ES2952946T3 - Refrigeration machine with adiabatic cooling unit and operating procedure thereof - Google Patents

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Abstract

Un método para tratar un fluido refrigerante que realiza un ciclo de refrigeración en una máquina de refrigeración (100), que comprende los pasos consecutivos de a. comprimir el fluido refrigerante en un compresor (101) de la máquina de refrigeración (100), b. enfriar el fluido refrigerante en una unidad de enfriamiento principal (102) de la máquina de refrigeración (100), c. expandir el fluido refrigerante en un expansor (103) de la máquina de refrigeración (100), d. colocar el fluido refrigerante en un intercambio de calor con un fluido a enfriar, en un intercambiador de calor principal (104) de la máquina de refrigeración (100). El método comprende además las etapas de e. enfriar adiabáticamente un flujo de aire f. colocar en un intercambiador de calor el flujo de aire enfriado adiabáticamente con el fluido refrigerante, al menos la etapa f. que se realiza entre los pasos b. y C.. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A method for treating a refrigerant fluid that performs a refrigeration cycle in a refrigeration machine (100), comprising the consecutive steps of a. compressing the refrigerant fluid in a compressor (101) of the refrigeration machine (100), b. cooling the refrigerant fluid in a main cooling unit (102) of the refrigeration machine (100), c. expand the refrigerant fluid in an expander (103) of the refrigeration machine (100), d. placing the refrigerant fluid in a heat exchange with a fluid to be cooled, in a main heat exchanger (104) of the refrigeration machine (100). The method further comprises the steps of e. adiabatically cool an air flow f. place the adiabatically cooled air flow with the refrigerant fluid in a heat exchanger, at least stage f. that is done between steps b. and C.. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Máquina de refrigeración con unidad de enfriamiento adiabático y procedimiento de funcionamiento de la misma Refrigeration machine with adiabatic cooling unit and operating procedure thereof

La presente invención se refiere a una unidad de enfriamiento adiabático para una máquina de refrigeración (sistema de refrigeración), a una máquina de refrigeración provista de dicha unidad de enfriamiento y a un procedimiento para el tratamiento de un fluido refrigerante que realiza un ciclo de refrigeración en una máquina de refrigeración.The present invention relates to an adiabatic cooling unit for a refrigeration machine (refrigeration system), to a refrigeration machine provided with said cooling unit and to a procedure for the treatment of a refrigerant fluid that performs a refrigeration cycle in a refrigeration machine.

Los sistemas de refrigeración típicamente comprenden un compresor, una unidad de enfriamiento y/o una unidad de subenfriamiento, un expansor y un evaporador, dispuestos de forma consecutiva en el itinerario que sigue el fluido refrigerante que discurre en la máquina de refrigeración.Refrigeration systems typically comprise a compressor, a cooling unit and/or a subcooling unit, an expander and an evaporator, arranged consecutively in the path followed by the refrigerant fluid that runs in the refrigeration machine.

Los sistemas de refrigeración a los que se refiere principalmente, pero no exclusivamente, la presente invención son aquellos en los que el ciclo de refrigeración tiene lugar en condiciones subcríticas o transcríticas.The refrigeration systems primarily, but not exclusively, referred to by the present invention are those in which the refrigeration cycle takes place under subcritical or transcritical conditions.

En el caso de sistemas de refrigeración, en los que el refrigerante sigue un ciclo subcrítico, típicamente la unidad de enfriamiento es un condensador y el expansor es una válvula de estrangulación. Se conoce de la bibliografía que, en estas máquinas, la eficiencia energética y la efectividad son inversamente proporcionales a la temperatura de condensación: cuanto más baja es esta última, más altas son las primeras; de ahí la necesidad de contar con temperaturas de condensación bajas, lo que, sin embargo, a menudo choca con las soluciones técnicas requeridas para su obtención, cosa que, en algunos casos, puede llevar a un límite inferior más allá del cual no es conveniente/apropiado forzar.In the case of refrigeration systems, where the refrigerant follows a subcritical cycle, typically the cooling unit is a condenser and the expander is a throttling valve. It is known from the literature that, in these machines, energy efficiency and effectiveness are inversely proportional to the condensation temperature: the lower the latter, the higher the former; hence the need to have low condensation temperatures, which, however, often conflicts with the technical solutions required to obtain them, which, in some cases, can lead to a lower limit beyond which it is not convenient. /appropriate force.

En cambio, en lo que respecta a los sistemas de refrigeración en los que el refrigerante sigue un ciclo transcrítico, la unidad de enfriamiento es de forma apropiada un denominado enfriador de gas. En estas máquinas, el aumento de la efectividad está ligado a una reducción de la temperatura del refrigerante en el propio enfriador de gas; obviamente, esta temperatura está relacionada con la temperatura del aire ambiente (con la que el refrigerante intercambia calor en el enfriador de gas), con la consecuencia de que, en climas cálidos (por ejemplo, en el sur de Europa), las máquinas actuales presentan limitaciones de funcionamiento.However, for refrigeration systems in which the refrigerant follows a transcritical cycle, the cooling unit is appropriately a so-called gas chiller. In these machines, the increase in effectiveness is linked to a reduction in the temperature of the coolant in the gas cooler itself; Obviously, this temperature is related to the ambient air temperature (with which the refrigerant exchanges heat in the gas chiller), with the consequence that, in hot climates (for example, in southern Europe), current machines They have operating limitations.

Con el fin de tratar de superar, por lo menos en parte, algunas de estas limitaciones, a lo largo del tiempo han ido surgiendo diversas soluciones técnicas, por ejemplo condensadores adiabáticos y condensadores evaporativos. In order to try to overcome, at least in part, some of these limitations, various technical solutions have emerged over time, for example adiabatic condensers and evaporative condensers.

En los condensadores evaporativos, se introduce el refrigerante que se va a condensar en un conjunto de tubos sobre los que se pulveriza continuamente agua recirculada, eliminando su evaporación el calor a disipar por medio de la superficie de intercambio del conjunto.In evaporative condensers, the refrigerant to be condensed is introduced into a set of tubes on which recirculated water is continuously sprayed, its evaporation eliminating the heat to be dissipated through the exchange surface of the set.

En los condensadores adiabáticos, se introduce el refrigerante a condensar en un conjunto de tubos que se golpea con aire preenfriado mediante el proceso de saturación adiabática; el aire tratado, de este modo, retira el calor a disipar por medio de la superficie de intercambio.In adiabatic condensers, the refrigerant to be condensed is introduced into a set of tubes that are hit with precooled air through the adiabatic saturation process; The treated air, in this way, removes the heat to be dissipated through the exchange surface.

Aunque el uso de los procedimientos mencionados anteriormente (en lugar de los condensadores "secos" tradicionales) ha mejorado en parte la situación actual, los mismos adolecen de algunas limitaciones técnicas: estos sistemas se deben dimensionar de modo que disipen la totalidad del calor de condensación, y esto , con respecto a la solución propuesta, requiere un elevado caudal de aire, con un mayor gasto energético correspondiente de los ventiladores por pérdidas de carga; además, el consumo de agua también es elevado, ya que es proporcional al caudal de aire.Although the use of the above-mentioned procedures (instead of traditional "dry" condensers) has partly improved the current situation, they suffer from some technical limitations: these systems must be sized so that they dissipate all of the condensation heat , and this, with respect to the proposed solution, requires a high air flow, with a corresponding greater energy expenditure of the fans due to pressure losses; In addition, water consumption is also high, since it is proportional to the air flow.

El documento US 3108451 divulga una unidad de enfriamiento adiabático en la que el aire que entra en el condensador (es decir, la unidad de enfriamiento principal) es preenfriado por medio de un sistema formado por paneles adiabáticos y una válvula que "lee" la presión de condensación y entra en funcionamiento a un valor predeterminado de dicha presión; al abrir la válvula se humedecen los paneles adiabáticos y, como consecuencia, se enfría el aire.Document US 3108451 discloses an adiabatic cooling unit in which the air entering the condenser (i.e., the main cooling unit) is precooled by means of a system formed by adiabatic panels and a valve that "reads" the pressure condensation and comes into operation at a predetermined value of said pressure; When the valve is opened, the adiabatic panels are moistened and, as a consequence, the air is cooled.

El propósito de la presente invención es proporcionar una unidad de enfriamiento adiabático para sistemas de refrigeración y/o una máquina de refrigeración y/o un procedimiento para su funcionamiento que solucione el problema técnico descrito anteriormente, elimine los inconvenientes y supere las limitaciones de la técnica actual, permitiendo proporcionar sistemas de refrigeración de alta eficiencia, a pesar de la temperatura del aire ambiente en la que funcione la máquina.The purpose of the present invention is to provide an adiabatic cooling unit for refrigeration systems and/or a refrigeration machine and/or a method for its operation that solves the technical problem described above, eliminates the drawbacks and overcomes the limitations of the art. current, allowing to provide high-efficiency cooling systems, despite the ambient air temperature in which the machine operates.

Dentro de este propósito, un objetivo de la invención es proporcionar una unidad de enfriamiento para sistemas de refrigeración y/o una máquina de refrigeración y/o un procedimiento de funcionamiento de la misma que sea capaz de ofrecer las mayores garantías de fiabilidad y seguridad en uso.Within this purpose, an objective of the invention is to provide a cooling unit for refrigeration systems and/or a refrigeration machine and/or an operating procedure thereof that is capable of offering the greatest guarantees of reliability and safety in use.

Por último, pero no menos importante, otro objetivo de la invención es proporcionar una unidad de enfriamiento adiabático para sistemas de refrigeración y/o una máquina de refrigeración y/o un procedimiento de funcionamiento de la misma que resulten relativamente sencillos de proporcionar y económicamente competitivos en comparación con la técnica anterior.Last but not least, another objective of the invention is to provide a cooling unit adiabatic for refrigeration systems and/or a refrigeration machine and/or an operating procedure thereof that are relatively simple to provide and economically competitive compared to the prior art.

Este propósito, estos objetivos, así como otros que se pondrán más claramente de manifiesto a continuación se logran mediante un procedimiento para tratar un fluido refrigerante que realiza un ciclo de refrigeración en una máquina de refrigeración, tal como se define en la reivindicación 1. Dicho procedimiento comprende las siguientes etapas consecutivasThis purpose, these objectives, as well as others that will be made more clear below, are achieved by a procedure for treating a refrigerant fluid that performs a refrigeration cycle in a refrigeration machine, as defined in claim 1. Said procedure includes the following consecutive steps

a. comprimir el fluido refrigerante en un compresor de dicha máquina de refrigeración,to. compressing the refrigerant fluid in a compressor of said refrigeration machine,

b. enfriar el fluido refrigerante en una unidad de enfriamiento de la máquina de refrigeración,b. cool the refrigerant fluid in a cooling unit of the refrigeration machine,

c. expandir el fluido refrigerante en un expansor de la máquina de refrigeración,c. expand the refrigerant fluid in a refrigeration machine expander,

d. colocar el fluido refrigerante en un intercambio de calor con un fluido que se va a enfriar, en un intercambiador de calor de la máquina de refrigeración,d. placing the refrigerant fluid in a heat exchange with a fluid to be cooled, in a heat exchanger of the refrigeration machine,

caracterizado por que comprende etapas que consisten encharacterized in that it comprises stages that consist of

e. enfriar adiabáticamente un flujo de aireand. adiabatically cool an air flow

f. colocar en un intercambio de calor el flujo de aire enfriado adiabáticamente con el fluido refrigerante, por lo menos la etapa f. se lleva a cabo entre las etapas b. y c.F. place the adiabatically cooled air flow with the refrigerant fluid in a heat exchange, at least stage f. takes place between stages b. and c.

En particular, se utiliza lo siguiente en el sistema de refrigeración:In particular, the following is used in the cooling system:

- en el caso de sistemas subcríticos, una unidad de subenfriamiento adiabático en serie con el condensador - en el caso de sistemas transcríticos, una unidad de enfriamiento adiabático en serie con un enfriador de gas que reduce aún más la temperatura del gas a la salida de dicho enfriador de gas.- in the case of subcritical systems, an adiabatic subcooling unit in series with the condenser - in the case of transcritical systems, an adiabatic cooling unit in series with a gas cooler that further reduces the gas temperature at the outlet of said gas cooler.

Dicho de otro modo, de esta manera, se lleva a cabo un subenfriamiento del fluido refrigerante en el caso de sistemas subcríticos y se lleva a cabo un enfriamiento adicional del gas en el caso de sistemas transcríticos. El efecto es utilizar diferencias de entalpía que, de otro modo, no se utilizarían, proporcionando ventajas al sistema de refrigeración.In other words, in this way, subcooling of the refrigerant fluid is carried out in the case of subcritical systems and additional cooling of the gas is carried out in the case of transcritical systems. The effect is to use enthalpy differences that would otherwise not be used, providing advantages to the cooling system.

Por lo general, la etapa b. se proporciona por medio de una unidad de enfriamiento en seco, de modo que se obtenga (observando el ciclo del fluido refrigerante en su conjunto) una etapa para enfriar el fluido refrigerante del tipo combinado, en la que se utilizan combinándose entre sí dos procedimientos diferentes, es decir, enfriamiento en seco (proporcionado, por ejemplo, en los denominados enfriadores en seco) y una etapa de enfriamiento adiabático.Typically, stage b. is provided by means of a dry cooling unit, so that (observing the refrigerant fluid cycle as a whole) a stage for cooling the refrigerant fluid of the combined type is obtained, in which two different procedures are used in combination with each other. , i.e. dry cooling (provided, for example, in so-called dry coolers) and an adiabatic cooling stage.

En particular, en lo que respecta a la unidad de enfriamiento en seco:In particular, regarding the dry cooling unit:

- si funciona en condiciones subcríticas, se trata de un intercambiador de calor del tipo aire-líquido/gas, mientras que,- if it operates under subcritical conditions, it is an air-liquid/gas type heat exchanger, while,

- si funciona en una condición transcrítica, es un intercambiador aire-gas;- if it operates in a transcritical condition, it is an air-gas exchanger;

en ambos casos, el aire es aire ambiente, en condiciones de temperatura y humedad ambiente.In both cases, the air is ambient air, under conditions of ambient temperature and humidity.

La unidad de subenfriamiento/enfriamiento adiabático comprende un intercambiador de calor aire-gas (en condiciones transcríticas) o aire-líquido/gas o aire-líquido (en condiciones subcríticas), en el que el aire es aire ambiente que, de hecho, se enfría adiabáticamente.The subcooling/adiabatic cooling unit comprises an air-gas (under transcritical conditions) or air-liquid/gas or air-liquid (under subcritical conditions) heat exchanger, in which the air is ambient air that is, in fact, cools adiabatically.

Además, al utilizar en combinación una unidad de enfriamiento/subenfriamiento adiabático aguas abajo de un enfriador de gas/condensador, se consiguen ventajas adicionales; por ejemplo, el solicitante ha observado que, dado que se utiliza el enfriamiento adiabático para generar el denominado subenfriamiento (es decir, un enfriamiento adicional del fluido refrigerante con respecto al que se puede obtener solo con el enfriamiento en seco), dado que las dimensiones de la unidad de enfriamiento adiabático se reducen con respecto a los sistemas técnicos mencionados anteriormente (condensador evaporativo/condensador adiabático), la potencia de los ventiladores se reduce, ya que el caudal de aire tratado disminuye, el consumo de agua es claramente inferior al de los condensadores evaporativos normales o condensadores adiabáticos, y el sistema se puede adaptar a cualquier máquina de refrigeración, incluso una existente, como una readaptación que es relativamente sencilla de instalar y que presenta un coste modesto.Furthermore, by using in combination an adiabatic cooling/subcooling unit downstream of a gas chiller/condenser, additional advantages are achieved; For example, the applicant has observed that since adiabatic cooling is used to generate so-called subcooling (i.e., additional cooling of the refrigerant fluid compared to what can be obtained with dry cooling alone), since the dimensions of the adiabatic cooling unit are reduced with respect to the technical systems mentioned above (evaporative condenser/adiabatic condenser), the power of the fans is reduced, since the flow of treated air decreases, the water consumption is clearly lower than that of normal evaporative condensers or adiabatic condensers, and the system can be adapted to any refrigeration machine, even an existing one, as a retrofit that is relatively easy to install and comes at a modest cost.

Analizando en primer lugar los efectos ventajosos del procedimiento según la invención aplicado al caso de un ciclo subcrítico, se obtiene un desplazamiento del ciclo de refrigeración hacia la izquierda (en un diagrama presiónentalpía), aumentando la efectividad y dejando sustancialmente sin cambios el trabajo del compresor.Analyzing first the advantageous effects of the method according to the invention applied to the case of a subcritical cycle, a shift of the refrigeration cycle to the left is obtained (in a pressure-enthalpy diagram), increasing the effectiveness and leaving the work of the compressor substantially unchanged. .

Si se desea llevar a cabo una comparación entre algunos parámetros de funcionamiento de una máquina o unidad de refrigeración tradicional con funcionamiento subcrítico ("básico"), uno con "condensación adiabática" y uno que funcione según la invención, se obtiene la siguiente situación (en la que los datos relacionados con el procedimiento según la invención aparecen en la última fila "unidad de enfriamiento con SR adiabático"): If it is desired to carry out a comparison between some operating parameters of a traditional refrigeration machine or unit with subcritical ("basic") operation, one with "adiabatic condensation" and one operating according to the invention, the following situation is obtained ( in which the data related to the method according to the invention appear in the last row "cooling unit with adiabatic SR"):

Figure imgf000005_0001
Figure imgf000005_0001

Además, con respecto a la máquina con condensación adiabática, también se puede utilizar, para el enfriamiento del fluido refrigerante, una masa de aire menor, reduciendo el gasto de energía para los generadores de flujo de aire (típicamente ventiladores), y para reducir el consumo de agua (ya que es proporcional al caudal de aire). Furthermore, with respect to the machine with adiabatic condensation, a smaller air mass can also be used to cool the refrigerant fluid, reducing the energy expenditure for the air flow generators (typically fans), and to reduce the water consumption (since it is proportional to the air flow).

Esto tiene lugar debido a que, gracias a la invención, se incrementa el diferencial de separación global, utilizando finalmente niveles de entalpía que, de otro modo, no se utilizarían.This occurs because, thanks to the invention, the overall separation differential is increased, finally using enthalpy levels that would otherwise not be used.

Por lo tanto, se puede reducir el tamaño del sistema de refrigeración y, junto con el aumento de COP, se puede reducir la asignación de energía requerida por el contador eléctrico (que se puede estimar en unos 30 € por año por cada kW de energía ahorrada), reduciendo los gastos de funcionamiento anuales gracias al aumento de la eficiencia energética.Therefore, the size of the cooling system can be reduced and, together with the increase in COP, the energy allocation required by the electric meter can be reduced (which can be estimated at about €30 per year for each kW of energy saved), reducing annual operating expenses thanks to increased energy efficiency.

Pasando ahora a analizar las ventajas de la invención cuando se aplica en el caso de un ciclo transcrítico, se observa que la temperatura del flujo de aire enfriado por enfriamiento adiabático es menor que la del aire ambiente con el que intercambia calor el refrigerante en el enfriador de gas.Moving now to analyze the advantages of the invention when applied in the case of a transcritical cycle, it is observed that the temperature of the air flow cooled by adiabatic cooling is lower than that of the ambient air with which the refrigerant exchanges heat in the cooler. Of gas.

Las ventajas resultan visibles inmediatamente en la tabla siguiente, que muestra los resultados típicos de un sistema de conservación refrigerado a medida que varía la temperatura del aire exterior, en una comparación entre una unidad o máquina tradicional ("básica") y una prevista según la invención (los datos relativos al procedimiento según la invención aparecen en la última fila "unidad de enfriamiento con SR adiabático"). The advantages are immediately visible in the following table, which shows the typical results of a refrigerated preservation system as the outside air temperature varies, in a comparison between a traditional ("basic") unit or machine and one intended according to the invention (data relating to the process according to the invention appear in the last row "cooling unit with adiabatic SR").

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La mayor potencia producida supone ahorros, ya que se puede limitar la cantidad de compresores.The greater power produced means savings, since the number of compressors can be limited.

Otro objetivo de la invención es una máquina de refrigeración que comprende una unidad de subenfriamiento adiabático, tal como se define en la reivindicación 4.Another object of the invention is a refrigeration machine comprising an adiabatic subcooling unit, as defined in claim 4.

Se pondrán de manifiesto más claramente otras características y ventajas de la invención a partir de la descripción relativa a la máquina de refrigeración y a dos formas de realización de una unidad de enfriamiento adiabático según la invención, que se ilustran a título de ejemplo no limitativo con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los que: Other features and advantages of the invention will become clearer from the description relating to the refrigeration machine and two embodiments of an adiabatic cooling unit according to the invention, which are illustrated by way of non-limiting example with the help of the attached drawings, in which:

la figura 1 es una vista esquemática simplificada de una máquina de refrigeración según la invención;Figure 1 is a simplified schematic view of a refrigeration machine according to the invention;

la figura 2 es una vista lateral en sección de una primera forma de realización de una unidad de enfriamiento adiabático según la invención;Figure 2 is a side sectional view of a first embodiment of an adiabatic cooling unit according to the invention;

la figura 3 es una vista lateral en sección de una primera forma de realización de una unidad de enfriamiento adiabático según la invención.Figure 3 is a side sectional view of a first embodiment of an adiabatic cooling unit according to the invention.

Haciendo referencia a la figura 1, dicha figura muestra esquemáticamente una máquina de refrigeración 100 según la invención.Referring to Figure 1, said figure schematically shows a refrigeration machine 100 according to the invention.

En su esquema general, la máquina de refrigeración 100 comprende un compresor 101, una unidad de enfriamiento principal 102, un expansor 103, un intercambiador de calor principal 104, diseñados para ser atravesados por un fluido refrigerante que realiza un ciclo de refrigeración.In its general scheme, the refrigeration machine 100 comprises a compressor 101, a main cooling unit 102, an expander 103, a main heat exchanger 104, designed to be crossed by a refrigerant fluid that performs a refrigeration cycle.

El fluido refrigerante puede variar en función de las formas de realización elegidas, por ejemplo R134A o R410A o CO2: los dos primeros se utilizan especialmente en el caso de ciclos subcríticos mientras que el segundo se utiliza en el caso de ciclos transcríticos.The refrigerant fluid can vary depending on the chosen embodiments, for example R134A or R410A or CO 2 : the first two are used especially in the case of subcritical cycles while the second is used in the case of transcritical cycles.

En este sentido, resulta útil precisar ahora que, en el caso de un fluido refrigerante que realice un ciclo subcrítico, la unidad principal de enfriamiento 102 será un condensador (en el que el fluido refrigerante cambia de estado y se condensa), mientras que, en el caso en el que el ciclo sea transcrítico, la unidad de enfriamiento principal será el denominado enfriador de gas (en el que el fluido refrigerante no cambia de estado y permanece gaseoso). In this sense, it is useful to now specify that, in the case of a refrigerant fluid that performs a subcritical cycle, the main cooling unit 102 will be a condenser (in which the refrigerant fluid changes state and condenses), while, In the case in which the cycle is transcritical, the main cooling unit will be the so-called gas chiller (in which the refrigerant fluid does not change state and remains gaseous).

El expansor 103 puede ser una válvula controlada por termostato o una turbina, según resulte necesario.The expander 103 may be a thermostatically controlled valve or a turbine, as necessary.

El intercambiador de calor 104, en el caso de condiciones subcríticas, es un evaporador, en el que el refrigerante cambia de estado.The heat exchanger 104, in the case of subcritical conditions, is an evaporator, in which the refrigerant changes state.

De manera característica, la máquina 100 según la invención comprende una unidad de subenfriamiento/enfriamiento adiabático 1, que está dispuesta aguas abajo de la unidad de enfriamiento principal 102 con respecto a una dirección de recorrido del fluido refrigerante en la máquina 100.Characteristically, the machine 100 according to the invention comprises a subcooling/adiabatic cooling unit 1, which is arranged downstream of the main cooling unit 102 with respect to a direction of travel of the cooling fluid in the machine 100.

A continuación, se volverá a los detalles de la unidad de subenfriamiento/enfriamiento adiabático 1, en las descripciones de las figuras 2 y 3; por el momento, basta con señalar que el fluido refrigerante discurre por el circuito que se acaba de definir, pasando por la unidad de enfriamiento adiabático 1 después de pasar por la unidad de enfriamiento principal 102.The details of the subcooling/adiabatic cooling unit 1 will now be returned to in the descriptions of Figures 2 and 3; For the moment, it is enough to note that the refrigerant fluid runs through the circuit that has just been defined, passing through the adiabatic cooling unit 1 after passing through the main cooling unit 102.

En cuanto a esta última, suele tratarse de una unidad de enfriamiento seca (también conocida como enfriador seco), tanto en el caso de ciclos subcríticos como transcríticos, en la que el fluido refrigerante (que está caliente y a alta presión) que llega desde el compresor 101 se coloca en contacto de intercambio de calor con un segundo fluido, generalmente aire ambiente.As for the latter, it is usually a dry cooling unit (also known as a dry cooler), both in the case of subcritical and transcritical cycles, in which the refrigerant fluid (which is hot and at high pressure) arriving from the Compressor 101 is placed in heat exchange contact with a second fluid, generally ambient air.

Las unidades de enfriamiento en seco son del tipo aire-líquido/gas o aire-gas y comprenden, por ejemplo, un conjunto de tubos con aletas por el que discurre el refrigerante, intercambiando así calor con el aire ambiente que discurre por las aletas; opcionalmente, el aire puede ser forzado de forma adecuada por las aletas gracias a ventiladores 108 provistos adecuadamente para este fin; el aire ambiente se transporta a las aletas en las condiciones de temperatura y humedad ambiente, sin pretratamiento que las modifique.Dry cooling units are of the air-liquid/gas or air-gas type and comprise, for example, a set of tubes with fins through which the refrigerant runs, thus exchanging heat with the ambient air that runs through the fins; optionally, air can be suitably forced through the fins thanks to fans 108 suitably provided for this purpose; Ambient air is transported to the fins under the conditions of ambient temperature and humidity, without pretreatment that modifies them.

En una máquina de refrigeración 100 provista de este modo, independientemente del fluido refrigerante y del ciclo que siga, subcrítico o transcrítico, de forma totalmente general se prevé que el tratamiento del fluido refrigerante que realiza un ciclo de refrigeración comprenda las siguientes etapas consecutivasIn a refrigeration machine 100 provided in this way, regardless of the refrigerant fluid and the cycle it follows, subcritical or transcritical, in a completely general way it is foreseen that the treatment of the refrigerant fluid that carries out a refrigeration cycle comprises the following consecutive steps

a. comprimir el fluido refrigerante en el compresor 101,to. compress the refrigerant fluid in the compressor 101,

b. enfriar el fluido refrigerante en la unidad de enfriamiento principal 102, b. cool the refrigerant fluid in the main cooling unit 102,

c. expandir el fluido refrigerante en el expansor 103,c. expand the refrigerant fluid in the expander 103,

d. colocar el fluido refrigerante en intercambio de calor con un fluido a enfriar, en el intercambiador de calor principal 104.d. place the cooling fluid in heat exchange with a fluid to be cooled, in the main heat exchanger 104.

Típicamente, el fluido que se va a enfriar es aire que se encuentra en o está dirigido a un entorno que se desea enfriar.Typically, the fluid to be cooled is air that is in or directed to an environment that is to be cooled.

El procedimiento según la invención comprende además las etapas siguientesThe method according to the invention further comprises the following steps

e. enfriar adiabáticamente un flujo de aireand. adiabatically cool an air flow

f. poner en contacto en intercambio de calor el flujo de aire enfriado adiabáticamente con el fluido refrigerante, por lo menos la etapa f. se realiza entre las etapas b. y c., de conformidad con la máquina 100 que se acaba de describir.F. bring the adiabatically cooled air flow into contact with the refrigerant fluid in heat exchange, at least stage f. It is carried out between the stages b. and c., in accordance with the machine 100 just described.

Aunque más adelante se volverá a este asunto, cabe señalar que la etapa f. se realiza en un intercambiador de calor aire-gas o aire-líquido/gas de la unidad de enfriamiento adiabático según la invención.Although we will return to this matter later, it should be noted that stage f. It is carried out in an air-gas or air-liquid/gas heat exchanger of the adiabatic cooling unit according to the invention.

En la práctica, observando el itinerario que sigue el fluido refrigerante en la máquina 100, este (aguas abajo del compresor 101) pasa primero por la unidad de enfriamiento principal 102 y a continuación, por la unidad de enfriamiento adiabático 1 (o, más precisamente, el intercambiador aire-gas o aire-líquido/gas o aire-líquido de esta última).In practice, observing the route that the refrigerant fluid follows in the machine 100, it (downstream of the compressor 101) first passes through the main cooling unit 102 and then through the adiabatic cooling unit 1 (or, more precisely, the air-gas or air-liquid/gas or air-liquid exchanger of the latter).

La unidad de enfriamiento principal 102 suele ser del tipo seco (aire-gas/líquido o aire-gas), tal como se ha detallado con anterioridad y en ella se enfría el fluido refrigerante por intercambio de calor con el aire, normalmente el aire ambiente en condiciones ambientales de humedad y temperatura.The main cooling unit 102 is usually of the dry type (air-gas/liquid or air-gas), as detailed previously and in it the refrigerant fluid is cooled by heat exchange with the air, normally ambient air. in environmental conditions of humidity and temperature.

Por lo tanto, ventajosamente, el fluido refrigerante llega a la unidad de enfriamiento adiabático 1 con una temperatura inferior a la que se alimenta a la unidad de enfriamiento principal 102 y, opcionalmente, ya está (por menos parcialmente) condensado, si funciona en una condición subcrítica.Therefore, advantageously, the refrigerant fluid arrives at the adiabatic cooling unit 1 with a lower temperature than that fed to the main cooling unit 102 and, optionally, is already (at least partially) condensed, if operating in a subcritical condition.

La temperatura del refrigerante se reduce aún más en la unidad de enfriamiento adiabático 1, gracias al intercambio de calor que se proporciona en la misma entre el fluido refrigerante y un flujo de aire enfriado adiabáticamente. El enfriamiento adiabático del aire se lleva a cabo extrayendo un caudal de aire del entorno, que se hace transitar a través de (o en todo caso en) un paquete de evaporación humidificada 5: la temperatura del aire disminuye y, simultáneamente, su humedad aumenta gracias a que el aire que se encuentra presente en dicho paquete 5 se evapora parcialmente, retirando calor al flujo de aire y cediendo agua en forma de aumento de humedad que puede llegar casi a la saturación (superior al 95%).The temperature of the refrigerant is further reduced in the adiabatic cooling unit 1, thanks to the heat exchange provided therein between the refrigerant fluid and an adiabatically cooled air flow. The adiabatic cooling of the air is carried out by extracting a flow of air from the environment, which is passed through (or in any case in) a humidified evaporation package 5: the temperature of the air decreases and, simultaneously, its humidity increases. thanks to the fact that the air that is present in said package 5 partially evaporates, removing heat from the air flow and giving up water in the form of increased humidity that can reach almost saturation (greater than 95%).

Los efectos ventajosos se han descrito y se han mostrado anteriormente con la ayuda de las tablas, tanto en el caso de un ciclo subcrítico como en el caso de un ciclo transcrítico, y no se profundizará más.The advantageous effects have been described and shown above with the help of the tables, both in the case of a subcritical cycle and in the case of a transcritical cycle, and will not be elaborated further.

Pasando a la descripción detallada de algunos ejemplos de la unidad de enfriamiento adiabático 1 de la figura 2 para sistemas de refrigeración 100 como se ha descrito anteriormente, de manera completamente general, la misma comprende un generador de un flujo de aire 11 que está conectado en su funcionamiento a un canal de flujo de aire 12.Moving on to the detailed description of some examples of the adiabatic cooling unit 1 of Figure 2 for refrigeration systems 100 as described above, in a completely general way, it comprises an air flow generator 11 that is connected in its operation to an air flow channel 12.

El generador 11 está provisto de una entrada 111 que está abierta hacia un entorno externo y, opcionalmente, está provista de filtros o mallas de limpieza, de un tipo en sí ya conocido en el que no se profundizará más.The generator 11 is provided with an inlet 111 that is open to an external environment and is optionally provided with filters or cleaning meshes, of a type already known per se and which will not be discussed further.

Preferentemente, para optimizar las condiciones de dinámica de fluidos del flujo de aire, directamente aguas abajo del generador 11, el canal 12 está provisto de una parte divergente.Preferably, to optimize the fluid dynamic conditions of the air flow, directly downstream of the generator 11, the channel 12 is provided with a diverging portion.

El generador de flujo de aire 11, en el ejemplo no limitativo que se muestra en las figuras 2 y 3, es un ventilador centrífugo.The air flow generator 11, in the non-limiting example shown in Figures 2 and 3, is a centrifugal fan.

En el canal 12, preferentemente en una parte intermedia de sección constante del mismo, dispuesta directamente aguas abajo (con respecto al itinerario del flujo de aire) de la parte divergente, se prevé un paquete de evaporación 13 que es atravesado por el flujo de aire movido por el generador 11.In the channel 12, preferably in an intermediate part of constant section thereof, arranged directly downstream (with respect to the air flow path) of the divergent part, an evaporation package 13 is provided that is crossed by the air flow. powered by generator 11.

El paquete de evaporación 13 comprende paneles de evaporación 131.The evaporation package 13 comprises evaporation panels 131.

La unidad de enfriamiento adiabático 1 comprende además un conjunto de humidificación 14 para el paquete de evaporación 13 que está adaptado para mantener dicho paquete de evaporación impregnado con agua (durante el funcionamiento).The adiabatic cooling unit 1 further comprises a humidification assembly 14 for the package of evaporation 13 which is adapted to keep said evaporation package impregnated with water (during operation).

Aguas abajo del paquete de evaporación (nuevamente haciendo referencia al itinerario del flujo de aire) se prevé un intercambiador de calor 15 que está conectado al canal 12.Downstream of the evaporation package (again referring to the air flow path) a heat exchanger 15 is provided which is connected to channel 12.

El intercambiador de calor 15 está adaptado para permitir el intercambio de calor entre el flujo de aire enfriado adiabáticamente y el fluido refrigerante que discurre por el interior del intercambiador 15.The heat exchanger 15 is adapted to allow heat exchange between the adiabatically cooled air flow and the refrigerant fluid that runs through the interior of the exchanger 15.

El intercambiador de calor 15 de la unidad de enfriamiento adiabático 1 es un intercambiador aire-gas o airelíquido/gas o aire-líquido, en el que el aire se enfría adiabáticamente.The heat exchanger 15 of the adiabatic cooling unit 1 is an air-gas or air-liquid/gas or air-liquid exchanger, in which the air is cooled adiabatically.

Si se observa brevemente de nuevo el diagrama de la figura 1, se comprende claramente que el fluido refrigerante aguas abajo del intercambiador principal 102 atraviesa el intercambiador 15.By briefly looking at the diagram in Figure 1 again, it is clearly understood that the cooling fluid downstream of the main exchanger 102 passes through the exchanger 15.

Preferentemente, el intercambiador 15 presenta la forma de un conjunto de tubos con aletas, en el que los conductos con aletas conducen dicho fluido refrigerante y son rozados por el flujo de aire que se enfría adiabáticamente mediante la unidad de enfriamiento 1, tal como se ha descrito con anterioridad.Preferably, the exchanger 15 is in the form of a set of finned tubes, in which the finned ducts conduct said cooling fluid and are brushed by the air flow that is cooled adiabatically by the cooling unit 1, as shown. described previously.

Seguidamente, el canal 12 finaliza con una salida 112 aguas abajo del intercambiador 15, por medio de la que se expulsa el aire.Next, channel 12 ends with an outlet 112 downstream of exchanger 15, through which the air is expelled.

Cabe señalar que, en la forma de realización que se acaba de describir, en la condición de instalación, la entrada 111 y la salida 112 están dispuestas a la misma altura con respecto al suelo, por lo que, en la condición instalada, el canal 12 es sustancialmente horizontal.It should be noted that, in the embodiment just described, in the installed condition, the inlet 111 and the outlet 112 are arranged at the same height with respect to the ground, so, in the installed condition, the channel 12 is substantially horizontal.

En cuanto al conjunto de humidificación 14, comprende un depósito de agua 141, una bomba 142 y boquillas dispensadoras de agua 143 dirigidas hacia el paquete 13.As for the humidification assembly 14, it comprises a water tank 141, a pump 142 and water dispensing nozzles 143 directed towards the package 13.

Preferentemente, con el fin de reducir la cantidad de piezas, el depósito 141 está dispuesto debajo del paquete de evaporación 13 y la bomba 142 está conectada en su funcionamiento a dicho depósito 141 y a las boquillas 143, a fin de dispensar el agua extraída del depósito 141 sobre el paquete de evaporación 13.Preferably, in order to reduce the number of parts, the tank 141 is arranged below the evaporation package 13 and the pump 142 is connected in operation to said tank 141 and to the nozzles 143, in order to dispense the water extracted from the tank. 141 on evaporation package 13.

El exceso de agua, tras humectar los paneles 131 del paquete 13, se recoge en el depósito 141 para luego ser reutilizada y reducir así el consumo; para este propósito, el depósito 141 se proporciona preferentemente como un tubo.The excess water, after moistening the panels 131 of the package 13, is collected in the tank 141 to later be reused and thus reduce consumption; For this purpose, the reservoir 141 is preferably provided as a tube.

En la forma de realización de la figura 3, la unidad de enfriamiento adiabático se designa generalmente con el número de referencia 10.In the embodiment of Figure 3, the adiabatic cooling unit is generally designated by the reference number 10.

Dicha unidad comprende sustancialmente las mismas partes, designadas con el mismo número de referencia y con la misma función, que la unidad de enfriamiento 1 que se acaba de describir, y sobre la que no se profundiza más, haciendo referencia a la descripción realizada con anterioridad.Said unit comprises substantially the same parts, designated with the same reference number and with the same function, as the cooling unit 1 that has just been described, and which is not discussed further, with reference to the description made previously. .

La principal diferencia entre la unidad de enfriamiento 1 y la unidad de enfriamiento 10 reside en que, en la primera, el canal 12 era horizontal, mientras que, en este ejemplo, el canal 120 presenta una parte que se extiende verticalmente, de modo que la entrada 1110 y la salida 1120 están dispuestas, cuando se instalan, a diferentes alturas, siendo estas últimas más altas que las primeras.The main difference between the cooling unit 1 and the cooling unit 10 is that, in the former, the channel 12 was horizontal, while, in this example, the channel 120 has a part that extends vertically, so that The inlet 1110 and the outlet 1120 are arranged, when installed, at different heights, the latter being higher than the former.

Otra diferencia que se observa está relacionada con la sección transversal del canal 12 y 120: mientras que, en el canal 12, el paquete 13 está ubicado entre una parte divergente y una parte convergente del canal, el canal 120 prevé una sección de paso sustancialmente constante.Another difference that is observed is related to the cross section of the channel 12 and 120: while, in the channel 12, the package 13 is located between a diverging part and a converging part of the channel, the channel 120 provides for a substantially constant.

Las dos variantes permiten ventajosamente disponer unidades de enfriamiento adiabático con una ocupación de espacio vertical reducida (como la unidad de enfriamiento 1) o con una ocupación de espacio horizontal reducida (como la unidad de enfriamiento 10), que se pueden utilizar a voluntad como una función de las condiciones de instalación y de los espacios disponibles.The two variants advantageously allow adiabatic cooling units to be arranged with a reduced vertical space occupation (such as the cooling unit 1) or with a reduced horizontal space occupation (such as the cooling unit 10), which can be used at will as a depending on the installation conditions and available spaces.

En la práctica, se ha observado que el procedimiento, la máquina y la unidad de enfriamiento de acuerdo con la presente invención logran el propósito y los objetivos previstos, ya que se permite la reducción de la temperatura del fluido refrigerante a la salida del intercambiador principal para optimizar el funcionamiento de la máquina, tanto cuando funciona de forma subcrítica como cuando funciona de forma transcrítica, tal como se destaca claramente con anterioridad a partir de los resultados experimentales expuestos en las tablas.In practice, it has been observed that the procedure, the machine and the cooling unit according to the present invention achieve the intended purpose and objectives, since the reduction of the temperature of the refrigerant fluid at the outlet of the main exchanger is allowed. to optimize the operation of the machine, both when it works subcritically and when it works transcritically, as clearly highlighted above from the experimental results presented in the tables.

El procedimiento, la máquina o la unidad de enfriamiento así concebidas son susceptibles de numerosas modificaciones y variaciones, todas ellas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. The cooling process, machine or unit thus conceived is susceptible to numerous modifications and variations, all of them within the scope of the attached claims.

Además, la totalidad de los detalles se puede reemplazar por otros elementos equivalentes técnicamente.Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.

En la práctica, los materiales utilizados, siempre que sean compatibles con el uso específico, así como las formas y dimensiones contingentes, pueden ser cualesquiera de conformidad con los requisitos.In practice, the materials used, as long as they are compatible with the specific use, as well as the contingent shapes and dimensions, can be any in accordance with the requirements.

Cuando las características técnicas mencionadas en cualquier reivindicación vayan seguidas de signos de referencia, dichos signos de referencia se han incluido con el único propósito de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y, en consecuencia, dichos signos de referencia no presentan ningún efecto limitativo sobre la interpretación de cada elemento identificado a título de ejemplo por dichos signos de referencia. When the technical characteristics mentioned in any claim are followed by reference signs, said reference signs have been included for the sole purpose of increasing the intelligibility of the claims and, consequently, said reference signs do not have any limiting effect on the interpretation of each element identified by way of example by said reference signs.

Claims (9)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para tratar un fluido refrigerante que lleva a cabo un ciclo de refrigeración en una máquina de refrigeración (100), que comprende las siguientes etapas consecutivas1. Procedure for treating a refrigerant fluid that carries out a refrigeration cycle in a refrigeration machine (100), comprising the following consecutive steps a. comprimir el fluido refrigerante en un compresor (101) de dicha máquina de refrigeración (100), b. enfriar el fluido refrigerante en una unidad de enfriamiento principal (102) de la máquina de refrigeración (100),to. compressing the refrigerant fluid in a compressor (101) of said refrigeration machine (100), b. cooling the refrigerant fluid in a main cooling unit (102) of the refrigeration machine (100), c. expandir el fluido refrigerante en un expansor (103) de la máquina de refrigeración (100),c. expand the refrigerant fluid in an expander (103) of the refrigeration machine (100), d. colocar el fluido refrigerante en un intercambio de calor con un fluido que se va a enfriar, en un intercambiador de calor principal (104) de la máquina de refrigeración (100),d. placing the refrigerant fluid in a heat exchange with a fluid to be cooled, in a main heat exchanger (104) of the refrigeration machine (100), e. enfriar adiabáticamente un flujo de aireand. adiabatically cool an air flow f. colocar en un intercambio de calor el flujo de aire enfriado adiabáticamente con el fluido refrigerante, siendo por lo menos la etapa f. llevada a cabo entre las etapas b. y c.F. place the adiabatically cooled air flow with the refrigerant fluid in a heat exchange, being at least stage f. carried out between stages b. and c. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa b. se lleva a cabo por medio de una unidad principal de enfriamiento en seco (102).2. Method according to claim 1, wherein step b. It is carried out by means of a main dry cooling unit (102). 3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la etapa e. se lleva a cabo por lo menos al atravesar mediante el flujo de aire un paquete de evaporación humidificado (103) en una unidad de enfriamiento adiabático (1, 10).3. Method according to claim 1 or 2, wherein step e. It is carried out at least by passing air through a humidified evaporation package (103) in an adiabatic cooling unit (1, 10). 4. Máquina de refrigeración (100) que comprende: un compresor (101), una unidad de enfriamiento principal (102), un expansor (103), un intercambiador de calor principal (104), que están destinados a ser atravesados por un fluido refrigerante que lleva a cabo un ciclo de refrigeración en este orden,4. Refrigeration machine (100) comprising: a compressor (101), a main cooling unit (102), an expander (103), a main heat exchanger (104), which are intended to be passed through by a fluid refrigerant that carries out a refrigeration cycle in this order, en el que el mismo además comprende una unidad de subenfriamiento/enfriamiento adiabático (1, 10) que comprende:wherein it also comprises a subcooling/adiabatic cooling unit (1, 10) that comprises: un canal (12, 120) para un flujo de aire,a channel (12, 120) for an air flow, un generador de un flujo de aire (11) que está conectado funcionalmente a dicho canal (12, 120) para dicho flujo de aire,a generator of an air flow (11) that is functionally connected to said channel (12, 120) for said air flow, un paquete de evaporación (13) dispuesto en el canal (12, 120),an evaporation package (13) arranged in the channel (12, 120), un conjunto de humidificación (14) para el paquete de evaporación (13),a humidification assembly (14) for the evaporation package (13), un intercambiador de calor (15) conectado a dicho canal (12, 120) aguas abajo del paquete de evaporación (13), con respecto a una dirección de recorrido del flujo de aire en el canal (12), con el fin de permitir el intercambio de calor entre dicho flujo de aire y el fluido refrigerante, estando la unidad de subenfriamiento adiabático dispuesta aguas abajo de la unidad de enfriamiento principal (102) y aguas arriba del expansor (103) con referencia a una dirección de recorrido del fluido refrigerante en la máquina (100).a heat exchanger (15) connected to said channel (12, 120) downstream of the evaporation package (13), with respect to a direction of travel of the air flow in the channel (12), in order to allow the heat exchange between said air flow and the cooling fluid, the adiabatic subcooling unit being arranged downstream of the main cooling unit (102) and upstream of the expander (103) with reference to a direction of travel of the cooling fluid in the machine (100). 5. Máquina de refrigeración según la reivindicación 4, en la que el paquete de evaporación (13) comprende uno o más paneles de evaporación (131).5. Refrigeration machine according to claim 4, wherein the evaporation package (13) comprises one or more evaporation panels (131). 6. Máquina de refrigeración según la reivindicación 4 o 5, en la que el conjunto de humidificación (14) comprende un depósito de agua (141), una bomba (142), unas boquillas dispensadoras (143), estando dicho depósito (141) dispuesto debajo de dicho paquete de evaporación (13), presentando la bomba (142) una conexión funcional al depósito (141) y a las boquillas (143) con el fin de dispensar el agua tomada del depósito (141) sobre dicho paquete de evaporación (13).6. Refrigeration machine according to claim 4 or 5, wherein the humidification assembly (14) comprises a water tank (141), a pump (142), dispensing nozzles (143), said tank (141) being arranged below said evaporation package (13), the pump (142) presenting a functional connection to the tank (141) and the nozzles (143) in order to dispense the water taken from the tank (141) onto said evaporation package ( 13). 7. Máquina de refrigeración (100) según la reivindicación 4, en la que la unidad de enfriamiento principal (102) es una unidad de enfriamiento en seco configurada de manera que el fluido refrigerante intercambie calor con aire ambiente.7. Refrigeration machine (100) according to claim 4, wherein the main cooling unit (102) is a dry cooling unit configured so that the refrigerant fluid exchanges heat with ambient air. 8. Máquina de refrigeración (100) según la reivindicación 4, en la que el intercambiador de calor (15) de la unidad de subenfriamiento/enfriamiento (1, 10) es un intercambiador aire-gas o aire-líquido/gas o aire-líquido dispuesto aguas abajo de la unidad de enfriamiento principal (102). 8. Refrigeration machine (100) according to claim 4, wherein the heat exchanger (15) of the subcooling/cooling unit (1, 10) is an air-gas or air-liquid/gas or air-air exchanger. liquid arranged downstream of the main cooling unit (102). 9. Máquina de refrigeración (100) según la reivindicación 4 configurada para llevar a cabo el procedimiento según una o más de las reivindicaciones 1 a 3. 9. Refrigeration machine (100) according to claim 4 configured to carry out the method according to one or more of claims 1 to 3.
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