ES2214216T3 - Maquina de absorcion con sistema de gestion de refrigerante. - Google Patents

Abstract

Una máquina de acondicionamiento de aire por absorción con un aparato de gestión de refrigerante, que tiene: unos medios de evaporador (19) y medios de absorbedor (20), unos medios de generador (16, 36) y unos medios de conden sador (38) que están interconectados para proporcionar un ciclo de absorción; incluyendo además dichos medios de evaporador (19) un sumidero (44) para recoger refrigerante que ha pasado por los tubos del intercambiador de calor de dichos medios de evaporador; una bomba (43) de refrigerante que tiene una lumbrera de succión conectada a dicho sumidero (44) y una lumbrera de descarga conectada por una tubería de suministro (47) a un colector (39) de pulverización montado sobre los tubos del intercambiador de calor, con lo cual se pulveriza refrigerante sobre los tubos del intercambiador de calor de los medios de evaporador; un tanque de almacenamiento de refrigerante conectado a dicha tubería (47) de suministro por una tubería (53) de sangrado, con lo que una parte del refrigerante que se mueve a través de la tubería (47) de suministro se hace pasar al tanque de almacenamiento; ca racterizado por una tubería (55) de retorno montada en la parte superior del tanque de almacenamiento para devolver refrigerante al sumidero (44) cuando dicho tanque de alma cenamiento se lleva al nivel de la tubería de retorno; una tubería (57) de drenaje montada en la parte inferior de dicho tanque para drenar dicho tanque de almacenamiento directamente en dicho sumidero (44), y una válvula de drenaje (58) montada en dicha tubería (57) de drenaje que es operable para moverse entre una posición abierta en la que el refrigerante almacenado en dicho tanque de almacenamiento se hace pasar a través de la tubería (57) de drenaje hacia dicho sumidero (44) y una posición cerrada en la que se impide al refrigerante atravesar dicha tubería (57) de drenaje desde dicho tanque de almacenamiento hasta el sumidero (44).

Description

Máquina de absorción con sistema de gestión de refrigerante.

Esta invención se refiere a acondicionamiento de aire por absorción y, en particular, a una máquina de calefacción y refrigeración por absorción con un sistema de gestión de refrigerante, según el preámbulo de la reivindicación 1. Una máquina de esta clase se conoce por el documento US-A-5 752 388.

Como es bien conocido en un sistema de calefacción y refrigeración por absorción, se juntan inicialmente un refrigerante con un absorbente capaz de mantener una alta concentración de refrigerante para producir una solución adecuada para uso en el procedimiento. Bajo ciertas condiciones de funcionamiento, puede variar la cantidad de refrigerante necesario para mantener funcionando eficientemente el sistema. Típicamente, se almacena una cantidad suficiente de refrigerante en la máquina de modo que está disponible para cumplir las exigencias durante estos períodos de operación pico. El permitir que la cantidad de refrigerante disponible se agote hará que la bomba de refrigerante cavite o produzca una cristalización del absorbente.

Aunque es posible almacenar cantidades excesivas de refrigerante en una máquina de absorción para satisfacer exigencias de carga pico, esta práctica no sólo consume espacio, sino que económicamente es impracticable.

En una solicitud japonesa (62-178858) se describe una máquina de absorción en la que el flujo de gravedad de refrigerante líquido entre el condensador del sistema y el evaporador del sistema se controla en respuesta a ciertas condiciones percibidas relacionadas con el sistema, tal como, la temperatura de solución cuando abandona el absorbedor. Se dispone un depósito para refrigerante líquido dentro del condensador y se dosifica el refrigerante hacia el evaporador a través de una primera trayectoria de flujo en condiciones de funcionamiento normales. Tras la percepción de una condición operacional que exige cantidades de refrigerante superiores a las normales, se abre una segunda trayectoria de flujo en el depósito que extrae el depósito del condensador hacia el evaporador. Aunque este sistema soluciona algunos de los problemas asociados con la gestión de refrigerante en una máquina de absorción, requiere, sin embargo, un área de almacenamiento de refrigerante relativamente grande en la unidad de condensador. Dado que el depósito está confinado en el evaporador, proporciona poca flexibilidad para recolocar el depósito en localizaciones de la máquina más prácticas y cómodas.

El objeto de la presente invención es superar las dificultades antes mencionadas y mejorar los sistemas de calefacción y refrigeración por absorción.

Este objeto se alcanza por medio de un aparato para mejorar la gestión de un refrigerante dentro de una máquina de calefacción y refrigeración por absorción que incluye un condensador montado sobre un evaporador, de modo que un refrigerante líquido desarrollado en el condensador se alimenta por gravedad dentro del sistema de pulverización, en el que se pulveriza el refrigerante sobre los tubos de evaporador. Se dispone una bomba de refrigerante para extraer refrigerante líquido desde el sumidero de evaporador y se entrega de nuevo al sistema de pulverización del evaporador a través de una tubería de suministro para reutilizar en el evaporador. Un tanque de almacenamiento se conecta a la tubería de suministro de refrigerante por una tubería de sangrado, con lo que una parte del refrigerante que se suministra al sistema de pulverización del evaporador se alimenta dentro del tanque. Se conecta un tubería de retorno dentro de la parte superior del tanque que devuelve refrigerante que se recoge en el tanque por encima del nivel de la tubería de retorno hacia el sumidero del evaporador. Una tubería de drenaje se sitúa en la parte inferior del tanque que contiene una válvula de purga operada remotamente que, cuando se abre, drena rápidamente el contenido del tanque dentro del sumidero del evaporador haciendo que el refrigerante del tanque esté inmediatamente disponible para uso en el sistema. El funcionamiento de la válvula se controla por un microprocesador que se dispone en ciertas condiciones del sistema con fin de proporcionar un funcionamiento eficiente del sistema, al tiempo que se impide la cavitación de la bomba del sistema y la cristalización no deseada del absorbente.

Para una mejor comprensión de estos y otros objetos de la invención, se hará referencia a la siguiente descripción detallada de la invención, que se ha de leer junto con los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina de calefacción y refrigeración por absorción de etapas múltiples que materializa las enseñanzas de la presente invención;

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra la máquina por absorción mostrada en la figura 2; y

La figura 3 es una sección tomada a lo largo de la líneas 3-3 de la figura 1.

Haciendo referencia inicialmente a la figura 1, se muestra una vista en perspectiva de una máquina 10 de calefacción y refrigeración por absorción de dos etapas del tipo actualmente fabricado por Carrier Corp. de Syracuse, Nueva York. La máquina incluye una sección principal más grande 12 y una segunda sección más pequeña 13 que es colocada en un lado adyacente a la sección principal. La sección principal de la máquina contiene un par de chapas de tubos separadas dispuestas verticalmente 14 y 15 que forman una parte importante de la estructura de soporte de la máquina. La segunda sección más pequeña de la máquina contiene un generador de temperatura alta y un quemador para calentar una solución que se entrega al generador desde el absorbedor del sistema que está alojado en la sección principal de la máquina junto con un segundo generador de temperatura baja, un condensador, un evaporador y un par de intercambiadores de calor de solución. Los tubos del intercambiador de calor de los diversos componentes se montan en alineamiento axial en las dos chapas de tubos y se encierran dentro de unas envueltas adecuadas a prueba de fugas soldadas a las chapas de tubos.

Volviendo ahora a la figura 2, se ilustra en forma esquemática las partes componentes del sistema de absorción materializado dentro de la máquina ilustrada en la figura 1. El funcionamiento del ciclo se describirá con relación a la máquina funcionando en un modo de refrigeración, si bien debe ser evidente para los versados en la técnica que se puede ajustar el ciclo de modo que la máquina también funcione en un modo de calefacción. El presente sistema emplea agua como refrigerante y bromuro de litio, que tiene una gran afinidad con el agua, como absorbente.

La máquina incluye un evaporador 19 y un absorbedor 20 montados en una relación lado con lado dentro de una envuelta común 21. El refrigerante líquido utilizado en el procedimiento se vaporiza en el evaporador, en donde absorbe calor procedente de una sustancia que se está enfriando. La sustancia que está enfriando se lleva a través del evaporador por una tubería 23 de agua enfriada. El refrigerante vaporizado desarrollado en el evaporador se hace pasar al absorbedor en donde se combina con un absorbente para crear una solución adecuada para uso en el procedimiento. El calor desarrollado en el procedimiento de absorción se extrae del absorbedor por medio de un tubería 24 de agua.

Una solución débil que es rica en refrigerante se extrae del absorbedor por medio de una bomba 25 de solución. La solución débil se hace pasar en serie a través de un primer intercambiador de calor de solución de temperatura baja 27 y una segundo intercambiador de calor de solución de temperatura alta 28 por medio de una tubería de entrega 29. Según se explicará con mayor detalle a continuación, la solución débil se pone en relación de transferencia de calor, devolviéndose una solución fuerte al absorbedor desde los dos generadores empleados en el sistema, elevando la temperatura de la solución débil a medida que se mueve hacia los generadores.

Después de abandonar el intercambiador de calor de solución de temperatura baja, se envía una parte de la solución débil al generador de temperatura baja 36 mediante una tubería 31 de solución de temperatura baja. El resto de la solución débil se envía a través del intercambiador de calor de solución de temperatura alta 28 hacia el generador de temperatura alta 16 a través de una tubería 29 de solución. Aunque no se muestra en la figura 2, la solución débil del generador de alta temperatura se calienta por el quemador para vaporizar el refrigerante y retirarlo así de la solución. El vapor de agua que se hierve se hace pasar por medio de una tubería 35 de vapor hacia el generador de temperatura baja 36 que se aloja en la envuelta 37 junto con el condensador 38 del sistema. Aquí, el resto de la solución débil se calienta y se vaporiza el refrigerante contenido en ella por el refrigerante de temperatura alta y se entrega, junto con el condensado de vapor del generador de temperatura alta, al condensador del sistema. En el condensador, los vapores del refrigerante se colocan en relación de transferencia de calor con el agua de refrigeración que atraviesa la tubería 24 para colocar el refrigerante en un estado líquido subenfriado.

El refrigerante líquido condensado del condensador se alimenta por gravedad a un colector 39 de pulverización situado en la parte superior del evaporador y se pulveriza sobre los tubos de agua enfriada para producir refrigeración. Una solución fuerte de absorbente fluye de vuelta desde los dos generadores al absorbedor para ser reutilizada en el ciclo de absorción. En su retorno, la solución fuerte procedente del generador de temperatura alta se hace pasar a través del intercambiador de calor de solución de alta temperatura 28 y luego a través del segundo intercambiador de calor de solución de baja temperatura 27 a través de la tubería 40 de retorno de solución. La solución fuerte que abandona el generador de temperatura baja se conecta a la tubería de retorno de solución por medio de una tubería de alimentador 42 que entra en la tubería de retorno por la entrada del segundo intercambiador de calor de solución.

Una bomba de refrigerante 43 está conectada al sumidero 44 del evaporador del sistema por una tubería de succión 46 y dispuesta para devolver refrigerante líquido recogido en el sumidero al colector 39 de pulverización a través de la tubería de suministro 47.

Con referencia adicional a la figura 3, se ilustra una vista en sección tomada a través de la sección principal de la máquina de absorción que ilustra además el sistema de gestión del refrigerante 50 en ella materializado. Se monta un tanque de almacenamiento en cualquier lugar conveniente dentro de la sección principal de máquina de cierta altura superior a la del sumidero 44 del evaporador. El tanque se conecta a la tubería de suministro 47 por medio de una tubería de sangrado 53, de modo que se desvía al tanque una parte del refrigerante líquido que se está devolviendo al colector 39 de pulverización del evaporador.

Se monta en la sección superior del tanque una tubería de retorno 55. La tubería de retorno se dispone para devolver refrigerante procedente del tanque al sumidero del evaporador que se eleva hasta el nivel de la tubería de retorno. En consecuencia, en condiciones de funcionamiento normales, se pone a disposición del sistema una cantidad adecuada de refrigerante para mantener el funcionamiento del sistema sin el temor de la cavitación de la bomba del refrigerante o la cristalización del absorbente.

Se sitúa una tubería de drenaje 57 en la parte inferior del tanque de almacenamiento que contiene una válvula de drenaje 58 operada remotamente. La válvula de drenaje se conecta eléctricamente a un controlador 60 que se programa para abrir la válvula y drenar el contenido del tanque de almacenamiento en el sumidero del evaporador después de percibir ciertas condiciones del sistema que requieren la disponibilidad de un suministro adicional de refrigerante. El área de sección transversal de la tubería de drenaje es relativamente más grande que el de la tubería de sangrado, de modo que el tanque puede vaciarse rápidamente en el sumidero del evaporador. Según se ilustra en la figura 3, se monta un sensor de temperatura 62 en la tubería de descarga 29 de la bomba 25 de solución y se dispone para enviar información de temperatura relativa a la solución débil que abandona el absorbedor de vuelta al controlador. En el caso de que la temperatura de la solución caiga por debajo de un valor dado que indica que el sistema necesita refrigerante adicional, el controlador abrirá inmediatamente la válvula de drenaje para proporcionar el refrigerante necesario al sistema para mantener unas condiciones de funcionamiento óptimas.

El controlador también está dispuesto para vigilar condiciones adicionales relacionadas con el sistema que también podrían exigir la apertura de la válvula de drenaje. Estas pueden incluir cambiar el modo de funcionamiento de la máquina de refrigeración a calefacción. La condición de la temperatura de la sustancia de refrigeración en la tubería 24 también puede vigilarse y abrirse la válvula de drenaje cuando la temperatura de agua de refrigeración cae por debajo de un valor predeterminado. Similarmente, el nivel de refrigerante en el sumidero del evaporador también puede vigilarse y abrirse la válvula de drenaje en el caso de que sea baja la cantidad de refrigerante en el sumidero.

Claims (9)

1. Una máquina de acondicionamiento de aire por absorción con un aparato de gestión de refrigerante, que tiene: unos medios de evaporador (19) y medios de absorbedor (20), unos medios de generador (16, 36) y unos medios de condensador (38) que están interconectados para proporcionar un ciclo de absorción; incluyendo además dichos medios de evaporador (19) un sumidero (44) para recoger refrigerante que ha pasado por los tubos del intercambiador de calor de dichos medios de evaporador; una bomba (43) de refrigerante que tiene una lumbrera de succión conectada a dicho sumidero (44) y una lumbrera de descarga conectada por una tubería de suministro (47) a un colector (39) de pulverización montado sobre los tubos del intercambiador de calor, con lo cual se pulveriza refrigerante sobre los tubos del intercambiador de calor de los medios de evaporador; un tanque de almacenamiento de refrigerante conectado a dicha tubería (47) de suministro por una tubería (53) de sangrado, con lo que una parte del refrigerante que se mueve a través de la tubería (47) de suministro se hace pasar al tanque de almacenamiento; caracterizado por una tubería (55) de retorno montada en la parte superior del tanque de almacenamiento para devolver refrigerante al sumidero (44) cuando dicho tanque de almacenamiento se lleva al nivel de la tubería de retorno; una tubería (57) de drenaje montada en la parte inferior de dicho tanque para drenar dicho tanque de almacenamiento directamente en dicho sumidero (44), y una válvula de drenaje (58) montada en dicha tubería (57) de drenaje que es operable para moverse entre una posición abierta en la que el refrigerante almacenado en dicho tanque de almacenamiento se hace pasar a través de la tubería (57) de drenaje hacia dicho sumidero (44) y una posición cerrada en la que se impide al refrigerante atravesar dicha tubería (57) de drenaje desde dicho tanque de almacenamiento hasta el sumidero (44).

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicha válvula de drenaje (58) es una válvula operada remotamente.

3. El aparato de la reivindicación 2, que incluye además unos medios de control (60) para abrir y cerrar remotamente dicha válvula de drenaje (58).

4. El aparato de la reivindicación 3, en el que dichos medios de control incluyen además unos medios sensores (62) para detectar una condición del ciclo de absorción que requiere una cantidad máxima de refrigerante disponible y medios para abrir dicha válvula de drenaje (58) en respuesta a dicha condición percibida en la que el refrigerante de dicho tanque de almacenamiento es drenado hacia dicho sumidero del evaporador.

5. El aparato de la reivindicación 1, en el que el área de sección transversal de la tubería de sangrado (53) es menor que el de la tubería de drenaje (57), con lo que dicho tanque de almacenamiento puede drenarse rápidamente en dicho sumidero (44) cuando se abre dicha válvula de drenaje.

6. El aparato de la reivindicación 4, en el que los medios sensores (62) se montan en una tubería de solución para medir la temperatura de la solución débil que abandona los medios de absorbedor.

7. El aparato de la reivindicación 4, en el que dicho sensor está montado en el sumidero (44) de los medios de evaporador para medir el nivel de refrigerante en dicho sumidero (44).

8. El aparato de la reivindicación 4, en el que dicho sensor se monta en una tubería que lleva una sustancia de refrigeración al absorbedor (20) y al condensador (38) para percibir la temperatura de dicha sustancia de refrigeración.

9. El aparato de la reivindicación 4, en el que dicho sensor se dispone para determinar cuándo el modo operacional de la máquina se cambia de un modo de refrigeración a un modo de calefacción.