ES2579452T3

ES2579452T3 - Procedimiento mejorado para mezclar refrigerantes

Info

Publication number: ES2579452T3
Application number: ES06736535.3T
Authority: ES
Inventors: Stephen Cottrell; Stephen Delo; Jarrad Garrison
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: CN101163772A; US20060211897A1; EP1853678A1; CN103182260B; WO2006094039A1; DE06736535T1; EP2258786A2; EP1853678B1; US8002457B2; EP2258786A3; CN103182260A

Abstract

Un método para formar una composición refrigerante mezclada que comprende: (a) proporcionar un suministro de un primer componente refrigerante; (b) proporcionar un suministro de por lo menos un segundo componente refrigerante; (c) introducir dicho primer componente refrigerante en un recipiente con un primer caudal; (d) introducir dicho por lo menos dicho segundo componente refrigerante dentro de dicho recipiente con un segundo caudal, que puede ser el mismo que, o diferente de, el primer caudal, durante dicha primera etapa de introducción de refrigerante; (e) retirar una corriente combinada a partir de dicho recipiente que contiene dicho primer componente refrigerante y dicho por lo menos dicho segundo componente refrigerante; y (f) controlar por lo menos uno de dichos caudales primero y segundo para conseguir unas proporciones relativas de dichos refrigerantes primero y segundo dentro de unas deseadas proporciones relativas en dicha corriente combinada.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento mejorado para mezclar refrigerantes Campo del invento

El presente invento se refiere a un procedimiento para producir unas composiciones que comprenden por lo menos dos compuestos refrigerantes, de manera tal que se pueda producir rapida y eficientemente una composicion refrigerante sustancialmente homogenea.

Antecedentes del invento

Una practica comun ha consistido en que unas composiciones refrigerantes tales como las que se usan para frigonficos, unidades de control del clima acondicionadoras de aire, unidades de enfriamiento industriales y unidades para el transporte y almacenamiento de alimentos, se componen principalmente de sustancialmente solo un compuesto o componente. Por ejemplo se han usado corrientemente como refrigerantes de un unico componente unos CFCs, de la serie del metano, tales como el diclorodifluorometano (CFC-12), y unos HCFCs de la serie del metano, tales como el clorodifluorometano (HCFC-22).

Mas recientemente ha habido unas sustanciales razones, que se relacionan con cuestiones acerca del medio ambiente, para interrumpir el uso de los CFCs. Por ejemplo, es conocido ahora que los CFC's tienden a reaccionar con la capa de ozono que existe alrededor de la tierra y dan como resultado de esta manera un cierto nivel de agotamiento del ozono. Como resultado, diversas organizaciones gubernamentales e internacionales se han implicado en esfuerzos para reducir o eliminar el uso de los CFCs. Como respuesta a estas presiones, y asimismo posiblemente por otras razones, las composiciones refrigerantes se componen mas frecuentemente de dos o mas componentes. Generalmente, la composicion refrigerante comprende una mezcla o mixtura de dos o mas compuestos, excluyendo preferible pero no necesariamente a los (CFCs) o (HCFCs), que se seleccionan para tener la deseada presion de vapor, el deseado punto de ebullicion, etc. y que se consideran deseables para las aplicaciones propuestas. De hecho, los autores del presente invento no son conocedores en el momento actual de un compuesto alternativo que en dispositivos que usan el HCFC-22 pueda pasar directamente a reemplazarlo como refrigerante de un unico componente, y por lo tanto en el momento actual los candidatos mas prometedores son unos refrigerantes mezclados obtenidos mezclando diferentes tipos de compuestos, incluyendo a los HFCs, los hidrofluoroeteres (citados en lo sucesivo como "HFEs"), los fluoroeteres (citados en lo sucesivo como "FEs") y los fluoroyodocarbonos (citados en lo sucesivo como "FICs")..

Generalmente, no es posible y/o no es deseable intentar usar una unica composicion de refrigerantes mezclados para todos los usos de los refrigerantes y por lo tanto se estan empleando diversos tipos de refrigerantes mezclados que contienen unas combinaciones de 2 o 3 componentes en diferentes proporciones para el ajuste de las propiedades y del rendimiento con el fin de permitir su aplicacion para diferentes usos y dispositivos.

Se conocen unos metodos y sistemas para la produccion de composiciones refrigerantes de componentes multiples. Por ejemplo, la solicitud de patente Australiana AU199852033 B2 describe un procedimiento para producir refrigerantes mezclados. El procedimiento que se describe en esta solicitud de patente, sin embargo, es relativamente complejo para ejecutar y ademas exige una dedicacion de tiempo relativamente grande para implementarlo. Mas espedficamente, esta patente divulga un procedimiento para producir composiciones refrigerantes de componentes multiples, que requiere una cuidadosa seleccion de la densidad de los componentes individuales, que se han de incorporar en la composicion, asf como una secuencia espedfica para la adicion de los componentes. Para unas composiciones refrigerantes de tres componentes, por ejemplo, se requiere por lo tanto introducir primeramente un primer componente dentro de un recipiente, en el que se realizara la mezcladura y asegurarse de que este componente tenga la apropiada densidad relativa a las densidades de los otros componentes. Solamente despues de que este componente este dentro del recipiente es cuando el procedimiento permite que se introduzca un segundo componente en el recipiente, pero una vez mas asegurandose de que se introduzca en el proceso el componente con la apropiada densidad de lfquido. Finalmente, una vez que cada uno de los componentes primero y segundo haya sido cargado plenamente dentro del recipiente, entonces se podra introducir el tercer componente dentro del recipiente.

Los solicitantes han reconocido por lo tanto una necesidad de metodos para producir composiciones refrigerantes de componentes multiples con relativa rapidez, con exactitud y a precio barato.

Sumario

Los solicitantes han encontrado que muchos de los defectos de los metodos anteriores pueden ser subsanados y/o que muchas de las necesidades mas arriba senaladas pueden ser satisfechas por el metodo del presente invento. El metodo comprende: proporcionar un suministro de un primer componente refrigerante y de por lo menos un segundo componente refrigerante; introducir dicho primer componente refrigerante dentro de un recipiente con un primer

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caudal; introducir dicho por lo menos dicho segundo componente refrigerante dentro de dicho recipiente con un segundo caudal, que puede ser el mismo que o diferente de, el primer caudal, durante dicha etapa de introduccion del primer refrigerante; retirar una corriente combinada desde dicho recipiente que contiene dicho primer componente refrigerante y dicho por lo menos dicho segundo componente refrigerante; y controlar por lo menos uno de dichos caudales primero y segundo para conseguir unas proporciones relativas de dichos refrigerantes primero y segundo que esten dentro de unas deseadas proporciones relativas en dicha corriente combinada.

Como se usa en el presente contexto, el termino “componente” con respecto a un refrigerante no esta limitado necesariamente a un refrigerante que se compone solamente de un unico compuesto. En lugar de ello, el termino "componente" se usa en su sentido amplio para referirse no solamente a unos refrigerantes que se componen de un unico compuesto, sino tambien a unos refrigerantes que se componen de lo que son mas compuestos que previamente hadan sido combinados y que forman, para las finalidades del presente invento, un fluido o una corriente fluida.

El termino "recipiente" se usa en el presente contexto en su sentido mas amplio posible para incluir cualquier dispositivo, aparato o configuracion que facilite y permita que dos o mas fluidos, particular y preferiblemente dos corrientes fluidas, se combinen o reunan para producir un fluido homogeneo que contenga los componentes de los fluidos primero y segundo. Por lo tanto, el termino "recipiente" tal como se usa en el presente contexto, no solamente significa unos recipientes tales como unos depositos, sino tambien unos recipientes que incluyen unos dispositivos mezcladores estaticos, unos mezcladores de chorros, unos mezcladores del tipo de venturi, unos conductos, unos colectores multiples y dispositivos similares.

En ciertos de los metodos preferidos, la composicion refrigerante no tiene ningun efecto negativo sustancial sobre la qmmica atmosferica. Mas espedficamente, en los metodos preferidos se produce un refrigerante mezclado que tiene una contribucion muy baja o despreciable al agotamiento del ozono. En ciertas formas de realizacion se prefiere tambien que el refrigerante producido de acuerdo con el presente invento posea un potencial de calentamiento global relativamente bajo.

BREVE DESCRIPCION DEL DIBUJO

El invento sera descrito ahora con referencia a los dibujos anejos en los que:

La FIG. 1 es un diagrama de flujos esquematico.

DESCRIPCION DETALLADA DE FORMAS PREFERIDAS DE REALIZACION

La FIG. 1 muestra un diagrama de bloques de un sistema 100 para proporcionar un sistema mezclador de refrigerantes de componentes multiples. El sistema ilustrativo de mezcladura y control 100 comprende unos medios para introducir un primer componente refrigerante dentro del sistema y unos medios para introducir por lo menos un segundo componente refrigerante dentro del sistema. Se apreciara por los expertos en la especialidad que muchos medios variados y apropiados son adaptables para usarse en el metodo de acuerdo con el presente invento, dependiendo de las particularidades del sistema y del refrigerante que se este formulando. En la forma de realizacion espedfica que se ilustra en la Figura 1, los medios comprenden una pluralidad de alimentaciones de materiales en bruto, tales como las alimentaciones 1 y 2, que en muchas formas preferidas de realizacion comprenden una tubena o un conducto, a cuyo traves fluyen los respectivos componentes refrigerantes. Las alimentaciones pueden ser alimentadas a partir de un deposito de almacenamiento (no mostrado) o pueden ser alimentadas directamente a la bomba, por ejemplo a las bombas 3 y 4, a partir de un proceso o una operacion unitaria que se haya realizado corriente arriba. Se considera que se preferira en muchas formas de realizacion el uso de un deposito de almacenamiento o de otro sistema de almacenamiento. Desde luego, el sistema es adaptable a su uso en conexion con otras alimentaciones adicionales, que van mas alla de las alimentaciones primera y segunda, incluyendo el uso de por lo menos tres, y en ciertas formas de realizacion de por lo menos cuatro alimentaciones.

Cada conduccion 1 y 2 de alimentacion, incluye de manera preferible un aparato para la medicion del caudal, de manera preferible un instrumento para la medicion del caudal masico, como se indica en 51 y 52. Un controlador es conectado preferiblemente con cada uno de los instrumentos para medir el caudal masico y esta adaptado para leer, manipular y/o almacenar la informacion acerca del caudal masico que se mide de esta manera. Cada conduccion de alimentacion esta conectada preferiblemente con unos medios para mover el material de alimentacion, de manera preferible a traves de una tubena o un conducto, tal como las bombas 3 y 4. Las bombas pueden incluir unas previsiones para recircular a la alimentacion de retorno a la entrada en la bomba o a un sistema de almacenamiento para la alimentacion con el fin de reducir las variaciones de presion y el cierre con vapor de las bombas, mejorando de esta manera la exactitud del sistema.

Las respectivas valvulas de control estan colocadas preferiblemente corriente abajo de las bombas 3 y 4 y se encuentran preferiblemente bajo el control de un controlador 20. Aunque un controlador 20 se muestra como una

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unica casilla en la Figura 1, los expertos en la especialidad apreciaran que el controlador 20 puede incluir dos o mas unidades de control, microprocesadores, computadores y similares discretas/os, que se adapten para ejecutar las funciones de vigilancia, control y calculo que se describen en el presente texto. Se considera que los medios de control del sistema pueden comprender uno cualquiera o mas de los componentes que son conocidos por los expertos en la especialidad para usarse de acuerdo con las ensenanzas contenidas en el presente texto, y todos/as dichos/as componentes y combinaciones de componentes, incluyendo un software, unos algoritmos y un hardware, se encuentran dentro del alcance del sistema usado en un metodo de acuerdo con el presente invento. Se considera que en ciertas formas de realizacion, por ejemplo, los medios de control comprenden unos medios de control automatico, tales como unos sistemas de control distribuidos (DCS), un controlador logico programable (PLC), o unos similares. Se apreciara, desde luego, que las funciones de vigilancia, control y calculo podnan ser realizadas manualmente por un operador humano del presente sistema, aunque tal forma de realizacion no se prefiera generalmente.

Un aparato mezclador, tal como un mezclador de chorros 8 como se muestra o alguna otra forma cualquiera de mezclador tal como un mezclador estatico, se incluye preferiblemente y funciona preferiblemente para conseguir una mezcladura sustancialmente homogenea de las corrientes de alimentacion primera y segunda. Las alimentaciones combinadas salen preferiblemente del mezclador 8 como una unica corriente 9. El sistema incluye preferiblemente tambien unos medios para medir el caudal, y preferiblemente el caudal masico, del fluido combinado producido de acuerdo con el metodo del presente invento. Con referencia particular a la Figura 1, por ejemplo, la corriente de salida 9 incluye o esta en interfase preferiblemente con unos medios para medir el caudal y preferiblemente el caudal masico, de la corriente fluida combinada, por ejemplo por medio de un instrumento 10 medidor del caudal masico, que tambien esta preferiblemente conectado con un controlador 20.

Aunque se ilustran los medidores del caudal como situados corrientemente arriba de las bombas y las valvulas de control como situadas corriente abajo de las bombas, los expertos en la especialidad apreciaran que en ciertos casos puede ser deseable usar una configuracion diferente, y que todas dichas configuraciones estan dentro del alcance del presente caso.

En ciertas formas de realizacion, particularmente unas formas de realizacion que implican unas operaciones continuas o semicontinuas, la corriente de salida 9 puede ser introducida en uno o mas recipientes situados corriente abajo para ser tratada o almacenada adicionalmente como un producto refrigerante mezclado. Por ejemplo, se puede proporcionar un deposito de almacenamiento 30 para guardar durante un penodo de tiempo previamente determinado el refrigerante mezclado. Se apreciara tambien que en ciertas formas de realizacion puede ser beneficioso, por motivos de costos por ejemplo, eliminar los medios mezcladores separados 8 y llevar a los medios de almacenamiento tales como el 30, a un uso doble, en el que ellos mezclan y almacenan los refrigerantes mezclados. Particularmente en dichas formas de realizacion, el deposito de almacenamiento 30 preferiblemente incluye y/o forma una interfase con un sistema recalculador que ayuda a conseguir una mezcladura uniforme. Mas particularmente, el deposito de almacenamiento, en tales formas de realizacion, puede incluir una bomba 32 que extrae una corriente de refrigerantes mezclados 31 desde el deposito de almacenamiento y es capaz de bombear un producto acabado 33 a un sistema de envasado, a un ulterior tratamiento o uso. Alternativamente, la bomba se puede usar, con un apropiado sistema multiple distribuidor, para introducir tambien o de manera alternativa la corriente 34 de retorno al deposito de almacenamiento 30. Se puede incluir tambien en las conducciones 31, 33 y 34 un sensor del caudal masico y un sistema de valvulas que sean apropiados para efectuar otro tratamiento de control distinto o mejorado, tal como se va a describir aqrn seguidamente de manera mas completa.

Ademas de los sensores del caudal masico, los sistemas pueden incluir uno o mas sensores, que pueden ser locales o remotos (no mostrados), y preferiblemente son capaces de vigilar de una manera continua o discontinua a la composicion de una o mas de las corrientes de alimentacion y/o de refrigerantes mezclados. El preferido analizador online (en lmea) puede vigilar el comportamiento y el rendimiento de los sistemas, tal como la composicion del refrigerante mezclado. Esta informacion se puede usar como retroalimentacion procedente del analizador on stream (situado dentro de la corriente), que se compara con la composicion calculada de la mezcla. Basandose en esta comparacion, las relaciones de mezcladura pueden ser influenciadas para llevar a la composicion final dentro de unos deseados lfmites de intervalos y/o especificaciones.

En ciertas formas de realizacion, el sistema incluye unos medios para proporcionar una desconexion positiva de la corriente de alimentacion al final de la tanda o, si se interrumpe la secuencia de mezcladura, reducir al mmimo los errores de composicion para el refrigerante mezclado.

En ciertas formas preferidas de realizacion, una o mas de las bombas son provistas de unos dispositivos enfriadores que enfnan a la corriente y ayudan a reducir al mmimo el desplazamiento de la composicion que resulte del calor que haya sido anadido por la bomba.

En funcionamiento, los preferidos sistemas y metodos vigilan (generalmente por intermedio del controlador 20 y/o de otros instrumentos y equipos asociados) el caudal de todos los componentes que han de ser incorporados en el deseado producto de refrigerantes mezclados, por ejemplo usando los medidores del caudal masico que mas arriba

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se han mencionado. Las condiciones de las valvulas se vigilan tambien preferiblemente. El controlador o el equipo relacionado determina preferiblemente el caudal mmimo capaz, es decir el caudal del material de alimentacion que esta mas proximo a encontrarse en el caudal maximo permitido por el equipo que se esta usando. La salida minima capaz del controlador del caudal es entonces usada preferiblemente como una variable del proceso para introducir en un controlador del caudal total. La salida del controlador del caudal total es entonces multiplicada preferiblemente por las relaciones de mezcladura calculadas y usadas como un punto de ajuste (por ejemplo como unos puntos de ajuste en cascada) para los controladores del caudal de los materiales en bruto. La metodologfa en formas de realizacion preferidas lleva al maximo el caudal de los materiales en bruto al deposito con mezcladura mientras que mantiene a la composicion diana y reduce al mmimo el tiempo del ciclo de mezcladura. Para sistemas discontinuos, el tiempo del ciclo es de manera preferible inversamente proporcional a la capacidad del sistema.

En ciertas formas de realizacion preferidas, la composicion de los diversos refrigerantes mezclados dianas es almacenada, de manera preferida en el controlador o en el equipo de tratamiento por ordenador asociado. En dichas formas de realizacion, el error en la composicion de refrigerantes mezclados se puede reducir al mmimo en relacion con un calculo manual y con los datos manuales en la entrada de un controlador.

De esta manera, los preferidos sistemas automaticos proporcionan varias ventajas. Por ejemplo, es posible de acuerdo con los sistemas automaticos crear un registro de las tandas en el caso de quejas de los clientes o de actividades de mejona de los procesos. Por lo demas, esta caractenstica permite el uso del sistema automatico para preparar unas composiciones de mezclas nuevas o ajustadas a deseos de los clientes, que no hayan sido almacenadas previamente en el controlador, y tambien proporciona unos medios para permitir que el operador conozca la composicion a lo largo de la tanda e intervenga si fuese necesario, reduciendo al mmimo o eliminando el producto fuera de las especificaciones que se produzca.

Mientras que se describe generalmente en el presente caso un control automatico, las formas preferidas de realizacion incluyen unos metodos para conmutar el sistema con el fin de permitir un control manual de la extralimitacion, lo cual aumenta la capacidad de los operadores para efectuar ajustes manuales y establece fijamente si se produce un funcionamiento defectuoso durante la secuencia de mezcladura.

Unos aspectos preferidos del presente invento proporcionan unos metodos que realizan la etapa de mezcladura o mixtura en un deposito de almacenamiento de los productos, que en ciertas operaciones preferidas se usa para alimentar a la operacion de envasado. Adicionalmente, el sistema puede mezclar directamente dentro de un contenedor de embarque (ISO, remolque de deposito) que reduce al mmimo los desplazamientos de trabajo y de composicion de la mezcla, que se producen durante las transferencias entre depositos.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Una mezcla de 90.000 libras de R-410A (que consta en un 50 % en peso de HFC-32 y en un 50 % en peso de HFC125) se desea preparar dentro de un deposito para el almacenamiento de mezclas basandose en tres materiales de alimentacion: (1) aproximadamente 6.500 libras de una mezcla que tiene una composicion de 53 % en peso de R-125 y de 47 % en peso de R-32 contenida en un deposito de almacenamiento; R-125 (disponible en unas cantidades que no estan limitadas para las finalidades de este ejemplo); y R-32 (disponible en unas cantidades que no estan limitadas para las finalidades de este ejemplo). La cantidad de la composicion mezclada en almacenamiento y el porcentaje en peso de los componentes allf presentes, la composicion deseada del producto que se encuentra en el deposito de almacenamiento (esto es, R-410A), y el contenido en peso del almacenamiento final (que es 90.000) se introducen dentro del sistema de control. Las bombas para la alimentacion de R-125 y R-32 se ponen en marcha. La mezcladura se pone en marcha.

El controlador de las tandas realiza los calculos apropiados para determinar las cantidades de los componentes, y utiliza el esquema del control del lfmite de caudal que mas arriba se ha descrito. Mas espedficamente, el selecciona la valvula que tiene el mayor porcentaje de apertura y la usa como la entrada de variable del proceso para el controlador del caudal total. El punto de ajuste para el controlador del caudal total es de 75 %. La salida del controlador es el caudal total de los materiales en bruto para el almacenamiento de la mezcla. Las composiciones individuales dianas de componentes se multiplican por el caudal total para generar los puntos de ajuste para cada uno de los controladores del caudal de los materiales en bruto.

El R-125 y el R-32 se mezclan instantaneamente en la apropiada relacion y se alimentan al sistema de almacenamiento de la mezcla. Cuando se alcanza el peso diana se detienen las alimentaciones de R-125 y R-32. El sistema de almacenamiento se hace circular durante una hora y luego se toman muestras de la composicion. La mezcla esta dentro de la especificacion sin necesidad de ningun reajuste. El tiempo de ciclo total para la secuencia de la tanda fue de 3,5 horas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para formar una composicion refrigerante mezclada que comprende:

(a) proporcionar un suministro de un primer componente refrigerante;

(b) proporcionar un suministro de por lo menos un segundo componente refrigerante;

5 (c) introducir dicho primer componente refrigerante en un recipiente con un primer caudal;

(d) introducir dicho por lo menos dicho segundo componente refrigerante dentro de dicho recipiente con un segundo caudal, que puede ser el mismo que, o diferente de, el primer caudal, durante dicha primera etapa de introduccion de refrigerante;

(e) retirar una corriente combinada a partir de dicho recipiente que contiene dicho primer componente refrigerante y 10 dicho por lo menos dicho segundo componente refrigerante; y

(f) controlar por lo menos uno de dichos caudales primero y segundo para conseguir unas proporciones relativas de dichos refrigerantes primero y segundo dentro de unas deseadas proporciones relativas en dicha corriente combinada.
2. El metodo de la reivindicacion 1 en el que dicha etapa de controlar comprende vigilar dichos caudales primero y 15 segundo, o vigilar la composicion de por lo menos uno de dichos componentes primero y segundo, o vigilar la

composicion de dicha corriente combinada.
3. El metodo de la reivindicacion 2 en el que dicha etapa de controlar comprende ademas controlar, basandose en un algoritmo, el caudal con el que dicho por lo menos uno de dichos componentes primero y segundo se introduce dentro de dicho recipiente.

20 4. El metodo de la reivindicacion 3 en el que una entrada en dicho algoritmo es el caudal de dicha corriente

combinada y dicho algoritmo es almacenado en un ordenador.