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