ES2828381T3 - Sistemas, dispositivos y métodos de distribución de gas en un absorbedor - Google Patents

Abstract

Un sistema de adsorción para un sistema de enfriamiento, calefacción o refrigeración que comprende: un primer absorbedor (100A,B,C) que comprende un sorbente (170) configurado para adsorber un gas sobre el mismo; y un tubo (150) de distribución de gas rígido acoplado con el primer absorbedor y que comprende una pared lateral (156) porosa que define un canal en el mismo, donde el tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del canal a través de la pared lateral porosa y hacia el sorbente (170) al exterior del canal.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas, dispositivos y métodos de distribución de gas en un absorbedor

Antecedentes

Campo de la invención

Esta descripción se refiere de forma general a sistemas de refrigeración por absorción que usan absorbedores y con compuestos complejos y un gas absorbedor. En particular, se describen características para distribuir el gas absorbedor en tales sistemas.

Descripción de la técnica relacionada

Las reacciones de adsorción/desorción o también denominadas reacciones de absorción/desorción entre gases polares y determinadas sales metálicas proporcionan compuestos complejos que constituyen la base de una refrigeración, almacenamiento térmico, sistemas de bombas de calor y sistemas de potencia eficientes que tienen alta densidad de energía. Sin embargo, la densidad de energía, una medida de la cantidad de gas polar adsorbido en la sal, que se traduce en la cantidad de trabajo o energía que puede almacenarse en una cantidad determinada del compuesto complejo, es solo un parámetro a considerar en el diseño de sistemas comercialmente atractivos.

De particular importancia, si no de mayor importancia, son las velocidades de reacción entre el gas y el compuesto complejo, que dan como resultado el tiempo que se necesita para adsorber y desorber una cantidad determinada del gas en o desde el compuesto complejo. Mayores o maximizadas velocidades de reacción dan como resultado una potencia aumentada o mejorada que puede ser entregada por el sistema, es decir, más energía entregada durante un período de tiempo, lo que se traduce en una mayor capacidad de calefacción, refrigeración o potencia del sistema.

Las velocidades de reacción en estos sistemas son en parte una función del grado de eficiencia con la que se distribuye el gas al compuesto complejo. Los sistemas anteriores han usado cerámica porosa o telas para distribuir el gas al compuesto complejo. Sin embargo, los distribuidores cerámicos son frágiles y pueden fracturarse fácilmente, especialmente en ambientes no estacionarios o vibratorios. Por ejemplo, los distribuidores cerámicos pueden tener dificultades para soportar las vibraciones causadas por el transporte en terrenos accidentados. También se ha descubierto que los distribuidores de telas tienen algunas desventajas, particularmente debido a su propensión a obstruirse después de múltiples ciclos. Esta obstrucción puede aumentar la pérdida de presión del refrigerante en los sistemas y, por tanto, reducir el rendimiento del absorbedor y del sistema de absorción.

El documento US20130276475 A1 describe un sistema de adsorción para un sistema de enfriamiento, calefacción o refrigeración con dos adsorbedores.

COMPENDIO

Las formas de realización descritas en el presente documento tienen varios aspectos, ninguno de los cuales es el único responsable de los atributos deseables de la descripción. Sin limitar el alcance de la presente descripción, se discutirán ahora brevemente sus características más destacadas. Después de considerar esta discusión, y particularmente después de leer la sección titulada "Descripción detallada de ciertas formas de realización", se comprenderá cómo las características de las formas de realización descritas en el presente documento proporcionan ventajas sobre los sistemas, dispositivos y métodos existentes para distribuir gas en reactores con compuestos complejos.

En un aspecto, se describe un sistema de adsorción para un sistema de enfriamiento, calefacción o refrigeración según la reivindicación 1. El sistema comprende un primer absorbedor que comprende un sorbente configurado para adsorber un gas sobre el mismo y un tubo de distribución de gas rígido acoplado con el primer absorbedor y que comprende una pared lateral porosa que define un canal en el mismo. El tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del canal a través de la pared lateral porosa y hacia el sorbente al exterior del canal.

En algunas formas de realización, el tubo de distribución de gas rígido comprende una matriz alargada que define la pared lateral porosa, un refuerzo contenido en la matriz para formar un compuesto rígido y una pluralidad de poros definidos por el compuesto rígido y configurados para permitir el paso del gas. La matriz puede ser un epoxi y el refuerzo puede ser fibra de vidrio. En algunas formas de realización, el canal es tubular.

En algunas formas de realización, el sistema comprende además una varilla rígida que se extiende a lo largo de la longitud del absorbedor y que soporta el sorbente. El sistema también puede comprender una pluralidad de tubos de distribución de gas rígidos. El gas en el sistema puede ser amoníaco. En algunas formas de realización, el sorbente es uno de SrCl2, CaBr2 y/o MnCl2. En algunas formas de realización, el sorbente es uno de CaCl2, MgCl2, CoCl2, FeCl2 y/o SrBr2.

En algunas formas de realización, el sistema comprende además un segundo absorbedor en comunicación de fluido con el primer absorbedor, comprendiendo el segundo absorbedor el sorbente configurado para adsorber el gas en el mismo, y un segundo tubo de distribución de gas rígido acoplado con la segunda cámara de reacción y que comprende una segunda pared lateral que define un segundo canal en la misma. El segundo tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del segundo canal a través de la segunda pared lateral porosa y hacia el sorbente al exterior del segundo canal. En algunas formas de realización, el sistema comprende además un condensador en comunicación de fluido con el primer absorbedor y el segundo absorbedor, y un evaporador en comunicación de fluido con el primer absorbedor y el segundo absorbedor. El absorbedor y segundo absorbedor pueden estar configurados para operar fuera de fase uno respecto a otro. El absorbedor y el segundo absorbedor pueden comprender cada uno una varilla rígida que se extiende a lo largo de la longitud de cada absorbedor y soporta el sorbente. Para los fines de montaje del sistema y posible operación en o fuera de fase, pueden usarse también tres o más absorbedores.

En otro aspecto, se describe un sistema de enfriamiento por adsorción que comprende un absorbedor que comprende un sorbente configurado para adsorber un gas sobre el mismo, donde el sorbente tiene una densidad de carga de aproximadamente 0,3 g/cm3 a 0,7 g/cm3. El sistema comprende además un tubo de distribución de gas rígido acoplado con el absorbedor y que comprende una pared lateral porosa que define un canal en el mismo, donde el tubo está configurado para permitir el paso del gas desde un interior del canal a través de la pared lateral porosa y hacia el sorbente. El sistema comprende además un evaporador acoplado con el absorbedor y que tiene una presión de evaporador, donde la presión del evaporador es aproximadamente 50 kPa (0,5 bar) a aproximadamente 400 kPa (4 bar). En algunas formas de realización, la presión diferencial entre el evaporador y el absorbedor es de aproximadamente 0,2 bar a aproximadamente 300 kPa ( 3 bar). La presión diferencial preferida puede ser de aproximadamente 50 kPa (0,5 bar) a 200 kPa (2 bar). En algunas formas de realización, el gas es amoníaco. El sorbente puede ser uno de CaCl2, MgCl2, CoCl2, FeCl2, SrBr2, SrCl2, CaBr2 y MnCl2.

En otro aspecto, se describe un método para distribuir un gas a un sorbente en un absorbedor. El método comprende hacer fluir el gas a través de un canal de un tubo de distribución de gas rígido, comprendiendo el tubo una pared lateral porosa que define un canal en el mismo. El método comprende además permear al menos una parte de la pared lateral porosa con el gas y adsorber el gas permeado sobre el sorbente. En algunas formas de realización, el método comprende además desorber el gas permeado del sorbente, permear al menos una parte de la pared lateral porosa del tubo con el gas desorbido y hacer fluir el gas desorbido a través del canal del tubo. Hacer fluir el gas y el gas desorbido puede comprender calentar o enfriar el sorbente, respectivamente.

Breve descripción de los dibujos

Las anteriores características y otras de la presente descripción serán más evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas, tomadas junto con los dibujos adjuntos. Entendiendo que estos dibujos representan solo varias formas de realización de acuerdo con la descripción y no se considerarán limitantes de su ámbito, la descripción se describirá con especificidad y detalle adicionales mediante el uso de los dibujos adjuntos. En la siguiente descripción detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que forman parte de la misma. En los dibujos, símbolos similares típicamente identifican componentes similares, a no ser que el contexto indique lo contrario. Las formas de realización ilustrativas descritas en la descripción detallada, dibujos y reivindicaciones no pretenden ser limitantes. Pueden usarse otras formas de realización y pueden realizarse otros cambios, sin apartarse del espíritu o ámbito de la materia objeto aquí presentada. Se entenderá fácilmente que los aspectos de la presente descripción, como se describe en general en el presente documento y se ilustra en las figuras, pueden disponerse, sustituirse, combinarse y diseñarse en una amplia diversidad de configuraciones diferentes, todas las cuales están contempladas explícitamente y son parte de esta descripción.

La FIG. 1A es una ilustración esquemática de una forma de realización de un sistema de refrigeración por absorción.

La FIG. 1B es una ilustración esquemática de otra forma de realización de un sistema de refrigeración por absorción que incluye dos absorbedores que operan de forma alterna para refrigeración continua.

La FIG. 2 es un gráfico de presión-temperatura que muestra una forma de realización de un ciclo de refrigeración que puede usarse con el sistema de la FIG. 1B.

La FIG. 3A es una vista lateral de una forma de realización de un absorbedor con tubos de distribución de gas porosos que puede usarse con el sistema de la FIG. 1B.

La FIG. 3B es una vista en perspectiva desde arriba del absorbedor de la FIG. 3A.

Las FIGS. 4A-4C son vistas laterales en sección transversal de una forma de realización de un absorbedor que puede usarse con el sistema de la FIG. 1B, que muestra una disposición de tubos de transferencia de calor.

La FIG. 5A es una vista en sección transversal del absorbedor de la FIG. 3A que muestra formas de realización de una aleta para la transferencia de calor con orificios para tubos de distribución de gas y tubos de transferencia de calor.

La FIG. 5B es la vista en sección transversal de la FIG. 5A sin la aleta de transferencia de calor.

La FIG. 5C es una vista desde arriba de la aleta para la transferencia de calor de la FIG. 5A.

La FIG. 6A es una vista lateral de uno de los tubos de distribución de gas poroso del absorbedor de la FIG. 3A.

La FIG. 6B es una vista desde un extremo del tubo de distribución de gas poroso de la FIG. 6A.

La FIG. 6C es una sección transversal de la pared lateral del tubo de distribución de gas poroso de la FIG. 6A tomada de la FIG. 6B a lo largo de la línea 6C-6C.

La FIG. 7A es una vista desde arriba de una forma de realización de un disco absorbedor que puede usarse con el absorbedor de la FIG. 3A.

La FIG. 7B es una vista lateral del disco absorbedor de la FIG. 7A.

Descripción detallada

La siguiente descripción y ejemplos ilustran con detalle formas de realización de la presente invención. Los expertos en la técnica reconocerán que existen numerosas variaciones y modificaciones de esta invención que están abarcadas por su ámbito. Por consiguiente, no debe considerarse que la descripción de una forma de realización limita el ámbito de la presente invención. En esta descripción, se hace referencia a los dibujos en los que partes similares están designadas con los mismos números en toda la memoria.

Se describen sistemas y métodos para mejorar la distribución de gas en sistemas de refrigeración por adsorción. Tales sistemas usan un gas absorbedor que se adsorbe y se desorbe de un compuesto complejo sólido durante un ciclo de calentamiento o enfriamiento. En las formas de realización de la invención, como se describe con más detalle a continuación, el gas se distribuye a los compuestos complejos fluyendo a través de uno o más tubos porosos que atraviesan el absorbedor. Cada tubo poroso puede ser un material compuesto rígido formado con poros en su interior que permiten el flujo gaseoso a través de una pared lateral del tubo. El sistema con el tubo poroso ofrece un sistema de refrigeración por absorción duradero y fiable.

Las reacciones de absorción sólido-gas, es decir, la adsorción y desorción del gas en el sólido, pueden llevarse a cabo en condiciones y en un aparato destinado a producir altas densidades de energía. Preferiblemente, tales reacciones pueden alcanzar la máxima densidad de energía por masa de adsorbente, máxima densidad de energía por masa de reactor y máxima densidad de energía por volumen de reactor deseado o necesario. Los tiempos de semiciclo, es decir, los tiempos de reacción de adsorción o desorción de las reacciones que tienen velocidades de reacción mejoradas según la presente invención se llevan a cabo en menos de 30 minutos, preferiblemente en menos de aproximadamente 20 minutos y típicamente entre aproximadamente 2 y aproximadamente 15 minutos. Se entenderá que no todas las aplicaciones requieren tiempos idénticos para la adsorción y desorción, y en algunos casos, una o ambas reacciones pueden ser de tan solo aproximadamente 2 minutos, mientras que en otros casos, una de las reacciones puede extenderse unos minutos más allá de 20 minutos. Además, durante las condiciones de carga parcial, cuando no se espera que el equipo produzca toda su capacidad de enfriamiento, refrigeración, calefacción o energía, los tiempos de reacción pueden extenderse para limitar el ciclo inherente del proceso y evitar pérdidas térmicas innecesarias. Se entenderá que los ciclos totales o los períodos de tiempo de ciclo completo también requieren un período de tiempo para ajustar o cambiar la presión entre los semiciclos de adsorción y desorción. Así, un período de tiempo de ciclo completo comprende la suma de los tiempos de semiciclo más dos tiempos de ajuste de presióntemperatura, el último típicamente cada uno de unos pocos segundos, hasta unos pocos minutos.

Las velocidades de reacción óptimas dependen de una serie de parámetros independientes que incluyen la densidad del adsorbente, la longitud de la trayectoria de difusión de masa, la longitud de la trayectoria de difusión de calor o térmica, así como las condiciones de operación termodinámicas. Estos últimos incluyen las condiciones generales del proceso, es decir, las condiciones específicas de temperatura y presión en las que se lleva a cabo el proceso, la presión diferencial o, es decir, la diferencia entre la presión de operación o del sistema y la presión de equilibrio del compuesto complejo, y la temperatura de aproximación o AT, que es típicamente superior a 8°K para la primera reacción de adsorción. Finalmente, se debe considerar el parámetro de la sal específica que constituye el sorbente y los compuestos complejos formados entre la sal y un gas polar seleccionado específico, entendiéndose que las características de dichas sales y los compuestos complejos resultantes, incluidas las presiones de equilibrio de las mismas, son determinaciones importantes a la hora de balancear los parámetros antes mencionados para optimizar las condiciones de reacción y conseguir un sistema que tenga velocidades de reacción maximizadas. Tal como se usa a veces en el presente documento, el término "producto de reacción optimizado" o "compuesto complejo optimizado" es un compuesto complejo en el que el proceso de absorción de gas polar sobre la sal metálica se lleva a cabo en condiciones de proceso que dan como resultado un producto de reacción de compuesto complejo que tiene las características antes citadas que llevan a un óptimo económico.

Cada cámara de reacción o módulo de reactor, también denominado en el presente documento "absorbedor", tiene dimensiones que determinan la longitud de la trayectoria de difusión térmica (transferencia de calor) y la longitud de la trayectoria de difusión de masa (transferencia de masa), respectivamente. La longitud de la trayectoria térmica es la distancia desde una superficie altamente conductora de calor hasta el centro de la masa del compuesto complejo. Una aleta o tubo conductor de calor es un ejemplo de tal superficie conductora de calor. Debe observarse que, tal como se usa en el presente documento, el término "absorbedor" puede incluir uno o más dispositivos absorbedores. Por ejemplo, un absorbedor puede incluir una pluralidad de dispositivos absorbedores colocados en una única carcasa.

De forma alternativa, un absorbedor puede referirse a una serie de dispositivos absorbedores con carcasas individuales que actúan juntas como un único absorbedor dentro del sistema.

La longitud de la trayectoria de difusión de masa es la longitud de la trayectoria de una molécula de refrigerante hacia y desde una partícula o molécula de adsorción. Con el fin de alcanzar altas velocidades de reacción, un absorbedor debe tener la capacidad de mover una cantidad sustancial de refrigerante dentro de la masa de adsorbente en un período de tiempo relativamente corto. La longitud de la trayectoria de difusión de masa se determina midiendo la distancia entre el punto o la superficie de entrada del gas en la masa de adsorbente (dentro de la cámara exterior del absorbedor) hasta la partícula más lejana, que representa la mayor distancia que debe recorrer el gas, hacia y desde moléculas o partículas del compuesto complejo, durante los ciclos de adsorción y desorción.

Debe entenderse además que el flujo de refrigerante a través de la masa de sorbente, hacia y desde los sitios de adsorción, no está basado únicamente en la permeabilidad o penetración del gas a través de un medio poroso, ni está basado únicamente en la penetración del gas a través de una masa de producto densa contenida en un volumen limitado. Por el contrario, el compuesto complejo adsorbente cambia sus propiedades a lo largo del proceso a medida que coordina y adsorbe las moléculas de gas. Dado que la coordinación es típicamente un gas polar adsorbido en el compuesto complejo en una o más esferas de coordinación, las velocidades de absorción se ven afectadas tanto por la cobertura del sitio de coordinación como por la protección resultante de la acumulación de moléculas de gas polar coordinadas que enfrentan las moléculas de gas polar entrantes durante la adsorción. Por consiguiente, deben considerarse la longitud de la trayectoria del flujo de masa o la difusión de masa media para alcanzar velocidades de reacción y densidad de potencia elevadas según la invención.

Así, en cualquier reactor, no sólo debe considerarse una distancia máxima de transferencia de masa a una partícula adsorbente, sino también, y a menudo más importante, la distancia promedio o media que debe viajar el gas hacia y desde todas las partículas de la masa. Como se usa en el presente documento, el término longitud o distancia de la trayectoria de difusión de masa media se define como la media aritmética sobre todas las partículas de la distancia más corta desde cada partícula a una superficie permeable al gas que bordea el compuesto, la entrada de distribución de gas, la salida u otros medios de distribución de gas. Por tanto, la longitud media de la trayectoria de difusión de masa es:

n

E ^{d i}

i = 1

n

donde di = distancia más corta desde la partícula iesima a una superficie permeable al gas, y n = número de partículas. Para reacciones de adsorción y desorción rápidas, que absorben una cantidad sustancial de la esfera de coordinación de refrigerante teóricamente disponible en menos de aproximadamente 30 minutos y preferiblemente menos de 20 minutos, para cada ciclo de absorción y desorción, la longitud media de la trayectoria de difusión de masa es menor de 15 mm, y preferiblemente aproximadamente 13 mm o menos y más preferiblemente menos de 8 mm. Para cumplir con este requisito crítico, el reactor o la cámara o cámaras de reacción del aparato en el que está presente el adsorbente y los componentes de distribución de gas, es decir, tubos, paredes del reactor, canales, entradas, orificios, salidas de ventilación, etc., están diseñados preferiblemente de modo que la trayectoria de difusión de masa media como se define antes, en dicho reactor sea de 15 mm o menos. También se prefiere que al menos el 60% de la sal metálica o compuesto complejo, en peso, esté dentro de los 25 mm o menos de dicho componente de distribución de gas. Para el grupo de sales preferidas descritas en el presente documento, la longitud de la trayectoria de difusión de masa media más preferida varía de 3 a 7 mm.

Por consiguiente, una forma de realización de la invención es un tubo de distribución de gas que reduce la longitud de la trayectoria de difusión de masa para optimizar las velocidades de reacción. El tubo de distribución de gas también proporciona un medio de distribución duradero y fiable que puede soportar grandes cargas aplicadas y continuar operando según sea necesario en entornos que inducen cargas.

La FIG. 1A es una ilustración esquemática de una forma de realización de un sistema 10A de refrigeración por absorción. El sistema 10A incluye un primer absorbedor 100A y un segundo absorbedor 100B. En algunas formas de realización, tales como en operaciones industriales, puede haber varios de cada sistema 10A de refrigeración, donde cada sistema 10A dentro del sistema a mayor escala incluye un par de absorbedores 100A,B. Los absorbedores 100A,B, o una multitud de ellos, pueden incluir un compuesto complejo sólido, o sorbente, al y desde el cual se puede adsorber y desorber un gas, respectivamente.

El sistema 10A también incluye múltiples líneas 15A de refrigerante que discurren entre los absorbedores 100A,B y otros componentes en los sistemas. Las líneas 15 contienen típicamente productos químicos de transferencia de calor, tales como amoníaco, y proporcionan comunicación de fluido entre los diversos componentes del sistema 10A. Por ejemplo, los absorbedores 100A,B pueden estar acoplados cada uno a una o más de las líneas 15A para que el refrigerante fluya hacia adentro y hacia afuera de los absorbedores 100A,B. Las líneas 15A pueden estar formadas de cualquier material adecuado, incluidos metales o aleaciones, otros materiales o combinaciones de los mismos.

Las líneas 15A pueden incluir varias válvulas. Como se muestra en la Figura 1, cada línea 15A incluye una válvula de retención 20A que permite el flujo de refrigerante en la línea 15A en una única dirección. En algunas formas de realización, las líneas 15A incluyen una válvula de expansión 40A entre el condensador y el evaporador, tal como una válvula de expansión térmica. La válvula de expansión 40A controla la cantidad de flujo de refrigerante permitido a través de la válvula 40A.

El sistema 10A también incluye un condensador 30A y un evaporador 50A como parte del sistema de refrigeración. La parte del sistema 10A que comprende el condensador 30A, la válvula de expansión 40A y el evaporador 50A puede ser idéntica a una parte de un sistema de refrigeración por compresión de vapor convencional, donde la pareja de absorbedores 100A,B sustituyen como compresor activado térmicamente al compresor mecánico en tal sistema.

Como se muestra, cada absorbedor 100A,B está equipado con una válvula de retención 20A que puede dirigir el vapor que sale del primer absorbedor 100A al condensador 30A, y solo permite la entrada al absorbedor inferior 100B desde el evaporador 50A. El flujo de un gas, tal como amoníaco vapor, hacia y desde los absorbentes 100A,B, puede seguir pasivamente al calentamiento y enfriamiento de los compuestos complejos sólidos en los absorbentes 100A,B.

La FIG. 1B es una ilustración esquemática de otra forma de realización de un sistema 10B de refrigeración por absorción que incluye dos absorbedores 100C,D que operan de modo alterno para una refrigeración continua. El sistema 10B de la FIG. 1B se diferencia del sistema 10A de la FIG. 1A al acoplar cada absorbedor 100C,D a un condensador 30B y a un evaporador 50B. Una válvula de expansión 40B controla la cantidad de flujo de refrigerante permitida en el evaporador 50B, controlando así el sobrecalentamiento en la salida del evaporador 50B. Como se muestra, cada absorbedor 100C,D está equipado con una pareja de válvulas de retención 20B (válvulas de retención). Estas válvulas de retención 20B dirigen el vapor que sale del absorbedor al condensador 30B, y solo permiten un flujo de entrada desde el evaporador 50B. Por tanto, el flujo del gas hacia y desde los absorbedores 100C,D sigue pasivamente al calentamiento y enfriamiento alternos de los dos absorbedores 100C,D.

La FIG. 2 es una representación gráfica 200 de presión-temperatura que muestra una forma de realización de un ciclo 210 de refrigeración que se puede usar con el sistema 10B de la FIG. 1B. Pueden usarse los mismos procesos en el ciclo 210 para refrigeración por absorción, ya sea el sorbente sea líquido o sólido. Los procesos en el ciclo 210 pueden incluir absorción de refrigerante desde el evaporador 50, calentamiento del sorbente hasta una temperatura elevada, desorción de refrigerante al condensador 30 y enfriamiento del sorbente de nuevo hasta la temperatura de adsorción. Estos procesos se ejecutan de manera continua para la absorción de líquido-vapor, bombeándose la solución líquida entre el absorbedor y el generador (desorbedor). Los sistemas de sorbentes sólidos son periódicos, estando sometido cada absorbedor 100C,D a estos procesos secuencialmente.

El sistema 10B de refrigeración de compuesto complejo puede usar absorbedores 100C,D con lechos absorbedores fijos que contienen compuestos complejos sólidos como sorbentes en uno o más ciclos. En el ciclo 210 de ejemplo mostrado en la FIG. 2, se usan dos lechos absorbedores con compuestos complejos sólidos. Dichos lechos absorbedores pueden estar contenidos en los absorbedores 100C,D como se muestra en el sistema 10B de la FIG. 1B, incluidas las diversas líneas 15B, válvulas de retención 20B, condensador 30B, válvula de expansión 40B y evaporador 50B. En la Fig. 2, la presión de vapor del refrigerante puro, que puede ser amoníaco, y el compuesto complejo están representadas frente a la temperatura. Las letras de puntos de estado A, B, C y D en la gráfica 200 de presióntemperatura se pueden usar para trazar el ciclo 210. En el punto de estado A, un lecho de absorbedor de un primer absorbedor, tal como el absorbedor 100C, se calienta hasta que la presión en el primer absorbedor es mayor que la presión en el condensador, mostrada como punto de estado B. Por consiguiente, el vapor de amoníaco es expulsado del compuesto complejo en el primer absorbedor y fluye hacia el condensador y se convierte en líquido. En este ejemplo, el sorbente es calentado hasta aproximadamente 180°C para llevar el amoníaco a un condensador a 40°C. A continuación, el refrigerante líquido fluye desde el condensador a través de la válvula de expansión donde se expande de forma isoentálpica y al evaporador, que se encuentra a una presión mucho más baja. La FIG. 2 muestra el evaporador a -40°C y aproximadamente 70 kPa (0,7 bar) (punto de estado C). En algunas formas de realización, la presión en el evaporador es de aproximadamente 50 kPa (0,5 bar) a aproximadamente 400 kPa (4 bar). La presión del evaporador se mantiene mediante un segundo lecho de sorbente en el segundo absorbedor, tal como el absorbedor 100D, que se enfría a una temperatura suficientemente baja, más comúnmente por aire ambiente o fluido de transferencia de calor, para que la presión del sorbente esté por debajo de la presión del evaporador. Así, el vapor de refrigerante es extraído del evaporador e introducido en el sorbente del segundo absorbedor. En algunas formas de realización, las presiones diferenciales entre el evaporador y el absorbedor varían de aproximadamente 2 kPa (0,2 bar) a aproximadamente 300 kPa (3 bar). Preferiblemente, las presiones diferenciales entre el evaporador y el absorbedor varían de aproximadamente 50 kPa (0,5 bar) a aproximadamente 200 kPa (2 bar), salvo para aplicaciones especiales de alta densidad de potencia o enfriamiento por ráfagas donde la presión diferencial puede ser mayor.

Los procesos de adsorción y desorción pueden durar de 5 a 30 minutos, o menos en aplicaciones por ráfagas. Cuando se completa un proceso de adsorción, ese lecho de sorbente se calienta para la regeneración (desorción). Cuando se completa el proceso de desorción, el lecho de sorbente se enfría para la adsorción. Así, dos lechos de sorbente pueden operan de forma alternante, es decir, fuera de fase, para producir una refrigeración continua. Se pueden usar períodos de adsorción y desorción desiguales para evitar períodos de tiempo sin succión en el evaporador. Se pueden usar más de 2 absorbedores para llegar a una operación más continua.

La reacción de desorción es endotérmica, por lo que se requiere energía para impulsar la desorción y calentar los lechos de sorbente. El calor es la fuente de energía que impulsa el ciclo. Se puede usar calor de muchas fuentes, tal como combustión de gas, calor residual, calor de una resistencia eléctrica o la energía solar. La integración del calor en el ciclo 210 puede llevarse a cabo con circuitos bombeados, tubos de calor, termosifones, calentadores de cartucho y/u otros medios adecuados.

El mantenimiento de baja temperatura y presión del evaporador durante la adsorción requiere que los absorbedores se enfríen y se mantengan cerca de la temperatura ambiente. El proceso de adsorción es exotérmico, por lo que es necesario eliminar el calor durante todo el período de adsorción. El enfriamiento se alcanza mediante flujo de aire forzado, circuitos bombeados, refrigerante con cambio de fase y/u otros medios adecuados, según la aplicación.

La FIG. 3A es una vista lateral de una forma de realización de un absorbedor 100C con un tubo 150A de distribución de gas poroso que atraviesa el absorbedor 100C. El absorbedor 100C generalmente tiene una carcasa exterior (no mostrada) que cubre y protege el contenido del absorbedor 100C y contiene la presión del refrigerante.

Como se muestra en la Figura 3A, el absorbedor 100C tiene una estructura cilíndrica alargada que incluye el sorbente 170. El sorbente 170 es típicamente un compuesto complejo sólido en el que se adsorbe el gas absorbedor. En algunas formas de realización, el sorbente 170 puede formarse a partir de una pluralidad de discos 171. Las diversas formas y materiales del sorbente 170 se describen con más detalle en el presente documento, por ejemplo con respecto a las FIGS. 7A-7B. Como se muestra en la FIG. 3A, el sorbente 170 se forma a partir de una pluralidad de discos planos circulares 171. Los discos 171 están alineados a lo largo del absorbedor cilíndrico 100C estando cada uno de los discos 171 apilados uno encima del otro. En algunas formas de realización, cada disco 171 puede estar separado de un disco adyacente 171 por una aleta 172 plana, metálica, de transferencia de calor dispuesta entre los diversos discos 171. Algunos de los discos 171 y las aletas 172 cerca de la parte superior del absorbedor 100C están indicados en la figura. Como se muestra, puede haber un primer disco 171A y un segundo disco 171B, con una primera aleta 172A ubicada entre el primer disco 171A y el segundo disco 171B. El sorbente 171 está formado además por discos 171C, 171D, 171E, y similares con aletas 172B, 172C, 172D, y similares ubicadas entre los respectivos pares de discos. En el presente documento se describen más detalles de ciertas formas de realización de las aletas 172, por ejemplo, con respecto a las FIGS. 5A-5C.

El absorbedor 100C incluye una pluralidad de tubos 120 de transferencia de calor que se extienden a través de y a lo largo de la longitud del absorbedor 100C. Los tubos 120 de transferencia de calor pueden proporcionar vías de paso a través de las cuales pueden desplazarse una diversidad de medios de transferencia de calor para calentar o enfriar el absorbedor 100C. En algunas formas de realización, los tubos 120 de transferencia de calor llevan refrigerante que posiblemente experimenta un cambio de fase. El refrigerante que fluye a través de los tubos 120 de transferencia de calor puede hacer que los discos 171 de sorbente se enfríen y/o se calienten, para hacer que el gas absorbedor se adsorba en, y se desorba de, respectivamente, los discos 171 de sorbente.

El absorbedor 100C también incluye uno o más tubos 150 de transferencia de gas porosos que se extienden a través del sorbente 170. En algunas formas de realización, los tubos 150 se extienden sustancialmente a lo largo de la longitud del sorbente 170 y proporcionan canales a través de los cuales el gas absorbedor puede fluir a lo largo de la longitud del tubo 150 y entrar en contacto con el sorbente 170 desde el interior del absorbedor 100C. El gas absorbedor que fluye a través de los tubos 150 de distribución de gas porosos se adsorbe sobre el sorbente 170. En algunas formas de realización; es decir, durante la desorción, el gas absorbedor se desorbe del sorbente 170, penetra en el tubo 150 de distribución de gas y fluye a través de los tubos 150 ya través del absorbedor 100C.

La FIG. 3B es una vista en perspectiva desde arriba de una forma de realización del absorbedor 100C. Como se muestra, un extremo superior 113 del absorbedor 100C puede incluir una tapa 112 que sella el extremo superior del absorbedor 100C. La tapa 112 puede estar formada de una diversidad de materiales que incluyen, entre otros, metal, otros materiales adecuados y/o combinaciones de los mismos. En algunas formas de realización, la tapa 112 está formada por una hoja de acero. La tapa 112 puede tener aberturas que se extienden a través de la tapa 112 para recibir diversas características del absorbedor 100C, por ejemplo, los tubos 120 de transferencia de calor y/o los tubos 150 de distribución de gas. La tapa 112 puede estar en uno o ambos extremos del absorbedor 100C.

Los tubos 150 de distribución de gas se extienden a través del sorbente 170 y salen del extremo superior 113 del absorbedor 100C a través de la tapa 112. Como se muestra, en esta forma de realización los tubos 150 no están conectados al resto de un sistema de absorción, como un condensador 30B y evaporador 50B en el sistema 10B. Debe apreciarse que una carcasa superior se coloca típicamente sobre la tapa 112 para sellar el absorbedor de modo que pueda introducirse gas absorbedor en el absorbedor 100C. Esta carcasa se extendería hasta, y se conectaría con otras partes del sistema 10B, tales como el condensador 30B y el evaporador 50B. A medida que el gas absorbedor es introducido en la carcasa superior sellada, fluiría hacia los tubos 150 y así entraría en el absorbedor 100C para entrar en contacto con el sorbente 170. Como se muestra, hay una pluralidad de tubos de distribución de gas 150 que se extienden a través del absorbedor 100C de modo que el gas absorbedor se distribuye de manera uniforme y eficiente dentro del absorbedor 100C. Como se muestra, en esta forma de realización hay trece tubos 150. Sin embargo, puede haber más o menos tubos sin apartarse de las formas de realización de la invención.

Los tubos 120 de transferencia de calor se extienden a través del sorbente 170 y salen del absorbedor 100C por la tapa 112. Los tubos 120 de transferencia de calor incluyen una curva 122 en el tubo, como se muestra, de modo que el tubo 120 se dobla en un ángulo de aproximadamente 180° para regresar al absorbedor 100C. Por tanto, los tubos 120 de transferencia de calor pueden llevar refrigerante a través del sorbente 170, fuera de la tapa 112, de vuelta a través de la tapa 112 y de vuelta al sorbente 170. Los tubos 120 de transferencia de calor pueden tener curvas de diferentes formas. Además, los tubos 120 de transferencia de calor pueden tener curvas 122 en uno o ambos extremos del absorbedor 100C. En algunas formas de realización, uno o ambos extremos del absorbedor 100C pueden incluir los tubos 120 de transferencia de calor que salen del absorbedor 100C y se conectan a otras características del sistema 10. Por ejemplo, puede haber dos circuitos de tubos 120 de transferencia de calor, con un primer circuito que entra en el extremo superior 113 del absorbedor 100C y un segundo circuito que entra en el extremo opuesto del absorbedor 100C. Esta disposición de "circuito dual" se analiza con más detalle en el presente documento, por ejemplo con respecto a las FIGS. 4A-4C.

El absorbedor 100C también incluye una pluralidad de varillas 180 de sujeción. Las varillas 180 se extienden a lo largo de la longitud del absorbedor 100C. Las varillas 180 se extienden desde la tapa 112 de extremo en un extremo del absorbedor 100C, tal como el extremo superior 113, hasta otra tapa de extremo (no mostrada) en el extremo opuesto del absorbedor 100C. Las varillas 180 están formadas de un material rígido, como un metal o una aleación de metal. En algunas formas de realización, las varillas 180 pueden estar formadas de otros materiales rígidos y/o combinaciones de los mismos. Las varillas 180 proporcionan soporte axial para el absorbedor 100C. Puede haber menos o más de las cuatro varillas 180 mostradas. Las varillas 180 pueden estar fijadas a la tapa 112 de extremo mediante un fiador 183, que puede ser una tuerca o un perno. Las varillas 180 también se pueden asegurar con una diversidad de otros medios adecuados. Las varillas 180 ayudan a mantener la forma y la longitud del absorbedor 100C y proporcionan estabilidad mecánica. Por ejemplo, las varillas 180 pueden ayudar a soportar cargas inducidas por el entorno, como sacudidas. En algunas formas de realización, el sorbente 170 puede expandirse y contraerse con el calentamiento y el enfriamiento y, por tanto, las varillas pueden ayudar a mantener la forma del absorbedor 100C contra un sorbente 170 que se expande y contrae.

Las FIGS. 4A-4C son vistas laterales en sección transversal del absorbedor 100C que puede usarse con el sistema 10B. Las figuras muestran varias vistas de una disposición de los tubos 120 de transferencia de calor dentro del absorbedor 100C. La FIG. 4A muestra el absorbedor 100C con sorbente 170. La FIG. 4B muestra el absorbedor 100C con el sorbente 170 retirado para mayor claridad. La FIG. 4C es una vista en detalle en sección transversal de un tubo 120 de transferencia de calor, como se describe a continuación. En algunas formas de realización, el refrigerante usado en los tubos 120 de transferencia de calor para el absorbedor 100C también se usa en el sistema 10B general. El refrigerante se puede usar en un modo de cambio de fase. Además, se puede usar cualquier refrigerante adecuado.

Haciendo referencia a las FIGS. 4A-4B, el absorbedor 100C incluye un primer extremo 402 y el extremo superior 113 que es opuesto al primer extremo 402. Los extremos 402, 113 facilitan el movimiento del medio de transferencia térmica a través de los tubos 120 de transferencia de calor. El primer extremo 402 incluye una entrada 406 y una salida 408 que se comunica con un primer circuito de los tubos 120 de transferencia de calor. El extremo superior 113 incluye una entrada 407 y una salida 409 que se comunican con un segundo circuito de los tubos 120 de transferencia de calor. El absorbedor 100C puede incluir otras entradas y/o salidas según sea necesario para mover medios de transferencia térmica y/o gas absorbedor a través del sistema. Las diversas entradas y salidas pueden proporcionar tuberías u otros canales a través de los cuales puede fluir el gas absorbedor y/o el refrigerante.

El absorbedor 100C tiene una carcasa exterior 410. La carcasa 410 es una capa cilíndrica alargada que rodea y encapsula el sorbente 170 y otros componentes internos del absorbedor 100C. En algunas formas de realización, la carcasa 410 puede tener otras formas adecuadas y puede estar compuesta por más de una capa. La carcasa 410 está formada por un material rígido, tal como un metal o una aleación de metal, pero también puede estar formada por otros materiales adecuados. Entre otras cosas, la carcasa 410 actúa como una barrera para el sorbente 170 para evitar que el sorbente 170 se expanda radialmente hacia fuera.

El primer extremo 402 del absorbedor 400 incluye una cámara 430 de agua y una cámara 440 de alimentación. En algunas formas de realización, la cámara 430 de agua es una cubierta de protección para el fluido. La cámara 430 de agua contiene un fluido, tal como agua-amoníaco, que luego es distribuido por la cámara 440 de alimentación a través de los tubos 120 de transferencia de calor.

De manera similar, el extremo superior 113 del absorbedor 400 incluye una cámara 432 de agua. La cámara 432 de agua puede ser una cubierta de protección para el fluido refrigerante. La cámara 432 de agua proporciona fluido frío a los tubos 120 de transferencia de calor. En algunas formas de realización, el medio de transferencia de calor, tal como un fluido, fluye desde la cámara 440 de alimentación a través de los tubos 120. El fluido que fluye a través de los tubos 120 puede hacer que el calor se transfiera hacia y desde el sorbente 170. Como se ha citado, los tubos 120 tienen curvas 122, que pueden ser curvas en forma de "U". Las curvas 122 pueden estar situadas en uno o ambos extremos 402, 113 del absorbedor 100C. En algunas formas de realización, las curvas 122 tienen forma de U y están situadas cerca del extremo superior 113 del absorbedor. Por tanto, en algunas formas de realización, el absorbedor tiene un diseño de doble cubierta de protección con dos circuitos para calentar y enfriar el sorbente 170.

El absorbedor 100C incluye una tubería 140 de gas absorbedor para hacer fluir el gas absorbedor hacia y desde el absorbedor 100C. El gas absorbedor fluye desde la tubería 140 hacia el absorbedor 100C en varios localizaciones. En algunas formas de realización, puede que solo haya una localización. Como se muestra, la tubería 140 está conectada con el absorbedor 100C en tres localizaciones a lo largo del lado del absorbedor 100C. La tubería 140 también puede estar conectada con el absorbedor 100C en otras localizaciones. El gas absorbedor fluye desde la tubería 140 y hacia los tubos 150 de distribución de gas. En algunas formas de realización, el gas absorbedor fluye desde la tubería 140 hacia los compartimentos (no mostrados) en el absorbedor 100C y luego hacia los tubos 150. Son posibles una diversidad de configuraciones, y estos son solo algunos ejemplos. Las tuberías 140 se pueden conectar a dos absorbedores 100C para intercambiar el gas absorbedor entre los dos absorbedores 100C. Por ejemplo, la tubería 140 puede conectar los absorbedores 100B mostrados en la FIG. 1B de manera que el gas absorbedor se intercambie desde un absorbedor a otro para alternar el enfriamiento y el calentamiento de los absorbedores. Mientras uno de los absorbedores está desorbiendo el gas absorbedor del sorbente, el otro absorbedor puede estar adsorbiendo gas a su sorbente, y viceversa. De esta manera, los absorbedores 100C pueden quemar e intercambiar el gas alternativamente.

La FIG. 4C es una vista lateral en detalle en sección transversal de algunos de los tubos 120 de transferencia de calor de la FIG. 4B. Como se muestra, uno de los tubos 120 se muestra en sección transversal para mostrar el interior del tubo 120. El tubo 120 incluye un tubo exterior 422 y un tubo interior 424. Así, en esta forma de realización, los tubos 120 están compuestos de múltiples tubos. Como se muestra, el tubo exterior 422 rodea el tubo interior 424. En algunas formas de realización, el tubo exterior 422 y el tubo interior 424 son concéntricos. El tubo interior se expande y contrae a medida que cambia la temperatura del medio de transferencia térmica sin causar presión sobre el tubo exterior 422. Esta estructura de doble capa puede evitar que la expansión y contracción de los tubos 120 dañen las superficies interiores del absorbedor 100C, tal como el sorbente 170. En algunas formas de realización, un primer eje definido por el tubo exterior 422 puede estar alineado con un segundo eje definido por el tubo interior 424. Sin embargo, el tubo exterior 422 y el tubo interior 424 no necesitan estar exactamente alineados. En algunas formas de realización, el tubo interior 424 puede estar descentrado con respecto al tubo exterior 422.

El fluido de transferencia de calor fluye a través del tubo interior 424 y al tubo exterior 422. El fluido fluye luego a través del tubo exterior 422 a lo largo del exterior del tubo interior 424. Por ejemplo, como se ilustra en la FIG. 4C, el fluido se desplaza hacia la izquierda como se ilustra a través del tubo interior 424, y luego en la dirección opuesta a lo largo del exterior del tubo interior 424 a través del tubo exterior 422. La presión en el tubo interior 424 hace que el fluido salga del tubo interior 424 y se desplace por el espacio entre el tubo interior 424 y el tubo exterior 422.

El absorbedor 100C incluye un accesorio 426. El accesorio 426 permite que los tubos 120 floten. Como se muestra, el tubo exterior 422 tiene una conexión flotante con el accesorio 426. El tubo exterior 422 está tapado en el extremo y flota dentro del accesorio 426. La conexión flotante permite que el tubo exterior 422 evite las tensiones inducidas por la expansión térmica del tubo 120. Este es simplemente un tipo de conexión y pueden implementarse otras conexiones adecuadas.

La FIG. 5A es una vista en sección transversal del absorbedor 100C. Se muestra una forma de realización de una aleta 172 de transferencia de calor. La FIG. 5B es la misma vista que la FIG. 5A pero con la aleta 172 de transferencia de calor retirada para mostrar un disco 171 absorbente que está debajo de la aleta 172. La aleta 172 tiene aberturas para que los tubos 150 de distribución de gas y los tubos 120 de transferencia de calor se extiendan a través de la aleta 172. La aleta 172 es una estructura con forma de placa que conduce el calor, térmicamente conductora, la mayoría de las veces metálica, que facilita la transferencia de calor entre los tubos 120 de transferencia de calor y el sorbente (no mostrado). La aleta 172 puede estar posicionada entre porciones adyacentes de sorbente. Con los tubos 120 de transferencia de calor que se extienden a través de la aleta 172, se crea una trayectoria continua de transferencia de calor desde los tubos 120 hasta porciones del sorbente 170 que no son adyacentes a los tubos 120. De este modo, la transferencia de calor puede difundirse más eficientemente entre todas las porciones del sorbente 170. El sorbente 170 puede estar dispuesto en múltiples configuraciones en forma de disco que se apoyan en las superficies superior e inferior de las aletas 172. En el presente documento se describen más detalles de los discos absorbentes 171, por ejemplo con respecto a las FIGS. 7A-7B.

Las secciones transversales de los tubos 120 de transferencia de calor, los tubos 150 de distribución de gas y las varillas 180 de sujeción se muestran extendiéndose a través de las aberturas de la aleta 172 en la FIG. 5A, y a través del disco 171 de sorbente de la FIG. 5B. Las varillas 180 están espaciadas para proporcionar soporte axial al absorbedor 100C. Hay cuatro varillas 180 mostradas en un tipo de disposición generalmente rectangular, pero puede haber más o menos varillas y/o en una diversidad de disposiciones. Los tubos 120 de transferencia de calor están espaciados generalmente de manera uniforme a lo largo del área de la sección transversal del absorbedor 100C. Esto asegura una transferencia de calor uniforme hacia y desde el sorbente 170. Los tubos 150 de distribución de gas se muestran generalmente espaciados uniformemente. Sin embargo, los tubos 150 pueden tener una diversidad de otras configuraciones adecuadas. El espaciamiento generalmente uniforme de los tubos 150 permite que el gas fluya de manera eficiente hacia y desde el sorbente 170. El espaciamiento de los tubos 150 afectará la longitud media de la trayectoria de difusión de masa. Al tener una mayor concentración de tubos 150 con una separación sustancialmente uniforme, se puede minimizar la longitud media del trayecto de difusión de masa.

La FIG. 5C es una vista superior de la aleta 172 de transferencia de calor de la FIG. 5A. La aleta 172 incluye una placa 301. La placa 301 es generalmente circular con una superficie superior e inferior planas, pero puede ser de otras formas y también tener espesores variables. La placa 301 está formada por un material conductor, como un metal o una aleación de metal. La aleta 172 tiene múltiples aberturas que se extienden a través de la placa 301. Como se muestra, la aleta 172 tiene múltiples ranuras 302. Las ranuras 302 son agujeros alargados formados en la placa 301. Las ranuras 302 tienen una forma que permite que múltiples tubos se extiendan a través de la ranura 302. Por ejemplo, las ranuras 302 se muestran como aberturas alargadas que pueden recibir un tubo 120 de transferencia de calor así como un tubo 150 de distribución de gas (véase la figura 5A). Son posibles otras formas y tamaños de las ranuras 302 permitiendo que otras combinaciones de los diversos tubos pasen a través de las ranuras 302. Como se muestra adicionalmente, la aleta 172 también tiene cuatro orificios 304 para varilla. Los orificios 304 para varilla son aberturas circulares que se extienden a través del placa 301 que permiten que las varillas 115 pasen a través de la misma. Los orificios 304 para varilla también pueden tener otras formas y tamaños y puede haber más o menos de cuatro.

La aleta 172 también incluye múltiples orificios 306 para tubo de transferencia de calor y orificios 308 para tubos de distribución de gas. Los orificios 306 para tubos de transferencia de calor son aberturas que se extienden a través de la placa 301 que reciben los tubos 120 de transferencia de calor. Los orificios 306 son generalmente circulares para acomodar los tubos 120 generalmente circulares. Los orificios 306 tienen un tamaño adicional para ser adyacentes a los tubos 120 para maximizar la transferencia de calor desde los tubos 120 a la aleta 172. En algunas formas de realización, los orificios 306 están en contacto con los tubos 120. Los orificios 306 también pueden ser más grandes que los tubos 120 de forma que se proporciona un espacio entre los orificios 306 y el tubo 120 donde el espacio recibe un componente conductor intermedio. Por ejemplo, para facilitar el montaje, se puede integrar un accesorio conductor en las interfaces de los orificios 306 y los tubos 120.

Los orificios 308 para tubos de distribución de gas son aberturas que se extienden a través de la placa 301 que reciben los tubos 150 de distribución de gas. Los orificios 308 son generalmente circulares para acomodar los tubos 150 generalmente circulares. En algunas formas de realización, pueden implementarse otras formas y tamaños de los orificios 308 y los tubos 150. Los orificios 308 están dimensionados para recibir los tubos 150. Los orificios 308 pueden proporcionar un ajuste apretado o suelto para los tubos 150. Además, se pueden integrar varios accesorios o soportes en las diversas interfaces entre los orificios 308 y los tubos 150.

La FIG. 6A es una vista lateral de una forma de realización de un tubo 150 de distribución de gas poroso. El tubo 150 puede usarse en un absorbedor, tal como el absorbedor 100C. El tubo 150 poroso es una estructura alargada que define un canal interior 160 (mostrado en la figura 6C). El tubo 150 poroso puede usarse para distribuir el gas absorbedor 162, tal como amoníaco, al absorbedor 100 y/o eliminar el gas 162 del mismo. Se entiende que el tubo 150 que se muestra no está a escala y que las proporciones de las diversas dimensiones, tales como la longitud, la anchura y el grosor, pueden realizarse en una diversidad de tamaños diferentes.

Como se muestra en la FIG. 6A, el tubo 150 poroso incluye aberturas 158A y 158B del canal. Las aberturas 158A,B están localizadas en cualquier extremo del tubo 150 poroso. El tubo 150 se muestra aislado del sistema 10 en esta figura. Cuando están integradas con el sistema 10, las aberturas 158A,B pueden conectarse a varias características del sistema 10, tales como compartimentos en los extremos 113, 402 del absorbedor 100C que se alimentan de gas a través de la tubería 140. Las aberturas 158A,B del canal proporcionan aberturas al canal 160.

El tubo 150 también incluye una pared 156 porosa. La pared 156 puede estar formada por una diversidad de materiales. En algunas formas de realización, la pared 156 está formada por un epoxi que se endurece o se vuelve rígido durante el curado. Por tanto, la pared 156 puede ser rígida y porosa. La pared 156 puede formarse a partir de una diversidad de otros materiales, incluidos, entre otros, plástico, polímero, epoxi, fibras, fibras tejidas, otros materiales adecuados o combinaciones de los mismos. La pared 156 puede incluir además uno o más refuerzos 159, tales como vidrio u otras fibras, descritas con más detalle en el presente documento, por ejemplo con respecto a la FIG. 6C.

La pared 156 tiene una superficie interior 154 y una superficie exterior 152. La superficie exterior 152 está generalmente en el exterior del tubo 150. La superficie interior 154 está generalmente en el interior del tubo 150 y, por tanto, se muestra con líneas discontinuas en la FIG. 6A. La superficie exterior 152 y la superficie interior 154 son una superficie exterior e interior, respectivamente, de la pared 156. En algunas formas de realización, las superficies interior y exterior 154, 152 pueden ser tratamientos superficiales u otras capas en las respectivas superficies de la pared 156. La superficie interior 154 define las aberturas 158A,B del canal así como el canal 160. Con esta forma de realización, el gas 162 puede entrar en el canal 160 en una o ambas aberturas 158A,B del canal. El gas 162 puede fluir entonces a través del canal 160 y salir por una o ambas aberturas 158A,B del canal.

Debido a la naturaleza porosa del tubo 150, el gas 162 puede atravesar la pared porosa 156 hasta la superficie exterior 152 y salir del tubo 150. En algunas formas de realización, el sorbente 170 es adyacente, o está cerca de la superficie exterior 152, del tubo 150. El gas 162 que sale a través de la pared 156 puede adsorberse en el sorbente 170.

El gas 162 puede desorberse del sorbente 170 y fluir de nuevo al tubo 150 a través de la pared porosa 156. En algunas formas de realización, el gas 162 se desorbe del sorbente 170 y fluye a través de la pared porosa 156. El gas 162 puede fluir desde el sorbente 170, a la superficie exterior 152 del tubo 150, a través de la pared porosa 156, a la superficie interior 154, y al canal 160 del tubo 150. El gas 162 puede entonces fluir dentro del canal 160 y salir del tubo 150 a través de una o ambas aberturas 158A,B del canal.

La FIG. 6B es una vista desde un extremo del tubo 150 poroso de distribución de gas. Como se muestra, la pared 156 del tubo 150 tiene una forma generalmente redondeada. Por tanto, la superficie interior 154 y la superficie exterior 152 pueden ser redondeadas, por ejemplo circulares. Sin embargo, el tubo 150 puede tener una diversidad de formas. En algunas formas de realización, el perfil del tubo 150 es redondeado pero no circular, tal como ovalado, elíptico, otras formas redondeadas y/o combinaciones de las mismas. El tubo 150 también puede tener un perfil no redondeado. En algunas formas de realización, el tubo 150 puede tener una pared lateral 156 con uno o más segmentos rectos o generalmente rectos. Por tanto, el tubo 150 puede tener una diversidad de formas que incluyen pero no están limitadas a formas redondeadas, formas de segmentos rectos, otras formas y/o combinaciones de las mismas. Además, las superficies interior y exterior 154, 152 no necesitan tener el mismo contorno. Por ejemplo, la superficie interior 154 puede ser circular y la superficie exterior 152 puede ser redondeada pero no circular. Estos son simples ejemplos y la pared 156 puede tener una diversidad de otras formas que no se abordan aquí explícitamente.

La FIG. 6C es una vista en sección transversal de la pared lateral 156 del tubo 150 poroso de distribución de gas tomada de la FIG. 6B a lo largo de la línea 6C-6C. Como se muestra en la FIG. 6C, la pared 156 incluye un sustrato o matriz 157. En algunas formas de realización, la matriz 157 puede estar formada a partir de una diversidad de materiales, incluidos, entre otros, plástico, polímero, epoxi, otros materiales adecuados o combinaciones de los mismos. Como se muestra, la matriz 157 incluye refuerzos 159, por ejemplo fibras, como fibra de vidrio. La pared 156 está formada por tanto por un material compuesto formado por la matriz 157 y los refuerzos 159. Por ejemplo, el material compuesto puede estar formado por una matriz 157 que comprende plástico o epoxi y refuerzos 159 que comprenden fibras de vidrio u otras fibras. Los refuerzos 159 pueden estar en forma de fibras alargadas, fibras cortas, fibras cortadas, otras formas y/o combinaciones de las mismas. Los refuerzos 159 están dispersados o localizados de otra forma en la matriz 157. En algunas formas de realización, los refuerzos 159 están dispersados sustancialmente de manera uniforme por toda la matriz 157. Sin embargo, los refuerzos 159 también pueden estar dispersados de manera no uniforme en la matriz 157. Se entiende por "en" que los refuerzos 159 pueden estar total o parcialmente encapsulados por la matriz 157. Por ejemplo, algunos o todos los refuerzos 159 pueden estar parcial o totalmente dispuestos en una o más superficies de la pared 156, como la superficie interior 154 o la superficie exterior 152.

La pared 156 de los tubos 150 de distribución de gas incluye uno o más poros 161. Los poros 161 son vías de paso a través de la pared 156 que proporcionan acceso al gas 162. En algunas formas de realización, los poros 161 proporcionan vías de paso desde la superficie interior 154 a la superficie exterior 152. Los poros 161 permiten que el gas 162 fluya desde la superficie interior 154 a la superficie exterior 152, y viceversa. Los poros 161 tienen una diversidad de formas y tamaños. En algunas formas de realización, los poros 161 tienen forma y tamaño para controlar la cantidad de gas 162 que penetra o fluye a través de la pared 156. Los poros 161 pueden formarse exponiendo la pared compuesta 156 a un flujo de gas u otro fluido a través de una capa porosa mientras se cura el material compuesto. Los tamaños, formas y localizaciones de los poros pueden controlarse alterando el flujo de gas usado para formar los poros. Por ejemplo, el flujo de gas puede aplicarse con diferentes caudales, en diferentes localizaciones, en diferentes direcciones y/o de otras formas para controlar el tamaño, forma, localizaciones, etc. de los poros 161.

La FIG. 7A es una vista desde arriba de una forma de realización de un disco 171 del absorbedor que puede usarse con el absorbedor, tal como el absorbedor 100C. Como se muestra, el disco 171 del absorbedor es redondeado con una forma generalmente circular. Sin embargo, se pueden implementar otras formas. El disco 171 tiene un lado continuo 174 que forma un borde exterior del disco 171. El disco 171 está formado a partir del sorbente 170. El sorbente 170 que constituye el disco 171 del absorbedor puede estar formado a partir de una diversidad de compuestos complejos sólidos, incluyendo pero sin limitación, el sorbente puede ser uno de CaCl2, MgCl2, CoCl2, FeCl2, SrBr2, SrCl2, CaBr2, MnCl2, otros o combinaciones de los mismos. Los discos 171 pueden contener los compuestos complejos en diferentes densidades de carga. En algunas formas de realización, el sorbente 170 en los discos 171 está impregnado con los compuestos complejos con densidades de carga que varían de aproximadamente 0,3 g/cm3 (gramos por centímetro cúbico) a 0,7 g/cm3.

El disco 171 tiene cuatro orificios 178 para varillas que se extienden a través del disco 171. Los orificios 178 para varillas son aberturas que se extienden a través del disco 171 que reciben en él las varillas 115 de sujeción. En algunas formas de realización, puede haber más o menos de cuatro orificios 178 para varillas. El disco 171 también tiene múltiples orificios 176 para distribución de gas y orificios 179 para transferencia de calor. Los orificios 176, 179 reciben los tubos 150 de distribución de gas y los tubos 120 de transferencia de calor, respectivamente. Por ejemplo, los tubos 120 de transferencia de calor y los tubos 150 de distribución de gas pueden extenderse a través de los orificios 176, 179 del disco 171 del absorbedor.

El absorbedor 100 incluye más comúnmente múltiples discos 171 del absorbedor montados uno encima del otro con una aleta de transferencia de calor térmicamente conductora entre ellos (véase la figura 3A). De esta manera, los tubos 120 de transferencia de calor y/o los tubos 150 de distribución de gas pueden extenderse a través de múltiples aberturas en múltiples discos 171 del absorbedor adyacentes. Los diversos orificios de los múltiples discos 171 del absorbedor pueden estar alineados de forma que los diversos tubos o varillas se extiendan continuamente a través de todos los discos 171. En algunas formas de realización, los tubos 120 de transferencia de calor que se extienden a través de los orificios 179 transfieren calor hacia y desde los discos 171 del absorbedor. Los tubos 150 de distribución de gas que se extienden a través de los orificios 176 proporcionan vías de paso a través de las cuales el gas absorbedor 162 se puede distribuir a los discos 171 del absorbedor así como a través de los cuales el gas 162 se puede extraerse del disco 171 del absorbedor. El disco 171 del absorbedor puede incluir además una superficie superior 172 y una superficie inferior 176 (mostradas en la figura 7B).

La FIG. 7B es una vista lateral del disco 171 del absorbedor. Como se muestra, el disco 171 del absorbedor es generalmente plano con la superficie superior 172 ubicada opuesta a la superficie inferior 176. El lado 174 acopla la superficie superior 172 a la superficie inferior 176. Como se muestra, los diversos orificios se extienden desde la superficie superior 172 hasta la superficie inferior 176, creando aberturas que se extienden completamente a través del grosor del disco 171.

Todas las referencias citadas en el presente documento están incorporadas en el presente documento por referencia en su totalidad. En la medida en que las publicaciones y patentes o solicitudes de patente incorporadas por referencia contradigan la descripción contenida en la memoria descriptiva, la memoria descriptiva pretende reemplazar y/o tener prioridad sobre cualquier material contradictorio.

El término "que comprende", como se usa en el presente documento, es sinónimo de "que incluye", "que contiene" o "caracterizado por", y es inclusivo o de carácter abierto y no excluye elementos o etapas de método adicionales no citados.

Se entenderá todos los números que expresan cantidades de ingredientes, condiciones de reacción, y similares usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones como modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". Por consiguiente, a menos que se indique de otro modo, los parámetros numéricos establecidos en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se pretenden obtener mediante la presente invención. Al menos, y sin pretender limitar la aplicación de la doctrina de equivalentes al ámbito de las reivindicaciones, cada parámetro numérico se interpretará a la luz del número de dígitos significativos y las aproximaciones de redondeo ordinarias.

La anterior descripción da a conocer varios métodos y materiales de la presente invención. Esta invención es susceptible de modificaciones en los métodos y materiales, así como alteraciones en los métodos y equipos de fabricación. Tales modificaciones resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de esta descripción o la práctica de la invención descrita en el presente documento. Por consiguiente, no se pretende que esta invención se limite a las formas de realización específicas descritas en el presente documento, sino que cubra todas las modificaciones y alternativas que entran dentro del ámbito de la invención como se llevan a la práctica en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de adsorción para un sistema de enfriamiento, calefacción o refrigeración que comprende:

un primer absorbedor (100A,B,C) que comprende un sorbente (170) configurado para adsorber un gas sobre el mismo; y

un tubo (150) de distribución de gas rígido acoplado con el primer absorbedor y que comprende una pared lateral (156) porosa que define un canal en el mismo,

donde el tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del canal a través de la pared lateral porosa y hacia el sorbente (170) al exterior del canal.

2. El sistema de la reivindicación 1, donde el tubo de distribución de gas rígido comprende:

una matriz alargada que define la pared lateral porosa;

un refuerzo contenido en la matriz para formar un material compuesto rígido; y

una pluralidad de poros definidos por el material compuesto rígido y configurados para permitir el paso del gas.

3. El sistema de la reivindicación 2, donde la matriz es un epoxi y el refuerzo es fibra de vidrio.

4. El sistema de la reivindicación 1, donde el canal es tubular.

5. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una varilla rígida que se extiende a lo largo de la longitud del absorbedor y que soporta el sorbente.

6. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de tubos rígidos de distribución de gas.

7. El sistema de la reivindicación 1, en el que el gas es amoníaco.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que el sorbente es uno de SrCl2, CaBr2 y MnCl2.

9. El sistema de la reivindicación 1, que además comprende:

un segundo absorbedor (100B,C) en comunicación de fluido con el primer absorbedor, comprendiendo el segundo absorbedor el sorbente configurado para adsorber el gas en el mismo; y

un segundo tubo de distribución de gas rígido acoplado con el segundo absorbedor y que comprende una segunda pared lateral porosa que define un segundo canal en el mismo,

donde el segundo tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del segundo canal a través de la segunda pared lateral porosa y hacia el sorbente al exterior del segundo canal.

10. El sistema de la reivindicación 9, que comprende además:

un condensador (30A,B) en comunicación de fluido con el primer absorbedor y el segundo absorbedor; y un evaporador (50A,B) en comunicación de fluido con el primer absorbedor y el segundo absorbedor.

11. El sistema de la reivindicación 10, donde el absorbedor y el segundo absorbedor están configurados para operar fuera de fase uno respecto al otro.

12. El sistema de la reivindicación 9, que comprende además:

un tercer absorbedor que comprende:

un sorbente configurado para adsorber un gas sobre el mismo; y

un tercer tubo de distribución de gas rígido acoplado con el tercer absorbedor y que comprende una tercera pared lateral porosa que define un tercer canal en el mismo,

donde el tercer tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del tercer canal a través de la tercera pared lateral porosa y hacia el sorbente al exterior del tercer canal.

13. El sistema de la reivindicación 12, que comprende además:

un cuarto absorbedor en comunicación de fluido con el tercer absorbedor, comprendiendo el cuarto absorbedor el sorbente configurado para adsorber el gas en el mismo; y

un cuarto tubo de distribución de gas rígido acoplado con el cuarto absorbedor y que comprende una cuarta pared lateral porosa que define un cuarto canal en el mismo,

donde el cuarto tubo está configurado para permitir el paso del gas desde el interior del cuarto canal a través de la cuarta pared lateral porosa y hacia el sorbente al exterior del cuarto canal.

14. El sistema de la reivindicación 1, que además comprende:

un evaporador (50A,B) acoplado con el absorbedor y que tiene una presión de evaporador,

donde la presión de evaporador es de aproximadamente 50 kPa (0,5 bar) a aproximadamente 400 kPa (4 bar), donde el sorbente tiene una densidad de carga de aproximadamente 0,3 g/cm3 a 0,7 g/cm3.

15. El sistema de la reivindicación 14, donde la presión diferencial entre el evaporador y el absorbedor varía de aproximadamente 20 kPa (0,2 bar) a aproximadamente 300 kPa (3 bar).