Sistema de producción de salmuera con dióxido de carbono.

Sistema de producción de salmuera con CO2 que comprende aparatos que funcionan en un ciclo de refrigeración de amoniaco,

un enfriador (3) de salmuera para enfriar y condensar CO2 utilizando el calor latente de vaporización del amoniaco, y una bomba (5) de líquidos prevista en una línea (52) de suministro para suministrar el CO2 enfriado y licuado a un lado de carga de refrigeración, caracterizado por que dicha bomba (5) de líquidos es una bomba de descarga variable para permitir que el CO2 circule de manera forzada, y por que el sistema de producción de salmuera con CO2 comprende además:

un controlador para controlar la bomba de líquidos para variar su descarga sobre la base de por lo menos una de las señales detectadas de la temperatura o la presión en un enfriador previsto para el lado de carga de refrigeración o la diferencia de presión entre la salida y la entrada de la bomba;

un superenfriador (8) para superenfriar por lo menos parte del CO2 líquido en un depósito de líquido previsto para almacenar el CO2 licuado y enfriado basándose en la condición del estado enfriado del CO2 en el depósito de líquido o en la línea de suministro; y

un sensor de presión (P3) previsto para detectar una diferencia de presión entre la salida y la entrada de dicha bomba de líquidos, en el que las condiciones de enfriamiento de CO2 se evalúan sobre la base de la señal de dicho sensor de presión.

Sistema de producción de salmuera con dióxido de carbono Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema para producir salmuera con C02.

Descripción de la técnica relacionada

Entre la fuerte demanda para evitar la destrucción de la capa de ozono y el calentamiento global en estos dias, es imperativo también en el campo del acondicionamiento y de la refrigeración del aire no solamente evitar usar CFC desde la perspectiva de prevenir la destrucción de la capa de ozono, sino también recuperar compuestos HFC alternativos y mejorar la eficiencia energética desde la perspectiva de prevenir el calentamiento global. Para satisfacer la demanda, se está considerando la utilización de refrigerante natural, tal como amoniaco, hidrocarburo, aire, dióxido de carbono, etc., y el amoniaco se está usando en muchos de los grandes equipos de enfrlamlento/refrlgeración. La adopción de un refrigerante natural tiende a incrementarse también en equipos de enfrlamlento/refrlgeración a pequeña escala, tal como un almacén refrigerado, un cuarto de exposición de productos, y cuarto de procesamiento, que se relacionan con dicho equipo grande de enfriamlento/refrlgeración.

Sin embargo, puesto que el amoniaco es tóxico, en muchas de las fábricas de elaboración de hielo, almacenes refrigerados y fábricas refrigeradas para alimentos se adopta un ciclo de refrigeración en el cual se combinan un ciclo de amoniaco y un ciclo de C02 y se usa C02 como refrigerante secundario en un lado de carga de refrigeración.

Un sistema de refrigeración en el cual se combinan ciclo de amoniaco y ciclo de dióxido de carbono se describe por ejemplo en la patente Japonesa número 34 58 310 B2 (EP 1164338 A1). El sistema consiste en lo que se muestra en la Figura 9(A). En el dibujo, primero, en el ciclo de amoniaco, el amoniaco gaseoso comprimido por el compresor 104 es enfriado mediante agua o aire de enfriamiento para ser licuado cuando el gas amoniaco pasa través del condensador 105. El amoniaco licuado es expandido en la válvula 106 de expansión, evaporándose a continuación en el condensador en cascada 107 para ser gasificado. Durante la evaporación, el amoniaco recibe calor del dióxido de carbono en el ciclo de dióxido de carbono, para licuar el dióxido de carbono.

Por otra parte, en el ciclo de dióxido de carbono, el dióxido de carbono enfriado y licuado en el condensador de cascada 107 fluye hacia abajo por su presión hidráulica para pasar a través de la válvula 108 de ajuste de flujo, y penetra en el evaporador 109 de tipo de alimentación de fondo para efectuar el enfriamiento requerido. El dióxido de carbono calentado y evaporado en el evaporador 109 retorna de nuevo al condensador 107 de cascada, y de este modo el dióxido de carbono efectúa una circulación natural.

En el sistema de dicha técnica anterior, el condensador de cascada 107 está localizado en una posición más elevada que la posición del evaporador 108, por ejemplo se localiza en un techo. De esta forma, la presión hidráulica es producida entre el condensador de cascada 107 y el evaporador que presenta un ventilador 109a de enfriador.

El principio de esto se explica haciendo referencia a la Figura 1 (B), que es un diagrama de presión-entalpia. En el dibujo, la línea interrumpida muestra un ciclo de refrigeración de amoniaco que utiliza un compresor, y la línea sólida muestra un ciclo de C02 por circulación natural que es posible mediante composición de manera que existe una presión hidráulica entre el condensador de cascada 107 y el evaporador 109 de tipo de alimentación de fondo.

Sin embargo, dicha técnica anterior incluye una desventaja fundamental en el sentido de que el condensador de cascada (que funciona como un evaporador en el ciclo de amoniaco para enfriar el dióxido de carbono) debe estar localizado en una posición más elevada que la posición del evaporador (escaparate refrigerante, etc.) para efectuar el enfriamiento requerido del ciclo del CO2.

Particularmente, puede existir un caso en el cual los escaparates de refrigeración y unidades del congelador deben instalarse en pisos más altos de edificios altos o semialtos para la comodidad del cliente, y el sistema de la técnica anterior no puede gestionar casos de este tipo.

Para gestionarlos, una parte del sistema proporciona una bomba 110 de líquidos como se muestra en la Figura 9(B) en el ciclo dióxido de carbono, para ayudar a la circulación del refrigerante de dióxido de carbono a fin de asegurar una circulación más positiva. Sin embargo, la bomba de líquidos actúa solamente como un medio auxiliar, y básicamente, también en esta técnica anterior, la circulación natural para enfriar el dióxido de carbono es generada por la presión hidráulica entre el condensador 107 y el evaporador 109.

Esto es, en la técnica anterior, un trayecto provisto de una bomba auxiliar se agrega de manera paralela a la ruta de circulación natural con la condición de que la circulación natural de C02 sea producida por la utilización de la presión

hidráulica. (Por consiguiente, el trayecto provisto de la bomba auxiliar debe ser paralelo a la ruta de circulación natural.)

Particularmente, la técnica anterior de la Figura 9(B) utiliza la bomba de líquidos a condición de que se asegure la presión hidráulica, es decir, a condición de que el condensador de cascada (un evaporador para enfriar refrigerante dióxido de carbono) se localice en una posición más alta que la posición del evaporador para efectuar el enfriamiento en el ciclo de dióxido de carbono, y la desventaja fundamental mencionada anteriormente no se resuelve tampoco en esta técnica anterior.

Además, es difícil aplicar esta técnica anterior cuando deben ubicarse evaporadores (escaparates refrigerantes, aparatos de enfriamiento, etc.) en la planta baja y en el primer piso, y por consiguiente la presión hidráulica entre el condensador de cascada y cada uno de los evaporadores es diferente entre sí.

En las técnicas anteriores, existe una restricción para proporcionar una presión hidráulica entre el condensador de cascada 107 y el evaporador 109 porque la circulación natural no ocurre a menos que el evaporador sea de un tipo de alimentación de fondo, lo que significa que la entrada de C02 está localizada en la parte inferior del evaporador y la salida de C02 está prevista en la parte superior del mismo, como se muestra en la Figura 9(A) y en la Figura 9(B).

Sin embargo, en el condensador de tipo de alimentación de fondo, el C02 líquido que ingresa en el tubo de enfriamiento desde el lado inferior se evapora en el tubo de enfriamiento y fluye hacia arriba mientras recibe calor, es decir, extrae calor del aire fuera del tubo de enfriamiento, y el gas evaporado fluye hacia arriba en el tubo de enfriamiento. De manera que, en el tubo de enfriamiento, la parte superior se llena solamente con C02 gaseoso, lo que da como resultado un efecto de enfriamiento escaso y solamente la parte inferior del tubo de enfriamiento se enfría efectivamente. Además, cuando se proporciona una presión hidráulica en el lado de entrada, no se puede realizar una distribución uniforme de C02 en el tubo de enfriamiento. De hecho, como se puede observar en el diagrama de presión-entalpia de la Figura 1 (B), se recupera C02 en el condensador de cascada después de la evaporación perfecta de C02.

Generalmente se combina en forma de unidad un aparato que produce salmuera, que comprende un ciclo de refrigeración de amoniaco, un enfriador de salmuera para enfriar y licuar C02 mediante la utilización del calor latente de vaporización de amoniaco, y un aparato para producir salmuera con C02 que presenta una bomba de líquidos en una línea de suministro para suministrar a un lado de carga de refrigeración el C02 licuado, enfriado y licuado por dicho enfriador de salmuera. En particular en el ciclo de amoniaco, la sección de condensación, en la que amoniaco gaseoso comprimido por el compresor se condensa en amoniaco líquido, consiste en un condensador de tipo evaporación que utiliza agua o aire como medio de enfriamiento.

La construcción de la unidad de refrigeración de amoniaco comprende el condensador de tipo evaporación que se describe en la solicitud de patente japonesa 2003-232583, abierta al público, que fue solicitada por el mismo solicitante de la presente invención.

La construcción de la unidad de refrigeración de amoniaco de esta técnica anterior se muestra en la Figura 10. La unidad de refrigeración consiste en lo siguiente: un cuerpo 56 de construcción inferior que integra un compresor 1, un enfriador 3 de salmuera, una válvula 23 de expansión, un receptor 25 de refrigerante de amoniaco líquido de alta presión, etc.,... [Seguir leyendo]

1. Sistema de producción de salmuera con CO2 que comprende aparatos que funcionan en un ciclo de refrigeración de amoniaco, un enfriador (3) de salmuera para enfriar y condensar CO2 utilizando el calor latente de vaporización del amoniaco, y una bomba (5) de líquidos prevista en una línea (52) de suministro para suministrar el CO2 enfriado y licuado a un lado de carga de refrigeración, caracterizado por que dicha bomba (5) de líquidos es una bomba de descarga variable para permitir que el CO2 circule de manera forzada, y por que el sistema de producción de salmuera con C02 comprende además:

un controlador para controlar la bomba de líquidos para variar su descarga sobre la base de por lo menos una de las señales detectadas de la temperatura o la presión en un enfriador previsto para el lado de carga de refrigeración o la diferencia de presión entre la salida y la entrada de la bomba;

un superenfriador (8) para superenfriar por lo menos parte del C02 líquido en un depósito de líquido previsto para almacenar el C02 licuado y enfriado basándose en la condición del estado enfriado del C02 en el depósito de líquido o en la línea de suministro; y

un sensor de presión (P3) previsto para detectar una diferencia de presión entre la salida y la entrada de dicha bomba de líquidos, en el que las condiciones de enfriamiento de C02 se evalúan sobre la base de la señal de dicho sensor de presión.

2. Sistema de producción de salmuera con CO2 según la reivindicación 1, en el que la condición de estado enfriado del CO2 es evaluada mediante un controlador que determina el grado de superenfriamiento detectando la presión y la temperatura del líquido en el depósito y comparando la temperatura de saturación y la presión detectada con la temperatura de líquido detectada.

3. Sistema de producción de salmuera con CO2 según la reivindicación 1, en el que dicho superenfriador es una línea de gas amoniaco ramificada para derivar una línea para la introducción de amoniaco en el evaporador de amoniaco en el ciclo de refrigeración de amoniaco.

4. Sistema de producción de salmuera con CO2 según la reivindicación 1, en el que está previsto un paso de derivación para la derivación entre el lado de salida de dicha bomba de líquidos y el enfriador que puede permitir la evaporación parcial mediante una válvula de control de apertura/clerre.

5. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 1, en el que está previsto un controlador para descargar de manera forzada el compresor en el ciclo de refrigeración de amoniaco basándose en la diferencia de presión detectada entre la salida y la entrada de dicha bomba de líquidos.

6. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 1, en el que el sistema de producción de salmuera con C02 está unificado, en el que el ciclo de refrigeración de salmuera, el enfriador de salmuera y la bomba de líquidos están previstos en el espacio interior de la unidad, en el que está previsto un tanque de agua para destoxicar el amoniaco en el espacio interior de la unidad, y

en el que está prevista una línea de neutralización para la introducción del C02 en el sistema de C02 que se aloja en el espacio interior de la unidad para dicho tanque de agua.

7. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 6, en el que está prevista una línea de inyección de C02 para inyectar C02 en el sistema de C02 en el espacio interior de la unidad hacia una sección enfrentada al sistema de amoniaco.

8. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 6, en el que está prevista una parte de descarga para liberar C02 en el sistema de C02 al espacio interior de la unidad en el Interior del espacio, y en el que el control de apertura/clerre de la parte de descarga se realiza sobre la base de la temperatura del espacio de la unidad o la presión en el sistema de C02.

9. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 8, en el que dicha parte de descarga de C02 para liberar CÓ2 en el sistema de C02 al espacio interior de la unidad está formada en el extremo de una línea de Inyección que rodea el depósito de líquidos en el que está previsto un superenfriador para superenfriar el C02 líquido en el mismo por lo menos parcialmente basándose en la condición de enfriamiento del CO2 líquido en el depósito de líquidos o en la línea de suministro, o poniendo en contacto el superenfriador cuando el superenfriador está previsto en el exterior del depósito de líquidos.

10. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 6, en el que está ubicado un condensador de tipo evaporación en un lado de espacio abierto de la unidad, y el condensador está compuesto por un intercambiador de calor que comprende tubos de enfriamiento, rociador de agua, una pluralidad de eliminadores dispuestos lado a lado, y ventilador o ventiladores de enfriamiento, y en el que los eliminadores ubicados adyacentes

entre sí están ubicados para encontrarse escalonados entre sí de manera que la parte superior de la pared lateral de un eliminador está enfrentada a la parte inferior de la pared lateral del eliminador adyacente.

11. Sistema de producción de salmuera con C02 según la reivindicación 10, en el que dicho intercambiador de calor 5 está compuesto para ser un intercambiador de calor multitubular inclinado que presenta un cabezal de entrada para introducir gas amoniaco comprimido que debe distribuirse para fluir en el interior de los tubos de enfriamiento, y una placa de desviación está unida al cabezal en una posición enfrentada a la abertura de entrada para introducir gas amoniaco comprimido.