ES2281441T3 - Dispositivo de refrigeracion por absorcion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de refrigeración por adsorción, que comprende una cámara (2) de evaporador que contiene un líquido (L) refrigerante con su vapor (V) que se evapora bajo el efecto de una depresión, un dispositivo (50) de conexión y una cámara (300) de adsorción bajo vacío que contiene un adsorbente capaz de fijar los vapores del líquido refrigerante, en el que el adsorbente está constituido por uno o más bloques (200) rígidos que comprenden una pluralidad de cavidades (210, 220) conformadas en el interior del bloque adsorbente y que abren por un extremo, o por dos extremos, de dicho bloque adsorbente, siendo al menos una de dichas cavidades un cavidad (210) alimentadora susceptible de difundir vapores de líquido refrigerante sobre el adsorbente.
Description
Dispositivo de refrigeración por absorción.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de refrigeración, por evaporación y adsorción, cuyo
principio consiste en evaporar un líquido bajo el efecto de una
depresión mantenida por adsorción de los vapores de dicho líquido.
La evaporación de este líquido refrigerante contenido en un
evaporador (una cámara, una cavidad o similar) es lo que impulsa un
enfriamiento en las proximidades del evaporador. Otra cámara, que
contiene material adsorbente, se encuentra generalmente conectada
al evaporador.
El principio de refrigeración por evaporación de
un líquido refrigerante y adsorción de vapor de este líquido, ha
experimentado numerosos desarrollos, tanto para sistemas cíclicos
(con generación de adsorbentes mediante calentamiento), como para
sistemas de un sólo uso.
En todos estos dispositivos, la adsorción va
acompañada de disipación de calor en el adsorbente que conduce a
una elevación de la temperatura que se pretende limitar mediante la
descarga de una parte de ese calor. Véase por ejemplo el documento
US-A-4 367 079.
Los dispositivos cíclicos comprenden en general
adsorbentes en relación con intercambiadores de calor que descargan
en primer lugar el calor disipado por los adsorbentes durante la
reacción de adsorción de los vapores de líquido refrigerante, y en
segundo lugar calientan estos adsorbentes para regenerarlos.
El principio de adsorción cíclica para
refrigeración, se encuentra descrito en la Patente US 4 637 218 y en
el documento FR-A-1 029 877.
En los sistemas cíclicos, un líquido
refrigerante se evapora por adsorción y después se condensa, siendo
regenerados los adsorbentes mediante calentamiento después de haber
cumplido con su función de adsorción. Los intercambiadores de calor
están diseñados para enfriar en primer lugar los adsorbentes durante
su función de adsorción, y en segundo lugar para calentar estos
adsorbentes para su regeneración.
Una de las principales dificultades de los
dispositivos cíclicos reside en la ineficacia del acoplamiento
térmico entre los intercambiadores de calor y los adsorbentes. Por
ejemplo, un acoplamiento térmico eficiente resulta difícil de
alcanzar con zeolitas que por otra parte son adsorbentes eficaces.
En efecto, los adsorbentes tienen por lo general forma de granos o
de varillas que tienen una pobre conductividad del calor. El
resultado es, por lo tanto, una baja eficacia de los sistemas
cíclicos.
La Patente US núm. 5 535 817 ha analizado
eficazmente estas dificultades, y propone un método para formar
zeolitas por deposición sobre una superficie metálica que
proporciona un rendimiento considerablemente incrementado. Las
zeolitas son depositadas directamente sobre la superficie interna de
tubos metálicos con el fin de formar un forro interior. El método
de deposición propuesto en esta patente es, sin embargo, complicado
de llevar a cabo. Esto hace que sea difícil aplicarlo en el caso de
una producción a gran escala, de bajo coste.
En el caso de los dispositivos de un sólo uso,
la Patente US núm. 4 759 191 propone limitar la elevación de la
temperatura mediante la adición de adsorbentes de diferentes
materiales, especialmente materiales que tienen un cambio de fase
de sólido a líquido entre 30ºC y 70ºC. Para obtener un efecto
significativo, es necesario sin embargo disponer de una gran
cantidad de materiales de cambio de fase de sólido a líquido
(típicamente el doble que de adsorbentes para obtener un efecto
significativo). Esta Patente US núm. 4 759 191 menciona también la
posibilidad de usar un material de cambio de fase de líquido a gas,
así como también temperaturas de adsorbente de hasta 100ºC o
incluso 110ºC. Sin embargo, no se analizan las limitaciones
relativas a la implementación de tal dispositivo.
El objetivo de la presente invención consiste en
subsanar los inconvenientes de la técnica anterior.
A este efecto, la presente invención propone una
conformación de los adsorbentes que sea particularmente adecuada
para la descarga del calor liberado durante la adsorción, y que sea
económicamente ventajosa de implementar.
De acuerdo con la invención, los adsorbentes se
preparan en forma de bloques rígidos que tienen cavidades
conformadas en el interior del bloque adsorbente. Al menos una parte
de estas cavidades se utilizan para aumentar la distribución de los
vapores del líquido refrigerante para una adsorción eficaz, y otra
parte puede ser utilizada para descargar el calor liberado durante
la adsorción. En el caso de aplicaciones a dispositivos cíclicos,
las cavidades están dedicadas a la descarga del calor mediante el
que también es posible calentar los adsorbentes para su
regeneración.
\newpage
La invención se refiere más en particular a un
dispositivo de refrigeración de adsorción que comprende una cámara
de evaporador que contiene un líquido refrigerante con sus vapores,
que se evapora bajo el efecto de una depresión, un dispositivo de
conexión y una cámara de adsorción bajo vacío que contiene un
adsorbente capaz de fijar los vapores del líquido refrigerante, en
el que el adsorbente está constituido por uno o más bloques
rígidos, que comprenden una pluralidad de cavidades configuradas en
el interior del bloque adsorbente y que abren por un extremo o por
dos extremos de dicho bloque adsorbente, de las que al menos algunas
de dichas cavidades son cavidades alimentadoras capacitadas para
difundir vapores de líquido refrigerante sobre el adsorbente.
De acuerdo con una característica, al menos otra
cavidad es una cavidad de intercambio de calor susceptible de
descargar el calor liberado durante la adsorción de los vapores del
líquido refrigerante.
De acuerdo con una característica particular de
la invención, el bloque tiene dos zonas separadas por un
apantallamiento térmicamente conductor, hermético al vacío,
comprendiendo la primera zona el adsorbente y las cavidades
alimentadoras que abren sobre una cara del bloque en la cámara de
adsorción, y comprendiendo la segunda zona a la citada al menos una
cavidad de intercambio de calor y abriendo sobre la cara opuesta del
bloque por el exterior de la cámara de adsorción.
De acuerdo con una realización, el
apantallamiento comprende al menos un tubo metálico que apantalla la
al menos una cavidad de intercambio de calor.
De acuerdo con otra realización, la primera zona
del bloque contiene nervios metálicos vinculados térmicamente al
apantallamiento, ventajosamente de aluminio.
De acuerdo con otra realización, el
apantallamiento consiste en una película de plástico que apoya sobre
las paredes de la segunda zona del bloque, y que se encuentra unida
a la cámara de adsorción.
De acuerdo con una característica, el adsorbente
es una zeolita.
Dependiendo de los modos de implementación, el
líquido refrigerante es agua y/o alcohol.
De acuerdo con una característica, el bloque
posee además un aislamiento térmico en su periferia constituido
ventajosamente por una mezcla de adsorbente y de resina.
De acuerdo con una característica, la al menos
una cavidad de intercambio de calor contiene un sumidero de calor
constituido por un material de cambio de fase.
De acuerdo con una primera realización, el
material de cambio de fase pasa desde el estado sólido hasta el
estado líquido.
De acuerdo con una segunda característica, el
material de cambio de fase pasa desde el estado líquido hasta el
estado gaseoso.
De acuerdo con una característica, la segunda
zona del bloque adsorbente comprende un dispositivo de difusión de
vapor, consistiendo ventajosamente el dispositivo de difusión de
vapor en un material poroso hidrófobo.
De acuerdo con una característica, la segunda
zona del bloque comprende un lecho con al menos una abertura a la
atmósfera exterior constituida por al menos un orificio que limita
la velocidad de flujo del vapor del material de cambio de fase.
De acuerdo con una segunda aplicación, el
dispositivo de acuerdo con la invención es un dispositivo de uso
cíclico que comprende una fase de adsorción y una fase de
regeneración de adsorbente, siendo además la al menos una cavidad
de intercambio de calor susceptible de calentar los adsorbentes para
su regeneración.
De acuerdo con otra característica, la al menos
una cavidad de intercambio de calor contiene un fluido
calo-portador que consiste en un material de cambio
de fase desde líquido a gas.
De acuerdo con otra característica, la al menos
una cavidad de intercambio de calor está cerrada por medio de una
cúpula cuya superficie externa está en contacto con un fluido que
circula por un circuito térmico.
De acuerdo con otra característica, la al menos
una cavidad de intercambio de calor comprende al menos un tubo para
el suministro de un fluido calo-portador.
De acuerdo con un detalle, la temperatura de
ebullición del fluido calo-portador es diferente en
las dos fases distintas de adsorción y de regeneración.
\newpage
Las características y ventajas principales de la
invención, se pondrán claramente de manifiesto a partir de la
descripción que sigue, dada a título ilustrativo, y realizada con
referencia a los dibujos anexos, en los que:
Las Figuras 1a y 1b son vistas esquemáticas en
sección transversal de una porción de un bloque adsorbente del
dispositivo de acuerdo con una primera y una segunda realizaciones
de la invención;
Las Figuras 2a y 2b son respectivamente una
vista esquemática en sección transversal y una vista longitudinal
esquemática a lo largo de AA de una porción de un bloque adsorbente
del dispositivo de acuerdo con una tercera realización de la
invención;
La Figura 3a es un diagrama del dispositivo de
acuerdo con la invención, en una aplicación de un solo uso;
La Figura 3b es una vista esquemática, en
sección longitudinal, de una porción A del dispositivo de acuerdo
con la invención mostrado en la Figura 3a;
La Figura 4a es un diagrama del dispositivo de
acuerdo con la invención en una segunda aplicación de un solo
uso;
La Figura 4b es una vista esquemática, en
sección longitudinal, de una porción A' del dispositivo de acuerdo
con la invención mostrado en la Figura 4a;
La Figura 5a es un dibujo del dispositivo de
acuerdo con la invención en una aplicación de uso cíclico;
La Figura 5b es una vista esquemática en sección
longitudinal de una porción B del dispositivo de acuerdo con la
invención que se muestra en la Figura 5a.
La invención propone obtener una configuración
particular de los adsorbentes que proporcione, en primer lugar, una
adsorción eficiente, y en segundo lugar, una descarga fácil del
calor liberado por la reacción de adsorción y una regeneración
rápida de dichos adsorbentes, en caso necesario.
Con referencia a las Figuras
1a-b y 2a-b, el dispositivo de
acuerdo con la invención presenta la forma general de un bloque 200
que consiste en adsorbentes 205 conformados y situados en una cámara
300 de adsorción que comprende un aislamiento 350 del calor en su
periferia. En estas Figuras, el bloque 200 es circular, pero se
pueden prever otras conformaciones, especialmente una forma
rectangular.
De acuerdo con una característica esencial de la
invención, el bloque 200 de adsorbentes 205 posee una pluralidad de
cavidades 210, 220 obtenidas durante la conformación de dichos
adsorbentes 205 en el bloque 200. Las secciones de estas cavidades
210, 220 pueden ser idénticas o pueden variar dependiendo de la
aplicación deseada.
El dispositivo de acuerdo con la invención
comprende al menos una cámara evaporadora que contiene un líquido L
refrigerante susceptible de evaporarse bajo el efecto de una
depresión. Tras la apertura del dispositivo de conexión, los
vapores V de este líquido L son adsorbidos en la cámara de adsorción
por el adsorbente 205 conformado de acuerdo con la invención. Esta
asociación va a ser descrita con mayor detalle en lo que sigue con
referencia a las Figuras 3a y 4a.
El líquido L refrigerante es con preferencia
agua, pero puede ser un alcohol (metanol, etanol).
El adsorbente 205 es con preferencia una
zeolita. Por ejemplo, una zeolita 13X o una zeolita 4A realizada
con polvo fino (con un tamaño de grano desde algunas micras hasta
algunas decenas de micras), mezclado con un ligante (una arcilla,
por ejemplo caolín u otros aditivos conocidos por los expertos en la
materia), y agua, para proporcionar una pasta espesa que pueda ser
configurada en un bloque 200 provisto de cavidades 210, 220.
El aislamiento 350 al calor dispuesto en la
periferia del bloque 200 lo proporcionan ventajosamente zeolitas
impregnadas con resina, con el fin de obstruir su porosidad para
impedirles adsorber agua. Este aislamiento 350 al calor contribuye
además a la rigidez y robustez del bloque 200, que se monta después
al vacío en la cámara 300 de adsorción, realizada por ejemplo con
aluminio o acero.
Al menos una parte de las cavidades consiste en
cavidades 210 alimentadoras utilizadas para la difusión de los
vapores V del líquido L refrigerante. De acuerdo con una realización
(Figura 1a), todas las cavidades pueden estar asignadas a esta
función de difusión de los vapores V del líquido L refrigerante, sin
ninguna necesidad de descarga de calor. Se puede esperar entonces
que la eficacia del adsorbente 205 por unidad de masa, según se
eleva la temperatura, quede limitada. Para algunos dispositivos en
los que se puede utilizar una gran cantidad de adsorbente, esta
configuración puede verse favorecida por su simplicidad de
fabricación.
\newpage
De acuerdo con otra realización (Figura 1b),
solamente una parte de las cavidades son cavidades 210
alimentadoras, siendo la otra parte cavidades 220 de intercambio de
calor, diseñadas para descargar el calor liberado por la reacción
de adsorción y posiblemente por la regeneración de adsorbentes en el
caso de un dispositivo cíclico. Ventajosamente, una de cada dos
cavidades está asignada a esta función.
El bloque 200 adsorbente posee esencialmente dos
zonas separadas por un apantallamiento 230, el cual es hermético al
vacío, pero sin embargo posee un eficaz intercambio de calor (Figura
3b). Una primera zona 215 bajo vacío contiene el adsorbente 205,
por ejemplo zeolitas, y cavidades 210 alimentadoras, y está abierta
por una cara del bloque 200 en la cámara 300 de adsorción. Una
segunda zona 225 bajo presión, contiene al menos una cavidad 220 de
intercambio de calor, y está abierta por la cara opuesta del bloque,
por el exterior de la cámara de adsorción.
Ventajosamente, el apantallamiento 230 está
depositado directamente sobre las paredes de la segunda zona 225, y
está fijado a la cámara 300 de adsorción. Dependiendo de las
realizaciones, este apantallamiento 230 puede consistir en tubos
herméticos al vacío realizados con un metal que cubre las cavidades
220 de intercambio de calor, o una película que constituye un forro
de sellado tal como kapton o película de poliamida, por ejemplo.
De acuerdo con otra realización (Figuras 2a y
2b), la primera zona del bloque 200 contiene nervios 235 metálicos
unidos térmicamente al apantallamiento 230, con el fin de aumentar
el intercambio de calor entre la cavidad 220 de intercambio de
calor y el bloque 205 adsorbente. De esta forma, es posible realizar
solamente una cavidad 220 de intercambio de calor con un tubo 300
que tiene nervios 235 que lo transportan a través de la totalidad
del bloque 205 adsorbente. Ventajosamente, los nervios 235 están
hechos de aluminio, como podría serlo el tubo 230 del
apantallamiento.
La primera zona 215 alimentadora está conectada
a la cámara de evaporador, y su función consiste en conseguir la
adsorción por vacío de los vapores V del líquido L refrigerante. La
segunda zona 225 de intercambio de calor puede ser abierta al
exterior para la descarga del calor, o puede estar sellada o cerrada
sobre un circuito de enfriamiento. Estas diferentes disposiciones
van a ser descritas con mayor detalle con referencia a las
aplicaciones del dispositivo conforme a la invención.
Una aplicación del dispositivo de acuerdo con la
invención, va a ser descrita con referencia a las Figuras
3a-b y 4a-b, en el contesto de un
solo uso.
Según se aprecia en la Figura 3a, la cámara 300
de adsorción está conectada a una cámara 2 evaporadora que consiste
en una cavidad hermética al aire que contiene un líquido L
refrigerante. Un dispositivo 50 de conexión, consistente en un
medio desprovisto de tapa o una válvula por ejemplo, se utiliza para
activar y mantener después el flujo de los vapores V de líquido L
refrigerante. Este dispositivo 50 de conexión está conectado a la
primera zona 215 del bloque 200, en particular las cavidades 210
alimentadoras que difunden el vapor V sobre los adsorbentes
205.
El detalle de la Figura 3b permite una visión
clara del apantallamiento 230 entre las dos zonas 215 y 225 del
bloque 200.
En la aplicación del dispositivo de acuerdo con
la invención para un solo uso, la cavidad 220 de intercambio de
calor contiene un sumidero que consiste en un material de cambio de
fase (sólido-líquido o líquido-gas,
dependiendo de la realización).
El material de cambio de fase puede ser acetato
de sodio que va desde la fase sólida a la fase líquida. La segunda
zona 225 (zona de intercambio de calor), debe ser entonces sellada
para impedir el flujo de fluido. Un bloque 200 completamente
cerrado puede tener ventajas, pero la cantidad de material de cambio
de fase es grande debido al calor latente del acetato de sodio.
Esto es un inconveniente para los dispositivos de bajo coste.
El material de cambio de fase puede ser también
agua que pasa desde la fase líquida a la fase gaseosa V'. La forma
más eficaz de limitar la elevación de la temperatura del adsorbente
consiste en eliminar las calorías mediante evaporación de agua,
puesto que el calor latente del agua es muy alto (45 kJ por mol, en
particular 18 g de agua).
De acuerdo con una primera realización, mostrada
en las Figuras 3a-b, un dispositivo 270 de difusión
de los vapores V' calientes del material de cambio de fase, puede
estar planificado en la segunda zona 225, sobre la cara del bloque
200 opuesta a la entrada de los vapores V del líquido L de control.
Este dispositivo 270 de difusión puede consistir en una capa
hidrófoba porosa que deja pasar a su través los vapores V'
calientes, pero no el líquido del material de cambio de fase. De
este modo, a pesar de una apertura hacia el exterior, el
dispositivo 270 de difusión proporciona protección mecánica del
bloque 200 adsorbente, y un sellado respecto al material de cambio
de fase.
De esa forma, la segunda zona 225 está abierta
al exterior para dejar escapar el vapor V' y eliminar el calor
liberado por la reacción de adsorción. Sin embargo, para una
evaporación rápida, el agua debe ser llevada al punto de
ebullición. Esto entraña un riesgo potencial de daños por quemado.
Para prevenir este riesgo, la presente invención propone asociar
medios al adsorbente que hagan descender la temperatura del vapor
liberado.
De acuerdo con una segunda realización, mostrada
en las Figuras 4a-b, la al menos una cavidad 220 de
intercambio de calor contiene un líquido refrigerante (con
preferencia agua líquida), y está situada en contacto térmico con
el adsorbente. Esta cavidad 220 de intercambio de calor tiene al
menos una abertura 275 a la atmósfera exterior constituida por uno
o más orificios que limitan la velocidad de flujo del vapor de agua
V' que pudiera escapar.
De acuerdo con un modo de implementación, es
posible proporcionar un aditivo al material de cambio de fase de
líquido a vapor que añada un aroma artificial a los vapores V'
calientes liberados al exterior del bloque 200. Este aroma
artificial, a base de eucalipto o de sandía, produce ventajosamente
una sensación de frescor.
Según se muestra con mayor detalle en la Figura
4b, la cavidad 220 de intercambio de calor posee al menos una
abertura 275 hacia la atmósfera exterior constituida por uno o más
orificios que limitan la velocidad de flujo del vapor V' que puede
escapar. Este orificio, o estos orificios, 275 fomenta(n)
además una expansión adiabática del vapor V' bajo presión con el
fin de rebajar la temperatura cuando escapa hacia el exterior.
De acuerdo con una realización posible, el
conjunto constituido pro el adsorbente 205 y la al menos una cavidad
220 de intercambio de calor, están cerrados por medio de una tapa
271 (hecha de un metal del tipo del aluminio por ejemplo). Esta
tapa 271 puede tener uno o más orificios 275 cuyo diámetro está
limitado con el fin de proporcionar una expansión adiabática del
vapor V' del líquido de refrigeración (el material de cambio de
fase).
Durante la actuación del dispositivo, el calor
liberado por el adsorbente 205 fomenta la evaporación del líquido
de enfriamiento y el incremento de la presión del vapor V' en el
interior de la cavidad 220 de intercambio de calor. Cuando el vapor
V' a presión escapa a través de un orificio, o de varios orificios,
275 de pequeño diámetro, se somete a expansión adiabática o a
reducción de presión, lo que rebaja su temperatura. La medida en
que cae la temperatura del vapor V' que escapa hacia el exterior, es
tanto más grande cuanto más alta es la velocidad de flujo del vapor
V'. Esto se debe, en este caso, a que la presión en el
intercambiador 220 es alta y la expansión es grande.
La tabla numérica que se muestra a continuación,
ilustra el descenso de la temperatura del vapor V' descargado hacia
la atmósfera exterior durante el trabajo del dispositivo.
Así, por ejemplo, para una sobrepresión de un
bar, la temperatura del vapor V' en el intercambiador 220 se eleva
hasta 120ºC pero, tras la reducción de presión a través del orificio
u orificios 275, la temperatura del vapor descargado no es mayor de
alrededor de 55ºC. Esta sobrepresión puede ser alcanzada, por
ejemplo, mediante una velocidad de flujo del vapor V' de 0,1 g/s a
través de un orificio con una sección de 0,4 mm^{2}.
El enfriamiento por expansión adiabática o
reducción de presión, está gobernado por la siguiente ley
física:
donde los pares (T_{1}, P_{1})
y (T_{2}, P_{2}) son las temperaturas y las presiones antes y
después de la reducción de
presión.
Y donde \gamma = 1,35 para el H_{2}O a
100ºC, (\gamma-1)/\gamma = 0,259.
La tabla que sigue ilustra la capacidad de
enfriamiento obtenida en función de la sobrepresión que se ha
causado. La presión de vapor como función de la temperatura, ha
sido tomada del Manual de Química y Física, 80ª edición. Las
velocidades de flujo de la tabla corresponden a un orificio con un
diámetro de 1 mm (0,8 mm^{2}) (código Flowmaster). La velocidad
de flujo del vapor V' es proporcional al área superficial del
orificio, y la capacidad de enfriamiento es proporcional a la
velocidad de flujo (calor latente de evaporación del agua).
Una aplicación del dispositivo conforme a la
invención, va a ser descrita ahora con referencia a las Figuras 5a
y 5b en el contexto de un uso cíclico.
Un dispositivo de esta clase posee dos conjuntos
de adsorbentes 200 y 201 que trabajan sucesivamente y alternamente
en las fases de adsorción y de regeneración.
Un circuito 400 de adsorción primaria conecta
los bloques 200, 201 de adsorbente a un evaporador 2 y un
condensador 4, siendo utilizada una válvula 60 de dos posiciones
para la conexión alterna de cada bloque 200, 201 con cualquiera de
estos dispositivos. El vapor V del líquido L refrigerante fluye por
el circuito 400 primario.
Un circuito 410 de regeneración secundario,
conecta los bloques 200, 201 de adsorbente con un calentador 5 y un
refrigerador 6. Una bomba 8 reversible hace que un fluido Vr
secundario circule por este circuito 410. La bomba 8 eleva la
presión del fluido Vr secundario en la porción de circuito 410
adyacente al bloque 200 durante la regeneración, y un reductor 9 de
presión situado entre los dos bloques 200, 201, reduce la presión
de este fluido Vr en la porción de circuito 410 adyacente al bloque
201 durante la adsorción.
Los circuitos de intercambio externos actúan de
acuerdo con la técnica anterior:
- el frío se produce en el evaporador 2,
- el condensador 4 y el refrigerador 6, que
pueden estar montados en serie en ese orden, recuperan las calorías
extraídas,
- el calentador 5 proporciona energía adicional
para la actuación del dispositivo.
La vista B detallada de la Figura 5b permite una
mejor descripción de las características particulares del
dispositivo de acuerdo con la invención en su aplicación a un uso
cíclico.
Las cavidades 220 de intercambio de calor
contienen un fluido L' calo-portador que consiste en
un material de cambio de fase desde líquido a gas, tal como agua o
alcohol, y un tubo 240 de alimentación del fluido L'
calo-portador.
De acuerdo con una característica particular de
la invención, estas cavidades 220 de intercambio de calor están
cerradas por medio de una tapa 250 en forma de cúpula que
proporciona un intercambio de calor con el fluido Vr del circuito
410 secundario que circula por encima de su superficie 250. La
segunda zona 225 del bloque 220 abarca por lo tanto las cavidades
220 de intercambio de calor y su cúpula 250 en el apantallamiento
230 sellado.
La diferencia de temperatura entre el fluido L'
calo-portador en el fondo de la cavidad 220 de
intercambio de calor y el fluido Vr del circuito 410 secundario, es
muy baja (algunos grados).
Durante la fase de adsorción, el calor
transmitido alas cavidades 220 de intercambio de calor, liberado por
el adsorbente 205, causa que el fluido L'
calo-portador se evapore desde el fondo de la
cavidad 220 hasta la cúpula 250 en forma de vapores V' calientes
bajo presión, lo que empuja hacia fuera al fluido L'
calo-portador presente en la cúpula 250, hacia el
fondo del tubo 240 de alimentación. Estos vapores V' calientes son
condensados a continuación en la cúpula 250 en contacto con el
fluido Vr, que está más frío, del circuito 410 secundario.
A la inversa, durante la fase de regeneración,
el fluido Vr del circuito 410 secundario está más caliente (por la
acción conjunta del calentador y de la bomba 8 reversible), y
fomenta un calentamiento de la cúpula 250 que conduce a la
evaporación de líquido L' calo-portador que se
obtiene condensado en la cavidad 220, produciendo así calor para
los adsorbentes 205 que van a ser regenerados. El fluido L'
condensado sale de la cavidad 220 a través del tubo 240 de
suministro hasta la cúpula 250.
De acuerdo con una característica especial
ventajosa de la implementación de la invención, la temperatura de
ebullición del fluido L' calo-portador es diferente
en las dos fases distintas de adsorción y regeneración, estando
esta diferencia de temperatura de ebullición regulada por la
diferencia de presión del fluido Vr que circula por el circuito 410
secundario en contacto con la cúpula 250 que es flexible y que
transmite la presión.
Un método de realización del bloque 200
adsorbente, va a ser especificado ahora en lo que sigue.
Con preferencia, la configuración del bloque 200
adsorbente con sus cavidades 210, 220 puede ser lograda mediante
moldeo, inyección o presión en un molde con una pasta consistente en
polvo adsorbente mezclado con agua y con un ligante.
La configuración del bloque 200 adsorbente puede
ser obtenida también mediante extrusión en continuo a través de un
molde, seguido de una operación de corte, por ejemplo por medio de
un alambre. En caso de que el apantallamiento 230 consista en al
menos un tubo de metal con nervios 235, el bloque 200 puede ser
logrado ventajosamente mediante co-extrusión en
continuo de un tubo metálico con nervios y del adsorbente.
El bloque 200 se seca, a 100ºC en aire seco por
ejemplo, y a continuación se deshidrata totalmente caldeándolo a
450ºC en un vacío de 0,1 Pa, por ejemplo. La periferia del bloque
200 se impregna después con resina de modo que constituya un
aislamiento 350 al calor, y el bloque 200 se dispone en una cámara
300 de adsorción y se sella al vacío.
La conformación del bloque 200 mediante moldeo,
hace que sea posible obtener una separación 230 directa sellada
entre las dos zonas 215 y 225, realizando cavidades 210 y 220 que
abren respectivamente hacia fuera sobre una sola cara del bloque
200. Por ejemplo, la pasta 205 adsorbente puede ser presionada
directamente sobre tubos de metal, o se puede posicionar una
película 230 de plástico sellada sobre una de las caras del molde.
La forma cónica de las cavidades 210, 220 puede ser utilizada
esencialmente para facilitar el desmoldeo.
En el caso de una conformación del bloque 200
mediante extrusión, las cavidades 210, 220 están abiertas por ambos
lados del bloque 200. Se pueden fijar rejillas metálicas perforadas
sobre cualquiera de los lados del bloque 200 con el fin de cerrar
una, o incluso dos abertura8s) de cavidades por cada cara, y se
puede depositar una película 230 sellante, mediante pulverización
por ejemplo, sobre las cavidades 220 designadas para el intercambio
de calor.
Claims (23)
-
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1. Un dispositivo de refrigeración por adsorción, que comprende una cámara (2) de evaporador que contiene un líquido (L) refrigerante con su vapor (V) que se evapora bajo el efecto de una depresión, un dispositivo (50) de conexión y una cámara (300) de adsorción bajo vacío que contiene un adsorbente capaz de fijar los vapores del líquido refrigerante, en el que el adsorbente está constituido por uno o más bloques (200) rígidos que comprenden una pluralidad de cavidades (210, 220) conformadas en el interior del bloque adsorbente y que abren por un extremo, o por dos extremos, de dicho bloque adsorbente, siendo al menos una de dichas cavidades un cavidad (210) alimentadora susceptible de difundir vapores de líquido refrigerante sobre el adsorbente. - 2. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos otra cavidad es una cavidad (200) de intercambio de calor, susceptible de descargar el calor liberado durante la adsorción de los vapores del líquido refrigerante.
- 3. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el bloque posee dos zonas separadas por un apantallamiento (230) térmicamente conductor hermético al vacío, comprendiendo la primera zona (215) el adsorbente y las cavidades alimentadoras que abren por una cara del bloque, en la cámara de adsorción, y comprendiendo la segunda zona (225) la al menos una cavidad de intercambio de calor que abre por la cara opuesta del bloque, por fuera de la cámara de adsorción.
- 4. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el apantallamiento comprende al menos un tubo metálico que apantalla la al menos una cavidad de intercambio de calor.
- 5. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la primera zona del bloque contiene nervios (235) metálicos vinculados térmicamente al apantallamiento.
- 6. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los nervios son de aluminio.
- 7. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el apantallamiento consiste en una película de plástico que apoya sobre las paredes de la segunda zona del bloque y que está unida a la cámara de adsorción.
- 8. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el adsorbente es una zeolita.
- 9. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el líquido refrigerante es agua y/o un alcohol.
- 10. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el bloque posee además un aislamiento (350) térmico sobre su periferia.
- 11. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el aislamiento térmico está constituido por una mezcla de adsorbente y de resina.
- 12. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la al menos una cavidad de intercambio de calor contiene un sumidero de calor constituido por un material de cambio de fase.
- 13. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el material de cambio de fase pasa desde el estado sólido al estado líquido.
- 14. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el material de cambio de fase pasa desde el estado líquido hasta el estado gaseoso.
- 15. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el material es agua.
- 16. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 14, en el que la segunda zona del bloque adsorbente comprende un dispositivo (270) de difusión de vapor.
- 17. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el dispositivo de difusión de vapor consiste en un material hidrófobo poroso.
- 18. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 14, en el que la segunda zona del bloque comprende una tapa (271) con al menos una abertura (275) a la atmósfera exterior, constituida por al menos un orificio que limita la velocidad de flujo del vapor del material de cambio de fase.
- 19. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 10, con actuación cíclica, que comprende una fase de adsorción y una fase de regeneración de adsorbente, siendo además la al menos una cavidad de intercambio de calor susceptible de calentar los adsorbentes para su regeneración.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 20. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 19, en el que la al menos una cavidad de intercambio de calor contiene un fluido calo-portador consistente en un material de cambio de fase de líquido a gas.
- 21. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones 19 a 20, en el que la al menos una cavidad de intercambio de calor está cerrada por medio de una cúpula cuya superficie externa está en contacto con un fluido que circula por un circuito térmico.
- 22. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con una de las reivindicaciones 19 a 20, en el que la al menos una cavidad de intercambio de calor comprende al menos un tubo para el suministro de fluido calo-portador.
- 23. Un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 20, en el que la temperatura de ebullición del fluido calo-portador es diferente en las dos fases distintas de adsorción y de regeneración.
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