ES2528070B1 - Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario - Google Patents

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ES2528070B1 ES201431721A ES201431721A ES2528070B1 ES 2528070 B1 ES2528070 B1 ES 2528070B1 ES 201431721 A ES201431721 A ES 201431721A ES 201431721 A ES201431721 A ES 201431721A ES 2528070 B1 ES2528070 B1 ES 2528070B1
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Abstract

Sistema de refrigeración con CO{sub,2} como fluido secundario.#La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración con CO{sub,2} como fluido secundario que permite limitar el consumo energético asociado al bombeo que éste tipo de sistemas que actúan con CO{sub,2} como fluido secundario presentan ya que comprende un circuito secundario que comprende a su vez una bomba de canal lateral accionada mediante arrastre magnético, que permite impulsar el CO{sub,2} a menor presión y en consecuencia reducir los costes asociados al sistema.

Description

5 OBJETO DE LA INVENCiÓN
La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración con CO2 como fluido
secundario que permite limitar el consumo energético asociado al bombeo que éste tipo de
sistemas que actúan con CO2 como fluido secundario presentan.
10 El objeto de la invención es un sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario que comprende un circuito secundario que comprende a su vez una bomba de canal lateral accionada mediante arrastre magnético, que permite impulsar el CO2 a menor presión y en consecuencia reducir los costes asociados al sistema.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
Se conocen en el estado de la técnica los sistemas de refrigeración comercial utilizados en grandes instalaciones, donde el CO2 actúa como fluido secundario, utilizando bombas de 20 tipo hermético, es decir, donde el motor es refrigerado por el mismo refrigerante.
En estos sistemas, el calentamiento del motor repercute en el refrigerante vaporizando parte
del mismo, por lo que es necesario contrarrestar ese calentamiento impulsando el
refrigerante a mayor presión de bombeo, lo que implica un consumo energético mayor.
25 La presente invención solventa todos los inconvenientes anteriores, debido a que se puede aplicar a sistemas de refrigeración comercial de cualquier potencia, limitando el consumo energético asociado.
30 DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración con CO2 como fluido
secundario que permite limitar el consumo energético asociado al bombeo que éste tipo de
sistemas que actúan con CO2 como fluido secundario presentan.
El sistema comprende un circuito primario de producción de frío por donde circula un refrigerante que mantiene el CO2 a una temperatura inferior a uno o varios medios que se desean enfriar y un circuito secundario de producción de frío por donde circula el CO2, que transfiere el frío producido en el circuito primario al medio a enfriar.
El circuito primario de producción de frío comprende:
•
un grupo de compresión que aumenta la presión del refrigerante que circula por dicho circuito primario de producción de frío;
•
un grupo de condensación dispuesto a continuación del grupo de compresión donde se lleva a cabo el licuado del refrigerante que sale a alta presión de dicho grupo de compresión;
•
un grupo de expansión dispuesto a continuación del grupo de condensación donde se lleva a cabo la vaporización de parte del refrigerante proveniente del grupo de compresión.
El sistema comprende además un grupo de evaporación que comprende un intercambiador de calor donde el refrigerante del circuito primario enfría el CO2 del circuito secundario.
El circuito secundario de producción de frío comprende:
•
un depósito de CO2 que recoge el refrigerante en estado líquido del circuito primario proveniente del intercambiador de calor del grupo de evaporación;
•
una bomba de CO2 de canal lateral accionada mediante arrastre magnético por un motor que transmite el giro a la bomba para que el CO2 recorra el circuito secundario.
Opcionalmente, el circuito secundario comprende un des vaporizador dispuesto a la salida de la bomba de CO2 donde se produce la separación del vapor producido en la bomba del refrigerante líquido que retorna al depósito de CO2
Opcionalmente también, el circuito secundarío comprende un economízador dispuesto a la entrada de la bomba que permite llevar a cabo un control del caudal aspirado por la bomba y por tanto limitar su consumo.
El sistema de refrigeración con CO2 así configurado permite reducir los costes energéticos del bombeo en porcentajes del orden del 50 %, al impulsar el CO2 a menor presión. De esta
manera, el calentamiento del motor de la bomba de CO2 se disipa por medios distintos a los del propio refrigerante.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra un esquema del sistema de refrigeración con COz como fluido secundario de la presente invención.
REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
Según una explicación detallada de la invención, el sistema de refrigeración con COz como fluido secundario comprende un circuito primario (1 ) de producción de frío por donde circula un refrigerante que mantiene el COz a una temperatura inferior al medio que se desea enfriar y un circuito secundario (2) de producción de frío por donde circula el COz , que
15 transfiere el frío producido en el circuito primario (1 ) a un medio a enfriar (3).
El circuito primario (1) de producción de frío permite mantener el CO2 a una temperatura
inferior que el medio que se desea enfriar mediante el refrigerante que puede ser, entre
otros, R717, R404A, R507, R407A, R407C, R407F, R134a, R600a, R290, R152a, R410A,
20 R270. Dicho circuito primario (1 ) comprende:
• un grupo de compresión (4) que aumenta la presión del refrigerante que circula por dicho circuito primario de producción, donde el grupo de compresión comprende uno
o varios compresores frigoríficos (5) que aumentan la presión del refrigerante y que responden a unas señales de regulación para mantener una presión de aspiración
25 adecuada, pudiendo disponer los mismos (5) de un separador de aceite (no mostrado) que retorne el aceite impulsado a un cárter (no mostrado) de los compresores.
• un grupo de condensación (6) dispuesto a continuación del grupo de compresión (4) donde se lleva a cabo el licuado del refrigerante que sale a alta presión de dicho 30 grupo de compresión (4), donde el grupo de condensación (6) comprende un intercambiador de calor (7) con un fluido más frío que el refrigerante, que puede ser agua o aire. Este grupo comprende además un depósito (8) de refrigerante a la salida del intercambiador de calor (7) para asegurar la existencia de refrigerante en un grupo de evaporación (20) que se describirá más adelante, y una válvula (9) para
35 interrumpir el flujo de refrigerante antes del paro del grupo de compresión (4) y
asegurar que no hay migración de refrigerante al cárter del compresor (5) en las paradas. El grupo de condensación (6) puede comprender además un sistema que aumenta el subenfriamiento o enfriamiento de los gases de aspiración y filtros para recoger impurezas, humedad o ácidos presentes en las conducciones.
• un grupo de expansión (27) dispuesto a continuación del grupo de condensación (6) que comprende un estrechamiento donde se lleva a cabo la vaporización y perdida de presión de parte del refrigerante proveniente del grupo de compresión (4). El grupo de expansión (27) puede comprender además un sistema de regulación termostático o electrónico que asegura que la cantidad de refrigerante que llega al grupo de evaporación (20) vaporiza en su totalidad.
El sistema comprende además un grupo de evaporación (20) que comprende un intercambiador de calor donde el refrigerante del circuito primario (1) enfría el CO2 del circuito secundario (2). Este intercambiador puede ser del tipo de placas, tubos concéntricos, carcasa-tubos o sistemas mixtos de los tipos anteriormente descritos, sin existir mezcla entre el CO2 del circuito secundario (2) y el refrigerante del circuito primario (1 ).
El circuito secundario (2) de producción de frío utiliza como fluido de trabajo CO2 comprende:
•
un depósito de CO2 (10) que recoge el refrigerante en estado líquido del circuito primario proveniente del inlercambiador de calor del grupo de evaporación (20);
•
una bomba de CO2 de canal lateral (11) accionada mediante arrastre magnético por un motor que transmite el giro a la bomba (11) para que el CO2 recorra el circuito secundario (2). La bomba (11) suministra la presión suficiente para que el CO2 recorra el camino desde el depósito de CO2 (10) pasando por la bomba (11), servicios refrigerados, grupo de evaporación (20) y vuelta al depósito de CO2 (10). Es importante que para que funcione esta bomba disponga de líquido en la aspiración y que en sus condiciones de funcionamiento no se superen los caudales máximo y mínimo permitidos por el fabricante. Puede llevar asociados presostatos diferenciales
o transmisores de presión que aseguren que la bomba (1 1) no funcionará fuera de los límites anteriormente citados. Puede incluir una válvula (15) o restricción que limite el caudal impulsado por la bomba y otra que retorne parte del líquido para asegurar un caudal mínimo.
El depósito de CO2 (10) permite que la bomba de CO2 de canal lateral (11) disponga siempre de refrigerante líquido y comprende:
•
un visor de líquido (12) o nivel de líquido que permite visualizar el nivel de refrigerante líquido;
•
una válvula de seguridad (13) para evitar que la presión supere valores que puedan dañar a los elementos del sistema;
•
un alojamiento para un sistema auxiliar de paradas (30) que se describirá más adelante;
•
unos elementos de regulación (14), como presostatas, termómetros, transmisores de presión o de temperatura, manómetros.
El circuito secundario (2) comprende un desvaporizador (16) dispuesto a la salida de la bomba (1 1) de CO2 donde se produce la separación del vapor producido en la bomba (11) del líquido, líquido que retorna al depósito de CO2 (10). El desvaporizador (16) comprende una válvula o restricción que permite regular este retorno, donde esta restricción de flujo se sitúa en la parte superior del desvaporizador (16) donde se recoge el vapor por diferencia de densidad con el líquido. La separación del vapor del líquido se produce mediante métodos mecánicos produciendo una bajada de velocidad que permita esta separación. Esta bajada de velocidad se puede producir en la misma tubería de impulsión si está suficientemente dimensionada y colocada horizontalmente o mediante un depósito a tal efecto, donde además del aumento de sección se puede favorecer la separación del vapor del líquido por efecto centrífugo o intercalando obstáculos. Si el caudal recirculado al depósito en este vaporizado no fuera suficiente para asegurar el flujo mínimo de refrigerante de la bomba (11), se deberá colocar otro retorno de líquido a depósito que asegure este flujo mínimo de refrigerante.
El circuito secundario (2) comprende unos filtros que recogen las impurezas que el refrigerante recibe de las tuberías y absorben la humedad que se pueda introducir en el sistema.
El circuito secundario (2) comprende un economizador dispuesto a la entrada de la bomba
(11) que permite llevar a cabo un control del caudal aspirado por la bomba y por tanto limitar su consumo y que comprende un sistema de restricción en el lado de la aspiración de la bomba, donde este sistema de restricción puede ser fijo (orificio o sistema similar o modulante, válvula motorizada o elemento controlador del flujo). La gestión de la regulación
se puede realizar en base a una gestión de los servicios que estén introduciendo calor al sistema o en base a la presión del CO2 y la cantidad de refrigerante a regular se fijaría mediante la presión diferencial en la bomba (11). También se puede conseguir este efecto regulando la cantidad de líquido presente en el depósito de CO2 (10) de aspiración de la bomba (11). Otros medios para conseguir el mismo fin pueden ser el colocar varias bombas en paralelo o en reducir la velocidad de la bomba (11 ) mediante dispositivos electrónicos.
Los medios a enfriar (3) comprenden un intercambiador de calor (17) donde parte del CO2 del circuito secundario (2) se vaporiza captando calor del medio a enfriar (3). Cada medio a enfriar puede comprender:
•
uno o varios sensores de temperatura (18) que determinan cuando el medio
(3) se ha enfriado convenientemente.
•
una válvula que corta la entrada de líquida a cada medio a enfriar (3) cuando ya esté a la temperatura deseada.
•
una válvula (19) para regular la cantidad de líquido que llega a cada medio a enfriar (3) Y permite el equilibrado hidráulico de la instalación.
•
unos sensores de presión, temperatura, visores de líquido y demás elementos para verificar el correcto funcionamiento del sistema.
•
unos reguladores que permiten recibir las señales y actuar sobre los accionamientos de regulación de la válvula.
•
unos ventiladores, cortinas de aire, resistencias de desescarche o antivaho, que permitan la transferencia de calor al aire donde estarán los productos a refrigerar. También es posible el desescarchar mediante gas caliente proveniente de un compresor de CO2 adicional.
•
unos visores de líquido que permiten controlar cuanto líquido se vaporiza en cada medio a enfriar (3), para proceder a un correcto equilibrado hidráulico del sistema.
Cuando el circuito primario (1) está parado, la temperatura del circuito secundario (2) aumenta produciendo la vaporización de parte del CO2 e incrementando la presión en el circuito secundario (2). Si esta presión aumenta mucho, se abrirían unas válvulas de seguridad y parte del CO2 escaparía al ambiente; para prevenir esto, el sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario de la presente invención comprende un sistema auxiliar de paradas (3) que permite enfriar el CO2 en estas paradas del sistema.
Además, el sistema comprende una conexión eléctrica que permite el funcionamiento de este sistema auxiliar de paradas aún en el caso de corte del suministro eléctrico.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario que comprende un circuito primario (1) de producción de frío por donde circula un refrigerante que mantiene el CO2 a una temperatura inferior a uno o varios medios (3) a enfriar y un circuito secundario (2) de producción de frío por donde circula el CO2, que transfiere el frío producido en el circuito primario (1 ) al medio (3) a enfriar, donde el circuito primario (1) de producción de frío comprende:
    •
    un grupo de compresión (4) que aumenta la presión del refrigerante que circula por dicho circuito primario (1) Y que comprende uno o varios compresores frigoríficos (5);
    •
    un grupo de condensación (6) dispuesto a continuación del grupo de compresión donde se lleva a cabo el licuado del refrigerante que sale a alta presión de dicho grupo de compresión (4);
    •
    un grupo de expansión (7) dispuesto a continuación del grupo de condensación (6) donde se lleva a cabo la vaporización de parte del refrigerante proveniente del grupo de compresión (4);
    donde el sistema comprende además un grupo de evaporación (20) que comprende un intercambiador de calor donde el refrigerante del circuito primario (1) enfría el CO2 del circuito secundario (2), donde el circuito secundario (2) de producción de frío comprende:
    • un depósito de CO2 (10) que recoge el refrigerante en estado líquído del círcuito primario (1) proveniente del intercambiador de calor del grupo de evaporación (20);
    • una bomba (11 ) de CO2 para que el CO2 recorra el circuito secundario (2); caracterizado por que la bomba (11 ) de CO2 para que el CO2 recorra el circuito secundario
    (2) es una bomba de canal lateral accionada mediante arrastre magnético por un motor que transmite el giro a la bomba (11).
  2. 2.-Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario según reivindicación 1 caracterizado por que el circuito secundario (2) comprende un desvaporizador (16) dispuesto a la salida de la bomba (11 ) de CO2 donde se produce la separación del vapor producido en la bomba (11 ) del refrigerante líquido que retorna al depósito de CO2. (10).
  3. 3.-Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el circuito secundario (2) comprende un
    economizador dispuesto a la entrada de la bomba (11 ) que permite llevar a cabo un control del caudal aspirado por la bomba.
  4. 4.-Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario según cualquiera de las 5 reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un sistema auxiliar de paradas
    (3) que permite enfriar el CO2 en las paradas del sistema de refrigeración .
  5. 5.-Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el grupo de condensación (6) comprende
    10 un inlercambiador de calor (7) con un fluido más frío que el refrigerante, un depósito de líquido (8) a la salida del intercambiador de calor (7) para asegurar la existencia de refrigerante en el grupo de evaporación (20) y una válvula (9) para interrumpir el flujo de refrigerante al grupo de compresión (4).
    15 6.-Sistema de refrigeración con COz como fluido secundario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el grupo de expansión (7) comprende un estrechamiento donde se lleva a cabo la vaporización y perdida de presión de parte del refrigerante proveniente del grupo de compresión (4)
    20 7.-Sistema de refrigeración con COz como fluido secundario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el intercambiador del grupo de evaporación (20) es de cualquiera de los siguientes tipos: de placas, de tubos concéntricos, de carcasa-tubos o sistemas mixtos de los tipos anteriormente descritos, sin existir mezcla entre el COz del circuito secundario (2) y el refrigerante del circuito primario (1).
    25 8.-Sistema de refrigeración con COz como fluido secundario según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 caracterizado por que el desvaporizador (16) comprende una válvula
    o restricción para regular el retorno del refrigerante líquido al depósito de COz. (10).
    30 9.-Sistema de refrigeración con COz como fluido secundario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que los medios a enfriar (3) comprenden un intercambiador de calor (17) donde parte del COz del circuito secundario (2) se vaporiza captando calor del medio a enfriar (3).
  6. 10.-Sistema de refrigeración con CO2 como fluido secundario según reivindicación 9 caracterizado por que el medio a enfriar (3) comprende:
    • uno o varios sensores de temperatura (18) que determinan cuando el medio
    (3) se ha enfriado convenientemente.
    5 • una válvula que corta la entrada de líquido a cada medio a enfriar (3) cuando ya esté a la temperatura deseada.
    • una válvula (19) para regular la cantidad de líquido que llega a cada medio a enfriar (3) y permite el equilibrado hidráulico de la instalación.
    • unos sensores de presión, temperatura, visores de líquido y demás elementos 10 para verificar el correcto funcionamiento del sistema.
    •
    unos reguladores que permiten recibir las señales y actuar sobre los accionamientos de regulación de la válvula.
    •
    unos ventiladores, cortinas de aire, resistencias de desescarche o antivaho,
    que permitan la transferencia de calor al aire donde estarán los productos a 15 refrigerar.
    • unos visores de líquido que permiten controlar cuanto líquido se vaporiza en cada medio a enfriar (3), para proceder a un correcto equilibrado hidráulico del sistema.
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