ES2980041B2 - Intercambiador tubos-carcasa de tipo spray-chiller con sistema de recalentamiento integrado - Google Patents

Description

descripción

intercambiador tubos-carcasa de tipo spray-chiller con sistema de recalentamiento integrado

Objeto de la invención

Es objeto de la presente invención el diseño de un nuevo tipo de intercambiador de tubos-carcasa de tipo spray-chiller que incluye un sistema de recalentamiento integrado en la carcasa del mismo.

Caracteriza la presente invención el circuito de recalentamiento del NH3 integrado en el propio intercambiador con el que se consigue que el vapor de amoniaco vaya ligeramente sobrecalentado evitando así problemas de condensación en las líneas de aspiración de los compresores, lo que redunda además en un menor volumen de NH3 en el separadory en consecuencia la instalación es de un nivel de riesgo menor que si no tuviera el sistema de recalentamiento ahora propuesto.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los intercambiadores spray-chiller.

Antecedentes de la invención

Los sistemas frigoríficos industriales utilizan máquinas de compresión, en las que los vapores son aspirados y comprimidos mediante un compresor y licuados en un condensador con funcionamiento automático, con o sin refrigeración intermedia. Además, para conservar los alimentos, trabajan a baja temperatura, entre -18 0C y los -30 ºC, ya quela actividad química y bacteriológica congelando a -14 ºC se ralentiza, mientras que a -60ºCse paraliza. De esta forma se evita el desarrollo de microorganismos, la actividad enzimáticaola pérdida nutritiva, conservando las características sensoriales y organolépticas de los alimentos.

La mayoría delossistemas frigoríficos industriales actuales emplean un sistema en cascada, en varias etapas en el que se utilizan distintos tipos de refrigerantes. Se basa en la fuente fría (evaporador) de una máquina frigorífica de compresión simple(opor etapas), se alimenta de una fuente caliente (condensador) de la máquina correspondiente en la etapa inferior de la cascada, siendo los fluidos diferentes yloscircuitos totalmente distintos. Este sistema de producción de frío se utiliza en el mantenimiento de temperaturas que oscilan entre -800C y -1000C.

En referencia a los refrigerantes,losHFC (HidroFluoroCarburos) provocan efecto invernadero y tiene un alto impacto ambiental, la normativa europea está regulando de cara a su eliminación gradual. La normativa F-Gas regula en Europa la reducción de gases de efecto invernadero, desde 2020 hay limitaciones y para el 2030 marca un 21% de reducción en el uso de gases

HFC .

Hoy, el reto para esta industria viene marcado por la eficiencia energética y el respeto al medio ambiente con la conversión de los equipos hacia tecnologías que incrementan el ahorro y la eficiencia energética en las instalaciones existentes. El cambio más obvio es la migración hacia gases refrigerantes de bajo Potencial de Calentamiento Atmosférico (PCA), además del uso de equipos tecnológicamente avanzados, con altas capacidades en ahorro de energía.

Por lo que, el C02 está adquiriendo cada vez una mayor presencia en el campo de la refrigeración y climatización a nivel internacional, si bien fue relevado momentáneamente por refrigerantes clorofluorocarbonatados, renace en el siglo XXI. Comenzó a utilizarse en 1875 pero cayó en desuso en los años 30 con la aparición de sustancias fluoradas, ya que éstas no requieren presiones tan altas para funcionar. En los últimos años, cuando se comprobó que los refrigerantes halogenados perjudicaban seriamente la capa de ozono, el C02 volvió a ganar popularidad como gas refrigerante.

El otro refrigerante del sistema es el amoníaco NH3, refrigerante muy conocido que se usa sobre todo en grandes plantas industriales, es famoso porsusexcelentes propiedades termodinámicas. Surendimiento es superior al de los refrigerantes sintéticos en una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, presenta algunas desventajas que limitansucarga en las instalaciones, es tóxico e inflamable. A pesar de los estrictos requisitos legales vigentes, que garantizan el funcionamiento seguro de las instalaciones con amoníaco, existe cada vez más presión para que se reduzcansusniveles de carga, sobre todo, cuando están ubicadas en áreas pobladas. En la actualidad estos niveles de carga se están minimizando, utilizándolo en combinación con el C02 para temperaturas mediasoaltas, y con sistema en cascada para aplicaciones en baja temperatura.

En consecuencia, se ha desarrollado un intercambiador tipo spray-chiller que supone una importante mejora en el proceso térmico según se describeseguidamente y queda recogido ensuesencialidad en la reivindicación primera.

El principio de funcionamiento de los intercambiadores spray-chillerestá basado en la pulverización con un refrigerante (por ejemplo, amoniaco) sobre un haz de tubos, formando así una pequeña película líquida alrededor de los mismos. En contraste a un tubo sumergido en el líquido tal y como encontramos en los evaporadores inundados, en este tipo de equipos la extracción de calor se realiza evaporando directamente la película de spray pulverizada en los tubos. En comparación a un intercambiador inundado, se requiere mucha menos superficie, el haz de tubos se encuentra en la parte inferior del intercambiador de carcasa y tubos dejando la parte superior como recipiente separador de líquido, evitando así la necesidad de un recipiente separador adicional en la parte superior reduciendo así la altura completa del equipo ysucoste.

La circulación de NH3 en el intercambiador se lleva a cabo con una bomba de recirculación, recogiendo el NH3 de la parte baja del separador e impulsándolo de nuevo hacia el separador para ser pulverizados uniformemente a través de varias boquillas que se encuentra situadas sobre el haz de tubos. El proceso de enfriamiento del medio a refrigerar se puede llevar a cabo con una diferencia de temperatura muy baja entre el propio medio y el refrigerante (<1K), gracias a la fina película que envuelve los tubos.

Si bien los intercambiadores spray-chiller cumplen con la función para la que han sido desarrollados, sucede que debido al gran volumen de NH3 que requiere el separador, se incrementan los requisitos para dicha instalación y en consecuencia los costes.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un sistema de intercambio que emplea un intercambiador spray-chiller donde los volúmenes de NH3 requeridos en el separador sean claramente inferiores a los empleados actualmente, con objeto de reducir el nivel de riesgo derivado de la presencia de un mayor volumen de NH3 y en consecuencia cumplir con unos requisitos incrementados de seguridad frente a otras instalaciones con un menor volumen de NH3, desarrollando un intercambiador de tipo spray-chiller como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación 1.

Descripción de la invención

Para contribuir a solventar la problemática anteriormente tipificada, consistente en la condensación del amoniaco saturado en las líneas de aspiración de los compresores se ha desarrollado la invención siguiente.

El objeto de la invención es la incorporación de una etapa de recalentamiento del amoníaco, que sale como vapor saturado, para sobrecalentarlo ligeramente y así evitar la condensación en las líneas de aspiración de los compresores. Para lograr dicho fin sobre el intercambiador se ha dispuesto un tubo de conexión que partiendo del intercambiador recoge en NH3 y lo lleva hasta el cabezal de intercambio de C02, de esta manera se aprovecha parte del calor cedido por el C02 hacia el NH3, realizando un calentamiento del NH3 antes de su llegada al separador.

Gracias a este proceso de calentamiento previo del NH3 antes desuentrada en el separador el volumen de NH3 se ve claramente reducido y por lo tanto dado que los niveles de seguridad exigidos están en función de los volúmenes de NH3 y al quedar éstos reducidos, los niveles de seguridad son claramente menores.

Adicionalmente, debido a que la carga de amoníaco se reduce, será necesario mejorar el filtrado del aceite para evitarsuacumulación. Por ello, para que la carga del amoníaco se pueda reducir al máximo, reduciendo asísuriesgo en base a la normativa de seguridad, se deberá mejorar el filtrado del refrigerante a la salida de los compresores. Con esta solución se contrarresta la mayor sensibilidad a la contaminación del refrigerante que puede ser uno de los factores que reduzcan la eficiencia a largo plazo de este sistema.

explicación de las figuras

Para comprender mejor la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra el conjunto intercambiador con la etapa de sobrecalentamiento integrada.

La figura 2 muestra otra vista diferente de un intercambiador tipo spray-chiller donde se observa el tubo intermedio de conexión con el intercambiador de C02.

La figura 3 muestra el esquema funcional e la etapa de sobrecalentamiento a la que se somete al NH3.

realización preferente de la invención

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 se puede observar un intercambiador (1) tipo spray-chiller que en uno desusextremos cuenta con un cabezal de intercambio (2) de calor con el C02, por lo que dicho cabezal cuenta con una entrada de C02 (3) y con una salida de C02 (4), disponiéndose un tubo de conexión intermedio (5) que discurre desde aproximadamente la parte media del cuerpo del intercambiador (1) hacia el cabezal de intercambio (2) de calor. A dicho cabezal de intercambio de calor (2) con el C02, el tubo de intermedio de conexión (5) se conecta mediante un punto de entrada (6), saliendo el NH3, del cabezal de intercambio de calor (2) una vez sobrecalentado por la salida (7) que se conectaría con el separador de la instalación.

La forma particularo losmedios empleados para poder producir dicho intercambio de calor dentro del cabezal de intercambio (2) no es objeto de la presente invención, pudiendo ser cualquiera de entrelosconocidos. En la figura 3 se muestra una posible forma de realización consistente en una serie de cámaras conectadas de manera alternada de modo que se obliga a circular al NH3 a través de ellas y contactando conlostubos de C02 que discurren porsuinterior

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro desuesencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambieomodifiquesuprincipio fundamental.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1.- Intercambiador de tubos-carcasa tipo spray-chiller, caracterizado por que comprende una etapa de sobrecalentamiento de NH3 integrada en el propio cuerpo de la carcasa del intercambiador; un cabezal de intercambiado (2) de calor con CO2 dispuesto en uno de los extremos del intercambiador (1), donde la etapa de sobrecalentamiento de NH3 consiste en un tubo intermedio (5) que discurre desde el cuerpo del intercambiador (1) hacia el cabezal de intercambio (2) de calor, donde a dicho cabezal de intercambio de calor (2) con el CO2, el tubo de intermedio de conexión (5) se conecta mediante un punto de entrada (6), saliendo el NH3, del cabezal de intercambio de calor (2) una vez sobrecalentado por la salida (7).