ES2336522B2 - Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y liquida en pelicula. - Google Patents

Abstract

Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y líquida en película.

Dispositivo de transferencia de masa de película compacto que comprende al menos una cámara (1), dicha cámara (1) con al menos una entrada (2) de un líquido, al menos una salida (3), al menos una vía de entrada (4) de un gas y/o al menos una vía de salida (5) de un gas. Dicho dispositivo comprende medios para hacer impactar (6) una corriente del líquido (7) sobre al menos una superficie (8) en el interior de la cámara (1) de manera que se forme una película (14) de líquido que se extiende sobre al menos parte de la superficie (8) en varias direcciones. Con este funcionamiento, el dispositivo podrá actuar como absorbedor, desorbedor, evaporador y condensador, con un tamaño inferior a los dispositivos conocidos. En este funcionamiento, el dispositivo podrá trabajar sin necesidad de un fluido refrigerante intermedio. Del mismo modo, el rango de presiones y temperaturas de los fluidos en el dispositivo no se encuentra limitado.

Description

Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y líquida en película.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de los dispositivos de transferencia de masa, más concretamente a aquellos que funcionan como absorbedores o desorbedores, pudiendo así mismo actuar como evaporadores, condensadores o reactores químicos.

Como ejemplos más concretos del campo de la invención, entre las aplicaciones del dispositivo funcionando como absorbedor o desorbedor destaca la relativa a las máquinas frigoríficas de absorción. Entre las referidas a la invención funcionando como condensador o evaporador caben citar las aplicaciones en ciclos frigoríficos y ciclos de potencia.

Antecedentes de la invención

Las máquinas frigoríficas de absorción constituyen una tecnología cuya aplicación resulta de sumo interés en las políticas de ahorro y eficiencia energética para aplicaciones de acondicionamiento de aire y refrigeración. Dicha tecnología frigorífica de absorción es capaz de producir frío (máquina frigorífica) o calor (bomba de calor) a partir de una fuente de calor hacia la máquina, sin requerir un trabajo mecánico elevado como efecto principal e imprescindible del conjunto. Para ello la máquina dispone, al menos, de cuatro módulos que funcionan básicamente como intercambiadores de masa entre fases líquidas y gaseosas de una o varias corrientes de fluido y que son: absorbedor, desorbedor, condensador y evaporador. El dispositivo descrito en la presente invención puede aplicarse a cada uno de estos módulos o intercambiadores de masa.

De los componentes de una máquina de absorción, el absorbedor es uno de los que más retos tecnológicos plantea con vistas a la mejora de la eficiencia y la reducción del volumen del conjunto. Los absorbedores actualmente conocidos aplicados a máquinas frigoríficas de absorción, en explotación comercial o no, pueden agruparse en dos grandes grupos. El primero de ellos correspondería con absorbedores no adiabáticos o refrigerados. El segundo se refiere a absorbedores adiabáticos.

Los absorbedores no adiabáticos o refrigerados tienen la ventaja de que la disolución que circula por su interior puede absorber una gran cantidad de gas ya que el calor de absorción es inmediatamente evacuado hacia el exterior con lo que no entorpece la absorción. Como principal desventaja se encuentra su gran volumen y, corrientemente, la necesidad de utilizar un fluido intermedio, típicamente agua, que transmita el calor recogido desde el absorbedor hacia el aire ambiente u otro receptor de calor. Ello aumenta más el volumen y la complejidad del conjunto.

En cuanto a la utilización de películas de disolución en absorbedores no adiabáticos, estas películas suelen interactuar con las paredes por caída por gravedad a lo largo del lateral de paredes planas verticales o inclinadas. Esta forma de actuar la película con las paredes del absorbedor no garantiza necesariamente un buen contacto entre dicha película y la pared del absorbedor. También se hacen derramar sobre tubos cilíndricos, verticales u horizontales, resbalando por gravedad por sus costados y envolviéndolos parcialmente. En la literatura especializada, existen además propuestas de absorbedores por película que cae por el interior de conductos verticales con o sin corrugaciones internas.

En lo que se refiere a absorbedores adiabáticos, éstos son aquellos en donde la absorción se produce sin evacuar simultáneamente el calor, dejando este último proceso para un módulo siguiente especializado en esa tarea, un intercambiador de calor por ejemplo. Por ello la principal desventaja de los absorbedores adiabáticos es, en comparación con los no adiabáticos, su menor capacidad de absorción del gas por parte de la disolución en cada circulación por el absorbedor. Este problema se resuelve típicamente recurriendo a un subenfriamiento previo de la disolución antes de entrar al absorbedor, mediante un intercambiador de calor, por ejemplo, y recirculando un número apreciable de veces esta disolución en el absorbedor, lo cual aumenta el número de componentes y la complejidad de la instalación y, como resultado, limita la capacidad de reducción del volumen de la misma.

Adicionalmente, en los absorbedores adiabáticos resulta crítico maximizar el área de contacto entre la disolución y el gas, lo cual se consigue típicamente atomizando el líquido en pequeñas gotas o en películas libres, no pegadas a pared, muy delgadas. Estas configuraciones del líquido en el absorbedor suelen incrementar más la potencia de la bomba que impulsa la disolución, y por consiguiente bajan el coeficiente de operación de la máquina frigorífica. Merece la pena reiterar, que otra desventaja de los absorbedores adiabáticos es que requieren un mayor grado de subenfriamiento de la disolución a la entrada de la cámara, en comparación con los absorbedores no adiabáticos. Este mayor grado de subenfriamiento se consigue enfriando, en un módulo previo al absorbedor, la disolución por medio de intercambiadores de calor. Dicho proceso de enfriamiento aumenta el número de componentes de la máquina así como su complejidad. Si el grado de subenfriamiento requerido es alto, ello puede invalidar a la máquina de absorción para ser refrigerada por aire en los meses más calurosos del año.

Por otro lado, en absorbedores adiabáticos la utilización de láminas en caída libre, es decir, cayendo por gravedad, sobre pared no parece ser la mejor opción ya que reduce el área de contacto con el gas, factor éste de suma importancia en este tipo de absorbedores.

En cuanto a las ventajas de los absorbedores adiabáticos, una de ellas es que, al separar el proceso de absorción del de refrigeración de la disolución, se consigue una mayor especialización de los componentes, pudiéndose utilizar elementos genéricos de otras tecnologías y se logra, en determinadas ocasiones, una moderada disminución de volumen, aunque limitada debido al número de componentes requeridos por el absorbedor. Más específicamente, en determinadas disposiciones de absorbedores adiabáticos, como por ejemplo las láminas libres, se consiguen tamaños de absorbedor más reducidos que en los no adiabáticos, si bien para una comparación íntegra habría que sumar al volumen del absorbedor adiabático el tamaño de los intercambiadores de calor precisados para subenfriar la disolución a la entrada del absorbedor y/o para refrigerarla a la salida del mismo.

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Descripción de la invención

El dispositivo descrito en la presente invención puede aplicarse a cada uno de los módulos o intercambiadores de masa comentados anteriormente. Por consiguiente, dado el interés de la máquina de absorción, y la gran aplicabilidad de la invención a la misma, las explicaciones de la invención se centrarán en esta tecnología, y concretamente en los absorbedores. No obstante todas las explicaciones contenidas en el texto, tal y como se indicará, pueden extenderse hacia los otros componentes y hacia otras aplicaciones de la industria, no citadas por brevedad, en las que se requiera absorber, resorber, condensar, evaporar o hacer reaccionar químicamente una corriente líquida con una gaseosa.

Operando como absorbedor o como condensador, existe una transferencia de masa desde el vapor o gas de la cámara hacia el líquido de la misma. Lo contrario si el dispositivo opera como desorbedor o como evaporador. Con una operación con reacción química entre gas y líquido, el intercambio o transferencia de masa de masa entre las dos fases puede ocurrir en una o ambas direcciones, es decir desde el gas al líquido y desde el líquido al gas. Por todo lo anterior, y teniendo en cuenta esta característica que comparten todos estos dispositivos, se les ha denominado genéricamente, y por brevedad, dispositivo de transferencia de masa.

La invención se refiere a un dispositivo de transferencia de masa que comprende al menos una cámara, dicha al menos una cámara con al menos una entrada de un líquido a la cámara, al menos una salida de dicho líquido de la cámara, al menos una vía de entrada de un gas a la cámara y/o al menos una vía de salida de un gas a la cámara.

De acuerdo con la invención, dicho dispositivo comprende medios para impulsar y hacer impactar una corriente del líquido sobre al menos una superficie en el interior de la cámara de manera que se forme una película de líquido que tras el impacto se extiende sobre al menos parte de la superficie de la pared en varias direcciones simultáneamente. La velocidad con la que los medios hacen impactar la corriente deberá de ser tal que permita producir los efectos descritos en la presente invención. La superficie sobre la que se hace impactar el líquido, en coordinación con la corriente de líquido, puede poseer cualquier orientación, como por ejemplo vertical, horizontal, inclinada, etc.

El dispositivo intercambiador de masa de la invención podrá funcionar como absorbedor, desorbedor, evaporador, condensador o reactor químico entre fases líquidas y gaseosas, en función de las corrientes de líquido y gas que se fuercen en la cámara. En tecnología frigorífica de absorción, un desorbedor puede también ser denominado como generador, siendo ambos términos equivalentes en este contexto.

La utilización como absorbedor se basará en una corriente de una solución por la cámara, entrando por la entrada de líquido a la cámara y saliendo por la salida de líquido a la cámara. Dicha solución podrá ser, a modo de ejemplo y sin afán limitativo, bromuro de litio - agua (LiBr-H_{2}O), agua - amoniaco (H_{2}O-NH_{3}) y nitrato de litio - amoniaco (LiNO_{3}-NH_{3}). Esta solución absorberá el vapor inyectado a la cámara por la vía de entrada de dicho gas. En los ejemplos de disolución anteriores, el vapor o gas presente en la cámara del dispositivo estará compuesto, al menos, por las especies H_{2}O, NH_{3} y NH_{3} respectivamente. El funcionamiento como desorbedor será el contrario al presentado. La solución desprenderá un gas que será evacuado de la cámara por la vía de salida prevista a tal efecto. Para la forma de funcionamiento como absorbedor, como para la situación en que el dispositivo es usado como desorbedor, podrán existirán medios de refrigeración o calentamiento que serán comentados posteriormente.

En el caso de ser empleado el dispositivo como absorbedor será indispensable la presencia de al menos una vía de entrada de gas, mientras que en el caso de ser empleado como desorbedor, será indispensable la presencia de al menos una vía de salida de gas. Una posible realización donde podrían coexistir al menos una vía de entrada de gas con al menos una vía de salida de gas sería una configuración serie de las cámaras, que se comentará posteriormente.

El funcionamiento como condensador o evaporador es análogo al ya comentado como absorbedor o desorbedor, respectivamente, salvo que en condensadores y evaporadores el flujo líquido y el gas son la misma especie química. Por ejemplo, la sustancia a evaporar o condensar puede ser agua, en cuyo caso habrá en el dispositivo una corriente de agua líquida y una corriente de agua en estado vapor.

La invención se basa en el hecho de hacer impactar el líquido sobre al menos una superficie en el interior de la cámara. En el caso de haber dos o más paredes en las cuales impacten corrientes de líquido, los medios empleados para hacerlas impactar deberán disponerse en la cámara de tal modo que no interfieran las corrientes de los diversos medios entre sí o perjudiquen la formación de la película sobre la superficie de impacto. Del mismo modo, debe permitirse una correcta circulación del gas en la cámara. En este sentido, la configuración de las entradas y salidas de flujos es tal que tanto las entradas como las salidas se colocarán adecuadamente teniendo en cuenta la orientación preferente de funcionamiento en referencia a fuerzas másicas que existan como la gravedad u otras aceleraciones a las que se someta el dispositivo. De esta manera mediante una colocación adecuada de dichas salidas y entradas se permitirá la correcta circulación de fluido gaseoso y líquido, y se evitará la mutua interferencia en las mismas.

Al impactar, la corriente se extiende en varias direcciones sobre parte o toda la superficie de la pared. La solución podrá impactar contra la superficie desde un punto alejado a la misma. En este caso podrán utilizarse, por ejemplo, medios como inyectores, aspersores, difusores, pulverizadores y rociadores, de modo que se cree un chorro o corriente de líquido que acabe impactando contra la superficie. En general, se empleará inyector en su sentido más amplio, como un dispositivo capaz de acelerar un fluido a presión en su interior y proporcionar una corriente, cuya forma puede ser variada sin restricción: en forma de chorro, lámina con o sin apertura, cono, spray, etc. Las secciones de salida del inyector pueden ser variadas, sin restricción en forma, siendo posibles ejemplos secciones circulares, ovaladas, o alargadas.

Otra posibilidad es que la corriente impactante sobre pared se haya formado o configurado mediante la interacción o choque de dos o más corrientes de disolución. El impacto, sin embargo, podrá también llevarse a cabo desde una posición próxima a la superficie, de modo que no exista el primer tramo de chorro o corriente comentada anteriormente. En este caso, a pesar de no existir ese primer tramo se produce también un impacto o deflexión de la corriente sobre la superficie de la pared.

Esta situación no debe confundirse con aquellas realizaciones del estado de la técnica en las que la corriente se deja derramar por una superficie de la cámara (rampas, tubos, etc.) en las que no hay un impacto con extensión en todas las direcciones por parte del fluido y en las que la película de fluido sobre la superficie no sufre un adelgazamiento a consecuencia de dicha extensión.

La inclinación de la corriente de líquido respecto a la superficie de la pared puede variar, repercutiendo dichos cambios de la inclinación en la extensión de la película y en la transferencia de masa y calor. Influyen en estos aspectos, además de la inclinación, la morfología de la corriente previa al impacto (chorro, lámina libre con apertura, sin apertura, spray, etc.) y parámetros como la viscosidad del fluido, su velocidad inicial, la forma y extensión de la pared y la orientación relativa de las fuerzas de másicas, como la gravedad, con respecto a la superficie sobre la que impacta la corriente. Por último, la corriente de líquido podrá ser continua o discontinua a lo largo del tiempo.

El hecho de que la corriente impacte sobre una superficie provoca una serie de efectos beneficiosos. Uno de ellos es el hecho de que, al no circular la corriente por gravedad, sino que la invención provoca el impacto de la corriente contra la superficie, los posibles movimientos o rotaciones que pueda sufrir el dispositivo tienen un efecto menor sobre el comportamiento del intercambiador de masa. Esto es debido al hecho de que la corriente de impacto contiene una cierta velocidad forzada inicial, formando a continuación una película que se adhiere a la pared de la cámara y que también posee cierta velocidad forzada inicial tras impactar con dicha pared. Estas velocidades forzadas de impacto y la transmitida a la película son dominantes, en parte o todo el recorrido sobre pared, respecto al efecto de la gravedad y respecto a los otros movimientos o rotaciones a las que se someta el dispositivo. En consecuencia, ello propicia que el dispositivo de la invención pueda funcionar con cierta independencia de su orientación con respecto a la gravedad y otras aceleraciones a las que se someta.

Adicionalmente, el tamaño de la cámara puede ser sensiblemente menor que los dispositivos conocidos. La película sobre pared es una configuración muy estable que permite ser apilada con un alto grado de empaquetamiento, colocando muchas películas muy cercanas entre sí en un volumen muy reducido, en comparación con otras configuraciones como son gotas, películas derramadas, láminas libres, etc.

En este sentido, el volumen del dispositivo compacto que se propone es menor que el de otros absorbedores adiabáticos y no adiabáticos. En comparación con los absorbedores adiabáticos presentes en la tecnología actual, las películas líquidas sobre pared descritas en la presente invención forman una configuración que por unidad de masa de película permite absorber una mayor cantidad de vapor. Adicionalmente, dado que el elemento esencial de la invención es la superficie sobre la que impacta la corriente de líquido y no un dispositivo con un cierto volumen, estas superficies podrán ser apiladas, obteniendo un factor de aprovechamiento del volumen empleado mucho mayor que otras soluciones conocidas en el estado de la técnica. Con la configuración no adiabática de la presente invención se evitan elementos externos al absorbedor para refrigerar la disolución, lo cual es una ventaja en comparación con los absorbedores adiabáticos pues éstos no refrigeran directamente a la disolución.

Adicionalmente, con la capacidad de evacuación simultánea de calor del dispositivo de la invención, se incrementa la transferencia de masa entre vapor y fluido líquido. Es decir, y poniendo como ejemplo el funcionamiento como absorbedor, por cada unidad de masa de líquido que circula por el dispositivo se absorbe más masa de vapor que en otras tecnologías. Esto es debido, como primer factor, a que el líquido se extiende sobre la superficie en varias direcciones. De esta manera el líquido efectivamente moja o entra en contacto directo con la superficie sobre la que ha impactado. Tras el primer impacto, el líquido se difunde simultáneamente por la superficie de la cámara en varias direcciones divergentes, teniendo un contacto directo con la superficie por la cual se difunde o extiende. El hecho de que el líquido se difunda o extienda en varias direcciones provoca que su espesor disminuya y, por lo tanto, hace que la relación área/volumen del propio líquido aumente, siendo esto beneficioso para el funcionamiento del dispositivo. En este sentido, por área se entiende tanto el área del líquido en contacto con la superficie en la cámara, así como el área de la superficie libre del líquido que se encuentra en contacto con el gas. Como factor adicional, el impacto o deflexión del líquido sobre la superficie de la cámara a suficiente velocidad favorece que se cree un mezclado turbulento en la película que mejora la transferencia de masa y calor en el sentido transversal, es decir, el sentido según el espesor, a la película ambiente.

Éste es un fenómeno físico conocido y aceptado en la ciencia del transporte de calor y masa, que la turbulencia favorece el mezclado desde zonas interiores de la película hacia sus superficies limitantes, tanto la superficie pegada a la pared como la superficie libre en contacto con el vapor. Este mezclado, podría verse como una agitación del fluido con microrremolinos dentro de la película. Con esta turbulencia, el transporte de calor o masa desde una cara a la otra de la película es más eficiente que sin turbulencia, aumentándose por tanto la cantidad de vapor absorbido/desorbido y la transferencia de calor.

Cabe resaltar en este sentido que la absorción del vapor en un líquido genera calor que se disipa fundamentalmente hacia el líquido ya que es la fase que mejor transfiere calor. Análogamente, la desorción de vapor absorbe calor, dicho calor se recoge fundamentalmente del líquido también. Si durante una absorción no se evacua el calor, el líquido se calienta y su potencial de absorción de masa baja, lo cual tiende a disminuir la absorción, pudiendo llegar a detenerla. Lo mismo sucede evacuando calor en la desorción, si no se introduce calor hacia la disolución en la desorción para compensar el calor requerido por la producción de vapor durante la misma, ésta llegará un momento en que se detendrá. Por este motivo, en máquinas de funcionamiento continuo, es necesario evacuar el calor de la disolución en los procesos de absorción, e introducir calor en los procesos de desorción.

Otro efecto beneficioso del impacto, especialmente si es a gran velocidad, es la generación de películas sobre pared estables y con una longitud hasta rotura mayor que en una película formada por derramamiento sin impacto sobre superficie. Una película sobre pared es estable y puede apilarse en distancias muy cortas a otra película sobre una pared opuesta sin perder la estabilidad pelicular o romperse en gotas. Por el contrario, por ejemplo, una lámina de líquido libre sufre inestabilidades acusadas a distancias menores, en comparación con una película sobre pared, si se coloca próxima, apilada, a otra lámina libre de líquido. Ésta es la razón por la cual el dispositivo de la invención puede ocupar espacios o volúmenes menores al poder situar las paredes más cerca las unas de las otras.

La superficie sobre la que fluye el líquido podrá estar realizada en un material con una alta conductividad térmica. De este modo se facilita el intercambio de calor, a través de la superficie, entre el fluido de la película que intercambia masa en la cámara y el fluido refrigerante dedicado a refrigerar la cámara.

Con el fin de aumentar la eficiencia o rendimiento del dispositivo se podrá hacer recircular el líquido desde la salida del líquido de la cámara hacia la entrada del líquido de la cámara. En esta recirculación podrá ser empleada una bomba.

En una realización de la invención, la superficie sobre la que impacta el líquido en el interior de la cámara podrá ser la superficie interior de la pared de la cámara. La superficie exterior de la cámara podrá comprender medios para la reducción de la resistencia térmica entre la superficie exterior de la cámara y un fluido exterior a la cámara. Estos medios podrán ser a modo de ejemplo, y sin afán limitativo, superficies extendidas como aletas, células Peltier, calotubos y sus posibles combinaciones. Por consiguiente los citados medios se incluyen en los dispositivos con configuración refrigerada, es decir, en configuración no adiabática.

En una segunda realización de la invención, la superficie sobre la que impacta el fluido en el interior de la cámara podrá ser la superficie de una pared interior situada en el interior de la cámara. Dicha pared interior no es pared integrante de los límites de la cámara. Dicha pared interior deberá estar diseñada de tal modo que sea capaz de resistir el impacto del líquido sobre la misma. En este caso, el intercambio de calor necesario con la lámina se realizará mediante un intercambiador de calor independiente que incluye o afecta a dicha pared.

Si dicho intercambiador independiente de calor requiere un fluido proveniente del exterior que refrigera la pared interior citada, será necesario al menos una conducción de acceso del fluido refrigerador y otra de salida adicionales a las citadas anteriormente para la cámara. Alternativamente, puede no existir una refrigeración de la superficie sobre la que impacta el líquido en la cámara, siendo entonces una configuración adiabática de la invención que goza de las ventajas descritas de la fluidodinámica del impacto de chorros sobre superficies pero que requiere de intercambiadores de calor externos a la cámara para así poder refrigerar/calentar la disolución.

En el caso de existir más de una cámara, al menos dos cámaras podrán conectarse en serie, siendo la salida de una cámara la entrada de la siguiente, en paralelo, siendo todas las entradas y salidas de las cámaras comunes, o en una configuración serie/paralelo, en las que ciertas conducciones, por ejemplo las del líquido, se conectan en serie, y otras conducciones, por ejemplo las de gas, se conectan en paralelo.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista seccionada en alzado de una cámara del dispositivo de transferencia de masa de la invención.

Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de la superficie sobre la que impacta la corriente y el modo como la corriente se extiende sobre la misma.

Figura 3.- Muestra una vista seccionada en alzado de una asociación de tres cámaras conectadas en paralelo.

Figura 4.- Muestra una vista en perspectiva de una asociación de tres cámaras conectadas en paralelo.

Figura 5.- Muestra una segunda realización de la invención en la que la superficie sobre la que impacta la corriente es la superficie de una pared situada en el interior de la cámara.

Realización preferente de la invención

A continuación, con referencia a las figuras, se describe un modo de realización preferente del dispositivo de transferencia de masa compacto de película (14) que constituye el objeto de esta invención.

La figura 1 muestra una cámara (1) según la presente invención. En ella se puede observar un inyector (6) que hace impactar una corriente (7) de un líquido contra una superficie (8) en el interior de dicha cámara (1). Dicha corriente (7) podrá tomar una configuración en chorro procedente del inyector o de una tobera cilíndrica o podrá ser también una lámina libre de líquido procedente de un inyector, o una corriente (7) generada por la interacción o colisión de dos o más corrientes (7). En este caso, la superficie (8) contra la que impacta el líquido es la superficie de una pared de la cámara (1). Tal y como se observa en la figura, al extenderse el líquido por la superficie (8) va disminuyendo progresivamente su espesor, aumentando por lo tanto la relación área/volumen.

La entrada (2) y salida (3) de líquido se han realizado en este caso, respectivamente, en la parte superior e inferior de la cámara (1), no siendo esta situación obligatoria. La entrada (2) podría realizarse en cualquier punto de la superficie de la cámara (1). Del mismo modo, aunque en esta realización se presenta la salida (3) en la parte inferior de la cámara (1), esto no quiere decir que la invención funcione por gravedad. La base de la invención está en provocar el impacto del líquido contra la superficie (8), aunque posteriormente, y de modo inevitable, el líquido caerá por gravedad si no es recogido o evacuado previamente de la cámara (1) en colectores laterales que no tienen necesariamente que encontrarse en el punto inferior de la cámara (1). Este hecho es usado para recoger dicho líquido, aunque esta salida (3) podría estar dispuesta en otro lugar no teniendo que ser necesariamente el punto inferior de la cámara (1).

La figura también muestra una vía de entrada (4) o salida (5) de un gas. Dicho gas entrará, para ser total o parcialmente absorbido por el líquido de la película (14), en el caso de que la cámara (1) funcione como absorbedor o saldrá, procedente de la disolución, en el caso en el que la cámara (1) funcione como desorbedor. En el primer caso la cámara (1) deberá evacuar calor hacia el exterior y en el segundo caso el exterior deberá transmitir calor hacia el interior de la cámara (1).

Adicionalmente, se muestra en la figura una bomba (9) que permite la recirculación del líquido desde la salida (3) del líquido hasta la entrada (2) del líquido.

La figura 2 muestra la distribución, o como se extiende, de la película (14) que se produce al impactar el líquido contra la superficie (8). En función del ángulo con respecto a la superficie de la pared con el que impacta la corriente (7) y su velocidad, el área de superficie cubierta se verá modificada.

La figura 3 muestra una configuración de tres cámaras (1) en paralelo, cada una de las cuales cuenta con dos inyectores (6). De este modo es posible hacer impactar una corriente (7) de líquido contra una mayor superficie (8) de la cámara (1), aumentando por lo tanto su rendimiento, medido como la capacidad de absorción o desorción por unidad de volumen de cámara (1). La posición de ambos inyectores (6), o de la pluralidad de los mismos que se podrían llegar a incorporar, será tal que las corrientes (7) de líquido que se hacen impactar contra las superficies (8) de la cámara (1) no interfieren entre sí, ni que tampoco lo hagan las películas (14) que se produzcan sobre las superficies (8), y, adicionalmente, permiten una adecuada circulación del gas.

La alimentación se produce por un único conducto de líquido que se separa en tres para alimentar las entradas (2) de líquido de las tres cámaras (1), recogiendo el líquido en sus tres salidas (3) para juntar las tres corrientes (7) y alimentar así la bomba (9) con una única corriente (7) de líquido. La circulación del gas no se ha representado, pero podría optarse por una configuración también paralelo para el gas, o bien una configuración serie, haciendo pasar sucesivamente el gas por la primera, segunda y tercera cámara (1).

La figura también muestra cómo las cámaras (1) tienen para su mejor intercambio de calor unas aletas (10) o superficies extendidas (10). Estos elementos disminuyen la resistencia térmica entre la cámara (1) y un fluido refrigerador o calentador, dependiendo del uso dado al dispositivo, de absorbedor o desorbedor, respectivamente.

El fluido refrigerador o calentador exterior puede ser directamente un gas, como por ejemplo aire, sin necesidad de requerirse un fluido externo intermedio. Por ejemplo, el dispositivo en configuración de absorbedor puede ser refrigerado por aire ambiente, sin más que haciendo circular el aire entre las aletas (10) o superficies extendidas (10). En este último caso sería un absorbedor no adiabático directamente refrigerado por aire. Debido a la ausencia de un fluido intermedio refrigerante y a la abundancia del aire, esta última configuración es muy interesante y atractiva desde el punto de vista industrial, del doméstico y del sector transporte, de cara a la aplicación de máquinas frigoríficas de absorción, dado el ahorro que produce tanto desde el punto de vista de los componentes necesarios, así como por la reducción de volumen de la máquina.

Esta situación de no necesitar un fluido intermedio aplica del mismo modo para el desorbedor, el cual podrá usar aire o gases calientes procedentes de una fuente de calor, como por ejemplo una caldera o un motor térmico. Análogamente ocurre, respectivamente, para el condensador y el evaporador.

La figura 4 complementa lo expuesto para la figura 3 con una vista en perspectiva de las tres cámaras (3). Como se ha mencionado, el dispositivo podrá actuar como absorbedor o desorbedor. En el primero de los casos, el líquido que circulará por la entrada (2) de la cámara (1) será una solución concentrada, mientras que a la salida (3), al haber absorbido el gas será diluida, siendo la situación a la inversa en el caso de operar como desorbedor, una solución diluida a la entrada (2) y una solución concretada a la salida (3).

En el caso de funcionar como condensador, funcionamiento análogo al de absorbedor, el líquido que circulará será la misma especie química, por ejemplo agua, en el caso de un condensador que condense agua, que la que condensa procedente del vapor, habiendo menos líquido a la entrada (2) que el captado a la salida (3) dado que se ha condensado parte o todo el vapor que circula por la vía de entrada (4) del gas. En el caso de funcionar como evaporador, habrá más líquido a la entrada (2) que a la salida (3), siendo el líquido evaporado el que saldrá por la vía de salida (5) del gas.

La figura 5 muestra una realización alternativa en la cual la superficie (8) sobre la cual la corriente (7) de líquido impacta no es la superficie de la pared de la cámara (1). En este caso, la superficie (8) es la de una pared interior de dicha cámara (1). Dicha superficie deberá ser diseñada para poder soportar los esfuerzos debidos al impacto de la corriente (7) de líquido.

Se representa también en la figura un intercambiador de calor independiente (13) que será empleado para refrigerar o calentar la superficie (8) en función de su modo de operación. Dicho intercambiador de calor independiente (13) cuenta con un conducto de entrada (11) y un conducto de salida (12). Dichos conductos (11, 12) son adicionales a los anteriormente descritos de la cámara.

A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según una realización preferente de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dicha realización preferente, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada. Un ejemplo de ésta sería, por ejemplo, el uso del dispositivo en la industria química de reacciones entre un gas y un líquido.

Claims (12)

1. Dispositivo compacto de transferencia de masa entre fases gaseosa y líquida en película (14) que comprende al menos una cámara (1), dicha al menos una cámara (1) con al menos una entrada (2) de un líquido a la cámara (1), al menos una salida (3) de dicho líquido de la cámara (1), al menos una vía de entrada (4) de un gas a la cámara (1) y/o al menos una vía de salida (5) de un gas a la cámara (1),

caracterizado por que

comprende medios para impulsar y hacer impactar (6) una corriente (7) del líquido sobre al menos una superficie (8) en el interior de la cámara (1) de manera que se forme una película (14) de líquido que tras el impacto se extiende sobre al menos parte de la superficie (8) en varias direcciones simultáneamente.

2. Dispositivo de transferencia de masa según la reivindicación 1, caracterizado por que la superficie (8) sobre la que fluye el líquido está realizada en un material con una alta conductividad térmica.

3. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado por que existe una recirculación del líquido desde la salida (3) del líquido de la cámara (1) hacia la entrada (2) del líquido de la cámara (1).

4. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que la superficie (8) en el interior de la cámara (1) es la superficie interior de la pared de la cámara (1).

5. Dispositivo de transferencia de masa según la reivindicación 4, caracterizado por que comprende medios para la reducción de la resistencia térmica (10) entre la superficie (8) exterior de la cámara (1) y un fluido exterior a la cámara (1).

6. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que la superficie en el interior de la cámara (1) es la superficie (8) de una pared interior situada en el interior de la cámara (1).

7. Dispositivo de transferencia de masa según la reivindicación 6, caracterizado por que la cámara (1) comprende al menos un conducto de entrada (11) y al menos un conducto de salida (12) de un intercambiador de calor independiente (13), dicho intercambiador de calor independiente interactuando o conteniendo la pared interior.

8. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que los medios para hacer impactar (6) una corriente (7) del líquido están seleccionados entre al menos un inyector (6), al menos un aspersor, al menos un difusor, al menos un pulverizador, al menos un rociador, al menos una tobera y sus combinaciones.

9. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado por que la corriente (7) de líquido se crea por la colisión o interacción de al menos dos corrientes (7) de líquido.

10. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que al menos dos de las cámaras (1) están conectadas en paralelo.

11. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que al menos dos de las cámaras (1) están conectadas en serie.

12. Dispositivo de transferencia de masa según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado por que al menos dos de las cámaras (1) están conectadas en serie/paralelo.