Un sistema de refrigeración, que comprende:

- un compresor (10) que tiene una entrada (11) y una salida (12) de fluido refrigerante en forma de vapor - un condensador (30) que tiene una entrada de vapor (31) que se conecta a la salida (12) del compresor (10) y una salida de líquido (32);

- un dispositivo de alta expansión (121) que tiene una entrada que se conecta a la salida de líquido (32) del condensador (30) y una salida; 10 - unos medios de separación (50) que tienen una primera entrada (51) que se conecta a la salida de líquido (32) del condensador (30) y una salida de vapor (52) que se conecta a la entrada del compresor (10) y una salida de líquido (53);

- un dispositivo de baja expansión (122) que tiene una entrada que se conecta a la salida de líquido (53) de los medios de separación (50) y una salida;

- un evaporador (90) que tiene una entrada de mezcla de vapor-líquido (91) que recibe un fluido refrigerante a partir de los medios de separación (50) a través de la salida del dispositivo de baja expansión (122) y una salida de mezcla de vapor-líquido (92), caracterizado por que éste comprende: una válvula de selección (100) que tiene: una primera entrada de vapor (101) que se conecta con la salida de mezcla de vapor-líquido (92) del evaporador (90); una segunda entrada de vapor (102) que se conecta a la salida de vapor (52) de los medios de separación (50); y una salida de vapor (103) que se conecta a la entrada (11) del compresor (10), manteniendo dicha válvula de selección (100) el fluido refrigerante en la segunda entrada de vapor (102) de la válvula de selección (100) y en la parte interior de los medios de separación (50) a una primera presión de succión superior a una segunda presión de succión que impera en la primera entrada de vapor (101) de la válvula de selección (100) y en la salida de vapor (92) del evaporador (90) y 25 que se acciona para comunicar de forma selectiva y alterna sus entradas de vapor primera y segunda (101, 102) con su salida de vapor (103), con el fin de permitir que el compresor (10) retire vapor refrigerante de los medios de separación (50), en dicha primera presión de succión, y vapor refrigerante del evaporador (90), en dicha segunda presión de succión; y una unidad de control (110) que se asocia de forma operativa con la válvula de selección (100), con el fin de hacer que funcione la última para mantener el nivel del fluido refrigerante líquido en la parte interior de los medios de separación (50) dentro de unos valores predeterminados.

Sistema de refrigeración

5 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración por compresión mecánica de vapor en el que el compresor extrae fluido refrigerante a través de un circuito con al menos dos fases de presión de succión. El presente sistema de refrigeración puede aplicarse a cualquier tipo de fluido refrigerante, tal como, por ejemplo, los que contienen carbono en su constitución.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de refrigeración por compresión mecánica de vapor se basan en el principio de refrigeración que se obtiene por la evaporación de un fluido volátil cuando se somete a una reducción de presión y se usan en las aplicaciones más modernas, desde su concepción (Gosney; W. B., 1982, Principles of Refrigeration, Cambridge University Press) , incluso con la existencia de varios otros principios de refrigeración, tales como: termoeléctrico, de Stirling, electrocalórico, y similares. El desarrollo inicial de los sistemas de refrigeración tenía como objetivo la obtención de fluidos refrigerantes seguros (no tóxicos y no inflamables) , y la adaptación de su fiabilidad y características de funcionamiento para uso general, como es el caso de los sistemas de refrigeración domésticos herméticos, disponibles inicialmente alrededor de 1930 (Nagengast; B. A., 1996, Histor y of sealed refrigeration systems, ASHRAE Journal 38 (1) : S37, S38, S42 a S46, y S48, enero) .

En lo que concierne a la adopción de un fluido refrigerante seguro y a la mejora de la eficiencia energética de estos 25 sistemas, ha de señalarse el uso de dióxido de carbono (CO2) como un fluido refrigerante.

En los sistemas de refrigeración convencionales, durante el funcionamiento del compresor, el fluido refrigerante comprende, en la entrada de evaporador, una parte de vapor que es de una masa pequeña pero de un gran volumen, y una parte de líquido que de un volumen pequeño y pero de una gran masa. Este vapor, que se encuentra presente en la entrada de evaporador durante el proceso de expansión, después de pasar a través de dicho evaporador, no efectúa un intercambio de calor, reduciendo la eficiencia de la transferencia de calor y generando de este modo una cierta falta de eficiencia del sistema de refrigeración, debido a que el compresor consume energía para desplazar este fluido refrigerante a lo largo de la totalidad del evaporador y, a continuación, para comprimir éste, sin que lleve a cabo dicho fluido refrigerante en forma de vapor el intercambio de calor. El compresor, por lo tanto, consume energía para comprimir este vapor, desde la baja presión hasta la presión de descarga.

El fluido refrigerante en forma de vapor en la entrada de evaporador actúa como una fracción de vapor que va a extraerse y bombearse de forma continua, sin producir una capacidad de refrigeración, pero con un consumo de energía en el compresor. En algunas soluciones conocidas de la técnica anterior, esta pérdida energética se minimiza a través de un sistema de refrigeración que usa un separador de vapor en el circuito de refrigeración para efectuar la extracción de este vapor, con el fin de proporcionar, para el circuito, un proceso de expansión más eficiente del fluido refrigerante por fases.

El uso de múltiples fases de compresión, el sistema de refrigeración denominado inicialmente de Windhausen 45 (Windhausen; F., 1901, "Improvements in carbonic anhydride refrigerating machine", patente británica GB9084 de 1901) , mejora considerablemente la eficiencia energética del ciclo de refrigeración, principalmente para aplicaciones con una gran diferencia de temperatura (más alta que 60 º C) entre entornos calientes y fríos, especialmente para algunos fluidos refrigerantes como dióxido de carbono y amoniaco (Kim; M. H., Pettersen; J., Bullard; C. W., 2004, Fundamental process and system design issues in CO2 vapor compression systems, Progress in Energy and Combustion Science, 30 (2004) páginas 119 a 174) . Ciclos de múltiples fases de compresión y con amoniaco como fluido refrigerante se han usado ampliamente en las instalaciones de refrigeración industrial (Stoecker; W. F., 2001, Handbook of Industrial Refrigeration, Business News Publishing Co.) , tal como se ilustra de forma esquemática en la figura 1 de los dibujos adjuntos, que requieren la presencia de dos compresores 10, 10' en el circuito de refrigeración.

55 En tales sistemas de refrigeración, un primer compresor 10 que presenta una entrada 11 y una salida 12 de fluido refrigerante en forma de vapor, tiene su salida 12 conectada, mediante un primer conducto de vapor 20, a un condensador 30 (refrigerador de gas) .

El condensador 30 presenta una entrada de vapor 31 que se conecta a la salida 12 del compresor 10 y una salida de líquido 32 que se conecta, a través de un dispositivo de expansión 120, en particular un dispositivo de alta expansión 121 en forma de válvula, mediante un conducto de condensado 60, a una primera entrada 51 de unos medios de separación 50 (separador de vapor instantáneo o de expansión) .

65 Los medios de separación 50 presentan además: una segunda entrada de vapor 52 que se conecta, mediante un conducto 70 en el que se monta el segundo compresor 10', a un evaporador 90 que se asocia de forma operativa con un medio M que va a enfriarse; una salida de vapor 53 que se conecta a la entrada 11 del compresor 10, a través de un segundo conducto de vapor 40; y una salida de líquido 54 que se conecta, mediante un conducto de líquido 80, a una entrada de un dispositivo de expansión 120, en particular un dispositivo de baja expansión 122 en forma de válvula que se conecta al evaporador 90.

El evaporador 90 presenta una entrada de mezcla de vapor-líquido 91 que se conecta, a través del conducto de líquido 80, al dispositivo de alta expansión 121 y una salida de mezcla de vapor-líquido 92 que se conecta, a través del conducto 70, a la segunda entrada 52 de los medios de separación 50, a través del segundo compresor 10'.

El dispositivo de baja expansión 122 y el dispositivo de alta expansión 121 se disponen en el sistema de circuito de refrigeración, con el fin de provocar una condición de presión determinada en los medios de separación 50, estableciendo unos niveles de presión diferenciados que se definen previamente para el funcionamiento adecuado del sistema de refrigeración. Tales dispositivos de expansión 120, ya sean el dispositivo de baja expansión 122 o el dispositivo de alta expansión 121, pueden tener la forma de un orificio de restricción fijo, tal como un tubo capilar o una válvula de restricción, de flujo variable o no, tal como una válvula de control electrónico que se controla mediante una unidad de control, con el fin de hacer que varíe el grado de restricción del flujo de fluido refrigerante, en el circuito de refrigeración.

En otra solución de refrigeración conocida que usa una presión de doble fase (Voorhees; G., 1905, Improvements relating to systems of fluid compression and the compressors thereof, patente británica GB4448 de 1905; y Lavrechenko; G. K., Zmitrochenko; J. V., Nesterenko; S. M. y Khmelnuk; G. M., 1997, Characteristics of Voorhess refrigerating machine with hermetic piston compressor producing refrigeration at one or two temperature levels, International Journal of Refrigeration, 20-7 (1997) 517 a 527) , el circuito de refrigeración presenta un compresor de doble succión, en el que un orificio de succión complementario se abre durante la carrera de succión del compresor, lo que permite que el refrigerante se extraiga en dos niveles de presión de succión.

En esta construcción, el compresor inicia la succión a partir del evaporador y, en una fase determinada de la carrera de succión, el desplazamiento del pistón abre un orificio que se prevé en el compresor y que permite que el vapor, a una presión intermedia entre las presiones de succión y de descarga, se inyecte en el interior del cilindro, de tal modo que el inicio del proceso de compresión tiene lugar a una presión más alta que la presión de evaporación.

Otra solución de refrigeración conocida que usa un ciclo de presión de doble fase (Plank; R., 1912, Arbeitsverfahren an KompressionskÃltemaschinen, insbesondere für KÃltetrÃger mit tiefer kritischer Temperatur, patente de Alemania DE278095) usa una fase de bombeo cerca de la válvula de expansión. La última etapa de enfriamiento del fluido comprimido reduce sustancialmente la entalpía antes de la expansión, aumentando de este modo la capacidad de refrigeración. Debido a la alta... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de refrigeración, que comprende:

- un compresor (10) que tiene una entrada (11) y una salida (12) de fluido refrigerante en forma de vapor - un condensador (30) que tiene una entrada de vapor (31) que se conecta a la salida (12) del compresor (10) y una salida de líquido (32) ;

- un dispositivo de alta expansión (121) que tiene una entrada que se conecta a la salida de líquido (32) del condensador (30) y una salida; 10 - unos medios de separación (50) que tienen una primera entrada (51) que se conecta a la salida de líquido (32) del condensador (30) y una salida de vapor (52) que se conecta a la entrada del compresor (10) y una salida de líquido (53) ;

- un dispositivo de baja expansión (122) que tiene una entrada que se conecta a la salida de líquido (53) de los medios de separación (50) y una salida;

- un evaporador (90) que tiene una entrada de mezcla de vapor-líquido (91) que recibe un fluido refrigerante a partir de los medios de separación (50) a través de la salida del dispositivo de baja expansión (122) y una salida de mezcla de vapor-líquido (92) , caracterizado por que éste comprende: una válvula de selección (100) que tiene: una primera entrada de vapor (101) que se conecta con la salida de mezcla de vapor-líquido (92) del evaporador (90) ; una segunda entrada de vapor (102) que se conecta a la salida de vapor (52) de los medios de separación (50) ; y una salida de vapor (103) que se conecta a la entrada (11) del compresor (10) , manteniendo dicha válvula de selección (100) el fluido refrigerante en la segunda entrada de vapor (102) de la válvula de selección (100) y en la parte interior de los medios de separación (50) a una primera presión de succión superior a una segunda presión de succión que impera en la primera entrada de vapor (101) de la válvula de selección (100) y en la salida de vapor (92) del evaporador (90) y 25 que se acciona para comunicar de forma selectiva y alterna sus entradas de vapor primera y segunda (101, 102) con su salida de vapor (103) , con el fin de permitir que el compresor (10) retire vapor refrigerante de los medios de separación (50) , en dicha primera presión de succión, y vapor refrigerante del evaporador (90) , en dicha segunda presión de succión; y una unidad de control (110) que se asocia de forma operativa con la válvula de selección (100) , con el fin de hacer que funcione la última para mantener el nivel del fluido refrigerante líquido en la parte interior de los medios de separación (50) dentro de unos valores predeterminados.

2. El sistema, tal como se expone en la reivindicación 1, caracterizado por que la unidad de control (110) comprende un temporizador que determina los tiempos de comunicación entre cada una de las entradas de vapor primera y segunda (101, 102) de la válvula de selección (100) y la salida de vapor (103) de la última, estando dichos tiempos de comunicación designados para mantener el nivel del fluido refrigerante líquido en la parte interior de los medios de separación (50) dentro de dichos valores predeterminados.

3. El sistema, tal como se expone en la reivindicación 2, caracterizado por que la unidad de control (110) controla el funcionamiento de la válvula de selección (100) a partir de unos tiempos de comunicación variables que se conmutan entre las entradas de vapor primera y segunda y la salida de vapor de la válvula de selección (100) , estando dichos tiempos de comunicación definidos a partir de al menos una condición de funcionamiento que se asocia con los componentes del sistema de refrigeración y/o con el entorno externo al último.

45 4. El sistema, tal como se expone en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la unidad de control (110) controla el funcionamiento de la válvula de selección (100) a partir de un sensor de nivel (111) capaz de detectar unos valores máximo y mínimo predeterminados del nivel de fluido refrigerante líquido en la parte interior de los medios de separación (50) .

50 5. El sistema, tal como se expone en la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de alta expansión

(121) y el dispositivo de baja expansión (122) se asocian de forma operativa con la unidad de control (110) , con el fin de controlarse por la última para hacer que varíe el grado de restricción en el flujo de fluido refrigerante y la presión que impera en la parte interior de los medios de separación (50) y del evaporador (90) .