ES2233994T3 - Sistema de refrigeracion que incorpora una valvula de servicio de succion. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UNA VALVULA DE SERVICIO PARA AISLAR EL COMPRESOR DE UN SISTEMA DE ENFRIADORA DE UN ENFRIADOR DE EVAPORADOR INUNDADO QUE INCLUYE UN TUBO DE ASPIRACION (19) MONTADO EN LA SECCION SUPERIOR DEL EVAPORADOR QUE SE EXTIENDE HACIA ABAJO, AL INTERIOR DE LA CARCASA DEL EVAPORADOR (12), Y UNA VALVULA DE CORTE (87) MONTADA DENTRO DE LA CARCASA (12) Y DISPUESTA PARA CERRARSE CONTRA LA ABERTURA DEL FONDO DEL TUBO DE ASPIRACION (19). LA VALVULA (87) ESTA CONECTADA MEDIANTE UN VARILLAJE (88) A UN EJE (77) QUE PASA A TRAVES DEL TUBO DE ASPIRACION (19) FUERA DEL EVAPORADOR Y QUE, AL GIRAR, PERMITE QUE LA VALVULA (87) ABRA Y CIERRE.

Description

Sistema de refrigeración que incorpora una válvula de servicio de succión.

El invento se refiere a un sistema de refrigeración y, en particular, a un aparato para mejorar y hacer compacto un sistema de refrigeración.

En muchos sistemas de refrigeración una válvula de asistencia de succión está montada en la tubería refrigerante que conecta la salida del enfriador del evaporador con la entrada de succión del compresor. Tal sistema se muestra en la patente de EE.UU. US-A-2049230. La válvula de asistencia de succión puede ser cerrada durante periodos de mantenimiento para aislar el enfriador del compresor para facilitar más el mantenimiento de los diversos componentes del sistema. En muchos sistemas refrigerantes, particularmente los sistemas compactos, se ha dispuesto poco espacio para la instalación de una válvula de asistencia de succión y, consecuentemente, la válvula no puede, en ciertas condiciones, ser suministrada como parte del sistema total. Intentos de modificar retroactivamente estos sistemas con una válvula de asistencia de succión en algún punto posterior después de que las unidades han sido colocadas en estas instalaciones han resultado generalmente menos que satisfactorios.

Es por tanto un objeto principal del presente invento el mejorar sistemas de refrigeración.

Desde un primer aspecto, el presente invento proporciona un sistema de refrigeración como el reivindicado en la reivindicación 1. Desde un segundo aspecto, el presente invento proporciona un sistema de refrigeración como el reivindicado en la reivindicación 7.

Así, el presente invento se consigue por medio de una válvula de asistencia de succión para conectar el evaporador de un sistema de refrigeración con el compresor del sistema. La válvula puede ser sometida a un ciclo de operaciones para aislar el enfriador del evaporador de un sistema de refrigeración con respecto al compresor del sistema e incluye un tubo de succión que está, al menos parcialmente, contenido dentro de la envuelta del enfriador del evaporador. Un eje está montado rotatoriamente dentro del tubo de succión y está conectado a una válvula situada dentro de la envuelta del evaporador por medio de un mecanismo articulado que se hace pasar hacia abajo a través del tubo de succión. Haciendo girar el eje, la válvula puede ser movida desde una posición abierta por debajo de la abertura del fondo del tubo a una posición cerrada en contacto estanco contra el fondo del tubo para evitar que el refrigerante se mueva entre el evaporador y el compresor.

En una forma del invento, una camisa cilíndrica está montada dentro de una conexión mediante brida de un evaporador que es normalmente usado para unir el evaporador al lado de succión de un compresor. Un eje está montado rotatoriamente en la camisa y está conectado a una válvula que cuelga hacia abajo por debajo de la camisa. La válvula está configurada de forma que puede insertarse junto con la camisa en una conexión existente sin tener que retirar la conexión de la envuelta del evaporador. Aquí nuevamente la válvula se une al eje mediante una unión articulada de forma que la rotación del eje tirará de la válvula hacia arriba desde una posición abierta a una posición cerrada contra la abertura de fondo de la camisa.

Para una mejor comprensión de éstas y otras características del presente invento se hará referencia aquí a la siguiente descripción detallada del invento que ha de leerse en asociación con los siguientes dibujos, en los que:

la figura 1 es una vista en planta de un sistema enfriador que incorpora las enseñanzas del presente invento;

la figura 2 es un dibujo esquemático que muestra con más detalle las partes que componen el sistema refrigerador de la figura 1;

la figura 3 es una vista extrema ampliada, en sección, del evaporador usado en el presente refrigerador, que muestra la válvula de asistencia de succión del presente invento instalada en él;

la figura 4 es un alzado lateral en sección de la válvula de asistencia de succión que muestra la válvula en un estado general; y

la figura 5 es un alzado lateral similar al de la figura 5, que muestra la válvula en una posición cerrada.

Volviendo inicialmente a la figura 1, se muestra en ella un alzado frontal de una unidad de un refrigerador compacto, generalmente con la referencia 10, en el que el armazón 12 del enfriador está montado sobre la envuelta 24 del condensador. Un compresor 17 de tornillo está montado en la parte superior de la envuelta del enfriador en estrecha proximidad con él. Como se explicará con más detalle más adelante, se usa una conexión de brida de bajo perfil que contiene una válvula de asistencia de succión para colocar el evaporador en comunicación de flujo de fluido con la entrada al compresor. La conexión ocupa poco espacio y así permite que el compresor se monte lo más cerca posible de la envuelta del evaporador. En una forma del invento, la válvula está montada sobre una camisa y el conjunto se introduce en una unión de brida existente, permitiendo así que la válvula sea fácilmente montada retroactivamente en sistemas que existen en este sector. Aunque en el presente sistema se muestra que solamente se utiliza un único compresor, una persona experta en la materia vería claramente que se puede emplear más de un compresor en el sistema sin apartarse de las enseñanzas del presente invento.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 2, el presente sistema de refrigeración 10 utiliza un evaporador 12 para refrigerar agua. El agua entra en la envuelta del evaporador a través de una lumbrera o abertura de entrada 13 y se hace circular a través de una serie de tubos 15 antes de ser descargada a través de una lumbrera de salida 16. El enfriador es inundado con líquido refrigerante a una temperatura convenientemente baja, de forma que absorbe el calor del agua que está siendo hecha circular a través de los tubos del intercambiador de calor. Consecuentemente, algo del refrigerante se evapora a un vapor que es recogido en la sección superior de la envuelta del evaporador y después es hecho pasar al compresor 17 del sistema.

El compresor empleado en el sistema es un compresor de tornillo, aunque la práctica del presente invento no está limitada a usarlo conjuntamente con este tipo particular de compresor y tiene una aplicación más amplia en diversos sistemas de refrigeración que usan otros tipos de compresores. El lado de succión del compresor está conectado directamente a un conectador 19 embridado montado en la parte superior de la envuelta del evaporador, de forma que el vapor recogido en la envuelta pasará directamente a la entrada de succión del compresor cuando se hacen trabajos de mantenimiento en el sistema. Como se explicará con más detalle más adelante, una válvula de servicio de succión está contenida dentro del conectador embridado que puede ser sometida manualmente a un ciclo de operaciones para interrumpir el flujo de refrigerante del evaporador al compresor. Los rotores del compresor se acoplan a un motor 20 de compresor por medio de un tren de engranajes 21. Como es normal en la mayoría de los compresores de tornillo, el aceite lubricante es distribuido a los rotores y a los cojinetes de la máquina y, como consecuencia, el aceite se comprime junto con el refrigerante dentro de la cámara de compresión.

El gas comprimido que es descargado del compresor es entregado a un separador de aceite 33 por medio de una tubería de gas 32. El gas comprimido que entra en el separador es dirigido inicialmente contra una pared lateral 35 de la envuelta del separador a través de una tobera de descarga. Al impactar, una parte del aceite es reducida a un líquido que cae al fondo del tanque. La mezcla de gases que queda se hace pasar después a través de una rejilla 37 de tela metálica donde el aceite restante es separado del vapor refrigerante y es recogido en el fondo de la envuelta con el aceite separado previamente. Una tubería de retorno de aceite 36 está conectada al fondo de la envuelta del separador, a través del cual el aceite separado es hecho retornar a la bomba del compresor para recirculación.

Una pequeña bomba de prelubricación 38 está conectada a la tubería de retorno de aceite que es actuada durante un corto periodo de tiempo en el arranque para prelubricar los rotores y cojinetes de la máquina. Cuando la presión en el sistema alcanza un nivel de funcionamiento deseado, la bomba de prelubricación se para y el aceite es desviado alrededor de la bomba por medio de la red 39 de válvula de retención.

El vapor refrigerante es extraído del separador a través de una tubería de vapor 45 y es entregado a la envuelta del condensador 24. El presente sistema utiliza un condensador enfriado por agua, aunque también puede emplearse cualquier tipo de condensador conocido y usado en la técnica. El agua de refrigeración es entregada a la envuelta por la entrada 46 y es hecha pasar a través de una serie de tubos del intercambiador de calor (no mostrado) antes de abandonar el condensador a través de la salida 47. El calor del refrigerante es rechazado al agua de refrigeración, reduciendo así el refrigerante a un líquido que es recogido en el fondo de la envuelta del condensador.

El líquido refrigerante recogido en el condensador pasa a través de una tubería de líquido 48 a un economizador 23 de depósito de expansión 23. El economizador está alojado dentro de un tanque 50 dispuesto verticalmente que está unido a una base 54 que contiene una entrada 49 de refrigerante. Un tubo vertical 55 está montado en la base que rodea un tubo refrigerante de menor diámetro para crear una cámara de expansión entre ellos. El tubo entrega el líquido refrigerante que viene a una válvula de expansión controlada electrónicamente (EXV) 56, cuya función se describe con más detalle en la patente de EE.UU. 4.523.435. El funcionamiento de la EXV es regulado por una unidad de control 60 en respuesta a uno o más estados detectados dentro del sistema. La EXV sirve para expansionar rápidamente el líquido refrigerante que llega a una temperatura y presión más bajas, con las que se evapora parte del líquido. El gas de expansión es recogido en la sección superior del tanque y el líquido es recogido en el fondo del tanque. El gas de expansión recogido es retroalimentado al compresor a través de la sección del motor del compresor y así proporciona un enfriamiento adicional del motor. Después de pasar a través de la sección del motor, el gas de expansión es introducido en la cámara de compresión del compresor aguas abajo de la entrada, dentro de una zona en la que la presión de la cámara es aproximadamente igual a o ligeramente menor que la presión del economizador mantenida en el economizador.

El líquido que es recogido en el fondo del tanque del economizador es expandido o estrangulado una segunda vez a una presión y temperatura menores. La segunda expansión se realiza mediante un dispositivo de medición del flujo tipo flotador. En la patente de EE.UU. 5.285.653 se describe este dispositivo de medición de flujo. Un flotador anular rodea el tubo vertical 55 y está adaptado para flotar sobre el líquido refrigerante contenido en el sumidero del tanque del economizador. Una serie de ranuras de medición dispuestas verticalmente están espaciadas circunferencialmente alrededor de la sección inferior mojada del tubo vertical y una camisa medidora está montada deslizante dentro del tubo vertical detrás de las ranuras. La camisa está conectada al flotador y está así en posición vertical mientras el flotador se mueve hacia arriba o hacia abajo en el líquido refrigerante para variar el tamaño de las aberturas en forma de ranura como respuesta al nivel de refrigerante en el sumidero. Un conducto 52 de inyección de vapor suministra vapor refrigerante procedente del separador de aceite a una presión alta por debajo del flotador para mantener una flotabilidad positiva con relación al líquido refrigerante en el tanque del economizador.

El fluido bifásico refrigerante expandido y estrangulado dos veces en la cámara de expansión es entregado al evaporador por medio de la tubería de líquido 22, donde absorbe calor del agua que se está enfriando y así se reduce una vez más a vapor.

La figura 3 es una vista en sección recta de la envuelta del enfriador del evaporador que muestra los tubos 15 de agua montados en el fondo de la envuelta. El refrigerante líquido que está en la envuelta se mantiene a un nivel tal que los tubos de agua están completamente cubiertos con el refrigerante en fase líquida. La fase de vapor se genera en la envuelta y es recogida en la parte superior de la envuelta. Un conectador embridado típico 70 está montado en la parte superior de la envuelta del evaporador con el cuerpo cilíndrico del conectador extendiéndose hacia abajo a alguna distancia en la envuelta. Una camisa embridada 72 es insertada hacia abajo en el conectador de forma que la brida 73 de la camisa descansa sobre la brida 74 del conectador. Las bridas están fijadas conjuntamente en contacto cara con cara por medios adecuados de pernos roscados 75. Los agujeros alineados 76 para los pernos están también espaciados alrededor de las bridas, lo que permite que el conectador 71 (figura 2) sea fijado con pernos a un conectador de acoplamiento en la tubería de succión del compresor.

Como se ilustra adicionalmente en las figuras 3 a 5, un eje 77 dispuesto verticalmente está montado para rotación en la superficie de cojinete 78-78 dispuesta en la camisa 72. Un extremo del eje se extiende horizontalmente tanto a través del cuerpo de la camisa como del cuerpo del conectador y contiene la cabeza cuadrada 79 en su extremo extendido, en el que se puede aplicar una herramienta adecuada 80 para hacer rotar manualmente el eje en las superficies de cojinete. Juntas estancas tales como juntas tóricas 82-82 están montadas entre la camisa 72 y el conectador 19, así como entre el eje y la camisa para evitar que el refrigerante se escape del sistema. En el conjunto la sección del cuerpo de la camisa se extiende hacia abajo hasta una elevación ligeramente más baja que la sección del cuerpo del conectador.

La parte central del eje 77 contiene una sección cuadrada 83. Un brazo de manivela 85 está fijado a la sección cuadrada del brazo, de forma que rote con el eje. La longitud del brazo de manivela es ligeramente menor que la del radio de la abertura 86 de la camisa, de forma que el brazo pueda oscilar libremente dentro de la abertura. Una válvula 87 está conectada al brazo de manivela mediante una biela 88 que está fijada para rotación en un extremo en el brazo de manivela y en el otro extremo en una orejeta 89 que está fijada a la parte superior de la válvula. Una pluralidad de pasadores de guía dispuestos verticalmente están montados en la parte superior de la válvula que se extiende hacia arriba en la abertura de la camisa para guiar la válvula cuando es movida entre la posición abierta mostrada en la figura 4 y la posición cerrada mostrada en la figura 5.

Un colector de aceite 93 está montado dentro de la envuelta del evaporador inmediatamente debajo de la abertura en el conectador para captar cualquier aceite que pudiera pasar hacia abajo desde el compresor al evaporador. El colector también sirve para recoger el aceite que es llevado desde el proceso de evaporación. Cuando la válvula está en la posición abierta, como se muestra en la figura 5, la válvula está situada justamente encima del piso del colector. Haciendo girar el eje desde la posición abierta a la posición cerrada, como se ve en la figura 4, se hace que el mecanismo articulado impulse la válvula hacia arriba hasta hacer contacto estanco contra la cara inferior de la camisa, evitando así que el refrigerante fluya entre el evaporador y el compresor. Mediante el mecanismo articulado se da una ligera sobrerrotación de forma que la válvula se fije en la posición cerrada.

Como sería evidente de la descripción anterior, la válvula de asistencia de succión presente es un dispositivo que ahorra espacio, que puede ser instalado como equipamiento original en sistemas de refrigeración o ser fácilmente montados retroactivamente en los sistemas existentes que hay en este sector.

Claims (13)

1. Un sistema de refrigeración (10) que comprende un compresor (17), un evaporador (12) y una válvula de asistencia para aislar selectivamente el compresor (17) con respecto al evaporador (12), caracterizado porque dicho evaporador comprende una envuelta de refrigerador (12), y porque dicha válvula de asistencia comprende un tubo de succión (72) que está montado en la sección superior de la envuelta (12) del evaporador para conectar el evaporador con el lado de succión del compresor (17), teniendo dicho tubo de succión una abertura superior situada fuera de la envuelta del evaporador y una abertura de fondo situada dentro de dicha envuelta; un eje (77) montado rotatoriamente en dicho tubo de succión en un lugar fuera de dicha envuelta; medios (79) para hacer girar dicho eje (77) entre una primera posición y una segunda posición; unos medios de válvula de cierre (87) conectados a dicho eje (77) por medios de mecanismo articulado, de forma que dicha válvula (87) esté situada por debajo de la abertura del fondo de dicho tubo de succión (72) dentro de dicha envuelta (12) cuando dicho eje (77) está situado en dicha primera posición, con lo que el refrigerante en dicha envuelta (12) del evaporador puede moverse libremente entre el evaporador (12) y el compresor (17), y estando dicha válvula (87) asentada en contacto de cierre sobre la abertura del fondo en dicho tubo de succión (72) para cerrar dicha abertura del fondo cuando dicho eje (77) está en dicha segunda posición, por lo que se impide que el refrigerante se mueva entre dicho evaporador (12) y dicho compresor (17).

2. El sistema de refrigeración de la reivindicación 1, en el que dichos medios de mecanismo articulado incluyen un brazo de manivela (85) fijado para rotación a dicho eje (77) dentro del tubo de succión y unos medios de articulación (88) montados pivotantes en un extremo a dicho brazo de manivela (85) y en el otro extremo a dichos medios de válvula (87).

3. El sistema de refrigeración de la reivindicación 2, en el que la abertura en dicho tubo de succión (72) es cilíndrica y el brazo de manivela (85) tiene una longitud que es menor que el radio de dicha abertura, por lo que el brazo de manivela (85) puede rotar libremente dentro de dicho tubo de succión (72).

4. El sistema de refrigeración de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho eje (77) se extiende a través de dicho tubo de succión (72) y el extremo extendido de dicho eje tiene unos medios de acoplamiento (79) para conectar dicho eje a unos medios para hacer rotar dicho eje.

5. El sistema de refrigeración de cualquier reivindicación precedente, que adicionalmente incluye una bandeja de aceite (93) montada dentro de dicha envuelta de evaporador (12) debajo de dichos medios de válvula (87) para recoger el aceite que se drena desde dicho tubo de succión (72).

6. El sistema de refrigeración de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho tubo de succión (72) incluye adicionalmente unos medios de conexión (73) situados fuera de la envuelta (12) para acoplar el tubo de succión (72) a la entrada del compresor (12).

7. Un sistema de refrigeración que tiene un evaporador (12) y un compresor (17) y una válvula de asistencia para aislar el evaporador (12) del compresor (17), que está caracterizado porque dicho evaporador (12) comprende una envuelta (12) del evaporador, dicho compresor (17) está montado sobre dicha envuelta (12) del evaporador, y porque dicha válvula de asistencia comprende un tubo de succión (70) que está montado en la sección superior de dicha envuelta (12) del evaporador, teniendo dicho tubo de succión una abertura pasante; una camisa hueca (72) desmontable montada dentro de dicho tubo de succión (70), que pasa hacia abajo a la envuelta (12) del evaporador, teniendo dicha camisa (72) medios de cojinete para soportar rotatoriamente un eje (77) montado dentro de la camisa (72), extendiéndose hacia abajo dicho eje (77) a través de agujeros coaxiales formados en dicha camisa (72) y dicho tubo (70); medios (79) para hacer rotar dicho eje (77) entre una primera posición y una segunda posición; unos medios de válvula (87) conectados a dicho eje por medios de mecanismo articulado, de forma que dicha válvula (87) se sitúa dentro de la envuelta (12) del evaporador por debajo de dicha camisa (72) cuando dicho eje (77) está en una primera posición, por lo que el refrigerante en dicho evaporador (12) puede pasar libremente entre dicho evaporador (12) y dicho compresor (17), y estando dicha válvula (87) dispuesta para asentar en contacto de cierre sobre la abertura del fondo en dicha camisa (72) cuando el eje (77) es movido a dicha segunda posición, con lo que se evita que el refrigerante se mueva entre el evaporador (12) y el compresor (17); y estando dichos medios de válvula configurados de forma que son insertables en el evaporador (12) a través de la abertura en dicho tubo de succión (70).

8. El sistema de refrigeración de la reivindicación 7, que tiene medios de obturación (82) entre el tubo de succión (70) y la camisa (72) para evitar que el refrigerante se mueva entre ellos.

9. El sistema de refrigeración de la reivindicación 7 u 8, en el que dichos medios de mecanismo articulado incluyen un brazo de manivela (85) fijado para rotación a dicho eje dentro de dicha camisa (87) y unos medios de articulación (88) conectados pivotantes en un extremo a dicha manivela (85) y en el otro extremo a dichos medios de válvula (87).

10. El sistema de refrigeración de la reivindicación 9, en el que dicha camisa (72) tiene forma cilíndrica y el brazo de manivela (85) tiene una longitud que es menor que la del radio interior de la camisa (72).

11. El sistema de refrigeración de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el extremo extendido de dicho eje (77) tiene unos medios (79) para conectar dicho eje a unos medios para hacer rotar dicho eje.

12. El sistema de refrigeración de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, que incluye además una bandeja de aceite (93) montada dentro de dicha envuelta del evaporador por debajo de dichos medios de válvula.

13. El sistema de refrigeración de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, que incluye además un acoplamiento embridado (74) para conectar el tubo de succión (70) con la entrada del compresor.