PT97981A

PT97981A - Aprocesso e aparelho de refrigeracao mecanica e refrigeracao de absorcao combinadas

Info

Publication number: PT97981A
Application number: PT97981A
Authority: PT
Inventors: William T Osborne
Original assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1993-06-30
Also published as: AU7846691A; JPH04268172A; CA2044322A1; BR9102930A; EP0482738A1; AU631343B2; ZA914525B; CA2044322C; US5038574A

Description

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No. BAC 73CIP-Osborne -2-

MEMÓRIA DESCRITIVA O presente invento refere-se a refrigeração e diz respeito, mais especificamente, a um processo e aparelho aperfeiçoados de combinação de refrigeração de absorção e refrigeração de expansão mecânica, para suplementar a capacidade de arrefecimento e armazenar energia térmica.

Antecedentes do invento

Este pedido de patente é uma continuação em parte do pedido de patente copendente n° de série 07/351.067, da mesma requerente, apresentado em 12 de Maio de 1989.

Os dispositivos de refrigeração de absorção, que são accio-nados por energia térmica, são conhecidos desde há muito tempo e, na verdade são anteriores à refrigeração de expansão mecânica; mas esta última tornou-se mais prevalecente nas instalações existentes, devido à energia eléctrica abundante e barata e à descoberta e produção comercial dos refrigerantes gasosos de hidrocarbonetos fluorados. No entanto, o aumento dos custos da energia eléctrica, especialmente durante os períodos de grande procura diária, e às preocupações ambientais, associadas aos hidrocarbonetos fluorados, estão a criar oportunidades à refrigeração de absorção. 0 termo "absorção” deve ser aqui interpretado de modo amplo, de modo a englobar tanto o fenómeno da absorção como o da adsorção.

Num ciclo de refrigeração de absorção, uma solução líquida, tal como brometo de lítio em água, é concentrada numa primeira fase por aquecimento, de modo a provocar que um componente dilu-ente (água) e a solução concentrada seja fornecida a uma segunda fase absorvedora, onde a mesma absorve ou reabsorve o componente, de modo a torna-se diluída. Assim, o componente diluente (tal como a água) fica disponível, entre fases, para receber o calor removido de uma carga (tal como um espaço refrigerado ou arrefecido), de modo a produzir um vapor diluente e o vapor é então absorvido pela solução concentrada que, quando se torna diluída é

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No. BAC 73CIP-Osborne -3- feita voltar para a primeira fase, para ser concentrada.

Até agora, os dispositivos de absorção tem sido vistos como alternativas potenciais, para a substituição dos dispositivos de refrigeração mecânica, mas os primeiros são relativamente ineficientes e inflexíveis, devido a serem baseados em grande parte no efeito de refrigeração de um componente de absorção evaporável e pelo necessidade de ter de ser fornecida energia calorífica, quer por meio de calor desperdiçado precário, quer por meio da chama da queima de combustíveis caros; e as respectivas fases de concentração e de absorção não têm sido adaptáveis a armazenagem intermédia, pelo que a fase de concentração seria dissociada, ao longo do tempo, da fase de absorção. Contudo, na patente US ns 4,269,041 de Gunther Holldorff, é descrito um dispositivo de refrigeração de absorção de amónia com a separação no tempo facilitada pela armazenagem dos fluidos absorvedores, e o pedido de patente copendente nfi de série 07/351,067 do mesmo inventor refere-se à armazenagem de fluidos absorvedores separados dos vasos concentradores e de absorção. Seria significativo, se pudessem ser obtidas as vantagens de cada um dos tipos de dispositivos de refrigeração de absorção e mecânico; e também se as instalações de refrigeração mecânica existentes pudessem ser modificadas, para se obter algumas das vantagens de um dispositivo de refrigeração de absorção.

Sumário do invento

Consequentemente, é um objectivo principal do presente invento proporcionar um processo e aparelho de refrigeração combinados com eficiência melhorada. É um outro objectivo do presente invento proporcionar um processo e aparelho de refrigeração de absorção combinados com um dispositivo de refrigeração de expansão mecânica, de modo a utilizar indirectamente a energia eléctrica como fonte de alimentação do dispositivo de absorção. É ainda um outro objectivo do presente invento proporcionar

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No. BAC 73CIP-0sborne -4- um processo e aparelho de refrigeração de absorção, que são alimentados pelo dispositivo de refrigeração mecânica. É ainda um outro objectivo do presente invento proporcionar um processo e aparelho de refrigeração de absorção, que são alimentados pela energia de um dispositivo de refrigeração mecânica, para produzir e armazenar quantidades de solução absorvente forte e um diluente líquido, durante a fase de concentração, para utilização subsequente, quando a fase de absorção for utilizada para suplementar a capacidade de arrefecimento do dispositivo de refrigeração mecânica.

Sumariamente, o presente invento envolve a combinação de um dispositivo de refrigeração de absorção com um dispositivo de refrigeração de expansão mecânica e a adição de armazenagem adequada das soluções absorventes de líquido, quer concentrada quer diluída, e arrefecer o diluente líquido, de modo a permitir que a fase de concentração e fase de evaporação do dispositivo de absorção possam ser operadas com velocidades e/ou períodos de tempo diferentes e, por isso, estarem disponíveis para suplementar a capacidade de arrefecimento do dispositivo mecânico, durante um pico de procura. 0 dispositivo de absorção é dimensionado para proporcionar, aproximadamente, metade da capacidade de arrefecimento necessária para servir a carga de condicionamento de ar e a saída da fase de evaporação está ligada, de preferência, em série, ao dispositivo mecânico, durante o ciclo de arrefecimento (usualmente durante um dia de trabalho) e a fase de concentração está ligada ao dispositivo mecânico, durante um ciclo de armazenagem (usualmente durante a noite, quando os custos de energia eléctrica são relativamente baixos). De preferência, as fases, quer de concentração quer de evaporação, do dispositivo de absorção são operadas com pressões relativamente iguais, pelo que as temperaturas de saturação de diluente são substancialmente iguais, e a variação da temperatura da solução absorvente, entre as fases, é minimizada. Termodinamicamente, esta igualação aumenta a eficiência do dispositivo de absorção e elimina a necessidade de um permutador de calor de solução líquida caro e inconveniente, como o que tem sido utilizado até 25 -5- 72 771

No. BAC 73CIP-Osborne aqui nos dispositivos de absorção convencionais. Adicionalmente, a igualação, que este invento torna possível, funciona de modo a minimizar as concentrações e temperaturas da solução, cuja combinação reduzirá as características corrosivas da solução absorvente.

Breve descrição dos desenhos

Objectivos e vantagens adicionais do presente invento tornar-se-ão evidentes após a leitura da seguinte descrição detalhada, conjuntamente com os desenhos, nos quais: a figura 1 é um desenho esquemático de uma concretização do dispositivo de refrigeração de absorção operável independentemente, no qual estão interligados três reservatórios de líquido, entre um vaso concentrador de refrigeração de absorção e o vaso evaporador/absorvedor, no qual uma bomba de calor acciona o concentrador; a figura 2 é um alçado lateral de um vaso e único reservatório do dispositivo da figura l; a figura 3 é um alçado lateral de uma concretização alternativa de reservatórios múltiplos com um único vaso; a figura 4 é um desenho esquemático de uma concretização do presente invento, para ajustamento posterior a uma instalação, tendo um dispositivo de refrigeração mecânica e um compressor centrífugo; a figura 5 é um desenho esquemático de uma concretização do presente invento para ajustamento posterior a uma instalação, tendo um dispositivo de refrigeração mecânica e um compressor alternativo; e a figura 6 é um desenho esquemático de uma concretização do presente invento, para uma instalação nova, combinando um dispositivo de refrigeração de absorção com um dispositivo de

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No. BAC 73CIP-Osborne -6- refrigeração mecânica, envolvendo um compressor alternativo e um arrefecedor de expansão directa.

Descricão detalhada

Dever-se-á entender que, no aparelho representado na figura 1, descrito em seguida, certas partes funcionais do equipamento de refrigeração de absorção, usualmente referidas como gerador, condensador, absorvedor e evaporador, estão localizadas entre dois vasos 10, 60, no qual o vaso concentrador 10 inclui uma secção geradora inferior e uma secção condensadora superior; e o vaso evaporador 60 representado inclui uma secção absorvedora inferior e uma secção evaporadora superior.

Como antecedente adicional do presente processo, a refrigeração de absorção envolve os passos de concentrar uma solução líquida refrigerante de absorção, tal como uma solução aquosa de brometo de lítio, aquecendo uma primeira corrente líquida interna, de uma solução relativamente fraca ou diluída, dentro de uma primeira fase concentradora, incluindo as funções geradoras e condensadoras, de modo a destilar um vapor diluente (função geradora) e condensar na mesma (função condensadora) o vapor por arrefecimento, produzindo assim correntes líquidas internas de solução relativamente concentrada, ou forte, (no gerador) e diluente frio (no condensador). Ambas estas correntes líquidas são utilizadas numa segunda fase evaporadora, onde o diluente líquido frio é utilizado para arrefecer um meio de refrigeração externo, que é feito circular para a carga de arrefecimento. As soluções aquosas de brometo de lítio são preferidas, devido às considerações favoráveis de custos e ambientais, tais como a baixa toxicidade. No entanto, compreender-se-á que outros pares de diluente/absorvente, que são conhecidos como tendo actuações satisfatórias em dispositivos de refrigeração de absorção podem ser utilizadas, tais como amónia/água, água/hidróxido de sódio, e água/hidróxido de cálcio, no processo e aparelho presentes. É notável que, nos dispositivos de refrigeração de absorção,

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No. BAC 73CIP-Osborne -7 a energia entrada para accionar o dispositivo tenha a forma de unidade térmicas, isto é, de aquecimento e de arrefecimento. Assim, a refrigeração de absorção tende a ser uma escolha económica, quando as fontes de calor e de frio são relativamente baratas. Por outro lado, os dispositivos de refrigeração de expansão mecânica, que proporcionam arrefecimento através da vaporização de um gás refrigerante interno, envolvem também a compressão do gás e a extracção do calor de condensação e do calor de compressão, antes do ciclo de expansão e vaporização; e a compressão requer um compressor, quer alternativo quer centrífugo, que deve ser accionado por meio de energia mecânica de um motor ou máquina. Assim, a refrigeração mecânica tende a ser a escolha mais económica, quando os motores ou as máquinas e os combustíveis, para o seu accionamento, especialmente a elec-tricidade, são abundantes e relativamente baratos. Além do mais, ambos os dispositivos produzem meios externos ou de saída relativamente quentes e relativamente frios, sendo o meio quente normalmente feito circular num injector de calor (tal como uma torre de arrefecimento), e sendo o meio frio normalmente feito circular num ar condicionado, ou outra carga de arrefecimento. Os dispositivos mecânicos habituais dependem essencialmente do fluxo contínuo do gás refrigerante, expansível durante os ciclos de carga e não levam eles próprios à armazenagem directa segura da energia térmica de arrefecimento; em vez disso, verificou-se que um dispositivo de absorção pode ser projectado de modo a armazenar directamente energia térmica fria, proporcionando a acumulação do excessos das quantidades de solução absorvente forte interna e líquido diluente interno, produzidas na fase concentradora.

Como é bem conhecido, o dispositivo mecânico típico compreende um circuito fechado de fluido, com um compressor quer alternativo quer centrífugo, que comprime um gás refrigerante, um extractor de calor para descarregar o calor de condensação e compressão e uma secção vaporizadora, onde o fluido é vaporizado a baixa temperatura, de modo a consumir calor. Verificou-se também que os dispositivos mecânicos e de absorção podem ser combinados, de modo a processarem um meio de arrefecimento único -8- 72 771 .r

No. BAC 73CIP-Osborne comum ou externo, durante um ciclo de arrefecimento, ou de condicionamento de ar, e a saída do dispositivo mecânico proporciona a energia de entrada total para o dispositivo de absorção, durante um ciclo de armazenagem térmica. 0 dispositivo de absorção do presente processo proporciona a armazenagem, pelo menos, de porções das correntes líquidas separadas de solução forte e de diluente, nas primeira e segunda zonas 40, 50, respectivamente, como mostrado na figura 1, em função da procura numa segunda fase evaporadora, contendo as funções evaporadora e absorvedora, onde o diluente líquido é utilizado para arrefecer um permutador de calor 90, ligado para processar um meio de refrigeração externo de uma carga de ar de condicionamento de ar, ou refrigeração, ou semelhante. 0 calor transferido para o diluente líquido frio, durante o passo de arrefecimento (função evaporadora), causará a evaporação de algum diluente que fica, por isso, disponível para diluir uma segunda corrente de solução líquida forte (função absorvedora), removida da primeira zona e introduzida dentro da fase absorvedora, produzindo, por isso, uma segunda corrente líquida de solução diluída ou fraca a uma velocidade, dependente do controlo de fluxo da segunda corrente líquida de solução forte a partir da primeira zona. 0 ciclo de absorção é fechado, armazenando, pelo menos, uma porção da segunda corrente de solução líquida fraca numa terceira zona 70 e, subsequentemente, retirando a primeira corrente líquida de solução relativamente fraca da mesma e introduzindo a mesma na primeira fase concentradora, com uma velocidade, determinada pela capacidade da fase concentradora, e apenas durante os intervalos, quando se reenchem os líquidos armazenados nas primeira e segunda zonas 40 e 50. A armazenagem de quantidades de cada uma das soluções líquidas, relativamente forte e fraca, do diluente líquido também permite condições de operação favoráveis em cada uma das primeira fase de concentração e segunda fase de absorção. Com as soluções de brometo líquido referidas, as fases tanto concentradora como evaporadora, operadas a pressões internas substancialmente equivalentes a 5,1 mm de mercúrio absoluta, que proporciona uma 72 771 No. BAC 73CIP-Osborne -9-

temperatura de saturação de vapor de água de cerca de 1,7°C (temperatura de condensação) e temperatura de vaporização da solução relativamente baixa; onde a pressão de operação normalmente verificada nos concentradores de refrigeração de absorção que rejeitam o calor para a atmosfera, está na gama de 76,2 cm de mercúrio absoluta, resultando em temperaturas de saturação de vapor de água de cerca de 46,1°C e num ponto de ebulição da solução fraca de cerca 104,4°C .

Consequentemente, para manter a pressão dentro da fase concentradora a cerca de 5,1 cm de mercúrio absoluta, que é largamente conseguida, regulando a entrada de calor e o fluxo do líquido absorvente fraco na primeira fase concentradora, o vapor diluente (por exemplo, vapor de água) condensa-se quando arrefecido a cerca de l,7°C e o condensado diluente líquido pode ser fornecido a essa temperatura, para a segunda zona de armazenagem. Assim, o diluente de água líquido fica também disponível a cerca de l,7eC, para utilização como um meio de arrefecimento na fase evaporadora, onde o mesmo pode ser aplicado para arrefecer o permutador de calor de refrigeração, contendo um meio de refrigeração fluido de um condicionador de ar, ou semelhante. O diluente líquido frio é introduzido na fase evaporadora a uma velocidade suficiente para ir de encontro a procura projectada do meio de refrigeração, ou da carga. É muitas vezes vantajoso aplicar ao permutador de calor de meio de refrigeração 90 e recircular no mesmo um excesso de diluente líquido frio, para assegurar humidificação adequada da superfície de transferência de calor. O calor do permutador de calor de meio de refrigeração vaporiza uma porção do diluente; e o vapor fica então disponível para ser absorvido na segunda corrente líquida da solução absorvente concentrada quente, que é injectada na fase absorvedora a uma velocidade adequada, de modo a absorver o vapor de diluente, gerado no permutador de calor de refrigeração. Adicionalmente, a solução absorvente injectada e o vapor diluente são de preferência arrefecidos de alguns graus por um segundo permutador de calor 92, dentro da fase evaporadora, para remover o calor do processo de absorção exotérmico. A quantidade de arrefecimento é regulada, conjuntamente com a velocidade de injecção da solução 72 771

No. BAC 73CIP-Osborne -10 absorvente concentrada, de modo a manter a pressão dentro da fase evaporadora a um nível óptimo (5,4 mm de mercúrio absolutos, numa concretização preferida). Adicionalmente, a solução absorvente líquida fria resultante, diluída e relativamente fraca, é arrastada para a terceira zona de armazenagem 70, onde a mesma é mantida em função da procura na fase concentradora. Pretende-se que a fase concentradora opere próximo da capacidade de projecto óptima, durante períodos de tempo que podem ser ou não coincidentes com o ciclo dé funcionamento da fase absorvedora.

Como representado na figura 1, o aquecimento da primeira corrente de solução absorvente líquida, relativamente fraca, dentro da primeira fase concentradora, de um dispositivo de absorção, pode ser conseguido eficientemente pelo calor libertado de um andar condensador de uma bomba de calor de accionamento eléctrico; e o vapor diluente resultante é condensado pelo evapo-rador da bomba de calor, conservando por isso o calor de condensação latente do diluente e reinjectando o mesmo no processo de concentração. Isto é, a câmara da fase concentradora contém os permutadores de calor dos estágios tanto condensador 12 como evaporador 14 de uma bomba de calor mecânica, em que o compressor da bomba de calor 18 accionado por meios motores, tais como o motor eléctrico 20, ou um motor de combustão interna, está conveniente localizado fora da câmara concentradora.

No entanto, em várias aplicações de acordo com o presente invento, prefere-se que o dispositivo de refrigeração de absorção suplemente a capacidade de arrefecimento de um dispositivo de refrigeração mecânica e proporcione uma reserva de armazenagem térmica, utilizável durante os períodos de pico de procura de arrefecimento, para reduzir a energia requerida pelo dispositivo mecânico. Em tais aplicações, o dispositivo mecânico pode ser ligado alternativamente ao absorvedor e ao concentrador, para fornecer a ambos a energia térmica necessária para vaporizar diluente de uma solução absorvedora fraca e condensar também o diluente.

Isto é acompanhado pelo funcionamento substancialmente

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No. BAC 73CiP-Osborne contínuo do dispositivo mecânico e fazendo funcionar alternativamente em primeiro lugar a fase evaporadora do dispositivo absor-vedor e combinando a capacidade de arrefecimento da secção mecânica de expansão de gás com a capacidade de arrefecimento da secção evaporadora do dispositivo absorvedorf para arrefecer um meio de refrigeração, durante um ciclo de arrefecimento (durante o tempo que o calor sai de ambos, o absorvedor e o extractor de calor de compressão mecânica são combinados com um injector de calor e o absorvedor produz quantidades de solução absorvedora fraca) e fazendo funcionar em segundo lugar a fase concentradora do dispositivo absorvedor, enquanto ligada à capacidade de arrefecimento da secção mecânica expansora de gás para a secção condensadora, e ligando o extractor de calor do dispositivo mecânico à secção geradora do dispositivo de absorção, para accionar a fase concentradora de modo a produzir e armazenar quantidades, tanto de solução absorvente forte como de diluente frio.

Está representado esquematicamente na figura 1, um dispositivo básico de absorção e de armazenagem do aparelho, onde um vaso concentrador 10, tal como um tanque cilíndrico fechado, contém o circuito da bomba de calor, compreendendo uma serpentina condensadora 12 numa secção inferior do vaso (geradora) e uma serpentina evaporadora 14 numa secção superior (condensadora) do vaso. As serpentinas 12 e 14 estão interligadas por uma válvula de expansão de refrigerante 16 e cada serpentina está ligada da maneira usual a um compressor 18, localizado fora do vaso. 0 compressor é accionado por um motor eléctrico 20. Em alguns dispositivos, em que os requisitos do evaporador 14 e do condensador 12 da bomba de calor não estão equilibrados, pode ser vantajoso incluir um permutador de calor exterior auxiliar (não mostrado) fora do vaso 10. Habitualmente onde tal é necessário o mesmo será ligado entre a descarga do compressor e a serpentina condensadora 12.

Ver-se-á na figura 1, que o vaso concentrador 10 contém também um primeiro tabuleiro de recolha de diluente 30, localizado directamente por debaixo da serpentina evaporadora 14 e um

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No. BAC 73CIP-Osborne -12- primeiro colector de pulverização de solução absorvente 32, localizado directamente acima da serpentina condensadora 12. Um poço de solução absorvente 34, está localizado no vaso 10 por debaixo da serpentina condensadora 12. Um primeiro reservatório 40 está ligado ao poço 34 do vaso concentrador 10 por um tubo 42, e uma válvula interruptora 46; e um segundo reservatório 50 está ligado ao primeiro tabuleiro de recolha de diluente 30 por um tubo 52, uma bomba 54 e uma válvula interruptora 48. 0 segundo reservatório 50 está também ligado a um colector de pulverização de diluente 56, através de uma válvula de controlo de escoamento variável 58. O colector de pulverização de diluente 56 está localizado dentro de uma secção (evaporadora), usualmente superior de um vaso evaporador/absorvedor 60. Um segundo colector de pulverização de solução absorvente 62, localizado numa secção adjacente (absorvedora), usualmente inferior, do vaso 60, está ligada ao primeiro reservatório 40 através de uma outra válvula de controlo de escoamento variável 64. No vaso evaporador/absorvedor 60 está localizado um segundo poço de solução absorvente 66, por debaixo do segundo colector de pulverização 62 e está ligado pelo tubo 68 a um terceiro reservatório 70, o qual, por sua vez, está ligado através de uma válvula de controlo de escoamento variável 72 ao primeiro colector de pulverização de solução absorvedora 32. Ver-se-á gue a bomba 74 e a válvula interruptora 76 estão ligadas no tubo 68, entre o poço 66 e o terceiro reservatório 60. Um segundo tabuleiro de recolha de diluente 80 está posicionado dentro do vaso evaporador/absorvedor 60, por baixo do colector de pulverização de diluente 56 e está ligado pelo tubo 82 e bomba 84, para recir-cular directamente o diluente para a colector de pulverização 56.

Ver-se-á também que estão localizadas duas serpentinas separadas de permutador de calor 90 e 92 dentro do vaso evaporador/absorvedor 60. A serpentina de permutador de calor 90 está localizada entre o primeiro colector de pulverização de diluente 56 e o tabuleiro de recolha 80, e faz circular o meio de refrigeração de uma carga de arrefecimento, tal como um dispositivo de condicionamento de ar de escritório ou semelhante (não

β Jg'-....... 72 771

No. BAC 73CIP-Osborne -13 mostrado). O permutador de calor 92 está posicionado entre o segundo colector de pulverização de solução absorvedora 62 e o poço 66 e faz circular o fluido de um dispositivo de rejeição de calor tal como uma torre de arrefecimento (não mostrada).

Os primeiro, segundo e terceiro reservatório 40, 50, e 70 respectivamente, têm os seus invólucros exteriores purgados para a atmosfera (não mostrado na figura 1) na disposição de válvula e bomba descrita. Álternativamente, os mesmos podem ser purgados para o vaso concentrador, ou para o vaso evaporador/absorvedor, mas devem estar elevados acima do vaso, para o qual os mesmos alimentam o líquido. 0 funcionamento do dispositivo anterior para servir a 100% a carga de arrefecimento, sob as condições óptimas esperadas, em que o concentrador é projectado para ter aproximadamente duas vezes a capacidade de processamento do absorvedor do evaporador, mas para funcionar apenas a cerca de metade do ciclo diário, quando as taxas eléctricas são baixas envolveria as seguintes características. Uma solução absorvente relativamente fraca (diluída) de água e 57,5% de brometo de lítio, armazenada num terceiro reservatório 70 a a aproximadamente 35°C é pulverizada para o vaso concentrador 10, com um caudal de modo a produzir uma solução 63% mais forte a aproximadamente 44,4°C no poço 34, a qual é continuamente transferida para o primeiro reservatório 40. 0 vaso 10 é mantido à pressão absoluta de 5,1 cm de Hg, e o compressor de bomba de calor 18 e as serpentinas 12 e 14 estão dimensionados e funcionam de modo a fornecer gás refrigerante super-aquecido a cerca de 62,8°C à serpentina condensadora 12, descarregar refrigerante líquido a cerca de 52,8°C para a válvula 16 e fazer retornar o gás refrigerante a cerca de menos l,l°C para a entrada do compressor. 0 vapor de água dentro do vaso concentrador condensará na serpentina de evaporador 14 e acumular-se-á no primeiro tabuleiro de recolha 30 a cerca de 1,7°C, de onde é armazenada no segundo reservatório, de modo a ficar disponível a pedido no vaso evaporador/absorvedor 50.

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No. BAC 73CIP-Osborne -14-

Mantendo o vaso evaporador 60 à mesma pressão absoluta de 5.1 cm de Hg a água líquida pulverizada através do permutador de calor de refrigeração 90 permanecerá a cerca de 1,7°C, enquanto que o calor de vaporização disponível será adequado para arrefecer o refrigerante no permutador de calor 90 de uma temperatura de entrada de cerca de 10°C, para uma temperatura de saída de cerca de 4,4eC. O vapor de água é reabsorvido na solução forte de brometo de lítio aspirada do primeiro reservatório 40, diluindo assim a solução para cerca de 57,5%, a qual é então feita voltar para o terceiro reservatório 70. Durante a reabsorção, a solução é arrefecida pelo permutador de calor de rejeição 92, para cerca de 35°C, de modo a manter a pressão absoluta no vaso a cerca de 5.1 cm de Hg. Normalmente o permutador de calor de rejeição 92 pode ser dimensionado, de modo que a água a 29,4°C, de uma torre de arrefecimento ou semelhante, é adequada para arrefecer a solução absorvente diluída.

Obviamente, o dispositivo anterior pode ser dimensionado para ir de encontro a uma gama larga de cargas de refrigeração. Em aplicações relativamente pequenas, de cerca de cinco toneladas de refrigeração, ou menos, será possível eliminar os vasos de reservatório externo e proporcionar uma capacidade de armazenagem suficiente, para as soluções líquidas diluente e absorvente nos tabuleiros de recolha 30 e 80 e nos poços 34 e 36, dentro dos respectivos vasos concentrador e evaporador/absorvedor 10 e 60, respectivamente. Cada um dos três reservatórios separados 40, 50, e 70 mostrados no dispositivo da figura 1, quando purgados para a atmosfera, podem ser construídos como mostrados na figura 2, de modo a compreenderem um balão expansível 100 dentro de um vaso rígido 102 e ligações separadas de entrada e saída 104, 106 e uma purga 110. A purga para a atmosfera dos vasos do reservatório, proporciona uma pressão relativamente constante, para a alimentação das válvulas de controlo, e os balões proporcionam tanto uma divisória móvel, para as mudanças de volume de fluido como meios para evitarem a absorção de ar e/ou humidade. É também possível combinar os três reservatórios, utilizando três balões expansíveis separados 100a, 100b e 100c dentro de um único vaso rígido 108, como mostrado na figura 3. Os volumes combinados do

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No. BAC 73CIP-0sborne -15- reservatório serão aproximadamente constantes durante o funcionamento do dispositivo descrito e o requisito total de reservatório será cerca de 0,00863 m3 para cada tonelada hora de capacidade de refrigeração projectada. É também possível modificar o dispositivo de refrigeração de absorção e armazenagem, para servir uma porção da carga de arrefecimento, de preferência, cerca de metade da carga, na combinação com um dispositivo de refrigeração de expansão mecânica. Isto é particularmente vantajoso em aplicações para ajustamento posterior, tais como as representadas nas figuras 4 e 5, previstas para aumentar as instalações de refrigeração mecânica existentes com um circuito de meio refrigerante local. Adicionalmente, uma combinação similar à mostrada na figura 6, é útil para instalação nova ou inicial. Em cada um dos dispositivos combinados das figuras 4-6, as partes de dispositivo de absorção estão identificadas pelos caracteres de referência, correspondendo aos mostrados na figura 1.

No dispositivo combinado da figura 4 a entrada para a serpentina permutadora 90 do meio de refrigeração do vaso evaporador 60, está ligada por um tubo 100 a uma carga de arrefecimento, e a sua saída está ligada por um outro tubo 102 à entrada dos meios de arrefecimento ou arrefecedor 110 do meio de um dispositivo de refrigeração mecânica, geralmente 108, tendo um compressor centrífugo 112. A saída do arrefecedor 100 pode ser ligada através de uma bomba 116 e de uma válvula de duas posições 118 a um tubo 120 à carga de arrefecimento. (Dever-se-á compreender que, para instalações para ajustamento posterior, o dispositivo mecânico local 108 incluirá um arrefecedor 110, que já arrefece um meio refrigerante, tipicamente água para circulação na carga de arrefecimento e que o meio estará disponível, para ambas as fases do dispositivo de absorção). De modo similar, a entrada para a segunda serpentina permutadora de calor 92 da secção absorvedora, está ligada por um tubo 122 a um injector de calor, tal como uma torre de pulverização; e a saída da serpentina permutadora de calor 92, está ligada pelo tubo 124 através de uma bomba 126 e de uma válvula de duas posições 128 à entrada de um

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No. BAC 73CIP-Osborne -16- extractor de calor 130 do dispositivo mecânico. Por sua vez a saída do extractor de calor está ligada por um tubo 134 ao injec-tor (torre de pulverização).

Assim, compreender-se-á que, durante o ciclo de arrefecimento tanto com o compressor mecânico 112 como com o vaso absorve-dor/evaporador 60 em funcionamento, o meio de refrigeração de uma carga de arrefecimento passará através do tubo 100, para o permu-tador de calor de refrigeração 90, onde será arrefecido pelo diluente frio a cerca de 1,7°C e escoar-se-á então através do tubo 102, para o arrefecedor mecânico 110, onde será adicionalmente arrefecido, e sendo feito então retornar pela bomba 116, através da válvula 118 e através do tubo 120, para a carga de arrefecimento. Simultaneamente, a segunda serpentina permutadora de calor 92, da secção evaporadora do vaso absorvedor/evaporador 60, recebe o fluido arrefecedor através do tubo 122 de um injec-tor de calor (torre de pulverização) e passa esse fluido através do tubo 124, válvula 128 e bomba 126, através do extractor de calor do dispositivo mecânico 130; e o fluido aquecido é feito retornar para o injector de calor (torre de pulverização) através do tubo 134.

Durante um ciclo de armazenagem, quando vaso evaporador 60 está inoperativo, os circuitos de meios refrigerante e de fluido injector de calor são bloqueados pelo reposicionamento das válvulas 118 e 128 e a água arrefecida, vinda do arrefecedor de dispositivo mecânico lio é feita circular pela bomba 116, através da válvula 118, pelos tubos 140 e 142, pela serpentina 14 da secção condensadora no vaso concentrador 10; e a serpentina de secção geradora 12 recebe uma circulação do fluido quente através dos tubos 148, 150, que ligam a um compressor exclusivo 152. A saída de calor do compressor exclusivo 152 é elevada, aquecendo o fluido que circula através do tubo 150, após passar uma válvula de expansão 154 com fluido quente, tal como a água circulada através de um permutador de calor 156 do extractor de calor 130, associado ao compressor centrífugo 112 do dispositivo mecânico, através dos tubos 158 e 160 e válvula 128. Para utilização do compressor para esse fim, a temperatura do fluido na serpentina -17- 72 771

No. BAC 73CIP-0sborne 12 na secção geradora pode ser elevada para cerca de 57,2°C, onde como o fluido disponível no extractor de calor 130 terá tipicamente cerca de 37,8eC.

Dever-se-á notar que, durante um ciclo de arrefecimento, quando a válvula de duas posições 118 estiver posicionada para dirigir o escoamento através do tubo 120, bloqueará o escoamento em qualquer direcção através do circuito fechado do tubos 140, 142 e serpentina 14. Opostamente, durante um ciclo de armazenagem, quando a válvula 118 for posicionada para dirigir o escoamento para o tubo 140, a mesma bloqueará em qualquer direcção através do circuito fechado da carga de arrefecimento e tubos 120, 100, 102 e serpentina 90. De modo similar quando, durante um ciclo de arrefecimento, a válvula de duas posições 128 estiver posicionada para permitir o escoamento a partir do tubo 124, a mesma serve para bloquear o escoamento em qualquer direcção, através do circuito compreendendo os tubos 158 e 160. Inversamen-te, durante um ciclo de armazenagem, quando a válvula 128 estiver posicionada, para dirigir o escoamento através dos tubos 158 e 160, a mesma bloqueará o escoamento em qualquer direcção através da torre de pulverização.

Referindo a figura 5, é mostrado um dispositivo combinado de absorção e mecânico similar, utilizando um compressor alternativo 172. Na concretização da figura 5, as ligações de tubos entre o vaso evaporador 60 e o dispositivo de refrigeração mecânico em geral 108', e o funcionamento durante um ciclo de arrefecimento são os mesmos que na concretização da figura 4, e as partes comuns às duas concretizações levam os mesmos caracteres de referência. No entanto, devido ao compressor alternativo 172 ser normalmente capaz de rejeitar calor através do extractor de calor 130', a temperaturas mais altas (tipicamente de cerca de 60eC quando comparada a cerca de 40°C para um compressor centrífugo), a serpentina de secção geradora 12 do vaso concentrador 10 do dispositivo absorvedor é ligada para circulação directa de água quente do extractor de calor 130', através dos tubos 178, 180 durante o ciclo de armazenagem e, como na concretização da figura 4, a serpentina 14 da secção condensadora é ligada pelos tubos 72 771 No. BAC 73CIP-0sborne -18-

140', 142' para receber água fria, feita circular directamente do arrefecedor 110' do dispositivo mecânico.

Referindo a figura 6, é mostrado um dispositivo combinado de absorção e mecânico preferido, para instalação nova ou original, de modo a incluir ligações similares entre o vaso evaporador 60 do dispositivo absorvedor e o dispositivo de refrigeração mecânica, geralmente 108" e a operação durante um ciclo de arrefecimento é substancialmente a mesma do que na concretização das figuras 4 e 5 .No entanto, numa tal instalação inicial é possível proporcionar circulação alternativa do gás refrigerante do compressor alternativo 192 para um arrefecedor de expansão directa 194, durante um ciclo de arrefecimento, e para as serpentinas 12 e 14 do vaso concentrador 10 do absorvedor, durante um ciclo de armazenagem. Assim o vaso evaporador 60 do dispositivo absorvedor é ligado ao arrefecedor 194 e ao extractor de calor 130" do dispositivo mecânico geralmente 108", similar às concretizações das figuras 4 e 5, e funciona da mesma maneira durante um ciclo de arrefecimento. Durante o ciclo de armazenagem as ligações entre o dispositivo mecânico 108" e o vaso concentrador 10, e o seu funcionamento são substancialmente como na concretização da figura 1, actuando o dispositivo mecânico como uma bomba mecânica captora, que expande o refrigerante gasoso através da serpentina 14 da secção condensadora e que passa o fluido comprimido quente através da serpentina 12 da secção geradora.

Para obter isto, a saída 192 do compressor alternativo está ligada em paralelo a duas válvulas de controlo 200, 202. A válvula 200 conduz directamente para um extractor de calor 130" e a válvula 202 conduz para o extractor de calor, através das condutas 212 e 214 e da serpentina condensadora 12. As linhas de líquido refrigerante 204 e 216 conduzem do extractor 130" e estão equipadas com válvulas de solenoide 222 e 224, respectivamente. As válvulas 200 e 222 são abertas e as válvulas 202 e 224 são fechadas durante o ciclo de arrefecimento para a circulação do fluido refrigerante comprimido (gás) através do extractor de calor 130" (onde o mesmo é arrefecido e condensado pela água dirigida, através dos tubos 124", 134", para uma torre de

72 771

No. BAC 73CIP-Osborne -19 pulverização) e o líquido refrigerante resultante é dirigido então, através do tubo 204 e da válvula de expansão termostática 206, para o arrefecedor de expansão directa 104, onde o mesmo é novamente vaporizado e feito retornar para o lado da aspiração do compressor 192, através de um tubo 208. Assim o arrefecedor 194 funciona de modo a arrefecer o meio refrigerante recebido do vaso absorvedor/evaporador 60 através do tubo 102' e faz circular o meio para a carga de arrefecimento através do tubo 120".

Durante o ciclo de armazenagem as válvulas 200 e 222 estão fechadas (tornando por isso tanto o arrefecedor 194 como o ex-tractor de calor 130" inoperativos) e as válvulas 202 e 224 são abertas, de modo a dirigirem o fluido comprimido quente para circular, através da conduta 212 e da serpentina 12, na secção geradora do vaso concentrador 10 e então, através da conduta 214, para o extractor de calor livre 130" para a conduta 216 e, através de uma segunda válvula expansora termostática 218, para a serpentina 14 na secção condensadora do vaso 10. A partir deste último o gás refrigerante é feito retomar para o compressor 192 através da conduta 220.

Em cada uma das concretizações das figuras 4-6, o vaso concentrador 10 funciona durante um ciclo de armazenagem como na concretização da figura 1, para produzir quantidades de solução absorvente forte e um diluente, os quais são armazenados em vasos de reservatório 40, 50 em função da procura no vaso evaporador 60, durante um ciclo de arrefecimento. De modo similar durante um ciclo de arrefecimento, serão produzidas, no vaso evaporador 60 e armazenadas no vaso de reservatório 70, quantidades de solução fraca. As quantidades totais combinadas de soluções absorventes forte e fraca serão substancialmente constantes e vão de cerca de 0,647 m3 a 0,863 m3 por tonelada hora de capacidade de arrefecimento armazenada. Para um perfil de funcionamento dos edifícios de escritórios, isto será de 2,59 m3 - 4,32 m3 por cada tonelada de carga de arrefecimento projectada do edifício. Apesar de ser possível utilizar os balões expansíveis da figura 3, ou proporcionar reservatórios de volume fixo separados de solução forte e solução fraca, para manter cada quantidade provavelmente no 72 771 No. BAC 73CIP-Osborne -20-

máximo, é também possível empregar uma pluralidade de reservatórios parciais interligados (não mostrados), para servirem alternativamente para armazenarem a primeira das soluções absorventes e em seguida a outra de acordo com o ciclo de operação.

Também, deve ser entendido que as direcções de circulação dos vários meios, líquido e fluidos, descritos para as concretizações das figuras 4-6, são susceptíveis de modificação, apesar das circulações descritas serem preferidas para se obter a utilização óptima das temperaturas disponíveis no dispositivo de refrigeração de expansão mecânica e no dispositivo de refrigeração de absorção como descrito.

Podem ser feitas outras modificações e variações no invento acima descrito, sem se sair do espírito e âmbito do invento que está definido nas reivindicações seguintes.

Claims

72 771 No. BAC 73CIP-Osborne -21- REIVINDICACÕES 1 - Processo para combinar dispositivos de refrigeração de absorção e de refrigeração mecânica, para arrefecer um meio de refrigeração, para circulação numa carga de arrefecimento, durante um ciclo de arrefecimento, e para armazenar energia de arrefecimento, durante um ciclo de armazenagem, sendo o dito processo caracterizado por compreender os passos de: operar o dispositivo de refrigeração mecânica, substancial e continuamente, durante ciclos alternados de arrefecimento e armazenagem; operar um vaso evaporador do dispositivo de absorção, durante um ciclo de arrefecimento para, receber correntes de líquido diluente frio e solução absorvente forte, de modo a produzir quantidades de uma solução absorvente fraca e arrefecer parcialmente uma corrente do meio de refrigeração, passando a corrente do meio de refrigeração através de uma pulverização do dito líquido diluente frio no dito vaso evaporador; circular a dita corrente do meio de refrigeração através de uma secção arrefecedora do dispositivo de refrigeração mecânica, durante o dito ciclo de arrefecimento para arrefecer adicionalmente a dita corrente do meio de refrigeração; receber as ditas quantidades de solução absorvente fraca numa zona de armazenagem, durante o dito ciclo de arrefecimento; fornecer uma corrente da solução absorvente fraca a partir da dita zona de armazenagem, durante um ciclo de armazenagem, para um vaso concentrador do dispositivo de absorção; operar o dito vaso de concentração durante o dito ciclo de armazenagem, aquecendo a sua secção geradora com o calor extraído do dito dispositivo de refrigeração mecânica e arrefecendo a sua secção condensadora com fluído circulado através do dito dispositivo de refrigeração mecânica, produzindo assim quantidades de uma solução absorvente forte e um diluente líquido frio; e armazenar as ditas quantidades de soluções absorventes fortes e diluente líquido frio nas respectivas zonas de armazenagem, até o dito vaso evaporador ser operado durante o dito ciclo de arrefecimento.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 72 771

No. BAC 73CIP-Osborne -22 por incluir aquecer a dita secção geradora com fluído circulado a partir de extractor de calor do dito dispositivo de refrigeração mecânica.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir aquecer a dita secção geradora com um gás refrigerante comprimido, que foi aquecido por fluido circulado a partir do extractor de calor com o dito dispositivo de refrigeração mecânica.
4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir aquecer a dita secção geradora e arrefecer a dita secção condensadora com gás refrigerante circulado através do compressor do dito dispositivo de refrigeração mecânica.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir arrefecer a dita secção condensadora, circulando através dela o meio de refrigeração da dita secção arrefecedora do dito dispositivo de refrigeração mecânica.
6 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por incluir arrefecer a dita secção condensadora, circulando através dela o meio de refrigeração a partir da secção refrigeradora do dito dispositivo de refrigeração mecânico.
7 - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por incluir arrefecer a dita secção condensadora, circulando através dela o meio de refrigeração da dita secção arrefecedora do dito dispositivo de refrigeração mecânico.
8 - Dispositivo de refrigeração combinado, incluindo um dispositivo de refrigeração de absorção e um dispositivo de refrigeração de expansão mecânica, para arrefecer o meio de refrigeração para circulação numa carga de arrefecimento, durante um ciclo de arrefecimento e para armazenar energia de arrefecimento durante um ciclo de armazenagem, sendo o dito dispositivo combinado caracterizado por compreender:

72 771 No. BAC 73CIP-0sborne -23- um dispositivo de refrigeração mecânico, operando substancial e continuamente, incluindo meios de compressor, meios de extractor de calor e meios de arrefecimento; um dispositivo de refrigeração de absorção, incluindo um vaso evaporador, tendo uma secção evaporadora e uma secção absor-vedora, e um vaso concentrador, tendo uma secção condensadora e uma secção geradora; um vaso de armazenagem ligado ao dito vaso evaporador, para receber do mesmo solução absorvente fraca, durante o dito ciclo de arrefecimento, estando o dito vaso de armazenagem ligado também ao dito vaso concentrador, para fornecer uma corrente de solução absorvente fraca à dita secção geradora durante o dito ciclo de armazenagem; meios para circularem um meio de refrigeração, através da dita secção evaporadora do dito vaso evaporador e dos ditos meios de dispositivo de refrigeração mecânico, durante um ciclo de arrefecimento; meios para introduzirem fluido relativamente quente na dita secção geradora do dito vaso concentrador, estando os ditos meios ligados para receberem calor do dito dispositivo de refrigeração mecânica, para assim produzirem quantidades de uma solução absorvente forte e vapores de diluente; meios para circularem um fluido relativamente frio, a partir do dito dispositivo mecânico através dita secção condensadora do dito vaso concentrador, durante um ciclo de armazenagem, para assim condensarem quantidades de um diluente frio na dita secção condensadora; e vasos de armazenagem ligados ao dito vaso concentrador, para armazenarem as ditas quantidades de diluente frio e solução absorvente forte produzidas durante o dito ciclo de armazenagem, estando os ditos vasos de armazenagem ligados também ao dito vaso evaporador, para fornecer correntes do dito diluente frio e

72 771 No. BAC 73CIP-Osborne -24- soluções absorventes fortes, durante o dito ciclo de arrefecimento.
9 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracteri-zado por os meios para introduzirem um fluido relativamente quente na dita secção geradora do dito vaso concentrador, incluírem tubos ligados ao dito extractor de calor do dito dispositivo de refrigeração mecânica.
10 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracteri-zado por os meios para introduzirem o fluído relativamente quente na dita secção geradora do dito vaso concentrador, incluírem um compressor privativo e circuito de gás comprimido, e por o gás de retorno para o dito compressor privativo ser passado através de um permutador de calor ligado ao dito extractor de calor do dito dispositivo de refrigeração mecânico.
11 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os meios para introduzirem fluído, relativamente quente, na dita secção geradora do dito vaso concentrador, incluírem uma conduta de gás comprimido dos ditos meios de compressor e os meios para circularem um fluído relativamente frio através da dita secção condensadora incluírem uma conduta e fazendo retornar a válvula de expansão o dito gás para os ditos meios de compressor.
12 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os meios para circularem o fluído, relativamente frio, do dito dispositivo mecânico através da dita secção condensadora, incluírem tubos ligados aos ditos meios de arrefecimento .
13 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por os meios para circularem o fluído, relativamente frio, do dito dispositivo mecânico, através da dita secção condensadora, incluírem tubos ligados aos ditos meios de arrefecimento . -25- 72 771 No. BAC 73CIP-Osborne
14 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracte-rizado por os meios para circularem o fluído, relativamente frio do dito dispositivo mecânico, através da dita secção condensadora, incluírem tubos ligados aos ditos meios de arrefecimento. Por BALTIMORE AIRCOIL COMPANY, INC. =0 AGENTE 0FICIAL= J J