ES2335477T3 - Sistema de refrigeracion en cascada. - Google Patents
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Abstract
Sistema de refrigeración en cascada de dos etapas (10), comprendiendo: un compresor de etapa inferior (16) que tiene una entrada (18) y una salida (20); una unidad evaporador de etapa inferior (24) que tiene una entrada (22) y una salida (54); un conducto de entrada de etapa inferior (26) para conectar operativamente la salida (20) del compresor de etapa inferior (16) con la entrada (22) de la unidad evaporador de etapa inferior (24) a través de un intercambiador de calor de etapa (34), teniendo el intercambiador de calor de etapa (34) un lado más arriba y un lado más abajo; un conducto de salida de etapa inferior (56) para conectar operativamente la salida (54) de la unidad evaporador de etapa inferior (24) a la entrada (18) del compresor de etapa inferior (16). un refrigerante de etapa inferior que fluye entre el compresor de etapa inferior (16) y la unidad evaporador de etapa inferior (24) a través del conducto de entrada de etapa inferior (26). una primera línea de derivación (60) que tiene una entrada (62) conectada al conducto de entrada de etapa inferior (26) más abajo del intercambiador de calor de etapa (24), una salida (70) conectada al conducto de salida de etapa inferior (56), la primera línea de derivación (60) pasando a través de un intercambiador de calor de derivación (30) en una relación de intercambio de calor con el refrigerante de etapa inferior en el conducto de entrada de etapa inferior (26) más arriba del intercambiador de calor de etapa (34); un compresor de etapa superior (102) que tiene una entrada (104) y una salida (106); una unidad condensador de etapa superior (110) que tiene una entrada (108) y una salida (116); un conducto de entrada de etapa superior (112) para conectar operativamente la salida (106) del compresor de etapa superior (102) a la entrada (108) de la unidad condensador de etapa superior (110); un conducto de salida de etapa superior (118) para conectar operativamente la salida (116) de la unidad condensador de etapa superior (110) a la entrada (104) del compresor de etapa superior (102) a través del intercambiador de calor de etapa (34); y un refrigerante de etapa superior que fluye entre el compresor de etapa superior (102) y la unidad condensador de etapa superior (110) a través de los conductos de entrada y salida de etapa superior (112, 118), el refrigerante de etapa superior estando en relación de intercambio de calor con el refrigerante de etapa inferior en el intercambiador de calor de etapa (34).
Description
Sistema de refrigeración en cascada.
Esta invención se refiere generalmente a
sistemas de refrigeración, y en particular a un sistema de
refrigeración en cascada de dos etapas para controlar temperaturas
con una cámara.
Un sistema de refrigeración en cascada se
utiliza típicamente cuando se desean temperaturas relativamente
bajas en un entorno controlado. El sistema de refrigeración en
cascada incluye bobinas de evaporador posicionada dentro de una
cámara en la que se controla en entorno. Se suministra refrigerante
a las bobinas de evaporador mediante un sistema
compresor/condensador convencional. El compresor recibe el
refrigerante en forma gaseosa desde las bobinas de evaporador y
comprime el refrigerante. El calor de la compresión es eliminado por
el condensador y se proporciona el refrigerante en forma líquida a
una válvula de expansión por encima de las bobinas de evaporación.
El refrigerante vuelve a un estado gaseoso a medida que pasa a
través de las bobinas de evaporador, enfriando así la cámara en la
que están ubicadas las bobinas de evaporador. En un sistema de
refrigeración en cascada, se utiliza una etapa superior para enfriar
el refrigerante que pasa a través del condensador. El refrigerante
sale desde el compresor/condensador de la etapa superior y pasa a
través de una válvula de expansión. El refrigerante expandido se
suministra al condensador en una relación de intercambio de calor
con el refrigerante salido desde el compresor de etapa inferior para
enfriar el refrigerante salido desde el compresor de etapa
inferior. Se pueden proporcionar etapas adicionales en una relación
en cascada, si fuera necesario.
A modo de ejemplo, se muestra un sistema de
refrigeración en cascada de la técnica anterior en la patente de
Estados Unidos nº 3.590.595. Esta patente describe un sistema de
refrigeración en cascada de dos etapas que incorpora dos
intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor efectúan
una relación de intercambio de calor entre el refrigerante que
fluye por la etapa inferior y el refrigerante que fluye por la etapa
superior. Se ha indicado, sin embargo, que si uno de los
intercambiadores de calor desarrolla una fuga interna, se permitirá
que el refrigerante en la etapa inferior y el refrigerante en la
etapa superior se mezclen. La eliminación de refrigerantes
mezclados es difícil y
costosa.
costosa.
Los resúmenes de las patentes de Japón nº 018
(M- 1352), 12 de enero de 1993 y JP 04 244 559A describen un
refrigerador con múltiples etapas y múltiples elementos capaz de
realizar un ajuste eficaz de una temperatura inferior. Con este
objetivo, un lado de salida de gas de un separador
gas-líquido de un ciclo de congelación de baja
temperatura está conectado a un separador refrigerante que tiene una
película funcional de fácil selección respecto a una transmisión de
componente satisfecho de refrigerante y al mismo tiempo una salida
del separador refrigerante está conectada a un evaporador que se
comunica con el segundo compresor de un ciclo de congelación del
lado de temperatura baja a través del segundo intercambiador de
calor y un tercer dispositivo regulador, y después la salida de
refrigerante en tránsito del separador refrigerante está conectada a
un lado de baja presión del segundo dispositivo regulador.
De la patente US 5.729.993A se conoce un ciclo
de refrigeración vapor-líquido enfriado previamente
que incluye un ciclo vapor-líquido básico y un ciclo
vapor- líquido regenerativo auxiliar que tienen una relación de
intercambio entre ellos. En este sistema, una porción de
refrigerante frío de baja presión que pasa por un dispositivo
regenerador se utiliza en el intercambiador de calor para enfriar el
refrigerante entrante desde un condensador. El control del ciclo se
basa en detectar la temperatura ambiente. Se dispone un evaporador
en un flujo separado.
Los resúmenes de patentes de Japón, Vol. 1995,
Nº 08, 29 de septiembre de 1995 y JP 07 127 935A describen un
dispositivo de congelación en cascada en el que una pluralidad de
congeladores están acoplados entre sí en una etapa múltiple a
través de un condensador en cascada que forma un condensador. El
lado de salida de un compresor en el lado de unidad inferior está
conectado a un condensador en cascada que forma un condensador. El
lado de salida de un compresor en el lado de la unidad superior está
conectado a la entrada de una bobina del condensador en cascada a
través de otro condensador y una válvula de expansión, un circuito
en serie de una válvula de expansión auxiliar y una válvula
solenoide para una válvula de expansión. Un conmutador de presión
operado como respuesta a la presión en el condensador en cascada
abre y cierra la válvula solenoide.
La patente EP 747.643 A1 muestra una planta de
refrigeración bidimensional. Una unidad del lado de temperatura
superior que tiene un compresor del lado de temperatura superior y
un condensador para formar un ciclo de refrigeración de temperatura
superior se dispone en una posición superior que la unidad de lado
de temperatura inferior formando un ciclo de refrigeración de
temperatura inferior. La unidad de lado de temperatura superior
está provista de un pasaje de derivación que permite que el
refrigerante se desvíe del compresor de lado de temperatura
superior. Una válvula de cierre está dispuesta en el pasaje de
derivación dispuesto a través del compresor, utilizándose el pasaje
de derivación cuando la temperatura de aire ambiente es baja. No se
dispone un pasaje de derivación a través de ningún evaporador.
\newpage
Por tanto, es un objeto principal y una
característica de la presente invención proporcionar un sistema de
refrigeración en cascada que reduce la posibilidad de mezclar
refrigerantes que fluyen por las etapas superior e inferior del
sistema.
Es otro objeto y característica de la presente
invención proporcionar un sistema de refrigeración en cascada que
sea sencillo y de fabricación económica.
Es incluso otro objeto y característica de la
presente invención proporcionar un sistema de refrigeración en
cascada que controla de forma precisa el entorno dentro de una
cámara deseada.
Según la presente invención, se proporciona un
sistema de refrigeración en cascada. El sistema de refrigeración en
cascada tiene una etapa inferior con un primer refrigerante fluyendo
en la misma. La etapa inferior incluye un compresor que tiene una
entrada y una salida, y una unidad evaporador con una entrada
conectada de forma operativa a la salida del compresor mediante un
conducto de entrada y una salida conectados de forma operativa a la
entrada del compresor mediante un conducto de salida. También se
proporciona una línea de derivación. La línea de derivación tiene
una entrada en comunicación con el conducto de entrada de la etapa
inferior y una salida en comunicación con el conducto de salida de
la etapa inferior. Un intercambiador de calor de derivación efectúa
la relación de intercambio de calor entre el primer refrigerante en
la línea de derivación y el primer refrigerante en el conducto de
entrada de la etapa inferior.
Se proporciona una etapa superior que tiene un
segundo refrigerante fluyendo por la misma. La etapa superior
incluye un compresor que tiene una entrada y una salida, y una
unidad condensador con una entrada conectada de forma operativa a
la salida de la etapa superior del compresor y una salida conectada
de forma operativa a la entrada de la etapa superior del compresor
mediante el conducto de salida. El segundo intercambiador de calor
efectúa una relación de intercambio de calor entre el primer
refrigerante que fluye por el conducto de entrada la etapa inferior
y el segundo refrigerante que fluye por el conducto de salida de la
etapa superior.
Se contempla que la unidad condensador de la
etapa superior efectúa un intercambio de calor entre el segundo
refrigerante que fluye por la misma y un fluido procedente de una
fuente de fluido. La etapa superior incluye también una primera
línea de derivación que tiene una entrada en comunicación con el
conducto de entrada de la etapa superior y una salida en
comunicación con el conducto de salida de la etapa superior más
abajo del segundo intercambiador de calor. Se proporciona una
derivación solenoide en la primera línea de derivación de la etapa
superior para controlar el flujo del segundo refrigerante en la
misma.
Se contempla que la salida de la línea de
derivación se comunica con el conducto de entrada de la etapa
inferior más abajo del segundo intercambiador de calor. El conducto
de entrada de la etapa inferior puede incluir una unidad
condensador del intercambiador de calor de derivación para efectuar
un intercambio de calor entre el primer fluido refrigerante que
fluye por la misma y un fluido de una fuente de fluido.
Según todavía otro aspecto de la invención, se
proporciona un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas
según las características de la reivindicación 1. el sistema de
refrigeración en cascada incluye un compresor de etapa inferior que
tiene una entrada y una salida y una unidad evaporador de etapa
inferior que tiene una entrada y una salida. Un conducto de entrada
de etapa inferior conecta de forma operativa la salida del
compresor de etapa inferior con la entrada de la unidad evaporador
de etapa inferior. Un conducto de salida de etapa inferior conecta
de forma operativa la salida de la unidad evaporador de etapa
inferior a la entrada del compresor de etapa inferior. Un
refrigerante de etapa inferior fluye entre el compresor de etapa
inferior y la unidad evaporador de etapa inferior a través de los
conductos de entrada y salida de etapa inferior. La primera línea
de derivación tiene una entrada en comunicación con el conducto de
entrada de etapa inferior y una salida en comunicación con el
conducto de salida de etapa inferior. Un intercambiador de calor de
derivación efectúa la relación de intercambio de calor entre el
refrigerante de etapa inferior que fluye por la primera línea de
derivación y el refrigerante de etapa inferior que fluye por el
conducto de entrada de la etapa
inferior.
inferior.
Se ha contemplado que el sistema de
refrigeración en cascada incluye además un compresor de etapa
superior que tiene una entrada y una salida, y una unidad
condensador de etapa superior que tiene una entrada y una salida.
Un conducto de entrada de etapa superior conecta de forma operativa
la salida del compresor de etapa superior a la entrada de la unidad
condensador de etapa superior. Un conducto de salida de etapa
superior conecta de forma operativa la salida de la unidad
condensador de etapa superior a la entrada del compresor de etapa
superior. Un refrigerante de etapa superior fluye entre el compresor
de etapa superior y la unidad condensador de etapa superior a
través de los conductos de entrada y salida de etapa superior. La
unidad condensador de etapa superior efectúa un intercambio de
calor entre el refrigerante de etapa superior que fluye por la
misma y un fluido procedente de una fuente de fluido. Un segundo
intercambiador de calor efectúa el intercambio de calor entre el
refrigerante de etapa inferior dentro del conducto de entrada de
etapa inferior y el refrigerante de etapa superior dentro del
conducto de entrada de etapa superior.
Una segunda línea de derivación tiene una
entrada en comunicación con el conducto de entrada de etapa
superior y una salida en comunicación con el conducto de salida de
etapa superior más abajo del segundo intercambiador de calor. Un
segundo solenoide de derivación en la segunda línea de derivación
controla el flujo del refrigerante de etapa superior en la
misma.
Una válvula de derivación de etapa inferior
interconecta la primera línea de derivación con el conducto de
entrada de etapa inferior, La válvula de derivación de etapa
inferior controla el flujo del refrigerante de etapa inferior por
el mismo. El conducto de entrada de etapa inferior incluye una
unidad condensador más arriba del intercambiador de calor de
derivación para efectuar un intercambio de calor entre el
refrigerante de etapa inferior que fluye por la misma y un fluido
procedente de una fuente de fluido.
Los dibujos aquí presentados ilustran una
construcción preferida de la presente invención en la que se
describen claramente las ventajas y características anteriores, así
como otras que se entenderán fácilmente a partir de la siguiente
descripción de la realización ilustrada.
En los dibujos:
La figura 1 es una vista esquemática de un
sistema de refrigeración en cascada según la presente invención.
En referencia a la figura 1, un sistema de
refrigeración en cascada según la presente invención está designado
generalmente con el numeral 10. El sistema de refrigeración en
cascada 10 incluye una etapa inferior designada generalmente por el
numeral de referencia 12 y una etapa superior está designada
generalmente por el numeral de referencia 14. Como es convencional,
cada etapa 12 y 14 tiene refrigerante correspondiente fluyendo por
la misma de un modo descrito a continuación. Además, mientras el
sistema de refrigeración en cascada de la figura 1 describe solo
etapas inferior y superior, puede apreciarse que se pueden
proporcionar un número de etapas adicionales en una relación en
cascada sin apartarse del ámbito de la presente invención.
La etapa inferior 12 del sistema de
refrigeración en cascada 10 incluye un compresor 16 que tiene una
entrada 18 y una salida 20. La salida 20 del compresor 16 está
conectada a la entrada 22 de las bobinas de evaporador 24 mediante
la línea 26. Se proporciona una válvula de cierre 28 en la línea 26
para controlar el flujo de refrigerante desde el compresor 16 a las
bobinas de evaporador 24.
Como es convencional, una válvula de cierre 28
puede moverse entre una primera posición abierta permitiendo el
flujo de refrigerante por la misma y una segunda posición cerrada
previniendo el flujo de refrigerante por la
misma.
misma.
Un desrecalentador 29 está posicionado alrededor
de la línea 26 más abajo de la válvula de cierre 28 para eliminar
el calor procedente del refrigerante que existe en el compresor 16.
El desrecalentador 29 tiene una entrada 31 conectada a una entrada
de fluido fuente 33 mediante la línea 35 y una salida 37 conectada
a una entrada 39 mediante la línea 41. Como es convencional, el
fluido fluye desde la fuente de fluido 33, a través del
desrecalentador 29; y hacia fuera de la salida 39. Se ha contemplado
la utilización de agua como el fluido que fluye por el
desrecalentador 29 para eliminar el calor procedente del
refrigerante que existe en el compresor 16, pero se pueden utilizar
otros tipos de fluidos, incluyendo aire, sin aparatarse del ámbito
de la presente invención.
La línea 26 también pasa por el intercambiador
de calor de derivación 30 y a través del segundo intercambiador de
calor 34 por los motivos descritos a continuación. Una válvula de
expansión 36 y un solenoide líquido 38 también se proporcionan en
la línea 26. El refrigerante que fluye a la válvula de expansión 36
a través de la línea 26 está controlado por un solenoide líquido
38. Como es convencional, la abertura y el cierre del solenoide
líquido 38 está controlado por un programa de control.
Un bulbo sensor de la temperatura 40 está
conectado de forma operativa a la válvula de expansión 36 mediante
la línea 50 más abajo de las bobinas de evaporador 24 para
supervisar la temperatura del refrigerante que sale de las bobinas
de evaporador 24. De forma similar, un sensor de presión (no
mostrado) está conectado de forma operativa a la válvula de
expansión 36 mediante las líneas 44 y 46 por debajo de las bobinas
de evaporador 24 para supervisar la presión del refrigerante que
sale de las bobinas de evaporador 24 en la línea 56. Como es
convencional, la válvula de expansión 36 se modula en respuesta a la
temperatura y la presión del refrigerante que sale de las bobinas
de evaporador 24. El refrigerante que pasa por la válvula de
expansión 36 fluye por el distribuidor 42 hacia dentro de las
bobinas de evaporador 24.
La salida 54 de las bobinas de evaporador 24
está interconectada con la entrada 18 del compresor 16 mediante la
línea 56. Una válvula de cierre 58 se proporciona en la línea 56
para controlar el flujo de refrigerante dentro del compresor 16.
Como es convencional, una válvula de cierre 58 puede moverse entre
una primera posición abierta permitiendo el flujo de refrigerante
por la misma y una segunda posición cerrada previniendo el flujo de
refrigerante por la misma.
La etapa inferior 12 del sistema de
refrigeración en cascada 10 incluye además una línea de derivación
60 con una entrada 62 en comunicación con la línea 26 por debajo del
intercambiador de calor 34. Un solenoide líquido 64 en una línea de
derivación 60 controla el flujo de refrigerante por la misma. Como
es convencional, la abertura y el cierre del solenoide líquido 64
está controlada por un programa de control. La válvula de presión
65 incorpora un sensor de presión (no mostrado) que está conectado
mediante líneas 67 y 44 a la línea 56 para supervisar la presión
del refrigerante que sale de las bobinas de evaporador 24 en la
línea 56. La válvula de presión 65 se abre en respuesta a una
presión del refrigerante que sale de las bobinas de evaporador 24
inferior a la presión seleccionada por el usuario, por ejemplo, 10
psi, permitiendo así el flujo de refrigerante por la misma. La
línea de derivación 60 se extiende por el intercambiador de calor de
derivación 30 y termina en una salida 70 que se comunica con la
línea 56 más arriba de la válvula de cierre 58.
La etapa inferior 12 del sistema de
refrigeración en cascada 10 incluye además una segunda línea de
derivación 69 que tiene una entrada 72 en comunicación con la línea
26 más abajo del intercambiador de calor 34 y una salida 74 en
comunicación con la línea de derivación 60 más abajo del
intercambiador de calor de derivación 30. La válvula de expansión
76 controla el flujo de refrigerante a través de la segunda línea de
derivación 69. Un bulbo sensor de la temperatura 80 está conectado
de forma operativa a la válvula de expansión 76 mediante la línea
82 y está posicionado adyacente a la línea 56 más abajo de las
bobinas de evaporador 24 para supervisar la temperatura del
refrigerante que sale de las bobinas de evaporador 24. A medida que
el bulbo sensor de la temperatura 80 detecta un aumento de la
temperatura en línea 56, la válvula de expansión 76 se abre para
permitir que pase más refrigerante por la misma. De lo contrario,
cuando la temperatura detectada por el bulbo sensor de temperatura
80 disminuye, la válvula de expansión 776 se cierra para restringir
el flujo de refrigerante por la misma.
La etapa inferior 12 del sistema de
refrigeración en cascada 10 incluye además una tercera línea de
derivación 84 con una entrada 86 en comunicación con la línea 26 más
arriba del intercambiador de calor de derivación 30. La salida 88
de la tercera línea de derivación 84 alimenta una válvula de
regulación de presión de descarga 90 que está interconectada con la
entrada 92 de un depósito de vapor 94 mediante la línea 96. La
salida 98 del depósito de vapor 94 está interconectada con la línea
56 más abajo de la bobina de evaporador 24 mediante la línea
100.
La etapa superior 14 del sistema de
refrigeración en cascada 10 incluye un compresor 102 que tiene una
entrada 104 y una salida 106. La salida 106 del compresor 102 está
conectada a una primera entrada 108 de la unidad condensador 110
mediante la línea 112. Se proporciona una válvula de cierre 114 en
la línea 112 para controlar el flujo de refrigerante desde el
compresor 102. Como es convencional, una válvula de cierre 114
puede moverse entre una primera posición abierta permitiendo el
flujo de refrigerante por la misma y una segunda posición cerrada
previniendo un flujo de refrigerante por la misma.
La unidad condensador 110 está posicionada
alrededor de la línea 112 de la válvula de cierre 114 para eliminar
el calor procedente del refrigerante que sale del compresor 102. La
unidad condensador 110 tiene una segunda entrada 113 conectada a la
entrada de fuente de fluido 33 mediante la línea 115 y una segunda
salida 117 conectada a una salida 39 mediante la línea 119. Como es
convencional, el fluido fluye desde la fuente de fluido 33, a
través de la unidad condensador 110; y hacia fuera de la salida 39.
Como se ha descrito anteriormente, se ha contemplado la utilización
de agua como el fluido que fluye por la unidad condensador 110 para
eliminar el calor procedente del refrigerante que sale del compresor
102, pero se pueden utilizar otros tipos de fluidos, incluyendo
aire, sin aparatarse del ámbito de la presente invención.
La salida 116 de la unidad condensador 110 está
interconectada con la entrada 104 del compresor 102 mediante la
línea 118. Una válvula de cierre 121 se proporciona en la línea 118
para controlar el flujo de refrigerante dentro del compresor 102.
Como es convencional, una válvula de cierre 121 puede moverse entre
una primera posición abierta permitiendo el flujo de refrigerante
por la misma y una segunda posición cerrada previniendo el flujo de
refrigerante por la misma.
La línea 118 pasa por el segundo intercambiador
de calor 34, más arriba de la válvula de cierre 121, para efectuar
un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye por la línea
118 y el refrigerante que fluye por la línea 26. La línea 118
incluye además un distribuidor 120, una válvula de expansión 122, y
un solenoide líquido 126. El solenoide líquido 128 controla el
flujo de refrigerante en la válvula de expansión 122. Como es
convencional, la abertura y el cierre del solenoide líquido 128 está
controlado por un programa de control.
El bulbo sensor de la temperatura 124 está
conectado de forma operativa a la válvula de expansión 122 mediante
la línea 126 y está posicionado adyacente a la línea 118 por debajo
de intercambiador de calor 34 para supervisar la temperatura del
refrigerante que sale del intercambiador de calor 34. De forma
similar, un sensor de presión (no mostrado) está incorporado en la
válvula de expansión 122 y está conectado a la línea 118 por debajo
del intercambiador de calor 24 mediante las líneas 125 y 127 para
supervisar la presión del refrigerante existente en el
intercambiador de calor 34 en la línea 118. Como es convencional, la
válvula de expansión 122 se modula en respuesta a la temperatura y
la presión del refrigerante existente en el intercambiador de calor
34. El refrigerante que pasa por la válvula de expansión 122 fluye
por el distribuidor 120 dentro del intercambiador de calor 34.
La etapa superior 14 del sistema de
refrigeración en cascada 10 incluye además una línea de derivación
130 con una entrada 132 en comunicación con la línea 112 más arriba
de la unidad condensador 110 y una salida 134 más abajo del segundo
intercambiador de calor. Un solenoide líquido 136 en la línea de
derivación 130 controla el flujo de refrigerante por la misma. Como
es convencional, la abertura y el cierre del solenoide líquido 136
está controlada por un programa de control. La válvula de presión
138 incorpora un sensor de presión (no mostrado) conectado a la
línea 118 mediante las líneas 140 y 125 para supervisar la presión
del refrigerante que sale del intercambiador de calor 34 en la
línea 118. La válvula de presión 138 se abre en respuesta a una
presión del refrigerante que sale del intercambiador de calor 34
inferior a la presión seleccionada por el usuario, por ejemplo, 10
psi, permitiendo así el flujo de refrigerante por la misma.
En referencia a la etapa superior 14 del sistema
de refrigeración en cascada 10, en funcionamiento, las válvulas de
cierre 114 y 121 se abren y el compresor 102 comprime el
refrigerante dentro del mismo de tal modo que el refrigerante de
presión alta y temperatura alta sale del compresor 102 en la línea
112. El refrigerante de presión alta y temperatura alta pasa por la
unidad condensador 110, en la que se efectúa un intercambio de
calor entre el refrigerante de presión alta y temperatura alta que
sale del compresor 102 y el fluido que fluye por la unidad
condensador 110 para eliminar el calor del refrigerante y hacer que
el refrigerante pase a un estado líquido. El refrigerante enfriado
de presión alta pasa por el intercambiador de calor 34, por motivos
descritos a continuación, bajo el control del solenoide líquido 128
y vuelve al compresor 102. La válvula de expansión 122 se modula en
respuesta a la temperatura y la presión del refrigerante que sale
del intercambiador de calor 34 para ajustar la temperatura y la
presión del refrigerante que pasa por el intercambiador de calor
34. La línea de derivación 130 asegura una presión adecuada del
refrigerante que fluye por la línea 118 por debajo del
intercambiador de calor 34.
En referencia a la etapa inferior 12 del sistema
de refrigeración en cascada 10, las válvulas de cierre 58 y 28 se
abren y el compresor 16 comprime el refrigerante dentro del mismo de
tal modo que el refrigerante de presión alta y temperatura alta
sale del compresor 16 en la línea 26. El refrigerante de presión
alta y temperatura alta en la línea 26 pasa por el desrecalentador
29, en el que se efectúa un intercambio de calor entre el
refrigerante de presión alta y temperatura alta que sale del
compresor 16 y el fluido que fluye por el desrecalentador 29 para
eliminar el calor del refrigerante de presión alta y temperatura
alta. Si tras pasar por el desrecalentador 29, el refrigerante en
la línea 25 sobrepasa una presión máxima predeterminada, la válvula
de regulación de presión de descarga 90 se abre para aliviar la
presión en la línea 26, permitiendo así que el refrigerante de
presión alta, en forma gaseosa, entre en el depósito de vapor 94. El
refrigerante en el depósito de vapor 94 se libera lentamente dentro
de la línea 56 y vuelve al compresor 16.
Alternativamente, el refrigerante enfriado de
presión alta en la línea 36 pasa por el intercambiador de calor de
derivación 30 y por el intercambiador de calor 34. Dentro del
intercambiador de calor 34, se efectúa un intercambio de calor
entre el refrigerante que fluye por la etapa inferior 12 del sistema
de refrigeración en cascada 10 y el refrigerante que fluye por la
etapa superior 14 del sistema de refrigeración en cascada 10 para
enfriar más el refrigerante que pasa por el mismo hasta un punto de
condensación.
Además, una porción del refrigerante enfriado de
presión alta que fluye por la etapa inferior 12 del sistema de
refrigeración en cascada 10 y que sale del intercambiador de calor
34 entra en la línea de derivación 60 bajo el control del solenoide
líquido 64. Se produce una bajada de presión en la válvula de
presión 65 de tal modo que el refrigerante enfriado de presión baja
en la línea de derivación 60 fluye por el intercambiador de calor
de derivación 30 para efectuar un intercambio de calor entre el
refrigerante en la línea 26 que sale del compresor 16 y el
refrigerante enfriado de presión baja en la línea de derivación 60,
eliminando así el calor adicional del refrigerante en la línea 26
antes de entrar en el intercambiador de calor 34. A continuación,
el refrigerante enfriado de presión baja en la línea de derivación
60 fluye hacia la línea 56 y vuelve al compresor 16.
Otra porción del refrigerante enfriado de
presión alta que fluye en la línea 26 fluye hacia la válvula de
expansión 36 bajo el control del solenoide líquido 38. La válvula de
expansión 36 se modula en respuesta a la temperatura y la presión
del refrigerante que sale de las bobinas del evaporador 24 para
ajustar la temperatura y la presión del refrigerante que pasa por
las bobinas de evaporador, y también, la temperatura de la cámara
(no mostrada) en la que están ubicadas las bobinas de evaporador 24.
Como se conoce, el refrigerante enfriado de presión alta se expande
en las bobinas de evaporador 24 y vuelve a un estado gaseoso.
Si la temperatura del refrigerante en la línea
56 sobrepasa una temperatura predeterminada, el refrigerante puede
dañar el compresor 16 cuando vuelve al mismo. Como tal, la
temperatura del refrigerante en la línea 56 está supervisada por el
bulbo sensor de temperatura 80 de tal modo que si la temperatura del
refrigerante en la línea 56 sobrepasa un umbral, la válvula de
expansión 76 se abre para dirigir una porción del refrigerante
enfriado de presión alta en la línea 26 más abajo del intercambiador
de calor 35 hacia dentro de la línea de derivación 60 más abajo del
intercambiador de calor de derivación 30 a través de la segunda
línea de derivación 69. A continuación, el refrigerante enfriado de
presión baja fluye por la salida 70 de la línea de derivación 60 y
hacia dentro de la línea 56.
Como se ha descrito, el sistema de refrigeración
en cascada 10 incorpora un intercambiador de calor de derivación 30
que tiene el mismo refrigerante de etapa inferior en ambos lados del
mismo. Consecuentemente, una fuga dentro del intercambiador de
calor de derivación 30 no resultará en la mezcla del refrigerante
que fluye por la etapa inferior 12 del sistema de refrigeración en
cascada 10 y el refrigerante que fluye por la etapa superior del
sistema de refrigeración en cascada 10. Como consecuencia, el
sistema de refrigeración en cascada 10 puede continuar funcionado
aunque se produzca tal fuga. Además, si se produce una fuga en el
intercambiador de calor de derivación 30, la mezcla del refrigerante
que fluye en ambos lados del mismo no supondrá ningún problema de
eliminación, como se ha descrito anteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad al
respecto.
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\bullet PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, 29
September 1995, vol. 1995, 08 [0006]
Claims (5)
1. Sistema de refrigeración en cascada de dos
etapas (10), comprendiendo:
un compresor de etapa inferior (16) que tiene
una entrada (18) y una salida (20);
una unidad evaporador de etapa inferior (24) que
tiene una entrada (22) y una salida (54);
un conducto de entrada de etapa inferior (26)
para conectar operativamente la salida (20) del compresor de etapa
inferior (16) con la entrada (22) de la unidad evaporador de etapa
inferior (24) a través de un intercambiador de calor de etapa (34),
teniendo el intercambiador de calor de etapa (34) un lado más arriba
y un lado más abajo;
un conducto de salida de etapa inferior (56)
para conectar operativamente la salida (54) de la unidad evaporador
de etapa inferior (24) a la entrada (18) del compresor de etapa
inferior (16).
un refrigerante de etapa inferior que fluye
entre el compresor de etapa inferior (16) y la unidad evaporador de
etapa inferior (24) a través del conducto de entrada de etapa
inferior (26).
una primera línea de derivación (60) que tiene
una entrada (62) conectada al conducto de entrada de etapa inferior
(26) más abajo del intercambiador de calor de etapa (24), una salida
(70) conectada al conducto de salida de etapa inferior (56), la
primera línea de derivación (60) pasando a través de un
intercambiador de calor de derivación (30) en una relación de
intercambio de calor con el refrigerante de etapa inferior en el
conducto de entrada de etapa inferior (26) más arriba del
intercambiador de calor de etapa (34);
un compresor de etapa superior (102) que tiene
una entrada (104) y una salida (106);
una unidad condensador de etapa superior (110)
que tiene una entrada (108) y una salida (116);
un conducto de entrada de etapa superior (112)
para conectar operativamente la salida (106) del compresor de etapa
superior (102) a la entrada (108) de la unidad condensador de etapa
superior (110);
un conducto de salida de etapa superior (118)
para conectar operativamente la salida (116) de la unidad
condensador de etapa superior (110) a la entrada (104) del
compresor de etapa superior (102) a través del intercambiador de
calor de etapa (34); y un refrigerante de etapa superior que fluye
entre el compresor de etapa superior (102) y la unidad condensador
de etapa superior (110) a través de los conductos de entrada y
salida de etapa superior (112, 118), el refrigerante de etapa
superior estando en relación de intercambio de calor con el
refrigerante de etapa inferior en el intercambiador de calor de
etapa (34).
2. Sistema de refrigeración en cascada de dos
etapas de la reivindicación 1, incluyendo además una válvula de
derivación (65) para interconectar la primera línea de derivación
(60) al conducto de entrada (56) de la etapa inferior, controlando
la válvula de derivación (65) el flujo del refrigerante de etapa
inferior entre la misma.
3. Sistema de refrigeración en cascada de dos
etapas según la reivindicación 1, comprendiendo además una segunda
línea de derivación (69) que tiene una entrada (72) en comunicación
con el conducto de entrada de etapa inferior (26) más abajo del
intercambiador de calor de etapa (34) y una salida (74) en
comunicación con la línea de derivación (60) más abajo del
intercambiador de calor de derivación (30).
4. Sistema de refrigeración en cascada de dos
etapas de la reivindicación 3, en el que la segunda línea de
derivación (69) incluye una válvula de expansión (76).
5. Sistema de refrigeración en cascada de dos
etapas de la reivindicación 4, en el que el intercambiador de calor
de derivación (30) tiene un lado más arriba del conducto de entrada
y un lado más abajo del conducto de entrada, el sistema incluyendo
además una tercera línea de derivación (84) que tiene una entrada
(86) en comunicación con el conducto de entrada de etapa inferior
(26) más arriba del intercambiador de calor de derivación (30) y
que tiene una salida (88) en comunicación con una válvula de presión
(90).
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