ES2282077T3 - Expansor-compresor como sustitutivo de valvula reguladora de flujo bifasico. - Google Patents

Expansor-compresor como sustitutivo de valvula reguladora de flujo bifasico. Download PDF

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Abstract

Máquina de desplazamiento de varios rotores para expandir y comprimir un refrigerante, comprendiendo dicha máquina: un primer rotor (32) que tiene una pluralidad de lóbulos helicoidales (42) dispuestos alrededor de una periferia del rotor; al menos un segundo rotor (34) en contacto de engrane con dicho primer rotor (32) y con una pluralidad de surcos helicoidales (46) dispuestos alrededor de al menos una segunda periferia del rotor para recibir los lóbulos (42) de dicho primer rotor (32) durante el giro de dichos rotores en direcciones opuestas; un alojamiento (36) que define una cámara que encierra los rotores y que tiene una lumbrera de entrada (56) en un extremo y una primera lumbrera de salida (60) en un extremo opuesto, incluyendo además dicho alojamiento (36) una segunda lumbrera de salida intermedia (58) formada en una pared lateral de dicha cámara entre la lumbrera de entrada (56) y la primera lumbrera de salida (60); y en donde dichos rotores (32, 34) y dicho alojamiento (36) definen, durante el giro de dicho primer rotor (32) en una dirección, una cámara de trabajo de expansión efectivamente cerrada (52) entre las lumbreras de entrada (56) y de salida intermedia (58) y una cámara de trabajo de contracción efectivamente cerrada (54) entre las lumbreras de salida primera (60) e intermedia (58); estando caracterizada dicha máquina porque dicha lumbrera de salida intermedia (58) está dispuesta en una porción inferior del alojamiento (36) para retirar de la máquina la fase de refrigerante líquido de una mezcla de fluido bifásica de vapor y líquido.

Description

Expansor-compresor como sustitutivo de válvula reguladora de flujo bifásico.
La invención se refiere al campo de la refrigeración y, más particularmente, a una máquina de desplazamiento positivo único (expresor) que permite la expansión y compresión de una mezcla de flujo bifásica cuando se emplea en sistemas de enfriamiento profundo, de acondicionamiento de aire, de bomba de calor o de refrigeración.
En primer lugar y haciendo referencia a la figura 1, se muestra esquemáticamente para fines de antecedentes un sistema de refrigeración conocido 10 para una bomba de calor, un refrigerador, una nevera o un acondicionador de aire. El sistema de refrigeración conocido 10 incluye un compresor 11 accionado por un motor eléctrico 12 u otros medios conocidos, que comprime el vapor. El compresor 11 descarga el vapor comprimido a alta presión y a alta temperatura en un condensador 13 en el que se extrae el calor del fluido de trabajo, provocando la condensación del vapor de alta presión en forma de un líquido de alta presión. El líquido de alta presión fluye a continuación desde el condensador 13 a una válvula de estrangulación 14 que reduce la presión del líquido, provocando una súbita evaporación parcial. Este fluido de más baja presión es canalizado a continuación hacia un evaporador 15 en el que el fluido absorbe el calor, convirtiendo así el fluido de trabajo del estado de líquido al estado de vapor. El vapor del evaporador vuelve a entrar en el compresor 11 por el lado de entrada.
La figura 2 muestra un ciclo de compresión de vapor PH (presión frente a entalpía) para el sistema de refrigeración convencional mostrado en la figura 1 con la presión (P) representada a lo largo del eje de ordenadas y la entalpía (H) apareciendo a lo largo del eje de abscisas. El ciclo de vapor/compresión muestra una compresión adiabática de vapor a lo largo de la línea A, teniendo lugar el enfriamiento supercalentado del vapor a lo largo de la línea B1, seguido por una condensación isotérmica bifásica a lo largo de la línea B2 y el subenfriamiento de líquido a lo largo de la línea B3. Cuando el fluido de trabajo pasa a través de una válvula de estrangulación, el fluido de trabajo experimenta una expansión isoentálpica, como se indica por la línea vertical C. La evaporación isobárica del líquido en el evaporador se muestra por la línea horizontal D.
Como deberá ser evidente por el diagrama anterior, y con expansión isoentálpica, la calidad del refrigerante expandido se incrementa debido a que parte de la energía de compresión del fluido de trabajo condensado se consume en la transformación del líquido en vapor en el lado de baja presión del sistema. Para un funcionamiento eficiente, la calidad del fluido de trabajo, esto es, la fracción de vapor del refrigerante expandido, deberá ser tan pequeña como sea
posible.
Haciendo referencia a la figura 3, se ha desarrollado un sistema mejorado, como se describe en la patente U.S. número 5.467.613 del mismo titular, en el que un expansor de turbina 17 sustituye al expansor de válvula de estrangulación. El expansor de turbina 17 recibe el líquido de alta presión desde el condensador y acciona un rotor de turbina con la energía cinética del fluido de trabajo en expansión. En otras palabras, una porción de la energía impartida al fluido de trabajo por el compresor se recupera en el expansor como energía mecánica. Por tanto, el expansor de turbina alivia parte de la carga del compresor sobre el motor de accionamiento, de modo que el ciclo de refrigeración funciona más eficientemente de lo que es posible con un expansor del tipo de estrangulación.
Típicamente, el expansor de turbina está conectado mecánica o eléctricamente con el compresor principal. Una disposición mecánica típica se ilustra en la figura 3. Una desventaja de la disposición de acoplamiento directo es que la turbina/expansor debe situarse en estrecha proximidad con el compresor principal. Esto da como resultado la necesidad de tuberías adicionales en el sistema y, en consecuencia, aumenta los costes de implementación del expansor de flujo bifásico.
Otra solución posible al problema anterior, mostrada en la figura 4, es proporcionar una turbina/expansor autónomo que transforme localmente su potencia mecánica recuperada en potencia eléctrica mediante el uso de un generador 18. Esta potencia eléctrica transformada suministra una porción de la potencia eléctrica que se requiere para accionar el motor 12 del compresor 11. La desventaja de este sistema es la necesidad de un generador eléctrico adicional, así como las pérdidas adicionales asociadas al generador.
Además, cada uno de los sistemas mostrado en las figuras 3 y 4 requiere turbinas/expansores que se hacen funcionar a velocidades fijas. Sin embargo, en aplicaciones de sistema reales, el funcionamiento a velocidad fija requiere un equipo físico adicional para impedir la desviación de gas caliente desde el condensador al evaporador durante condiciones de carga parcial. Como consecuencia, la eficiencia de los sistemas de recuperación de pérdidas de estrangulación existentes se deteriora en condiciones de carga parcial. Por ejemplo, para un sistema que funciona al 50% o menos de capacidad con un aumento de temperatura reducido, se ha encontrado que la recuperación de potencia de la turbina/expansor se reduce típicamente a cantidades casi despreciables.
Además, en la patente US 5.192.199 se describe un compresor accionado por expansor para un medio gaseoso.
Un objeto principal de la presente invención es mejorar los sistemas de recuperación de pérdidas de estrangulación del estado de la técnica.
Por tanto, según un aspecto de la presente invención, se proporciona una máquina de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 1.
Preferiblemente, se proporciona una máquina de desplazamiento positivo de tornillos gemelos (expresor) que tiene un par de rotores que pueden accionarse sin motores haciendo pasar refrigerante fluido a través de los rotores, aunque la máquina puede incluir un accionamiento de motor, si fuera necesario.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de refrigeración por compresión/expansión de un solo fluido según la reivindicación 14.
Según un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método de expandir y comprimir un refrigerante según la reivindicación 16.
Una ventaja de la presente invención es que una máquina de desplazamiento plural (denominada a continuación también expresor), según se describe, puede realizar de forma idónea tanto la expansión como la compresión sobre un líquido subenfriado entrante o una mezcla de fluido bifásica entrante.
Otra ventaja de la presente invención es que el expansor/compresor (denominado también en lo que sigue expresor) no está acoplado directamente a un dispositivo de velocidad fija (tal como un generador eléctrico o el compresor principal o su motor); por tanto, su velocidad es variable. La posibilidad de la velocidad variable permite un funcionamiento a velocidad reducida en condiciones de carga parcial cuando se reduce el caudal de masa de líquido que entra en el expansor. De esta manera, la velocidad del expresor puede ser autorregulable.
Otra ventaja de la presente invención es que el expresor es un dispositivo autónomo y no requiere una conexión mecánica independiente con el compresor principal. Por tanto, el expresor puede montarse posteriormente en equipos HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning - Calentamiento, ventilación y acondicionamiento de aire) existentes.
Todavía otra ventaja de la presente invención es que la potencia mecánica recuperada durante el proceso de expansión puede usarse directamente para accionar un proceso de compresión. Por tanto, el presente dispositivo es más eficiente que los dispositivos autónomos que convierten la potencia mecánica en potencia eléctrica.
Todavía otra ventaja es que, debido a que se realiza un proceso de compresión utilizando el expresor, que está completamente separado del compresor principal, se incrementa la capacidad total del sistema.
Todavía otra ventaja es que una máquina de desplazamiento de varios rotores y un solo tornillo puede expandir efectivamente y comprimir a continuación una porción de una mezcla bifásica entrante sin requerir un par de máquinas para expandir y comprimir por separado la mezcla bifásica.
Todavía otra ventaja de la presente invención es que no hay limitación de tamaño en las aplicaciones. Por tanto, pueden proporcionarse expresores lentos grandes o expresores rápidos pequeños.
Estos y otros objetos, características y ventajas serán evidentes por la siguiente descripción detallada de la invención, que deberá leerse en unión de los dibujos que se acompañan.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de enfriamiento conocido sin recuperación de la potencia de pérdida de estrangulación;
La figura 2 es un diagrama del ciclo de compresión/expansión del refrigerante para el sistema de enfriamiento de la figura 1;
La figura 3 es un diagrama esquemático del sistema de enfriamiento conocido de la figura 1 en el que la válvula de expansión de estrangulamiento se sustituye por un turboexpansor que está acoplado mecánicamente al compresor principal;
La figura 4 es un diagrama esquemático de los sistemas conocidos de las figuras 1 y 3 que utilizan un turboexpansor que está acoplado eléctricamente al compresor principal;
La figura 5 es una vista en planta desde arriba en perspectiva parcial de una realización preferida de una máquina de desplazamiento positivo que expande en una primera zona y comprime en una segunda zona;
La figura 6 es una vista en planta desde arriba en perspectiva de la máquina de desplazamiento positivo de la figura 5 que muestra la lumbrera de entrada;
La figura 7 es una vista en planta desde abajo en perspectiva parcial de la máquina de desplazamiento positivo de la figura 5;
La figura 8 es una vista en planta desde abajo en perspectiva de la máquina de desplazamiento positivo de la figura 5 que muestra las lumbreras de entrada, intermedia y de salida;
La figura 9 es una vista lateral de la máquina de desplazamiento positivo de la figura 5 que muestra áreas volumétricas relativas de los volúmenes canalizados y las lumbreras de entrada, intermedia y de salida;
La figura 10 es un diagrama esquemático de un sistema de enfriamiento que emplea la máquina de desplazamiento positivo de la figura 5;
La figura 11 es un diagrama del ciclo de compresión/expansión del refrigerante para un sistema que emplea un expresor tal como el sistema de enfriamiento de la figura 10;
La figura 12 es una vista lateral parcial de una máquina de desplazamiento positivo según otra realización preferida de la invención; y
La figura 13 es una vista extrema parcial de un expresor de álabes giratorios según una disposición que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones.
La siguiente exposición se refiere a ciertas realizaciones preferidas de la presente invención. En todo el curso de la exposición, términos tales como "delantero", "trasero", "lateral", "superior" e "inferior" se utilizan para proporcionar un marco de referencia en términos de los dibujos que se acompañan. Sin embargo, estos términos no deberán considerarse como limitativos con respecto a los conceptos inventivos transmitidos.
Haciendo referencia a las figuras 5-9, se muestra una máquina de desplazamiento positivo, denominada en adelante expresor 30, que tiene un par de rotores acoplables, a saber, un primer rotor 32 y un segundo rotor 34 dispuestos dentro del interior de un alojamiento sustancialmente sellado 36 que tiene un volumen sustancialmente definido por cilindros primero y segundo intersecantes 38, 40. Según esta realización, el primer rotor 32 incluye una pluralidad de lóbulos helicoidales 42 dispuestos alrededor de una periferia del mismo, separados por una pluralidad correspondiente de surcos 44. Los lóbulos 42 están dimensionados para corresponderse aproximadamente con el diámetro del primer cilindro 38, aunque permitiendo todavía que el primer rotor 32 gire dentro del alojamiento 36. El segundo rotor 34 incluye una pluralidad de surcos helicoidales 46 dispuestos también alrededor de la periferia del mismo y dimensionados para recibir los lóbulos helicoidales 42 del primer rotor 32. Entre cada uno de los surcos helicoidales 46 hay un número correspondiente de mesetas 48 dimensionados para corresponderse aproximadamente con el diámetro del segundo cilindro 40, pero permitiendo todavía el giro del segundo rotor 34 alrededor de un eje de giro paralelo al igual que el primer rotor 32. Dado que cada uno de los rotores giran en direcciones opuestas, los lóbulos helicoidales 42 del primer rotor 32 se engranan con los surcos helicoidales 46 del segundo rotor 34.
Los surcos 44, 46 de los rotores de engrane 32, 34 y la pared interior del alojamiento 36 definen volúmenes canalizados 50, 50A, 51, 51A a través de los cuales entra y pasa seguidamente refrigerante fluido. Dos zonas adyacentes 52, 54 están definidas a lo largo del eje del expresor 30. La primera zona es una cámara de trabajo de expansión efectivamente cerrada o una zona de expansión 52 definida por volúmenes canalizados pequeños 50A, 50 que se extienden helicoidalmente desde una lumbrera de entrada 56 del expresor 30 y que crecen a lo largo del eje hasta el extremo de la zona de expansión 52. La segunda zona es una cámara de trabajo de contracción efectivamente cerrada o una zona de recompresión 54 y está definida por volúmenes decrecientes de los volúmenes canalizados 51, 51A. Al comienzo de la zona de recompresión 54 hay unos volúmenes canalizados grandes 51 que están dispuestos de manera adyacente al extremo de la zona de expansión 52, disminuyendo los volúmenes canalizados 51 de la zona de descompresión 54 hasta la lumbrera de salida 60 del expresor 30 (también el extremo de la zona de recompresión). Por tanto, los volúmenes canalizados 50A, 51A en las partes delantera y trasera del expresor 30 son más pequeños que los volúmenes canalizados intermedios 50, 51 del expresor 30 mostrados de manera representativa en la figura 9.
En la porción delantera superior del expresor 30, la lumbrera de entrada 56 está dispuesta para recibir un flujo volumétrico de refrigerante fluido, usualmente de la fase líquida en una proporción sustancial. Cuando el refrigerante fluido entrante pasa a través de los volúmenes canalizados 50A, 50 de la zona de expansión 52, el fluido se expandirá debido al incremento de volumen del mismo, dando como resultado vapor de refrigerante añadido. La expansión del fluido provoca también una súbita evaporación que realiza el trabajo sobre los rotores 32, 34 cuando se incrementa el tamaño del volumen atrapado. Una lumbrera intermedia 58 está dispuesta en la parte inferior del expresor 30, en donde sustancialmente todo el refrigerante líquido es retirado por las fuerzas centrífugas y la gravedad. El fluido restante pasa entonces a la segunda zona 54 donde es recomprimido en forma de un vapor de alta presión debido al tamaño decreciente de los volúmenes canalizados 51, 51A. El vapor de presión elevada resultante sale entonces del expresor 30 a través de una lumbrera de salida 60 dispuesta en la porción trasera inferior del expresor 30. Por tanto, tanto la expansión como la compresión se realizan utilizando la misma máquina. La potencia recuperada durante el proceso de expansión como energía del árbol giratorio se utiliza directamente para comprimir parte del vapor en la zona de recompresión del expresor 30. La compresión realizada por el expresor 30 no requiere la entrada de potencia externa y se suma a la compresión realizada por el compresor principal. Por tanto, el expresor 30 mejora la eficiencia y la capacidad de un sistema de compresión de vapor dado.
Es importante que la longitud axial total del expresor 30 sea suficientemente grande para retirar sustancialmente todo el refrigerante líquido a través de la lumbrera intermedia 58, pero no sea tan grande como para anular las diferencias en los volúmenes canalizados 50, 50A, 51, 51A, lo que daría como resultado una recompresión pequeña en la segunda zona 54. Asimismo, es importante que los lóbulos 42 estén perfilados y configurados para minimizar las fugas de fluido entre los canales, tal como a través de sopladuras (no mostradas), para que el refrigerante fluido se expanda y/o se comprima eficientemente.
Volviendo a las figuras 10 y 11, se muestra un sistema de enfriamiento 31 que tiene el expresor descrito 30 dispuesto entre un condensador 13 y un evaporador 15. Para propósitos de claridad, las partes que tienen los números de referencia que los descritos en las figuras 1-9 se identificarán con los mismos números de referencia. Un refrigerante de vapor de baja presión (P_{1}) entra en un compresor 11, donde se comprime formando un refrigerante de vapor de alta presión (P_{3}) representado por la línea A de la figura 11. El refrigerante de vapor de alta presión pasa entonces desde el compresor 11 al condensador 13, donde es enfriado y condensado en forma de líquido por intercambio de calor con líquido en un circuito de refrigeración 27, representado por las líneas B, C y D de la figura 11. La línea C muestra que, una vez que el refrigerante experimenta un cambio isobárico completo de fase de vapor a líquido (línea B) en el condensador 13, el refrigerante sufre a continuación una caída de presión isoentálpica de P_{3} a P_{2} que hace que el refrigerante pase a ser una mezcla bifásica a, una vez más, la presión P_{2}. Aunque está todavía en el condensador 13, el refrigerante sufre otro cambio de fase isobárico para pasar sustancialmente a la fase líquida a una entalpía de H_{3}, como se representa por la línea D. Desde el condensador 13 el refrigerante entra al expresor 30 a través de la lumbrera de entrada 56. Como se ha descrito anteriormente, el refrigerante se expande formando así una mezcla de fluido bifásica. Sustancialmente, todo el refrigerante líquido es forzado desde el expresor 30 a través de la lumbrera intermedia 58 y avanza hacia el evaporador 15, representado por la línea E. El refrigerante restante en el expresor 30 se vuelve a comprimir (a la presión del condensador) en la zona de recompresión 54 y sale a continuación del expresor 30 a través de la lumbrera de salida 60 en forma de un vapor de alta presión que es realimentado después al condensador 13.
Haciendo referencia todavía a las figuras 10 y 11, la línea F representa el resultado termodinámico de una válvula de estrangulamiento (no mostrada), mientras que la línea E muestra el resultado termodinámico de la zona de expansión 52 del expresor 30. Deberá ser evidente que hay un porcentaje mayor de líquido en el refrigerante que entra en el evaporador 15 como resultado de que el fluido se expande en el expresor 30 y no en una válvula de estrangulamiento. La diferencia en entalpía (H_{2}-H_{1}), debida a una concentración de líquido mayor en el refrigerante, es la energía mecánica que se recupera durante la expansión y que debe ser utilizada por los árboles de los rotores del expresor 30 durante la recompresión. En el evaporador, el refrigerante sustancialmente líquido de baja presión extrae calor de un circuito de enfriamiento 29 y cambia de fase convirtiéndose en un refrigerante sustancialmente de vapor de baja presión que ha de ser realimentado al compresor 11, representado por la línea G. Al incrementar el porcentaje de líquido del refrigerante en el evaporador, se incrementa la eficiencia total del sistema de enfriamiento 31 debido a que se requiere más calor del ambiente para cambiar la fase y la temperatura del refrigerante en el evaporador que para cambiar simplemente la temperatura del refrigerante. Como resultado, el expresor 30 funciona para incrementar la relación de líquido a vapor del refrigerante en el evaporador 15 y funciona también para ayudar al compresor 11 proporcionando vapor de alta presión adicional que se ha de condensar en el condensador 13.
La figura 12 muestra una realización alternativa de una máquina de desplazamiento positivo 73 según la presente invención, que incluye un primer rotor 75 que tiene un eje de rotación que está perpendicularmente dispuesto con relación a un par de rotores de compuerta 77, 78 que engranan uno con otro. El refrigerante fluido que entra en la máquina de desplazamiento plural 73 a través de una lumbrera de entrada 76 se expande en el primer rotor 75 y pasa a ser una mezcla bifásica. Después de la expansión en el primer rotor 75, la porción de líquido del refrigerante expandido sale del primer rotor 75 a través de una lumbrera intermedia 80. El vapor de refrigerante restante se comprime a continuación y sale del rotor 75 a través de una lumbrera de salida 82.
En la figura 13 se muestra una disposición que no cae dentro del alcance de las reivindicaciones, en la que un expresor de álabes giratorios 99 incluye un rotor central 93 excéntricamente montado en un alojamiento cilíndrico 95. Una pluralidad de álabes deslizantes 91 están dispuestos radialmente en la superficie exterior del rotor central 93. Cuando gira el rotor central 93 a lo largo de la superficie interior del alojamiento 95, los álabes deslizantes 91 se mueven radialmente hacia dentro y hacia fuera de pasajes circunferencialmente espaciados 100 que están dispuestos en el alojamiento 95, cambiando así el volumen del refrigerante. Un refrigerante líquido de alta presión que tiene un volumen V1 entra en el expresor de álabes giratorios 99 a través de una lumbrera de entrada 90. Cuando gira el rotor 93, el volumen del refrigerante se expande hasta el volumen V3, en el que el refrigerante sale ahora como una mezcla bifásica de baja presión. En una lumbrera intermedia 92 se retira del expresor 99 una cantidad sustancial del líquido presente en la mezcla bifásica de baja presión. El refrigerante restante sufre entonces una compresión hasta un volumen V5, en el que es retirado finalmente a través de una lumbrera de salida 94 como un vapor de alta presión.
Son posibles otras variaciones. Por ejemplo, tres o más rotores pueden situarse en una configuración paralela (no mostrada) de modo que unos lóbulos helicoidales alternos engranen con surcos helicoidales alternos. En esta disposición, puede proporcionarse una pluralidad de lumbreras de entrada y/o de lumbreras de salida de modo que el refrigerante se expanda y se comprima uniformemente.

Claims (17)

1. Máquina de desplazamiento de varios rotores para expandir y comprimir un refrigerante, comprendiendo dicha máquina:
un primer rotor (32) que tiene una pluralidad de lóbulos helicoidales (42) dispuestos alrededor de una periferia del rotor;
al menos un segundo rotor (34) en contacto de engrane con dicho primer rotor (32) y con una pluralidad de surcos helicoidales (46) dispuestos alrededor de al menos una segunda periferia del rotor para recibir los lóbulos (42) de dicho primer rotor (32) durante el giro de dichos rotores en direcciones opuestas;
un alojamiento (36) que define una cámara que encierra los rotores y que tiene una lumbrera de entrada (56) en un extremo y una primera lumbrera de salida (60) en un extremo opuesto, incluyendo además dicho alojamiento (36) una segunda lumbrera de salida intermedia (58) formada en una pared lateral de dicha cámara entre la lumbrera de entrada (56) y la primera lumbrera de salida (60); y
en donde dichos rotores (32, 34) y dicho alojamiento (36) definen, durante el giro de dicho primer rotor (32) en una dirección, una cámara de trabajo de expansión efectivamente cerrada (52) entre las lumbreras de entrada (56) y de salida intermedia (58) y una cámara de trabajo de contracción efectivamente cerrada (54) entre las lumbreras de salida primera (60) e intermedia (58);
estando caracterizada dicha máquina porque dicha lumbrera de salida intermedia (58) está dispuesta en una porción inferior del alojamiento (36) para retirar de la máquina la fase de refrigerante líquido de una mezcla de fluido bifásica de vapor y líqui-
do.
2. Máquina de desplazamiento de varios rotores según la reivindicación 1, en la que dicha cámara de trabajo de expansión (52) tiene una longitud suficiente para permitir la expansión de dicho refrigerante y la retirada de sustancialmente toda la fase de refrigerante líquido de la máquina.
3. Máquina de desplazamiento de varios rotores según la reivindicación 1 o 2, en la que la lumbrera de entrada (56) está dispuesta en una porción superior del alojamiento (36).
4. Máquina de desplazamiento de varios rotores según la reivindicación 1, 2 o 3, en la que la primera lumbrera de salida (60) está dispuesta en dicha porción inferior del alojamiento (36).
5. Máquina de desplazamiento de varios rotores según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos rotores (32, 34) son hechos girar por la recepción de una mezcla de fluido en dicha lumbrera de entrada (56) sin usar un motor.
6. Máquina de desplazamiento de varios rotores según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que incluye un motor para hacer que gire al menos un rotor (32, 34).
7. Máquina de desplazamiento de varios rotores según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho primer rotor (32) y al menos un segundo rotor (34) están dispuestos en relación paralela uno con otro, teniendo cada uno de dichos rotores unos ejes de rotación respectivos que son parale-
los.
8. Máquina de desplazamiento de varios rotores según la reivindicación 7, en la que al menos un rotor (32, 34) tiene un eje de rotación que está dispuesto en ángulo con respecto a los ejes de rotación de los rotores restantes.
9. Máquina de desplazamiento de varios rotores según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cámara de trabajo de expansión (52) incluye al menos un volumen canalizado (50A,
50).
10. Máquina de desplazamiento de varios rotores según la reivindicación 9, en la que dicho al menos un volumen canalizado (50A, 50) de la cámara de trabajo de expansión (52) aumenta de volumen a lo largo del eje de dicha cámara de trabajo de expansión.
11. Máquina de desplazamiento de varios rotores según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cámara de trabajo de contracción (54) incluye al menos un volumen canalizado (51, 51A).
12. Máquina de desplazamiento de varios rotores según la reivindicación 11, en la que dicho al menos un volumen canalizado (51, 51A) de la cámara de trabajo de contracción (51) disminuye en volumen a lo largo del eje de dicha cámara de trabajo de contracción.
13. Máquina de desplazamiento de varios rotores según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos rotores primero (32) y segundo (34) incluyen una longitud suficiente para realizar tanto la expansión como la compresión de dicho refrigerante.
14. Aparato de refrigeración por compresión/ex-
pansión de un solo fluido, que comprende:
una carga de refrigerante fluido que sale del aparato como líquido y como vapor;
un compresor (11) para comprimir el refrigerante fluido, añadiendo así energía de compresión al fluido refrigerante, teniendo dicho compresor una entrada para recibir dicho fluido a una presión reducida predeterminada y una salida desde la cual se suministra el fluido a una presión elevada;
un motor de accionamiento (12) acoplado a dicho compresor principal (11) para accionar dicho compresor principal;
medios de condensador (13) para extraer calor del refrigerante, convirtiendo así el vapor comprimido que sale de dicho compresor principal en un líquido;
medios de evaporador (15) para absorber calor externo en el refrigerante y para convertir refrigerante líquido en vapor; y
una máquina de desplazamiento (30) de varios rotores según cualquier reivindicación anterior dispuesta entre dichos medios de condensador (13) y una entrada a dichos medios de evaporador (15).
15. Aparato de refrigeración por compresión/ex-
pansión de un solo fluido según la reivindicación 14, en el que:
la lumbrera de entrada (56) de la máquina de desplazamiento giratorio plural (30) está en comunicación de fluido con una salida de los medios de condensador (13);
la lumbrera de salida intermedia (58) de la máquina de desplazamiento giratorio plural (30) está en comunicación de fluido con una entrada de los medios de evaporador (15); y
la lumbrera de salida (60) de la máquina (30) de varios desplazamientos giratorios está en comunicación de fluido con una entrada de los medios de condensador (13).
16. Método de expandir y comprimir un refrigerante, que comprende las etapas de:
proporcionar una máquina de desplazamiento (30) de varios rotores, comprendiendo dicha máquina:
un primer rotor (32) que tiene una pluralidad de lóbulos helicoidales (42) dispuestos alrededor de una periferia del rotor;
al menos un segundo rotor (34) en contacto de engrane con dicho primer rotor (32) y con una pluralidad de surcos helicoidales (46) dispuestos alrededor de al menos una segunda periferia del rotor para recibir los lóbulos (42) de dicho primer rotor (32) durante el giro de dichos rotores en direcciones opuestas; y
un alojamiento (36) que define una cámara que encierra los rotores y que tiene una lumbrera de entrada (56) en un extremo y una primera lumbrera de salida (60) en un extremo opuesto, incluyendo dicho alojamiento (36) además una segunda lumbrera de salida intermedia (58) formada en una pared lateral de dicha cámara entre la lumbrera de entrada (56) y la primera lumbrera de salida (60);
introducir dicho refrigerante en la lumbrera de entrada (56) de dicha máquina (30);
expandir dicho refrigerante en una cámara de trabajo de expansión efectivamente cerrada (52) definida por dichos rotores (32, 34) y dicho alojamiento (36) entre las lumbreras de entrada (56) y de salida intermedia (58);
comprimir el refrigerante restante en una cámara de trabajo de contracción efectivamente cerrada (54) definida por dichos rotores (32, 34) y dicho alojamiento (36) entre las lumbreras primera (60) y de salida intermedia (58); y
retirar el refrigerante restante a través de la lumbrera de salida (60);
caracterizándose dicho método por comprender además la etapa de:
retirar de la máquina (30) la fase de refrigerante líquido de una mezcla de fluido bifásica de vapor-líquido a través de la lumbrera de salida intermedia (58), estando dispuesta dicha lumbrera de salida intermedia en una porción inferior del alojamiento (36).
17. Método de expandir y comprimir un refrigerante según la reivindicación 16, que comprende además la etapa de proporcionar a la cámara de trabajo de expansión (52) una longitud suficiente para permitir la expansión de dicho refrigerante y la retirada de sustancialmente toda la fase de refrigerante líquido de la máquina (30).
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