ES1172383U - Device for recovery of the residual energy of the process of drying, or other thermal processes, using packed beds as captors, preheaters and accumulators (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
D E S C R I P C I Ó N D E S C R I P C I Ó N
DISPOSITIVO DE RECUPERACION DE LA ENERGÍA RESIDUAL DEL PROCESO DE SECADO, O DE OTROS PROCESOS TÉRMICOS, UTILIZANDO LECHOS EMPAQUETADOS COMO CAPTADORES, PRECALENTADORES Y 5 ACUMULADORES RESIDUAL ENERGY RECOVERY DEVICE OF THE DRYING PROCESS, OR OF OTHER THERMAL PROCESSES, USING PACKED MILK AS RECEIVERS, PRE-HEATERS AND 5 ACCUMULATORS
SECTOR DE LA TÉCNICA SECTOR OF THE TECHNIQUE
10 10
Procesos térmicos. Procesos de secado. Recuperación de calor residual y agua. Thermal processes. Drying processes. Recovery of waste heat and water.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
Alrededor del 70% de la demanda energética de la industria europea tiene fines 15 térmicos, de la cual cerca del 30% es emitida a la atmósfera como calor residual. También es de gran importancia el calor residual disipado en los edificios. Dentro de estos procesos, el proceso de secado es uno de los más destacados. Around 70% of the energy demand of European industry has 15 thermal purposes, of which about 30% is emitted into the atmosphere as waste heat. The residual heat dissipated in buildings is also of great importance. Within these processes, the drying process is one of the most prominent.
Como muestra de la importancia de los consumos energéticos en los procesos de secado, baste señalar que, en España, cerca del 11% de la energía final utilizada en la 20 industria, se utiliza para el secado. El secado de un producto consiste en eliminar total o parcialmente los líquidos que lo impregnan, normalmente agua. Los procesos de secado se utilizan de manera cotidiana y extensiva en numerosos sectores industriales, desde la agricultura a la industria farmacéutica o a la de producción de gas natural, con objetivos como pueden ser la preservación de las propiedades de los 25 alimentos durante largos periodos de tiempo, la producción de productos elaborados o la eliminación de los inconvenientes asociados a la presencia del agua para el transporte o procesado de los productos. As a sign of the importance of energy consumption in drying processes, it is enough to point out that, in Spain, about 11% of the final energy used in the industry is used for drying. The drying of a product consists of totally or partially eliminating the liquids that impregnate it, usually water. The drying processes are used daily and extensively in many industrial sectors, from agriculture to the pharmaceutical industry or to the production of natural gas, with objectives such as the preservation of the properties of the food for long periods of time , the production of processed products or the elimination of the inconveniences associated with the presence of water for the transport or processing of the products.
La enorme demanda de los procesos de secado y de otros procesos térmicos a nivel mundial, ha impulsado enormemente el desarrollo tecnológico, especialmente en la 30 reducción de los consumos energéticos mediante el aumento de su eficiencia energética y la reducción de los costes. En ese sentido, la implementación de tecnologías, como la planteada en esta memoria, capaces de reducir significativamente el consumo energético en los procesos térmicos tiene una gran importancia 35 The huge demand for drying processes and other thermal processes worldwide, has greatly boosted technological development, especially in reducing energy consumption by increasing its energy efficiency and reducing costs. In that sense, the implementation of technologies, such as that proposed in this report, capable of significantly reducing energy consumption in thermal processes is of great importance 35
El secado representa un buen ejemplo de la necesidad de la recuperación de calor en la industria. En la actualidad se utilizan diversas tecnologías para el secado desde el secado al sol de productos agrícola, al secado conductivo, convectivo o radiativo en silos y hornos o al secado utilizando materiales adsorbentes o absorbentes. En la mayor parte de los casos, el secado se realiza térmicamente con aire o gases, que 5 arrastran la humedad evaporada, o sin aire mediante la evaporación en vacío o utilizando materiales que retienen el vapor de agua (adsorbentes o absorbentes). En este último caso, utilizado por ejemplo en el secado del gas natural previamente a su transporte y/o licuefacción, el material adsorbente (o absorbente) tiene que regenerarse para perder el vapor de agua capturado lo que se realiza mediante la 10 aplicación de calor, lo que no deja de ser otra variante del proceso de secado en secadero, en este caso del material adsorbente o absorbente. Un buen resumen de las distintas tecnologías de secado y de las problemáticas asociadas se encuentra en “Drying handbook. Fourth edition”, (Arun S. Mujumdar, 2014, CRC Press). La mayor parte de la energía aportado al secado se acaba perdiendo en el aire húmedo que se 15 expulsa del secadero o en la regeración de los materiales adsorbentes o absorbentes. Hasta la fecha, la mayor parte de los sistemas de secado no recuperan gran parte de la entalpía del aire de salida y por tanto las eficiencias típicas son bastante bajas. En la tabla a continuación (“Energy Efficient Multistage Zeolite Drying for heat Sensitive Products”, Mohamed Djaeni , 2008, Tésis Doctoral Universidad de Wageningen 20 (Holanda)) mostramos los valores típicos: Drying represents a good example of the need for heat recovery in the industry. At present, various technologies are used for drying from the sun drying of agricultural products, to conductive, convective or radiative drying in silos and ovens or to drying using adsorbent or absorbent materials. In most cases, drying is carried out thermally with air or gases, which carry away evaporated moisture, or without air by evaporation under vacuum or using materials that retain water vapor (adsorbents or absorbents). In the latter case, used for example in the drying of natural gas prior to transport and / or liquefaction, the adsorbent (or absorbent) material has to be regenerated to lose the captured water vapor, which is done through the application of heat. , which is still another variant of the drying process in the dryer, in this case the adsorbent or absorbent material. A good summary of the different drying technologies and associated problems can be found in “Drying handbook. Fourth edition ”, (Arun S. Mujumdar, 2014, CRC Press). Most of the energy contributed to drying is lost in the moist air that is expelled from the dryer or in the regeneration of adsorbent or absorbent materials. To date, most of the drying systems do not recover much of the enthalpy of the exhaust air and therefore the typical efficiencies are quite low. In the table below (“Energy Efficient Multistage Zeolite Drying for heat Sensitive Products”, Mohamed Djaeni, 2008, Doctoral Thesis University of Wageningen 20 (Netherlands)) we show the typical values:
Tabla 1: Comparativa entre a eficiencia energética de diversos sistemas de secado Table 1: Comparison between the energy efficiency of various drying systems
- Nº No.
- Tipo de secadero Eficiencia energética (%) Consumo de vapor (kg de vapor por kg de agua extraida) Type of dryer Energy efficiency (%) Steam consumption (kg of steam per kg of water extracted)
- 1 one
- Secadero de cámara 20-30% 3.0-5.0 Chamber dryer 20-30% 3.0-5.0
- 2 2
- Secadero en vacío 35-40% 2.5-3.0 Vacuum dryer 35-40% 2.5-3.0
- 3 3
- Secadero por congelación 10-20% 5.0-10.0 Freezer dryer 10-20% 5.0-10.0
- 4 4
- Secadero por aspersión 30-60% 1.6-3.0 Spray dryer 30-60% 1.6-3.0
- 5 5
- Secadero de tambor giratorio 25-60% 1.6-4.0 Rotary drum dryer 25-60% 1.6-4.0
- 6 6
- Secadero de lecho fluidizado 30-70% 1.5-3.0 30-70% fluidized bed dryer 1.5-3.0
Los sistemas de secado eficientes energéticamente suelen incorporar, teniendo en cuenta las características del producto a secar, uno o varios de los siguientes mecanismos (ver p.e. “Eficiencia energética en calderas, generadores de vapor, hornos y secaderos”, Guillermo Escobar et al, capítulo 5 del wikilibro en Eficiencia 5 energética, Escuela de Organización Industrial,
http://www.eoi.es/wiki/) Energy efficient drying systems usually incorporate, taking into account the characteristics of the product to be dried, one or more of the following mechanisms (see “Energy efficiency in boilers, steam generators, ovens and dryers”, Guillermo Escobar et al, chapter 5 of the energy efficiency wikibook 5, School of Industrial Organization,
http://www.eoi.es/wiki/)
Presecar el producto previamente en corrientes naturales o forzadas de aire atmosférico Present the product previously in natural or forced atmospheric air currents
Secar el mínimo posible en términos absolutos. Dry the minimum possible in absolute terms.
Reducción de la humedad del aire de entrada al secadero 10 Reduction of the humidity of the air entering the dryer 10
Calentamiento del aire seco a la temperatura máxima posible, si el objetivo es reducir los tiempos de secado o a la mínima temperatura práctica si el tiempo de secado no importa. Dry air heating to the maximum possible temperature, if the objective is to reduce the drying times or to the minimum practical temperature if the drying time does not matter.
Intercambio del aire seco con el producto a secar Exchange of dry air with the product to dry
Saturar de humedad al máximo el aire o los gases de salida 15 Saturate the air or exhaust gases to maximum humidity 15
Recuperación del la entalpía del aire de salida del secadero (p.e. recirculación del aire de secado, lechos fluidizados con tubos térmicos, intercambiadores de tubos y aletas, bombas de calor,…) Recovery of enthalpy of the outlet air from the dryer (e.g. recirculation of the drying air, fluidized beds with thermal tubes, tube and fin exchangers, heat pumps, ...)
Reducción de la presión del aire Air pressure reduction
Recuperar el calor residual sensible del producto secado 20 Recover the sensible residual heat of the dried product 20
Para la recuperación del calor residual de otros procesos industriales las aproximaciones usuales son: For the recovery of waste heat from other industrial processes the usual approaches are:
Recuperación de calor para uso externo a la instalación donde se ubica el proceso (por ejemplo, la calefacción, refrigraración y ACS de un barrio cercano, ver: http://pitagorasproject.eu/) mediante intercambiadores de calor que 25 transmiten la energía residual del proceso a una red de destribución. Heat recovery for external use to the installation where the process is located (for example, heating, cooling and DHW of a nearby neighborhood, see: http://pitagorasproject.eu/) through heat exchangers that transmit energy residual of the process to a distribution network.
Recuperación de calor para uso interno en la instalación donde se ubica el proceso o incluso en el mismo proceso. Si la temperatura disponible en el calor residual es inferior a los 70ºC se puede consumir directamente, mediante intercambiadores, en procesos de más baja temperatura (p.e. ACS) o 30 aumentar su temperatura mediante Transformadores de Calor por Absorción (AHT) para utilizarlo en otros procesos. Si la temperatura disponible en el calor residual es superior a los 70ºC se puede utilizar para producir electricidad con motores de cogeneración o, si la temperatura del calor residual supera los 300º, mediante equipos que funcionan, por ejemplo, con ciclos orgánicos 35 Heat recovery for internal use in the installation where the process is located or even in the same process. If the temperature available in the residual heat is lower than 70 ° C, it can be consumed directly, by means of exchangers, in lower temperature processes (eg ACS) or to increase its temperature by means of Heat Transformers by Absorption (AHT) for use in other processes . If the temperature available in the residual heat is higher than 70 ° C, it can be used to produce electricity with cogeneration engines or, if the temperature of the residual heat exceeds 300 °, by means of equipment that works, for example, with organic cycles 35
(ORC) (ORC)
Con respecto a la recuperación del calor residual generado en los edificios, y dado su reducido nivel térmico, se suele utilizar principalmente para el precalentamiento del aire de ventilación y, en algunos csos, para el precalentamiento del agua caliente sanitaria. 5 With regard to the recovery of waste heat generated in buildings, and given its reduced thermal level, it is usually used mainly for preheating the ventilation air and, in some cases, for the preheating of domestic hot water. 5
Para reducir el impacto ambiental del secado y de otros procesos térmicos, además de mejorar la eficiencia del proceso, es conveniente el acoplarlo con fuentes energéticas renovables. La combinación con sistemas de aprovechamiento térmico de la energía solar como fuente de calor, es un objetivo que está presente en numerosas referencias especialmente para el secado de los productos agrícolas en paises en desarrollo con 10 un buen recurso solar (ver por ejemplo “Solar Drying”, W. Weiss & J. Buchinger, 2015. Training course within the project "Establisment of a Production, Sales and Consulting Infrastructure for Solar Thermal Plants in Zimbabwe”, AEE INTEC -Austria). Esta combinación se puede favorecer cuando se cuenta con sistemas de almacenamiento que filtran la variabilidad de la fuente de energía y permiten un suministro energético 15 más homogeneo. To reduce the environmental impact of drying and other thermal processes, in addition to improving the efficiency of the process, it is convenient to couple it with renewable energy sources. The combination with systems of thermal use of solar energy as a source of heat, is an objective that is present in numerous references especially for drying agricultural products in developing countries with a good solar resource (see for example “Solar Drying ”, W. Weiss & J. Buchinger, 2015. Training course within the project" Establisment of a Production, Sales and Consulting Infrastructure for Solar Thermal Plants in Zimbabwe ", AEE INTEC-Industry) .This combination can be favored when you have storage systems that filter the variability of the energy source and allow a more homogeneous energy supply.
Entre los problemas pendientes de la tecnología de recuperación del calor residual del secado y de otros procesos térmicos, y que pretendemos atacar con el dispositivo de la invención, podemos destacar: Among the pending problems of the technology of recovery of the residual heat of the drying and other thermal processes, and that we intend to attack with the device of the invention, we can highlight:
Baja eficiencia 20 Low efficiency 20
Consumo energético elevado High energy consumption
Costes de inversión elevados de los sistemas eficientes High investment costs of efficient systems
Pérdida del agua evaporada Evaporated water loss
Acoplamiento con fuentes intermitentes de calor, como son las instalaciones solares térmicas 25 Coupling with intermittent sources of heat, such as solar thermal installations 25
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN EXPLANATION OF THE INVENTION
El dispositivo de la invención utiliza para su aplicación al secado y en otros procesos térmicos industriales y en la edificación, en un nuevo dispositivo, los resultados 30 teóricos y experimentales de la Tesis doctoral del autor del dispositivo de la invención “Estudio de los intercambios de calor entre un invernadero considerado como colector solar de aire húmedo y un lecho de rocas como sistema de control ambiental” (José Ignacio Ajona Maeztu, Facultad de Físicas- Universidad Complutense de Madrid, 1990). En aquel estudio, sin tener relación con la recuperación de calor en los 35 The device of the invention uses the theoretical and experimental results of the doctoral thesis of the author of the device of the invention "Study of the exchanges of the invention" in a new device for its application in drying and other industrial thermal processes and in the construction heat between a greenhouse considered as a solar collector of moist air and a bed of rocks as an environmental control system ”(José Ignacio Ajona Maeztu, Faculty of Physics - Universidad Complutense de Madrid, 1990). In that study, without being related to heat recovery in the 35
procesos térmicos, se modelizó y se comprobó experimentalmente una serie de resultados utilizables para entender cómo funciona el dispositivo de la invención, especialmente para el caso del secado. Cuando se introduce aire caliente y húmedo por la parte alta de un lecho empaquetado (en aquél caso cantos rodados) más frío, con un salto escalón en las condiciones de temperatura y humedad del aire de 5 entrada, el aire cede su calor al relleno en forma de calor sensible y de cambio de fase, produciéndose la condensación de parte del agua contenida en el aire sobre el relleno y observándose: thermal processes, a series of usable results were modeled and tested experimentally to understand how the device of the invention works, especially in the case of drying. When hot and humid air is introduced through the top of a packed bed (in that case boulders) colder, with a step jump in the temperature and humidity conditions of the 5-inlet air, the air gives its heat to the filling in form of sensible heat and phase change, producing condensation of part of the water contained in the air over the landfill and observing:
Incluso con caudales y velocidades del aire reducidas, la transferencia de calor entre el aire y el relleno es excelente y por tanto la temperatura del aire y del 10 relleno son muy semejantes en los puntos del interior del lecho. Even with reduced flow rates and air velocities, the heat transfer between the air and the filling is excellent and therefore the temperature of the air and the filling are very similar at the points inside the bed.
Si la humedad relativa del aire de entrada es menor del 100% con una temperatura húmeda superior a la temperatura inicial del relleno, la evolución térmica del relleno experimentaba dos etapas claramente diferenciadas. En la primera etapa, el relleno alcanza una temperatura próxima a la temperatura 15 húmeda del aire de entrada y se produce condensación de agua sobre el relleno y, posteriormente, drenaje o evaporación del agua depositada. Cuando el agua sobre el relleno se agota, bien por la evaporación o por el movimiento del agua líquida hacia el fondo por efecto de la gravedad, se inicia la segunda fase en la que el lecho evoluciona desde la temperatura próxima a la del aire 20 húmedo del aire de entrada, hasta alcanzar la temperatura seca del aire de alimentación. If the relative humidity of the inlet air is less than 100% with a humid temperature exceeding the initial filling temperature, the thermal evolution of the filling experienced two distinct stages. In the first stage, the filling reaches a temperature close to the humid temperature of the inlet air and condensation of water occurs on the filling and, subsequently, drainage or evaporation of the deposited water. When the water on the landfill is exhausted, either by evaporation or by the movement of the liquid water towards the bottom due to gravity, the second phase begins in which the bed evolves from the temperature close to that of the humid air 20 of the inlet air, until the dry temperature of the feed air is reached.
Si el aire que se introduce es muy seco, solo se propaga la segunda onda de temperatura en la que el lecho evoluciona desde la temperatura inicial del relleno, hasta alcanzar la temperatura seca del aire de alimentación. 25 If the air that is introduced is very dry, only the second temperature wave in which the bed evolves from the initial filling temperature to the dry temperature of the feed air is propagated. 25
En la primera etapa, la onda térmica se desplaza en el interior del lecho a una velocidad, en función de las condiciones de operación, significativamente más rápida que en la segunda y tanto más rápida cuanto mayor es la temperatura húmeda. In the first stage, the thermal wave travels inside the bed at a speed, depending on the operating conditions, significantly faster than in the second and the faster the higher the wet temperature.
El agua líquida depositada sobre el relleno y que desciende hasta el fondo del 30 lecho, representaba una proporción muy significativa del agua líquida introducida. The liquid water deposited on the landfill and descending to the bottom of the bed represented a very significant proportion of the liquid water introduced.
Durante la primera etapa, la evolución del aire húmedo, representada sobre el diagrama psicrométrico, recorre la curva de saturación hasta aproximarse a la temperatura húmeda del aire de entrada 35 During the first stage, the evolution of the humid air, represented on the psychrometric diagram, crosses the saturation curve until it approaches the humid temperature of the inlet air 35
En el dispositivo de la invención se utilizan, acoplados al contenedor con el producto a secar o al proceso del que sale calor residual, dos lechos empaquetados para recuperar el calor residual del proceso tanto en forma de calor de cambio de fase como de calor sensible tal como muestran las Figura 1, 2 y 3 donde los números se refieren a los distintos equipos. 5 In the device of the invention are used, coupled to the container with the product to be dried or to the process from which residual heat comes out, two packed beds to recover the residual heat of the process both in the form of heat of phase change and of sensible heat such as shown in Figure 1, 2 and 3 where the numbers refer to the different teams. 5
Un lecho empaquetado es un reactor multifásico en cuyo interior se hallan presentes diversos materiales en dos o tres fases (sólido, líquido o gas). En sus interior se pueden producir reacciones químicas o, como en el caso del dispositivo de la invención que nos ocupa, fenómenos de transferencia de calor y masa entre el sólido (denominado típicamente relleno del lecho) y un fluido caloportador (p.e. aire húmedo, 10 agua,…) que circula en su interior y que sirve para cederle o quitarle energía al relleno sólido del lecho, en función del modo de operación. A packed bed is a multiphase reactor in which various materials are present in two or three phases (solid, liquid or gas). Inside there may be chemical reactions or, as in the case of the device of the invention in question, phenomena of heat and mass transfer between the solid (typically called bed filling) and a heat transfer fluid (eg humid air, 10 water, ...) that circulates inside and that serves to give or take away energy to the solid filling of the bed, depending on the mode of operation.
En el dispositivo de la invención se utilizan lechos empaquetados para el captador de calor residual (2) y el precalentador (3) con un material sólido de relleno con unas propiedades físicas tales que el producto del valor de su calor específico, de su 15 densidad y de la fracción del espacio ocupado por el sólido en el lecho es mayor de 200 kilojulios por grado centígrado y metro cúbico (kJ/C/m3), pudiendo superar los 3000 kJ/C/m3. El fluido utilizado como fluido caloportador en los lechos (2) y (3) (p.e. aire húmedo) que ha aumentado su nivel entálpico al atravesar previamente el proceso (1), cederá buena parte de la entalpía ganada en (1) al circular a través de los lechos 20 (2) y (3), según los modos de operación descritos a continuación, y recuperando por tanto la energía aplicada (o generada) en el proceso (1), para el propio proceso (1) o para otros usos. In the device of the invention, packed beds are used for the residual heat sensor (2) and the preheater (3) with a solid filling material with physical properties such that the product of the value of its specific heat, its density and of the fraction of the space occupied by the solid in the bed is greater than 200 kilojoules per degree centigrade and cubic meter (kJ / C / m3), being able to exceed 3000 kJ / C / m3. The fluid used as heat transfer fluid in the beds (2) and (3) (eg humid air) that has increased its enthalpy level by previously passing through the process (1), will yield a good part of the enthalpy gained in (1) when circulating to through beds 20 (2) and (3), according to the modes of operation described below, and thus recovering the energy applied (or generated) in the process (1), for the process itself (1) or for others applications.
Para la circulación del fluido caloportador entre el proceso (1) y los lechos (2) y (3) se precisa el soplante (S) y si es preciso calentarlo antes de que entre en el proceso (1), 25 hace falta un calentador (6). Para que el flujo del fluido caloportador se dirija desde el proceso (1) al lecho (2) o al lecho (3) y para el que el flujo del fluido caloportador entre al proceso (1) desde el lecho (3) o del (2), se precisan válvulas o compuertas (a), (b), (c) y (d) accionadas en conjunción con las (a’), (b’), (c’) y (d’). Para permitir la entrada y salida de fluido desde el exterior del dispositivo, son precisas las válvulas o 30 compuertas (e), (f) y (g). La extracción de condensados en los lechos (2) o (3) precisa de una bomba (B) For the circulation of the heat transfer fluid between the process (1) and the beds (2) and (3) the blower (S) is required and if it is necessary to heat it before it enters the process (1), 25 a heater is required (6). So that the flow of the heat transfer fluid is directed from the process (1) to the bed (2) or to the bed (3) and for which the flow of the heat transfer fluid enters the process (1) from the bed (3) or from the ( 2), valves or gates (a), (b), (c) and (d) actuated in conjunction with (a '), (b'), (c ') and (d') are required. To allow the entry and exit of fluid from outside the device, the valves or gates (e), (f) and (g) are required. Condensate extraction in the beds (2) or (3) requires a pump (B)
El significado de los números en las Figuras 1, 2 y 3 es The meaning of the numbers in Figures 1, 2 and 3 is
1. Proceso que genera calor residual tanto en forma de calor de cambio de fase como de calor sensible (p.e.: Secadero en el que se produce vapor de agua) 35 1. Process that generates waste heat both in the form of phase change heat and sensible heat (eg, a dryer in which water vapor is produced) 35
2. Lecho empaquetado que capta el calor residual y lo transmite al material de relleno (p. e. condensando el vapor extraído de un secadero) 2. Packed bed that captures the residual heat and transmits it to the filling material (eg condensing the steam extracted from a dryer)
3. Lecho empaquetado que aprovecha la entalpía del calor residual captado por (2) para precalentar el fluido con el que alimento a (1) o a otro equipo 3. Packed bed that takes advantage of the enthalpy of residual heat captured by (2) to preheat the fluid with which it feeds (1) or other equipment
4. Entrada del fluido al precalentador (3), (en el modo de operación 1, descrito a 5 continuación) 4. Inlet of the fluid to the preheater (3), (in operation mode 1, described below 5)
5. Salida del fluido precalentado del precalentador (3) (en el modo de operación 1 y en el 3, descrito a continuación) 5. Preheated fluid outlet of the preheater (3) (in operating mode 1 and 3, described below)
6. Calentador del fluido precalentado, (en el modo de operación 1). 6. Preheated fluid heater, (in operating mode 1).
7. Entrada del fluido al proceso (p.e. secadero) (1) (en el modo de operación 1 y 10 2) 7. Fluid inlet to the process (e.g. dryer) (1) (in operating mode 1 and 10 2)
8. Salida del fluido del proceso (1) hacia el captador de calor residual (2) en el modo de operación 1 y 3 o al precalentador (3) en el modo de operación 2, descrito a continuación 8. Output of the process fluid (1) to the waste heat sensor (2) in operating mode 1 and 3 or to the preheater (3) in operating mode 2, described below
9. Salida del fluido al exterior, en el modo de operación 1 y 3, desde el captador 15 de calor residual (2). 9. Exit of the fluid to the outside, in the operation mode 1 and 3, from the residual heat sensor 15 (2).
10. Salida del destilado del captador de calor residual (2) en el caso de que se produzca. 10. Output of the distillate from the residual heat sensor (2) in the event that it occurs.
11. Entrada del fluido desde el exterior al proceso (1), (en el modo de operación 3) 11. Fluid inlet from outside to the process (1), (in operation mode 3)
12. Salida del fluido al exterior, en el modo de operación 3, hacia el proceso 20 externo de aprovechamiento del calor residual. 12. Exit of the fluid to the outside, in the mode of operation 3, towards the external process 20 of use of the residual heat.
El dispositivo de la invención puede funcionar en tres modos de operación diferenciados. The device of the invention can operate in three different modes of operation.
En el primero (modo de operación 1), el producto que se procesa en (1) (p.e. producto a secar) se calienta con una fuente externa (6) (caldera, instalación solar,…) o interna 25 (reacción química) y produce calor residual (p.e. entra aire caliente y seco al proceso (1) que evapora el agua del producto a secar y produce aire caliente y húmedo) que es transferido por el fluido caloportador hacia el captador de calor residual (2) y el precalentador (3). El fluido del proceso (1), a baja temperatura, entra por (4) al precalentador (2) donde se precalienta antes de entrar en el calentador (6) por la 30 conducción (5) y ser introducido en el proceso (1) mediante la conducción (7), produciéndose un fluido con calor residual a su salida (en el caso del secado se produce vapor, haciendo que el aire alcance un estado inicialmente cuasi saturado a una temperatura próxima a la fijada en el calentador y posteriormente con un contenido de humedad que irá disminuyendo según el producto vaya secándose hasta 35 In the first (mode of operation 1), the product that is processed in (1) (eg product to be dried) is heated with an external source (6) (boiler, solar installation, ...) or internal 25 (chemical reaction) and It produces residual heat (eg hot and dry air enters the process (1) that evaporates the water from the product to be dried and produces hot and humid air) that is transferred by the heat transfer fluid to the residual heat sensor (2) and the preheater ( 3). The process fluid (1), at low temperature, enters (4) into the preheater (2) where it is preheated before entering the heater (6) through the conduit (5) and being introduced into the process (1) by conduction (7), producing a fluid with residual heat at its outlet (in the case of drying steam is produced, causing the air to reach an initially quasi-saturated state at a temperature close to that set in the heater and subsequently with a moisture content that will decrease as the product dries up to 35
aproximarse a la humedad del aire de entrada). El fluido con alto contenido entálpico procedente del proceso (1) a través de la conducción (8), transferirá su entalpía en contacto con el material del relleno del captador de calor residual (2) approach the humidity of the inlet air). The fluid with high enthalpic content from the process (1) through the conduit (8), will transfer its enthalpy in contact with the filling material of the residual heat sensor (2)
Para el caso del secado la transmisión de calor se realizará de la misma forma que en la descrita anteriormente en la Tesis citada y recorriendo inicialmente 5 una trayectoria, representada en el diagrama psicrométrico, o en el diagrama de presión-temperatura correspondiente al vapor a condensar, sobre la curva de saturación, entre una temperatura próxima a la fijada en el calentador (6) y la del aire de entrada, o gas de tratamiento, introducido por (4). El líquido condensado sobre el relleno y que llega por gravedad al fondo del captador de 10 calor residual (2) es extraído del sistema por (10). El fluido enfriado que sale del captador de calor residual (2) se expulsa del sistema por (9). In the case of drying, the heat transmission will be carried out in the same way as described previously in the aforementioned Thesis and initially traveling a path, represented in the psychrometric diagram, or in the pressure-temperature diagram corresponding to the steam at condense, on the saturation curve, between a temperature close to that set in the heater (6) and that of the inlet air, or treatment gas, introduced by (4). The liquid condensed on the filling and which arrives by gravity at the bottom of the residual heat sensor (2) is extracted from the system by (10). The cooled fluid leaving the residual heat sensor (2) is expelled from the system by (9).
Para el caso de otros procesos sin cambio de fase del fluido, la transferencia de calor será únicamente por calor sensible entre el fluido caloportador y el sólido. 15 In the case of other processes without changing the phase of the fluid, the heat transfer will be only by sensible heat between the heat transfer fluid and the solid. fifteen
En el segundo modo de operación (modo de operación 2) se entrará exclusivamente cuando se quiera recuperar el calor sensible del material en el interior del proceso (1); por ejemplo, en el caso del secado de un producto cuando éste ya está seco hasta los niveles establecidos y a una temperatura próxima a la fijada como consigna en el calentador (6). En este modo de operación 2 se procede a apagar el calentador (6), 20 manteniendo el circulador del fluido (S) conectado para recuperar el calor sensible del producto y transferirlo hacia la parte alta del precalentador (3). El fluido enfriado a la salida del precalentador (3) entra al proceso (1) por la conducción (7). Si la temperatura de salida del precalentador no es lo suficientemente fría para refrigerar el producto, se tomará fluido frío del exterior, por ejemplo, posicionando adecuadamente 25 (b) y (c), y se expulsará por (e) una vez abierta. In the second mode of operation (mode of operation 2) will be entered exclusively when you want to recover the sensible heat of the material inside the process (1); for example, in the case of drying a product when it is already dry to the established levels and at a temperature close to that set as a setpoint in the heater (6). In this mode of operation 2, the heater (6) is turned off, 20 keeping the fluid circulator (S) connected to recover the sensible heat of the product and transfer it to the upper part of the preheater (3). The fluid cooled to the outlet of the preheater (3) enters the process (1) by conduction (7). If the preheater outlet temperature is not cold enough to cool the product, cold fluid will be taken from the outside, for example, by properly positioning 25 (b) and (c), and it will be ejected by (e) once opened.
En el tercer modo de operación (modo de operación 3) se entrará exclusivamente cuando se quiera utilizar el calor residual generado en el proceso (1), recuperándolo para su uso en otro proceso diferente al que lo ha generado (proceso (1)); por ejemplo, en el caso de un proceso exotérmico (o con fuentes internas de generación de calor) 30 que no necesita que el fluido entrante le proporcione energía y que en muchos casos se utiliza para refrigerarlo. En este modo de operación 3, el calentador (6) normalmente estará apagado (ya que el proceso (1) genera calor), manteniendo el circulador del fluido (S) conectado para mover el fluido y recuperar el calor residual del proceso (1) de la misma forma que en el modo de operación 1: El fluido con alto 35 The third mode of operation (mode of operation 3) will be entered exclusively when you want to use the residual heat generated in the process (1), recovering it for use in a different process than the one that generated it (process (1)); for example, in the case of an exothermic process (or with internal sources of heat generation) 30 that it does not need the incoming fluid to provide it with energy and that in many cases is used to cool it. In this mode of operation 3, the heater (6) will normally be turned off (since the process (1) generates heat), keeping the fluid circulator (S) connected to move the fluid and recover the residual heat from the process (1) in the same way as in operating mode 1: The fluid with high 35
contenido entálpico procedente del proceso (1) a través de la conducción (8), transferirá su entalpía en contacto con el material del relleno del captador de calor residual (2), realizando el mismo cambio de papeles con el precalentador (3) con los mismos criterios descrito en el siguiente párrafo. La diferencia con el modo de operación 1 estriba en que, en el modo de operación 3, el fluido entrará al dispositivo 5 por la conducción (11) para dirigirlo hacia el proceso (1) y por la conducción (4) para dirigirlo a través de la conducción (12) hacia el aprovechamiento externo de la entalpía procedente del precalentador (3), en vez de dirigirla hacia el proceso (1), el fluido que entre por la conducción (11) puede ser igual o distinto del que entra por la conducción (4). Para este modo de funcionamiento 3, es necesario que la compuerta (f) desvíe el 10 fluido hacia el proceso externo, evitando que vaya hacia el proceso (1) desde la conducción (5) y que este abierta la compuerta (g) para permitir la entrada del fluido por (11). El proceso al que se envía el calor recuperado del proceso (1) contará con todos los elementos necesarios para la circulación del fluido a su través. enthalpy content from the process (1) through the conduit (8), will transfer its enthalpy in contact with the material of the residual heat sensor filling (2), making the same change of roles with the preheater (3) with the same criteria described in the following paragraph. The difference with the operating mode 1 is that, in the operating mode 3, the fluid will enter the device 5 through the conduit (11) to direct it towards the process (1) and through the conduction (4) to direct it through from the conduit (12) towards the external use of the enthalpy from the preheater (3), instead of directing it towards the process (1), the fluid that enters through the conduction (11) can be the same or different from the one entering by driving (4). For this mode of operation 3, it is necessary that the gate (f) divert the fluid 10 towards the external process, preventing it from going towards the process (1) from the conduit (5) and that the gate (g) is open to allow the fluid inlet through (11). The process to which the heat recovered from the process is sent (1) will have all the necessary elements for the circulation of the fluid through it.
En los modos de operación 1 y 3, el que el precalentador (3) pueda hacer la función de 15 precalentar el fluido se debe a que captador de calor residual (2) y el precalentador (3) intercambian sus papeles cuando la evolución de temperatura en la parte baja del captador de calor residual (2) es tal que sube por encima de la temperatura de la entrada del fluido por (4) la cantidad establecida como criterio de operación. Este cambio se ejecuta mediante un juego de válvulas de compuerta de 3 vías (o 20 equivalente) por el que las conexiones (a), (b), (c) y (d) del captador de calor residual (2) cambian su función con las (a’), (b’), (c’) y (d’) del precalentador (3) y viceversa mientras la compuerta (e) de salida del proceso permanece cerrada. El movimiento de los fluidos se realiza, principalmente, mediante el grupo hidráulico de bombas B de extracción del condensado, y por el circulador (soplante para el caso del secado) S, en 25 el conducto (5) (también es posible ubicarlo en el conducto (8)) para circular el fluido entre el precalentador (3), el secadero (1) y el captador de calor residual (2). Al producirse el cambio, el nuevo precalentador se encuentra en las condiciones que estaba el captador de calor residual, con una temperatura en la parte alta próxima a la fijada en el calentador (6) y una temperatura en la parte baja próxima a la de entrada 30 del fluido por (4) por lo que podrá precalentar, cediendo su calor, al fluido entrante. De la misma manera, el nuevo captador de calor residual se encuentra en las condiciones que estaba el precalentador, que se ha ido descargando térmicamente al haberse enfriado por el paso del fluido de alimentación al sistema, con una temperatura en su parte inferior próxima a la de entrada del fluido por (4) por lo que, en los modos de 35 In operating modes 1 and 3, the fact that the preheater (3) can function as a preheat for the fluid is due to the residual heat sensor (2) and the preheater (3) exchanging their roles when the temperature evolution in the lower part of the residual heat sensor (2) it is such that it rises above the temperature of the fluid inlet by (4) the amount established as the operating criterion. This change is carried out by means of a set of 3-way gate valves (or 20 equivalent) whereby connections (a), (b), (c) and (d) of the residual heat sensor (2) change their function with (a '), (b'), (c ') and (d') of the preheater (3) and vice versa while the process exit gate (e) remains closed. The movement of the fluids is carried out, mainly, by the hydraulic group of condensate extraction pumps B, and by the circulator (blower for drying) S, in the duct (5) (it is also possible to locate it in the conduit (8)) to circulate the fluid between the preheater (3), the dryer (1) and the residual heat sensor (2). When the change occurs, the new preheater is in the conditions that the residual heat collector was, with a temperature in the high part close to that set in the heater (6) and a temperature in the low part close to the inlet 30 of the fluid by (4) so that it can preheat, yielding its heat, to the incoming fluid. In the same way, the new residual heat collector is in the conditions that the preheater was, which has been thermally discharged after being cooled by the passage of the feed fluid to the system, with a temperature in its lower part close to the of fluid input by (4) so, in 35 modes
operación 1 y 3, podrá recuperar eficientemente el calor residual proveniente del proceso (1) al igual que recuperar el calor sensible del producto procesado, en el segundo modo de operación. Este cambio de papeles es uno de elementos más destacables del dispositivo de la invención. Es importante destacar que el cambio de papeles entre el captador de calor residual (2) y el precalentador (3) se realizará, 5 durante los modos de operación 1 y 3, el número necesario de veces para recuperar el calor del proceso según lo establecido como consigna y que el modo de operación 2 se utilizará únicamente si se desea extraer el calor sensible del producto una vez procesado para poder utilizarlo en el procesado de nuevo producto. operation 1 and 3, you can efficiently recover the residual heat from the process (1) as well as recover the sensitive heat of the processed product, in the second mode of operation. This change of roles is one of the most remarkable elements of the device of the invention. It is important to note that the change of roles between the residual heat sensor (2) and the preheater (3) will be carried out, 5 during modes of operation 1 and 3, the number of times necessary to recover the heat of the process as established as a setpoint and that mode of operation 2 will be used only if it is desired to extract the sensible heat from the product once it has been processed so that it can be used in the processing of a new product.
La eficiencia del dispositivo de la invención, entendida como el cociente entre la 10 energía residual del proceso (1) recuperada, mediante la utilización del captador de calor residual (2) y del precalentador (3), y el calor residual generado en (1) va a depender principalmente de The efficiency of the device of the invention, understood as the ratio between the residual energy of the process (1) recovered, by using the residual heat sensor (2) and the preheater (3), and the residual heat generated in (1 ) will depend mainly on
La temperatura fijada como consigna en el calentador (6), o producida por el propio proceso, y la presión de trabajo: cuanto más altas, mayor eficiencia. 15 The temperature set as a setpoint in the heater (6), or produced by the process itself, and the working pressure: the higher, the more efficient. fifteen
Durante los modos de operación 1 y 3, lo próximas que se encuentren las temperaturas de la parte alta del captador de calor residual (2) y del precalentador (3) a la fijada en el calentador (6) (o a la producida por el proceso) y las temperaturas de la parte baja del captador de calor residual (2) y del precalentador (3) a la entrada de fluido por (4): Cuanto más próximas, 20 mayor eficiencia. During operating modes 1 and 3, the temperatures that are near the high part of the residual heat collector (2) and the preheater (3) are close to those set in the heater (6) (or produced by the process) and the temperatures of the lower part of the residual heat collector (2) and the preheater (3) at the fluid inlet by (4): The closer, the greater the efficiency.
La entalpía a la salida del proceso (1): En los modos de operación 1 y 3 cuanto más altas, mayor eficiencia y en el modo de operación 2, cuanto más baja la temperatura, mayor eficiencia Enthalpy at the exit of the process (1): In modes of operation 1 and 3 the higher, the more efficient and in mode of operation 2, the lower the temperature, the greater the efficiency
La temperatura del destilado producido (si se produce): Cuanto más baja, 25 mayor eficiencia The temperature of the distillate produced (if produced): The lower, the more efficient
La temperatura del producto a procesar, una vez procesado: Cuanto más baja, mayor eficiencia. The temperature of the product to be processed, once processed: The lower, the more efficient.
El nivel de aislamiento térmico del captador de calor residual (2) y del precalentador (3): Cuanto mejor sea el aislamiento, mejor eficacia del 30 dispositivo The level of thermal insulation of the residual heat sensor (2) and the preheater (3): The better the insulation, the better the efficiency of the device.
Aplicando estas pautas de control de las condiciones de trabajo que favorecen la eficiencia energética del dispositivo, los valores de eficiencia alcanzables en la mayor parte de los casos será superior al 60%, pudiéndose alcanzar niveles por encima del 95% en muchos casos, siempre que el nivel de aislamiento térmico sea el suficiente. 35 Applying these guidelines to control the working conditions that favor the energy efficiency of the device, the efficiency values attainable in most cases will be greater than 60%, and levels above 95% can be reached in many cases, provided that The level of thermal insulation is sufficient. 35
El criterio de diseño de los lechos para un funcionamiento eficiente, teniendo en cuenta la cantidad de calor residual producida en el proceso (1) y los correspondientes caudales de fluido, es por tanto el The design criteria of the beds for efficient operation, taking into account the amount of residual heat produced in the process (1) and the corresponding flow rates, is therefore the
dimensionar el captador de calor residual (2) y el precalentador (3) con la capacidad térmica suficiente para que el cambio de papeles de captador de 5 calor residual (2) a precalentador (3), y viceversa, (a realizar cuando la onda térmica provocada por la entrada del calor residual en la parte alta del captador de calor residual (2) empiece a llegar a la parte baja del captador de calor residual (2)), se tenga que realizar con una frecuencia razonable (p.e. cada 2-3 hr) y se garantice una recuperación de la casi totalidad de la energía residual 10 del proceso (1). dimension the residual heat collector (2) and the preheater (3) with sufficient thermal capacity to change the roles of collector from residual heat (2) to preheater (3), and vice versa, (to be performed when the thermal wave caused by the entry of residual heat in the upper part of the residual heat sensor (2) begins to reach the lower part of the residual heat sensor (2), must be carried out with a reasonable frequency (eg every 2 -3 hr) and a recovery of almost all the residual energy 10 of the process (1) is guaranteed.
dimensionar los lechos para garantizar una transferencia de calor y masa adecuados, lo que depende, entre otras cosas, de la velocidad del fluido en el interior del lecho. dimension the beds to ensure adequate heat and mass transfer, which depends, among other things, on the speed of the fluid inside the bed.
Si bien el dispositivo de la invención puede trabajar con numerosos materiales de 15 relleno, es recomendable el utilizar materiales con un elevado valor del producto densidad y calor específico, fracción de huecos pequeña, bajo coste, disponibilidad local y resistencia a la temperatura y la corrosión. Por lo tanto, la utilización de rocas (cantos rodados, granito,….) disponibles localmente, es una excelente (no única) elección: Permite trabajar a temperaturas y presiones elevadas con un coste muy 20 reducido por lo que se puede dimensionar con amplitud para poder trabajar con saltos térmicos importantes entre la parte superior e inferior de los rellenos del captador de calor residual (2) y del precalentador (3) Although the device of the invention can work with numerous filling materials, it is advisable to use materials with a high value of the product specific density and heat, small void fraction, low cost, local availability and resistance to temperature and corrosion . Therefore, the use of rocks (boulders, granite, ...) available locally, is an excellent (not unique) choice: It allows working at elevated temperatures and pressures with a very low cost so it can be sized with amplitude to be able to work with significant thermal jumps between the top and bottom of the fillings of the residual heat sensor (2) and the preheater (3)
El lecho del captador de calor residual (2) y del precalentador (3) cuando utiliza como relleno materiales tales que el producto del valor de su calor específico, de su 25 densidad y de la fracción del espacio ocupado por el sólido en el lecho sea mayor de 200 kilojulios por grado centígrado y metro cúbico (kJ/C/m3), pudiendo superar los 3000 kJ/C/m3, además de como captador de calor residual (2) o precalentador (3), funciona como un sistema de almacenamiento energético de fuentes de calor (intermitentes o no), eficiente y, potencialmente, de bajo coste. Esto es especialmente 30 interesante si se quiere aportar con calor solar, u otras fuentes de calor renovable o de recuperación, (en solitario o como contribuyente principal) la energía necesaria para el proceso (hay que tener en cuenta que siempre se podrá hibridar el sistema solar con otro sistema de producción de calor con renovables o con combustibles convencionales para mantener un régimen constante en la producción del proceso si 35 The bed of the residual heat sensor (2) and the preheater (3) when using materials such that the product of the value of its specific heat, its density and the fraction of the space occupied by the solid in the bed is greater than 200 kilojoules per degree centigrade and cubic meter (kJ / C / m3), being able to exceed 3000 kJ / C / m3, in addition to as a residual heat collector (2) or preheater (3), it works as a storage system energy from heat sources (intermittent or not), efficient and, potentially, low cost. This is especially interesting if you want to provide with solar heat, or other sources of renewable or recovery heat, (alone or as a main contributor) the energy needed for the process (you have to take into account that you can always hybridize the system solar with another system of heat production with renewable or with conventional fuels to maintain a constant regime in the production of the process if 35
así se desea). this is desired).
Es importante señalar que en el dispositivo de la invención se consigue el equilibrado termodinámico de los flujos de fluido y del relleno de los lechos, gracias al acoplamiento causado entre el comportamiento térmico del fluido y del relleno, tanto en el captador de calor residual (2), como en el precalentador (3), por la buena 5 transferencia de calor que se consigue y la gran estratificación térmica entre la parte alta del lecho y la parte baja del lecho, incrementada si se utilizan materiales de relleno con una elevada inercia térmica y baja conductividad térmica. It is important to note that in the device of the invention thermodynamic balancing of the fluid flows and the filling of the beds is achieved, thanks to the coupling caused between the thermal behavior of the fluid and the filling, both in the residual heat sensor (2 ), as in the preheater (3), due to the good heat transfer achieved and the great thermal stratification between the upper part of the bed and the lower part of the bed, increased if filling materials with a high thermal inertia are used and low thermal conductivity.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS 10 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS 10
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: 15 To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, where illustrative and non-limiting nature has been represented. next: 15
En la Figura 1 mostramos una vista esquemática del dispositivo de la invención con los principales elementos constituyentes, trabajando en el modo de operación 1. In Figure 1 we show a schematic view of the device of the invention with the main constituent elements, working in the mode of operation 1.
En la Figura 2 mostramos una vista esquemática del dispositivo de la invención con los principales elementos constituyentes, trabajando en el modo de operación 2. In Figure 2 we show a schematic view of the device of the invention with the main constituent elements, working in the mode of operation 2.
En la Figura 3 mostramos una vista esquemática del dispositivo de la invención con los 20 principales elementos constituyentes, trabajando en el modo de operación 3. In Figure 3 we show a schematic view of the device of the invention with the 20 main constituent elements, working in the mode of operation 3.
En las Figura 4, y 5 mostramos una vista detallada, en planta desde arriba y desde abajo, para el modo de operación 1 y en las Figuras 6 y 7 mostramos una vista detallada en planta desde arriba y desde abajo para el modo de operación 2, de una posible realización preferente del objeto de la invención para el caso de un proceso de 25 secado, con sus diversos componentes en los que se muestra el dispositivo de la invención incluyendo los dispositivos para el cambio de papeles entre el captador de calor residual (2) y el precalentador (3) y la recuperación del calor sensible del proceso (1). In Figures 4, and 5 we show a detailed view, in plan from above and from below, for mode of operation 1 and in Figures 6 and 7 we show a detailed view in plan from above and from below for mode of operation 2 , of a possible preferred embodiment of the object of the invention in the case of a drying process, with its various components in which the device of the invention is shown including the devices for changing roles between the residual heat sensor ( 2) and the preheater (3) and the sensible heat recovery process (1).
El las Figuras 4, 5, 6 y 7 los elementos designados por las letras minúsculas hacen 30 referencia a los de la Figura 1, 2 y 3 al igual que los designados por los números. In Figures 4, 5, 6 and 7 the elements designated by the lowercase letters refer to those of Figure 1, 2 and 3 as well as those designated by the numbers.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
El dispositivo objeto de la invención se puede realizar de múltiples formas, con 35 The device object of the invention can be realized in multiple ways, with
diferentes tamaños y materiales y en numerosas aplicaciones. Lo concretamos para el caso de un proceso de secado, different sizes and materials and in numerous applications. We specify it in the case of a drying process,
En las Figura 4, y 5 mostramos una vista detallada, en planta desde arriba y desde abajo, para el modo de operación 1 y en las Figuras 6 y 7 mostramos una vista detallada en planta desde arriba y desde abajo para el modo de operación 2, de una 5 posible realización preferente del objeto de la invención con sus diversos componentes en los que se muestra el dispositivo de la invención incluyendo los dispositivos para el cambio de papeles entre el captador de calor residual (2) y el precalentador (3) y la recuperación del calor sensible del proceso-secadero (1). Estas figuras muestran una posible realización preferente de la invención para secaderos y con los mismos 10 elementos de las Figuras 1, 2 y 3 (salvo las compuertas f y g que no son necesarias para esta realización preferente) y un trazado de las tuberías y conductos en el que se observan las bombas B, el soplante S, las compuertas C, D1, D2, D3 Y D4 y la válvula de 3 vías, V, utilizadas para la operación del dispositivo. In Figures 4, and 5 we show a detailed view, in plan from above and from below, for mode of operation 1 and in Figures 6 and 7 we show a detailed view in plan from above and from below for mode of operation 2 , of a possible preferred embodiment of the object of the invention with its various components in which the device of the invention is shown including the devices for changing roles between the residual heat sensor (2) and the preheater (3) and sensible heat recovery from the drying process (1). These figures show a possible preferred embodiment of the invention for dryers and with the same elements of Figures 1, 2 and 3 (except the fyg gates that are not necessary for this preferred embodiment) and a layout of the pipes and ducts in the that the pumps B, the blower S, the gates C, D1, D2, D3 and D4 and the 3-way valve, V, used for the operation of the device are observed.
En funcionamiento en el modo de operación 1, 15 In operation in operating mode 1, 15
El soplante S funciona mientras se quiera secar el producto en el secadero (1). The blower S works as long as you want to dry the product in the dryer (1).
La bomba B funciona mientras se quiera extraer el destilado producido. Pump B works while you want to extract the distillate produced.
La posición de la compuerta C, dirige el aire desde el secadero (1) al captador de calor residual (2) y desde el precalentador (3) al calentador (6). The position of the gate C, directs the air from the dryer (1) to the residual heat sensor (2) and from the preheater (3) to the heater (6).
Las compuertas D1 y D2 están abiertas y permiten la entrada del aire exterior 20 al precalentador (3) y la salida del aire desde el captador de calor residual (2) D1 and D2 dampers are open and allow the entry of outside air 20 into the preheater (3) and the exit of air from the residual heat sensor (2)
La posición de las compuertas D3 y D4 permite que el aire de salida del precalentador (3) por la tubería (5) alcance al calentador (6) e impide que el aire circule por las aberturas (b) y (b’). The position of the D3 and D4 gates allows the preheater outlet air (3) through the pipe (5) to reach the heater (6) and prevents air from circulating through the openings (b) and (b ’).
La compuerta D5 permanece cerrada 25 Gate D5 remains closed 25
El calentador (6) recibe el aire por la tubería (5) y lo manda más caliente, a la temperatura designada, por la tubería (7) al secadero (1) siempre que el soplante S esté en marcha. The heater (6) receives the air through the pipe (5) and sends it hotter, at the designated temperature, through the pipe (7) to the dryer (1) whenever the blower S is running.
Para el cambio de papeles entre el captador de calor residual (2) y el precalentador (3) a realizar cuando la temperatura en la parte baja del captador de calor residual (2) 30 suba la cantidad fijada por encima de la del aire de alimentación al precalentador (3): For the change of roles between the residual heat sensor (2) and the preheater (3) to be carried out when the temperature in the lower part of the residual heat sensor (2) 30 increases the set amount above that of the supply air to the preheater (3):
Se para el soplante S y se vacía el captador de calor residual (2) de agua con la bomba B. Blower S is stopped and the residual heat collector (2) of water is emptied with pump B.
Se cambia de posición la compuerta C. Al cambiar de posición la compuerta (CC’), situada entre el conducto (5) y el (8), el precalentador (3) se 35 The C gate is repositioned. When changing the gate (CC ’), located between the duct (5) and the (8), the preheater (3) is
transforma en el nuevo captador de calor residual (32’) y el aire se mueve entre el nuevo captador de calor residual (2’) y el secadero (1) transforms into the new residual heat sensor (32 ’) and the air moves between the new residual heat sensor (2’) and the dryer (1)
Cuando se ha cambiado de posición la compuerta C, se arranca el soplante S y se entra en el nuevo modo de funcionamiento normal When gate C has been repositioned, blower S is started and the new normal operating mode is entered
El modo de funcionamiento 1 se mantiene hasta alcanzar el nivel de humedad 5 deseado a la salida del secadero (1); cuando se alcanza, se pasa al modo de funcionamiento 2. En funcionamiento en el modo de operación 2, The operating mode 1 is maintained until the desired humidity level 5 is reached at the exit of the dryer (1); when it is reached, it goes into operating mode 2. In operation in operating mode 2,
El soplante S funciona mientras se quiera enfriar el producto en el secadero. Blower S works while the product is to be cooled in the dryer.
El calentador (6) está apagado The heater (6) is off
La posición de la compuerta C, dirige el aire desde el secadero (1) al último 10 que ha actuado como precalentador (3) The position of the gate C, directs the air from the dryer (1) to the last 10 that has acted as a preheater (3)
Mientras la temperatura de salida del precalentador (3) sea lo suficientemente baja para enfriar el producto en el secadero (1), As long as the preheater outlet temperature (3) is low enough to cool the product in the dryer (1),
o Las compuertas D1 y D2 están cerradas e impiden la entrada del aire exterior al precalentador (3) y la salida desde el captador de calor 15 residual (2) o The dampers D1 and D2 are closed and prevent the entry of outside air into the preheater (3) and the exit from the residual heat sensor 15 (2)
o La posición de las compuertas D3 y D4 evita que el aire de salida del precalentador (3) por la tubería (5) alcance al calentador (6), evita que el aire circule por la abertura (b) y permite que el aire circule por las aberturas (b’). 20 o The position of the D3 and D4 gates prevents the preheater outlet air (3) through the pipe (5) from reaching the heater (6), prevents air from circulating through the opening (b) and allows air to circulate through the openings (b '). twenty
Si la temperatura de salida del precalentador (3) no es lo suficientemente baja para enfriar el producto en el secadero (1), se tomará aire del exterior (abriendo el paso, por ejemplo, a través de las compuertas D1 y D3) y después de circularlo por el secadero (1) se expulsará al exterior por una abertura al efecto después del secadero D5, en la tubería (8) 25 If the outlet temperature of the preheater (3) is not low enough to cool the product in the dryer (1), outside air will be taken (opening the passage, for example, through the gates D1 and D3) and after circulating it through the dryer (1) it will be expelled to the outside through an opening for the purpose after the dryer D5, in the pipe (8) 25
El secadero (1) recibe el aire frío del precalentador (3) o del exterior por la tubería (7) siempre que el soplante S esté en marcha. The dryer (1) receives the cold air from the preheater (3) or from the outside through the pipe (7) whenever the blower S is running.
Tanto en el modo de operación 1 como en el 2, si se quiere realizar todo o parte del aporte de energía con una instalación solar, u otra de disponibilidad intermitente, se podrá, entre otras opciones, calentar el aire a la salida del secadero. 30 Both in operation mode 1 and in 2, if you want to make all or part of the energy supply with a solar installation, or another one with intermittent availability, you can, among other options, heat the air at the exit of the dryer. 30
Los lechos empaquetados de la realización preferente mostrada en la Figura 4, 5, 6 y 7, se pueden construir con rocas de un tamaño homogéneo y con un diámetro, preferiblemente, unas 20 veces inferior al del diámetro equivalente del contenedor. El contenedor estará aislado térmicamente, se puede fabricar de un material capaz de aguantar la presión (o estar contenido en otro contenedor que la soporte como puede 35 The packed beds of the preferred embodiment shown in Figure 4, 5, 6 and 7, can be constructed with rocks of a homogeneous size and with a diameter, preferably, about 20 times smaller than the equivalent diameter of the container. The container will be thermally insulated, it can be made of a material capable of withstanding the pressure (or be contained in another container that supports it as it can
ser el propio suelo si está enterrado), y la temperatura de trabajo (p.e. polipropileno, acero, ..), y además del relleno, podrá contar con un plenum/difusor inferior y otro superior para la adecuada distribución del aire. El dimensionado de los lechos empaquetados dependerá de la demanda de producto seco que se quiera procesar y de los modos de operación que se deseen y puede variar desde unos pocos litros 5 hasta muchos miles de m3. be the ground itself if it is buried), and the working temperature (e.g. polypropylene, steel, ..), and in addition to the landfill, it may have a lower and upper plenum / diffuser for adequate air distribution. The size of the packed beds will depend on the demand for dry product to be processed and on the desired modes of operation and can vary from a few liters 5 to many thousands of m3.
Los equipos para el movimiento y control de los fluidos se seleccionarán para aguantar las condiciones de trabajo (p.e. temperatura, presión, pérdida de carga, ..) Equipment for the movement and control of fluids will be selected to withstand working conditions (e.g. temperature, pressure, pressure drop, ..)
Es de destacar que, cambiando los fluidos de trabajo (aire por cualquier gas y agua por cualquier líquido), y manteniendo el concepto general, el número de aplicaciones 10 en las que se puede aplicar el dispositivo de la invención es enorme y se podrían mostrar un gran número de realizaciones esencialmente idénticas a la realización preferente descrita en esta sección. It is noteworthy that, by changing the working fluids (air for any gas and water for any liquid), and maintaining the general concept, the number of applications 10 in which the device of the invention can be applied is enormous and could be shown a large number of embodiments essentially identical to the preferred embodiment described in this section.
Aplicación industrial 15 Industrial Application 15
La aplicación industrial del dispositivo de la invención es inherente a naturaleza de la invención tanto al secado como a otros procesos térmicos en la industria y en edificación y se deduce de la explicación de la misma. The industrial application of the device of the invention is inherent in the nature of the invention both in drying and other thermal processes in the industry and in construction and is deduced from the explanation thereof.
Claims (6)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201631265U ES1172383Y (en) | 2016-10-23 | 2016-10-23 | RESIDUAL ENERGY RECOVERY DEVICE OF THE DRYING PROCESS, OR OF OTHER THERMAL PROCESSES, USING PACKAGED MILK AS RECEIVERS, PRECALENTERS AND ACCUMULATORS |
| PCT/ES2017/070519 WO2018015600A1 (en) | 2016-07-21 | 2017-07-18 | System for the recovery of heat in thermal processes by means of the sequential and alternating operation of a set of packed beds with non-absorbent materials |
| EP17830540.5A EP3488922A4 (en) | 2016-07-21 | 2017-07-18 | SYSTEM FOR HEAT RECOVERY IN THERMAL PROCESSES THROUGH SEQUENTIAL AND ALTERNATE ACTUATION OF A SET OF BEDS PACKED WITH ADSORBENT MATERIALS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201631265U ES1172383Y (en) | 2016-10-23 | 2016-10-23 | RESIDUAL ENERGY RECOVERY DEVICE OF THE DRYING PROCESS, OR OF OTHER THERMAL PROCESSES, USING PACKAGED MILK AS RECEIVERS, PRECALENTERS AND ACCUMULATORS |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES1172383U true ES1172383U (en) | 2016-12-16 |
| ES1172383Y ES1172383Y (en) | 2017-03-10 |
Family
ID=57518099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201631265U Expired - Fee Related ES1172383Y (en) | 2016-07-21 | 2016-10-23 | RESIDUAL ENERGY RECOVERY DEVICE OF THE DRYING PROCESS, OR OF OTHER THERMAL PROCESSES, USING PACKAGED MILK AS RECEIVERS, PRECALENTERS AND ACCUMULATORS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES1172383Y (en) |
-
2016
- 2016-10-23 ES ES201631265U patent/ES1172383Y/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES1172383Y (en) | 2017-03-10 |
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