ES2279661B1 - Metodo y dispositivo de recuperacion de energia termica en proceso queutilizan fluidos a temperatura media/baja desechandolos a temperatura superior. - Google Patents

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Abstract

Método y dispositivo de recuperación térmica en procesos que utilizan fluidos a temperatura media/baja desechándolos a temperatura superior. Un sistema cualquiera (20) que utiliza un fluido refrigerante y lo desecha después de cederle energía es susceptible de la aplicación del método y dispositivo contenido en la presente patente de invención. Se trata de acumular el fluido refrigerante, vehicularlo hasta una batería recuperadora de calor (10) que lo procesará de forma que al extraerle energía necesaria podrá ser reutilizado. El aire exterior actuará como foco frío. El dispositivo capaz de realizar estas funciones está formado principalmente por: I.-Depósito nodriza (3): acumula el fluido refrigerante a la espera de ser gestinado. II.-Mueble-Contenedor (9): contiene los principales elementos activos del sistema, a saber, bomba autoaspirante (11), batería recuperadora de calor (10), ventilador de aire exterior (12), conjunto de tuberías y valvulería para la conducción del fluido refrigerante, compuerta de regulación de aire motorizada (13) y cuadro eléctrico principal.

Description

Método y dispositivo de recuperación de energía térmica en procesos que utilizan fluidos a temperatura media/baja desechándolos a temperatura superior.
Sector de la técnica
La invención la podríamos encuadrar en el sector de las optimizaciones energéticas de procesos industriales y comerciales.
Estado de la técnica
El sector de las optimizaciones energéticas tiene una larga andadura, ya que, ha sido, y está siendo, una importante preocupación para los industriales de todos los campos. Su verdadero auge tuvo lugar en la década de los noventa, en la que se comenzó a estudiar en profundidad las entradas energéticas en los procesos industriales para conseguir unos costes de explotación más bajos. Esta preocupación se extendió a los sistemas de acondicionamiento climático y del suministro eléctrico de los edificios civiles.
Se progresó mucho en el sector de la industria pesada, sobre todo en la petroquímica, en la que existen multitud de procesos a muy altas temperaturas, junto con otros a temperaturas moderadas, y por la tanto, es muy tentador reconvertir enormes cantidades de energía y reutilizarlas en otros procesos. Es por ello que existen muchas invenciones registradas relativas a este sector.
Asimismo también se profundizó en el campo de los edificios civiles y la industria ligera y los servicios, con la llamada cogeneración, con la que se aunaban las ventajas de la generación de energía eléctrica por otros medios distintos a los habituales, obteniendo como subproductos energía térmica con la que es posible calentar o refrigerar otros sistemas. También se puede dar el proceso inverso, es decir, con energías residuales generar energía eléctrica, para consumo propio o para comercializarla.
En el campo del acondicionamiento del aire también se desarrollaron equipos para mejorar la eficiencia energética de los sistemas de Calefacción, Ventilación y Climatización (CVC) como los clásicos recuperadores rotativos, estáticos, de cambio de fase o de baterías en flujo continuo, que existen en el mercado ya hace mucho tiempo. Aunque se sigue investigando en este terreno, como muestra sirvan los documentos US6357 245 B1, US6637 234 B2, WO 2004/072560 A1.
Habiendo estudiado toda la serie de trabajos publicados al respecto, encontramos como gran olvidado el sector servicio, sobre el cuál se han realizado tímidas incursiones (por ejemplo el documento FR2823 837 A1) y es en el que se centra esta nueva inven-
ción.
Pensamos que a este sector se le ha prestado menos atención porque las cantidades de energía puestas en juego son menos llamativas, aunque no por ello despreciables, y parece que no vaya a ser rentable invertir recursos en optimizaciones energéticas. Nuestra invención pone de manifiesto lo superficial de este pensamiento proponiendo un equipo compacto, con un coste contenido y que es fácilmente aplicable a muchos casos reales.
Memoria explicativa de la invención
La presente invención propone un método, y el conjunto de dispositivos que lo llevan a cabo, para extraer la energía del fluido refrigerante que se desechaba a alta temperatura a la red de desagües urbanos, mediante aire exterior de la atmósfera, consiguiendo que éste sea reutilizable, obteniendo así un considerable ahorro correspondiente a todo el fluido refrigerante que se hubiera desechado. Asimismo la energía térmica cedida al aire exterior podrá ser usada en otros procesos dentro de la misma explotación.
Para explicar el método que pretendemos proteger utilizaremos una descripción correlativa del proceso al que someteremos al fluido refrigerante, a saber: recepcionar el fluido refrigerante ya caliente, bombearlo a través de una batería de intercambio térmico por su lado caliente (lado agua), ceder el calor al lado frío (lado aire exterior), que merced a ser forzado por el sistema de ventilación es expulsado al exterior (o bien al sistema que debemos calentar). Posteriormente el fluido refrigerante dirigido de nuevo a los equipos que requieren refrigeración, de los que recibe de nuevo calor y se repite de nuevo el ciclo completo.
En la presente lista no exhaustiva, detallamos los elementos principales que componen el dispositivo inventado, aprovechando además para profundizar en la explicación del método:
-
Un depósito nodriza mantiene un nivel constante y realiza las siguientes funciones: recibir el fluido refrigerante de los equipos servidos, elegir el destino de este fluido, o bien al sistema de recuperación, o bien a desecho, en el caso de que las condiciones climáticas exteriores no permitan su recuperación.
-
Un mueble-contenedor autoportante, compacto, con una envolvente de chapa de acero con diversos acabados, que engloba los siguientes elementos:
\circ
Batería recuperadora de calor del tipo de paquete aleteado sobre haces de tubos en cobre-aluminio, en su ejecución estándar. También pueden realizarse otras versiones para ambientes agresivos, salinos, etc.
\circ
Bomba autoaspirante que se ocupa de hacer circular el fluido refrigerante desde el depósito nodriza hasta los equipos a refrigerar, a través de la batería recuperadora, suministrándolo a temperatura adecuada.
\circ
Conjunto de tuberías y valvulería para la conducción del fluido refrigerante hasta los distintos elementos, incluye válvulas automáticas para suministro directo del agua de red o del medio refrigerante habitual, en el eventual caso de la imposibilidad de recuperación.
\circ
Un ventilador encargado de vehicular el aire exterior, a través de la compuerta de regulación motorizada, el filtro de aire y la batería recuperadora de nuevo al exterior, o bien, al proceso en el que utilicemos la energía residual.
\circ
Una compuerta de regulación motorizada, que controla el flujo del aire para suministrar el agente refrigerante a la temperatura de preparación idónea para los equipos a refrigerar.
\circ
Un filtro de aire para protección de la batería recuperadora y el ventilador.
\circ
Un conjunto de material de campo de regulación y control, conteniendo dos sondas de temperatura, dispositivo control de flujo, presostatos, vaso acumulador de presión, etc.
\circ
Un cuadro eléctrico de protección y maniobra, con autómata programable, que controlará todos los procesos del dispositivo.
Todos los elementos contenidos en el mueble-contenedor o en el depósito nodriza, igualmente podrían estar disgregados en distintos emplazamientos de la instalación, habiendo elegido el formato compacto por ser más práctico para el montaje del mismo y, por lo tanto, su comercialización será más sencilla.
Descripción de las figuras
La figura que hemos preparado para explicar la invención es una representación del diagrama de flujo, es decir, un esquema de principio de funcionamiento, en el que representamos el equipo que se necesita refrigerar (20), que cede energía al agua de red en el funcionamiento normal y en el que intercalamos nuestro sistema, podemos distinguir los siguientes apartados:
1.- Acometidas de servicios externos: en primer lugar está la acometida de agua de red (1), que es el fluido refrigerante comúnmente usado en este tipo de instalaciones, que realiza la doble función de mantener el nivel del depósito nodriza (3) constante y por otro llevar el fluido refrigerante hasta el mueble-contenedor (9), a través de la válvula solenoide (8). En segundo lugar está la toma de desagüe (2) que recibe el agua de desecho en los casos en que la recuperación de calor es imposible, porque las condiciones climatológicas exteriores impiden la correcta preparación del refrigerante a los equipos que lo necesitan. El funcionamiento de una instalación normal, en la que no se aplicara nuestro método y dispositivo, sería la siguiente: el equipo a refrigerar recibe el agua de red (1), a la que le cede calor y después lo expulsa a la red de desagües (2). Con las líneas de trazos (19) representamos la instalación sin recuperación de energía.
2.- Depósito nodriza: como ya se adelantó anteriormente este elemento (3) recibe el fluido refrigerante de los equipos a refrigerar a alta temperatura y a través de la válvula de tres vías (4) que lleva instalada sobre sí, discrimina el fluido refrigerante, dejándolo entrar al depósito, del que no lo es, expulsándolo a la red de desagües (2). El depósito nodriza lleva, además, las tubuladuras necesarias para las aspiración del fluido refrigerante desde el mueble-contenedor (9), y un conducto que realiza la doble función de expulsor y rebosadero (6). Para realizar la medida del nivel dentro del depósito nodriza se le colocará un nivel magnético (7) con tres puntos, que son: mínimo de protección de bombas, medio de comienzo de llenado y máximo de fin de llenado.
3.- Mueble-contenedor autoportante (9): es el equipo principal del dispositivo, en él encontramos todos los elementos principales del la invención: la batería de recuperación agua-aire (10) que recibe el agua caliente del depósito nodriza, siendo vehiculada por la bomba autoaspirante (11), y le cede calor al aire, que es forzado por el ventilador (12) y expulsado al exterior, en caso de que no podamos aprovecharlo, o conducido hasta su punto de aprovechamiento. En este último caso el aprovechamiento de energía es completo, no solo podemos reutilizar el agua recuperada, sino que además nos servimos de la energía residual para otros fines, como por ejemplo: secado, calentamiento de estancias, preparación de medios calientes, etc. Además tenemos la compuerta de regulación motorizada (13) que regula la cantidad de aire que debe pasar a través de la batería, y poder así preparar el agua recuperada a la temperatura deseada. Como pueden ver en la figura el mueble contenedor contiene además las tuberías, valvulería, etc.
4.- Sistema de regulación: las sondas de temperatura de entrada (14) y de salida (15) transmiten su medida a un autómata programable que las procesa y maniobra el sistema con la siguiente filosofía: si la temperatura de salida es muy baja, se disminuye la cantidad de aire que atraviesa la batería enviando las señales necesarias a la compuerta de regulación motorizada (13), si la diferencia entre las temperaturas de entrada y de salida no es lo suficientemente alta, se inhibe la recuperación de calor y se hace funcionar el sistema de la forma tradicional. Para la alimentación de agua hasta los equipos a refrigerar, mantendremos el sistema a presión con la bomba en marcha y maniobrada con la señal del presostato (16) y mediante el vaso acumulador de presión (18). Como elemento de seguridad y como medida de ahorro de energía nos serviremos del dispositivo de control de flujo (17) para que cuando no haya flujo durante un largo tiempo, se pueda interrumpir la operación del sistema de recuperación de energía (intervenciones de mantenimiento, paradas prolongadas, etc.).
Modo de realización
Ejemplo explicativo
En el presente ejemplo mostraremos una aplicación real con datos concretos, que no limita las amplias aplicaciones posibles de la invención. En nuestro caso es una lavandería comercial con dos equipos de limpieza en seco que se refrigeran con agua de la red a presión por encima de 2 bar y que para su correcto funcionamiento necesitan 350 lts/h a temperatura máxima de 28ºC. Cuando la operación es normal la temperatura de salida del agua es de 55ºC aproximadamente. Además necesitamos calentar una estancia colindante que se utiliza para el secado de las prendas lavadas con agua y que debemos calentar durante todo el año a 30ºC. Con estos datos de partida proponemos la solución descrita en adelante.
Nuestra invención propondría la siguiente solución:
1.- Recepción de fluido refrigerante en un depósito nodriza, intercalado entre las descargas de los equipos de seco y el punto de desagüe requerido, con las características detalladas en memoria descriptiva.
2.- Un mueble-contenedor de construcción autoportante que puede colocarse en falsos techos del local comercial que ocupa la lavandería, que contendrá los siguientes elementos: ventilador centrífugo para un caudal de 1 m^{3}/seg y 100 Pa de presión disponible, batería de recuperación que con el caudal de aire especificado es capaz de suministrar agua por debajo de 28ºC con aire exterior a 26,5ºC, una bomba autoaspirante para un caudal de 0,2 dm^{3}/seg. con 270 Kpa de presión disponible de suministro, compuerta de regulación motorizada. El resto de los elementos están estandarizados y se hallan descritos en la memoria descriptiva.
3.- Realizar las interconexiones entre los distintos equipos "in situ" con las tuberías del calibre adecuado para los caudales descritos, por ejemplo 20 mm. de diámetro interior.
Aplicación industrial de la invención
El método y los dispositivos que hemos descrito en la presente solicitud, son susceptibles de ser producidos en serie, estandarizarse en distintos tamaños, adaptados a las necesidades de determinados comercios o industrias en función de la cantidad de fuentes de calor que contenga cada uno. Nos vamos a servir del ejemplo del apartado anterior (modo de realización) para explicar la forma de escalonar los tamaños de los equipos. Supongamos que diseñamos un equipo dimensionado para la lavandería comercial anterior, es decir, con dos fuentes de energía. El dotar a otra lavandería de un equipo dimensionado para tres fuentes de energía, haría que todos sus elementos fueran necesariamente proporcionales al anterior.
En resumen, para cada aplicación concreta podríamos realizar una familia de equipos de tamaños cuyas características guardan una relación directa a la cantidad de fuentes de calor a las que atienden, en consecuencia se trata de una invención susceptible de aplicarse industrialmente y ser producida en serie.

Claims (4)

1. Método para la recuperación de energía térmica en procesos que utilizan fluidos a temperatura media/baja desechándolos a temperatura superior, caracterizado por su adaptabilidad a equipos del sector servicios e industrial, que posibilita su reutilización, en lugar de que fueran desechados del sistema. El medio al que se cede la energía contenida en el fluido refrigerante es el aire exterior, el cuál se puede usar para calentar otros sistemas dentro del mismo conjunto de servicios, o bien, se devuelve a la atmósfera que actuará como foco frío. El método consiste en la recepción del fluido refrigerante, su circulación forzada mediante bomba autoaspirante (11) a través de una batería recuperadora de calor (10) del fluido refrigerante mediante aire exterior, la cesión del calor al aire exterior que se hace circular forzado por un ventilador (12) y los controles necesarios para que todos estos procesos se realicen automáticamente, para después devolver el fluido refrigerante preparado a temperatura adecuada a los equipos a refrigerar.
2. Dispositivo capaz de realizar las funciones descritas en la reivindicación 1, caracterizado por ser compacto y susceptible de ser producido de forma estándar y modular adaptada al volumen de energía a recuperar que comprende los siguientes elementos:
* Un depósito nodriza (3) receptor-gestor del fluido refrigerante.
* Un mueble-contenedor que se caracteriza por ser autoportante y que contiene: batería de recuperadora de calor (10), bomba autoaspirante (11), un ventilador (12) para vehicular el aire exterior, compuerta de regulación de aire motorizada (13), sondas de temperatura (14) y (15), presostatos (16) y (18), dispositivos de control de flujo (17), conjunto de tuberías y valvulería para la conducción de fluidos, un cuadro eléctrico de protección, maniobra y control.
3. Dispositivo descrito en la reivindicación 2, caracterizado porque con la alimentación eléctrica, la conexión de los fluidos entre los elementos que componen la invención y con las acometidas exteriores de fluido refrigerante y de desagüe, el equipo de recuperación de calor funciona correctamente sin la intervención de personal especializado para su puesta en marcha. Esta descripción coincide con el concepto de equipo autónomo dentro del ámbito de las instalaciones CVC (Calefacción, Ventilación y Climatización).
4. Modificación del dispositivo descrito en la reivindicación 2, en el que se disgreguen los elementos que contienen el mueble-contenedor (9) y/o el depósito nodriza (3), pero que realicen funciones similares o produzcan un efecto equivalente.
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