ES2310070A1 - Sistema frigorifico de alto rendimiento con ahorro energetico. - Google Patents
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Abstract
Sistema frigorífico de alto rendimiento con ahorro energético, que dispone de medios adicionales de compresión (11) que actúan tras la etapa de condensación del refrigerante. Estos medios adicionales de compresión (11) son puenteados según las condiciones de trabajo de la unidad de refrigeración, por ejemplo la temperatura externa, y las propias condiciones de operación de la unidad (por ejemplo, sobrecalentamiento de los medios adicionales de compresión (11) disponiéndose de un circuito de emergencia que aumenta la seguridad y fiabilidad. Este procedimiento puede aplicarse en expositores comerciales refrigerados.
Description
Sistema frigorífico de alto rendimiento con
ahorro energético.
La presente invención se refiere a un sistema
frigorífico de alto rendimiento que permite el ahorro
energético.
En particular, el sistema puede ser empleado en
una instalación frigorífica como, por ejemplo, una unidad de
refrigeración de uno o más expositores de mercancías situados en un
comercio.
El sector de la técnica al que pertenece la
invención es el de sistemas de refrigeración, por ejemplo aplicado
a expositores de mercancías.
Estos expositores son cada vez más frecuentes en
los comercios, en especial en las grandes superficies, donde se
ofrecen al público los productos cárnicos, lácteos,... que
requieren de refrigeración. Un ejemplo de expositor se describe en
el documento ES 8201820.
Un ciclo básico de refrigeración por expansión
directa consta de cuatro elementos o etapas: compresor,
condensador, válvula de expansión y evaporador.
En el evaporador, el refrigerante se evapora y
absorbe calor del espacio que está enfriando y de su contenido. A
continuación, el vapor de refrigerante pasa a un compresor que
incrementa su presión, lo que aumenta su temperatura. Este gas
sobrecalentado a alta presión se transforma posteriormente en
líquido en un condensador refrigerado por aire o agua. Después del
condensador, el líquido pasa por una válvula de expansión o
equivalente, donde su presión y temperatura se reducen hasta
alcanzar las condiciones que existen en el evaporador.
Este procedimiento tiene un rendimiento teórico
que no puede ser alcanzado por las pérdidas que se producen en los
diferentes elementos. Es conveniente optimizar cada una de las
fases para que el rendimiento sea máximo y se adapte a las
necesidades reales. De esta forma se logra reducir el consumo del
sistema de refrigeración, produciéndose un beneficioso ahorro
energético.
La presente invención se refiere a un sistema de
refrigeración que se basa en un procedimiento modificado. Este
sistema ofrece un ahorro energético al optimizar la fase de
compresión.
Además, el procedimiento permite mejorar la
seguridad y fiabilidad de los aparatos en los que se aplique, al
permitir el funcionamiento bajo dos regímenes, haciendo uno de
ellos la función de procedimiento de emergencia.
La aplicación del procedimiento puede acoplarse
a una instalación frigorífica ya existente, o incorporarse de
serie en nuevas instalaciones, como por ejemplo un expositor de
mercancías en un establecimiento comercial.
Según la presente invención, al ciclo básico que
posee etapas de compresión, condensación, expansión y evaporación,
y por tanto dispone de medios para realizar cada una de estas
etapas, se añade una etapa adicional de compresión situada entre la
etapa de condensación y la etapa de evaporación. Esta etapa
adicional de compresión se realiza en unos medios adicionales de
compresión, como puede ser un conjunto de bombas.
Como medios de compresión se pueden utilizar uno
o más compresores; en cuanto medios de condensación el ciclo puede
comprender uno o más condensadores; una válvula de expansión, entre
otras opciones, puede realizar las funciones de medios de
expansión, mientras que los medios de evaporación pueden incluir un
conjunto de evaporadores. Estos medios forman parte del estado de
la técnica, por lo que no se describen en detalle.
Al incorporar unos medios adicionales de
compresión, los medios de compresión pueden reducir su relación de
compresión (presión a la salida dividido por la presión a la
entrada), aunque es conveniente mantener la presión de salida por
encima de la presión que requieren los medios de condensación para
efectuar su labor.
El sistema puede incluir toda una serie de
mecanismos que aumenten su seguridad y fiabilidad como puede ser la
instalación de un puente que evite el paso por los medios
adicionales de compresión cuando éstos no tengan el rendimiento
deseado o se requiera temporalmente más frigorías. En paralelo se
aumentaría la relación de compresión aportada por los medios de
compresión.
La falta de rendimiento se puede medir
observando la presión que suministran los medios adicionales de
compresión; comprobando la temperatura, ante un posible caso de
sobrecalentamiento; verificando que no se producen pérdidas de
fluido refrigerante, etc.
Por su parte, las condiciones en las que se
requieren más frigorías son: cuando la temperatura interior del
volumen o fluido que se enfría es demasiado elevada (superior a una
primera temperatura máxima dependiente del producto a enfriar).
Igualmente cuando las condiciones exteriores al volumen a enfriar
son especialmente difíciles, como por ejemplo si la temperatura
exterior es superior a una segunda temperatura máxima prefijada.
Esta condición es de especial importancia en un expositor de
mercancías, puesto que el aislamiento térmico con el exterior es
reducido.
Si dejan de cumplirse estas condiciones, se
regresa al ciclo normal de la invención, reduciendo de nuevo la
relación de compresión suministrada por los medios de compresión, y
volviendo a circular el fluido refrigerante a través de los medios
adicionales de compresión.
Otra medida de seguridad que puede disponer el
procedimiento es la de control del exceso de presión. Si por algún
motivo a la salida de los medios adicionales de compresión se
detecta un exceso de presión que ponga en riesgo la instalación, se
realiza la descarga del exceso de presión, por ejemplo comunicando
mediante un circuito la salida de los medios adicionales de
compresión con su propia entrada. De esta forma, si se localiza un
depósito en este punto, el depósito puede absorber el exceso de
presión.
Es posible asegurar la ausencia de
sobregasificación incluyendo medios, como por ejemplo un circuito
controlado por una válvula, que desvíen parte del fluido
refrigerante condensado desde la salida de los medios de
condensación (por ejemplo el depósito mencionado en el párrafo
anterior) a la entrada de dichos medios de condensación.
Según otra variante de la invención, cuando los
medios adicionales de compresión comprenden una o más bombas, se
incluyen medios para evitar la cavitación o el sobrecalentamiento
excesivos de dichas bombas, como puede ser un circuito auxiliar que
conecte la salida de las bombas con un con la entrada (Por ejemplo,
al depósito situado en ese punto del sistema). Este circuito
auxiliar se dispone con una placa de orificio de caudal mínimo,
que asegura la circulación de un mínimo de caudal en cualquier
situación.
Para una mejor comprensión de la invención, a
continuación se pasa a describir de manera breve un modo de
realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no
limitativo de ésta. Para ello se hace referencia a los dibujos
adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 muestra un ciclo de refrigeración
básico, conocido en el estado de la técnica.
La Figura 2 muestra un ciclo de refrigeración
desarrollado según la presente invención.
La Figura 3 muestra un esquema de un ejemplo de
aplicación del sistema novedoso.
Las Figuras 1 y 2 muestran los esquemas de un
procedimiento o ciclo de refrigeración básico y de un procedimiento
o ciclo de refrigeración según la presente invención. Este ciclo
novedoso dispone de las cuatro etapas del ciclo básico más una
quinta etapa añadida.
En primer lugar, el ciclo básico se inicia en
unos medios de compresión (1), por ejemplo unos compresores, que
toman el fluido refrigerante en un primer estado gaseoso (8) a baja
presión y le introducen presión para situarlo en un segundo estado
gaseoso (5) a alta presión y temperatura. Desde este segundo estado
gaseoso (5) sufre una licuefacción en unos medios de condensación
(2) en donde sufre un cambio de fase y sale en un primer estado
líquido (6) con presión elevada y temperatura menor que en el
segundo estado gaseoso (5). Estos medios de condensación (2)
generalmente incluirán uno o más condensadores.
Unos medios de expansión (3), por ejemplo una
válvula de expansión o equipo semejante, bajan la presión del fluido
en el primer estado líquido (6) hasta alcanzar las condiciones de
un segundo estado líquido (7) con presión y temperatura
reducidas.
El fluido refrigerante en este segundo estado
líquido (7) entra en unos medios de evaporación (4) donde la
energía que absorbe en la evaporación es retirada del volumen o
fluido que se desea refrigerar. Tras la evaporación, el
refrigerante ha cambiado de fase encontrándose de nuevo en el
primer estado gaseoso (8), y puede reiniciarse el ciclo. Los medios
de evaporación (4) pueden incluir un evaporador.
Este ciclo básico es mejorado según la invención
mediante la introducción de unos medios adicionales de compresión
(11), como puede ser un conjunto de bombas (24), tras los medios de
condensación (2). Estos medios adicionales de compresión (11)
aumentan la presión del refrigerante saliente de los medios de
condensación (2).
Al incluirse estos medios adicionales de
compresión (11), la relación de compresión ofrecida por los medios
de compresión (1) no necesita ser tan elevada. Por ello el fluido
refrigerante no alcanza el segundo estado gaseoso (5), y se reduce
el consumo energético de la etapa de compresión. En paralelo se
ofrece un aumento de la seguridad, puesto que la presión máxima
alcanzada por el fluido refrigerante gaseoso es menor.
A cambio el fluido refrigerante se encuentra en
un tercer estado gaseoso (51) con presión y temperatura inferior a
la propia del segundo estado gaseoso (5). La presión de este tercer
estado gaseoso (51) es en todo caso superior o igual a la presión
de condensación requerida por los medios de condensación (2).
A la salida de los medios de condensación (2),
de donde sale el refrigerante en un tercer estado líquido (9), con
presión inferior a la presión del primer estado líquido (6), se
incorporan los medios adicionales de compresión (11), que elevan la
presión hasta alcanzar la situación de dicho primer estado líquido
(6).
Como principal ventaja de la invención obtenemos
que tanto los medios adicionales de compresión (11) como los
medios de compresión (1) pueden ser optimizados, ya que requieren
relaciones de compresión menores.
Este procedimiento puede realizarse con
cualquier refrigerante conocido, por ejemplo los refrigerantes
R404a, R507, R134a,...
El procedimiento de la invención se puede
complementar, para aumentar su seguridad y fiabilidad, con un
mecanismo de seguridad que lo desactiva, volviendo a un ciclo
básico de refrigeración cuando se detecte algún fallo en los medios
adicionales de compresión (11) o las condiciones externas al
sistema sean desfavorables.
Así, si la diferencia de presión entre ambos
extremos de los medios adicionales de compresión (11) no es
suficiente se activaría un puente o bypass entre ambos extremos a
la vez que un sistema de control exige un mayor esfuerzo a los
medios de compresión (1) para que lleve al fluido refrigerante a un
estado termodinámico de mayor presión, de preferencia el segundo
estado gaseoso (5). También se puentearían los medios adicionales
de compresión si se detectase un sobrecalentamiento de dichos
medios adicionales de compresión (11).
Igualmente, si las condiciones de temperatura
exterior son desfavorables, al hacer demasiado calor para que el
procedimiento de ahorro energético logre enfriar lo suficiente, se
tendería al procedimiento básico. Otros motivos corresponderían a
la detección de una temperatura interior del volumen a enfriar
demasiado elevada.
El procedimiento de la invención se puede
aplicar según disposiciones diferentes. Una de ellas, no
limitativa, se muestra en la Figura 3.
En dicha Figura 3 se observa un circuito que se
puede conectar a una unidad de refrigeración ya existente para
incorporar la etapa adicional de compresión (11) propia del
procedimiento. No se representa el resto del circuito de
refrigeración al poder ser este variable y no formar parte de la
invención. Se considera que todo experto en la materia conoce
circuitos de refrigeración por expansión directa y no es necesario
incluir un ejemplo.
La conexión se realiza a la salida de los medios
de condensación (2), normalmente uno o más condensadores, y antes
de la entrada en los medios de expansión (3) o fase
equivalente.
El circuito mostrado en la figura consta de una
entrada (21) de refrigerante en el tercer estado líquido (9)
proveniente de los medios de condensación (2). El refrigerante es
almacenado en un depósito (23) de donde es bombeado por una o más
bombas (24) que aumentan su presión hasta que alcanza las
condiciones del primer estado líquido (6). Tras el bombeo, el
refrigerante retoma el circuito principal, a través de una boca de
salida (22), en un punto anterior a la válvula de expansión.
Este circuito se complementa con válvulas de
seguridad, manómetros, sensores térmicos, circuitos de retorno,
etc.
En particular, el esquema representado en la
Figura 3 comprende un primer circuito que puentea la bomba a
partir del depósito (23) disponiendo de una primera válvula (25)
activada por un sistema de control, el cual abre dicha primera
válvula (25) a la vez que detiene la bomba (24) y cierra el circuito
que la atraviesa. Es decir, corresponde al funcionamiento en el
estado de emergencia o circuito de seguridad.
El circuito puede comprender un circuito
auxiliar (31) que realiza funciones de control de la seguridad por
caudal mínimo. Más precisamente, este circuito auxiliar (31) evita
los problemas de cavitación que pueden producirse, aumentando la
fiabilidad del sistema y evitando fallos que puedan poner en riesgo
la seguridad de las personas próximas al sistema. Para ello el
circuito auxiliar (31) incorpora un orificio de caudal mínimo (27).
Dicho orificio de caudal mínimo (27) asegura en todo momento el
funcionamiento e instalación correcta de la bomba (24), incluso con
la demanda térmica a cero o mínima, evitando entrar en zona de
cavitación y calentamiento por rotación
excesivos.
excesivos.
Además comprende un segundo circuito que
comunica la salida del condensador (2) con la entrada a la válvula
de expansión (3). Este segundo circuito comprende un conjunto de
válvulas de control de flujo (26) para permitir controlar el caudal
que llega a los medios de expansión (3), y su presión, en un
circuito de emergencia.
Se puede incorporar un circuito auxiliar bajo la
forma de un tercer circuito (10), del cual se ha representado en
la Figura 3 la salida (29) del depósito (23), que permite la
recirculación del fluido refrigerante condensado desde la salida de
los medios de condensación (2) a la entrada de dichos medios de
condensación (2). Este cuarto circuito (10) permite la mezcla del
fluido comprimido en el tercer estado gaseoso (51) con una pequeña
parte de fluido condensado en el tercer estado líquido (9). De esta
forma se puede regular mejor la condensación, evitando fenómenos de
sobregasificación a la salida de los medios de condensación
(2).
El circuito representado en la Figura 3 incluye
una serie de válvulas de seguridad (28), las cuales aseguran que
la presión no excede un cierto nivel de seguridad. Para ello las
válvulas de seguridad (28) se abren si la presión a un lado excede
un nivel definido.
Estas válvulas de seguridad (28) se instalan en
lugares como el depósito (23), o puntos conectados hidráulicamente
con la salida de la bomba (24). Para su dimensionamiento se ha de
respetar la reglamentación vigente.
El resto de complementos, como por ejemplo
manómetros (30), válvulas de purga,... son habituales en el estado
de la técnica, y no se detallará más su instalación.
Claims (9)
1. Sistema frigorífico de alto rendimiento con
ahorro energético, que comprende medios de compresión (1) del
fluido refrigerante, medios de condensación (2) del fluido
refrigerante comprimido, medios de expansión (3) del fluido
refrigerante condensado, medios de evaporación (4) del fluido
refrigerante expandido, caracterizado porque, entre los
medios de condensación (2) y evaporación (4), comprende medios
adicionales de compresión (11) del fluido refrigerante
condensado.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de compresión (1) realizan
una subida de presión del fluido refrigerante hasta una presión
igual o mayor a la presión de condensación.
3. Sistema, según la reivindicación 2,
caracterizado porque se puentean los medios adicionales de
compresión (11) y se suministra una mayor relación de compresión en
los medios de compresión (1) al cumplirse de condiciones
prefijadas y seleccionadas entre:
- -
- temperatura interior de un volumen a enfriar mayor que una primera temperatura máxima prefijada;
- -
- temperatura exterior al volumen a enfriar mayor que una segunda temperatura máxima prefijada;
- -
- detección de una avería de los medios adicionales de compresión (11)
y combinaciones de las
mismas.
4. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende
dispositivos de comprobación de exceso de presión a la salida de
los medios adicionales de compresión (11), y un circuito de
descarga del exceso de presión sobre un depósito (23) previo a los
medios adicionales de compresión (11).
5. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende
medios para desviar parte del fluido refrigerante condensado de la
salida de los medios de condensación (2) a la entrada de dichos
medios de condensación (2).
6. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los medios
adicionales de compresión (11) comprenden una o más bombas (24) de
fluido.
7. Sistema, según la reivindicación 6,
caracterizado porque comprende medios para evitar la
cavitación y calentamiento excesivos en las bombas (24).
8. Sistema, según la reivindicación 7,
caracterizado porque los medios para evitar la cavitación y
calentamiento excesivos en las bombas (24) comprenden un circuito
auxiliar (31) que conecta la salida de las bombas (24) con la
entrada de un depósito (23) de fluido refrigerante situado a la
entrada de las bombas (24), disponiendo dicho circuito auxiliar de
un orificio de caudal mínimo (27).
9. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque está aplicado
en un expositor comercial refrigerado.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502811A ES2310070B1 (es) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | Sistema frigorifico de alto rendimiento con ahorro energetico. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200502811A ES2310070B1 (es) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | Sistema frigorifico de alto rendimiento con ahorro energetico. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2310070A1 true ES2310070A1 (es) | 2008-12-16 |
| ES2310070B1 ES2310070B1 (es) | 2009-11-06 |
Family
ID=40085411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200502811A Expired - Fee Related ES2310070B1 (es) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | Sistema frigorifico de alto rendimiento con ahorro energetico. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2310070B1 (es) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020023447A1 (en) * | 2000-06-28 | 2002-02-28 | Oleg Podtchereniaev | High efficiency very-low temperature mixed refrigerant system with rapid cool down |
| US20030167792A1 (en) * | 2002-03-06 | 2003-09-11 | Via Holdings, Llc | Refrigeration system with liquid refrigerant injection to the condenser |
| US20070130989A1 (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-14 | Sanden Corporation | Vapor compression refrigerating systems |
-
2005
- 2005-11-16 ES ES200502811A patent/ES2310070B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20070130989A1 (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-14 | Sanden Corporation | Vapor compression refrigerating systems |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2310070B1 (es) | 2009-11-06 |
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|---|---|---|---|
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Effective date: 20180809 |