CICLO TRANSCRITICO DE REFRIGERACION MEJORADO.

Un sistema de refrigeración por compresión de vapor transcrítica,

en el que se comprime vapor de refrigerante a una presión de descarga supercrítica en dos corrientes inmiscibles independientes, procediendo una de ellas de un economizador y la otra del evaporador principal

Ciclo transcrítico de refrigeración mejorado.

La presente invención versa acerca de un de un aparato y de sistema transcrítico mejorado de refrigeración por compresión de vapor.

Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor pueden estar dispuestos de forma que se subenfría el refrigerante líquido condensado que proviene del condensador a presión elevada hasta una temperatura intermedia antes de ser suministrado a un dispositivo de expansión. El subenfriamiento tiene el beneficio de aumentar el efecto refrigerante por unidad de masa del refrigerante de circulación. Esto mejorará la eficacia del sistema siempre que la capacidad adicional producida sea mayor que el aumento de energía requerido para producirla.

Los sistemas que utilizan este efecto incluyen sistemas de dos etapas con una refrigeración intermedia y un enfriamiento previo del líquido, sistemas de dos etapas sin refrigeración intermedia pero con un enfriamiento previo del líquido (dichos sistemas son conocidos generalmente como sistemas "economizados") y sistemas de compresor de tornillo de una única etapa que aspira una porción del flujo de refrigerante dentro de una vía de acceso del "economizador" como vapor, de forma que se subenfría el resto del flujo de refrigerante hasta la presión del economizador.

La técnica de economización es particularmente apropiada cuando se emplean refrigerantes de maneras que tienen como resultado la eliminación del calor a presiones supercríticas, en las que el calor latente es inexistente. En estas regiones el uso del subenfriado por la técnica de economización puede producir aumentos en la capacidad de refrigeración que son mucho mayores que la energía adicional requerida para operar el economizador.

Los refrigerantes que se puede esperar que operen a presiones y a temperaturas en las regiones de sus temperaturas críticas incluyen el etileno (R-1150), el óxido nitroso (R-744A), el etano (R-170), R507A, R508, el trifluorometano (R-23), R404A, R-410A, R-125, R-32 y el dióxido de carbono (R-744). Es comparativamente fácil producir un sistema de economización que utiliza bien un compresor de tornillo o bien un compresor de pistón de dos etapas. No es evidente cómo se podría producir el efecto de un economizador cuando se utiliza un compresor de pistón de una única etapa. La Haslam Company, de Derby, Inglaterra, patentó un sistema en la década de 1920, en el cual se inyectaba vapor dentro del cilindro de un compresor de pistón durante el procedimiento de compresión (patentes del Reino Unido n^os 165929 y 163769). No parece que el sistema haya tenido un éxito comercial.

En general, las siguientes memorias de patentes dan a conocer sistemas de economización de refrigeración: GB 2246852, GB 2286659, GB 2192735, GB 2180922, GB 1256391, EP 0529882, EP 0365351, US 5692389, US 5095712, US 4727725 y EP 0921364. Se puede emplear una compresión de una única etapa o de múltiples etapas, pero cuando la compresión es en múltiples etapas, estas operan en serie.

La memoria de patente EP 0180904 da a conocer una compresión de corrientes paralelas de vapor. Sin embargo, esto ocurre a presiones subcríticas.

El documento EP-A-1 207 359 da a conocer un sistema transcrítico de vapor según el preámbulo de la reivindicación 1.

El uso de dióxido de carbono como un refrigerante para el aire acondicionado dejó de usarse en la década de 1930 porque era más sencillo, barato y más eficaz utilizar sustancias como R-12.

La razón principal de la menor eficacia de los sistemas de dióxido de carbono es la menor temperatura crítica del refrigerante.

Los efectos de una menor temperatura crítica pueden ser mitigados hasta cierto punto al utilizar una compresión de dos etapas y un economizador para producir un subenfriamiento del refrigerante líquido. Sin embargo, las relaciones de presión asociadas con los sistemas para el aire acondicionado son menores de lo que justificaría la adopción de una compresión de dos etapas.

En términos generales, la presente invención proporciona un sistema transcritito de refrigeración por compresión de vapor en el que se comprime vapor de refrigerante a una presión supercrítica de descarga en dos corrientes separadas que no se mezclan, llegando una de un economizador y llegando la otra procedente del evaporador principal.

Por lo tanto, la presente invención proporciona un aparato transcrítico de refrigeración por compresión de vapor según la reivindicación 1, que comprende:

En una realización, la presente invención versa acerca de un sistema mediante el cual se pueden obtener los efectos beneficiosos de la economización cuando se utilizan compresores de pistón de una única etapa.

La expresión "refrigerador de gas" es apropiada para un dispositivo de eliminación de calor que opera a presiones transcríticas (es decir, desde una presión supercrítica a una subcrítica) dado que la eliminación de calor no tiene como resultado un licuefacción del refrigerante (como lo tiene en un "condensador" operado a una presión subcrítica). Por lo tanto, la expresión refrigerador de gas tiene el mismo significado que un condensador que opera a presión supercrítica.

Por lo tanto, una realización de la invención consiste en un sistema transcrítico de refrigeración por compresión de vapor excepto que el compresor de pistón de una única etapa, que es un componente esencial del sistema, en la presente invención, tiene algunos cilindros dedicados a la compresión de vapor refrigerante que es extraído del evaporador para producir un efecto de refrigeración, y algunos cilindros dedicados a la compresión de vapor refrigerante extraído de un economizador entre las etapas primera y segunda de expansión, para producir un aumento del efecto de refrigeración por unidad de masa del refrigerante que fluye a través del evaporador.

Una característica sorprendente de la invención es que, incluso cuando la eliminación de calor se encuentra a presiones transcríticas, el aumento del efecto de refrigeración compensa con creces la energía adicional requerida para comprimir el vapor refrigerante del economizador. El mayor efecto de refrigeración deriva de un mayor enfriamiento del refrigerante en el economizador debido a la evaporación del refrigerante antes de la segunda etapa de expansión.

También es sorprendente que el mayor efecto de refrigeración, bajo ciertas condiciones, también compensa con creces la reducción en la cilindrada aparentemente útil resultante de la dedicación de algunos cilindros a comprimir vapor del economizador. La capacidad de refrigerante del compresor, dispuesta de forma que solo algunos de los cilindros extraen vapor refrigerante del evaporador principal, es mayor que si hubiesen estado dispuestos todos los cilindros para extraer vapor del evaporador.

Se puede mostrar que, para cada presión de succión y de descarga del compresor, existe una presión óptima del economizador para producir una eficacia máxima. La presión óptima del economizador se corresponde con una relación particular entre la cilindrada de los cilindros dedicados al evaporador principal y la cilindrada de los cilindros dedicados al economizador. Los conjuntos de cilindros comprimen dos corrientes de vapor...

1. Un aparato transcrítico de refrigeración por compresión de vapor que comprende:

2. Un aparato según la reivindicación 1, en el que compresor es un compresor de pistón que tiene al menos dos cilindros: un primer cilindro para comprimir la primera corriente y un segundo cilindro para comprimir la segunda corriente.

3. Un aparato según la reivindicación 2, en el que la relación de cilindrada de la segunda corriente con respecto a la primera corriente se encuentra en la relación de 1,1-11 a uno.

4. Un aparato según la reivindicación 2, en el que la relación de cilindrada de la segunda corriente con respecto a la primera corriente se encuentra en la relación de 2-3 a uno.

5. Un aparato según la reivindicación 2, en el que la relación de cilindrada de la segunda corriente con respecto a la primera corriente se encuentra en la relación de 5-7 a uno.

6. Un aparato según la reivindicación 2, en el que la relación de cilindrada de la segunda corriente con respecto a la primera corriente se encuentra en la relación de 1,3-2,5 a uno.

7. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el refrigerante es dióxido de carbono (R744).

8. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el refrigerante es R-1150, R-744A, R-170, R-508, R-23, R-410A, R-125, R-32, R-404A o R-507A.