ES2890330T3 - Refrigerador por absorción-compresión híbrido y un método relacionado para proporcionar efecto de refrigeración - Google Patents
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Abstract
Refrigerador por absorción-compresión híbrido que tiene: - un sistema de compresión del vapor que comprende: - un evaporador primario (102) adaptado para proporcionar refrigeración al extraer calor de un medio que va a enfriarse para vaporizar un refrigerante primario condensado frío; y - un compresor (104) en comunicación con dicho evaporador primario (102) para recibir vapores de refrigerante primario, estando dicho compresor (104) adaptado para generar vapores de refrigerante primario a alta presión; - un sistema de absorción del vapor proporcionado en comunicación operativa con dicho sistema de compresión del vapor para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión, comprendiendo dicho sistema de absorción del vapor: - un evaporador secundario (106) para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión a través de los tubos del evaporador de dicho evaporador secundario (106), teniendo dicho evaporador secundario (106) un primer medio de pulverización para pulverizar un refrigerante secundario condensado en condiciones de baja presión en dicho evaporador secundario (106), en el que dicho evaporador secundario (106) está adaptado para extraer calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión para vaporizar el refrigerante secundario condensado, generando de ese modo el refrigerante primario condensado frío y vapores de refrigerante secundario; y - un absorbedor (108) en comunicación operativa con dicho evaporador secundario (106) para recibir los vapores de refrigerante secundario, teniendo dicho absorbedor (108) un segundo medio de pulverización para pulverizar solución de LiBr concentrada en dicho absorbedor (108), en el que dicho absorbedor (108) está adaptado para absorber los vapores de refrigerante secundario en la solución de LiBr concentrada para generar solución de LiBr diluida; - un primer equipo para calentar la solución de refrigerante-absorbente diluida, incluyendo dicho primer equipo un intercambiador de calor de baja temperatura (114), un intercambiador de calor de drenaje (116), un intercambiador de calor de alta temperatura (118), un aparato para recuperar calor (120), en el que la solución de refrigerante-absorbente diluida que sale de dicho absorbedor (108) se calienta primero; - un segundo equipo para concentrar la solución de refrigerante-absorbente diluida, incluyendo dicho segundo equipo un generador de alta temperatura (122) y un generador de baja temperatura (126); en el que la solución de refrigerante-absorbente diluida se concentra entonces; y - una válvula de expansión (110) a través de la que se transporta el refrigerante primario condensado frío desde dicho evaporador secundario (106) hasta dicho evaporador primario (102), en el que la solución de LiBr diluida de dicho absorbedor (108) que se calienta al pasar a través de un grupo de dispositivos que comprende el intercambiador de calor de baja temperatura (114), el intercambiador de calor de alta temperatura (118), el intercambiador de calor de drenaje (116) y el aparato para recuperar calor (120) para obtener la solución de LiBr diluida calentada.
Description
DESCRIPCIÓN
Refrigerador por absorción-compresión híbrido y un método relacionado para proporcionar efecto de refrigeración
Campo de invención
La presente invención se refiere a refrigeradores por absorción-compresión híbridos para proporcionar refrigeración y a un método para proporcionar efecto de refrigeración.
Antecedentes
Los procesos de refrigeración se usan normalmente en industrias para: licuar gases como oxígeno, nitrógeno, propano y metano, purificar aire comprimido de humedad, mantener una temperatura de elaboración baja en procesos petroleros/petroquímicos/químicos y para atemperar el metal en la industria metalúrgica. Los aparatos refrigeradores que se usan normalmente para obtener refrigeración se basan generalmente en el principio de compresión de vapor o absorción de vapor. Estos aparatos utilizan la capacidad de los líquidos o sales para absorber vapores de un fluido operante y dar efecto de calentamiento y/o de enfriamiento.
Los aparatos refrigeradores por absorción de vapor se accionan de manera térmica, lo que significa que se usa el calor de la fuente de residuos o el calor derivado de colectores solares en lugar de la energía mecánica para accionar el ciclo; mientras que los aparatos refrigeradores por compresión de vapor usan energía de alta calidad (energía eléctrica) a partir de entradas mecánicas. Por lo tanto, la diferencia básica entre un aparato refrigerador por absorción y un aparato refrigerador por compresión es que el refrigerador por compresión usa un motor eléctrico para hacer funcionar un compresor para elevar la presión de los vapores de refrigerante mientras que un refrigerador por absorción usa calor para comprimir los vapores de refrigerante a una alta presión. Por lo tanto, los aparatos refrigeradores por absorción son más económicos y respetuosos con el medio ambiente, ya que emplean calor residual de baja calidad, ahorran electricidad y usan refrigerantes que no agotan el ozono (agua); sin embargo, los aparatos refrigeradores por compresión se prefieren más debido a su mayor coeficiente de rendimiento (COP).
La necesidad de ahorrar energía se ha puesto de manifiesto por la preocupación por el medio ambiente, lo que ha dado lugar al desarrollo de sistemas de refrigeración energéticamente eficientes. Se ha dirigido una mayor atención hacia el desarrollo de sistemas eficientes y rentables para proporcionar refrigeración, reduciendo así el consumo de energía/electricidad. Como resultado, los aparatos refrigeradores por absorción están ganándole el terreno a los aparatos refrigeradores por compresión convencionales en aplicaciones industriales, ya que usan poca energía y son respetuosos con el medio ambiente. Sin embargo, en un sistema de refrigeración, cuando se desean temperaturas de evaporación bajo cero, un aparato refrigerador por compresión es adecuado, pero el consumo energético será alto, mientras que un aparato refrigerador por absorción no puede proporcionar temperaturas de evaporación bajo cero. Asimismo, un refrigerador por absorción basado en bromuro de litio/agua no puede usarse cuando la temperatura del agua de enfriamiento que se hace circular está por encima de 40°C.
En recientes desarrollos destinados a superar los problemas mencionados anteriormente, los refrigeradores por absorción se han combinado con refrigeradores por compresión para proporcionar refrigeración con el menor coste energético. Tal refrigerador híbrido, así concebido, hace funcionar el refrigerador por absorción durante puntas de carga eléctrica alta cuando las cargas son altas, mientras que el refrigerador por compresión se hace funcionar durante puntas de carga eléctrica baja cuando las cargas son bajas, proporcionando de ese modo un sistema más económico. Un ciclo de refrigeración básico para un refrigerador por absorción-compresión híbrido usa un refrigerante líquido a baja temperatura que absorbe calor del agua, aire, o cualquier medio que va a enfriarse, y se convierte en una fase de vapor en una sección del evaporador. Entonces, los vapores de refrigerante se comprimen a alta presión mediante un compresor o un generador, se reconvierten en un líquido al rechazar calor al entorno exterior en una sección de condensador y, después, se expanden a una mezcla de líquido y vapor a baja presión que vuelve a la sección de evaporador y se repite el ciclo.
En el pasado se han realizado varios intentos para proporcionar un refrigerador por absorción-compresión híbrido que proporcione efecto de refrigeración. Algunas de las divulgaciones se mencionan en la técnica anterior a continuación:
el documento de patente japonesa JPH0926226A da a conocer un sistema de refrigeración que emplea un ciclo de refrigeración de una sola fase de expansión y dos fases de compresión y un ciclo de refrigeración por absorción para obtener una temperatura ultrabaja de aproximadamente -30°C. El sistema incluye un motor térmico, un compresor del lado de baja presión, un interenfriador, un compresor del lado de alta presión a través del que pasa un primer refrigerante para absorber calor. El refrigerante se enfría mediante una solución acuosa concentrada de bromuro de litio y agua que se diluye mediante agua pulverizada sobre el intercambiador de calor en el evaporador del ciclo de refrigeración por compresión. La solución de bromuro de litio diluida se lleva al ciclo de refrigeración por absorción, en el que se concentra de nuevo a la solución concentrada. Sin embargo, el documento JPH0926226A no enseña un refrigerador por absorción-compresión híbrido que comprende una refrigeración por
compresión de vapor de una sola fase y ciclos de refrigeración por absorción de vapor de una sola fase. Además, el documento JPH092622A da a conocer un refrigerador por absorción-compresión híbrido y un método relacionado para proporcionar efecto de refrigeración, teniendo el refrigerador por absorción-compresión híbrido: un sistema de compresión del vapor que comprende un evaporador primario adaptado para proporcionar refrigeración al extraer calor de un medio que va a enfriarse para vaporizar un refrigerante primario condensado frío, y un compresor en comunicación con dicho evaporador primario para recibir vapores de refrigerante primario, estando dicho compresor adaptado para generar vapores de refrigerante primario a alta presión; un sistema de absorción del vapor proporcionado en comunicación operativa con dicho sistema de compresión del vapor para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión, comprendiendo dicho sistema de absorción del vapor un evaporador secundario para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión a través de los tubos del evaporador de dicho evaporador secundario, teniendo dicho evaporador secundario un primer medio de pulverización para pulverizar un refrigerante secundario condensado en condiciones de baja presión en dicho evaporador secundario, en el que dicho evaporador secundario está adaptado para extraer calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión para vaporizar el refrigerante secundario condensado, generando de ese modo el refrigerante primario condensado frío y vapores de refrigerante secundario, y un absorbedor en comunicación operativa con dicho evaporador secundario para recibir los vapores de refrigerante secundario, teniendo dicho absorbedor un segundo medio de pulverización para pulverizar solución de LiBr concentrada en dicho absorbedor, en el que dicho absorbedor está adaptado para absorber los vapores de refrigerante secundario en la solución de LiBr concentrada para generar solución de LiBr diluida; un primer equipo para calentar la solución de refrigerante-absorbente diluida, incluyendo dicho primer equipo un intercambiador de calor, dejando que dicho absorbedor se caliente primero; un segundo equipo para concentrar la solución de refrigerante-absorbente diluida, incluyendo dicho segundo equipo un generador, en el que, entonces, la solución de refrigerante-absorbente diluida se concentra; y una válvula de expansión a través de la que se transporta el refrigerante primario condensado frío desde dicho evaporador secundario hasta dicho evaporador primario.
La solicitud de patente estadounidense US20100270005 da a conocer un sistema de absorción de vapor con fines de refrigeración, en el que la bomba de calor del refrigerador utiliza un ciclo de absorción de vapor de doble efecto para facilitar los fines de calefacción y refrigeración selectivos en una unidad HVAC. Se usan múltiples intercambiadores de calor para transferir calor con diferentes fuentes de calor y disipadores de calor.
La patente estadounidense n.° 7765823 da a conocer un sistema de calefacción o refrigeración por compresiónabsorción de vapor híbrido y aparato del mismo, que emplea un par refrigerante que comprende al menos un refrigerante y al menos un líquido iónico. El aparato comprende: un absorbedor que forma una mezcla de un refrigerante y un absorbente, un generador que calienta la mezcla y separa los vapores de refrigerante, un condensador que recibe los vapores y los condensa a un líquido, un dispositivo de reducción de presión para reducir la presión del refrigerante de líquido para formar una mezcla de refrigerante de líquido y de vapor, un evaporador que recibe la mezcla para evaporar el líquido restante y proporcionar una primera y una segunda parte de vapores de refrigerante, un compresor que recibe la primera parte de los vapores aumenta la presión y pasa al condensador, un conducto que pasa la segunda parte de los vapores al absorbedor que comprende uno o más líquidos iónicos.
La patente estadounidense n.° 7624588 da a conocer un refrigerador por absorción-compresión híbrido que usa vapor a alta temperatura y agua a temperatura media generada en procesos industriales como fuente de calor. El refrigerador comprende: un generador de alta temperatura que usa el vapor a alta temperatura con el fin de intercambiar calor con refrigerante; un generador de baja temperatura que usa el calor de condensación del vapor de refrigerante, generado en el generador de alta temperatura, con el fin de intercambiar calor con el refrigerante; un generador que usa agua a temperatura media para intercambiar calor con refrigerante; un condensador híbrido para condensar los refrigerantes; un evaporador que usa el calor latente de vaporización del refrigerante condensado para obtener agua refrigerada; y un absorbedor que recibe una solución concentrada y que absorbe el vapor de refrigerante para producir una solución diluida.
La patente estadounidense n.° 3824804 da a conocer una máquina refrigerante que es una combinación de un aparato refrigerante de tipo de compresión y un aparato refrigerante de tipo de absorción. El aparato refrigerante de tipo de compresión comprende un compresor, un condensador, una válvula de admisión y un evaporador conectado en serie para formar un primer bucle cerrado. El aparato refrigerante de tipo de absorción comprende un generador, un condensador, un evaporador y un absorbedor conectado en serie con el fin de formar un segundo bucle cerrado. El generador y el evaporador del aparato de absorción se disponen como un intercambiador de calor. Al combinar el generador y el compresor en una unidad, puede obtenerse una disminución de la temperatura en la válvula de salida del compresor.
Los refrigeradores por absorción-compresión híbridos dados a conocer anteriormente son complejos y/o no pueden hacerse funcionar a temperaturas de evaporación bajo cero. Por lo tanto, existe una necesidad de un refrigerador por absorción-compresión híbrido que, al mismo tiempo que tiene una construcción sencilla, proporciona un COP más alto y supone ahorros energéticos, también pueda adaptarse en un amplio intervalo de condiciones de funcionamiento y temperaturas de evaporación bajo cero.
Objetos de la invención
Un objeto de la invención es proporcionar un refrigerador por absorción-compresión híbrido que proporciona un alto coeficiente de rendimiento (COP) con un bajo consumo energético. Aún otro objeto de la invención es proporcionar un refrigerador por absorción-compresión híbrido que ahorra electricidad y reduce la dependencia total de la red eléctrica.
Un objeto más de la invención es proporcionar un refrigerador por absorción-compresión híbrido en el que el consumo de energía es óptimo en un amplio intervalo de temperaturas de refrigeración, incluyendo la condición bajo cero.
Aún un objeto más de la invención es proporcionar un refrigerador por absorción-compresión híbrido que puede adaptarse en un amplio intervalo de condiciones de funcionamiento y temperaturas de evaporación bajo cero.
Sumario de la invención
Según la presente invención, se proporciona un refrigerador por absorción-compresión híbrido según la reivindicación 1, teniendo el refrigerador por absorción-compresión híbrido:
■ un sistema de compresión del vapor que comprende:
• un evaporador primario adaptado para proporcionar refrigeración al extraer calor de un medio que va a enfriarse para vaporizar un refrigerante primario condensado frío;
• un compresor en comunicación con dicho evaporador primario para recibir vapores de refrigerante primario, estando dicho compresor adaptado para generar vapores de refrigerante primario a alta presión; y
■ un sistema de absorción del vapor proporcionado en comunicación operativa con dicho sistema de compresión del vapor para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión, comprendiendo dicho sistema de absorción del vapor:
• un evaporador secundario para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión a través de los tubos del evaporador, teniendo dicho evaporador secundario un primer medio de pulverización para pulverizar un refrigerante secundario condensado en condiciones de baja presión en dicho evaporador secundario, en el que dicho evaporador secundario está adaptado para extraer calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión para vaporizar el refrigerante secundario condensado, generando de ese modo refrigerante primario condensado frío y vapores de refrigerante secundario; y
• un absorbedor en comunicación operativa con dicho evaporador secundario para recibir los vapores de refrigerante secundario, teniendo dicho absorbedor un segundo medio de pulverización para pulverizar solución de LiBr concentrada en dicho absorbedor, en el que dicho absorbedor está adaptado para absorber los vapores de refrigerante secundario en la solución de LiBr concentrada para generar solución de LiBr diluida.
Según la presente invención, el refrigerante primario condensado frío de dicho evaporador secundario se transporta a dicho evaporador primario a través de una válvula de expansión.
Según la presente invención, la solución de LiBr diluida de dicho absorbedor se calienta al pasar a través de un grupo de dispositivos que comprende un intercambiador de calor de baja temperatura, un intercambiador de calor de alta temperatura, un intercambiador de calor de drenaje y un aparato para recuperar calor para obtener solución de LiBr diluida calentada. Normalmente, según la presente invención, la solución de LiBr diluida calentada se concentra en un grupo de dispositivos que comprende un generador de alta temperatura y un generador de baja temperatura por medio de una entrada de calor para obtener solución de LiBr concentrada calentada y vapores de refrigerante secundario.
Preferiblemente, según la presente invención, los vapores de refrigerante secundario se enfrían en un grupo de dispositivos que comprende dicho generador de baja temperatura y dicho intercambiador de calor de drenaje para obtener un refrigerante secundario parcialmente condensado.
Normalmente, según la presente invención, el refrigerante secundario parcialmente condensado se condensa adicionalmente en un condensador para obtener refrigerante secundario condensado.
Preferiblemente, según la presente invención, la solución de LiBr concentrada calentada se enfría al pasar a través de un grupo de dispositivos que comprende dicho intercambiador de calor de baja temperatura y dicho intercambiador de calor de alta temperatura para obtener la solución de LiBr concentrada.
Según la presente invención, se proporciona un método según la reivindicación 6 para generar efecto de
refrigeración, comprendiendo dicho método las etapas de:
• proporcionar refrigeración en un sistema de compresión del vapor al extraer calor de un medio que va a enfriarse para vaporizar un refrigerante primario condensado frío en un evaporador primario para obtener un medio enfriado y vapores de refrigerante primario;
• comprimir los vapores de refrigerante primario en un compresor para obtener vapores de refrigerante primario a alta presión;
• recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión a través de los tubos de un evaporador secundario de un sistema de absorción del vapor;
• proporcionar refrigeración adicional al extraer calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión en un refrigerante secundario condensado en dicho evaporador secundario en condiciones de baja presión para generar refrigerante primario condensado frío y vapores de refrigerante secundario;
• absorber los vapores de refrigerante secundario en una solución de LiBr concentrada pulverizada en un absorbedor, generando de ese modo una solución de LiBr diluida; y
• hacer recircular el refrigerante primario condensado frío a dicho evaporador primario a través de una válvula de expansión, completando de ese modo el ciclo de refrigeración.
Según la presente invención, el método incluye la etapa de seleccionar el refrigerante primario a partir de tetrafluoroetano (R134a), diclorotrifluoroetano (R123), trifluoroetano (R143a) y dióxido de carbono (R744).
Preferiblemente, según la presente invención, el método incluye la etapa de usar agua como refrigerante secundario.
Según la presente invención, el método incluye la etapa de calentar la solución de LiBr diluida que sale del absorbedor.
Preferiblemente, según la presente invención, el método incluye la etapa de concentrar la solución de LiBr diluida calentada para obtener solución de LiBr concentrada calentada y vapores de refrigerante secundario.
Normalmente, según la presente invención, el método incluye la etapa de enfriar la solución de LiBr concentrada calentada.
Preferiblemente, según la presente invención, el método incluye la etapa de enfriar y condensar los vapores de refrigerante secundario para obtener el refrigerante secundario condensado.
Breve descripción de los dibujos adjuntos
Se describirá ahora la invención con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que,
la figura 1 ilustra una realización del refrigerador por absorción-compresión híbrido según la presente invención; la figura 2 ilustra otra realización del refrigerador por absorción-compresión híbrido según la presente invención; la figura 3 ilustra aún otra realización del refrigerador por absorción-compresión híbrido según la presente invención; y
la figura 4 ilustra todavía otra realización del refrigerador por absorción-compresión híbrido según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos que no limitan el alcance de la invención. La descripción proporcionada es puramente a modo de ejemplo e ilustración. El alcance de la invención se define simplemente por las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención da a conocer un refrigerador por absorción-compresión híbrido que comprende un sistema de compresión del vapor que proporciona efecto de refrigeración en un evaporador primario al extraer calor de un medio que va a enfriarse en un refrigerante primario condensado, seleccionado a partir de tetrafluoroetano (R134a), diclorotrifluoroetano (R123), trifluoroetano (R143a) y dióxido de carbono (R744), y un sistema de absorción del vapor en comunicación operativa con el sistema de compresión del vapor para recibir vapores de refrigerante primario a través de un compresor, los vapores se enfrían mediante un refrigerante secundario condensado,
normalmente agua, para proporcionar el refrigerante primario condensado que se hace recircular al sistema de compresión del vapor. El refrigerador por absorción-compresión híbrido de la presente invención es energéticamente eficiente y proporciona un mayor COP en comparación con los refrigeradores convencionales.
El refrigerador por absorción-compresión híbrido de la presente invención comprende: un evaporador primario 102, un compresor 104, un evaporador secundario 106, un condensador 112, un absorbedor de baja presión 108, una válvula de expansión 110, un intercambiador de calor de baja temperatura 114, un intercambiador de calor de drenaje 116, un intercambiador de calor de alta temperatura 118, un generador de alta temperatura 122 y un generador de baja temperatura 126 y que comprende, opcionalmente, un aparato para recuperar calor 120. Las diversas realizaciones de la presente invención, ilustradas en las figuras 1 a 4, se describen a continuación en el presente documento; en el que los componentes mencionados anteriormente se indican particularmente por las letras a, b, c y d en las figuras 1, 2, 3 y 4, respectivamente.
El refrigerador de la presente invención tiene: un primer bucle que comprende el evaporador primario 102, el compresor 104, el evaporador secundario 106 y la válvula de expansión 110; y un segundo bucle que comprende el condensador 112, el evaporador secundario 106 y el absorbedor de baja presión 108. El primer bucle y el segundo bucle forman colectivamente un sistema de compresión del vapor y un sistema de absorción del vapor, en el que el sistema de compresión del vapor comprende el evaporador primario 102, el compresor 104 y la válvula de expansión 110, y el sistema de absorción del vapor comprende el condensador 112, el evaporador secundario 106 y el absorbedor de baja presión 108. En el sistema de compresión del vapor, el evaporador primario 102 recibe un refrigerante primario condensado frío, seleccionado a partir de tetrafluoroetano (R134a), diclorotrifluoroetano (R123), trifluoroetano (R143a) y dióxido de carbono (R744). El refrigerante primario condensado frío extrae calor del medio que va a enfriarse en la cámara del evaporador primario 102, formando vapores de refrigerante primario. Los vapores de refrigerante primario se comunican desde el evaporador primario 102 hasta el compresor 104, donde aumenta la presión, para proporcionar vapores de refrigerante primario a alta presión. Los vapores de refrigerante primario a alta presión se reciben a través de los tubos del evaporador secundario 106 del sistema de absorción del vapor. En el sistema de absorción del vapor en condiciones de baja presión, un refrigerante secundario condensado a baja temperatura, normalmente agua, recibido desde el condensador 112, se pulveriza en el evaporador secundario 106 a través de un primer medio de pulverización (no mostrado en las figuras). El refrigerante secundario condensado extrae calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión, generando vapores de refrigerante secundario y dando como resultado el enfriamiento de los vapores de refrigerante primario a alta presión, proporcionando de ese modo refrigerante primario condensado enfriado. El refrigerante primario condensado enfriado se descarga a través de los tubos del evaporador del evaporador secundario 106 y se hace recircular hasta el evaporador primario 102 a través de la válvula de expansión 110, que controla la tasa de flujo del refrigerante primario condensado enfriado. Mientras pasa a través de la válvula de expansión 110, el refrigerante primario condensado se somete a una reducción brusca de presión que provoca la evaporación por vacío de una parte del refrigerante primario condensado para dar una mezcla de líquido-vapor que tiene menor temperatura. Esta mezcla de líquido-vapor fría se hace recircular al evaporador primario 102, completando de ese modo el primer bucle.
Los vapores de refrigerante secundario se absorben por una solución de refrigerante-absorbente concentrada (de aproximadamente el 63%), normalmente bromuro de litio (LiBr)/agua, pulverizada en el absorbedor de baja presión 108 a través de un segundo medio de pulverización (no mostrado en las figuras), en el que el absorbedor 108 se proporciona en comunicación operativa con el evaporador secundario 106 para recibir los vapores de refrigerante secundario. Por tanto, se genera una solución de refrigerante-absorbente diluida (de aproximadamente el 57%) y se completa el segundo bucle. Para eliminar el calor de dilución generado durante la absorción de los vapores de refrigerante en el absorbedor 108, el agua de enfriamiento que tiene una temperatura de entre 50 y 60°C se hace circular a través de los tubos del absorbedor 108 a través de la línea 132. Durante el arranque del refrigerador híbrido, el agua se pulveriza en el evaporador secundario 106 a través de una línea de circulación 130. La solución de refrigerante-absorbente diluida así obtenida se descarga del absorbedor 108 y se concentra antes de hacer recircular al absorbedor de baja presión 108.
La solución de refrigerante-absorbente diluida, que sale del absorbedor 108, se calienta primero en al menos un equipo del intercambiador de calor de baja temperatura 114, el intercambiador de calor de drenaje 116, el intercambiador de calor de alta temperatura 118 y el aparato para recuperar calor 120. La solución de refrigeranteabsorbente diluida calentada se concentra entonces en al menos un equipo del generador de alta temperatura 122 y el generador de baja temperatura 126. La figura 1 a 4 ilustra las diversas realizaciones del refrigerador por absorción-compresión híbrido según la presente invención, en el que las realizaciones varían en la forma en la que la solución de refrigerante-absorbente diluida, que sale del absorbedor 108, se calienta y se concentra.
Haciendo referencia a la figura 1, en ella se ilustra una primera realización del refrigerador híbrido de la presente invención; estando representada la realización por el número 100 en la figura 1. En el refrigerador híbrido 100, la solución de refrigerante-absorbente diluida que sale del absorbedor 108a se bifurca, una primera corriente se alimenta al intercambiador de calor de baja temperatura 114a y una segunda corriente se alimenta al intercambiador de calor de drenaje 116a, donde la solución de refrigerante-absorbente diluida gana calor para convertirse en parcialmente calentada. La primera corriente parcialmente calentada se recibe en el intercambiador
de calor de alta temperatura 118a desde el intercambiador de calor de baja temperatura 114a y la segunda corriente parcialmente calentada se recibe en el aparato para recuperar calor 120a desde el intercambiador de calor de drenaje 116a. En el intercambiador de calor de alta temperatura 118a y el aparato para recuperar calor 120a, la primera corriente parcialmente calentada y la segunda corriente parcialmente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida se calienta adicionalmente para proporcionar una primera corriente calentada y una segunda corriente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida. La primera corriente calentada y la segunda corriente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida se combinan y se transportan al generador de alta temperatura 122a. El generador de alta temperatura 122a se adapta para hervir la solución de refrigerante-absorbente diluida calentada recibida en el mismo, usando una entrada de calor, recibida a través de la línea 128a, con el fin de vaporizar el refrigerante de la solución de refrigerante-absorbente diluida y proporcionar una solución de refrigerante-absorbente moderadamente concentrada calentada y vapores de refrigerante secundario. La solución de refrigerante-absorbente moderadamente concentrada calentada se hace circular a través del intercambiador de calor de alta temperatura 118a, donde rechaza calor parcial a la primera corriente parcialmente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida, para convertirse en una solución de refrigerante-absorbente moderadamente concentrada parcialmente calentada.
El generador de baja temperatura 126a recibe la solución de refrigerante-absorbente moderadamente concentrada parcialmente calentada, y los vapores de refrigerante secundario a través de la línea 124 como una fuente de calor para concentrar adicionalmente la solución de refrigerante-absorbente moderadamente concentrada parcialmente calentada. El calor de los vapores de refrigerante secundario se extrae por la solución de refrigerante-absorbente moderadamente concentrada parcialmente calentada; con el fin de proporcionar una solución de refrigeranteabsorbente parcialmente calentada concentrada y un condensado de refrigerante secundario. La solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada se hace circular a través del intercambiador de calor de baja temperatura 114a, donde rechaza calor a la primera corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida, para convertirse en la solución de refrigerante-absorbente concentrada, que se pulveriza en el absorbedor 108. El condensado de refrigerante secundario se hace circular a través del intercambiador de calor de drenaje 116a, donde rechaza calor a la segunda corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida para proporcionar un condensado de refrigerante secundario enfriado. El condensado de refrigerante secundario enfriado se transporta al condensador 112a, donde se condensa adicionalmente para proporcionar el refrigerante secundario condensado a baja temperatura, que se pulveriza en el evaporador secundario 106a, completando de ese modo el segundo bucle.
En el refrigerador híbrido 100, el aparato para recuperar calor 120a está adaptado para extraer el calor sobrante de la entrada de calor 128 usada que sale del generador de alta temperatura 122a. El aparato para recuperar calor 120a solo se proporciona cuando la entrada de calor 128a es vapor, en cuyo caso el calor se extrae del condensado de vapor descargado del generador de alta temperatura 122a.
Haciendo referencia a la figura 2, en ella se ilustra otra realización de la presente invención; estando representada esta realización por el número 200 en la figura 2. En el refrigerador híbrido 200, el aparato para recuperar calor 120 no se proporciona y la solución de refrigerante-absorbente diluida se concentra simultáneamente en el generador de alta temperatura 122b y el generador de baja temperatura 126b. La solución de refrigeranteabsorbente diluida que sale del absorbedor 108b se bifurca en una primera corriente y una segunda corriente. La primera corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida se bifurca de nuevo en una primera parte y una segunda parte, en la que la primera parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida se alimenta al intercambiador de calor de baja temperatura 114b y la segunda parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida se alimenta al intercambiador de calor de drenaje 116b. En el intercambiador de calor de baja temperatura 114b y el intercambiador de calor de drenaje 116b, la primera parte y la segunda parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida gana calor para convertirse en parcialmente calentada. La primera parte parcialmente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida del intercambiador de calor de baja temperatura 114b y la segunda parte parcialmente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida del intercambiador de calor de drenaje 116b se combinan y se alimentan al generador de baja temperatura 126b. La segunda corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida se alimenta al generador de alta temperatura 122b a través del intercambiador de calor de alta temperatura 118b, donde, en el intercambiador de calor de alta temperatura 118b, la solución de refrigerante-absorbente diluida gana calor para convertirse en una solución de refrigerante-absorbente diluida calentada. La solución de refrigerante-absorbente diluida calentada se hierve en el generador de alta temperatura 122b usando la entrada de calor 128b con el fin de vaporizar el refrigerante, para proporcionar una solución de refrigerante-absorbente calentada concentrada y vapores de refrigerante secundario. La solución de refrigerante-absorbente calentada concentrada se hace circular a través del intercambiador de calor de alta temperatura 118b, donde rechaza calor a la segunda corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida, para convertirse en una primera parte de solución de refrigerante-absorbente concentrada.
Los vapores de refrigerante secundario se reciben en el generador de baja temperatura 126b a través de la línea 124b, donde actúa como una fuente de calor para concentrar la solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada recibida en el mismo, para proporcionar una solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada y un condensado de refrigerante secundario. La solución de refrigeranteabsorbente parcialmente calentada concentrada rechaza calor en el intercambiador de calor de baja temperatura
114b a la primera parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida, para convertirse en una segunda parte de solución de refrigerante-absorbente concentrada. La primera parte y la segunda parte de solución de refrigerante-absorbente concentrada se combinan y se pulverizan en el absorbedor 108b. El condensado de refrigerante secundario se hace circular a través del intercambiador de calor de drenaje 116b, donde rechaza calor a la segunda parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida para convertirse en condensado de refrigerante secundario enfriado. El condensado de refrigerante secundario enfriado se transporta al condensador 112b, donde se condensa adicionalmente, para proporcionar el refrigerante secundario condensado a baja temperatura, que se pulveriza en el evaporador secundario 106b, completando de ese modo el segundo bucle.
Haciendo referencia a la figura 3, en ella se ilustra aún otra realización de la presente invención, estando representada esta realización por el número 300 en la figura 3. En el refrigerador híbrido 300, el aparato para recuperar calor 120 no se proporciona y la solución de refrigerante-absorbente diluida se concentra simultáneamente en el generador de alta temperatura 122c y el generador de baja temperatura 126c. La solución de refrigerante-absorbente diluida que sale del absorbedor 108c se bifurca, una primera corriente se alimenta al intercambiador de calor de baja temperatura 114c y una segunda corriente se alimenta al intercambiador de calor de drenaje 116c, donde la solución de refrigerante-absorbente diluida gana calor para convertirse en parcialmente calentada. La primera corriente parcialmente calentada y la segunda corriente parcialmente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida, que sale del intercambiador de calor de baja temperatura 114c y el intercambiador de calor de drenaje 116c, respectivamente, se combinan para proporcionar una corriente individual de solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada. La corriente individual se bifurca en una primera parte y una segunda parte, en el que la primera parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada se transporta al generador de baja temperatura 126c y la segunda parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada se hace circular a través del intercambiador de calor de alta temperatura 118c. En el intercambiador de calor de alta temperatura 118c, la segunda parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada gana calor para convertirse en una solución de refrigeranteabsorbente diluida calentada. La solución de refrigerante-absorbente diluida calentada se transporta al generador de alta temperatura 122c donde, al usar la entrada de calor 128c, la solución de refrigerante-absorbente diluida calentada se hierve con el fin de vaporizar el refrigerante y proporciona una solución de refrigerante-absorbente calentada concentrada y vapores de refrigerante secundario. La solución de refrigerante-absorbente calentada concentrada se hace circular a través del intercambiador de calor de alta temperatura 118c, donde rechaza calor parcial a la segunda parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada, para convertirse en una primera corriente de solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada.
Los vapores de refrigerante secundario se reciben en el generador de baja temperatura 126c a través de la línea 124c, donde los vapores actúan como una fuente de calor para concentrar la primera parte de la solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada recibida en el mismo, y proporciona una segunda corriente de solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada y un condensado de refrigerante secundario. La primera corriente y la segunda corriente de la solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada se combinan y se hacen circular a través del intercambiador de calor de baja temperatura 114c, en el que la solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada rechaza calor en el intercambiador de calor de baja temperatura 114c a la primera corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida para convertirse en una solución de refrigerante-absorbente concentrada que se pulveriza en el absorbedor 108c. El condensado de refrigerante secundario se hace circular a través del intercambiador de calor de drenaje 116c, donde rechaza calor a la segunda corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida para convertirse en condensado de refrigerante secundario enfriado. El condensado de refrigerante secundario enfriado se transporta al condensador 112c, donde se condensa adicionalmente, para proporcionar el refrigerante secundario condensado a baja temperatura, que se pulveriza en el evaporador secundario 106c, completando de ese modo el segundo bucle.
Haciendo referencia a la figura 4, en ella se ilustra todavía otra realización de la presente invención, estando representada esta realización por el número 400 en la figura 4. En el refrigerador híbrido 400, el aparato para recuperar calor 120 no se proporciona y la solución de refrigerante-absorbente diluida se concentra primero en el generador de baja temperatura 126d y, entonces, solo una parte se concentra adicionalmente en el generador de alta temperatura 122d. La solución de refrigerante-absorbente diluida que sale del absorbedor 108d se bifurca, una primera corriente se alimenta al intercambiador de calor de baja temperatura 114d y una segunda corriente se alimenta al intercambiador de calor de drenaje 116d, donde la solución de refrigerante-absorbente diluida gana calor para convertirse en parcialmente calentada. La primera corriente parcialmente calentada y la segunda corriente parcialmente calentada de la solución de refrigerante-absorbente diluida, que sale del intercambiador de calor de baja temperatura 114d y el intercambiador de calor de drenaje 116d, respectivamente, se combinan para proporcionar una corriente individual de solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada. Esta corriente individual de solución de refrigerante-absorbente diluida parcialmente calentada se transporta al generador de baja temperatura 126d, donde, al extraer calor de una fuente de calor, la solución de refrigeranteabsorbente diluida parcialmente calentada se concentra moderadamente para proporcionar una solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada moderadamente concentrada. La solución de refrigeranteabsorbente parcialmente calentada moderadamente concentrada, generada en el generador de baja temperatura 126d se bifurca, donde una primera parte se hace circular a través del intercambiador de calor de alta temperatura
118d y una segunda parte se hace circular a través del intercambiador de calor de baja temperatura 114d.
La primera parte de la solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada moderadamente concentrada gana calor en el intercambiador de calor de alta temperatura 118d para convertirse en una solución de refrigeranteabsorbente calentada moderadamente concentrada, que se transporta al generador de alta temperatura 122d, donde, al usar calor de la entrada de calor 128d, el refrigerante se vaporiza, para proporcionar una solución de refrigerante-absorbente calentada concentrada y vapores de refrigerante secundario que se alimentan al generador de baja temperatura 126d como la fuente de calor. La solución de refrigerante-absorbente calentada concentrada se hace circular a través del intercambiador de calor de alta temperatura 118d, donde rechaza calor parcial a la solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada moderadamente concentrada, para convertirse en una solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada. Esta solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada concentrada se combina con la segunda parte de solución de refrigerante-absorbente parcialmente calentada moderadamente concentrada que sale del generador de baja temperatura 126d, y la mezcla se hace circular a través del intercambiador de calor de baja temperatura 114d, donde rechaza calor a la primera corriente de solución de refrigerante-absorbente diluida para convertirse en solución de refrigeranteabsorbente concentrada, que se pulveriza en el absorbedor 108d. Los vapores de refrigerante secundario se condensan en el generador de baja temperatura 126d para proporcionar un condensado de refrigerante secundario. El condensado de refrigerante secundario se hace circular a través del intercambiador de calor de drenaje 116d, donde rechaza calor a la segunda corriente de la solución de refrigerante-absorbente diluida para convertirse en condensado de refrigerante secundario enfriado. El condensado de refrigerante secundario enfriado se transporta al condensador 112d, donde se condensa adicionalmente, para proporcionar el refrigerante secundario condensado a baja temperatura, que se pulveriza en el evaporador secundario 106d, completando de ese modo el segundo bucle.
Ventajas técnicas
Un refrigerador por absorción-compresión híbrido para proporcionar refrigeración tal como se describe en la presente invención tiene varias ventajas técnicas que incluyen, pero no se limitan a la realización de:
• el refrigerador por absorción-compresión híbrido proporciona un COP en el intervalo de 1,0 - 1,2, que es mayor que el COP de los refrigeradores convencionales;
• el refrigerador por absorción-compresión híbrido proporciona hasta un 60% de ahorro de energía en comparación con los refrigeradores convencionales; y
• el refrigerador por absorción-compresión híbrido proporciona temperaturas de evaporación bajo cero usando energía de baja calidad y reduciendo de ese modo la dependencia total de la red eléctrica.
En vista de la amplia variedad de realizaciones a las que pueden aplicarse los principios de la presente invención, debe entenderse que las realizaciones ilustradas son solamente a modo de ejemplo. Los valores numéricos dados de diversos parámetros físicos y dimensiones son solo aproximaciones y se prevé que los valores superiores o inferiores a los valores numéricos asignados a los parámetros, dimensiones y cantidades se encuentren dentro del alcance de la invención.
Aunque en el presente documento se ha puesto un énfasis considerable en los componentes y partes componentes de las realizaciones preferidas, se apreciará que pueden hacerse muchas realizaciones y que pueden hacerse muchos cambios en las realizaciones preferidas sin apartarse de los principios de la invención. Estos y otros cambios en la realización preferida, así como otras realizaciones de la invención, resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la invención en el presente documento, por lo que debe entenderse claramente que la materia descriptiva anterior ha de interpretarse simplemente como ilustrativa de la invención y no como limitación. El alcance de la invención se define simplemente por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
- REIVINDICACIONESi. Refrigerador por absorción-compresión híbrido que tiene:- un sistema de compresión del vapor que comprende:• un evaporador primario (102) adaptado para proporcionar refrigeración al extraer calor de un medio que va a enfriarse para vaporizar un refrigerante primario condensado frío; y• un compresor (104) en comunicación con dicho evaporador primario (102) para recibir vapores de refrigerante primario, estando dicho compresor (104) adaptado para generar vapores de refrigerante primario a alta presión;- un sistema de absorción del vapor proporcionado en comunicación operativa con dicho sistema de compresión del vapor para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión, comprendiendo dicho sistema de absorción del vapor:• un evaporador secundario (106) para recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión a través de los tubos del evaporador de dicho evaporador secundario (106), teniendo dicho evaporador secundario (106) un primer medio de pulverización para pulverizar un refrigerante secundario condensado en condiciones de baja presión en dicho evaporador secundario (106), en el que dicho evaporador secundario (106) está adaptado para extraer calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión para vaporizar el refrigerante secundario condensado, generando de ese modo el refrigerante primario condensado frío y vapores de refrigerante secundario; y• un absorbedor (108) en comunicación operativa con dicho evaporador secundario (106) para recibir los vapores de refrigerante secundario, teniendo dicho absorbedor (108) un segundo medio de pulverización para pulverizar solución de LiBr concentrada en dicho absorbedor (108), en el que dicho absorbedor (108) está adaptado para absorber los vapores de refrigerante secundario en la solución de LiBr concentrada para generar solución de LiBr diluida;- un primer equipo para calentar la solución de refrigerante-absorbente diluida, incluyendo dicho primer equipo unintercambiador de calor de baja temperatura (114), un intercambiador de calor de drenaje (116), un intercambiador de calor de alta temperatura (118), un aparato para recuperar calor (120), en el que la solución de refrigerante-absorbente diluida que sale de dicho absorbedor (108) se calienta primero;- un segundo equipo para concentrar la solución de refrigerante-absorbente diluida, incluyendo dicho segundo equipo un generador de alta temperatura (122) y un generador de baja temperatura (126); en el que la solución de refrigerante-absorbente diluida se concentra entonces; y- una válvula de expansión (110) a través de la que se transporta el refrigerante primario condensado frío desde dicho evaporador secundario (106) hasta dicho evaporador primario (102),en el que la solución de LiBr diluida de dicho absorbedor (108) que se calienta al pasar a través de un grupo de dispositivos que comprende el intercambiador de calor de baja temperatura (114), el intercambiador de calor de alta temperatura (118), el intercambiador de calor de drenaje (116) y el aparato para recuperar calor (120) para obtener la solución de LiBr diluida calentada.
- 2. Refrigerador por absorción-compresión híbrido según la reivindicación 1, en el que la solución de LiBr diluida calentada se concentra en un grupo de dispositivos que comprende el generador de alta temperatura (122) y el generador de baja temperatura (126) por medio de una entrada de calor para obtener solución de LiBr concentrada calentada y vapores de refrigerante secundario.
- 3. Refrigerador por absorción-compresión híbrido según la reivindicación 2, en el que los vapores de refrigerante secundario se enfrían en un grupo de dispositivos que comprende dicho generador de baja temperatura (126) y dicho intercambiador de calor de drenaje (116) para obtener un refrigerante secundario parcialmente condensado.
- 4. Refrigerador por absorción-compresión híbrido según la reivindicación 3, en el que el refrigerante secundario parcialmente condensado se condensa adicionalmente en un condensador (112) para obtener refrigerante secundario condensado.
- 5. Refrigerador por absorción-compresión híbrido según la reivindicación 2, en el que la solución de LiBr concentrada calentada se enfría al pasar la solución de LiBr concentrada calentada a través de un grupo de dispositivos que comprende dicho intercambiador de calor de baja temperatura (114) y dicho intercambiador de calor de alta temperatura (118) para obtener la solución de LiBr concentrada.
- 6. Método para proporcionar efecto de refrigeración, comprendiendo dicho método las etapas de:• proporcionar refrigeración en un sistema de compresión del vapor al extraer calor de un medio que va a enfriarse para vaporizar un refrigerante primario condensado frío en un evaporador primario (102) para obtener un medio enfriado y vapores de refrigerante primario, en el que el refrigerante primario condensado frío se selecciona a partir del grupo que consiste en el refrigerante primario a partir de tetrafluoroetano (R134a), diclorotrifluoroetano (R123), trifluoroetano (R143a) y dióxido de carbono (R744);• comprimir los vapores de refrigerante primario en un compresor (104) para obtener vapores de refrigerante primario a alta presión;• recibir los vapores de refrigerante primario a alta presión a través de los tubos de un evaporador secundario (106) de un sistema de absorción del vapor;• proporcionar refrigeración adicional al extraer calor de los vapores de refrigerante primario a alta presión en un refrigerante secundario condensado en dicho evaporador secundario (106) en condiciones de baja presión para generar refrigerante primario condensado frío y vapores de refrigerante secundario;• absorber los vapores de refrigerante secundario en una solución de LiBr concentrada pulverizada en un absorbedor (108), generando de ese modo una solución de LiBr diluida; y• hacer recircular el refrigerante primario condensado frío a dicho evaporador primario (102) a través de una válvula de expansión (110), completando de ese modo el ciclo de refrigeración;- calentar la solución de refrigerante-absorbente diluida tras salir de dicho absorbedor (108) en equipos que incluyen un grupo de dispositivos que comprende un intercambiador de calor de baja temperatura (114), un intercambiador de calor de drenaje (116), un intercambiador de calor de alta temperatura (118), un aparato para recuperar calor (120); y- concentrar la solución de refrigerante-absorbente diluida en equipos que incluyen un grupo de dispositivos que comprenden un generador de alta temperatura (122) y un generador de baja temperatura (126).
- 7. Método según la reivindicación 6, que incluye la etapa de usar agua como refrigerante secundario.
- 8. Método según la reivindicación 6, que incluye la etapa de concentrar la solución de LiBr diluida calentada para obtener solución de LiBr concentrada calentada y vapores de refrigerante secundario.
- 9. Método según la reivindicación 8, que incluye la etapa de enfriar la solución de LiBr concentrada calentada.
- 10. Método según la reivindicación 8, que incluye la etapa de enfriar y condensar los vapores de refrigerante secundario para obtener el refrigerante secundario condensado.
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