ITMI971493A1 - Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento e metodo funzionale relativo - Google Patents
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Description
Descrizione del Breveto per Invenzione Industriale avente per titolo:
“IMPIANTO PERFEZIONATO DI RAFFREDDAMENTO AD ASSORBIMENTO E METODO FUNZIONALE RELATIVO."
DESCRIZIONE
Il trovato ha come oggeto un impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento ed il metodo funzionale ad esso relativo.
In svariate applicazioni della tecnica sono necessari impianti frigoriferi o di raffreddamento per realizzare opportune condizioni ambientali .
Normalmente, il cuore di questi impianti risiede in un ciclo termico di raffreddamento, che può avvenire in un circuito a compressione o in un circuito ad assorbimento. Nel primo caso è un fluido stabile di caratteristiche opportune a compiere il ciclo, nel secondo è un'opportuna soluzione soluto-solvente.
Questi dispositivi, pur rispondendo al problema tecnico esposto, presentano i seguenti svantaggi.
Il rendimento di tali cicli frigoriferi è sempre piutosto basso, provocando in tal modo un notevole dispendio energetico, in particolare nelle applicazioni industriali.
I circuiti a compressione presentano una notevole complessità costruttiva per esigenze particolari di potenza o di minima temperatura raggiungibile.
I circuiti ad assorbimento potrebbero essere più competitivi se fosse possibile riutilizzare più stadi di evaporazione in serie, ciascuno a pressione minore del precedente, ma tale realizzazione è ostacolata dalla elevata concentrazione salina: infatti si ha un abbassamento della tensione dei vapori ( innalzamento della temperatura di ebollizione ) che ostacola l’applicazione di un numero elevato di evaporazioni.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti propri dello stato anteriore della tecnica.
II trovato ha quindi come oggetto un impianto perfezionato di refrigerazione ad assorbimento ed il metodo funzionale ad esso relativo, presentanti semplicità costruttiva, notevole affidabilità ed un ottimo rendimento termico.
Brevemente, secondo l'invenzione, è stato realizzato un impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, comprendente un cristallizzatore, una stazione di evaporazione, una stazione di assorbimento, una pluralità di pompe, una pluralità di scambiatori di calore, un sistema refrigerante ed una soluzione salina che circolando al suo interno realizza il ciclo di raffreddamento del suddetto impianto.
Il metodo funzionale relativo all'impianto secondo l'invenzione, comprende una pluralità di passaggi di una soluzione salina attraverso un cristallizzatore, una stazione di evaporazione, una stazione di assorbimento ed una pluralità di scambiatori di calore che modificano ad ogni passaggio la concentrazione della suddetta soluzione rendendo attuabile il ciclo di raffreddamento ottenuto con l'impianto secondo l'invenzione.
L'impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento secondo l’invenzione, è caratterizzato dal fatto di presentare le caratteristiche descritte nella rivendicazione 1.
Con l’impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento e con il metodo funzionale relativo secondo l'invenzione, si ottengono i seguenti vantaggi.
Il rendimento termico ottenuto è decisamente superiore rispetto ai sistemi noti nella tecnica, sia quelli utilizzanti circuiti a compressione, sia quelli utilizzanti circuiti ad assorbimento.
La semplicità costruttiva è garantita dall'uso di componentistica di largo impiego nel settore delle macchine frigorifere in generale.
Un ulteriore vantaggio è dovuto alla notevole affidabilità dell'intero impianto, unita alla sicurezza della gestione e del controllo del medesimo.
Ulteriori caratteristiche, vantaggi e particolari costruttivi deirimpianto perfezionato di refrigerazione ad assorbimento e del metodo funzionale relativo secondo l'invenzione, risulteranno meglio evidenziati attraverso uri esame della descrizione seguente, con riferimento ai disegni allegati nei quali è mostrata a titolo indicativo, ma non limitativo, una forma di realizzazione preferita.
La figura 1 è uno schema dell’impianto di refrigerazione ad assorbimento realizzato secondo l’invenzione.
La figura 2 è uno schema dell’impianto illustrato in figura 1, utilizzante un diverso tipo di cristallizzatore.
La figura 3 è uno schema di flusso illustrante i flussi energetici all’interno dell’impianto secondo l’invenzione.
La figura 4 è un ulteriore schema di flusso illustrante i flussi energetici all’interno dell’impianto secondo l’invenzione.
La figura 5 è uno schema di flusso che illustra la variazione percentuale soluto-solvente di una soluzione salina utilizzata all’interno dell’impianto secondo l'invenzione.
Con particolare riferimento ai simboli numerici e letterali delle figure dei disegni allegati, l'impianto perfezionato di refrigerazione ad assorbimento ed il metodo funzionale relativo secondo l’invenzione, si basano sulla cristallizzazione di una soluzione e sulle variazioni di concentrazione nei vari punti dell’impianto stesso. Come è noto, la solubilità di un solido nel suo solvente aumenta con la temperatura e la soluzione è detta satura quando si raggiunge il massimo della concentrazione del soluto, realizzandosi un equilibrio fra la sostanza sciolta e la sostanza stessa presente come corpo di fondo.
La soluzione presente nell'ambiente C, (cristallizzatore), viene raffreddata da un sistema frigorifero fino al raggiungimento della temperatura di cristallizzazione che varia in funzione della concentrazione e della coppia solventesoluto. I cristalli così ottenuti attraverso la valvola motorizzata VM, arrivano al separatore SC e vengono convogliati al raccoglitore RC.
Il suddetto raccoglitore di cristalli RC è in comunicazione con lo scambiatore SA dì una stazione di assorbimento e con lo scambiatore SE appartenente ad una stazione di evaporazione, i quali possono essere di vario genere.
Il vapore generato nello scambiatore SE viene a contatto con i cristalli ed assorbito generando calore, che viene sottratto da un fluido in circolazione nello scambiatore SA ( punti 3 e 4 delle figure 1 e 2 ), per permettere il massimo assorbimento.
La soluzione così ottenuta viene inviata tramite la pompa P1, dopo aver attraversato lo scambiatore SCR3, al cristallizzatore C per ripetere il ciclo (punto 7).
Un altro flusso in uscita dal cristallizzatore (punto 5) attraversa i recuperatori di calore SCR1 ed SCR2 arrivando poi allo scambiatore SE, dove la soluzione diluita viene riscaldata dal fluido circolante che ne provoca l'evaporazione e conseguentemente l'aumento di concentrazione.
I vapori e la soluzione concentrata ritornano al cristallizzatore C (punto 6) ove si separano; i vapori vengono assorbiti come descritto precedentemente nello scambiatore SA, mentre la soluzione concentrata raccolta sul fondo, viene inviata con la pompa P2 al cristallizzatore C (punto 8).
La forma del cristallizzatore è subordinata al tipo di separatore di cristalli, ma comunque ne esistono in commercio vari tipi, tutti idonei all’impianto in oggetto. Le figure 1 e 2 mostrano due varianti di cristallizzatore.
A titolo di esempio illustrativo, ma non limitativo, si descrive nel seguito un’applicazione pratica dell’impianto secondo l’invenzione in un apparecchio di distillazione sotto vuoto.
La coppia solvente-soluto utilizzata è acqua - idrossido di sodio, ma è possibile usare differenti soluzioni, come ad esempio acqua - bromuro di litio ed altre soluzioni saline con caratteristiche simili a queste.
L’ambiente del cristallizzatore C comprende due sezioni: una refrigerante, ove la soluzione viene portata alla temperatura di cristallizzazione, l’altra per la separazione dei cristalli comunicante con gli scambiatori SE ed SA delle stazioni di evaporazione e di assorbimento, è posta superiormente ai suddetti scambiatori.
La sezione refrigerante è di forma troncoconica per permettere la raccolta dei cristalli sul fondo e convogliarli al separatore.
Inoltre, pur non essendo indispensabile ai fini del funzionamento, attorno ad essa od all'interno è presente uno scambiatore per il recupero delle frigorie della soluzione già trattata. Nella parte inferiore un altro scambiatore collegato ad un sistema refrigerante convenzionale porta la soluzione ad una temperatura di circa 0°C .
La soluzione in arrivo al cristallizzatore C è composta da due flussi, uno proveniente dallo scambiatore SA della stazione di assorbimento con una concentrazione del 66% di Na OH (pari a 100/50) ad una temperatura di 50°C , l’altro dallo scambiatore SE della stazione di evaporazione con una concentrazione del 50% di Na OH ( pari a 50/50) ad una temperatura di 30°C .
L'unione dei due flussi realizza una soluzione con una concentrazione del 60% di Na OH ( pari a 150/100).
Questa soluzione in ingresso al cristallizzatore C, viene preraffreddata dallo scambiatore SCR1 ed infine portata alla temperatura di 0°C dallo scambiatore SRCF.
A questa temperatura la soluzione è sovrasatura e si forma un corpo di fondo (cristalli): la concentrazione della soluzione scenderà al 33% di Na OH (pari a 50/100) presentando, nell'esempio in esame, 100 g di cristalli di Na OH come corpo di fondo.
La soluzione cosi ottenuta viene prelevata nel punto 5, situato nell'interno del cristallizzatore e per gravità, dopo aver attraversato gli scambiatori di calore SRC1 ed SRC2, giunge allo scambiatore SE della stazione di evaporazione.
Quest’ultimo dal lato mantello è avvolto da vapori saturi condensanti di acqua alla temperatura di 48°C provenienti dallo scambiatore SA della stazione di assorbimento.
Così la soluzione continua a ricevere calore e può continuare ad evaporare fino a raggiungere una nuova concentrazione del 50% di Na OH (pari a 50/50) ad una temperatura di 40°C.
In tale trasformazione, la soluzione assorbe calore e si creerà una pressione pari a circa 47 Pa di vuoto residuo.
La soluzione così ottenuta ed il vapore che si è generato (in questo esempio 50 g), ritornano nella parte inferiore del cristallizzatore C (punto 6), si separano e la soluzione viene rinviata tramite la pompa P2, dopo aver attraversato gli scambiatori SCR1 ed SCR2 al cristallizzatore C per ricominciare il ciclo.
I cristalli generati pervengono al raccoglitore RC collegato allo scambiatore SA, ed essendo deliquescenti e con una tensione di vapore nulla, rispetto a quella dell'acqua, si ha un assorbimento di vapore, con conseguente generazione di calore, così i cristalli ritornano in soluzione, assorbendo il vapore ( 50 g) generato nello scambiatore SE.
II calore di assorbimento nello scambiatore SA viene ceduto all’acqua che entra in ebollizione, generando vapore.
La concentrazione in uscita dallo scambiatore è del 66% (pari a 100/50). Tale soluzione, tramite la pompa P1, viene inviata, dopo aver attraversato lo scambiatore SCR1 , al cristallizzatore per ripetere il ciclo.
Naturalmente, la forma e le dimensioni dei vari elementi componenti rimpianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo l’invenzione, le soluzioni utilizzate, nonché le temperature, le pressioni e le concentrazioni raggiunte potranno variare, secondo le diverse esigenze, rimanendo comunque l'impianto nell'ambito del concetto inventivo sopra esposto.
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, caratterizzato dal fatto di comprendere un cristallizzatore ( C ), una stazione di evaporazione, una stazione di assorbimento, una pluralità di pompe (P1,P2), una pluralità di scambiatori di calore ( SRC2, SRC3 ), un sistema refrigerante ed una soluzione salina che, circolando al suo interno, realizza il ciclo di raffreddamento del suddetto impianto.
- 2. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la soluzione salina è costituita da acqua ed idrossido di sodio.
- 3. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la soluzione salina è costituita da acqua e bromuro di litio.
- 4. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le stazioni di evaporazione e di assorbimento prevedono ciascuna almeno uno scambiatore di calore (SE.SA).
- 5. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il cristallizzatore ( C ) comprende una sezione refrigerante atta a far raggiungere alla soluzione salina la temperatura di cristallizzazione ed una sezione per la separazione dei cristalli comunicante con le stazioni di evaporazione e di assorbimento, tramite gli scambiatori di calore (SE , SA) di queste.
- 6. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la suddetta staziorte refrigerante è di forma troncoconica e prevede al suo interno almeno uno scambiatore di calore per il recupero delle frigorie della soluzione già trattata, ed almeno uno scambiatore collegato al suddetto sistema refrigerante.
- 7. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la soluzione salina in entrata al cristallizzatore ( C ) è composta da due flussi, provenienti l’uno dallo scambiatore (SA) della stazione di assorbimento, l’altro dallo scambiatore (SE) della stazione di evaporazione dove il flusso proveniente dallo scambiatore (SA) della stazione di assorbimento presenta una concentrazione ed una temperatura superiori a quelle riscontrabili nel flusso proveniente dallo scambiatore della stazione di evaporazione.
- 8. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la suddetta soluzione salina in entrata al cristallizzatore ( C ) viene preraffreddata da uno scambiatore di calore (SRC1) e portata in condizioni di sovrasatu razione da un ulteriore scambiatore di calore (SRCF), realizzando la formazione di cristalli come corpo di fondo ed un abbassamento della concentrazione della soluzione stessa.
- 9. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la soluzione salina risultante al termine della formazione dei suddetti cristalli come corpo di fondo viene prelevata in un punto (5) interno al cristallizzatore ( C ) ed attraversa due scambiatori di calore (SRC1, SRC2) per poi raggiungere lo scambiatore di calore (SE) all’interno della stazione di evaporazione, essendo il suddetto scambiatore (SE) avvolto dal lato mantello da vapori saturi provenienti dallo scambiatore (SA) della stazione di assorbimento, per permettere alla soluzione medesima di ricevere calore aumentando la propria temperatura e la propria concentrazione.
- 10. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la suddetta soluzione salina ed il vapore generatosi nel passaggio per la stazione di evaporazione sono all’uscita di questa inviati alla parte inferiore del cristallizzatore ( C ), dove dopo separazione la soluzione salina viene rinviata tramite una pompa (P2) ad uno scambiatore di calore (SRC2) e da questo nuovamente ad uno scambiatore di calore (SRC1) del cristallizzatore ( C ) per ricominciare il ciclo.
- 11. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento, secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i cristalli generatisi come corpo di fondo pervengono ad un raccoglitore (RC) che è collegato con lo scambiatore di calore (SA) della stazione di assorbimento, i suddetti cristalli tornano in soluzione assorbendo il vapore generatosi nello scambiatore (SE) della stazione di evaporazione mentre il calore di assorbimento nello scambiatore di calore (SA) della stazione di assorbimento viene ceduto all'acqua che entra in ebollizione generando vapore ripristinando la concentrazione della soluzione salina di inizio ciclo, la quale tramite una pompa (P1) viene inviata ad uno scambiatore di calore (SCR1) del cristallizzatore ( C ) per ripetere il ciclo.
- 12. Metodo funzionale relativo all’impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento come ad una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di passaggi di una soluzione salina attraverso un cristallizzatore ( C ), una stazione di evaporazione, una stazione di assorbimento ed una pluralità di scambiatori di calore (SCR2, SCR3), che modificano ad ogni passaggio la concentrazione della suddetta soluzione rendendo attuabile il ciclo di raffreddamento ottenuto con il suddetto impianto.
- 13. Metodo funzionale relativo all'impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il passaggio della soluzione salina attraverso il cristallizzatore ( C ) comprende il transito della suddetta soluzione attraverso una sezione refrigerante per raggiungere la temperatura di cristallizzazione, e quello attraverso una sezione per la separazione dei cristalli comunicante con le stazioni di evaporazione e di assorbimento.
- 14. Metodo funzionale relativo all’impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il passaggio della suddetta soluzione attraverso le stazioni di evaporazione ed assorbimento comprende il transito attraverso gli scambiatori di calore (SE, SA) di queste.
- 15. Impianto perfezionato di raffreddamento ad assorbimento e metodo funzionale relativo, caratterizzato dal fatto di essere costituito da una pluralità di elementi particolarmente conformati disposti ed associati, il tutto come più ampiamente descritto ed illustrato nella precedente relazione e nelle varie figure dei disegni allegati alla presente domanda di Brevetto per Invenzione Industriale.
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-
1998
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