ES2324884T3 - Dispositivo de intercambio y de transferencia termica, especialmente para un vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de intercambio y de transferencia térmica del tipo que comprende un conjunto (12) evaporador/absorbedor unido a un circuito de circulación de una mezcla binaria que comprende un primer fluido denominado frigorígeno y un segundo fluido denominado absorbente, siendo evaporado el fluido frigorígeno líquido en una parte de evaporador del conjunto (12) y después absorbido en una parte de absorbedor del conjunto (12) por la mezcla rica en fluido absorbente, caracterizado por que el conjunto (12) evaporador/absorbedor comprende: - al menos dos superficies de referencia (E, A) enfrentadas, sensiblemente planas y paralelas entre sí, que delimitan dos masas que forman, respectivamente, órganos de evaporador (14) y de absorbedor (18), - medios (16) de aprovisionamiento del fluido frigorígeno líquido a la superficie de referencia (E) del órgano de evaporador (14) y - medios (20) de aprovisionamiento de la mezcla rica en fluido absorbente a la superficie de referencia (A) del órgano de absorbedor (18), siendo al menos una masa que forma uno de los órganos de evaporador (14) y de absorbedor (18) de material poroso, de modo que el órgano de evaporador (14) o de absorbedor (18) que comprende esta masa porosa está delimitado por dos superficies porosas, que forman una de las superficies de referencia (E, A) y una de las superficies (E'', A'') opuestas a esta superficie de referencia.
Description
Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica, especialmente para un vehículo automóvil.
En el estado de la técnica se conoce ya,
especialmente por el documento WO 01/18463, un dispositivo de
intercambio y de transferencia térmica del tipo que comprende un
conjunto evaporador/absorbedor unido a un circuito de circulación
de una mezcla binaria que comprende un primer fluido denominado
frigorígeno y un segundo fluido denominado absorbente, siendo
evaporado el fluido frigorígeno en una parte de evaporador del
conjunto y después absorbido en una parte de absorbedor del
conjunto por la mezcla rica en fluido absorbente.
Un dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica del tipo antes citado permite, especialmente, producir frío
utilizando una fuente de calor cuya temperatura puede ser
relativamente baja.
La mezcla binaria puede comprender agua y
bromuro de litio, formando el agua en este caso el fluido
frigorígeno, o bien amoníaco y agua, formando el amoníaco en este
caso el fluido frigorígeno.
Además del conjunto evaporador/absorbedor, un
dispositivo de intercambio y de transferencia térmica del tipo
antes citado comprende habitualmente un conjunto
generador/condensador.
La parte de generador, denominada también parte
de desorbedor, separa el fluido frigorígeno del fluido absorbente.
En efecto, en la parte de generador, la mezcla binaria es calentada
con el fin de provocar la vaporización de una parte del fluido
frigorígeno que está disuelto en ella (desorción del fluido
frigorígeno). Así pues, a la salida de la parte de generador, se
obtiene vapor de fluido frigorígeno y una mezcla líquida empobrecida
en fluido frigorígeno (rica en fluido absorbente). Este vapor de
fluido frigorígeno es condensado en la parte de condensador.
En el conjunto evaporador/absorbedor, el fluido
frigorígeno líquido que proviene de la parte de condensador se
vaporiza, en la parte de evaporador, y se disuelve después en la
mezcla (líquida) empobrecida en fluido frigorígeno, en la parte de
absorbedor.
Ahora bien, en un conjunto evaporador/absorbedor
clásico, los medios de canalización del fluido frigorígeno
vaporizado desde la parte de evaporador hasta la parte de absorbedor
generan habitualmente un aumento de presión del fluido frigorígeno
vaporizado que limita el rendimiento del dispositivo de intercambio
y de transferencia térmica.
En la parte de evaporador, es conocido vaporizar
el fluido frigorígeno líquido que proviene de la parte de
condensador por medio de al menos un primer pulverizador. Por otra
parte, en la parte de absorbedor, es conocido vaporizar la mezcla
empobrecida en fluido frigorígeno por medio de al menos un segundo
pulverizador. Los pulverizadores forman gotas que aumentan las
superficies de contacto de los fluidos y que favorecen la absorción
de la mezcla empobrecida en fluido frigorígeno (por tanto, rica en
fluido absorbente).
Así, clásicamente, un conjunto
evaporador/absorbedor comprende pulverizadores destinados a
vaporizar el fluido frigorígeno líquido y la mezcla líquida
empobrecida en fluido frigorígeno.
Sin embargo, en un dispositivo de intercambio y
de transferencia térmica provisto de un conjunto
evaporador/absor-
bedor del tipo de pulverizadores, la relación rendimiento/volumen es muy baja.
bedor del tipo de pulverizadores, la relación rendimiento/volumen es muy baja.
Además, si se instala en un vehículo un
dispositivo de intercambio y de transferencia térmica provisto de
un conjunto evaporador/absorbedor del tipo de pulverizadores, los
chorros de fluidos procedentes de estos pulverizadores son
susceptibles de ser perturbados por las aceleraciones o las
inclinaciones del vehículo, al menos cuando estas aceleraciones se
hace según ciertas direcciones, con el riesgo de provocar una mezcla
intempestiva del fluido frigorígeno y de la mezcla empobrecida en
fluido frigorígeno. El documento
DE-A-469 735 describe un
dispositivo de intercambio y de transferencia térmica tal como el
reivindicado por el preámbulo de la reivindicación 1.
La invención tiene especialmente por objeto
proponer un dispositivo de intercambio y de transferencia térmica
del tipo antes citado, susceptible de ser instalado en un vehículo
automóvil, que comprenda un conjunto evaporador/absorbedor fiable
en el que el flujo de fluido frigorígeno vaporizado sea poco
sensible a los aumentos de presión y cuyo funcionamiento sea poco
sensible a las aceleraciones e inclinaciones del vehículo.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un
dispositivo de intercambio y de transferencia térmica de acuerdo
con las características de la reivindicación 1.
Gracias a esta disposición, la velocidad de
transferencia del fluido frigorígeno vaporizado entre las
superficies de referencia de los órganos de evaporador y de
absorbedor es relativamente baja de manera que la presión del flujo
de fluido frigorígeno vaporizado no aumenta de modo perjudicial en
el transcurso de esta transferencia. Además, el flujo de fluido
frigorígeno líquido igual que el flujo de mezcla empobrecida en
fluido frigorígeno son relativamente poco sensibles a las
aceleraciones e inclinaciones del vehículo.
Además, la invención permite realizar un
dispositivo de intercambio y de transferencia térmica sin
pulverizador que tenga una relación rendimiento/volumen
relativamente elevada.
Otras características opcionales de este
dispositivo de regulación térmica son reivindicadas por las
reivindicaciones 2 a 16.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y
hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática en alzado
de un conjunto evaporador/absorbedor de un dispositivo de
intercambio y de transferencia térmica de acuerdo con la
invención;
- la figura 2 es una vista esquemática desde
arriba del conjunto evaporador/absorbedor representado en la figura
1;
- la figura 3 es una vista del conjunto
evaporador/absorbedor según la flecha 3 de la figura 2.
En las figuras se ha representado un dispositivo
de intercambio y de transferencia térmica, de acuerdo con la
invención, designado por la referencia general 10. En el ejemplo
descrito, el dispositivo de regulación térmica 10 está destinado a
ser instalado en el interior de un vehículo automóvil.
El dispositivo de regulación térmica 10
comprende un circuito clásico de circulación de una mezcla binaria,
en sí conocido. Esta mezcla binaria comprende un primer fluido
denominado frigorígeno y un segundo fluido denominado
absorbente.
El dispositivo de regulación térmica 10
comprende un conjunto generador/condensador clásico (no
representado) y un conjunto 12 evaporador/absorbedor representado
en las figuras. Estos dos conjuntos están conectados de modo en sí
conocido al circuito de circulación de la mezcla binaria.
De acuerdo con un funcionamiento clásico, el
fluido frigorígeno sale en forma líquida de la parte de condensador
del conjunto generador/condensador y la mezcla líquida empobrecida
en fluido frigorígeno (por tanto, rica en fluido absorbente)
alimenta la parte de absorbedor del conjunto 12
evaporador/absorbedor.
El fluido frigorígeno líquido que sale de la
parte de condensador es evaporado en la parte de evaporador del
conjunto 12 evaporador/absorbedor. A continuación, el fluido
frigorígeno vaporizado es absorbido por la mezcla rica en fluido
absorbente en la parte de absorbedor del conjunto 12
evaporador/absorbedor.
Refiriéndose a las figuras, se ve que la parte
de evaporador del conjunto 12 comprende al menos un órgano de
evaporador 14 provisto de una masa de evaporador 16 y que la parte
de absorbedor del conjunto 12 comprende al menos un órgano 18 de
absorbedor provisto de una masa de absorbedor 20.
El conjunto 12 evaporador/absorbedor comprende
dos superficies enfrentadas E, A que delimitan, respectivamente,
las masas 16, 20 de evaporador y de absorbedor.
La masa 16 de evaporador está delimitada
igualmente por una superficie E' opuesta a la superficie E
precedente.
Asimismo, la masa de absorbedor 20 está
delimitada igualmente por una superficie A' opuesta a la superficie
A precedente.
Preferentemente, las superficies E, A
enfrentadas son sensiblemente planas y paralelas entre sí, igual que
las superficies E' y A'. La distancia entre las superficies
opuestas E, E' o A, A' corresponde al espesor de las masas 16, 20,
es decir, en el ejemplo descrito, el espesor de los órganos 14,
18.
La distancia media entre las superficies
enfrentadas E, A será determinada por el especialista en la materia
de modo que se evite todo lo posible que el fluido frigorígeno
líquido que proviene de la parte de condensador y la mezcla rica en
fluido absorbente se mezclen.
Las áreas de las superficies enfrentadas serán
determinadas por el especialista en la materia de modo que la
velocidad del fluido frigorígeno vaporizado entre las superficies
enfrentadas E, A sea muy netamente inferior a las velocidades de
compresibilidad de los gases (mach 0,8).
Preferentemente, la masa 16 de evaporador forma
medios de aprovisionamiento del fluido frigorígeno líquido (primer
líquido) a la superficie E del órgano de evaporador 14 y la masa 20
de absorbedor forma medios de aprovisionamiento de la mezcla rica
en fluido absorbente (segundo líquido) a la superficie A del órgano
de absorbedor 18.
A tal efecto, cada masa 16, 20 es de material de
textura que favorece la repartición del fluido frigorígeno líquido
o de la mezcla rica en fluido absorbente sobre la superficie E,
A.
En el ejemplo descrito, las masas 16, 20 de
evaporador y de absorbedor son porosas y comprenden,
preferentemente, fibras o una espuma de células abiertas.
Así, cada órgano 14, 18 de evaporador y de
absorbedor está delimitado por dos superficies opuestas porosas
correspondientes a las superficies E, E', A, A', de manera que estos
órganos son permeables al fluido frigorígeno en forma de vapor
especialmente según su espesor.
El esparcimiento y la repartición homogénea de
los líquidos sobre las superficies E, A enfrentadas pueden ser
favorecidos, igualmente, previendo relieves o motivos, huecos o en
saliente, en estas superficies E, A.
Se aprovechará, así, la porosidad de las masas
16, 20 y la presencia de relieves o motivos para optimizar el
carácter hidrófilo de las superficies E, A enfrentadas.
Eventualmente, cada superficie E, A puede
presentar una característica geométrica que optimice su área. Así,
las áreas de las superficies E, A pueden ser optimizadas eligiendo
superficies E, A de forma general ondulada o almenada.
El material de cada masa 16, 20 tiene,
preferentemente, una conductividad térmica superior o igual a 10
W/mK. Un material de este tipo puede ser de metal o de
cerámica.
Preferentemente, el órgano de evaporador 14 está
acoplado térmicamente a un primer circuito de fluido caloportador
que circula en el interior del vehículo automóvil, denominado fluido
de regulación externa. Este fluido de regulación externa está
destinado a tomar frigorías del órgano de evaporador 14, por ejemplo
para enfriar un espacio o un órgano del vehículo.
Como puede verse en la figura 2, en la masa 16
de evaporador están practicados canales 22 para el paso del fluido
de regulación externa.
Preferentemente, igualmente, el órgano de
absorbedor 18 está acoplado térmicamente a un segundo circuito de
fluido caloportador que circula en el interior del vehículo
automóvil, denominado fluido de regulación interna. Este fluido de
regulación interna está destinado a tomar calorías del órgano de
absorbedor 18 especialmente para optimizar el funcionamiento del
conjunto 12 evaporador/absorbedor.
Como puede verse en la figura 2, en la masa 20
de absorbedor están practicados canales 24 para el paso del fluido
de regulación interna.
Se observará que el conjunto 12
evaporador/absorbedor comprende medios 26, 28 que comprenden, por
ejemplo, depósitos y canales, para la recuperación selectiva,
especialmente por gravedad, por una parte, del fluido frigorígeno
líquido que sale del órgano de evaporador 14 y, por otra, de la
mezcla rica en fluido absorbente que sale del órgano de absorbedor
18. Los medios 26, 28 evitan, así, la mezcla intempestiva del fluido
frigorígeno líquido con la mezcla rica en fluido absorbente.
En su caso, el conjunto 12 evaporador/absorbedor
puede comprender varios órganos 14, 18, por ejemplo en número de
cinco, que forman órganos, tanto de evaporador 14, como de
absorbedor 18, dispuestos en alternancia.
Preferentemente, como está representado en la
figura 3, entre las superficies de referencia E, A, están
intercalados medios 30 de reenvío de la mezcla rica en fluido
absorbente hacia la superficie A del órgano de absorbedor 18.
En el ejemplo descrito, los medios de reenvío 30
comprenden paredes 32 de reenvío orientadas de modo que favorecen
la circulación por gravedad de la mezcla rica en fluido absorbente
hacia la superficie de referencia A del órgano de absorbedor 18.
Estas paredes 32 son llevadas por la masa 20 de absorbedor u otro
soporte del dispositivo 10.
En el ejemplo descrito, se observará que las
paredes de reenvío 32 son sensiblemente paralelas entre sí y están
inclinadas en pendiente descendente de la superficie E de evaporador
hacia la superficie A de absorbedor.
A continuación se describirán algunos aspectos
del funcionamiento del dispositivo de regulación térmica 10
relacionados con la invención.
En la figura 1, se ha representado un conducto
30 que forma medios de aprovisionamiento de la masa porosa 16 de
evaporador de fluido frigorígeno líquido que proviene de la parte de
condensador del conjunto generador/condensador. Este conducto 30
está dispuesto con respecto a la masa porosa 16 de evaporador de
modo que permite una circulación del fluido frigorígeno líquido a
través de esta masa porosa 16.
El fluido frigorígeno es llevado por capilaridad
a toda la superficie E del órgano de evaporador 14.
Medios de aprovisionamiento análogos a los del
fluido frigorígeno líquido permiten la circulación de la mezcla
enriquecida en fluido absorbente a través de esta masa porosa 20 de
absorbedor.
Así, la mezcla enriquecida en fluido absorbente
es llevada por capilaridad a toda la superficie A del órgano de
absorbedor 18.
Se observará que la porosidad de las masas 16,
20 permite beneficiarse de superficies activas relativamente
importantes.
Se observará, además, que las dos superficies
opuestas porosas E, E', A, A' de cada órgano de evaporador 14 y/o
de absorbedor 18 favorecen la circulación del fluido frigorígeno en
forma de vapor. Esta circulación de fluido frigorígeno en forma de
vapor es, en efecto, más eficaz cuando las superficies E', A' son
porosas más bien que obturadas por eventuales placas destinadas por
ejemplo a formar soportes de las masas porosas.
En variante, puede haber otros medios de
aprovisionamiento de líquido a las masas 16, 20, en particular
medios que permitan mojar las superficies activas de estas masas
16, 20.
El fluido frigorígeno líquido que circula sobre
la superficie E se evapora de manera que crea una circulación de
vapor de fluido frigorígeno entre las superficies enfrentadas E, A
de los órganos de evaporador 14 y de absorbedor 18.
La evaporación del fluido frigorígeno genera
frigorías en la parte de evaporador susceptibles de ser tomadas por
el fluido de regulación externa para enfriar un espacio o un órgano
del vehículo.
Al llegar a la superficie A del órgano de
absorbedor 18, el fluido frigorígeno en forma de vapor es absorbido
por la mezcla rica en fluido absorbente.
La absorción del vapor de fluido frigorígeno por
la mezcla rica en fluido absorbente genera calorías en la parte de
absorbedor susceptibles de ser tomadas por el fluido de regulación
interna para optimizar el funcionamiento del conjunto 12
evaporador/absorbedor.
Se observará que, siendo relativamente grandes y
estando próximas una a otra las superficies enfrentadas E, A de los
órganos de evaporador y de absorbedor, las velocidades de
transferencia entre estas superficies del vapor de fluido
frigorígeno son relativamente bajas, homogéneas, incluso
unidireccionales, de manera que las pérdidas de cargas son
despreciables en el transcurso de esta transferencia.
Finalmente, se observará que la utilización de
varios órganos de evaporador y de absorbedor dispuestos en serie de
modo alterno permite realizar un conjunto evaporador/absorbedor
relativamente poco voluminoso.
Claims (16)
1. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica del tipo que comprende un conjunto (12)
evaporador/ab-
sorbedor unido a un circuito de circulación de una mezcla binaria que comprende un primer fluido denominado frigorígeno y un segundo fluido denominado absorbente, siendo evaporado el fluido frigorígeno líquido en una parte de evaporador del conjunto (12) y después absorbido en una parte de absorbedor del conjunto (12) por la mezcla rica en fluido absorbente, caracterizado por que el conjunto (12) evaporador/absorbedor comprende:
sorbedor unido a un circuito de circulación de una mezcla binaria que comprende un primer fluido denominado frigorígeno y un segundo fluido denominado absorbente, siendo evaporado el fluido frigorígeno líquido en una parte de evaporador del conjunto (12) y después absorbido en una parte de absorbedor del conjunto (12) por la mezcla rica en fluido absorbente, caracterizado por que el conjunto (12) evaporador/absorbedor comprende:
- al menos dos superficies de referencia (E, A)
enfrentadas, sensiblemente planas y paralelas entre sí, que
delimitan dos masas que forman, respectivamente, órganos de
evaporador (14) y de absorbedor (18),
- medios (16) de aprovisionamiento del fluido
frigorígeno líquido a la superficie de referencia (E) del órgano de
evaporador (14) y
- medios (20) de aprovisionamiento de la mezcla
rica en fluido absorbente a la superficie de referencia (A) del
órgano de absorbedor (18),
siendo al menos una masa que forma uno de los
órganos de evaporador (14) y de absorbedor (18) de material poroso,
de modo que el órgano de evaporador (14) o de absorbedor (18) que
comprende esta masa porosa está delimitado por dos superficies
porosas, que forman una de las superficies de referencia (E, A) y
una de las superficies (E', A') opuestas a esta superficie de
referencia.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado
por que comprende medios (30) de reenvío de la mezcla rica en fluido
absorbente hacia la superficie de referencia (A) del órgano de
absorbedor (18), estando estos medios de reenvío (30) intercalados
entre las superficies de referencia (E, A).
3. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado
por que los medios de reenvío (30) comprenden al menos una pared de
reenvío (32) orientada de modo que favorece la circulación por
gravedad de la mezcla rica en fluido absorbente hacia la superficie
de referencia (A) del órgano de absorbedor (18).
4. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado por que el conjunto (12) de
evaporador/absorbedor comprende varios órganos, por ejemplo en
número de cinco, que forman órganos, tanto de evaporador (14), como
de absorbedor (18), dispuestos en alternan-
cia.
cia.
5. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado por que el material poroso
comprende una espuma o fibras celulares.
6. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado por que la superficie de
referencia (E) del órgano de evaporador (14) delimita una masa
prosa (16) de evaporador que forma los medios de aprovisionamiento
del fluido frigorígeno líquido.
7. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado por que la superficie de
referencia (A) del órgano de absorbedor (18) delimita una masa
porosa de absorbedor que forma los medios (20) de aprovisionamiento
de la mezcla rica en fluido absorbente.
8. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado por que al menos una de las
superficies de referencia (E, A) delimita una masa de material de
conductividad térmica superior o igual a 10 W/mk, especialmente de
metal o de cerámica.
9. Dispositivo de intercambio y de transferencia
térmica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado por que al menos una de las
superficies de referencia (E, A) presenta una característica
geométrica, especialmente una forma ondulada o almenada, que
optimiza su área.
10. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos
una de las superficies de referencia (E, A), denominada hidrófila,
presenta una característica geométrica, especialmente un relieve o
motivo hueco o saliente, que favorece la repartición, sobre esta
superficie hidrófila, del fluido frigorígeno líquido o de la mezcla
rica en fluido absorbente.
11. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el
conjunto (12) evaporador/absorbedor comprende medios (26, 28) de
recuperación selectiva del fluido frigorígeno líquido que sale del
órgano de evaporador (14) y de la mezcla rica en fluido absorbente
que sale del órgano de absorbedor (18).
12. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el
órgano de evaporador (14) está acoplado térmicamente a un circuito
de fluido caloportador, denominado de regulación, destinado a tomar
frigorías del órgano de evaporador (14).
13. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con la reivindicación 12,
caracterizado por que el órgano de evaporador (14) comprende
una masa de evaporador en la cual están practicados canales (22) de
paso del fluido de regulación que toma frigorías.
14. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el
órgano de absorbedor (18) está acoplado térmicamente a un circuito
de fluido caloportador, denominado fluido de regulación, destinado
a tomar calorías del órgano de absorbedor (18).
15. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con la reivindicación 14,
caracterizado por que el órgano de absorbedor (18) comprende
una masa de absorbedor en la cual están practicados canales (24) de
paso del fluido de regulación que toma calorías.
16. Dispositivo de intercambio y de
transferencia térmica de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 15, caracterizado por que el fluido de
regulación es un fluido que circula en el interior de un vehículo
automóvil.
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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