BR112019027254A2

BR112019027254A2 - sistemas e métodos de refrigeração

Info

Publication number: BR112019027254A2
Application number: BR112019027254-2A
Authority: BR
Inventors: Michael Petersen; Gustavo Pottker; Samuel Yana Motta; Ronald Peter Vogl; Ankit Sethi
Original assignee: Honeywell International Inc.
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2020-07-14
Also published as: KR20230031988A; KR20240027892A; MX2019015060A; MX2024003325A; KR102641646B1; JP2023089274A; JP2020525745A; KR20200021466A; WO2018237175A1; US20190137147A1; CA3068016A1; KR102504975B1

Abstract

Trata-se de sistemas de refrigeração em cascata que compreendem: uma pluralidade de unidades de refrigeração, sendo que cada unidade de refrigeração contém um primeiro circuito de refrigeração, cada primeiro circuito de refrigeração compreende um evaporador e um trocador de calor; e um segundo circuito de refrigeração; em que cada trocador de calor está disposto para transferir energia térmica entre seus respectivos primeiro circuito de refrigeração e segundo circuito de refrigeração.

Description

"SISTEMAS E MÉTODOS DE REFRIGERAÇÃO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente pedido está relacionado e reivindica o benefício das prioridades de cada um dos pedidos provisórios U.S. 62/522,836, depositado em 21 de junho de 2017, e U.S. 62/522,846, depositado em 21 de junho de 2017, cada um dos quais está aqui incorporado a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção se refere a métodos e sistemas de refrigeração, particularmente, mas não exclusivamente, a sistemas de refrigeração adequados para uso com refrigerantes de baixo GWP.

ANTECEDENTES

[0003] A indústria de refrigeração está sob uma pressão crescente - através de alterações regulatórias e de outras - para substituir refrigerantes de elevado potencial de aquecimento global (GWP), como R404A, por refrigerantes de GWP baixo, como refrigerantes com GWP abaixo de 150. Isto é de particular importância no sistema de refrigeração comercial, no qual altos volumes de refrigerantes são usados.

[0004] Uma abordagem tem sido o uso de refrigerantes de GWP baixo, como dióxido de carbono (R744) e refrigerantes à base de hidrocarbonetos. Entretanto, tal abordagem, como utilizada até o momento, pode sofrer de importantes desvantagens financeiras e de segurança, como: eficiência energética insatisfatória do sistema, levando a custos operacionais aumentados; alta complexidade do sistema, levando a altos custos do sistema inicial; baixa capacidade de manutenção do sistema e alta inflamabilidade do sistema. Os sistemas que incluem refrigerantes altamente inflamáveis, de acordo com as disposições anteriores, são particularmente desvantajosos, uma vez que podem acarretar níveis de segurança baixos; podem entrar em conflito com restrições de códigos regulamentários; e podem aumentar a responsabilidade de operadores e fabricantes de sistemas de refrigeração. A segurança é uma preocupação especial, tendo em vista que muitas aplicações de refrigeração comerciais, como supermercados, frigoríficos, congeladores e vitrines frias, estão publicamente acessíveis e frequentemente operam em espaços densamente povoados.

[0005] Os requerentes da presente invenção entenderam, portanto, que a indústria de refrigeração continua a precisar de abordagens seguras, robustas e sustentáveis para reduzir o uso de refrigerantes de GWP alto que podem ser usados com as tecnologias existentes.

[0006] Uma tal abordagem que foi anteriormente usada é mostrada na Figura 1A. A Figura 1A mostra um sistema de refrigeração 100 que é comumente usado para refrigeração comercial em supermercados. O sistema 100 é um sistema de expansão direta que fornece tanto média quanto baixa temperatura de refrigeração através do circuito de refrigeração de média temperatura 110 e do circuito de refrigeração de baixa temperatura 120.

[0007] Em uma típica configuração anterior, designada como 100 na Figura 1A, o circuito de refrigeração de média temperatura 110 tem R134a como seu refrigerante. O circuito de refrigeração de média temperatura 110 fornece tanto o resfriamento de média temperatura quanto a remoção do calor rejeitado do circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 através de um trocador de calor 130. O circuito de refrigeração de média temperatura 110 se estende entre um teto 140, uma sala de máquinas 141 e área de vendas 142. O circuito de refrigeração de baixa temperatura 120, por outro lado, tem R744, como o seu refrigerante. O circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 se estende entre a sala de máquinas 141 e a área de vendas 142. De maneira útil, conforme discutido acima, R744 tem um GWP baixo.

[0008] No entanto, embora os sistemas de refrigeração do tipo apresentado na Figura 1A possam ser capazes de fornecer bons níveis de eficiência, os requerentes entendem que os sistemas deste tipo têm pelo menos duas desvantagens principais: em primeiro lugar, tais sistemas usam o refrigerante R134a de GWP alto (R134a tem um GWP de cerca de 1.300); e, em segundo, embora as porções de baixa temperatura de tais sistemas usem o refrigerante R/744 de GWP baixo, este refrigerante exibe as muitas desvantagens discutidas acima, incluindo significativas desvantagens financeiras e de segurança.

SUMÁRIO

[0009] A presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de primeiros circuitos de refrigeração, com cada primeiro circuito de refrigeração compreendendo um primeiro refrigerante que é inflamável, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos (que é uma medida da potência de entrada para o compressor) de cerca de 2 cavalos de potência (aproximadamente 1,5 quilowatt) ou menos e um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa; e um segundo circuito de refrigeração contendo um segundo refrigerante que não é inflamável, e um evaporador no qual o dito segundo refrigerante evapora a uma temperatura abaixo da dita primeira temperatura de condensação em que o dito segundo refrigerante evapora no dito trocador de calor mediante a absorção de calor a partir do dito primeiro refrigerante.

[0010] A presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada primeiro circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um primeiro refrigerante inflamável, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção de calor a partir do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0011] Para uso na presente invenção, o termo "inflamável", em relação a um refrigerante, significa que o refrigerante não é classificado como A1 no protocolo de testes ASHRAE 34-2016, que define condições e aparelhos e usa o método atual ASTM E681-09 anexo A1). Consequentemente, um refrigerante que é classificado como A2L sob protocolo de teste ASHRAE 34-2016 que define condições e aparelhos e que usa o método atual ASTM E681-09 anexo A1 ou é mais inflamável que a classificação de A2L seria considerado inflamável.

[0012] Por outro lado, o termo "não inflamável", em relação a um refrigerante, significa que o refrigerante é classificado como A1 no protocolo de testes ASHRAE 34-2016, que define condições e aparelhos e usa o método atual ASTM E681 09 anexo A1).

[0013] Para uso na presente invenção, o termo "refrigeração de média temperatura" se refere a circuitos de refrigeração em que o refrigerante circulando no circuito é evaporado a uma temperatura de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, e de preferência, a uma temperatura de cerca de -10ºC. Como usado na presente invenção, em relação às temperaturas, o termo "cerca de" é entendido como significando variações médias na temperatura de +/- 3ºC. O refrigerante circulando no circuito de média temperatura pode evaporar a uma temperatura de -10ºC +/- 2ºC ou de -10ºC +/- 1ºC.

[0014] A refrigeração de média temperatura da presente invenção pode ser usada, por exemplo, para resfriar produtos como produtos lácteos, carnes frescas e alimentos frescos. O nível de temperatura individual para os diferentes produtos é ajustado com base nas exigências do produto.

[0015] A refrigeração de baixa temperatura é fornecida tipicamente em um nível de evaporação de cerca de -25ºC. Para uso na presente invenção, o termo "refrigeração de baixa temperatura" se refere a circuitos de refrigeração em que o refrigerante circulando no circuito é evaporado a uma temperatura de cerca de -20ºC a cerca de - 30ºC, e de preferência, a uma temperatura de cerca de -25ºC. O refrigerante circulando no circuito de baixa temperatura pode evaporar a uma temperatura de -25ºC +/- 2ºC ou de -25ºC +/- 1ºC.

[0016] A refrigeração de baixa temperatura da presente invenção pode ser usada, por exemplo, para resfriar produtos como sorvetes e artigos congelados, e mais uma vez, o nível de temperatura individual para os diferentes produtos é ajustado com base nos requisitos do produto.

[0017] A presente invenção também inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada primeiro circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um primeiro refrigerante inflamável, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, cada um dos circuitos de refrigeração de baixa temperatura contido em uma unidade de refrigeração de baixa temperatura separada; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção de calor a partir do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0018] A presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura que compreende um refrigerante de baixa temperatura inflamável, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor de baixa temperatura no qual o dito refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura e na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito trocador de calor é um trocador de calor inundado no qual o refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0019] Como usado na presente invenção, o termo "trocador de calor inundado" se refere a um trocador de calor no qual um refrigerante líquido é evaporado para produzir vapor refrigerante sem superaquecimento substancial. Conforme usado na presente invenção, o termo "sem superaquecimento substancial" significa que o vapor que sai do evaporador está em uma temperatura que não excede em mais de 1ºC acima da temperatura de ebulição do líquido refrigerante no trocador de calor.

[0020] A presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável, um compressor tendo uma avaliação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que cada um dos ditos circuitos de refrigeração de baixa temperatura está contido em uma unidade de refrigeração de baixa temperatura separada; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável, em que o dito trocador de calor compreende um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito trocador de calor é um trocador de calor inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora pela absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0021] A presente invenção inclui, também, um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, em que cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreende um refrigerante de baixa temperatura inflamável compreendendo ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso ou ao menos 99% em peso de HFO 1234yf, transHFO 12347ze, ou combinações destes, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável, em que o dito trocador de calor compreende um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0022] A presente invenção inclui, também, um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso ou ao menos 99% em peso de HFO 1234yf, transHFO 1234ze, ou combinações destes, um compressor tendo uma classificação de potência de cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, em que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável, e em que o dito trocador de calor compreende um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0023] A presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso ou ao menos 99% em peso de HFO 1234yf, transHFO 1234ze, ou uma combinações destes, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, em que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável, em que o dito trocador de calor compreende um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito trocador de calor é um trocador de calor inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0024] A presente invenção inclui, também, um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de - 15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura que é não inflamável, em que o dito trocador de calor compreende um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura e faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito trocador de calor é um trocador de calor inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0025] Em modalidades preferenciais, o segundo circuito, de preferência, um circuito de média temperatura, pode estar situado de modo substancialmente completo fora da dita pluralidade de primeiras unidades de refrigeração, de preferência, fora da dita pluralidade de circuitos de baixa temperatura. Para uso na presente invenção, o termo "substancial e completamente fora" significa que os componentes do segundo circuito de refrigeração não estão no interior das ditas primeiras unidades de refrigeração, com a exceção de que o transporte de tubagens e similares, que podem ser considerados parte do segundo circuito de refrigeração, podem passar dentro da primeira unidade de refrigeração a fim de fornecer a troca de calor entre o refrigerante do primeiro e do segundo circuitos de refrigeração.

[0026] Para uso na presente invenção, os termos "primeira unidade de refrigeração" e "unidade de refrigeração de baixa temperatura" significam uma estrutura ao menos parcialmente fechada, ou que pode ser fechada, que é capaz de fornecer resfriamento dentro de ao menos uma porção daquela estrutura e que é estruturalmente distinta de qualquer estrutura que envolve ou contém o dito segundo circuito de refrigeração em sua totalidade. De acordo e coerente com, tais significados, os primeiros circuitos de refrigeração e circuitos de refrigeração de baixa temperatura preferenciais da presente invenção são, às vezes, mencionados aqui como "autocontidos" quando contidos dentro das tais primeiras unidades de refrigeração (preferencialmente de baixa temperatura), em conformidade com os significados descritos aqui.

[0027] O segundo circuito de refrigeração pode compreender um segundo receptor de fluido.

[0028] Cada primeiro circuito de refrigeração pode estar autocontido no interior de sua respectiva unidade de refrigeração.

[0029] Cada unidade de refrigeração pode estar localizada dentro de uma primeira área. A primeira área pode ser um piso de loja. Isto significa que cada primeiro circuito de refrigeração (preferencialmente, um circuito de refrigeração de baixa temperatura) pode também estar situado dentro de uma primeira área, como um piso de loja.

[0030] Cada unidade de refrigeração pode compreender um espaço e/ou objetos contidos dentro de um espaço a ser resfriado e, de preferência, esse espaço está dentro da unidade de refrigeração. Cada evaporador pode estar localizado para resfriar seus respectivos espaços/objetos, de preferência, por resfriamento de ar dentro do espaço a ser resfriado.

[0031] Conforme mencionado acima, o segundo circuito de refrigeração e preferencialmente o circuito de refrigeração de média temperatura, podem ter componentes dos mesmos que se estendem entre a primeira unidade de refrigeração (preferencialmente a unidade de refrigeração de baixa temperatura) e uma segunda área. A segunda área pode ser, por exemplo, uma sala de máquina que abriga uma porção substancial dos componentes do segundo circuito de refrigeração.

[0032] O segundo circuito de refrigeração (preferencialmente uma unidade de refrigeração de média temperatura) pode se estender até uma segunda e uma terceira áreas. A terceira área pode ser uma área fora do edifício ou edifícios em que as primeiras unidades de refrigeração e a(s) segunda(s) área(s) estão localizadas. Isso permite que um resfriamento ambiente seja explorado.

[0033] Exceto quando indicado ao contrário, na presente invenção, para uma modalidade particular, o refrigerante em cada um dos primeiros circuitos de refrigeração pode ser diferente ou igual aos outros refrigerantes nos primeiros circuitos de refrigeração, e cada um pode também ser igual ou diferente ao refrigerante no segundo circuito de refrigeração.

[0034] Exceto quando indicado em contrário na presente invenção para uma modalidade particular, o refrigerante nos primeiros circuitos de refrigeração e/ou o refrigerante no segundo circuito de refrigeração podem ter um baixo Potencial de Aquecimento Global (GWP).

[0035] Exceto quando indicado em contrário na presente invenção para uma modalidade particular, o refrigerante nos primeiros circuitos de refrigeração e/ou o refrigerante no segundo circuito de refrigeração podem ter um GWP que é menor que 150. Isso é possibilitado pelo fornecimento de cada primeiro circuito de refrigeração em uma respectiva unidade de refrigeração.

[0036] Exceto quando indicado em contrário na presente invenção para uma modalidade específica, o refrigerante no segundo circuito de refrigeração pode ser não inflamável, isto é, classificado como A1 na ASHRAE 34 (conforme medido pelo método ASTM E681) ou classificado como A2L na ASHRAE 34 (conforme medido pelo método ASTM E681). Isso pode ser desejável uma vez que o segundo circuito de refrigeração pode ser bastante longo e pode se estender entre diferentes áreas de um edifício: por exemplo, entre um chão de fábrica (onde as unidades de refrigeração podem ser dispostas) e uma sala de máquinas. Consequentemente, pode não ser seguro ter um refrigerante inflamável no segundo circuito de refrigeração, já que tanto o risco de vazamentos quanto a gravidade de vazamentos potenciais é aumentada à medida que o segundo circuito de refrigeração cobre uma área maior e, portanto, expõe mais pessoas e/ou estruturas ao risco de incêndio.

[0037] O refrigerante nos primeiros circuitos de refrigeração pode ser inflamável. Isso pode ser permitido na prática, ao menos em parte, como resultado de que cada primeiro circuito de refrigeração é fornecido em uma respectiva unidade de refrigeração com um ou mais compressores de potência relativamente baixa contidos nele.

[0038] Cada primeiro circuito de refrigeração pode compreender ao menos um dispositivo de expansão de fluido. O ao menos um dispositivo de expansão de fluido pode ser um tubo capilar ou um tubo de orifício. Isso é permitido pelas condições impostas a cada primeiro circuito de refrigeração por sua respectiva unidade de refrigeração sendo relativamente constante. Isto significa que dispositivos de controle de fluxo mais simples, como tubos e orifícios capilares, podem ser e, de preferência, são usados com vantagens nos primeiros circuitos de refrigeração.

[0039] A temperatura média de cada um dos primeiros circuitos de refrigeração pode ser menor que a temperatura média do segundo circuito de refrigeração. Isso se deve ao fato de que o segundo circuito de refrigeração pode ser usado para fornecer resfriamento, ou seja, remover calor dos primeiros circuitos de refrigeração; e cada primeiro circuito de refrigeração pode resfriar um espaço a ser resfriado em sua respectiva unidade de refrigeração.

[0040] O segundo circuito de refrigeração pode resfriar, ou seja, remover calor de cada um dos primeiros circuitos de refrigeração.

[0041] Cada trocador de calor pode ser disposto para transferir energia térmica entre seu respectivo primeiro circuito de refrigeração e o segundo circuito de refrigeração em um respectivo local de interface de circuito.

[0042] O segundo circuito de refrigeração pode compreender um segundo evaporador. O segundo evaporador pode ser acoplado em paralelo com os locais de interface de circuito.

[0043] Cada um dos locais de interface de circuito pode ser acoplado em combinação em série em paralelo uns com os outros dos locais de interface de circuito. Proveitosamente, isto significa que se um dentre os locais de interface de circuito, primeiros circuitos de refrigeração ou primeiras unidades de refrigeração tem uma falha ou bloqueio detectado, a localização, circuito ou unidade em falta pode ser isolada e/ou contornada pelo segundo circuito de refrigeração de modo que os defeitos não se propagam através do sistema.

[0044] Cada um dos locais de interface de circuito pode ser acoplado em série com ao menos uma outra interface de circuito local.

[0045] Cada um dos locais de interface de circuito pode ser acoplado em combinação em série uns com os outros dos locais de interface de circuito.

[0046] Cada um dos locais de interface de circuito pode ser acoplado em paralelo com ao menos um outro local de interface de circuito.

[0047] Cada um dos locais de interface de circuito pode ser acoplado em combinação em paralelo uns com os outros dos locais de interface de circuito.

[0048] O segundo refrigerante, de preferência o refrigerante de média temperatura, pode compreender um refrigerante misturado. O refrigerante misturado pode compreender R515A.

[0049] O refrigerante R515A não é inflamável. Isto é útil uma vez que o segundo circuito refrigerante (de preferência, um refrigerante de média temperatura) pode abranger numerosas áreas, desse modo, ter um refrigerante não inflamável é importante para reduzir a gravidade de vazamentos potenciais.

[0050] Em outras modalidades, o refrigerante não inflamável pode compreender, ou compreender ao menos cerca de 50%, ou compreender ao menos 75%, ou consistir essencialmente em ou consistir em HFO 1233zd (e).

[0051] O primeiro refrigerante (preferencialmente um refrigerante de baixa temperatura), que é usado nos primeiros circuitos de refrigerante (preferencialmente circuitos de refrigeração de baixa temperatura), pode compreender qualquer um dentre R744, hidrocarbonetos C3 — C4, R1234yf, R1234ze(E), R455A e combinações dos mesmos. Os hidrocarbonetos podem compreender qualquer um dentre R290, R600a ou R1270. Esses refrigerantes têm baixo GWP.

[0052] O segundo circuito de refrigeração pode compreender adicionalmente um compressor.

[0053] O segundo circuito de refrigeração pode compreender uma ramificação para resfriamento à temperatura ambiente e uma ramificação de compressor compreendendo o compressor. Isto significa que a ramificação de compressor pode ser desviada. O benefício de se desviar da ramificação de compressor é que, se as condições ambientais estiverem suficientemente frias em relação ao segundo refrigerante, o estágio do compressor pode ser desviado uma vez que resfriamento suficiente é fornecido pelo ar ambiente.

[0054] A ramificação de resfriamento de ambiente pode ser acoplada em paralelo com a ramificação de compressor. A disposição em paralelo permite que a ramificação de compressor seja contornada pelo segundo refrigerante.

[0055] A ramificação de resfriamento de ambiente pode ser exposta a temperaturas do ambiente externo. Isto serve para resfriar o segundo refrigerante no lugar do estágio de compressor.

[0056] A ramificação de resfriamento de ambiente pode se estender para o exterior do edifício ou edifícios compreendendo a primeira área.

[0057] O refrigerante que entra na ramificação de resfriamento de ambiente pode ser resfriado pela temperatura do ar ambiente quando a temperatura do ar ambiente é menor que a temperatura do refrigerante ao entrar na ramificação de resfriamento de ambiente.

[0058] A ramificação de resfriamento de ambiente pode ser acoplada em série com a bomba.

[0059] Uma válvula pode ser fornecida em uma dentre ambas as junções entre a ramificação de resfriamento de ambiente e a ramificação de compressor para controlar o fluxo de refrigerante em cada uma dentre a ramificação de resfriamento de ambiente e a ramificação de compressor. Isso permite o controle da possibilidade da ramificação de compressor e/ou da ramificação de resfriamento de ambiente serem utilizadas ou não, ou o controle do quanto elas são utilizadas.

[0060] A bomba, o evaporador adicional e os locais de interface de circuito podem estar situados entre a válvula ou válvulas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0061] Disposições exemplificadoras da invenção serão agora descritas em relação aos desenhos nos quais:

[0062] a Figura 1A mostra um exemplo de um sistema de refrigeração usado anteriormente;

[0063] a Figura 1B mostra um exemplo de um sistema de refrigeração que é a base para os exemplos comparativos aqui descritos.

[0064] a Figura 2 mostra um sistema de refrigeração em cascata;

[0065] a Figura 3 mostra um sistema de refrigeração em cascata alternativo;

[0066] a Figura 4 mostra um sistema de refrigeração em cascata que usa um evaporador inundado;

[0067] a Figura 4A mostra um sistema de refrigeração em cascata alternativo que usa um evaporador inundado;

[0068] as Figuras 5A e 5B mostram sistemas de refrigeração com e sem trocadores de calor com linha de sucção, respectivamente; e

[0069] a Figura 6 mostra um gráfico do potencial de aquecimento global para um sistema de refrigeração que tem refrigerantes R515A e R744.

[0070] Ao longo deste relatório descritivo, números de referência similares se referem a partes similares.

DESCRIÇÃO DETALHADA Exemplo Comparativo

[0071] Para auxiliar o versado na técnica na compreensão dos circuitos de refrigeração da presente revelação e suas respectivas vantagens, uma breve explicação sobre o funcionamento de um sistema de refrigeração será dada em referência aos sistemas de refrigeração comparativos mostrados nas Figuras 1h e 1B.

[0072] A Figura 1B mostra um exemplo de um sistema de refrigeração 100 para comparação com os sistemas adicionais descritos a seguir. O sistema 100 compreende um circuito de refrigeração de média temperatura 110 e um circuito de refrigeração de baixa temperatura 120.

[0073] O circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 tem um compressor 121, uma interface com um trocador de calor 130 para rejeitar calor às condições ambientes, uma válvula de expansão 122 e um evaporador 123. O circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 faz interface com o circuito de refrigeração de média temperatura 110 através do trocador de calor intercircuito 150, que serve para rejeitar o calor a partir do refrigerante de baixa temperatura para um refrigerante de média temperatura e assim produzir um refrigerante líquido sub-resfriado no ciclo refrigerante de baixa temperatura. O evaporador 123 fica em interface com um espaço a ser resfriado, como o interior de um compartimento de congelador. Os componentes do circuito de refrigeração de baixa temperatura são conectados na ordem: evaporador 123, compressor 121, trocador de calor 130, trocador de calor intercircuito 150 e válvula de expansão 122. Os componentes são conectados por meio das tubulações 124 que contêm um refrigerante de baixa temperatura.

[0074] O circuito de refrigeração de média temperatura 110 tem um compressor 111, um condensador 113 para rejeitar calor às condições ambientes e um receptor de fluido 114. O refrigerante líquido de temperatura média é ligado ao receptor 114 para fluir para cada uma das válvulas de expansão 112 e 118, fornecendo assim duas ramificações conectadas em paralelo: uma ramificação de resfriamento para sub-resfriamento de baixa temperatura 117 a jusante do dispositivo de expansão 118 e uma ramificação de resfriamento de média temperatura 116 a jusante do dispositivo de expansão 112. A ramificação de sub-resfriamento de baixa temperatura inclui o trocador de calor intercircuito que fornece sub-resfriamento ao circuito de baixa temperatura como descrito acima. A ramificação de resfriamento de média temperatura 116 inclui um evaporador de média temperatura 119, que forma uma interface com um espaço para ser refrigerado, como o interior de um compartimento refrigerado.

[0075] O refrigerante de média temperatura é um refrigerante de GWP alto como o R1i34a. O R134A é um hidrofluorocarboneto (HFC). R134a é não inflamável e fornece um bom coeficiente de desempenho.

[0076] O sistema 100 abrange três áreas de um edifício: um teto onde os condensadores 113 e 130 estão localizados; uma sala de máquinas onde os compressores 111, 112, trocador de calor 150, tanque de recepção 114 e dispositivo de expansão 118 estão localizados; e a área de vendas 142 onde a caixa LT, a caixa MT e cada um dos seus dispositivos de expansão estão localizados. O circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 e o circuito de refrigeração de média temperatura 110, dessa forma, se estendem, cada um, entre a área de vendas, a sala de máquinas e o teto. Em uso, o circuito de média temperatura 110 fornece resfriamento de média temperatura para espaços a serem resfriados através do evaporador 119 e o circuito de baixa temperatura 120 fornece resfriamento de baixa temperatura em espaços a serem resfriados através do evaporador 123. O circuito de média temperatura 110 também remove calor do condensado líquido a partir do condensador de baixa temperatura 120, dessa forma, fornecendo sub-resfriamento ao líquido que entra no evaporador 123.

[0077] A funcionalidade individual e geral dos vários componentes do circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 será agora descrita. Começando com o trocador de calor 150, um trocador de calor 130 é um dispositivo adequado para transferir calor entre os refrigerantes de baixa e média temperaturas. Em um exemplo, o trocador de calor 150 é um trocador de calor do tipo casco-tubo. Outros tipos de trocadores de calor, como trocadores de calor de placa e outras configurações, podem também ser usados. Em uso, o refrigerante de média temperatura absorve o calor do refrigerante de baixa temperatura de modo que o refrigerante de baixa temperatura seja resfriado. Essa remoção de calor por meio do trocador de calor 150 resulta no sub-resfriamento do refrigerante líquido de baixa temperatura do condensador 130, após o qual, o refrigerante de baixa temperatura sub-resfriado flui para a válvula de expansão 122 por meio de uma linha de líquido das tubulações 124. O papel da válvula de expansão 122 é reduzir a pressão do refrigerante de baixa temperatura. Ao fazer isso, a temperatura do refrigerante de baixa temperatura é correspondentemente reduzida uma vez que a pressão e a temperatura são proporcionais. O refrigerante de baixa temperatura e baixa pressão então flui ou é bombeado para o evaporador 123. O evaporador 123 é usado para transferir o calor do espaço a ser resfriado, por exemplo, caixas de refrigeração de baixa temperatura em um supermercado ao refrigerante de baixa temperatura. Isto significa que, no evaporador 123, o refrigerante líquido aceita o calor do espaço a ser refrigerado e, ao fazer isso, é evaporado como um gás. Após o evaporador 123, o gás é drenado pelo compressor 121 através de uma linha de sucção das tubulações 124 para o compressor 121. Ao alcançar o compressor 121, o refrigerante gasoso de baixa pressão e baixa temperatura é comprimido. Isso faz com que a temperatura do refrigerante aumente. Consequentemente, o refrigerante é convertido de um gás de baixa temperatura e baixa pressão em um gás de alta temperatura e alta pressão. O gás de alta temperatura e alta pressão é liberado para dentro de um tubo de descarga das tubulações 124 para percorrer até o trocador de calor (condensador) 130, em que o gás é condensado como um líquido da maneira descrita anteriormente. Isto descreve a operação do circuito de refrigeração de baixa temperatura 120 especificamente, no entanto, os princípios explicados no presente documento podem ser aplicados a ciclos de refrigeração, em geral.

[0078] A funcionalidade individual e geral dos vários componentes do circuito de refrigeração de média temperatura 110 será agora descrita.

[0079] Começando com um trocador de calor 150, conforme descrito acima, o refrigerante de média temperatura absorve o calor do refrigerante de baixa temperatura através do trocador de calor 150. Essa absorção de calor faz com que o refrigerante no circuito de média temperatura 150, que é um gás de baixa temperatura e/ou uma mistura de gás e líquido ao entrar no trocador de calor 150, mude de líquido para a fase gasosa e/ou aumente a temperatura do gás no caso onde o superaquecimento será produzido. Na saída do trocador de calor 150, o refrigerante gasoso é sugado para o compressor 111 (junto com o refrigerante do evaporador 119) e é comprimido pelo compressor 111 a uma alta temperatura e alta pressão de gás. Esse gás é liberado nas tubulações 115 e se desloca para o condensador 113 que, neste exemplo, está localizado em um teto de um edifício. No condensador 113, o refrigerante de média temperatura gasoso libera calor para o ar ambiente externo e então é resfriado e se condensa a um líquido. Após o condensador 113, o refrigerante líquido é coletado em um reservatório de fluido 114. Neste exemplo, o receptor de fluido 114 é um tanque. Na saída do receptor de fluido 114, o refrigerante líquido é distribuído para a ramificação de média temperatura 116 conectada paralela e a ramificação de resfriamento de sub-resfriamento 117. Na ramificação de média temperatura 116, o refrigerante líquido flui para a válvula de expansão 112 que é usado para diminuir a pressão e, portanto, a temperatura do refrigerante líquido. O refrigerante líquido relativamente frio então entra no trocador de calor 119 onde ele absorve calor do espaço a ser resfriado que está em interface com o evaporador 119f. Na ramificação de sub-resfriamento 117, o refrigerante líquido flui de modo similar primeiro para uma válvula de expansão 118 na qual a pressão e a temperatura do refrigerante são abaixadas. Após a válvula 118, o refrigerante flui para o trocador de calor intercircuito 150, conforme descrito acima. A partir daí, o refrigerante gasoso a partir do trocador de calor é sugado pelo compressor 111 para o compressor 111 onde ele novamente se junta ao refrigerante da ramificação de resfriamento de média temperatura 116.

[0080] Embora não mencionado acima, ficará claro que para funcionar como pretendido, a temperatura do refrigerante no circuito de média temperatura 110 à medida que entra no trocador de calor 150, deve ser menor que a temperatura do refrigerante no circuito de baixa temperatura 120 à medida que ele entra no trocador de calor 150. Se esse não fosse o caso, o circuito de média temperatura 110 não poderia fornecer os sub-resfriamentos desejados ao refrigerante de baixa temperatura no circuito 120.

[0081] O exposto acima descreve a operação do exemplo comparativo de um sistema de refrigeração 100 conforme ilustrado na Figura 1B. Os princípios de refrigeração descritos em referência à Figura 1B podem ser aplicados igualmente para os outros sistemas de refrigeração da presente revelação. Vista geral das modalidades preferenciais

[0082] Uma série de sistemas de refrigeração de acordo com modalidades preferenciais da presente invenção são descritos a seguir. Cada sistema tem um número de unidades de refrigeração e cada uma das unidades de refrigeração tem ao menos um circuito de refrigeração dedicado localizado dentro das mesmas. Ou seja, cada unidade de refrigeração contém ao menos um circuito de refrigeração.

[0083] O circuito de refrigeração contido no interior de uma unidade de refrigeração pode compreender ao menos um trocador de calor que remove calor ao refrigerante no circuito, e um evaporador que adiciona calor ao refrigerante.

[0084] O circuito de refrigeração contido dentro de uma unidade de refrigeração pode compreender um compressor, ao menos um trocador de calor que remove calor do refrigerante no circuito (de preferência, pela remoção de calor do vapor refrigerante que sai do compressor), e um evaporador que adiciona calor ao refrigerante (de preferência, por resfriamento da área da unidade de refrigeração sendo resfriada). Os requerentes constataram que o tamanho do compressor usado nos primeiros circuitos de refrigeração preferenciais (preferencialmente circuitos de refrigeração de baixa temperatura) da presente invenção é importante para alcançar pelo menos algumas das grandes vantagens e resultados inesperados das modalidades preferenciais da presente invenção, e em particular, cada compressor no circuito é preferencialmente um compressor de tamanho pequeno. Para uso na presente invenção, o termo "compressor de tamanho pequeno" significa que o compressor tem uma classificação de potência de cerca de 2 cavalos de potência ou menos. Como usado aqui, no que diz respeito à classificação de potência do compressor, esse valor é determinado pela classificação de potência de entrada para o compressor. Conforme usado em relação a uma classificação de potência em cavalos do compressor, "cerca de" significa +/- 0,5 cavalos de potência. O tamanho do compressor, em modalidades preferenciais, pode ser de 0,1 a cerca de 2 cavalos de potência, ou de 0,1 a cerca de 1 cavalo de potência. O tamanho do compressor pode ser de 0,1 até 0,75 cavalo de potência, ou a partir de 0,1 até 0,5 cavalo de potência.

[0085] Uma unidade de refrigeração pode ser uma entidade física integrada, isto é, uma entidade que não é projetada para ser desmantelada em partes de componente. Uma unidade de refrigeração pode ser um refrigerador ou congelador, por exemplo. Será entendido que mais de um circuito de refrigeração (incluindo particularmente mais de um circuito de refrigeração de baixa temperatura) podem ser incluídos dentro de cada unidade de refrigeração (incluindo, de preferência, cada unidade de refrigeração de baixa temperatura).

[0086] Os circuitos de refrigeração fornecidos dentro de cada unidade de refrigeração podem ser resfriados por si sós por um circuito de refrigeração comum ao menos parcialmente externo às unidades de refrigeração. Em contraste com os circuitos de refrigeração dedicados contidos dentro de cada unidade de refrigeração, os circuitos de refrigeração comuns (que são geralmente chamados aqui de segundo e de terceiro circuitos de refrigeração) podem ser circuitos estendidos que se estendem entre múltiplas áreas do edifício que alojam as unidades: como entre uma área de vendas (onde as unidades de refrigeração são localizadas) e uma sala de máquina e/ou um teto ou área externa.

[0087] Cada unidade de refrigeração pode compreender ao menos um compartimento para armazenar mercadorias, como mercadorias perecíveis. Os compartimentos podem definir um espaço para ser resfriado por um circuito de refrigeração contido dentro da unidade de refrigeração. Sistema de refrigeração em cascata

[0088] Uma modalidade de um sistema de refrigeração de acordo com a presente invenção é ilustrada esquematicamente na Figura 2 e descrita em detalhes abaixo.

[0089] A Figura 2 mostra um sistema de refrigeração em cascata 200. A Figura 2 mostra um sistema de refrigeração 200 que tem três primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c. Cada um dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c tem um evaporador 223, um compressor 221, um trocador de calor 230 e uma válvula de expansão 222. Embora cada um dos compressores, evaporadores e trocadores de calor no circuito sejam ilustrados por um único ícone, será entendido que o compressor, o evaporador, o trocador de calor, a válvula de expansão, etc., podem, cada um, compreender uma pluralidade de tais unidades. Em cada circuito 220a, 220b e 220c, o evaporador 223, o compressor 221, o trocador de calor 230 e a válvula de expansão 222 são conectados em série entre si na ordem mencionada.

Cada um dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b e 220c é incluído dentro de uma respectiva unidade de refrigeração separada (não mostrada). Neste exemplo, cada uma das três unidades de refrigeração é uma unidade de congelamento e a unidade de congelamento aloja seu respectivo primeiro circuito de refrigeração. Dessa forma, cada unidade de refrigeração compreende um circuito de refrigeração autocontido e dedicado. As unidades de refrigeração (não mostradas) e, portanto os primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c, estão dispostos sobre a área de vendas 242 de um supermercado.

[0090] Neste exemplo, o refrigerante em cada um dentre os primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c é um refrigerante de baixo GWP como R744, hidrocarbonetos C3 — C4 (R290, R600a, R1270), R1234yf, R1234ze(E) ou R455A. Como será compreendido pelo versado na técnica, os refrigerantes em cada um dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b,220c podem ser iguais ou diferentes dos refrigerantes em cada outro dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c.

[0091] O sistema de refrigeração 200 também têm um segundo circuito de refrigeração 210. O segundo circuito de refrigeração 210 tem um compressor 211, um condensador 213 e um receptor de fluido 214. O compressor 211, o condensador 213 e o receptor de fluido 214 são conectados em série e na dada ordem. Embora cada um dos compressores, condensadores, receptores de fluido, etc., no segundo circuito sejam ilustrados por um único ícone, será entendido que o compressor, o evaporador, o trocador de calor, a válvula de expansão, etc., podem, cada um, compreender uma pluralidade de tais unidades. O segundo circuito de refrigeração 210 também tem quatro ramificações conectadas em paralelo: três ramificações de resfriamento de média temperatura 217a, 217b e 217c; e uma ramificação de resfriamento de baixa temperatura 216. As quatro ramificações conectadas em paralelo 217a, 217b, 217ce 216 são conectadas entre o receptor de fluido 214 e o compressor 211. Cada uma das ramificações de resfriamento de média temperatura 217a, 217b e 217c tem uma válvula de expansão 218a, 218b e 218c e um evaporador 219a, 219b e 219c,

respectivamente. A válvula de expansão 218 e o evaporador 219 são conectados em série e na dada ordem entre o receptor de fluido 214 e o condensador 211. À ramificação de resfriamento de baixa temperatura 216 tem uma válvula de expansão 212 e uma interface, sob a forma de tubagens de entrada e de saída, condutos, válvulas e similares (representados coletivamente como 260a, 260b e 260c, respectivamente) que colocam o segundo refrigerante nos, e a partir de cada um dos, trocadores de calor 230a, 230b, 230c dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c. A ramificação de resfriamento de baixa temperatura 216 faz interface com cada um dos trocadores de calor 230a, 230b, 230c dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c em um respectivo local de interface de circuito 231a, 231b, 231c. Cada local de interface de circuito 231a, 231b, 231c é disposto em combinação em série-em paralelo uns com os outros dos locais de interface de circuito 231a, 231b, 231c.

[0092] O circuito de refrigeração de média temperatura 210 tem componentes que se estendem entre as áreas de venda 242, uma sala de máquinas 241 e um teto 140. A ramificação de resfriamento de baixa temperatura 216 e as ramificações de resfriamento de média temperatura 217a, 217b, 217c do circuito de refrigeração de média temperatura 210 estão localizadas na área de vendas 242. O compressor 211 e o receptor de fluido 214 estão localizados na sala de máquinas 241. O condensador 213 está localizado onde ele pode ser prontamente exposto a condições ambientes, como no teto 240.

[0093] Neste exemplo, o refrigerante no circuito de refrigeração de média temperatura 210 é uma blenda que compreende R515A. R515A é um refrigerante que consiste essencialmente de, e de preferência consiste em, cerca de 88% em peso da hidrofluoro-olefina (HFO) 1234ze (E) e cerca de 12% de HFC227ea (heptafluoropropano). De maneira útil, a blenda resulta em um refrigerante não inflamável, o que melhora a segurança. Adicional e vantajosamente, a blenda tem um GWP baixo, fazendo com que seja uma solução mais ecológica.

[0094] O uso das modalidades preferenciais conforme ilustrado na Figura 2 pode ser resumido da seguinte forma: - cada um dentre os primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c absorve calor através de seus evaporadores 223 para fornecer resfriamento de baixa temperatura para um espaço a ser resfriado (não mostrado); - o segundo circuito de refrigeração 210 absorve calor de cada um dos trocadores de calor 230a, 230b, 230c para resfriar os primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c; - o segundo circuito de refrigeração 210 absorve calor em cada um dos evaporadores 219 para fornecer resfriamento de média temperatura para espaços a serem resfriados (não mostrado); e - o calor é removido do refrigerante no segundo circuito de refrigeração 210 no resfriador 213.

[0095] Inúmeros resultados benéficos podem ser obtidos com o uso da disposição mostrada na Figura 2, particularmente a partir de cada primeiro circuito de refrigeração 230 sendo autocontido em uma respectiva unidade de refrigeração.

[0096] Por exemplo, a instalação e a desinstalação das unidades de refrigeração e todo o sistema de refrigeração em cascata 200 são simplificados. Isto porque as unidades de refrigeração, com seus primeiros circuitos de refrigeração embutidos e autocontidos 220a, 220b, 220c, podem ser facilmente conectadas ou desconectadas com o segundo circuito de refrigeração 210, com nenhuma modificação ao primeiro circuito de refrigeração 220, 220b, 220c necessária. Em outras palavras, as unidades de refrigeração podem ser simplesmente "plugadas" dentro, ou fora, do segundo circuito de refrigeração 210.

[0097] Uma outra vantagem é que cada unidade de refrigeração, incluindo seu respectivo primeiro circuito de refrigeração 220a, 220b, 220c, pode ser testada quanto aos padrões antes de ser instalada em um sistema de refrigeração 200 ativo. Isso mitiga a probabilidade de falhas, que podem incluir vazamentos de refrigerantes potencialmente nocivos. Consequentemente, a redução da taxa de vazamento pode ser alcançada.

[0098] Uma outra vantagem é que os comprimentos dos primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c podem ser reduzidos uma vez que cada circuito 220a, 220b, 220c está disposto em sua respectiva unidade de refrigeração, e não se estende entre uma série de unidades. O comprimento de circuito reduzido pode resultar em eficiência aprimorada já que há infiltração térmica reduzida em linhas mais curtas devido à redução da área de superfície. Adicionalmente, o comprimento de circuito reduzido pode também resultar na queda de pressão reduzida, o que aprimora a eficiência do sistema 200.

[0099] O comprimento de circuito reduzido, e a provisão dos circuitos autocontidos dentro das respectivas unidades de refrigeração, também fornecem a capacidade para usar mais refrigerantes inflamáveis, como R744, hidrocarbonetos (R290, R600a, R1270), R1234yf, R1234ze(E) ou R455A, o que os requerentes entendem ser um resultado altamente benéfico. Isto porque tanto a probabilidade do refrigerante vazar é reduzida (conforme discutido acima) como porque, mesmo que o refrigerante vazasse, o vazamento seria contido na área relativamente pequena e poderia ser contido na área da respectiva unidade de refrigeração, e devido ao pequeno tamanho das unidades, somente uma quantidade relativamente pequena de carga de refrigerante é usada. Além disso, essa disposição permitiria o uso de procedimentos e/ou dispositivos de contingência de mitigação de chamas de custo relativamente baixo, uma vez que a área contendo materiais potencialmente inflamáveis é muito menor, confinada e uniforme. Tais refrigerantes mais inflamáveis podem ter menor potencial de aquecimento global (GWP). Vantajosamente, portanto, os alvos governamentais e societários para o uso de refrigerantes com baixo teor de GWP podem ser atendidos e até mesmo potencialmente excedidos sem comprometer a segurança do sistema.

[0100] Uma outra vantagem é que cada primeiro circuito de refrigeração 220a, 220b, 220c pode apenas resfriar sua respectiva unidade de refrigeração. Isso significa que a carga em cada primeiro circuito de refrigeração 220a, 220b, 220c pode permanecer relativamente constante. Ou seja, condições constantes são aplicadas aos estágios de condensação 231 e evaporação 223 do primeiro circuito de refrigeração 220. Isso permite a simplificação do projeto do primeiro circuito de refrigeração 220 já que dispositivos de expansão 222 passivos, como tubos capilares ou tubos de orifício, podem ser usados. Isto está em contraste com circuitos eletrônicos mais complexos onde os dispositivos de expansão e as válvulas de expansão termostáticas precisam ser usados. Uma vez que o uso de tais dispositivos complexos é evitado, os custos podem ser reduzidos e a confiabilidade pode ser aumentada.

[0101] Além disso, é importante notar que a provisão de um trocador de calor inundado no segundo circuito de refrigeração de acordo com tais modalidades resulta em uma transferência de calor otimizada entre o primeiro e o segundo circuitos. Consequentemente, a eficiência de todo o sistema de refrigeração é aprimorada.

[0102] Existem várias vantagens que podem surgir de locais de interface de circuito sendo acoplados em paralelo com outros locais de interface de circuito. Uma vantagem pode ser que a resiliência é fornecida no sistema, uma vez que uma falha associada ou sofrida em um local de interface de circuito não impactará outros locais de interface de circuito. Isso ocorre porque cada local de interface de circuito é servido por uma respectiva ramificação do segundo circuito de refrigeração. Uma outra vantagem pode ser que a eficiência de transferência de calor entre o primeiro e o segundo circuitos de refrigeração é aprimorada porque a temperatura do segundo refrigerante antes de cada local de interface de circuito pode ser mantida relativamente constante. Em contraste, se dois locais de interface de circuito forem acoplados em série, a temperatura do refrigerante no segundo circuito de refrigeração pode ser maior antes da localização de interface de circuito a jusante, do que antes da localização de interface de circuito a montante.

[0103] De modo geral, a provisão de uma pluralidade de primeiros circuitos de refrigeração de acordo com a presente invenção, com cada um disposto em uma respectiva unidade de refrigeração, de preferência, sendo disposto como um circuito de refrigeração autônomo, tem tais benefícios como: reduzir as taxas de vazamento; simplificar o sistema de refrigeração total; possibilitar o uso de refrigerantes de baixo GWP de outro modo inseguros; aprimorar a manutenção e a instalação; e reduzir a queda de pressão, levando à eficiência aprimorada do sistema.

[0104] Particularmente, tendo em vista as vantagens aqui descritas, a presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de primeiros circuitos de refrigeração, com cada primeiro circuito de refrigeração compreendendo um primeiro refrigerante que é inflamável e que tem um GWP de cerca de 150 ou menos, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, e um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa; e um segundo circuito de refrigeração contendo um segundo refrigerante que é não inflamável, e um evaporador no qual o dito segundo refrigerante evapora a uma temperatura abaixo da dita primeira temperatura de condensação em que o dito segundo refrigerante evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito primeiro refrigerante.

[0105] Particularmente, tendo em vista as vantagens aqui descritas, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de primeiros circuitos de refrigeração, sendo que cada primeiro circuito de refrigeração compreende um primeiro refrigerante que é inflamável e que tem um GWP de cerca de 150 ou menos, um compressor que tem uma classificação de potência de cavalo de cerca de 2 cavalos ou menos, e um trocador de calor no qual o dito refrigerante se condensa; e um segundo circuito de refrigeração contendo um segundo refrigerante que é não inflamável e que tem um GWP de até cerca de 500, e um evaporador no qual o dito segundo refrigerante evapora a uma temperatura abaixo da dita primeira temperatura de condensação em que o dito segundo refrigerante evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor dito primeiro refrigerante.

[0106] A presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada primeiro circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um primeiro refrigerante inflamável que tem um GWP de aproximadamente 150 ou menos, um compressor tendo uma potência nominal em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de - 15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção de calor a partir do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0107] A presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata, que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada primeiro circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um primeiro refrigerante inflamável que tem um GWP de aproximadamente 150 ou menos, um compressor tendo uma potência nominal em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável que tem um GWP de aproximadamente 500, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0108] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata, que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0109] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos, e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável e tem um GWP de até cerca de 500, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0110] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, em que o dito refrigerante de média temperatura não inflamável, tem um GWP de até cerca de 500 e compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 85% em peso de R1234ze (E), e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0111] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma saída de cerca de 3,5 quilowatt ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 85% em peso de R1234ze (E) e cerca de 10% em peso a cerca de 15% em peso de R227ea, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura e na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0112] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e compreendendo cerca de 88% em peso de R1234ze (E) e cerca de 12% em peso de R227ea, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0113] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e que compreende pelo menos cerca de 70% em peso de R1234ze (E), R1234yf ou combinações destes, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0114] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e que compreende pelo menos cerca de 70% em peso de Ri2347ze (E), R1234yf ou combinações dos mesmos, e compreendendo ainda um ou mais de R1233zd (E) e CF3I, e um evaporador no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura. Sistema de refrigeração em cascata - alternativas

[0115] Como o versado na técnica irá observar, tendo em vista dos ensinamentos descritos no presente documento, pode haver qualquer número de primeiros circuitos de refrigeração 220. Em particular, a quantidade de primeiros circuitos de refrigeração 220 pode ser igual a de unidades de refrigeração a serem resfriadas. Consequentemente, o segundo circuito de refrigeração 210 pode fazer interface com qualquer número de primeiros circuitos de refrigeração 220.

[0116] Conforme ficará claro para o versado na técnica, considerando-se os ensinamentos aqui fornecidos, pode haver qualquer número e disposições de ramificações de resfriamento de média temperatura 217 e de evaporadores 218.

[0117] Em disposições alternativas, cada primeiro circuito de refrigeração 220 pode ser disposto totalmente em paralelo com cada outro primeiro circuito de refrigeração 220. Um exemplo de tal disposição é mostrado na Figura 3. A Figura 3 mostra um sistema 300 onde cada local de circuito de interface 231a, 231b, 231c é disposto completamente em paralelo com cada outro local de circuito de interface 231a, 231b, 231c. Os componentes do sistema 300 são, de outro modo, iguais aos do sistema 200 (descrito em referência à Figura 2), e os componentes do sistema 300 funcionam substancialmente da mesma maneira que o sistema 200, embora deva-se considerar que o desempenho do sistema geral e de outras características importantes do sistema como um todo podem ser significativamente impactados por essa alteração na disposição.

[0118] Proveitosamente, isto significa que uma dada porção de refrigerante proveniente do segundo circuito de refrigeração 210 apenas passa através de um trocador de calor 230 antes de retornar ao compressor 211. Esta disposição assegura assim que cada um dos trocadores de calor 230 receberá o segundo refrigerante aproximadamente na mesma temperatura, já que a disposição impede qualquer trocador de calor de receber uma porção do refrigerante que é pré- aquecido como resultado de passar através de um trocador de calor a montante, como seria o caso em uma disposição em série.

[0119] Como ficará claro para o versado na técnica, tendo em vista os ensinamentos contidos no presente documento, muitas outras disposições dos locais de interface de circuito 231a, 231b, 231c em relação ao primeiro e ao segundo circuitos de refrigeração 210 podem ser obtidas e, de fato, são contempladas.

[0120] Conforme ficará evidente para o versado na técnica em vista dos ensinamentos contidos aqui, em virtude do primeiro projeto de circuito de refrigeração modular preferencial, o sistema de refrigeração das modalidades preferenciais da presente invenção permite o uso de refrigerantes de baixa pressão não inflamáveis com um GWP relativamente baixo no segundo circuito de refrigeração 210. Adicionalmente, os sistemas preferenciais da presente invenção produzem o resultado inesperado de segurança e eficiência relativa dos refrigerantes de baixa pressão inflamáveis com GWP baixo nos primeiros circuitos de refrigeração, fornecendo assim um sistema de refrigeração de reduzido impacto ambiental possuindo excelentes propriedades ambientais, excelentes recursos de segurança e eficiência do sistema aprimorada. Sistema de refrigeração em cascata com evaporador inundado

[0121] Um sistema de refrigeração preferencial da presente invenção é exemplificado e será agora descrito com referência à Figura 4.

[0122] A Figura 4 mostra esquematicamente um sistema de refrigeração em cascata 400 com um segundo circuito de refrigeração 410 que tem um receptor que libera um segundo líquido refrigerante, o que resulta em uma operação de evaporador inundado no primeiro circuito de refrigeração. Mais especificamente, a Figura 4 mostra um sistema de refrigeração 400 que tem dois primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b. Cada um dos primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b tem um evaporador 423, um compressor 421, um trocador de calor 430 e uma válvula de expansão 422. Em cada circuito 420a, 420b, o evaporador 423, o compressor 421, o trocador de calor 430 e a válvula de expansão 422 são conectados em série entre si na ordem mencionada. Cada um dos primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b é incluído dentro de uma respectiva unidade de refrigeração separada (não mostrada). Neste exemplo, cada uma das três unidades de refrigeração ilustradas é uma unidade de congelamento e a unidade de congelamento aloja seu respectivo primeiro circuito de refrigeração. Desta forma, um circuito de refrigeração autocontido e dedicado é fornecido para cada unidade de refrigeração. As unidades de refrigeração (não mostradas) e, portanto, os primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b, estão localizados sobre a área de vendas 462 de um supermercado.

[0123] Neste exemplo, o refrigerante nos primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b, é um refrigerante de baixo GWP como R744, hidrocarbonetos (R290, R600a, R1270), R1234yf, R1234ze(E) ou R455A. Como será compreendido pelo versado na técnica, os refrigerantes em cada um dos primeiros circuitos de refrigeração 420a,420b podem ser iguais ou diferentes dos refrigerantes em cada outro um dos outros primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b.

[0124] O sistema de refrigeração 400 também tem um segundo circuito de refrigeração 410. O segundo circuito de refrigeração 410 tem uma ramificação de compressor 450 e uma ramificação de resfriamento de ambiente 451. A ramificação de compressor 450 é conectada em paralelo com a ramificação de resfriamento de ambiente 451.

[0125] A ramificação de compressor 450 tem um compressor 411, um condensador 413, uma válvula de expansão 418 e um receptor 414. O compressor 411, o condensador 413 e a válvula de expansão 418 são conectados em série e nesta ordem. O receptor 414 é conectado entre a entrada do compressor 411 ea saída da válvula de expansão 418. A ramificação de resfriamento de ambiente 451 tem um resfriador 452.

[0126] A ramificação de compressor 450 e a ramificação de resfriamento de ambiente 451 são conectadas em paralelo através da primeira válvula controlável 440 e da segunda válvula controlável 441. As válvulas controláveis 440, 441 são controláveis de modo que a quantidade de refrigerante que flui em cada ramificação de compressor 450 e a ramificação de resfriamento de ambiente 451 seja controlável. À primeira válvula de controle 440 é conectada em série com uma bomba 442.

[0127] O segundo circuito de refrigeração 410 também tem duas outras ramificações que estão conectadas em paralelo umas com as outras: uma ramificação de resfriamento de ambiente 417 e a uma ramificação de resfriamento de baixa temperatura 416. A ramificação de resfriamento de média temperatura 417 e a ramificação de resfriamento de baixa temperatura 416 são conectadas entre a bomba 442 e a segunda válvula controlável 441.

[0128] A ramificação de resfriamento de média temperatura 417 tem um evaporador 419. A ramificação de resfriamento de baixa temperatura 416 faz interface com cada um dos trocadores de calor 430a, 430b dos primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b em um respectivo local de interface de circuito 431a, 431b. Cada um dos locais de interface de circuito 431a, 431b está disposto em uma combinação de disposições em série e paralelas com o outro local de interface de circuito 431a, 431b.

[0129] O segundo circuito de refrigeração 410 inclui componentes que estendem o circuito entre as áreas de venda 462, uma sala de máquinas 461 e um teto 440. A ramificação de resfriamento de baixa temperatura 416 e a ramificação de resfriamento de média temperatura 417 do circuito de refrigeração de média temperatura 410 estão preferencialmente localizadas primariamente na área de vendas 462. Por localização principalmente na área de vendas 462, entende-se que os circuitos 431a, 481be o evaporador 419 estão localizados na área de vendas, ou muito próximos a ela 462. As junções entre as ramificações de resfriamento de baixa temperatura 416 e de média temperatura 417 e alguns dos tubos de ramificações de baixa 416 e média 417 temperaturas estão, no entanto, localizadas na sala de máquinas 461.

[0130] A ramificação do compressor 450 inclui componentes que estendem a ramificação entre a sala da máquina 461 e o telhado 460. Mais especificamente, o compressor 411, a válvula de expansão 418 e o receptor inundado 414, estão localizados na sala de máquinas 461. O condensador 413 está situado onde o acesso pronto ao ar ambiente é possível, como no telhado 460.

[0131] A ramificação de resfriamento de ambiente 450 inclui componentes que estendem a ramificação entre a sala da máquina 461 e o telhado 460. O resfriador 452 também está situado onde o acesso pronto ao ar ambiente é possível, como no telhado 603.

[0132] As primeira e segunda válvulas controláveis 440, 441 estão localizadas na sala de máquinas 461. A bomba 442 está localizada na sala de máquinas 442.

[0133] Neste exemplo, o refrigerante no segundo circuito de refrigeração 410 é um R515A, conforme descrito acima.

[0134] Embora estruturalmente diferente, em uso, o sistema de refrigeração 400 opera de maneira similar ao sistema de refrigeração 200 com as seguintes diferenças-chave.

[0135] Primeiramente, o receptor no segundo circuito de refrigeração 410 no sistema de refrigeração 400 faz com que os evaporadores 419, 430a e 430b sejam evaporadores inundados, ou seja, o refrigerante entra no evaporador como um líquido, e alguma porção do refrigerante líquido não é totalmente vaporizada como um gás, o que significa que essencialmente nenhum superaquecimento ocorre no evaporador. A quantidade de refrigerante que permanecerá em estado líquido dependerá das condições de trabalho do sistema 400. Um recurso do sistema de refrigeração 400 é o receptor 414. O receptor 414 é disposto para separar o refrigerante gasoso e líquido após este ter passado através da válvula de expansão 418 de modo que o refrigerante que pode passar através das ramificações de resfriamento de temperatura média 417 e baixa 416 - e, portanto, através do evaporador 419 e trocadores de calor 430a, 430b - seja essencialmente 100% líquido. Outro recurso-chave do sistema de refrigeração 400 é a bomba 442. À bomba 442 direciona o refrigerante para as ramificações de temperatura média 417 e baixa 416. Em disposições de sistema alternativas, a diferença de densidades entre as fases líquida e gasosa do refrigerante aciona o sistema e nenhuma bomba ou ventilador é necessário.

[0136] Como o versado na técnica entenderá, com base na descrição e ensinamentos contidos na presente invenção, existem diversas vantagens associadas ao uso de uma disposição de refrigeração que usa um evaporador inundado de acordo com a presente invenção, conforme apresentado, por exemplo, no sistema 400. Os requerentes constataram que essa vantagem é a melhora inesperada do coeficiente de desempenho (COP). Sem se ater necessariamente a qualquer teoria específica, acredita-se que essa vantagem, que é inesperada, surge em parte porque menos trabalho do compressor 411 é necessário e a capacidade de resfriamento do segundo circuito de refrigeração 410 é aprimorada tendo em vista que o sistema permite a operação com superaquecimento do refrigerante antes de entrar no compressor.

[0137] Uma segunda diferença na forma como o sistema de refrigeração 400 opera, em comparação com o sistema de refrigeração 200, está na disposição da ramificação de resfriamento de ambiente 451 e válvulas controláveis 440, 441. A ramificação de resfriamento de ambiente 451 permite que a ramificação do compressor 450 seja desviada quando a temperatura ambiente estiver suficientemente baixa para resfriar o refrigerante. Isso é obtido através do encaminhamento da ramificação de resfriamento de ambiente 451 para o telhado 460 para fornecer exposição máxima do refrigerante à temperatura ambiente do ar. Isto é algumas vezes chamado de operação de inverno. Proveitosamente, isso fornece um resfriamento essencialmente livre do refrigerante no segundo circuito de refrigeração

410. É evidente que isto é vantajoso tanto a partir de uma perspectiva ambiental quanto de custo, uma vez que o consumo de energia é grandemente reduzido em comparação à operação da ramificação de compressor 450.

[0138] A título de conveniência, os termos "sistema inundado", "sistema em cascata”, e similares, se referem a sistemas da presente invenção em que ao menos um, e de preferência todos, os trocadores de calor no primeiro circuito de refrigeração (de preferência, circuito de baixa temperatura) para condensar o dito primeiro refrigerante (de preferência, refrigerante de baixa temperatura) são evaporadores inundados para o segundo refrigerante (de preferência, o refrigerante de média temperatura). Em modalidades preferenciais, o evaporador de média temperatura é também um evaporador inundado. As vantagens potenciais descritas em relação ao sistema de refrigeração em cascata se aplicam igualmente bem ao sistema de refrigeração em cascata inundado: os termos usados para descrever o sistema de refrigeração em cascata inundado e não inundado são comparáveis.

[0139] As vantagens do sistema de refrigeração em cascata inundado podem incluir: consumo de energia reduzido devido à exploração da ramificação de resfriamento de ambiente (operação de inverno); um desempenho de transferência de calor otimizado em trocadores de calor e evaporadores devido à sua operação inundada; nenhuma válvula de expansão termostática é necessária devido à provisão de uma bomba no circuito; e materiais de baixo custo podem ser usados para fabricar o segundo circuito de refrigeração devido ao fato de ser adequado para refrigerante de baixa pressão.

[0140] Particularmente, tendo em vista as vantagens aqui descritas, a presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de primeiros circuitos de refrigeração, com cada primeiro circuito de refrigeração compreendendo um primeiro refrigerante que é inflamável e que tem um GWP de cerca de 150 ou menos, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, e um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa; e um segundo circuito de refrigeração contendo um segundo refrigerante que é não inflamável, e um evaporador inundado no qual o dito segundo refrigerante evapora a uma temperatura abaixo da dita primeira temperatura de condensação em que o dito segundo refrigerante evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito primeiro refrigerante.

[0141] Sobretudo, tendo em vista as vantagens aqui descritas, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de primeiros circuitos de refrigeração, com cada primeiro circuito de refrigeração compreendendo um primeiro refrigerante que é inflamável e que tem um GWP de cerca de 150 ou menos, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, e um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa; e um segundo circuito de refrigeração contendo um segundo refrigerante que é não inflamável e que tem um GWP de até cerca de 500, e um evaporador inundado no qual o dito segundo refrigerante evapora a uma temperatura abaixo da dita primeira temperatura de condensação do refrigerante, em que o dito segundo refrigerante evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito primeiro refrigerante.

[0142] A presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada primeiro circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um primeiro refrigerante inflamável que tem um GWP de aproximadamente 150 ou menos, um compressor tendo uma potência nominal em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável, e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção de calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0143] A presente invenção inclui um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada primeiro circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um primeiro refrigerante inflamável que tem um GWP de aproximadamente 150 ou menos, um compressor tendo uma potência nominal em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito primeiro refrigerante se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura não inflamável que tem um GWP de aproximadamente 500, e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0144] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável, e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0145] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos, e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável e tem um GWP de até cerca de 500, e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, em que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0146] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ou ao menos 85% em peso de R1234ze (E), e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0147] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável tendo um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ou ao menos 85% em peso de R1234ze (E) e cerca de 10% em peso a cerca de 15% em peso de R227ea, e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

[0148] Em modalidades preferenciais, a presente invenção inclui também um sistema de refrigeração em cascata que compreende: uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, com cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreendendo um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos e que compreende ao menos cerca de 50% em peso, ao menos cerca de 75% em peso, ao menos 95% em peso, ou ao menos 99% em peso de R744, R290, R600a, R1270, R1234yf, R1234ze (E), R455A e combinações desses, um compressor tendo uma classificação de potência em cavalos de cerca de 2 cavalos de potência ou menos, um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e um circuito de refrigeração de média temperatura contendo um refrigerante de média temperatura, sendo que o dito refrigerante de média temperatura é não inflamável tendo um GWP de até cerca de 500 e compreendendo cerca de 88% em peso de R1234ze (E) e cerca de 12% em peso de R227ea, e um evaporador inundado no qual o dito refrigerante de média temperatura evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção do calor do dito refrigerante de baixa temperatura.

Sistema de refrigeração em cascata inundado - alternativas

[0149] As alternativas descritas acima com referência ao sistema de refrigeração em cascata se aplicam igualmente bem ao sistema de refrigeração em cascata inundado: sendo que os termos primeiro e segundo circuitos de refrigeração, localização de interface de circuito e trocador de calor são comparáveis. Outras alternativas incluem a remoção da ramificação de resfriamento de ambiente 451 e/ou a reversão do sistema inundado para um sistema de expansão direta.

[0150] Uma outra alteração do sistema 400 que é prevista se refere à ramificação de resfriamento de ambiente 451 que pode ser encurtada e simplificada de modo que só desvie do compressor 411, em vez de toda a ramificação de compressor. Essa disposição é mostrada na Figura 4A.

[0151] A Figura 4A mostra um sistema de refrigeração 400 que é basicamente o mesmo que aquele descrito em referência à Figura 4 com as seguintes exceções: - O resfriador 452 da Figura 4 não está presente, já que não é mais necessário. Isto ocorre porque a ramificação de resfriamento de ambiente 451 não se desvia mais do resfriador 413, de modo que esta não necessita mais de um resfriador próprio dedicado.

- A primeira válvula controlável 440 não está presente, já que não é mais necessária. Isto ocorre porque o refrigerante da ramificação de resfriamento de ambiente 451 simplesmente flui para dentro da linha do resfriador 413, em vez de se encontrar em uma junção de ramificações.

- A ramificação de resfriamento de ambiente 451 é conectada em paralelo com o compressor 411 entre a segunda válvula controlável 441 e a linha entre o compressor 411 e o refrigerador 413.

[0152] Vantajosamente, os resultados do uso de uma ramificação de resfriamento de ambiente encurtada, ou seja, uma na qual a ramificação direcione o refrigerante líquido a partir da saída do receptor para a entrada do condensador, são: em primeiro lugar, um circuito simplificado, já que o resfriador e a primeira válvula controlável na entrada da bomba receptora não são mais necessários; em segundo lugar, um circuito de custo mais baixo, já que a quantidade de tubulação extra para a ramificação de resfriamento de ambiente e o número de componentes é reduzida, reduzindo assim os custos de material.

[0153] Conforme ficará evidente para o versado na técnica em vista dos ensinamentos contidos aqui, em virtude do primeiro projeto de circuito de refrigeração modular preferencial, o sistema de refrigeração das modalidades preferenciais da presente invenção permite o uso de refrigerantes de baixa pressão não inflamáveis com um GWP relativamente baixo no segundo circuito de refrigeração. Adicionalmente, o sistema 400 permite o uso de refrigerantes de baixa pressão inflamáveis com GWP baixo nos primeiros circuitos de refrigeração. Adicionalmente, ainda em virtude do uso de uma ramificação de resfriamento de ambiente, o sistema proporciona redução do consumo de energia. Adicionalmente, ainda em virtude de sua configuração inundada, o sistema fornece eficiências de sistema aprimoradas.

[0154] Consequentemente, um sistema de refrigeração de reduzido impacto ambiental é fornecido através do uso de refrigerantes de GWP reduzido, reduzido consumo de energia e eficiência de sistema aprimorada. Trocador de calor em linha de sucção

[0155] Uma possível alteração adicional de qualquer um dos sistemas que formam parte desta revelação é que qualquer número de circuitos de refrigeração autônomos pode incluir um trocador de calor de linha de sucção (SLHX).

[0156] Mais especificamente, qualquer um dentre os primeiros circuitos de refrigeração 220a, 220b, 220c no sistema 200 pode incluir um SLHX; e qualquer um dentre os primeiros circuitos de refrigeração 420a, 420b podem incluir um SLHX. Para comparação, a Figura 7A mostra um circuito de refrigeração 700 sem um SLHX; enquanto que a Figura 7B mostra um circuito de refrigeração 750 com um SLHX 760.

[0157] O circuito 700 na Figura 7A tem um compressor 710, um trocador de calor 720, uma válvula de expansão 730 e um evaporador 740. O compressor 710, o trocador de calor 720, a válvula de expansão 730 e o evaporador 740 são conectados em série e na ordem indicada. Em uso, o circuito de refrigeração 700 funciona conforme anteriormente descrito.

[0158] O circuito 750 na Figura 7B tem os mesmos componentes do circuito 700, e um SLHX 760 adicional. O SLHX fornece uma interface de troca de calor entre a linha conectando o evaporador 740 e o compressor 710, e a linha que conecta o trocador de calor 720 e a válvula de expansão 730. Em outras palavras, o SLHX 760 é posicionado entre a linha conectando o evaporador 740 e o compressor 710 (aqui referido como linha de vapor), e a linha que conecta o trocador de calor 720 e a válvula de expansão 730 (aqui referida como linha de líquido).

[0159] Em uso, o SLHX transfere calor a partir da linha de líquido, depois do trocador de calor 720, para a linha de vapor, após o evaporador 740. Isso resulta na ocorrência de dois efeitos: um primeiro, que melhora a eficiência do circuito 700; e um segundo, que reduz a eficiência do circuito 700.

[0160] Em primeiro lugar, vantajosamente na lateral da linha de líquido - que é a lateral de alta pressão - o sub-resfriamento do líquido refrigerante é aumentado. Isto ocorre porque o calor extra é rejeitado para a lateral de expansão de líquido, o que reduz a temperatura do refrigerante entrando na válvula de expansão 730. Este sub-resfriamento adicional leva a uma menor qualidade de entrada inferior no evaporador 740 após o processo da válvula de expansão 730. Isso aumenta a diferença de entalpia, e consequentemente, a capacidade do refrigerante para absorver o calor no estágio de evaporador 740 é aumentada. Consequentemente, o desempenho do evaporador 740 é aprimorado.

[0161] Em segundo lugar, desvantajosamente, no lado da linha de vapor - isto é, no lado de baixa pressão - o refrigerante que sai do evaporador 740 recebe calor extra da linha de líquido, o que efetivamente aumenta o superaquecimento. Isso resulta em uma temperatura de linha de sucção mais alta. Como resultado da temperatura da linha de sucção maior para o compressor 710, a diferença de entalpia do processo de compressão aumenta. |sso aumenta a potência de compressor necessária para comprimir o refrigerante. Consequentemente, isso tem um efeito prejudicial sobre o desempenho do sistema.

[0162] Em resumo, tanto o primeiro quanto o segundo efeitos de capacidade aprimorada do evaporador e requisitos de potência do compressor precisam ser considerados para determinar se a possibilidade de introdução de um SLHX resulta em um efeito benéfico global. Para certos refrigerantes, como R717, o uso de um SLHX leva a uma redução geral da eficiência do sistema. Entretanto, em contraste, o uso de um SLHX leva a um efeito positivo global nos sistemas do tipo ilustrado nas Figuras como os sistemas 200 e 300 aqui descritos.

Dados de apoio

[0163] Os dados para demonstrar os efeitos técnicos das várias disposições desta invenção e auxiliar a pessoa versada na técnica a colocar as várias disposições em prática, serão apresentados agora.

[0164] A Tabela 1 mostra o GWP total para as proporções variáveis dos refrigerantes R515A e R744 no sistema de refrigeração: sendo que 1 é o valor combinado máximo, por exemplo, 100%. De acordo com o 5º Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas, o R515A tem um GWP de 403 e o R755 tem um GWP de 1. Consequentemente, o GWP total para a proporção O de R515A e para a proporção 1 de R744 é 1, uma vez que [(1 x 1)=1]. Por outro lado, o GWP total para a proporção 0,05 de R515A e a proporção 0,95 de R755 é 21,1, uma vez que [(0,05 x 403) + (0,95 x 1)=21,1]. Desta forma, a Tabela 1 mostra as restrições de razão de carga considerando os critérios de GWP. [ora RM ewPtota = | a a a | aa BB | aa Ber | aa BBB = | a ea | ae ra | ae a as | a asa | a es | Tabela 1

[0165] A Figura 6 mostra os dados na Tabela 1 de forma gráfica. A proporção de R515A é mostrada no eixo x e o GWP total é mostrado no eixo y. É claro, a partir deste gráfico, que existe uma relação de proporcionalidade direta entre as proporções relativas de R515A e R744 e GWP: à medida que a proporção de R515A é aumenta, aumenta também o GWP para o sistema. Isso se deve ao fato de que o R515A tem um GWP muito maior que o R744. A relação diretamente proporcional é mostrada pela linha reta no gráfico que vai de 1 GWP em uma proporção O de R515A para cerca de 400 GWP na proporção 1 de R515A. É claro, a partir deste gráfico, que o sistema máximo permitido GWP de 150, em modalidades preferenciais, é encontrado em torno da proporção em peso de 0,35 de R515A.

[0166] A Tabela 2 mostra as pressões de ebulição em temperaturas de ebulição diferentes para: refrigerante R1233zd (E); uma blenda em proporção de 50% em peso de R1233zd (E) e uma proporção de 50% em peso de R1234ze; e uma mistura de 33% em peso de R1233zd (E) e 67% em peso de R1234ze. evaporador (ºC) (bar) oa = e [rea Cs R123320/R1234ze Ger Mess E Tabela 2

[0167] O sistema de refrigeração de teste é operado com um refrigerante interno. O R1233zd (E) é trtansHCFO-1233zd e o R12347ze é transHFO-1234ze.

[0168] Os resultados na Tabela 2 mostram que as composições que apresentam uma quantidade de transHFO 1234ze de pelo menos 50% em peso, permitem que o circuito interno opere sob pressões maiores que uma atmosfera. Tal sistema de baixa pressão é vantajoso uma vez que evita a necessidade de um sistema de purga - ajudando na complexidade dos sistemas, enquanto ao mesmo tempo fornece um sistema pressão suficientemente baixo para permitir o uso de vasos e conduítes de baixo custo relativamente. Adicionalmente, a baixa pressão evita vazamentos de refrigerante, o que poderia, de outro modo, ocorrer em sistemas de alta pressão.

[0169] Outra característica que varia com as proporções de R1233zd (E) e de R1234ze na blenda é a inflamabilidade do refrigerante no caso de um vazamento do sistema de refrigeração. A Tabela 3 mostra várias composições em peso da blenda de R1233zd (E) e R1234ze e as respectivas inflamabilidades de cada composição. Como é esclarecido na Tabela 3, as blendas que têm um excesso de 67% em peso de transHFO 1234ze são inflamáveis conforme medido de acordo com a American Society for Testing and Materials (ASTM) 681. Composição Nominal Composição de vapor (% em peso) inicial (% em peso) Inflamabilidade Tabela 3

[0170] A Tabela 4a mostra as blendas não anteriormente mencionadas nesta descrição mas que são consideradas na Tabela 4b.

: R1234ze (E) (E) | R1233zd(E) CF31 R227ea Refrigerante (% em peso) (% em peso) | (%e em peso) | (% em peso) Tabela 4a

[0171] A Tabela 4b mostra uma comparação entre as características do sistema de refrigeração comparativo descrito com referência à Figura 1B, mas sem um sub-resfriador mecânico ("exemplo comparativo"); o sistema de refrigeração comparativo descrito com referência à Figura 1B com o sub-resfriador mecânico ("exemplo comparativo com sub-resfriador mecânico"); o sistema de refrigeração em cascata descrito com referência à Figura 2 ("opção 1"); e o circuito de refrigeração em cascata inundado descrito com referência à Figura 4 ("opção 2"), para diferentes combinações de refrigerantes. o 2 = Sol sS,.5| s54 Ss 287 3588 | SE8 E 2) 2 | $xE SPoS EES5 | 8|) = AE SNS8ÇS FOOD Oo S a AToOo 23 mgosr ec 2 o od o0on ESZE E OS Ss o O ota 930 SE*r/ o o EX re - PO E voo = 2o O 2 OE Exemplo o, 1,8623487 100% Exemplo comparativo R404A com sub- 49,6 | 100 [2,016129]| 110,6% (100%) resfriador mecânico Ri234ze(E)| R744 117,2% (106,0%) . R515A R744 116,5% (105,4%) Opção 1 Ri234ze(E)| R744 119,2% (107,8%) . R515A R744 118,7% (107,3%) Opção 2 Tabela 4b

[0172] A Tabela 4b inclui informações sobre o coeficiente de desempenho (COP) de cada sistema. O COP é a razão entre a saída de resfriamento útil do sistema e a entrada de trabalho no sistema. COPs mais altos equivalem a menores custos operacionais. O COP relativo é o COP relativo ao sistema de refrigeração do exemplo comparativo.

[0173] É evidente, a partir da Tabela 4b, que o circuito de refrigeração em cascata inundado alcança um COP melhor, uma vez que seus valores para COP são, em todos os casos, maiores do que para os outros sistemas.

[0174] Os resultados mostrados na Tabela 4b são baseados nos pressupostos abaixo, em que MT significa temperatura média (segundo circuito de refrigeração) e LT significa baixa temperatura baixa (primeiro circuito de refrigeração) e as unidades são conforme informadas. + Exemplo comparativo de R404A combinado com um sistema MT e LT * Distribuição de Carga o LT: 1/8 (83.000 W) o MT: 2/3 (67.000 W) + Eficiência volumétrica: 95% tanto para MT como para LT + Eficiência isentrópica o R404A: MT/LT, 0,72/0,68 o R134a: MT, 0,687 o R744: LT, 0,671 * Temperatura de condensação: 105F * Temperatura de evaporação MT: 20F (22F para unidades autocontidas devido à queda de pressão inferior) * Temperatura de evaporação LT: -25F * Superaquecimento do evaporador: 10F * Elevação da temperatura da linha de sucção o Exemplo Comparativo: MT: 25F; LT: 50F o em cascata/autocontida: MT: 10F; LT: 25F (unidades autocontidas têm linhas mais curtas e, portanto, menos infiltração de calor) o em cascata/bombeada: MT:10F; LT: 25F + Eficiência de SLHX quando em uso: 35%

* Temperatura de saída do sub-resfriador mecânico: 50F

[0175] Será entendido que a carga LT deste exemplo (33.000 Watts) será fornecida de acordo com os aspectos preferenciais da presente invenção por classificação de potência cumulativa de numerosos pequenos compressores. Por exemplo, se a porção LT dos sistemas de refrigeração utilizar compressores classificados em cerca de 1.500 Watts (cerca de 2 cavalos de força), vários (por exemplo, 20) desses pequenos compressores serão usados de acordo com a presente invenção. Em contrapartida, observa-se que a carga do compressor suportada pelo sistema de média temperatura pode ser manuseada por uma série de grandes compressores (que tem uma potência de 5 cavalos de potência ou maior) para fornecer os 67.000 Watt (cerca de 90 cavalos de potência) de resfriamento.

[0176] A Tabela 5 mostra uma comparação entre as características do sistema de refrigeração do exemplo comparativo descritas com referência à Figura 1 e o sistema de refrigeração em cascata descrito com referência à Figura 2 para diferentes combinações de refrigerantes no sistema de refrigeração em cascata e com linha líquida de linha de sucção (SLHX) nos segundos circuitos de refrigeração (estágio de média temperatura). Como na Tabela 4b, a Tabela 5 inclui informações sobre os valores reais e os COPs relativos de cada sistema.

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[0177] É evidente, a partir da Tabela 5, que um COP mais alto é obtido mediante o uso do SLHX do que quando o SLHX não for usado.

Isto é demonstrado pelos valores do COP, que são maiores na Tabela 5 do que na Tabela 4b, para as mesmas combinações de refrigerante no sistema de refrigerante em cascata.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de refrigeração em cascata caracterizado por compreender: (a) uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, em que cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreende: (i) um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos; (ii) um compressor com uma classificação de potência em cavalo de aproximadamente 2 cavalos; e (iii) um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e (b) um circuito de refrigeração de média temperatura que compreende um refrigerante de média temperatura não inflamável evaporando em uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação de refrigerante de baixa temperatura e na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC, sendo que o dito refrigerante de média temperatura evapora no dito trocador de calor mediante a absorção de calor do dito refrigerante inflamável no dito circuito de refrigeração de baixa temperatura.

2. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada circuito de refrigeração estar em uma unidade de refrigeração modular e sendo que pelo menos uma das ditas unidades de refrigeração modular está situada em uma primeira área aberta ao público.

3. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o segundo circuito de refrigeração incluir porções que se estendem para o segundo circuito de refrigeração entre a primeira área e uma segunda área.

4. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a segunda área ser uma sala de máquinas.

5. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o segundo circuito de refrigeração incluir porções que se estendem o segundo circuito de refrigeração para uma terceira área.

6. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada primeiro circuito de refrigeração compreender adicionalmente um dispositivo de expansão do fluido.

7. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de expansão de fluido ser um tubo capilar.

8. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de expansão de fluido ser um tubo de orifício.

9. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito refrigerante de média temperatura não inflamável ser R515A.

10. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável compreender ao menos cerca de 50% em peso de R744, hidrocarbonetos C3 - C4, R1234yf, R1234ze (E), R455A, e combinações deles.

11. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável compreender ao menos cerca de 50% em peso de R290, R600a, R1270, e combinações deles.

12. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável compreender ao menos cerca de 75% em peso de R1234yf, R1234ze (E), R455A, e combinações deles.

13. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dito sistema de refrigeração de média temperatura estar situado de forma substancialmente completa fora da dita unidade de refrigeração de baixa temperatura e sendo que o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável compreende ao menos cerca de 75% em peso de R1234yf, R1234ze (E), R455A, e combinações deles, e em que o dito refrigerante de média temperatura não inflamável é R515A.

14. Sistema de refrigeração em cascata caracterizado por compreender:

(a) uma pluralidade de circuitos de refrigeração de baixa temperatura, em que cada circuito de refrigeração de baixa temperatura compreende: (i) um refrigerante de baixa temperatura inflamável que tem um GWP de cerca de 150 ou menos; (ii) um compressor com uma classificação de potência em cavalo de aproximadamente 2 cavalos; e (iii) um trocador de calor no qual o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável se condensa na faixa de temperaturas de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC; e (b) um circuito de refrigeração de média temperatura que compreende um refrigerante de média temperatura não inflamável que evapora no dito trocador de calor absorvendo o calor do dito refrigerante inflamável no dito circuito de refrigeração de baixa temperatura, sendo que o dito trocador de calor é um trocador de calor inundado e em que o dito refrigerante de média temperatura não inflamável evapora a uma temperatura abaixo da dita temperatura de condensação do refrigerante de baixa temperatura e na faixa de cerca de -5ºC a cerca de -15ºC.

15. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por cada circuito de refrigeração estar em uma unidade de refrigeração modular e sendo que pelo menos uma das ditas unidades de refrigeração modular está situada em uma primeira área aberta ao público.

16. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por cada primeiro circuito de refrigeração compreender adicionalmente um dispositivo de expansão do fluido.

17. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o dispositivo de expansão de fluido ser um tubo capilar.

18. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o dispositivo de expansão de fluido ser um tubo de orifício.

19. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o dito refrigerante de média temperatura não inflamável ser R515A, em que o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável compreende ao menos cerca de 50% em peso de R744, hidrocarbonetos C3 - C4, R1234yf, R1234ze (E), R455A, e combinações deles.

20. Sistema de refrigeração em cascata, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o dito sistema de refrigeração de média temperatura estar situado de forma substancialmente completa fora da dita unidade de refrigeração de baixa temperatura e sendo que o dito refrigerante de baixa temperatura inflamável compreende ao menos cerca de 75% em peso de R1234yf, R1234ze (E), R455A, e combinações deles.