ES2912000T3 - Aparato de refrigeración y uso del mismo - Google Patents

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Abstract

- Un aparato de refrigeración, que comprende un circuito principal (1), que incluye: - un compresor (2), que incluye una entrada del compresor (12) y una salida del compresor (13), - un condensador (4), que incluye una entrada del condensador (14), conectada a la salida del compresor (13), y una salida del condensador (15), - una válvula de expansión (6), que incluye una entrada de válvula (16), conectada a la salida del condensador (15) y una salida de válvula (17), y - un evaporador (8), que incluye una entrada de evaporador (18), conectada a la salida de válvula (17), y una salida de evaporador (19), conectada a la entrada de compresor (12), donde el circuito principal (1) está configurado para una circulación en bucle de un flujo principal (90) de refrigerante, sucesivamente a través del compresor (2), el condensador (4), la válvula de expansión (6) y el evaporador (8), donde el aparato de refrigeración comprende además una ramificación de lubricación (20), que comprende: - una entrada de lubricación (21), conectada a una parte de suministro (4, 16) del circuito principal (1), la parte de suministro (4, 16) consiste en el condensador (4), la entrada de la válvula (16) y cualquier parte del circuito principal (1) entre la salida del condensador (15) y la entrada de la válvula (16), la entrada de lubricación (21) está configurada para derivar un flujo de lubricación (91) del flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de suministro (4, 16); y - una salida de lubricación (22), conectada al compresor (2) para alimentar el compresor (2) con el flujo de lubricación (91), para la lubricación de dicho compresor (2) con el refrigerante del flujo de lubricación (91), donde el circuito principal (1) comprende una parte de baja temperatura (8, 12), que consiste en el evaporador (8), la entrada del compresor (12), y cualquier parte del circuito principal (1) entre la salida del evaporador (19) y la entrada del compresor (12), caracterizado porque la ramificación de lubricación (20) comprende además un intercambiador de calor de subenfriamiento (31), que está configurado para permitir un intercambio de calor entre el flujo de lubricación (91) que circula a través de la ramificación de lubricación (20) y el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura (8, 12), de modo que el flujo de lubricación (91) puede ser enfriado por el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura (8, 12), dentro del intercambiador de calor de subenfriamiento (31).

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato de refrigeración y uso del mismo
[0001] La presente invención se refiere a un aparato de refrigeración y al uso de dicho aparato de refrigeración.
[0002] La invención se refiere al dominio de máquinas que implementan un ciclo termodinámico a un refrigerante, para producir un efecto de refrigeración.
[0003] Se conoce un aparato de refrigeración a partir del documento EP 1400765 A2, que comprende un paso de refrigerante que incluye un compresor de tornillo, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador. Este aparato conocido comprende un paso de flujo de derivación, que se bifurca en una parte de dicho paso de refrigerante entre el condensador y la válvula de expansión, dirigiendo el refrigerante a través de medios de regulación, y comunicándose con una cavidad del rotor del compresor de tornillo. La lubricación de la cavidad del rotor se logra por el mismo fluido que también se utiliza como el refrigerante en el paso, y en ausencia de aceite. El documento US 5 881 564 A, que se considera que presenta la técnica anterior más cercana a la invención, describe un aparato de refrigeración según el preámbulo de la reivindicación 1.
[0004] Para lubricar de forma satisfactoria la cavidad del rotor, se debe garantizar que una parte significativa del refrigerante que llega a la cavidad del rotor esté en estado líquido. Este suele ser el caso cuando el aparato de refrigeración está funcionando a alta carga, lo que corresponde en particular a un alto flujo de refrigerante. Cuando el aparato de refrigeración funciona a plena carga, el refrigerante emitido por el condensador generalmente se encuentra completamente en un estado líquido, o en un estado bifásico con poca proporción del refrigerante en un estado gaseoso.
[0005] Sin embargo, si la necesidad de refrigeración es menor, el aparato puede estar funcionando a baja carga, incluyendo en particular un menor flujo de refrigerante. Durante el funcionamiento a baja carga del aparato, puede ocurrir que el refrigerante que circula a través del paso de flujo de derivación no esté completamente en estado líquido y contenga una proporción no despreciable de refrigerante en estado gaseoso, o incluso una alta proporción de refrigerante en estado gaseoso. Dado que el refrigerante en estado gaseoso no es capaz de lubricar suficientemente el compresor, existe el riesgo de dañar o destruir el compresor debido a una falta de lubricación durante el funcionamiento a baja carga del aparato.
[0006] Un objetivo de la invención es proporcionar un aparato de refrigeración donde la lubricación satisfactoria del compresor por medio del refrigerante se obtiene incluso durante el funcionamiento a baja carga del aparato de refrigeración. Según la presente invención, el objetivo anterior se resuelve mediante un aparato de refrigeración según la reivindicación 1 y el uso asociado según la reivindicación 14.
[0007] Un objeto de la invención es un aparato de refrigeración, que comprende un circuito principal, que incluye:
- un compresor, que incluye una entrada del compresor y una salida del compresor,
- un condensador, que incluye una entrada del condensador, conectado a la salida del compresor, y una salida del condensador,
- una válvula de expansión, que incluye una entrada de válvula, conectada a la salida del condensador y una salida de válvula, y
- un evaporador, incluida una entrada de evaporador, conectado a la salida de la válvula, y una salida de evaporador, conectada a la entrada del compresor.
[0008] Según la invención, el circuito principal está configurado para una circulación en bucle de un flujo principal de refrigerante, sucesivamente a través del compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador.
[0009] Según la invención, el aparato de refrigeración comprende además una ramificación de lubricación, que comprende:
- una entrada de lubricación, conectada a una parte de suministro del circuito principal, la parte de suministro consiste en el condensador, la entrada de la válvula y cualquier parte del circuito principal entre la salida del condensador y la entrada de la válvula, la entrada de lubricación está configurada para derivar un flujo de lubricación del flujo principal de refrigerante que circula a través de la parte de suministro; y
- una salida de lubricación, conectada al compresor para alimentar el compresor con el flujo de lubricación, para la lubricación de dicho compresor con el refrigerante del flujo de lubricación.
[0010] Según la invención, el circuito principal comprende una parte de baja temperatura, que consiste en el evaporador, la entrada del compresor y cualquier parte del circuito principal entre la salida del evaporador y la entrada del compresor.
[0011] Según la invención, la ramificación de lubricación comprende además un intercambiador de calor de subenfriamiento, que está configurado para permitir un intercambio de calor entre el flujo de lubricación que circula a través de la ramificación de lubricación y el flujo principal de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura, de modo que el flujo de lubricación puede ser enfriado por el flujo principal de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura, dentro del intercambiador de calor de subenfriamiento.
[0012] Gracias a la invención, el flujo de lubricación del refrigerante, utilizado para lubricar el compresor, se enfría a través del intercambiador de calor de subenfriamiento por el flujo principal de refrigerante que circula a través del evaporador antes de la introducción del flujo de lubricación en el compresor. Por lo tanto, el intercambiador de calor de subenfriamiento asegura que el flujo de lubricación del refrigerante esté en forma líquida o asegura que el flujo de lubricación contenga suficiente refrigerante en forma líquida para lograr suficiente lubricación del compresor. El flujo principal de refrigerante que circula a través del evaporador es una etapa del ciclo termodinámico del aparato de refrigeración donde el refrigerante está a la temperatura más baja en el circuito principal, lo que permite un enfriamiento eficiente del flujo de lubricación. Dado que el intercambiador de calor de subenfriamiento se encuentra dentro del evaporador, puede configurarse fácilmente para mejorar la evaporación del refrigerante que fluye a través del evaporador, por contacto del refrigerante en estado difásico del evaporador con el intercambiador de calor de subenfriamiento.
[0013] A continuación se definen otras características ventajosas de la invención:
- El intercambiador de calor de subenfriamiento está configurado para permitir un intercambio de calor entre el flujo de lubricación que circula a través de la ramificación de lubricación y el flujo principal de refrigerante que circula a través de la salida del evaporador.
- El evaporador comprende: un tanque evaporador, conectado a la entrada del evaporador para que el flujo principal de refrigerante se admita dentro del tanque evaporador; y un conducto de salida, que forma la salida del evaporador y se conecta en la parte superior del tanque evaporador; donde el intercambiador de calor de subenfriamiento se monta dentro del conducto de salida de modo que el flujo principal de refrigerante del evaporador pueda fluir a lo largo del intercambiador de calor de subenfriamiento cuando dicho flujo principal de refrigerante se descarga a través de la salida del evaporador; y donde la ramificación de lubricación comprende: un conducto de entrada, que conecta la entrada de lubricación al intercambiador de calor de subenfriamiento y que se extiende a través de una pared de conexión del conducto de salida; y un conducto de salida, conectando el intercambiador de calor de subenfriamiento a la salida de lubricación y extendiéndose a través de la pared de conexión del conducto de salida.
- La pared de conexión está formada por una pared periférica del conducto de salida.
- El conducto de salida comprende una abertura superior y una tapa extraíble que cierra la abertura superior, donde la tapa extraíble comprende la pared de conexión a través de la cual se extienden el conducto de entrada y el conducto de salida.
- El intercambiador de calor de subenfriamiento es más pequeño que la abertura superior.
- El intercambiador de calor de subenfriamiento comprende al menos un conducto recto vertical que se extiende paralelo al conducto de salida, a lo largo del conducto de salida.
- El intercambiador de calor de subenfriamiento comprende al menos un conducto con aletas, cada conducto con aletas preferentemente orientado horizontalmente y preferentemente que comprende placas de aletas orientadas verticalmente.
- El intercambiador de calor de subenfriamiento comprende al menos un conducto de bobina.
- La ramificación de lubricación comprende una subramificación de derivación, que se extiende fuera del evaporador, que está conectada a la entrada de lubricación aguas arriba del intercambiador de calor de subenfriamiento para derivar un flujo de derivación del flujo de lubricación que circula a través de la ramificación de lubricación, y está conectada a la salida de lubricación aguas abajo del intercambiador de calor de subenfriamiento para alimentar el compresor con el flujo de derivación.
- Para conectarse a la parte de suministro, la entrada de lubricación está conectada a una parte inferior del condensador.
- El compresor es un compresor de tipo de desplazamiento positivo.
- El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde: el compresor es un compresor de tornillo que comprende dos rotores de tornillo de malla y cojinetes, los rotores de tornillo están soportados por los cojinetes; y la salida de lubricación está conectada al compresor para alimentar los cojinetes y los rotores de tornillo, para la lubricación de dichos cojinetes y rotores de tornillo.
[0014] La invención también se refiere a un uso de un aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye:
- circulación de circuito cerrado del flujo principal de refrigerante sucesivamente a través de la entrada del compresor, el compresor, la salida del compresor, la entrada del condensador, el condensador, la salida del condensador, la entrada de la válvula, la válvula de expansión, la salida de la válvula, la entrada del evaporador, el evaporador y la salida del evaporador;
- derivación del flujo de lubricación a partir del flujo principal de refrigerante que circula a través de la parte de suministro, por la entrada de lubricación,
- circulación del flujo de lubricación a través de la ramificación de lubricación, sucesivamente a través de la entrada de lubricación, el intercambiador de calor de subenfriamiento y la salida de lubricación,
- intercambio de calor entre el flujo principal de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura y el flujo de lubricación que circula a través de la ramificación de lubricación por medio del intercambiador de calor de subenfriamiento, de modo que el flujo de lubricación se enfría por el flujo principal de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura, y
- alimentación del compresor, por la salida de lubricación, con el flujo de lubricación que se enfrió en el intercambiador de calor de subenfriamiento, para la lubricación del compresor.
[0015] A continuación se explican realizaciones ejemplares según la invención y que incluyen características ventajosas adicionales de la invención, en referencia a los dibujos adjuntos, donde:
- la figura 1 es un dibujo sinóptico que muestra una primera realización de un aparato de refrigeración según la invención;
- la figura 2 es un dibujo sinóptico que muestra solo una parte del aparato de refrigeración de la figura 1;
- la figura 3 es un dibujo sinóptico similar a la figura 2, que muestra solo una parte de una segunda realización de un aparato de refrigeración según la invención;
- la figura 4 es un dibujo sinóptico similar a la figura 2, que muestra solo una parte de una tercera realización de un aparato de refrigeración según la invención.
[0016] La figura 1 muestra un aparato de refrigeración, que comprende un circuito principal 1 que forma un circuito cerrado para la circulación en bucle de un flujo principal 90 de refrigerante en el mismo. Durante la circulación del flujo principal 90 de refrigerante a través del circuito principal 1, el refrigerante soporta un ciclo termodinámico impartido por los componentes del circuito principal 1.
[0017] El refrigerante del aparato de refrigeración es un material fluido elegido para garantizar tanto las funciones del refrigerante como del lubricante. Preferentemente, el refrigerante utilizado en el aparato es una hidrofluoroolefina (HFO), por ejemplo, R 1234ze (1,3,3,3-tetrafluoroprop-1-eno).
[0018] El circuito principal 1 comprende un compresor 2, un condensador 4, una válvula de expansión 6 y un evaporador 8. El compresor 2 comprende una entrada del compresor 12 y una salida del compresor 13. El condensador 4 incluye una entrada del condensador 14, conectada a la salida del compresor 13, y una salida del condensador 15. La válvula de expansión 6 incluye una entrada de válvula 16, conectada a la salida de condensador 15 y una salida de válvula 17. El evaporador 8 incluye una entrada de evaporador 18, conectada a la salida de la válvula 17, y una salida del evaporador 19, conectada a la entrada del compresor 12.
[0019] Para obtener el ciclo termodinámico del refrigerante, el flujo principal 90 del refrigerante re mencionado anteriormente se hace circular a través del circuito principal 1 en un circuito cerrado, sucesivamente a través del compresor 2, la salida 13, la entrada 14, el condensador 14, la salida 15, la entrada 16, la válvula de expansión 6, la salida 17, la entrada 18, el evaporador 8, la salida 19, la entrada 12, y a través del compresor 2 nuevamente, y así sucesivamente. Para este propósito, el refrigerante es comprimido por el compresor 2. En las figuras, la dirección del flujo principal 90 se ilustra mediante flechas.
[0020] Preferentemente, la circulación del flujo principal 90 de refrigerante a través del circuito principal 1 solo se imparte por el trabajo del compresor 2. Sin embargo, si es necesario, se pueden implementar compresores o bombas adicionales. Más generalmente, dependiendo de la aplicación, el circuito principal 1 puede comprender componentes adicionales al compresor 2, el condensador 4, la válvula de expansión 6 y el evaporador 8, por ejemplo, una válvula de expansión adicional, o una ramificación adicional para derivar una parte del flujo principal 90 desde una parte del circuito principal a otra parte del circuito principal, o un intercambiador de calor adicional, que puede tener una función de economizador.
[0021] Preferentemente, en un estado estacionario, durante el funcionamiento a alta carga del aparato de refrigeración:
- en el compresor 2, el refrigerante está en un estado gaseoso, y se comprime de una presión baja a una presión alta, lo que eleva la temperatura del refrigerante de una temperatura baja a una temperatura alta;
- en la salida 13 y en la entrada 14, el refrigerante está en estado gaseoso, o en estado esencialmente gaseoso, se encuentra a alta temperatura y a alta presión;
- en el condensador 4, el refrigerante está en un estado difásico, incluyendo refrigerante gaseoso y líquido, y es condensado a un estado líquido por el condensador 4;
- en la salida 15 y en la entrada 16, el refrigerante está en un estado líquido, o en estado esencialmente líquido, se encuentra a alta presión, y puede encontrarse a alta temperatura o a una temperatura entre la temperatura alta y la temperatura baja;
- en la válvula de expansión 6, el refrigerante se lleva a baja presión, lo que reduce la temperatura del refrigerante a baja temperatura mientras se evapora el refrigerante al estado difásico;
- en la salida 17 y en la entrada 18, el refrigerante está en un estado difásico, donde una parte principal es líquida y una parte más pequeña es gaseosa, y el refrigerante está a baja temperatura y baja presión;
- en el evaporador 8, el refrigerante está en un estado difásico, incluyendo refrigerante gaseoso y líquido, y es evaporado a un estado gaseoso por el evaporador 8;
- en la salida 19 y en la entrada 12, el refrigerante está en un estado gaseoso, o en estado esencialmente gaseoso, a baja presión y a baja temperatura, o a una temperatura entre la temperatura baja y la temperatura alta.
[0022] Por ejemplo, la temperatura baja está aproximadamente entre 5-10 °C, la temperatura alta está aproximadamente entre 35-40 °C, la presión baja está aproximadamente entre 3-4 bar, y la presión alta está aproximadamente entre 6-10 bar.
[0023] Teniendo en cuenta lo anterior, el circuito principal 1 comprende una parte de alta presión, que comprende la salida del compresor 13, el condensador 4 y la entrada de la válvula 16, y una parte de baja presión, que comprende la salida de la válvula 17, el evaporador 8 y la entrada del compresor 12.
[0024] El circuito principal 1 comprende una llamada «parte de suministro», que cubre solo una parte de la parte de alta presión, donde el refrigerante está principalmente en estado líquido y alta presión, la parte de suministro preferentemente consiste en el condensador 4, la entrada de válvula 16 y cualquier parte del circuito principal 1 entre la salida de condensador 15 y la entrada de válvula 16, es decir, aguas abajo de la salida 15 y aguas arriba de la entrada 16. La parte de suministro constituye ventajosamente una parte del circuito 1 donde el refrigerante del flujo 90 está en el estado más adecuado para ser utilizado como lubricante.
[0025] El circuito principal 1 comprende una llamada «parte de baja temperatura», que cubre solo una parte de la parte de baja presión, donde el refrigerante está a, o principalmente a, la baja temperatura y la baja presión, la parte de baja temperatura preferentemente consiste en el evaporador 8, la entrada del compresor 12 y cualquier parte del circuito 1 entre la salida del evaporador 19 y la entrada del compresor 12, es decir, aguas abajo de la salida 19 y aguas arriba de la entrada 12. En la parte de baja temperatura, el refrigerante del flujo 90 se encuentra ventajosamente a su temperatura más fría.
[0026] Preferentemente, el compresor 2 es un compresor de tipo de desplazamiento positivo, también llamado compresor volumétrico, tal como compresor de pistón, compresor de espiral, compresor de raíces o compresor de tornillo. Más preferentemente, el compresor 2 es un compresor de tornillo, que comprende dos rotores de tornillo de malla paralelos, para impartir compresión al refrigerante. Los rotores de tornillo están soportados en rotación con respecto a un marco del compresor 2 por al menos cuatro cojinetes del compresor 2, cada uno de los rotores de tornillo está soportado individualmente por dos de los cuatro cojinetes. El compresor 2 está equipado con un motor, que acciona uno de los rotores de tornillo en rotación, el segundo rotor de tornillo también se acciona en rotación al engranar con el primer rotor de tornillo.
[0027] El compresor 2 está configurado para ser lubricado por el refrigerante, y no por un lubricante separado. Por lo tanto, al compresor 2 se lo puede calificar como «compresor libre de aceite». Preferentemente, todo el aparato de refrigeración está libre de aceite.
[0028] Preferentemente, el condensador 4 comprende o constituye un intercambiador de calor, capaz de intercambiar calor entre el refrigerante del circuito principal 1 y agua, aire ambiente o cualquier otro medio adecuado capaz de absorber calor del flujo principal 90 de refrigerante que circula a través del condensador 4.
[0029] Preferentemente, el evaporador 8 comprende o constituye un intercambiador de calor, capaz de intercambiar calor entre el refrigerante del circuito principal 1 y una carga térmica a ser enfriada por el refrigerante. La carga térmica puede comprender agua o cualquier otro sustrato que se enfríe mediante el aparato de refrigeración.
[0030] El aparato de refrigeración comprende una ramificación de lubricación 20 distinta del circuito principal 1, y conectada al circuito principal 1. La ramificación de lubricación 20 es un pasaje para un flujo 91 de refrigerante que se origina desde el flujo principal 90 de refrigerante del circuito principal 1. El flujo 91 se designa como «flujo de lubricación». El flujo de lubricación 91 es un flujo de refrigerante, formado por una porción del flujo principal 90.
[0031] La ramificación 20 comprende una entrada 21, designada como «entrada de lubricación» y una salida 22, designada como «salida de lubricación». La entrada 21 está conectada al circuito principal 1 en una parte inferior 29 del condensador 4, que pertenece a la parte de suministro del circuito principal 1. Alternativamente, la entrada 21 podría conectarse, por ejemplo, entre el condensador 4 y la válvula de expansión 6, preferentemente en la salida del condensador 15. Alternativamente, para la conexión de la entrada 21, se puede elegir cualquier porción de la parte de suministro del circuito principal 1, ya que, en la parte de suministro del circuito principal 1, al menos una parte del refrigerante está en fase líquida.
[0032] Preferentemente, la entrada 21 deriva el flujo 91 del flujo principal 90 de refrigerante que ya ha circulado a través de la entrada del condensador 14, que ya ha intercambiado calor con el agua ambiente, aire ambiente o medio similar a través del condensador 4, y que aún no ha circulado a través de la salida del condensador 15. Más preferentemente, la entrada 21 deriva el flujo 91 en la parte inferior 29 del condensador 4 donde el refrigerante en estado líquido del flujo 90 se recibe por gravedad.
[0033] En una alternativa preferida, la entrada 21 deriva el flujo 91 del flujo principal 90 que circula a través de la salida del condensador 15, donde existe una buena probabilidad de que la mayor parte o la totalidad del refrigerante del flujo 90 se encuentre en forma líquida.
[0034] Alternativamente, se pueden proporcionar varias entradas de lubricación 21 para derivar refrigerante del flujo principal 90 en múltiples ubicaciones de la parte de suministro.
[0035] El flujo 91 se introduce en la ramificación 20 por la entrada 21. La salida 22 está conectada al compresor 2, para alimentar el compresor 2 con el flujo 91, para la lubricación de dicho compresor 2 por medio del flujo 91. La salida 22 está conectada a las entradas del compresor 2 que difieren de la entrada 12, para alimentar las partes mecánicas del compresor 2 que requieren lubricación. Preferentemente, la salida 22 está conectada a las entradas del compresor 2 que alimentan los cojinetes y/o las cavidades de compresión formadas por los rotores de tornillo, de modo que sean lubricados por el refrigerante líquido alimentado por la ramificación 20.
[0036] Opcionalmente, la ramificación 20 comprende una o más válvulas 23, tales como válvulas solenoides y/o válvulas de mariposa, para ajustar el caudal del flujo 91 admitido dentro de la ramificación 20 e introducido en el compresor 2.
[0037] Como se explicó anteriormente, durante el funcionamiento de alta carga del aparato, el flujo 91 de refrigerante derivado en la entrada 21 es generalmente líquido. Sin embargo, durante un funcionamiento de carga más baja del aparato, el refrigerante del flujo 91 puede ser difásico en la entrada 21. Para asegurar que, cuando se llega al compresor 2, el refrigerante del flujo 91 esté en forma líquida, o esté en forma difásica con suficiente porción de refrigerante líquido, la ramificación 20 comprende un intercambiador de calor de subenfriamiento 31, para enfriar el refrigerante del flujo 91 aguas arriba de la salida de lubricación 22.
[0038] Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, el intercambiador de calor de subenfriamiento 31 se coloca completamente dentro del evaporador 8, en particular dentro de la salida del evaporador 19. Durante el funcionamiento, el intercambiador de calor 31 está rodeado por el refrigerante del flujo principal 90 que circula a través del evaporador 8. Por lo tanto, el intercambiador de calor 31 está configurado para permitir o promover un intercambio de calor entre el flujo de lubricación 91 y el flujo principal 90 de refrigerante, de modo que el refrigerante del flujo de lubricación 91 se subenfría mediante intercambio de calor con el flujo principal 90 que circula a través del evaporador 8. El flujo de lubricación 91 y el flujo principal 90 del evaporador 8 no se ponen en contacto ni se mezclan entre sí. En cambio, se hacen circular cerca uno del otro con separación por una delgada pared conductora del calor del intercambiador de calor 31, lo que promueve el intercambio de calor entre ellos. Por lo tanto, dentro del intercambiador 31, el flujo de lubricación 91 se enfría por el flujo principal 90 y el flujo principal 90 se calienta por el flujo de lubricación 91.
[0039] Dado que el refrigerante del flujo de lubricación 91 se enfría en el intercambiador de calor de subenfriamiento 31, el dispositivo asegura que el refrigerante del flujo de lubricación 91 esté en un estado líquido, o tenga una alta proporción de refrigerante líquido, al ingresar al compresor 2 en la salida 22. Incluso cuando el aparato funciona a baja carga, es decir, bajo caudal del caudal principal 90, se garantiza la lubricación adecuada del compresor 2.
[0040] Preferentemente, como se muestra en la figura 2, el evaporador 8 es un intercambiador de calor inundado. Como se muestra en la figura 2, el evaporador 8 comprende ventajosamente un tanque 61, aquí designado como «tanque evaporador», que recibe el refrigerante del flujo principal 90 del circuito principal 1. El evaporador 8 también comprende pasos de intercambio de calor, que cruzan a través del tanque 61 para rodearse con el refrigerante del circuito principal 1 recibido dentro del tanque 61. Estos pasos de intercambio de calor no se muestran en las figuras. Preferentemente, estos pasos de intercambio de calor son conductos, de modo que el evaporador 8 es un intercambiador de calor de tubo inundado. El agua o cualquier otra carga térmica puede circular a través de estos pasos para ser enfriada por el refrigerante contenido en el tanque 61.
[0041] Preferentemente, el tanque 61 es de forma generalmente cilíndrica, como es el caso en la figura 2.
[0042] El fondo del tanque 61 está conectado a la entrada de evaporador 18. Por lo tanto, el flujo principal 90 de refrigerante procedente de la válvula de expansión 6 se admite en el evaporador 8 en la parte inferior del tanque 61.
[0043] El evaporador 8 comprende un conducto de salida 66, conectado en la parte superior del tanque 61. En la realización ilustrada, el conducto 66 se forma, es decir, constituye la salida del evaporador 19. El conducto 66 comprende una pared periférica 67 preferentemente con forma de un conducto vertical para guiar el flujo principal 90 hacia arriba. El extremo inferior del conducto 66, en particular de la pared periférica 67, está conectado a la parte superior del tanque 61. Por lo tanto, el refrigerante recibido dentro del tanque 61 se descarga a través del conducto 66 para llegar al compresor 2 en la entrada 12. El conducto 66 se puede designar como «conducto de succión».
[0044] Como se muestra en la figura 2, el intercambiador de calor 31 está montado ventajosamente dentro del conducto 66, preferentemente en un extremo inferior de dicho conducto 66, dentro de la pared periférica 67.
[0045] Opcionalmente, el evaporador 8 puede comprender un deflector 69, colocado en el tanque evaporador 61, debajo del conducto 66 y debajo del intercambiador de calor de subenfriamiento 31. El deflector 69 es una placa desviadora, por ejemplo con forma de techo invertido, para evitar la admisión accidental de gotas de refrigerante líquido en el conducto 66. Dichas gotas pueden proyectarse accidentalmente hacia arriba debido al procedimiento de evaporación, que puede incluir ebullición, o alta velocidad de flujo, del flujo 90 que circula a través del tanque 61.
[0046] Como se muestra en la figura 2, el intercambiador de calor 31 puede estar contenido en su totalidad en el conducto 66. Alternativamente, el intercambiador de calor 31 se puede posicionar parcial o completamente en la mitad superior del tanque 61. Preferentemente, el intercambiador de calor se coloca completamente sobre el deflector 69.
[0047] En el tanque 61, el refrigerante se recibe en un estado difásico. Durante el funcionamiento, el refrigerante líquido se encuentra en la parte inferior del tanque 61, donde el refrigerante gaseoso evaporado se coloca en la parte superior del tanque 61. El nivel de líquido, que separa el refrigerante líquido del refrigerante gaseoso en el tanque 61, está ubicado entre la parte superior e inferior del tanque 61, cruzando el tanque 61 transversalmente.
[0048] Durante el funcionamiento, el refrigerante evaporado del flujo principal 90, recibido dentro del tanque 61, fluye hacia arriba en el conducto 66, donde dicho refrigerante fluye a lo largo o a través del intercambiador de calor 31. A continuación, el refrigerante llega a la entrada del compresor 12. Por lo tanto, el intercambiador de calor 31 está rodeado por refrigerante gaseoso, o esencialmente gaseoso, del flujo principal 90.
[0049] Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, la ramificación de lubricación 20 comprende preferentemente un conducto de entrada 24, que conecta la entrada de lubricación 21 al intercambiador de calor 31. El conducto de entrada 24 pasa a través de la pared periférica 67 del conducto 66 para llegar al interior del intercambiador de calor 31. Por lo tanto, la pared 67 se designa como «pared de conexión» del intercambiador de calor 31. La ramificación 20 también comprende un conducto de salida 25, que conecta el intercambiador 31 a la salida 22. El conducto de salida 25 también pasa a través de la pared periférica 67, preferentemente en un lado diametralmente opuesto al conducto 24, para llegar al intercambiador 31 alojado dentro del conducto 66.
[0050] Durante el funcionamiento, las gotas de refrigerante no vaporizado contenidas en el flujo principal 90 que pasan a través del conducto 66 pueden evaporarse o detenerse ventajosamente por el intercambiador 31, ya que el flujo de lubricación 91 del refrigerante contenido en el intercambiador 31 se encuentra a una temperatura más alta que el flujo principal 90 del refrigerante en el conducto. En consecuencia, se reduce la necesidad del deflector 69, lo que puede permitir diseñar un evaporador con caída de presión reducida.
[0051] Más generalmente, en lugar de ser recibido dentro del conducto de salida 66, el intercambiador de calor de subenfriamiento 31 puede colocarse en cualquier lugar donde pueda permitir un cambio de calor entre el flujo de lubricación 91 que circula a través de la ramificación de lubricación 20 antes de que dicho flujo alcance la salida 22, y entre el flujo principal 90 que circula a través de la parte de baja temperatura del circuito principal 1. Por ejemplo, el intercambiador de calor 31 puede colocarse dentro del tanque 61 o en la entrada del compresor 12. El intercambio de calor 31 puede ser externo desde el tanque 61, la salida 19 y la entrada 12, y puede, por ejemplo, rodear el conducto de salida 66.
[0052] Alternativamente, se pueden proporcionar varios intercambiadores de calor de lubricación 31, para intercambiar calor entre los flujos 90 y 91 en múltiples ubicaciones de la parte de baja temperatura del circuito 1.
[0053] La realización de la figura 3 se refiere a un aparato de refrigeración idéntico al aparato de la realización de las figuras 1 y 2, aunque la ramificación 20, el intercambiador de calor 31 y el conducto 66 están modificadas.
[0054] En la realización de la figura 3, el conducto 66 comprende un extremo superior en el extremo de la pared periférica 67. Una parte adicional del conducto 66 se conecta radialmente a la pared periférica. El conducto 66 comprende una abertura superior 71 para acceder dentro de dicho conducto 66 desde el exterior, para fines de mantenimiento o similares. El evaporador 8 comprende una tapa extraíble 72, que se fija de forma extraíble a la abertura 71 para cerrar herméticamente la abertura 71. La tapa 72 se puede retirar para acceder al interior del conducto 66 a través de la abertura 71.
[0055] Opcionalmente, como se ilustra en la figura 3, el conducto de entrada 24 y el conducto de salida 25 de la ramificación 20 pasan a través de la tapa extraíble 72. Por lo tanto, en este caso, la tapa 72 constituye la pared de conexión del conducto 66. Preferentemente, la parte respectiva de los conductos 24 y 25 que está dentro del conducto se extiende paralela al conducto 66, es decir, verticalmente. Preferentemente, estas partes respectivas de los conductos 24 y 25 se extienden a lo largo de la pared 67, en ubicaciones diametralmente opuestas, como se muestra en la figura 3.
[0056] En una realización preferida, el intercambiador de calor 31 se suspende, o al menos se fija, a la tapa 72 por medio de los conductos 24 y 25, de modo que cuando se retira la tapa 72, el intercambiador de calor 31 permanece unido a la tapa 72. Por lo tanto, el mantenimiento del intercambiador 31 se hace más fácil ya que la extracción de la tapa 72 y el intercambiador 31 del conducto 66 se obtiene en una sola etapa.
[0057] Preferentemente, para que el intercambiador de calor 31 se inserte o retire a través de la abertura 71, el intercambiador de calor 31 es de tamaño más pequeño que la abertura 71, o al menos de forma correspondiente. Esto se puede implementar incluso si el intercambiador de calor 31 no está unido a la tapa 72 como se explicó anteriormente. Insertar y retirar el intercambiador de calor 31 a través de la abertura superior 71 puede ser conveniente ya que el mantenimiento del intercambiador de calor 31 no requiere desmontar todo el evaporador 8.
[0058] Como se muestra en la figura 3, el intercambiador de calor 31 comprende varios conductos con aletas 32, cada conducto con aletas conecta el conducto 24 al conducto 25. Por lo tanto, cada conducto con aletas 32 deriva un flujo respectivo de refrigerante, que es una parte del flujo de lubricación 91 descargado por el conducto 24, y descarga dicho flujo respectivo en el conducto 25. Para este propósito, los conductos con aletas 32 están conectados al conducto 24 por medio de un colector de entrada y al conducto 25 por medio de un colector de salida, posicionado diametralmente opuesto al conducto 66. Cada conducto con aletas 32 promueve el intercambio de calor entre el refrigerante que circula a través del conducto con aletas 32 y el refrigerante que circula a través del conducto 66, alrededor de dicho conducto con aletas 32. Cada conducto con aletas 32 preferentemente se extiende transversalmente, es decir, horizontalmente, dentro del conducto, de un lado de la pared 67 al otro. Los conductos con aletas 32 son ventajosamente paralelos entre sí. El conducto con aletas 32 comprende varias placas de aletas 33. Por ejemplo, cada placa de aleta 33 está formada por una lámina tubular que une los conductos 32 entre sí. Las placas de aletas 33 están preferentemente orientadas paralelas al conducto 66, es decir, paralelas a un plano vertical, y perpendiculares a los conductos 32. Preferentemente, las placas de aleta 33 se separan regularmente a lo largo del conducto en cuestión 32.
[0059] Los conductos con aletas 32 y las placas de aletas 33 aumentan la vaporización de cualquier gota sobrante que pueda estar contenida en el lubricante del flujo principal 90 descargado a través del conducto 66, actuando tanto como un filtro como como un radiador.
[0060] Opcionalmente, como se muestra en la figura 3, la ramificación de lubricación 20 comprende una subramificación de derivación 110, que se extiende completamente fuera del evaporador 8. La subramificación 110 conecta la entrada 21 a la salida 22, fuera del evaporador 8. Por lo tanto, un flujo 99, designado como «flujo de derivación», se deriva del flujo de lubricación 91 a través de la subramificación 110, sin pasar a través del intercambiador 31. En otras palabras, el flujo de derivación 99 circula desde el condensador 4 hacia el compresor 2, sin pasar a través de la válvula 6, el evaporador 8 o el intercambiador 31. Por lo tanto, el intercambiador de calor 31 se desvía por la subramificación 110. Más precisamente, la subramificación 110 está conectada a la entrada 21, aguas arriba del intercambiador de calor 31 y a la salida 22, aguas abajo del intercambiador de calor 31. La ramificación 110 puede estar equipada con una válvula 111 o una válvula de mariposa para interrumpir la circulación de la subpoción 99, o para ajustar el caudal del flujo de derivación 99 que circula a través de la ramificación 110.
[0061] La realización de la figura 4 se refiere a un aparato de refrigeración idéntico al aparato de la realización de la figura 3, aunque el intercambiador de calor 31 está modificado.
[0062] En la realización de la figura 4, el intercambiador de calor 31 comprende un par de conductos rectos verticales 132, que se extienden dentro del conducto 66, a lo largo de la pared 67. Cada conducto recto se extiende a lo largo del conducto 66, es decir, desde el extremo superior hasta el extremo inferior de dicho conducto 66. Los conductos rectos 132 están conectados respectivamente al conducto de entrada 24 y al conducto de salida 25. El intercambiador de calor 31 comprende además un conducto en forma de U 133, colocado en el extremo inferior del conducto 66 o en la parte superior del tanque 61, sobre el deflector 69, y que conecta los conductos 132 entre sí. Por lo tanto, el flujo de lubricación 91 circula desde el conducto de entrada 24, hacia abajo a través del primer conducto recto 132, a través del conducto en forma de U 133, hacia arriba a través del segundo conducto recto 132, hasta el conducto de salida 25. La forma de U simple de este intercambiador de calor 31 permite una fabricación más fácil y menos expansiva del mismo.
[0063] Los dos conductos rectos 132 y el conducto en forma de U 133 juntos constituyen un montaje de intercambio de calor. En el ejemplo de la figura 4, el intercambiador de calor 31 comprende solo un montaje de intercambio de calor. Alternativamente, el intercambiador de calor 31 puede comprender varios montajes de cambio de calor montados en paralelo dentro del conducto 66 y sobre el deflector 69, todos los montajes de intercambio de calor están conectados al conducto 24 por medio de un colector de entrada, y al conducto 25 por medio de un colector de salida.
[0064] En una realización no mostrada, el intercambiador de calor de subenfriamiento comprende un conducto de bobina, o varios conductos de bobina, cada conducto de bobina se coloca dentro del conducto 66. Cada conducto de bobina conecta el conducto 24 al conducto 25.
[0065] En una realización alternativa no mostrada, el intercambiador de calor de subenfriamiento comprende un intercambiador de calor de aleta de placa, para el cual las aletas son preferentemente paralelas al conducto 66.
[0066] Cada característica descrita para una realización descrita anteriormente puede implementarse en cualquier otra realización descrita anteriormente, siempre y cuando sea técnicamente factible.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. - Un aparato de refrigeración, que comprende un circuito principal (1), que incluye:
- un compresor (2), que incluye una entrada del compresor (12) y una salida del compresor (13), - un condensador (4), que incluye una entrada del condensador (14), conectada a la salida del compresor (13), y una salida del condensador (15),
- una válvula de expansión (6), que incluye una entrada de válvula (16), conectada a la salida del condensador (15) y una salida de válvula (17), y
- un evaporador (8), que incluye una entrada de evaporador (18), conectada a la salida de válvula (17), y una salida de evaporador (19), conectada a la entrada de compresor (12),
donde el circuito principal (1) está configurado para una circulación en bucle de un flujo principal (90) de refrigerante, sucesivamente a través del compresor (2), el condensador (4), la válvula de expansión (6) y el evaporador (8), donde el aparato de refrigeración comprende además una ramificación de lubricación (20), que comprende:
- una entrada de lubricación (21), conectada a una parte de suministro (4, 16) del circuito principal (1), la parte de suministro (4, 16) consiste en el condensador (4), la entrada de la válvula (16) y cualquier parte del circuito principal (1) entre la salida del condensador (15) y la entrada de la válvula (16), la entrada de lubricación (21) está configurada para derivar un flujo de lubricación (91) del flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de suministro (4, 16); y
- una salida de lubricación (22), conectada al compresor (2) para alimentar el compresor (2) con el flujo de lubricación (91), para la lubricación de dicho compresor (2) con el refrigerante del flujo de lubricación (91), donde el circuito principal (1) comprende una parte de baja temperatura (8, 12), que consiste en el evaporador (8), la entrada del compresor (12), y cualquier parte del circuito principal (1) entre la salida del evaporador (19) y la entrada del compresor (12),
caracterizado porque la ramificación de lubricación (20) comprende además un intercambiador de calor de subenfriamiento (31), que está configurado para permitir un intercambio de calor entre el flujo de lubricación (91) que circula a través de la ramificación de lubricación (20) y el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura (8, 12), de modo que el flujo de lubricación (91) puede ser enfriado por el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura (8, 12), dentro del intercambiador de calor de subenfriamiento (31).
2. - El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, donde el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) está configurado para permitir un intercambio de calor entre el flujo de lubricación (91) que circula a través de la ramificación de lubricación (20) y el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la salida del evaporador (19).
3. - El aparato de refrigeración según la reivindicación 2, donde el evaporador (8) comprende:
- un tanque evaporador (61), conectado a la entrada de evaporador (18) de modo que el flujo principal (90) de refrigerante se admita dentro del tanque evaporador (61); y
- un conducto de salida (66), que forma la salida del evaporador (19) y se conecta en la parte superior del tanque evaporador (61);
donde el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) está montado dentro del conducto de salida (66) de modo que el flujo principal (90) de refrigerante del evaporador (8) puede fluir a lo largo del intercambiador de calor de subenfriamiento (31) cuando dicho flujo principal (90) de refrigerante se descarga a través de la salida del evaporador (19); y
donde la ramificación de lubricación (20) comprende:
- un conducto de entrada (24), que conecta la entrada de lubricación (21) al intercambiador de calor de subenfriamiento (31) y se extiende a través de una pared de conexión (67; 72) del conducto de salida (66), y - un conducto de salida (25), que conecta el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) a la salida de lubricación (22) y se extiende a través de la pared de conexión (67; 72) del conducto de salida (66).
4. - El aparato de refrigeración según la reivindicación 3, donde la pared de conexión (67; 72) está formada por una pared periférica (67) del conducto de salida (66).
5. -El aparato de refrigeración según la reivindicación 3, donde el conducto de salida (66) comprende una abertura superior (71) y una tapa extraíble (72) que cierra la abertura superior, donde la tapa extraíble (72) comprende la pared de conexión (67; 72) a través de la cual se extienden el conducto de entrada (24) y el conducto de salida (25).
6. - El aparato de refrigeración según la reivindicación 5, donde el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) es más pequeño que la abertura superior (71).
7. - El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, donde el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) comprende al menos un conducto recto vertical (132) que se extiende paralelo al 5 conducto de salida (66), a lo largo del conducto de salida (66).
8. - El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) comprende al menos un conducto con aletas (32), donde cada conducto con aletas (32) preferentemente está orientado horizontalmente y preferentemente comprende placas de 10 aletas (33) orientadas verticalmente.
9. - El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) comprende al menos un conducto de bobina.
15 10. - El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la ramificación de lubricación (20) comprende una subramificación de derivación (110), que se extiende fuera del evaporador (8), estando conectada a la entrada de lubricación (21) aguas arriba del intercambiador de calor de subenfriamiento (31) para derivar un flujo de derivación (99) del flujo de lubricación (91) que circula a través de la ramificación de lubricación (20), y estando conectada a la salida de lubricación (22) corriente abajo del intercambiador de calor de subenfriamiento 20 (31) para alimentar el compresor (2) con el flujo de derivación (99).
11. - El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde, para conectarse a la parte de suministro (4, 16), la entrada de lubricación (21) está conectada a una parte inferior (29) del condensador (4).
25
12. - El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el compresor (2) es un compresor de tipo de desplazamiento positivo.
13. El aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde;
30
- el compresor (2) es un compresor de tornillo que comprende dos rotores de tornillo de malla y cojinetes, los rotores de tornillo están soportados por los cojinetes, y
- la salida de lubricación (22) está conectada al compresor (2) para alimentar los cojinetes y los rotores de tornillo, para la lubricación de dichos cojinetes y rotores de tornillo.
35
14. - Un uso de un aparato de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye: - circulación de circuito cerrado del flujo principal (90) de refrigerante sucesivamente a través de la entrada del compresor (12), el compresor (2), la salida del compresor (13), la entrada del condensador (14), el condensador (4), 40 la salida del condensador (15), la entrada de la válvula (16), la válvula de expansión (6), la salida de la válvula (17), la entrada del evaporador (18), el evaporador (8) y la salida del evaporador (19);
- derivación del flujo de lubricación (91) del flujo principal (90) del refrigerante que circula a través de la parte de suministro (4, 16), por la entrada de lubricación (21),
- circulación del flujo de lubricación (91) a través de la ramificación de lubricación (20), sucesivamente a través de la 45 entrada de lubricación (21), el intercambiador de calor de subenfriamiento (31) y la salida de lubricación (22),
- intercambio de calor entre el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura (8, 12) y el flujo de lubricación (91) que circula a través de la ramificación de lubricación (20) por medio del intercambiador de calor de subenfriamiento (31), de modo que el flujo de lubricación (91) se enfría por el flujo principal (90) de refrigerante que circula a través de la parte de baja temperatura (8, 12) y
50 - alimentación del compresor (2), por la salida de lubricación (22), con el flujo de lubricación (91) que se enfrió en el intercambiador de calor de subenfriamiento (31), para la lubricación del compresor (2).
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