ES2909205T3 - Dispositivo para una intervención de servicio segura para una carcasa y procedimiento para la apertura de una carcasa - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para una intervención de servicio segura para una carcasa en la que se encuentra un fluido de trabajo inflamable de un proceso cíclico levógiro, en donde - la carcasa (6) presenta un paso de gas abierto al entorno, protegido mediante un adsorbente (12) para el fluido de trabajo, - la carcasa (6) tiene una abertura (14) de servicio que, mediante un dispositivo (16) de desbloqueo, está protegida contra la apertura, - la abertura (14) de servicio presenta una conexión (15) de servicio para un cartucho (13) de servicio, - el cartucho (13) de servicio contiene un gas inerte a presión en una cantidad que, en el estado expandido, corresponde al menos al volumen del recipiente (6), - el cartucho (13) de servicio presenta un cuello (19) de cartucho con una línea (24) de conexión en el cuello (19) de cartucho y una rosca exterior (25) en el cuello (19) de cartucho, - la conexión (15) de servicio tiene una rosca interior (26) que coincide con la rosca exterior (25) del cuello (19) de cartucho, - la conexión (15) de servicio presenta una tapa (21) de cierre, - comprendiendo la tapa (21) de cierre un sello (20) de obturación dirigido hacia el lado exterior de la carcasa (6), - además, una membrana (23) de obturación dirigida hacia el lado interior de la carcasa (6), sobre la que está dispuesta una espiga (22) en dirección al lado exterior de la carcasa (6), - además, una superficie (27) de obturación en la rosca interior (26).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo para una intervención de servicio segura para una carcasa y procedimiento para la apertura de una carcasa
La invención se refiere a estados irregulares en circuitos de refrigeración en los que un fluido de trabajo que actúa de refrigerante se conduce en un proceso cíclico termodinámico, como, por ejemplo, el ciclo de Clausius-Rankine. Se trata principalmente de bombas de calor, sistemas de aire acondicionado y aparatos de refrigeración, como los que son usuales en edificios residenciales. En este contexto, debe entenderse por edificios residenciales casas privadas, complejos de casas de alquiler, hospitales, complejos hoteleros, restaurantes y edificios residenciales y comerciales combinados en los que viven y trabajan personas de forma permanente, a diferencia de los dispositivos móviles, como los sistemas de aire acondicionado de los automóviles o las cajas de transporte, o también sistemas industriales o aparatos médicos. Lo que estos procesos cíclicos tienen en común es que utilizan energía para generar calor o frío útiles y formar sistemas de transferencia de calor.
Los procesos cíclicos termodinámicos utilizados son conocidos desde hace mucho tiempo, así como los problemas de seguridad que pueden surgir en el uso de fluidos de trabajo adecuados. Aparte del agua, los fluidos de trabajo de antes más conocidos son inflamables y tóxicos. En el siglo pasado condujeron al desarrollo de refrigerantes de seguridad, que consistían en hidrocarburos fluorados. Sin embargo, resultó que estos refrigerantes de seguridad dañan la capa de ozono, conducen al calentamiento global, y que su inocuidad relacionada con la seguridad condujo a descuidos en el diseño. Hasta el 70 % de la facturación correspondió a la necesidad de rellenar los sistemas con fugas y sus pérdidas por fugas, lo que se aceptó siempre que se consideró económicamente justificable en cada caso individual y promovió la necesidad de adquirir repuestos.
Por este motivo, el uso de estos refrigerantes ha estado sujeto a restricciones, por ejemplo, en la Unión Europea a través del reglamento sobre gases fluorados (EU) 517/2014.
Por lo tanto, es extremadamente problemático, por un lado, adoptar los principios de diseño para los procesos termodinámicos que transportan refrigerantes que parecen haber demostrado su eficacia con los refrigerantes de seguridad y, por otro lado, basarse en los conceptos de sistema anteriores a la introducción de los refrigerantes de seguridad. Esto también se debe al hecho de que los dispositivos individuales se han convertido entretanto en sistemas complejos, lo que ha multiplicado la cantidad de posibilidades de fallos y sus consecuencias. Esto da como resultado, por ejemplo, los siguientes requisitos para el concepto de seguridad:
- En funcionamiento normal, el sistema debe ser absolutamente estanco.
- Ni en el caso de una fuga en el condensador ni en el caso de una fuga en el licuador, el fluido de trabajo no puede entrar en el circuito de calor útil o de frío útil acoplado.
- Ningún fluido de trabajo debe poder escapar desapercibido del circuito de refrigeración.
- En el compresor, el fluido de trabajo no debe escapar a través del alojamiento.
- En el sistema de expansión, el fluido de trabajo no debe difundirse a través del asiento de la válvula ni causar fugas por cavitación.
- Las partes encapsuladas deben permanecer accesibles para fines de mantenimiento e inspección.
- En emergencias, no debe haber peligro.
- El sistema debe poder integrarse en los espacios existentes.
- El refrigerante debe poder vaciarse y cargarse.
El concepto de emergencia debe considerarse ampliamente. Son concebibles apagones, terremotos, deslizamientos de tierra, inundaciones, incendios, errores técnicos y condiciones climáticas extremas. Siempre que los sistemas se hagan funcionar en una red, también debe considerarse una emergencia un fallo de red o una avería en la red. El dispositivo debe ser intrínsecamente seguro contra tales peligros o perturbaciones. Sin embargo, un fallo en la energía primaria disponible también puede causar una emergencia y no debe tener como consecuencia el desarrollo de ningún peligro. Todas estas emergencias también pueden presentarse combinadas.
En este contexto, las distintas formas constructivas y casos de aplicación para tales procesos cíclicos termodinámicos deben tenerse en cuenta por separado, por ejemplo, los siguientes en el caso de sistemas estacionarios para edificios residenciales:
- frigoríficos domésticos,
- congeladores domésticos,
- secadores domésticos,
- combinaciones de frigorífico-congelador domésticas,
- cámaras frigoríficas para hotelería y restauración,
- cámaras de congelación para hotelería y restauración,
- instalación de climatización para el hogar, hotelería y restauración,
- generación de agua caliente para el hogar, hotelería y restauración,
- calefacción para el hogar, hotelería y restauración,
- instalaciones de sauna-piscina para el hogar, hotelería y restauración,
- sistemas combinados para las aplicaciones antes mencionadas,
no estando esta lista completa.
La energía para el funcionamiento de los sistemas, incluida la energía térmica que ha de ser transferida, puede provenir de distintas fuentes:
- energía geotérmica de acumuladores geotérmicos,
- calor geotérmico,
- calefacción urbana,
- energía eléctrica del suministro general de corriente,
- energía solar eléctrica,
- calor solar,
- calor perdido,
- depósitos de agua caliente,
- acumuladores de hielo,
- acumuladores de calor latente,
- fuentes fósiles de energía como el gas natural, el petróleo, el carbón,
- materias primas renovables como madera, pélets, biogás,
- combinaciones de las fuentes de energía antes mencionadas,
no estando tampoco esta lista completa.
Los problemas que se presentan en el diseño de seguridad de tales sistemas se describen claramente en el documento WO 2015/032905 A1. El límite inferior de inflamabilidad del propano como fluido de trabajo es de alrededor del 1,7 por ciento en volumen en el aire, lo que corresponde a 38 g/m3 en el aire. Siempre que el proceso de refrigeración se lleve a cabo con el fluido de trabajo propano en un espacio que lo circunde, que esté herméticamente cerrado, pero que por lo demás esté lleno de aire, surge el problema de detectar una situación crítica y explosiva después de un fallo donde el fluido de trabajo presente en este espacio herméticamente cerrado escape. Los sensores eléctricos para detectar concentraciones críticas son difíciles de realizar a prueba de explosiones, por lo que precisamente la detección de propano por parte de los propios sensores aumenta considerablemente el riesgo de explosión, a excepción de los sensores infrarrojos. El propano también es tóxico, cuando se inhala por encima de una concentración de aproximadamente 2 g/m3 aparecen efectos narcóticos, dolores de cabeza y náuseas. Esto concierne a las personas que tienen que resolver un problema reconocido in situ antes de que haya riesgo de explosión.
El propano también es más pesado que el aire, por lo que desciende hasta el suelo en el aire en calma y se acumula en el mismo. Por lo tanto, si parte del propano se acumula en una zona con poca corriente del espacio cerrado en el que se encuentra la unidad que funciona mal, los límites locales de explosión pueden alcanzarse mucho más rápido de lo que se esperaría del cociente del volumen total del espacio y la cantidad de propano que haya escapado. El documento WO 2015/032905 A1 trata de solucionar este problema integrando un generador de energía eléctrica en la abertura, o el bloqueo de la misma, de este espacio y haciendo que, cuando se accione, en una primera etapa genere y ponga a disposición la energía eléctrica con la que se activa el sensor y, en caso de alarma, no libere entonces el bloqueo, sino que dé lugar a una ventilación del espacio cerrado y sólo en una segunda etapa permita un desbloqueo y una apertura.
El documento DE 102011 116863 A1 describe un procedimiento para asegurar un dispositivo para un proceso cíclico termodinámico que se hace funcionar con un fluido de proceso que contiene o consiste en al menos una sustancia peligrosa para el medio ambiente, tóxica y/o inflamable. En caso de fuga en el dispositivo para un proceso cíclico termodinámico, se pone en contacto un adsorbente con el fluido de proceso, en particular amoníaco, propano o propeno, y el adsorbente fija selectivamente la sustancia. El adsorbente se regenera después de su uso. Se proponen como adsorbentes la zeolita, también en combinación con imidazol o fosfatos, y además CuBTC; el adsorbente puede estar en forma de un producto a granel, un cuerpo moldeado, una pintura, una película pulverizada o un revestimiento. La estructura de soporte del cuerpo moldeado puede consistir en una microestructura, una estructura laminar, un haz de tubos, un registro de tubos y una chapa y debe ser mecánicamente estable y aumentar considerablemente la superficie. El aire potencialmente contaminado se suele hacer circular de forma continua, pero dicha circulación también puede iniciarse mediante un sensor que ponga en marcha la ventilación después de alcanzarse un valor umbral o si se detecta una avería. La adsorción puede llevarse a cabo dentro o fuera de un espacio cerrado.
El documento DE 19525064 C1 describe una máquina frigorífica con una carcasa configurada de manera hermética al gas, en la que están alojados todos los componentes de la máquina que transportan refrigerante, estando previsto un espacio que conecta el interior de la carcasa hermética al gas con una salida y estando el espacio lleno de una sustancia que adsorbe el refrigerante. En este contexto, la cantidad de sustancia adsorbente está dimensionada de tal manera que toda la cantidad de refrigerante que pueda eventualmente escapar pueda adsorberse y mantenerse alejada del medio ambiente. El espacio lleno de la sustancia adsorbente está abierto hacia el entorno. Para refrigerantes más pesados que el aire, el espacio está abierto hacia abajo, para los más ligeros que el aire, está abierto hacia arriba, por lo que no se requiere un ventilador de transporte. El adsorbente se introduce en la carcasa y encierra completamente la máquina frigorífica o el equipo de transporte de refrigerante. En su camino hacia el exterior están previstos desviadores, que evitan flujos de derivación y fuerzan el gas que escapa a pasar a través del adsorbente. También es posible una forma de realización de doble pared, en la que el adsorbente esté dispuesto en la doble envoltura. Puede preverse un dispositivo de medición para refrigerante en la salida del espacio lleno de la sustancia adsorbente al entorno. El documento EP 2918987 A1 muestra un cartucho que se puede conectar directamente a la válvula de servicio del sistema de presión, sin la interposición de una línea, un tubo flexible u otra disposición de interconexión. El adaptador, que consiste únicamente en un accesorio en el que la entrada que ha de ser acoplada al cartucho está junto a la salida que ha de ser acoplada a la válvula de servicio, evita la formación de aire en el adaptador. Por lo tanto, con esta disposición, no hay necesidad de expulsar el aire normalmente contenido en el tubo flexible o en la línea o en otra disposición intermedia.
Por lo tanto, el objetivo de la invención es poner a disposición un dispositivo que posibilite una intervención de servicio si se ha producido una fuga y todavía puede haber fluido de trabajo inflamable dentro de la carcasa.
La invención logra este objetivo mediante un dispositivo para una intervención de servicio segura para una carcasa en la que se encuentra un fluido de trabajo inflamable de un proceso cíclico levógiro, en donde
- la carcasa presenta un paso de gas abierto al entorno, protegido mediante un adsorbente para el fluido de trabajo,
- la carcasa tiene una abertura de servicio que, mediante un dispositivo de desbloqueo, está protegida contra la apertura,
- la abertura de servicio presenta una conexión de servicio para un cartucho de servicio,
- el cartucho de servicio contiene un gas inerte a presión en una cantidad que, en el estado expandido, corresponde al menos al volumen del recipiente,
- el cartucho de servicio presenta un cuello de cartucho con una línea de conexión en el cuello de cartucho y una rosca exterior en el cuello de cartucho,
- la conexión de servicio tiene una rosca interior que coincide con la rosca exterior del cuello de cartucho,
- la conexión de servicio presenta una tapa de cierre,
- comprendiendo la tapa de cierre un sello de obturación dirigido hacia el lado exterior de la carcasa,
- además, una membrana de obturación dirigida hacia el lado interior de la carcasa, sobre la que está dispuesta una espiga en dirección al lado exterior de la carcasa,
- además, una superficie de obturación en la rosca interior.
La invención también logra el objetivo mediante un procedimiento para abrir una carcasa en la que se encuentra un fluido de trabajo inflamable de un proceso cíclico levógiro, en donde
- la carcasa presenta un paso de gas abierto al entorno, protegido mediante un adsorbente para el fluido de trabajo,
- la carcasa tiene una abertura de servicio que, mediante un dispositivo de desbloqueo, está protegida contra la apertura,
- la abertura de servicio presenta una conexión de servicio para un cartucho de servicio,
- el cartucho de servicio contiene un gas inerte a presión en una cantidad que, en el estado expandido, corresponde al menos al volumen del recipiente,
- el cartucho de servicio presenta un cuello de cartucho con una línea de conexión en el cuello de cartucho y una rosca exterior en el cuello de cartucho,
- la conexión de servicio tiene una rosca interior que coincide con la rosca exterior del cuello de cartucho, - la conexión de servicio presenta una tapa de cierre,
- comprendiendo la tapa de cierre un sello de obturación dirigido hacia el lado exterior de la carcasa, - además, una membrana de obturación dirigida hacia el lado interior de la carcasa, sobre la que está dispuesta una espiga en dirección al lado exterior de la carcasa,
- además, una superficie de obturación en la rosca interior,
caracterizado por las siguientes etapas de trabajo
- enroscar el cuello de cartucho en la conexión de servicio,
- continuar girando hasta que la espiga de la membrana de obturación abra la línea de conexión del cartucho de servicio,
- continuar girando hasta que el cuello de cartucho abra la membrana de obturación,
- vaciar el cartucho de servicio en la carcasa,
- continuar girando hasta que el cuello de cartucho accione el dispositivo de desbloqueo,
- abrir la abertura de servicio.
La invención se explica con más detalle a continuación por medio de 5 diagramas esquemáticos. Se muestran: Figura 1 una vista general de una bomba de calor con módulo de servicio,
Figura 2 un módulo de servicio antes de su uso,
Figura 3 el módulo de servicio al comienzo de su uso,
Figura 4 el módulo de servicio durante su uso,
Figura 5 el módulo de servicio hacia el final de su uso.
La Figura 1 muestra el circuito 1 de refrigeración de una bomba de calor con un compresor 2, un condensador 3, una reducción 4 de presión y un evaporador 5 en una carcasa cerrada 6. La carcasa dispone de una conexión 7 de fuente de calor, un tubo 8 de alimentación de fuente de calor, un tubo 9 de alimentación de disipador de calor y una conexión 10 de disipador de calor. En este ejemplo, el circuito 1 de refrigeración se hace funcionar con el fluido de trabajo inflamable propano, que también se conoce con la designación R290.
En caso de fuga, el propano puede ser conducido junto con el aire 18 de escape a través del canal 11, que está abierto al entorno, y a través de la capa 12 de carbón activado, donde se separa, mientras que los componentes inertes del aire pueden salir al entorno.
La carcasa 6 tiene una abertura 14 de servicio que presenta una conexión 15 de servicio para un cartucho 13 de servicio. La abertura 14 de servicio está asegurada con un perno 16 de desbloqueo y obturada con una junta 17. Esto evita que la abertura 14 de servicio pueda abrirse en el caso de una fuga, mientras haya una mezcla inflamable dentro de la carcasa.
La Figura 2 muestra un módulo de servicio antes de su uso. El módulo de servicio está formado por el cartucho 13 de servicio, que dispone de una línea 24 de conexión con válvula y un cuello 19 de cartucho con rosca exterior 25, la conexión 15 de servicio, que dispone de una rosca interior 26, una tapa 21 de cierre, que dispone de una membrana 23 de obturación, una superficie 27 de obturación del cuello de cartucho, que también cubre las primeras vueltas de la rosca interior 26, un sello 20 de obturación, que protege la rosca interior 26 y puede perforarse fácilmente, y una espiga 22, que está fijada a la membrana 23 de obturación. En el cartucho 13 de servicio se encuentra un gas inerte a presión, por ejemplo, nitrógeno. La cantidad de gas inerte almacenada en el cartucho 13 de servicio corresponde al menos al volumen de la carcasa 6 en el estado expandido.
La Figura 3 muestra el módulo de servicio al comienzo de su uso. Aquí se perfora el sello de obturación con el cuello 19 del cartucho 13 de servicio y se enrosca la rosca exterior 25 del cuello 19 de cartucho en la rosca interior 26 de la conexión 15 de servicio. La superficie 27 de obturación hace que las vueltas de rosca que engranan entre sí sean estancas a los gases. Al enroscar, la espiga 22 perfora el cierre de la línea 24 de conexión, lo que hace que el gas inerte del cartucho 13 de servicio pueda salir. Sin embargo, todavía no puede fluir al interior de la carcasa 6.
La Figura 4 muestra el módulo de servicio durante su uso. Después de seguir girando el cartucho 13 de servicio, se perfora la membrana 23 de obturación y el gas inerte puede fluir a través de la línea 24 de conexión al interior de la carcasa. Al hacerlo, desaloja la mezcla de aire/fluido de trabajo posiblemente inflamable a través de la capa 12 de carbón activado. Tal proceso dura aproximadamente diez segundos.
La Figura 5 muestra el módulo de servicio hacia el final de su uso. Al seguirse girando el cartucho 13 de servicio vacío, se saca el perno de desbloqueo de su posición de bloqueo y ahora se puede abrir la abertura 14 de servicio.
Ni que decir tiene que esta apertura sólo puede realizarse con mucha precaución, ya que el gas inerte, por ejemplo, nitrógeno o dióxido de carbono, puede provocar asfixia si se inhala. En este contexto, se debe tener cuidado para garantizar una buena ventilación, incluida la del espacio de instalación. Después de que se haya llevado a cabo la intervención de servicio, se debe insertar una nueva tapa 21 de obturación y se debe volver a colocar el perno de desbloqueo en su posición de bloqueo. Siempre que haya salido fluido de trabajo, debe cambiarse también la capa 12 de carbón activado.
Lista de símbolos de referencia
1 Circuito de refrigeración
2 Compresor
3 Condensador
4 Reducción de presión
5 Evaporador
6 Carcasa
7 Conexión de fuente de calor
8 Tubo de alimentación de fuente de calor
9 Tubo de alimentación de disipador de calor
10 Conexión de disipador de calor
11 Canal
12 Capa de carbón activado
13 Cartucho de servicio
14 Abertura de servicio
15 Conexión de servicio
16 Perno de desbloqueo
17 Junta
18 Aire de escape
19 Cuello de cartucho
20 Sello de obturación
21 Tapa de cierre
22 Espiga
23 Membrana de obturación
24 Línea de conexión
25 Rosca exterior
26 Rosca interior
27 Superficie de obturación del cuello de cartucho
Claims (2)
1. Dispositivo para una intervención de servicio segura para una carcasa en la que se encuentra un fluido de trabajo inflamable de un proceso cíclico levógiro, en donde
- la carcasa (6) presenta un paso de gas abierto al entorno, protegido mediante un adsorbente (12) para el fluido de trabajo,
- la carcasa (6) tiene una abertura (14) de servicio que, mediante un dispositivo (16) de desbloqueo, está protegida contra la apertura,
- la abertura (14) de servicio presenta una conexión (15) de servicio para un cartucho (13) de servicio, - el cartucho (13) de servicio contiene un gas inerte a presión en una cantidad que, en el estado expandido, corresponde al menos al volumen del recipiente (6),
- el cartucho (13) de servicio presenta un cuello (19) de cartucho con una línea (24) de conexión en el cuello (19) de cartucho y una rosca exterior (25) en el cuello (19) de cartucho,
- la conexión (15) de servicio tiene una rosca interior (26) que coincide con la rosca exterior (25) del cuello (19) de cartucho,
- la conexión (15) de servicio presenta una tapa (21) de cierre,
- comprendiendo la tapa (21) de cierre un sello (20) de obturación dirigido hacia el lado exterior de la carcasa (6),
- además, una membrana (23) de obturación dirigida hacia el lado interior de la carcasa (6), sobre la que está dispuesta una espiga (22) en dirección al lado exterior de la carcasa (6),
- además, una superficie (27) de obturación en la rosca interior (26).
2. Procedimiento para abrir una carcasa en la que se encuentra un fluido de trabajo inflamable de un proceso cíclico levógiro, en donde
- la carcasa (6) presenta un paso de gas abierto al entorno, protegido mediante un adsorbente (12) para el fluido de trabajo,
- la carcasa (6) tiene una abertura (14) de servicio que, mediante un dispositivo (16) de desbloqueo, está protegida contra la apertura,
- la abertura (14) de servicio presenta una conexión (15) de servicio para un cartucho (13) de servicio, - el cartucho (13) de servicio contiene un gas inerte a presión en una cantidad que, en el estado expandido, corresponde al menos al volumen del recipiente (6),
- el cartucho (13) de servicio presenta un cuello (19) de cartucho con una línea de conexión en el cuello (19) de cartucho y una rosca exterior (25) en el cuello (19) de cartucho,
- la conexión (15) de servicio tiene una rosca interior (26) que coincide con la rosca exterior (25) del cuello (19) de cartucho,
- la conexión (15) de servicio presenta una tapa (21) de cierre,
- comprendiendo la tapa (21) de cierre un sello (20) de obturación dirigido hacia el lado exterior de la carcasa (6),
- además, una membrana (23) de obturación dirigida hacia el lado interior de la carcasa (6), sobre la que está dispuesta una espiga (22) en dirección al lado exterior de la carcasa (6),
- además, una superficie (27) de obturación en la rosca interior (26),
caracterizado por las siguientes etapas de trabajo
- enroscar el cuello (19) de cartucho en la conexión (15) de servicio,
- continuar girando hasta que la espiga (22) de la membrana (23) de obturación abra la línea (24) de conexión del cartucho (13) de servicio,
- continuar girando hasta que el cuello (19) de cartucho abra la membrana (23) de obturación,
vaciar el cartucho (13) de servicio en la carcasa,
continuar girando hasta que el cuello (19) de cartucho accione el dispositivo (16) de desbloqueo, abrir la abertura (14) de servicio.
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