según la figura 86)
\eta_{motor} = rendimiento del motor (80%, aunque puede ser mayor)
(4)COP_{C} = \frac{T_{E1}}{T_{C2}-T_{E1}} = coerificiente \ de \ rendimiento \ termodinámico
T_{E1} = temperatura del agua que sale del evaporador (temperatura absoluta)
T_{C2} = temperatura del agua que sale del condensador de pulverización (temperatura absoluta)
El coeficiente de rendimiento de la bomba, COP_{B1} viene dado por
(5)COP_{B1} = \frac{Q_{evap}}{W_{B1}}
El trabajo de la bomba es
(6)W_{B1} = \frac{m_{1} \Delta P _{1}}{\eta_{bomba} \ \rho}
donde
m_{1} = caudal másico de agua a través de la bomba 1
\DeltaP_{1} = incremento de presión producido por la bomba 1
\rho = densidad del agua
\eta_{bomba} = rendimiento de la bomba (tomado como 50%, incluidas las pérdidas del motor)
El caudal másico de agua se determina realizando un balance de energía
(7)m_{1} \ C_{p} \ (T_{E2}-T_{E1}) = Q_{evap}
(8)m_{1} = \frac{Q_{evap}}{C_{p} \ (T_{E2}-T_{E1})}
donde
C_{p} = capacidad de calor del agua líquida
T_{E2} = temperatura del agua que sale del contactor de aire de habitación
La ecuación 8 puede sustituirse en la ecuación 6, que a su vez se sustituye en la ecuación 5 para dar el coeficiente de rendimiento de la bomba
(9)COP_{B1} = \frac{\eta_{bomba} \ C_{p} \ (T_{E2}-T_{E1})\rho}{\Delta P_{1}}
Puede obtenerse una expresión similar para el coeficiente de rendimiento de la bomba 2
(10)COP_{B2} = \frac{\eta_{bomba} \ C_{p} \ (T_{C2}-T_{C1})\rho}{\Delta P_{2}}
donde
T_{C1} = temperatura del agua que sale del contactor de aire ambiente
Las ecuaciones 3, 9 y 10 pueden sustituirse en la ecuación 2 para determinar el coeficiente de rendimiento de todo el sistema
(11)COP = \left[\frac{T_{C2}-T_{E1}}{\eta_{ref} \ \eta_{compresor} \ \eta_{motor} \ T_{E1}} + \frac{\Delta P_{1}}{\eta_{bomba} \ C_{p} \ (T_{E2}-T_{E1})\rho} + \frac{\Delta P_{2}}{\eta_{bomba} \ C_{p} \ (T_{C2}-T_{C1}) \rho}\right]^{-1}
Se considera que el aire de habitación tiene las siguientes propiedades:
temperatura de bulbo seco = 25ºC
humedad relativa = 55%
punto de rocío = 15ºC
Los siguientes parámetros se emplearon para determinar el COP según la ecuación 11:
\eta_{ref} = 0,97 (de la figura 21, Reducing Energy Costs in Vapor-Compression Refrigeration and Air Conditioning Using Liquid Recycle - Part II: Performance (Reducción de los Costes Energéticos en el Climatización y la Refrigeración por Compresión de Vapor Empleando el Reciclado de Líquidos – Parte II: Rendimiento), Mark Holtzapple, ASHRAE Transactions, Vol. 95, Part 1, 187-198 (1989))
\eta_{comp} = 0,7 (de la figura 86)
\eta_{motor} = 0,8
\eta_{bomba} = 0,5
C_{p} = 4188 J/(kg\cdotºC)
\rho = 1000 kg/m^{3}
\DeltaP_{1} = 1 bar = 10^{5} N/m^{2}
\DeltaP_{2} = 1 bar = 10^{5} N/m^{2}
T_{E1} = 13ºC = 286,15 K
T_{E2} - T_{E1} = \DeltaT (para simplificar)
T_{C2} - T_{C1} = \DeltaT (para simplificar)
T_{C2} = T_{C1} + \DeltaT
La figura 3 muestra el COP bajo una variedad de condiciones ambientales. El eje X es la temperatura ambiental de bulbo húmedo (ºC). El eje Y es el coeficiente de rendimiento calculado empleando la ecuación 11. La \DeltaT resultante para el máximo rendimiento del sistema es 4ºC.
El coeficiente de rendimiento para un sistema R-12 convencional de climatización es
(12)COP = \eta_{ref} \ \eta_{comp} \ \eta_{motor} \frac{T_{E}}{T_{C}-T_{E}}
donde \eta_{comp} es el rendimiento del compresor (tomado como 0,7), \eta_{motor} es el rendimiento del motor (tomado como 0,8), T_{E} es la temperatura del evaporador, T_{C} es la temperatura del condensador y \eta_{rendr} viene dado por la figura 2 en el artículo Reducing Energy Costs in Vapor-Compression Refrigeration and Air Conditioning Using Liquid Recycle - Part II: Performance (Reducción de los Costes Energéticos en el Climatización y la Refrigeración por Compresión de Vapor Empleando el Reciclado de Líquidos – Parte I: Comparación entre el Amoniaco y el R-12), Mark Holtzapple, ASHRAE Transactions, Vol. 95, Part 1, 179-186 (1989).
La temperatura del evaporador se toma como 10ºC, que es 5ºC más fría que el punto de rocío del aire de habitación y 15ºC más fría que la temperatura de bulbo seco del aire de habitación. La figura 4 muestra el COP para la refrigeración R-12 por compresión de vapor utilizando una variedad de temperaturas de bulbo seco y de \DeltaT de condensador. El eje X es la temperatura de bulbo seco ambiente (ºC). El eje Y es el coeficiente de rendimiento calculado mediante la ecuación 12.
La tabla 1 compara el rendimiento esperado del enfriador evaporativo por compresión de vapor y del sistema R-12 convencional por compresión de vapor en una variedad de ciudades de los Estados Unidos. Las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo son los "valores 2,5," lo que simplemente significa que un 2,5% de las horas entre Junio y Septiembre sobrepasa estos valores. A partir de este análisis, se espera que el enfriador evaporativo por compresión de vapor sea de 1,7 a 3,9 veces más eficiente energéticamente que la climatización convencional por compresión de vapor. Esta comparación de energía no incluye la energía para el ventilador de aire ambiente o el ventilador de aire de habitación.
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TABLA 1
1
2
Otra realización de la invención está dirigida a enfriadores evaporativos por compresión de vapor que tienen tres cámaras concéntricas. Un enfriador así es el enfriador 200 representado en la figura 5. La cámara 210 más interior del enfriador 200 evaporativo por compresión de vapor se encuentra a la presión más baja, la cámara 211 intermedia se encuentra a una un poco mayor, y la cámara 212 más exterior está a presión atmosférica. Preferiblemente, el diámetro exterior de la cámara más exterior es de dos a tres pies para una unidad de climatización para el hogar de 3 toneladas y, preferiblemente, tiene una altura de tres a cuatro pies. En la parte superior de las cámaras más exterior e intermedia, y debajo de los compresores 230 en la cámara 210 más interior, se encuentran unos conductos 214 (interior), 216 (intermedio) y 218 (exterior) circulares, a través de los que gotea agua. Si se desease, puede colocarse relleno 220 y 221 en las cámaras intermedia y más exterior para incrementar la retención de agua.
Preferiblemente, uno o más compresores 230 están dispuestos en la cámara 210 más interior, creando un vacío en la cámara. Como resultado, agua en la cámara 210 más interior se evapora y se enfría. Esta agua 224 enfriada se bombea al interior del contactor 1000 de aire de habitación situado en la casa o en el espacio a enfriar, donde entra en contacto a contracorriente con aire templado, de manera que entonces el aire se enfría. El agua enfriada tiene una temperatura lo suficientemente baja como para que, de hecho, la humedad en el aire de la casa se condense; por tanto, no sólo se enfría el aire de la casa sino que también se deshumedece. Un beneficio adicional es que, literalmente, se lava el aire de la casa, lo que elimina el polvo y los alergenos.
Debido a que el agua está evaporándose en la cámara más interior, aquélla debe ser reemplazada. Preferiblemente, esto se consigue con el flotador 226, que abre una válvula 227 que permite la introducción de agua de grifo para reponer el agua evaporada. Puesto que el agua de grifo contiene sales, se emplea una corriente 228 de purga para extraer la sal a medida que se va concentrando. Esto puede conseguirse abriendo la válvula 229 cuando la concentración de sales sobrepasa un nivel dado. La válvula puede abrirse en función de un temporizador, un medidor de la conductividad del agua, purgando un caudal continuo que se sabe es adecuado para la concentración de sales del agua de grifo, o cualquier otro medio conocido en la técnica. Alternativamente, podría emplearse agua destilada o agua de lluvia como agua del sistema y como agua de reposición, de manera que la purga se volvería innecesaria. Sin embargo, en un sistema de ese tipo, el agua debe estar completamente libre de sales.
La presión en la cámara más interior se mantiene reducida empleando uno o más compresores 230. Aunque la figura 5 representa dos compresores alternativos que funcionan en paralelo, debe entenderse que puede utilizarse cualquier compresor adecuado. Particularmente apropiados son los compresores volumétricos de baja fricción, tales como el compresor alternativo descrito (figura 5), los compresores de paleta deslizante (figuras 6-14, 16 y 25-31) y los compresores de álabe accionado (figuras 32-42 y 43-46).
En la realización representada en la figura 5, se emplea el compresor 230 alternativo. Debido a que la densidad de vapor es muy baja, la configuración de compresores puede consistir de muchas etapas. Por ejemplo, en la figura 5 se muestran dos compresores que funcionan en paralelo. Alternativamente, puede hacerse funcionar múltiples compresores en serie, tal como se muestra en las figuras 83, 88 y 89. En la figura 5, el eje 232 central del compresor oscila verticalmente. La parte superior del eje tiene un saliente 234 que corre en una ranura 237 sinusoidal en una leva 236 giratoria. Una única ranura 237 hacia dentro sinusoidal hace que el eje central gire una vez por rotación del motor. Colocando una ranura con dos sinusoides en la leva 236, el eje central oscilará dos veces por rotación del motor. Por tanto, son posibles oscilaciones muy rápidas del eje central empleando un motor 238 convencional de baja velocidad.
El extremo superior de un fuelle 240 está unido al eje 232 oscilante y el otro extremo está unido a la carcasa 242, manteniendo así una junta estanca al vacío. El eje 232 central tiene unas placas 244 unidas a sí mismo que también oscilan verticalmente dentro de una carcasa 290 de compresor.
Se ha descubierto que, debido a la presión más reducida implicada en los sistemas de refrigeración de la presente invención, no es necesario que exista un contacto estrecho entre los componentes del compresor, tales como las placas 244 y la carcasa 290. Por tanto, en la presente realización, las placas 244 tienen preferiblemente un espacio 245 considerable (de unas milésimas de una pulgada) con la carcasa 290 para que no toquen la carcasa, produciendo una fricción despreciable. En su lugar, se emplea agua para hacer una junta hermética. Concretamente, los bordes de las placas contienen una ranura 246 a través de la cual fluye agua de grifo. Debido a que el agua de grifo se encuentra a una mayor presión que el compresor, fluye agua líquida hacia dentro de la carcasa 290 del compresor en vez de que se escapen vapores hacia fuera. Esta agua no sólo proporciona una junta hermética, sino que también enfría los vapores comprimidos. Si esta agua es insuficiente para enfriar los vapores comprimidos, pueden colocarse unas boquillas 248 de pulverización adicionales en la cara de las placas 244. La fuente de agua de grifo es a través del eje 232 central, que es espacio y tiene un tubo 233 flexible en su parte inferior. El compresor tiene una salida 249 que da a la cámara intermedia, regulada por una válvula 250 de vaciado. El compresor también tiene una entrada 251 regulada por una válvula 252 de desagüe. Debido a que las presiones son tan bajas, no es posible abrir las válvulas 250 y 252 empleando diferencias de presión entre el interior y el exterior del compresor. En su lugar, la válvula 252 de admisión y la válvula 250 de vaciado son activas, es decir, accionadas por solenoides eléctricos o pistones hidráulicos. Preferiblemente, la carcasa 290 del compresor tiene un fondo 243 ligeramente cónico a fin de que el líquido sobrante se acumule en la válvula 250 de desagüe, para descargarse cuando se abra la válvula. La salida 249 del compresor se dirige a la cámara 211 intermedia.
En la cámara 211 intermedia, los vapores se condensan directamente sobre la lluvia 217 de agua procedente del conducto 216 circular. Si se acumula demasiado líquido en el fondo de la cámara intermedia, un flotador 254 activa un interruptor 256 eléctrico, que arranca la bomba 258 para extraer líquido. Si el nivel de agua se vuelve muy bajo, el flotador 254 apaga el interruptor 256. Puesto que se acumularán gases no condensables en la cámara 211 intermedia, pueden ser purgados por un aspirador 270.
El líquido que se bombea fuera de la cámara 211 intermedia pasa a la cámara 212 más exterior, donde entra en contacto con aire ambiente y se enfría para aproximarse a la temperatura de bulbo húmedo. Un ventilador 272, situado en la parte superior de la unidad, mueve el aire. Preferiblemente, tanto el ventilador 272 como el compresor 230 están accionados por el mismo motor 238, lo que reduce costes e incrementa el rendimiento. Además, el ventilador 272 actúa como volante de inercia. Un flotador 274 acciona una válvula 275, que introduce agua de reposición dentro de la cámara 212 más exterior según se requiera. Para purgar las sales concentradas, la válvula 276 se abre periódicamente para purgar parte del líquido al exterior de la cámara 212 más exterior. Puede utilizarse un generador de ozono o cualquier otro medio conocido en la técnica para inhibir el crecimiento de microorganismos en el sistema.
En una realización preferida, pueden emplearse los siguientes parámetros:
1. velocidad del motor = 1725 rpm
2. la leva genera una oscilación del eje central por rotación del motor
3. el compresor tiene un rendimiento volumétrico del 80%
4. tres etapas que funcionan en paralelo
5. carrera de 3 pulgadas
6. una unidad de 3 toneladas cortas debe comprimir 1400 ft^{3}/min de vapores de baja presión.
En la realización representada en la figura 5, el diámetro de la placa 244 será 1,3 ft. Son posibles diámetros más pequeños empleando un motor de más velocidad, alterando la leva para permitir más oscilaciones del eje central por rotación del motor, aumentando la carrera o incrementando el número de etapas.
La regulación del sistema puede conseguirse con un control de conexión o desconexión, tal como se hace con los acondicionadores de aire convencionales. Alternativamente, puede emplearse un motor de velocidad variable para hacer funcionar el compresor con más eficiencia, cuando la carga es reducida, funciona más lentamente, y cuando la carga es más elevada, funciona más rápidamente.
Debido a que las diferencias de presión a través de todas las paredes son muy bajas (15 psi como mucho), casi todos los componentes puede fabricarse en plástico, reduciendo así el coste. No obstante, puede emplearse cualquier material adecuado para fabricar los componentes individuales. Puesto que ninguna de las cámaras está completamente llena de agua, si se congelase el agua durante el invierno, el incremento de volumen del 10% del hielo podría ser acomodado por el espacio de vapor. Si se desease, la unidad podría vaciarse de agua para acondicionarla para el invierno.
Esta realización también puede adaptarse para aplicaciones a temperaturas bajo cero añadiendo un anticongelante no volátil (por ejemplo, sal, glicerina) al agua. Esto reducirá la presión de vapor del agua, por lo que se requerirá un compresor mayor. Además, si se añade anticongelante al agua, entonces toda el agua de reposición debería ser agua destilada para que no deban purgarse sales algunas. Alternativamente, la complejidad y los costes asociados con la adición de agua destilada pueden eliminarse si se emplean sales de agua de grifo como anticongelante. Esto podría conseguirse simplemente haciendo funcionar el sistema con una velocidad de purga muy baja.
Otros tipos de compresores volumétricos pueden emplearse en los enfriadores evaporativos por compresión de vapor, incluyendo los enfriadores que tienen tres cámaras concéntricas. Los compresores rotativos son un tipo de compresor que puede emplearse en tales enfriadores. Una realización de un compresor rotativo de utilidad en enfriadores evaporativos por compresión de vapor, un compresor 3300 rotativo de paleta deslizante, se representa en las figuras 6-14. En las figuras 6-14, los mismos números de referencia hacen referencia a elementos similares. Los compresores rotativos novedosos de ésta y otras realizaciones descritas posteriormente emplean un espacio considerable para reducir la fricción entre los componentes del compresor y emplean agua como sellador y como refrigerante.
Las figuras 6a-f son un diagrama esquemático de un compresor 3300 rotativo de paleta deslizante en varias etapas del ciclo. A medida que el rotor 3302 gira, arrastra vapores procedentes del lado 3314 de baja presión durante la primera rotación y, a continuación, los comprime durante la segunda rotación. Para enfriar los vapores durante la compresión y para realizar juntas herméticas, se pulveriza agua 3306 líquida en el compresor durante la compresión. Tal como se muestra en las figuras 6a-f, la paleta 3308 deslizante hace contacto con el rotor 3302 y separa los lados 3314 y 3315 de baja presión y de alta presión del compresor. Alternativamente, para reducir la fricción, la paleta 3308 deslizante podría hacer contacto con el rotor 3302 mediante un rodillo situado en la punta de la paleta 3308 deslizante, o la paleta 3308 deslizante podría está accionada por un mecanismo exterior de manera que el rotor 3302 y la paleta deslizante no tocasen.
La figura 7 es un diagrama esquemático en tres dimensiones del compresor 3300 rotativo de paleta deslizante. Los vapores de baja presión entran en el agujero u orificio 3310 de admisión en el lado de la carcasa 3301 del compresor. No es necesaria una válvula de control de la admisión. Los vapores de alta presión salen a través de un orificio 3312 de escape o descarga. En la salida se proporcionan unas válvulas 3313 de control del escape (figura 13).
La figura 8 es una vista lateral del rotor 3302. Tal como se representa en la figura 8, el rotor 3302 se compone de una cubierta 3302 superior, una cubierta 3330 inferior y una pared 3340 lateral, que preferiblemente es cilíndrica. Una ranura 3322 superior de sellado y una ranura 3332 inferior de sellado, situadas en las cubiertas superior e inferior, se llenan con agua líquida para crear una junta hermética rotativa contra las placas 3303 (figura 14a) y 3305 (figura 15a) extremas de carcasa. Una ranura 3342 vertical en la pared lateral sella el rotor 3302 contra la carcasa 3301 del compresor. Las ranuras pueden estar completamente abiertas o pueden contener una mecha 3324 a lo largo del extremo abierto, tal como se representa en la figura 9, un dibujo del detalle de la ranura con una mecha. A través de un anillo 3326 deslizante puede suministrarse agua 3327 a baja presión de manera activa a las ranuras 3322, 3332 y 3342. Unos canales 3329 de distribución garantizan que el agua se distribuye a las ranuras sellantes. Alternativamente, la fuente de agua puede proceder de la lluvia 3306 de agua empleada para refrigerar el compresor. La lluvia de agua mojará las paredes interiores de la carcasa del compresor y será absorbido en las ranuras 3322, 3332 y 3342, siempre y cuando se emplee la mecha 3324.
Puesto que el rotor está montado excéntricamente sobre el eje, se necesita un contrapeso 3328 para equilibrar la rotación. La figura 8 muestra que el contrapeso 3328 puede estar situado dentro de la pared 3340 lateral para ahorrar espacio. Alternativamente, el contrapeso 3328 puede estar situado en el eje, fuera de la carcasa del compresor.
Las figuras 8-10 muestran detalles de los componentes del rotor 3302. Las cubiertas 3320 y 3330 extremas superior e inferior tienen cada una un agujero 3321 (superior) y 3331 (inferior) de gran tamaño para reducir la masa que debe contrapesarse. Los grandes agujeros también proporcionan un medio para drenar el agua del interior del rotor.
Las figuras 11 a-c muestran detalles de la paleta 3351 deslizante. Ésta tiene unos pasadores 3352 situados en el interior que van montados sobre unos rodamientos 3354 lineales. Empleando unos muelles 3356, se empuja la paleta 3351 deslizante contra el rotor. Una escobilla 3358 de fieltro se empapa de agua procedente del aerosol 3306 de agua de refrigeración, de manera que forma una junta hermética contra el rotor. Una característica novedosa de esta realización es el medio empleado para crear un espacio entre la escobilla 3358 de fieltro y el rotor. Concretamente, unos cojinetes 3360 de rodillos, que sobresalen más que la escobilla de fieltro, van montados sobre el rotor. El espacio entre la escobilla de fieltro y el rotor viene determinado por la distancia que los cojinetes 3360 de rodillos sobresalen de la escobilla 3358. Tal como puede observarse de lo anterior, existe una baja fricción entre los componentes compresores de la realización descrita - el rotor, la carcasa y la paleta deslizante.
Las figuras 12-13 muestran la carcasa 3301 del compresor. Ésta contiene una parte 3361 para la paleta 3351 deslizante; unas ranuras 3362 sellantes constituyen una junta hermética. El orificio 3310 de admisión está completamente abierto, pero el orificio 3312 de descarga está acotado por las válvulas 3313 de control. Debido a que la presión generada por el compresor no es suficiente para accionar las válvulas de control, éstas preferiblemente están activadas por solenoides, pistones hidráulicos y otros medios. El agua sobrante se acumulará en el sumidero 3363 de agua, el cual se descarga a través de la válvula 3364 de control de sumidero.
Las cubiertas 3303 y 3305 extremas de carcasa se representan en las figuras 14-15. La placa 3303 extrema superior y la placa 3305 extrema inferior tienen un cojinete 3307 esférico superior y un cojinete 3309 esférico inferior. La placa 3305 extrema inferior también tiene un orificio 3311 de drenaje.
La figura 16 representa el compresor 3300 rotativo de paleta deslizante integrado en un enfriador 3200 evaporativo por compresión de vapor. A semejanza del enfriador 200, éste tiene tres cámaras concéntricas. Un motor 3238 de accionamiento puede estar situado dentro o fuera del evaporador. En una realización preferida, se encuentra fuera. Situar el motor de accionamiento fuera del evaporador tiene las siguientes ventajas: 1) el calor residual no generará una carga sobre el compresor, 2) puede emplearse un motor estándar en vez de uno diseñado especialmente para el uso en un ambiente de vapor de agua, a baja presión, y 3) un mantenimiento sencillo. El motor 3238 de accionamiento está acoplado al rotor 3302 mediante un eje 3232 giratorio.
Se necesita una junta 3233 hermética de eje giratorio. La presente invención también está dirigida a una junta hermética de eje giratorio novedosa, de utilidad en el compresor 3300 así como en otras aplicaciones. Concretamente, tal como se representa en la figura 16, se proporciona una junta hermética suministrando agua a un gorrón 3240. El agua será atraída al interior del evaporador 3341 porque está a una presión reducida. Siempre que se suministre agua sobrante al gorrón 3240, no habrá fugas de aire al evaporador 3341. El espacio entre el 3232 y el gorrón 3240 puede ser relativamente grande para que haya una baja fricción. Para evitar que se escape aire hacia el evaporador 3341 cuando el motor 3238 no está en marcha, se emplea una junta 3339 hermética de fuelle. Debido a la fuerza centrífuga, la junta 3339 hermética de fuelle se eleva de la cara 3241 de gorrón cuando gira el eje 3232, pero se asienta sobre la cara 3241 de gorrón cuando la rotación del eje se detiene. Empleando está disposición, existe muy poca fricción debido a la junta hermética del eje. Aunque la junta 3233 hermética se describe en conexión con el compresor 3300, también puede emplearse en otras aplicaciones, tal como les quedará claro a los expertos en la técnica.
El compresor 3300 de paleta deslizante crea un vacío sobre el evaporador 3341, provocando la evaporación del agua líquida. Preferiblemente, se proporcionan unas zonas 3337 de nucleación (por ejemplo, "pastillas de ebullición") para incrementar el rendimiento de evaporación. A medida que se evapora el agua 3224, se enfría. Esta agua enfriada se bombea fuera del evaporador 3341 y al interior de un contactor 3102 de aire de habitación mediante una bomba 3502. Aire de la casa entra directamente en contacto con el agua enfriada, lo que lo enfría y retira humedad.
Los vapores descargados del compresor 3300 entran en el condensador 3211, que tiene agua corriendo sobre un relleno 3220 de condensador. El agua de admisión se encuentra cerca de la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente, que está más fría que la temperatura de descarga del compresor, así que los vapores se condensan sobre el relleno 3220. El relleno puede ser un relleno estructurado compuesto por plástico o chapa metálica ondulados, o un relleno aleatorio, tal como trozos de cerámica. Una bomba 3503 extrae el agua caliente del condensador y la dirige hacia el contactor 3212 de aire ambiente. La humedad se evapora por el enfriamiento del agua, de manera que puede reintroducirse en el condensador 3211. Para facilitar el contacto entre el aire ambiente y el agua caliente, el contactor 3212 de aire ambiente puede tener un relleno 3214 estructurado o aleatorio.
Agua de grifo, que puede utilizarse para refrigerar el compresor 3300, pasa a través de un intercambiador 3221 de calor en contacto con el agua en el contactor de aire ambiente. Esta etapa es necesaria sólo si la temperatura del agua de grifo se encuentra en general por encima de la temperatura de bulbo húmedo.
Opcionalmente, puede añadirse una bomba 3500 que bombee agua fuera del contactor 3212 de aire ambiente y la envíe al serpentín condensador del refrigerador doméstico (no mostrado). Esto aumentará el rendimiento del refrigerador porque: 1) el agua tiene mejores propiedades de transferencia de calor que el aire, y 2) la temperatura del agua será generalmente menor que la temperatura de la habitación. El agua que retorna procedente del refrigerador puede volver a dirigirse al contactor de aire ambiente. Una bomba 3400 se emplea para hacer circular agua a través de un aspirador 3270 a fin de extraer productos no condensables del condensador 3211.
Para regular los niveles de agua en los diversos tanques, pueden emplearse unas válvulas 3227 (interior), 3275a (exterior), 3275b (exterior) y 3256 (intermedia). La mayoría de las válvulas de flotador introducen agua en el tanque si el nivel de agua baja demasiado. Una excepción es la válvula 3275a izquierda de flotador en el contactor 3212 de aire ambiente. Puesto que se está añadiendo agua constantemente al contactor de aire ambiente, éste tenderá a llenarse. La válvula 3275a izquierda de flotador está diseñada para abrirse cuando el nivel de agua se vuelve demasiado elevado, permitiendo que se introduzca agua en el condensador 3211. La válvula 3275b derecha de flotador en el contactor 3212 de aire ambiente sólo es necesaria si se envía agua al refrigerador. Durante el invierno, no se emplearían los diversos sistemas de agua de reposición porque no se requiere el acondicionador de aire. Sin embargo, debido a la carga de refrigeración, se evaporará agua del contactor de aire ambiente, bajando por tanto el nivel de líquido. Cuando cae el nivel de líquido, el flotador 3274b derecho abre una válvula 3275b, permitiendo que se introduzca agua de
reposición.
Debido a que se acumularán gases no condensables en el condensador 3211, se emplea un aspirador 3270 para bombear los gases fuera. Una bomba 3400 de circulación proporciona la fuerza motriz para el aspirador 3270. Alternativamente, podría emplearse una bomba mecánica de vacío. Por ejemplo, podrían emplearse unas bombas 12060, 12402 y 10060 de vacío, descritas posteriormente.
Dado que el evaporador 3341 y el condensador 3211 se hacen funcionar a presiones muy reducidas, se proporcionan unas bombas 3502 (evaporador) y 3503 (condensador) para extraer líquido de estos recipientes. No obstante, no se requiere bomba alguna para el líquido que entra en estos recipientes porque están a presión reducida. En teoría, pueden utilizarse turbinas para capturar la energía del agua según circula ésta al interior de los recipientes de baja presión.
Se evapora agua tanto del evaporador 3341 como del contactor 3212 de aire ambiente, lo que incrementará la concentración de sales en el agua. Se purga agua del contactor 3102 de aire de habitación y puede añadirse al condensador 3211 o verterse en el alcantarillado. Adicionalmente, se purga agua del condensador 3211 y puede enviarse al alcantarillado. La velocidad a la que se purga agua del sistema puede estar regulada por una válvula de ajuste previo, una válvula controlada por temporizador, un medidor de salinidad u otros medios conocidos en la técnica.
Debido a que el evaporador está frío en relación con el entorno, preferiblemente se emplea un aislamiento 3405 para mantener el rendimiento del sistema.
Salvo por la masa oscilante de la paleta deslizante, el compresor 3300 rotativo no tendrá prácticamente vibraciones. En comparación, un compresor alternativo genera mucha vibración. Adicionalmente, los compresores alternativos requieren una válvula de control de admisión, lo que aumenta los costes y reduce el rendimiento debido a las perdidas de caudal por la válvula.
Un compresor axial o centrífugo debe funcionar a velocidades muy altas que requieren, bien motores costosos de alta velocidad, bien cajas de engranajes. El compresor 3300 rotativo de paleta deslizante puede funcionar empleando motores convencionales. Asimismo, los compresores axiales o centrífugos de alta velocidad pueden no tolerar las gotitas de líquido necesarias para refrigerar el compresor. Un compresor axial o centrífugo será más caro porque tiene muchos componentes de precisión y debe estar bien equilibrado.
Otro compresor de paleta deslizante, de baja fricción, puede ser de utilidad en un enfriador evaporativo por compresión de vapor, tal como el enfriador 3200. Este compresor se representa en las figuras 17-24. A semejanza del compresor 3300 rotativo de paleta deslizante, este compresor emplea agua como sellador y como refrigerante.
Las figuras 17a-f muestran un diagrama esquemático de un compresor 4300 de paleta deslizante en varias etapas del ciclo. A medida que un rotor 4302 gira, arrastra vapores del lado 4314 de baja presión durante la primera rotación y luego los comprime durante la segunda rotación. Para enfriar los vapores durante la compresión, y para formar juntas herméticas, se pulveriza agua 4306 líquida en el compresor 4300 durante la compresión. Una paleta 4308 deslizante casi hace contacto con una carcasa 4301 de compresor y separa el lado 4314 de baja presión del lado 4315 de alta presión del compresor.
La figura 18 es un diagrama esquemático del compresor 4300 de paleta deslizante. Los vapores de baja presión entran en el agujero u orificio 4310 de admisión en el lateral de la carcasa 4301 del compresor. No se requiere ninguna válvula de control de admisión. Los vapores de alta presión salen por el orificio 4312 de escape o de descarga. En la salida se proporcionan unas válvulas 4313 de control de escape (figura 22).
La figura 19 es una vista lateral del rotor 4302. Tal como se representa en la figura 19, el rotor 4302 se compone de una cubierta 4320 superior, una cubierta 4330 inferior y una pared 4340 lateral, que preferiblemente es cilíndrica. La cubierta 4320 superior tiene un agujero 4323 de drenaje, y la cubierta 4330 inferior tiene un agujero 4333 de drenaje. Una ranura 4322 sellante superior y una ranura 4332 sellante inferior, situadas en las cubiertas superior e inferior, se llenan con agua líquida para crear una junta giratoria contra las placas 4303 y 4305 extremas de carcasa que se representan en las figuras 23-24. También, tal como se muestra en la figura 20, la pared 4340 lateral tiene un espacio 4366 vertical con una ranura 4368 que sella contra la paleta deslizante. Unos conectores 4361 se insertan en la ranura 4366 vertical para sellar contra las superficies superior e inferior de la paleta 4308 deslizante. Las ranuras 4322 y 4332, mostradas en la figura 19, pueden estar completamente abiertas o pueden contener una mecha 4324 a lo largo del extremo abierto, similar a la representada en la figura 9. A través de un anillo 4326 deslizante puede suministrarse activamente agua 4327 a baja presión a las ranuras. Unos canales 4329 de distribución garantizan que se distribuya agua a las ranuras sellantes. Alternativamente, la fuente de agua puede proceder de la lluvia 4306 de agua utilizada para refrigerar el compresor. La lluvia de agua mojará las paredes interiores de la carcasa del compresor y se introducirá por capilaridad en las ranuras 4322 y 4332, siempre que se emplee la mecha 4324.
Los componentes del rotor, concretamente la paleta deslizante, tienen pasadores 4352, rodamientos 4354 lineales, muelles 4356, una escobilla 4358 de fieltro y cojinetes 4360 de rodillos, de estructura y funcionamiento similares a aquellos elementos 3352, 3354, 3356, 3358 y 3360 representados en las figuras 11a-c, así que se obvia una descripción adicional de los mismos.
Las figuras 21-22 muestran la carcasa 4301 del compresor. Un orificio 4310 de admisión está completamente abierto, pero un orificio 4312 de descarga está cubierto con las válvulas 4313 de control. El agua sobrante se acumula en el sumidero 4363 de agua, que se descarga a través de la válvula 4364 de control del sumidero. Una ranura 4319 sellante en la carcasa 4301 sella contra la pared 4340 lateral giratoria. La ranura puede estar completamente abierta o puede contener una mecha 4324 a lo largo del extremo abierto similar a la representada en la figura 9.
Las placas 4303 y 4305 extremas de carcasa se representan en las figuras 23-24. La placa 4303 extrema superior de carcasa y la placa 4305 extrema inferior de carcasa tienen un cojinete 4307 esférico superior y un cojinete 4309 esférico inferior. La placa 4305 extrema inferior también tiene unos agujeros 4311 de drenaje.
El compresor 4300 de paleta deslizante puede integrarse en el enfriador 3200 evaporativo por compresión de vapor en lugar del compresor 3300 representado en la figura 16. Salvo por la masa oscilante de la paleta deslizante, el compresor 4300 de paleta deslizante prácticamente no tendrá vibraciones. Adicionalmente, el compresor 4300 de paleta deslizante es más compacto que el compresor 3300.
Otra realización adicional de la invención comprende un compresor de paleta deslizante accionado, para el uso en un enfriador evaporativo por compresión de vapor, tal como el enfriador 3200. Este compresor se representa en las figuras 25-31. A semejanza de las realizaciones anteriores, este diseño de compresor minimiza la fricción y emplea agua como sellador y como refrigerante.
Las figuras 25a-f muestran un diagrama esquemático de un compresor 5300 accionado de paleta deslizante en varias etapas del ciclo. A medida que gira un rotor 5302, unos cojinetes 5360 de rodillos, que van montados en unas ranuras 5316, colocan una paleta 5308 deslizante cerca de la carcasa 5301.
Con referencia ahora a las figuras 25-31, el compresor 5300 accionado de paleta deslizante comprende el rotor 5302, que está dispuesto dentro y gira en una carcasa 5301 de compresor de una manera similar al rotor 4302 y a la carcasa 4301 de compresor, representados en las figuras 17-18.
Las figuras 25-29 representan detalles de los componentes del rotor del compresor 5300 accionado de paleta deslizante. El rotor 5302 se compone de una cubierta 5320 superior, una cubierta 5330 inferior y una pared 5340 lateral, que preferiblemente es cilíndrica. Las cubiertas del rotor tienen unas ranuras 5322 y 5332. Tal como se representa en la figura 28, la pared 5340 lateral tiene unas ranuras 5368 verticales y un espacio 5366 vertical, estructural y funcionalmente semejantes a las ranuras 4368 y al espacio 4366 de la realización anterior. Unos conectores 5361 están insertados en una ranura 5366 vertical para sellar contra las superficies superior e inferior de la paleta 5308 deslizante. A través de un anillo 5326 deslizante puede suministrarse agua 5327 a las ranuras. Unos canales 5329 de distribución garantizan que se distribuya agua a las ranuras sellantes. Tal como se muestra en la figura 27, una ranura 5321 en la cubierta 5320 superior y una ranura 5331 en la cubierta 5330 inferior permiten que unos cojinetes 5360 de rodillos en la paleta 5308 deslizante sobresalgan de la cubiertas 5320 y 5330 extremas. Las figuras 29a-c representan algunos de los componentes de la paleta 5308 deslizante, incluyendo unos pasadores 5352 situados en el interior, que van montados sobre unos rodamientos 5354 lineales. Tal como se representa en las figuras 29-31, los cojinetes 5360 de rodillos de la paleta 5308 deslizante van montados en unas ranuras 5316 situadas en unas placas 5303 y 5305 extremas de carcasa. Los muelles 5356 mostrados en la figura 29a pueden estar comprimidos para que los cojinetes 5360 de rodillos de la paleta 5308 deslizante corran en el borde exterior de las ranuras 5316. Las ranuras 5316 pueden tener una sección transversal circular o pueden no ser circulares y funcionar como una leva para regular cuidadosamente la posición de la paleta deslizante. Las placas 5303 y 5305 extremas de carcasa tienen unos cojinetes 5307 y 5309 esféricos, respectivamente, para soportar un eje 5370. La placa 5305 extrema inferior de carcasa tiene un orificio 5318 para drenar el agua sobrante. Una escobilla 5358 de metal sinterizado o, alternativamente, de fieltro se empapa de agua procedente de la lluvia de agua de refrigeración, de manera que sella contra la carcasa 5301.
La carcasa del compresor de la presente realización tiene una estructura similar a la carcasa 4301 representada en las figuras 21-22 de la realización anterior, de manera que se obvia una descripción adicional de la misma. Tal como en la realización anterior, el orificio de admisión está completamente abierto, pero el orificio de descarga está cubierto con válvulas de seguridad. El agua sobrante se acumulará en un sumidero de agua que se descarga a través de una válvula de control.
El compresor 5300 accionado de paleta deslizante puede integrarse en el enfriador 3200 evaporativo por compresión de vapor representado en la figura 16, en lugar del compresor 3300 o 4300 rotativo.
Para reducir el coste asociado a la compra de motores individuales para cada bomba, y para aumentar el rendimiento (un motor grande es más eficiente que múltiples motores pequeños), las bombas (y, si se emplean, las turbinas) pueden montarse en el mismo eje que mueve el compresor 5300. Las bombas no necesitan tener juntas herméticas porque el agua se escapará al evaporador sin consecuencias adversas importantes. Las juntas flojas reducirán la fricción e incrementarán el rendimiento de la bomba.
El compresor 5300 accionado de paleta deslizante presenta una ventaja sobre el compresor 4300 de paleta deslizante porque los cojinetes 5360 de rodillos para la paleta 5308 deslizante girarán de manera relativamente lenta. En comparación, el cojinete 4360 de rodillos debe rotar muy rápido, lo que puede requerir el uso de costosos cojinetes de rodillos de alta velocidad.
Otra realización adicional de la invención comprende un compresor de álabe accionado que puede emplearse en un enfriador evaporativo por compresión de vapor, tal como el enfriador 3200. Este compresor se representa en las figuras 32-42. A semejanza de las realizaciones anteriores, este compresor tiene una baja fricción y usa agua como sellador y como refrigerante.
Las figuras 32a-f muestran un diagrama esquemático de un compresor 6300 de álabe accionado en varias etapas del ciclo. A medida que un rotor 6302 gira, arrastra vapores desde el lado 6314 de baja presión durante la primera rotación y, a continuación, los comprime durante la segunda rotación. Para enfriar vapores durante la compresión, y para formar juntas herméticas, se pulveriza agua 6306 líquida al interior del compresor 6300 durante la compresión. Un álabe 6308 accionado casi hace contacto con el interior de una carcasa 6301 de compresor y separa el lado 6314 de baja presión y el lado 6315 de alta presión del compresor.
La figura 33 es un diagrama esquemático en tres dimensiones del compresor 6300 de álabe accionado. Los vapores de baja presión entran en un agujero u orificio 6310 de admisión en el lado de la carcasa 6301. No se requiere ninguna válvula de control de admisión. Los vapores de alta presión salen por un orificio 6312 de escape o descarga. En la salida se proporcionan unas válvulas 6313 de control de escape (figura 40).
La figura 34 es una vista lateral del rotor 6302. Tal como se representa en la figura 34, el rotor 6302 se compone de una cubierta 6320 superior, una cubierta 6330 inferior y una pared 6340 lateral, que preferiblemente es cilíndrica. Unas ranuras 6321 y 6331 permiten que los cojinetes 6360 de rodillos sobresalgan de las cubiertas 6320 y 6330 extremas. Una ranura 6322 sellante superior y una ranura 6332 sellante inferior, situadas en las cubiertas superior e inferior, están llenas de agua líquida para crear una junta hermética giratoria contra unas placas 6303 y 6305 extremas de carcasa (figuras 41 y 42). Las ranuras pueden estar completamente abiertas o pueden contener una mecha a lo largo del extremo abierto, tal como se describe en realizaciones anteriores. A través de un anillo 6326 deslizante puede suministrarse agua 6327 a baja presión a las ranuras. Unos canales 6329 de distribución garantizan que se distribuya agua en unas ranuras sellantes. Alternativamente, la fuente de agua puede proceder de la lluvia de agua utilizada para refrigerar el compresor. La lluvia de agua mojará las paredes interiores de la carcasa del compresor y se introducirá por capilaridad en las ranuras 6322 y 6332, siempre que se emplee la mecha 6324.
Las figuras 35-38 muestran detalles adicionales de los componentes del rotor. Con referencia a las figuras 35-38, el álabe 6308 accionado tiene unos pasadores 6352 que se ajustan en unos agujeros 6354 y 6356 de charnela en la cubierta 6320 extrema superior y en la cubierta 6330 extrema inferior. La fuerza centrífuga fuerza hacia fuera el álabe 6308. Tal como se representa en las figuras 37-38 y 41-42, unos cojinetes 6360 de rodillos van montados en una pista 6362 superior de guía de la placa 6303 extrema superior y en una pista 6364 inferior de guía en la placa 6305 extrema inferior de la carcasa 6301 de compresor, que evitan que el álabe toque la carcasa 6301 de compresor, manteniendo así un pequeño espacio de unas pocas milésimas de pulgada. La superficie 6304 exterior del álabe 6308 puede estar cubierta de tejido o fieltro de manera que se absorba agua por capilaridad entre el álabe y la carcasa del compresor, formando así una junta hermética. Unas guías 6359 se ajustan a través de un agujero 6358 de guía, de manera que el álabe 6308 se acciona cuando los cojinetes 6360 de rodillos, montados sobre el eje 6366, corran en las pistas 6362 y 6364 de guía. El rotor 6302 casi hace contacto con la carcasa 6301 en una ranura 6365 sellante, que puede estar abierta o puede tener una mecha tal como la representada en la figura 9. Tal como puede apreciarse de lo anterior, la presente realización tiene una fricción mínima entre los componentes del compresor - el rotor, el álabe y la carcasa.
Las figuras 39-42 muestran la carcasa 6301 de compresor. El orificio 6310 de admisión se encuentra completamente abierto, pero el orificio 6312 de descarga está cubierto por las válvulas 6313 de control. El agua sobrante se acumulará en el sumidero 6363 de agua, que se descarga a través de una válvula 6364 de control. Las placas 6303 y 6305 extremas de carcasa se muestran en las figuras 41-42. La placa 6303 extrema superior tiene un cojinete 6307 esférico superior y una pista 6362 de guía. La placa 6305 extrema inferior tiene un cojinete 6309 esférico inferior y una pista 6364 de guía.
Dado que la presión final de compresión no es lo suficientemente elevada como para abrir las válvulas de control, éstas preferiblemente se abren de manera activa con un solenoide o pistones hidráulicos. La sincronización de apertura/cierre puede basarse en medidas de la temperatura del evaporador y del condensador. Puede emplearse una tabla de "consulta" en un chip de ordenador para abrir las válvulas en el ángulo óptimo de rotación. El ángulo óptimo de rotación puede determinarse experimentalmente variando el ángulo de apertura y midiendo aquéllos que dan el máximo coeficiente de rendimiento con una variedad de temperaturas de evaporador/condensador.
Tal como sucede con los compresores 3300, 4300 y 5300 anteriormente descritos, el compresor 6300 de álabe accionado puede integrarse en el enfriador 3200 evaporativo por compresión de vapor descrito en la figura 16.
La presente realización presenta varias ventajas con respecto a otros compresores. Salvo por la masa oscilante del álabe, el compresor 6300 prácticamente no tendrá vibraciones. En comparación, un compresor alternativo tendrá mucha vibración. Adicionalmente, un compresor alternativo requiere una válvula de control de admisión, la cual aumenta el gasto y reduce el rendimiento debido a las pérdidas de caudal a través de la válvula. El compresor 6300 de álabe accionado es también más compacto que el compresor 3300 rotativo.
Además, un compresor dinámico (centrífugo o axial) debe funcionar a velocidades muy elevadas, requiriendo bien motores costosos de alta velocidad, bien cajas de engranajes. El compresor 6300 accionado de álabe puede funcionar empleando motores convencionales. Asimismo, los compresores centrífugos y axiales de alta velocidad pueden no tolerar las gotitas de líquido necesarias para refrigerar el compresor. Un compresor centrífugo o axial también puede ser más caro porque puede tener muchos componentes de precisión y debe estar bien equilibrado.
Otra realización de la invención está dirigida a un compresor sencillo de vapor de agua, rentable, sin válvulas, con una relación variable de compresión, que pueda emplearse en sistemas de evaporativos de refrigeración por compresión de vapor, tal como el enfriador 3200. Este compresor de baja fricción, representado en las figuras 43-46, utiliza múltiples paletas oscilantes.
Tal como se representa en las figuras 43-46, un compresor 7300 de álabe accionado comprende una paleta 7308 oscilante, una varilla 7370 conectora rígida para el control del ángulo de la paleta, una configuración de múltiples paletas que elimina la necesidad de una válvula de descarga, y una abertura 7312 de orificio regulable de descarga para la variación de la relación de compresión.
En esta realización, se accionan múltiples paletas 7308 de una manera radial desde un tambor 7302 interior, de manera que las puntas 7372 de paleta sellan contra un tambor 7301 exterior, formando al rotar una cavidad de volumen decreciente. El lado de alta presión de la paleta puede ser curvo, con un arco del mismo radio que el tambor exterior, para garantizar una descarga completa al minimizar el volumen muerto. Un medio de accionamiento elimina las pérdidas por fricción sufridos por el contacto entre las puntas 7372 de paleta y el tambor 7301 exterior.
Las figuras 43a-j muestran la progresión de una cavidad escogida arbitrariamente a través de las etapas de compresión y de descarga. Obsérvese que las paletas 7308 no llegan a tocar el tambor 7301 exterior. Por claridad, los medios para lograr esta situación no se muestran en esta figura. La compresión tiene lugar al colapsar el volumen 7374 encapsulado (zona rayada en las figuras 43a-j) entre dos paletas 7308 sucesivas, empezando inmediatamente después de que la paleta posterior pase por el último orificio 7310 de admisión. La compresión finaliza y la descarga comienza cuando la primera paleta pasa por la abertura del orificio 7312 de descarga, permitiendo que se expulse el vapor comprimido mediante el colapso continuado del volumen sin que haya una compresión adicional. Aunque sólo se ha descrito una cavidad, todas las cavidades realizan la misma función; por tanto, se producen cuatro de los procesos descritos anteriormente por revolución. Se consigue una relación variable de compresión al ajustar circunferencialmente la ubicación del primer borde del orificio 7312 de descarga en el tambor 7301 exterior (lo que determina el tiempo de apertura del orificio y, por tanto, la relación de compresión). Tal como se ha indicado, en esta realización los orificios pueden no tener válvulas.
La figura 44 muestra la configuración de la varilla 7370 conectora de paleta. A medida que el tambor 7302 interior gira alrededor de su eje 7378, puede mantenerse un hueco o espacio 7380 muy pequeño entre la punta 7372 de paleta y el tambor 7301 exterior al hacer rotar la varilla 7370 conectora de paleta alrededor del eje 7382 de tambor exterior.
La figura 45 muestra el método por el cual pueden proporcionarse dos ejes de rotación. El acoplador 7384 de par motor está impulsado por una fuente de alimentación (tal como un motor eléctrico) y transmite el par motor al tambor 7302 interior. También proporciona unas restricciones de traslación adecuadas al eje 7386 excéntrico, que es coaxial con el tambor 7301 exterior. Todos los grados de libertad en el eje 7386 excéntrico están restringidos mediante un apoyo del eje y una restricción de la rotación apropiados en la base 7388. Un extremo de la varilla 7370 conectora de paleta está fijo a la parte del eje 7386 excéntrico que es coaxial con el tambor 7301 exterior.
El centro del tambor 7302 interior no forma parte del volumen encapsulado de compresión, así que la penetración de las varillas 7370 conectoras de paleta a través de la pared del tambor 7302 interior no debería permitir la circulación del vapor de agua comprimido. Tal como se muestra en la figura 46, un refuerzo 7390 proporciona una barrera. Este refuerzo 7390 está montado en el interior de la paleta 7308 oscilante y entra y sale de la pared 7392 del tambor interior, tal como dicta el ángulo entre la paleta 7308 y el tambor 7302 interior.
El accionamiento de la paleta 7308 oscilante es simple y puede lograrse sin pérdidas por fricción en seco provocadas por el contacto entre la paleta 7308 y el tambor 7301 exterior. Los compresores convencionales de paletas deslizantes son muy pequeños, haciendo que estas pérdidas sean aceptables. La aplicación de la compresión de vapor para un sistema de climatización requiere caudales muy grandes y, por tanto, un compresor con unas dimensiones grandes, haciendo que el contacto dinámico entre las paletas y el tambor exterior sea inaceptablemente ineficiente. En el compresor de paletas oscilantes, puede mantenerse un espacio 7380 muy estrecho entre las puntas de paleta y el tambor exterior mediante una simple varilla conectora, tal como se ha descrito anteriormente, eliminando así las pérdidas de fricción por contacto. Además, no se requiere válvula de control alguna, lo que simplifica de manera importante el diseño.
Otra realización más de la presente invención está dirigida a sistemas de refrigeración que tienen dos cámaras concéntricas. La cámara exterior contiene un contactor de aire ambiente. La cámara interior está subdividida en una cámara de compresión y una de condensación, con el compresor entre las mismas. En una realización, la cámara de condensación está dispuesta en la parte superior y la cámara de evaporación está en la parte inferior. La presente invención también está dirigida a compresores volumétricos de baja fricción de utilidad en tales enfriadores. Estos incluyen los compresores de espiral y los compresores rotativos, tales como los compresores gerotor. Un compresor de espiral de este tipo se representa en las figuras 47-48. Esta realización está incorporada en un enfriador que puede procesar el caudal volumétrico de muy grande y, además, se proporcionan unos medios novedosos para extraer productos no condensables del sistema. Adicionalmente, el compresor de espiral de la realización descrita en el presente documento no requiere ninguna válvula, lo que simplifica el diseño de manera importante.
En las figuras 47-48 se representa un compresor 8000 de espiral. Las figuras 47a-p muestran una secuencia de imágenes que indica cambios en el volumen de gas a medida que una espiral 8004 móvil gira alrededor de una espiral 8003 estacionaria. Durante las primeras etapas, se admite gas a una presión reducida. Una vez que se cierra herméticamente, se reduce el volumen y se incrementa la presión. El gas de alta presión se introduce en la espiral 8003 estacionaria a través de un agujero 8011.
La figura 48 representa un corte transversal esquemático del compresor 8000 de espiral integrado en un enfriador 8800 evaporativo por compresión de vapor. El enfriador 8800 emplea el compresor 8000 de espiral para presurizar vapor de agua. Un motor 8001 eléctrico impulsa el compresor 8000 de espiral mediante un acoplamiento 8002 flexible. El compresor 8000 de espiral tiene dos etapas conectadas en serie: una primera etapa 8000a y una segunda etapa 8000b. Tal como se representa en la figura 48, la espiral 8003 estacionaria del compresor 8000b de la segunda etapa tiene un eje 8007 motor situado en el eje central con un cigüeñal 8009, que mueve la espiral 8004 móvil en un movimiento orbital. Unos refuerzos 8010 confieren rigidez a la espiral 8003 estacionaria. Existe un ajuste suelto entre el cigüeñal 8009 y la espiral 8004 móvil. La colocación precisa de la espiral 8004 móvil en relación con la espiral 8003 estacionaria se obtiene mediante unos rotores 8008. Aunque la figura 48 muestra dos rotores 8008 por espiral, preferiblemente se emplearían tres. Los tres rotores 8008 restringen la espiral 8004 móvil a un movimiento orbital. Los rotores pueden contrapesarse de tal manera que no exista vibración alguna en las espirales giratorias.
Con referencia de nuevo a la figura 48, el compresor 8000a de la primera etapa tiene una espiral 8005 estacionaria y una espiral 8006 móvil que orbitan de una manera parecida a las espirales 8003 y 8004. El compresor 8000a de la primera etapa crea un vacío sobre el agua 8015 en un evaporador 8041 de la primera etapa, ocasionando que se evapore y enfríe. Los vapores comprimidos que salen de la primera etapa se atenúan en un relleno 8020, que tiene agua goteando por encima de él. Los vapores que entran en el compresor 8000b de la segunda etapa, procedentes del evaporador 8038 de la segunda etapa, se comprimen y entran en una cámara 8025 de condensación, donde se condensan sobre el relleno 8030.
Empleando una bomba 8031, el agua 8015 enfriada se bombea a un relleno 8035 que se encuentra en contacto a contracorriente con aire de la casa, enfriando así el aire. El agua 8036 calentada se aspira a través de un filtro 8039 al interior del evaporador 8038 de la segunda etapa, donde parte se expande súbitamente, enfriando así el agua. El caudal está regulado por una válvula 8037 de flotador. Una válvula 8040 de flotador regula la adición de agua al interior del evaporador 8041 de la primera etapa, donde parte del agua adicional se expande súbitamente, enfriando así el agua adicionalmente. Esta agua 8015 enfriada es retirada por la bomba 8031 retira y entra en contacto con el aire de la casa, completando así el ciclo.
Agua 8045 procedente del condensador 8025 es retirada por una bomba 8032 y dirigida para gotear sobre un relleno 8050 de una torre de refrigeración, que tiene aire ambiente circulando a contracorriente, impulsado por un ventilador 8054. Tal como se representa en la figura 48, el ventilador está impulsado preferiblemente por un acoplamiento 8055 magnético. Alternativamente, puede estar impulsado por un motor eléctrico independiente. A medida que el agua circula por el relleno 8050, se enfría, aproximándose a la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente. El agua 8051 enfriada es aspirada a través del filtro 8052 y se introduce en el condensador 8025. El caudal de agua está regulado por una válvula 8053 de flotador, que dirige el agua entrante para gotear sobre un relleno 8030.
Debido a que tanto el agua 8015 enfriada como el agua 8045 del condensador entran en contacto directamente con el aire, se liberarán gases disueltos en el vacío de los evaporadores 8038 y 8041 y en el condensador 8025. Los gases no condensables se acumularán en el condensador 8025; por tanto, se necesita una bomba de vacío o un aspirador. Por consiguiente, se proporciona una bomba 8060 de vacío novedosa. Concretamente, tal como se representa en la figura 48, la bomba 8060 de vacío novedosa está accionada por un engranaje 8065 situado en el eje 8007 motor principal. Dos engranajes 8066 y 8067 reductores frenan sustancialmente la velocidad de rotación. Dos superficies 8073a y 8073b de leva están situadas sobre el engranaje 8067 más lento. Un rodillo 8070 va montado en la leva 8073b y mueve un pistón 8071. Un rodillo 8072 va montado en la leva 8073a y mueve una válvula 8075 de admisión. Se introduce agua 8051 en el cilindro 8062 de la bomba 8060 de vacío a través de un pulverizador 8077. A medida que el pistón 8071 se mueve hacia arriba, comprime los vapores atrapados ocasionando que el vapor de agua se condense. El gas no condensable comprimido y el agua sobrante pulverizada en la bomba de vacío salen a través del respiradero 8080. Para garantizar un mejor contacto del vapor de agua con el agua líquida, puede colocarse un relleno 8078 en el espacio de altura de elevación de la bomba 8060 de vacío. La bomba 8060 funciona llena de líquido que refrigera el compresor y permite que se condense vapor de agua. Asimismo, el agua sella herméticamente y lubrica el pistón. Además, el agua puede llenar el volumen muerto, permitiendo que esta bomba tenga una relación de compresión excepcional de aproximadamente 400:1. Aunque esta realización representa una forma de bomba de vacío, es evidente para un experto en la técnica que se podría reemplazar las bombas de vacío representadas en otras realizaciones descritas en el presente documento, incluyendo, pero sin limitarse a, las bombas 10060 (figuras 69-70), 12060 (figuras 80a-b), 12402 (figura 81) y 12403 (figura 82).
Dado que el agua se evapora en los evaporadores 8041 y 8038 y en el relleno 8050 de torre de refrigeración, se añade agua 8012 y 8013 de grifo de reposición al contactor (8012) de aire ambiente y al contactor (8013) de aire de habitación. Para purgar las sales que se acumularían en el sistema, se proporcionan unos vertederos 8085 y 8086 de desagüe.
El uso de compresores multietapa tales como el representado en la figura 48, proporciona los siguientes beneficios:
\bullet la compresión multietapa es más eficiente en energía que la compresión monoetapa;
\bullet una etapa individual de compresión es más pequeña que si la totalidad de la compresión se realizase en un único compresor; y
\bullet el rendimiento energético no se ve tan reducido por desequilibrios entre la relación fija de compresión del compresor de espiral y la relación de compresión requerida por las temperaturas de evaporación y de condensación, que varía con la temperatura ambiente. Al emplear dos etapas, una descarga de vapor mal calculada resulta en menos trabajo adicional en comparación con un compresor monoetapa.
Una ventaja de esta realización es que no tiene válvulas. Debido a que las presiones son tan bajas, no es posible utilizar válvulas de control convencionales que sean abiertas por una ligera sobrepresión. En su lugar, se requerirían válvulas accionadas, lo que supone mecanismos adicionales y un problema de control. El compresor de espiral elimina las complejidades asociadas con las válvulas de compresor. La división en múltiples etapas reduce las penalizaciones asociadas a los desequilibrios de relación de compresión.
Otra realización adicional de un compresor de espiral se representa en la figura 49, que muestra un compresor 8400 de espiral de dos etapas incorporado en un enfriador 8801 en el que los dos compresores están impulsados por el mismo cigüeñal 8409. La ventaja de esta disposición es que se requieren menos cojinetes.
Los números de referencia en la figura 49 corresponden a elementos similares de componentes descritos anteriormente en la figura 48, así que se obvia una descripción adicional. En la figura 49, la mayoría de los componentes son análogos a aquéllos en la figura 48; sin embargo, están dispuestos de una manera ligeramente diferente. El evaporador 8441 de la primera etapa es concéntrico con el evaporador 8438 de la segunda etapa. Unos conductos 8100 salen radialmente del evaporador 8438 de la segunda etapa y se conectan al conducto 8110, que dirige los vapores de baja presión a la entrada del compresor de la segunda etapa. Una junta 8105 deslizante separa las entradas de los dos compresores.
Las figuras 50-51 muestran un medio alternativo para mover la espiral 8004 móvil en un movimiento giratorio. La espiral 8003 estacionaria tiene un engranaje 8200 unido. (Con fines ilustrativos, las acanaladuras de todas las espirales se han eliminado para enseñar el mecanismo interno. Asimismo, los dientes de los engranajes se han eliminado para simplificar el dibujo.) Un brazo 8205 giratorio tiene un engranaje 8210 intermedio que mueve un engranaje 8220 que está unido a la espiral 8004 móvil.
La figura 52 muestra otra realización más; un compresor 8500 de espiral adosado, monoetapa, incorporado en el enfriador 8802. La ventaja de este compresor es que el diámetro de espiral puede ser menor para conseguir la misma circulación. Debido a la diferencia de presión, las espirales estacionarias deben soportar una carga. Para hacerlas rígidas se requiere un refuerzo. Diámetros más pequeños requieren menos refuerzo porque la carga es menor y porque la envergadura es menor. Otra ventaja de las espirales adosadas es que las acanaladuras de cada espiral pueden girarse 180º entre sí de manera que el par motor es más uniforme en toda la rotación.
Los números de referencia en la figura 52 corresponden a componentes descritos con anterioridad, de manera que se obvia una descripción adicional. Una primera espiral 8301 estacionaria y una segunda espiral 8303 estacionarias están unidas por un separador 8300, que proporciona un alineamiento axial, radial y angular. Una espiral 8305 móvil tiene unos agujeros 8306 para que puedan escapar los vapores comprimidos en la cámara inferior. Por simplicidad, la figura 52 muestra tan sólo una única etapa; no obstante, pueden emplearse asimismo múltiples etapas.
Para reducir la fricción, todos los compresores 8000a y 8000b (figura 48), 8400 (figura 49) y 8500 (figura 52) de espiral presentan un espacio de unas milésimas de pulgada entre las caras solapadas de las acanaladuras. Por ejemplo, tal como se representa en la figura 52, unos espacios 8550 separan las acanaladuras. Si se desease, podría pulverizarse una fina lluvia de agua líquida en la entrada del compresor para mojar las superficies y proporcionar tanto hermeticidad como refrigeración.
Unas realizaciones adicionales están dirigidas a compresores 9300, 9400 y 9500 gerotor de baja fricción, tal como se representan en las figuras 53-67, de utilidad en enfriadores evaporativos por compresión de vapor así como en otras aplicaciones. A diferencia de los compresores gerotor convencionales, en los que un gerotor impulsa directamente el otro mediante los dientes de gerotor, estos compresores gerotor de baja fricción tienen espacios entre los gerotores e incorporan un medio novedoso para soportar y accionar los gerotores. Estos compresores pueden incorporarse en sistemas, tales como el enfriador 8800 representado en la figura 48, o en otras realizaciones tales como un enfriador 10000 representado en la figura 71. Estos compresores gerotor no requieren válvulas, lo que simplifica enormemente su diseño. Adicionalmente, todos los movimientos son puramente rotatorios, lo que es más fácil de lograr que el movimiento orbital requerido en los compresores de espiral. Además, el movimiento relativo de los gerotores es muy lento, minimizándose así cualquier fricción en el interior mojado de los componentes. A diferencia de los compresores de espiral, la relación de compresión del compresor gerotor durante el funcionamiento puede equipararse a las necesidades cambiantes de compresión del sistema de climatización, eliminando así las pérdidas de energía asociadas con la compresión por debajo de lo normal o con la compresión por encima de lo normal de los gases de alta presión.
Una realización de un compresor gerotor con un medio de accionamiento se representa en las figuras 53-57. Las figuras 53a-j representan una secuencia de imágenes a medida que los componentes del compresor 9300 gerotor giran alrededor de sus ejes respectivos. El gerotor 9302 interior tiene un diente menos que el gerotor 9308 exterior, haciendo que aparezca un volumen vacío entre los dos gerotores. El volumen más a la derecha se expande arrastrando vapores de baja presión al interior del gerotor, y el volumen más a la izquierda se contrae, expulsando así los vapores de alta presión. Una placa 9303 extrema, superior, de admisión y una placa 9305 extrema, inferior, de escape de la carcasa 9301 de gerotor tienen, respectivamente, un orificio 9312 de admisión y un orificio 9310 de escape que permiten que los vapores de baja presión entren por la parte superior y que los vapores de alta presión salgan por la parte inferior.
La figura 56 muestra una sección transversal esquemática del compresor 9300 gerotor. Dado que el compresor gerotor debe ser de gran tamaño para comprimir los grandes volúmenes de vapor de agua, las pérdidas y el desgaste por fricción, resultantes del contacto entre dientes de gerotor, no serán aceptables; por tanto, es necesario accionar los gerotores. La presente realización emplea un medio novedoso para accionar y soportar los gerotores. Concretamente, tal como se muestra en la figura 56, una caja 9350 de engranajes que tiene la relación de engranajes apropiada (es decir, en las figuras 53-57 se emplea una relación de engranajes de 5:4) proporciona el accionamiento. La caja 9350 de engranajes está suspendida entre dos ejes, un eje 9351 de entrada y un eje 9352 de salida. Debido a que los dos ejes no tienen un centro común, el alojamiento de la caja 9350 de engranajes no girará cuando lo hagan los ejes. El eje 9351 de entrada y el eje 9352 de salida de la caja 9350 de engranajes giran en el mismo sentido puesto que hay un número impar de engranajes rectos; un engranaje 9353 loco conecta el engranaje 9354 de entrada y el engranaje 9355 de salida.
Tal como se representa en la figura 57, la placa 9320 que acopla el eje 9351 superior al gerotor 9308 exterior tiene preferiblemente cinco puntas 9321 que están rebajadas en el gerotor 9308 exterior. Debido a que las puntas 9321 están rebajadas, esto permite que ambos gerotores estén a nivel con la placa 9303 superior de la carcasa 9301, lo que elimina el volumen muerto potencial asociado con el orificio 9412 de admisión.
Tal como se representa en la figura 56, el orificio 9310 de escape de la carcasa puede tener una abertura fija, fijando así la relación de compresión del compresor gerotor. Alternativamente, el orificio 9310 de escape puede tener un mecanismo de orificio variable. En una realización preferida, el orificio de descarga tiene uno de los mecanismos de orificio variable, representados en las figuras 58-60, que muestran tres mecanismos de orificio variable posibles y novedosos.
La figura 58 representa un mecanismo 9359 de orificio variable que tiene unas placas 9360 guiadas por unos pasadores 9631. Unos muelles 9632 empujan las placas 9360 a la posición de cierre (hacia abajo). Cuando un actuador 9363 se desliza hacia la derecha, una rampa 9364 empuja unas guías 9365 para levantar las placas 9360 una a una, proporcionando así al orificio 9312 de escape una abertura variable. Alternativamente, en vez de emplear el actuador 9363 para abrir las placas 9360, un solenoide o un actuador neumático podrían abrir individualmente cada placa
9360.
La figura 59 muestra un mecanismo 9369 de orificio variable que emplea una pluralidad de placas 9370 rígidas que tienen unas anillas 9371 de guía unidas a la parte superior. Cada anilla 9371 de guía tiene un pasador 9372 central y dos enlaces 9373 y 9774. Esta disposición permite que las placas 9370 rígidas se conecten juntas de una manera similar a una cadena de bicicleta. A medida que una corredera 9375 se mueve hacia la izquierda, cierra el orificio 9312 de escape, y cuando se mueve a la derecha, abre el orificio 9312 de escape. Un muelle 9376 estira las placas 9370 vinculadas apretadamente contra la corredera 9375.
La figura 60 muestra un mecanismo 9379 de orificio variable que emplea una almohadilla 9380 de elastómero que tiene una pluralidad de hendiduras 9381 que dividen la almohadilla en placas 9382. A medida que una corredera 9385 se mueve hacia la izquierda, cierra el orificio 9312 de escape, y cuando se mueve a la derecha, abre el orificio 9312 de escape. Un muelle 9386 estira la almohadilla 9380 apretadamente contra la corredera 9385. Un rodillo 9383 reduce la fricción de la almohadilla 9380 contra la corredera 9385. Estos mecanismos (9359, 9369 y 9379) pueden estar al nivel de la placa 9305 extrema. Asimismo, cuando se incorporan en las realizaciones descritas posteriormente, tales como el compresor 10300 representado en la figura 68, que tiene unos engranajes 10360 y 10361 rectos de accionamiento, pueden añadirse unas ranuras a las placas 9360, 9370 y 9382 para acomodar los engranajes de accionamiento.
Alternativamente, el orificio 9310 de escape puede tener un mecanismo de orificio variable, tal como un mecanismo 9313 deslizante representado en las figuras 61-62, que cambia la posición del borde anterior del orificio de descarga, permitiendo así el control de la relación de compresión. El mecanismo 9313 deslizante tiene una cubierta 9314 deslizante, una placa 9315 metálica delgada y un orificio 9316 variable. El mecanismo deslizante puede actuarse mediante un servomotor 9317.
En otras realizaciones adicionales, el mecanismo de orificio variable puede estar controlado por los otros mecanismos descritos en el presente documento.
El compresor 9300 gerotor puede incorporarse en muchos tipos de enfriadores, tales como el enfriador 8800 representado en la figura 48, en lugar del compresor 8000 de espiral. Adicionalmente, este compresor gerotor novedoso podría emplearse en una serie de aplicaciones, tales como un compresor de aire, un compresor de gases industriales, un compresor para un motor (por ejemplo, de ciclo Brayton), o podría hacerse funcionar a la inversa en una bomba de inflado o en un motor de aire comprimido.
Una ventaja esencial del compresor 9300 gerotor es que no tiene válvulas. Dado que las presiones son tan bajas, no es posible emplear válvulas de control tradicionales que se abran con una ligera sobrepresión. En su lugar, se requerirían válvulas accionadas, lo que implica mecanismos adicionales para abrir y cerrar instantáneamente la válvula en el momento oportuno del ciclo del compresor, lo que supone un problema de control formidable. El compresor 9300 gerotor elimina las complejidades asociadas con las válvulas de compresor accionadas instantáneamente. Los mecanismos de orificio variable mostrados en las figuras 58-60 o el mecanismo deslizante, o válvula 9313, mostrado en las figuras 61 y 62, pueden regularse para cambiar la relación de compresión del compresor gerotor, pero esta válvula no requiere un accionamiento instantáneo; al contrario, puede moverse lentamente (durante unos pocos segundos) hasta la ubicación deseada. La posición de esta válvula puede controlarse mediante termopares que determinan las temperaturas del evaporador y del condensador. Esta información de temperatura se introduce en un ordenador que determina la relación de compresión requerida, y acciona eléctricamente la válvula deslizante empleando un servomotor 9317, un motor de velocidad gradual u otros medios conocidos en la técnica.
Las figuras 63-64 representan un compresor 9400 gerotor, que es una realización alternativa de un compresor gerotor accionado de baja fricción. En esta realización, la rotación relativa de los dos gerotor es está producida por dos engranajes rectos en vez de por el contacto entre los dientes de los gerotores. El engranaje 9460 más pequeño tiene dientes en el diámetro exterior y el engranaje 9461 recto más grande tiene dientes en el diámetro interior. La relación de engranajes de estos dos engranajes rectos es la misma que la relación del número de dientes en el compresor gerotor (en este caso, 5:4). El conjunto de engranajes puede situarse en la parte superior del compresor gerotor, tal como se representa en la figura 63, o en la parte inferior. Además de ser de utilidad en los sistemas de refrigeración descritos en el presente documento, el compresor 9400 gerotor novedoso también puede utilizarse en otras aplicaciones, tales como un compresor de aire, un compresor de gases industriales, un compresor para un motor (por ejemplo, de ciclo Brayton), o que funcione a la inversa como una bomba de inflado o un motor de aire comprimido.
Tal como se representa en la figura 63, el eje 9462 superior gira y mueve el buje 9463 conectado al gerotor 9408 exterior. A medida que gira el gerotor exterior, el engranaje 9461 más grande mueve el engranaje 9460 más pequeño, haciendo que gire el gerotor 9402 interior. El gerotor interior gira alrededor de un eje 9464 central no giratorio, fijo. El eje central tiene un cigüeñal 9465 que establece la excentricidad requerida de los ejes de rotación para los dos gerotores. Si se desease, puede unirse a la parte inferior del gerotor interior un conjunto 9466 de engranajes que permite que se tome energía para equipos auxiliares, tales como las bombas.
La placa 9467 estacionaria, superior, de descarga, con el orificio 9468 de descarga, está situada directamente contra los dos gerotores. Los vapores descargados de alta presión también deben pasar a través de unas perforaciones 9469 en la parte superior del gerotor exterior y de unas perforaciones 9412 en la placa 9403 superior de la carcasa. En la parte inferior de la carcasa 9401 se encuentra un orificio 9410 de admisión.
Las figuras 65-67 representan otra realización más de baja fricción, un compresor 9500 gerotor, en el que el gerotor 9508 exterior está impulsado por el eje 9562 superior. El gerotor 9502 interior tiene unos rodillos 9561 en las esquinas 9563 que se extienden un poco más allá de las paredes 9504 del gerotor interior; por tanto, los rodillos 9561 hacen contacto con el gerotor 9508 exterior, pero no lo hacen las paredes 9504 del gerotor 9502 interior. El espacio entre las paredes de los gerotores interior y exterior está determinado por la distancia en que los rodillos 9561 se extienden más allá de la pared del gerotor interior (quizás, 0,005 pulgadas). El gerotor 9508 exterior mueve el gerotor 9502 interior a través de los contactos de los rodillos. El gerotor 9502 interior está montado en un eje 9564 giratorio que se extiende fuera de la carcasa, permitiendo que equipos auxiliares (por ejemplo, las bombas) se impulsen desde el eje giratorio. Debido a que la velocidad relativa de los gerotores interior y exterior es relativamente pequeña (por ejemplo, 300 rpm), la velocidad de rotación de rodillo no es excesiva (por ejemplo, 2.000-3.000 rpm).
Tal como se ha indicado, la presente invención está dirigida a sistemas de refrigeración que tienen dos cámaras concéntricas. El contactor de aire ambiente está dividido en dos cámaras que contienen el condensador y el evaporador, con el compresor entre los dos. En una realización preferida de este enfriador, el condensador está en la parte inferior y el evaporador está en la parte superior. Preferiblemente, esta realización utiliza un compresor 10300 gerotor de baja fricción y una bomba 10060 de vacío incorporados en un enfriador 10000 evaporativo por compresión de vapor, tal como se representa en las figuras 68-71. En comparación con los enfriadores anteriormente descritos, el enfriador descrito en esta realización permite que la lluvia de agua se drene del compresor al situar el evaporador sobre el condensador. Se pulveriza agua en la entrada del compresor para eliminar el sobrecalentamiento durante la compresión y para proporcionar un sellado hermético.
Adicionalmente, la bomba 10060 de vacío descrita en el presente documento puede funcionar a una frecuencia más elevada porque el agua líquida no está oscilando. La mayor frecuencia permite un tamaño más compacto y también reduce las fuerzas en el tren motor de engranajes.
La figura 68 representa el compresor 10300 gerotor y la figura 71 muestra un corte transversal esquemático del compresor 10300 gerotor incorporado en el enfriador 10000. Dado que el compresor gerotor debe ser de gran tamaño para comprimir grandes volúmenes de vapor de agua, las pérdidas y el desgaste por fricción que resultan del contacto entre dientes de gerotor serán inaceptables; por tanto, es necesario accionar los gerotores. El compresor 10300 gerotor se acciona de una manera novedosa, similar a la realización representada en las figuras 63-64, empleando un engranaje 10361 grande con dientes interiores y con un engranaje 10360 pequeño con dientes exteriores, salvo que los engranajes están situados en la parte inferior del compresor.
Como el compresor gerotor representado en las figuras 56-57, la placa 10320 que acopla el eje 10351 superior al gerotor 10308 exterior tiene cinco dientes 10321 que están rebajados en el gerotor 10308 exterior. Debido a que los dientes 10321 están rebajados, esto permite que el gerotor 10302 interior esté enrasado con la placa 10320 y que el gerotor 10308 exterior esté enrasado con una carcasa 10301, lo que elimina el volumen muerto potencial. Unos cojinetes 10370 de bolas permiten rotar a unos ejes 10351 y 10375 dentro de la carcasa 10301.
El orificio 10310 de descarga situado en la parte inferior de la carcasa puede tener una abertura fija, fijando así la relación de compresión del compresor gerotor. Alternativamente, el orificio 10310 de descarga puede tener un mecanismo de orificio variable que cambia la posición del borde anterior del orificio de descarga, permitiendo así el control de la relación de compresión. El mecanismo de orificio variable puede adoptar cualquiera de las formas descritas en el presente documento, tales como las descritas en las figuras 58-62, o el orificio puede controlarse empleando cualquier otro medio conocido por un experto en la técnica. En la figura 68, se muestra un servomotor 9317 para indicar el posible uso de los mecanismos de orificio variable descritos anteriormente. Aunque el compresor 10300 gerotor se ha descrito en conexión con los sistemas de refrigeración descritos en el presente documento, puede emplearse en otras aplicaciones tales como un compresor de aire, un compresor de gases industriales, un compresor para un motor (por ejemplo, de ciclo Brayton), o puede hacerse funcionar a la inversa como una bomba de inflado o un motor de aire comprimido.
Las figuras 69-70 representan una bomba 10060 de vacío que extrae productos no condensables del condensador. El pistón 10610 está impulsado por un cigüeñal 10601. El pistón 10610 presenta numerosas perforaciones en la parte superior que permiten que circule vapor al interior del cilindro 10615. Una solapa 10612 flexible está situada en la parte inferior del pistón 10610, la cual se abre cuando el pistón 10610 se mueve hacia arriba y se cierra cuando el pistón 10610 se mueve hacia abajo. La apertura y el cierre de la solapa 10612 están impulsados tanto por la inercia como por las diferencias de presión en la solapa 10612. Durante todo el funcionamiento de la bomba de vacío, se pulveriza agua 10602 en la cámara, que condensa vapor de agua a medida que se reduce el volumen. Unas muescas 10613 en el pistón 10610 permiten que el líquido y los productos no condensables lleguen a la válvula 10614 de control y salgan del sistema. Aunque se describe en conexión con esta realización en concreto, la bomba 10060 de vacío puede incorporarse en lugar de las bombas de vacío o aspiradores de las otras realizaciones de enfriador descritas en el presente documento.
La figura 71 es una representación esquemática del compresor 10300 gerotor incorporado en un enfriador 10000 evaporativo por compresión de vapor. Un motor 10001 eléctrico impulsa el compresor 10300 gerotor a través de un acoplamiento 10002 flexible. El compresor gerotor genera un vacío sobre el agua 10015, ocasionando que se evapore y enfríe. Utilizando una bomba 10031, el agua enfriada 10051 se bombea hacia un relleno 10035, donde se encuentra en contacto a contracorriente con aire de la casa, enfriando así el aire. El agua 10036 calentada se aspira a través de un filtro 10039 al interior del evaporador 10038, donde parte se expande súbitamente sobre un relleno 10100, enfriando así el agua; el caudal está regulado por una válvula 10037 de flotador.
El enfriador 10000 funciona de manera similar a realizaciones anteriores. Agua 10045 procedente de un condensador 10025 es retirada por una bomba 10032 y dirigida para que gotee sobre un relleno 10050 de torre de refrigeración que contiene aire ambiente circulando a contracorriente, impulsado por un ventilador 10054. A medida que el agua circula por el relleno, se enfría, aproximándose a la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente. El agua 10051 enfriada se aspira a través de un filtro 10051 y se introduce en el condensador 10025. El caudal está regulado por una válvula 10053 de flotador, que dirige el agua entrante para que gotee sobre un relleno 10030.
Debido a que tanto el agua 10015 enfriada como el agua 10045 del condensador entran en contacto directo con el aire, se liberarán gases disueltos en el vacío del evaporador 10038 y del condensador 10025. Los gases no condensables se acumularán en el condensador 10025; por tanto, se proporciona un medio, tal como la bomba 10060 de vacío, para extraerlos. La bomba 10060 de vacío está impulsada por un engranaje 10065 situado en un eje 10007 motor principal. Empleando unos pulverizadores 10602, el vacío introduce agua 10051 en la bomba 10060 de vacío. Además, a medida que el pistón 10610 es impulsado hacia arriba por el cigüeñal 10601, la solapa 10612 de elastómero se abre debido a su inercia. La solapa abierta permite que productos no condensables y agua entren a través de las perforaciones 10611. A medida que el pistón 10610 es impulsado hacia abajo por el cigüeñal 10601, la solapa 10612 de elastómero se cierra debido a la inercia, sellando herméticamente en el interior el vapor de agua y los productos no condensables. A medida que el pistón 10610 se comprime adicionalmente, el vapor de agua se condensa sobre la lluvia de agua líquida, permitiendo que los gases no condensables y el agua condensada salgan por una válvula 10614 de control hacia la torre 10050 de refrigeración. Las ranuras o muescas 10613 garantizan que la válvula 10614 de control no esté bloqueada cuando el pistón 10610 se encuentre en la parte más baja.
Dado que se evapora agua en el evaporador 10038 y en el relleno 10050 de torre de refrigeración, se añade agua 10012 y 10013 de reposición, tal como agua de grifo. Para purgar las sales que se acumularían en el sistema, se proporcionan unos vertederos 10085 y 10086 de desagüe.
A semejanza de las realizaciones de compresor gerotor anteriores, una ventaja principal del compresor 10300 gerotor es que no tiene válvulas. En esta realización, se pulverizará agua líquida en el compresor para eliminar el sobrecalentamiento. En esta descripción, el compresor gerotor tiene vapores de baja presión que entran por la parte superior y vapores de alta presión que salen por la parte inferior. Esta disposición permite que el agua líquida se drene del compresor.
La figura 72 muestra una realización alternativa de compresor gerotor que también puede utilizarse en el enfriador 10000 así como en las aplicaciones descritas anteriormente. Este compresor 10400 tiene gerotores, en el cual la rotación relativa de los dos gerotores también está producida por dos engranajes rectos, el engranaje 10460 más pequeño con dientes en el diámetro exterior y el engranaje 10461 más grande con dientes en el diámetro interior. La relación de engranajes de estos dos engranajes rectos es la misma que la relación del número de dientes del compresor gerotor (en este caso, 5:4).
Tal como se representa en la figura 72, un eje 10462 inferior gira y mueve el buje 10463 conectado al gerotor 10402 interior. A medida que gira el gerotor 10402 interior, el engranaje 10460 pequeño mueve el engranaje 10461 grande, haciendo que gire el gerotor 10408 exterior. El gerotor exterior gira alrededor de un eje 10464 eje central, no giratorio, fijo. El eje central tiene un cigüeñal 10465 que establece la excentricidad requerida de los ejes de rotación de los dos gerotores.
La placa 10467 estacionaria, superior, de admisión, con el orificio 10468 de admisión, está situada directamente contra los dos gerotores. Los vapores de baja presión de admisión también deben pasar a través de unas perforaciones 10469 en la placa 10475 conectora, hacia el gerotor 10408 exterior, y de unas perforaciones 10470 en una placa 10403 superior de la carcasa. Los vapores de alta presión salen por un orificio 10480 de descarga. El orificio 10480 de descarga puede ser fijo o tener una abertura variable que emplee los mecanismos descritos anteriormente. El servomotor 9317 se muestra para representar un medio de accionamiento para regular la abertura del orificio. Un soporte 10481 de eje contiene unos cojinetes 10482 de bolas que soportan el eje 10483 giratorio.
Otra realización de la presente invención comprende un compresor gerotor de baja fricción sin voladizos; en su lugar, ambos gerotores se apoyan en dos puntos en extremos opuestos del compresor gerotor. Este compresor gerotor puede incorporar un medio novedoso para montar un eje estacionario (figuras 74a-d) que permite la variación angular y axial. Tal como se representa en la figura 73, un compresor 11400 gerotor puede integrarse en sistemas de refrigeración tales como un enfriador 11000, el cual es similar al enfriador 10000 representado en la figura 71.
El gerotor 11408 exterior y el gerotor 11402 interior del compresor 11400 giran, comprimen vapores, tal como en las realizaciones anteriores, tal como la representada en las figuras 53a-j, de manera que se obvia una descripción adicional. Tal como se indica en la figura 73, el compresor gerotor se acciona al engranar un engranaje 11461 interior grande con un engranaje 11460 exterior pequeño, con la misma relación de engranajes que los compresores gerotor (en este caso, 5:4). Tal como se representa adicionalmente en la figura 73, el compresor 11400 gerotor tiene un eje 11464 central estacionario con dos cigüeñales 11465 y 11466. Un extremo del eje 11464 estacionario está fijo en un soporte 11470 giratorio que evita que gire el eje 11464 pero permite la variación angular. El soporte giratorio podría componerse de un bloque 11470 fijo de caucho (figura 73) con un agujero en el centro, en el que se conecta el eje estacionario.
Con referencia de nuevo al compresor 11400 representado en la figura 73, el otro extremo del eje 11464 está situado en un cojinete 11472 esférico giratorio. En la parte superior del compresor se encuentra una placa 11467 estacionaria de admisión, con un agujero 11468 de admisión. En la parte inferior del compresor se encuentra una placa 11477 estacionaria de escape, con un agujero 11478, tal como se muestra en la figura 73. A ambos lados de las placas 11467 y 11477 estacionarias se encuentran unas placas 11480 y 11482 perforadas que se acoplan al gerotor 11408 exterior. La placa 11480 perforada, giratoria, superior, tiene una entrada 11484. La placa 11482 perforada, giratoria, inferior, tiene una salida 11486. A ambos lados de las placas 11480 y 11482 perforadas se encuentran unas placas 11403 y 11405 perforadas de carcasa, que permiten que circulen vapores hacia dentro y hacia fuera por una entrada 11487 superior y por una salida 11410 inferior.
En una realización alternativa, la pared 11430 lateral de carcasa y la pared 11405 perforada de carcasa pueden eliminarse montando el motor 10001 en un armazón diferente. Además, el bloque 11470 de caucho puede reemplazarse por el mecanismo mostrado en las figuras 74a-d.
Las figuras 74a-d muestran un soporte 11490 giratorio que se compone de un anillo 11491 con un buje 11492 central, conectados por radios 11493. La superficie exterior del anillo 11491 es una sección de una esfera, lo que permite que el anillo gire angularmente dentro de un orificio 11487a de admisión de la placa 11403 superior de carcasa. El eje 11464 estacionario está rígidamente unido al buje 11492 central. Para evitar la rotación del eje 11464 estacionario, un pasador 11494 está insertado en una ranura 11495 en la placa 11403 superior de carcasa. Con referencia de nuevo a la figura 73, puede proporcionarse una fina lluvia de agua de grifo a través del orificio 11487 de admisión de carcasa para refrigerar el compresor y sellar herméticamente los componentes. Preferiblemente, se proporcionan unas válvulas 11488 de descarga de presión en unos orificios 11489 de la placa 11403 de carcasa para reducir las diferencias de sobrepresión entre el evaporador 10038 y el condensador 10025. Las diferencias excesivas de sobrepresión podrían producirse durante el arranque, si el evaporador 10038 tuviera una gran cantidad de productos no condensables (es decir, aire). Este montaje especial permite variaciones tanto de alineamiento axial como angular, a la vez que evita gire que el eje 11464. Aunque se describe en conexión con la realización presente, este soporte podría emplearse en otras aplicaciones. Por ejemplo, el rodete de una bomba centrífuga podría estar situado sobre un eje que estuviese montado sobre la carcasa empleando los dispositivos ilustrados en los dispositivos de las figuras 74a-d.
El orificio 11478 de descarga situado en la placa 11477 inferior estacionaria puede tener una abertura fija, fijando así la relación de compresión del compresor gerotor. Alternativamente, el orificio 11478 de descarga puede tener un mecanismo de orificio variable, tal como los mostrados en las figuras 58-62, que cambie la posición del borde anterior del orificio de descarga, permitiendo así el control de la relación de compresión. La posición del borde anterior puede fijarse empleando el mecanismo representado en las figuras 73 y 75-76. Para ahorrar espacio, el servomotor 11310 que fija la posición del mecanismo 11313 deslizante, puede situarse fuera del compresor. El servomotor hace rotar una varilla 11318 roscada que coloca axialmente una tuerca 11319 no giratoria que está acoplada a un fuelle 11321. El muelle 11321 está lleno de un líquido incompresible (por ejemplo, aceite hidráulico). A medida que el servomotor 11310 comprime el fuelle 11321, el fluido incompresible circula hacia abajo por el centro espacio del eje 11464 estacionario y extiende un fuelle 11320 situado dentro del compresor. A medida que este fuelle 11320 se extiende, acciona la cubierta 9314 o 11314 deslizante (figuras 61-62 y 75-76), el accionador 9363 (figura 58), la corredera 9375 (figura 59) o la corredera 9385 (figura 60).
Alternativamente, tal como se representa en la figura 77, puede construirse un sensor de temperatura a partir de una ampolla 11322 que contiene líquido. A temperaturas más elevadas, se incrementa la presión de vapor del líquido, haciendo que el fuelle 11320 se extienda y accione la cubierta 9314 o 11314 deslizante de orificio de descarga (figuras 61-62 y 75-76), el actuador 9363 (figura 58), la corredera 9375 (figura 59) o la corredera 9385 (figura 60). Un muelle 11324 opone resistencia al movimiento, lo que determina la relación funcional entre la temperatura y la posición de deslizamiento.
La figura 73 muestra una representación esquemática del compresor 11400 gerotor incorporado en el enfriador 11000 evaporativo por compresión de vapor. Los números de referencia para los elementos en la figura 73 hacen referencia a elementos correspondientes en la figura 71, de manera que se obvia una descripción adicional de los mismos. El enfriador 11000 funciona de manera similar al enfriador 10000 representado en la figura 71, salvo en que el motor 10001 eléctrico impulsa directamente el compresor gerotor. No se requiere acoplamiento flexible alguno porque el soporte 11470 o 11490 giratorio compensa los desalineamientos leves. Este diseño tiene la ventaja de que ambos gerotores se apoyan en cada extremo, a diferencia de otros diseños en los que uno o más gerotores estaban en voladizo. Además, los componentes de más precisión (por ejemplo, los cigüeñales 11465 y 11466) son pequeños, de manera que es bastante fácil lograr la precisión. En comparación, muchos de los otros diseños requieren carcasas precisas, lo que puede ser caro dado su gran tamaño. El diseño mostrado en la figura 73 tolera las imprecisiones debido a los soportes 11470 o 11490 de eje, que permiten los desalineamientos.
A semejanza de realizaciones anteriores, otra ventaja esencial del compresor 11400 gerotor es que no tiene válvulas y puede pulverizarse agua líquida en el compresor para eliminar el sobrecalentamiento. El compresor gerotor de esta realización tiene vapores de baja presión que entran por la parte superior y vapores de alta presión que salen por la parte inferior. Esta disposición permite que el agua líquida se drene del compresor.
Otras realizaciones adicionales de la invención comprenden sistemas integrados que emplean medios para extraer vapor de agua de los productos no condensables. En estas realizaciones, el contacto directo con agua líquida enfriada extrae gran parte del vapor de agua de la corriente de productos no condensables, incrementándose así la presión parcial de los productos no condensables sin utilizar un compresor. Esta innovación puede emplearse en una unidad monoetapa adecuada para el mercado del hogar o puede emplearse en unidades multietapa para edificios grandes.
El uso de agua enfriada para condensar vapor de agua de los productos no condensables fue sugerido por un estudio realizado por el Centro de Estudios sobre Aplicaciones de Almacenamiento Térmico de la Universidad de Wisconsin, The Use of Water as a Refrigerant (El Uso de Agua como Refrigerante), Informe Nº TSARC 92-1, de Marzo de 1992. Sin embargo, en este caso el autor sugirió el uso de un intercambiador de calor metálico con agua enfriada a un lado y vapor de agua condensado al otro. Este enfoque presenta una grave desventaja debido a las diferencias de temperatura necesarias para transferir calor. A consecuencia de esto, la mayor parte del vapor de agua no se condensa ya que la temperatura no es lo suficientemente fría. En comparación, la realización ilustrada en la figura 78 pone en contacto directo el vapor de agua con el agua enfriada, permitiendo gradientes de temperatura muy bajos y una extracción mucho mayor de agua de los productos no condensables.
Tal como se muestra en la figura 78, la extracción de productos no condensables puede lograrse haciendo pasar vapor del condensador por un separador de extracción o una columna de relleno, con circulación de agua a contracorriente. En una realización preferida, la columna contiene un relleno estructurado que consiste en finas láminas de PVC, tal como CPVC plegado en un patrón ondulado. Alternativamente, puede empleare un relleno aleatorio, tal como trozos de cerámica.
El agua enfriada condensa el vapor de agua, lo que eleva la presión parcial de los productos no condensables. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 78, se supone que en la parte inferior de la columna, la presión parcial de los productos no condensables es de 0,04 psia y la presión del vapor de agua en el conducto es de 0,616 psia (a 86ºF). Además, se supone que en la parte superior de la columna el agua enfriada procedente del evaporador tiene una presión de vapor de 0,178 psia (a 50ºF). Suponiendo que hay una caída de presión despreciable en la columna, la presión total es de 0,656 psia tanto en la parte superior como en la parte inferior de la columna. Por tanto, la presión parcial de los productos no condensables en la parte superior de la columna es de 0,478 psia. En la parte inferior de la columna de relleno, la relación de presiones parciales es
(13)\frac{P_{agua}}{P_{nocond}} = \frac{0,616 \ psia}{0,040 \ psia} = 15,4 = \frac{\text{15,4 lb mol agua}}{\text{lb mol prod. no condensables}}
En la parte superior de la columna de relleno, la relación de presiones parciales es
(14)\frac{P_{agua}}{P_{nocond}} = \frac{0,178 psia}{0,478 psia} = 0,372 = \frac{\text{0,372 lb mol agua}}{\text{lb mol prod. no condensables}}
Por tanto, empleando este dispositivo tan sencillo, la relación de presión de los productos no condensables se incrementa en un factor de doce mientras que extrae simultáneamente casi el 98% del vapor de agua. Suponiendo que el relleno es capaz de funcionar cerca del equilibrio, la cantidad requerida de agua enfriada es
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Sobre la base de la solubilidad del aire tanto en agua enfriada como en agua del condensador, el caudal másico de productos no condensables es aproximadamente 0,051 lb/h para un acondicionador de aire de 1 tonelada (12.000 Btu/h). Por tanto, el caudal de agua enfriada para el separador por extracción de agua en un acondicionador de aire es
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Los estudios de optimización (véase la figura 3) muestran que el mejor cambio de temperatura para el agua enfriada que circula a través de la casa es 4ºC (7ºF); por tanto, el caudal requerido para un acondicionador de aire de 1 tonelada es
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Por tanto, el agua enfriada que circula hacia el separador por extracción es tan sólo aproximadamente el 0,8% del agua enfriada que circula por la casa, lo que tiene un efecto casi despreciable sobre los requisitos de energía del compresor.
Una variedad de enfriadores pueden emplear agua enfriada para extraer los productos no condensables, incluyendo el sistema representado en la figura 73. Por ejemplo, la figura 79 representa un sistema 12000 de refrigeración de evaporador monoetapa que emplea un compresor gerotor, tal como el compresor 11400 gerotor representado en la figura 73. El sistema 12000 de refrigeración es similar al sistema 11000 de refrigeración de la figura 73, salvo en que se utiliza una bomba 12060 gerotor de vacío en lugar de una bomba 10060 de vacío para extraer productos no condensables.
Las figuras 79-81 muestran una bomba 12060 gerotor de vacío que funciona de manera parecida al compresor principal; sin embargo, es mucho más pequeña. Por ejemplo, el compresor principal de un acondicionador de aire de 1 tonelada tiene un caudal volumétrico de aproximadamente 470 ft^{3}/min, mientras que la bomba de vacío sólo debe procesar 0,24 ft^{3}/min para un acondicionador de aire idéntico. El gerotor 12003 central está montado sobre la parte inferior del eje 12004 motor principal, mientras que unos rodillos 12006 colocan el gerotor 12005 exterior. Alternativamente, el gerotor exterior puede estar montado dentro de un único cojinete de bolas de gran tamaño. Un engranaje en el gerotor 12003 central puede mover un engranaje en el gerotor 12005 exterior - como con el compresor principal - o el gerotor interior puede impulsar directamente el gerotor exterior sin la intervención de un engranaje. Dado que la relación de compresión es bastante elevada (aproximadamente 22:1), el incremento de temperatura del gas de escape podría ser bastante acusado; por tanto, es beneficioso introducir agua 12220 líquida en la bomba de vacío. La ubicación óptima es introducir el agua líquida inmediatamente tras la parte de admisión del ciclo. Puede introducirse suficiente líquido como para llenar los volúmenes vacíos en el compresor gerotor, permitiendo así que se obtengan relaciones de compresión muy altas. Se descargará del acondicionador de aire tanto aire a presión atmosférica como agua líquida. Preferiblemente, una válvula 12230 de control está situada en el conducto de descarga para evitar entradas de aire atmosférico en el acondicionador de aire. Opcionalmente, puede colocarse un acumulador entre la bomba gerotor de vacío y la válvula de control, así que la válvula de control no necesita funcionar de manera cíclicamente rápida.
La figura 79 representa un diagrama esquemático del compresor 11400 gerotor y de la bomba 12060 gerotor de vacío incorporados en un enfriador 12000 evaporativo, monoetapa, por compresión de vapor. Un motor 12001 eléctrico impulsa directamente el compresor 11400 gerotor. No se requiere acoplamiento flexible alguno porque el soporte 11470 giratorio compensa desalineamientos leves. El compresor 11400 gerotor genera un vacío sobre agua 12015, ocasionando que se evapore y enfríe. Empleando una bomba 12031, el agua 12015 enfriada se bombea a un relleno 12035, que se encuentra en contacto directo a contracorriente con aire de la casa, enfriando así el aire. El agua 12036 calentada se aspira a través del filtro 12039 al interior del evaporador 12038, donde parte del agua se expande súbitamente sobre un relleno 12100, enfriando así el agua; el caudal está regulado por una válvula 12037 de flotador.
Tal como se muestra en la figura 79, un fuelle 12300 acciona un orificio 12011 variable de descarga. En una realización preferida, un motor 12310, que preferiblemente es un servomotor, impulsa una tuerca 12320 no giratoria que acciona un fuelle 12331 el cual, a su vez, acciona el fuelle 12300, que regula el orificio 12011 variable de descarga. Alternativamente, el sistema de ampolla que contiene líquido, mostrado en la figura 77, podría accionar el fuelle
12300.
La bomba 12032 extrae agua 12045 procedente de un condensador 12025 y la dirige para que gotee sobre un relleno 12050 de contactor de aire ambiente, que contiene aire ambiente circulando a contracorriente impulsado por un ventilador 12054. A medida que el agua circula a través del relleno, se enfría, aproximándose a la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente. El agua 12051 enfriada es aspirada a través del filtro 12052 y se introduce en el condensador 12025. Una válvula 12053 de flotador, que dirige el agua entrante para que gotee sobre un relleno 12030, regula el caudal de agua.
Puesto que tanto el agua 12015 entrante como el agua 12045 del conducto hacen contacto directamente con el aire, se liberarán gases disueltos en el vacío del evaporador 12038 y del condensador 10025. Los gases no condensables se acumularán en el condensador 10025; por tanto, se proporciona una bomba de vacío o un aspirador. Tal como se indica en la realización mostrada en la figura 79, preferiblemente se emplea la bomba 12060 gerotor de vacío. Agua 12210 enfriada circula sobre un relleno 12200 para extraer productos no condensables. En una realización preferida, éste es un relleno estructurado que consiste en una lámina de PVC ondulado. Alternativamente, podría ser un relleno aleatorio de trozos de cerámica. Puede pulverizarse algo de agua 12220 en la bomba 12060 gerotor de vacío con fines de refrigeración y de sellado hermético. Adicionalmente, el volumen de agua será lo suficientemente grande como para llenar los vacíos en la bomba gerotor, permitiendo obtener unas relaciones de compresión muy altas. El vertido procedente de la bomba 12060 gerotor de vacío se dirige a través de una válvula 12330 de control y, por último, se envía al contactor 12050 de aire ambiente.
Dado que se evapora agua en el evaporador 12038 y en el contactor 12050 de aire ambiente, se añade agua de reposición, tal como agua 12012 y 12013 de grifo. Para purgar sales que se acumularían en el sistema, se proporcionan unos vertederos 12085 y 12086 de desagüe.
Preferiblemente, se pulveriza agua líquida en el interior del compresor 11400 para eliminar el sobrecalentamiento. El compresor gerotor de esta descripción tiene vapores de baja presión que entran por la parte superior y vapores de alta presión que salen por la parte inferior. Esta disposición permite que se drene agua líquida del compresor. El gerotor en esta realización no tiene voladizos, permitiendo un funcionamiento más fiable.
El método empleado para purgar productos no condensables del sistema permite el uso de un aspirador o de una pequeña bomba de vacío, tal como la bomba 12060 y las otras descritas en presente documento, ya que se ha extraído el vapor de agua en su mayor parte. Asimismo, dado que no es necesario condensar vapores de agua dentro de la bomba de vacío, ésta puede hacerse funcionar a gran velocidad, lo que elimina la necesidad de una reducción de engranajes, un problema potencial de mantenimiento.
Además de la bomba 12060 de vacío, esta invención también está dirigida a otras bombas de vacío sencillas, eficientes y novedosas que pueden extraer productos no condensables desde un enfriador evaporativo por compresión de vapor o utilizarse en otras aplicaciones que requieren una bomba de vacío. Estas bombas de vacío novedosas tiene la capacidad inusual de comprimir isotérmicamente una mezcla de gases no condensables y condensables a una relación de compresión muy alta.
La figura 81 es un diagrama esquemático que representa una realización preferida de esta bomba de vacío. Tal como se representa en la figura 81, una bomba 12402 de vacío se compone de dos columnas 12404a y 12404b que están parcialmente llenas de líquido y están unidas por una cámara 12045 inferior de conexión. Las dos columnas tienen unas válvulas 12414a y 12414b de control y unas válvulas 12415a y 12415b de admisión en sus extremos superiores. Un pistón 12406, situado en la cámara 12405 inferior de conexión, entre las partes inferiores de las columnas 12404a y 12404b, impulsa el líquido en cada columna para que oscile. En la figura 81, el pistón 12406 es magnético y está impulsado por un campo magnético inducido por una bobina 12408 eléctrica. Unos muelles 12410a y 12410b, a cada extremo 12470a y 12470b de la cámara 12405 inferior de conexión, funcionan como topes. Cuando se aplica al enfriador evaporativo por compresión de vapor, el líquido preferido es agua. Sin embargo, para otras aplicaciones de bombas de vacío podrían emplearse líquidos no volátiles para conseguir vacíos elevados.
La mezcla de gas y vapor se introduce en un conducto 12412 central de admisión, de conexión. Un solenoide 12413 abre una válvula 12415a de admisión y cierra la otra válvula 12415b de admisión, de manera que el gas/vapor se dirige hacia la columna, es decir, 12404a, en la que el líquido se está moviendo hacia abajo. Unos pulverizadores 12417a y 12417b pulverizan constantemente agua en cada columna de agua, creando lluvias 12419a y 12419b de agua. En la columna de agua que está subiendo (en este ejemplo, la columna 12404b), los vapores de agua se condensan sobre la lluvia 12419b de agua y el gas no condensable se comprime. Cuando el agua llega a la parte superior de la columna, la válvula de control respectiva, 12414b, se abre y libera el agua sobrante y el gas no condensable comprimido.
Otra realización de una bomba de vacío útil para extraer productos no condensables o para otras aplicaciones se representa en la figura 82. En esta realización, números de referencia similares hacen referencia a elementos similares descritos en la realización anterior, de manera que se obvia una descripción adicional de los mismos. Tal como se indica en la figura 82, una bomba 12403 de vacío es similar en cuanto a la configuración y el funcionamiento al compresor 12402 anterior, con la salvedad del pistón y la cámara inferior de conexión. Un pistón 12422 está dispuesto en una cámara 12423 inferior de conexión y está conectado a un solenoide 12420 de pistón por un vástago 12424. En el compresor 12403, el solenoide 12420 de pistón se encuentra en una posición fija e impulsa el pistón 12422 hacia delante y hacia atrás. Alternativamente, el pistón 12422 podría estar acoplado a un motor inversor por un vástago roscado. En esta tercera, y también novedosa, realización, el pistón se impulsa hacia delante y hacia atrás a medida que el motor invierte el sentido.
Los enfriadores descritos anteriormente son relativamente sencillos y adecuados para el uso doméstico. Para reducir facturas de electricidad elevadas, las instalaciones de climatización de gran tamaño puede emplear sistemas aún más complejos para conseguir un rendimiento de energía superior. Por consiguiente, esta invención también está dirigida a enfriadores multietapa de alto rendimiento que empleen la característica novedosa de la condensación multietapa además de la evaporación multietapa. Aunque se conoce la estrangulación multietapa de gases con sistemas convencionales de climatización, raramente se emplean evaporadores multietapa. Los compresores de utilidad en enfriadores multietapa incluyen tanto los compresores volumétricos novedosos de baja fricción descritos anteriormente como los compresores dinámicos convencionales. Estos enfriadores también emplean medios novedosos para extraer los productos no condensables.
La figura 83 representa un sistema energéticamente eficiente así, que utiliza múltiples etapas evaporadoras. En comparación con un sistema monoetapa en el que toda el agua se evapora a la presión más baja, el evaporador multietapa en un enfriador 13000 evaporativo por compresión de vapor permite que se evapore parte del agua a presiones superiores, lo que reduce la energía de compresión.
Con referencia a la figura 83, en el enfriador 13000 evaporativo por compresión de vapor, el agua fría entre en contacto directamente a contracorriente con el aire del edificio en un contactor 13110 de aire de habitación. Dado que el agua está fría, ésta enfría el aire y condensa la humedad del aire. El agua calentada procedente del contactor 13110 de aire de habitación circula a contracorriente a través de una serie de evaporadores 13120. El agua se evapora en cada evaporador, volviendo el líquido más frío en cada etapa sucesiva. Una vez que el agua está completamente enfriada, se devuelve al contactor 13110 de aire de habitación a través de una bomba 13121 fría.
Se utilizan múltiples compresores 13130 de manera que puedan extraerse vapores de cada evaporador. Para reducir el sobrecalentamiento del agua, el líquido puede inyectarse directamente en los compresores 13130, tal como se ha descrito en realizaciones anteriores. Generalmente, los compresores axiales o centrífugos no toleran las gotas líquidas, de manera que la refrigeración intermedia puede obtenerse pulverizando líquido 13125 en el espacio de vapor del evaporador 13120. En este caso, la cámara de evaporador cumple dos propósitos: es un evaporador y un atemperador. La fuente del líquido puede ser agua de grifo o agua de una torre de refrigeración, la que sea más fría.
La descarga de vapor procedente del último comprensor 13130 se dirige a un condensador 13160, donde entra en contacto con agua que está próxima a la temperatura de bulbo húmedo del medio ambiente. A medida que los vapores se condensan sobre el agua, la temperatura aumenta. Esta agua caliente se bombea fuera del condensador a través de una bomba 13161 al interior de un contactor 13150 de aire ambiente (torre de refrigeración).
Dado que el agua se está evaporando tanto en los evaporadores como en el contactor de aire ambiente, se proporciona agua 13154 y 13155 de reposición. Se prevé agua de grifo ordinaria como agua de reposición. No debería ser necesaria agua tratada porque no existen superficies de intercambio de calor. Se acumularán sales debido a la evaporación, de manera que se proporcionan unas válvulas 13116 y 13117 de purga de agua salada.
Los gases no condensables se disuelven en el agua tanto en el contactor 13110 de aire de habitación como en el contactor 13150 de aire ambiente. Estos gases se liberan en los evaporadores 13120 de baja presión y en el condensador 12160, respectivamente. Un pequeño tren 13170 de compresores arrastrará los vapores procedentes del condensador 12160 para extraer los gases no condensables. Se proporciona refrigeración intermedia pulverizando agua 13140 procedente del contactor 13150 de aire ambiente entre las etapas de compresor para condensar los vapores de agua. La presión parcial no condensable aumenta en cada etapa hasta que alcanza 1 atm y puede descargarse directamente al aire ambiente.
El siguiente análisis describe el rendimiento del sistema dependiendo del número de etapas utilizadas.
Una Etapa
El trabajo del compresor W_{comp} por unidad de calor absorbido en el evaporador Q_{evap} es la inversa del coeficiente de rendimiento (COP)
(18)\frac{W_{comp}}{Q_{evap}} = \frac{1}{COP} = \frac{T_{4}-T_{1}}{T_{1}} \frac{1}{\eta_{motor}} \frac{1}{\eta_{comp}} \frac{1}{\eta_{ciclo}} = \frac{(T_{5} + \Delta T_{caliente})}{T_{1}}\frac{1}{\eta_{motor}} \frac{1}{\eta_{comp}} \frac{1}{\eta_{ciclo}}
donde las temperaturas están definidas en la figura 83 y
W_{comp} = trabajo del compresor
Q_{evap} = calor total absorbido en el evaporador
COP = coeficiente de rendimiento
T_{4} = temperatura del agua que sale del condensador
T_{1} = temperatura del agua que sale del condensador más frío
\eta_{motor} = rendimiento del motor
\eta_{comp} = rendimiento del compresor
\eta_{ciclo} = rendimiento termodinámico del ciclo relativo al ciclo de Carnot
\DeltaT_{caliente}: T_{4} - T_{5} = diferencias de temperatura entre el agua que sale del condensador y el agua que sale del contactor de aire ambiente
El trabajo para la bomba de agua fría es
(19)W_{\text{fría}} = V \Delta P = \frac{{1}}{\eta_{bomba}} = \frac{Q_{evap}}{\rho C_{p} \ \Delta T_{\text{fría}}} \Delta P \frac{{1}}{\eta_{bomba}}
(20)\frac{W_{\text{fría}}}{Q_{evap}} = \frac{\Delta P}{\rho C_{p} \ \Delta T_{\text{fría}}}\frac{{1}}{\eta_{bomba}}
donde
W_{\text{fría}} = trabajo para la bomba de agua fría
V = caudal volumétrico de agua a través de la bomba fría
\DeltaP = diferencias de presión generadas por la bomba
\eta_{bomba} = rendimiento de la bomba
\rho = densidad del agua
C_{p} = capacidad térmica del agua
T_{\text{fría}} = T_{6} - T_{1} = diferencia de temperatura entre el agua que sale del contactor de aire ambiente y el agua que sale del evaporador más frío
Si se utiliza una turbina para reducir los requisitos de energía de bombeo, el trabajo para la bomba fría es
6
donde
\eta_{turbina} = rendimiento de la turbina
El trabajo para la bomba caliente es
7
donde 1/COP viene de la Ecuación 18. Si se utiliza una turbina para reducir los requisitos de bombeo, el trabajo para la bomba caliente es
8 
\vskip1.000000\baselineskip
El trabajo total es
\vskip1.000000\baselineskip
800
Dos Etapas
En el caso de un compresor de dos etapas, suponiendo que cada etapa toma la mitad de la carga, el trabajo de compresión es
9
Cuando se determina el trabajo total utilizando la Ecuación 24, la Ecuación 26 se utiliza para calcular el trabajo del compresor. La Ecuación 21 de la bomba fría será la misma. La Ecuación 23 de la bomba caliente es la misma, excepto en que la Ecuación 26 se utiliza para 1/COP.
Tres Etapas
En el caso de un compresor de tres etapas (tal como se ilustra en la figura 83), el trabajo del compresor es
10
El resto de ecuaciones y procedimientos son iguales.
n Etapas
Se puede generalizar para un compresor con n etapas tal como sigue
11
Análisis
Este sistema se analizó utilizando las siguientes hipótesis
\eta_{motor} = 0,9 (alto rendimiento debido a una gran escala)
\eta_{comp} = 0,8 (alto rendimiento debido a una gran escala)
\eta_{ciclo} = 0,97 (de la figura 21, Reducing Energy Costs in Vapor-Compression Refrigeration and Air Conditioning Using Liquid Recycle - Part II: Performance, Mark Holtzapple, ASHRAE Transactions, Vol. 95, Part 1, 187-198 (1989))
\eta_{bomba} = \eta_{turbina} = 0,5
T_{1} = 285,4 K = 12ºC = 54ºF
\DeltaT_{\text{fría}} = 11 K = 20ºF
\DeltaT_{caliente} = 4 K = 7ºF
\rho = 1000 kg/m^{3}
C_{p} = 4189 J/(kg \cdot K)
\DeltaP = 101.330 Pa = 1 atm
La figura 84 muestra los resultados del análisis sin turbinas y la figura 85 muestra los resultados con turbinas. Por motivos de comparación, Trane (CFCs: Today There Are Answers, figura 18, CFC-ARTICLE-1, The Trane Company, 3600 Pammel Creek Rd., La Crosse, W1, 54601-7599) comercializa un enfriador de agua del estado de la técnica actual que requiere 0,50 kW/ton en condiciones estándar ARI (Air Conditioning and Refrigeration Institute - Instituto de Refrigeración y Climatización) (lado frío = 44ºF al salir del evaporador, 54ºF al entrar en el evaporador; lado caliente = 85ºF al entrar en el condensador (nuestra T_{5}), 95ºF al salir del condensador; torre de refrigeración = 7ºF de temperatura de aproximación, 78ºF de temperatura de bulbo húmedo). Según la figura 84 (sin turbinas, tres etapas), el sistema descrito con T_{5} = 85ºF (29,4ºC) sólo requiere 0,37 kW/ton. Según la figura 85 (con turbinas, tres etapas), el sistema descrito con T_{5} = 85ºF (29,4ºC) sólo requiere 0,35 kW/ton. De este modo, los requisitos de energía del enfriador evaporativo multietapa por compresión de vapor es aproximadamente 70% del sistema del estado de la técnica actual.
Un factor importante a tener en cuenta es el efecto de los productos no condensables en el sistema. Una unidad de 1 tonelada tiene una carga no condensable de aproximadamente 0,0023 lbmol/h. Si su presión parcial en el condensador es de 0,05 psia, entonces el requisito de trabajo teórico (suponiendo una compresión isotérmica) es
12
donde
W_{purga} = trabajo del compresor necesario para purgar productos no condensables
n = moles de productos no condensables a purgar
R = constante universal de los gases
P_{2} = presión final de descarga (presión ambiente)
P_{1} = presión parcial de admisión del gas no condensable
Si la presión parcial de los productos no condensables en el condensador se reduce a 0,01 psia, entonces el requisito de trabajo aumenta a 5,32 W/ton. Suponiendo que el compresor tiene un rendimiento del 50%, entonces el requisito de trabajo para purgar productos no condensables es tan sólo de aproximadamente 10 W/ton, lo que se encuentra dentro del "ruido".
Para un enfriador muy grande (300 a 2500 ton), lo más probable es que el compresor sea centrífugo. Para hacerse una idea de la escala, el compresor de baja presión se diseñará suponiendo una unidad de 3 compresores de 500 toneladas. En realidad, el compresor de baja presión puede tener un número de etapas dentro de él. La altura de elevación por etapa es
(30)H = \frac{\text{1.545}}{M_{w}} \frac{k}{k-1} T_{1}\left[r^{(k^{-1})/k}-1\right]
donde
H = altura de elevación, ft \cdot lb_{f}/lb_{m}
M_{w} = peso molecular = 18 lb_{m}/lbmol
r = relación de compresión, adimensional
k = 1,323 para agua
T_{1} = temperatura de entrada = 54ºF = 514ºR
La relación de compresión de cada etapa en el compresor de baja presión puede calcularse a partir de
(31)r = \left(\frac{P_{2}}{P_{1}}\right)^{1/n}
donde
P_{2} = presión de descarga del compresor de baja presión = 0,311 psia (supuesta)
P_{1} = presión de entrada del compresor de baja presión = 0,202 psia (supuesta)
n = número de etapas dentro del compresor de baja presión
La presión de descarga, P_{2}, se calculó como
(32)P_{2} = 0,202 \ psia\left(\frac{0,744 \ psia}{0,202}\right)^{1/3} = 0,311 \ psia
donde 0,744 psia es la presión de un condensador de 92ºF.
La figura 86 muestra un gráfico generalizado de compresor que indica las zonas en las que son apropiados compresores de arrastre, axiales, centrífugos, de pistón. La correlación generalizada para una única etapa dentro del compresor de baja presión se realiza en términos de velocidad específica, N_{s}, y de diámetro específico, D_{s}, definidos tal como sigue
(33)N_{s} = \frac{N\sqrt{Q}}{H^{3/4}}
(34)D_{s} = \frac{DH^{1/4}}{\sqrt{Q}}
donde
N = velocidad de rotación, rpm
Q = caudal volumétrico de entrada, ft^{3}/s
H = altura de elevación, ft \cdot lb_{f}/lb_{m}
D = diámetro, ft
El flujo volumétrico en la entrada del compresor de baja presión para un sistema de 500 toneladas de tres compresores es
(35)Q \ \frac{1}{3} \ x \ 500 \ ton \ x \ \frac{\text{12.000} \ Btu}{ton \cdot h} \ x \ \frac{lb_{m} \ agua}{1065 \ Btu} \ x \ \frac{h}{3600 \ s} \ x \ \frac{1517 \ ft^{3}}{lb_m \ agua} \ 791 \ ft^{3}/s
El factor 1/3 aparece porque el compresor de baja presión sólo toma un tercio de la carga.
La figura 86 muestra que un compresor centrífugo con N_{s} = 60 y D_{S} = 2 tiene aproximadamente un rendimiento del 80%. Utilizando las Ecuaciones 33 y 34, pueden calcularse el diámetro y la velocidad correspondientes.
(36)N = \frac{N_{S} H^{3/4}}{\sqrt{Q}}
(37)D = \frac{D_{S} \sqrt{Q}}{H^{1/4}}
La velocidad de punta, \nu, es
(38)v = \frac{\pi DN}{60}
donde \nu se da en ft/s.
La figura 87 muestra los resultados del análisis del compresor. La velocidad de punta para una etapa única es aceptable así como lo es la velocidad de rotación, de manera que una única etapa debería ser suficiente para el compresor de baja presión.
Las ventajas de este sistema incluyen el rendimiento. Adicionalmente, la química del agua no es tan importante porque no existen superficies de intercambio de calor.
La figura 88 representa un diagrama esquemático de otro enfriador multietapa, un enfriador 13100 evaporativo multietapa. Este enfriador es similar al enfriador 13000 excepto en que las columnas 13180 de relleno se utilizan para eliminar el sobrecalentamiento. Los números de referencia en la figura 88 hacen referencia a elementos correspondientes en la figura 83, de manera que se obvia una descripción adicional de los mismos.
Ahora, con referencia a la figura 88, a fin de eliminar el sobrecalentamiento tras cada etapa de compresión, los vapores que salen de los compresores 13130 se hacen pasar a contracorriente a través de una columna 13190 de relleno con líquido que desciende. Aunque pueden utilizarse compresores centrífugos en estos sistemas a gran escala, también es posible utilizar compresores de gerotor de gran tamaño. Los productos no condensables que se acumulan en el condensador se hacen pasar a contracorriente a través de la columna 13180 de relleno, con agua fría que circula hacia abajo en contacto directo con el vapor de agua, lo que condensa la mayor parte del vapor de agua, tal como se ha descrito anteriormente. En una realización preferida, se utiliza relleno estructurado de láminas de PVC ondulado, tal como se ha descrito anteriormente. A continuación, los productos no condensables se extraen mediante una bomba de vacío, mostrada aquí como un tren 13170 multietapa de compresores.
En la figura 89 se muestra un sistema de climatización incluso más eficaz, un enfriador 13200 evaporativo por compresión de vapor. Los números de referencia en la figura 89 hacen referencia a elementos correspondientes en la figura 83, por lo que se obvia una descripción adicional. En el enfriador 13200, se utilizan tanto evaporadores 13120 multietapa como condensadores 13160 multietapa. Adicionalmente, se utilizan múltiples columnas 13180 de relleno. El agua de refrigeración en los condensadores 13160 circula a contracorriente hacia el agua en los evaporadores 13120. Esto minimiza la diferencia de presión entre los evaporadores y los condensadores, fomentando así el rendimiento de energía máximo. Para evitar el sobrecalentamiento en cada compresor, y para fomentar el rendimiento de energía, puede pulverizarse agua 13135 líquida directamente en el compresor 13130. Dado que los compresores centrífugos de alta velocidad pueden verse dañados por el agua líquida, se prefiere el uso de compresores gerotor.
Las realizaciones preferidas descritas en el presente documento incluye una serie de sistemas de refrigeración que utilizan agua como el fluido de trabajo, una serie de compresores volumétricos y de baja fricción novedosos que son de utilidad en los enfriadores descritos y en otras aplicaciones, y una serie de medios para extraer los productos no condensables; sin embargo, las realizaciones y características específicas descritas en el presente documento se proporcionan únicamente a título de ejemplo y no están pensadas como limitaciones del alcance de la invención. Tal como resultará claro para un experto en la técnica, cada uno de los diversos compresores puede estar adaptado para el uso en los distintos sistemas de refrigeración descritos así como en otras aplicaciones, y no están en modo alguno limitados al sistema de refrigeración específico en el que están representados. Adicionalmente, tal como es evidente para un experto en la técnica, los mecanismos de orificio variable, juntas herméticas, sistemas de soporte y otros componentes novedosos de los distintos compresores descritos en el presente documento pueden ser intercambiados fácilmente por un experto en la técnica, así como pueden serlo las distintas bombas de vacío y compresores novedosos de utilidad en la extracción de productos no condensables. Adicionalmente, en cualquiera de los sistemas descritos pueden incorporarse medios para inhibir los microorganismos, tal como un generador de ozono. Aquéllos de experiencia normal en la técnica entenderán fácilmente que pueden realizarse fácilmente variaciones y modificaciones en cada una de las realizaciones descritas dentro del alcance de esta invención, tal como está definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (59)

1. Sistema (100; 101) evaporativo de climatización por compresión de vapor que comprende:
un evaporador (120);
un contactor (102) de aire de habitación para intercambiar directamente calor entre aire de habitación y una cantidad de agua procedente de dicho evaporador (120);
medios para comprimir un volumen de vapor (130) de agua, generando de este modo un vacío sobre dicha agua en dicho evaporador (120), comprendiendo dichos medios (130) de compresión un compresor volumétrico, comprendiendo dicho compresor (130) una entrada y una salida, en el que vapores de agua de baja presión procedentes de dicho evaporador entran por dicha entrada y vapores de agua comprimidos salen por dicha salida;
un condensador (140; 160) para recibir los vapores de agua comprimidos;
un medio para reducir un contenido de agua de los vapores que salen del condensador;
un medio para extraer los productos no condensables de dicho condensador (170); y
un contactor (150) de aire ambiente para intercambiar directamente calor entre el aire ambiente y el agua procedente de dicho condensador (140; 160).
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho compresor (130) volumétrico es un compresor de baja fricción que comprende al menos dos elementos compresores, y en el que dichos elementos compresores no hacen sustancialmente contacto entre sí.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que dichos componentes compresores comprenden: un gerotor (9302) interior, un gerotor (9308) exterior y una carcasa (9301); una espiral (8004) giratoria, una espiral (8003) estacionaria y una carcasa; una carcasa (10615) y un pistón (10610); una carcasa, un rotor y un álabe; un tambor (7302) interior, un tambor (7301) exterior y una paleta (7308) oscilante; o una carcasa (6301), un rotor (6307) y una paleta (6308) deslizante, y en el que existe un espacio entre al menos dos de dichos componentes compresores.
4. Sistema según la reivindicación 3, en el que se utiliza agua como sellador en dicho espacio.
5. Sistema según la reivindicación 3, en el que se utilizan agua y una mecha (3324) como sellador en dicho espacio.
6. Sistema según la reivindicación 1, en el que dichos medios para comprimir vapor de agua comprenden un compresor (9400) gerotor, comprendiendo dicho compresor un gerotor (9402) interior y ungerotor (9408) exterior, estando dicho gerotor (9402) interior dispuesto dentro de dicho gerotor (9408) exterior, comprendiendo cada gerotor (9402; 9408) una pluralidad de dientes, y en la que dicho gerotor(9402) interior tiene un diente menos que dicho gerotor (9408) exterior, creando así un volumen vacío entre dicho gerotor (9402) interior y dicho gerotor 
\hbox{(9408) exterior.}
7. Sistema según la reivindicación 6, en el que dicho compresor gerotor comprende adicionalmente un orificio (9410) de admisión y un orificio (9468) de descarga, comunicándose dichos orificios con dicho volumen vacío.
8. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicho orificio (9468) de descarga tiene un mecanismo de orificio variable que cambia la posición de un borde anterior del orificio de descarga.
9. Sistema según la reivindicación 8, en el que dicho mecanismo de orificio variable se coloca empleando un medio accionado eléctricamente.
10. Sistema según la reivindicación 9, en el que dicho medio accionado eléctricamente está controlado por una señal de termopar.
11. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicho mecanismo de orificio variable comprende un servomotor (11310) controlado eléctricamente, haciendo rotar dicho motor (11310) un vástago (11318) roscado, un fuelle (11321) y una tuerca (11319) no giratoria acoplada a dicho fuelle (11321), colocando axialmente dicho vástago (11318) dicha tuerca (11319) no giratoria.
12. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicho mecanismo de orificio variable comprende una pluralidad de placas (9360) dispuestas adyacentes a dicho orificio de descarga y un medio para mover las placas secuencialmente a fin de variar dicho borde anterior de dicho orificio de descarga.
13. Sistema según la reivindicación 7, en el que dicho mecanismo de orificio variable se coloca empleando un fuelle (12300) accionado por una ampolla (11322) que contiene un líquido, teniendo dicho líquido en dicha ampolla una presión de vapor que actúa sobre dicho fuelle.
14. Sistema según la reivindicación 6, en el que se pulveriza agua líquida en dicho compresor gerotor.
15. Sistema según la reivindicación 6, que comprende adicionalmente un motor (10001) eléctrico para impulsar dicho compresor gerotor, una primera bomba (10006) para bombear agua enfriada procedente de dicho evaporador hasta un relleno (10050) en dicho contactor de aire de habitación, un filtro (10052) dispuesto entre dicho contactor de aire de habitación y dicho evaporador, en el que agua procedente de dicho contactor de aire de habitación circula a través de dicho filtro hacia dicho evaporador, una segunda bomba (10032) para bombear agua desde dicho condensador (10025) hasta un relleno en dicho contactor de aire ambiente, y un ventilador (10054) para impulsar aire ambiente a contracorriente contra dicho relleno (10050).
16. Sistema según la reivindicación 6, en el que dicho compresor (10000) gerotor tiene medios de accionamiento para reducir la fricción.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el que un primer eje (9351) motor impulsa dicho gerotor (9308) exterior y en el que dicho medio de accionamiento comprende una caja (9350) de engranajes interior que contiene una pluralidad de engranajes (9353; 9354; 9355) rectos, siendo dicha pluralidad un número impar, y en el que uno de dichos engranajes (9355) rectos está acoplado a dicho primer eje (9352) motor y otro de dichos engranajes (9354) rectos está acoplado a un segundo eje (9352) motor, siendo dicho segundo eje (9352) motor excéntrico con respecto a dicho primer eje (9251) motor, suspendiéndose así dicha caja (9350) de engranajes entre dicho primer eje (9351) motor y dicho segundo eje (9352) motor, y en el que dicho primer eje (9351) motor está acoplado a dicho gerotor (9308) exterior mediante una placa (9320) que comprende una pluralidad de dientes (9321) en contacto con una pluralidad de agujeros en dicho gerotor (9308) exterior, y en el que dicho segundo eje (9352) motor está acoplado a dicho gerotor (9302) interior.
18. Sistema según la reivindicación 16, en el que un primer eje (10351) motor mueve dicho gerotor (10308) exterior y en el que dicho medio de accionamiento comprende un conjunto de engranajes rectos que comprende un engranaje (10361) grande acoplado a dicho gerotor (10308) exterior, conteniendo dicho engranaje (10361) grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, y un engranaje (10360) pequeño acoplado a dicho gerotor (10302) interior, conteniendo dicho engranaje (10360) pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior, en el que dicho engranaje (10261) grande engrana con dicho engranaje (10360) pequeño, y que comprende adicionalmente un segundo eje alrededor del que gira dicho gerotor (10302) interior, en el que dicho segundo eje (10375) contiene un cigüeñal que establece una excentricidad entre dicho primer eje (10351) y dicho segundo eje (10375).
19. Sistema según la reivindicación 18, en el que dichos engranajes están sumergidos en agua líquida.
20. Sistema según la reivindicación 18, que comprende adicionalmente un conjunto de engranajes unido a una parte inferior de dicha bomba gerotor interior, lo que permite una toma de fuerza.
21. Sistema según la reivindicación 16, en el que dicho medio de accionamiento comprende una pluralidad de rodillos (9561) unidos a dicho gerotor (9502) interior, en el que dichos rodillos (9561) se extienden más allá de una pluralidad de paredes de dicho gerotor (9502) interior y están en contacto con dicho gerotor (9508) exterior, y en el que dicho gerotor (9508) exterior mueve, mediante dichos rodillos (9561), dicho gerotor (9502) interior.
22. Sistema según la reivindicación 21, en el que dicho gerotor (9502) interior está montado sobre un eje (9564) giratorio y dicho eje giratorio se extiende fuera de dicha carcasa de compresor.
23. Sistema según la reivindicación 16, en el que dicho medio de accionamiento comprende un engranaje (9461) grande acoplado a dicho gerotor (9408) exterior, comprendiendo dicho engranaje (9461) grande una pluralidad de dientes en un diámetro interior, un engranaje (9460) pequeño acoplado a dicho gerotor (9402) interior, comprendiendo dicho engranaje (9460) pequeño una pluralidad de dientes en un diámetro exterior, engranando dicho engranaje grande con dicho engranaje pequeño, y un eje (9464) central estacionario, en el que dicho eje (9464) central estacionario comprende dos cigüeñales (9465) que crean una excentricidad entre un eje de dicho gerotor (9402) interior y un eje de dicho gerotor o (9408) exterior, y en el que dicho eje (9464) estacionario comprende un primer extremo y un segundo extremo, estando unido dicho primer extremo de dicho eje (9464) estacionario a una primera placa extrema, perforada, de carcasa, mediante un soporte giratorio que evita la rotación de dicho eje (9464) estacionario y estando dicho segundo extremo de dicho eje (9464) estacionario situado en un cojinete esférico giratorio acoplado a dicho gerotor (9408) exterior.
24. Sistema según la reivindicación 23, comprendiendo adicionalmente dicho compresor (9400) gerotor una segunda placa (9403) perforada de carcasa, una primera placa giratoria perforada y una segunda placa giratoria perforada, en el que ambas de dichas placas giratorias están conectadas a dicho gerotor (9408) exterior, y una primera placa (9467) estacionaria y una segunda placa estacionaria, adyacentes a ambos de dichos gerotores interior y exterior, conteniendo dicha primera placa estacionaria un orificio (9410) de admisión y conteniendo dicha segunda placa (9467) estacionaria un orificio (9468) de descarga.
25. Sistema según la reivindicación 23, en el que dichos engranajes están sumergidos en agua líquida.
\newpage
26. Sistema según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un medio de inhibición de microorganismos en el agua en el contactor (102) de aire de habitación.
27. Sistema según la reivindicación 26, en el que dicho medio de inhibición comprende un generador de ozono o de radiación UV.
28. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho medio para extraer los productos no condensables comprende un aspirador (170).
29. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho medio para extraer los productos no condensables comprende una bomba (10060) de vacío.
30. Sistema según la reivindicación 29, en el que dicha bomba (10060) de vacío comprende un cilindro (10615), un pistón (10610) dispuesto en dicho cilindro (10615), una válvula de admisión dispuesta en dicho cilindro (10615), un pulverizador (10602) que introduce agua en dicho cilindro (10615) de dicha bomba (10060) de vacío, y una salida dispuesta en dicho cilindro para descargar los productos no condensables y el agua sobrante, y en el que dicha bomba de vacío está impulsada por un engranaje (8065) montada sobre un eje (8007) motor principal, estando dicho engranaje (8065) conectado a una pluralidad de engranajes (8066; 8067) reductores, en la que una primera superficie (8073a) de leva y una segunda superficie (8073b) de leva están montadas en uno de dichos engranajes (8066) reductores, un primer rodillo (8070) va montado sobre dicha primera superficie (8073b) de leva y un segundo rodillo va montado sobre dicha segunda superficie de leva, y dicho primer rodillo (8070) mueve dicho pistón (8071) y dicho segundo rodillo mueve dicha válvula (8075) de admisión.
31. Sistema según la reivindicación 29, en el que dicha bomba de vacío comprende un cilindro (10615) , un pistón (10610) dispuesto en dicho cilindro (10615), un cigüeñal (10601), una válvula (10614) de control dispuesta en dicho cilindro (10615), y un medio para pulverizar agua (10602) en dicho cilindro (10615) de dicha bomba (10060) de vacío, en el que dicho pistón (10610) está impulsado por dicho cigüeñal (10601) en un primer y en un segundo sentido, comprendiendo dicho pistón (10610) un primer extremo, un segundo extremo, una pluralidad de muescas (10613), extendiéndose una pluralidad de perforaciones (10611) desde dicho primer extremo hasta dicho segundo extremo, y una solapa (10612) flexible unida a dicho segundo extremo de dicho pistón (10610) y que cubre una o más de dichas perforaciones (10611), en el que dicha solapa (10612) se abre cuando dicho pistón (10610) se mueve en dicho primer sentido y se cierra cuando dicho pistón (10610) se mueve en dicho segundo sentido.
32. Sistema según la reivindicación 29, en el que dicha bomba de vacío es una bomba (12060) gerotor de vacío que comprende un gerotor (12005) exterior y un gerotor (12003) central dispuesto dentro de dicho gerotor (12005) exterior, en el que dicho gerotor (12003) central está montado sobre un eje (12004) motor principal y dicho gerotor (12005) exterior está colocado por una pluralidad de rodillos (12006) guía.
33. Sistema según la reivindicación 29, en el que dicha bomba de vacío es una bomba gerotor de vacío que comprende un gerotor (12003) central dispuesto dentro de dicho gerotor (12005) exterior, en el que dicho gerotor (12003) central está montado sobre un eje motor principal y dicho gerotor (12005) exterior está montada dentro de un único cojinete de bolas.
34. Sistema según la reivindicación 29, en el que dicha bomba de vacío comprende:
una primera columna (12404a) y una segunda columna (12404b), estando dichas columnas (12404a; 12404b) parcialmente llenas de líquido y teniendo un espacio de vapor;
un medio (12406; 12408) para hacer que dicho líquido oscile en dichas columnas (12404a; 12404b);
un medio (12412) de admisión para permitir que gas no comprimido entre en cada una de dichas columnas (12404a; 12404b);
medios (12401a; 12401b) de descarga para descargar gas comprimido procedente de cada una de dichas columnas(12404a; 12404b); y
medios (12417a; 12417b) para pulverizar una fina lluvia de líquido en dicho espacio de vapor de dichas primera y segunda columnas (12404a; 12404b).
35. Sistema según la reivindicación 3, en el que dicho medio compresor comprende un compresor (8000) de espiral.
36. Sistema según la reivindicación 3, en el que dicho medio compresor comprende:
un tambor (7301) exterior que tiene un eje (7382);
un tambor (7302) interior dispuesto giratoriamente en dicho tambor (7301) exterior;
una pluralidad de paletas (7308), teniendo cada paleta (7308) un primer extremo y un segundo extremo opuesto a dicho primer extremo, estando dichas paletas (7308) unidas de manera pivotante a dicho tambor (7302) interior por dicho primer extremo y teniendo una punta (7372) de paleta en dicho segundo extremo, siendo dichas puntas (7372) de paleta propulsadas radialmente hacia fuera durante la rotación de dicho tambor (7302) interior;
una varilla (7370) conectora acoplada a cada dicha punta (7372) de álabe, manteniendo dichas varillas (7370) un espacio entre dichas puntas de álabe y dicho tambor (7301) exterior; y
un medio de acoplamiento para hacer que dichas varillas conectoras giren alrededor del eje de dicho tambor exterior.
37. Sistema según la reivindicación 2, en el que dicho medio compresor comprende:
una carcasa (6301) de compresor, teniendo dicha carcasa (6301) una pared interior, una entrada y una salida;
un rotor (6302) dispuesto en dicha carcasa;
un álabe (6308), teniendo dicho álabe (6308) un primer extremo y un segundo extremo, estando dicho primer extremo acoplado a dicho rotor y siendo dicho segundo extremo propulsado en un sentido hacia fuera durante la rotación de dicho rotor (6302); y
un medio para evitar que el segundo extremo de dicho álabe toque dicha pared interior de la carcasa.
38. Sistema según la reivindicación 2, en que dicho medio compresor es un compresor alternativo, comprendiendo dicho compresor (230) alternativo:
una carcasa (290) de compresor;
un eje (232) central oscilante dispuesto parcialmente dentro de dicha carcasa (230), comprendiendo dicho eje (232) un extremo superior y un extremo inferior, comprendiendo dicho extremo superior un saliente que corre en una ranura sinusoidal en una leva giratoria impulsada por un motor (238); y
al menos una placa (244) dispuesta en dicha carcasa (290) y unida a dicho eje (232) y que oscila con el mismo; teniendo dicha al menos una placa (244) una ranura (246) por la que fluye agua para formar una junta hermética entre dicha carcasa (290) del compresor y dichas placas (244).
39. Sistema según la reivindicación 38, en el que dicha leva contiene una pluralidad de ranuras (237) sinusoidales.
40. Sistema según la reivindicación 1, que comprende tres cámaras (219; 211; 212) concéntricas, en el que dicho contactor de aire ambiente está dispuesto en una cámara (212) más exterior de dichas cámaras concéntricas, dicho medio compresor y dicho evaporador están dispuestos en una cámara (210) más interior de dichas cámaras concéntricas, y dicho condensador está dispuesto en una cámara (211) concéntrica intermedia.
41. Sistema según la reivindicación 1, que comprende dos cámaras concéntricas, en el que dicho contactor (150) de aire ambiente está dispuesto en una cámara más exterior de dichas cámaras concéntricas y dicho medio (130) compresor, dicho evaporador (120) y dicho condensador (140; 160) están dispuestos en una cámara concéntrica más interior.
42. Sistema según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un medio para aportar agua (10012; 10013) de reposición a dicho evaporador (120) y a dicho condensador (140; 160).
43. Sistema según la reivindicación 42, en el que dicho medio para aportar agua (10012; 10013) de reposición comprende una o más válvulas (3227) de flotador.
44. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho contactor (102) de aire de habitación comprende una torre (106) de pulverización para poner agua procedente del evaporador en contacto directo con dicho aire de habitación.
45. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho contactor (102) de aire de habitación comprende un relleno (8035), pasando dicha agua procedente del evaporador sobre dicho relleno, y pasando dicho aire de habitación a través de dicho relleno (8035).
46. Sistema según la reivindicación 45, en el que dicho relleno (8035) comprende cloruro de polivinilo clorado, ondulado.
47. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho condensador es un condensador (160) de pulverización.
48. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho condensador es un condensador (140) de inyección.
49. Método para enfriar aire, que comprende las etapas de:
comprimir un gran volumen de vapor de agua de baja presión con un compresor (130), creando así un vacío sobre una cantidad de agua en un evaporador (120) y provocando una evaporación y que dicha agua se enfríe;
bombear agua enfriada desde el evaporador y poner en contacto a contracorriente dicha agua enfriada con aire de habitación en un contactor (102) de aire de habitación, enfriando así aire de habitación;
enviar agua desde dicho contactor (102) de aire de habitación hasta dicho evaporador (120), provocando que dicha agua se expanda súbitamente y se enfríe;
enviar vapores de agua comprimidos que salen del compresor (130) a un condensador (140; 160) para condensarse;
poner en contacto directo a contracorriente los vapores de agua que salen del condensador con una corriente de agua fría procedente de dicho evaporador (120), para reducir el contenido en agua del aire;
extraer productos no condensables de dicho condensador (140; 160);
enviar agua líquida procedente del condensador (140; 160) hacia un contactor (150) de aire ambiente, donde el aire ambiente se pone en contacto a contracorriente con agua líquida bombeada desde el condensador (140; 160);
aportar agua (10012; 10013) de reposición para reemplazar el agua evaporada; y
drenar agua salada.
50. Método según la reivindicación 49, en el que dicho compresor es un compresor (130) volumétrico.
51. Método según la reivindicación 50, en el que el compresor (130) volumétrico es un compresor de baja fricción que comprende al menos dos componentes compresores, y en el que dichos componentes compresores no hacen sustancialmente contacto entre sí.
52. Método según la reivindicación 49, que comprende adicionalmente la etapa de pulverizar agua en el compresor (130) para evitar una subida de temperatura durante la etapa de compresión.
53. Método según la reivindicación 49, en el que la condensación se produce en múltiples etapas.
54. Método según la reivindicación 49, en el que el agua procedente del contactor de aire de habitación circula contra corriente a través de una pluralidad de evaporadores.
55. Método según la reivindicación 49, en el que tanto la evaporación como la condensación se producen en múltiples etapas.
56. Método según la reivindicación 49, en el que los productos no condensables son extraídos por una pluralidad de compresores.
57. Método para enfriar aire, que comprende las etapas de:
comprimir un gran volumen de vapor de agua de baja presión en una pluralidad de etapas de compresión, generando así un vacío sobre una cantidad de agua en una pluralidad de evaporadores (13120) y provocando que se enfríe dicha agua;
bombear agua enfriada desde dichos evaporadores y poner en contacto a contracorriente dicha agua enfriada con aire de habitación en un contactor (13110) de aire de habitación, enfriando así aire de habitación;
enviar agua desde dicho contactor de aire de habitación hasta dichos evaporadores (13120), provocando que dicha agua se expanda súbitamente y se enfríe;
enviar vapores de agua comprimidos que salen de la última etapa de compresión a un condensador (13160) para condensarse;
poner en contacto directo a contracorriente dichos vapores de agua que salen del condensador (13160) con una corriente de agua enfriada procedente de al menos uno de dichos evaporadores (13120), para reducir el contenido en agua del aire;
extraer productos no condensables de dicho condensador (13160);
enviar agua líquida procedente del condensador hacia un contactor (13110) de aire ambiente, donde se pone en contacto a contracorriente aire ambiente con agua líquida bombeada desde el condensador (13160);
aportar agua (10012; 10013) de reposición para reemplazar el agua evaporada; y
drenar agua salada.
58. Método según la reivindicación 57, en el que la condensación tiene lugar en múltiples etapas.
59. Método según la reivindicación 57, en el que dichas etapas de compresión comprenden un compresor volumétrico o un compresor dinámico.
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