ES2315463T3 - REFRIGERANT SYSTEM THAT URILIZES CARBON DIOXIDE AS A REFRIGERANT. - Google Patents
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Abstract
Description
Sistema refrigerante que utiliza dióxido de carbono como refrigerante.Refrigerant system that uses carbon dioxide carbon as a refrigerant.
La presente invención se refiere a un sistema de ciclo de refrigeración que utiliza dióxido de carbono como refrigerante.The present invention relates to a system of refrigeration cycle that uses carbon dioxide as refrigerant.
El documento EP-A-1046869 da a conocer un sistema de refrigeración mecánico de dos fases que utiliza dióxido de carbono como refrigerante.The document EP-A-1046869 discloses a system Two-phase mechanical cooling that uses carbon dioxide carbon as a refrigerant.
La Figura 7 muestra un sistema de ciclo de refrigeración conocido que utiliza dióxido de carbono (CO_{2}) como refrigerante.Figure 7 shows a cycle system of known refrigeration using carbon dioxide (CO2) as a refrigerant
Este sistema de ciclo de refrigeración tiene un compresor 1, un radiador 2, una válvula de expansión 3 y un absorbedor de calor 4; y hace circular un refrigerante de CO_{2} de manera secuencial en el siguiente orden: compresor 1 \rightarrow radiador 2 \rightarrow válvula de expansión 3 \rightarrow absorbedor de calor 4 \rightarrow compresor 1, tal como muestran las flechas de la Figura 7. En consecuencia, el calor del aire de una habitación es absorbido por el absorbedor de calor 4, y la habitación se enfría.This refrigeration cycle system has a compressor 1, a radiator 2, an expansion valve 3 and a heat absorber 4; and circulates a CO2 refrigerant sequentially in the following order: compressor 1 radia radiator 2 → expansion valve 3 → heat absorber 4 → compressor 1, such as shown by the arrows in Figure 7. Consequently, the heat of the air in a room is absorbed by the heat absorber 4, and the room cools.
A continuación se describirá la operación de
refrigeración de una habitación por parte de dicho sistema de ciclo
de refrigeración, haciendo referencia al diagrama de Mollier de la
Figura 8. El compresor 1 comprime el refrigerante de CO_{2}
(presión del refrigerante: 0,4x10^{6} kg/m^{2}) hasta una
presión que excede el punto crítico de la línea de líquido saturado
y de la línea de vapor saturado, por ejemplo, 1x10^{6} kg/m^{2}
(A \rightarrow B, Figura 8). A continuación, el refrigerante de
CO_{2} comprimido se descarga al exterior con el radiador 2 (B
\rightarrow C, Figura 8). Posteriormente, el refrigerante de
CO_{2} liberado del calor se expande según la línea isoentálpica
con la válvula de expansión 3 a efectos de disminuir la presión (C
\rightarrow D, Figura 8). El refrigerante de CO_{2}, que se
convierte en vapor húmedo debido a dicha disminución de presión,
absorbe
calor del aire de la habitación en el absorbedor de
calor. Por lo tanto, la habitación es refrigerada (D \rightarrow
A, Figura 8).Next, the cooling operation of a room by said refrigeration cycle system will be described, referring to the Mollier diagram of Figure 8. The compressor 1 compresses the CO2 refrigerant (refrigerant pressure: 0, 4x10 6 kg / m2) to a pressure that exceeds the critical point of the saturated liquid line and the saturated steam line, for example, 1x10 6 kg / m2 (A → B, Figure 8). Then, the compressed CO2 refrigerant is discharged outside with the radiator 2 (B → C, Figure 8). Subsequently, the CO2 refrigerant released from the heat expands along the iso-enthalpy line with the expansion valve 3 in order to reduce the pressure (C → D, Figure 8). The CO2 refrigerant, which becomes wet steam due to such a decrease in pressure, absorbs
heat of the room air in the heat absorber. Therefore, the room is refrigerated (D? A, Figure 8).
Por lo tanto, a efectos de obtener una capacidad de refrigeración deseada, incluso en verano, cuando la temperatura exterior es alta, el sistema de ciclo de refrigeración que descarga calor hacia el exterior requiere un compresor que obtenga una elevada presión de descarga.Therefore, in order to obtain a capacity desired cooling, even in summer, when the temperature outside is high, the cooling cycle system that discharges outward heat requires a compressor that obtains a high discharge pressure
No obstante, incluso aunque dicho sistema de ciclo de refrigeración utiliza un compresor 1 con una elevada capacidad de refrigeración, su rendimiento es más bajo que el rendimiento de sistemas de ciclo de refrigeración que utilizan refrigerantes basados en clorofluorocarbonos e hidrocarbonos.However, even though said system of refrigeration cycle uses a compressor 1 with a high cooling capacity, its performance is lower than the performance of refrigeration cycle systems that use refrigerants based on chlorofluorocarbons and hydrocarbons.
Teniendo en cuenta dichos problemas, el presente solicitante propuso un sistema de ciclo de refrigeración según la Patente Japonesa abierta a inspección pública número 11-94379. En este sistema de ciclo de refrigeración, un compresor 1 está compuesto por un primer compresor (no mostrado) y un segundo compresor (no mostrado); un radiador 2 está compuesto por un primer radiador (no mostrado) y un segundo radiador (no mostrado); y el eje de accionamiento giratorio del segundo compresor y el eje de salida giratorio del mecanismo de expansión están conectados entre sí. Se hace circular un refrigerante de CO_{2} de manera secuencial en el siguiente orden: primer compresor \rightarrow primer radiador \rightarrow segundo compresor \rightarrow segundo radiador \rightarrow mecanismo de expansión \rightarrow absorbedor de calor \rightarrow primer compresor.Given these problems, the present applicant proposed a refrigeration cycle system according to the Japanese patent open for public inspection number 11-94379. In this refrigeration cycle system, a compressor 1 is composed of a first compressor (not shown) and a second compressor (not shown); a radiator 2 is composed by a first radiator (not shown) and a second radiator (not shown); and the rotary drive shaft of the second Compressor and rotating output shaft of the expansion mechanism They are connected to each other. A refrigerant is circulated CO_ {2} sequentially in the following order: first compressor \ rightarrow first radiator \ rightarrow second compressor \ rightarrow second radiator \ rightarrow mechanism expansion \ rightarrow heat absorber \ rightarrow primer compressor.
Según este sistema de ciclo de refrigeración, el refrigerante es comprimido por el primer compresor, dicho refrigerante comprimido es descargado por el primer radiador, dicho refrigerante descargado es comprimido por el segundo compresor y dicho refrigerante comprimido es descargado por el segundo radiador. La utilización del primer compresor y del segundo compresor reduce la potencia necesaria para todo el compresor.According to this refrigeration cycle system, the refrigerant is compressed by the first compressor, said compressed refrigerant is discharged by the first radiator, said discharged refrigerant is compressed by the second compressor and said compressed refrigerant is discharged by the second radiator. The use of the first compressor and the second compressor reduces the power required for the entire compressor.
El objetivo de la presente invención es dar a conocer un sistema de ciclo de refrigeración que tiene una estructura diferente con respecto al sistema de ciclo de refrigeración descrito en la Patente Japonesa abierta a inspección pública número 11-94379, que permite obtener una presión de refrigeración deseada sin aumentar la potencia de todo el compresor y que presenta un efecto de refrigeración mejorado.The objective of the present invention is to give know a refrigeration cycle system that has a different structure with respect to the cycle system of refrigeration described in the Japanese Patent open for inspection public number 11-94379, which allows to obtain a desired cooling pressure without increasing the power of all the compressor and which has an improved cooling effect.
Según la presente invención, se da a conocer un sistema de ciclo de refrigeración que tiene un conducto de refrigerante para hacer circular un refrigerante de dióxido de carbono de manera secuencial hacia un primer compresor, un primer radiador, un mecanismo de expansión, y un absorbedor de calor, y descargar calor de dicho primer radiador en estado supercrítico,According to the present invention, a refrigeration cycle system that has a duct refrigerant to circulate a dioxide refrigerant carbon sequentially towards a first compressor, a first radiator, an expansion mechanism, and a heat absorber, and discharge heat from said first radiator in state supercritical,
en el que un segundo compresor está dispuesto en el conducto de refrigerante entre dicho absorbedor de calor y dicho primer compresor, y un eje de accionamiento giratorio de dicho segundo compresor y un eje de salida giratorio de dicho mecanismo de expansión están conectados entre sí,in which a second compressor is arranged in the refrigerant conduit between said heat absorber and said first compressor, and a rotary drive shaft of said second compressor and a rotating output shaft of said mechanism of expansion are connected to each other,
estando caracterizado el sistema de ciclo de refrigeración por comprender además:the cycle system being characterized by refrigeration for further understanding:
un conducto de desviación, uno de cuyos extremos está conectado al conducto de refrigerante conectado a la entrada de gas de dicho segundo compresor, y cuyo otro extremo está conectado al conducto de refrigerante conectado a la salida de gas de dicho segundo compresor para evitar el paso por dicho segundo compresor, en el quea diversion duct, one of whose ends is connected to the refrigerant conduit connected to the inlet gas of said second compressor, and whose other end is connected to the refrigerant line connected to the gas outlet of said second compressor to prevent passage through said second compressor, in which
dicho conducto de desviación está dotado de una válvula de conmutación.said deflection duct is provided with a switching valve
Según la presente invención, se hace circular un refrigerante de CO_{2} de manera secuencial en el siguiente orden: segundo compresor \rightarrow primer compresor \rightarrow radiador \rightarrow mecanismo de expansión \rightarrow absorbedor de calor \rightarrow segundo compresor, a efectos de refrigerar habitaciones y similares. En este ciclo de refrigeración, debido a que la fuerza de accionamiento del segundo compresor es obtenida a partir de la potencia generada por la acción de expansión del refrigerante en el mecanismo de expansión, una pequeña cantidad de potencia resulta suficiente para accionar el primer compresor, y es posible minimizar la energía procedente de fuentes de suministro externas.According to the present invention, a CO2 refrigerant sequentially in the following order: second compressor \ rightarrow first compressor \ rightarrow radiator \ rightarrow expansion mechanism absorb heat absorber segundo second compressor, to effects of refrigerating rooms and the like. In this cycle of cooling, because the second driving force compressor is obtained from the power generated by the expansion action of the refrigerant in the expansion mechanism, a small amount of power is sufficient to drive the first compressor, and it is possible to minimize the energy coming from external supply sources.
El objetivo descrito anteriormente, así como otros objetivos, características y ventajas adicionales de la presente invención, resultarán comprensibles de manera evidente a partir de la siguiente descripción y dibujos adjuntos.The objective described above, as well as other objectives, features and additional advantages of the The present invention will be clearly understood by from the following description and attached drawings.
En los dibujos:In the drawings:
la Figura 1 es un diagrama de un circuito de refrigerante de un sistema de ciclo de refrigeración según un primer ejemplo;Figure 1 is a diagram of a circuit of refrigerant of a refrigeration cycle system according to a first example;
la Figura 2 es un diagrama esquemático que muestra la estructura que conecta un segundo compresor con un mecanismo de expansión según el primer ejemplo;Figure 2 is a schematic diagram that shows the structure that connects a second compressor with a expansion mechanism according to the first example;
la Figura 3 es un diagrama de Mollier de un sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo;Figure 3 is a Mollier diagram of a refrigeration cycle system according to the first example;
la Figura 4 es un diagrama de un circuito de refrigerante de un sistema de ciclo de refrigeración según una realización preferida;Figure 4 is a diagram of a circuit of refrigerant of a refrigeration cycle system according to a preferred embodiment;
la Figura 5 es un diagrama de un circuito de refrigerante de un sistema de ciclo de refrigeración según un segundo ejemplo;Figure 5 is a diagram of a circuit of refrigerant of a refrigeration cycle system according to a second example;
la Figura 6 es un diagrama de Mollier de un sistema de ciclo de refrigeración según el segundo ejemplo;Figure 6 is a Mollier diagram of a refrigeration cycle system according to the second example;
la Figura 7 es un diagrama de un circuito de refrigerante de un sistema de ciclo de refrigeración convencional; yFigure 7 is a diagram of a circuit of refrigerant of a conventional refrigeration cycle system; Y
la Figura 8 es un diagrama de Mollier de un sistema de ciclo de refrigeración convencional.Figure 8 is a Mollier diagram of a Conventional refrigeration cycle system.
Las Figuras 1 a 3 muestran un primer ejemplo de sistemas de ciclo de refrigeración. Los mismos componentes que los descritos previamente en los ejemplos convencionales, haciendo referencia a la Figura 7 y a la Figura 8, se han indicado mediante los mismos numerales y caracteres.Figures 1 to 3 show a first example of refrigeration cycle systems The same components as the previously described in the conventional examples, making reference to Figure 7 and Figure 8, have been indicated by The same numerals and characters.
Este sistema de ciclo de refrigeración utiliza CO_{2} como refrigerante. Tal como puede observarse en la Figura 1, el sistema de ciclo de refrigeración conecta de manera secuencial un primer compresor 1a, un primer radiador 2a, un mecanismo de expansión 3a, un absorbedor de calor 4 y un segundo compresor 1b mediante un conducto de refrigerante 5. El sistema de ciclo de refrigeración hace circular el refrigerante de CO_{2} de manera secuencial en el siguiente orden: segundo compresor 1b \rightarrow primer compresor 1a \rightarrow primer radiador 2a \rightarrow mecanismo de expansión 3a \rightarrow absorbedor de calor 4 \rightarrow segundo compresor 1b, tal como indican las flechas en línea continua de la Figura 1, a efectos de refrigerar las habitaciones utilizando la acción de absorción de calor del absorbedor de calor 4.This refrigeration cycle system uses CO2 as coolant. As can be seen in the Figure 1, the refrigeration cycle system connects sequentially a first compressor 1a, a first radiator 2a, a mechanism of expansion 3a, a heat absorber 4 and a second compressor 1b through a refrigerant duct 5. The cycle system cooling circulates the CO2 refrigerant so sequential in the following order: second compressor 1b \ rightarrow first compressor 1st → first radiator 2nd → expansion mechanism 3a heat absorber 4 ? second compressor 1b, as indicated by the arrows in continuous line of Figure 1, in order to cool the rooms using the heat absorption action of heat absorber 4.
En el sistema de ciclo de refrigeración configurado de esta manera, el segundo compresor 1b y el mecanismo de expansión 3a tienen la configuración mostrada en la Figura 2, es decir, adoptan un mecanismo de compresión/expansión de tipo espiral.In the refrigeration cycle system configured in this way, the second compressor 1b and the mechanism expansion 3a have the configuration shown in Figure 2, it is that is, they adopt a compression / expansion type mechanism spiral.
El segundo compresor 1b tiene una entrada de gas 11 en la parte exterior y una salida de gas 12 en la parte central, y una espiral giratoria 13 gira en la dirección de la flecha de la Figura 2 (en el sentido de las agujas del reloj con respecto a la Figura 2). Por lo tanto, el refrigerante de CO_{2} es absorbido por la entrada de gas 11, es comprimido entre la espiral giratoria 13 y la espiral fija 14, y dicho refrigerante de CO_{2} comprimido es descargado por la salida de gas 12.The second compressor 1b has a gas inlet 11 on the outside and a gas outlet 12 in the central part, and a rotating spiral 13 rotates in the direction of the arrow of the Figure 2 (clockwise with respect to the Figure 2). Therefore, the CO2 refrigerant is absorbed by the gas inlet 11, it is compressed between the rotating spiral 13 and the fixed spiral 14, and said CO2 refrigerant Compressed is discharged by gas outlet 12.
El mecanismo de expansión 3a tiene una configuración inversa con respecto a la del segundo compresor 1b. De manera específica, el mecanismo de expansión 3a tiene una salida de gas 31 en la parte exterior y una entrada de gas 32 en la parte interior, y una espiral giratoria 33 gira en la dirección de la flecha de la Figura 2 (en el sentido contrario al de las agujas del reloj con respecto a la Figura 2). Por lo tanto, el refrigerante de CO_{2} es absorbido por la entrada de gas 32, se expande entre la espiral giratoria 33 y la espiral fija 34, y es descargado por la salida de gas 31.The expansion mechanism 3a has a reverse configuration with respect to that of the second compressor 1b. From specifically, the expansion mechanism 3a has an output of gas 31 on the outside and a gas inlet 32 on the part inside, and a rotating spiral 33 rotates in the direction of the arrow in Figure 2 (counterclockwise clock with respect to Figure 2). Therefore, the refrigerant of CO2 is absorbed by the gas inlet 32, it expands between the rotating spiral 33 and fixed spiral 34, and is discharged by the gas outlet 31.
El eje de accionamiento giratorio del segundo compresor 1b está conectado al eje de salida giratorio del mecanismo de expansión 3a a través de un eje 6, tal como puede observarse en la Figura 2, y el accionamiento del mecanismo de expansión 3a provoca el accionamiento del segundo compresor 1b.The rotary drive shaft of the second compressor 1b is connected to the rotating output shaft of the mechanism of expansion 3a through an axis 6, as can be seen in Figure 2, and the drive of the expansion mechanism 3a causes the second compressor 1b to operate.
A continuación se describirá el cambio en el refrigerante del sistema de ciclo de refrigeración según el presente ejemplo. En primer lugar, cuando se activa el primer compresor 1a, el refrigerante de CO_{2} es comprimido, y la presión del mismo es aplicada a través del primer radiador 2a en la entrada de gas 32 del mecanismo de expansión 3a. Por lo tanto, el mecanismo de expansión 3a gira, y la fuerza de giro de dicho mecanismo de expansión 3a hace girar el segundo compresor 1b.Next, the change in the refrigerant of the refrigeration cycle system according to the present example. First, when the first compressor 1a is activated, the CO2 refrigerant is compressed, and the pressure thereof it is applied through the first radiator 2a at the gas inlet 32 of the expansion mechanism 3a. Therefore, the mechanism of 3rd rotation expansion, and the turning force of said mechanism of expansion 3a rotates the second compressor 1b.
Mediante dicho funcionamiento del primer compresor 1a, el segundo compresor 1b y el mecanismo de expansión 3a, el refrigerante de CO_{2} es comprimido por el segundo compresor 1b, y es comprimido adicionalmente por el primer compresor 1a. Tras las dos etapas de compresión, el refrigerante pasa al primer radiador 2a instalado exteriormente. La presión del refrigerante de CO_{2} que ha pasado por el radiador se reduce en el mecanismo de expansión 3a, y dicho refrigerante absorbe calor del aire de la habitación en el absorbedor de calor 4, y es absorbido por el segundo compresor 1b.By said operation of the first compressor 1a, the second compressor 1b and the expansion mechanism 3a, the CO2 refrigerant is compressed by the second compressor 1b, and is additionally compressed by the first 1st compressor After the two compression stages, the refrigerant passes to the first radiator 2a installed externally. The pressure of CO2 refrigerant that has passed through the radiator is reduced by the expansion mechanism 3a, and said refrigerant absorbs heat from the room air in heat absorber 4, and is absorbed by the second compressor 1b.
A continuación se describirá el sistema de ciclo de refrigeración descrito anteriormente, haciendo referencia al diagrama de Mollier mostrado en la Figura 3. El segundo compresor 1b comprime el refrigerante de CO_{2}, por ejemplo, de 0,4x10^{6} kg/m^{2} a P1 kg/m^{2} (A \rightarrow B). El primer compresor 1a comprime adicionalmente el refrigerante de P1 kg/m^{2} a aproximadamente 1x10^{6} kg/m^{2} (B1 \rightarrow B). A continuación, el refrigerante pasa al primer radiador 2a (B \rightarrow C), y a partir de ese momento la presión de dicho refrigerante disminuye de 1x10^{6} kg/m^{2} a 0,4x10^{6} kg/m^{2} según la línea isoentrópica (C \rightarrow D1). Posteriormente, el refrigerante de CO_{2} a menor presión circula nuevamente hacia el segundo compresor 1b (D1 \rightarrow A).Next, the cycle system will be described refrigeration described above, referring to the Mollier diagram shown in Figure 3. The second compressor 1b compresses the CO2 refrigerant, for example, 0.4x106 kg / m2 to P1 kg / m2 (A → B). The first compressor 1a additionally compresses the refrigerant of P1 kg / m2 at approximately 1x10 6 kg / m2 (B1 → B). TO then the coolant passes to the first radiator 2a (B ? C), and from that moment the pressure of said refrigerant decreases from 1x10 6 kg / m2 to 0.4x10 6 kg / m2 according to the isoentropic line (C? D1). Subsequently, the CO2 refrigerant at lower pressure circulates again towards the second compressor 1b (D1 → A).
En este caso, el ciclo A \rightarrow B \rightarrow C \rightarrow D mostrado en la figura 3 es un ejemplo convencional (un ejemplo en el que la presión del refrigerante cambia de 0,4x10^{6} kg/m^{2} a 1x10^{6} kg/m^{2} solamente mediante el primer compresor 1a), y (h) indica la entalpía. A continuación se describirá la acción de enfriamiento del sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo en comparación con la acción de enfriamiento del sistema de ciclo de refrigeración según un ejemplo convencional.In this case, the cycle A → B C C \ D shown in Figure 3 is a conventional example (an example in which the pressure of the refrigerant changes from 0.4x106 kg / m2 to 1x106 kg / m2 only by the first compressor 1a), and (h) indicates Enthalpy The cooling action will be described below. of the refrigeration cycle system according to the first example in comparison with the cooling action of the cycle system refrigeration according to a conventional example.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
La potencia (WA1) de un compresor de un sistema de ciclo de refrigeración convencional es:The power (WA1) of a system compressor Conventional refrigeration cycle is:
WA1 = (hB - hA)WA1 = (hB - he has)
Por otro lado, el sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo tiene una estructura en la que el eje de accionamiento giratorio del primer compresor 1b está conectado al eje de salida giratorio del mecanismo de expansión 3a a través de un eje común 6. En consecuencia, la potencia generada por la acción de expansión del refrigerante en el mecanismo de expansión 3a es utilizada para comprimir el refrigerante en el segundo compresor 1b. Por lo tanto, la potencia (WA2) del compresor 1a es la siguiente:On the other hand, the cycle system of cooling according to the first example has a structure in which the rotary drive shaft of the first compressor 1b is connected to the rotating output shaft of the expansion mechanism 3a through a common axis 6. Consequently, the power generated by the expansion action of the refrigerant in the mechanism of expansion 3a is used to compress the refrigerant in the second compressor 1b. Therefore, the power (WA2) of the compressor 1st is as follows:
WA2 = (hB - hB1)WA2 = (hB - hB1)
Asimismo, el efecto de refrigeración (WB1) del sistema de ciclo de refrigeración convencional es el siguiente:Also, the cooling effect (WB1) of Conventional refrigeration cycle system is as follows:
WB1 = (hA - hD)WB1 = (hA - hD)
Por otro lado, el efecto de refrigeración (WB2) del sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo es el siguiente:On the other hand, the cooling effect (WB2) of the refrigeration cycle system according to the first example is the next:
WB2 = (hA - hD1)WB2 = (hA - hD1)
Además, el COP (coeficiente de rendimiento) (\varepsilon\gamma1) del sistema de ciclo de refrigeración convencional es el siguiente:In addition, the COP (coefficient of performance) (ε1) of the refrigeration cycle system Conventional is as follows:
\varepsilon\gamma1 = WB1/WA1\ varepsilon \ gamma1 = WB1 / WA1
El COP (\varepsilon\gamma2) del sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo es el siguiente:The COP (ε2) of the system Refrigeration cycle according to the first example is as follows:
\varepsilon\gamma2 = WB2/WA2\ varepsilon \ gamma2 = WB2 / WA2
En este caso, tal como puede observarse en la figura 3, debido a que WA1 > WA2, y WB1 < WS2, la relación entre cada COP es la siguiente:In this case, as can be seen in the Figure 3, because WA1> WA2, and WB1 <WS2, the relationship between each COP is the following:
\varepsilon\gamma1 < \varepsilon\gamma2\ varepsilon \ gamma1 < \ varepsilon \ gamma2
Por lo tanto, el sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo consume menos energía que el sistema de ciclo de refrigeración convencional, y también presenta un mejor COP. Debido a que el mecanismo de expansión 3a del sistema de ciclo de refrigeración según la presente invención expande el refrigerante de CO_{2} de manera adiabática, la presión del refrigerante cambia según la línea isoentrópica, y el efecto de refrigeración es mejorado.Therefore, the cycle system of cooling according to the first example consumes less energy than the Conventional refrigeration cycle system, and also presents a better COP. Because the system expansion mechanism 3a of refrigeration cycle according to the present invention expands the CO2 refrigerant adiabatically, the pressure of the refrigerant changes according to the isoentropic line, and the effect of cooling is improved.
La Figura 4 muestra una realización preferida de la invención, que incorpora un sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo descrito anteriormente. En el dibujo, los componentes coincidentes con los del ejemplo descrito anteriormente se indican mediante los mismos numerales y caracteres de referencia, omitiéndose la descripción de los mismos.Figure 4 shows a preferred embodiment of the invention, which incorporates a refrigeration cycle system according to the first example described above. In the drawing, the components matching the example described above are indicated by the same numerals and reference characters, omitting their description.
En la realización preferida, un conducto de desviación 7 que evita el paso por el segundo compresor 1b está instalado en el conducto de refrigerante 5 en el que está instalado dicho segundo compresor 1b descrito anteriormente. Un extremo del conducto de desviación 7 está conectado al conducto de refrigerante 5 conectado a la entrada de gas 31 del segundo compresor 1b, y el otro extremo del conducto de desviación 7 está conectado al conducto de refrigerante 5 conectado a la salida de gas 32 del segundo compresor 1b. Una válvula de conmutación 8 está instalada en la mitad del conducto de desviación 7.In the preferred embodiment, a conduit of deviation 7 that prevents the passage through the second compressor 1b is installed in the refrigerant duct 5 in which it is installed said second compressor 1b described above. One end of bypass line 7 is connected to the refrigerant line 5 connected to the gas inlet 31 of the second compressor 1b, and the another end of the diversion duct 7 is connected to the conduit of refrigerant 5 connected to the gas outlet 32 of the second compressor 1b. A switching valve 8 is installed in the half of the diversion duct 7.
Según la realización preferida, la válvula de conmutación 8 se abre cuando el primer compresor 1a entra en funcionamiento. De este modo, tal como muestran las flechas en línea continua de la Figura 4, el refrigerante de CO_{2} es absorbido por el lado de succión del primer compresor 1a a través del conducto de desviación 7, y la presión en el lado de succión del mecanismo de expansión 3a aumenta. Al mismo tiempo que el aumento de presión, el mecanismo de expansión 3a es accionado, y el segundo compresor 1b también es accionado. A continuación, después de que el mecanismo de expansión 3a y el segundo compresor 1b han sido accionados, la válvula de conmutación 8 se cierra. Por lo tanto, tal como muestran las flechas en línea discontinua de la Figura 4, todo el refrigerante de CO_{2} circula hacia el segundo compresor 1b, y el funcionamiento cambia a funcionamiento regular.According to the preferred embodiment, the valve switching 8 opens when the first compressor 1a enters functioning. In this way, as shown in the online arrows Continuous from Figure 4, the CO2 refrigerant is absorbed on the suction side of the first compressor 1a through the conduit deviation 7, and the pressure on the suction side of the mechanism 3rd expansion increases. At the same time as the pressure increase, the expansion mechanism 3a is operated, and the second compressor 1b It is also powered. Then after the mechanism expansion 3a and the second compressor 1b have been driven, the switching valve 8 closes. Therefore, as they show the dashed arrows in Figure 4, all the CO2 refrigerant circulates to the second compressor 1b, and The operation changes to regular operation.
Según la realización preferida, cuando el primer compresor 1a inicia su funcionamiento, la presión de succión del mecanismo de expansión 3a aumenta rápidamente, y el cambio al funcionamiento regular se lleva a cabo de manera suave y en poco tiempo.According to the preferred embodiment, when the first compressor 1a starts operation, the suction pressure of the expansion mechanism 3a increases rapidly, and the change to Regular operation is carried out smoothly and shortly weather.
Las Figuras 5 y 6 muestran otro ejemplo del sistema de ciclo de refrigeración. En los dibujos, los componentes coincidentes con los de la realización preferida descrita anteriormente se indican mediante los mismos numerales y caracteres de referencia, omitiéndose la descripción de los mismos.Figures 5 and 6 show another example of refrigeration cycle system In the drawings, the components coinciding with those of the preferred embodiment described previously indicated by the same numerals and characters of reference, omitting their description.
En otro ejemplo, el conducto de refrigerante 5 entre el primer compresor 1a y el segundo compresor 1b está dotado de un segundo radiador 2. Según este ejemplo adicional, la válvula de conmutación 8 se abre durante el funcionamiento del primer compresor 1a. Por lo tanto, tal como muestran las flechas en línea continua de la Figura 5, el refrigerante de CO_{2} es absorbido por el lado de succión del primer compresor 1a a través de un conducto de desviación 7 y un segundo radiador 2b, y la presión en el lado de succión del mecanismo de expansión 3a aumenta. Al mismo tiempo que el aumento de presión, el mecanismo de expansión 3a es accionado, y el segundo compresor 1b también es accionado. A continuación, después de que el mecanismo de expansión 3a y el segundo compresor 1b han sido accionados, la válvula de conmutación 8 se cierra. Por lo tanto, tal como muestran las flechas en línea discontinua de la Figura 5, todo el refrigerante de CO_{2} circula hacia el segundo compresor 1b, y el funcionamiento cambia a funcionamiento regular.In another example, the refrigerant line 5 between the first compressor 1a and the second compressor 1b is provided of a second radiator 2. According to this additional example, the valve switching 8 opens during operation of the first 1st compressor Therefore, as the online arrows show Continuous from Figure 5, the CO2 refrigerant is absorbed on the suction side of the first compressor 1a through a deflection duct 7 and a second radiator 2b, and the pressure in the suction side of the expansion mechanism 3a increases. The same time that the pressure increase, the expansion mechanism 3a is driven, and the second compressor 1b is also driven. TO then after the expansion mechanism 3a and the second compressor 1b have been operated, the switching valve 8 closes. Therefore, as the online arrows show discontinuous in Figure 5, all CO2 refrigerant circulates towards the second compressor 1b, and the operation changes to regular operation
A continuación se describirá el ciclo de refrigeración en un funcionamiento regular de este tipo, haciendo referencia al diagrama de Mollier de la Figura 6. El refrigerante de CO_{2} es comprimido en el segundo compresor 1b, por ejemplo, de 0,4x10^{6} kg/m^{2} a P2 kg/m^{2} (A \rightarrow B1). El refrigerante de CO_{2} comprimido pasa al segundo radiador 2b (B1 \rightarrow C1). En el primer compresor 1a, el refrigerante de CO_{2} que ha pasado por el radiador es comprimido adicionalmente de P2 kg/m^{2} a 1x10^{6} kg/m^{2} (C1 \rightarrow B2). A continuación, el refrigerante pasa al primer radiador 2a (B2 \rightarrow C), y posteriormente, en el mecanismo de expansión 3a, la presión del refrigerante se reduce de 1x10^{6} kg/m^{2} a 0,4x10^{6} kg/m^{2} según la línea isoentrópica (C \rightarrow D1). A continuación, el refrigerante de CO_{2} a menor presión circula nuevamente hacia el segundo compresor 1b (D1 \rightarrow A).The cycle of cooling in a regular operation of this type, making reference to the Mollier diagram of Figure 6. The refrigerant of CO 2 is compressed in the second compressor 1b, for example, of 0.4x10 6 kg / m2 to P2 kg / m2 (A → B1). He compressed CO2 refrigerant passes to the second radiator 2b (B1 ? C1). In the first compressor 1a, the refrigerant of CO2 that has passed through the radiator is additionally compressed from P2 kg / m2 to 1x106 kg / m2 (C1 → B2). TO then the coolant passes to the first radiator 2a (B2 ? C), and subsequently, in the expansion mechanism 3a, the refrigerant pressure is reduced from 1x10 6 kg / m2 at 0.4x10 6 kg / m2 according to the isoentropic line (C ? D1). Next, the CO2 refrigerant a lower pressure circulates back to the second compressor 1b (D1 ? A).
En este caso, el ciclo A \rightarrow B \rightarrow C \rightarrow D1 mostrado en la Figura 6 muestra el cambio del refrigerante del sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo descrito anteriormente. A continuación se describirá la acción de enfriamiento del sistema de ciclo de refrigeración según el presente ejemplo en comparación con la acción de enfriamiento del sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo descrito anteriormente.In this case, the cycle A → B ? C? D1 shown in Figure 6 shows the refrigerant cycle system refrigerant change according The first example described above. Then you describe the cooling action of the cycle system of refrigeration according to the present example compared to the cooling action of the refrigeration cycle system according to The first example described above.
La potencia (WA2) del compresor 1a del sistema de ciclo de refrigeración según el primer ejemplo descrito anteriormente es la siguiente:The power (WA2) of system compressor 1a refrigeration cycle according to the first example described Previously it is as follows:
WA2 = (hb - hB1)WA2 = (hb - hB1)
La potencia (WA3) del compresor 1a del sistema de ciclo de refrigeración según el presente ejemplo es la siguiente:The power (WA3) of system compressor 1a of refrigeration cycle according to the present example is the next:
WA3 = (hB2 - hC1)WA3 = (hB2 - hC1)
De este modo, tal como muestra la Figura 6, la relación entre las potencias WA2 y WA3 es la siguiente:Thus, as Figure 6 shows, the The relationship between the powers WA2 and WA3 is as follows:
WA2 > WA3WA2> WA3
Esto se debe a que el refrigerante absorbido por el primer compresor 1a es irradiado parcialmente en el segundo radiador 2, y la potencia se reduce por la disminución de la entalpía (por un aumento del gradiente de la línea isoentrópica en el primer compresor 1a mayor que el gradiente de la línea isoentrópica en el segundo compresor 1b).This is because the refrigerant absorbed by the first compressor 1a is partially irradiated in the second radiator 2, and the power is reduced by decreasing the enthalpy (due to an increase in the gradient of the isoentropic line in the first compressor 1a greater than the line gradient isoentropic in the second compressor 1b).
Por lo tanto, en el sistema de ciclo de refrigeración según el presente ejemplo, la potencia del compresor 1a disminuye adicionalmente, y dicho sistema de ciclo de refrigeración destaca por el ahorro de energía.Therefore, in the cycle system of refrigeration according to the present example, the power of the compressor 1a decreases further, and said cycle system of Refrigeration stands out for energy savings.
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