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