ES2911751T3 - Sistema de refrigeración con recuperación de calor mejorado por eyectores - Google Patents

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Abstract

Un sistema (20; 320; 720) que comprende: una fuente de calor (30); un sistema de compresión de vapor (50; 350) que comprende: un compresor (40) para comprimir un flujo de refrigerante; un primer intercambiador de calor (60; 360; 720) a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante (352) del refrigerante; y un segundo intercambiador de calor (66; 366) a lo largo de la trayectoria de flujo del refrigerante; y un sistema de recuperación de calor (56) que tiene: un primer intercambiador de calor (110; 410) para transferir calor desde la fuente de calor a un fluido de recuperación de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de recuperación de calor (58); un segundo intercambiador de calor (112; 63; 412) a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor; un eyector (90) que tiene una entrada de flujo motriz (92), una entrada de flujo secundario (102) y una salida (96); una bomba (80); y un bucle (86) de la trayectoria del flujo de recuperación de calor que pasa a través de la bomba al primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor, a través de la entrada del flujo motriz y desde la salida de vuelta a la bomba, en el que: el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor son partes respectivas de un intercambiador de calor compartido (600) para rechazar calor a un fluido de transferencia de calor y/o son comunes a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido de transferencia de calor, caracterizado porque: un subenfriador separado (62) tiene patas respectivas (62-1, 62-2) a lo largo de la trayectoria del flujo de compresión de vapor y de la trayectoria del flujo de recuperación de calor; y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor es un condensador.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de refrigeración con recuperación de calor mejorado por eyectores
Antecedentes de la invención
La invención se refiere a la refrigeración. Más particularmente, la invención se refiere a sistemas de refrigeración de recuperación de calor tales como sistemas de transporte refrigerado.
Un sistema de refrigeración de transporte utilizado para controlar un área cerrada, como la caja de un camión, un remolque, un contenedor intermodal o similar, funciona absorbiendo el calor del área cerrada y liberando calor fuera de la caja hacia el medio ambiente. Varias unidades de refrigeración de transporte, incluidas las unidades actualmente vendidas por el cesionario, emplean un compresor alternativo para presurizar el refrigerante para permitir la eliminación del calor de la caja.
Varios sistemas alimentan el sistema de compresión de vapor a través de un motor de combustión interna. Algunos sistemas acoplan directamente el motor al compresor para accionar mecánicamente el compresor. Otros alimentan eléctricamente el compresor a través de un generador. Cuando hay un motor presente, se han propuesto varios sistemas para utilizar la recuperación de calor del motor. Varios sistemas recientes incluyen los de la Publicación de Solicitud de Patente de Estados Unidos Núm. 2012/0116594A1 de Aidoun y otros, publicada el 10 de mayo de 2012. El documento US 2011/289953 A1, que constituye la base del preámbulo de la reivindicación 1, divulga un sistema de refrigeración en cascada que comprende un primer circuito alimentado por calor que incorpora un compresor de chorro de vapor y un segundo circuito en base a un compresor mecánico.
Sumario de la invención
De acuerdo con la invención, el sistema de la reivindicación 1 comprende: una fuente de calor; un sistema de compresión de vapor que comprende: un compresor para comprimir un flujo de refrigerante; un primer intercambiador de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante del refrigerante; y un segundo intercambiador de calor a lo largo de la trayectoria del flujo de refrigerante del refrigerante; y un sistema de recuperación de calor que tiene: un primer intercambiador de calor para transferir calor desde la fuente de calor a un fluido de recuperación de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de recuperación de calor; un segundo intercambiador de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de recuperación de calor; un eyector que tiene una entrada de flujo motriz, una entrada de flujo secundario y una salida; una bomba; y un circuito del flujo de recuperación de calor que pasa a través de la bomba hacia el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor, a través de la entrada del flujo motriz y desde la salida de vuelta a la bomba, en el que: el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer sistema de compresión de vapor intercambiador de calor son partes respectivas de un intercambiador de calor compartido para rechazar calor a un fluido de transferencia de calor y/o son comunes a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido de transferencia de calor, que se caracterizan porque: un subenfriador separado tiene patas respectivas a lo largo de la trayectoria de flujo de compresión de vapor y la recuperación de calor trayectoria de flujo; y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor es un condensador.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema es un sistema de transporte refrigerado, la fuente de calor comprende un motor, y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor son partes respectivas de un paquete de tubos/aletas compartido.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor tiene una pata a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante del motor. En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema de transporte refrigerado comprende además: un radiador de motor; y una válvula a lo largo de la trayectoria del flujo de refrigerante para repartir un flujo de refrigerante total entre el radiador y el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el motor está acoplado al compresor para accionar el compresor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el motor está acoplado al compresor para accionar mecánicamente el compresor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el motor está acoplado mecánicamente a un generador eléctrico y el generador eléctrico está acoplado eléctricamente a un motor eléctrico del compresor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema de transporte refrigerado comprende además un compartimento refrigerado en comunicación térmica con el segundo intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el transporte refrigerado es un camión o un remolque.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el motor, el sistema de compresión de vapor y el sistema de recuperación de calor están montados a lo largo del frente del compartimiento.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el refrigerante del sistema de compresión de vapor y el fluido de recuperación de calor son diferentes entre sí.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el refrigerante es menos inflamable, menos tóxico y/o menos dañino para el contenido del compartimiento refrigerado que el fluido de recuperación de calor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema es un sistema combinado de refrigeración, calefacción y energía y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor son partes respectivas del intercambiador de calor compartido para rechazar el calor al fluido de transferencia de calor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, la fuente de calor comprende un motor y un generador eléctrico está mecánicamente acoplado al motor para ser accionado por el motor.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el intercambiador de calor compartido es un condensador enfriado por agua (WCC).
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el condensador enfriado por agua es seleccionado del grupo que consiste en: un WCC de carcasa y tubos; un WCC de agua de tubo en tubo; y un WCC de placa soldada.
Otro aspecto de la invención implica un procedimiento para hacer funcionar un sistema, el sistema que comprende: una fuente de calor; un sistema de compresión de vapor que comprende: un compresor para comprimir un flujo de refrigerante; un primer intercambiador de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante del refrigerante; y un segundo intercambiador de calor a lo largo de la trayectoria del flujo de refrigerante del refrigerante; y un sistema de recuperación de calor que tiene: un primer intercambiador de calor para transferir calor desde la fuente de calor a un fluido de recuperación de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de recuperación de calor; un segundo intercambiador de calor a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor; un eyector que tiene una entrada de flujo motriz, una entrada de flujo secundario y una salida; una bomba; y un circuito del flujo de recuperación de calor que pasa a través de la bomba hacia el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor, a través de la entrada del flujo motriz y desde la salida de vuelta a la bomba, en el que: el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer sistema de compresión de vapor intercambiador de calor son partes respectivas de un intercambiador de calor compartido para rechazar calor a un fluido de transferencia de calor y/o son comunes a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido de transferencia de calor; un subenfriador separado tiene patas respectivas a lo largo de la trayectoria de flujo de compresión de vapor y la trayectoria de flujo de recuperación de calor; y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor es un condensador, el procedimiento que comprende, en un primer modo: hacer funcionar la fuente de calor para impulsar el compresor para comprimir el flujo de refrigerante y conducir el refrigerante a lo largo de la trayectoria de flujo de refrigerante; transferir el calor del motor al fluido de recuperación de calor a lo largo de la trayectoria del flujo de recuperación de calor; rechazar el calor del refrigerante en el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor; y transferir calor desde el refrigerante en el sistema de compresión de vapor al fluido de recuperación de calor en el sistema de recuperación de calor en el subenfriador a través de un intercambio de calor refrigerante-refrigerante sin flujo de aire.
En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, en el primer modo, el calor es rechazado por el fluido de recuperación de calor en el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor. En una o más realizaciones de cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema de transporte refrigerado comprende además un radiador y el procedimiento comprende además, en el primer modo, utilizar una válvula para repartir el refrigerante del motor entre el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el radiador.
Los detalles de una o más realizaciones de la invención se exponen en los dibujos adjuntos y en la descripción a continuación. Otras características, otros objetivos y otras ventajas de la invención serán evidentes a partir de la descripción y los dibujos y a partir de las reivindicaciones.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de refrigeración de un sistema de transporte refrigerado. La Figura 2 es una vista esquemática del sistema de transporte refrigerado.
La Figura 3 es una vista esquemática de un segundo sistema de refrigeración.
La Figura 4 es una vista esquemática de un tercer sistema de refrigeración.
La Figura 5 es una vista esquemática de un cuarto sistema de refrigeración que no forma parte de la invención. La Figura 6 es una vista esquemática de un sistema combinado de refrigeración, calefacción y energía (CCHP). La Figura 6A es una vista de un condensador de carcasa y tubos del sistema CCHP de la Figura 6.
La Figura 7 es una vista esquemática de un segundo sistema CCHP que no forma parte de la invención.
Los números de referencia y designaciones similares en los diversos dibujos indican elementos similares.
Descripción detallada
La Figura 2 muestra una unidad de transporte refrigerada (sistema) 20 en forma de remolque refrigerado. El remolque puede ser tirado por un tractor 22. El remolque ejemplar incluye un contenedor/caja 24 que define un interior/compartimento 26. Una carcasa de equipo 28 montada en la parte delantera de la caja 24 puede contener un sistema de generador eléctrico que incluye un motor 30 (por ejemplo, diésel) y un generador eléctrico 32 acoplado mecánicamente al motor para ser impulsado por él. Un sistema de refrigeración 34 puede acoplarse eléctricamente al generador 32 para recibir energía eléctrica.
La Figura 1 muestra más detalles del sistema de refrigeración ejemplar 34. El sistema 34 incluye un sistema de control 200. El sistema de control 200 puede incluir: uno o más dispositivos de interfaz de usuario (por ejemplo, de entrada/salida) 202; procesadores 204; memoria 206; almacenamiento 208; y dispositivos de interfaz de hardware 210 (por ejemplo, puertos).
El sistema 34 incluye además un compresor 40 que tiene un puerto de succión (entrada) 42 y un puerto de descarga (salida) 44. Un ejemplo de compresor 40 es un compresor alternativo accionado eléctricamente que tiene un motor eléctrico integral 46. El compresor 40 puede estar acoplado al sistema de control 200 para regular su funcionamiento y al generador 32 a través de las líneas eléctricas 48 para recibir energía. El compresor es una parte de un sistema de compresión de vapor 50 que tiene un circuito o trayectoria de flujo de refrigerante recirculante 52. El sistema de refrigeración ejemplar 34 comprende además un sistema de recuperación de calor 56 que tiene un circuito o trayectoria de flujo de recuperación de calor 58.
A lo largo de la trayectoria del flujo de refrigerante 52, el sistema de compresión de vapor 50 incluye, en dirección aguas abajo desde el puerto de descarga o salida 44, un intercambiador de calor 60, un tramo 62-1 de un subenfriador 62, un dispositivo de expansión 64 y un intercambiador de calor 66 antes de regresar al puerto de succión 42. En un modo de operación normal, el intercambiador de calor 60 es un intercambiador de calor de rechazo de calor (condensador o enfriador de gas) y el intercambiador de calor 66 es un intercambiador de calor de absorción de calor (evaporador). Ambos intercambiadores de calor 60 y 66 pueden ser intercambiadores de calor de aire refrigerante que tienen ventiladores respectivos 70 y 72 que impulsan los flujos de aire 520 y 522 a lo largo de las trayectorias de flujo de aire a través de los intercambiadores de calor. El intercambiador de calor 66 está en comunicación térmica con el interior de la caja para enfriar la caja en los modos de enfriamiento normales. El intercambiador de calor 60 está en comunicación térmica con el exterior de la caja para rechazar calor al flujo de aire 520 en el modo de enfriamiento normal. Así, el flujo de aire 520 puede ser un flujo de aire externo y el flujo de aire 522 puede ser un flujo de aire interior.
Como se analiza a continuación, el subenfriador 62 es un intercambiador de calor refrigerante-refrigerante en el que la pata 62-1 a lo largo de la trayectoria de flujo de refrigerante 52 está en relación de intercambiador de calor con una pata 62-2 a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor 58. El fluido de recuperación de calor que fluye a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor puede pasar por un cambio de fase (por ejemplo, como se analiza a continuación) y, de lo contrario, puede caracterizarse como un refrigerante. Sin embargo, para facilitar la referencia, en lo sucesivo se denominará fluido de recuperación de calor. El fluido de recuperación de calor y el refrigerante pueden, en algunas implementaciones, tener composiciones idénticas o pueden ser diferentes. En esta última situación, no habrá comunicación fluida entre los dos bucles. En el primero, podría haber.
El sistema de recuperación de calor 56 incluye una bomba 80 que tiene una entrada 82 y una salida 84. La bomba se encuentra a lo largo de un sub-bucle o rama de la trayectoria de flujo 86 de la trayectoria de flujo de recuperación de calor 58 que también incluye la trayectoria de flujo primaria de un eyector 90. La rama 86 también puede proporcionar una ubicación conveniente para un receptor (no mostrado; por ejemplo, en la entrada de la bomba). El eyector tiene una entrada de flujo principal o motriz 92 en la entrada de una boquilla (por ejemplo, una boquilla convergente-divergente) 94 y una salida 96 en el extremo aguas abajo de un difusor 98. El eyector comprende además un mezclador 100 y un puerto de entrada secundario o de succión 102. Secuencialmente a lo largo del circuito 86 que procede aguas abajo de la bomba 80 en un modo operativo normal, el flujo pasa a través de un tramo 110-1 de un intercambiador de calor 110, la entrada primaria del eyector 92, la salida del eyector 96 y un intercambiador de calor 112 antes de regresar a la bomba.
Un segundo sub-bucle o rama de flujo 120 se ramifica desde el bucle 86 entre el intercambiador de calor 112 y la bomba 80 y pasa secuencialmente a través de un dispositivo de expansión 122, el tramo del bucle de recuperación de calor 62-2 del subenfriador 62, y vuelve al eyector secundario o puerto de succión 102. En la operación normal de recuperación de calor, el intercambiador de calor 110 es un intercambiador de calor del generador que transfiere calor desde el motor al circuito de recuperación de calor. De manera similar, el intercambiador de calor 112 es un intercambiador de calor por rechazo de calor. El circuito de recuperación de calor 62-2 del subenfriador sirve como evaporador o intercambiador de calor de absorción de calor que absorbe calor del sistema de compresión de vapor 62-1 del subenfriador.
La Figura 1 muestra, además, asociados con el motor 30, un radiador 130 y un ventilador 132 (eléctrico o mecánico) que impulsan un flujo de aire 524 a través del radiador. Para la refrigeración del motor, una bomba de refrigerante 134 (por ejemplo, mecánica o eléctrica) puede impulsar fluido a lo largo de un bucle de recirculación 136 que saca refrigerante calentado del motor y devuelve refrigerante a temperatura reducida. El refrigerante puede ser un refrigerante de motor convencional tal como una mezcla de agua y glicol. En la implementación ilustrativa, una válvula 140 permite la comunicación selectiva del flujo de refrigerante al intercambiador de calor 110 y/o al radiador 130. En este ejemplo, la válvula 140 es una válvula dosificadora que permite una distribución gradual o continua del flujo de refrigerante entre el intercambiador de calor 110 y el radiador 130. En realizaciones alternativas, la válvula es biestática. Por ejemplo, una configuración de una válvula biestática puede entregar alternativamente refrigerante al intercambiador de calor 110 o al radiador mientras no lo entrega al otro. Sin embargo, otras situaciones biestáticas implican tener flujo hacia ambos en al menos una condición.
En la implementación ilustrativa, los intercambiadores de calor 60 y 112 son parte de una sola unidad de intercambiador de calor. En una implementación ilustrativa, la unidad es un solo banco de tubos y aletas con los intercambiadores de calor 60 y 112 representando grupos separados de patas de los tubos, pero compartiendo aletas y placas de tubos. En la implementación ilustrada ejemplar, los dos intercambiadores de calor 60 y 112 están en serie a lo largo de una trayectoria de flujo de aire para el flujo de aire 520. En la realización ilustrativa en el modo de refrigeración normal, el intercambiador de calor 112 está aguas abajo del intercambiador de calor 60 a lo largo de la trayectoria del flujo de aire asociado. El intercambiador de calor integrado con flujo de aire en serie puede tener ventajas en términos de ahorro de espacio, ahorro en el costo del intercambiador de calor y ahorro en el costo del ventilador (por ejemplo, al tener un solo ventilador que da servicio a ambos). Al tener el intercambiador de calor 60 corriente arriba a lo largo de la trayectoria del flujo de aire, recibe el aire más frío en funcionamiento normal.
Un número de variaciones son posibles. El plural de estas variaciones puede coexistir. Un grupo de variaciones implica tener el compresor 40 accionado mecánicamente por el motor 30 (por ejemplo, accionado directamente o accionado mediante una transmisión) en lugar de accionado eléctricamente. Esto eliminaría el motor 46 y eliminaría el generador 32 (aunque el motor puede incluir un generador para accionar el motor (por ejemplo, proporcionando chispa, arranque y similares)).
En otras variaciones, la válvula 140 puede eliminarse para que todo el refrigerante pase en serie a través del intercambiador de calor 110 y el radiador 130 (por ejemplo, la Figura 3).
Otras variaciones implican eliminar el radiador 130 (y su ventilador 132) para que el suministro y el retorno de refrigerante pasen directamente entre el motor y el intercambiador de calor 110. La eliminación del radiador puede reducir el costo y el espacio consumido. El circuito de recuperación de calor toma calor del refrigerante del motor y del subenfriador 62 y lo expulsa al aire en el intercambiador de calor 112. Para proteger el motor, el funcionamiento de esta variación podría ser prioritario para el rechazo del calor del motor. Por ejemplo, esto puede implicar operar con el sistema de compresión de vapor en un estado menos eficiente para consumir más energía (y por lo tanto requerir que el motor consuma más combustible) que si el motor estuviera rechazando calor a través del radiador omitido.
Otras variaciones implican alterar los ciclos del sistema de compresión de vapor 50 y/o el sistema de recuperación de calor 56. Los sistemas ilustrados a modo de ejemplo son relativamente simples y se podrían añadir muchas características adicionales como se conocen en la técnica o se han desarrollado todavía. Estos, por ejemplo, incluyen el uso de sistemas de compresión de vapor economizados o ciclos eyectores en el sistema de compresión de vapor.
Otras variaciones implican el uso del calor del escape del motor además o como alternativa al refrigerante del motor para transferir calor al sistema de recuperación de calor en el intercambiador de calor 110. Estas variaciones pueden aumentar la cantidad de calor y la temperatura en el intercambiador de calor 110, lo que conduce a una mayor capacidad y eficiencia del circuito de recuperación de calor.
Sin embargo, otras variaciones implican agregar una característica como un desrecalentador que une los dos bucles además del subenfriador 62. Un desrecalentador ilustrativo es un intercambiador de calor refrigerante-refrigerante que tiene un brazo a lo largo del sistema de compresión de vapor aguas arriba del intercambiador de calor 60 y un brazo a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor aguas abajo del subenfriador. Esto puede disminuir el trabajo del compresor y aumentar la eficiencia del sistema.
Otras variaciones más implican colocar los intercambiadores de calor 60 y 112 en paralelo (por ejemplo, la Figura 4) a lo largo de las trayectorias del flujo de aire en lugar de en serie, manteniéndolos todavía como parte de una sola unidad. En general, el flujo paralelo aumenta la eficiencia termodinámica porque ambos intercambiadores de calor están expuestos al aire de entrada del ambiente (en lugar de que uno esté expuesto al aire calentado en el otro). Sin embargo, esto puede requerir un mayor espacio y un costo potencial. En un grupo de ejemplos, un único ventilador puede hacer pasar el flujo a través de ambos en paralelo, eliminando así un ventilador y su coste. En otras implementaciones, puede haber ventiladores separados 70-1, 70-2, lo que podría proporcionar un mejor control de los flujos separados 520-1, 520-2.
Otras variaciones más implican eliminar efectivamente el subenfriador 62 y reemplazarlo con un evaporador 63 en el sistema de recuperación de calor (por ejemplo, la Figura 5). El evaporador 63 (intercambiador de calor de rechazo de calor) puede colocarse en serie con el intercambiador de calor 60 en lugar de colocar el intercambiador de calor de rechazo de calor 112 en serie. En tales implementaciones, el evaporador 63 y el intercambiador de calor 60 pueden ser las dos secciones de la unidad única integrada. Esto implicaría la adición de un ventilador neto sobre la realización de la Figura 1 con un ventilador 70-2 que conduce el flujo de aire 520-2 sólo a través del intercambiador de calor 112 y otro ventilador 70-1 que conduce el flujo de aire 520-1 en serie a través del evaporador del sistema de recuperación de calor añadido 63 y el intercambiador de calor 60. Una dirección ilustrativa del flujo de aire coloca el evaporador 63 agregado aguas arriba para preenfriar el aire (que luego fluye a través del intercambiador de calor 60) y, por lo tanto, proporciona transferencia de calor entre bucles desde el sistema de compresión de vapor al sistema de recuperación de calor.
Otras posibles integraciones implican aún más la integración de intercambiadores de calor y/o la combinación de trayectorias de flujo de aire. Un ejemplo modifica la configuración de la Figura 5 eliminando el ventilador 70-2 e integrando el intercambiador de calor 112 con los intercambiadores de calor 60 y 63 como secciones de la unidad única integrada (por ejemplo, 112 podría estar inmediatamente aguas abajo de 60 a lo largo de la trayectoria de flujo 520-1 de la Figura 5).
Otras variaciones pueden implicar instalaciones fijas o estacionarias. La Figura 6 muestra una instalación o sistema ilustrativo de emplazamiento fijo 320, que se presenta como un sistema combinado de refrigeración, calefacción y energía (CCHP). En general, los componentes similares del sistema 20 se muestran con números similares, aunque la escala o la forma pueden ser diferentes en cualquier implementación particular. El sistema CCHP 320 cuenta con intercambiadores de calor de refrigerante-agua (incluidos genéricamente otros líquidos como salmuera, glicoles, otras soluciones y similares)) en lugar de intercambiadores de calor de refrigerante-aire. Además de alimentar el motor del compresor 46, el generador 32 alimenta cargas eléctricas adicionales 322 de un edificio (por ejemplo, más allá de las cargas del propio sistema y, más ampliamente, más allá de las cargas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC)). El evaporador del sistema de compresión de vapor 366 (tramos 366-1 y 366-2 en la relación de intercambio de calor) enfría un flujo de agua 572 a lo largo de una trayectoria de flujo de agua (por ejemplo, incluyendo a lo largo del tramo 366-2 y bombeado a través de una bomba 372 a lo largo de una línea/conducto de agua hacia/desde las cargas de refrigeración 371, como unidades de tratamiento de aire, agua fría del edificio y similares). Las secciones del condensador 360 y 412 a lo largo de los dos bucles pueden ser secciones respectivas de un único intercambiador de calor refrigerante-agua 600 (Figura 6A). Un ejemplo es un intercambiador de calor de carcasa y tubos. Otro ejemplo es un intercambiador de calor de placas soldadas. Otro ejemplo más es un intercambiador de calor de tubo en tubo. La Figura 6 muestra un flujo de agua 570 a lo largo de una trayectoria de flujo de agua (por ejemplo, bombeado a través de una bomba 369 a lo largo de una línea/conducto de agua) desde/hacia una torre de enfriamiento 650 a través de la unidad 600. La unidad 600 tiene una entrada de agua 602 y una salida de agua 604. La unidad de ejemplo 600 es un intercambiador de calor de carcasa y tubos que tiene una carcasa con una pared cilíndrica 610 y tapas de extremo 612 y 614. Las placas 616 y 618 definen la plenitud en sus respectivos extremos y están atravesadas por los grupos de tubos 620 y 622. El primer pleno final formado por la placa 616 y la tapa final 612 está subdividido por una placa 624 en los respectivos plenos de entrada y salida 630 y 632. La segunda cámara impelente final 634 define un giro en la vía de flujo con la vía de flujo avanzando secuencialmente a través de la entrada 602 hacia la cámara impelente 630, a través de los tubos 620 hasta la cámara impelente 634, y luego de regreso a través de los tubos 622 hasta la cámara impelente 632 y la salida 604.
Para enfriar el fluido de los dos bucles, el interior de la carcasa está subdividido por una placa divisoria 640 en las cámaras 642 y 644 que forman efectivamente los condensadores 360 y 412, respectivamente. La cámara 642 tiene una entrada 646 y una salida 648. La cámara 644 tiene una entrada 647 y una salida 649. El refrigerante del compresor pasa a la entrada 646 donde rechaza el calor a las secciones de los tubos 622 y 620 dentro de la cámara 642 antes de pasar por la salida 648 para ir al subenfriador. De manera similar, el fluido de recuperación de calor del eyector pasa a través de la entrada 647 y rechaza el calor hacia el agua que fluye en las secciones de los tubos 622 y 620 dentro de la cámara 644 antes de salir por la salida 649.
En variaciones adicionales, en lugar de ser un motor, la fuente de calor 30 puede ser una pila de combustible.
Otras variaciones pueden ser similares a las indicadas anteriormente para el sistema de transporte refrigerado. Por ejemplo, la Figura 7 muestra un sistema CCHP 720 en el que el subenfriador refrigerante-refrigerante se reemplaza con un preenfriador de agua refrigerante 710 que tiene una pata 710-2 a lo largo de la trayectoria de flujo de agua de refrigeración que rechaza el calor a una pata 710-1 (que actúa como un evaporador) a lo largo de la trayectoria de flujo 58 aguas arriba del puerto de succión del eyector. Esto enfría aún más el agua de refrigeración de la torre para enfriar aún más el refrigerante y el fluido de recuperación de calor en la unidad 600 (de forma similar a la modificación no ilustrada de la Figura 5 que integra el condensador 112 en la unidad con 60 y 63).
En una variación de la Figura 7, en lugar de tener una sola unidad integrada 600, hay WCC separados físicamente para los dos bucles, cada uno con su propio suministro de agua y retorno desde la torre. El preenfriador (tramo 710­ 1 que forma un evaporador de bucle de recuperación de calor) enfría el suministro de agua (a lo largo del tramo 710­ 2) para el WCC del sistema de compresión de vapor. Por lo tanto, el preenfriador (tramo 710-2) y el WCC del sistema de compresión de vapor están en serie a lo largo de la trayectoria de flujo del fluido de transferencia de calor (la trayectoria de flujo del agua de enfriamiento para el WCC del sistema de compresión de vapor).
Por lo tanto, se ve que pueden existir una o más de varias características compartidas adicionales entre los bucles de los diversos sistemas. Una primera área implica la integración física de los intercambiadores de calor del circuito de compresión de vapor y el circuito de recuperación de calor. Otra área que puede existir simultánea o alternativamente a la primera es el fluido de transferencia de calor compartido (aire o agua (incluyendo genéricamente otros líquidos como salmuera, glicoles, otras soluciones y similares)) ya sea en serie o de otra manera (por ejemplo, la configuración en serie dividida de la Figura 6).
Otras variaciones adicionales de los sistemas anteriores implican los fluidos de trabajo particulares del sistema de compresión de vapor y el sistema de recuperación de calor. Como se mencionó anteriormente, pueden ser iguales o diferentes. En una posible área de diferencias, el refrigerante del sistema de compresión de vapor puede ser relativamente no inflamable (y/o menos tóxico y/o menos dañino para el contenido del compartimiento refrigerado) en comparación con el fluido de recuperación de calor. Por ejemplo, el aislamiento adecuado solo permite la posible exposición/ventilación del refrigerante al interior de la caja. El fluido de recuperación de calor puede estar aislado de la caja para no poder acumularse en un espacio cerrado si hay una fuga. Así, una combinación ejemplar es un refrigerante a base de dióxido de carbono (por ejemplo, R744) y un fluido de transferencia de calor de hidrocarburo (por ejemplo, R290). Un par alternativo es R452A/R245fa.
La configuración física del sistema es meramente ilustrativa y puede representar esquemáticamente cualquiera de una serie de construcciones existentes o aún desarrolladas. Los procedimientos inventivos que se describen a continuación también pueden ser aplicables a otras construcciones.
El sistema puede incluir varios componentes adicionales, incluidos receptores, filtros, secadores, válvulas, sensores y similares.
Se han descrito una o más realizaciones de la presente invención. No obstante, se entenderá que pueden realizarse diversas modificaciones sin apartarse del espíritu y el ámbito de la invención. Por ejemplo, cuando se aplica en la reingeniería de la configuración del sistema de línea base o en la refabricación de un sistema de línea base, los detalles de la línea base pueden influir o dictar los detalles de la implementación particular. En consecuencia, otras realizaciones están dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (20; 320; 720) que comprende:
una fuente de calor (30);
un sistema de compresión de vapor (50; 350) que comprende:
un compresor (40) para comprimir un flujo de refrigerante;
un primer intercambiador de calor (60; 360; 720) a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante (352) del refrigerante; y
un segundo intercambiador de calor (66; 366) a lo largo de la trayectoria de flujo del refrigerante; y un sistema de recuperación de calor (56) que tiene:
un primer intercambiador de calor (110; 410) para transferir calor desde la fuente de calor a un fluido de recuperación de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de recuperación de calor (58);
un segundo intercambiador de calor (112; 63; 412) a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor;
un eyector (90) que tiene una entrada de flujo motriz (92), una entrada de flujo secundario (102) y una salida (96);
una bomba (80); y
un bucle (86) de la trayectoria del flujo de recuperación de calor que pasa a través de la bomba al primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor, a través de la entrada del flujo motriz y desde la salida de vuelta a la bomba,
en el que:
el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor son partes respectivas de un intercambiador de calor compartido (600) para rechazar calor a un fluido de transferencia de calor y/o son comunes a lo largo de una trayectoria de flujo de fluido de transferencia de calor, caracterizado porque:
un subenfriador separado (62) tiene patas respectivas (62-1, 62-2) a lo largo de la trayectoria del flujo de compresión de vapor y de la trayectoria del flujo de recuperación de calor; y
el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor es un condensador.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que:
el sistema es un sistema de transporte refrigerado, la fuente de calor (30) comprende un motor, y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor (112; 63; 412) y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor (60; 360; 720) son partes respectivas de un paquete de tubo/aleta compartido.
3. El sistema de transporte refrigerado de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que:
el primer intercambiador de calor (110) del sistema de recuperación de calor tiene una pata (110-2) a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante del motor.
4. El sistema de transporte refrigerado de la reivindicación 3, que comprende además:
un radiador de motor (130); y
una válvula (140) a lo largo de la trayectoria del refrigerante para repartir un flujo total de refrigerante entre el radiador y el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor.
5. El sistema de transporte refrigerado de cualquier reivindicación anterior, en el que el motor está acoplado al compresor para accionar el compresor.
6. El sistema de transporte refrigerado de la reivindicación 5, en el que el motor está acoplado al compresor para accionar mecánicamente el compresor o en el que el motor está acoplado mecánicamente a un generador eléctrico y el generador eléctrico está acoplado eléctricamente a un motor eléctrico del compresor.
7. El sistema de transporte refrigerado de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:
un compartimento refrigerado en comunicación térmica con el segundo intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor.
8. El sistema de transporte refrigerado de la reivindicación 7, siendo un camión o un remolque y/o en el que el motor, el sistema de compresión de vapor y el sistema de recuperación de calor están montados a lo largo de una parte delantera del compartimento.
9. El sistema de transporte refrigerado de cualquier reivindicación anterior, en el que:
el refrigerante y el fluido de recuperación de calor son diferentes entre sí, opcionalmente en el que el refrigerante es menos inflamable, menos tóxico y/o menos dañino para el contenido del compartimento refrigerado que el fluido de recuperación de calor.
10. El sistema de la reivindicación 1, en el que:
el sistema es un sistema combinado de refrigeración, calefacción y energía (CCHP) y el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor (112; 63; 412) y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor (60; 360; 720) son partes respectivas del intercambiador de calor compartido (600) para rechazar el calor al fluido de transferencia de calor.
11. El sistema combinado de refrigeración, calefacción y energía de la reivindicación 10, en el que la fuente de calor comprende un motor (30) y un generador eléctrico (32) está acoplado mecánicamente al motor para ser accionado por el motor.
12. El sistema combinado de refrigeración, calefacción y energía de la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en el que: el intercambiador de calor compartido (600) es un condensador enfriado por agua (WCC), opcionalmente en el que el condensador enfriado por agua se selecciona del grupo que consiste en:
un WCC de carcasa y tubo;
un WCC de agua de tubo en tubo; y
un WCC de placa soldada.
13. Un procedimiento para operar un sistema (20; 320; 720), comprendiendo el sistema:
una fuente de calor (30);
un sistema de compresión de vapor (50; 350) que comprende:
un compresor (40) para comprimir un flujo de refrigerante;
un primer intercambiador de calor (60; 360; 720) a lo largo de una trayectoria de flujo de refrigerante (352) del refrigerante; y
un segundo intercambiador de calor (66; 366) a lo largo de la trayectoria de flujo del refrigerante; y un sistema de recuperación de calor (56) que tiene:
un primer intercambiador de calor (110; 410) para transferir calor desde la fuente de calor a un fluido de recuperación de calor a lo largo de una trayectoria de flujo de recuperación de calor (58);
un segundo intercambiador de calor (112; 63; 412) a lo largo de la trayectoria de flujo de recuperación de calor;
un eyector (90) que tiene una entrada de flujo motriz (92), una entrada de flujo secundario (102) y una salida (96);
una bomba (80); y
un bucle (86) de la trayectoria del flujo de recuperación de calor que pasa a través de la bomba al primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor, a través de la entrada del flujo motriz y desde la salida de vuelta a la bomba,
en el que:
el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor son partes respectivas de un intercambiador de calor compartido (600) para rechazar el calor a un fluido de transferencia de calor y/o están en común a lo largo de una trayectoria de flujo del fluido de transferencia de calor;
un subenfriador separado (62) tiene patas respectivas (62-1, 62-2) a lo largo de la trayectoria del flujo de compresión de vapor y de la trayectoria del flujo de recuperación de calor; y
el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor es un condensador, comprendiendo el procedimiento, en un primer modo:
hacer funcionar la fuente de calor para impulsar el compresor para comprimir el flujo de refrigerante y conducir el refrigerante a lo largo de la trayectoria del flujo de refrigerante;
transferir el calor del motor al fluido de recuperación de calor a lo largo de la trayectoria del flujo de recuperación de calor;
rechazar el calor del refrigerante en el primer intercambiador de calor del sistema de compresión de vapor; y
transferir el calor del refrigerante en el sistema de compresión de vapor al fluido de recuperación de calor en el sistema de recuperación de calor en el subenfriador mediante un intercambio de calor refrigeranterefrigerante sin flujo de aire.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que, en el primer modo:
el fluido de recuperación de calor rechaza el calor en el segundo intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor (112; 63; 412).
15. El procedimiento de la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el que el sistema de transporte refrigerado comprende además un radiador (130) y el procedimiento comprende además, en el primer modo:
usar una válvula (140) para repartir refrigerante del motor entre el primer intercambiador de calor del sistema de recuperación de calor y el radiador.
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