Sistema de refrigeración de amoniaco/CO2.

Sistema de refrigeración de amoniaco/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 enfriador (6) del lado de carga de refrigeración,

en el que dicha bomba (5) de líquidos es una bomba de descarga variable para permitir que el CO2 circule de manera forzada, en el que dicho enfriador (6) del lado de carga de refrigeración puede permitir la evaporación incompleta de CO2 líquido a un estado mixto gas/líquido, y

el sistema de refrigeración comprende además:

un controlador para determinar el flujo de circulación forzada de manera que se recupere CO2 de la salida del enfriador del lado de carga de refrigeración en un estado líquido o mixto líquido/gas;

caracterizado por que comprende:

un paso (30) de alivio para conectar dicho enfriador (6) del lado de carga de refrigeración al enfriador (3) de salmuera o a un depósito (4) de líquido previsto aguas abajo del mismo, además de un paso de recuperación de CO2 que conecta la salida de dicho enfriador (6) del lado de carga al enfriador (3) de salmuera,

en el que la presión de CO2 es aliviada a través de dicho paso de alivio cuando la presión en el enfriador (6) del lado de carga es igual o superior a un valor predeterminado.

Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración que funciona en un ciclo de refrigeración de amoniaco y un ciclo de refrigeración de C2.

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 enfriamiento/refrigeración. La adopción de un refrigerante natural tiende a incrementarse también en equipos de enfriamiento/refrigeración 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 enfriamiento/refrigeración.

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 C2 y se usa C2 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 31 (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 14 es enfriado mediante agua o aire de enfriamiento para ser licuado cuando el gas amoniaco pasa través del condensador 15. El amoniaco licuado es expandido en la válvula 16 de expansión, evaporándose a continuación en el condensador en cascada 17 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 17 fluye hacia abajo por su presión hidráulica para pasar a través de la válvula 18 de ajuste de flujo, y penetra en el evaporador 19 de tipo de alimentación de fondo para efectuar el enfriamiento requerido. El dióxido de carbono calentado y evaporado en el evaporador 19 retorna de nuevo al condensador 17 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 17 está localizado en una posición más elevada que la posición del evaporador 18, por ejemplo se localiza en un techo. De esta forma, la presión hidráulica es producida entre el condensador de cascada 17 y el evaporador que presenta un ventilador 19a 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 C2 por circulación natural que es posible mediante composición de manera que existe una presión hidráulica entre el condensador de cascada 17 y el evaporador 19 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 C2.

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 11 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 17 y el evaporador 19.

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 C2 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 17 y el evaporador 19 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 C2 está localizada en la parte inferior del evaporador y la salida de C2 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 C2 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 C2 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 C2 en el tubo de enfriamiento. De hecho, como se puede observar en el diagrama de presión-entalpia de la Figura 1 (B), se recupera C2 en el condensador de cascada después de la evaporación perfecta de C2.

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 C2 mediante la utilización del calor latente de vaporización de amoniaco, y un aparato para producir salmuera con C2 que presenta una bomba de líquidos en una línea de suministro para suministrar a un lado de carga de refrigeración el C2 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 23-232583, 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 1. 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... [Seguir leyendo]

1. Sistema de refrigeración de amon¡aco/CC>2 que comprende aparatos que funcionan en un ciclo de refrigeración de amoniaco, un enfriador (3) de salmuera para enfriar y condensar C2 utilizando el calor latente de vaporización del amoniaco, y una bomba (5) de líquidos prevista en una línea (52) de suministro para suministrar el C2 enfriado y licuado a un enfriador (6) del lado de carga de refrigeración,

en el que dicha bomba (5) de líquidos es una bomba de descarga variable para permitir que el C2 circule de manera forzada, en el que dicho enfriador (6) del lado de carga de refrigeración puede permitir la evaporación incompleta de C2 líquido a un estado mixto gas/líquido, y

el sistema de refrigeración comprende además:

un controlador para determinar el flujo de circulación forzada de manera que se recupere C2 enfriador del lado de carga de refrigeración en un estado líquido o mixto líquido/gas;

caracterizado por que comprende:

un paso (3) de alivio para conectar dicho enfriador (6) del lado de carga de refrigeración al salmuera o a un depósito (4) de líquido previsto aguas abajo del mismo, además de un paso de C2 que conecta la salida de dicho enfriador (6) del lado de carga al enfriador (3) de salmuera,

en el que la presión de C2 es aliviada a través de dicho paso de alivio cuando la presión en el lado de carga es igual o superior a un valor predeterminado.

2. Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 según la reivindicación 1, en el que dicho enfriador (6) es de tipo alimentación por la parte superior.

3. Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 según la reivindicación 1, en el que dicha bomba (5) está conectada a un accionamiento que puede accionar de manera intermitente y/o a velocidad variable.

4. Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 según la reivindicación 1, en el que el controlador hace funcionar dicha bomba (5) en combinación con el accionamiento intermitente o de control de velocidad en el arranque para permitir que la bomba funcione bajo una presión de descarga inferior a la presión permisible prevista, y funcione a continuación mientras se está controlando la velocidad de rotación.

5. Sistema de refrigeración de amon¡aco/C2 según la reivindicación 1, en el que dicha carga de refrigeración es un equipo refrigerante que contiene dicho enfriador (6), en el que el controlador detecta la temperatura del espacio en el que se aloja dicho equipo y la presión de C2 a la salida del enfriador (6) del lado de carga, y efectúa el control de la recuperación del C2 en el que se estima la temporización de la parada del ventilador (29) de enfriamiento del enfriador (6) mientras se estima la cantidad de C2 remanente en el enfriador (6) mediante la comparación de la temperatura de saturación de C2 a la temperatura detectada y la temperatura del espacio.

6. Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 según la reivindicación 1, en el que dicha carga de refrigeración es un equipo refrigerante que contiene un enfriador de tipo descongelador, y la recuperación de C2 se efectúa mientras se está rociando agua para descongelar.

7. Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 según la reivindicación 6, en el que el controlador detecta la presión de C2 a la salida del enfriador (6), y controla la cantidad de agua de rociado sobre la base de la presión detectada.

8. Sistema de refrigeración de amoniaco/C2 según la reivindicación 1, en el que una línea de suministro que se extiende desde la salida de dicha bomba está conectada al lado de carga de refrigeración mediante una junta aislada térmicamente.

de la salida del

enfriador (3) de recuperación de

enfriador (6) del