ES2829972T3 - Absorbedor con intercambiador de placas con elemento de distribución poroso - Google Patents

Abstract

Sistema que comprende un intercambiador de placas (15) que comprende una pluralidad de placas (16) que delimitan entre sí de dos en dos al menos unos primeros canales (C1) de flujo fluídico paralelos y un dispositivo de distribución (11) alimentado por un flujo de un primer fluido (F1), especialmente un líquido, y que inyecta el flujo del primer fluido en la pluralidad de primeros canales a nivel de una salida (12) del dispositivo de distribución, estando dichos primeros canales escalonados según una primera dirección (X), estando la salida de distribución constituida por un elemento de distribución (13) del primer fluido, especialmente formado en un material poroso, configurado de para ser atravesado por el primer fluido con una pérdida de carga tal que el primer fluido sale del elemento de distribución según una distribución superficial uniforme a nivel de una superficie de salida (14) del elemento de distribución, de manera que asegure una alimentación homogénea de primer fluido de los primeros canales, en el que el dispositivo de distribución comprende un elemento tubular abierto en un extremo para permitir la alimentación del elemento tubular por el flujo del primer fluido, y cerrado en un extremo opuesto de manera estanca al flujo del primer fluido, y por que todo o parte de las paredes del elemento tubular está constituido por el elemento de distribución del primer fluido, siendo la parte eventualmente restante de las paredes del elemento tubular estanca al primer fluido, y por que el sistema comprende un dispositivo de alimentación (18) apto para alimentar dichas zonas de alimentación de los primeros canales en un flujo de un segundo fluido (F2), especialmente un gas, distribuido en la salida del dispositivo de distribución para encontrar directamente después de su eyección un flujo formado por el segundo fluido que sale previamente en la salida del dispositivo de alimentación, y por que comprende un dispositivo anti coalescencia configurado para oponerse al efecto de coalescencia del primer fluido que sale por la superficie de salida del elemento de distribución, poseyendo el dispositivo anti-coalescencia unos elementos de apoyo planares en contacto o en la proximidad inmediata de dicha superficie de salida (14) en diferentes sitios de la superficie de salida (14), estando cada elemento de apoyo formado por un borde de una placa (16) dada del intercambiador de placas (15), especialmente un borde superior de la placa según la segunda dirección (Y), estando dicho borde de placa (16) en contacto con la superficie de salida (14) del elemento de distribución (13), caracterizado por que el elemento de distribución del primer fluido se desplaza según una segunda dirección (Y) sustancialmente perpendicular a la primera dirección (X) del centro del dispositivo de alimentación (18).

Description

DESCRIPCIÓN

Absorbedor con intercambiador de placas con elemento de distribución poroso

Campo técnico de la invención

La invención se refiere a un sistema que comprende una pluralidad de primeros canales de flujo de fluido y un dispositivo de distribución alimentado por un flujo de un primer fluido, especialmente un líquido, y que inyecta el flujo del primer fluido en la pluralidad de primeros canales a nivel de una salida del dispositivo de distribución. Puede tratarse especialmente de un líquido absorbente en el ámbito de una utilización que realiza una absorción entre dos fluidos en los primeros canales. El documento JP 200222309 describe un sistema según el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención tiene también por objeto una máquina termodinámica que comprende al menos dicho sistema, especialmente una máquina de refrigeración por absorción en la que el sistema constituye en un absorbedor que realiza una absorción, por el primer fluido, de un segundo fluido tal como un fluido refrigerante,

Estado de la técnica

El fuerte aumento actual de las necesidades de climatización en periodo estival confiere al mercado del enfriamiento solar un potencial de desarrollo muy importante. Estos sistemas utilizan mayoritariamente unas máquinas a absorción.

Con el advenimiento, desde hace algunos años, de las máquinas de absorción de pequeña potencia, por un lado, y de la voluntad de disponer de soluciones compactas y completas, por otro lado, el mercado debería conocer un fuerte desarrollo futuro. Sin embargo, una de las limitaciones de este desarrollo es el coste de inversión inicial, necesariamente muy importante. Por esta razón, se debe efectuar un desarrollo importante de las máquinas de pequeñas potencias para disminuir los costes. Por lo tanto, es necesario responder a las problemáticas presupuestarias y de industrialización antes mencionadas, al mismo tiempo que técnicas evocadas más adelante. Las problemáticas técnicas esenciales se refieren, especialmente, al componente de la máquina conocido bajo la denominación de “absorbedor”.

En una máquina de refrigeración por absorción, el compresor convencional se reemplaza por una gestión ingeniosa y combinada del primer y segundo fluidos, respectivamente absorbente y refrigerante, con una transferencia de masa por absorción del segundo fluido hacia el primer fluido. El segundo fluido, que tiene la función de refrigerante, llega al absorbente en estado gaseoso o casi totalmente gaseoso. El absorbedor de la máquina es uno de los elementos esenciales, siendo también el más específico con respecto a las técnicas de refrigeración clásicas de compresión mecánica. Los equilibrios entre las fases involucradas son complejos. Mientras que un sistema de refrigeración convencional se basa en la fuerza motriz de un compresor, las máquinas de absorción utilizan el par formado por el primer y segundo fluidos. El primer fluido permite transportar el refrigerante de baja a alta presión. El hecho de calentar la mezcla de los dos fluidos, después de la absorción, permite separarlos y proporcionar una fuerza motriz al circuito refrigerante. Después de haber atravesado el circuito convencional de refrigeración, el segundo fluido refrigerante debe absorberse de nuevo por el primer fluido absorbente antes de volver al elemento de calentamiento. Este fenómeno de absorción es específico y difícil de entender, ya que combina un flujo con una transferencia de masa, un cambio de fase y un intercambio térmico, estando todos estos fenómenos relacionados entre sí con respecto a las velocidades de avance.

Una técnica conocida es diseñar un absorbedor configurado para formar, en cada uno de una pluralidad de canales de flujo fluídico, una película en circulación de primer fluido, mientras que el segundo fluido circula en co-corriente a lo largo de la película en circulación en el mismo canal de flujo fluídico. Los documentos JP2006200852, WO201139397 y JP2006162154 divulgan tales soluciones, pero no son satisfactorias en términos de robustez, industrialización y coste. Especialmente, la distribución de los fluidos en los canales es poco satisfactoria en términos de homogeneidad y fiabilidad (especialmente sujeto a ensuciamiento en el caso de agujeros localizados).

Aunque estas problemáticas se refieren principalmente al caso de máquinas de refrigeración por absorción, pueden también referirse a máquinas termodinámicas de naturaleza diferente de doble distribución de gas y de líquido en canales comunes, incluso también al caso de torres de lavado. Puede también plantearse en el caso de una distribución monofluido. La problemática principal es, a menor coste, de manera fiable, robusta y fácilmente industrializable, repartir de la manera más homogénea posible al menos el primer fluido en la pluralidad de canales de flujo.

Los documentos WO09962318, JP60232495 y DE102010041289 relativos a intercambiadores con placas no responden a estas problemáticas y siguen siendo complejos debido a una distribución en múltiples puntos y/o varios niveles.

Objeto de la invención

El objetivo de la presente invención es proponer un sistema que remedie simultáneamente el conjunto de los inconvenientes listados anteriormente.

Especialmente, un objeto de la invención es proporcionar un sistema que permita distribuir al menos el primer fluido en una pluralidad de canales de flujo fluídico de manera fiable y robusta, económica y fácilmente industrializable. Estos objetos pueden alcanzarse mediante todas o parte de las reivindicaciones adjuntas, en particular por un sistema según la reivindicación 1.

Una máquina termodinámica podrá preferiblemente comprender al menos tal sistema.

Por otro lado, se podrá prever un uso de un sistema de este tipo en el que el primer y segundo fluidos estén configurados de manera que el segundo fluido sea absorbido al menos parcialmente por el primer fluido durante el flujo en los primeros canales de flujo fluídico, para constituir un absorbedor para una máquina termodinámica de refrigeración por absorción solar.

Descripción sencilla de los dibujos

Las características se desprenderán más claramente de la descripción siguiente de modos particulares de realización de la invención dados a título de ejemplos no limitativos y representados en los dibujos adjuntos, en los que:

- las figuras 1 a 4 son unas vistas de un ejemplo de sistema según la invención,

- las figuras 5 y 6 son unas vistas en corte de un detalle del sistema a nivel del dispositivo de distribución, según el corte A-A de la figura 2,

- la figura 7 es otra vista del sistema,

- la figura 8 es una vista del sistema según el corte B-B de la figura 7,

- las figuras 9 a 11 son unas vistas de una variante de dispositivo de distribución equipado de un dispositivo anticoalescencia,

- y la figura 12 es una vista de una variante de construcción de un elemento de distribución que pertenece al dispositivo de distribución.

Descripción de modos preferidos de la invención

La continuación de la descripción, en referencia a las figuras 1 a 12, se refiere a una máquina termodinámica equipada con un sistema objeto de la invención, a fin de realizar una distribución homogénea y regular, como se detalla más adelante, de un primer fluido, especialmente un líquido, por ejemplo de tipo absorbente, entre una pluralidad de primeros canales de flujo fluídico. Estos primeros canales de flujo fluídico pueden estar delimitados ventajosamente por las placas de un intercambiador de placas que pertenece al sistema, especialmente, orientados en general verticalmente para poder formar una película en circulación en cada uno de dichos primeros canales con la ayuda del primer fluido así distribuido y repartido.

Ventajosamente, pero no exclusivamente, podrá tratarse de una máquina de refrigeración por absorción en la que el sistema constituya un absorbedor que realice una absorción por el primer fluido, de un segundo fluido tal como un fluido refrigerante de tipo gas (eventualmente con trazas de líquido) al menos a nivel de una parte de un circuito refrigerante de la máquina. Es por ello que, además de un dispositivo de distribución del primer fluido que alimenta los primeros canales de flujo de manera más homogénea posible entre sí, el sistema comprende un dispositivo de alimentación configurado para alimentar los primeros canales de flujo del intercambiador de placas en un segundo fluido, especialmente gaseoso, preferiblemente de tipo refrigerante, previsto para circular en los primeros canales conjuntamente con el primer fluido, especialmente a lo largo de las películas en circulación formadas por este último después de un eyección uniforme fuera del dispositivo de distribución. Los dispositivos de distribución del primer fluido y de alimentación de segundo fluido están dispuestos especialmente para alimentar la pluralidad de primeros canales a nivel de zonas de alimentación de los primeros canales comunes a los primero y segundo fluidos. El primer fluido se distribuye en la salida del dispositivo de distribución a fin de encontrar directamente después de su eyección un flujo formado por el segundo fluido que sale previamente por la salida del dispositivo de alimentación.

Preferiblemente, el primer fluido es un líquido de tipo absorbente y el segundo fluido es un gas apto para ser absorbido al menos parcialmente por el primer fluido con una transferencia de masa del segundo fluido hacia el primer fluido. Este segundo fluido puede, especialmente, ser un refrigerante.

Así, las figuras 1 a 12 representan diferentes variantes de tal sistema 10 que comprende una pluralidad de primeros canales de flujo fluídico C1 y un dispositivo de distribución 11 alimentado por un flujo de un primer fluido F1, especialmente un líquido, por ejemplo, de tipo absorbente, y que inyecta el flujo de primer fluido F1 en la pluralidad de primeros canales C1 a nivel de una salida 12 del dispositivo de distribución 11.

La salida 12 del dispositivo de distribución 11 está constituida por un elemento de distribución 13 del primer fluido F1 configurado para ser atravesado por el primer fluido F1 haciéndole sufrir a una pérdida de carga de forma que el primer fluido F1 salga fuera del elemento de distribución 13 según una distribución uniforme de la superficie a nivel de una superficie de salida 14 del elemento de distribución 13, de manera que se asegure una alimentación homogénea del primer fluido F1 de los primeros canales C1, siendo así idéntica la cantidad recibida de primer fluido F1 por cada canal C1 de un canal C1 a otro entre la pluralidad de tales canales C1. Se trata, especialmente, pero de manera no limitativa, de un material poroso configurado de manera adecuada para conseguir este resultado.

Preferiblemente, el elemento de distribución 13 comprende unos orificios de paso que atraviesan todo el grosor del elemento de distribución y desembocan en la superficie de salida 14, siendo estos pasos de paso ventajosamente tortuosos o con obstáculos desde la superficie de entrada hacia la superficie de salida 14.

Como se indica más adelante, estas disposiciones pueden obtenerse con la ayuda:

- de una estructura autoportante de materia sinterizada formada por aglomeración de bolas, especialmente configurada para estar desprovista de dirección preferida de flujo del primer fluido y presentar un coeficiente de flujo del primer fluido que depende de la finura de la materia sinterizada,

- de una tela metálica enrollada,

- de un apilamiento de hojas provistas de perforaciones y separadas de dos en dos por unos elementos espaciadores que permiten la circulación del primer fluido entre las hojas, desplazándose las perforaciones de dos hojas adyacentes en una dirección perpendicular a la dirección del perforado.

El método propuesto consiste en utilizar un material industrial, especialmente poroso, cuya pérdida de carga es suficientemente elevada para asegurar la homogeneidad al menos lineal, incluso ventajosamente superficial, de la distribución. Este tipo de material tiene por efecto crear un número elevado de obstáculos sobre la trayectoria del primer fluido F1, lo que tiene el efecto de crear un número muy elevado de trayectorias posibles. La obturación eventual de una porción de la superficie 14 provocaría, por lo tanto, solamente una desviación local de flujo que sigue entonces una trayectoria adyacente, lo que permite que el flujo de salida nunca presente una discontinuidad marcada. Algunos elementos porosos como las estructuras sinterizadas ventajosamente presentan, por otro lado, una superficie irregular que limita en gran medida los riesgos de obturación por partículas presentes en el primer fluido F1. Estas propiedades permiten al elemento de distribución 13 tener una buena resistencia al ensuciamiento. La fabricación de tales materiales se controla a nivel industrial, lo que también es un importante criterio de selección tecnológica. La finura variable de las estructuras sinterizadas permite ajustar el coeficiente de flujo con geometría externa constante. Las pérdidas de carga pueden ser particularmente importantes para un grosor reducido, lo que permite disminuir el tamaño global del dispositivo 11 con respecto a la técnica anterior, manteniendo al mismo tiempo una muy buena homogeneidad de la distribución del primer fluido F1 entre los primeros canales C1.

La pérdida de carga aceptable y suficiente depende también de varios parámetros geométricos y de flujo, puede estar típicamente comprendida entre 3 y 250 mbar.

El sistema comprende un intercambiador de placas 15 que comprende a su vez una pluralidad de placas 16 que delimitan entre sí, de dos en dos, al menos unos primeros canales de flujo fluídico C1 paralelos. Puede tratarse, especialmente, de un intercambiador de placas 15 clásico, conocido de por sí y ya industrializado, que permita disminuir los costes de la solución según la invención y hacerla robusta y fiable, sin necesitar por ello adaptaciones complejas para el suministro de un absorbedor. El intercambiador de placas 15 y/o el dispositivo de distribución 11 están configurados de manera que el primer fluido F1 que sale a nivel de la superficie de salida 14 del elemento de distribución 13 forme unas películas en circulación sustancialmente idénticas a lo largo de todos los primeros canales de flujo fluídico C1. Las corrugaciones de las placas 16 están ventajosamente inclinadas con respecto a la vertical, especialmente según un ángulo comprendido aproximadamente entre 20 y 40°, típicamente del orden de 30° (véase la figura 8), lo que es favorable para el establecimiento de una película en circulación con el fluido F1 procedente del dispositivo 11. Este tipo de ángulo es una versión corriente utilizada en la mayoría de los intercambiadores de placas 15 industriales soldados fuertemente o soldados.

Como se ha indicado anteriormente, cada primer canal de flujo fluídico C1 comprende una zona de alimentación de primer fluido F1 y de segundo fluido F2. Las zonas de alimentación asociadas a la pluralidad de primeros canales C1 están escalonadas según una primera dirección X, especialmente orientada sustancialmente de manera horizontal. Por otro lado, el elemento de distribución 13 del primer fluido F1 está configurado de manera que su superficie de salida 14 esté dispuesta frente a las zonas de alimentación de los primeros canales C1, según una segunda dirección Y sustancialmente perpendicular a la primera dirección X, especialmente orientada sustancialmente en vertical.

La absorción permite que el segundo fluido F2 sea absorbido por el primer fluido F1, especialmente en el caso de una disolución líquida absorbente, a lo largo de los primeros canales C1. El principio de una película en circulación de primer fluido F1 para realizar una reacción de absorción se utiliza habitualmente en el ámbito de intercambiadores con tubos y calandra (que presenta un diseño muy diferente de la estructura de las placas 16 y de la forma de los canales C1), con unos resultados satisfactorios a nivel de la reacción de absorción y del intercambio térmico eventual de enfriamiento. Se trata, por lo tanto, según la invención, de reproducir tales condiciones de funcionamiento favorables en la estructura de un intercambiador de placas 15. A nivel geométrico, un intercambiador de placas 16 presenta unos canales de flujo C1 paralelos, lo que induce en la actualidad un caudal lineal decreciente con el número de placas 16. La selección del intercambiador 15 se orienta hacia una geometría de poca anchura a lo largo de X con pocas placas 16 y por lo tanto una gran altura a lo largo de Y para mantener la superficie de intercambio necesaria dentro del intercambiador de placas 15. La relación entre la altura y la anchura de las placas del intercambiador es aquí especialmente superior a 3, especialmente superior a 4. Es precisamente uno de los objetivos de la disposición y del diseño de dicho dispositivo de distribución 11 proporcionar un elemento de distribución 13 del primer fluido F1 configurado para asegurar una homogeneidad al menos lineal de la distribución del primer fluido F1 siguiendo la primera dirección X, incluso ventajosamente superficial.

Así, especialmente con vistas a la constitución de un absorbedor, el sistema comprende un dispositivo de alimentación 18 apto para alimentar las zonas de alimentación de los primeros canales C1 con un flujo del segundo fluido F2. El elemento de distribución 13 está configurado de manera que la distribución del primer fluido F1 sea homogénea en el interior del flujo del segundo fluido F2 que sale fuera del dispositivo de alimentación 18. Los primeros canales C1 están configurados de manera que, en cada uno de ellos, el segundo fluido F2 circule a lo largo de la película en circulación de primer fluido F1 y sea al menos parcialmente absorbido por el primer fluido F1 con una transferencia de masa del segundo fluido F2 hacia el primer fluido F1. Especialmente, el dispositivo de alimentación 18 del segundo fluido F2 comprende una canalización 19 unida por perforado a una entrada 20 convencional del intercambiador de placas 15. En el interior de la canalización 19, se extiende al menos una parte de una canalización 21 del dispositivo de distribución 11 para el flujo del primer fluido F1 aguas arriba del elemento tubular y el aprovisionamiento de este último con el flujo de primer fluido.

Dicho de otra manera, el sistema comprende una doble entrada de fluido F1, F2: el primer fluido F1, especialmente de naturaleza líquida, se transporta por el conducto 21 de diámetro inferior al conducto 19 de llegada del segundo fluido F2. El conducto 21 se coloca en el interior del conducto 19 de manera que los dos ejes de los conductos 19, 21 sean paralelos a lo largo de X. El diámetro del conducto 21 corresponde al del perforado del intercambiador de placas 15. La posición relativa de los ejes de los conductos 19, 21, depende del dispositivo de distribución 11 y del espacio disponible en la entrada 20. Al proceder los fluidos F1 y F2 de puntos distintos, un paso estanco 22 en la pared de la canalización 19 permite hacer pasar la canalización 21 desde exterior hacia el interior del conducto 19. Este paso estanco 22 se realiza perpendicularmente a la pared, enderezándose después la orientación del conducto 21 por un codo 23 o una curvatura a 90° dispuesta en el interior del conducto 19. El diámetro de la conexión o perforación del intercambiador de placas 15 y el diámetro de perforación de las placas 16 deben ser suficientemente grandes para permitir insertar el elemento tubular del dispositivo de distribución 11 de diámetro suficiente para el flujo del primer fluido F1, del orden de 13 mm por ejemplo, y ofrecer una sección restante suficiente para la circulación del segundo fluido F2 que sale del conducto 19. Esto puede necesitar un eventual elemento de ensanchamiento 24 del conducto 19 antes del paso estanco 22 y la perforación al intercambiador de placas 15.

En el ámbito de las máquinas frigoríficas por absorción, la reacción de absorción del segundo fluido F2 es exotérmica y sensible a la temperatura: un calentamiento ralentiza la velocidad de la reacción de absorción hasta la detención total cuando se alcanza la temperatura de equilibrio termodinámico. Por lo tanto, es deseable enfriar la disolución absorbente F1 a medida que avanza la reacción. Además, la reacción debe ser completa en la salida del intercambiador de placas 15 ya que la disolución resultante se arrastra después hacia una bomba hidráulica de la máquina termodinámica cuyo funcionamiento tendría el riesgo de dañarse por la presencia de gas. Es por ello que el sistema comprende, por un lado, una pluralidad de segundos canales de flujo fluídico C2, especialmente delimitados entre sí por unas placas 16 del intercambiador de placas 15, por otro lado un dispositivo de alimentación (no representado) de los segundos canales C2 en un tercer fluido F3 de enfriamiento que circula en la pluralidad de segundos canales C2 a fin de realizar un intercambio térmico, especialmente por medio de las placas 16, con el primer fluido F1 y/o el segundo fluido F2 que circula en los primeros canales C1. El tercer fluido F3 circula especialmente en el sentido inverso de los fluidos que circulan en los canales C1.

En un primer modo de realización representado en las figuras 5 y 6, el elemento de distribución 13 comprende una estructura, especialmente autoportante, de materia sinterizada formada por aglomeración de bolas. Está configurada espacialmente para estar desprovista de dirección preferida de flujo del primer fluido F1 y presentar un coeficiente de flujo del primer fluido F1 que depende de la finura del material sinterizado. Generalmente, el tamaño de los intersticios de un material sinterizado conveniente para esta aplicación está comprendido entre 20 y 500 pm. El tamaño de los intersticios no es necesariamente igual al de los granos sinterizados.

En un segundo modo de realización (no representado), el elemento de distribución 13 comprende una tela metálica enrollada.

Estos dos modos de realización comparten las ventajas siguientes:

- es posible una construcción integral de material inoxidable, con ensamblajes soldados. Esto permite trabajar con pares de fluidos F1 y F2 corrosivos, tal como, respectivamente, el par amoniaco/agua, por ejemplo.

- el material poroso es regularmente pasante. Por esta razón, no se necesita realizar una alineación individual entre el elemento tubular del dispositivo de distribución 11 y cada primer canal C1 formado por las placas 16. Esto hace que la instalación del sistema sea más robusta.

- el buen funcionamiento del flujo no es particularmente sensible a la precisión dimensional del intercambiador de placas 15.

- los materiales porosos son productos industriales, ya utilizados para otras aplicaciones (catálisis, vinificación, etc.).

- el nivel de potencia del absorbedor es fácilmente adaptable. La longitud del elemento de distribución 13 poroso se adapta al número de placas 16 del que dispone el intercambiador de placas 15 según la primera dirección X.

- las multitudes de trayectorias posibles de obstáculos para el flujo del primer fluido F1 inducen una alta tolerancia a las obstrucciones debidas a las impurezas, ya que existen numerosas trayectorias adyacentes posibles en caso de obstáculo. Además, la materia sinterizada que tiene una superficie irregular limita en gran medida el efecto de estanqueidad logrado por las impurezas. Por lo tanto, existe una muy buena resistencia de la disolución al ensuciamiento,

- la baja sensibilidad del sistema a la verticalidad del intercambiador, en comparación con los sistemas de desbordamiento utilizados en los absorbedores basados en intercambiadores con tubos y calandras,

- el bajo volumen de la solución basada en un intercambiador de placas,

- la baja carga de fluido,

- la gran extensión del intervalo de funcionamiento, caracterizada especialmente por variaciones de caudal en los primer y segundo fluidos,

- la forma alargada de un intercambiador permite mejorar el grado de cobertura de las placas por una película en circulación.

En un tercer modo de realización representado en la figura 12, el elemento de distribución 13 comprende un apilamiento de hojas 26 provistas cada una de una pluralidad de orificios 27 y separadas de dos en dos por unos elementos espaciadores 28 que permiten una circulación del primer fluido F1 entre las hojas 26. Los orificios 27 de las dos hojas 26 adyacentes dentro del apilamiento están desplazados en una dirección perpendicular a la dirección de perforado a fin de evitar cualquier alineación de los orificios en la dirección de apilamiento a fin de multiplicar los obstáculos durante el flujo fluídico.

Como se ha indicado anteriormente, el dispositivo de distribución 11 comprende un elemento tubular de extremo, montado en la prolongación y en el extremo del conducto 21. El elemento tubular está destinado a insertarse en el interior del intercambiador de placas 15, en una serie de perforaciones 29 dispuestas en unas placas 16 del intercambiador de placas 15 y en alineación las unas con las otras según la primera dirección X de manera que el elemento de distribución 13 que lleva el elemento tubular esté frente a los primeros canales C1 según la segunda dirección Y. El elemento tubular está, por un lado, abierto por un extremo para permitir su alimentación por el flujo del primer fluido F1 prolongando el conducto 21 y, por otro lado, cerrado en su extremo opuesto, de manera estanca al flujo de primer fluido F1, por un elemento de obturación 25. En referencia a las figuras, al menos una parte (situada en la vertical de las zonas de alimentación de los primeros canales C1) de las paredes del elemento tubular está constituida por el elemento de distribución 13 del primer fluido F1, siendo la parte restante de las paredes del elemento tubular estanca al primer fluido F1. Especialmente, el elemento tubular puede adoptar una forma general de cilindro, por ejemplo de sección circular. En este caso, en al menos una parte de la longitud del cilindro, el elemento de distribución 13 está dispuesto a nivel de un sector angular a de la sección de corte del cilindro frente a las zonas de alimentación de los primeros canales C1 según la segunda dirección Y. Dicho de otra manera, la porción de este elemento tubular con respecto a la vertical con los canales C1 está formada en una parte de su perímetro (visto en corte) por el elemento de distribución 13 y después conformado para presentar una forma similar o no al resto del perímetro del elemento tubular, permitiendo al mismo tiempo al primer fluido F1 fluir regularmente sobre toda su superficie de salida 14. Este elemento de distribución 13 tiene así, por ejemplo, una forma de cilindro truncado cuyo ángulo de apertura a es tal que permite distribuir el primer fluido F1 equitativamente en los primeros canales C1 con una pérdida de carga controlada. Sigue siendo posible prever que todas las paredes del elemento tubular sean constitutivas del elemento de distribución 13.

El uso de un elemento de distribución 13 tiende, no obstante, a reducir en gran medida la velocidad del primer fluido F1 que sale del elemento tubular, lo que favorece un efecto de coalescencia del flujo aguas abajo en un único surco (véase la figura 6 que esquematiza el principio de coalescencia). Al oponerse esto al objetivo buscado de distribución homogénea, el sistema comprende un dispositivo anti-coalescencia configurado para oponerse al efecto de coalescencia del primer fluido F1 que sale por la superficie de salida 14 del elemento de distribución 13. El dispositivo anti-coalescencia posee unos elementos de apoyo planares en contacto con dicha superficie de salida 14 en diferentes sitios de la superficie de salida 14, especialmente unos sitios escalonados, por ejemplo, de manera regular según la primera dirección X. La versión que prevé un contacto de los elementos de apoyo se prefiere a la variante que utiliza una proximidad inmediata de los elementos de apoyo.

Cada elemento de apoyo está formado por un borde de una placa 16 dada del intercambiador de placas 15, especialmente un borde superior de la placa 16 según la segunda dirección Y. En efecto, resulta que las placas 16 de los intercambiadores de placas 15 industriales conocidos corresponden a la geometría de elementos de apoyo planares finos adaptados a la función deseada de anti-coalescencia. Las placas 16 poseen unas perforaciones concéntricas a las perforaciones que forman clásicamente los distribuidores y colectores. Gracias a estas perforaciones, las placas 16 presentan una franja interna circular con la que es posible poner en contacto el material poroso. Por otro lado, el flujo a la salida del material poroso no tiene dirección preferida según la cual las velocidades de flujo fluídico serían particularmente altas. En consecuencia, el flujo fluídico del primer fluido está principalmente determinado por las fuerzas de tensión superficial y por la gravedad, lo que orienta el primer fluido F1 hacia el punto bajo según la dirección Y. Es por ello que el borde de placa 16 y/o el elemento de distribución 13 están configurados de manera que el contacto entre el borde de placa 16 y la superficie de salida 14 del elemento de repartición 13 está situado a nivel de un punto bajo de la superficie de salida 14 según la segunda dirección Y, para separar lo mejor posible el flujo del primer flujo líquido.

Sin embargo, en un modo de realización posible en combinación, cada elemento de apoyo puede estar formado por una aleta 17 (figuras 10 y 11) añadida alrededor del elemento tubular del dispositivo de distribución 11, al menos a nivel del elemento de distribución 13, incluso en todo el perímetro (vista en corte) del elemento tubular. La aleta 17 presenta una forma exterior provista de una punta 30 o gota dirigida hacia abajo a lo largo de Y, en el punto bajo de la aleta 17 según la segunda dirección Y. La forma exterior de las aletas 17 es tal que esta punta permite por su forma afilada minimizar el efecto de capilaridad y, por lo tanto, formar un surco localizado con el primer fluido F1 que sale de la superficie 14. El lugar en el que se forma el surco líquido, para una aleta 17 dada, se controla, por lo tanto, con precisión.

La invención se refiere también a una máquina termodinámica que comprende al menos dicho sistema, especialmente:

- las máquinas termodinámicas por absorción que funcionan con pares de primer y segundo fluido como, por ejemplo, los pares amoniaco/agua y bromuro de litio/agua,

- y/o una torre de lavado: una torre de lavado prevé hacer circular, a contracorriente, un gas (segundo fluido F2) bajo una fina lluvia de reactivo líquido (primer fluido F1). La finura de las gotitas de líquido aumenta la superficie de reacción.

- y/o todas las aplicaciones en las que una película en circulación se utiliza para favorecer unas transferencias de masa entre dos fluidos,

- y/o todas las aplicaciones de doble distribución homogénea de gas y de líquido en unos canales comunes a los dos flujos.

Especialmente, la invención se refiere a una máquina de refrigeración por absorción, en la que el segundo fluido F2 se absorbe al menos por el primer fluido F1 a nivel de un absorbedor constituido por un sistema que corresponde a la descripción anterior. La máquina puede entonces comprender, además, un sistema solar térmico que toma energía solar en la entrada y que transfiere a la salida calor al primer y segundo fluidos F1, F2 procedentes de tal absorbedor así constituido. Así, la máquina utiliza entonces el sistema de manera tal que los primer y segundo fluidos F2 están configurados de manera que el segundo fluido F2 se absorba al menos parciamente por el primer fluido F1 durante el flujo en los primeros canales de flujo fluídico C1, para constituir este absorbedor de máquina termodinámica de refrigeración por absorción solar. El primer fluido F1 puede ser una disolución a base de agua con amoniaco y el segundo fluido F2 puede ser amoniaco en forma gaseosa y/o bromuro de litio y/o cloruro de litio. El primer fluido F1 puede también ser una disolución de agua con bromuro de litio y/o cloruro de litio y el segundo fluido F2 puede ser agua en forma de vapor.

El fenómeno de absorción es específico y difícil de entender, ya que combina un flujo con una transferencia de masa, un cambio de fase y un intercambio térmico, estando todos estos fenómenos relacionados entre sí en lo que se refiere a las velocidades de avance. La presente invención describe un método innovador destinado a favorecer los diversos fenómenos físicos que tienen lugar en un absorbedor así constituido.

Finalmente, en referencia a la descripción anterior, conviene precisar que:

- el primer fluido encuentra el segundo fluido aguas abajo del elemento de distribución después de que el primer fluido haya salido de este,

- sólo el primer fluido alimenta el dispositivo de distribución 11 y atraviesa el elemento de distribución: por el contrario el segundo fluido no atraviesa el dispositivo de distribución y el elemento de distribución,

- el segundo fluido es preferiblemente un refrigerante, especialmente apto para ser al menos parcialmente absorbido por el primer fluido,

- el fluido que atraviesa el elemento de distribución es un fluido preferiblemente de tipo absorbente, especialmente monofásico, preferiblemente de naturaleza líquida.

A continuación se da un ejemplo de sistema en el caso posible en el que el primer fluido sea agua y en el que el refrigerante sea NH³. Se considera una potencia del intercambiador de absorbedor igual a 6,5 kW. El número de placas del intercambiador de placas es igual a 2. El diámetro del elemento tubular es de 13 mm. El diámetro de perforación de las placas es de 32 mm. La altura del intercambiador es de 500 mm y su anchura es de 110 mm. El caudal másico del segundo fluido es de 15 kg/h. El caudal másico del primer fluido es de aproximadamente 52 kg/h. El grosor del elemento de distribución, que corresponde al grosor del elemento tubular, es de aproximadamente 1,5 mm, mientras que su longitud es de aproximadamente 28 mm.

A título comparativo, para un intercambiador de mismo molde pero con aproximadamente 100 placas, es posible alcanzar una potencia superior a 60 kW conservando al mismo tiempo el mismo caudal lineal líquido de la película en circulación y el mismo caudal de gas refrigerante por canal, siendo la longitud del elemento tubular entonces de aproximadamente 240 mm.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Sistema que comprende un intercambiador de placas (15) que comprende una pluralidad de placas (16) que delimitan entre sí de dos en dos al menos unos primeros canales (C1) de flujo fluídico paralelos y un dispositivo de distribución (11) alimentado por un flujo de un primer fluido (F1), especialmente un líquido, y que inyecta el flujo del primer fluido en la pluralidad de primeros canales a nivel de una salida (12) del dispositivo de distribución, estando dichos primeros canales escalonados según una primera dirección (X), estando la salida de distribución constituida por un elemento de distribución (13) del primer fluido, especialmente formado en un material poroso, configurado de para ser atravesado por el primer fluido con una pérdida de carga tal que el primer fluido sale del elemento de distribución según una distribución superficial uniforme a nivel de una superficie de salida (14) del elemento de distribución, de manera que asegure una alimentación homogénea de primer fluido de los primeros canales, en el que el dispositivo de distribución comprende un elemento tubular abierto en un extremo para permitir la alimentación del elemento tubular por el flujo del primer fluido, y cerrado en un extremo opuesto de manera estanca al flujo del primer fluido, y por que todo o parte de las paredes del elemento tubular está constituido por el elemento de distribución del primer fluido, siendo la parte eventualmente restante de las paredes del elemento tubular estanca al primer fluido, y por que el sistema comprende un dispositivo de alimentación (18) apto para alimentar dichas zonas de alimentación de los primeros canales en un flujo de un segundo fluido (F2), especialmente un gas, distribuido en la salida del dispositivo de distribución para encontrar directamente después de su eyección un flujo formado por el segundo fluido que sale previamente en la salida del dispositivo de alimentación, y por que comprende un dispositivo anticoalescencia configurado para oponerse al efecto de coalescencia del primer fluido que sale por la superficie de salida del elemento de distribución, poseyendo el dispositivo anti-coalescencia unos elementos de apoyo planares en contacto o en la proximidad inmediata de dicha superficie de salida (14) en diferentes sitios de la superficie de salida (14) , estando cada elemento de apoyo formado por un borde de una placa (16) dada del intercambiador de placas (15) , especialmente un borde superior de la placa según la segunda dirección (Y),

estando dicho borde de placa (16) en contacto con la superficie de salida (14) del elemento de distribución (13), caracterizado por que el elemento de distribución del primer fluido se desplaza según una segunda dirección (Y) sustancialmente perpendicular a la primera dirección (X) del centro del dispositivo de alimentación (18).

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el elemento de distribución (13) comprende unos orificios de paso que atraviesan cualquier grosor del elemento de distribución y que desembocan en la superficie de salida (14) siendo estos pasos atravesantes tortuosos o con obstáculos desde la superficie de entrada hacia la superficie de salida (14).

3. Sistema según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el primer fluido es un líquido de tipo absorbente y por que el segundo fluido es un gas, especialmente un refrigerante, apto para absorberse al menos parcialmente por el primer fluido con una transferencia de masa del segundo fluido hacia el primer fluido.

4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que cada primer canal comprende una zona de alimentación de fluido, siguiendo las zonas de alimentación asociadas a la pluralidad de primeros canales escalonados una primera dirección (X), especialmente orientada sustancialmente de manera horizontal, y por que el elemento de distribución del primer fluido está configurado para asegurar una homogeneidad al menos lineal de la distribución del primer fluido según la primera dirección.

5. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado por que el elemento de distribución del primer fluido está configurado de manera que su superficie de salida está dispuesta frente a las zonas de alimentación de los primeros canales, según una segunda dirección (Y) sustancialmente perpendicular a la primera dirección, especialmente orientada sustancialmente verticalmente.

6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el elemento de distribución comprende una estructura autoportante de materia sinterizada formada por aglomeración de bolas, especialmente configurada para estar desprovista de dirección preferida de flujo del primer fluido y presentar un coeficiente de flujo del primer fluido que depende de la finura de la materia sinterizada.

7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el elemento de distribución comprende una tela metálica enrollada.

8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el elemento de distribución comprende un apilamiento de hojas (26) provistas de perforaciones (27) y separadas de dos en dos por unos elementos espaciadores (28) que permite una circulación del primer fluido entre las hojas, desplazándose las perforaciones de dos hojas adyacentes en una dirección perpendicular a la dirección de perforado.

9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado por que las placas (16) comprenden unas corrugaciones inclinadas con respecto a la vertical, especialmente según un ángulo comprendido aproximadamente entre 20 y 40°, especialmente del orden de 30°.

10. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el elemento tubular se inserta en una serie de perforaciones (29) dispuestas en unas placas del intercambiador de placas en alineación las unas con las otras según la primera dirección de manera que el elemento de distribución (13) esté frente a los primeros canales según la segunda dirección.

11. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que cada elemento de apoyo del dispositivo anti-coalescencia está formado por una aleta (17) añadida alrededor del elemento tubular, al menos a nivel del elemento de distribución.

12. Sistema según la reivindicación 11, caracterizado por que la aleta presenta una forma externa provista de una punta (30) dirigida hacia abajo en el punto bajo de la aleta según la segunda dirección.

13. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el elemento de distribución está configurado de manera que la distribución del primer fluido es homogénea en el interior del flujo del segundo fluido.

14. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que los primeros canales están configurados de manera que, en cada uno de ellos, el segundo fluido se absorbe al menos parcialmente por el primer fluido con una transferencia de masa del segundo fluido hacia el primer fluido.

15. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que el dispositivo de alimentación del segundo fluido comprende una canalización (19) conectada a una entrada (20) del intercambiador de placas y en el interior del cual se extiende al menos una parte de una canalización (21) del dispositivo de distribución para el flujo del primer fluido.

16. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que comprende por un lado una pluralidad de segundos canales de flujo fluídico (C2), especialmente delimitados entre sí por unas placas del intercambiador, por otro lado un dispositivo de alimentación de los segundos canales en un tercer fluido (F3) de enfriamiento que circula en la pluralidad de segundos canales a fin de realizar un intercambio térmico, especialmente por medio de placas, con el primer fluido y/o el segundo fluido que circula en los primeros canales.

17. Máquina termodinámica que comprende al menos un sistema según una de las reivindicaciones 1 a 16.

18. Máquina termodinámica según la reivindicación 17, especialmente máquina de refrigeración por absorción, en la que el segundo fluido se absorbe al menos parcialmente por el primer fluido a nivel de un absorbedor constituido por dicho sistema.

19. Máquina termodinámica según la reivindicación 18, caracterizada por que comprende un sistema solar térmico que toma en la entrada energía solar y que transfiere en la salida calor al primer y al segundo fluido procedente del absorbedor.

20. Utilización de un sistema según una de las reivindicaciones 1 a 16, en la que los primer y segundo fluidos están configurados de manera que el segundo fluido sea absorbido al menos parcialmente por el primer fluido durante el flujo en los primeros canales de flujo fluídico, para constituir un absorbedor para una máquina termodinámica de refrigeración por absorción solar.