WO2017001708A1 - Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia - Google Patents

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evaporator
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Marcelo IZQUIERDO MILLÁN
Emilio MARTÍN LÁZARO
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Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
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    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the present invention relates to a small power absorption refrigeration machine that allows working with air as a refrigerant and has an evaporation unit that is separated from the rest of the absorption refrigeration machine.
  • the object of the small power absorption refrigeration machine of the present invention is to work with solutions LBr / H 2 0, H 2 0 / NH 3! L ⁇ N0 3 / NH 3 or similar configuring an air-to-air machine, where the cold is produced directly in the enclosure that is to be heated without the need of drive pumps and fancoils.
  • the absorption refrigeration cycle is an alternative, among others, to the mechanical vapor compression cycle.
  • the refrigerating machines that operate according to this cycle and are currently marketed are the lithium bromide-water absorption refrigerating machine and the water-ammonia refrigerating machine.
  • the first uses the aqueous solution of lithium bromide as a working fluid, with lithium bromide being the absorbent and water the refrigerant;
  • the working fluid is a solution of ammonia in water, working with water as an absorbent and ammonia as a refrigerant.
  • the source of energy is heat, which may come from the combustion of a fossil or renewable fuel, from residual heat from engines or from thermal processes or from the thermal conversion of solar energy or from the biomass among others, this being the main difference with the mechanical steam compression refrigeration machine.
  • both solutions both aqueous lithium bromide and working fluid, such as water-ammonia with water working as an absorbent and ammonia as a refrigerant, have different characteristics that affect the operation of the machines.
  • the lithium-water bromide machine cannot work at a temperature below 0 ° C and the solution under certain conditions can crystallize by paralyzing the production of cold, while the water-ammonia machine can produce cold at a temperature below zero and does not generate crystallization problems, but instead you need a rectification column to separate the water from the ammonia before entering the condenser.
  • Both types of machine can be built to be condensed by water or air.
  • a system consisting of a cooling tower equipped with a pump and a fan is used to carry out the condensation of the refrigerant and the cooling of the absorber.
  • the pump transports the condensation water between the tower and the condenser-absorber and the fan drives the air through the tower, transporting evaporated water to the atmosphere.
  • the cooling tower has the disadvantage of generating Legionella contamination and consuming water, which is a scarce commodity in dry climates and arid areas.
  • the single-acting ones work with the water-ammonia solution and lithium-water bromide but both are of indirect system, since they produce the cold in the evaporator that is separated from the enclosure to air conditioning, so that to transport the cold to the feeding points in the building you have to pump the cold water or a solution, with the consequent need for use of a pump drive and a fan coil.
  • Half-effect and multi-effect ones also use an indirect system to transport the cold.
  • the small power absorption machine of the present invention solves all the above drawbacks.
  • the present invention relates to a small power absorption refrigeration machine, meaning small power machines of less than 15 kW of power, working with solutions L ⁇ Br / H 2 0, H 2 0 / NH 3 , L ⁇ N0 3 / NH 3 or similar for use in air conditioning or refrigeration installations comprising an outdoor unit and an indoor unit.
  • the outdoor unit includes:
  • an absorber capable of keeping the pressure and evaporation temperature low when the outside temperature is high, cooled directly by outside air or by water, which carries out separate processes of heat and mass transfer, a condenser cooled directly by outside air , at least one coolant generator, and one heat recuperator.
  • the coolant generator comprises at least one heating chamber in which a heat exchanger can be found, preferably constructed of refractory stainless steel or other high temperature resistant material, when the heat source is of direct flame, so as to facilitate the transfer of heat to the solution of lithium bromide-water; heat exchanger that can use the heat produced by a field of solar collectors, by a biomass boiler, by a biodiesel boiler, by a bioethanol boiler, by a conventional fossil fuel boiler, or the residual heat from engine exhaust gases , of batteries or fuel cells, or any thermal process that generates residual heat at sufficient temperature.
  • a heat exchanger can be found, preferably constructed of refractory stainless steel or other high temperature resistant material, when the heat source is of direct flame, so as to facilitate the transfer of heat to the solution of lithium bromide-water
  • heat exchanger that can use the heat produced by a field of solar collectors, by a biomass boiler, by a biodiesel boiler, by a bioethanol boiler, by a conventional fossil fuel boiler, or the residual heat from engine
  • the generator can also alternatively or in addition to the exchanger incorporate a modulating burner of small, medium or high power controlled by a PDI regulator that allows controlling the temperature at will, which generates heat in the heating chamber as a result of the combustion of a fuel fossil, preferably LPG, GN, Diesel, Biodiesel, Biogas or others.
  • a modulating burner of small, medium or high power controlled by a PDI regulator that allows controlling the temperature at will, which generates heat in the heating chamber as a result of the combustion of a fuel fossil, preferably LPG, GN, Diesel, Biodiesel, Biogas or others.
  • the generator io has a water vapor separator in the heating chamber.
  • the working solution is introduced diluted in the heating chamber of the generator, absorbs heat, boiling at a temperature between 85 ° C and 1 15 ° C or higher, depending on the T of the outside air, producing steam of reheated refrigerant, which is separated in the separator and hot and concentrated solution.
  • the water vapor leaves the generator and is directed to the condenser, where it is transformed into a liquid, to then be directed through an expansion valve to the evaporator where it is transformed back into water vapor.
  • H 2 0 / NH 3 and UNO3 / NH3 solutions the process is similar since the total separation of the refrigerant occurs in a rectifying tower or column.
  • the heat recuperator is preferably a plate exchanger with copper welding, in the case of L ⁇ Br / H 2 0 solutions, and transfers the heat from the hot and concentrated solution that leaves the generator to the diluted solution and cold that comes from the absorber, preheating it, before being fed to the generator.
  • the hot and concentrated solution from the generator crosses the recuperator and reduces its pressure in a reducing valve located between the recuperator and the absorber, to enter the absorber at a lower pressure.
  • the absorber comprises a storage tank, a battery of sprayers located inside the storage tank through which the hot and concentrated solution passes for spraying inside the tank where on contact with the water vapor from the evaporator it is diluted , a heat exchanger, outside the storage tank and preferably finned, which cools the diluted solution, a recirculation pump that sucks the diluted solution from the storage tank and drives it to the heat exchanger from which the diluted solution comes out cooled by returning to the battery of sprayers in a continuous process of recirculation enhancing the increase in mass and heat transfer.
  • This recirculation pump also supplies diluted solution to the generator through the heat recuperator where it is preheated before entering the generator, where the solution is concentrated again.
  • the absorber transmits the heat of absorption of the solution directly to atmospheric air, through the heat
  • the indoor unit comprises: - at least one expansion valve that connects the condenser with a direct expansion evaporator through a conduit through which the high-pressure liquid refrigerant passes.
  • the expansion valve the pressure and temperature are reduced to the evaporator operating values.
  • the liquid and vapor phase refrigerant passes to a refrigerant receiver that supplies it to the evaporator which in turn comprises
  • the outdoor unit is separated from the indoor unit and both are connected by two conduits, the above-described conduit through which the high-pressure liquid refrigerant passes and a conduit that transports the vapor refrigerant from the evaporator of the indoor unit to the unit outside once said refrigerant has been evaporated.
  • the object of the small power absorption refrigeration machine of the present invention is to work with solutions L ⁇ Br / H 2 0, H 2 0 / NH 3 , UNO3 / NH3 or the like configuring an air-to-air machine, where The cold occurs directly in the enclosure that is to be heated without the need for impulse pumps and fancoils of indirect systems that increase the electricity consumption of auxiliary components and raise the cost of the machine.
  • solutions L ⁇ Br / H 2 0, H 2 0 / NH 3 , UNO3 / NH3 or the like configuring an air-to-air machine, where The cold occurs directly in the enclosure that is to be heated without the need for impulse pumps and fancoils of indirect systems that increase the electricity consumption of auxiliary components and raise the cost of the machine.
  • the machine is split. This distance could be increased depending on the application and dissolution.
  • the liquid refrigerant produced in the condenser is transported a certain distance to the evaporator and once evaporated returns to the aspiration of the absorber that coincides with the aspiration of the thermal compressor, which is formed by the absorber, the recirculation pump- generator, coolant generator, heat recuperator and pressure reducing valve, without there being another intermediate mechanical system between the condenser and the compressor aspiration, to recover it and restart the cycle.
  • the thermal compressor that is, at the outlet of the generator, the refrigerant is in the vapor phase, reheated, which is fed to the condenser, to transform it into a liquid and supply it to the expansion valve.
  • Figure 1. It shows a scheme of the small power absorption refrigeration machine of the present invention when it is of the simple effect type.
  • Figure 2 - Shows a scheme of the direct expansion evaporator of the small power absorption refrigeration machine of the present invention for configuring a double effect small power absorption machine.
  • Figure 3.- It shows a scheme of the direct expansion evaporator of the small power absorption refrigeration machine of the present invention for configuring a single and double effect small power absorption machine constructed in a unit.
  • Figure 4.- Shows a scheme of the direct expansion evaporator of the small power absorption refrigeration machine of the present invention to configure a triple effect small power absorption machine.
  • Figure 5. Shows a scheme of the direct expansion evaporator of the small power absorption refrigeration machine of the present invention for configuring a single and triple effect small power absorption machine constructed in a unit.
  • Figure 6. It shows a graph showing the temporal evolution of the air temperature at the condenser outlet and the dry bulb outside temperature of the small power absorption refrigeration machine of the present invention when it is of the simple effect type .
  • Figure 7. Shows a graph showing the temporal evolution of the power supplied to the single-effect generator of the small power absorption refrigeration machine of the present invention.
  • Figure 8. Shows a graph showing the temporal evolution of temperatures in the single-effect generator of the small power absorption refrigeration machine of the present invention.
  • Figure 9. It shows a graph showing the temporal evolution of the cold air temperature at the evaporator outlet and the room air temperature at the evaporator inlet where the small power absorption refrigeration machine of the present invention when it is of the simple effect type.
  • Figure 10. Shows a graph showing the temporal evolution of the temperature of the adjacent non-heated room and the temperature of the heated room where the small power absorption refrigeration machine of the present invention is installed when it is of the simple type effect.
  • Figure 1 1. Shows a graph showing the temporal evolution of the absolute pressure temperature of the evaporator and the outlet temperature of the expansion valve of the small power absorption refrigeration machine of the present invention when it is of the type of simple effect.
  • the outdoor unit (200) comprises:
  • a refrigerant generator (1) having a heating chamber (2) adapted to heat a solution of lithium bromide-water that includes a water vapor separator (not shown),
  • an absorber (3) comprising: a storage tank (4), a battery of sprayers (5) located inside the storage tank (4) through which the hot and concentrated solution that is then projected into the inside the storage tank (4) for dilution, a heat exchanger (6) outside the storage tank (4) that cools the diluted solution, a recirculation-generator pump (7) that aspirates the diluted solution from the storage tank (4) and drives it to the generator (1), for its concentration and to the heat exchanger (6) from which the diluted cooled solution comes out returning to the spray battery (5) in a continuous recirculation process, Y
  • a heat recuperator (9) located between the generator (1) and the absorber (3) in which the heat from the hot and concentrated solution that leaves the generator (1) is transferred to the diluted and cold solution that comes from the absorber (3), preheating it, before being fed to the generator (1),
  • the indoor unit (100) comprises:
  • an expansion valve (13) connecting the condenser (1 1) with an evaporator (12) through a conduit (101) through which the high-pressure liquid refrigerant passes through a refrigerant receiver (102) in Liquid phase and low pressure steam phase, where in the expansion valve (13) the pressure and temperature are reduced to the operating values of the evaporator (12): which as an example, not exhaustive, can be the following : a pressure between 10 and 15 mbar and a temperature between 10 ° C and 15 ° C for a solution of L ⁇ Br / H 2 0, and a pressure between 1, 5 and 5 bar and a temperature between -25 ° C and 15 ° C for solutions H 2 0 / NH 3 and UNO3 / NH3.
  • the pressure values in the condenser are between approximately 10 and 20 bar, for the solutions of H 2 0 / NH 3 and UNO3 / NH3, and between approximately 0.05 and 0.15 bar, for the dissolution of L ⁇ Br / H 2 0.
  • the evaporator (12) is a direct expansion evaporator comprising:
  • a water-air heat exchanger (104) comprising a set of finned tubes.
  • the liquid phase and low pressure vapor phase refrigerant is separated in the refrigerant receiver (102), where the steam is directed to the steam collector (105) while the liquid is transported to the liquid refrigerant distributor (103) that feeds it to the evaporator (12).
  • the tubes are finned to increase the heat transfer area.
  • the steam produced inside the pipes passes to the steam collector (105).
  • a fan (107) is used that draws hot air from the room and drives it through the outer surface of the tubes and the fins of the heat exchanger.
  • the air is cooled and mixed with the hot air of the room or room to be cooled (18), lowering its temperature and maintaining the interior comfort temperature.
  • the indoor unit (100) it comprises the elements described for the first embodiment, but where the evaporator (12) works with refrigerant from two expansion valves (23, 24), a first expansion valve (23) that feeds refrigerant from a low generator pressure (not shown) and a second expansion valve (24) that feeds refrigerant from a high pressure generator (not shown), thereby configuring a double-acting direct expansion absorption machine.
  • the evaporator (12) works with refrigerant from two expansion valves (23, 24), a first expansion valve (23) that feeds refrigerant from a low generator pressure (not shown) and a second expansion valve (24) that feeds refrigerant from a high pressure generator (not shown), thereby configuring a double-acting direct expansion absorption machine.
  • the indoor unit (100) It comprises the lower elements for the first embodiment, but where the evaporator (12) works with refrigerant from three expansion valves (33, 34, 35), a first expansion valve (33) that feeds refrigerant from a generator single acting (not shown), a second expansion valve (34) that feeds coolant from a low pressure double acting generator (not shown) and a third expansion valve (35) that feeds coolant from a generator double high pressure effect (not shown), thus configuring a single and double acting direct expansion absorption machine built into a unit.
  • the evaporator (12) works with refrigerant from three expansion valves (33, 34, 35), a first expansion valve (33) that feeds refrigerant from a generator single acting (not shown), a second expansion valve (34) that feeds coolant from a low pressure double acting generator (not shown) and a third expansion valve (35) that feeds coolant from a generator double high pressure effect (not shown), thus configuring a single and double acting direct expansion absorption machine built into a
  • the indoor unit (100) It comprises the elements described for the first embodiment, but where the evaporator (12) works with refrigerant from three expansion valves (43, 44, 45), a first expansion valve (43) that feeds refrigerant from a generator low pressure (not shown), a second expansion valve (44) that feeds refrigerant from a medium pressure generator (not shown) and a third expansion valve (45) that feeds refrigerant from a high pressure generator (not shown), thus configuring a triple-acting direct expansion absorption machine.
  • the evaporator (12) works with refrigerant from three expansion valves (43, 44, 45), a first expansion valve (43) that feeds refrigerant from a generator low pressure (not shown), a second expansion valve (44) that feeds refrigerant from a medium pressure generator (not shown) and a third expansion valve (45) that feeds refrigerant from a high pressure generator (not shown), thus configuring a triple-acting direct expansion absorption machine.
  • the indoor unit (100) It comprises the elements described for the first embodiment, but where the evaporator (12) works with refrigerant from four expansion valves (53, 54, 55, 56), a first expansion valve (53) that feeds refrigerant from a single acting generator (not shown), a second expansion valve (54) that feeds refrigerant from a triple effect low pressure generator (not shown), a third expansion valve (55) that feeds refrigerant from a triple pressure medium effect generator (not shown) and a fourth expansion valve (56) that feeds coolant from a triple effect high pressure generator (not shown), thus configuring a single and triple effect direct expansion absorption machine built in a unit.
  • the evaporator (12) works with refrigerant from four expansion valves (53, 54, 55, 56), a first expansion valve (53) that feeds refrigerant from a single acting generator (not shown), a second expansion valve (54) that feeds refrigerant from a triple effect low pressure generator (not shown), a third expansion valve (55) that feed
  • the absorption machine further comprises a vapor refrigerant duct (106) that joins the indoor unit (100) with the outdoor unit (200) to introduce water vapor into the absorber (3).
  • the heat exchanger (6) of the absorption machine is a solution-air exchanger, as shown in Figure 1 with a fan (16) associated with said exchanger, although it is also contemplated that maintaining the particularities described in the previous paragraph
  • the heat exchanger (6) may be of the solution-water type.
  • the fan (16) of the solution-air heat exchanger (6) can be the same as the fan (16) that cools the condenser (1 1), as shown in Figure 1.
  • the generator (1) can incorporate in the heating chamber (2) a heat exchanger (not shown) and / or associated with the heating chamber may have a fossil fuel burner (not shown).
  • EXAMPLE Figures 6 to 1 1 show an example of the application of the small power absorption refrigeration machine when it is of the single effect type, where the power supplied to the single effect generator is 17, 37 kWh at day, where it is observed that the average power supplied is between 3 and 4 kW.

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Abstract

La presente invención se refiere a una máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia que permite trabajar con aire como refrigerante y presenta una unidad de evaporación que se encuentra separada del resto de la máquina frigorífica de absorción y que trabaja con disoluciones LiBr/H2O, H2O/NH3, LiNO3/NH3 o similares configurando una máquina aire-aire, donde el frío se produce directamente en el recinto que se desea climatizar sin la necesidad de bombas de impulsión y fancoils.

Description

MÁQUINA FRIGORÍFICA DE ABSORCIÓN DE PEQUEÑA POTENCIA
D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia que permite trabajar con aire como refrigerante y presenta una unidad de evaporación que se encuentra separada del resto de la máquina frigorífica de absorción.
El objeto de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención es trabajar con disoluciones L¡Br/H20, H20/NH3! L¡N03/NH3 o similares configurando una máquina aire-aire, donde el frío se produce directamente en el recinto que se desea climatizar sin la necesidad de bombas de impulsión y fancoils.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El ciclo frigorífico de absorción es una alternativa, entre otras, al ciclo de compresión mecánica de vapor. Las máquinas frigoríficas que funcionan según este ciclo y que se comercializan actualmente son la máquina frigorífica de absorción de bromuro de litio-agua y la máquina frigorífica agua-amoniaco. La primera utiliza la disolución acuosa de bromuro de litio como fluido de trabajo, siendo el bromuro de litio el absorbente y el agua el refrigerante; en el segundo caso el fluido de trabajo es una disolución de amoniaco en agua trabajando el agua como absorbente y el amoniaco como refrigerante. En ambos casos, la fuente de energía es el calor, que puede proceder de la combustión de un combustible fósil o renovable, de calor residual de motores o de procesos térmicos o de la conversión térmica de la energía solar o de la biomasa entre otros, siendo ésta la principal diferencia con la máquina frigorífica de compresión mecánica de vapor.
Por otra parte, ambas disoluciones, tanto la acuosa de bromuro de litio como fluido de trabajo, como la de agua-amoniaco con el agua trabajando como absorbente y el amoniaco como refrigerante, reúnen diferentes características que afectan al funcionamiento de las máquinas. La máquina de bromuro de litio-agua no puede trabajar a temperatura inferior a 0°C y la disolución en ciertas condiciones puede cristalizar paralizando la producción de frío, mientras que la máquina de agua-amoniaco puede producir frío a temperatura bajo cero y no genera problemas de cristalización, pero en cambio necesita una columna de rectificación para separar el agua del amoniaco antes de entrar en el condensador. Ambos tipos de máquina se pueden construir para ser condensadas por agua o por aire.
En una máquina frigorífica de absorción condensada por agua, para llevar a cabo la condensación del refrigerante y el enfriamiento del absorbedor se utiliza un sistema constituido por una torre de refrigeración equipada con una bomba y un ventilador. La bomba transporta el agua de condensación entre la torre y el condensador-absorbedor y el ventilador impulsa el aire a través de la torre, transportando a la atmósfera el agua evaporada. La torre de refrigeración tiene el inconveniente de generar contaminación por Legionella y consumir agua, que es un bien escaso en climas secos y zonas áridas.
En cuanto a las máquinas frigoríficas de absorción condensadas por aire, las de simple efecto trabajan con la disolución agua-amoniaco y bromuro de litio- agua pero ambas son de sistema indirecto, ya que producen el frío en el evaporador que está separado del recinto a climatizar, de manera que para transportar el frío hasta los puntos de alimentación en el edificio hay que bombear el agua fría o una disolución, con la consiguiente necesidad del uso de una bomba impulsión y un fan-coil. Las de efecto mitad y las de múltiple efecto también utilizan un sistema indirecto para transportar el frío.
La máquina de absorción de pequeña potencia de la presente invención solventa todos los inconvenientes anteriores.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia, entendiéndose por pequeña potencia máquinas de menos de 15 kW de potencia, que trabaja con disoluciones L¡Br/H20, H20/NH3, L¡N03/NH3 o similares para su uso en instalaciones de climatización o refrigeración que comprende una unidad exterior y una unidad interior. La unidad exterior comprende a su vez:
- un absorbedor capaz de mantener bajas la presión y la temperatura de evaporación cuando la temperatura exterior es alta, enfriado directamente por aire exterior o por agua, que lleva a cabo procesos separados de transferencia de calor y masa, un condensador enfriado directamente por aire exterior, al menos un generador de refrigerante, y un recuperador de calor.
El generador de refrigerante comprende al menos una cámara de calentamiento en la que se puede encontrar un intercambiador de calor, preferentemente construido en acero inoxidable refractario u otro material resistente a altas temperaturas, cuando la fuente de calor es de llama directa, de modo que facilite la transferencia de calor a la disolución de bromuro de litio- agua; intercambiador que puede utilizar el calor producido por un campo de captadores solares, por una caldera de biomasa, por una caldera de biodiésel, por una caldera de bioetanol, por una caldera de combustible fósil convencional, o el calor residual de gases de escape de motores, de pilas o células de combustible, o cualquier proceso térmico que genere calor residual a temperatura suficiente. El generador puede incorporar asimismo alternativa o complementariamente al intercambiador un quemador modulante de pequeña, media o alta potencia controlado por un regulador PDI que permite controlar la temperatura a 5 voluntad, que genera calor en la cámara de calentamiento como consecuencia de la combustión de un combustible fósil, preferentemente GLP, GN, Gasóleo, Biodiésel, Biogas u otros.
Adicionalmente, en el caso de las disoluciones de L¡Br/H20, el generador i o dispone en la cámara de calentamiento de un separador de vapor de agua. En este caso, la disolución de trabajo se introduce diluida en la cámara de calentamiento del generador, absorbe el calor, hirviendo a una temperatura comprendida entre 85 °C y 1 15 °C o superior, dependiendo de la T del aire exterior, produciendo vapor de refrigerante recalentado, que es separado en el 15 separador y disolución caliente y concentrada. El vapor de agua abandona el generador y es dirigido al condensador, donde es transformado en líquido, para ser dirigido a continuación a través de una válvula de expansión al evaporador donde se transforma nuevamente en vapor de agua. En el caso de las disoluciones H20/NH3 y UNO3/NH3, el proceso es similar ya que la separación 20 total del refrigerante se produce en una columna o torre de rectificación.
El recuperador de calor es preferentemente un intercambiador de placas con soldadura de cobre, en el caso de las disoluciones de L¡Br/H20, y transfiere el calor de la disolución caliente y concentrada que sale del generador a la 25 disolución diluida y fría que viene del absorbedor, precalentándola, antes de ser alimentada al generador.
La disolución caliente y concentrada procedente del generador atraviesa el recuperador y reduce su presión en una válvula reductora situada entre el 30 recuperador y el absorbedor, para entrar en el absorbedor a una presión inferior. El absorbedor comprende un tanque de almacenamiento, una batería de pulverizadores situada en el interior del tanque de almacenamiento por la que pasa la disolución caliente y concentrada para su rociadura en el interior del tanque donde al contacto con el vapor de agua procedente del evaporador se diluye, un intercambiador de calor, en el exterior del tanque de almacenamiento y preferentemente aleteado, que enfría la disolución diluida, una bomba de recirculación que aspira la disolución diluida del tanque de almacenamiento y la impulsa al intercambiador de calor desde el que sale la disolución diluida enfriada retornando a la batería de pulverizadores en un proceso continuo de recirculación potenciando el incremento de transferencia de masa y calor. Esta bomba de recirculación también suministra disolución diluida al generador a través del recuperador de calor donde se precalienta antes de entrar al generador, donde la disolución vuelve a concentrarse. El absorbedor transmite el calor de absorción de la disolución directamente al aire atmosférico, a través del intercambiador de calor.
La unidad interior comprende: - al menos una válvula de expansión que conecta el condensador con un evaporador de expansión directa a través de un conducto por donde pasa el refrigerante líquido a alta presión. En la válvula de expansión se reduce la presión y la temperatura hasta los valores de operación del evaporador. El refrigerante en fase líquida y vapor pasa a un receptor del refrigerante que lo suministra al evaporador que a su vez comprende
- un distribuidor de refrigerante líquido,
- un intercambiador de calor agua-aire,
- un colector de vapor de agua, amoniaco, etc. integrado en el intercambiador de calor agua-aire,
- un ventilador que aspira el aire del recinto a climatizar y lo impulsa frío mezclándolo con el aire caliente del recinto. La unidad exterior se encuentra separada de la unidad interior y ambas se encuentran conectadas por dos conductos, el conducto anteriormente descrito por donde pasa el refrigerante líquido a alta presión y un conducto que transporta el refrigerante vapor desde el evaporador de la unidad interior a la unidad exterior una vez que dicho refrigerante ha sido evaporado.
Por tanto, el objeto de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención es trabajar con disoluciones L¡Br/H20, H20/NH3, UNO3/NH3 o similares configurando una máquina aire-aire, donde el frío se produce directamente en el recinto que se desea climatizar sin la necesidad de bombas de impulsión y fancoils de los sistemas indirectos que aumentan el consumo de electricidad de los componentes auxiliares y elevan el coste de la máquina. Existen vanantes para una máquina frigorífica de absorción de doble efecto, de simple y doble efecto construida en una unidad, de triple efecto y de simple y triple efecto construida en una unidad, tal y como se describirá en la realización preferente de la invención. Al encontrarse separados el evaporador dispuesto en la unidad interior y el absorbedor dispuesto en la unidad exterior una distancia de al menos 1 m entre ejes, preferentemente entre 1 y 2 m o mayor que 2 m, la máquina es de tipo split. Esta distancia podría aumentarse en función de la aplicación y de la disolución. De esta manera, el refrigerante líquido producido en el condensador es transportado una cierta distancia hasta el evaporador y una vez evaporado retorna hasta la aspiración del absorbedor que coincide con la aspiración del compresor térmico, que está formado por el absorbedor, la bomba de recirculación-generador, el generador de refrigerante, el recuperador de calor y la válvula reductora de presión, sin que exista otro sistema mecánico intermedio entre el condensador y la aspiración del compresor, para recuperarlo y reiniciar el ciclo. A la salida del compresor térmico, es decir, a la salida del generador, el refrigerante se encuentra en fase de vapor, recalentado, que se alimenta al condensador, para transformarlo en líquido y suministrarlo a la válvula de expansión.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención cuando es del tipo de simple efecto.
Figura 2 - Muestra un esquema del evaporador de expansión directa de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención para configurar una máquina de absorción de pequeña potencia de doble efecto.
Figura 3.- Muestra un esquema del evaporador de expansión directa de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención para configurar una máquina de absorción de pequeña potencia de simple y doble efecto construida en una unidad.
Figura 4.- Muestra un esquema del evaporador de expansión directa de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención para configurar una máquina de absorción de pequeña potencia de triple efecto.
Figura 5.- Muestra un esquema del evaporador de expansión directa de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención para configurar una máquina de absorción de pequeña potencia de simple y triple efecto construida en una unidad. Figura 6.- Muestra un gráfico donde se muestra la evolución temporal de la temperatura del aire a la salida del condensador y la temperatura exterior de bulbo seco de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención cuando es del tipo de simple efecto.
Figura 7.- Muestra un gráfico donde se muestra la evolución temporal de la potencia suministrada al generador de simple efecto de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención. Figura 8.- Muestra un gráfico donde se muestra la evolución temporal de las temperaturas en el generador de simple efecto de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención.
Figura 9.- Muestra un gráfico donde se muestra la evolución temporal de la temperatura del aire frió a la salida del evaporador y la temperatura del aire de la habitación a la entrada del evaporador donde se instala la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención cuando es del tipo de simple efecto. Figura 10.- Muestra un gráfico donde se muestra la evolución temporal de la temperatura de la habitación adyacente no climatizada y la temperatura de la habitación climatizada donde se instala la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención cuando es del tipo de simple efecto. Figura 1 1.- Muestra un gráfico donde se muestra la evolución temporal de la temperatura de presión absoluta del evaporador y de la temperatura de salida de la válvula de expansión de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención cuando es del tipo de simple efecto. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con el esquema mostrado en la figura 1 , la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia de la presente invención, de simple efecto con una disolución de bromuro de litio para esta realización preferente comprende una unidad exterior (200) y una unidad interior (100). La unidad exterior (200) comprende:
- un generador de refrigerante (1 ) que dispone de una cámara de calentamiento (2) adaptado para calentar una disolución de bromuro de litio-agua que incluye un separador de vapor de agua (no representado),
- un absorbedor (3) que comprende: un tanque de almacenamiento (4) , una batería de pulverizadores (5) situada en el interior del tanque de almacenamiento (4) por la que pasa la disolución caliente y concentrada que es proyectada después en el interior del tanque de almacenamiento (4) para su dilución, un intercambiador de calor (6) en el exterior del tanque de almacenamiento (4) que enfría la disolución diluida, una bomba de recirculación-generador (7) que aspira la disolución diluida del tanque de almacenamiento (4) y la impulsa al generador (1 ), para su concentración y al intercambiador de calor (6) desde el que sale la disolución diluida enfriada retornando a la batería de pulverizadores (5) en un proceso continuo de recirculación, y
- un recuperador de calor (9) situado entre el generador (1 ) y el absorbedor (3) en el que se transfiere el calor de la disolución caliente y concentrada que sale del generador (1 ) a la disolución diluida y fría que viene del absorbedor (3), precalentándola, antes de ser alimentada al generador (1 ) ,
- una válvula reductora de presión (10) situada entre el recuperador de calor (9) y el absorbedor (3),
- un condensador (1 1 ) conectado con el generador (1 ) que condensa el vapor de agua producido en el generador (1 ),
conectado con el evaporador (12) adaptado para introducir vapor de agua en el absorbedor (3).
En el caso de utilizar una disolución de agua-amoniaco, el separador de vapor es sustituido por una columna de fraccionamiento. En un primer ejemplo de realización mostrado en la Figura 1 , la unidad interior (100) comprende:
- una válvula de expansión (13) que conecta el condensador (1 1 ) con un evaporador (12) a través de un conducto (101 ) por donde pasa el refrigerante líquido a alta presión por medio de un receptor del refrigerante (102) en fase líquida y en fase vapor a baja presión, donde en la válvula de expansión (13) se reduce la presión y la temperatura hasta los valores de operación del evaporador (12): que como un ejemplo, no exhaustivo, puede pueden ser los siguientes: una presión entre 10 y 15 mbar y una temperatura entre 10 °C y 15 °C para una disolución de L¡Br/H20, y una presión entre 1 ,5 y 5 bar y una temperatura entre -25 °C y 15 °C para las disoluciones H20/NH3 y UNO3/NH3. Como consecuencia se produce una evaporación parcial del refrigerante. Los valores de presión en el condensador están entre 10 y 20 bar, aproximadamente, para las disoluciones de H20/NH3 y UNO3/NH3, y entre 0,05 y 0, 15 bar, aproximadamente, para la disolución de L¡Br/H20.
El evaporador (12) es un evaporador de expansión directa que comprende:
- un distribuidor de refrigerante líquido (103).
- un intercambiador de calor agua-aire (104) que comprende un conjunto de tubos aleteados.
- un colector de vapor de agua, amoniaco, etc. (105) integrado en el evaporador (12), configurando de esta manera una maquina de absorción de expansión directa de simple efecto aplicable a cualquier disolución que se utilice como fluido de trabajo, entre las que se encuentran bromuro de litio-agua (L¡Br/H20), agua- amoniaco (H20/NH3); nitrato de litio-amoniaco (L¡N03/H20), o cualquier otra que necesite una válvula de expansión (13).
El refrigerante en fase líquida y en fase vapor a baja presión se separa en el receptor del refrigerante (102), donde el vapor se dirige al colector de vapor (105) mientras que el líquido se transporta hasta el distribuidor de refrigerante líquido (103) que lo alimenta al evaporador (12).
En el evaporador (12), el H20 o NH3 que actúan como refrigerante dependiendo de la disolución y que son alimentados por el distribuidor (103), circula por el interior de los tubos, donde el fluido exterior es el aire de la habitación o recinto a refrigerar (18) que circula por el exterior de los tubos, enfriándose como consecuencia de la baja temperatura producida por la evaporación del refrigerante a baja presión en el interior de los tubos. Los tubos son aleteados para aumentar el área de transferencia de calor. El vapor producido en el interior de los tubos pasa al colector de vapor (105).
Para enfriar el aire de la habitación o del recinto a refrigerar (18) se utiliza un ventilador (107) que aspira aire caliente de la habitación y lo impulsa a través de la superficie exterior de los tubos y de las aletas del intercambiador de calor. El aire se enfría y se mezcla con el aire caliente de la habitación o recinto a refrigerar (18) bajando su temperatura y manteniendo la temperatura interior de confort. En un segundo ejemplo de realización mostrado en la Figura 2, donde la disolución es de bromuro de litio-agua (L¡Br/H20) o una disolución con propiedades físicas (presión y temperatura) similares, la unidad interior (100) comprende los elementos descritos para el primer ejemplo de realización, pero donde el evaporador (12) trabaja con refrigerante procedente de dos válvulas de expansión (23, 24), una primera válvula de expansión (23) que alimenta refrigerante procedente de un generador de baja presión (no mostrado) y una segunda válvula de expansión (24) que alimenta refrigerante procedente de un generador de alta presión (no mostrado), configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de doble efecto.
En un tercer ejemplo de realización mostrado en la Figura 3, donde la disolución es de bromuro de litio-agua (L¡Br/H20) o una disolución con propiedades físicas (presión y temperatura) similares, la unidad interior (100) comprende los elementos descntos para el primer ejemplo de realización, pero donde el evaporador (12) trabaja con refrigerante procedente de tres válvulas de expansión (33, 34, 35), una primera válvula de expansión (33) que alimenta refrigerante procedente de un generador de simple efecto (no mostrado), una segunda válvula de expansión (34) que alimenta refrigerante procedente de un generador de doble efecto de baja presión (no mostrado) y una tercera válvula de expansión (35) que alimenta refrigerante procedente de un generador de doble efecto de alta presión (no mostrado), configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de simple y doble efecto construida en una unidad.
En un cuarto ejemplo de realización mostrado en la Figura 4, donde la disolución es de bromuro de litio-agua (L¡Br/H20) o una disolución con propiedades físicas (presión y temperatura) similares, la unidad interior (100) comprende los elementos descritos para el primer ejemplo de realización, pero donde el evaporador (12) trabaja con refrigerante procedente de tres válvulas de expansión (43, 44, 45), una primera válvula de expansión (43) que alimenta refrigerante procedente de un generador de baja presión (no mostrado), una segunda válvula de expansión (44) que alimenta refrigerante procedente de un generador de media presión (no mostrado) y una tercera válvula de expansión (45) que alimenta refrigerante procedente de un generador de alta presión (no mostrado), configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de triple efecto. En un quinto ejemplo de realización mostrado en la Figura 5, donde la disolución es de bromuro de litio-agua (L¡Br/H20) o una disolución con propiedades físicas (presión y temperatura) similares, la unidad interior (100) comprende los elementos descritos para el primer ejemplo de realización, pero donde el evaporador (12) trabaja con refrigerante procedente de cuatro válvulas de expansión (53, 54, 55, 56), una primera válvula de expansión (53) que alimenta refrigerante procedente de un generador de simple efecto (no mostrado), una segunda válvula de expansión (54) que alimenta refrigerante procedente de un generador de triple efecto de baja presión (no mostrado), una tercera válvula de expansión (55) que alimenta refrigerante procedente de un generador de triple efecto de media presión (no mostrado) y una cuarta válvula de expansión (56) que alimenta refrigerante procedente de un generador de triple efecto de alta presión (no mostrado), configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de simple y triple efecto construida en una unidad.
La máquina de absorción comprende además un conducto de refrigerante vapor (106) que une la unidad interior (100) con la unidad exterior (200) para introducir vapor de agua en el absorbedor (3).
El intercambiador de calor (6) de la máquina de absorción es un intercambiador disolución-aire, como se representa en la figura 1 con un ventilador (16) asociado a dicho intercambiador, aunque también se contempla que manteniendo las particularidades descritas en el párrafo anterior el intercambiador de calor (6) pueda ser del tipo disolución-agua.
El ventilador (16) del intercambiador de calor disolución-aire (6) puede ser el mismo que el ventilador (16) que enfría el condensador (1 1 ), tal y como se observa en la figura 1 .
El generador (1 ) puede incorporar en la cámara de calentamiento (2) un intercambiador de calor (no mostrado) y/o asociado a la cámara de calentamiento puede disponer de un quemador de combustible fósil (no mostrado).
EJEMPLO En las Figuras 6 a 1 1 se muestra un ejemplo de aplicación de la máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia cuando es del tipo de simple efecto, donde la potencia suministrada al generador de simple efecto es de 17, 37 kWh al día, donde se observa que la potencia media suministrada se encuentra entre 3 y 4 kW.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia para su uso en instalaciones de climatización o refrigeración que comprende una disolución de trabajo caracterizado por que comprende una unidad exterior (200) y una unidad interior (100),
donde la unidad exterior (200) comprende:
- un absorbedor (3) capaz de mantener bajas la presión y la temperatura de evaporación cuando la temperatura exterior es alta, enfriado directamente por aire exterior o por agua, que lleva a cabo procesos separados de transferencia de calor y masa,
- un condensador (1 1 ) enfriado directamente por aire exterior,
- al menos un generador de refrigerante (1 ), y
- un recuperador de calor (9), y
donde la unidad interior comprende:
- al menos una válvula de expansión (13, 23, 24, 33, 34, 35, 43, 44, 45, 53, 54, 55, 56) que conecta el condensador con un evaporador (12) de expansión directa a través de un conducto por donde pasa el refrigerante líquido a alta presión por medio de un receptor del refrigerante en fase líquida y en fase vapor, donde en la válvula de expansión (13, 23, 24, 33, 34, 35, 43, 44, 45, 53, 54, 55, 56) se reduce la presión y la temperatura hasta los valores de operación del evaporador (12) que a su vez comprende
- un distribuidor (103) de refrigerante líquido,
- un intercambiador (104) de calor agua-aire,
- un colector de vapor de agua o amoniaco (105) integrado en el evaporador (12),
- un ventilador (107) que aspira el aire del recinto a climatizar y lo impulsa frío mezclándolo con el aire caliente del recinto,
donde la unidad exterior (200) se encuentra separada de la unidad interior (100) y ambas se encuentran conectadas por dos conductos, un conducto (1 10) por donde pasa el refrigerante líquido a alta presión desde el condensador (1 1 ) al evaporador (12) y un conducto (106) que transporta el refrigerante vapor desde el evaporador de la unidad interior (100) a la unidad exterior (200) una vez que dicho refrigerante ha pasado por el evaporador (12).
2. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según reivindicación 1 caracterizada por que la separación entre el evaporador (12) dispuesto en la unidad interior (100) y el absorbedor (3) dispuesto en la unidad exterior (200) es de al menos 1 m entre ejes
3. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según reivindicación 2 caracterizada por que la separación entre el evaporador (12) dispuesto en la unidad interior (100) y el absorbedor (3) dispuesto en la unidad exterior (200) es de 1 a 2 m.
4. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia caracterizado según reivindicación 3 caracterizada por que la separación entre el evaporador (12) dispuesto en la unidad interior (100) y el absorbedor (3) dispuesto en la unidad exterior (200) es mayor de 2 m.
5. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por que la unidad interior (100) comprende dos válvulas de expansión (23, 24), una primera válvula de expansión (23) que alimenta refrigerante procedente de un generador de baja presión y una segunda válvula de expansión (24) que alimenta refrigerante procedente de un generador de alta presión, configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de doble efecto.
6. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada por que la unidad interior (100) comprende tres válvulas de expansión (33, 34, 35), una primera válvula de expansión (33) que alimenta refrigerante procedente de un generador de simple efecto, una segunda válvula de expansión (34) que alimenta refrigerante procedente de un generador de doble efecto de baja presión y una tercera válvula de expansión (35) que alimenta refrigerante procedente de un generador de doble efecto de alta presión, configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de simple y doble efecto construida en una unidad.
7. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada por que la unidad interior (100) comprende tres válvulas de expansión (43, 44, 45), una pnmera válvula de expansión (43) que alimenta refrigerante procedente de un generador de baja presión, una segunda válvula de expansión (44) que alimenta refrigerante procedente de un generador de media presión y una tercera válvula de expansión (45) que alimenta refrigerante procedente de un generador de alta presión, configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de triple efecto.
8. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada por que la unidad interior (100) comprende cuatro válvulas de expansión (53, 54, 55, 56), una pnmera válvula de expansión (53) que alimenta refrigerante procedente de un generador de simple efecto, una segunda válvula de expansión (54) que alimenta refrigerante procedente de un generador de triple efecto de baja presión, una tercera válvula de expansión (55) que alimenta refrigerante procedente de un generador de triple efecto de media presión y una cuarta válvula de expansión (56) que alimenta refrigerante procedente de un generador de triple efecto de alta presión, configurando de esta manera una máquina de absorción de expansión directa de simple y triple efecto construida en una unidad.
9. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada por que la disolución de trabajo es L¡Br/H20.
10. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada por que la disolución de trabajo es H20/NH3
Figure imgf000020_0001
1 1. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que la potencia de la máquina es menor de 15 kW.
12. Máquina frigorífica de absorción de pequeña potencia según reivindicación 1 1 caracterizado por que la potencia media suministrada de la máquina está entre 3 y 4 kW.
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