ES2279394T3 - Sistema de control climatico con un circuito de compresion de vapor combinado con un circuito de absorcion. - Google Patents

Sistema de control climatico con un circuito de compresion de vapor combinado con un circuito de absorcion. Download PDF

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Abstract

Un sistema (CS) para controlar el clima en un entorno que incluye: - un primer circuito (A) de comprensión de vapor, que incluye un compresor (1) cuya salida está conectada a un condensador (2; 2'') seguido de un dispositivo (4) de expansión y de un evaporador (5; 16) cuya salida está conectada a la toma del compresor (1); - un segundo circuito (B) de absorción, por el que, cuando está en funcionamiento, pasa una solución higroscópica; caracterizado porque el segundo circuito incluye un regenerador (11) de membrana semipermeable destinado a permitir que dicha solución ceda humedad (agua) a un primer flujo de aire que circula por el regenerador (11) durante el funcionamiento, un deshumidificador con membranas semipermeables (13), dispuesto aguas abajo del regenerador (11) y destinado a permitir que la humedad pase desde un segundo flujo de aire a la solución higroscópica, y una bomba (14) de circulación; por medio del cual los circuitos primero y segundo (A, B), estando conectados por al menos un intercambiador (5) de calor en el que la solución higroscópica circula por el segundo circuito (B), ceden calor al fluido refrigerante que circula por el primer circuito (A).

Description

Sistema de control climático con un circuito de compresión de vapor combinado con un circuito de absorción.
La presente invención se refiere a un sistema de control climático para un entorno, tal como el compartimiento de pasajeros de un vehículo de motor o una zona de estar u otras actividades.
En la técnica anterior, los sistemas de control climático incluyen generalmente un circuito de compresión de vapor, incluyendo un compresor con su suministro conectado a un condensador, con un dispositivo de expansión y un evaporador aguas abajo, cuya salida está conectada con la toma del compresor.
Estos sistemas tienen un problema con la evacuación del agua que se ha acumulado como resultado de la condensación de la humedad en el aire que se está tratando.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de control climático que proporcione una solución efectiva a este problema.
Los actuales sistemas de control climático denominados "split" (separados) para uso doméstico requieren que el evaporador se instale en la sala que se va a tratar mientras que el condensador generalmente se posiciona fuera. Esta disposición supone el uso de tubos de conexión bastante largos para conectar los distintos componentes. Por una parte, esto significa que se requiere una considerable cantidad de fluido refrigerante, mientras que por otro lado tiene la desventaja de que el fluido refrigerante puede dispersarse en el entorno que se está tratando en caso de fuga.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema que supere estos inconvenientes.
Estos y otros objetos se logran según la presente invención proporcionando un sistema de control climático cuyas características más importantes se definen en la reivindicación 1 adjunta.
Un sistema según el preámbulo de la reivindicación 1 se describe en el documento US4984434.
Características y ventajas adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la descripción detallada que sigue, proporcionada simplemente a modo de ejemplo no limitante, en referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es un diagrama que muestra una primera forma de realización de un sistema de control climático de la invención y,
Las Figuras 2 a 4 son diagramas de formas de realización alternativas de la invención.
En la Figura 1, un sistema de control climático según la invención está por lo general indicado con las siglas CS.
Este sistema incluye un primer circuito de compresión de vapor A, conectado o combinado con un segundo circuito B de absorción que incluye intercambiadores con membranas semipermeables.
El circuito de refrigeración A incluye un compresor 1, cuya salida o suministro está conectado a un condensador 2. La salida de éste está conectada a un dispositivo 4 de expansión, (posiblemente) por medio de un secador 3.
Un intercambiador 5 de calor de placas, situado entre la válvula 4 de expansión y la toma del compresor 1, actúa como evaporador. Este intercambiador de calor acopla de hecho los dos circuitos A y B, como se verá mejor más adelante en este documento.
Un fluido deshidratante (una solución higroscópica), tal como una solución acuosa de LiCl, TEG, LiBr, CaCl_{2}, glicerina o similares, circula por el circuito B. Este circuito incluye un regenerador 11, constituido por un intercambiador de calor que incorpora membranas semipermeables, destinadas a confinar un fluido en su estado líquido pero que pueden ser atravesadas por un fluido en su fase gaseosa, en especial vapor.
Por comodidad, el regenerador 11 se posiciona contiguo al condensador 2 y a un ventilador eléctrico asociado 6. Si el sistema de control climático se conecta con el compartimiento de pasajeros de un vehículo de motor, el regenerador 11 y el condensador 2 pueden colocarse convenientemente detrás del radiador del circuito de fluido refrigerante del motor del vehículo.
Aguas abajo del regenerador 11, el circuito B de absorción atraviesa el intercambiador 5 de calor tras pasar primero a través de un depósito 12 que actúa como absorbente higrométrico, en caso de proporcionarse.
Aguas abajo del intercambiador 5 de calor, el circuito B de absorción incluye un intercambiador 13 de calor, que también incorpora membranas semipermeables y que actúa como deshumidificador. Un ventilador eléctrico 7 se asocia con este intercambiador 13 de calor para generar una corriente de aire (indicada de forma esquemática con una pluralidad de flechas en la Figura 1) en el entorno que se está tratando. En el caso de un sistema de control climático en el compartimiento de pasajeros de un vehículo de motor, el intercambiador 13 de calor puede disponerse, por ejemplo, en los conductos de distribución de aire tratado, dentro del tablero de instrumentos del
vehículo.
Una bomba de circulación, indicada como 14, está situada aguas abajo del intercambiador 13 de calor para que, cuando esté en funcionamiento, mantenga el fluido circulando por el circuito B de absorción hacia el regenerador 11.
En el caso de un sistema de control climático para el compartimiento de pasajeros de un vehículo de motor, resulta conveniente si se dispone un intercambiador 15 de calor de tipo líquido/líquido entre la salida o suministro de la bomba 14 y la toma del regenerador 11, para intercambiar calor entre el fluido que circula por el circuito B de absorción y el líquido que circula por el circuito de refrigeración del vehículo de motor.
Cuando está en funcionamiento, el circuito A de compresión de vapor funciona de un modo estrictamente convencional. No habrá, por lo tanto, ninguna descripción adicional del funcionamiento de este circuito.
El circuito B de absorción funciona de la forma siguiente:
Una solución higroscópica, a baja temperatura y con una alta concentración de humedad (agua), circula hacia el intercambiador de calor deshumidificador 13. Al atravesar este intercambiador de calor deshumidificador, la solución entra en contacto con el aire relativamente caliente y húmedo que tiene que enfriarse y deshumidificarse antes de que sea liberado en el entorno que se está tratando. El gradiente de concentración de la solución higroscópica y el que contiene el aire implica que parte del vapor de agua presente en el aire entra en la solución higroscópica a través de la membrana o membranas semipermeables del intercambiador 13 de calor. Al mismo tiempo, cuando entra en contacto con la solución higroscópica relativamente más fría, la temperatura de este aire también desciende.
Por otra parte, la temperatura de la solución higroscópica aumenta, tanto por entrar en contacto con el aire relativamente más caliente como porque el proceso de absorción es de tipo exotérmico.
En la salida del intercambiador deshumidificador 13, la solución higroscópica tiene, por lo tanto, una concentración más baja y está a una temperatura más alta que la que tenía al entrar.
Aguas abajo de la bomba 14 de circulación, el intercambiador 15 de calor, si lo hubiera, actúa para elevar la temperatura de la solución higroscópica, facilitando así el posterior proceso de regeneración que tiene lugar en el intercambiador 11 de calor. Dentro del intercambiador 15, la concentración de la solución higroscópica permanece inalterada, puesto que no hay contacto entre ella y el aire exterior.
La solución higroscópica entra entonces en el intercambiador del regenerador 11 por el que, cuando está en funcionamiento, pasa una corriente de aire generada al menos en parte, por el ventilador eléctrico 6. El aire que circula por el intercambiador del regenerador 11 se calienta, como resultado del calor intercambiado por el condensador 2 del circuito A. En contacto con este aire calentado, la solución higroscópica en el regenerador 11 libera a este aire parte del agua que contiene. La concentración de la solución higroscópica, por tanto, aumenta.
Aguas abajo del intercambiador 11 del regenerador, la solución higroscópica está, por consiguiente, a una alta temperatura y tiene una alta concentración y, cuando entra en el intercambiador 5 de placas, cede calor al fluido refrigerante que se está evaporando allí.
Al salir del intercambiador 5 de calor, la solución higroscópica vuelve a estar, por tanto, a baja temperatura y a tener una alta concentración.
La Figura 2 muestra una primera variante del sistema de control climático de la invención. En este dibujo, a los componentes y elementos que ya han sido descritos se les ha dado los mismos números o letras de referencia.
El sistema de la Figura 2 difiere esencialmente del de la Figura 1 en que el intercambiador de calor 2' está colocado en el circuito A de compresión de vaporentre el compresor 1 y el dispositivo 4 de expansión para que actúe como un condensador en el que, a medida que condensa, el fluido refrigerante cede calor a la solución higroscópica que circula a través del circuito B, en la sección entre la bomba 14 de circulación y el regenerador 11.
El sistema mostrado en la Figura 2 funciona del mismo modo que el mostrado en la Figura 1, por lo que su funcionamiento no será descrito de nuevo en detalle.
En una variante, no ilustrada, del sistema mostrado en la Figura 2, podría idearse una disposición por medio de la cual se transportaran respectivamente diferentes cantidades de solución higroscópica o de fluido deshidratante hasta las partes deshumidificadoras y de regeneración del circuito B. En tal caso, el fluido deshidratante podría extraerse del depósito 12 mediante dos bombas diferentes y suministrarse a dos subcircuitos diferentes: el fluido deshidratante diluido que vuelve desde el deshumidificador y el fluido deshidratante concentrado que vuelve desde el regenerador (los cuales estarían, por cierto, a temperaturas diferentes) se mezclarían de nuevo en su regreso al depósito 12.
Si la energía generada en la etapa en la que el fluido refrigerante se condensa en el circuito A fuera mayor que la exigida para calentar el fluido deshidratante con el propósito de facilitar la regeneración del mismo en el regenerador 11, podría concebirse incluso otra disposición: el intercambiador 2' que actúa como condensador podría intercambiar calor con el fluido deshidratante, como en el sistema mostrado en la Figura 2, y luego disipar al aire cualquier exceso de energía.
La Figura 3 muestra una variante adicional de la invención. En este dibujo, a los componentes o elementos que ya han sido descritos se les ha dado de nuevo los mismos números o letras de referencia.
En el sistema de la Figura 3, el circuito B de absorción es el mismo que el descrito en referencia al sistema de la Figura 2.
En el circuito A de compresión de vapor del sistema de la Figura 3, sin embargo, el intercambio de calor por condensación incluye primero un intercambio gas/líquido entre el fluido refrigerante (en su fase gaseosa al salir del compresor 1) y el fluido deshidratante o solución higroscópica y a continuación un intercambio de calor entre el fluido refrigerante y el aire, en el verdadero condensador, indicado como 2.
En una variante que no está ilustrada, la secuencia del intercambio de calor por condensación podría invertirse, con un intercambio primero entre el fluido refrigerante y el aire, seguido de un intercambio líquido/líquido entre el fluido refrigerante refrigerado adicionalmente y el fluido deshidratante.
La Figura 4 muestra otra variante más. En este dibujo, a los componentes o elementos que ya han sido descritos se les da de nuevo los mismos números o letras de referencia.
En el sistema de la Figura 4, el circuito B de absorción es el mismo que los de las Figuras 2 y 3.
El circuito A de compresión de vapores similar al del sistema según la Figura 3, con la diferencia de que el fluido refrigerante es evaporado en parte por el intercambiador 5 de calor y en parte por un intercambiador de calor adicional o verdadero evaporador, indicado como 16 y convenientemente posicionado cerca del intercambiador deshumidificador 13, en particular aguas abajo del mismo. En el sistema mostrado en la Figura 4, las disposiciones alternativas respecto a la división del intercambio de calor por condensación en el fluido refrigerante siguen siendo válidas.
Los sistemas de control climático según la invención, tal como se han descrito anteriormente, resuelven eficazmente el problema de purgar el agua de condensación que gotea.
Cuando se usan para controlar el clima en entornos domésticos o similares, las disposiciones descritas anteriormente en referencia a las Figuras 1 a 3 hacen posible ajustar exactamente el deshumidificador en el espacio objeto que se va a tratar disponiendo los demás dispositivos en el exterior. En este caso, sólo tienen que usarse los tubos que transportan el fluido deshidratante (la solución higroscópica) para conectar la parte del sistema dispuesto en el entorno que se va a tratar con la parte externa. Estos tubos tienen menos problemas de instalación que los que transportan gas, que necesitarían usarse para conectar los denominados sistemas separados de la técnica anterior. Además, si se produjera una fuga en el entorno que se está tratando, únicamente se dispersa la solución higroscópica, en lugar del gas refrigerante.
Naturalmente, el principio de la invención permanece inalterable, y las formas de realización y detalles de fabricación podrían variar ampliamente de los descritos e ilustrado simplemente a modo de ejemplos no limitantes, sin alejarse así del alcance de la invención como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. Un sistema (CS) para controlar el clima en un entorno que incluye:
un primer circuito (A) de comprensión de vapor, que incluye un compresor (1) cuya salida está conectada a un condensador (2; 2') seguido de un dispositivo (4) de expansión y de un evaporador (5; 16) cuya salida está conectada a la toma del compresor (1);
un segundo circuito (B) de absorción, por el que, cuando está en funcionamiento, pasa una solución higroscópica; caracterizado porque el segundo circuito incluye un regenerador (11) de membrana semipermeable destinado a permitir que dicha solución ceda humedad (agua) a un primer flujo de aire que circula por el regenerador (11) durante el funcionamiento, un deshumidificador con membranas semipermeables (13), dispuesto aguas abajo del regenerador (11) y destinado a permitir que la humedad pase desde un segundo flujo de aire a la solución higroscópica, y una bomba (14) de circulación; por medio del cual los circuitos primero y segundo (A, B), estando conectados por al menos un intercambiador (5) de calor en el que la solución higroscópica circula por el segundo circuito (B), ceden calor al fluido refrigerante que circula por el primer circuito (A).
2. Un sistema según la reivindicación 1, en el que dicho intercambiador (5) de calor actúa como evaporador en el anteriormente mencionado primer circuito (A).
3. Un sistema según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el regenerador (11) del segundo circuito (B) está dispuesto cerca del condensador (2) del primer circuito (A), y se proporciona un ventilador (6) para generar una corriente de aire primero al condensador (2) y luego al regenerador (11).
4. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes para el control climático del compartimiento de pasajeros de un vehículo con motor de combustión interna con un circuito refrigerante asociado al mismo;
un intercambiador (15) de calor líquido/líquido interpuesto entre el deshumidificador (13) y el regenerador (11) en el segundo circuito (B) para hacer que el líquido refrigerante del motor ceda calor a la solución higroscópica que circula a través de dicho segundo circuito (B).
5. Un sistema de control climático según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que los circuitos primero y segundo (A, B) están conectados por un intercambiador (2') de calor adicional en el que el fluido que circula por el primer circuito (A) cede calor al fluido que circula por el segundo circuito (B).
6. Un sistema de control climático según la reivindicación 5 en el que dicho intercambiador de calor adicional (2') está dispuesto en el primer circuito (A) entre el compresor (1) y el dispositivo (4) de expansión, y en el segundo circuito (B) está dispuesto entre la salida del deshumidificador (13) y la toma del regenerador (11).
7. Un sistema de control climático según la reivindicación 5 o la reivindicación 6 en el que el segundo circuito (B) incluye dos subcircuitos en los que las respectivas bombas generan respectivas corrientes de solución higroscópica, con diferentes volúmenes respectivamente, de un depósito común (12) hacia el regenerador (11) y el deshumidificador (13) respectivamente; devolviéndose las corrientes de solución higroscópica que proceden del regenerador (11) y del deshumidificador (13) respectivamente a dicho depósito.
8. Un sistema de control climático según la reivindicación 5 en el que dicho intercambiador de calor adicional (2') está dispuesto aguas arriba o aguas abajo del condensador (2).
9. Un sistema de control climático según la reivindicación 5 o la reivindicación 8 en el que el primer circuito (A) incluye un evaporador (16) dispuesto aguas abajo de dicho primer intercambiador (5) de calor que conecta los circuitos primero y segundo (A, B); estando dicho evaporador (16) dispuesto cerca del deshumidificador (13) del segundo circuito (B), aguas abajo del mismo a lo largo de la dirección de la segunda corriente de aire, mencionado previamente, que circula hacia dicho deshumidificador (13) en funcionamiento.
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