ES2279661B1 - Metodo y dispositivo de recuperacion de energia termica en proceso queutilizan fluidos a temperatura media/baja desechandolos a temperatura superior. - Google Patents
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Abstract
Método y dispositivo de recuperación térmica en procesos que utilizan fluidos a temperatura media/baja desechándolos a temperatura superior. Un sistema cualquiera (20) que utiliza un fluido refrigerante y lo desecha después de cederle energía es susceptible de la aplicación del método y dispositivo contenido en la presente patente de invención. Se trata de acumular el fluido refrigerante, vehicularlo hasta una batería recuperadora de calor (10) que lo procesará de forma que al extraerle energía necesaria podrá ser reutilizado. El aire exterior actuará como foco frío. El dispositivo capaz de realizar estas funciones está formado principalmente por: I.-Depósito nodriza (3): acumula el fluido refrigerante a la espera de ser gestinado. II.-Mueble-Contenedor (9): contiene los principales elementos activos del sistema, a saber, bomba autoaspirante (11), batería recuperadora de calor (10), ventilador de aire exterior (12), conjunto de tuberías y valvulería para la conducción del fluido refrigerante, compuerta de regulación de aire motorizada (13) y cuadro eléctrico principal.
Description
Método y dispositivo de recuperación de energía
térmica en procesos que utilizan fluidos a temperatura media/baja
desechándolos a temperatura superior.
La invención la podríamos encuadrar en el sector
de las optimizaciones energéticas de procesos industriales y
comerciales.
El sector de las optimizaciones energéticas
tiene una larga andadura, ya que, ha sido, y está siendo, una
importante preocupación para los industriales de todos los campos.
Su verdadero auge tuvo lugar en la década de los noventa, en la que
se comenzó a estudiar en profundidad las entradas energéticas en
los procesos industriales para conseguir unos costes de explotación
más bajos. Esta preocupación se extendió a los sistemas de
acondicionamiento climático y del suministro eléctrico de los
edificios civiles.
Se progresó mucho en el sector de la industria
pesada, sobre todo en la petroquímica, en la que existen multitud
de procesos a muy altas temperaturas, junto con otros a
temperaturas moderadas, y por la tanto, es muy tentador reconvertir
enormes cantidades de energía y reutilizarlas en otros procesos. Es
por ello que existen muchas invenciones registradas relativas a
este sector.
Asimismo también se profundizó en el campo de
los edificios civiles y la industria ligera y los servicios, con la
llamada cogeneración, con la que se aunaban las ventajas de la
generación de energía eléctrica por otros medios distintos a los
habituales, obteniendo como subproductos energía térmica con la que
es posible calentar o refrigerar otros sistemas. También se puede
dar el proceso inverso, es decir, con energías residuales generar
energía eléctrica, para consumo propio o para comercializarla.
En el campo del acondicionamiento del aire
también se desarrollaron equipos para mejorar la eficiencia
energética de los sistemas de Calefacción, Ventilación y
Climatización (CVC) como los clásicos recuperadores rotativos,
estáticos, de cambio de fase o de baterías en flujo continuo, que
existen en el mercado ya hace mucho tiempo. Aunque se sigue
investigando en este terreno, como muestra sirvan los documentos
US6357 245 B1, US6637 234 B2, WO 2004/072560 A1.
Habiendo estudiado toda la serie de trabajos
publicados al respecto, encontramos como gran olvidado el sector
servicio, sobre el cuál se han realizado tímidas incursiones (por
ejemplo el documento FR2823 837 A1) y es en el que se centra esta
nueva inven-
ción.
ción.
Pensamos que a este sector se le ha prestado
menos atención porque las cantidades de energía puestas en juego
son menos llamativas, aunque no por ello despreciables, y parece
que no vaya a ser rentable invertir recursos en optimizaciones
energéticas. Nuestra invención pone de manifiesto lo superficial de
este pensamiento proponiendo un equipo compacto, con un coste
contenido y que es fácilmente aplicable a muchos casos reales.
La presente invención propone un método, y el
conjunto de dispositivos que lo llevan a cabo, para extraer la
energía del fluido refrigerante que se desechaba a alta temperatura
a la red de desagües urbanos, mediante aire exterior de la
atmósfera, consiguiendo que éste sea reutilizable, obteniendo así
un considerable ahorro correspondiente a todo el fluido
refrigerante que se hubiera desechado. Asimismo la energía térmica
cedida al aire exterior podrá ser usada en otros procesos dentro de
la misma explotación.
Para explicar el método que pretendemos proteger
utilizaremos una descripción correlativa del proceso al que
someteremos al fluido refrigerante, a saber: recepcionar el fluido
refrigerante ya caliente, bombearlo a través de una batería de
intercambio térmico por su lado caliente (lado agua), ceder el
calor al lado frío (lado aire exterior), que merced a ser forzado
por el sistema de ventilación es expulsado al exterior (o bien al
sistema que debemos calentar). Posteriormente el fluido refrigerante
dirigido de nuevo a los equipos que requieren refrigeración, de los
que recibe de nuevo calor y se repite de nuevo el ciclo
completo.
En la presente lista no exhaustiva, detallamos
los elementos principales que componen el dispositivo inventado,
aprovechando además para profundizar en la explicación del
método:
- -
- Un depósito nodriza mantiene un nivel constante y realiza las siguientes funciones: recibir el fluido refrigerante de los equipos servidos, elegir el destino de este fluido, o bien al sistema de recuperación, o bien a desecho, en el caso de que las condiciones climáticas exteriores no permitan su recuperación.
- -
- Un mueble-contenedor autoportante, compacto, con una envolvente de chapa de acero con diversos acabados, que engloba los siguientes elementos:
- \circ
- Batería recuperadora de calor del tipo de paquete aleteado sobre haces de tubos en cobre-aluminio, en su ejecución estándar. También pueden realizarse otras versiones para ambientes agresivos, salinos, etc.
- \circ
- Bomba autoaspirante que se ocupa de hacer circular el fluido refrigerante desde el depósito nodriza hasta los equipos a refrigerar, a través de la batería recuperadora, suministrándolo a temperatura adecuada.
- \circ
- Conjunto de tuberías y valvulería para la conducción del fluido refrigerante hasta los distintos elementos, incluye válvulas automáticas para suministro directo del agua de red o del medio refrigerante habitual, en el eventual caso de la imposibilidad de recuperación.
- \circ
- Un ventilador encargado de vehicular el aire exterior, a través de la compuerta de regulación motorizada, el filtro de aire y la batería recuperadora de nuevo al exterior, o bien, al proceso en el que utilicemos la energía residual.
- \circ
- Una compuerta de regulación motorizada, que controla el flujo del aire para suministrar el agente refrigerante a la temperatura de preparación idónea para los equipos a refrigerar.
- \circ
- Un filtro de aire para protección de la batería recuperadora y el ventilador.
- \circ
- Un conjunto de material de campo de regulación y control, conteniendo dos sondas de temperatura, dispositivo control de flujo, presostatos, vaso acumulador de presión, etc.
- \circ
- Un cuadro eléctrico de protección y maniobra, con autómata programable, que controlará todos los procesos del dispositivo.
- Todos los elementos contenidos en el mueble-contenedor o en el depósito nodriza, igualmente podrían estar disgregados en distintos emplazamientos de la instalación, habiendo elegido el formato compacto por ser más práctico para el montaje del mismo y, por lo tanto, su comercialización será más sencilla.
La figura que hemos preparado para explicar la
invención es una representación del diagrama de flujo, es decir, un
esquema de principio de funcionamiento, en el que representamos el
equipo que se necesita refrigerar (20), que cede energía al agua de
red en el funcionamiento normal y en el que intercalamos nuestro
sistema, podemos distinguir los siguientes apartados:
1.- Acometidas de servicios externos: en primer
lugar está la acometida de agua de red (1), que es el fluido
refrigerante comúnmente usado en este tipo de instalaciones, que
realiza la doble función de mantener el nivel del depósito nodriza
(3) constante y por otro llevar el fluido refrigerante hasta el
mueble-contenedor (9), a través de la válvula
solenoide (8). En segundo lugar está la toma de desagüe (2) que
recibe el agua de desecho en los casos en que la recuperación de
calor es imposible, porque las condiciones climatológicas
exteriores impiden la correcta preparación del refrigerante a los
equipos que lo necesitan. El funcionamiento de una instalación
normal, en la que no se aplicara nuestro método y dispositivo,
sería la siguiente: el equipo a refrigerar recibe el agua de red
(1), a la que le cede calor y después lo expulsa a la red de
desagües (2). Con las líneas de trazos (19) representamos la
instalación sin recuperación de energía.
2.- Depósito nodriza: como ya se adelantó
anteriormente este elemento (3) recibe el fluido refrigerante de
los equipos a refrigerar a alta temperatura y a través de la
válvula de tres vías (4) que lleva instalada sobre sí, discrimina el
fluido refrigerante, dejándolo entrar al depósito, del que no lo es,
expulsándolo a la red de desagües (2). El depósito nodriza lleva,
además, las tubuladuras necesarias para las aspiración del fluido
refrigerante desde el mueble-contenedor (9), y un
conducto que realiza la doble función de expulsor y rebosadero (6).
Para realizar la medida del nivel dentro del depósito nodriza se le
colocará un nivel magnético (7) con tres puntos, que son: mínimo de
protección de bombas, medio de comienzo de llenado y máximo de fin
de llenado.
3.- Mueble-contenedor
autoportante (9): es el equipo principal del dispositivo, en él
encontramos todos los elementos principales del la invención: la
batería de recuperación agua-aire (10) que recibe
el agua caliente del depósito nodriza, siendo vehiculada por la
bomba autoaspirante (11), y le cede calor al aire, que es forzado
por el ventilador (12) y expulsado al exterior, en caso de que no
podamos aprovecharlo, o conducido hasta su punto de
aprovechamiento. En este último caso el aprovechamiento de energía
es completo, no solo podemos reutilizar el agua recuperada, sino que
además nos servimos de la energía residual para otros fines, como
por ejemplo: secado, calentamiento de estancias, preparación de
medios calientes, etc. Además tenemos la compuerta de regulación
motorizada (13) que regula la cantidad de aire que debe pasar a
través de la batería, y poder así preparar el agua recuperada a la
temperatura deseada. Como pueden ver en la figura el mueble
contenedor contiene además las tuberías, valvulería, etc.
4.- Sistema de regulación: las sondas de
temperatura de entrada (14) y de salida (15) transmiten su medida a
un autómata programable que las procesa y maniobra el sistema con
la siguiente filosofía: si la temperatura de salida es muy baja, se
disminuye la cantidad de aire que atraviesa la batería enviando las
señales necesarias a la compuerta de regulación motorizada (13), si
la diferencia entre las temperaturas de entrada y de salida no es
lo suficientemente alta, se inhibe la recuperación de calor y se
hace funcionar el sistema de la forma tradicional. Para la
alimentación de agua hasta los equipos a refrigerar, mantendremos
el sistema a presión con la bomba en marcha y maniobrada con la
señal del presostato (16) y mediante el vaso acumulador de presión
(18). Como elemento de seguridad y como medida de ahorro de energía
nos serviremos del dispositivo de control de flujo (17) para que
cuando no haya flujo durante un largo tiempo, se pueda interrumpir
la operación del sistema de recuperación de energía (intervenciones
de mantenimiento, paradas prolongadas, etc.).
Ejemplo
explicativo
En el presente ejemplo mostraremos una
aplicación real con datos concretos, que no limita las amplias
aplicaciones posibles de la invención. En nuestro caso es una
lavandería comercial con dos equipos de limpieza en seco que se
refrigeran con agua de la red a presión por encima de 2 bar y que
para su correcto funcionamiento necesitan 350 lts/h a temperatura
máxima de 28ºC. Cuando la operación es normal la temperatura de
salida del agua es de 55ºC aproximadamente. Además necesitamos
calentar una estancia colindante que se utiliza para el secado de
las prendas lavadas con agua y que debemos calentar durante todo el
año a 30ºC. Con estos datos de partida proponemos la solución
descrita en adelante.
Nuestra invención propondría la siguiente
solución:
1.- Recepción de fluido refrigerante en un
depósito nodriza, intercalado entre las descargas de los equipos de
seco y el punto de desagüe requerido, con las características
detalladas en memoria descriptiva.
2.- Un mueble-contenedor de
construcción autoportante que puede colocarse en falsos techos del
local comercial que ocupa la lavandería, que contendrá los
siguientes elementos: ventilador centrífugo para un caudal de 1
m^{3}/seg y 100 Pa de presión disponible, batería de recuperación
que con el caudal de aire especificado es capaz de suministrar agua
por debajo de 28ºC con aire exterior a 26,5ºC, una bomba
autoaspirante para un caudal de 0,2 dm^{3}/seg. con 270 Kpa de
presión disponible de suministro, compuerta de regulación
motorizada. El resto de los elementos están estandarizados y se
hallan descritos en la memoria descriptiva.
3.- Realizar las interconexiones entre los
distintos equipos "in situ" con las tuberías del
calibre adecuado para los caudales descritos, por ejemplo 20 mm. de
diámetro interior.
El método y los dispositivos que hemos descrito
en la presente solicitud, son susceptibles de ser producidos en
serie, estandarizarse en distintos tamaños, adaptados a las
necesidades de determinados comercios o industrias en función de la
cantidad de fuentes de calor que contenga cada uno. Nos vamos a
servir del ejemplo del apartado anterior (modo de realización) para
explicar la forma de escalonar los tamaños de los equipos.
Supongamos que diseñamos un equipo dimensionado para la lavandería
comercial anterior, es decir, con dos fuentes de energía. El dotar a
otra lavandería de un equipo dimensionado para tres fuentes de
energía, haría que todos sus elementos fueran necesariamente
proporcionales al anterior.
En resumen, para cada aplicación concreta
podríamos realizar una familia de equipos de tamaños cuyas
características guardan una relación directa a la cantidad de
fuentes de calor a las que atienden, en consecuencia se trata de una
invención susceptible de aplicarse industrialmente y ser producida
en serie.
Claims (4)
1. Método para la recuperación de energía
térmica en procesos que utilizan fluidos a temperatura media/baja
desechándolos a temperatura superior, caracterizado por su
adaptabilidad a equipos del sector servicios e industrial, que
posibilita su reutilización, en lugar de que fueran desechados del
sistema. El medio al que se cede la energía contenida en el fluido
refrigerante es el aire exterior, el cuál se puede usar para
calentar otros sistemas dentro del mismo conjunto de servicios, o
bien, se devuelve a la atmósfera que actuará como foco frío. El
método consiste en la recepción del fluido refrigerante, su
circulación forzada mediante bomba autoaspirante (11) a través de
una batería recuperadora de calor (10) del fluido refrigerante
mediante aire exterior, la cesión del calor al aire exterior que se
hace circular forzado por un ventilador (12) y los controles
necesarios para que todos estos procesos se realicen
automáticamente, para después devolver el fluido refrigerante
preparado a temperatura adecuada a los equipos a refrigerar.
2. Dispositivo capaz de realizar las funciones
descritas en la reivindicación 1, caracterizado por ser
compacto y susceptible de ser producido de forma estándar y modular
adaptada al volumen de energía a recuperar que comprende los
siguientes elementos:
* Un depósito nodriza (3)
receptor-gestor del fluido refrigerante.
* Un mueble-contenedor que se
caracteriza por ser autoportante y que contiene: batería de
recuperadora de calor (10), bomba autoaspirante (11), un ventilador
(12) para vehicular el aire exterior, compuerta de regulación de
aire motorizada (13), sondas de temperatura (14) y (15),
presostatos (16) y (18), dispositivos de control de flujo (17),
conjunto de tuberías y valvulería para la conducción de fluidos, un
cuadro eléctrico de protección, maniobra y control.
3. Dispositivo descrito en la reivindicación 2,
caracterizado porque con la alimentación eléctrica, la
conexión de los fluidos entre los elementos que componen la
invención y con las acometidas exteriores de fluido refrigerante y
de desagüe, el equipo de recuperación de calor funciona
correctamente sin la intervención de personal especializado para su
puesta en marcha. Esta descripción coincide con el concepto de
equipo autónomo dentro del ámbito de las instalaciones CVC
(Calefacción, Ventilación y Climatización).
4. Modificación del dispositivo descrito en la
reivindicación 2, en el que se disgreguen los elementos que
contienen el mueble-contenedor (9) y/o el depósito
nodriza (3), pero que realicen funciones similares o produzcan un
efecto equivalente.
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EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20070816 Kind code of ref document: A1 |
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FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2279661B1 Country of ref document: ES |
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FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |