ES2296026T3

ES2296026T3 - Dispositivo y procedimiento para la refrigeracion de retorno de refrigerantes o medios de refrigeracion de retorno o para la produccion de frio.

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Publication number: ES2296026T3
Application number: ES05017830T
Authority: ES
Inventors: Ludwig Michelbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: ATE375484T1; DE20222007U1; DE50211069D1; EP1600703B1; WO2003016789A1; DE20221407U1; EP1600703A1; EP1600703B2; EP1417442A1; ATE322654T1; EP1417442B1; DE10140279A1; US20040099002A1; DE50206326D1

Abstract

Dispositivo para la refrigeración de retorno de medios refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire, el cual presenta lo siguiente: - al menos un dispositivo de humidificación del aire (10) para la humidificación de la corriente de aire, que está configurado para la producción de una nebulización fina de la corriente de aire comprendiendo partículas humidificantes ultrapequeñas en forma de un aerosol, - un dispositivo soplante (14) para el transporte de la corriente de aire así como de las partículas humidificantes y - al menos un intercambiador de calor (12) que está conectado posteriormente al dispositivo de humidificación del aire (10), interactúa entre la corriente de aire y un circuito de refrigerante y que provoca una evaporación de las partículas humidificantes arrastradas en el intercambiador de calor.

Description

Dispositivo y procedimiento para la refrigeración de retorno de refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío.

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para la refrigeración de retorno de medios refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire según la reivindicación 1 ó 19.

Las instalaciones para la refrigeración de retorno o producción de frío se precisan por ejemplo para la refrigeración de alimentos, para procesos de congelación, para la climatización de edificios y en la industria química. Hay numerosos principios del procedimiento, en los cuales frío es transmitido de un nivel de temperatura mayor a uno inferior. Para ello es necesario el suministro de energía, puesto que frío por sí sólo es transmitido exclusivamente del nivel de temperatura más bajo al más elevado. Son conocidos (véase p. ej. el documento de patente US-A 4494596) los más diversos tipos de instalaciones, en los cuales transcurren procesos cíclicos termodinámicos abiertos o cerrados.

Para la refrigeración de retorno o producción de frío a partir de una corriente de aire son usadas por ejemplo torres de refrigeración. Para numerosas aplicaciones se emplean torres de refrigeración en los más diferentes tamaños. Por ejemplo en centrales energéticas son usadas torres de refrigeración para el enfriamiento del agua residual. Sobre edificios climatizados son usadas torres de refrigeración para recuperar frío del aire de evacuación. Dichas torres de refrigeración funcionan de forma muy fiable, pero su balance de energía no es particularmente ventajoso. Para una torre de refrigeración susceptible de funcionamiento para un edificio es necesario un cierto tamaño mínimo que destruye a menudo la estética del edificio. Una torre de refrigeración necesita siempre un volumen relativamente grande. Además es necesario que la corriente de aire siempre se extienda en dirección vertical.

Es tarea de la invención poner a disposición un dispositivo y un procedimiento para la refrigeración de retorno de medios refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire, en el que la dirección de la corriente de aire puede ser orientada discrecionalmente y cuyo balance de energía esté mejorado con respecto a una torre de refrigeración.

Esta tarea es resuelta conforme al dispositivo mediante el objeto según la reivindicación 1, y conforme al procedimiento mediante el objeto según la reivindicación 19.

El dispositivo según la invención para la refrigeración de retorno de medios refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire presenta las siguientes características:

-: al menos un dispositivo de humidificación del aire (10) para la humidificación de la corriente de aire que está configurado para la producción de una nebulización fina de la corriente de aire, comprendiendo partículas de humidificación ultrapequeñas en forma de un aerosol,

-: un dispositivo soplante (14) para el transporte de la corriente de aire así como de las partículas de humidificación y

-: al menos un intercambiador de calor (12), que está conectado posteriormente al dispositivo de humidificación de aire (10), interactúa entre la corriente de aire y un circuito de refrigerante y provoca una evaporación de las partículas de humidificación arrastradas al intercambiador de calor.

A través del aire humedecido en especial mediante la nebulización fina se aumenta el grado de eficacia de la instalación. Debido a la entalpía de evaporación de las partículas de fluido humectante, en particular las partículas de agua en la corriente de aire, se precisa energía térmica adicional que provoque un aumento de la recuperación de frío. Un refrigerante que se encuentre en el intercambiador de calor conectado posteriormente es enfriado a través de ello correspondientemente de manera más intensa. Las partículas de agua ultrapequeñas (aerosoles) tienen además la ventaja de que son arrastradas por la corriente de aire profundamente en el intercambiador de calor. Puesto que el dispositivo presenta un soplante, la dirección de flujo de la corriente de aire puede estar orientada de manera discrecional, es decir, en especial no sólo vertical, sino también horizontalmente. Como fluido humectante es utilizada de manera ventajosa agua. La invención sin embargo no está limitada a la utilización de agua como fluido humectante. Es más, la utilización de otros fluidos humectantes apropiados no está excluida.

Preferiblemente, está previsto que el dispositivo presente un canal abierto sólo en el lado de entrada y en el lado de salida, por lo demás cerrado, en el cual estén dispuestos el dispositivo de humectación de aire, el intercambiador de calor y el dispositivo soplante. El canal permite que se sople el aire humedecido completamente a través del intercambiador de calor. El canal cerrado por consiguiente contribuye a la optimización del balance de energía.

Además, puede estar previsto que el dispositivo soplante esté conectado posteriormente al intercambiador de calor. A través de ello, el dispositivo soplante tiene un efecto de succión, lo cual es ventajoso en especial en cuanto a la técnica de la corriente. Además, el aire de evacuación del dispositivo soplante entonces no repercute negativamente sobre el efecto de refrigeración propuesto.

Especialmente está previsto que el dispositivo soplante presente una pluralidad de ventiladores paralelos y/o en serie. Mediante la pluralidad de los ventiladores se amplía esencialmente la posibilidad de configuración del dispositivo y la posibilidad de regulación de la corriente de aire. Una pluralidad de ventiladores pequeños es más económica que un único ventilador mayor, en especial si en caso de fallo de un ventilador éste haya de ser sustituido. Además, varios ventiladores son controlables por separado, a través de lo cual son ampliadas las posibilidades de regulación para la corriente de aire.

Para una forma de realización preferida del dispositivo de humidificación de aire está previsto que el dispositivo de humidificación de aire sea un humidificador de agua a presión que presente una pluralidad de toberas, que estén dispuestas en la corriente de aire, preferentemente orientadas en sentido de flujo del aire, y que evacuen el agua bajo alta presión, preferiblemente en el intervalo entre 0 y 200 bares. A través de ello, se puede lograr que la corriente de aire sea humedecida con gotitas de agua especialmente pequeñas. Se produce una niebla de pulverización (aerosol), en la que la superficie total de las gotitas de agua es especialmente grande. Esto tiene como consecuencia una evaporación rápida e intensa. La entalpía de evaporación de las gotitas de agua puede ser aprovechada para seguir enfriando aún más el refrigerante en el circuito secundario del intercambiador de calor. Mediante esta humidificación específica del aire se puede aumentar la recuperación de frío y, con ello, el grado de eficacia de toda la instalación.

Para el uso óptimo de la instalación puede estar previsto que la cantidad de producción del fluido humectante sea ajustable de manera continua, en especial regulable según la potencia de refrigeración necesaria o el estado de saturación (también estado de sobresaturación) de la corriente de aire humedecida. La cantidad de producción del fluido humectante es regulable o controlable mediante la presión del fluido humectante en el dispositivo de humidificación de aire o mediante dispositivos de control del flujo de paso como por ejemplo válvulas. Preferiblemente, un control de la cantidad de producción del fluido humectante se produce al menos en caso de pequeñas cantidades de producción primero a través de una variación de la presión del fluido. Al lograrse una determinada presión del fluido, por ejemplo 80 bares, puede ser razonable regular la cantidad de producción del fluido humectante por medio de dispositivos de control del flujo de paso. Para una mera regulación de la presión o la regulación combinada arriba descrita, la preferiblemente es ajustable preferiblemente entre 0 bar y 200 bares. La presión preferiblemente es ajustable entre 20 bares y 120 bares. Bajo condiciones típicas se ajusta la presión de la instalación de humidificación de aire en aproximadamente 80 bares.

Además está previsto que la cantidad de agua en el dispositivo de humidificación de aire sea ajustable o regulable de manera continua. Mediante las posibilidades de ajuste previamente citadas, la instalación por una parte se puede adaptar a las condiciones ambientales y, por otra parte, a la necesidad de frío también durante el funcionamiento de la instalación mediante un mando o una regulación correspondiente.

Preferiblemente, el dispositivo de humidificación de aire provoca una nebulización fina de la corriente de aire, por lo cual el diámetro de la gotita en caso de la pluralidad de las gotas asciende a menos de 60 \mum, preferiblemente a menos de 30 \mum. Con este tamaño de las gotitas, está garantizada una evaporación especialmente rápida.

En una forma de realización especial del dispositivo según la invención está previsto que el dispositivo de humidificación de aire esté configurado según la patente alemana DE 41 10 550 C2. Con este dispositivo de humidificación de aire patentado se puede lograr que la cantidad total del agua pulverizada esté presente en forma nebulizada superfina.

Para la evitación de molestias acústicas puede estar previsto que al dispositivo de humidificación de aire esté conectado previamente un amortiguador del sonido. Adicional o alternativamente a ello puede estar previsto que al dispositivo soplante esté conectado posteriormente un amortiguador del sonido. A través de ello se puede limitar ya en la fuente el ruido causado por la corriente de aire. El requisito de dispositivos de protección acústica en los correspondientes edificios se reduce a través de ello notablemente.

Además está previsto que el circuito de refrigerante presente un refrigerante. En este caso, el refrigerante puede presentarse en forma de un agente frigorífico o de un medio refrigerante de retorno líquido. Los líquidos tienen una capacidad térmica específica relativamente alta, de modo que el transporte de calor en la circulación del refrigerante puede ser optimizada. Una circulación del fluido es constructivamente relativamente simple y, por ello, de realización económica.

Para la optimización ulterior de la circulación del refrigerante puede estar previsto que al medio de refrigeración de retorno estén añadidas sustancias cuyo punto de fusión se encuentre dentro del intervalo de temperatura de funcionamiento del medio de refrigeración de retorno líquido. De esta manera, puede ser aprovechada la entalpía de fusión de estas sustancias para optimizar más el transporte de calor en la circulación del refrigerante y, con ello, toda la recuperación de frío.

Para la regulación de la instalación está previsto además que el número de revoluciones de los ventiladores sea ajustable de manera continua. A través de ello, todo el dispositivo puede ser regulado mediante el ajuste del número de revoluciones de los ventiladores y mediante el ajuste de la presión en el dispositivo de humidificación del aire. Según la forma de realización, se mide la temperatura en el retorno del medio de refrigeración de retorno o la presión del agente frigorífico según el condensador. En el caso de que este valor de medición se encuentre por debajo de un valor teórico predeterminado, se aumenta primero de manera continua el número de revoluciones de los ventiladores hasta que se logre el valor teórico predeterminado o un número de revoluciones máximo de los ventiladores. Si no se hubiese logrado en el último caso el valor teórico, se aumenta la cantidad de producción en la instalación de humidificación del aire mediante el aumento de la presión del fluido o mediante apertura continua o discontinua de los dispositivos de control de flujo de paso de presión, en especial válvulas. Al lograrse el valor teórico, puede reducirse primero el número de revoluciones de los ventiladores, para mantener al mínimo posible la carga acústica para los alrededores.

Para el procedimiento según la invención para la recuperación de frío a partir de una corriente de aire, están previstas las siguientes etapas:

-: puesta a disposición de una corriente de aire a partir del aire de evacuación de un edificio climatizado o a partir del aire del entorno;

-: humidificación de la corriente de aire por adición de agua de pulverización nebulizada extrafina, de tal manera que se obtiene una corriente de aire que contiene partículas de agua ultrapequeñas en forma de un aerosol;

-: calentamiento de la corriente de aire con aumento de la humedad absoluta por evaporación de las partículas de agua ultrapequeñas contenidas en la corriente de aire en forma de un aerosol y disminución simultánea de la humedad relativa, en lo cual la energía necesaria se toma de un circuito de refrigerante; y

-: evacuación de la corriente de aire al entorno.

Mediante la humidificación de la corriente de aire con gotitas de agua muy pequeñas se puede aumentar esencialmente el grado de eficacia para la recuperación de frío. Durante el calentamiento de la corriente de aire se vaporizan las gotitas de agua, de modo que en especial debido a la entalpía de evaporación de las gotitas de agua se precisa energía térmica adicional. Esta energía térmica es extraída del refrigerante en el circuito de refrigerante, de modo que el refrigerante es enfriado adicionalmente. El procedimiento según la invención representa por consiguiente un procedimiento mejorado para la recuperación de frío a partir de una corriente de aire.

Para la corriente de aire puede por ejemplo usarse el aire de evacuación de un edificio climatizado. Igualmente es posible emplear el aire del entorno. Mediante la humidificación de la corriente de aire se reduce primero su temperatura. A continuación, se vuelve a calentar la corriente de aire en el intercambiador de calor, en lo cual las gotitas de agua aún restantes se evaporizan. Debido a la entalpía de evaporación se extrae del refrigerante energía térmica adicional, de modo que se mejora la recuperación de frío y el grado de eficacia de toda la instalación.

Otras características, ventajas y configuraciones especiales de la invención son objeto de las reivindicaciones secundarias.

Las formas de realización preferidas de la invención son descritas detalladamente a continuación por medio de los dibujos adjuntos.

Se muestra:

Fig. 1 un diagrama de bloques de una primera forma de realización del dispositivo según la invención con otros componentes periféricos;

Fig. 2 una vista en perspectiva de la primera forma de realización del dispositivo según la invención;

Fig. 3 una vista lateral de la primera forma de realización según la Fig. 2;

Fig. 4 una vista frontal de la primera forma de realización según las Fig. 2 y 3;

Fig. 5 una vista en perspectiva de una segunda forma de realización según la invención;

Fig. 6 una vista lateral de la segunda forma de realización según la Fig. 5;

Fig. 7 un diagrama de Mollier h, x para aire húmedo con los cambios termodinámicos del estado en la primera forma de realización;

Fig. 8 un diagrama de Mollier h, x para aire húmedo con los cambios de estado termodinámicos en la segunda forma de realización; y

Fig. 9 un ejemplo de aplicación para la climatización de edificios con utilización del dispositivo según la invención.

En la figura 1 está representado un diagrama de bloques de una primera forma de realización de un dispositivo para la refrigeración de retorno de refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire. Los componentes constructivos esenciales del dispositivo son un humidificador de agua a presión 10, un intercambiador de calor 12 y un dispositivo soplante 14. El intercambiador de calor 12 está conectado posteriormente al humidificador de agua a presión 10. El dispositivo soplante 14 a su vez está conectado posteriormente al intercambiador de calor 12. La corriente de aire se mueve desde el humidificador de agua a presión 10 a través del intercambiador de calor 12 hacia el dispositivo soplante 14. La corriente de aire es producida por consiguiente por el dispositivo soplante 14 mediante un efecto de succión. Al humidificador de agua a presión 10 es conectado previamente un primer amortiguador del sonido 16. Al dispositivo soplante 14 es conectado posteriormente un segundo amortiguador del sonido 18.

El humidificador de agua a presión 10 comprende una pluralidad de toberas 32 que están dispuestas dentro de la corriente de aire. A las toberas 32 está conectada previamente una bomba de alta presión 28. A la bomba de alta presión 28 a su vez está conectada previamente una instalación de tratamiento de agua 30.

El intercambiador de calor 12 está acoplado con un circuito de refrigerante. Junto al intercambiador de calor 12, el circuito de refrigerante comprende un retorno 24, una bomba de refrigerante 22, una máquina frigorífica 20 y un avance 26.

La instalación de tratamiento de agua 30 está preferiblemente configurada como instalación de ósmosis inversa. Esto tiene la ventaja de que el agua suministrada en gran parte está libre de cal y sales, a través de lo cual los intervalos de mantenimiento se alargan para toda la instalación. Mediante la bomba de alta presión 28, el agua es suministrada por la instalación de tratamiento de agua 30 al dispositivo de humidificación de aire 10. Puesto que el agua está cargada con una presión y las toberas 32 presentan un diámetro relativamente escaso, el agua es suministrada a la corriente de aire en forma de gotitas muy pequeñas. Se produce por consiguiente una niebla de pulverización en la corriente de aire. La superficie de esta niebla de pulverización es muy grande en relación con su volumen. Esto tiene por consecuencia que las gotitas de agua en el intercambiador de calor 12 se evaporicen muy rápidamente y casi por completo. El intercambiador de calor 12 provoca una interacción térmica entre la corriente de aire y el circuito del refrigerante. En el circuito de refrigerante se encuentra un refrigerante líquido apropiado. Puesto que durante la evaporación de las gotitas de agua en el intercambiador de calor 12 se precisa energía térmica adicional debido a la entalpía de evaporación, ésta se substrae al refrigerante en el intercambiador de calor 12. La diferencia de temperatura del refrigerante entre el avance 26 y el retorno 24 es por consiguiente esencialmente mayor que en una corriente de aire no humedecida. En el retorno 24, el refrigerante es suministrado a la máquina frigorífica 20 mediante la bomba de frío 22. En la máquina frigorífica 20 se trata en principio de un intercambiador de calor, que interactúa entre el circuito de refrigerante y una instalación de refrigeración, por ejemplo una instalación de aire acondicionado. En la máquina frigorífica 20 es aumentada de nuevo la temperatura del refrigerante. Por medio del avance 26, el refrigerante es suministrado de nuevo al intercambiador de calor 12.

El dispositivo de humidificación de aire 10, el intercambiador de calor 12 y el dispositivo soplante 14 se encuentran en un canal cerrado, de modo que el dispositivo soplante 14 produce un efecto de succión. Esto es especialmente ventajoso en cuanto a la técnica de la corriente. El canal es capaz de funcionar tanto vertical como horizontalmente. El dispositivo por consiguiente puede ser adaptado fácilmente a las circunstancias arquitectónicas. Los amortiguadores del sonido 16 y 18 son ventajosos, pero no necesariamente precisos. Puesto que las gotitas de agua se evaporizan prácticamente por completo en el intercambiador de calor 12, el dispositivo no produce a penas aguas residuales. Sólo se entrega aire al entorno. Como aire de entrada para el primer amortiguador del sonido 16 o el humidificador de agua a presión 10 puede usarse el aire de evacuación de un edificio climatizado o también el aire del entorno. La velocidad de la corriente de aire asciende a entre 0'5 m/s y 5 m/s. La presión de agua producida por la bomba de alta presión 28 es regulable y asciende a entre 0 y 200 bares. El grupo constructivo compuesto por el humidificador de agua a presión 10, el intercambiador de calor 12 y el dispositivo soplante 14 tiene una longitud total de aproximadamente 1 m.

La Fig. 2 muestra una vista en perspectiva de un grupo constructivo que se compone del humidificador de agua a presión 10, el intercambiador de calor 12 y el dispositivo soplante 14. El humidificador de agua a presión 10 comprende una pluralidad de toberas 32, que se encuentran todas en un plano. El plano de la pluralidad de las toberas 32 se encuentra verticalmente a la dirección de la corriente de aire. Por medio de un conducto de alimentación 40 es suministrada agua a presión a las toberas 32. Desde las toberas 32 son pulverizadas las gotitas de agua en dirección de la corriente de aire. Las toberas 32 están formadas de tal manera que las gotitas de son pulverizadas cada vez en forma de un cono 34. De esta manera, la corriente de aire es humedecida uniformemente por toda una sección transversal. Posteriormente al humidificador de agua a presión 10 es conectado el intercambiador de calor 12. El intercambiador de calor 12 comprende una pluralidad de módulos 36, que presentan cada uno un avance 26 y un retorno 24. Cada módulo 36 comprende una pluralidad de láminas 37 alargadas. El plano de las láminas 37 se encuentra en paralelo a la dirección de la corriente de aire. Por la disposición geométrica de los módulos 36 y las láminas 37, la resistencia al flujo para la corriente de aire dentro del intercambiador de calor 12 es relativamente pequeña. Debido al elevado número de las láminas 37 y su superficie grande se puede lograr un grado de intercambio de calor relativamente alto. A través de la construcción modular del intercambiador de calor 12 se puede variar el número de los módulos 36. El intercambiador de calor 12 se puede preparar por consiguiente para diferentes tipos de transmisión de calor. El intercambiador de calor 12 representado en la fig. 2 presenta una pluralidad de módulos 36 por toda su sección transversal. En la figura 2 únicamente están representados seis módulos 36 para ilustrar la estructura interior.

Al intercambiador de calor 12 está conectado posteriormente el dispositivo soplante 14. El dispositivo soplante 14 comprende cinco ventiladores 38 conectados en paralelo. Puesto que el humidificador de agua a presión 10, el intercambiador de calor 12 y el dispositivo soplante 14 están dispuestos uno tras otro en un canal cerrado, los cinco ventiladores 38 funcionan como ventiladores de aspiración. Este efecto de succión es especialmente ventajoso termodinámicamente. Los ventiladores 38 son controlables por separado, de modo que la velocidad del aire es ajustable de diferente manera. Por ejemplo en el centro del canal, la velocidad del aire puede ser ajustada de otra manera que en las áreas de borde del canal de aire. Por ello, existe la posibilidad de corregir la distribución de la velocidad dentro del canal de tal manera que la corriente del aire se vuelva tan laminar como sea posible. Puesto que el dispositivo soplante 14 presenta varios ventiladores 38, los ventiladores 38 pueden ser mantenidos individualmente, sin que tenga que ser desconectada toda la instalación. En caso de fallo o defecto de un ventilador 38, entonces debe ser reparado o sustituido únicamente el ventilador 38 relevante, mientras que los demás componentes del dispositivo soplante 14 pueden permanecer en la instalación.

La Fig. 3 muestra una vista lateral del dispositivo según la Fig. 2. El humidificador de agua a presión 10 presenta un número en la mayoría de los casos más elevado de toberas 32 dispuestas en forma de matriz, como se puede observar en la figura 3 puramente esquemática. El agua a presión es suministrada a través del conducto de alimentación 40. Los conos pulverizadores 34 tienen preferiblemente un ángulo de entre 30° y 90°. Para el aumento de la efectividad, pueden estar previstos medios para el arremolinamiento del aire en el canal de aire. El intercambiador de calor 12 comprende una pluralidad de módulos 36. En el dibujo según la Fig. 3 están representados únicamente seis módulos, mientras que el intercambiador de calor 12 presenta los módulos 36 efectivamente por toda su sección transversal. Cada módulo dispone de un avance 26 propio y un retorno 24. En el dispositivo soplante 14 están dispuestos cinco ventiladores 38 paralelos.

La Fig. 3 ilustra la disposición de los ventiladores 38. Por medio de esta disposición se puede impedir en gran parte la formación de turbulencias en el canal de aire, lo cual influye ventajosamente sobre el balance de energía de la instalación total.

La Fig. 4 muestra una vista frontal del dispositivo según la Fig. 2 y 3. Esta representación ilustra, que a través del reparto de las toberas 32 y la formación geométrica del cono pulverizador 34 se capta toda la sección transversal del canal de aire. Además, los ventiladores 38 están repartidos en el dispositivo soplante 14 de tal manera que se logre el efecto de succión por toda la sección transversal del canal de aire.

La Fig. 5 muestra una segunda forma de realización del dispositivo según la invención. La segunda forma de realización se distingue de la primera forma de realización en que junto al humidificador de agua a presión 10 y el intercambiador de calor 12 presenta adicionalmente otro humidificador de agua a presión 50 y otro intercambiador de calor 52. El humidificador de agua a presión 10, el intercambiador de calor 12, el otro humidificador de agua a presión 50, el otro intercambiador de calor 52 y el dispositivo soplante 14 están conectados en serie en este orden. Con la segunda forma de realización puede aumentarse aún más la recuperación de frío con respecto a la primera forma de realización. En el dibujo están representados en los intercambiadores de calor 12 y 52 cada vez seis módulos 36 por motivos técnicos de representación, mientras que efectivamente los dos intercambiadores de calor 12 y 52 están equipados con módulos 36 por toda la sección transversal. Ya que el dispositivo soplante 14 se halla al final del canal de aire, se produce un efecto de succión en todo el canal de aire.

La Fig. 6 muestra una vista lateral del dispositivo según la Fig. 5. En funcionamiento, son efectuados los cambios termodinámicos de estado sucesivamente citados. En el humidificador de agua a presión 10 se aumenta la humedad del aire aspirado a aproximadamente el 100%. La temperatura de la corriente de aire es reducida simultáneamente, puesto que la energía necesaria para la evaporación es tomada de la corriente de aire. A continuación, en el intercambiador de calor 12 aumenta de nuevo la temperatura de la corriente de aire, en dependencia de la temperatura del refrigerante. El calentamiento es provocado a través de que siempre sea más alta la temperatura del refrigerante en el circuito de refrigerante que la temperatura del aire saturado de humedad. Además, se aprovecha la entalpía de evaporación de las gotitas de agua en la niebla de pulverización. Los procedimientos en el humidificador de agua a presión 10 y en el intercambiador de calor 12 se repiten a continuación en el humidificador de agua a presión 50 y en el intercambiador de calor 52. El refrigerante enfriado de esta manera en el circuito de refrigerante es usado preferiblemente para el enfriamiento de un aire de entrada en una instalación de climatización o para la refrigeración de retorno de un refrigerante en circuito cerrado en otra máquina frigorífica.

La Fig. 7 muestra un diagrama de Mollier h, x para aire húmedo con los cambios termodinámicos del estado en la primera forma de realización. En el diagrama de Mollier h, x las magnitudes termodinámicas de estado relevantes, como la temperatura, la humedad relativa y la entalpía están representadas gráficamente.

La flecha 1 muestra la variación termodinámica del estado de la corriente de aire durante la humidificación en el humidificador de agua a presión 10. Originalmente, la corriente de aire tiene una temperatura de 31ºC y una humedad relativa del 40%. Alternativamente, este aire puede ser tomado también del entorno. Esto depende en especial de las condiciones climáticas generales, de las condiciones atmosféricas concretas y de la necesidad de frío recuperado. El proceso de humidificación se realiza con un agua cuya temperatura se corresponde aproximadamente con la del agua del grifo. Mediante la humidificación, la temperatura de la corriente de aire es reducida a 21'5ºC. Al mismo tiempo, mediante la humidificación la humedad relativa de la corriente de aire se aumenta al 100% y es sobresaturada. La corriente de aire puede adoptar una determinada cantidad de agua hasta el estado de saturación.

En el siguiente intercambiador de calor 12 se calienta el aire y a continuación puede admitir nuevamente agua. Puesto que se había pulverizado más agua en la corriente de aire de la que ésta puede admitir en principio, el agua excedente se evaporiza en el intercambiador de calor 12 y se extrae del refrigerante dentro del intercambiador de calor 12 la energía necesaria. La energía extraída del agua se corresponde con la energía de evaporación de las gotitas de agua. La cantidad del agua evaporizada en el intercambiador de calor 12 depende de la temperatura de entrada del refrigerante en el intercambiador de calor 12.

La flecha 2 muestra el cambio termodinámico del estado de la corriente de aire en el intercambiador de calor 12. Por el intercambio de calor con el intercambiador de calor 12 bajo evaporación simultánea de las gotitas de agua se reduce la humedad relativa de la corriente de aire a aproximadamente el 67%. En este proceso de evaporación se aumenta la entalpía específica del aire en aproximadamente 12 kJ/kg. Esta entalpía de evaporación necesaria es tomada del circuito de refrigerante en forma de energía térmica en el intercambiador de calor 12. La temperatura del refrigerante es rebajada de esta manera. El refrigerante puede ser usado a continuación para la refrigeración del aire de entrada del edificio climatizado o para la refrigeración de retorno de un refrigerante o para otro fines de refrigeración. Además, la temperatura de la corriente de aire se aumenta a 29°C en el intercambiador de calor 12. Por medio del dispositivo soplante 14, la corriente de aire es suministrada al entorno.

En las etapas del procedimiento según la flecha 1 y la flecha 2 es usada una energía que es hecha utilizable mediante la evaporación del agua. Esta energía es llamada también energía latente (oculta). En el intercambiador de calor 12 es aprovechada sin embargo también la energía sensible del aire, es decir, aquella parte de energía que depende de la temperatura. Después de la refrigeración adiabática, el aire tiene una temperatura de 21'5ºC, fluye a continuación a través del intercambiador de calor 12 y se recalienta al suceder esto varios °C. La energía en este calentamiento asciende a 0'336 Wh por °C y por m^{3} de aire que fluye por al lado.

La Fig. 8 muestra un diagrama de Mollier h, x para aire húmedo con los cambios termodinámicos del estado en la segunda forma de realización. Puesto que la segunda forma de realización presenta dos etapas, se repite tanto el proceso de humidificación con refrigeración como el calentamiento con evaporación en la corriente de aire. También en la segunda forma de realización, la temperatura inicial de la corriente de aire asciende a 31ºC. La humedad del aire inicial asciende también al 40%. Los cambios termodinámicos del estado según las flechas 1 y 2 son idénticos a aquellos cambios de estado según las flechas 1 y 2 en la figura 7. Mientras que la corriente de aire después del primer proceso de evaporación en el primer ejemplo de realización es emitido al entorno, se realiza aquí otra humidificación en el humidificador de agua a presión 50. El correspondiente cambio termodinámico del estado es representado mediante la flecha 3. La temperatura de la corriente de aire es rebajada de 29ºC a 24ºC. La humedad relativa se aumenta en el segundo humidificador de agua a presión 50 del aproximadamente 67% al aproximadamente 100%. También en este estadio se encuentra la corriente de aire en un estado en el que no puede absorber más humedad. En el intercambiador de calor 52 se evaporiza una parte esencial de la humedad, de modo que en la salida del intercambiador de calor 52 la humedad relativa de la corriente de aire asciende aproximadamente al 78%. La temperatura de la corriente de aire es aumentada en el intercambiador de calor 52 de 24ºC a aproximadamente 30ºC. Esto supone naturalmente que la temperatura del refrigerante en el avance del intercambiador de calor 52 debe ser más alta que la temperatura final de la corriente de aire en el intercambiador de calor 52. El refrigerante en el circuito de refrigerante es enfriado correspondientemente en el intercambiador de calor 52 y puede ser usado en otro intercambiador de calor para la refrigeración del aire de entrada para un edificio climatizado.

En la figura 9 está representado un diagrama de bloques de una instalación de aire acondicionado para edificio, que presenta la primera forma de realización del dispositivo según la invención para el recuperación de frío como componente esencial. La instalación de aire acondicionado comprende dos canales de aire, es decir, un canal de aire de evacuación y un canal de aire de entrada. En el canal de aire de evacuación se encuentra el dispositivo según la primera forma de realización. El dispositivo se compone del humidificador de agua a presión 10, el intercambiador de calor 12 y el dispositivo soplante 14. En el canal de aire de entrada se encuentra un intercambiador de calor de aire de entrada 72 y un soplante de aire de entrada 74. El intercambiador de calor 12 y el intercambiador de calor de aire de entrada 72 están acoplados entre sí a través del circuito de refrigerante. El intercambiador de calor de aire de entrada 72 proporciona una interacción entre el canal de aire de entrada y el circuito del refrigerante. Además, el circuito de refrigerante presenta dos bombas de refrigerante 76 y 78, un intercambiador de calor 80 variable para calentar o enfriar, así como una válvula de regulación 82. En la entrada del canal de aire de evacuación es aspirado aire de salida ambiental 60 que presenta típicamente una temperatura de 26ºC y una humedad relativa de aproximadamente el 47%. En el humidificador de agua a presión 10 es humedecido el aire de evacuación ambiental mediante las toberas 32, de modo que su humedad relativa asciende aproximadamente al 100%. El aire de evacuación ambiental es enfriado al suceder esto a aproximadamente 20ºC. En el intercambiador de calor 12 se evaporiza una parte del agua introducida por una tobera y la temperatura del aire sube, de modo que la humedad relativa de la corriente de aire es rebajada a aproximadamente el 67%. Simultáneamente, la temperatura de la corriente de aire se aumenta a aproximadamente 25ºC. Debido a la entalpía de evaporación de las gotitas de agua en la corriente de aire es substraído relativamente mucho calor al circuito de refrigerante. De esta manera, es enfriado el refrigerante de manera notable en el circuito de refrigerante. La corriente de aire calentada es emitida como aire de evacuación 62 al entorno. Las dos bombas de refrigerante 76 y 78 en el circuito de refrigerante están previstas para el transporte del refrigerante. El intercambiador de calor 80 variable y la válvula de regulación 82 posibilitan una corrección de la temperatura del refrigerante en el circuito del refrigerante. De esta manera, la temperatura del refrigerante en el circuito de refrigerante puede ser ajustada independientemente de las temperaturas precisas del aire de evacuación ambiental 60, del aire de evacuación 62, del aire exterior 66 y del aire de entrada 64. Por medio del intercambiador de calor 80 variable, la temperatura del refrigerante puede ser tanto aumentada como rebajada, según la necesidad.

El refrigerante enfriado puede ser utilizado para enfriar la corriente de aire en el segundo canal de aire. En el segundo canal de aire es aspirado aire exterior 66 del entorno. Los valores típicos para el aire exterior 66 son una temperatura de 29°C y el 44% de humedad relativa. En el intercambiador de calor de aire de entrada 72 es enfriado el aire exterior a aproximadamente 20°C, en lo cual su humedad relativa aumenta a aproximadamente el 70%. A través del otro soplante 74 es suministrado el aire exterior enfriado como aire de entrada al edificio climatizado.

La bomba de alta presión 28 es regulable. Es razonable en especial pulverizar más agua mediante el humidificador de agua a presión 10 cuanto más elevada sea la temperatura del aire de evacuación ambiental 60. Si la temperatura del aire de evacuación ambiental 60 o del aire del entorno que se utilice en su lugar está por debajo de 20ºC, no es imprescindible la humidificación con agua a presión. Por lo tanto, se cree ventajoso inyectar agua primero para comenzar, si la potencia de refrigeración de la corriente de aire no humedecido ya no es suficiente. Además, la bomba de alta presión 28 es preferiblemente regulable sin etapas, de modo que la intensidad de la humidificación del aire es ajustable discrecionalmente. La instalación tiene la ventaja de que prácticamente no se producen aguas residuales. Tampoco son necesarias sustancias químicas ni en el funcionamiento ni para fines de limpieza, lo cual es ventajoso por motivos de protección medioambiental. Puesto que es utilizada preferiblemente agua desalada y el agua introducida es introducida por tobera de manera ajustada por dosificación en la necesidad de refrigeración casi sin aguas residuales, los gastos por limpieza y mantenimiento con respecto a dispositivos conocidos son reducidos considerablemente.

Lista de símbolos de referencia

10: Humidificador de agua a presión

12: Intercambiador de calor

14: Dispositivo soplante

16: Primer amortiguador del sonido

18: Segundo amortiguador del sonido

20: Máquina frigorífica

22: Bomba de frío

24: Retorno

26: Avance

28: Bomba de alta presión

30: Instalación de tratamiento de agua

32: Toberas

34: Cono pulverizador

36: Módulos

37: Láminas

38: Ventiladores

40: Conducto de alimentación

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50: Otro humidificador de agua a presión

52: Segundo intercambiador de calor

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60: Aire de salida ambiental

62: Aire de evacuación

64: Aire de entrada

66: Aire exterior

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72: Intercambiador de calor de aire de entrada

74: Soplante de aire de entrada

76, 78: Bombas de refrigerante

80: Intercambiador de calor variable

82: Válvula de regulación.

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Documentos citados en la descripción

Esta lista de los documentos relacionados por el solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información del lector y no forma parte del documento de patente europea. La misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia, la OEP sin embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u omisiones.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 4494596 A [0002]

\bullet DE 4110550 C2 [0015]

Claims

1. Dispositivo para la refrigeración de retorno de medios refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire, el cual presenta lo siguiente:

-: al menos un dispositivo de humidificación del aire (10) para la humidificación de la corriente de aire, que está configurado para la producción de una nebulización fina de la corriente de aire comprendiendo partículas humidificantes ultrapequeñas en forma de un aerosol,

-: un dispositivo soplante (14) para el transporte de la corriente de aire así como de las partículas humidificantes y

-: al menos un intercambiador de calor (12) que está conectado posteriormente al dispositivo de humidificación del aire (10), interactúa entre la corriente de aire y un circuito de refrigerante y que provoca una evaporación de las partículas humidificantes arrastradas en el intercambiador de calor.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de humidificación de aire (10), el intercambiador de calor (12) y el dispositivo soplante (14) están dispuestos dentro de un canal, en lo cual el canal está abierto en el lado de entrada y en el lado de salida y por lo demás está cerrado.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el dispositivo soplante (14) está conectado posteriormente al intercambiador de calor (12).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el dispositivo soplante (14) presenta una pluralidad de ventiladores (38) paralelos y/o en serie.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de humidificación del aire (10) es un humidificador de agua a presión.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de humidificación de aire (10) presenta una pluralidad de toberas (32) que están dispuestas en la corriente de aire.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la pluralidad de toberas (32) está orientado de tal manera en dirección de la corriente de aire que se realiza un empuje esencialmente en dirección de la corriente de aire.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por el hecho de que la presión con la que el dispositivo de humidificación de aire (10) es cargado con fluido humectante es ajustable, en especial regulable, de manera continua.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que la presión con la que el dispositivo de humidificación de aire (10) es cargado es ajustable, en especial regulable, entre 0 bares y 200 bares.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que la cantidad de agua en el dispositivo de humidificación del aire (10) es ajustable, en especial regulable, de manera continua.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de humidificación del aire (10) provoca una nebulización fina de la corriente de aire.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que la nebulización fina se compone de gotitas, en lo cual la pluralidad de las gotitas presenta un diámetro inferior a 60 \mum, preferiblemente inferior a 30 \mum.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que al dispositivo de humidificación del aire (10) está preconectado un amortiguador del sonido (16).

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que posteriormente al dispositivo soplante (14) está conectado un amortiguador del sonido (18).

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que el circuito de refrigerante presenta un refrigerante líquido.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de humidificación del aire (10) presenta un dispositivo de regulación para regular la humidificación de la corriente de aire, de modo que esencialmente no permanece ningún agua de condensación en el dispositivo.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 16, caracterizado por el hecho de que el número de revoluciones de los ventiladores (38) es ajustable de manera continua.

18. Dispositivo según la reivindicación 17, caracterizado por el hecho de que el dispositivo es regulable mediante el ajuste del número de revoluciones de los ventiladores (38) y de la presión en el dispositivo de humidificación del aire (10).

19. Procedimiento para la refrigeración de retorno de medios refrigerantes o medios de refrigeración de retorno o para la producción de frío a partir de una corriente de aire, el cual presenta los siguientes pasos:

-: puesta a disposición de una corriente de aire a partir del aire de evacuación de un edificio climatizado o del aire del entorno;

-: humidificación de la corriente de aire mediante adición de agua de pulverización nebulizada de manera fina de tal manera, que se obtiene una corriente de aire que contiene partículas de agua ultrapequeñas en forma de un aerosol;

-: calentamiento de la corriente de aire con aumento de la humedad absoluta por evaporación de las partículas de agua ultrapequeñas en forma de un aerosol contenidas en la corriente de aire y disminución simultánea de la humedad relativa, tomándose la energía necesaria de un circuito de refrigerante; y

-: evacuación de la corriente de aire al ambiente.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que la humidificación de la corriente de aire es realizada y regulada de tal manera que esencialmente no se produce condensación alguna.

21. Procedimiento según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado por el hecho de que el procedimiento es realizado con un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 19.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado por el hecho de que las dos etapas del procedimiento humidificación y calentamiento de la corriente de aire son repetidas al menos una vez.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado por el hecho de que la humidificación de la corriente de aire se realiza con agua a presión, en lo cual la presión asciende a entre 0 bares y 200 bares, preferiblemente 20 a 120 bares, más preferiblemente 80 bares.

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado por el hecho de que la cantidad y la velocidad de la corriente de aire son reguladas mediante ajuste continuo de los números de revoluciones de ventiladores.

25. Procedimiento según la reivindicación 23 y 24, caracterizado por el hecho de que la refrigeración de retorno o la producción de frío son reguladas tanto por ajuste de la presión o de la cantidad de producción del agua a presión como por ajuste de los números de revoluciones de los ventiladores.