ES2322152T3 - Evaporacion altamente eficiente en instalaciones de refrigeracion con el procedimiento necesario para la obtencion de condiciones estables con diferencias de temperatura minimas y/o deseadas de los medios que deben ser refrigerados con respecto a la temperatura de evaporacion. - Google Patents
Evaporacion altamente eficiente en instalaciones de refrigeracion con el procedimiento necesario para la obtencion de condiciones estables con diferencias de temperatura minimas y/o deseadas de los medios que deben ser refrigerados con respecto a la temperatura de evaporacion. Download PDFInfo
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Abstract
Instalación de refrigeración, del tipo que comprende un circuito de refrigeración, que trabaja con un medio de refrigeración, con un compresor (5), una válvula de inyección (6) y un evaporador (1, 2), siendo comprimido el medio de refrigeración, en estado gaseoso, en el compresor (5), a continuación es licuado por refrigeración, el medio de refrigeración líquido se descomprime en la válvula de inyección (6) y, a continuación, se vuelve a llevar al estado gaseoso en el evaporador (1,2), estando dispuestos medios (13) para alcanzar condiciones estables en el circuito de regulación y en el circuito de refrigeración por delante de la válvula de inyección (6), con objeto de mantener contante la temperatura del medio de refrigeración líquido, caracterizada porque los medios para mantener constante la temperatura del medio de refrigeración líquido por delante de la válvula de inyección (6) comprenden un conducto (13) para el líquido, que está rodeado por una masa de acumulación.
Description
Evaporación altamente eficiente en instalaciones
de refrigeración con el procedimiento necesario para la obtención de
condiciones estables con diferencias de temperatura mínimas y/o
deseadas de los medios que deben ser refrigerados con respecto a la
temperatura de evaporación.
Instalaciones para la generación de frío en
instalaciones de refrigeración y en instalaciones de refrigeración
a baja temperatura, ingeniería de la refrigeración, máquinas
refrigeradoras para el trabajo de refrigeración y de calefacción,
instalaciones de refrigeración, grupos de refrigeración, bombas de
calor, instalaciones para el acondicionamiento de aire y
similares.
En la ingeniería de la refrigeración se conoce,
en primer lugar, el funcionamiento por expansión en seco, según el
cual el medio de refrigeración recibe una reducción de la presión
por medio de una válvula de inyección y pasa, desde un estado
líquido, hasta un estado en forma de mezcla líquido/vapor, para ser
evaporada por completo en el evaporador para abandonar el
evaporador, a continuación, con vapor ligeramente recalentado y, de
este modo, provocar el subenfriamiento de un segundo medio, por
medio de absorción de calor y, en segundo lugar, se conoce el
funcionamiento en termosifón, según el cual el medio de
refrigeración, en estado líquido, es alimentado al evaporador bien
por medio de la fuerza de la gravedad o bien con ayuda de una bomba
a través de un recipiente de compensación y de separación, pudiendo
estar contenidas perfectamente, todavía, partes líquidas en el
vapor, en el momento de la salida del evaporador y, de este modo, no
se produce, por regla general, un recalentamiento del medio de
refrigeración a la salida del evaporador.
Todos estos sistemas adolecen de inconvenientes
de menor o mayor magnitud bajo las condiciones prácticas, cuyos
inconvenientes hemos eliminado por medio de nuestra invención y, por
lo tanto, conseguimos ahorros considerables de energía y de
costes.
Los sistemas de expansión en seco tienen la
ventaja de que son de un tipo de construcción más sencillo y de que
tienen bajos contenidos en medio de refrigeración.
El rendimiento de la evaporación está
influenciado, de manera esencial, por un recalentamiento del
evaporador tan bajo como sea posible.
Sin embargo, esto constituye un inconveniente
para el compresor y éste requiere un recalentamiento
correspondientemente elevado (mejora del rendimiento volumétrico,
lubrificación, etc.).
El punto de encuentro de estas dos exigencias
(recalentamiento óptimo para el evaporador y para el compresor, que
tienen óptimos contrapuestos) proporciona la curva de operación
máxima de la instalación (el funcionamiento más económico).
Con ayuda de nuestra invención se consigue, por
primera vez, romper esta dependencia entre el recalentamiento
mínimo para el evaporador y el gran calentamiento para el
compresor.
En este caso, se consigue llevar a cabo el
procedimiento para una potencia frigorífica Qo, dada, con el caudal
másico físico más pequeño posible, necesario para esta finalidad, lo
cual conduce a considerables ventajas desde el punto de vista
económico y energético.
Nuestra innovación se refiere, en primer lugar,
al sistema de expansión en seco (6) (1), al sistema de expansión en
seco (6) (1) con IWT (2) conectado aguas abajo (intercambiador de
calor interno, es decir con un intercambiador de calor, que está
situado entre el conducto para medio de refrigeración líquido, por
delante de la válvula de expansión, por un lado, y el vapor
aspirado, por detrás del evaporador, por otro lado), al sistema de
evaporación con dos etapas (6) (1 + 2) (que es una combinación del
sistema de expansión en seco y del sistema de termosifón,
evaporador con IWT) y, así mismo, se refiere a las instalación de
refrigeración montadas según esta base.
Todos estos sistemas son adecuados para
fluctuaciones de temperatura relativamente grandes, según la
condiciones de funcionamiento, en lo que respecta al medio de
refrigeración, por delante de la válvula de inyección (6) (A) y por
delante del compresor (5) (B).
Estas temperaturas del medio de refrigeración
(por delante de la válvula de inyección (A) y por delante del
compresor (B)) no son mantenidas o no son reguladas de manera
exacta, en la actualidad.
Con frecuencia se regula y/o se mantiene
constante, en todo caso, tan solo la alta presión o la presión de
aspiración (Pc/Po).
\newpage
Esto conduce a fluctuaciones de mayor o de menor
magnitud y a retroalimentaciones (aumento de las oscilaciones) del
sistema de refrigeración y, por lo tanto, conduce a pérdidas de
rendimiento y a circuitos de regulación inestables.
Los factores fundamentales de estas
fluctuaciones son, por un lado, el valor x, que varía a medida que
varia la temperatura del medio de refrigeración (A), (el valor x es
aquel valor, que indica la proporción del medio de refrigeración ya
evaporado al comienzo del proceso de evaporación) del estado del
medio de refrigeración en la válvula de inyección (6) y al comienzo
de evaporador (1), lo cual tiene efectos sobre la potencia de la
válvula de inyección (6) y sobre la potencia del evaporador (1), así
como sobre el comportamiento a la regulación de la válvula de
inyección (6) y sobre su potencia, respectivamente sobre el caudal
másico desplazado del medio de refrigeración y, por otro lado, en
el vapor aspirado en la entrada del compresor (5), donde la
temperatura modificada (B) tiene un efecto sobre el volumen
desplazado del compresor (5), es decir, a su vez, del flujo másico
desplazado, debido al volumen específico asociado con la
correspondiente temperatura (y presión).
Estos flujos másicos, que varían constantemente
como consecuencia de las variaciones de la temperatura, introducen
factores de perturbación de mayor o menor magnitud en el circuito de
regulación de la instalación de refrigeración, lo cual conduce a
fluctuaciones en el proceso y, por lo tanto, a disminuciones de la
potencia.
Se conoce por medio de la publicación
US-A-5,533,252 una instalación de
refrigeración con un intercambiador de calor con refrigeración
forzada del aire, en la que la temperatura del medio de
refrigeración líquido es tomada como indicador para la temperatura
externa y, de este modo, se modifica, de manera natural, con la
temperaturas externa (véanse las figuras 6 o 7 de dicha
publicación).
Se conoce por la publicación
US-B1-6,293,123 una instalación
parta el acondicionamiento de aire para un automóvil eléctrico, en
la que se mide la temperatura del medio de refrigeración por delante
de un dispositivo de descompresión (27) y se controla la apertura
del dispositivo de descompresión de conformidad con los resultados
de la medición de tal manera, que se regula la temperatura del
medio de refrigeración a la salida de un superradiador precedente.
Sin embargo, esta regulación modifica, de manera no deseada, al
flujo másico del medio de refrigeración.
El objeto de la invención consiste en conseguir
en instalaciones de refrigeración/instalaciones de refrigeración a
baja temperatura, en máquinas refrigeradoras para el funcionamiento
de refrigeración y de calefacción, en instalaciones de
refrigeración, en grupos de refrigeración, en bombas de calor y en
todas las instalaciones con empleo de medios de refrigeración y de
caloportadores, lo siguiente:
Un funcionamiento estable de la instalación
debido a que:
La temperatura del medio de refrigeración se
mantiene constante a un valor definido de la temperatura (A) por
delante de la válvula de inyección (6) (A).
Esta medida conduce al objetivo en combinación
con un control de la válvula de expansión en seco (6) medida
tradicionalmente según la MSS (señal estable mínima) (P8/T22) con o
sin IWT (intercambiador de calor interno) (2) después del
evaporador (1) (T22/P8) o después del IWT (2) (T23/P9) o con la
temperatura (medición de la diferencia de presión) entre el
conducto para el líquido por delante de la válvula de inyección (6)
(T20) y la medición de la presión o de la temperatura por detrás de
la válvula de inyección (6) (P7) (T21) del evaporador (1) (P8)
(T22) o del IWT (2) (P9) (T23), con la denominada regulación del
evaporador con dos etapas (T20/P7) (T20/P8) o (T20/P9) o con nuevas
regulaciones de la válvula de expansión según la diferencia de
presión (7) a través del evaporador (1), del WYETH (2), del
evaporador y del IWT (1 + 2) o por medio de una regulación del
nivel (7) a través del evaporador (1), del IWT (2), del evaporador y
del IWT (1 + 2) o una magnitud referencia correspondiente (por
ejemplo colector).
El mantenimiento constante de la temperatura del
medio de refrigeración líquido por delante de la válvula de
inyección conduce a un funcionamiento estable de las instalaciones
de refrigeración (incluso con grandes variaciones de potencia).
Si, en este caso, se utiliza un evaporador de
dos etapas (1 + 2), podrán conseguirse, además, diferencias mínimas
de temperatura entre, por un lado, el medio que deben ser
refrigerado (C/D) y la temperatura de evaporación to (presión de
aspiración), por otro lado.
Esta diferencia de temperatura puede ser, en
cualquier caso, menor que en el caso en que el medio de
refrigeración abandone al evaporador (1) en estado
"recalentado" (P8/T22) en el caso en que se trabaje con
expansión en seco.
Nuestra invención tiene la novedad de que la
temperatura del medio de refrigeración líquido se mantiene constante
por delante de la válvula de inyección a un valor (A) establecido
de antemano.
De conformidad con la invención, se lleva a cabo
la estabilización de la temperatura del medio de refrigeración
líquido por delante de la válvula de inyección (A) por medio de un
acumulador, de un acumulador latente, de masas de inercia o de
masas de acumulación (13).
La novedad de la invención consiste en que la
temperatura del medio de refrigeración líquido se mantiene
constante, de este modo, por delante de la válvula de inyección
(6).
La novedad de la invención consiste en que la
temperatura del medio de refrigeración líquido se mantiene
constante, de manera especial en el caso de un proceso de
evaporación con dos etapas (1 + 2), por delante de la válvula de
inyección (6) (A) a un valor muy bajo, próximo a, o sobre, la curva
límite de la izquierda del diagrama log(p), h para el medio
de refrigeración (así pues, el medio de refrigeración penetra en
estado líquido en el evaporador (1) en el caso de un sistema de
termosifón o con un contenido mínimo en vapor).
De manera esencial, la invención está basada en
que se mantiene constante la temperatura del medio de refrigeración
líquido, con ayuda de medidas adecuadas, por delante de la válvula
de inyección (A), a un valor arbitrario, (dentro de las
posibilidades físicas pero llegándose, en caso necesario, hasta los
límites físicos).
Como consecuencia de la temperatura constante
del medio de refrigeración en este punto en el sistema de
refrigeración (medio de refrigeración líquido por delante de la
turbina de inyección (A) se consigue, por un lado, un funcionamiento
estable y, en caso deseado, diferencias mínimas de temperaturas
entre el medio, que debe ser refrigerado (temperatura de
entrada/temperatura de salida (C/D) y, por otro lado, la temperatura
de entrada y/o la temperatura de salida con respecto a la
temperatura de evaporación (C/D con respecto a to).
- Figura 1: posibles soluciones para el control
de las temperaturas del medio de refrigeración por delante de la
válvula de inyección en el caso del funcionamiento de expansión en
seco con IWT y/o de la evaporación con dos etapas con subenfriador
externo y masa de acumulación o masa de inercia para mantener
constante la temperatura del medio de refrigeración por delante de
la válvula de inyección, en lugar del intercambiador de calor.
- Figura 2: diagrama log(p), h.
Los dibujos explican el sentido y no contienen
cualquier tipo de reivindicación relacionada con la integridad. Las
válvulas, los intercambiadores de calor, etc., pueden ser empleados
de manera individual o pueden ser empleados en combinación en
cualquier forma posible. Se renuncia a otras a otras
representaciones se hace referencia al texto.
La invención está basada en que se consigue, con
ayuda de medidas adecuadas, un funcionamiento estable de las
instalaciones de refrigeración con pequeñas diferencias de
temperatura de los medios, que deben ser refrigerados, y, por lo
tanto, con rendimientos más elevados (y, de este modo, una
evaporación altamente eficiente en las instalaciones de
refrigeración).
El procedimiento para la generación de frío se
complementa o se modifica de tal manera, que puede mantenerse
constante, de una manera nueva, la temperatura del medio de
refrigeración líquido por delante de la válvula de inyección (A),
además de las presiones de aspiración y de las altas presiones
controladas en el sistema de refrigeración.
Con ayuda del control de la temperatura del
medio de refrigeración líquido por delante de la válvula de
inyección (A) se dan estados definidos en la mezcla del medio de
refrigeración (líquido/vapor). Estos estados definidos en el medio
de refrigeración conducen a condiciones estables en el circuito de
refrigeración.
Con ayuda de la estabilización de esta
temperatura y de los respectivos estados, relacionados con la misma,
del correspondiente medio de refrigeración en este punto en el
circuito de refrigeración conseguimos condiciones estables y se
impiden las retroalimentaciones en la técnica de regulación y un
aumento de las oscilaciones del sistema y, de este modo, se
consiguen magnitudes menos perturbadas, lo cual conduce a un
circuito de regulación estable y, por lo tanto, a un funcionamiento
estable de las instalaciones de refrigeración y, como consecuencia,
conduce a una evaporación altamente eficiente.
Con ayuda de funcionamiento equilibrado, mas
estable, se dan ahorros en energía y en costes y es posible,
especialmente en combinación con la técnica de evaporación con dos
etapas (1 + 2) llevar a cabo procesos con diferencias de
temperatura esencialmente menores entre los medios, que deben ser
refrigerados, y las correspondientes temperaturas de
evaporación.
De este modo pueden llevarse a cabo procesos de
manera sencilla y económica, que actualmente no so posibles de esta
manera.
Esta temperatura (A) y los correspondientes
estados del medio de refrigeración pueden ser controlados y
estabilizados de muchas formas posibles.
Para el control de la temperatura del medio de
refrigeración por delante de la válvula de inyección se mantiene
constante (inerte) la temperatura del medio de refrigeración líquido
por delante de la válvula de inyección con una masa (13) (líquida,
sólida, en estado gaseoso o como mezcla entre estos estados de
agregación).
Claims (1)
1. Instalación de refrigeración, del tipo que
comprende un circuito de refrigeración, que trabaja con un medio de
refrigeración, con un compresor (5), una válvula de inyección (6) y
un evaporador (1, 2), siendo comprimido el medio de refrigeración,
en estado gaseoso, en el compresor (5), a continuación es licuado
por refrigeración, el medio de refrigeración líquido se descomprime
en la válvula de inyección (6) y, a continuación, se vuelve a
llevar al estado gaseoso en el evaporador (1,2), estando dispuestos
medios (13) para alcanzar condiciones estables en el circuito de
regulación y en el circuito de refrigeración por delante de la
válvula de inyección (6), con objeto de mantener contante la
temperatura del medio de refrigeración líquido, caracterizada
porque los medios para mantener constante la temperatura del medio
de refrigeración líquido por delante de la válvula de inyección (6)
comprenden un conducto (13) para el líquido, que está rodeado por
una masa de acumulación.
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