MXPA99011873A - Metodo para proveer refrigeracion - Google Patents

Abstract

Un método para proveer refrigeración tal como un recipiente aislado en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes definido sufre de un cambio de fases acoplado con expansión de Joule-Thomson para generar refrigeración sobre una amplia escala de temperatura que puede comprender de la temperatura ambiente a temperaturas bajas.

Description

MÉTODO PARA PROVEER REFRIGERACIÓN Campo Técnico Esta invención generalmente se refiere a sistemas de refrigeración y es particularmente ventajoso para proveer refrigeración a un recipiente aislado. Técnica Antecedente La provisión de refrigeración, tal como para el enfriamiento y/o congelación de alimentos o productos farmacéuticos, normalmente se lleva a cabo utilizando un sistema de refrigeración mecánico en donde se emplea un refrigerante tal como amoníaco o freón en un ciclo de compresión de vapor. Dichos sistemas son efectivos para proveer refrigeración a niveles de temperatura relativamente altos pero no logra refrigeración efectiva a niveles bajos de temperaturas, generalmente se requiere una operación de vacío y/o cascada que incrementa costos tanto de capital como de operación. Un método para proveer refrigeración más efectivamente a niveles bajos de temperatura, es usar un líquido criogénico expandible, tal como nitrógeno líquido, ya sea por separado o junto con un sistema de refrigeración mecánico, para proveer la refrigeración a bajo nivel requerida. Sin embargo, aunque dichos sistemas son efectivos, son costosos debido a la pérdida, y por lo tanto, a la necesidad del reemplazo continuo, del líquido criogénico.

Consecuentemente, es un objetivo de esta invención proveer un método para proporcionar refrigeración, tal como a un intercambiador de calor o a un recipiente aislado que se puede usar para proveer efectivamente dicha refrigeración, cuando se necesite, a una baja temperatura. Compendio de la Invención Los objetivos anteriores y otros, que serán evidentes para los expertos en la materia al leer esta descripción, se obtienen por la presente invención la cual es: Un método para proveer refrigeración que comprende: (A) comprimir un fluido refrigerante de múltiples componentes que comprende por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres y, por lo menos, un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos, fluoroéteres y gases atmosféricos; (B) enfriar y por lo menos condensar parcialmente el fluido refrigerante de múltiples componentes comprimidos; (C) expandir por lo menos el fluido refrigerante de múltiples componentes parcialmente condensado para generar refrigeración; y (D) calentar y por lo menos vaporizar parcialmente la refrigeración que tiene fluido refrigerante de múltiples componentes y emplear refrigeración del fluido de refrigerantes de múltiples componentes en un recipiente. Como se usa en la presente, el término "no tóxico" significa que no tiene un peligro agudo o crónico cuando se maneja de acuerdo con los límites de exposición aceptables.

Como se usa en la presente, el término "no inflamable' significa cualquiera que no tenga un punto de inflamación o que tenga un punto de inflamación muy alto de por lo menos 326.9°C. Como se usa en la presente, el término "sin agotamiento de ozono" significa que tiene un potencial de agotamiento de ozono de cero, es decir que no tiene átomos de cloro, bromo o yodo. Como se usa en la presente, el término "punto de ebullición normal" significa la temperatura de ebullición a presión de 1 atmósfera normal, es decir, 1.03 kg/cm2 absoluto. Como se usa en la presente, el término "intercambio de calor indirecto" significa llevar los fluidos en relación de intercambio de calor sin ningún contacto físico o el entremezclado de los fluidos unos con otros. Como se usa en la presente, el término "expansión" significa efectuar una reducción en presión. Como se usa en la presente, el término "zeotrópico" significa caracterizado por un cambio de temperatura uniforme acompañando un cambio de fase. Como se usa en la presente, el término "sub-enfriamiento" significa enfriar un líquido que estará a una temperatura inferior que la temperatura de saturación de líquidos para la presión existente. Como se usa en la presente, el término "baja temperatura" significa una temperatura de -23.1°C o menos, preferiblemente una temperatura de -73.1°C o menos.

Como se usa en la presente, el término "refrigeración" significa, la capacidad de rechazar calor de un sistema de temperatura inferior a la ambiental a la atmósfera circundante. Como se usa en la presente, el término "refrigerante de carga variable" significa una mezcla de dos o más componentes en proporciones tales que la fase líquida de los componentes sufre un cambio de temperatura continuo y creciente entre el punto de burbuja y el punto de rocío de la mezcla. El punto de burbuja de la mezcla es la temperatura, a una presión dada, en donde la mezcla está completamente en fase líquida, pero la adición de calor iniciará la formación de una fase de vapor en equilibrio con la fase líquida. El punto de rocío de la mezcla es la temperatura, una presión dada, en donde la mezcla está toda en la fase de vapor pero la extracción de vapor iniciará la formación de una fase líquida en equilibrio con la fase de vapor. Por lo tanto, la región de temperatura entre el punto de burbuja y el punto de rocío de la mezcla es la región en donde ambas fases, tanto la líquida como la de vapor, coexisten en equilibrio. En la práctica de esta invención, las diferencias de temperatura entre el punto de burbuja y el punto de rocío para el refrigerante de carga variable es de por lo menos -263.1°C, preferiblemente de por lo menos -253.1°C y aún más preferiblemente de por lo menos -223.1°C. Como se usa en la presente, el término "fluorocarburo" significa uno de los siguientes: tetrafluorometano (CF4), perfluoroetano (C2F6), perfluoropropano (C3F8), perfluorobutano (C4F?0), perfluoropentano (C5F12), perfluoroetano (C2F4), perfluoropropeno (C3F6), perfluorobuteno (C4F8), perfluoropenteno (CsF?0), hexafluorociclopropano (ciclo-C3F6) y octafluorociclobutano (ciclo-C4F8). Como se usa en la presente, el término "hidrofluorocarburo" significa uno de los siguientes: fluoroformo (CHF3), pentafluoroetano (C2HF5), tetrafluoroetano (C2H2F4), heptafluoropropano (C3HF7), hexafluoropropano (C3H2F6), pentafluoropropano (C3H3FS), tetrafluoropropano (C3H4F ), nonafluorobutano (C4HF9), octafluorobutano (C4H2F8), undecafluoropentano (C5HFn), fluoruro de metilo (CH3F), difluorometano (CH2F2), fluoruro de etilo (C2H5F) difluoroetano (C2H4F2), trifluoroetano (C2H3F3), difluoroetano (C2H2F2), trifluoroetano (C2HF3), fluoroetano (C2H3F), pentafluoropropeno (C3HF5), tetrafluoropropeno (C3H F2), heptafluorobuteno (C HF7), hexafluorobuteno (C4H2F6) y nonafluoropenteno (C5HF9). Como se usa en la presente el término "fluoroéter" significa uno de los siguientes: trifluorometoxi-perfluorometano (CF3-O-CF3), difluorometoxi-perfluorometano (CHF2-O-CF3), fluorometoxi-perfluorometano (CH2F-O-CF3), difluorometoxi-difluorometano (CHF2-O-CHF2), difluorometoxi-perfluoroetano (CHF2-O-C2F5), difluorometoxi-1 ,2,2,2-tetrafluoretano (CHF2-O-C2HF ), perf luo roe toxi-fluoro metano (C2F5-0-CH2F), perf luo rometoxi-1, 1,2-trifluoroetano (CF3-O-C2H2F3), perfluorometoxi-1 ,2, 2-trif luoroetano (CF30-C2H2F3), ciclo-1,1,2,2-tetrafluoropropiléter (ciclo-C3H2F4-0-), ciclo-1 ,1 ,3,3-tetrafluoropropiléter (ciclo-C3H2F4-0-), pe rf luoro metoxi-1,1,2,2-tetrafluoroetano (CF3-0-C2HF4), ciclo-1 , 1 ,2.3,3-pentafluoropropiléter (ciclo-C3Hs-0-), perfluorometoxi-perf luo roa ce tona (CF3-O-CF2-0-CF3), perf luo rometoxi-perf luoro etano (CF3-O-C2Fs), perfluorometoxi-1,2,2,2-tetrafluoroetano (CF3-0- C2HF4), perfluorometoxi-2,2,2-trilfluoretano (CF3-O-C2H2F3), ciclo-perfluorometoxi-perfluoroacetona (ciclo-CF2-O-CF2-0-CF2-) y ciclope rf luo rop ropiléter (ciclo-C3F6-0). Como se usa en la presente, el término "gas atmosférico" significa uno de los siguientes: nitrógeno (N2), argón (Ar), criptón (kr), xenón (Xe), neón (Ne), dióxido de carbono (C02), oxígeno (02) y helio (He). Como se usa en la presente, el término "bajo agotamiento de ozono" significa un potencial de agotamiento de ozono menor que 0.15 como se definió por la convención de Montreal Protocol en donde diclorofluorometano (CCI2F2) tiene un potencial de agotamiento de ozono de 1.0. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1, es un diagrama de flujo esquemático de una modalidad preferida del sistema de refrigeración con refrigerante de múltiples componentes de esta invención. La Figura 2, es un diagrama de flujo esquemático de otra modalidad preferida de sistema de refrigeración con refrigerante de múltiples componentes de esta invención.

La Figura 3, es un diagrama de flujo esquemático de otra, modalidad preferida de la invención en donde se provee refrigeración de múltiples niveles. La Figura 4, es un diagrama de flujo esquemático de otra modalidad preferida de la invención en donde se provee la refrigeración a múltiples niveles y hay una separación de más de una fase. La Figura 5, es un diagrama de flujo esquemático de otra modalidad preferida de la invención para usarse con múltiples recipientes. Descripción Detallada La invención comprende, en general, el uso de un refrigerante mezclado zeotrópico definido para proveer refrigeración eficientemente sobre una gran escala de temperatura, tal como de la temperatura ambiente a una temperatura baja. La refrigeración puede emplearse para proveer refrigeración directa o indirectamente a uno o más recipientes, preferiblemente aislados. La refrigeración puede usarse para enfriar, es decir, enfriar y/o congelar, artículos tales como alimentos o productos farmacéuticos. Dicha refrigeración puede emplearse efectivamente sin la necesidad de emplear operación de vacío complicada. La invención se puede usar para proveer refrigeración requerida para enfriar y/o congelar alimentos y productos farmacéuticos, tales como, sistemas de composición de aire, almacenamiento en cuartos fríos, congeladores de descarga y aplicaciones de congeladores que convencionalmente emplean congeladores mecánicos y congeladores criogénicos La invención puede usarse para proveer refrigeración para todos los tipos de congeladores tales como una habitación de descarga, un túnel (estacionario o de transporte), múltiples-hileras, banda de espiral de lecho fluidizable, de inmersión, de congeladores de banda de plata y de contacto La invención también se puede usar para enfriar recipientes de transporte, secando por congelación alimentos o productos farmacéuticos, producción de hielo seco, sub-enfpamiento de refrigerantes, condensación de vapor, sistemas de almacenamiento de energía térmica y enfriamiento de superconductores en generadores, motores o líneas de transmisión La invención también se puede usar para la producción almacenamiento y/o distribución de hielo seco El fluido de refrigerante de múltiples componentes util en la practica de esta invención comprende por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres y, por lo menos, un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos, fluoroeteres y gases atmosféricos con el fin de proveer la refrigeración requerida a cada temperatura La elección de componentes de refrigerantes dependerá de la carga de refrigeración contra la temperatura para la aplicación del proceso particular Los componentes adecuados son bien elegidos dependiendo de sus puntos de ebullición normales, calor latente e inflamabilidad, toxicidad y potencial de agotamiento de ozono. Una modalidad preferida de fluido de refrigerante de múltiples componentes útil en la práctica de esta invención, comprende por lo menos dos componentes que consisten del grupo de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres. Otra modalidad preferida del fluido refrigerante de múltiples componentes útil en la práctica de esta invención, comprende por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrocarburos y fluoroéteres y por lo menos un gas atmosférico. Otra modalidad preferida del fluido refrigerante de múltiples componentes útil en la práctica de esta invención, comprende por lo menos un fluoroéter y por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos, fluoroéteres y gases atmosféricos. En una modalidad preferida el fluido refrigerante de múltiples componentes consiste únicamente de fluorocarburos. En otra modalidad preferida el fluido refrigerante de múltiples componentes consiste de únicamente de fluorocarburos e hidrofluorocarburos. En otra modalidad preferida el fluido refrigerante de múltiples componentes consiste únicamente de fluorocarburos y gases atmosféricos. En otra modalidad preferida el fluido refrigerante de múltiples componentes consiste únicamente de fluorocarburos y gases atmosféricos. En otra modalidad preferida el fluido refrigerante de múltiples componentes consiste únicamente de fl uorocarburos , hidrofluorocarburos y fluoroéteres . En Otra modalidad preferida el fluido refrigerante de múltiples componentes consiste solamente de fluoroca rburos , fluoroéteres y gases atmosféricos . El fluido refrigerante de múltiples componentes útil en la práctica de esta invención, puede contener otros componentes tale s como hidroclorofluorocarburos y/o hidrocarburos. Preferiblemente , el fluido refrigerante de múltiples componentes no contiene h id roclorofluorocarburos. En otra modalidad preferida de la invención , el fluido refrigerante de múltiples componentes no contiene hidrocarbu ros . Más preferiblemente el fluido refrigerante de múltiples componentes no contiene hidroclorofluorocarburos n i hidrocarburos . Más preferiblemente el fluido refrigerante de m últiples componentes es no tóxico, no inflamable y no tiene agotamiento de ozono y más preferiblemente cada componente del fluido refrigerante de múltiples componentes es un fluorocarburo, hidrofluorocarburo , fluoroéter o gas atmosférico. La invención es particularmente ventajosa para usarse para alcanzar eficientemente bajas temperaturas de las temperaturas ambiente. Las Tablas 1 -6 mencionan ejemplos preferidos de las mezclas de fluido refrigerante de múltiples componentes útiles en la práctica de esta invención . Las escalas de concentración dadas en la Tablas están en porcentaje molar. Los ejemplos mostrados en la s Tablas 1 -5 son particularmente úti les en la escala de temperatura d e -98.1 °C a -23.1 °C y los ejemplos mostrados en la Tabla 6 so n particularmente útiles en la escala de temperatura de -193.1°C a -98.1°C. TABLA 1 COMPONENTE ESCALA DE CONCENTRACIÓN CsF 2 5-35 C4F-?o 0-25 C3F.5 10-50 C2F8 10-60 CF4 0-25 TABLA 2 COMPONENTE ESCALA DE CONCENTRACIÓN CsF-|2 5-35 C3F8 10-50 CHF3 10-60 CF4 0-25 TABLA 3 COMPONENTE ESCALA DE CONCENTRACIÓN C3H3FS 5-35 C3H3F6 0-25 C2H2F4 5-20 C2F6 5-20 C2F6 10-60 CF4 0-25 TABL, A 4 COMPONENTE ESCALA DE CONCENTRACIÓN CHF2-0-C2HF4 5- 35 C4 ?o 0- 25 CF3-O-CHF2 10 -25 C2F6 10 -60 CF4 0- •25 TABLA 5 COMPONENTE ESCALA DE CONCENTRACIÓN CHF2-O-C2HF4 5-35 CF3-O-CF2 10-50 CHF3 10-60 CF4 0-25 TABLA 6 COMPONENTE ESCALA DE CONCENTRACIÓN C5F1.2 5-25 C4F?o 0-15 C3F8 10-40 C2F6 0-30 CF, 10-50 Ar 0-40 N2 10-80 La invención es especialmente útil para proveer refrigeración sobre una amplia escala de temperatura, particularmente una que abarca bajas temperaturas. En una modalidad preferida de la invención cada uno de los dos o más componentes de la mezcla de refrigerante tiene un punto de ebullición normal que difiere por lo menos por -268.1°C, más preferiblemente por lo menos por -263.1°C, y aún mas preferiblemente por -253.1°C, del punto de ebullición normal de cada otro componente en esa mezcla de refrigerante. Esto aumenta la efectividad para proveer refrigeración sobre una amplia escala de temperatura, particularmente una que abarca temperaturas criogénicas. En una modalidad particularmente preferida de la invención, el punto de ebullición normal del componente de ebullición superior del fluido refrigerante de múltiples componentes es de por lo menos -223.1°C, preferiblemente de por lo menos -173°C, más preferiblemente por lo menos -73°C, mayor que el punto de ebullición normal del componente de ebullición inferior del fluido refrigerante de múltiples componentes. Los componentes y sus concentraciones que forman el fluido refrigerante de múltiples componentes útiles en la práctica de esta invención, son tales que forman fluido refrigerante de múltiples componentes de carga variable y preferiblemente mantienen dicha característica de carga variable a través de toda la escala de temperatura del método de la invención. Esto aumenta notoriamente la eficiencia con la cual puede generarse la refrigeración y usarse sobre una amplia escala de temperatura. El grupo preferido definido de los componentes tiene un beneficio agregado en cuanto a que se puede usar para formar mezclas de fluidos que son no tóxicos, no inflamables y con bajo o ningún agotamiento de ozono. Esto provee ventajas adicionales sobre los refrigerantes convencionales que normalmente son tóxicos, inflamables y/o agotan el ozono. Un fluido refrigerante de múltiples componentes de carga variable preferido útil en la práctica de esta invención que es no tóxico, no inflamable y que no agota el ozono, comprende dos o más componentes del grupo que consiste de C5F12, CHF2-O-C2HF4, C4HF9, C3H3F5, C2Fs-O-CH2F, C3H2F6, CHF2-O-CHF2, C4F10, CF3-O-C2H2F3, C3HF7l CH2F-O-CF3, C2H2F4, CHF2-O-CF3, C3F8, C2HF5, CF3-O-CF3, C2F6, CHF3, CF4, O2, Ar, N2, Ne y He. El fluido refrigerante de múltiples componentes definido de la invención es zeotrópico. Los componentes tienen diferentes puntos de ebullición para agrandar toda la escala de temperatura de interés de manera que las temperaturas muy bajas deseadas, tales como temperaturas criogénicas, pueden lograrse eficiente y generalmente con solo una tapa de compresión y sin la necesidad de operación a vacío. Esto contrasta con los refrigerantes convencionales usados para proveer refrigeración, que están compuestos de componentes únicos o mezclas de dos o tres componentes formulados para comportarse como un solo componente, es decir, mezclas azeotrópicas o casi azeotrópicas con punto de ebullición estrecho La invención se emplea para proveer refrigeración a un recipiente, particularmente a un recipiente aislado. Dichos recipientes aislados usados con la invención normalmente son un congelador, recipiente de almacenamiento frío o un cuarto frío. No necesita estar completamente cerrado a la atmósfera ambiente. Cualesquiera medio de aislamiento que es efectivo para reducir fuga de calor en el recipiente o congelador puede utilizarse. Bajo algunas circunstancias limitadas, puede ser que la instalación de temperatura sub-ambiental tal como un cuarto de procesamiento frío no está aislado o únicamente esté parcialmente aislado. La invención será descrita en mayor detalle con referencia a los Dibujos. Haciendo referencia ahora a la Figura 1, el fluido refrigerante de múltiples componentes 50, se comprime a una presión generalmente dentro de la escala de 2.1 a 70.3 kg/cm2 absoluto, preferiblemente de 7.03 a 42.18 kg/cm2 absoluto, mediante el paso a través de un compresor 51 y el fluido refrigerante de múltiples componentes 52, comprimido, resultante, se enfría del calor de compresión por el paso a través del enfriador 53. El fluido refrigerante de múltiples componentes enfriado resultante 54 además se enfría y por lo menos se condensa parcialmente, preferiblemente completamente, mediante el paso del intercambiador de calor 55. El fluido refrigerante de múltiples componentes condensado por lo menos parcialmente resultante 56, se expande a través de la válvula 57 a una presión generalmente dentro de la escala de 0.35 a 7.03 kg/cm2 absoluto, preferiblemente de 1.05 a 7.03 kg/cm2 absoluto, generando así la refrigeración por el efecto de Joule-Thomson, es decir, disminuyendo la temperatura de fluido debido a la reducción de presión a una entalpia constante. La expansión del fluido refrigerante de múltiples componentes a través de la válvula 57 también puede ocasionar que se evapore algún fluido refrigerante. Los niveles de presión empleados para el refrigerante de alta presión de la corriente 52 y el refrigerante de baja presión de la corriente 58, y la composición del refrigerante, se seleccionan para lograr niveles de temperatura deseados a un costo y eficiencia aceptables.

El fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración 58 después se calienta y se vaporiza por el paso a través del intercambiador de calor 55 y luego se pasa como la corriente 50 al compresor 51 y el ciclo empieza de nuevo. El calentamiento y vaporización del fluido refrigerante de múltiples componentes que contiene la refrigeración en el intercambiador de calor 55 y sirve para enfriar por el fluido refrigerante de intercambio de calor indirecto 54, como se describió previamente y también para el fluido de la atmósfera del recipiente aislado puede intercambiar calor indirecto, como será descrito ahora. Una porción del fluido de la atmósfera, que normalmente es aire pero que puede ser otro fluido tal como nitrógeno, dióxido de carbón o cualquier otro fluido adecuado, se retira del recipiente aislado 59 en la corriente 60 y se pasa a través del separador 61 para remueve cualquier hielo que haya entrado. El separador 61 puede ser un separador de centrifuga, un filtro o cualquier otro medio de separación adecuado. El fluido atmosférico de recipientes aislados libres de hielo después fluye a través del soplador 63 que produce una corriente de gas presurizado 64, generalmente a una presión dentro de la escala de 1.05 a 7.03 kg/cm2 absoluto, preferiblemente de 1.12 a 1.40 y después a través de la unidad de purificación 25. Si es necesario, puede proveerse gas de constitución adicional, tal como se muestra en la Figura 1 por la corriente 68, comprimirse en el soplador 69, entrar a la corriente 70 a través de la unida de purificación 71 y después como la corriente 72 combinada con la corriente 64 para formar la corriente 65. Las unidades de purificación 25 y 71 pueden ser un tamiz molecular como un lecho de absorción o cualquier otro medio adecuado para remover componentes con alto punto de ebullición tal como humedad o dióxido de carbón. Alternativamente, todos el fluido que será refrigerado se puede obtener por medio de la corriente 68 de manera que el fluido removido del recipiente.59 no se recircule. El fluido 65 después se pasa a través del intercambiador de calor 55 en donde se enfría por intercambio de calor indirecto con el calentamiento y vaporización antes mencionados del fluido refrigerante de múltiples componentes dando como resultado la producción del fluido atmosférico del recipiente aislado refrigerado 66 el cual normalmente tiene la temperatura menor a -23.1°C y generalmente tendrá una temperatura dentro de la escala de -173.1°C a -23.1°C. El enfriamiento de la atmósfera o fluido de proceso pueden incluir licuefacción parcial o completa del fluido, por ejemplo, la producción de aire líquido. El fluido refrigerante 66 después se pasa en el recipiente aislado 59 en donde se emplea la refrigeración dentro del fluido 66. Si se desea, el recipiente aislado 59 puede equiparse con una aleta 67 u otro dispositivo de circulación de atmósfera para ayudar a distribuir más uniformemente la refrigeración dentro del recipiente para aumentar las características de transferencia de calor del fluido refrigerante. La Figura 2 ilustra otra modalidad de la invención en donde el intercambio de calor entre el calentamiento del fluido refrigerante de múltiples componentes y el enfriamiento del fluido atmosférico del recipiente aislado ocurre dentro del recipiente aislado. Haciendo referencia ahora a la Figura 2, el fluido refrigerante de múltiples componentes 30 se comprime a una presión generalmente dentro de la escala de 2.10 a 70.3 kg/cm2 absoluto, preferiblemente de 7.03 a 42.18, mediante el paso a través del compresor 31, y el fluido resultante de múltiples componentes comprimido resultante 32 se enfría del calor de compresión pasando a través del enfriador 33. El fluido refrigerante de múltiples componentes enfriado resultante 34 además se enfría y por lo menos se condensa parcialmente, preferiblemente completamente mediante el paso a través del intercambiador de calor 35. El fluido refrigerante de múltiples componentes por lo menos parcialmente condensado resultante 36 se expande a través de la válvula 37 a una presión dentro de la escala de 0.35 a 7.03 kg/cm2 absoluto, preferiblemente de 1.05 a 7.03 kg/cm2 absoluto, generando así refrigeración por el efecto de Joule-Thomson. El fluido refrigerante de múltiples componentes que tiene la refrigeración 38, que puede ser una corriente de dos fases, después se pasa a un recipiente aislado 40. El paso del fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración dentro del recipiente aislado 40 incluye el paso a través de serpentinas de intercambio de calor 39 u otros medios de intercambio de calor adecuados en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes que tiene la refrigeración se caliente y se vaporiza por intercambio de calor con el fluido atmosférico de recipiente aislado. Si se desea, el fluido refrigerante que tiene refrigeración puede inyectarse en el recipiente de manera que el intercambio de calor con el fluido atmosférico del recipiente aislado es por el intercambio de calor directo. El fluido atmosférico del recipiente aislado refrigerado resultante, se emplea después a través del recipiente aislado 40, preferiblemente con ayuda de medios que aumentan el flujo del fluido, tales como un ventilador 42, proveyendo así refrigeración al recipiente aislado. El fluido refrigerante de múltiples componentes caliente resultante 41 se saca del recipiente aislado 40 y después se calienta y se vaporiza completamente, si no es que ya se ha vaporizado mediante el paso a través del intercambiador de calor 35 para efectuar el enfriamiento por intercambio de calor indirecto de la corriente 34 como se describió previamente y el fluido caliente resultante se saca del intercambiador de calor 35 en la corriente 30 para pasarlo al compresor 31 en donde empieza de nuevo el ciclo La Figura 3 llustra otra modalidad de la invención en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes puede usarse para proveer refrigeración a más de un nivel de temperatura y asi puede proveer refrigeración al fluido atmosférico del recipiente aislado que se puede usar dentro de diferentes recipientes para diferentes niveles de refrigeración o a niveles de diferentes temperaturas dentro de un solo recipiente Haciendo referencia ahora a la Figura 3, el fluido refrigerante de múltiples componentes 80 se comprime por el paso a través del compresor 81 a una presión generalmente dentro de la escala de 2 10 a 42 18 y el fluido refrigerante de múltiples componentes comprimido resultante 82 se enfría y condensa parcialmente por el paso a través del enfriador 83 El fluido refrigerante de múltiples componentes de dos fases del enfriador 83 se pasa en la corriente 84 al separador de fases 85 en donde se separa en porciones de vapor y líquido Dado que el fluido refrigerante de múltiples componentes 80 es una mezcla zeotrópica, diferente las composiciones de vapor y líquido Preferiblemente, la porción líquida contiene substancialmente todo el componente de ebullición más alto del fluido refrigerante de múltiples componentes 80 y la porción de vapor contiene substancialmente todo el componente de ebullición inferior del fluido refrigerante de múltiples componentes 80. La porción líquida del fluido refrigerante de múltiples componentes se pasa desde el separador de fases 85 en la corriente 87 a través del intercambiador de calor 88 en donde se sub-enfría. La corriente líquida sub-enfriada resultante 89 se expande a través de la válvula 90 para generar refrigeración por el efecto Joule-Thomson. El fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración resultante 91, que generalmente está a una presión dentro de la escala de 1.05 a 7.03 kg/cm2 absoluto, se pasa a través del dispositivo de mezclado 20 y después en la corriente 93 a través del intercambiador de calor 88 en donde se caliente y se vaporiza completamente por intercambio de calor indirecto con fluido atmosférico del recipiente aislado y después se pasa en la corriente 80 al compresor 81 para un nuevo ciclo. El fluido atmosférico de recipiente aislado se pasa al intercambiador de calor 88 en la corriente 94 y el fluido atmosférico del recipiente aislado refrigerado resultante generalmente a una temperatura dentro de la escala de -6.6°C a 4.4°C, se pasa en la corriente 95 del intercambiador de calor 88 a un recipiente aislado (no mostrado) en donde se provee y se emplea dentro de la corriente 95. La porción de vapor del fluido refrigerante de múltiples componentes se pasa desde el separador de fases 85 en la corriente 86 a través del intercambiador de calor 88 en donde se enfría por intercambio de calor indirecto calentado el fluido en la corriente 93, y después pasando en la corriente 96 al intercambio de calor intermediario 97 para enfriamiento adicional y después en la corriente 100 a través del intercambiador de calor 99 en donde por lo menos se condensa parcialmente. El fluido refrigerante de múltiples componentes se pasa desde el intercambiador de calor 99 en la corriente 104 a través del intercambiador de calor 105 para enfriamiento adicional y condensación y después en la corriente 108 a través del intercambiador de calor 107 en donde se condensa completamente, si no esta condensado completamente y sub-enfriado. La corriente líquida refrigerante de múltiples componentes sub-enfriada 109 se expande a través de la válvula 110 para generar refrigeración por el efecto Joule-Thomson y el fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración resultante 111, que puede ser una corriente de dos fases, se calienta y preferiblemente se vaporiza por lo menos parcialmente mediante el paso de intercambiador de calor 107, sirviendo así para enfriar por intercambio de calor indirecto a la corriente mencionada antes 108 así como el fluido atmosférico de recipiente aislado que se pasa al intercambiador de calor 107 en la corriente 112. El fluido atmosférico del recipiente aislado refrigerante resultante, generalmente a una temperatura dentro de la escala de -34.4°C a -45.5°C, se pasa en la corriente 113 desde el intercambiador 107 a un recipiente aislado (no mostrado) en donde la refrigeración dentro de la corriente 113 se provee y se emplea.

El fluido refrigerante de múltiples componentes caliente se pasa dentro del intercambiador de calor 107 en la corriente 106 a través del intercambiador de calor 105 en donde se calienta además y desde la corriente 101 a través del intercambiador de calor 99 en donde se calienta adicionalmente y preferiblemente se vaporiza adicionalmente por intercambio de calor indirecto con la corriente de enfriamiento mencionada antes 100 y también con el fluido atmosférico del recipiente aislado que se pasa al intercambiador de calor 99 en la corriente 102. El fluido atmosférico del recipiente aislado refrigerado resultante, generalmente a una temperatura dentro de la escala de -17.7°C a -28.8°C, se pasa en la corriente 203 desde el intercambiador de calor 99 a un recipiente aislado (no mostrado) en donde la refrigeración dentro de la corriente 203 se provee y se emplea. El fluido refrigerante de múltiples componentes con calentamiento adicional resultante se pasa desde el intercambiador de calor 99 en la corriente 98 a través del intercambiador de calor 97 y después como la corriente 92 a la mezcladora 20 en donde se mezcla con la corriente 91 para formar la corriente 93 para procesamiento adicional como se describió previamente. La Figura 4 ilustra otra modalidad preferida de la invención en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes se usa para proveer refrigeración a más de un nivel de temperatura y así puede proveer refrigeración a más de un recipiente aislado. La modalidad de la invención ilustrada en la Figura 4 emplea más de una fase de separación del fluido refrigerante de múltiples componentes. Haciendo referencia ahora a la Figura 4, el fluido refrigerante de múltiples componentes 200 se comprime por el paso a través del compresor 201 a una presión generalmente dentro de la escala de 2.1 a 21.09 kg/cm2 absoluto, y el fluido refrigerante de múltiples componentes comprimido 202 se enfría del calor de compresión por el paso a través del enfriador 203. El fluido refrigerante de múltiples componentes resultante 204 se comprime además mediante el paso a través del compresor 205 a una presión generalmente dentro de la escala de 4.2 a 42.18 kg/cm2 absoluto y el fluido refrigerante de múltiples componentes comprimido resultante 206 se enfría y se condensa parcialmente mediante el paso del enfriador 307. El fluido refrigerante de múltiples componentes de dos fases del enfriador 207 se pasa en la corriente 208 al separador de fase 209 en donde se separa en porciones de vapor y líquidas. Dado que el fluido refrigerante de múltiples componentes 300 es una mezcla zeotrópica, la composición de estas porciones de vapor y líquido difieren. Preferiblemente, la porción líquida contiene substancialmente todo el componente de ebullición más alto del fluido refrigerante de múltiples componentes 200 y la porción de vapor contiene substancialmente todo el componente de ebullición inferior del fluido refrigerante de múltiples componentes 200. La porción líquida del fluido refrigerante de múltiples componentes se pasa desde el separador 209 en la corriente 211 a través del intercambiador de calor 212 en donde se sub-enfría. La corriente líquida sub-enfriada resultante 213 se expande a través de la válvula 214 para generar refrigeración por el efecto de Joule-Thomson. El fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración resultante 215, que generalmente esta a una presión dentro de la escala de 1.05 a 7.03 kg/cm2 absoluto, se pasa a través del dispositivo de mezclado 21 y después en la corriente 217 a través del intercambiador de calor 212 en donde se caliente y se vaporiza completamente mediante intercambio de calor indirecto con el fluido de la atmósfera del recipiente aislado y después se pasa en la corriente 200 al compresor 201 para un nuevo ciclo. El fluido de la atmósfera del recipiente aislado, se pasa al intercambiador de calor 212 en la corriente 218 y el fluido de recipiente aislado refrigerado resultante, generalmente a una temperatura dentro de la escala de -1.1°C a 15.5°C, se pasa en la corriente 219 desde el intercambiador de calor 212 a un recipiente aislado (no mostrado) en donde la refrigeración dentro de la corriente 219 se provee y se emplea. La porción de vapor del fluido refrigerante de múltiples componentes se pasa desde el separador de fases 209 en la corriente 210 a través del intercambiador de calor 212 en donde se enfría por intercambio de calor indirecto calentando el fluido en la corriente 217 y después se pasa en la corriente 220 al intercambiador de calor intermediario 221 para enfriamiento adicional. En uno o ambos de los pasos de enfriamiento en el intercambiador de calor 212 y 221 se condensa una porción del fluido refrigerante de múltiples componentes de manera que el fluido refrigerante de múltiples componentes 223 del ¡ntercambiador de calor 221 es una corriente de dos fases. La corriente 223 se pasa al separador de fases 224 en donde se separa en porciones de vapor y líquidas. La porción líquida del separador de fases 224 se pasa en la corriente 226 a través del intercambiador de calor 227 en donde se sub-enfría. La corriente de líquidos sub-enfriada resultante 228 se expande a través de la válvula 229 para generar refrigeración por el efecto Joule-Thomson. El fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración resultante 230, que generalmente a una presión dentro de la escala de 1.05 a 7.03 kg/cm2 absoluto, se pasa a través del dispositivo de mezclado 22 y después en la corriente 232 a través del intercambiador de calor 227 en donde se calienta y se vaporiza por el intercambio de calor indirecto con el fluido atmosférico del recipiente aislado. El fluido atmosférico de recipiente aislado se pasa al intercambiador de calor 227 en la corriente 233 y el fluido atmosférico de recipiente aislado refrigerado resultante generalmente a una temperatura dentro de la escala de -56.6°C a -78.8°C, se pasa en la corriente 234 del intercambiador de calor 227 a un recipiente aislado (no mostrado) en donde la refrigeración dentro de la corriente 234 se provee y se emplea. El fluido refrigerante de múltiples componentes caliente del intercambiador de calor 227 se pasa en la corriente 222 a través del intercambiador de calor 221 para calentar por intercambio de calor indirecto con la corriente de calor 220 y desde el mismo en la corriente 216 a la mezcladora 21 en donde se mezcla con la corriente 215 para formar la corriente 217 para procesamiento adicional como se describió previamente. La porción de vapor del separador de fases 224 se pasa desde el separador de fases 224 en la corriente 225 a través del intercambiador de calor 227 en donde se enfría por intercambio de calor indirecto calentando el fluido en la corriente 232 y después se pasa en la corriente 235 para el intercambiador de calor 236 para enfriamiento adicional. En el curso del enfriamiento a través de los intercambiadores de calor 227 y 236 esta porción de vapor se condensa de manera que el fluido refrigerante de múltiples componentes 238 del intercambiador de calor 236 es una corriente líquida. La corriente 238 se sub-enfría mediante el paso a través del intercambiador de calor 239 y la corriente de líquidos sub-enfriada 240 se expande a través de la válvula 241 para generar refrigeración por el efecto Joule-Thomson y el fluido refrigerante de múltiples componentes que tiene la refrigeración resultante 242, que puede ser una corriente de dos fases, se calienta y preferiblemente por lo menos se vaporiza parcialmente por el paso a través del intercambiador de calor 239, sirviendo así para enfriarse por la corriente de subenfriamiento mencionada antes del intercambio de calor indirecto 238 así como el fluido atmosférico de recipiente aislado que se pasa al intercambiador de calor 239 en la corriente 243. El fluido atmosférico de recipiente aislado refrigerado resultante, generalmente a una temperatura dentro de la escala de -101.1°C a -201.1°C, se pasa en la corriente 244 desde el intercambiador de calor 239 a un recipiente aislado (no mostrado) en donde la se provee y se emplea refrigeración dentro de la corriente 244. El fluido refrigerante de múltiples componentes caliente se pasa desde el intercambiador de calor 239 en la corriente 237 a través del intercambiador de calor 236 en donde se calienta además y desde el mismo en la corriente 231 a la mezcladora 22 en donde se mezcla con la corriente 230 para formar la corriente 232 para procesamiento adicional como se describió previamente. En una modalidad adicional de la invención, el calor de desecho del ciclo de refrigeración puede usarse para proveer calor al mismo o a una instalación diferente que emplea la refrigeración. Por ejemplo, el calor rechazado en los enfriadores 203 y 207 de la modalidad ilustrada en la Figura 4 puede usarse para calentar agua alimentada en calentador. La Figura 5 ilustra otra modalidad de la invención empleado recipientes múltiples con un solo sistema de fluido refrigerante de múltiples componentes. Haciendo referencia ahora a la Figura 5, fluido refrigerante de múltiples componentes 310 se comprime mediante el paso a través del compresor 311 y fluido refrigerante de múltiples componentes comprimido resultante 312 se enfría del calor de compresión en el enfriador posterior 313 para producir el fluido 314. El fluido refrigerante de múltiples componentes en la corriente 314 después se enfría mediante el paso a través del intercambiador de calor 301 y el fluido refrigerante de múltiples componentes enfriado resultante 315 se enfría además pasándolo a través del intercambiador de calor 302 para producir el fluido refrigerante de múltiples componentes enfriado adicionalmente 316. El fluido refrigerante de múltiples componentes 316 sufre de expansión de Joule-Thomson a través de la válvula 317 y el fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración resultante 318 se caliente por el paso a través del intercambiador de calor 302 para efectuar mediante intercambio de calor indirecto el enfriamiento adicional mencionado antes de la corriente 315, así como el enfriamiento de la corriente 332 como será descrito más adelante. La corriente de fluido refrigerante de múltiples componentes caliente resultante 319 además se calienta por el paso a través del intercambiador de calor 301 para efectuar mediante el intercambio de calor indirecto el enfriamiento mencionado antes de la corriente 314, así como el enfriamiento de la corriente 322 como será descrito más adelante. El fluido refrigerante de múltiples componentes caliente adicional resultante se pasa desde el intercambiador de calor 302 como la corriente 310 al compresor 311 y el de nuevo empieza el ciclo. El fluido atmosférico del recipiente 303 se pasa en la corriente 320 al soplador 321 y desde ahí la corriente 322 a través del intercambiador de calor 302 en donde se enfría por el intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración de calentamiento adicional mencionado antes. La corriente de fluido enfriada resultante 323 se pasa en algo a| recipiente 303 en donde se emplea la refrigeración generada por el fluido refrigerante de múltiples componentes. El fluido atmosférico de recipiente 305 se pasa en la corriente 330 al soplador 331 y desde ahí como la corriente 332 a través del intercambiador de calor 302 en donde se enfría por el intercambio de calor indirecto con el fluido refrigerante de múltiples componentes para refrigeración de calentamiento mencionado antes. La corriente de fluido enfriada resultante 333 se pasa de nuevo el recipiente 305 en donde la refrigeración generada por el fluido refrigerante de múltiples componentes se emplea. Aunque el circuito de flujo refrigerante de múltiples componentes descrito en los dibujos es un solo ciclo de flujo de ciclo cerrado, puede ser que se utilicen otros circuitos de flujo para algunas aplicaciones. Por lo tanto, los circuitos de flujo refrigerantes podrían incluir reciclado de líquidos, es decir, separación de fase del fluido refrigerante con el recalentamiento de líquidos y enfriamiento adicional del vapor separado. Dicho reciclado de líquidos internos sirve para proveer flexibilidad al proceso de mezclas de refrigerantes se puede evitar preocupaciones de congelación de líquidos. También, para algunos casos, tales como temperaturas muy bajas requeridas o múltiples recipientes, puede ser conveniente utilizar múltiples circuitos de flujo para el sistema refrigerante. Para cada caso, cada circuito separado podría proveer refrigeración sobre una escala de temperatura dada en los circuitos combinados podrían proveer eficiente refrigeración sobre la escala de temperatura total.

Ahora mediante el uso de esta invención, se puede proveer más efectivamente refrigeración a un recipiente aislado especialmente en donde se requiere refrigeración sobre una escala de temperatura más grande tal como de una temperatura ambiente a una temperatura criogénica. Aunque la invención se ha descrito en detalle con referencia a ciertas modalidades preferidas los expertos en la materia reconocerán que hay otras modalidades de la invención dentro del espíritu y alcance de las revindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1 Un método para proveer refrigeración que comprende (A) comprimir un fluido refrigerante de múltiples componentes que comprenden por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres y por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos, fluoroéteres y gases atmosféricos, (B) enfriar y por lo menos condensar parcialmente el fluido refrigerante de múltiples componentes comprimidos, (C) expander por lo menos el fluido refrigerante de múltiples componentes parcialmente condensado para generar refrigeración y (D) calentar y por lo menos vaporizar parcialmente la refrigeración que tiene fluido refrigerante de múltiples componentes y emplear refrigeración del fluido de refrigerantes de múltiples componentes en un recipiente 2. El método de la reivindicación 1, en donde se emplea la refrigeración para enfriar o congelar alimentos 3 El método de la reivindicación 1, en donde se emplea la refrigeración para enfriar o congelar productos farmacéuticos 4. El método de la reivindicación 1, en donde el recipiente es un recipiente aislado y en donde el calentamiento y la vaporización por lo menos parcialmente del fluido refrigerante de múltiples componentes que tiene la refrigeración es mediante el intercambio de calor con el fluido atmosférico del recipiente aislado para producir el fluido atmosférico de recipiente aislado refrigerado y que comprende además (E) el empleo del fluido atmosférico de recipiente aislado dentro de u n recipiente ai slado para proveer refrigeración a un recipiente aislado . 5. El método de la reivi ndicación 4, en donde el enf ria miento de fluido refrigerante de m últiples componentes en el paso ( B) condensa parcialmente el flu ido refrigera nte de múltiples componentes y el líquido resultante se emplea para llevar a cabo los pasos (C) , (D) y (E) ; comprendiendo además (F) enfriar el vapor resultante para producir fluido enfriado , expander el fluido empleado para generar refrigeración y calentar el fluido que tiene refri geración resultante para producir el fluido refrigerante para usarse en un recipiente a islado . 6. El método de la reivindicación 4 , en donde el enf riamiento de fluido refrigerante de múltiples componentes en el paso ( B) condensa parcialmente el fl uido refrigerante de múltiples componentes y el líquido resultante se emplea para llevar a cabo los pasos (C), (D) y (E); comprendiendo además (G) condensar parcialmente el vapor resultante para producir un fluido l íq u ido y un luido de vapor, expandiendo el fluido l íquido para generar refrigeración y calentar el fl uido l íquido que tiene refrigeración resultante para producir el fluido refrigerado para usarse en un recipiente aislado ; y (H ) por lo menos condensar parcialmente el fluido de vapor y expander el fluido por lo menos parcialmente condensado para generar refrigeración y calentar el fluido que tiene refrigeración resultante para producir el fluido refrigerado para usarse en un recipiente aislado. 7. El método de la reivindicación 1, en donde el punto de ebullición normal del componente de ebullición superior del fluido refrigerante de múltiples componentes es de por lo menos -223.1°C mayor que el punto de ebullición normal del componente de ebullición inferior del fluido refrigerante de múltiples componentes. 8. El método de la reivindicación 1, en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes comprende por lo menos dos componentes del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres. 9. El método de la reivindicación 1, en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes comprende por lo menos un componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres y por lo menos un gas atmosférico. 10. El método de la reivindicación 1, en donde el fluido refrigerante de múltiples componentes comprende por lo menos un fluoroéter y por lo menos componente del grupo que consiste de fluorocarburos, hidrofluorocarburos y fluoroéteres y gases atmosféricos.