ES2929525T3 - Enfriador enfriado por aire y agua para aplicaciones de enfriamiento libre - Google Patents

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Abstract

Un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración incluye un circuito refrigerante que tiene un compresor, un primer condensador y un segundo condensador dispuestos en paralelo o en serie con el primer condensador. Una primera válvula de expansión está en comunicación fluida con el primer condensador para dirigir selectivamente un flujo de refrigerante a través del primer condensador, y una segunda válvula de expansión está en comunicación fluida con el segundo condensador para dirigir selectivamente el flujo refrigerante a través del segundo compresor. Un evaporador está configurado para extraer energía térmica de un flujo de fluido a través del evaporador a través del flujo de refrigerante a través del evaporador. Un circuito de flujo de fluido incluye un enfriador de líquido en comunicación de fluido seleccionable con el segundo condensador y/o el evaporador y el evaporador, a través del cual se dirige el flujo de fluido para el intercambio de energía térmica con el flujo de refrigerante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Enfriador enfriado por aire y agua para aplicaciones de enfriamiento libre
Antecedentes
El tema divulgado en este documento se refiere a sistemas de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVACR). Más específicamente, la divulgación en cuestión se refiere a sistemas de enfriamiento utilizados para aire acondicionado y/o refrigeración. El documento US 2005/039878 A1 divulga un sistema de refrigeración de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Los enfriadores utilizan una fuente de enfriamiento, tal como un refrigerante, para enfriar un fluido de transferencia de calor en un evaporador. Luego, el fluido de transferencia de calor se hace circular a un espacio para ser enfriado o refrigerado, donde el aire del mismo se enfría a través del intercambio de energía térmica con el fluido de transferencia de calor. Además, el enfriador a menudo puede operar en más de un modo, uno de los cuales se denomina "enfriamiento libre". En el enfriamiento libre, el enfriamiento se logra aprovechando las bajas temperaturas externas para enfriar el fluido de transferencia de calor. En los sistemas típicos, el enfriamiento libre se logra mediante la adición de componentes adicionales, tales como enfriadores de líquidos secos o torres de enfriamiento.
La utilización de estos componentes adicionales montados por separado o directamente en el enfriador, junto con los componentes auxiliares necesarios tales como válvulas y bombas, presenta numerosos problemas. Entre ellos se incluyen el coste inicial de dichos componentes, la pérdida de eficiencia general del sistema y el aumento de la complejidad debido a la inclusión de componentes adicionales. Además, dichos componentes adicionales, especialmente las torres de enfriamiento, pueden ocupar una gran cantidad de espacio. Además, Los sistemas actuales están limitados porque el enfriamiento combinado utiliza tanto el enfriamiento libre como el enfriamiento tradicional simultáneamente.
Resumen
En una realización, un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración incluye un circuito refrigerante que tiene un compresor, un primer condensador y un segundo condensador dispuestos en paralelo con el primer condensador. Una primera válvula de expansión está en comunicación fluida con el primer condensador para dirigir selectivamente un flujo refrigerante a través del primer condensador, y una segunda válvula de expansión está en comunicación fluida con el segundo condensador para dirigir selectivamente el flujo refrigerante a través del segundo condensador. Un evaporador está configurado para extraer energía térmica de un flujo de fluido a través del evaporador a través del flujo refrigerante a través del evaporador. Un circuito de flujo de fluido incluye un enfriador de líquido en comunicación de fluido seleccionable con el segundo condensador y/o el evaporador y el evaporador, a través del cual se dirige el flujo de fluido para el intercambio de energía térmica con el flujo refrigerante. El flujo refrigerante se dirige tanto desde el primer condensador como desde el segundo condensador a través del evaporador.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, una bomba de salida está configurada para impulsar el flujo de fluido a lo largo del circuito de flujo de fluido.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, una válvula de entrada está configurada para dirigir de forma selectiva el flujo de fluido hacia el enfriador de líquido y/o hacia el evaporador.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, una válvula del enfriador de líquido dirige de forma selectiva el flujo de fluido desde el enfriador de líquido hacia el segundo condensador y/o hacia el evaporador.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, el circuito de flujo de fluido incluye una primera porción de circuito de fluido definida como un bucle cerrado que incluye el segundo condensador y el enfriador de líquido y excluye el evaporador, la primera porción del circuito de fluido hace circular un primer flujo de fluido a través de esta, y una segunda porción del circuito de fluido incluye el evaporador y hace circular un segundo flujo de fluido a través de esta.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, la primera porción del circuito de fluido incluye una bomba de fluido para hacer circular el primer flujo de fluido a través de esta.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, el evaporador está en comunicación fluida con una ubicación de enfriamiento para proporcionar el flujo de fluido a la ubicación de enfriamiento para el acondicionamiento de la ubicación de enfriamiento.
En otra realización, un método para operar un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración incluye impulsar un flujo refrigerante a través de un compresor, hacer fluir el flujo refrigerante a través de un primer condensador y un segundo condensador en una disposición paralela de manera fluida con el primer condensador. El flujo refrigerante se dirige tanto desde el primer condensador como desde el segundo condensador a través de un evaporador, y el primer flujo de fluido se dirige a través del evaporador. Un segundo flujo de fluido circula a través de un enfriador de líquido y a través del segundo condensador. El flujo refrigerante se enfría en el primer condensador, el flujo refrigerante se enfría en el segundo condensador a través del intercambio de energía térmica con el segundo flujo de fluido, y el primer flujo de fluido se enfría en el enfriador en el evaporador a través de un intercambio de energía térmica entre el flujo de refrigerante y el primer flujo de fluido.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, un segundo flujo de fluido circula a través de un enfriador de líquido y a través del segundo condensador a través de una bomba de fluido.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, el flujo refrigerante se enfría en el primer condensador a través de un flujo de aire a través del primer condensador.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones se detiene el segundo flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del segundo condensador, se detiene el flujo refrigerante a través del segundo condensador, y el primer flujo de fluido se dirige a través del enfriador de líquido y a través del evaporador en serie.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, el flujo de refrigerante a través del segundo condensador se detiene cerrando una válvula de expansión del segundo condensador.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones se detiene el segundo flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del segundo condensador, se detiene el flujo refrigerante a través del primer condensador, se detiene el flujo refrigerante a través del segundo condensador, y el primer flujo de fluido se dirige a través del enfriador de líquido y a través del evaporador en serie.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, el flujo de refrigerante a través del primer condensador y a través del segundo condensador se detiene al detener la operación del compresor.
Adicional o alternativamente, en esta u otras realizaciones, el flujo de fluido del evaporador se dirige a una ubicación de enfriamiento, y la ubicación de enfriamiento se acondiciona haciendo fluir el flujo de fluido a través de un intercambiador de calor en la ubicación de enfriamiento.
Estas y otras ventajas y características se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción tomada junto con los dibujos.
Breve descripción de los dibujos
El objeto se señala en particular y se reivindica claramente al final de la memoria descriptiva. Lo anterior y otras características y ventajas de la presente divulgación son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una vista esquemática de una realización de un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración (HVACR) en un primer modo de operación;
La figura 2 es una vista esquemática de una realización de un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración (HVACR) en un segundo modo de operación; y
La figura 3 es una vista esquemática de una realización de un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración (HVACR) en un tercer modo de operación.
Descripción detallada
La figura 1 ilustra una realización de un sistema 10 de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVACR). El sistema 10 HVACR es un enfriador integrado enfriado por agua y aire con enfriador seco en el mismo circuito o en diferentes circuitos, con uno o varios evaporadores, que incluye tanto un enfriador 12 enfriado por aire como un enfriador 14 enfriado por fluido asociado a un enfriador 26 seco para evacuar la energía fuera del sistema. El enfriador 12 enfriado por aire incluye un compresor 16 de refrigerante, un primer condensador 18, un primer dispositivo 20 de expansión y un evaporador 22 dispuestos en comunicación en serie alrededor de un circuito 24 de refrigerante, a través del cual circula un flujo de refrigerante en un ciclo de compresión de vapor. El enfriador 14 enfriado por fluido incluye una fuente de enfriamiento, tal como el enfriador 26 de líquido seco conectado a un segundo condensador 28 y al evaporador 22 a través de un circuito 30 de fluido. El circuito 30 de fluido incluye además una bomba 38 de condensador para impulsar de manera selectiva el flujo de fluido a través del segundo condensador 28. Además, el flujo de fluido se impulsa a través del circuito 30 de fluido a través de una bomba 36 de fluido, que controla el flujo de fluido hacia y a partir de una ubicación 40 de enfriamiento, tal como una habitación u otro espacio. Aunque el agua es un ejemplo de fluido que circula a través del circuito 30 de fluido, un experto en la técnica apreciará fácilmente que se pueden utilizar otros fluidos, tales como salmuera o glicol.
Además, el circuito 24 refrigerante incluye una rama 32 del circuito refrigerante que se extiende a través del segundo condensador 28 para conectar el primer condensador 18 y el segundo condensador 28 en una disposición fluida paralela. La rama 32 del circuito refrigerante incluye un segundo dispositivo 34 de expansión para controlar el flujo de refrigerante a través del segundo condensador 28. La válvula, por ejemplo, se utiliza una válvula 42 de entrada para dirigir de manera selectiva el flujo de fluido desde la ubicación 40 de enfriamiento al enfriador 26 de líquido y/o al evaporador 22. De manera similar, se utiliza una válvula 44 del enfriador de líquido para dirigir de forma selectiva el flujo de fluido desde el enfriador 26 de líquido al segundo condensador 28 y/o al evaporador 22. La válvula 42 de entrada y la válvula 44 del enfriador de líquido mostradas en la figura 1 son válvulas de tres vías, pero un experto en la técnica apreciará fácilmente que se pueden utilizar otras disposiciones de válvulas, tales como un par de válvulas de dos vías, para dirigir de forma selectiva el flujo de fluido.
Ahora se describirán tres modos de operación del sistema 10 HVACR con referencia a la figura 1-3. En primer lugar, ilustrado en la figura 1 es la operación del sistema 10 HVACR en modo de enfriamiento mecánico. En el modo de enfriamiento mecánico, tanto el primer condensador 18 como el segundo condensador 28 y el enfriador 26 de líquido se utilizan para proporcionar enfriamiento al sistema 10 HVAC&R. En este modo de operación, la válvula 42 de entrada y la válvula 44 del enfriador de líquido están configuradas para dirigir un primer flujo de fluido 46 desde la ubicación 40 de enfriamiento, a través del evaporador 22 y de regreso a la ubicación 40 de enfriamiento a través de una bomba 48 de salida. Además, la válvula 42 de entrada y la válvula 44 del enfriador de líquido están configuradas para hacer circular un segundo flujo de fluido 50 entre el enfriador 26 de líquido y el segundo condensador 28, accionado por la bomba 38 de fluido.
Se hace operar el compresor 16 y se abren las válvulas 20 y 34 de expansión, de modo que el refrigerante fluye a través del primer condensador 18 y el segundo condensador 28 dispuestos en paralelo y a través del evaporador 22. El segundo flujo de fluido 50 (mostrado en la figura 1) se enfría en el enfriador 26 de líquido y enfría el refrigerante que fluye a través del segundo condensador 28 a través de un intercambio de energía térmica en el segundo condensador 28. El refrigerante se enfría en el primer condensador 18 mediante un flujo de aire 52 a través del primer condensador 18. En algunas realizaciones, el flujo de aire 52 es accionado por un ventilador de condensador (no mostrado). El refrigerante fluye tanto desde el primer condensador 18 como desde el segundo condensador 28 a través del evaporador, donde el primer flujo de fluido 46 se enfría mediante el intercambio de energía térmica con el refrigerante en el evaporador 22. Luego, el refrigerante fluye a través del compresor 16 y el primer flujo de fluido 46 se hace circular de regreso a la ubicación 40 de enfriamiento a través de la bomba 48 de salida. En la ubicación 40 de enfriamiento, el primer flujo de fluido 46 se utiliza para acondicionar la ubicación 40 de enfriamiento mediante, por ejemplo, un intercambiador 54 de calor, en la ubicación 40 de enfriamiento.
Con referencia ahora a la figura 2, un segundo modo de operación es el enfriamiento combinado, en el que se proporciona enfriamiento mecánico utilizando el primer condensador 18 y el enfriamiento libre se proporciona a través del enfriador 26 de líquido en serie con el evaporador 22. En el modo de enfriamiento combinado, la bomba 38 de fluido se detiene y la válvula 44 del enfriador de líquido se configura para desviar el segundo compresor 28. La válvula 42 de entrada está configurada para dirigir el primer flujo 46 de fluido hacia el enfriador 26 de líquido, a través del enfriador 26 de líquido y hacia el evaporador 22. El primer flujo de fluido 46 se enfría en el enfriador 26 de líquido y se enfría adicionalmente en el evaporador 22 por el refrigerante. El primer flujo de fluido 46 luego se dirige de regreso a la ubicación 40 de enfriamiento por la bomba 48 de salida. Mientras que en la realización que se muestra, el primer flujo de fluido 46 pasa a través del enfriador 26 de líquido antes de pasar por el evaporador 22, debe apreciarse que en algunas realizaciones, las posiciones de los componentes pueden cambiarse, o el flujo a través de los componentes puede cambiarse de modo que el primer flujo de fluido 46 pase a través del evaporador 22 y luego se enfríe adicionalmente al pasar a través del enfriador 26 de líquido.
Se hace operar el compresor 16 y se abre la válvula 20 de expansión, pero se cierra la válvula 34 de expansión, por lo que el refrigerante fluye a través del primer condensador 18 para enfriar, pero el refrigerante no fluye a través del segundo condensador 28 en este modo. El primer flujo de fluido 46 se enfría en el primer condensador 18 por intercambio de energía térmica entre el refrigerante y el primer flujo de fluido 46.
La figura 3 ilustra un tercer modo de operación del sistema 10 HVACR, modo de enfriamiento libre. En el modo de enfriamiento libre, el enfriamiento se logra utilizando solo el enfriador 26 de líquido como fuente de enfriamiento para el sistema 10 HVACR. En el modo de enfriamiento libre, el compresor 16 se detiene y tanto la primera válvula 20 de expansión como la segunda válvula 34 de expansión se cierran, de modo que se detiene el flujo refrigerante a través del primer condensador 18, el segundo condensador 28 y el evaporador 22. Además, la válvula 44 del enfriador seco se configura para desviar el segundo condensador 28 y la bomba 38 del enfriador seco se detiene, por lo que no hay flujo de fluido a través del segundo condensador 28. La válvula 42 de entrada está configurada para dirigir el primer flujo de fluido 46 hacia el enfriador 26 de líquido. La circulación del primer flujo de fluido 46 es accionada por la bomba 48 de salida, que impulsa el primer flujo de fluido 46 desde la ubicación 40 de enfriamiento, a través del enfriador 26 de líquido donde se enfría el primer flujo de fluido 46, a través del evaporador 22 y de regreso a la ubicación 40 de enfriamiento. Alternativamente, en otras realizaciones se pueden utilizar válvulas y/o tuberías adicionales de modo que el primer flujo de fluido 46 desvíe el evaporador 22.
El sistema 10 HVACR divulgado en este documento combina un enfriador 14 enfriado por agua con un enfriador 26 de líquido seco y un enfriador 12 enfriado por aire que permite la operación de enfriamiento mecánico, la operación de enfriamiento libre y operación de enfriamiento combinado en la misma huella que el enfriador 14 enfriado por agua y el enfriador 12 enfriado por aire separados, al disponer el primer condensador 18 y el segundo condensador 28 en una relación paralela fluida en el mismo circuito. La eficiencia y la capacidad del sistema 10 HVACR pueden ser más altas que las soluciones tradicionales de enfriamiento libre para el mismo espacio. Para la misma capacidad de enfriamiento general, se puede reducir el tamaño de las bobinas de refrigerante. Mientras se reducen las bobinas de refrigerante, también se reduce el coste y el espacio ocupado del sistema; y se puede mejorar la eficiencia del sistema. La presente invención no debe verse limitada por la descripción anterior, sino que sólo está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (10) de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración comprende:
un circuito (12) refrigerante que incluye:
un compresor (16);
un primer condensador (18);
un segundo condensador (28) dispuesto en paralelo al primer condensador (18);
una primera válvula (20) de expansión en comunicación fluida con el primer condensador (18) para dirigir de forma selectiva un flujo refrigerante a través del primer condensador (18);
una segunda válvula (34) de expansión en comunicación fluida con el segundo condensador (28) para dirigir de forma selectiva el flujo refrigerante a través del segundo condensador (28); y
un evaporador (22) configurado para extraer energía térmica de un flujo de fluido a través del evaporador (22) a través del flujo refrigerante a través del evaporador (22); y
un circuito (14) de flujo de fluido que incluye:
un enfriador (26) de líquido en comunicación de fluido seleccionable con el segundo condensador (28) y/o el evaporador (22); y
el evaporador (22), a través del cual se dirige el flujo de fluido para el intercambio de energía térmica con el flujo refrigerante,
caracterizado porque el sistema (10) de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración está configurado de manera que el flujo refrigerante se dirige tanto desde el primer condensador (18) como desde el segundo condensador (28) a través del evaporador (22).
2. El sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración de la reivindicación 1, que comprende además una bomba (48) de salida para impulsar el flujo de fluido a lo largo del circuito de flujo de fluido.
3. El sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración de la reivindicación 1 o 2, que comprende además una válvula (42) de entrada para dirigir de forma selectiva el flujo de fluido hacia el enfriador de líquido y/o hacia el evaporador.
4. El sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración de cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, que comprende además una válvula (44) del enfriador de líquido para dirigir de forma selectiva el flujo de fluido desde el enfriador de líquido hacia el segundo condensador y/o hacia el evaporador.
5. El sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración de cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, en donde el circuito de flujo de fluido incluye:
una primera porción del circuito de fluido definida como un bucle cerrado que incluye el segundo condensador y el enfriador de líquido y excluye el evaporador, haciendo circular la primera porción del circuito de fluido un primer flujo de fluido a través de esta; y
una segunda porción del circuito de fluido que incluye el evaporador y hace circular un segundo flujo de fluido a través del mismo.
6. El sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración de la reivindicación 5, en donde la primera porción del circuito de fluido incluye una bomba (38) de fluido para hacer circular el primer flujo de fluido a través de esta.
7. El sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el evaporador está en comunicación fluida con una ubicación (40) de enfriamiento para proporcionar el flujo de fluido a la ubicación de enfriamiento para el acondicionamiento de la ubicación de enfriamiento.
8. Un método para operar un sistema (10) de calefacción, ventilación, aire acondicionado o refrigeración, que comprende:
impulsar un flujo refrigerante a través de un compresor (16);
hacer fluir el flujo refrigerante a través de un primer condensador (18) y un segundo condensador (28), estando el segundo condensador en una disposición fluidamente paralela con el primer condensador;
dirigir el flujo refrigerante desde el primer condensador y el segundo condensador a través de un evaporador (22); dirigir un primer flujo (46) de fluido a través del evaporador;
hacer circular un segundo flujo (50) de fluido a través de un enfriador (26) de líquido y a través del segundo condensador;
enfriar el flujo refrigerante en el primer condensador;
enfriar el flujo refrigerante en el segundo condensador mediante intercambio de energía térmica con el segundo flujo de fluido; y
enfriar el primer flujo de fluido en el evaporador mediante un intercambio de energía térmica entre el flujo de refrigerante y el primer flujo de fluido.
9. El método de la reivindicación 8, que comprende además hacer circular un segundo flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del segundo condensador a través de una bomba (38) de fluido.
10. El método de la reivindicación 8 o 9, que comprende además enfriar el flujo refrigerante en el primer condensador a través de un flujo de aire (52) a través del primer condensador.
11. El método de la reivindicación 8, que comprende además:
detener el segundo flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del segundo condensador; detener el flujo refrigerante a través del segundo condensador; y
dirigir el primer flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del evaporador en serie.
12. El método de la reivindicación 11, en donde el flujo de refrigerante a través del segundo condensador se detiene cerrando una segunda válvula (34) de expansión del condensador.
13. El método de la reivindicación 8, que comprende además:
detener el segundo flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del segundo condensador; detener el flujo refrigerante a través del primer condensador;
detener el flujo refrigerante a través del segundo condensador; y
dirigiendo el primer flujo de fluido a través del enfriador de líquido y a través del evaporador en serie.
14. El método de la reivindicación 13, que comprende además detener el flujo de refrigerante a través del primer condensador y a través del segundo condensador deteniendo la operación del compresor.
15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 8-14, que comprende además:
dirigir el flujo de fluido desde el evaporador a una ubicación (40) de enfriamiento; y
acondicionar la ubicación de enfriamiento haciendo fluir el flujo de fluido a través de un intercambiador (54) de calor en la ubicación de enfriamiento.
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