Dispositivo de refrigeración y procedimiento para la circulación de un fluido de refrigeración asociado con el mismo.

Dispositivo de refrigeracion, que comprende un compresor principal (190),

un condensador (140) aguas abajo de yen comunicacion fluida con dicho compresor principal (190), medios de expansion principales (170) aguas abajo dedicho condensador (140), un evaporador (180) aguas abajo de y en comunicacion fluida con dichos medios deexpansion principales (170),

una unidad de turbocompresor (160) provista de una porcion de compresor (168) y una primera porcion de turbina(162) y estando en comunicacion fluida entre dicho evaporador (180) y dicho compresor principal (190) y un primerintercambiador de calor (150) que tiene una rama caliente (150c) conectada aguas arriba, a traves de una linea deentrada (145), a dicho condensador (140) y aguas abajo, a traves de una tuberia de salida (149), a dichos medios deexpansion principales (170), caracterizado porque dicho al menos un intercambiador de calor (150, 152) tiene unarama fria (150F) conectada, aguas arriba, a una linea de flujo (145) que se extiende entre el condensador (140) y larama caliente (150c) del primer intercambiador de calor (150 ) a traves de un medio de expansion (142) montado enuna rama (146) de dicha linea (145) y, aguas abajo, a dicha primera porcion de turbina (162) de dicha unidad deturbocompresor (160), la porcion de la turbina (162) descargando aguas abajo dicha porcion del compresor de launidad de compresor de la turbina (160) y aguas arriba en el compresor principal (190).

Dispositivo de refrigeración y procedimiento para la circulación de un fluido de refrigeración asociado con el mismo Campo técnico de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo de refrigeración, en particular adecuado para la circulación de un fluido en plantas de refrigeración industriales, así como en sistemas de aire acondicionado domésticos, y un procedimiento para hacer circular un fluido refrigerante asociado con el mismo.

Descripción de la técnica anterior En general, un dispositivo para hacer circular un fluido de refrigeración incluye un compresor diseñado para comprimir el refrigerante en estado gaseoso, dándole un mayor valor de temperatura y de presión; un condensador capaz de condensar el refrigerante gaseoso comprimido con la consiguiente conversión del mismo al estado fluido y liberación de calor al ambiente externo; una unidad de expansión, por ejemplo un tubo capilar o una válvula de estrangulación isentálpica, destinado a reducir la temperatura y la presión del refrigerante, y un evaporador, que absorbe el calor del entorno externo, enfriándolo, y lo transfiere al fluido de refrigeración a una baja temperatura y presión recibidas desde la unidad de expansión, pasando dicho fluido del estado fluido al estado de vapor.

Durante los últimos años muchos se han hecho intentos para aumentar el rendimiento de los dispositivos de refrigeración. Algunos han encontrado obstáculos de naturaleza tecnológica, que han perjudicado a la viabilidad de los mismos, mientras que otros han traído ventajas en términos de aumento de la eficiencia, mientras que complicaban de manera significativa, sin embargo, la planta. Un ejemplo en este sentido consiste en plantas de compresión de dos etapas, donde la existencia de dos compresores independientes causa problemas de equilibrio de las cargas y una gestión más compleja de toda la planta. El documento EP-A-023 9 680 describe tanto un dispositivo como un procedimiento según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 6.

El objetivo de la presente invención es eliminar, o al menos reducir, los inconvenientes mencionados anteriormente, proporcionando un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 6 para la circulación de fluido refrigerante asociado con él, que se han mejorado en términos de eficiencia.

Breve descripción de los dibujos Rasgos característicos y ventajas de la presente invención aparecerán más claramente a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo actualmente preferido de realización de la misma, siempre y únicamente a modo de un ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La figura 1 es una vista esquemática, que muestra un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la técnica anterior; La figura 2 muestra el diagrama de presión-entalpía para el fluido refrigerante que circula dentro del dispositivo de la figura 1; La figura 3 es una vista esquemática de un dispositivo de refrigeración de acuerdo con la presente invención; y La figura 4 muestra el diagrama de entalpía-presión para el fluido refrigerante que circula dentro del dispositivo de la figura 3.

En los dibujos adjuntos, las partes y los componentes idénticos o similares se indican mediante los mismos números de referencia.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas Las figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, un dispositivo de refrigeración 10 del tipo convencional, que es particularmente adecuado para la congelación de productos alimentarios, y el diagrama de p-h (presión-entalpía) para el fluido que circula dentro de él. Como se muestra, el dispositivo 10 está formado por un compresor 12, por un condensador 14 en comunicación fluida con el compresor 12, por una válvula de estrangulación isentálpica 16 en comunicación fluida con el condensador 14 y por un evaporador en comunicación fluida con la válvula de estrangulación 16 , aguas arriba, y con el compresor 12 aguas abajo.

El fluido refrigerante, por ejemplo freón, entra en el compresor 12 en forma de vapor sobrecalentado a una baja temperatura y presión, por ejemplo -35°C y 1, 33 bar (punto 1* en el diagrama de p-h) , se comprime y se entra en el condensador 14 a una presión elevada y temperatura, por ejemplo +65°C y 16 bar (punto 2* en el diagrama de p-h) . En el interior del condensador 14 el fluido refrigerante se somete a enfriamiento, pasando desde el estado de vapor sobrecalentado (punto 2*) al estado fluido (punto 3* en el diagrama de p-h) y liberando una cantidad de calor qout al ambiente externo. El fluido refrigerante en estado fluido, saliendo del condensador 14, se expande pasando a través de la válvula de estrangulación 16 isentálpica y se somete a una reducción de la presión sin intercambiar calor con el ambiente externo (conversión isentálpica) . El fluido que sale del elemento de regulación (punto 4* en el diagrama de

p-h) entra en el evaporador, donde pasa del estado fluido al estado de vapor sobrecalentado (punto 1* en el diagrama de p-h) que absorbe una cantidad de calor qin del ambiente externo.

Con referencia a la figura 3, que muestra una forma de realización preferida de la presente invención, un dispositivo para hacer circular un fluido refrigerante, indicado generalmente por el número de referencia 100, está formado por los componentes de un dispositivo convencional de refrigeración, a saber, un condensador principal 140, medios de expansión principales tales como una válvula de estrangulación principal isentálpica 170, un evaporador 180 y un compresor principal 190.

El dispositivo convencional antes mencionado se complementa con ciertos componentes, encerrados idealmente dentro de un bloque, definidos por las líneas discontinuas en la figura 3 -que comprende un primer y un segundo intercambiador de calor, 150, 152, respectivamente, por ejemplo intercambiadores de calor de tipo placa o paquete de tubos, comúnmente utilizado en el sector de refrigeración, dispuestos en serie entre el condensador 140 y la válvula principal de estrangulación 170, y una unidad de turbocompresor 160, insertada entre el compresor principal 190 y el evaporador 180 y provista de una porción del compresor 166 y una primera y segunda porción turbina 162, 164, que son, respectivamente, suministradas por una salida de cada intercambiador de calor 150, 152.

Más particularmente, el condensador 140 está conectado, a través de una línea de entrada 145, a un circuito de fluido refrigerante a una temperatura mayor, referido a continuación como "rama caliente" 150c, del primer intercambiador de calor 150. La línea de entrada de 145 tiene, ramificada fuera de ella, una línea 146 que incorpora un primer medio de expansión, por ejemplo una primera válvula de estrangulación 142, que conduce a un circuito para un fluido refrigerante a una temperatura inferior, referido a continuación como "rama fría" 150f , del primer intercambiador de calor 150. La salida de la rama caliente 150c del primer intercambiador de calor 150 está vinculada, a través de una línea de conexión 147, a la entrada de un circuito para el fluido de refrigeración a una temperatura mayor, referida a continuación como "rama caliente" 152c, del segundo intercambiador de calor 152, mientras que la salida de la rama fría 150f del primer intercambiador de calor 150 está conectada a la entrada de la primera porción de turbina 162 de la unidad turbocompresora 160.

La línea 147 que conecta juntos el primer y el segundo intercambiador de calor 150, 152 tiene una rama 148 provista de segundos medios de expansión, por ejemplo una segunda válvula de estrangulación 144, lo que conduce a un circuito de fluido refrigerante a una temperatura inferior, referida a continuación como "rama fría" 152f, del segundo intercambiador de calor 152. La salida de la rama caliente 152c del segundo intercambiador de calor está conectada, a través de una línea de salida 149, a la válvula principal de estrangulación 170, mientras que la salida de la rama fría 152f está conectada a la entrada de la segunda porción de turbina 164 de la unidad de turbocompresor 160.

La salida del evaporador 180 está conectada a la entrada de la porción de compresor 166 de la unidad de turbocompresor 160, cuya salida está en comunicación fluida con el compresor principal 190.

A continuación se describirá el principio de funcionamiento del dispositivo de acuerdo con la figura 3 con referencia al diagrama de p-h en relación con el fluido refrigerante que circula... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de refrigeración, que comprende un compresor principal (190) , un condensador (140) aguas abajo de y en comunicación fluida con dicho compresor principal (190) , medios de expansión principales (170) aguas abajo de dicho condensador (140) , un evaporador (180) aguas abajo de y en comunicación fluida con dichos medios de expansión principales (170) , una unidad de turbocompresor (160) provista de una porción de compresor (168) y una primera porción de turbina (162) y estando en comunicación fluida entre dicho evaporador (180) y dicho compresor principal (190) y un primer intercambiador de calor (150) que tiene una rama caliente (150c) conectada aguas arriba, a través de una línea de entrada (145) , a dicho condensador (140) y aguas abajo, a través de una tubería de salida (149) , a dichos medios de expansión principales (170) , caracterizado porque dicho al menos un intercambiador de calor (150, 152) tiene una rama fría (150F) conectada, aguas arriba, a una línea de flujo (145) que se extiende entre el condensador (140) y la rama caliente (150c) del primer intercambiador de calor (150 ) a través de un medio de expansión (142) montado en una rama (146) de dicha línea (145) y, aguas abajo, a dicha primera porción de turbina (162) de dicha unidad de turbocompresor (160) , la porción de la turbina (162) descargando aguas abajo dicha porción del compresor de la unidad de compresor de la turbina (160) y aguas arriba en el compresor principal (190) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer intercambiador de calor (150) es un intercambiador de calor de paquete de tubos.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer intercambiador de calor (150) es un intercambiador de calor del tipo de placa.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio de expansión (142) es una válvula de estrangulación isentálpica.

5. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende además un segundo intercambiador de calor (152) dispuesto en serie entre dicho condensador (140) y dichos medios de expansión principales (170) y en que dicha unidad de turbocompresor (160) comprende además una segunda porción turbina (164) , teniendo dicho segundo intercambiador de calor (152) una rama caliente (152c) en comunicación fluida, a través de una línea de conexión (147) , con la rama caliente (150c) de dicho primer intercambiador de calor y una rama fría (152F) conectada, aguas arriba, a un medio de expansión (144) montado en una rama (148) de dicha línea (147) y, aguas abajo, a dicha segunda porción de turbina (164) de dicha unidad de turbocompresor (160) , la segunda porción turbina (164) descargando aguas debajo de dicha porción de compresor de la unidad de compresor de la turbina (160) y aguas arriba en el compresor principal (190) .

6. Procedimiento para hacer circular un fluido refrigerante, que comprende las etapas de:

comprimir el fluido refrigerante en un compresor principal (190) ; condensar el fluido en un condensador (140) aguas abajo de y en comunicación fluida con dicho compresor principal (190) ; expandir el fluido en los medios de expansión principales (170) aguas abajo de dicho condensador (140) ; evaporar el fluido en un evaporador (180) aguas abajo de y en comunicación fluida con dichos medios de expansión principales (180) ;

caracterizado porque comprende:

entre la citada etapa de condensación y la citada etapa de expansión que implica una etapa de intercambio de calor, dentro de un primer intercambiador de calor (150) , entre el fluido refrigerante comprimido que circula dentro de una rama caliente (150c) de la primer intercambiador de calor (150) y una cantidad asociada (s1) del fluido refrigerante comprimido purgado aguas arriba del primer intercambiador de calor (150) , enfriado por fluir a través de un medio de expansión (142) y en el interior de una rama fría (150F) del intercambiador de calor (150) , y entre dicha etapa de expansión principal y dicha etapa de compresión principal, una etapa que implica compresión previa del fluido refrigerante dentro de una unidad de turbocompresor (160) , comprendiendo dicha compresión previa etapa una etapa que implica la compresión dentro de una porción del compresor (160) y una etapa que implica la expansión, dentro de una primera porción de turbina (162) de la unidad de turbocompresor, de la cantidad de purgado (s1) de fluido refrigerante, dejando la rama fría (150f) del intercambiador de calor (150) , y una etapa de descarga, aguas abajo de dicha porción del compresor de la unidad de compresor de la turbina (160) y aguas arriba en el compresor principal (190) , saliendo el fluido de la primera porción turbina (162) .

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende, aguas abajo de dicha al menos una etapa de intercambio de calor entre la citada etapa de condensación y la citada etapa de expansión:

una segunda etapa que implica el intercambio de calor en un segundo intercambiador de calor (152) dispuesto en serie con el primer intercambiador (150) entre el fluido de refrigeración que deja la rama caliente (150c) del por lo menos un intercambiador de calor (150) y que circula dentro de un rama caliente (152c) del segundo intercambiador (152) y una cantidad asociada (s2) del fluido de refrigeración purgado aguas arriba del segundo intercambiador de calor (152) , enfriado en el interior de un medio de expansión (144) y circulando en una rama fría (152f) , implicando la expansión en dicha etapa de compresión previa además la expansión en una segunda porción de la turbina (164) de la unidad de turbocompresor (160)

y porque dicha etapa de compresión previa entre dicha etapa de expansión principal y la etapa de compresión principal es alimentada por la expansión, en las porciones de turbina primera y segunda (162, 164) de dicha unidad de turbocompresor (160) , de las purgas de cada intercambiador de calor (150 , 152) y en la fase de descarga del fluido que tiene la segunda porción turbina (164) descarga aguas abajo dicha porción de compresor de la unidad de compresor de la turbina (160) y aguas arriba en el compresor principal (190) .