Evaporación de dos etapas con subenfriamiento de líquido y sobrecalentamiento de vapor de aspiración integrados en técnica modular controlada por frecuencia.

Instalacion de refrigeracion de construccion modular con uno o varios conjuntos de refrigeracion o modulos (11) dispuestos en par alelo,

caracterizada porque ca da m odulo ( 11) co mprende a l m enos un compresor (1 ) d e refrigerante que puede controlarse a traves de un convertidor (10) de frecuencia, un condensador (3), un evaporador de dos etapas con subenfriador de liquido/sobrecalentador de vapor de aspiracion integrados en forma de un intercambiador de calor interno en la segunda etapa de evaporacion (4, 5), una valvula (2) de inyeccion, asi como tuberias, sustancias (9) de refrigeracion auxiliares y un rellenado de refrigerante, abandonando el refrigerante la primera etapa de ev aporacion disefada como evaporador inundado con fracciones de liquido y entrando como mezcla de gas/liquido con una alta fraccion de gas en la segunda etapa de evaporacion disefada como evaporador seco, en la que tiene lugar una evaporacion residual con un alto sobrecalentamiento posterior del refrigerante y con un subenfriamiento simultaneo del refrigerante liquido en el segundo lado del intercambiador de calor interno.

Evaporacion de dos etapas con subenfriamiento de liquido y sobrecalentamiento de vapor de aspiracion integrados en tecnica modular controlada por frecuencia

Campo tecnico:

Instalaciones frigorificas o frigorificas de baja temperatura, tecnica de refrigeracion, maquinas de refrigeracion para operaciones de enfriamiento y calentamiento, instalaciones de refrigeracion, conjuntos de refrigeracion, bombas de calor, recuperacion de energia, recuperacion de calor: tecnica modular, que se utilizan para enfriar y/o calentar diversos medios tales como liquidos, aire, gases u otros portadores de energia.

Estado de la tecnica:

Compresores de r efrigerante c ontrolados por f recuencia, conjuntos de r efrigeracion, subenfriamiento, almacenamiento de energia se conocen individualmente, pero no en combinacion, tal como se presentan en el presente documento, y no se conoce tampoco en esta combinacion el uso del evaporador de dos etapas con subenfriamiento de liquido y sobrecalentamiento de vapor de aspiracion integrados recien inventado y del que en el presente documento tambien se solicita patente.

Al estado de la tecnica pertenecen tambien instalaciones con subenfriamiento de una etapa, sobrecalentamiento de vapor de aspiracion, instalaciones de evaporacion directa para refrigerante, instalaciones frigorificas de portador termico (enfriador secundario) , instalaciones frigorificas en cascada, instalaciones frigorificas booster, instalaciones frigorificas con expansion seca (evaporador seco) , sistemas termosifonicos (evaporador inundado) y conjuntos de refrigeracion.

El uso de compresores de refrigerante controlados por frecuencia, una construccion modular, de conjuntos de refrigeracion, subenfriamiento y almacenamiento de energia no sirve hasta el momento para utilizar compresores de refrigerante tan pequefos como el presentado en el presente documento, y poder cubrir con ello picos de potencia muy altos de una necesidad de refrigeracion requerida directamente a traves de la potencia de refrigeracion mecanica generada.

Por el documento US 5 243 837 se conoce un sistema de subenfriamiento para refrigerantes no azeotropicos, en el que el refrigerante que abandona el condensador intercambia calor con el refrigerante que se evapora en el evaporador. El intercambio de calor se produce mediante un subenfriador interno. La evaporacion se realiza en este caso en el evaporador en una etapa y por completo.

Solo la combinacion de evaporacion de dos etapas con subenfriamiento de liquido y sobrecalentamiento de vapor de aspiracion integrados (4/5) en una tecnica modular (10/11) controlada por frecuencia con subenfriamiento de varias etapas (6) segun las reivindicaciones 1-11 garantiza la consecucion de los siguientes objetivos.

Exposicion detallada de la invencion:

El objetivo de la invencion es, en el caso instalaciones frigorificas o frigorificas de baja temperatura, maquinas de refrigeracion para operaciones de enfriamiento y calentamiento, instalaciones de refrigeracion , conjuntos de refrigeracion, bombas de calor y todas las instalaciones con uso de refrigerante y agentes frigorificos, conseguir lo siguiente: menor consumo energetico, alta seguridad de funcionamiento, alta disponibilidad del frio, costes de operacion bajos, tiempo de reaccion rapido (hasta que la averia se subsana, sin importar el tipo de averia) , tecnologia de instalaciones sencilla, ampliacion de sistema sencilla, costes de inversion favorables, proteccion de la inversion, gran independencia (de productos, refrigerante, etc.) .

Aumentar drasticamente los valores COP y la seguridad de funcionamiento, reducir drasticamente los costes de mantenimiento, funcionamiento e inversion, la posibilidad de utilizar compresores (1) de refrigerante muy pequefos en relacion a la potencia de refrigeracion maxima que va a extraerse, generar durante el mayor periodo de tiempo de un proceso de enfriamiento convencional con rendimientos muy altos y potencias de compresor de refrigerante muy pequefas la potencia de refrigeracion, y cubrir a este respecto picos de potencia de refrigeracion muy altos (relacion de demanda minima con respecto a la demanda media y demanda maxima de potencia de refrigeracion contemplada durante un periodo de tiempo largo o corto) .

Ademas deben conseguirse los objetivos anteriores utilizando muy pocos componentes (9) y sustancias auxiliares de la tecnica frigorifica, asi como un minimo de refrigerante necesario.

Generar y almacenar (12) la energia de refrigeracion en los momentos en los que se necesita (27) poca energia de refrigeracion.

Utilizarestaenergia (27) para cubrir picos de potencia de refrigeraciony de estemodo obtener unademanda y consumo energeticos mas homogeneos y estados de funcionamiento mas homogeneos (mayores tiempos de trabajo con menos ciclos de encendido/apagado del compresor) .

La invencion se basa en la combinacion y perfeccionamiento de los sistemas anteriores instalaciones (11) de refrigeracion construidas de forma modular (conjuntos de refrigeracion) .

Tecnica modular Por tecnica m odular (11) (conjuntos de r efrigeracion) se ent iende una instalacion de r efrigeracion lista para conectarse por modulo (11) (conjunto de refrigeracion) , uniendose los modulos (11) paralelamente entre si para formar un sistema de refrigeracion.

Se utilizan diferentes factores de potencia de modulos (11) y pueden conectarse varios modulos (11) a un sistema de refrigeracion.

Dependiendo de la necesidad puede comenzarse para un sistema con uno o varios modulos (11) y ampliarse este mas tarde mediante modulos (11) adicionales.

Pueden combinarse varios sistemas entre si y los modulos (11) individuales son transportables y estan listos para conectarse.

Mediante el uso de la regulacion de frecuencia (10) y de la conexion en paralelo de los modulos (11) , para los procesos habituales hoy en dia pueden cubrirse cargas pico con compresores (1) de refrigerante esencialmente mas pequefos.

La potencia de compresor de refrigerante se incrementa esencialmente mediante la utilizacion de un evaporador especial de dos etapas con subenfriamiento de liquido y sobrecalentamiento de vapor de aspiracion integrados (4 / 5) .

Como consecuencia de la tecnica modular (11) aumenta la disponibilidad del frio generado por maquina esencialmente frente a instalaciones compuestas o individuales habituales.

En caso de fallo de un modulo (11) de refrigeracion se compensa completa o parcialmente la potencia de refrigeracion faltante a traves del aumento de la velocidad de giro del otro compresor de refrigerante (regulacion de frecuencia) (10) .

Mediante l a ut ilizacion de la t ecnica esp ecial d e eva porador de dos etapas con subenfriador d e liquido/sobrecalentador de vapor de aspiracion integrados (4 / 5) y un subenfriamiento de dos o mas etapas (6) es posible generar y almacenar (12 / 27) una parte de la potencia de refrigeracionrequerida en el momento en el que existe poca demanda de refrigeracion, y ponerla a disposicion en el momento de gran demanda de refrigeracion para cubrir estas cargas pico para el incremento de la potencia mediante las etapas de subenfriamiento externo (6 / 27) , sin que sea necesaria una temperatura (31) de evaporacion mas baja durante el almacenamiento.

La energia de r efrigeracion almacenada (12/27) sirve a est e r especto par a el subenfriamiento de liquido del refrigerante (subenfriamiento externo) (6/27) .

Pueden emplearse asimismo otras fuentes de energia para el subenfriamiento de refrigerante (6) .

Una etapa adicional del subenfriamiento de liquido del refrigerante se lleva a cabo por medio de la evaporacion del refrigerante y el vapor de aspiracion de la instalacion de refrigeracion (subenfriamiento interno) (5) .

La invencion de este proceso de evaporacion con subenfriamiento de liquido y sobrecalentamiento de vapor de aspiracion (4 / 5) se basa en lo siguiente:

Conocido:

Se conocen sistemas de expansion seca (evaporador seco) con valvula de inyeccion, en el que un refrigerante gaseoso y sobrecalentado abandona (20) el evaporador.

Se conocen sistemas termosifonicos (evaporador inundado) , en los que se lleva refrigerante liquido al evaporador, y refrigerante sobrecalentado, gaseoso o no sobrecalentado y provisto con fracciones de liquido fluye al interior de un separador y desde alli se lleva en forma gaseosa y sin fracciones... [Seguir leyendo]

1. Instalacion de refrigeracion de construccion modular con uno o varios conjuntos de refrigeracion o modulos (11) dispuestos en par alelo, caracterizada porque ca da m odulo ( 11) co mprende a l m enos un compresor (1 ) d e refrigerante que puede controlarse a traves de un convertidor (10) de frecuencia, un condensador (3) , un evaporador 5 de dos etapas con subenfriador de liquido/sobrecalentador de vapor de aspiracion integrados en forma de un intercambiador de calor interno en la segunda etapa de evaporacion (4, 5) , una valvula (2) de inyeccion, asi como tuberias, sustancias (9) de refrigeracion auxiliares y un rellenado de refrigerante, abandonando el refrigerante la primera etapa de ev aporacion disefada como evaporador inundado con fracciones de liquido y entrando como mezcla de gas/liquido con una alta fraccion de gas en la segunda etapa de evaporacion disefada como evaporador seco, en la que tiene lugar una evaporacion residual con un alto sobrecalentamiento posterior del refrigerante y con un subenfriamiento simultaneo del refrigerante liquido en el segundo lado del intercambiador de calor interno.

2. Instalacion de refrigeracion segun la reivindicacion 1, caracterizada porque aguas arriba del evaporador de dos etapasconsubenfriador de liquidoysobrecalentador devapor de aspiracion integrados (4, 5) esta conectado un subenfriador (6) externo.

3. Instalacion de refrigeracion segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque aguas abajo del compresor (1) de refrigerante estan conectados uno o varios enfriadores/condensadores (7, 8) para recuperar el calor.

4. Instalacion derefrigeracion segun una de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque varios modulos (11) estan ensamblados en paralelo a una instalacion de refrigeracion.

5. Instalacion de r efrigeracion segun l a r eivindicacion 2, caracterizada porque el su benfriador ( 6) e xterno esta 20 conectado y desconectado en funcion de la necesidad de refrigeracion.

6. Instalacion de refrigeracion segun la reivindicacion 2 o 5, caracterizada porque el subenfriador (6) externo para el almacenamiento intermedio de la energia de refrigeracion esta unido a un acumulador (12) de frio.

7. Instalacion de refrigeracion segun la reivindicacion 2 o 5, caracterizada porque la energia de refrigeracion para el subenfriador (6) externo procede de fuentes independientes tales como, por ejemplo, agua subterranea.

8. Procedimientopara hacer funcionar una instalacion de refrigeracion segun la reivindicacion 1, caracterizado porque un sistema de evaporacion con expansion seca se utiliza como evaporador (4) inundado, en el que el refrigerante abandona el evaporador en la primera etapa con fracciones de liquido (21) y el refrigerante entra como mezcla de gas/liquido con una alta fraccion de gas en una segunda etapa de evaporacion (5/21) que trabaja como evaporador seco, en la que tiene lugar una evaporacion residual con un alto sobrecalentamiento posterior del refrigerante (22) y un subenfriamiento simultaneo del refrigerante liquido en el segundo lado del intercambiador de calor interno (23) .

9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado porque por medio de la valvula (2) de inyeccion se limita la magnitud de la temperatura de vapor de aspiracion en la entrada del compresor (1/22) de refrigerante y al mismo tiempo se regula la potencia del subenfriamiento interno (5/23) en funcion de la potencia de evaporador (5/24)

disponible de la primera etapa (4/25) .

10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado porque el valor de medicion para limitar el vapor de aspiracion se toma en la tuberia de aspiracion que va al compresor (1/22) de refrigerante.

11. Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado porque los valores de medicion del liquido (28)

subenfriado, de la alta presion aguas arriba de la valvula (2/29) de inyeccion y de la presion de vapor de aspiracion 40 aguas abajo de la valvula (2/30) de inyeccion se emplean para regular el evaporador de dos etapas.