Sistema de refrigeración de amoniaco/CO2.

Sistema de refrigeración de amoniaco/CO2, que comprende:

un aparato (1) que funciona con un ciclo de refrigeración de amoniaco;

un refrigerador de salmuera (3) para enfriar y condensar CO2 utilizando el calor latente de la vaporización del amoniaco;

un receptor de líquido (4) adaptado para recibir salmuera de CO2 enfriada en dicho refrigerador de salmuera (3);

un intercambiador de calor (6) adaptado para intercambiar el calor de la salmuera de CO2 licuada que pasa a través del intercambiador de calor (6) con una carga de refrigeración, de modo que la carga de refrigeración se enfría; y una bomba de líquido (5) prevista en un conducto de suministro (52) para hacer circular de manera forzada la salmuera de CO2 enfriada y licuada al intercambiador de calor (6);

caracterizado porque comprende

una tubería de elevación (90) situada entre dicha bomba de líquido (5) y el intercambiador de calor (6), discurriendo la parte superior de la tubería de elevación (90) a lo largo de una posición de altura igual a o más alta que el nivel de CO2 líquido máximo reservado en el receptor de líquido (4);

una tubería de comunicación (100) que conecta la parte superior de la tubería de elevación (90) a la capa de gas de CO2 en dicho receptor de líquido (4);

una válvula de control de flujo (102) prevista en dicha tubería de comunicación (100);

un inversor (51) de velocidad de rotación variable para accionar la bomba de líquido;

un sensor de presión (P2) para detectar la presión en el intercambiador de calor (6); y

un controlador para controlar el inversor para ajustar la cantidad de descarga de salmuera de CO2 licuada de la bomba de líquido (5) basándose en una señal procedente del sensor de presión, de modo que el CO2 recuperado de la salida del intercambiador de calor (6) vuelva al refrigerador de salmuera (3) o al receptor de líquido (4) en un estado líquido o de gas/líquido mixto sin estar completamente evaporado.

Sistema de refrigeración de amoniaco/CO2.

Campo técnico La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración que funciona con un ciclo de refrigeración de amoniaco y un ciclo de refrigeración de CO2, específicamente se refiere a un ciclo de refrigeración de amoniaco, un refrigerador de salmuera para enfriar y licuar CO2 utilizando el calor latente de vaporización de amoniaco, y un 10 sistema de refrigeración de amoniaco/CO2 que presenta una bomba de líquido en un conducto de suministro para suministrar a un lado de carga de refrigeración el CO2 licuado, enfriado y licuado por dicho refrigerador de salmuera.

Antecedentes de la técnica En medio de una fuerte demanda para impedir la destrucción de la capa de ozono y el calentamiento global en la actualidad, es imperativo también en el campo del acondicionamiento y refrigeración de aire no sólo abandonar la utilización de los CFC desde el punto de vista de impedir la destrucción de la capa de ozono, sino también recuperar compuestos HFC alternativos y mejorar la eficiencia energética desde el punto de vista de impedir el calentamiento global. Para cumplir con la demanda, se está considerando la utilización de refrigerante natural tal como amoniaco,

hidrocarburos, aire, dióxido de carbono, etc., y está utilizándose amoniaco en muchos equipos de enfriamiento/refrigeración grandes. La adopción de refrigerante natural tiende a aumentar también en equipos de enfriamiento/refrigeración a pequeña escala tal como un almacén de refrigeración, una sala de disposición de productos y una sala de procesado, que están asociados con dichos equipos de enfriamiento/refrigeración grandes.

Sin embargo, como el amoniaco es tóxico, en muchas fábricas de hielo, almacenes de refrigeración y fábricas de refrigeración de alimentos se adopta un ciclo de refrigeración, en el que se combinan un ciclo de amoniaco y un ciclo de CO2 y se utiliza CO2 como refrigerante secundario en un lado de carga de refrigeración.

Un sistema de refrigeración en el que se combinan un ciclo de amoniaco y un ciclo de dióxido de carbono se da a conocer por ejemplo en el documento de patente 1. El sistema está compuesto tal como se muestra en la figura 11 (A) . En el dibujo, en primer lugar, en el ciclo de amoniaco, se enfría amoniaco gaseoso comprimido por el compresor 104 mediante aire o agua de enfriamiento para licuarse cuando el gas de amoniaco pase a través del condensador 105. El amoniaco licuado se expande en la válvula de expansión 106, entonces se evapora en el condensador en cascada 107 para gasificarse. Cuando se evapora, el amoniaco recibe calor del dióxido de carbono en el ciclo de dióxido de carbono para licuar el dióxido de carbono.

Por otro lado, en el ciclo de dióxido de carbono, el dióxido de carbono enfriado y licuado en el condensador en cascada 107 fluye hacia abajo por su altura hidráulica para pasar a través de la válvula de ajuste de flujo 108 y entra en el evaporador 109 de tipo de alimentación inferior para realizar el enfriamiento requerido. El dióxido de carbono calentado y evaporado en el evaporador 109 vuelve de nuevo al condensador en cascada 107, por tanto el amoniaco realiza una circulación natural.

En el sistema de dicha técnica anterior, el condensador en cascada 107 está situado en una posición más alta que la del evaporador 109, por ejemplo, situado en un tejado. Debido a esto, se produce una altura hidráulica entre el

condensador en cascada 107 y el evaporador 109 que presenta un ventilador refrigerador 109a.

El principio de esto se explica con referencia a la figura 1 (B) que es un diagrama de presión-entalpía. En el dibujo, la línea discontinua muestra un ciclo de refrigeración de amoniaco que utiliza un compresor, y la línea continua muestra un ciclo de CO2 por circulación natural que es posible mediante una composición tal que haya una altura 50 hidráulica entre el condensador en cascada 107 y el evaporador 109 de tipo de alimentación inferior.

Sin embargo, dicha técnica anterior incluye la desventaja fundamental de que el condensador en cascada (que trabaja como evaporador en el ciclo de amoniaco para enfriar dióxido de carbono) debe ubicarse en una posición más alta que la posición del evaporador (expositor de refrigeración, etc.) para realizar el enfriamiento requerido en el

ciclo de CO2.

Particularmente, puede darse el caso de que los expositores de refrigeración o unidades congeladoras necesiten instalarse en plantas más altas de edificios de gran altura o medios para comodidad de los clientes, y el sistema de la técnica anterior no puede hacer frente en absoluto a un caso como éste.

Para tratar esto, algunos de los sistemas proporcionan una bomba de líquido 110 tal como se muestra en la figura 11 (B) en el ciclo de dióxido de carbono para favorecer la circulación del refrigerante de dióxido de carbono para garantizar una circulación más positiva. Sin embargo, la bomba de líquido sirve únicamente como medio auxiliar y básicamente también en esta técnica anterior la circulación natural para enfriar dióxido de carbono se genera 65 mediante la altura hidráulica.

Es decir, en la técnica anterior, se añade una vía dotada de la bomba auxiliar en paralelo a la ruta de circulación natural con la condición de que la circulación natural de CO2 se produzca mediante la utilización de la altura hidráulica. (Por tanto, la vía dotada de la bomba auxiliar debe ser paralela a la ruta de circulación natural) .

Particularmente, la técnica anterior de la figura 11 (B) utiliza la bomba de líquido con la condición de que la altura hidráulica se garantice, es decir, con la condición de que el condensador en cascada (un evaporador para enfriar refrigerante de dióxido de carbono) esté situado en una posición más alta que la posición del evaporador para realizar el enfriamiento en el ciclo de dióxido de carbono, y la desventaja fundamental mencionada anteriormente tampoco se soluciona en esta técnica anterior.

Además, es difícil aplicar esta técnica anterior cuando los evaporadores (expositores de refrigeración, aparatos de enfriamiento, etc.) van a ubicarse en la planta baja y la primera planta y por consiguiente la altura hidráulica entre el condensador en cascada y cada evaporador será diferente una de la otra.

En las técnicas anteriores, existe una restricción para proporcionar una altura hidráulica entre el condensador en cascada 107 y el evaporador 109 en cuanto a que no tiene lugar circulación natural a menos que el evaporador sea de tipo de alimentación inferior lo que significa que la entrada de CO2 está situada en la parte inferior del evaporador y la salida de CO2 está prevista en la parte superior del mismo tal como se muestra en la figura 11 (A) y la figura 11 (B) .

Sin embargo, en el condensador de tipo de alimentación inferior, el CO2 líquido entra 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 privando al aire de calor fuera del tubo de enfriamiento, y el gas evaporado fluye hacia arriba en el tubo de enfriamiento. Así, en el tubo de enfriamiento, la parte superior se llena únicamente con CO2 gaseoso dando como resultado un efecto de enfriamiento pobre y que únicamente la parte inferior del tubo de enfriamiento se enfríe de manera eficaz. Además, cuando se proporciona una cabecera de líquido en el lado de entrada, no puede realizarse una distribución uniforme de CO2 en el tubo de enfriamiento. De hecho, tal como puede observarse en el diagrama de presión-entalpía de la figura 1 (B) el CO2 se recupera al condensador en cascada después de que el CO2 líquido se evapore perfectamente.

Además, un ciclo de refrigeración que utiliza CO2 como refrigerante secundario para refrigerar el lado de carga se adopta muy a menudo en trabajos de hielo, depósitos de refrigeración y trabajos de congelación de alimentos. En estos aparatos de refrigeración, se requiere parar el funcionamiento del aparato y llevar a cabo el descarchado y la limpieza del refrigerador (evaporador) a intervalos regulares o cuando sea necesario desde el punto de vista del mantenimiento de la capacidad de refrigeración, esterilización, etc. Cuando se llevan a cabo estas operaciones de trabajo, el incremento de temperatura tiene lugar naturalmente en el refrigerador (evaporador) . Así, si permanece CO2 líquido en el recorrido de circulación cerca del refrigerador (evaporador) , existe el riesgo de que pueda tener lugar una vaporización explosiva (ebullición) de CO2 líquido. Por tanto, se desea retirar el CO2 líquido restante cerca del refrigerador (evaporador) sin retraso y por completo.

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1. Sistema de refrigeración de amoniaco/CO2, que comprende:

un aparato (1) que funciona con un ciclo de refrigeración de amoniaco;

un refrigerador de salmuera (3) para enfriar y condensar CO2 utilizando el calor latente de la vaporización del amoniaco;

un receptor de líquido (4) adaptado para recibir salmuera de CO2 enfriada en dicho refrigerador de salmuera (3) ;

un intercambiador de calor (6) adaptado para intercambiar el calor de la salmuera de CO2 licuada que pasa a través del intercambiador de calor (6) con una carga de refrigeración, de modo que la carga de refrigeración se enfría; y

una bomba de líquido (5) prevista en un conducto de suministro (52) para hacer circular de manera forzada la salmuera de CO2 enfriada y licuada al intercambiador de calor (6) ;

caracterizado porque comprende una tubería de elevación (90) situada entre dicha bomba de líquido (5) y el intercambiador de calor (6) , discurriendo la parte superior de la tubería de elevación (90) a lo largo de una posición de altura igual a o más alta que el nivel de CO2 líquido máximo reservado en el receptor de líquido (4) ;

una tubería de comunicación (100) que conecta la parte superior de la tubería de elevación (90) a la capa de gas de 25 CO2 en dicho receptor de líquido (4) ;

una válvula de control de flujo (102) prevista en dicha tubería de comunicación (100) ;

un inversor (51) de velocidad de rotación variable para accionar la bomba de líquido;

un sensor de presión (P2) para detectar la presión en el intercambiador de calor (6) ; y

un controlador para controlar el inversor para ajustar la cantidad de descarga de salmuera de CO2 licuada de la bomba de líquido (5) basándose en una señal procedente del sensor de presión, de modo que el CO2 recuperado 35 de la salida del intercambiador de calor (6) vuelva al refrigerador de salmuera (3) o al receptor de líquido (4) en un estado líquido o de gas/líquido mixto sin estar completamente evaporado.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que el volumen del receptor de líquido (4) incluyendo el volumen en la tubería que conecta con la entrada de la bomba de líquido (5) se determina de modo que quede espacio para gas de CO2 por encima del CO2 líquido recuperado al receptor de líquido (4) cuando se detiene el funcionamiento del ciclo de salmuera de CO2.

3. Sistema según la reivindicación 1, en el que está previsto un sobreenfriador (8) para superenfriar por lo menos una

parte del CO2 líquido en el receptor de líquido (4) , con el fin de mantener el CO2 líquido en un estado superenfriado en 45 la entrada de la bomba de líquido (5) .

4. Sistema según la reivindicación 3, en el que además están previstos un sensor de presión (P1) y un sensor de temperatura (T1) para detectar la presión y temperatura de CO2 en el receptor de líquido (4) , y un controlador (CL) para determinar el grado de superenfriamiento comparando la temperatura de saturación de CO2 a la presión detectada con la temperatura detectada, y en el que el flujo de amoniaco introducido en el sobreenfriador (8) se controla mediante una señal procedente de dicho controlador (CL) .

5. Sistema según la reivindicación 1, en el que está previsto un sensor de presión (P3) para detectar una diferencia de

presión entre la salida y la entrada de la bomba de líquido (5) , y en el que la bomba de líquido (5) está compuesta, de 55 modo que pueda conseguir una altura de descarga igual o superior a la suma de la altura real de la bomba de líquido (5) a la parte superior de la tubería de elevación (90) y la pérdida de altura en las tuberías.

6. Sistema según la reivindicación 1, en el que el receptor de líquido (4) que recibe CO2 líquido superenfriado a cualquier tasa está situado en una posición más alta que el lado de succión de la bomba de líquido (5) .

7. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho refrigerador de salmuera (3) está situado en una posición de altura más alta que la de dicho receptor de líquido (4) , se devuelve el CO2 de estado líquido o de gas/líquido mixto recuperado de la salida de dicho intercambiador de calor (6) a la capa de gas de CO2 de dicho receptor de líquido (4) y la capa de gas de CO2 de dicho receptor de líquido (4) se comunica con dicho refrigerador de salmuera (3) , de modo

que se devuelva la salmuera de CO2 condensada y licuada en dicho refrigerador de salmuera (3) a dicho receptor de líquido (4) para que se almacene en el mismo.