ES2525031B1 - Disposición de refrigeración para cabinas de vehículos - Google Patents

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Abstract

Una disposición de refrigeración para cabinas de vehículos, del tipo que comprende un ciclo de absorción de amoníaco que incluye una fuente de calor, una sección de rectificador, una sección de condensador, una sección de evaporador, una sección de absorbedor y desde donde la solución se dirige a un acumulador para luego volver a la fuente de calor, el cual utiliza un fluido como “carrier” del calor generado o absorbido por el ciclo que sufre la solución en un circuito cerrado, permitiendo una óptima eficiencia en la recuperación del calor generado entre las partes del proceso de refrigeración para mejorar la refrigeración de los ambientes, gracias a la disposición de un circuito cerrado de fluido de enfriamiento y de un circuito de refrigeración independientes del funcionamiento del vehículo.

Description

DISPOSICiÓN DE REFRIGERACiÓN PARA CABINAS DE VEHíCULOS
ESTADO DE lA TECNICA DE lA INVENCION
Campo de la Invención
La presente invención se relaciona con el campo de los dispositivos, aparatos y disposiciones empleadas para la refrigeración de ambientes y cabinas de vehículos, y más particularmente, se refiere a una disposición de refrigeración para cabinas de vehículos por ciclo de absorción de amoníaco que utiliza un trasportador del calor no convencional en disposiciones de esta índole, como ser, agua, permitiendo un óptimo aprovechamiento del calor liberado en las diferentes etapas del proceso de refrigeración.
Descripción del estado de la técnica
Para comprender mejor el objeto y alcance de la presente invención es conveniente describir el estado actual de la técnica en referencia a los modelos de equipos de aire acondicionado que se utilizan actualmente para la climatización de cabinas de vehículos de mediano y gran porte y los inconvenientes que se presentan.
Los sistemas de refrigeración que trabajan con ciclos de absorción de amoníaco-agua son bien conocidos en el estado de la técnica , y comprenden un conjunto de equipos que constan de un generador o calentador del tipo sifón, un rectificador, un condensador, un evaporador, un absorbedor y un acumulador entre tantos otros componentes. En donde, la disposición de estos equipos puede variar según el tipo o modelo de vehículo. Comúnmente se proveen, junto al evaporador y al absorbedor, ventiladores que llevan a cabo el enfriamiento de la cabina por convección forzada del aire, eliminándose de la misma forma, el calor generado en el absorbedor.
Existen hoy día, diversas disposiciones que utilizan ciclos de absorción para refrigerar diferentes disposiciones tales como por ejemplo, las conocidas neveras "heladeras". A modo de ejemplo, el documento de patente US 3.661.200
Nº solicitud21/03/2014F.OEPM21/03/2014F.Efectiva
2
(McNamara, T.J. 1969) divulga el uso de un ciclo de absorción de NH3-H20, que utiliza el calor del escape como generador para calentar la solución al inicio del ciclo, y que trabaja con Helio para crear una atmósfera de alta presión en el evaporador. En donde, se utiliza para enfriar la cabina, una solución de refrigerante que contiene etilenglicol, que puede estar conectada con el sistema de enfriamiento del motor.
En otra forma de realización, el documento de patente EP 0350764 (Spiller, P. 1989), divulga el uso de un ciclo de absorción con dos reactores en paralelo que alternan su función entre evaporador y absorbedor, dentro de los cuales ocurren la absorción y desorción de un componente en una solución no especificada. Se utiliza para enfriar la cabina, un fluido que circula por el radiador, para calentar la solución, el calor del escape de gases y enfriadores de aire por convección forzada.
Por otro lado, el documento de patente US 5.896.747 (Antohi, V. 1996), divulga el uso de un proceso similar al anterior, aunque con una solución de bromuro de litio yagua, y alimenta al generador con la salida de agua caliente del motor del vehículo.
El documento de patente US 4.253.310 (Sokolov, M. 1978), divulga el uso de un proceso similar al anterior, que se diferencia en el uso del refrigerante, utilizando refrigerante de motor, y también, en la refrigeración de la sección de absorbedor, ya que no recicla el calor, sino que, el mismo se pierde en el ambiente, siendo retirado por convección forzada.
El documento de patente US 5.231.849 (Rosenblatt J.H. 1992), divulga el uso de un proceso similar al anterior, y se diferencia en el uso de los gases de escape como fuente de calor para el generador, creando dependencia con el encendido o apagado del vehículo.
Si bien, el uso de ventiladores para convección forzada en equipos de aire acondicionado es un método ampliamente aplicado y conocido en el estado de la técnica, el sistema presenta pérdidas de calor, que bien, podrían ser reutilizadas en otras partes del proceso. Además, en los casos en donde se desea refrigerar cabinas de vehículos de transporte, dicho equipamiento de refrigeración
3
depende exclusivamente del funcionamiento del motor del vehículo, siendo esto, un factor limitante que puede afectar notablemente el funcionamiento del equipo de refrigeración en casos de falla del motor o del sistema de escape.
En virtud del actual estado de la técnica disponible para la refrigeración
5 de cabinas de vehículos, resultaría muy conveniente contar con una nueva disposición de refrigeración para retirar el calor/frío de los equipos, mejorar la eficiencia, reducir las pérdidas de calor y obtener un equipo independiente del funcionamiento del vehículo que pueda ser utilizado aún cuando el vehículo se encuentra apagado.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
Es por lo tanto un objeto de la presente invención proveer una nueva disposición de refrigeración para cabinas de vehículos, que utiliza agua como
refrigerante-absorbente, por ejemplo NH3-H2O, en un circuito cerrado.
Es otro objeto de la presente invención proveer para dicha disposición de refrigeración, una fuente de calor alternativa e independiente del funcionamiento del motor del vehículo con el objeto de habilitar el funcionamiento
20 de dicha disposición sin la necesidad de encender el vehículo. Es aún otro objeto de la presente invención proveer una alternativa al ciclo conocido de absorción de amoníaco-agua que cuenta con una bomba de burbujeo en paralelo al generador principal de la disposición, y que logra mayor eficiencia en la recuperación del calor liberado por el mismo ciclo.
25 Es aún otro objeto de la presente invención proveer una pluralidad de realizaciones diferentes para la disposición del circuito secundario de agua que extrae el calor del proceso.
Es también otro objeto de la presente invención proveer una disposición de refrigeración para cabinas de vehículos, del tipo que comprende un 30 ciclo de absorción de amoníaco que incluye una fuente de calor para el inicio del ciclo donde se calienta una solución de refrigerante-absorbente, por ejemplo
amoníaco-agua, que circula a través de un circuito que comprende una sección de rectificador donde se purifica el vapor de amoníaco, una sección de condensador para condensar el amoníaco al estado líquido, una sección de evaporador donde se calienta el amoníaco en una atmósfera de presión para absorber calor desde el exterior y una sección de absorbedor donde el amoníaco es reabsorbido en una solución de amoníaco-agua de menor concentración y desde donde la solución se dirige a un acumulador para luego volver a la fuente de calor, en donde, la disposición comprende un circuito cerrado de fluido de enfriamiento que presenta por lo menos tres intercambiadores de calor a saber, un primer intercambiador dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de absorbedor, un segundo intercambiador dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de condensador y un tercer intercambiador dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de rectificador, un circuito de refrigeración que comprende por lo menos un intercambiador de temperatura que presenta una sección de cabina y una sección de evaporador, en donde dicha fuente de calor comprende un calentador independiente del motor del vehículo y alimentado con combustible.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Para mayor claridad y comprensión del objeto de la presente invención, la misma ha sido ilustrada en varias figuras, en donde:
La Figura 1 muestra una vista esquemática de los equipos que forman parte del ciclo de absorción de amon íaco-agua convencional de acuerdo con el estado de la técnica;
La Figura 2 muestra una vista esquemática de una primera realización preferida del circuito cerrado de fluido de enfriamiento de acuerdo con el objeto de la presente invención;
La Figura 3 muestra una vista esquemática de una segunda realización preferida del circuito cerrado de fluido de enfriamiento de acuerdo con la invención;
La Figura 4 muestra una vista esquemática de una tercera realización preferida del circuito cerrado de fluido de enfriamiento de acuerdo con la invención;
La Figura 5 muestra una vista esquemática de una cuarta realización preferida del circuito cerrado de fluido de enfriamiento, de acuerdo con la invención;
La Figura 6 muestra una vista de la estructura interna del generador, de acuerdo con la invención; La Figura 7 muestra un esquema de la unidad calefactora que alimenta al generador, de acuerdo con la invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
Haciendo referencia a las figuras se ve que la invención consiste en una serie de disposiciones para utilizar un circuito cerrado de fluido de enfriamiento como disposición de refrigeración para el ciclo de absorción de amoníaco en agua. En donde, las realizaciones preferidas de los circuitos cerrados tienen por objeto, proveer alternativas que permitan colocar los equipos que forman parte de dicho ciclo en una disposición alejada de la cabina, si es deseado, y "transportar" el calor deseado a través de dichos circuitos. Se resalta que, en la presente descripción, aquellas partes que definen un mismo componente, han sido referenciadas con los mismos números de referencia tanto para la figura 1 relacionada al estado de la técnica, como para las figuras 2 a 7 de acuerdo con la presente invención.
Haciendo ahora referencia a la Figura 1 de acuerdo con el estado de la técnica, se muestra una disposición de los equipos que forman parte del ciclo de absorción convencional, que incluye un generador 2 para el inicio del ciclo, donde se calienta una solución rica de refrigerante-absorbente, por ejemplo amoníacoagua, lográndose la separación de la solución en un gas de amoníaco de alta presión y una solución pobre de amoníaco. Dicho gas de amoníaco de alta presión circula hacia una sección de rectificador 3, donde se despoja del agua
remanente que puede haber sido arrastrado por el gas de amoníaco. Una vez purificado el gas de amoníaco de alta presión, éste continúa hacia una sección de condensador 4, donde libera calor a su entorno, a determinadas condiciones de presión y temperatura, y cambia su estado de gas a líquido. A continuación, dicho líquido de amoníaco circula hacia una sección de evaporador 5, donde, en una atmósfera de alta presión generada por la presencia de un gas inerte, se calienta y evapora, tomando el calor de su entorno. A medida que las gotas de amoníaco líquido descienden por los tubos inclinados del evaporador, se van convirtiendo en gas, que desciende por los tubos hacia la sección de absorbedor 6, donde se pone en contacto con la solución pobre de amoníaco proveniente del generador 2. Este contacto permite la reabsorción del amoníaco a la solución, que cae, como solución rica en amoníaco, en un acumulador 1. Dicho acumulador 1 actúa como recipiente de almacenamiento para la solución que luego se dirigirá, nuevamente, hacia el generador 2, dando comienzo al ciclo nuevamente.
De acuerdo con el objeto de la presente invención, tal como puede observarse en la Figura 2, una de las formas de realización preferida alternativa que la invención provee para refrigerar dicho ciclo de absorción, consiste en un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 8 que presenta por lo menos tres intercambiadores de calor a saber, estando un primer intercambiador 20 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de absorbedor 6, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, un segundo intercambiador 21 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de condensador 4, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, y un tercer intercambiador 22 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de rectificador 3, estando los tres intercambiadores de calor dispuestos en serie.
Previo al enfriamiento de dicho primer circuito cerrado 8, que ocurre entre las secciones de absorbedor 6 y rectificador 3, existe una sección de precalentamiento 9 de la solución rica de amoníaco, a la salida del acumulador 1 previo a su ingreso al generador 2, donde dicho fluido de enfriamiento cede calor al ciclo de absorción. Dicho primer circuito cerrado 8 es enfriado entre la sección
de absorbedor 6 y la sección de precalentamiento 9 por medio de aire por convección forzada. Tal como puede observarse en la Figura 2, la disposición comprende un segundo un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 7 que comprende por lo menos un intercambiador de temperatura que presenta una sección de cabina 24 y una sección de evaporador 5. En la sección de cabina 24, el enfriamiento de la cabina 25 de un vehículo se realiza por convección forzada.
Haciendo referencia a la Figura 3, otra forma de realización preferida alternativa que la invención provee para refrigerar dicho ciclo de absorción que
sufre la solución en un circuito cerrado, permitiendo una óptima eficiencia en la recuperación del calor generado entre las partes del proceso de refrigeración, consiste en un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 8 que presenta por lo menos cuatro intercambiadores de calor a saber, un primer intercambiador 20 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de absorbedor 6, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, un segundo intercambiador 21 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de condensador 4, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, un tercer intercambiador 22 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de rectificador 3, y un cuarto intercambiador 26 dispuesto en relación de intercambio con una sección de bomba de burbujas 10, donde dicho fluido de enfriamiento cede calor a la solución de amoníaco-agua, dispuesta en paralelo a la sección de generador 2 del ciclo, estando los cuatro intercambiadores de calor dispuestos en serie.
En donde, dicho primer circuito cerrado 8 es enfriado entre la sección de absorbedor 6 y la sección de bomba de burbujas 10 por medio de aire por convección forzada. Como puede observarse en la Figura 3, y de acuerdo con la invención, la disposición comprende un segundo circuito cerrado de fluido de enfriamiento 7 que comprende por lo menos un intercambiador de temperatura que presenta una sección de cabina 24 y una sección de evaporador 5. En la sección de cabina 24, el enfriamiento de la cabina 25 del vehículo se realiza por convección forzada.
De acuerdo con la Figura 4, aún otra forma de realización preferida alternativa que la invención provee para refrigerar dicho ciclo de absorción, consiste en un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 8 que presenta por lo menos tres intercambiadores de calor a saber, en una primera rama 18 se dispone de un primer intercambiador 20 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de absorbedor 6, en donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, estando dicha primera rama 18 dispuesta en paralelo con una segunda rama 19 que presenta un segundo intercambiador 21 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de condensador 4, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, y un tercer intercambiador 22 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de rectificador 3, estando dichos segundo y tercer intercambiadores dispuestos en serie.
Así mismo, parte de la rama 19 presenta una sección de precalentamiento 9 de la solución rica de amoníaco a continuación de la sección de salida del acumulador 1 previo a su ingreso al generador 2, donde dicho fluido de enfriamiento cede calor al ciclo de absorción. A su vez, dicho primer circuito cerrado 8 es enfriado entre la sección de unión de la ramas 18 y 19 y la sección de separación de la ramas 18 y 19 por medio de aire por convección forzada. Tal como puede observarse en la Figura 4, y de acuerdo con la invención, la disposición comprende un segundo un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 7 que comprende por lo menos un intercambiador de temperatura que presenta una sección de cabina 24 y una sección de evaporador 5. En la sección de cabina 24, el enfriamiento de la cabina 25 del vehículo se realiza por convección forzada.
De acuerdo con la Figura 5, otra forma de realización preferida alternativa que la invención provee para refrigerar dicho ciclo de absorción, consiste en un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 8 que presenta por lo menos cuatro intercambiadores de calor, en una primera rama 18 un primer intercambiador 20 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de absorbedor 6, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, dispuesto en paralelo con una segunda rama 19 que presenta un
segundo intercambiador 21 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de condensador 4, donde dicho fluido de enfriamiento toma calor del ciclo de absorción, un tercer intercambiador 22 dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de rectificador 3 y un cuarto intercambiador 26 dispuesto en relación de intercambio con una sección de bomba de burbujas 10, donde dicho fluido de enfriamiento cede calor a la solución de amoníaco-agua, dispuesta en paralelo a la sección de generador 2 del ciclo, donde los últimos tres intercambiadores se encuentran en serie.
Dicho primer circuito cerrado 8 es enfriado entre la sección de unión de la ramas 18 y 19 y la sección de separación de la ramas 18 y 19 por medio de aire por convección forzada. Como puede observarse en la Figura 5, y de acuerdo con la invención, la disposición comprende un segundo un circuito cerrado de fluido de enfriamiento 7 que comprende por lo menos un intercambiador de temperatura que presenta una sección de cabina 24 y una sección de evaporador 5. En la sección de cabina 24, el enfriamiento de la cabina 25 del vehículo se realiza por convección forzada.
En todos los casos anteriormente mencionados, de acuerdo con la invención, el generador 2 es alimentado con un fluido de enfriamiento proveniente de una unidad calefactora. Tal como se muestra en la Figura 6, dicho fluido de enfriamiento circula por un espacio anular 14 que envuelve dos tubos concéntricos, en donde, a través de un tubo concéntrico central 17 asciende solución rica en amoníaco proveniente del acumulador 1, que al ser calentado por el fluido de enfriamiento, se separa en dos fases. Una primera fase, consiste en amoníaco gaseoso de alta presión, que asciende por el tubo concéntrico, evacuándose mediante una salida de amoníaco gaseoso de alta presión 15 y dirigiéndose hacia la sección de rectificador 3. Mientras que, la segunda fase consiste en solución líquida pobre de amoníaco, que desciende por el exterior de dicho tubo concéntrico central 17, saliendo por una salida de solución pobre de amoníaco 16 y dirigiéndose hacia la sección de absorbedor 6.
Una entrada de fluido de enfriamiento 12 al espacio anular 14 se encuentra conectada con una salida de fluido de enfriamiento 27 de la unidad
Nº solicitud21/03/2014F.OEPM21/03/2014F.Efectiva
10
calefactora. De acuerdo con la Figura 7, la unidad calefactora funciona quemando combustible que ingresa por una entrada de combustible 28 proveniente del tanque del vehículo. Dicho combustible ingresa en una cámara de combustión, junto con aire que ingresa por una entrada de aire de combustión 29. Una entrada
5 del fluido de enfriamiento 30 se conecta con una salida de fluido de enfriamiento 13 del espacio anular 14 de la Figura 6. El producto de dicha combustión se libera por una salida de gases de escape 31 de la Figura 7, que luego son expulsados al exterior.
En todos los casos anteriormente mencionados, los tubos utilizados en
10 la sección de evaporador y la sección de absorbedor del lado de la solución de amoníaco son tubos que cuentan en su interior con una estructura espira lada, que permite aumentar el tiempo de residencia del líquido y con ello aumentar el tiempo de contacto entre el líquido y el gas, favoreciendo el intercambio entre fases.
Es así que, las principales diferencias que existen entre estos los
15 sistemas convencionales del estado de la técnica y la presente invención son el uso de un circuito cerrado de agua como refrigerante secundario, o "carrier" del fria/calor retirado del ciclo de absorción, y la introducción opcional de una bomba de burbujas como calentador secundario que permite reducir las pérdidas de calor generadas en otras disposiciones con sistemas de enfriamiento de aire por
20 convección forzada, entre tantas otras ventajas.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Disposición de refrigeración para cabinas de vehículos, del tipo que comprende
    un ciclo de absorción de amoníaco que incluye una fuente de calor para el inicio del ciclo donde se calienta una solución de refrigerante-absorbente que contiene amoníaco, por ejemplo amoníaco-agua, que circula a través de un circuito que comprende una sección de rectificador donde se purifica el vapor de amoníaco, una sección de condensador para condensar el amoníaco al estado líquido, una sección de evaporador donde se calienta el amoníaco en una atmósfera de presión para absorber calor desde el exterior y una sección de absorbedor donde el amoníaco es reabsorbido en una solución de amoníacoagua de menor concentración y desde donde la solución se dirige a un acumulador para luego volver a la fuente de calor,
    un circuito cerrado de fluido de enfriamiento que presenta por lo menos tres intercambiadores de calor a saber, un primer intercambiador dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de absorbedor, un segundo intercambiador dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de condensador y un tercer intercambiador dispuesto en relación de intercambio térmico con dicha sección de rectificador,
    un circuito de refrigeración que comprende por lo menos un intercambiador de temperatura que presenta una sección de cabina y una sección de evaporador,
    caracterizada porque
    dicha fuente de calor comprende un calentador independiente del motor del vehículo y alimentado con combustible.
  2. 2.
    Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho fluido de enfriamiento es agua;
  3. 3.
    Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho circuito cerrado de fluido de enfriamiento es un circuito en serie;
  4. 4. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
    5 porque dicho circuito cerrado de fluido de enfriamiento es un circuito en paralelo que presenta una primera parte que incluye dicho primer intercambiador, y una segunda parte que incluye dichos segundo y tercer intercambiador en serie.
  5. 5. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
    10 porque entre dicha sección de rectificador y dichas sección de absorbedor se incluye una bomba de burbujas.
  6. 6. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada
    porque dicha bomba de burbujas se encuentra dispuesta en paralelo con dicha 15 fuente de calor.
  7. 7. Una disposición de acuerdo con las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizada porque dicho circuito cerrado de fluido de enfriamiento incluye un pre-calentador entre una salida del acumulador y la fuente de calor.
  8. 8. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho circuito de refrigeración incluye agua.
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