ES2878698T3 - Módulo de adsorción - Google Patents

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Abstract

Módulo de adsorción, que se compone de al menos una unidad de sorción y al menos una unidad de evaporador / condensador con respectivas conexiones para la alimentación y descarga de un medio fluido caloportador, estando las unidades mencionadas en una carcasa estanca al vacío separada o común, en donde la carcasa está diseñada en forma de placa y se pueden unir una pluralidad de carcasas en forma de placa para formar una disposición de pila que presenta un canal de vapor común, caracterizado por que la carcasa en forma de placa se convierte en un componente activo del módulo de adsorción, de modo que al menos partes de la carcasa forman parte de la unidad de sorción, al menos la unidad de sorción se compone de una estructura metálica tridimensional sinterizada o fundida monolítica con una pluralidad de aberturas orientadas en la dirección de paso de flujo del medio caloportador, pudiendo seleccionarse libremente las estructuras de las aberturas mediante la tecnología de fundición o sinterización, sobre la estructura tridimensional está ubicada una capa de zeolita en contacto íntimo con la misma, que se cristaliza in situ y los átomos se extraen de manera dirigida en este sentido del sustrato metálico y se incorporan a la capa de zeolita y la estructura metálica es parte componente de la carcasa en forma de placa respectiva.

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de adsorción
La invención se refiere a un módulo de adsorción, que se compone de al menos una unidad de sorción y al menos una unidad de evaporador / condensador con respectivas conexiones para la alimentación y descarga de un medio fluido caloportador, estando las unidades mencionadas en una carcasa estanca al vacío separada o común, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Por el documento DE 102007012113 A1 se conoce un equipo de refrigeración por sorción compacto, que comprende al menos una unidad de adsorbedor-desorbedor con intercambiador de calor y material de sorción, así como al menos un condensador-intercambiador de calor y un evaporador-intercambiador de calor. Las unidades constructivas mencionadas anteriormente se encuentran en una carcasa exterior metálica común, hermética al vacío. Además están presentes elementos de conexión y de unión, así como conductos de tubería para la interconexión hidráulica y el funcionamiento del equipo.
La solución conocida anteriormente tiene como objetivo una estructura de tipo sándwich, estando ubicada la al menos una unidad de adsorbedor-desorbedor en una carcasa interior o interior parcial.
Por el documento DE 19818807 A1 se conoce un dispositivo de sorción para la climatización del interior de vehículos. Este dispositivo de sorción comprende una pluralidad de elementos de sorción dispuestos en una carcasa, entre los cuales están formados canales de aire. Dentro de la carcasa se forma una zona de adsorbedor / desorbedor y una zona de evaporador / condensador. Los elementos de sorción están diseñados esencialmente como discos y se ensamblan formando una pila que se mantiene inamovible en la carcasa con los canales de aire que discurren entremedias.
A partir de lo anterior, es objetivo de la invención proporcionar un módulo de adsorción perfeccionado para aplicación multifuncional en el sector de la tecnología de refrigeración, que dispone de una conexión de calor óptima y se puede agregar a una unidad de acuerdo con el caso de aplicación respectiva, mediante lo cual resulta un aumento en la eficiencia energética de las instalaciones de sorción equipadas correspondientemente para la generación o almacenamiento de calor o frío. La tecnología de fabricación relevante se optimizará de modo que los costes de producción de módulos de adsorción correspondientes puedan reducirse en comparación con el estado de la técnica. La solución del objetivo de la invención se consigue mediante un módulo de adsorción de acuerdo con la combinación de características según la reivindicación 1, representando las reivindicaciones dependientes al menos configuraciones y perfeccionamientos convenientes.
En consecuencia, se parte de un módulo de adsorción, que se compone de al menos una unidad de sorción y al menos una unidad de evaporador / condensador con respectivas conexiones para la alimentación y descarga de un medio fluido caloportador, estando las unidades mencionadas en una carcasa estanca al vacío separada o común.
El módulo de adsorción de acuerdo con la invención se realiza según la construcción de un intercambiador de calor de placas, es decir, la carcasa está diseñada en forma de placa. Una pluralidad de carcasas en forma de placa se pueden unir formando una disposición de pila que presenta un canal de vapor común.
Las carcasas se pueden realizar como módulos de fundición monolítica con pasos de flujo ordenados, pero también como estructuras porosas de fundición monolítica.
Son concebibles además módulos de un material esponjoso de aluminio o módulos que se han generado en un proceso de sinterización.
De acuerdo con la invención, la unidad de sorción se compone por lo tanto de una estructura tridimensional metálica, en particular de aluminio, fundida o sinterizada monolíticamente, con una pluralidad de aberturas orientadas en la dirección de paso de flujo del medio caloportador.
La unidad de sorción está recubierta de acuerdo con la invención con zeolita o, de manera no correspondiente a la invención, con otros adsorbentes.
De acuerdo con la invención, tiene lugar un revestimiento de zeolita que tiene lugar mediante cristalización in situ. En este sentido, los átomos se eliminan de manera dirigida del sustrato metálico y se incorporan a la capa de zeolita. En una configuración de la invención, el módulo de adsorción comprende un grupo constructivo que contiene en cada caso al menos una unidad de sorción o al menos una unidad de evaporador / condensador, en donde estos tienen en cada caso un canal de vapor integral que se puede unir formando un canal continuo cuando se forma una disposición de pila.
Para la escalada de potencia se puede efectuar una variación del número de carcasas en forma de placa dentro de la disposición de pila.
La estructura metálica de la unidad de sorción se forma casi directamente como componente de la verdadera carcasa en un único proceso de producción, por ejemplo, un proceso de fundición o sinterización, de modo que se da una transferencia de calor estable a largo plazo al evitar pasos de conexión adicionales, tales como pegado, soldadura, soldadura indirecta, atornillado o similares. Las estructuras de las aberturas se pueden elegir libremente, en concreto debido a la tecnología de fundición o sinterización preferida.
Para una mejor comprensión de la invención, se hace referencia a una forma de realización, no perteneciente a la invención, de una carcasa en forma de placa que se compone de chapas. Las chapas presentan preferentemente salientes en relieve en forma de leva. Al menos un par de chapas con salientes opuestos se conecta entonces para formar una carcasa de modo que se genera un espacio para el medio caloportador. A este respecto, los salientes forman espaciadores entre las chapas. Dado que los salientes no son lineales, sino solo puntuales, por ejemplo en forma de conos truncados o pirámides truncadas, el medio caloportador puede fluir sin obstáculos en el espacio correspondiente y entrar en contacto con las chapas. El número y tipo de estampado, es decir, los salientes, no solo sirve a este respecto para asegurar la posición de las chapas entre sí, sino también para aumentar y mejorar la transferencia de calor entre las chapas y el medio caloportador o a la inversa.
En otra forma de realización que no pertenece a la invención, las carcasas en forma de placa se componen de placas perfiladas abiertas, unidas entre sí por parejas. Las placas perfiladas presentan una sección transversal esencialmente en forma de U. Las patas en U de las respectivas placas perfiladas se enfrentan entre sí y forman una sección de unión en el extremo de pata. La unión de las placas perfiladas puede tener lugar, por ejemplo, con arrastre de materia, es decir, mediante pegado, soldadura indirecta o soldadura, pero también con arrastre de fuerza con el uso de una junta insertada y piezas de fijación en forma de abrazadera.
Mediante las placas perfiladas en forma de U enfrentadas entre sí también se genera en este caso un espacio para el medio caloportador.
Las zonas de las placas perfiladas que entran en contacto con el medio caloportador pueden tener una estructura de ampliación de superficie que mejora las propiedades de transferencia de calor.
Las zonas que no entran en contacto con el medio caloportador pueden estar dotadas de un revestimiento poroso.
En una forma de realización que tampoco pertenece a la invención, las carcasas en forma de placa están formadas por un perfil extruido. El perfil extruido presenta una pluralidad de canales para formar un espacio para el medio caloportador.
Al menos uno de los lados exteriores de carcasa de la carcasa en forma de placa respectiva puede tener una nervadura o una estructura similar de ampliación de superficie para mejorar el intercambio de calor con el entorno.
La invención se explicará con más detalle a continuación mediante un ejemplo de realización así como con la ayuda de figuras.
En este sentido, muestran:
la figura 1 una primera forma de realización del módulo de acuerdo con la invención en vista lateral así como vista superior y
la figura 2 una segunda forma de realización en vista lateral y vista superior, estando abierto el canal de vapor del módulo individual y, en el caso de una disposición de pila de varios módulos, pudiendo unirse para formar un canal de vapor cerrado.
La idea en la que se basa la invención y, por tanto, los ejemplos de realización, consiste en hacer de la carcasa en forma de placa un componente activo del módulo de adsorción, en la medida en que al menos partes de la carcasa formen parte de la unidad de sorción. Únicamente es necesario unir al módulo conexiones para el medio caloportador y, en el caso de una disposición de pila, tal como se muestra por ejemplo en la vista lateral según la figura 1, proporcionar medios de sellado de modo que se forme el canal de vapor DK.
El módulo de adsorción individual AM se compone de una carcasa en forma de placa, estando formada la estructura metálica de la unidad de sorción en una sola pieza con la carcasa, por ejemplo en forma de pieza fundida o sinterizada.
A este respecto, la carcasa del módulo de adsorción AM puede se puede componer de un material de aluminio que, partiendo del lado exterior, se transforma en una estructura tal que comprende una pluralidad de aberturas orientadas en la dirección de paso de flujo del medio caloportador. El evaporador o condensador está marcado con VD/KD en las figuras. La distribución de agua para el adsorbedor o para el evaporador y condensador está simbolizada en la vista superior de la figura 1 con líneas curvas. En las representaciones de acuerdo con el ejemplo de realización, se asume que a la estructura tridimensional 3D se le aplicó una capa de zeolita como adsorbente, que se cristaliza in situ de acuerdo con la invención.
En la forma de realización de un módulo de adsorción según la figura 2, cada módulo individual está abierto con respecto al canal de vapor DK. Al formar una disposición de pila (véase la vista lateral según la figura 2), los canales de vapor DK se encuentran uno encima de otro para formar un canal de vapor que es entonces continuo, estando dispuesto entre los canales de vapor individuales del módulo respectivo una junta D.
Los módulos individuales se pueden realizar como módulos de aluminio ordenados de fundición monolítica, pero también como módulos de aluminio porosos de fundición monolítica. Son concebibles también módulos de esponja de aluminio fundido o módulos de aluminio sinterizados a partir de esferas, polvos o fibras.
Por medio de la tecnología de acuerdo con la invención pueden implementarse máquinas de refrigeración o bombas de calor, pero también acumuladores de frío o calor, utilizando los módulos de adsorción, estando predestinada la forma de realización según la figura 2 para acumuladores de calor.
En otras formas de realización conocidas y no asociadas con la invención, que no están representadas en las figuras, existe la posibilidad de realizar la carcasa en forma de placa a partir de chapas individuales, teniendo las chapas una estructura estampada en forma de botón en forma de salientes individuales o dispuestos agrupados. En cada caso, se conecta al menos un par de chapas con salientes opuestos entonces para formar una carcasa, por ejemplo mediante prensado o unión con arrastre de materia, de tal manera que se genera un espacio para el medio caloportador y los salientes forman a este respecto espaciadores entre las chapas. Por un lado, los salientes tienen así una función estabilizadora de la respectiva carcasa en forma de placa. Por otro lado, los botones cumplen la función de ampliar la zona relevante para la transferencia de calor. Si es necesario, las chapas se pueden recubrir directamente con un material de zeolita.
Además, de acuerdo con una posibilidad que no pertenece a la invención, la carcasa se puede componer de placas perfiladas abiertas relativamente rígidas unidas entre sí por pares.
Las placas perfiladas tienen una sección transversal esencialmente en forma de U con patas en U cortas y una pata de conexión relativamente ancha. Las patas en U de un par de placas perfiladas se enfrentan entre sí y representan una sección de unión de tal manera que se genera un espacio para el medio caloportador.
Las zonas de las placas perfiladas que entran en contacto con el medio caloportador pueden tener una estructura de ampliación de superficie, por ejemplo generada por fresado o grabado.
En el caso de una posibilidad que tampoco pertenece a la invención, la carcasas en forma de placa se pueden generar de manera relativamente económica a partir de perfiles extruidos. El perfil extruido que forma la carcasa respectiva presenta a este respecto una pluralidad de canales para formar un espacio para el medio caloportador.
Al menos una parte exterior de carcasa puede tener una nervadura para mejorar la transferencia de calor al entorno.
Las carcasas individuales de acuerdo con los ejemplos de realización descritos anteriormente se pueden unir entonces formando un módulo general y rodearlos por una envoltura estanca al vacío. Conexiones correspondientes para el medio de transferencia de calor se pueden realizar de manera conocida.
Los módulos formados por varias carcasas en forma de placa pueden estar dotados en el lado de vacío de un revestimiento en forma de un cuerpo de aluminio esponjoso de poros abiertos, individualmente o en combinación. El revestimiento también se puede realizar como bloque monolítico y entonces conectarse con la carcasa o carcasas en forma de placa con arrastre de materia o arrastre de forma. Una variante preferida consiste en revestir la parte porosa en el lado del vacío con zeolita y a continuación establecer una unión con arrastre de materia, por ejemplo, mediante soldadura indirecta con la parte hidráulica, es decir, la parte de módulo que aloja el medio caloportador.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Módulo de adsorción, que se compone de al menos una unidad de sorción y al menos una unidad de evaporador / condensador con respectivas conexiones para la alimentación y descarga de un medio fluido caloportador, estando las unidades mencionadas en una carcasa estanca al vacío separada o común, en donde
la carcasa está diseñada en forma de placa y se pueden unir una pluralidad de carcasas en forma de placa para formar una disposición de pila que presenta un canal de vapor común,
caracterizado por que
la carcasa en forma de placa se convierte en un componente activo del módulo de adsorción, de modo que al menos partes de la carcasa forman parte de la unidad de sorción,
al menos la unidad de sorción se compone de una estructura metálica tridimensional sinterizada o fundida monolítica con una pluralidad de aberturas orientadas en la dirección de paso de flujo del medio caloportador, pudiendo seleccionarse libremente las estructuras de las aberturas mediante la tecnología de fundición o sinterización, sobre la estructura tridimensional está ubicada una capa de zeolita en contacto íntimo con la misma, que se cristaliza in situ y los átomos se extraen de manera dirigida en este sentido del sustrato metálico y se incorporan a la capa de zeolita y la estructura metálica es parte componente de la carcasa en forma de placa respectiva.
2. Módulo de adsorción según la reivindicación 1,
caracterizado por que
al menos un lado exterior de carcasa presenta una nervadura o estructura similar para el aumento de superficie.
3. Módulo de adsorción según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por
un grupo constructivo que contiene en cada caso al menos una unidad de sorción o al menos una unidad de evaporador / condensador, en donde estos tienen en cada caso una sección de canal de vapor integral que se puede unir formando un canal continuo cuando se forma una disposición de pila.
4. Módulo de adsorción según una de las reivindicaciones 1 o 3,
caracterizado por que
la estructura metálica monolítica tridimensional fundida o sinterizada es a base de aluminio.
5. Módulo de adsorción según la reivindicación 4,
caracterizado por que
la estructura está diseñada como un cuerpo fundido o sinterizado con la pluralidad de aberturas.
6. Módulo de adsorción según la reivindicación 5,
caracterizado por que
el cuerpo fundido o sinterizado presenta colectores o tubos fundidos.
7. Módulo de adsorción según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
se puede realizar una escalada de potencia a través del número de carcasas en forma de placa dentro de la disposición de pila.
8. Módulo de adsorción según la reivindicación 1,
caracterizado por que
la estructura de zeolita representa un material de SAPO microporoso, un material de ALPO microporoso o un material de Me-ALPO microporoso y presenta cristales que están orientados esencialmente en perpendicular a la superficie de estructura metálica en sus direcciones principal y de crecimiento.
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