GENERADOR PARA UN ENFRIADOR DE ABSORCIÓN
Campo del Invento La presente invención se refiere a un generador para un enfriador de absorción para separar el refrigerante del absorbente en una solución de ambos.
Antecedentes del Invento Un circuito enfriador de absorción, suministra el líquido refrigerante a un evaporador. El refrigerante en el evaporador absorbe el calor de sus alrededores para producir un efecto de enfriamiento deseado, y pasa por un cambio de fase de líquido a vapor. El refrigerante evaporizado es absorbido entonces por un absorbente para formar una solución de ambos. La solución es suministrada a un generador en el cual son separados los dos, generalmente por medio de ebullición del refrigerante en la forma de vapor, el cual, es condensado entonces y suministrado al evaporador nuevamente para continuar produciendo el efecto de enfriamiento deseado. El absorbente separado, es utilizado para absorber el refrigerante vaporizado del evaporador. Sin embargo, el absorbente separado del generador todavía contiene una cantidad considerable de refrigerante, de modo que no puede absorber tanto refrigerante vaporizado del evaporador como sería deseable» Por lo tanto, el circuito requiere más absorbente para compensar esto, produciendo un circuito de absorción más grande con conductos más grandes, un costo mayor del absorbente, y costos de operación mayores. También es deseable, que el generador no se quede sin solución de refrigerante-absorbente, ya que de lo contrario, sería posible que se llegará a dañar por el calentamiento continuo para hervir el refrigerante.
Sumario del Invento De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, un generador para un enfriador de absorción comprende : un contenedor con una entrada para recibir la solución absorbente y refrigerante; una primera salida para que el vapor del refrigerante salga del contenedor; y una segunda salida para que el líquido no vaporizado salga del contenedor; en donde se proporciona una barrera dentro del contenedor entre la entrada y la segunda salida, y la barrera está adaptada de modo que el líquido no vaporizado salga a través de la segunda salida y debe pasar bajo una primera porción de la barrera y sobre una segunda porción de la barrera. La porción del líquido no vaporizado que contiene la mayor parte del absorbente, y que forma la solución de absorbente más concentrada, será la más densa y se asentará en el fondo del contenedor. Adaptando la barrera de modo que el líquido no vaporizado deba pasar debajo de la primera porción de la barrera, solamente la porción más concentrada de la solución del absorbente pasa a la segunda salida. El tamaño de la abertura a través de la cual pasa el liquido no vaporizado debajo de la primera porción de la barrera determina la concentración del líquido no vaporizado eliminado. Siendo adaptada la barrera de modo que el líquido no vaporizado deba de pasar sobre la segunda porción de la misma, el contenedor no se quedará sin solución de refrigerante-absorbente durante el uso. El fluido en la porción del contenedor en el lado de la entrada de la barrera será turbulento debido al suministro continuo de más solución a través de la entrada, la ebullición del vapor refrigerante y la posible entrada y salida de solución para otros propósitos. Por lo tanto es muy difícil determinar el nivel de solución en el contenedor. Sin embargo, conforme pasa solamente la solución al segundo lado de salida de la barrera, pasando debajo de la primera porción de la barrera, la porción del contenedor que se encuentra en el lado de la segunda salida de la barrera contiene un volumen relativamente calmado de solución. De preferencia, se proporcionan en la pared del contenedor medios de observación tales como un panel claro en el segundo lado de la salida de la barrera para observar el nivel de solución que se encuentra dentro del contenedor. La solución no vaporizada con una concentración menor de absorbente que la que se encuentra en el fondo del contenedor, puede ser retirada de una porción más alta del contenedor tal y como se describe en la siguiente descripción detallada de la invención.
Breve Descripción de los Dibujos A continuación se describirá la invención de manera adicional, y a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos que la acompañan en los cuales : La figura 1, es una vista diagramática del enfriador de absorción formado de acuerdo con la invención mostrando el regenerador en perspectiva;
la figura 2, es una elevación lateral del regenerador de la figura 1 con un panel de cubierta lateral, y el aislamiento removidos; la figura 3, es una vista de planta del regenerador de la figura 2; la figura 4, es una vista lateral parcialmente en sección de los tanques superior e inferior, en los tubos del intercambio de calor y los pasajes de termosifón del regenerador de la figura 2; la figura 5, es una vista sobre la flecha V de la figura 4; la figura 6, es una vista de planta de la figura 4; la figura 7, es una sección sobre la línea VII-VII de la figura 4; la figura 8, es una sección sobre la línea VIII-VIII de la figura 4; la figura 9, es una vista sobre la flecha IX de la figura 4 de una porción superior de los componentes del regenerador de la figura 4; la figura 10, muestra una ampliación de la región X de la figura 4; la figura 11, muestra a manera de diagrama un suministro de combustible de gas, y una distribución de un tren de control de un quemador de combustible de gas utilizado para calentar el regenerador de la figura 1; y la figura 12, son gráficas que representa la eficiencia y la temperatura de la pared del tubo de intercambio de calor en un generador ilustrado en las figuras del 1 al 11, que tiene 11 filas de tubos de intercambio de calor y que es calentado por un quemador de combustible de gas en un rango de 350kW„ En los dibujos, los números de referencia similares identifican partes iguales o que se pueden comparar .
Descripción Detallada del Invento Haciendo referencia a la figura 1, un enfriador de absorción 2 comprende un regenerador 4 que suministra refrigerante en su fase de vapor o gaseosa a lo largo de la línea 6 a un condensador 8 (conocido per se ) , y que suministra el absorbente líquido concentrado a lo largo de la línea 10 mediante una válvula de una vía 12 y una bomba 14 a un absorbente 16 (conocido per se ) . El líquido refrigerante 8 es abastecido desde el condensador 8 a una distribución de expansión 18
(conocido per se) , en la línea 20 y de ahí entra el refrigerante al evaporador 22 (conocido per se ) . La línea 24 lleva el vapor del refrigerante al absorbente 16 en el cual el refrigerante se disuelve en el absorbente para formar una solución débil de un refrigerante que contiene absorbente. Dicha solución es transportada por medio de la válvula de una vía 26 en la línea 28 y una bomba 30 al regenerador en el cual la solución débil se convierte en un absorbente concentrado por medio de la ebullición del refrigerante . De preferencia, el refrigerante es agua (H20) en cuyo caso el vapor refrigerante en la línea 6 puede ser vapor, y el absorbente líquido es bromuro de litio y es (solución LiBr/H20) aunque se pueden utilizar otras combinaciones de refrigerante y absorbente, por ejemplo, amoníaco o refrigerante y agua como absorbente. Haciendo referencia ahora a las figuras del 1 al 10, se describirá los aspectos del regenerador 2 con mayor detalle. El regenerador 2 comprende una estructura de base 2 que soporta una cubierta exterior 34 de una forma de tubo entubada paralela (mostrada en líneas punteadas en las figuras del 5 al 7) y un tanque inferior 36 con una sección transversal substancialmente rectangular que tiene una parte superior plana 37 desde la cual asciende una pluralidad de tubos de intercambio de calor substancialmente verticales 38A y 38B, teniendo los tubos cilindricos 38A superficies exteriores planas mientras que los tubos 38B tienen formaciones de recolección de calor formados por las aletas 40. Los tubos de intercambio de calor 38A, 38B se abren a través de una base plana 41 de un tanque superior 42 el cual tiene una sección transversal substancialmente rectangular y un volumen mayor que el tanque inferior 36. Entre la cubierta 34, y la estructura que comprende los tanques 36 y 42 y los tubos de intercambio de calor 38A, 38B, se encuentra un material aislante de calor que tiene una cara interior superior 44A (figura 2), una cara interior inferior 44B (figura 2), y dos caras interiores laterales opuestas 44C y 44D (figura 5) que definen entre ellas una cámara de combustión combinada y un conducto de humo 46, definido también en parte por las superficies de la parte superior del tanque 37 y el fondo del tanque 41. El aislamiento contra el calor puede comprender una o más capas de un material adecuado, por ejemplo, una tabla de fibra de cerámica y/o una base de cerámica, y/o lana de roca. Los tubos de intercambio de calor 38A, 38B se encuentran substancialmente en su totalidad dentro de la cámara de combustión 46. En el extremo frontal o ascendente 48 de la cubierta 34, se encuentra un quemador de gas 50, del tipo de pre-mezcla que tiene un ventilador que se opera eléctricamente, o un impulsor, que impulsa la combustión de aire previamente mezclado con un combustible de gas a un orificio de salida del quemador, o una superficie de combustión la cual puede ser colocada dentro de una estructura rectangular alargada de manera substancialmente vertical 52 (figura 2) dentro de la cubierta 34 que tiene paredes laterales más largas 54 (solo se muestra una, en la figura 2) . Si se desea, el orificio de salida del quemador anteriormente mencionado puede comprender un quemador de fibra de metal. En la parte externa de la cubierta 34, un conducto de humo de trayectoria descendente dentro del tubo rectangular 56, corre desde la cámara de combustión 46. Por lo anterior, deberá quedar entendido que los tubos de intercambio de calor 38A, 38B se encuentran en una relación de flujo cruzado con, y más particularmente en un ángulo recto hacia, la dirección de flujo X del gas del calentamiento caliente, los productos de combustión a través de la cámara de combustión 46 proveniente del quemador 50. También se podrá ver que los tubos de intercambio de calor 38A, 38B están acomodados en una pluralidad de filas, y en este ejemplo particular, 11 filas, separados entre ellos a lo largo de la dirección de flujo de los productos calientes de la combustión de cada fila, extendiéndose de manera transversal a la dirección del flujo X de los productos de combustión - siendo por lo menos dos tubos de intercambio de calor por fila, en este ejemplo, son cuatro tubos de intercambio de calor por fila. Con respecto a la dirección de flujo X, los tubos de intercambio de calor que contienen aletas 38B están colocados en o hacia el extremo descendente de la serie de tubos 38A, 38B, mientras que los tubos de intercambio de calor del plano 38A están colocados de manera descendente de los tubos de intercambio de calor que contienen aletas en la serie. En el ejemplo, existen siete filas de tubos de intercambio de calor planos 38A, y cuatro filas de tubos de intercambio de calor con aletas 38B. Dos tubos de termo-sifón 58A y 58B, están colocados de una manera substancialmente vertical y se extienden desde el tanque inferior 36 al tanque superior 42 y se abren dentro de los mismos. Como podrá ser comprendido a partir de las figuras del 5 al 7, los tubos de termo-sifón 58A, 58B están rodeados por el material aislante del calor el cual tamiza los tubos de la cámara de combustión 46, y opone transferencia de calor desde la cámara de combustión a los tubos de tremo-sifón. Con respecto a la dirección X de los productos del flujo de combustión en la cámara de combustión 46, 60 y 62 son extremos ascendentes respectivamente de los tanques 36 y 42, y el 64 y 66 son los extremos descendentes respectivos. Los tubos de termo-sifón 58A y 58B se abren dentro del tanque superior e inferior 42, 36 adyacentes a los extremos ascendentes respectivos 62, 60. Con respecto a la dirección X, el tubo de termo-sifón 58B se encuentra debajo del tubo 58A y se abre dentro del tanque inferior 36 aproximadamente a la mitad de la longitud, y se abre dentro del tanque superior 42 más cercano al extremo ascendente 62 que al extremo descendente 66. Sin embargo, el número de termosifones, su tamaño y sus posiciones de entrada-salida todos pueden ser ajustados. Un tubo de entrada 68 para suministrar una solución débil de refrigerante-absorbente desde la línea 28 (figura 1) al tanque superior 42 se abre en el mismo opuesto a la entrada del tubo termo-sifón 58A (ver figuras 4 y 5 ) . Un tubo de salida 70 para sacar la solución absorbente concentrada a la línea 10 (figura 1) conduce desde el extremo descendente 66 del tanque superior, y un tubo de salida 72 para sacar el vapor refrigerante o gas a la línea 6 (figura 1) conduce desde la parte superior del tanque superior. La unidad que comprende los tanques superior e inferior 36, 42, los tubos de intercambio de calor 38A, 38B y los tubos de termo-sifón 58A, 58B, pueden ser formados de metal, por ejemplo acero al carbono. Sin embargo, debido a que el absorbente utilizado puede ser corrosivo, puede ser preferible formar la unidad anteriormente mencionada de un metal resistente a la corrosión, por ejemplo, cuproníquel. Con el refrigerante/absorbente débil suministrado al tanque superior 42 continuamente a través de la entrada 68, y con el quemador 50 operando, la solución débil desciende al tanque inferior 36 a través de los tubos termo-sifón 58A, 58B y posteriormente asciende al tanque superior a través de los tubos de intercambio de calor 38A, 38B. Conforme se eleva la solución en los tubos de intercambio de calor 38A, 38B, el refrigerante hierve hasta formar un vapor, el cual sale a través de la salida 72, mientras que el absorbente concentrado restante sale al tanque superior a través de la salida 70. Los tubos de intercambio de calor 38A, 38B pueden estar llenos substancialmente hasta la mitad de la ebullición de vapor anteriormente mencionada. Tal y como se mencionó anteriormente, en este ejemplo, se muestran siete filas de tubo de intercambio de calor 38A, 38B las cuales puedes ser identificadas como las filas del 1 al 11 y en las cuales, la fila 1 está, en relación con la dirección X en el extremo ascendente de la serie de tubos de intercambio de calor, y la fila 11 se encuentra en el extremo descendente. De este modo, los tubos planos 38A forman las filas del 1 al 7, y los tubos con aletas 38B forman las filas del 8 al 11. Los productos de la combustión tienen la tendencia de ser más calientes en el extremo ascendente de la serie de los tubos de intercambio de calor 38A, 38B, que en extremo descendente. Para asegurar una extracción más equilibrada del calor a lo largo de la trayectoria de flujo X, los tubos 38B tienen aletas para aumentar su capacidad para extraer el calor de los productos de combustión del extremo descendente que es relativamente más frío. Por lo tanto se podrá apreciar que la posición del tubo de termo-sifón 58A tiende a recibir una solución débil inicialmente en la entrada y alimentarlo a una posición en el tanque inferior 32 desde la cual la solución es más probable que ascienda a través de los tubos ascendentes de intercambio de calor 38A, es decir las filas 1, 2 y 3 las cuales están expuestas a los productos de combustión más caliente . Una almohadilla desempañante permeable al vapor 74 la cual puede ser de una malla de metal o fibra es colocada en el frente de la entrada del tubo de salida 72, en el frente o debajo de la almohadilla se encuentra una placa amortiguadora 76 para evitar que las oleadas ascendentes de la solución golpeen la almohadilla o se introduzcan por el tubo de salida. Se establece una zona de calma en el tanque superior 42, en su extremo descendente, y enfrente de la entrada del tubo de salida 70. La zona de calma 78 está diseñada para reducir la oportunidad de que el absorbente en una condición turbulenta se introduzca en la salida 70, y para aumentar la posibilidad de que solamente el absorbente más concentrado sea suministrado a la salida. En este ejemplo, la zona de calma comprende dos placas de amortiguador substancialmente verticales 80 y 82 que se extienden a lo ancho del tanque superior 42. La primera placa de amortiguador más alta 80 está separada en 84 (ver figura 10) de la base del tanque superior 42, y la segunda placa amortiguadora 82 es más alta que el espacio 84 en la forma de un vertedero. Sin embargo, la segunda placa amortiguadora 82 podría ser reemplazada mediante el aprovisionamiento de la salida 70 que estuviera a una distancia adecuada arriba del fondo 41 del tanque 42 tal y como se ilustra en la figura 10. Debido a que el absorbente más concentrado tiende a bajar en el tanque superior 42, solamente dicho absorbente más concentrado puede pasar a través del espacio 84 y sobre la placa amortiguadora 82 hacia la salida 70. El tamaño del espacio 84 puede ser variable para ajustar la concentración del absorbente suministrado a la salida 70, utilizando por ejemplo, pernos para asegurar la primera placa amortiguadora 80 en una de un número de alturas posibles. Preferentemente se proporciona un espacio en la parte superior de la primera placa amortiguadora 80 para permitir que el vapor salga de la zona de calma. Es difícil determinar el nivel del fluido en el tanque superior 42 debido a la turbulencia producida por el suministro continuo de solución a través de la entrada 68. La ebullición del vapor refrigerante, la eliminación del fluido a través de los tubos de termosifón 58A y 58B, y el suministro de fluido por los tubos de intercambio de calor 38A y 38B. Sin embargo, la zona de calma 78 entre la placa 80 y la salida 70 presenta una superficie relativamente calmada a partir de la cual puede ser determinado el nivel de fluido en el tanque superior 42. Este nivel del fluido puede ser determinado viendo a través de un visor en el lado del tanque 42, tal como una vista a través de un panel que se extiende verticalmente hecho de vidrio o plástico. Alternativa o adicionalmente, se pueden proporcionar uno o más sensores de nivel en la zona de calma 78 para determinar el nivel de fluido en el tanque 42. Preferentemente existe una pluralidad de sensores de nivel adaptados en una serie vertical sobre la pared interior del tanque superior 42 en la zona de calma. La información del nivel del fluido proveniente de los sensores puede ser utilizada para controlar el flujo y la operación del generador. Debido a que los productos de combustión que pasan debajo del conducto de humo 56 todavía pueden contener un calor que se puede recuperar, el tubo 56 puede estar recubierto con un material aislante de calor y puede contener un intercambiador de calor 86 adicional expuesto a los gases del conducto de humo, actuando este intercambiador de calor adicional como un regenerador/economizador/precalentador . El intercambiador de calor 86 puede ser un tubo en forma de serpentina, o una pluralidad de formas de serpentinas colocadas lado por lado y conectadas para que fluya el líquido a través de ellos en sucesión desde una adaptación de serpentinas, las longitudes de los tubos rectos verticales en cada una de las formas de serpentina pueden ser en una relación de flujo cruzado con la dirección del flujo de los gases del conducto de humo. Una salida al intercambiador de calor 86 está indicada con el 86A y una salida en el 86B. Es preferible que el intecambiador de calor adicional sea usado para precalentar la solución débil de refrigerante/absorbente suministrada por la bomba 30. Con este fin, la sección de la línea 28 entre los puntos a y b de la figura 1, se ha omitido, y la línea 28 extendida por una sección 28A que conduce a la entrada 86A. Desde la salida 86B otra sección de la línea 28B conduce al tubo de entrada 68. Cuando el aparato utiliza un intercambiador de calor adicional 86, una solución de H20/LiBr y un quemador de 350kW 50, que quema combustible de gas, por ejemplo gas natural, provisto con aproximadamente el 20% de aire de combustión excedente, se pueden obtener las siguientes condiciones de operación. La temperatura de ebullición de la solución puede ser de aproximadamente 160°C, la solución concentrada suministrada a la salida 70 puede ser de sal de LiBr aproximadamente al 64%, y la velocidad de la mezcla que se introduce al tanque superior 42 desde los tubos de intercambio de calor 38A, 38B puede ser de aproximadamente 1.5m/s. La temperatura de los gases del conducto de humo en el conducto de humo 56 puede ser de aproximadamente 210°C. En la figura 12 se muestra una variación en la temperatura de la pared del tubo de intercambio de calor para los tubos de las filas 1 a los tubos de la fila 11, y la forma en que la eficiencia acumulativa del generador pueda aumentar de manera progresiva (y relativamente uniforme) a lo largo de la serie de tubos de intercambio de calor de la fila 1 a la siguiente. La presión dentro del tanque superior puede aproximarse substancialmente o ser de 0.5 barg . En el dibujo, la referencia 88 indica una unión para el montaje de una válvula de alivio de presión en el tanque superior 42, la referencia 90 indica los tubos de acceso para recibir los sensores de nivel de líquido insertados dentro de la zona de calma del tanque superior, y el número de referencia 92 indica un pasaje de drenaje generalmente cerrado. Los vidrios para la visión que hacen posible ver el interior principal del tanque superior 42 y la zona de calma 78, están indicados con los número 94 y 96, respectivamente. Se pueden proporcionar sensores de temperatura en los tanques inferior y superior 36, 42. En la descripción anterior, el suministro de solución de refrigerante/absorbente débil es para el tanque superior 42 a través del tubo de entrada 68, en vez de que el tubo 68 pueda ser bloqueado u omitido y la solución débil de la línea 28 o la línea 28, 28A, 28B se ha suministrado al tanque inferior 36 a través de la abertura del tubo de entrada 98 del tanque inferior opuesta a la abertura inferior del tubo de termo sifón 58A. Anteriormente se ha hecho referencia a un quemador de paquete 50 con una capacidad de 350 kW . Se pueden utilizar quemadores de paquete de otras capacidades por ejemplo desde unos pocos kW a capacidades de MW. En el sistema de suministro de gas del quemador de paquete 50 de la figura 11, el quemador comprende un ventilador o impulsor 100 operado por un motor eléctrico 102, para llevar el aire de combustión a lo largo de un ducto 104 en el cual el aire se mezcla primero con el gas de combustible de la línea de suministro de gas 106 antes del suministro al orificio de salida del quemador. Un control eléctrico (no mostrado) comprende un control del motor 108, un interruptor de presión 110 que observa la presión de salida de la mezcla gaseosa aire/combustible del impulsor 100, un interruptor de presión 112 que observa la presión del gas de combustible suministrado, y las válvulas controladas por solenoide 114 y 116, y un controlador de la proporción aire/combustible 118 ajustado para responder a las señales representativas de la presión de aire en la cercanía de una placa de orificio 120 en el ducto 104. Una válvula manual 121 tiene que ser abierta antes de que se pueda suministrar cualquier gas de combustible. Si la presión del gas suministrado observada por el interruptor de presión 112 desciende más allá de un rango previamente determinado el control puede operar en una u otra de las válvulas solenoides 114, 116 y cerrar el suministro del gas al quemador. Si la presión observada por el interruptor 110 desciende de un rango previamente determinado el control puede operar para cerrar una u otra de las válvulas 114, 116, y también puede detener el motor 102. El control puede actuar en respuesta a un rango de encendido demandado en el quemador y por lo tanto operar el control del motor 108 de modo que la velocidad del impulsor 100 varíe para suministrar el aire de combustión en una cantidad deseada. Alternativamente el control 108 puede ser omitido y el impulsor 100 operado en una velocidad constante, siendo variada la cantidad del aire de combustión suministrado por la operación de una válvula de cuello 122, en el ducto 104, operada por un motor de estrangulación 126 de acuerdo con las señales iniciadas por el control. En vez de utilizar un quemador de paquete 50, se pueden utilizar algunos otros medios para generar gases calientes para calentar los tubos de intercambio de calor 38A, 38B, por ejemplo, gases calientes de escape de una turbina de gas. Seleccionando un tubo o tubos de termo sifón como los medios de transferencia de la solución y/o localizando el tubo o tubos de termo sifón fuera de la trayectoria del flujo de gas caliente, no existe o al menos existe poco o se reduce la transferencia de calor del gas de combustión al tubo o tubos que promueven mejor la acción del termo sifón. La solución débil se puede introducir en la cámara superior y se puede utilizar el volumen inferior de la solución. Además, localizando el tubo o tubos de termo sifón fuera de la trayectoria del flujo de gas caliente, existe una libertad mayor en la elección del tamaño, forma y posición del tubo o tubos. Seleccionando de manera cuidadosa las características apropiadas del diseño, una solución débil puede ser circulada/seleccionada y se puede controlar su rango de flujo. Cuando el tubo o tubos de termo sifón son localizados fuera de la trayectoria de flujo de gas caliente, pueden ser más fácil de instalar en el generador, y se pueden utilizar tubo o tubos para mediciones de nivel de flujo y el peso general del material puede ser reducido. Alternativamente, las placas 80, 82 que forman la zona de calma 78, podrían ser colocadas en cualquier parte en el tanque superior 42, por ejemplo en el frente, en cualquier lado o en una combinación de posiciones .