IT202000003019A1 - Sistema di refrigerazione a compressione di vapore e metodo di gestione di un tale sistema - Google Patents

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IT202000003019A1
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duct
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Bona Mario De
Davide Bortoluzzi
Paolo Cavalleri
Daniele Mazzola
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Description

DESCRIZIONE
CAMPO DI APPLICAZIONE
[0001] Forma oggetto della presente invenzione un sistema di refrigerazione a compressione di vapore ed un metodo di gestione di un tale sistema.
[0002] Il sistema di refrigerazione ed il metodo di gestione secondo l?invenzione trovano particolare applicazione nel settore della refrigerazione commerciale ed industriale.
[0003] Il sistema di refrigerazione ? in grado di operare sia in regime subcritico, sia in regime transcritico, in funzione delle esigenze del sistema di refrigerazione. Preferibilmente come refrigerante si utilizza refrigerante R744 (CO2). Il sistema di refrigerazione pu? essere di tipo booster o di tipo non booster.
STATO DELLA TECNICA
[0004] Una delle problematiche seguite all?introduzione dei sistemi di refrigerazione capaci di operare in regime transcritico, caratterizzati dall?utilizzo di refrigerante R744 (CO2), ? l?aumento delle pressioni di esercizio. Il refrigerante R744 si caratterizza, infatti, per la sua peculiarit? di avere una pressione di saturazione a temperatura ambiente elevata, anche maggiore della pressione di esercizio di una parte di impianto.
[0005] Una delle problematiche di questa tipologia d?impianti ? pertanto il mantenimento del refrigerante all?interno dei circuiti in caso di interruzione del normale ciclo di refrigerazione, dovuto ad esempio a black-out o derivante dalla necessit? di disalimentare il sistema in occasione semplicemente di attivit? di manutenzione.
[0006] Ad impianto fermo, infatti, il refrigerante all?interno del sistema continua a scambiare calore con l?esterno, aumentando di temperatura e quindi di pressione. Superati predefiniti valori di pressione, le valvole di sicurezza rilasciano refrigerante in ambiente per contenere l?aumento di pressione. Al momento della risoluzione della problematica che ne ha generato l?arresto, il sistema pu? presentarsi quindi privo del quantitativo di refrigerante necessario per il suo corretto riavvio o funzionamento.
[0007] Il componente del sistema di refrigerazione che pi? soffre di questa problematica ? il ricevitore di liquido principale posto a valle del gas cooler, a causa del gran quantitativo di refrigerante in stato liquido immagazzinato al suo interno.
[0008] Nella Figura 1 ? rappresentato uno schema semplificato di un sistema di refrigerazione, dove con A ? indicato il gas cooler o condensatore, con B l?organo di espansione a monte del ricevitore, con C il ricevitore di liquido, con D1 e D2 due evaporatori in parallelo, con E1 ed E2 due stadi di compressione.
[0009] Nelle applicazioni di refrigerazione transcritica sono presenti diverse soluzioni a questo tipo di criticit?. Le pi? affermate, che definiscono lo stato dell?arte, sono le seguenti:
- Aumentare la pressione di sicurezza dei componenti del sistema;
- Utilizzare unit? motocondensanti esterne, connesse ad un dedicato gruppo di continuit? (UPS, Uniterruptible Power Supply), che si attivano al di sopra di predefinite soglie di pressione, al fine di mantenere costante la temperatura (e quindi la pressione) del refrigerante all?interno del ricevitore di liquido, come illustrato nella Figura 1.
Pi? in dettaglio, come illustrato nella Figura 1, Il circuito di refrigerazione della motocondensante ? un circuito meccanicamente separato dal circuito contenente CO2 e comprende un condensatore H, un organo di espansione I, un evaporatore F e un compressore G. Il circuito della motocondensante utilizza refrigeranti diversi dalla CO2 e solitamente refrigeranti sintetici. Il circuito del sistema di refrigerazione contenente CO2 si interfaccia con il circuito connesso alla motocondensante attraverso lo scambiatore di calore F, ad esempio a piastre. All?attivazione della motocondensante tramite soglia di pressione o temperatura il lato dello scambiatore a piastre F connesso alla motocondensante lavora come normale evaporatore, raffreddando la CO2 presente sull?altro lato dello scambiatore a piastre. Il risultato dello scambio termico ? sottrarre il calore entrato nel serbatoio dall?ambiente circostante arrestando il passaggio della CO2 da stato liquido a stato gassoso per evitare l?aumento di pressione all?interno del ricevitore di liquido.
[0010] Entrambe le soluzioni sono efficaci, ma presentano delle controindicazioni.
[0011] L?aumento della pressione di sicurezza dei componenti del sistema comporta, infatti, un aumento dei costi di impianto, nonch? difficolt? di manutenzione, dovuta al difficile reperimento dei diversi componenti con pressioni di sicurezza pi? elevate e all?aumento delle competenze richieste al personale manutentivo in caso di intervento sul circuito.
[0012] L?utilizzo di moto-condensanti comporta solitamente l?impiego di un refrigerante sintetico all?interno di un sistema che si caratterizza, invece, per l?utilizzo di refrigeranti naturali (CO2). In alternativa all?utilizzo di refrigerante sintetico sono state proposte dal mercato soluzioni con refrigerante naturale infiammabile (solitamente R290). Queste soluzioni si caratterizzano tuttavia per la pericolosit? intrinseca all?utilizzo di refrigeranti infiammabili, specie in situazioni di manutenzione dove ? prassi l?utilizzo di fiamma libera per brasature e saldature. Entrambe le soluzioni, refrigerante sintetico e naturale, comportano inoltre l?utilizzo di un refrigerante diverso da quello usato nel circuito di refrigerazione principale, aumentando la complessit? manutentiva.
[0013] Nell?ambito della refrigerazione commerciale ed industriale esiste quindi l?esigenza di disporre di sistemi di refrigerazione a compressione di vapore, capaci di operare anche in regime transcritico, che consentano di gestire le criticit? legate all?aumento di pressione del refrigerante a seguito di fermi impianto senza necessariamente aumentare la pressione di sicurezza dei componenti del sistema e/o senza dover utilizzare unit? motocondensanti esterne per raffreddare il ricevitore di liquido.
[0014] PRESENTAZIONE DELL'INVENZIONE
[0015] Pertanto, scopo della presente invenzione ? quello di eliminare o quantomeno attenuare gli inconvenienti della tecnica nota sopra citata, mettendo a disposizione un sistema di refrigerazione a compressione di vapore, capace di operare in regime transcritico, che sia in grado di gestire le criticit? legate ad aumenti di pressione del refrigerante a seguito di fermi impianto senza necessariamente aumentare la pressione di sicurezza dei componenti del sistema e/o senza dover utilizzare unit? motocondensanti esterne per raffreddare il ricevitore di liquido.
[0016] Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un sistema di refrigerazione a compressione di vapore, capace di operare anche in regime transcritico, che sia costruttivamente semplice da realizzare, con costi di impianto paragonabili ad impianti tradizionali.
[0017] Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un sistema di refrigerazione a compressione di vapore, capace di operare anche in regime transcritico, che sia affidabile e operativamente semplice da gestire.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
[0018] Le caratteristiche tecniche dell'invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una o pi? forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative, in cui:
[0019] - la Figura 1 mostra un schema semplificato di un sistema di refrigerazione a compressione di vapore di tipo tradizionale, dotato di un?unit? motocondensante esterna;
[0020] - la Figura 2a mostra un schema semplificato di un sistema di refrigerazione a compressione di vapore in accordo ad una prima forma realizzativa dell?invenzione;
[0021] - la Figura 2b mostra uno schema semplificato di una variante del sistema di refrigerazione secondo l?invenzione, illustrato nella Figura 2a;
[0022] - la Figura 3a mostra un sistema di refrigerazione a compressione di vapore in accordo ad una seconda forma realizzativa dell?invenzione;
[0023] - la Figura 3b mostra uno schema semplificato di una variante del sistema di refrigerazione secondo l?invenzione, illustrato nella Figura 3a;
[0024] - la Figura 4 mostra un schema semplificato di un sistema di refrigerazione a compressione di vapore in accordo ad una terza forma realizzativa dell?invenzione; e
[0025] - la Figura 5 mostra uno schema semplificato di una variante del sistema di refrigerazione secondo l?invenzione, illustrato nella Figura 4, in cui i gruppi compressori sono costituiti da due o pi? compressori in parallelo.
[0026] Gli elementi o parti di elementi in comune tra le forme di realizzazione descritte nel seguito saranno indicati con i medesimi riferimenti numerici.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
[0027] La presente invenzione ha ad oggetto un sistema di refrigerazione a compressione di vapore ed un metodo di gestione di un tale sistema.
[0028] Con riferimento alle figure allegate ? stato indicato nel suo complesso con 1 un sistema di refrigerazione secondo l?invenzione.
[0029] Il sistema di refrigerazione 1 opera secondo un ciclo a compressione di vapore ed ? capace di operare sia in regime transcritico, sia in regime subcritico.
[0030] Preferibilmente, il sistema di refrigerazione utilizza R744 (CO2) come fluido refrigerante. In alternativa, il sistema di refrigerazione pu? utilizzare come fluido refrigerante una miscela di refrigeranti transcritici a basso o bassissimo GWP (Global Warming Potential), eventualmente contenente CO2. Un sistema di refrigerazione si dice transcritico se opera con pressioni che superano la pressione critica Pc del fluido di lavoro. La peculiarit? di tali cicli termodinamici ? che non vi ? transizione di fase da gas a liquido in almeno uno dei processi di scambio termico. In quella sezione d?impianto il fluido si comporta come un gas denso.
[0031] In accordo ad una forma realizzativa generale dell?invenzione, il sistema di refrigerazione 1 comprende un circuito refrigerante principale 2 che a sua volta comprende:
- un gruppo compressore primario 10;
- un gas cooler o condensatore 11 disposto a valle del gruppo compressore primario 10;
- un dispositivo di espansione 12 disposto a valle del gas cooler o condensatore 11;
- un ricevitore di liquido 13 disposto a valle del dispositivo di espansione 12;
- almeno un evaporatore 14? o 14? disposto a valle del ricevitore di liquido 13 e a monte del gruppo compressore primario 10.
[0032] Vantaggiosamente, a valle del ricevitore di liquido 13 e a monte del gruppo compressore primario 10 il sistema di refrigerazione 1 pu? essere dotato di due o pi? evaporatori 14?, 14? o due o pi? gruppi di evaporatori, collegati tra loro in parallelo.
[0033] Vantaggiosamente ciascuno degli evaporatori, o gruppi di evaporatori, sar? dotato di propri organi di espansione secondaria e dispositivi di controllo.
[0034] Come illustrato nelle Figure allegate, nel circuito refrigerante principale 2 si pu? identificare: - un ramo di alta pressione HP, che si estende dalla mandata del gruppo compressore primario 10 fino al dispositivo di espansione 12; e
[0035] - uno o pi? rami di bassa pressione LP1, LP2, che si estendono dal dispositivo di espansione 12 fino ad una aspirazione del gruppo compressore primario 10. Vantaggiosamente, come illustrato nelle Figure allegate, il suddetto gruppo compressore primario 10 pu? comprendere due o pi? stadi di compressione 10? 10? collegati tra loro in serie.
[0036] Ciascuno di detti stadi di compressione possono essere costituiti da compressori separati oppure essere integrati in un unico compressore.
[0037] Vantaggiosamente, come illustrato nella figura 5, il suddetto gruppo compressore primario 10 pu? comprendere almeno uno stadio di compressione definito da due o pi? compressori 10a?, 10a? o 10b?, 10b?, collegati tra loro in parallelo.
[0038] Il sistema di refrigerazione 1 pu? comprendere un unico evaporatore o un gruppo di evaporatori collegati in parallelo nella stessa linea di aspirazione, oppure, come illustrato nelle Figure allegate, pu? comprendere uno o pi? evaporatori o gruppi di evaporatori 14?, 14?, che preferibilmente operano a differenti livelli di evaporazione.
[0039] Preferibilmente, nel caso siano presenti due o pi? evaporatori 14?, 14? operanti a differenti livelli di evaporazione, essi sono collegati in aspirazione a differenti stadi di compressione 10? e 10? di detto gruppo compressore primario 10.
[0040] Come illustrato nelle Figure allegate, il sistema di refrigerazione 1 pu? essere configurato come un sistema booster. Un sistema booster si configura quando i compressori di un livello di evaporazione inferiore scaricano nell?aspirazione dei compressori di un livello di evaporazione superiore, cio? i compressori di almeno due livelli di evaporazione sono collegati in serie.
[0041] In alternativa, il sistema di refrigerazione 1 pu? essere configurato come un sistema non booster. Un sistema non booster si configura quando i compressori di un livello di evaporazione inferiore scaricano nello stesso ramo dei compressori di un livello evaporazione superiore, cio? i compressori di almeno due livelli di evaporazione sono collegati in parallelo allo scarico.
[0042] Come illustrato nelle Figure allegate, il ricevitore di liquido 13 pu? essere collegato fluidicamente in aspirazione ad uno stadio di compressione del suddetto gruppo compressore primario 10 tramite un condotto di collegamento 40 dotato di una valvola di regolazione 41. Tale collegamento permette di rimuovere il flash gas presente nel ricevitore 13 creatosi dall?espansione nella valvola 12.
[0043] In accordo alla presente invenzione, il sistema di refrigerazione 1 comprende ulteriormente un condotto 20 di circolazione di emergenza del fluido refrigerante. Come illustrato nelle Figure allegate, tale condotto 20 collega fluidicamente il suddetto ricevitore di liquido 13 al circuito refrigerante principale 2 a monte del gas cooler o condensatore 11, by-passando il suddetto almeno un evaporatore 14?, 14? e il suddetto gruppo compressore primario 10, per consentire, in fase di emergenza, un flusso di refrigerante dal ricevitore di liquido 13 verso il gas cooler o condensatore 11.
[0044] Sempre in accordo alla presente invenzione, il sistema di refrigerazione 1 comprende ulteriormente un gruppo compressore di emergenza 22 disposto nel suddetto condotto 20 di ricircolazione di emergenza del refrigerante. Operativamente, tale gruppo compressore di emergenza 22 ? attivabile in presenza di valori di pressione ? all?interno del ricevitore di liquido 11 o nel tratto di condotto 20 a monte del gruppo compressore di emergenza 22 ? pari o superiori ad una predefinita soglia di pressione di emergenza P1, inferiore ad una predefinita pressione di sicurezza del ricevitore 13.
[0045] In accordo alla presente invenzione, il sistema di refrigerazione 1 comprende un gruppo di continuit? 50 (UPS, Uniterruptible Power Supply) che ? atto ad alimentare elettricamente almeno il gruppo compressore di emergenza 22 e il dispositivo di espansione 12 in caso di arresto del sistema di refrigerazione 1.
[0046] Operativamente, in caso di arresto del sistema di refrigerazione, i dispositivi o componenti del sistema non alimentati dal gruppo di continuit? 50, in particolare il gruppo compressore primario 10, vengono disattivati. Come gi? esposto in precedenza, ci? determina un blocco della circolazione del fluido refrigerante nel circuito refrigerante principale 2 ed, in particolare, un accumulo di fluido refrigerante nel ricevitore di liquido 13. Inevitabilmente, a causa dello scambio termico con l?ambiente esterno, il fluido refrigerante contenuto nel ricevitore 13 tende a riscaldarsi con un conseguente aumento di pressione. In assenza di interventi esterni, raggiunta la soglia di pressione di sicurezza del ricevitore 13, interverrebbero le valvole di sfiato, scaricando fluido refrigerante nell?ambiente esterno.
[0047] Diversamente, grazie alla presente invenzione, in caso di arresto del sistema di refrigerazione 1, quando la pressione all?interno del ricevitore di liquido 13 o nel tratto di condotto 20 di circolazione di emergenza del fluido refrigerante a monte del gruppo compressore di emergenza 22 uguaglia o supera la suddetta predefinita soglia di pressione di emergenza P1 (a causa dell?assenza di circolazione di fluido refrigerante nel circuito refrigerante principale 2), viene attivato il gruppo compressore di emergenza 22 (alimentato dal gruppo di continuit? 50) e si attiva cos? una circolazione di emergenza di fluido refrigerante che dal ricevitore di liquido 13 va verso il gas cooler o condensatore 11 attraverso il condotto 20 di circolazione di emergenza e ritorna al ricevitore di liquido 13 attraverso il dispositivo di espansione 12. Tale circolazione di emergenza del fluido refrigerante by-passa il suddetto almeno un evaporatore 14? e 14? e il gruppo compressore primario 10.
[0048] Grazie a tale circolazione di emergenza, anche in caso di arresto del sistema di refrigerazione 1, il fluido refrigerante continua ad essere raffreddato al gas cooler o condensatore 11. In tal modo si mantiene la pressione all?interno del ricevitore 13 al di sotto della soglia di pressione di sicurezza.
[0049] Diversamente dalle soluzioni proposte nello stato della tecnica, il sistema di refrigerazione 1 secondo l?invenzione ? quindi in grado di gestire le criticit? legate ad aumenti di pressione del fluido refrigerante a seguito di fermi impianto senza necessariamente dover aumentare la pressione di sicurezza dei componenti del sistema e/o senza dover utilizzare unit? motocondensanti esterne per raffreddare il ricevitore di liquido. Infatti, le componenti (condotto di emergenza 20 e gruppo compressore di emergenza 22) preposte a garantire la circolazione di emergenza del fluido refrigerante sono fluidicamente integrate nel sistema di refrigerazione 1 e sfruttano il circuito refrigerante principale 2 per consentire tale circolazione di emergenza.
[0050] Da un punto di vista operativo, durante il normale funzionamento il sistema di refrigerazione 1 ? sostanzialmente non influenzato dalla presenza del condotto di emergenza 20 e del gruppo compressore di emergenza 22. Infatti, quando il gruppo compressore di emergenza 22 ? disattivato non si ha circolazione di fluido refrigerante nel condotto 20. Al massimo possono verificarsi intrusioni di fluido refrigerante all?interno del condotto 20 dovute a trafilamenti (leakage) di fluido attraverso il gruppo compressore di emergenza 22 e conseguenti aumenti di pressione nel condotto. Il sistema di refrigerazione 1 ? tuttavia in grado di assorbire tali eventi.
[0051] Vantaggiosamente, come illustrato nelle Figure 2a, 3a, 4 e 5, al fine di limitare l?influenza del condotto 20 sul circuito refrigerante principale 2, il sistema di refrigerazione 1 pu? comprendere una valvola di non ritorno 21 disposta nel condotto 20 di ricircolazione di emergenza del fluido refrigerante. Tale valvola di non ritorno 21 ? configurata per aprirsi in presenza di una pressione a monte superiore alla pressione a valle, in modo da garantire l?operativit? di emergenza del sistema in caso di arresto del sistema stesso.
[0052] Preferibilmente, come illustrato nelle Figure allegate, la suddetta valvola di non ritorno 21 ? disposta nel condotto 20 di ricircolazione di emergenza del refrigerante a monte del gruppo compressore di emergenza 22. In accordo a forme realizzative non illustrate nelle figure allegate, tale valvola di non ritorno 21 pu? essere posizionata a valle del gruppo compressore di emergenza 22.
[0053] Preferibilmente, come illustrato nelle Figure allegate, la suddetta valvola di non ritorno 21 ? di tipo meccanico. Si ottiene cos? un intervento automatico della valvola, il cui funzionamento ? svincolato dalla disponibilit? di alimentazione elettrica. Il sistema 1 risulta cos? semplificato sia dal punto di vista impiantistico, sia dal punto di vista del controllo.
[0054] In alternativa, la suddetta valvola di non ritorno 21 pu? essere costituita da una elettrovalvola di regolazione o una elettrovalvola ON-OFF, preferibilmente di tipo elettronico, controllate in apertura ed in chiusura in modo da intervenire in coordinazione con il gruppo compressore di emergenza 22. In tal caso, il gruppo di continuit? 50 deve essere atto ad alimentare elettricamente anche la suddetta valvola di non ritorno 21. Si aumenta la flessibilit? del sistema a discapito della semplicit? impiantistica e di controllo.
[0055] Preferibilmente, come illustrato nelle figure allegate, il suddetto gruppo compressore di emergenza 22 ? controllato in attivazione e disattivazione da un controllore 60 in funzione dei valori di pressione rilevati da almeno un sensore di pressione 61 che ? atto a rilevare la pressione all?interno del ricevitore di liquido 13 oppure nel condotto 20 di ricircolazione di emergenza del refrigerante a monte del gruppo compressore di emergenza 22. Il suddetto gruppo di continuit? 50 ? atto ad alimentare elettricamente anche detto controllore 60 in caso di arresto del sistema di refrigerazione 1.
[0056] Preferibilmente, il controllore 60 ? configurato in modo da controllare il gruppo compressore di emergenza 22 affinch? mantenga uno specifico set point di lavoro in aspirazione.
[0057] Il gruppo compressore di emergenza 22 pu? avere qualsiasi configurazione. In particolare, esso pu? essere costituito da un unico compressore a uno o pi? stadi di compressione. In accordo ad una possibile forma alternativa, illustrata nella Figura 5, il gruppo compressore di emergenza 22 pu? comprendere almeno uno stadio di compressione definito da due o pi? compressori 22a, 22b, collegati tra loro in parallelo.
[0058] Vantaggiosamente, come illustrato nelle Figure 3a e 3b e nelle Figure 4 e 5, il sistema di refrigerazione 1 pu? comprendere uno scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30, che:
[0059] - su un primo lato ? inserito fluidicamente in un tratto del circuito refrigerante principale 2 compreso tra il gas cooler o condensatore 11 e il dispositivo di espansione 12 per essere attraversato da tutto il flusso di refrigerante in uscita dal gas cooler o condensatore 11; e
[0060] - su un secondo lato ? inserito fluidicamente nel suddetto condotto 20 di ricircolazione di emergenza per essere attraversato dal flusso di refrigerante estratto dal ricevitore di fluido 13.
[0061] Grazie alla presenza del suddetto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30, in caso di arresto del sistema di refrigerazione 1 e di attivazione della circolazione di emergenza, il flusso di fluido refrigerante in uscita dal gas cooler o condensatore 11 e diretto verso il ricevitore di liquido 13 pu? essere ulteriormente raffreddato sfruttando lo scambio termico con il flusso di fluido refrigerante espanso nel dispositivo di espansione 12 e ricircolato al gas cooler o condensatore 11.
[0062] In accordo alle forme realizzative illustrate nelle Figure 3a e 3b, il suddetto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30 ? destinato ad essere sfruttato solo in caso di arresto del sistema di refrigerazione, cio? in presenza di una circolazione di emergenza del fluido refrigerante, e non durante il normale funzionamento del sistema di refrigerazione.
[0063] Diversamente, come sar? chiarito nel seguito della descrizione, in accordo alle forme realizzative illustrate nelle Figure 4 e 5, il suddetto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30 pu? essere sfruttato operativamente anche durante il normale funzionamento del sistema di refrigerazione e non solo durante il funzionamento di emergenza.
[0064] Preferibilmente, come illustrato nelle Figure 4 e 5, il sistema di refrigerazione 1 pu? comprendere uno scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30.
[0065] Su un primo lato tale scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30 ? inserito fluidicamente in un tratto del circuito refrigerante principale 2 compreso tra il gas cooler o condensatore 11 e il dispositivo di espansione 12 per essere attraversato da tutto il flusso refrigerante in uscita dal gas cooler o condensatore 11.
[0066] Su un secondo lato tale scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30 ? inserito fluidicamente in un condotto di derivazione 32 che collega una sezione 2a del circuito refrigerante principale 2 compresa tra il suddetto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante 30 e il dispositivo di espansione (12) ad una sezione 2b di detto circuito refrigerante principale 2 compresa tra il gruppo compressore primario 10 e il gas cooler o condensatore 11.
[0067] Nel suddetto condotto di derivazione 32 a monte di tale scambiatore secondario di calore 30 refrigerante/ refrigerante, ? installata una valvola di espansione 31 e a valle dello scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30 ? installato un gruppo compressore secondario 22.
[0068] Preferibilmente, la suddetta valvola di espansione 31 ? una valvola elettronica.
[0069] Operativamente, durante il normale funzionamento operativo (non di emergenza) del sistema di refrigerazione 1, lo scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30, il condotto di derivazione 32, la valvola di espansione 31 e il gruppo compressore secondario 22 configurano un circuito di sottoraffreddamento del flusso principale di fluido refrigerante in uscita dal gas cooler o condensatore 11 tramite scambio termico con una porzione del flusso principale di refrigerante espanso attraverso la suddetta valvola di espansione 31 (e quindi pi? freddo) e ricircolata al gas cooler o condensatore 11 tramite il suddetto gruppo compressore secondario 22.
[0070] Preferibilmente, la valvola di espansione 31 viene comandata affinch? venga mantenuto un grado di surriscaldamento costante del gas in ingresso al gruppo compressore secondario 22. Il surriscaldamento ? ottenuto confrontando con appositi sensori la pressione e la temperatura del gas in ingresso al lato di suzione del gruppo compressore secondario 22.
[0071] Tale circuito di sottoraffreddamento consente di aumentare l?efficienza del sistema di refrigerazione 1, in particolare in regime transcritico.
[0072] Inoltre, tale circuito di sottoraffreddamento pu? essere utilizzato per estendere il funzionamento in regime transcritico del sistema di refrigerazione 1 (utilizzando in particolare CO2 come fluido refrigerante) in condizioni ambientali estreme e ogni qualvolta il livello di capacit? frigorifera richiesta renda energeticamente conveniente attivare il sottoraffreddamento.
[0073] In accordo ad una forma realizzativa non illustrata nelle figure allegate, il suddetto circuito di sottoraffreddamento ? completamente distinto dal condotto 20 di ricircolazione di emergenza e non interviene nel funzionamento di emergenza del sistema di refrigerazione 1.
[0074] In accordo ad una forma realizzativa preferita della presente invenzione, illustrata nelle Figure 4 e 5, il condotto 20 di ricircolazione di emergenza ? almeno parzialmente integrato nel suddetto circuito di sottoraffreddamento, avendo in comune con esso una parte dei componenti, come sar? chiarito nel seguito della descrizione.
[0075] Pi? in dettaglio, come illustrato nelle Figure 4 e 5, il condotto 20 di circolazione di emergenza del refrigerante:
- confluisce nel suddetto condotto di derivazione 32 a valle della suddetta valvola di espansione 31 e a monte del suddetto scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30 e
- coincide con il condotto di derivazione 32 nel tratto del condotto di derivazione 32 che si estende dallo scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante 30 al gas cooler o condensatore 11.
[0076] In accordo a tale preferita configurazione impiantistica, il suddetto gruppo compressore di emergenza 22 coincide con il gruppo compressore secondario e il suddetto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30 coincide con lo scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante.
[0077] Sempre in accordo a tale preferita configurazione impiantistica, preferibilmente il sistema di refrigerazione 1 pu? comprendere una valvola di arresto 21 disposta nel tratto del condotto 20 di circolazione di emergenza del refrigerante, come gi? descritto in precedenza. Nel caso specifico, tale valvola di arresto 21 ? disposta nel tratto del condotto 20 di circolazione di emergenza del refrigerante a monte del punto di confluenza nel suddetto condotto di derivazione 32. Operativamente, la funzione di tale valvola di arresto 21 ? di consentire durante il funzionamento normale al gruppo compressore secondario 22 ed allo scambiatore 30 di operare a pressioni superiori a quella presente nel ricevitore 13. In tale situazione infatti la pressione a monte della valvola di non ritorno 21, maggiore di quella a valle, chiude il flusso nel condotto 20 rendendolo non operativo. Il vantaggio che se ne ricava ? la possibilit?, in funzionamento normale, di ottimizzare la pressione e quindi la temperatura di evaporazione presente nello scambiatore 30 al fine di una maggiore efficienza di scambio termico e del rendimento del sistema di refrigerazione 1.
[0078] Sempre in accordo a tale preferita configurazione impiantistica, preferibilmente il suddetto gruppo di continuit? 50 pu? essere atto ad alimentare elettricamente anche la suddetta valvola di espansione 31 in caso di arresto del sistema di refrigerazione 1. In tal modo, in caso di arresto del sistema di refrigerazione, ? possibile chiudere o aprire in modo regolato la valvola di espansione 31 in funzione delle esigenze del sistema di refrigerazione 1 durante il funzionamento in condizioni di emergenza. In particolare, ci? consente di attivare la circolazione di emergenza anche prima che la pressione del ricevitore 13 raggiunga il livello di pressione di apertura della valvola di non ritorno 21, ottimizzando l?efficienza frigorifera ed allungando quindi nel tempo l?efficacia della riserva di energia presente nel gruppo di continuit? 50 (UPS).
[0079] Rispetto alle forme realizzative illustrate nelle Figure 2a-b e 3a-b, la suddetta forma realizzativa preferita illustrata nelle Figure 4 e 5 consente una pi? completa integrazione operativa del circuito di emergenza nel sistema di refrigerazione 1. Infatti, in tale configurazione impiantistica i principali (nonch? pi? costosi) componenti installati nel condotto 20 di circolazione di emergenza del fluido refrigerante (cio? gruppo compressore di emergenza 22 e scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30) possono essere utilizzati anche durante il normale funzionamento del sistema di refrigerazione 1, integrati nel suddetto circuito di sottoraffreddamento.
[0080] In accordo alla suddetta forma realizzativa preferita ? quindi possibile disporre di un sistema di refrigerazione a compressione di vapore, capace di operare anche in regime transcritico, che oltre ad essere in grado di inibire autonomamente fenomeni di risalita della pressione del fluido refrigerante durante fasi di arresto del sistema stesso, pu? aumentare la propria efficienza di funzionamento, in particolare in regime transcritico, nonch? estendere la sua operativit? di funzionamento transcritico in condizioni ambientali estreme (superiori ai 40?C).
[0081] Verr? ora descritto il metodo di gestione del sistema di refrigerazione 1 secondo l?invenzione.
[0082] Per semplicit? di descrizione non si riproporr? nuovamente tutta la descrizione del sistema di refrigerazione 1, ma si far? riferimento alla descrizione precedentemente fornita.
[0083] Il metodo di gestione del sistema di refrigerazione (1) secondo l?invenzione, comprende - in caso di arresto del sistema di refrigerazione stesso -almeno le seguenti fasi operative:
- a) attivare il suddetto gruppo di continuit? 50, per alimentare elettricamente almeno il gruppo compressore di emergenza 22 ed il dispositivo di espansione 12;
- b) attivare il gruppo compressore di emergenza 22 quando la pressione all?interno del ricevitore di liquido 13 o nel tratto di condotto 20 di circolazione di emergenza del fluido refrigerante a monte di detto gruppo compressore di emergenza 22 uguaglia o supera la suddetta predefinita soglia di pressione di emergenza P1.
L?attivazione del gruppo compressore di emergenza 22 attiva una circolazione di emergenza di fluido refrigerante che dal ricevitore di liquido 13 va verso il gas cooler o condensatore 11 attraverso il condotto 20 di circolazione di emergenza e ritorna al ricevitore di liquido 13 attraverso il dispositivo di espansione (12),
[0084] Grazie a tale circolazione di emergenza il fluido refrigerante, che in assenza dell?intervento del gruppo compressore primario 10 si sta accumulando e riscaldando nel ricevitore di liquido 13, viene estratto dal ricevitore di fluido 13 e raffreddato al gas cooler o condensatore 11 in tal modo mantenendo la pressione all?interno del ricevitore di liquido 13 al di sotto della suddetta predefinita pressione di sicurezza del ricevitore 13.
[0085] Nel caso preferito in cui il sistema di refrigerazione 1 comprenda un circuito di sottoraffreddamento e il condotto 20 di circolazione di emergenza del fluido refrigerante con i relativi componenti sia integrato con tale circuito di sottoraffreddamento (come illustrato in particolare nelle figure 4 e 5), il metodo di gestione prevede che [0086] in detta fase operativa a) sia alimentata elettricamente tramite detto gruppo di continuit? 50 anche la suddetta valvola di espansione 31.
[0087] In tale caso, preferibilmente, il metodo di gestione comprende una fase c) di chiudere la suddetta valvola di espansione 31 prima della fase operativa b) di attivare il gruppo compressore di emergenza 22, in modo tale che, a seguito dell?attivazione del gruppo compressore di emergenza 22, tutto il flusso di fluido refrigerante in uscita dal primo lato dello scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30 sia ricircolato al ricevitore di liquido 13 passando attraverso il dispositivo di espansione 12.
[0088] In alternativa alla suddetta fase c) di chiudere la valvola di espansione 31, il metodo di gestione pu? comprendere una fase d) di aprire in modo regolato la valvola di espansione 31 prima o in contemporanea alla fase b) di attivare il gruppo compressore di emergenza 22, in modo tale che a seguito dell?attivazione del gruppo compressore di emergenza 22 una parte del flusso di fluido refrigerante in uscita dal primo lato dello scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30 sia ricircolato al secondo lato dello scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza 30 passando attraverso detta valvola di regolazione.
[0089] Preferibilmente, la valvola di espansione 31, alimentata dal gruppo di continuit? 50, ? regolata nella sua apertura per mantenere un surriscaldamento predefinito all?uscita dello scambiatore 30 (nel lato in aspirazione al gruppo compressore di emergenza 22). La valvola di espansione 31 permette di regolare al meglio l?evaporazione nello scambiatore 30 al fine di ottimizzare il funzionamento del sistema di circolazione di emergenza 22
[0090] L?invenzione permette di ottenere numerosi vantaggi che sono stati esposti nel corso della descrizione.
[0091] Il sistema di refrigerazione a compressione di vapore secondo l?invenzione, capace di operare in regime transcritico, ? in grado di gestire le criticit? legate ad aumenti di pressione del refrigerante a seguito di fermi impianto senza necessariamente aumentare la pressione di sicurezza dei componenti del sistema e/o senza dover utilizzare unit? motocondensanti esterne per raffreddare il ricevitore di liquido.
[0092] Il sistema di refrigerazione secondo l?invenzione ? costruttivamente semplice da realizzare, con costi di impianto paragonabili ad impianti tradizionali.
[0093] Il sistema di refrigerazione secondo l?invenzione ? affidabile e operativamente semplice da gestire.
[0094] L?invenzione cos? concepita raggiunge pertanto gli scopi prefissi.
[0095] Ovviamente, essa potr? assumere, nella sua realizzazione pratica anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione.
[0096] Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le dimensioni, le forme ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle necessit?.

Claims (19)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di refrigerazione a compressione di vapore, capace di operare in regime transcritico, comprendente un circuito refrigerante principale (2) che a sua volta comprende: - un gruppo compressore primario (10); - un gas cooler o condensatore (11) disposto a valle di detto gruppo compressore primario (10); - un dispositivo di espansione (12) disposto a valle di detto gas cooler o condensatore (11); - un ricevitore di liquido (13) disposto a valle di detto dispositivo di espansione (12); - almeno un evaporatore (14?; 14?) disposto a valle di detto ricevitore di liquido (13) e a monte di detto gruppo compressore primario (10), caratterizzato dal fatto di comprendere: - un condotto (20) di circolazione di emergenza del refrigerante che collega fluidicamente detto ricevitore di liquido (13) al circuito principale a monte di detto gas cooler o condensatore (11) by-passando detto almeno un evaporatore (14?; 14?) e detto gruppo compressore primario (10), per consentire un flusso di refrigerante dal ricevitore di liquido (13) verso il gas cooler o condensatore (11); e - un gruppo compressore di emergenza (22) disposto in detto condotto (20) di ricircolazione di emergenza del refrigerante ed attivabile in presenza di valori di pressione ? all?interno di detto ricevitore di liquido (11) o nel tratto di condotto (20) a monte di detto gruppo compressore di emergenza (22) ? pari o superiori ad una predefinita soglia di pressione di emergenza (P1), inferiore ad una predefinita pressione di sicurezza del ricevitore (11); e dal fatto di comprendere un gruppo di continuit? (50) atto ad alimentare elettricamente almeno detto gruppo compressore di emergenza (22) e detto dispositivo di espansione (12) in caso di arresto del sistema di refrigerazione, in modo tale che, in caso di arresto del sistema di refrigerazione, quando la pressione all?interno di detto ricevitore di liquido (13) o nel tratto di condotto (20) a monte di detto gruppo compressore di emergenza (22) uguaglia o supera detta predefinita soglia di pressione di emergenza (P1), si attivi una circolazione di emergenza di fluido refrigerante che dal ricevitore di liquido (13) va verso detto gas cooler (11) attraverso detto condotto (20) di circolazione di emergenza e ritorna al ricevitore di liquido (13) attraverso detto dispositivo di espansione (12).
  2. 2. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 1, comprendente una valvola di non ritorno (21) disposta in detto condotto (20) di ricircolazione di emergenza del refrigerante, detta valvola di non ritorno (21) essendo configurata per aprirsi in presenza di una pressione a monte superiore alla pressione a valle.
  3. 3. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 2, in cui detta valvola di non ritorno (21) ? di tipo meccanico.
  4. 4. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta valvola di non ritorno (21) ? disposta in detto condotto (20) di ricircolazione di emergenza del refrigerante a valle del gruppo compressore di emergenza (22).
  5. 5. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta valvola di non ritorno (21) ? disposta in detto condotto (20) di ricircolazione di emergenza del refrigerante a monte del gruppo compressore di emergenza (22).
  6. 6. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gruppo compressore di emergenza (22) ? controllato da un controllore (60) in funzione dei valori di pressione rilevati da almeno un sensore di pressione (61) atto a rilevare la pressione all?interno del ricevitore di liquido (13) oppure nel condotto (20) di ricircolazione di emergenza del refrigerante a monte del gruppo compressore di emergenza (22) ed in cui detto gruppo di continuit? (50) ? atto ad alimentare elettricamente anche detto controllore (60) in caso di arresto del sistema di refrigerazione.
  7. 7. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente uno scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza (30), che: - su un primo lato ? inserito fluidicamente in un tratto di detto circuito refrigerante principale (2) compreso tra detto gas cooler o condensatore (11) e detto dispositivo di espansione (12) per essere attraversato da tutto il flusso di refrigerante in uscita da detto gas cooler o condensatore (11); e - su un secondo lato ? inserito fluidicamente in detto condotto (20) di ricircolazione di emergenza per essere attraversato dal flusso di refrigerante estratto dal ricevitore di fluido (13).
  8. 8. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente uno scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante (30), che: - su un primo lato ? inserito fluidicamente in un tratto di detto circuito refrigerante principale (2) compreso tra detto gas cooler o condensatore (11) e detto dispositivo di espansione (12) per essere attraversato da tutto il flusso refrigerante in uscita da detto gas cooler o condensatore (11); e - su un secondo lato ? inserito fluidicamente in un condotto di derivazione (32) che collega una sezione di detto circuito refrigerante principale (2) compresa tra detto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante (30) e detto dispositivo di espansione (12) ad una sezione di detto circuito refrigerante principale (2) compresa tra detto gruppo compressore primario (10) e detto gas cooler o condensatore (11), in cui in detto condotto di derivazione (32) a monte di detto scambiatore secondario di calore (30) refrigerante/ refrigerante ? installata una valvola di espansione (31) e a valle di detto scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante (30) ? installato un gruppo compressore secondario (22), preferibilmente detta valvola di espansione (31) essendo una valvola elettronica, in cui detto scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante (30), detto condotto di derivazione (32), detta valvola di espansione (31) e detto gruppo compressore secondario (22) configurano un circuito di sottoraffreddamento del flusso principale di refrigerante in uscita da detto gas cooler o condensatore (11) tramite scambio termico con una porzione del flusso principale di refrigerante espansa attraverso detta valvola di espansione (31) e ricircolata al gas cooler o condensatore (11) tramite detto gruppo compressore secondario (22).
  9. 9. Sistema di refrigerazione secondo le rivendicazioni 4, 7 e 8, in cui detto condotto (20) di circolazione di emergenza del refrigerante confluisce nel condotto di derivazione (32) a valle di detta valvola di espansione (31) e a monte di detto scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante (30) e coincide con detto condotto di derivazione (32) nel tratto del condotto di derivazione (32) che si estende da detto scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante (30) a detto gas cooler o condensatore (11), in cui detto gruppo compressore di emergenza (22) coincide con detto gruppo compressore secondario e detto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza (30) coincide con detto scambiatore secondario di calore refrigerante/refrigerante, in cui detta valvola di arresto (21) ? disposta nel tratto del condotto (20) di circolazione di emergenza del refrigerante a monte del punto di confluenza in detto condotto di derivazione (32).
  10. 10. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 9, in cui detto gruppo di continuit? (50) ? atto ad alimentare elettricamente anche detta valvola di espansione (31) in caso di arresto del sistema di refrigerazione, in modo tale che, in caso di arresto del sistema di refrigerazione, sia possibile chiudere o aprire in modo regolato la valvola di espansione (31) in funzione delle esigenze del sistema di refrigerazione in caso di funzionamento in condizioni di emergenza.
  11. 11. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gruppo compressore di emergenza (22) comprende almeno uno stadio di compressione definito da due o pi? compressori (22a, 22b), collegati tra loro in parallelo.
  12. 12. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gruppo compressore primario (10) comprende almeno uno stadio di compressione definito da due o pi? compressori (10a?, 10a?; 10b?, 10b?), collegati tra loro in parallelo.
  13. 13. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto gruppo compressore primario (10) comprende due o pi? stadi di compressione (10?; 10?) collegati in serie.
  14. 14. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente due o pi? evaporatori o gruppi di evaporatori (14?; 14?), operanti allo stesso livello di evaporazione o a differenti livelli di evaporazione, preferibilmente detti due o pi? evaporatori o gruppi di evaporatori (14?; 14?) essendo collegati in aspirazione al medesimo stadio di compressione di detto gruppo compressore primario (10) o a differenti stadi di compressione (10?; 10?) di detto gruppo compressore primario (10).
  15. 15. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto ricevitore di liquido (13) ? collegato fluidicamente in aspirazione ad uno stadio di compressione di detto gruppo compressore primario (10) tramite un condotto di collegamento (40) dotato di una valvola di regolazione (41).
  16. 16. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il fluido refrigerante ? R744.
  17. 17. Metodo di gestione di un sistema di refrigerazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente - in caso di arresto del sistema di refrigerazione (1) - le seguenti fasi operative: a) attivare detto gruppo di continuit? (50) per alimentare elettricamente almeno detto gruppo compressore di emergenza (22) e detto dispositivo di espansione (12); b) attivare detto gruppo compressore di emergenza (22) quando la pressione all?interno di detto ricevitore di liquido (13) o nel tratto di condotto (20) a monte di detto gruppo compressore di emergenza (22) uguaglia o supera detta predefinita soglia di pressione di emergenza (P1), in modo da attivare una circolazione di emergenza di fluido refrigerante che dal ricevitore di liquido (13) va verso detto gas cooler o condensatore (11) attraverso detto condotto (20) di circolazione di emergenza e ritorna al ricevitore di liquido (13) attraverso detto dispositivo di espansione (12), in cui grazie a detta circolazione di emergenza il fluido refrigerante viene estratto da detto ricevitore di fluido (13) e raffreddato al gas cooler o condensatore (11) in tal modo mantenendo la pressione all?interno del ricevitore di liquido (13) al di sotto di detta predefinita pressione di sicurezza del ricevitore (11).
  18. 18. Metodo di gestione secondo la rivendicazione 17, in cui detto sistema di refrigerazione (1) ? secondo la rivendicazione 10 ed in cui detta fase a) prevede di alimentare elettricamente tramite detto gruppo di continuit? (50) anche detta valvola di espansione (31), detto metodo comprendendo una fase c) di chiudere detta valvola di espansione (31) prima di detta fase b) di attivare detto gruppo compressore di emergenza (22), in modo tale che a seguito dell?attivazione di detto gruppo compressore di emergenza (22) tutto il flusso di fluido refrigerante in uscita dal primo lato dello scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza (30) sia ricircolato al ricevitore di liquido (13) passando attraverso il dispositivo di espansione (12).
  19. 19. Metodo di gestione secondo la rivendicazione 18, in cui in alternativa a detta fase c) di chiudere detta valvola di espansione (31) detto metodo comprende una fase d) di aprire in modo regolato detta valvola di espansione (31) prima o in contemporanea a detta fase b) di attivare detto gruppo compressore di emergenza (22), in modo tale che a seguito dell?attivazione di detto gruppo compressore di emergenza (22) una parte del flusso di fluido refrigerante in uscita dal primo lato dello scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza (30) sia ricircolato al secondo lato di detto scambiatore di calore refrigerante/refrigerante di emergenza (30) passando attraverso detta valvola di regolazione.
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