WO1999058909A1 - Separador de liquido con recuperacion automatica de aceite - Google Patents

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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/02—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for separating lubricants from the refrigerant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion

Definitions

  • the evaporator receives less refrigerant fluid than it can vaporize, so that the final portion of its inner surface is only in contact with steam.
  • the thermal transmission of an evaporator working in a humid regime exceeds that obtained by it by 20-25% 2 working in dry regime.
  • a refrigeration installation whose evaporator works in a humid regime must have at its exit a separating vessel where the liquid and vapor phases are separated to be taken, respectively, to the evaporator and the compressor.
  • the refrigerant fluid used is a CFC or an HCFC
  • the mineral oil entrained in the compressor discharge remains dissolved in the liquid phase and is trapped in the evaporator, unable to return to the compressor. This fact makes it impossible to use the wet regime with these categories of fluids.
  • the refrigerant fluid is not miscible with the oil, the separation of the oil and the refrigerant fluid also takes place in the liquid separating vessel, both of which remain in two distinct layers.
  • This system is used in cold production facilities whose refrigerant fluid is anhydrous ammonia, not miscible with mineral refrigerating oil. Said oil is denser than the liquid anhydrous ammonia and is deposited at the bottom of the liquid separator, where it is easily recovered to be returned to the compressor.
  • HFC-type refrigerating fluids are not miscible with mineral refrigerating oil and therefore can be used in cold production facilities whose evaporator works in a wet regime.
  • the separation of the liquid and vapor phases takes place on the one hand, and on the other hand the separation of the oil and the refrigerant fluid, the mineral oil remaining floating on the refrigerant fluid as a consequence of its lower density .
  • the separator described below has the mission of performing the functions mentioned in the previous paragraph, as well as the automatic recovery of the oil to be returned to the compressor of the refrigeration system.
  • the liquid separator with automatic oil recovery whose section is shown in figure 1 consists of a cylindrical envelope (1) closed by two bottoms (2), the assembly containing all the elements described below. For proper operation, the separator must be placed in an upright position. 3 From the upper bottom comes a steam outlet pipe (3) that connects the separator with the suction pipe of the refrigeration compressor. Said pipe (3) has its inner end to the cylinder (1) cut in bevel and incorporates inside it a liquid particle eliminator (4).
  • This particle eliminator is formed by a series of flat sheets parallel to each other, positioned inclined with respect to a plane perpendicular to the axis of the pipe (3). The sheets alternately leave a large free section for upward steam passage and a small free section for downward liquid passage.
  • a pipe (7) penetrates the cylinder (1) so that the axes of both are perpendicular and are contained in the same plane.
  • the inner end of the pipe (7) is curved downward so that the straight section of the outlet of said pipe is contained in a plane perpendicular to the axis of the cylinder (1).
  • the refrigerant fluid coming from the valve or expansion device of the refrigeration system reaches the separator through the pipe (7).
  • a pipe (8) penetrates the cylinder (1) so that the axes of both are perpendicular and are contained in the same plane.
  • the inner end of the pipe (8) is curved downward so that the straight section of the outlet of said pipe is contained in a plane perpendicular to the axis of the cylinder (1).
  • the refrigerant fluid coming from the evaporator outlet of the refrigeration system reaches the separator through the pipe (8).
  • the convex surface face faces the pipes (7) and (8), and its axis of symmetry coincides with the axis of the cylinder (1).
  • the lower one that links with the curved section
  • the upper one which extends the lower half to the end of the pipe.
  • the pipe wall in the lower half is blind, while the pipe wall in the upper half is perforated by numerous holes of the same diameter.
  • the upper end of the pipe (6) is closed with a plug (10) whose outer diameter is greater than the outer diameter of said pipe.
  • a slide (11) consisting of a tube placed concentrically with the vertical section of the pipe (6) and externally attached thereto is joined in solidarity with a float (12).
  • the float is formed by two concentric cylinders of equal length, of coincident straight end sections, closed the parts of said straight end sections comprised between the cylinders by each surface.
  • the connection between the slide (11) and the float (12) is made with radial rods contained in a plane perpendicular to the axis of the cylinder (13).
  • the expanded cooling liquid in the valve or expansion device of the refrigeration system reaches the separator described in the previous section through the pipe (7).
  • the liquid fraction falls on the surface (9) and the vapor fraction is aspirated by the pipe (3).
  • the refrigerant fluid that leaves the evaporator reaches the liquid separator through the pipe (8).
  • the liquid fraction falls on the surface (9) and the vapor fraction is aspirated by the pipe (3).
  • the steam sucked by the pipe (3) passes through the particle eliminator (4) where the liquid droplets that the steam could drag are deposited on the flat sheets and drain towards the inner wall of the pipe (3) to finally slide towards the lower end of it where, due to the bevel cutting of said end, they agglutinate forming large drops that fall on the surface (9).
  • the liquid that falls on the surface (9) drains towards its perimeter and falls towards the bottom bottom of the liquid separator. Since the free straight section of this bottom is much larger than the joint straight section of the pipes 5 (7) and (8), the movement of the accumulated liquid in said bottom becomes much slower, which favors the separation of the refrigerating oil and the refrigerating fluid.
  • the oil being less dense than the refrigerant fluid, is concentrated on the surface of the liquid layer while the refrigerant fluid remains at the bottom.
  • the cooling liquid is sucked from the bottom of the separator through the pipe (5) to be taken to the evaporator inlet.
  • the float (12) follows the fluctuations of the level of the liquid layer and in its movement it drags the slide (11) that is rigidly attached to it.
  • the upper end of the slide is flush with the oil layer.
  • the holes (14) allow the passage of oil into the pipe (6) so that from there it is sucked into the figorific compressor.
  • liquid separator with automatic oil return performs the following functions:
  • FIG. 1 Section of the Liquid Separator with automatic oil recovery.
  • FIG. 1 Example of realization of Liquid separator with automatic oil recovery.

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Abstract

Separador de líquidos con recuperación automática de aceite (6) que consta de una envolvente cilíndrica (1) y dos fondos. Del fondo superior sale una tubería de salida de vapor (3) con su extremo interior cortado en bisel e incorpora en su interior un eliminador de partículas formado por laminas planas paralelas entre si. Del fondo inferior sale otra tubería de salida de líquido (5). Una tubería recuperadora de aceite (6) sale de (5) y consta de unos taladros que son tapados a medida que la corredera (11) los tapa al subir por los flotadores (12). La superficie (9) dirige los condensados hacia su perímetro cayendo al fondo del separador de líquidos. Los líquidos frigoríficos llegan por los tubos (7 y 8). La separación entre el aceite, menos denso, y el líquido frigorífico se hacen en función de las densidades y la lenta salida del líquido por (5).

Description

1
TÍTULO
SEPARADOR DE LÍQUIDO CON RECUPERACIÓN AUTOMÁTICA DE ACEITE.
SECTOR DE LA TÉCNICA Instalaciones frigoríficas.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La práctica totalidad de las instalaciones de producción de frío por compresión mecánica de tamaños pequeño y mediano, así como bastantes de las de tamaño grande, utilizan como fluido frigorígeno algún derivado halogenado de hidrocarburo saturado. Hasta hace pocos años estos fluidos pertenecían exclusivamente a las categorías CFC (clorofluorocarburos) y HCFC (hidroclorofluorocarburos). La evidencia de que ambas categorías de fluidos son perjudiciales para el medio ambiente atmosférico ha dado origen a una abundante legislación cuya finalidad es controlar, limitar y, en última instancia, prohibir su utilización. Como alternativa a esos fluidos han aparecido otros pertenecientes a una nueva categoría denominada HFC (hidrofluorocarburos), mucho menos perjudiciales para el medio ambiente.
La sustitución de los CFCs y HCFCs por HFCs plantea diversos problemas, el más importante de los cuales es quizás el relativo a la miscibilidad con el aceite frigorífico mineral: los fluidos pertenecientes a las categorías CFC y HCFC disuelven este aceite en un amplio margen de proporciones relativas, pero los HFCs no disuelven el aceite mineral. Este aspecto es primordial a la hora de elegir el régimen de trabajo del evaporador en una instalación frigorífica. El evaporador puede trabajar en régimen húmedo o en régimen seco. El régimen húmedo se caracteriza por ser el evaporador alimentado con una cantidad de fluido frigorígeno superior a la que puede vaporizar, de modo que toda su superficie interior está en contacto con líquido. Por el contrario, en el régimen seco al evaporador le llega menos cantidad de fluido frigorígeno de la que puede vaporizar, de manera que la porción final de su superficie interior está únicamente en contacto con vapor. La transmisión térmica de un evaporador trabajando en régimen húmedo supera en un 20-25% a la obtenida por el mismo 2 trabajando en régimen seco.
Una instalación frigorífica cuyo evaporador trabaja en régimen húmedo debe disponer a la salida de éste de un recipiente separador donde se separen las fases líquida y vapor para ser llevadas, respectivamente, al evaporador y al compresor. Si el fluido frigorígeno utilizado es un CFC o un HCFC, el aceite mineral arrastrado en la descarga del compresor se mantiene disuelto en la fase líquida y queda atrapado en el evaporador, no pudiendo retornar al compresor. Este hecho imposibilita la utilización del régimen húmedo con dichas categorías de fluidos. Por el contrario, si el fluido frigorígeno no es miscible con el aceite, en el recipiente separador de líquido también tiene lugar la separación del aceite y del fluido frigorígeno, quedando ambos en dos capas diferenciadas. Este sistema es utilizado en instalaciones de producción de frío cuyo fluido frigorígeno es amoniaco anhidro, no miscible con aceite frigorífico mineral. Dicho aceite es más denso que el amoniaco anhidro líquido y se deposita en el fondo del separador de líquido, de donde es fácilmente recuperado para ser devuelto al compresor.
Los fluidos frigorígenos tipo HFC no son miscibles con el aceite frigorífico mineral y por lo tanto pueden ser utilizados en instalaciones de producción de frío cuyo evaporador trabaje en régimen húmedo. En el recipiente separador de líquido tiene lugar, por un lado, la separación de las fases líquida y vapor, y por otro lado la separación del aceite y del fluido frigorígeno, quedando el aceite mineral flotando sobre el fluido frigorígeno como consecuencia de su menor densidad.
El separador descrito a continuación tiene como misión realizar las funciones mencionadas en el párrafo anterior, así como la recuperación automática del aceite para ser devuelto al compresor de la instalación frigorífica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El separador de líquido con recuperación automática de aceite cuya sección se muestra en la figura 1 consta de una envolvente cilindrica (1) cerrada por dos fondos (2), conteniendo el conjunto todos los elementos que se describen a continuación. Para su correcto funcionamiento, el separador debe estar colocado en posición vertical. 3 Del fondo superior sale una tubería (3) de salida de vapor que conecta el separador con la tubería de aspiración del compresor frigorífico. Dicha tubería (3) tiene su extremo interior al cilindro (1) cortado en bisel e incorpora en su interior un eliminador de partículas líquidas (4). Este eliminador de partículas está formado por una serie de láminas planas paralelas entre sí, colocadas inclinadas respecto de un plano perpendicular al eje de la tubería (3). Las láminas dejan alternativamente una sección libre grande para paso de vapor en sentido ascendente y una sección libre pequeña para paso de líquido en sentido descendente. Del fondo inferior sale una tubería (5) de salida de líquido que conecta el separador con la tubería de entrada al evaporador frigorífico. El tramo horizontal de una tubería (6) sale a través de la pared de la tubería (5) de manera que los ejes de ambas tuberías son perpendiculares y están contenidos en un mismo plano. El eje del tramo vertical de la tubería (6) coincide con el eje del cilindro (1). Dichos tramos vertical y horizontal están unidos entre sí por un tramo curvo.
Una tubería (7) penetra en el cilindro (1) de manera que los ejes de ambos son perpendiculares y están contenidos en un mismo plano. El extremo interior de la tubería (7) está curvado hacia abajo de forma que la sección recta de la salida de dicha tubería está contenida en un plano perpendicular al eje del cilindro (1). Por la tubería (7) le llega al separador el fluido frigorígeno proveniente de la válvula o dispositivo de expansión de la instalación frigorífica.
Una tubería (8) penetra en el cilindro (1) de manera que los ejes de ambos son perpendiculares y están contenidos en un mismo plano. El extremo interior de la tubería (8) está curvado hacia abajo de forma que la sección recta de la salida de dicha tubería está contenida en un plano perpendicular al eje del cilindro (1). Por la tubería (8) le llega al separador el fluido frigorígeno proveniente de la salida del evaporador de la instalación frigorífica.
Inmediatamente debajo de las tuberías (7) y (8) en el interior del dispositivo se encuentra una superficie (9) con forma de casquete esférico que ocupa la casi totalidad de la sección recta del cilindro (1). La cara convexa de la superficie mira hacia las tuberías (7) y (8), y su eje de simetría coincide con el eje del cilindro (1 ).
En el tramo vertical de tubería (6) se diferencian dos mitades: la inferior, 4 que enlaza con el tramo curvo, y la superior, que prolonga la mitad inferior hasta el extremo de la tubería. La pared de la tubería en la mitad inferior es ciega, mientras que la pared de la tubería en la mitad superior está perforada por numerosos taladros del mismo diámetro. El extremo superior de la tubería (6) está cerrado con un tapón (10) cuyo diámetro exterior es superior al diámetro exterior de dicha tubería.
Una corredera (11) consistente en un tubo colocado concéntricamente con el tramo vertical de la tubería (6) y exteriormente a ella va unida solidariamente a un flotador (12). El flotador está formado por dos cilindros concéntricos de igual longitud, de secciones rectas extremas coincidentes, cerrada las partes de dichas secciones extremas rectas comprendidas entre los cilindros por sendas superficies. La unión entre la corredera (11) y el flotador (12) se realiza con varillas radiales contenidas en un plano perpendicular al eje del cilindro (13).
A continuación se describe el funcionamiento del separador de liquido con recuperación automática de aceite.
El líquido frigorígeno expansionado en la válvula o dispositivo de expansión de la instalación frigorífica llega al separador descrito en el epígrafe anterior por la tubería (7). La fracción líquida cae sobre la superficie (9) y la fracción vapor es aspirada por la tubería (3).
El fluido frigorígeno que sale del evaporador llega al separador de líquido por la tubería (8). La fracción líquida cae sobre la superficie (9) y la fracción vapor es aspirada por la tubería (3).
El vapor aspirado por la tubería (3) pasa a través del eliminador de partículas (4) donde las gotas de líquido que pudiera arrastrar el vapor se depositan sobre las láminas planas y escurren hacia la pared interior de la tubería (3) para finalmente deslizarse hacia el extremo inferior de ésta donde, por efecto del corte en bisel de dicho extremo, se aglutinan formando gotas grandes que caen sobre la superficie (9). El líquido que cae sobre la superficie (9) escurre hacia el perímetro de ésta y cae hacia el fondo inferior del separador de líquido. Dado que la sección recta libre de éste fondo es mucho mayor que la sección recta conjunta de las tuberías 5 (7) y (8), el movimiento del líquido acumulado en dicho fondo se hace mucho más lento, lo que propicia la separación del aceite frigorífico y del fluido frigorígeno. El aceite, al ser menos denso que el fluido frigorígeno, se concentra en la superficie de la capa líquida mientras que el fluido frigorígeno se queda en el fondo. El líquido frigorígeno es aspirado del fondo del separador por la tubería (5) para ser conducido a la entrada del evaporador.
El flotador (12) sigue las fluctuaciones del nivel de la capa líquida y en su movimiento arrastra la corredera (11 ) que está rígidamente unida a él. El extremo superior de la corredera queda enrrasado con la capa de aceite. Los taladros (14) permiten el paso de aceite al interior de la tubería (6) para que desde allí sea aspirado hacia el compresor figorífico.
Así pues, el separador de líquido con retorno automático de aceite realiza las siguientes funciones:
- Separación de las fases líquida y vapor en el fluido proveniente de la válvula o dispositivo de expansión.
- Separación de las fases líquida y vapor en el fluido proveniente del evaporador.
- Alimentación del evaporador con líquido frigorígeno.
- Eliminación de las partículas de líquido que pudiera arrastrar el vapor separado del líquido.
- Alimentación del compresor con vapor frigorígeno exento de líquido.
- Separación del aceite frigorífico arrastrado desde la descarga del compresor.
- Recuperación automática del aceite frigorífico y retorno del mismo a la aspiración del compresor. 6
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 Sección del Separador de líquido con recuperación automática de aceite.
(I ) Envolvente cilindrica (2) Fondos
(3) Tubería de salida de vapor
(4) Eliminador de partículas líquidas
(5) Tubería de salida de líquido
(6) tubería (7) tubería
(8) tubería
(9) Superficie con forma de casquete esférico
(10) Tapón
(I I) Corredera (12) Flotador
(13) Varillas radiales
Figura 2 Ejemplo de realización de Separador de líquido con recuperación automática de aceite. Sección acotada. a) Todas las cotas en milímetros. b) El flotador (12) está formado por cuatro cilindros de las dimensiones indicadas. c) Dimensión característica de los vaciados en los extremos de las láminas planas del eliminador de partículas : vaciado mayor, 15 mm vaciado menor, 4 mm d) Diámetro de los taladros (14) , 5 mm e) Relación de materiales : partes (1) , (2) , (3) , (4) , (5) , mitad inferior de (6) , (7) , (8) , y (9) : cobre partes (10) y mitad superior de (6) : latón partes (11) , (12) y (13) : aluminio

Claims

7REIVINDICACIONES
1. Separador de líquido caracterizado por incorporar en su interior un dispositivo para recuperación automática de aceite y un eliminador de partículas de líquido.
2. Separador según la reivindicación primera caracterizado por que el dispositivo para recuperación automática de aceite consta de:
- Una tubería con un tramo vertical para captación del aceite y un tramo horizontal para evacuación del mismo.
- Una corredera concéntrica con el tramo vertical de la tubería anterior y exterior a él.
- Un flotador que arrastra la corredera.
- Una superficie de distribución de la fase líquida separada.
3. Dispositivo según la reivindicación segunda caracterizado por que el tramo vertical de tubería es de pared ciega en su parte inferior y con taladros en su parte superior, estando el extremo de dicha parte superior cerrado por medio de un tapón mayor que el diámetro exterior de la tubería.
4. Dispositivo según la reivindicación segunda caracterizado por tener una corredera en forma de tubería de diámetro interior mayor que el diámetro exterior de la tubería reivindicada en la reivindicación tercera, de longitud inferior al tramo vertical de dicha tubería, concéntrico con él exteriormente y pudiendo deslizar a lo largo de él.
5. Dispositivo según la reivindicación segunda caracterizado por tener un flotador de uno o más cuerpos rígidamente unido a la corredera reivindicada en la reivindicación cuarta para arrastrarla en su desplazamiento.
6. Dispositivo según la reivindicación segunda caracterizado por tener una superficie cóncava-convexa unida rígidamente al cuerpo del separador reivindicado en la reivindicación primera, situada inmediatamente encima del tapón de la tubería reivindicada en la reivindicación tercera, de forma que el plano definido por la base de la superficie cóncava-convexa es perpendicular al eje longitudinal del separador reivindicado en la reivindicación primera, y de dimensión tal que si se proyectan sobre un mismo plano perpendicular a éste eje longitudinal el círculo de la base de la superficie cóncava-convexa y el 8 flotador reivindicado en la reivindicación quinta, la proyección del primero contiene totalmente a la proyección del segundo.
7. Separador según la reivindicación primera caracterizado por que el eliminador de partículas que incorpora está contenido en el interior de la tubería de salida de vapor, teniendo esta tubería el extremo interior al separador cortado en bisel.
8. Eliminador de partículas líquidas según reivindicación séptima caracterizado por estar formado por láminas planas paralelas separadas entre sí, inclinadas respecto del eje longitudinal del separador reivindicado en la reivindicación primera y apoyando la parte curva de su perímetro sobre la cara interior de la tubería de salida de vapor.
9. Eliminador de partículas líquidas según reivindicación octava caracterizado por que las láminas planas tienen la forma y disposición que a continuación se indica: - Un primer tipo tiene forma de elipse con un extremo cortado según una paralela a su eje menor. - Un segundo tipo tiene forma y tamaño igual a los del tipo anterior salvo que el otro extremo está cortado según una paralela al eje menor situada a mayor distancia del punto de intersección de los dos ejes de la elipse. - La láminas de uno y otro tipo están colocadas alternativamente de modo que el extremo no cortado de todas las del primer tipo está en una misma generatriz interior de la tubería de salida de vapor y que el extremo cortado a mayor distancia del punto de intersección de los dos ejes de la elipse de todas las láminas del segundo tipo estaría en la generatriz diametralmente opuesta a la anterior.
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