ES2877360T3 - Sistema de enfriamiento y procedimiento de funcionamiento correspondiente - Google Patents

Abstract

Un sistema de enfriamiento que comprende: un compresor (12) para comprimir un fluido de trabajo; un primer intercambiador (14) de calor para condensar el fluido de trabajo, el primer intercambiador (14) de calor está conectado de forma fluida con el compresor (12) para recibir el fluido de trabajo comprimido por el compresor (12); un dispositivo (16) de expansión para expandir el fluido de trabajo, el dispositivo (16) de expansión está conectado de forma fluida con el primer intercambiador (14) de calor para recibir el fluido de trabajo condensado por el primer intercambiador (14) de calor; y un segundo intercambiador (18) de calor para evaporar el fluido de trabajo, el segundo intercambiador (18) de calor está conectado de forma fluida con el dispositivo (16) de expansión para recibir el fluido de trabajo expandido por el dispositivo (16) de expansión, caracterizado por que el primer intercambiador (14) de calor incluye: una bobina (304) de microcanal, la bobina (304) de microcanal incluye tubos (202) aplanados conectados de forma fluida a un cabezal (206) y aletas (204) entre los tubos (202) aplanados, los tubos (202) aplanados incluyen múltiples canales conectados de forma fluida con el cabezal (206) para pasar un fluido de trabajo a través de los múltiples canales de los tubos (202) aplanados y a través del cabezal (206), los tubos (202) aplanados y las aletas (204) están construidos y dispuestos para hacer pasar un fluido de intercambio de calor a través de la bobina (304) de microcanal por fuera de los tubos (202) aplanados y las aletas (204) para tener una relación de intercambio de calor con el fluido de trabajo, la bobina (304) de microcanal incluye un primer puerto (314a) de fluido conectado de forma fluida con el cabezal (206), y un segundo puerto (318) de fluido conectado de forma fluida con el cabezal (206), en un modo de enfriamiento, el primer puerto (314a) de fluido recibe el fluido de trabajo del compresor (12), y el segundo puerto (318) de fluido sale del fluido de trabajo después de que el fluido de trabajo haya pasado por los tubos (202) aplanados y el cabezal (206), en un modo distinto del modo de enfriamiento, el segundo puerto (318) de fluido recibe el fluido de trabajo, y el primer puerto (314a) de fluido sale del fluido de trabajo después de que el fluido de trabajo haya pasado por los tubos (202) aplanados y el cabezal (206); y un volumen (310) conectado de forma fluida con el primer puerto (314a) de fluido, en el que la bobina (304) de microcanal incluye una sección (306) de condensación, el primer puerto (314a) de fluido está conectado de forma fluida a una entrada de la sección (306) de condensación, en el que, en el modo de enfriamiento, el volumen (310) está construido y dispuesto para pasar el fluido de trabajo desde el compresor a través del volumen (310) y al primer puerto (314a) de fluido hacia el cabezal (206), y en el modo distinto del modo de enfriamiento, el volumen (310) está construido y dispuesto para recibir el fluido de trabajo desde el primer puerto (314a) de fluido y para almacenar el fluido de trabajo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de enfriamiento y procedimiento de funcionamiento correspondiente

CAMPO

La descripción en la presente memoria se refiere en general a un sistema de enfriamiento con un intercambiador de calor como, por ejemplo, una bobina de condensador construida con aletas y tubos de microcanal. El intercambiador de calor está conectado de forma fluida con un volumen construido y configurado para almacenar refrigerante en determinadas operaciones como, por ejemplo, durante una operación de bombeo de vacío.

ANTECEDENTES

En un sistema de enfriamiento como, por ejemplo, un refrigerador de fluidos, p. ej., un refrigerador de agua, se puede desear eliminar suficiente refrigerante del evaporador y fuera del contacto con los tubos de agua en el evaporador. Esto puede evitar que los tubos de agua en el evaporador se congelen como consecuencia de la migración de refrigerante del evaporador al condensador, como puede ser en condiciones ambientales bajas. Se puede usar una operación de bombeo de vacío para eliminar el refrigerante del evaporador para tratar este problema, y luego el refrigerante se almacena durante un período de tiempo.

El documento FR2571127 describe una máquina de refrigeración reversible que incluye un volumen de reserva dispuesto en contacto térmico con un circuito de fluido refrigerante entre un miembro de inversión y un primer extremo de un miembro reductor de presión adyacente a un intercambiador de alta capacidad y comprende un orificio conectado al circuito de fluido refrigerante entre el miembro reductor de presión y un intercambiador de baja capacidad o en un punto intermedio del miembro reductor de presión.

COMPENDIO

En un sistema de enfriamiento que utiliza tubos de microcanal en su construcción de intercambiador de calor como, por ejemplo, en una bobina de condensador, el volumen interno de dicho intercambiador de calor puede ser relativamente muy pequeño. En la eliminación de refrigerante del evaporador como, por ejemplo, en la operación de bombeo de vacío, un intercambiador de calor de este tipo con tubos de microcanal puede no proporcionar suficiente almacenamiento para el refrigerante.

La invención de la presente memoria se refiere en general a un sistema de enfriamiento que incluye un intercambiador de calor tal como, por ejemplo, una bobina de condensador construida con aletas y tubos de microcanales. El intercambiador de calor está conectado de forma fluida con un volumen construido y configurado para almacenar refrigerante en determinadas operaciones como, por ejemplo, durante una operación de bombeo de vacío.

La invención proporciona un sistema de enfriamiento según la reivindicación 1 y un procedimiento de funcionamiento de un sistema de enfriamiento según la reivindicación 8. Las realizaciones preferentes son la materia de las reivindicaciones dependientes.

DIBUJOS

Estas y otras características, aspectos y ventajas del intercambiador de calor, el sistema de enfriamiento y los procedimientos de uso de los mismos se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada en referencia al dibujo adjunto, en el que:

la Fig. 1 es una vista esquemática de un sistema de enfriamiento, que incluye un compresor, un intercambiador de calor como condensador, un dispositivo de expansión y un intercambiador de calor como evaporador según una realización.

La Fig. 2 es una vista parcial interna y en perspectiva de un tubo de microcanal y una bobina de aleta según una realización, que puede implementarse en un intercambiador de calor como, por ejemplo, el condensador del sistema de enfriamiento de la Fig. 1 según una realización.

La Fig. 3 es una vista esquemática lateral de un condensador que puede implementarse en el sistema de enfriamiento de la Fig. 1, y se muestra funcionando en un modo de enfriamiento.

La Fig. 4 es una vista esquemática lateral del condensador de la Fig. 3 y se muestra funcionando, por ejemplo, en un modo para almacenar refrigerante en un volumen del condensador.

La Fig. 5 es una vista en perspectiva de un condensador que puede implementarse en el sistema de enfriamiento de la Fig. 1 según una realización.

La Fig. 6 es una vista lateral del condensador de la Fig. 5.

La Fig. 7 es una vista en perspectiva de una porción del condensador de la Fig. 5.

Aunque las figuras anteriores exponen realizaciones del intercambiador de calor, sistema de enfriamiento y procedimientos de uso de los mismos, también se contemplan otras realizaciones, como se indica en las siguientes descripciones. En todos los casos, esta descripción presenta realizaciones ilustradas del intercambiador de calor, sistema de enfriamiento y procedimientos de uso de los mismos a modo de representación, pero no de limitación. Los expertos en la técnica pueden concebir otras numerosas modificaciones y realizaciones que se encuentran dentro de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La descripción en la presente memoria se refiere en general a un sistema de enfriamiento que incluye un intercambiador de calor como, por ejemplo, una bobina de condensador construida como una aleta y un tubo de microcanal. El intercambiador de calor está conectado de forma fluida con un volumen construido y configurado para almacenar refrigerante en determinadas operaciones como, por ejemplo, durante una operación de bombeo de vacío.

La Fig. 1 es una vista esquemática de un sistema 10 de enfriamiento, que incluye un compresor 12, un intercambiador 14 de calor como condensador, un dispositivo 16 de expansión y un intercambiador 18 de calor como evaporador según una realización. En una realización, el sistema 10 de enfriamiento enfría un fluido de trabajo. En una realización, el sistema 10 de enfriamiento es un refrigerador de fluidos. Un ejemplo de refrigerador de líquido es un refrigerador de agua, donde el agua es el fluido de trabajo. En una realización, el refrigerador de fluidos es un refrigerador de fluidos enfriados por aire. En una realización, el condensador del sistema 10 de enfriamiento es un condensador enfriado por aire. Se apreciará que el fluido de trabajo puede ser fluidos distintos al agua y/o mezclas que pueden incluir agua o no.

El sistema 10 de enfriamiento dirige un fluido de trabajo, que en algunos casos es una mezcla de refrigerante, a través del circuito de la Fig. 1, y se apreciará que el fluido de trabajo en algunos casos es un solo componente, p. ej., un solo refrigerante. La mezcla de refrigerante puede incluir diversos componentes que incluyen uno o más refrigerantes, así como uno o más lubricantes, aditivos y otros fluidos. La mezcla de refrigerante y cualquiera de sus componentes pueden estar presentes en diversas fases como, por ejemplo, vapor y/o líquido, dependiendo de en qué parte del circuito del sistema 10 de enfriamiento se encuentre la mezcla como, por ejemplo, durante una operación de enfriamiento.

El compresor 12 comprime el fluido de trabajo y dirige el fluido de trabajo al condensador 14. El condensador 14 condensa el fluido de trabajo de vapor a líquido y dirige el fluido de trabajo al dispositivo 16 de expansión. El condensador 14 en algunos casos puede emplear un ventilador 20 que extrae un fluido de intercambio de calor como, por ejemplo, aire, a través del condensador 14 para condensar el fluido de trabajo. El condensador 14 puede incluir uno o más bobinas intercambiadoras de calor que hacen pasar el fluido de trabajo a través del condensador 14. El dispositivo 16 de expansión expande el fluido de trabajo para enfriar aún más el fluido de trabajo, donde el fluido de trabajo puede convertirse en un fluido en fase líquida de vapor mixto. El fluido de trabajo se dirige al evaporador 18, donde el fluido de trabajo se evapora en vapor. A continuación, el fluido de trabajo puede volver al compresor 12 y recircular a través del circuito.

Un ejemplo de bobina de intercambiador de calor puede ser una bobina de intercambiador de calor de microcanal (bobina de microcanal). En algunos casos, una bobina de microcanal tiene tubos aplanados que se extienden desde uno o más cabezales. Una bobina de microcanal puede tener una o más filas de tubos aplanados, doblarse sobre sí misma y puede usar el mismo cabezal o tener diferentes cabezales conectados a los extremos de los tubos aplanados. Una bobina de microcanal tiene múltiples canales dentro de cada uno de los tubos aplanados y aletas entre los tubos aplanados.

La Fig. 2 es una vista parcial interna y en perspectiva de una realización de un tubo de microcanal y una bobina 200 de aleta (bobina 200 de microcanal) según una realización. La bobina 200 de microcanal puede implementarse en un intercambiador de calor como, por ejemplo, el condensador 14 del sistema 10 de enfriamiento de la Fig. 1 según una realización.

Como se muestra en la Fig. 2, la bobina 200 de microcanal incluye tubos 202 aplanados con aberturas, con aletas 204 entre los tubos 202 aplanados. Los tubos 202 aplanados están conectados de forma fluida con un cabezal 206. En la realización que se muestra en la Fig. 2, el cabezal 206 en algunos casos puede incluir una partición 208, que puede definir secciones de la bobina 200 de microcanal. En una realización, la partición 208 puede definir una sección de condensación de la bobina 200 de microcanal como, por ejemplo, por encima de la partición 208 (y por encima de la línea discontinua), y puede definir una sección de líquido y/o subenfriamiento como, por ejemplo, debajo de la partición 208 (y debajo de la línea discontinua). El flujo de la mezcla de refrigerante a través de la bobina 200 de microcanal se ilustra mediante las flechas de dirección referenciadas por 210. En una realización, la mezcla de refrigerante puede fluir hacia abajo a través de las aberturas en los tubos 202 aplanados a través de una porción de la bobina 200 de microcanal, p. ej., la sección de condensación, y luego regresar a través de otra porción de la bobina 200 de microcanal, p. ej., la sección de subenfriamiento. La partición 208 separa los flujos en el cabezal 206. Se apreciará que la bobina 200 de microcanal en algunos casos puede tener otro cabezal (no se muestra) en el extremo opuesto de los tubos 202 aplanados.

Un fluido de intercambio de calor como, por ejemplo, aire, p. ej., aire ambiente, se puede hacer pasar a través de la bobina 200 de microcanal, como se indica con las flechas 212 de dirección. Como se muestra, el aire relativamente más frío puede pasar a través de la bobina 200 de microcanal, enfriar el fluido de trabajo que fluye a través de los tubos 202 aplanados y el(los) cabezal(es) 206 y salir de la bobina 200 de microcanal como aire relativamente más caliente. El aire que atraviesa la bobina pasa por fuera de los tubos 202 aplanados y las aletas 204, y está en una relación de intercambio de calor con el fluido de trabajo. En una realización, se apreciará que la estructura global de la bobina de microcanal puede tener tubos que se extienden directamente de un extremo a otro (p. ej., de un cabezal a otro cabezal) o pueden tener tubos que estén plegados, doblados o enrollados, y puede tener, por ejemplo, un solo cabezal o más de un cabezal en el mismo lado o extremo.

Las Fig. 3 y 4 muestran vistas esquemáticas laterales de un condensador 300 que puede implementarse en el sistema 10 de enfriamiento de la Fig. 1. La Fig. 3 muestra el condensador 300 funcionando en un modo de enfriamiento.

El condensador 300 incluye una o más unidades 302 de condensación, que incluyen una o más bobinas de intercambiador 304 de calor (bobinas 304) y pueden tener uno o más ventiladores (no se muestran en las Figs. 3 y 4). La Fig. 3 muestra dos unidades 302 de condensación, pero se apreciará que pueden implementarse una o más de dos unidades 302 de condensación en cualquier condensador 300 dado. Como se muestra, la configuración, la orientación de las unidades 302 de condensación se parece a una forma de V, donde las bobinas 304 están inclinadas o en ángulo hacia fuera desde la parte inferior. Se apreciará que la configuración y orientación particulares mostradas no pretende ser limitante ya que pueden emplearse otras configuraciones y orientaciones como, por ejemplo, una forma de A, una forma de W u otra forma o geometría.

En una realización, una o ambas de las bobinas 304 de una unidad 302 de condensación son bobinas de microcanal. En una realización, las bobinas 304 pueden ser bobinas de microcanal similares a la bobina 200 de microcanal que se ilustra en la Fig. 2. En una realización, las bobinas 304 incluyen una sección 306 de condensación y una sección 308 de subenfriamiento.

El condensador 300 por medio de la(s) entrada(s) 314 y uno o más puertos 314a de fluido está conectado de forma fluida con una línea 312 para recibir el fluido de trabajo, y por medio de uno o más puertos 318 de fluido, está conectado de forma fluida con una línea 316 para salir del fluido de trabajo después de haber pasado por los tubos de microcanal y los cabezales de las bobinas 304. En una realización, el puerto 314a de fluido está dispuesto relativamente en una ubicación más alta que el puerto 318 de fluido. En una realización, la línea 312 es una línea de descarga de un compresor, y en una realización, la línea 316 es una línea a un evaporador. En una realización, cualquiera de las líneas 312, 316 en algunas circunstancias está en comunicación de fluidos con otros componentes del circuito de fluido. Por ejemplo, la línea 316 en algunos casos está conectada de forma fluida con otro componente como, por ejemplo, un dispositivo de expansión, p. ej. 16 en la Fig. 1, que está ubicado entre el condensador y el evaporador. En otro ejemplo, la línea 312 está conectada de forma fluida con un componente como un separador de lubricante, que está ubicado entre el compresor y el condensador.

En una realización, el condensador 300 incluye una o más entradas 314 para introducir el fluido de trabajo desde la línea 312 a las bobinas 304 por medio de uno o más puertos 314a de fluido. Se apreciará que se pueden emplear uno o más puertos 314a de fluido para dar soporte a las entradas presentes. En la realización mostrada, se muestran dos entradas 314 entrando en la bobina 304. Se apreciará que se pueden emplear una entrada o más de dos entradas. También se apreciará que se puede emplear más de un puerto 318 de fluido.

En una realización, un volumen 310 está entre la línea 312 y a lo largo de una de las entradas 314. El puerto 314a de fluido está conectado de forma fluida con el volumen 310 y proporciona acceso a la bobina 304 como, por ejemplo, a un cabezal de la bobina 304 de microcanal. En una realización, el puerto 314a de fluido está conectado de forma fluida con la sección 306 de condensación en el lado de entrada que entra en la bobina 304. Se apreciará que la otra entrada 314, así como otras entradas que pueden implementarse con la bobina 304, también pueden estar conectadas de forma fluida con el volumen 310 e incluir un puerto de fluido similar al puerto 314a de fluido para proporcionar acceso a la bobina 304 a través del volumen 310.

En una realización, el volumen 310 es un receptor u otro recipiente, recipiente o similar construido adecuadamente, que es adecuado para retener, contener o almacenar de otro modo un fluido tal como, por ejemplo, una mezcla refrigerante en su interior. También se apreciará que el volumen puede no ser un volumen dedicado por separado, por ejemplo, cuando el volumen en algunas circunstancias es una línea de descarga de gran tamaño (p. ej., una línea de "gas" entre el compresor y el condensador), por lo que el diámetro y/o la longitud de la línea de descarga es relativamente más grande que otras líneas de fluido y puede contener una carga sustancial de refrigerante en relación con las líneas de fluido construidas normalmente en el sistema. Se apreciará que el volumen 310 incluye aberturas para que el flujo de fluido entre y salga del volumen 310. Se apreciará que el volumen 310 está diseñado para cumplir con las normas reglamentarias como, por ejemplo, ser un recipiente compatible con la Directiva de Equipos a Presión (PED) según, por ejemplo, las normas europeas, y/o ser un recipiente compatible con la ASME Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos según las normas de Estados Unidos. También se apreciará que, dependiendo del tipo de compresor, puede haber uno o más separadores de lubricante (p. ej., aceite) entre el compresor y el condensador (véase, p. ej., 526 en la Fig. 6). En algunas circunstancias, los separadores de aceite pueden almacenar parte de la carga de refrigerante como vapor de refrigerante.

En una realización, como se muestra en las Figs. 3 y 4, el volumen 310 se dispone en el circuito de fluido antes de que el fluido de trabajo entre en el intercambiador de calor de microcanales, tal como durante un modo de enfriamiento. Por ejemplo, el volumen 310 está corriente arriba del puerto 314a de fluido.

En una realización, el volumen 310 está dispuesto en el circuito de fluido en líneas que hacen pasar vapor durante, por ejemplo, el modo de enfriamiento. En la realización mostrada, el volumen está a lo largo de la entrada 314 que está conectada de forma fluida con la línea 312, que puede ser, p. ej., la línea de descarga del compresor.

En una realización, el volumen 310 no está dispuesto en el circuito de fluido en líneas que se caracterizarían como líneas de líquido del sistema de enfriamiento. En una realización, el volumen no está conectado entre las líneas de vapor y las líneas de líquido, sino solo dentro de las líneas de vapor.

Como se muestra, el volumen 310 está dispuesto en el exterior de la disposición de las bobinas 304. Se apreciará que el volumen 310 se puede ubicar en diversas ubicaciones del condensador 300. Por ejemplo, el volumen 310 se puede disponer en cualquiera de las unidades 302 de condensación del sistema de enfriamiento, puede estar dentro o fuera del perímetro definido por las bobinas y el(los) ventilador(es) (p. ej., dentro o fuera de la bobina en forma de V), y con respecto a cualquiera de los ventiladores, y no necesariamente tiene que estar ubicado con respecto a la última unidad de condensación o al final de la unidad (p. ej., no tiene que estar ubicado con la última unidad de condensación y ventilador o conjunto de ventiladores que puedan detenerse en último lugar como, por ejemplo, durante una operación de bombeo de vacío de vacío).

En una realización, el condensador incluye uno o más dispositivos 320 de control de flujo ubicados antes de la(s) entrada(s) 314.

En una realización, el dispositivo 320 de control de flujo es una válvula que puede ser controlada automáticamente y/o activamente por el controlador de una unidad (sistema de enfriamiento, p. ej., refrigerador de fluidos) o un controlador de sistema, que controla múltiples unidades y/o dispositivos (p. ej., en un edificio). Se apreciará que los controladores de la unidad y del sistema son bien conocidos, por ejemplo, para controlar una operación de bombeo de vacío y para controlar el funcionamiento normal (p. ej., el modo de enfriamiento) del sistema de enfriamiento. Se apreciará que el dispositivo 320 de control de flujo puede ser cualquier válvula adecuada, ya sea controlada o accionada manualmente. En algunas circunstancias, el dispositivo 320 de control de flujo es una válvula accionada manualmente, por ejemplo, en un sistema que usa bombeo de vacío de mantenimiento y bombeo de vacío no operativo.

En una realización, el dispositivo 320 de control de flujo es una válvula solenoide que se puede controlar en un estado abierto y cerrado. Por ejemplo, en el estado activado, la válvula solenoide está cerrada, y en el estado no activado, la válvula solenoide está abierta. Se apreciará que el dispositivo 320 de control de flujo puede controlarse automáticamente, p. ej., activarse unos pocos segundos antes de que se apague el sistema de enfriamiento. También se apreciará que el dispositivo 320 de control de flujo puede desactivarse para abrirse y poner en marcha el sistema de enfriamiento sin ningún problema, por ejemplo, después de que se haya eliminado el fluido de trabajo del volumen 310. En algunos ejemplos, la eliminación del fluido de trabajo del volumen 310 puede tomar una cierta cantidad de tiempo, como unos pocos minutos, dependiendo del tamaño del volumen 310.

En una realización, el dispositivo 320 de control de flujo está en el estado abierto, pero no durante el bombeo de vacío. El dispositivo 320 de control de flujo se activa o se cierra cuando se va a iniciar un bombeo, que puede controlarse en un punto de ajuste basado en la temperatura ambiente o la presión o temperatura del sistema. El dispositivo 320 de control de flujo se desactiva o se abre cuando el compresor se apaga. En una realización, el dispositivo 320 de control de flujo puede activarse o cerrarse justo antes o después de iniciar un ciclo de bombeo de vacío, y luego desactivarse o abrirse después del apagado del compresor.

En una realización, en un modo de enfriamiento, el compresor está encendido y el dispositivo de control de flujo está abierto. En una realización, en un modo sin enfriamiento, como durante una operación de bombeo de vacío, el compresor puede estar encendido y el dispositivo de control de flujo está cerrado. En una realización, en un modo sin enfriamiento, como cuando el compresor está apagado o en espera, el dispositivo de control de flujo puede estar abierto o cerrado.

En una realización, cuando el compresor está apagado, el volumen aún puede almacenar fluido incluso si el dispositivo de control de flujo está abierto. En algunas circunstancias, el dispositivo de control de flujo aísla el volumen del lado de descarga y el objetivo de un bombeo de vacío es vaciar el evaporador (el refrigerante se traslada al condensador y al volumen).

En una realización, el ciclo de bombeo de vacío puede incluir cerrar el dispositivo de expansión, p. ej., la válvula de expansión, que está corriente arriba del evaporador. En algunas circunstancias, el compresor también está descargado. La descarga del compresor puede ayudar a evitar los límites de alta presión antes de llenar el condensador donde el gas refrigerante tiene relativamente menos área de condensador (p. ej., en una bobina de microcanal) para condensar el fluido, por lo que puede ser deseable reducir el flujo de refrigerante al condensador. Cerrar el dispositivo de expansión y descargar el compresor puede ser una operación simultánea para ayudar a acelerar el proceso de bombeo de vacío.

Como se muestra en las Figs. 3 y 4, un intercambiador de calor de microcanales usado en el condensador 300 tiene múltiples entradas, por ejemplo, dos entradas. En una realización, el dispositivo 320 de control de flujo está dispuesto antes de que la línea de fluido se separe en las dos entradas 314. El volumen 310 está dispuesto entre el dispositivo 320 de control de flujo y en una de las entradas 314, donde el puerto 314 de fluido proporciona acceso a la bobina 304. Se apreciará que ambas entradas 314 pueden dirigir el fluido de trabajo hacia el volumen 310. En una realización, una de las entradas 314 se extiende más abajo que la otra entrada, p. ej., por medio del puerto 314a de fluido, y el volumen 310 está conectado de forma fluida con la entrada relativamente más baja. El dispositivo 320 de control de flujo en una operación del sistema de enfriamiento, p. ej., en el modo de enfriamiento, está abierto. El volumen 310 puede recibir vapor relativamente caliente del compresor y pasar el vapor a la bobina 304 de microcanal del intercambiador de calor. El dispositivo 320 de control de flujo en un modo de funcionamiento sin enfriamiento del sistema de enfriamiento puede cerrarse. Por ejemplo, en una operación de llenado de volumen, tal como una operación de bombeo de vacío, el volumen 310 se llena con refrigerante líquido en un flujo inverso desde el evaporador a la bobina 304 de microcanal, fuera de la bobina de microcanal y dentro del volumen 310. Por ejemplo, cuando el sistema de enfriamiento (p. ej. enfriador) está apagado, el dispositivo de control de flujo (p. ej. válvula) normalmente está abierto o no activado. En una realización, cuando el sistema de enfriamiento está apagado, el dispositivo de control de flujo también puede cerrarse o activarse.

En referencia específica a la Fig. 3, la unidad 302 de condensación muestra el dispositivo 320 de control de flujo en el estado abierto. El vapor de descarga, p. ej., de un compresor, fluye desde la línea 312, a través del dispositivo 320 de control de flujo, hacia la entrada 314 y a través del volumen 310. Fluir a través del volumen 310 significa que el fluido de trabajo entra y sale del volumen 310 del objeto, lo que puede incluir fluir a través de una porción del volumen interior, que puede ser el volumen total o menos que el volumen total. Por ejemplo, el fluido de trabajo no tiene que ocupar en ningún momento todo el volumen dentro del volumen cuando fluye "a través" del volumen 310.

Como se muestra, el volumen 310 está ubicado fuera de las bobinas en forma de V, pero se apreciará que el volumen 310 puede ubicarse dentro de la V (véanse, p. ej., las Figs. 5-7, que se describen con más detalle a continuación.

En referencia específica a la Fig. 4, la unidad 302 de condensación muestra el dispositivo 320 de control de flujo en el estado cerrado. En una realización, el dispositivo 320 de control de flujo está en el estado cerrado, por ejemplo, durante un modo sin enfriamiento. En una realización, un ejemplo de un modo sin enfriamiento es durante una operación de llenado de volumen tal como una operación de bombeo de vacío o cuando se apaga el sistema de enfriamiento. En el estado cerrado, se impide el flujo de fluido desde la línea 312 a las bobinas 304 de la unidad 302 de condensación, por ejemplo, desde el compresor. La presión y la temperatura en la bobina 304 de microcanal en la que se encuentra el volumen 310 pueden llegar a ser relativamente más bajas. En algunas circunstancias, la presión y la temperatura de la bobina 304 pueden ser relativamente más bajas que las de otras bobinas del sistema de enfriamiento. Por ejemplo, la temperatura y la presión pueden volverse ligeramente más bajas porque los gases se están condensando a líquido, donde el líquido de la bobina del microcanal equilibra las presiones. La temperatura puede volverse más baja porque a medida que entra más gas sobrecalentado al microcanal, se sustituye por líquido o líquido sobreenfriado, que puede estar relativamente más sobreenfriado a medida que fluye desde una línea de líquido a través del microcanal. En algunas circunstancias, el líquido de otras bobinas fluye en dirección inversa y llena la bobina 304 de microcanal y el volumen 310. En una realización, esto puede ser hacia el final del condensador como, por ejemplo, la última de las unidades de condensación con respecto al evaporador (p. ej., o la unidad de condensación más cercana de forma fluida al compresor). Se apreciará que el condensador 300 puede tener más de un dispositivo de control de volumen y flujo de diferentes tamaños para adaptarse a las necesidades de un condensador dado de un circuito de enfriamiento teniendo en cuenta consideraciones de coste, reglamento y fabricación, como el espacio disponible.

Se apreciará que el(los) dispositivo(s) de control de flujo, p. ej., 320, en la presente memoria está(n) cerrado(s) en modos destinados a llenar el volumen, p. ej., 310 como, por ejemplo, en una operación de bombeo de vacío. Se apreciará que el(los) dispositivo(s) de control de flujo pueden cerrarse en otros modos sin enfriamiento, mientras que también se apreciará que, en determinados modos sin enfriamiento distintos de una operación de bombeo de vacío, el(los) dispositivo(s) de control de flujo puede(n) abrirse o cerrarse como, por ejemplo, cuando el compresor está apagado.

Algunos diseños de sistemas de enfriamiento pueden emplear un evaporador que es un tipo de evaporador inundado, que en algunos casos puede ser un tipo de construcción de carcasa y tubo. En algunos casos, un evaporador inundado puede tener una relación relativamente alta entre volumen de refrigerante (p. ej., lado de la carcasa) y volumen de agua (p. ej., lado del tubo). La relación relativamente alta hace que el agua dentro de los tubos de agua del evaporador sea susceptible a la congelación como, por ejemplo, si se permite que el refrigerante migre y la temperatura ambiente sea inferior a 30 °F (puede ser una temperatura más baja si se aplica un inhibidor de congelación). Se apreciará que dichas circunstancias pueden aplicarse a otros tipos de evaporadores, como un evaporador de película descendente, donde la relación entre el volumen de refrigerante y el volumen de agua puede no ser tan alta, siempre y cuando exista el riesgo de que el refrigerante se acumule en la parte inferior del evaporador, lo que puede afectar a algunos de los tubos del evaporador. La migración de refrigerante puede producirse en condiciones en las que hay refrigerante en el evaporador y el condensador está más frío que el evaporador. La congelación puede ser un problema al apagar el sistema de enfriamiento como, por ejemplo, en condiciones relativamente frías, por ejemplo, cuando el condensador cambia rápidamente de una temperatura alta a una baja. La migración de refrigerante también puede ser un problema después de largos períodos de inactividad cuando hay una caída rápida de la temperatura ambiente.

Para evitar que los tubos de agua del evaporador se congelen como consecuencia de la migración de refrigeración del evaporador al condensador en condiciones ambientales bajas, el refrigerante se retira del evaporador como, por ejemplo, a un nivel por debajo de los tubos de agua. A continuación, el refrigerante se almacena en otro volumen del condensador, p. ej., un recipiente, contenedor, depósito, receptor, estructura de retención o similar. Dicho proceso puede estar implicado en lo que se llama una operación de bombeo de vacío. Se apreciará que el volumen 310 en la presente memoria puede dimensionarse, construirse, disponerse y/o configurarse de otro modo para contener una cantidad sustancial de la carga de fluido de trabajo del sistema. Esta cantidad puede ser la carga completa del sistema de enfriamiento o cualquier cantidad menor que la carga completa que sería suficiente en diversas operaciones como, por ejemplo, en una operación de bombeo de vacío. Se apreciará que parte de la carga puede ser retenida adecuadamente por las bobinas, en cuyo caso no se emplea todo el volumen o el tamaño del volumen puede diseñarse según la capacidad de la bobina, p. ej., bobina de microcanal.

Un objetivo de la operación de bombeo de vacío es vaciar una cantidad de refrigerante del evaporador, p. ej., para evitar que los tubos de agua del evaporador se congelen como consecuencia de la migración de refrigerante del evaporador al condensador como, por ejemplo, en condiciones ambientales bajas, o para eliminar una cantidad suficiente de refrigerante del evaporador para que el refrigerante no entre en contacto con los tubos de agua. Se apreciará que el bombeo de vacío también se puede realizar para mantenimiento o servicio, p. ej., cuando hay una necesidad y/o deseo de abrir un lado de baja presión del circuito de enfriamiento y eliminar refrigerante del lado de baja presión. En general, la cantidad de refrigerante que se debe eliminar del evaporador puede variar según el diseño del sistema de enfriamiento. En general, se elimina al menos una cantidad suficiente de refrigerante para que no sea susceptible a la congelación o a un nivel de congelación que pueda ser dañino y/o no deseado. El volumen 310 se puede dimensionar y ubicar apropiadamente para cumplir con el diseño del sistema, y puede incluir más de un volumen (p. ej., múltiples 310).

Los diseños de sistemas de enfriamiento con bobinas de microcanal en algunos casos pueden presentar un desafío para almacenar refrigerante, dado que el volumen disponible en una bobina de microcanal es relativamente muy bajo en comparación con la cantidad de volumen de refrigerante que puede ser necesario almacenar.

El volumen 310 adicional para almacenamiento de líquidos, p. ej., disponible para una operación de bombeo de vacío, y que no afecta el funcionamiento normal, p. ej., el modo de enfriamiento de un refrigerador de agua, es útil para complementar el volumen que las unidades de condensación pueden proporcionar (p. ej., las líneas de líquido, bobinas, cabezales, etc.). En una realización, el volumen 310 se puede implementar como un recipiente de almacenamiento de refrigerante en un condensador de un sistema de enfriamiento como, por ejemplo, un refrigerador, donde el recipiente de almacenamiento de refrigerante está en comunicación de fluidos con la bobina de microcanal. El recipiente de almacenamiento de refrigerante proporciona el volumen del sistema para operaciones en modo sin enfriamiento, p. ej., para operaciones de bombeo de vacío para almacenar refrigerante.

Las Figs. 5-7 muestran vistas de una realización de un condensador 500, que puede implementarse en el sistema de enfriamiento de la Fig. 1. La Fig. 5 es una vista en perspectiva del condensador 500. La Fig. 6 es una vista lateral del condensador 500 de la Fig. 5, y la Fig. 7 es una vista en perspectiva de una porción del condensador 500 de la Fig. 5 como, por ejemplo, una de las unidades 502 de condensación.

El condensador 500 incluye unidades 502 de condensación. Como se muestra, hay múltiples unidades de condensación, por ejemplo, siete, contadas por el número de configuraciones en forma de V del condensador 500. El condensador 500 se muestra como parte de un sistema de enfriamiento que incluye el compresor 522 y el evaporador 518, y ventiladores 506. Se apreciará que un sistema de enfriamiento, tal como el sistema de enfriamiento que se muestra en la Fig. 1 o en las Figs. 5 y 6, pueden incluir más de un circuito. En una realización, el sistema de enfriamiento da servicio a dos circuitos y tiene dos conjuntos de unidades condensadoras, cada una de las cuales incluye un volumen 510 y su propio compresor. En la realización mostrada, los conjuntos de unidades condensadoras se dividen en dos grupos, donde las bobinas de una de las unidades 502 condensadoras intermedias pueden dividirse para servir a cada lado (p. ej., o circuito), por ejemplo, a la tercera unidad 502 condensadora desde la izquierda. En una realización, el compresor 522 del lado izquierdo incluye dos unidades 502 de condensación (y cuatro ventiladores 506). En una realización, el compresor 522 del lado derecho incluye cinco unidades 502 de condensación (y diez ventiladores 506). Se apreciará que la configuración del circuito y la distribución de la unidad condensadora se pueden modificar según se desee y/o sea necesario dependiendo del diseño del sistema. En una realización, el evaporador 518 es un evaporador doble en una sola carcasa de evaporador, donde en el ejemplo ilustrado, uno de los circuitos es más grande que el otro. La separación del evaporador 518 puede estar en la ubicación 518a del evaporador 518 como se muestra en la Fig. 5. La salida o línea 516 de líquido está en comunicación de fluidos con el evaporador 518 desde las unidades 502 de condensación.

Como se muestra, el volumen 510 está dentro del perímetro definido por la disposición de la bobina y el ventilador. Se muestran dos volúmenes 510, uno para cada circuito del sistema de enfriamiento. Se apreciará que los volúmenes 510 se pueden colocar en diversas ubicaciones del condensador y en cualquiera de las unidades condensadoras, teniendo en cuenta diversos factores tales como, por ejemplo, el coste de producción y la conveniencia. En una realización, el ventilador o ventiladores pueden estar encendidos o apagados durante una operación de bombeo de vacío. En una realización, cuando los ventiladores están apagados, no se utiliza un flujo de aire forzado para facilitar el movimiento del fluido de trabajo a través del circuito. En una realización, cuando los ventiladores están encendidos, se usa un flujo de aire forzado para facilitar el movimiento del fluido de trabajo a través del sistema que, en determinadas circunstancias, puede hacer que la operación de bombeo de vacío funcione más rápido. En una realización, el volumen también puede estar en otra ubicación sin ventilador o ubicación "fuera del flujo de aire forzado" (por ejemplo, el volumen es una línea o líneas de descarga de gran tamaño, que no se colocan dentro de la trayectoria del flujo de aire.

La Fig. 7 muestra con más detalle componentes de una de las unidades 502 de condensación. La unidad 502 de condensación incluye bobinas 504 de microcanal (que se muestran en la Fig. 5) que se sostienen por el armazón de la unidad de condensación. Para facilitar la visibilidad del volumen 510, la bobina no se muestra en la Fig. 7. La línea 512 suministra el fluido de trabajo a la bobina de microcanal 504 a través de las entradas 514. El volumen 510 está conectado de forma fluida con una de las entradas 514, pero se aprecia que la otra entrada 514 también puede estar conectada de forma fluida con el volumen 510. La parte inferior de las entradas 514 se muestra conectada de forma fluida al volumen 510, que accede a la bobina 504 a través del puerto 514a de fluido. El volumen está en comunicación de fluidos con la entrada 514 y el puerto 514a de fluido antes de la entrada del fluido de trabajo en la bobina 504.

El dispositivo 520 de control de flujo, que en una realización es una válvula solenoide, está dispuesto en la línea 512 antes de la división en las entradas 514. El dispositivo 520 de control de flujo puede funcionar de manera similar al dispositivo 320 de control de flujo descrito anteriormente con respecto a las Figs. 3 y 4. El dispositivo 520 de control de flujo se puede controlar activamente para estar en estado cerrado o abierto, dependiendo del modo de funcionamiento. El dispositivo 520 de control de flujo se puede controlar por un controlador del sistema de enfriamiento o por un controlador de sistema superior, p. ej., que controla múltiples unidades, sistemas y/o dispositivos.

Los sistemas de enfriamiento en la presente memoria que incluyen la implementación del dispositivo de control de volumen y flujo para el almacenamiento de fluido de trabajo pueden disfrutar de muchas ventajas. Dichas ventajas incluyen, por ejemplo: poco o ningún riesgo de tener vapor en la línea de líquido (p. ej., vapor o líquido no subenfriado en la salida de líquido); poco o ningún riesgo de atrapar refrigerante (la parte inferior del intercambiador de calor no está cerrada); sin riesgo de almacenar refrigerante o aceite en el volumen durante el funcionamiento, p. ej., modo de enfriamiento; el nivel de subenfriamiento del líquido se puede asegurar o mantener; en caso de fallo del dispositivo de control de flujo; el sistema de enfriamiento puede seguir funcionando con el mismo mapa operativo o con un mapa de funcionamiento reducido, por lo que el impacto es mínimo o nulo; el dispositivo de control de flujo puede controlarse automáticamente (p. ej., mediante un sistema activo) y usarse, por ejemplo, en una operación de bombeo de vacío, y dependiendo del modo de operación del sistema de enfriamiento.

Las ventajas adicionales pueden incluir, por ejemplo: buena fiabilidad; relativamente simple de controlar; poco o ningún impacto en el rendimiento operativo; relativamente fácil de integrar en un sistema de enfriamiento nuevo o existente como una aplicación de actualización; sin necesidad de modificar el intercambiador de calor de microcanales.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de enfriamiento que comprende:

un compresor (12) para comprimir un fluido de trabajo;

un primer intercambiador (14) de calor para condensar el fluido de trabajo, el primer intercambiador (14) de calor está conectado de forma fluida con el compresor (12) para recibir el fluido de trabajo comprimido por el compresor (12); un dispositivo (16) de expansión para expandir el fluido de trabajo, el dispositivo (16) de expansión está conectado de forma fluida con el primer intercambiador (14) de calor para recibir el fluido de trabajo condensado por el primer intercambiador (14) de calor; y

un segundo intercambiador (18) de calor para evaporar el fluido de trabajo, el segundo intercambiador (18) de calor está conectado de forma fluida con el dispositivo (16) de expansión para recibir el fluido de trabajo expandido por el dispositivo (16) de expansión,

caracterizado por que el primer intercambiador (14) de calor incluye:

una bobina (304) de microcanal, la bobina (304) de microcanal incluye tubos (202) aplanados conectados de forma fluida a un cabezal (206) y aletas (204) entre los tubos (202) aplanados,

los tubos (202) aplanados incluyen múltiples canales conectados de forma fluida con el cabezal (206) para pasar un fluido de trabajo a través de los múltiples canales de los tubos (202) aplanados y a través del cabezal (206), los tubos (202) aplanados y las aletas (204) están construidos y dispuestos para hacer pasar un fluido de intercambio de calor a través de la bobina (304) de microcanal por fuera de los tubos (202) aplanados y las aletas (204) para tener una relación de intercambio de calor con el fluido de trabajo,

la bobina (304) de microcanal incluye un primer puerto (314a) de fluido conectado de forma fluida con el cabezal (206), y un segundo puerto (318) de fluido conectado de forma fluida con el cabezal (206),

en un modo de enfriamiento, el primer puerto (314a) de fluido recibe el fluido de trabajo del compresor (12), y el segundo puerto (318) de fluido sale del fluido de trabajo después de que el fluido de trabajo haya pasado por los tubos (202) aplanados y el cabezal (206),

en un modo distinto del modo de enfriamiento, el segundo puerto (318) de fluido recibe el fluido de trabajo, y el primer puerto (314a) de fluido sale del fluido de trabajo después de que el fluido de trabajo haya pasado por los tubos (202) aplanados y el cabezal (206); y

un volumen (310) conectado de forma fluida con el primer puerto (314a) de fluido, en el que la bobina (304) de microcanal incluye una sección (306) de condensación, el primer puerto (314a) de fluido está conectado de forma fluida a una entrada de la sección (306) de condensación,

en el que, en el modo de enfriamiento, el volumen (310) está construido y dispuesto para pasar el fluido de trabajo desde el compresor a través del volumen (310) y al primer puerto (314a) de fluido hacia el cabezal (206), y en el modo distinto del modo de enfriamiento, el volumen (310) está construido y dispuesto para recibir el fluido de trabajo desde el primer puerto (314a) de fluido y para almacenar el fluido de trabajo.

2. El sistema de enfriamiento de la reivindicación 1, en el que el sistema de enfriamiento es un refrigerador de agua.

3. El sistema de enfriamiento de la reivindicación 1, que comprende además un dispositivo (320) de control de flujo conectado de forma fluida con el volumen (310), en el que, en el modo de enfriamiento, el dispositivo (320) de control de flujo está abierto pasar el fluido de trabajo a través del volumen (310) y en el primer puerto (314a) de fluido y en la bobina (304) de microcanal, y en el modo distinto del modo de enfriamiento, el dispositivo (320) de control de flujo está cerrado, de modo que el volumen (310) almacena el fluido de trabajo recibido desde el primer puerto (314a) de fluido.

4. El sistema de enfriamiento de la reivindicación 1, en el que la bobina (304) de microcanal incluye una sección de subenfriamiento (308), el segundo puerto (318) de fluido está conectado de forma fluida a una salida de la sección (308) de subenfriamiento.

5. El sistema de enfriamiento de la reivindicación 1, en el que el volumen (310) incluye una capacidad para recibir una cantidad sustancial de una carga operativa del fluido de trabajo diseñado para el sistema de enfriamiento.

6. El sistema de enfriamiento de la reivindicación 1, que comprende además un ventilador (20) ensamblado con la bobina (304) de microcanal para acercar el fluido de intercambio de calor sobre la bobina (304) de microcanal.

7. El sistema de enfriamiento de la reivindicación 6, en el que el volumen (310) está dispuesto dentro de un perímetro definido por una disposición de la bobina (304) de microcanal, el ventilador (20) y otra bobina incluida con el primer intercambiador de calor.

8. Un procedimiento de funcionamiento de un sistema de enfriamiento que comprende, en un modo de enfriamiento:

comprimir un fluido de trabajo con un compresor (12);

dirigir el fluido de trabajo a un primer intercambiador (14) de calor para condensar el fluido de trabajo, el primer intercambiador (14) de calor que comprende:

una bobina (304) de microcanal, la bobina de microcanal incluye tubos (202) aplanados conectados de forma fluida a un cabezal (206), y aletas (204) entre los tubos aplanados;

en el que los tubos aplanados incluyen múltiples canales conectados de forma fluida con el cabezal pasar el fluido de trabajo a través de los múltiples canales de los tubos aplanados y a través del cabezal;

en el que los tubos y aletas aplanados están construidos y dispuestos para pasar un fluido de intercambio de calor a través de la bobina de microcanal por fuera de los tubos y aletas aplanados para tener una relación de intercambio de calor con el fluido de trabajo;

en el que la bobina de microcanal incluye un primer puerto (314a) de fluido conectado de forma fluida con el cabezal, y un segundo puerto (318) de fluido conectado de forma fluida con el cabezal;

dirigir el fluido de trabajo desde el primer intercambiador (14) de calor a un dispositivo (16) de expansión para expandir el fluido de trabajo;

dirigir el fluido de trabajo desde el dispositivo (16) de expansión a un segundo intercambiador (18) de calor; y

devolver el fluido de trabajo al compresor (12),

la etapa de dirigir el fluido de trabajo desde el compresor (12) al primer intercambiador (14) de calor incluye dirigir el fluido de trabajo a través de un volumen (310) antes de que el fluido de trabajo fluya hacia una bobina (304) de microcanal del primer intercambiador (14) de calor, en el que el primer puerto (314a) de fluido recibe el fluido de trabajo en el cabezal del compresor (12), y el segundo puerto (318) de fluido sale del fluido de trabajo después de que el fluido de trabajo haya pasado por los tubos aplanados y el cabezal (206); y

que comprende además, en un modo distinto del modo de enfriamiento, almacenar el fluido de trabajo, la etapa de almacenar incluye dirigir el fluido de trabajo al primer intercambiador (14) de calor, el segundo puerto (318) de fluido que recibe el fluido de trabajo, dirigir el flujo de trabajo desde la bobina (304) de microcanal fuera del primer puerto (314a) de fluido después de que el fluido de trabajo haya pasado por los tubos (202) aplanados y el cabezal (206); dirigir el fluido de trabajo al volumen (310) desde el primer puerto (314a) de fluido y almacenar el fluido de trabajo en el volumen (310).

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que la etapa de almacenar el fluido de trabajo es durante una operación de bombeo de vacío.