BR112014027770B1 - Sistema integrado de refrigeração com co2 e condicionamento de ar (cda) para uso em um estabelecimento - Google Patents

Abstract

sistema de refrigeração com co2 com módulo de condicionamento de ar integrado. um sistema integrado de refrigeração com co2 e condicionamento de ar (cda) para uso em um estabelecimento inclui um ou mais compressores de co2 configurados para descarregar um refrigerante de co2 em uma pressão mais alta para circulação através de um circuito para fornecer resfriamento para uma ou mais cargas de refrigeração no estabelecimento e um receptor configurado para receber o refrigerante de co2 em uma pressão mais baixa através de uma válvula de alta pressão. o sistema integrado inclui adicionalmente um módulo cda configurado para entregar um refrigerante cda resfriado para cargas cda no estabelecimento. o módulo cda inclui um evaporador cda e um compressor cda. o evaporador cda tem uma entrada configurada para receber co2 líquido e uma saída configurada para descarregar um vapor de co2. o compressor cda é arranjado em paralelo com o um ou mais compressores de co2 e é configurado para receber vapor de co2 tanto do evaporador cda quanto do receptor.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica o benefício e prioridade para o pedido provisório US 61/646.082 depositado em 11 demaio de 2012, pedido provisório US 61/651.341 depositado em24 de maio de 2012 e para o pedido provisório US 61/668.803depositado em 6 de julho de 2012. Os pedidos provisórios US61/646.082, 61/651.341 e 61/668.803 estão incorporados aeste documento pela referência nas suas totalidades.

ANTECEDENTES

[002] Esta seção é pretendida para fornecer conhecimento ou contexto para a invenção relatada nas reivindicações. A descrição neste documento pode incluir conceitos que podem ser seguidos, mas não são conceitos que necessariamente tenham sido concebidos ou seguidos anteriormente. Portanto, a não ser que indicado de outro modo neste documento, o que é descrito nesta seção não é técnica anterior para a descrição e reivindicações neste pedido e não é admitido para ser técnica anterior por inclusão nesta seção.

[003] A presente revelação diz respeito de uma maneira geral a um sistema de refrigeração usando primariamente dióxido de carbono (isto é, CO2) como um refrigerante. A presente revelação diz respeito mais particularmente a um sistema de refrigeração com CO2 para supermercados ou estabelecimentos semelhantes, o sistema de refrigeração tendo um módulo flexível que fornece resfriamento para cargas de condicionamento de ar (“CDA”) do estabelecimento. A presente revelação diz respeito mais particularmente a um módulo CDA tendo um evaporador (por exemplo, um resfriador CDA, uma unidade de ventilador-serpentina, etc.) para receber o refrigerante de CO2 e um compressor operando em paralelo com compressores do sistema de refrigeração com CO2.

[004] Sistemas de refrigeração que fornecem resfriamento para dispositivos de exibição de temperatura controlada (por exemplo, gabinetes, prateleiras, etc.) em supermercados ou estabelecimentos similares tipicamente operamindependentemente dos sistemas de condicionamento de ar usados para refrigerar os estabelecimentos durante dias quentes ou úmidos (por exemplo, em climas mais quentes, durante variações de temperatura diariamente ou sazonais, etc.). Adicionalmente, tais sistemas de refrigeração e sistemas de condicionamento de ar tipicamente não são integrados em um modo que aumenta a eficiência do(s) sistema(s) ou que fornece modularidade flexível no modo em que os sistemas são integrados.

[005] Desta maneira, seria desejável fornecer um sistema de refrigeração com CO2 tendo um módulo flexível para integrar o resfriamento de cargas de condicionamento de ar em um modo que aumente a eficiência dos sistemas.

SUMÁRIO

[006] Uma implementação da presente revelação é um sistema integrado de refrigeração com CO2 e condicionamento de ar (CDA) para uso em um estabelecimento. O sistema integrado inclui um ou mais compressores de CO2 configurados para descarregar um refrigerante de CO2 em uma pressão mais alta para circulação através de um circuito para fornecer resfriamento para uma ou mais cargas de refrigeração no estabelecimento e um receptor configurado para receber o refrigerante de CO2 em uma pressão mais baixa através de uma válvula de alta pressão. O receptor tem uma parte de CO2 líquido e uma parte de vapor de CO2.

[007] O sistema integrado inclui adicionalmente um módulo CDA configurado para entregar um refrigerante CDA resfriado para cargas CDA no estabelecimento. O módulo CDA inclui um evaporador CDA e um compressor CDA. O evaporador CDA tem uma entrada configurada para receber CO2 líquido e uma saída configurada para descarregar um vapor de CO2. O compressor CDA é arranjado em paralelo com o um ou mais compressores de CO2 e é configurado para receber vapor de CO2 tanto do evaporador CDA quanto do receptor.

[008] Uma outra implementação da presente revelação é um outro sistema integrado de refrigeração com CO2 e condicionamento de ar para uso em um estabelecimento. O sistema integrado inclui um circuito de refrigeração com CO2 configurado para circular um refrigerante de CO2 para cargas de refrigeração no estabelecimento e um módulo CDA configurado para entregar um refrigerante CDA resfriado para cargas CDA no estabelecimento.

[009] O circuito de refrigeração com CO2 inclui uma pluralidade de compressores de CO2 paralelos, um resfriador/condensador de gás, um receptor tendo uma parte de vapor de CO2 e uma parte de CO2 líquido, e uma linha de fornecimento de CO2 líquido. A linha de fornecimento de CO2 líquido é acoplada à parte de CO2 líquido do receptor e configurada para direcionar CO2 líquido para uma ou mais cargas de refrigeração no estabelecimento.

[010] O módulo CDA inclui um evaporador CDA e um compressor CDA. O evaporador CDA tem uma entrada configurada para receber o refrigerante de CO2 do circuito de refrigeração com CO2 e uma saída configurada para descarregar o refrigerante de CO2. O compressor CDA é arranjado em paralelo com a pluralidade de compressores de CO2 paralelos, o compressor CDA configurado para receber vapor de CO2 tanto do evaporador CDA quanto do receptor.

[011] Uma outra implementação da presente revelação também é um outro sistema integrado de refrigeração com CO2 e condicionamento de ar para uso em um estabelecimento. O sistema integrado inclui um circuito de refrigeração com CO2 configurado para circular um refrigerante de CO2 para cargas de refrigeração no estabelecimento e um módulo CDA integrado com o circuito de refrigeração com CO2 e configurado para fornecer resfriamento para cargas CDA no estabelecimento.

[012] O circuito de refrigeração com CO2 inclui um compressor de CO2 configurado para descarregar o refrigerante de CO2 em uma primeira pressão para uma primeira linha de fluido e um receptor configurado para receber o refrigerante de CO2 em uma segunda pressão menor que a primeira pressão. O receptor tem uma parte de CO2 líquido e uma parte de vapor de CO2. O circuito de refrigeração com CO2 inclui adicionalmente uma válvula de alta pressão disposta entre o compressor de CO2 e o receptor. A válvula de alta pressão é configurada para receber o refrigerante de CO2 na primeira pressão de uma segunda linha de fluido e descarregar o refrigerante de CO2 na segunda pressão.

[013] O módulo CDA inclui um evaporador CDA configurado para receber refrigerante de CO2 de um componente do circuito de refrigeração com CO2 e transferir calor para o refrigerante de CO2. O componente do circuito de refrigeração com CO2 do qual o refrigerante de CO2 é recebido é selecionado de um grupo consistindo de: a segunda linha de fluido, a parte de CO2 líquido do receptor e a válvula de alta pressão. O módulo CDA inclui adicionalmente um compressor CDA arranjado em paralelo com o compressor de CO2. O compressor CDA é configurado para receber refrigerante de vapor de CO2 da parte de vapor de CO2 do receptor e para descarregar refrigerante de vapor de CO2 na primeira linha de fluido.

[014] Os versados na técnica compreenderão que o sumário exposto anteriormente é somente ilustrativo e não é pretendido para ser limitante em nenhum modo. Outros aspectos, recursos inventivos e vantagens dos dispositivos e/ou processos descritos neste documento, tais como definidos unicamente pelas reivindicações, se tornarão aparentes na descrição detalhada exposta neste documento e considerada em combinação com os desenhos anexos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[015] A figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de refrigeração com CO2 tendo uma parte de sistema de temperatura baixa (“TB”) para cargas TB de resfriamento (por exemplo, evaporadores TB em dispositivos de exibição TB) e uma parte de sistema de temperatura média (“TM”) para cargas TM de resfriamento (por exemplo, evaporadores TM em dispositivos de exibição TM) em um estabelecimento tal como um supermercado ou coisa parecida, de acordo com uma modalidade exemplar.

[016] A figura 2 é uma representação esquemática do sistema de refrigeração com CO2 da figura 1 tendo um módulo CDA flexível para integrar resfriamento para cargas de condicionamento de ar no estabelecimento, de acordo com uma modalidade exemplar.

[017] A figura 3 é uma representação esquemática do sistema de refrigeração com CO2 da figura 1 tendo um outro módulo CDA flexível para integrar resfriamento para cargas de condicionamento de ar no estabelecimento, de acordo com uma outra modalidade exemplar.

[018] A figura 4 é uma representação esquemática do sistema de refrigeração com CO2 da figura 1 tendo também um outro módulo CDA flexível para integrar resfriamento para cargas de condicionamento de ar no estabelecimento, de acordo com uma outra modalidade exemplar.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[019] Referindo-se de uma maneira geral às figuras, um sistema de refrigeração com CO2 está mostrado, de acordo com várias modalidades exemplares. O sistema de refrigeração com CO2 pode ser usado para fornecer resfriamento para dispositivos de exibição de temperatura controlada em um supermercado ou estabelecimento similar. Vantajosamente, o sistema de refrigeração com CO2 pode incluir um ou mais módulos flexíveis de condicionamento de ar (isto é, “módulos CDA”) para integrar cargas de condicionamento de ar (isto é, “cargas CDA”) ou outras cargas associadas com refrigerar o estabelecimento. Os módulos CDA flexíveis podem ser desejáveis quando o estabelecimento está localizado em lugar de clima mais quente, ou localização tendo variações de temperatura diariamente ou sazonais que tornam condicionamento de ar desejável dentro do estabelecimento. Os módulos CDA flexíveis são “flexíveis” no sentido em que eles podem ter qualquer uma de uma grande variedade de capacidades ao variar o tamanho, capacidade e número de trocadores de calor e/ou de compressores fornecidos dentro dos módulos CDA.

[020] Em algumas modalidades, os módulos CDA flexíveis são adaptados para interligar de forma conveniente (por exemplo, “ligar e usar”) com a tubulação de um sistema de refrigeração com CO2 existente quando integração é desejável para um estabelecimento ou aplicação pretendida. Por exemplo, os módulos CDA flexíveis podem ser integrados com um sistema de refrigeração com CO2 existente ao formar somente um número relativamente pequeno (por exemplo, 2-3) de conexões entre os módulos CDA flexíveis e o sistema de refrigeração com CO2. Para aumentar adicionalmente conveniência, os módulos CDA flexíveis podem ser conectados ao sistema de refrigeração com CO2 existente usando desconexões rápidas, mangueiras/conexões flexíveis, adaptadores de “ligar e usar”, ou outros dispositivos de conexão convenientes.

[021] Vantajosamente, os módulos CDA podem aprimorar ou aumentar a eficiência dos sistemas (por exemplo, o sistema de refrigeração com CO2, o sistema CDA, o sistema combinado, etc.) por meio dos efeitos sinérgicos de combinar a fonte de resfriamento para ambos os sistemas em um arranjo de compressores paralelos. Em algumas modalidades, um compressor CDA pode ser usado para arrastar vapor de CO2 não condensado de um tanque de recebimento (por exemplo, um tanque de expansão, o “receptor”, etc.) como um meio para controle e regulação de pressão dentro do tanque de recebimento. Usar o compressor CDA para efetuar controle e regulação de pressão pode fornecer uma alternativa mais eficiente para outras técnicas de regulação de pressão tais como desviar vapor de CO2 através de uma válvula de desvio para o lado de sucção de pressão mais baixa dos compressores de sistema de refrigeração com CO2.

[022] Embora as várias modalidades da revelação estejam descritas em termos de instalações de supermercados, dispositivos de exibição de temperatura controlada e cargas de condicionamento de ar, outras cargas adequadas para integração dentro de um sistema de refrigeração consistente com os princípios descritos neste documento são pretendidas para estar dentro do escopo desta revelação. Adicionalmente, temperaturas e/ou pressões específicas descritas neste documento são pretendidas somente como ilustrativas e não são pretendidas para serem limitantes, já que outras faixas de pressões e/ou de temperaturas podem ser usadas para satisfazer outras variações ou aplicações de sistema.

[023] Referindo-se mais particularmente à figura 1, um sistema de refrigeração com CO2 100 está mostrado de acordo com uma modalidade exemplar. O sistema de refrigeração com CO2 100 pode ser um sistema de refrigeração de compressão de vapor que usa primariamente dióxido de carbono como um refrigerante. O sistema de refrigeração com CO2 100 está mostrado como incluindo um sistema de tubos, condutos ou outros canais de fluido (por exemplo, os condutos de fluido 1, 3, 5, 7 e 9) para transportar o dióxido de carbono entre vários componentes termodinâmicos do sistema de refrigeração. Os componentes termodinâmicos do sistema de refrigeração com CO2 100 estão mostrados como incluindo um resfriador/condensador de gás 2, uma válvula de alta pressão (VAP) 4, um tanque de recebimento 6, uma válvula de desvio de gás (VDG) 8, uma parte de sistema de temperatura média (“TM”) 10, e uma parte de sistema de temperatura baixa (“TB”) 20.

[024] O resfriador/condensador de gás 2 pode ser um trocador de calor ou outro dispositivo similar para remover calor do refrigerante de CO2. O resfriador/condensador de gás 2 está mostrado como recebendo vapor de CO2 do conduto de fluido 1.Em algumas modalidades, o vapor de CO2 no conduto de fluido 1 pode ter uma pressão dentro de uma faixa de aproximadamente 45 bars (4.500 kPa) a aproximadamente 100 bars (10.000 kPa) (isto é, de cerca de 640 psig a cerca de 1.420 psig), dependendo da temperatura ambiente e de outras condições de operação. Em algumas modalidades, o resfriador/condensador de gás 2 pode condensar parcialmente ou inteiramente vapor de CO2 para CO2 líquido (por exemplo, se operação de sistema estiver em uma região subcrítica). O processo de condensação pode resultar em CO2 líquido totalmente saturado ou em uma mistura de líquido e vapor (por exemplo, tendo uma qualidade termodinâmico entre 0 e 1). Em outras modalidades, o resfriador/condensador de gás 2 pode resfriar o vapor de CO2 (por exemplo, ao remover superaquecimento) sem condensar o vapor de CO2 para CO2 líquido (por exemplo, se operação de sistema estiver em uma região supercrítica). Em algumas modalidades, o processo de resfriamento/condensação é um processo isobárico. O resfriador/condensador de gás 2 está mostrado como enviando o refrigerante de CO2 resfriado e/ou condensado para o conduto de fluido 3.

[025] A válvula de alta pressão 4 recebe o refrigerante de CO2 resfriado e/ou condensado do conduto de fluido 3 e envia o refrigerante de CO2 para o conduto de fluido 5. A válvula de alta pressão 4 pode controlar a pressão do refrigerantede CO2 no resfriador/condensador de gás 2 ao controlar uma quantidade de refrigerante de CO2 permitida para passar pela válvula de alta pressão 4. Em algumas modalidades, a válvulade alta pressão 4 é uma válvula de expansão térmica de altapressão (por exemplo, se a pressão no conduto de fluido 3 for maior que a pressão no conduto de fluido 5). Em tais modalidades, a válvula de alta pressão 4 pode permitir que o refrigerante de CO2 expanda para um estado de pressão mais baixa. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpico e/ou adiabático, resultando em uma evaporação rápida do refrigerante de CO2 de alta pressão para um estado de pressão mais baixa e temperatura inferior. Oprocesso de expansão pode produzir uma mistura líquido/vapor (por exemplo, tendo uma qualidade termodinâmica entre 0 e1). Em algumas modalidades, o refrigerante de CO2 expande para uma pressão de aproximadamente 38 bars (3.800 kPa) (por exemplo, de cerca de 540 psig), a qual corresponde a uma temperatura de aproximadamente 37 °F (2,78 °C) . Orefrigerante de CO2 flui então do conduto de fluido 5 para dentro do tanque de recebimento 6.

[026] O tanque de recebimento 6 coleta o refrigerante de CO2 proveniente do conduto de fluido 5. Em algumas modalidades, o tanque de recebimento 6 pode ser um tanque de expansão ou outro reservatório de fluido. O tanque de recebimento 6 inclui uma parte de CO2 líquido e uma parte de vapor de CO2 e pode conter uma mistura parcialmente saturada de CO2 líquido e vapor de CO2. Em algumas modalidades, o tanque de recebimento 6 separa o CO2 líquido do vapor de CO2. O CO2 líquido pode sair do tanque de recebimento 6 pelos condutos de fluido 9. Os condutos de fluido 9 podem ser tubos de comunicação de líquido resultando na parte de sistema TM 10 ou na parte de sistema TB 20. O vapor de CO2 pode sair do tanque de recebimento 6 pelo conduto de fluido 7. O conduto de fluido 7 está mostrado como levando o vapor de CO2 para a válvula de desvio de gás 8.

[027] A válvula de desvio de gás 8 está mostrada como recebendo o vapor de CO2 do conduto de fluido 7 e enviando o refrigerante de CO2 para a parte de sistema TM 10. Em algumas modalidades, a válvula de desvio de gás 8 regula ou controla a pressão dentro do tanque de recebimento 6 ao controlar uma quantidade de refrigerante de CO2 permitida para passar pela válvula de desvio de gás 8 (por exemplo, ao regular uma posição da válvula de desvio de gás 8). A válvula de desvio de gás 8 pode abrir e fechar conforme necessário para regular a pressão dentro do tanque de recebimento 6. Em algumas modalidades, a válvula de desvio de gás 8 pode ser uma válvula de expansão térmica (por exemplo, se a pressão no lado a jusante da válvula de desvio de gás 8 for menor que a pressão no conduto de fluido 7). De acordo com uma modalidade, a pressão dentro do tanque de recebimento 6 é regulada pela válvula de desvio de gás 8 para uma pressão de aproximadamente 38 bars (3.800 kPa), a qual corresponde a cerca de 37 °F (2,78 °C) . Vantajosamente, este estado de pressão/temperatura (isto é, aproximadamente 38 bars (3.800 kPa), aproximadamente 37°F (2,78 °C)) pode facilitar o uso de tubulação de cobre para as linhas de CO2 a jusante do sistema. Adicionalmente, este estado de pressão/temperatura pode permitir que tal tubulação de cobre opere em um modo substancialmente livre de congelamento.

[028] Referindo-se ainda à figura 1, a parte de sistema TM 10 está mostrada como incluindo uma ou mais válvulas de expansão 11, um ou mais evaporadores TM 12 e um ou mais compressores TM 14. Em várias modalidades, qualquer número das válvulas de expansão 11, evaporadores TM 12 e dos compressores TM 14 pode estar presente. As válvulas de expansão 11 podem ser válvulas de expansão eletrônicas (VEE) ou outras válvulas de expansão similares. As válvulas de expansão 11 estão mostradas como recebendo refrigerante de CO2 líquido do conduto de fluido 9 e enviando o refrigerante de CO2 para os evaporadores TM 12. As válvulas de expansão 11 podem fazer com que o refrigerante de CO2 sofra uma queda rápida em pressão, expandindo desse modo o refrigerante de CO2 para um estado de pressão mais baixa e temperatura inferior. Em algumas modalidades, as válvulas de expansão 11 podem expandir o refrigerante de CO2 para uma pressão de aproximadamente 30 bars (3.000 kPa). O processo de expansãopode ser um processo de expansão isentálpico e/ou adiabático.

[029] Os evaporadores TM 12 estão mostrados como recebendo orefrigerante de CO2 resfriado e expandido das válvulas de expansão 11. Em algumas modalidades, evaporadores TM podem ser associados com gabinetes/dispositivos de exibição (por exemplo, se o sistema de refrigeração com CO2 100 forimplementado em um arranjo de supermercado). Os evaporadoresTM 12 podem ser configurados para facilitar a transferênciade calor dos gabinetes/dispositivos de exibição para o refrigerante de CO2. O calor adicionado pode fazer com que o refrigerante de CO2 evapore completamente ou de forma parcial. De acordo com uma modalidade, o refrigerante de CO2 é evaporado inteiramente nos evaporadores TM 12. Em algumas modalidades, o processo de evaporação pode ser um processo isobárico. Os evaporadores TM 12 estão mostrados como enviando o refrigerante de CO2 via condutos de fluido 13, resultando nos compressores TM 14.

[030] Os compressores TM 14 comprimem o refrigerante de CO2 para um vapor superaquecido tendo uma pressão dentro de uma faixa de aproximadamente 45 bars (4.500 kPa) a aproximadamente 100 bars (10.000 kPa). A pressão de saída dos compressores TM 14 pode variar dependendo da temperatura ambiente e de outras condições de operação. Em algumas modalidades, os compressores TM 14 operam em um modo transcrítico. Em operação, o gás de descarga de CO2 sai dos compressores TM 14 e flui pelo conduto de fluido 1 para dentro do resfriador/condensador de gás 2.

[031] Referindo-se ainda à figura 1, a parte de sistema TB 20 está mostrada como incluindo uma ou mais válvulas de expansão 21, um ou mais evaporadores TB 22 e um ou mais compressores TB 24. Em várias modalidades, qualquer número das válvulas de expansão 21, evaporadores TB 22 e dos compressores TB 24 pode estar presente. Em algumas modalidades, a parte de sistema TB 20 pode ser omitida e o sistema de refrigeração com CO2 100 pode operar com um módulo CDA se conectando por meio de interface somente com o sistema TM 10.

[032] As válvulas de expansão 21 podem ser válvulas de expansão eletrônicas ou outras válvulas de expansão similares. As válvulas de expansão 21 estão mostradas como recebendo refrigerante de CO2 líquido do conduto de fluido 9 e enviando o refrigerante de CO2 para os evaporadores TB 22. As válvulas de expansão 21 podem fazer com que o refrigerante de CO2 sofra uma queda rápida em pressão, expandindo desse modo o refrigerante de CO2 para um estado de pressão mais baixa e temperatura inferior. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpico e/ou adiabático. Em algumas modalidades, as válvulas de expansão 21 podem expandir o refrigerante de CO2 para uma pressão mais baixa que a das válvulas de expansão 11, resultando desse modo em um refrigerante de CO2 de temperatura mais baixa. Desta maneira, a parte de sistema TB 20 pode ser usada em combinação com um sistema congelador ou outros gabinetes de exibição de temperatura inferior.

[033] Os evaporadores TB 22 estão mostrados como recebendo o refrigerante de CO2 resfriado e expandido das válvulas de expansão 21. Em algumas modalidades, evaporadores TB podem ser associados com gabinetes/dispositivos de exibição (por exemplo, se o sistema de refrigeração com CO2 100 for implementado em um arranjo de supermercado). Os evaporadores TB 22 podem ser configurados para facilitar a transferência de calor dos gabinetes/dispositivos de exibição para o refrigerante de CO2. O calor adicionado pode fazer com que o refrigerante de CO2 evapore completamente ou de forma parcial. Em algumas modalidades, o processo de evaporação pode ser um processo isobárico. Os evaporadores TB 22 estão mostrados como enviando o refrigerante de CO2 via conduto de fluido 23, resultando nos compressores TB 24.

[034] Os compressores TB 24 comprimem o refrigerante de CO2. Em algumas modalidades, os compressores TB 24 podem comprimir o refrigerante de CO2 para uma pressão de aproximadamente 30 bars (3.000 kPa) (por exemplo, de cerca de 425 psig) tendo uma temperatura de saturação de aproximadamente 23 °F (por exemplo, de cerca de -5 °C). Os compressores TB 24 estão mostrados como enviando o refrigerante de CO2 pelo conduto de fluido 25. O conduto de fluido 25 pode ser conectado de forma fluídica ao lado sucção de (por exemplo, a montante) dos compressores TM 14.

[035] Em algumas modalidades, o vapor de CO2 que é desviado pela válvula de desvio de gás 8 é misturado com o gás refrigerante de CO2 saindo dos evaporadores TM 12 (por exemplo, via conduto de fluido 13). O vapor de CO2 desviado também pode ser misturado com o gás refrigerante de CO2 de descarga saindo dos compressores TB 24 (por exemplo, via conduto de fluido 25). O gás refrigerante de CO2 combinado pode ser fornecido para o lado de sucção dos compressores TM 14.

[036] Referindo-se agora à figura 2, um módulo CDA flexível 30 para integrar cargas de resfriamento CDA em um estabelecimento ao sistema de refrigeração com CO2 100 estámostrado, de acordo com uma modalidade exemplar. O módulo CDA 30 está mostrado como incluindo um evaporador CDA 32 (por exemplo, um resfriador de líquido, uma unidade de ventilador e serpentina, um trocador de calor, etc.), um dispositivo de expansão 34 (por exemplo, uma válvula de expansão eletrônica) e pelo menos um compressor CDA 36. Em algumas modalidades, o módulo CDA flexível 30 inclui adicionalmente um trocador de calor de linha de sucção 37 e o acumulador de CO2 líquido 39. O tamanho e capacidade do módulo CDA 30 podem ser variados para satisfazer qualquer carga ou aplicação pretendida ao variar o número e/ou tamanho de evaporadores, trocadores de calor e/ou de compressores dentro do módulo CDA 30.

[037] Vantajosamente, o módulo CDA 30 pode ser prontamente conectável ao sistema de refrigeração com CO2 100 usando um número relativamente pequeno (por exemplo, um número mínimo) de pontos de conexão. De acordo com uma modalidade exemplar, o módulo CDA 30 pode ser conectado ao sistema de refrigeração com CO2 100 em três pontos de conexão: uma conexão de linha de CO2 líquido de alta pressão 38, uma conexão (desvio de gás) de linha de vapor de CO2 de pressão baixa 40 e uma linha de descarga de CO2 42 (para o resfriador/condensador de gás 2). Cada uma das conexões 38, 40 e 42 pode ser prontamente facilitada usando mangueiras flexíveis, encaixes de desconexão rápida, válvulas altamente compatíveis e/ou outros componentes de equipamento de “ligar e usar” convenientes. Em algumas modalidades, algumas ou todas as conexões 38, 40 e 42 podem ser arranjadas para tirar proveito do diferencial de pressão entre o resfriador/condensador de gás 2 e o tanque de recebimento 6.

[038] Referindo-se ainda à figura 2, quando o módulo CDA 30 é instalado no sistema de refrigeração com CO2 100, o compressor CDA 36 pode operar em paralelo com os compressores TM 14. Por exemplo, uma parte do refrigerante de CO2 de alta pressão descarregado do resfriador/condensador de gás 2 (por exemplo, para o conduto de fluido 3) pode ser direcionado através da conexão de linha de CO2 líquido 38 e através do dispositivo de expansão 34. O dispositivo de expansão 34 pode permitir que o refrigerante de CO2 de alta pressão expanda para um estado de pressão mais baixa e temperatura inferior. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpico e/ou adiabático. O refrigerante de CO2 expandido pode então ser direcionado para o evaporador CDA 32. Em algumas modalidades, o dispositivo de expansão 34 ajusta a quantidade de CO2 fornecido para o evaporador CDA 32 para manter uma temperatura de superaquecimento desejada na saída do evaporador CDA 32 (ou perto dela). Após passar pelo evaporador CDA 32, o refrigerante de CO2 pode ser direcionado através do trocador de calor de linha de sucção 37 e do acumulador de CO2 líquido 39 para o lado de sucção (isto é, a montante) do compressor CDA 36.

[039] Em algumas modalidades, o evaporador CDA 32 age como um resfriador para fornecer uma fonte de resfriamento (por exemplo, resfriamento de área de edifício, resfriamento de ar ambiente, etc.) para o estabelecimento no qual o sistema de refrigeração com CO2 100 está implementado. Em algumas modalidades, o evaporador CDA 32 absorve calor de um refrigerante CDA que circula para as cargas CDA no estabelecimento. Em outras modalidades, o evaporador CDA 32 pode ser usado para fornecer resfriamento diretamente para o ar dentro do estabelecimento.

[040] De acordo com uma modalidade exemplar, o evaporador CDA 32 é operado para manter uma temperatura de refrigerante de CO2 de aproximadamente 37 °F (2,78 °C) (por exemplo,correspondendo a uma pressão de aproximadamente 38 bars (3.800 kPa)). O evaporador CDA 32 pode manter esta temperatura e/ou pressão em uma entrada do evaporador CDA32, em uma saída do evaporador CDA 32 ou em uma outra localização dentro do módulo CDA 30. Em outras modalidades,o dispositivo de expansão 34 pode manter uma temperatura derefrigerante de CO2 desejada. A temperatura de refrigerantede CO2 mantida pelo evaporador CDA 32 ou pelo dispositivo de expansão 34 (por exemplo, de aproximadamente 37 °F (2,78 °C)) pode ser bem apropriada na maioria das aplicações pararesfriar um fornecimento de refrigerante CDA (por exemplo, água, água/glicol, ou outro refrigerante CDA que expele calor para o refrigerante de CO2). O refrigerante CDA pode ser resfriado para uma temperatura de cerca de 45 °F (7,22 °C) ou outra temperatura desejável para aplicações de resfriamento CDA em muitos tipos de estabelecimentos.

[041] Vantajosamente, integrar o módulo CDA 30 ao sistema de refrigeração com CO2 100 pode aumentar a eficiência do sistema de refrigeração com CO2 100. Por exemplo, durante períodos mais quentes (por exemplo, meses de verão, meio- dia, etc.) a pressão de refrigerante de CO2 dentro do resfriador/condensador de gás 2 tende a aumentar. Tais períodos mais quentes também podem resultar em uma carga de resfriamento CDA maior exigida para refrigerar o estabelecimento. Ao integrar o módulo CDA 30 ao sistema de refrigeração 100, a capacidade de CO2 adicional (por exemplo, a maior pressão no resfriador/condensador de gás 2) pode ser usada vantajosamente para fornecer resfriamento para o estabelecimento. Os efeitos duplos de temperaturas ambientes mais elevadas (por exemplo, maior pressão de refrigerante de CO2 e uma exigência de carga de resfriamento aumentada) podem ser tanto abordados quanto resolvidos em um modo eficiente e sinérgico ao integrar o módulo CDA 30 ao sistema de refrigeração com CO2 100.

[042] Adicionalmente, de acordo com a modalidade ilustrada na figura 2, o módulo CDA 30 pode ser usado para regular de forma mais eficiente a pressão de CO2 no tanque de recebimento 6. Tal regulação de pressão pode ser realizada ao arrastar vapor de CO2 diretamente do tanque de recebimento 6 e evitar (ou minimizar) a necessidade de desviar vapor de CO2 do tanque de recebimento 6 para o lado de sucção de pressão inferior dos compressores TM 14 (por exemplo, através da válvula de desvio de gás 8).

[043] Por exemplo, em configurações de sistema sem o módulo CDA 30, a válvula de desvio de gás 8 opera (por exemplo, modula) para desviar uma quantidade de vapor de CO2 do tanque de recebimento 6 para o lado de sucção dos compressores TM 14 tal como necessário para manter ou regular a pressão de refrigerante de CO2 dentro do tanque de recebimento 6. A pressão de refrigerante de CO2 pode cair ao passar pela válvula de desvio de gás 8 (por exemplo, de aproximadamente 38 bars (3.800 kPa) (cerca de 540 psig) para aproximadamente 30 bars (3.000 kPa) (cerca de 425 psig)). Qualquer vapor de CO2 desviado do tanque de recebimento 6 para o lado de sucção dos compressores TM 14 (por exemplo, através da válvula de desvio de gás 8) necessariamente é comprimido de novo a partir da pressão mais baixa de cerca de 30 bars (3.000 kPa) pelos compressores TM 14.

[044] Vantajosamente, quando o módulo CDA 30 é integrado ao sistema de refrigeração com CO2 100, vapor de CO2 do tanque de recebimento 6 é fornecido através da conexão de linha de vapor de CO2 40 para o lado a jusante do evaporador CDA 32 e para o lado de sucção do compressor CDA 36. Tal integração pode estabelecer um caminho alternativo (ou suplementar) para desviar vapor de CO2 do tanque de recebimento 6, tal como pode ser necessário para manter a pressão desejada (por exemplo, de aproximadamente 38 bars (3.800 kPa)) dentro do tanque de recebimento 6. Em algumas modalidades, o módulo CDA 30 arrasta seu fornecimento de refrigerante de CO2 pela linha 38, reduzindo desse modo a quantidade de CO2 que é recebido dentro do tanque de recebimento 6. No caso em que a pressão no tanque de recebimento 6 aumenta para acima da pressão desejada (por exemplo, 38 bars (3.800 kPa), etc.), vapor de CO2 pode ser arrastado pelo compressor CDA 36 por meio da linha de vapor de CO2 40 em uma quantidade suficiente para manter a pressão desejada dentro do tanque de recebimento 6. A capacidade para usar a linha de vapor de CO2 40 e o compressor CDA 36 como um caminho de desvio suplementar para vapor de CO2 do tanque de recebimento 6 fornece um modo mais eficiente para manter a pressão desejada no tanque de recebimento 6 e evita ou minimiza a necessidade de desviar diretamente vapor de CO2 pela válvula de desvio de gás 8 para o lado de sucção de pressão inferior dos compressores TM 14.

[045] Referindo-se ainda à figura 2, na interseção 41, o vapor de CO2 descarregado do evaporador CDA 32 pode ser misturado com vapor de CO2 que sai do tanque de recebimento 6 (por exemplo, pelo conduto de fluido 7 e pela linha de vapor 40, tal como necessário para regulação de pressão). Ovapor de CO2 misturado pode então ser direcionado através dotrocador de calor de linha de sucção 37 e do acumulador deCO2 líquido 39 para o lado de sucção (por exemplo, a montante)do compressor CDA 36. O compressor CDA 36 comprime o vaporde CO2 misturado e descarrega o refrigerante de CO2 comprimido na linha de conexão 42. A linha de conexão 42 pode ser conectada de forma fluídica ao conduto de fluido 1, formando desse modo um tubo de comunicação de descarga comum com os compressores TM 14. O tubo de comunicação de descarga comum está mostrado resultando no resfriador/condensador de gás 2 para completar o ciclo.

[046] O trocador de calor de linha de sucção 37 pode ser usado para transferir calor do refrigerante de CO2 de alta pressão saindo do resfriador/condensador de gás 2 (por exemplo, via conduto de fluido 3) para o refrigerante de CO2 misturado em ou perto da interseção 41. O trocador de calor de linha de sucção 37 pode ajudar a resfriar/sub-resfriar o refrigerante de CO2 de alta pressão no conduto de fluido 3. O trocador de calor de linha de sucção 37 também pode ajudar a assegurar que o refrigerante de CO2 aproximando da sucção do compressor CDA 36 está suficientemente superaquecido (por exemplo, tendo um superaquecimento ou temperatura excedendo um valor limiar) para impedir condensação ou formação de líquido no lado a montante do compressor CDA 36. Em algumas modalidades, acumulador de CO2 líquido 39 também pode ser incluído para impedir adicionalmente qualquer CO2 líquido de entrar no compressor CDA 36.

[047] Referindo-se ainda à figura 2, o módulo CDA 30 pode ser integrado ao sistema de refrigeração com CO2 100 de tal maneira que o sistema integrado pode se adaptar a uma perda do compressor CDA 36 (por exemplo, por causa de mau funcionamento de equipamento, manutenção, etc.), enquanto ainda mantendo resfriamento para as cargas CDA e ainda fornecendo controle de pressão de CO2 para o tanque de recebimento 6. Por exemplo, no caso em que o compressor CDA 36 se torna não funcional, o vapor de CO2 descarregado do evaporador CDA 32 pode ser automaticamente (isto é, mediante perda de sucção do compressor CDA) direcionado para trás pela conexão de linha de vapor de CO2 40 para o conduto de fluido 7. À medida que a pressão de refrigerante de CO2 aumenta no tanque de recebimento 6 para acima do ponto de ajuste desejado (por exemplo, 38 bars (3.800 kPa)), o vapor de CO2 pode ser desviado pela válvula de desvio de gás 8 e comprimido pelos compressores TM 14. O arranjo de compressor paralelo do compressor CDA 36 e dos compressores TM 14 permite operação continuada do módulo CDA 30 no caso de um compressor CDA 36 inoperável.

[048] Referindo-se agora à figura 3, um módulo CDA flexível 130 para integrar cargas de resfriamento CDA em um estabelecimento ao sistema de refrigeração com CO2 100 está mostrado, de acordo com uma outra modalidade exemplar. O módulo CDA 130 está mostrado como incluindo um evaporadorCDA 132 (por exemplo, um resfriador de líquido, uma unidade de ventilador e serpentina, um trocador de calor, etc.), umdispositivo de expansão 134 (por exemplo, uma válvula de expansão eletrônica) e pelo menos um compressor CDA 136. Emalgumas modalidades, o módulo CDA flexível 30 inclui adicionalmente um trocador de calor de linha de sucção 137e o acumulador de CO2 líquido 139. O evaporador CDA 132, odispositivo de expansão 134, o compressor CDA 136, o trocador de calor de linha de sucção 137 e o acumulador de CO2 líquido 139 podem ser os mesmos ou similares aos componentes análogos (por exemplo, o evaporador CDA 32, o dispositivo de expansão34, o compressor CDA 36, o trocador de calor de linha de sucção 37 e o acumulador de CO2 líquido 39) do módulo CDA 30. O tamanho e capacidade de módulo CDA 130 podem ser variados para satisfazer qualquer carga ou aplicação pretendida (por exemplo, ao variar o número e/ou tamanho de evaporadores, trocadores de calor e/ou de compressores dentro do módulo CDA 130.

[049] Em algumas modalidades, o módulo CDA 130 é prontamente conectável ao sistema de refrigeração com CO2 100 por meio de um número relativamente pequeno (por exemplo, um número mínimo) de pontos de conexão. De acordo com uma modalidade exemplar, o módulo CDA 130 pode ser conectado ao sistema de refrigeração com CO2 100 em três pontos de conexão: uma conexão de linha de CO2 líquido 138, uma conexão de linha de vapor de CO2 140 e uma linha de descarga de CO2 142. A conexão de linha de CO2 líquido 138 está mostrada como conectada ao conduto de fluido 9 e pode receber refrigerante de CO2 líquido do tanque de recebimento 6. A conexão de linha de vapor de CO2 140 está mostrada como conectada ao conduto de fluido 7 e pode receber gás de CO2 de desvio do tanque de recebimento 6. A linha de descarga de CO2 142 está mostrada como conectando a saída (por exemplo, o lado a jusante) do compressor CDA 136 ao conduto de fluido 1, resultando no resfriador/condensador de gás 2. Cada uma das conexões 138, 140 e 142 pode ser prontamente facilitada usando mangueiras flexíveis, encaixes de desconexão rápida, válvulas altamente compatíveis e/ou outros componentes de equipamento de “ligar e usar” convenientes.

[050] Em operação, uma parte do refrigerante de CO2 líquido saindo do tanque de recebimento 6 (por exemplo, via conduto de fluido 9) pode ser direcionada através da conexão de linha de CO2 líquido 138 e através do dispositivo de expansão 134. O dispositivo de expansão 34 pode permitir que o refrigerante de CO2 líquido expanda para um estado de pressão mais baixa e temperatura inferior. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpico e/ou adiabático. O refrigerante de CO2 expandido pode então ser direcionado para o evaporador CDA 132. Em algumas modalidades, o dispositivo de expansão 134 ajusta a quantidade de CO2 fornecido para o evaporador CDA 132 para manter uma temperatura de superaquecimento desejada na saída do evaporador CDA 132 (ou perto dela). Após passar pelo evaporador CDA 132, o refrigerante de CO2 pode ser direcionado através do trocador de calor de linha de sucção 137 e do acumulador de CO2 líquido 139 para o lado de sucção (isto é, a montante) do compressor CDA 136.

[051] Referindo-se ainda à figura 3, uma principal diferença entre o módulo CDA 30 e o módulo CDA 130 é que o módulo CDA 130 evita a entrada de CO2 de alta pressão (por exemplo, do conduto de fluido 3) como uma fonte de CO2. Em vez disto o módulo CDA 130 usa uma fonte de pressão inferior de fornecimento de refrigerante de CO2 (por exemplo, do conduto de fluido 9). O conduto de fluido 9 pode ser conectado de forma fluídica ao tanque de recebimento 6 e pode operar em uma pressão equivalente ou substancialmente equivalente à pressão dentro do tanque de recebimento 6. Em algumas modalidades, o conduto de fluido 9 fornece refrigerante de CO2 líquido tendo uma pressão de aproximadamente 38 bars (3.800 kPa).

[052] Em algumas implementações, o módulo CDA 130 pode ser usado como uma alternativa ou suplemento para o módulo CDA 30. A configuração fornecida pelo módulo CDA 130 pode ser desejável para implementações nas quais o evaporador CDA 132 não é montado em uma prateleira de refrigeração com os componentes do sistema de refrigeração com CO2 100. O módulo CDA 130 pode ser usado para implementações nas quais o evaporador CDA 132 fica localizado em outro lugar no estabelecimento (por exemplo, perto das cargas CDA). Adicionalmente, o refrigerante de CO2 líquido de pressão mais baixa fornecido para o módulo CDA 130 (por exemplo, pelo conduto de fluido 9 em vez de pelo conduto de fluido 3) pode facilitar o uso de componentes de pressão mais baixa para encaminhar o refrigerante de CO2 (por exemplo, tubulação de cobre, etc.).

[053] Em algumas modalidades, o módulo CDA 130 pode incluir um dispositivo de redução de pressão 135. O dispositivo de redução de pressão 135 pode ser uma válvula operada por motor, uma válvula de expansão manual, uma válvula de expansão eletrônica, ou outro elemento capaz de efetuar uma redução de pressão em um fluxo de fluido. O dispositivo de redução de pressão 135 pode ser posicionado em linha com a conexão de linha de vapor 140 (por exemplo, entre o conduto de fluido 7 e a interseção 141). Em algumas modalidades, o dispositivo de redução de pressão 135 pode reduzir a pressão na saída do evaporador CDA 132. Em algumas modalidades, o processo de absorção de calor que ocorre dentro do evaporador CDA 132 é um processo substancialmente isobárico. Em outras palavras, a pressão de CO2 em ambas de a entrada e a saída do evaporador CDA 132 podem ser substancialmente iguais. Adicionalmente, o vapor de CO2 no conduto de fluido 7 e o CO2 líquido no conduto de fluido 9 podem ter substancialmente a mesma pressão uma vez que ambos os condutos de fluido 7 e 9 arrastam refrigerante de CO2 do tanque de recebimento 6. Portanto, o dispositivo de redução de pressão pode fornecer uma queda de pressão substancialmente equivalente à queda de pressão causada pelo dispositivo de expansão 134.

[054] Em algumas modalidades, a conexão de linha 140 pode ser usada como um caminho alternativo (ou suplementar) para direcionar vapor de CO2 do tanque de recebimento 6 para a sucção do compressor CDA 136. A conexão de linha 140 e o compressor CDA 136 podem fornecer um mecanismo mais eficiente para controlar a pressão no tanque de recebimento 6 (por exemplo, em vez de desviar o vapor de CO2 para o lado de sucção dos compressores TM 14, tal como descrito com referência para o módulo CDA 30), aumentando desse modo a eficiência do sistema de refrigeração com CO2 100.

[055] Referindo-se agora à figura 4, um módulo CDA flexível 230 para integrar cargas de resfriamento em um estabelecimento ao sistema de refrigeração com CO2 100 está mostrado, de acordo com uma outra modalidade exemplar. O módulo CDA 230 está mostrado como incluindo um evaporadorCDA 232 (por exemplo, um resfriador de líquido, uma unidade de ventilador e serpentina, um trocador de calor, etc.) e pelo menos um compressor CDA 236. Em algumas modalidades, o módulo CDA flexível 230 inclui adicionalmente um trocador de calor de linha de sucção 237 e o acumulador de CO2 líquido 239. O evaporador CDA 232, o compressor CDA 236, o trocador de calor de linha de sucção 237 e o acumulador de CO2 líquido 239 podem ser os mesmos ou similares aos componentes análogos (por exemplo, o evaporador CDA 32, o compressor CDA 36, otrocador de calor de linha de sucção 37 e o acumulador deCO2 líquido 39) do módulo CDA 30. O módulo CDA 230 não exigeum dispositivo de expansão tal como descrito anteriormentecom referência para os módulos CDA 30 e 130 (por exemplo, osdispositivos de expansão 34 e 134). O tamanho e capacidadedo o módulo CDA 230 podem ser variados para satisfazer qualquer carga ou aplicação pretendida ao variar o número e/ou tamanho de evaporadores, trocadores de calor e/ou de compressores dentro do módulo CDA 230.

[056] Vantajosamente, o módulo CDA 230 pode ser prontamente conectável ao sistema de refrigeração com CO2 100 usando umnúmero relativamente pequeno (por exemplo, um número mínimo) de pontos de conexão. De acordo com uma modalidade exemplar, o módulo CDA 30 pode ser conectado ao sistema de refrigeração com CO2 100 em dois pontos de conexão: uma conexão de linhade vapor de CO2 240 e uma linha de descarga de CO2 242. Aconexão de linha de vapor de CO2 240 está mostrada comoconectada ao conduto de fluido 7 e pode receber (se necessário) gás de CO2 de desvio do tanque de recebimento 6. A linha de descarga de CO2 242 está mostrada conectando asaída do compressor CDA 236 ao conduto de fluido 1, o qual resulta no resfriador/condensador de gás 2. Ambas as conexões 240 e 242 podem ser prontamente facilitadas usando mangueiras flexíveis, encaixes de desconexão rápida, válvulas altamente compatíveis e/ou outros componentes de equipamento de “ligar e usar” convenientes.

[057] Em algumas modalidades, o módulo CDA 230 tem uma conexão de entrada 244 e uma conexão de saída 246. Ambas dea conexão de entrada 244 e a conexão de saída 246 podem serconectadas (por exemplo, de forma direta ou indireta) às respectivas portas de entrada e de saída do evaporador CDA232. O evaporador CDA 232 pode ser posicionado em linha como conduto de fluido 5 entre a válvula de alta pressão 4 e otanque de recebimento 6. O evaporador CDA 232 está mostradocomo recebendo um fluxo de massa total de um refrigerante deCO2 proveniente do resfriador/condensador de gás 2 e daválvula de alta pressão 4. O evaporador CDA 232 pode recebero refrigerante de CO2 como uma mistura de líquido e vapor daválvula de alta pressão 4. Em algumas modalidades, a misturade CO2 líquido e vapor de CO2 é fornecida para o evaporador CDA 232 em uma temperatura de aproximadamente 3 °C. Em outras modalidades, a mistura de CO2 líquido e vapor de CO2 pode ter uma temperatura diferente (por exemplo, maior que 3 °C, menor que 3 °C) ou uma temperatura dentro de uma faixa (por exemplo, incluindo 3 °C ou não incluindo 3 °C).

[058] Dentro do evaporador CDA 232, uma parte do CO2 líquido na mistura evapora para resfriar um refrigerante CDA de circulação (por exemplo, água, água/glicol, ou outro refrigerante CDA que expele calor para o refrigerante de CO2). Em algumas modalidades, o refrigerante CDA pode ser resfriado de aproximadamente 12 °C para aproximadamente 7 °C. Em outras modalidades, outras temperaturas ou faixas de temperaturas podem ser usadas. A quantidade de CO2 líquido que evapora pode depender da carga de resfriamento (por exemplo, taxa de transferência de calor, resfriamento exigido para alcançar um ponto de ajuste, etc.). Após resfriar o refrigerante CDA, o fluxo de massa total da mistura de CO2 líquido e vapor de CO2 pode sair do evaporador CDA 232 e do módulo CDA 230 (por exemplo, via conexão de saída 246) e pode ser direcionada para o tanque de recebimento 6.

[059] O vapor de refrigerante de CO2 no tanque de recebimento 6 pode sair do tanque de recebimento 6 via conduto de fluido 7. O conduto de fluido 7 está mostrado conectado de forma fluídica ao lado de sucção do compressor CDA 236 (por exemplo, pela conexão de linha de vapor 240). Em algumas modalidades, vapor de CO2 do tanque de recebimento 6 escoa pelo conduto de fluido 7 e pela conexão de linha de vapor 240 e é comprimido pelo compressor CDA 236. O compressor CDA 236 pode ser controlado para regular a pressão de refrigerante de CO2 dentro do tanque de recebimento 6. Este método de regulação de pressão pode fornecer uma alternativa mais eficiente ao desvio do vapor de CO2 através da válvula de desvio de gás 8.

[060] Vantajosamente, o módulo CDA 230 fornece um evaporador CDA que opera “em linha” (por exemplo, em série, por meio de um caminho de conexão linear, etc.) para usar toda a mistura de CO2 líquido e vapor de CO2 fornecida pela válvula de alta pressão 4 para resfriar as cargas CDA. Este resfriamento pode evaporar parte ou todo o líquido na mistura de CO2. Após sair do módulo CDA 230, o refrigerante de CO2 (agora tendo um teor de vapor aumentado) é direcionado para o tanque de recebimento 6. Do tanque de recebimento 6, o refrigerante de CO2 pode ser prontamente arrastado pelo compressor CDA 236 para controlar e/ou manter uma pressão desejada no tanque de recebimento 6.

[061] De acordo com qualquer modalidade exemplar, um módulo CDA (por exemplo, o módulo CDA 30, 130 ou 230) tal como descrito neste documento para uso com o sistema de refrigeração com CO2 100 fornece uma solução compacta, barata, facilmente instalável e modular para aprimorar a eficiência dos sistemas de resfriamento (por exemplo, sistemas de refrigeração e sistemas de resfriamento de área de edifício) em qualquer tipo de estabelecimento implementando um sistema de refrigeração e um sistema CDA (por exemplo, supermercados que ficam localizados em regiões relativamente mais quentes, etc.). A eficiência dos sistemas de resfriamento pode ser aprimorada ao integrar as cargas de resfriamento CDA ao sistema de refrigeração com CO2 em um arranjo de compressores paralelos.

[062] Adicionalmente, o arranjo de compressor paralelo do módulo CDA com os compressores TM 14 fornece um método mais eficiente para controlar pressão de CO2 dentro do tanque de recebimento 6. Por exemplo, o módulo CDA e/ou o compressor CDA (por exemplo, o compressor CDA 36, 136 ou 236) fornecem um uso mais eficiente para excesso de vapor de CO2 no tanque de recebimento 6 do que desviar o vapor de CO2 através da válvula de desvio de gás 8.

[063] Adicionalmente, o módulo CDA opera em um modo relativamente à prova de falhas no caso de mau funcionamento ou manutenção do compressor CDA. Por exemplo, ao permitir fluxo de descarga de CO2 do evaporador CDA para nova rota através da válvula de desvio de gás 8 (por exemplo, via conexão de linha 40 tal como mostrado na figura 2), o refrigerante de CO2 pode ser comprimido pelos compressores TM 14. Vantajosamente, o arranjo de compressores paralelos permite que o módulo CDA mantenha funcionalidade de resfriamento e de regulação de pressão no caso de uma falha de compressor CDA. Em algumas modalidades, o refrigerante de CO2 pode ser encaminhado novamente mediante um aumento de pressão detectado no tanque de recebimento 6 quando o compressor CDA paralelo para de funcionar.

[064] O módulo CDA fornece modularidade desejada ao exigir somente um número mínimo de pontos de conexão (por exemplo, dois pontos de conexão, três pontos de conexão, etc.) em que cada um é prontamente conectável com a tubulação (por exemplo, sobre ou em uma “prateleira” de equipamento) para o sistema de refrigeração com CO2 100. O módulo CDA também fornece escalabilidade desejada ao permitir uma variedade de tamanhos, números e ou capacidades de evaporadores, trocadores de calor e/ou de compressores dentro do módulo CDA.

[065] Em algumas modalidades (por exemplo, tal como descrito com referência para a figura 2), o módulo CDA pode ser montado em uma prateleira de refrigeração com vários componentes do sistema de refrigeração 100 para tirar proveito do diferencial de pressão entre o resfriador/condensador de gás 2 e o tanque de recebimento 6. Em outras modalidades (por exemplo, tal como descrito com referência para as figuras 3-4), o módulo CDA pode ficar localizado remotamente em um estabelecimento (por exemplo, mais perto das cargas CDA) e suprido por tubulação e componentes convencionais ao usar o fornecimento de CO2 líquido de pressão mais baixa (por exemplo, via conduto de fluido 7) proveniente do tanque de recebimento 6. Todas as tais modalidades são pretendidas para estar dentro do escopo desta revelação.

[066] Em algumas modalidades, um sistema ou dispositivo de controle fornece todas as capacidades de controle necessárias para operar o sistema de refrigeração com CO2 100 com e/ou sem o módulo CDA. O sistema ou dispositivo de controle pode se conectar por meio de interface com instrumentação adequada associada com o sistema (por exemplo, dispositivos de sincronismo, sensores de pressão, sensores de temperatura, etc.) e pode fornecer sinais de saída apropriados para componentes operáveis (por exemplo, válvulas, fornecimentos de energia, desviadores de fluxo, etc.) para controlar a pressão e fluxo de CO2 dentro do sistema 100. Por exemplo, o sistema de controle pode ser configurado para modular a posição da válvula de desvio de gás 8 para manter controle de pressão de CO2 apropriado dentro do tanque de recebimento 6 à medida que o carregamento do sistema CDA dentro do estabelecimento muda (por exemplo, em uma base diária, base sazonal, etc.).

[067] Em algumas modalidades, o sistema ou dispositivo de controle pode regular ou controlar a pressão de refrigerante de CO2 dentro do resfriador/condensador de gás 2 ao operar a válvula de alta pressão 4. O dispositivo de sistema de controle pode operar a válvula de alta pressão 4 em coordenação com a válvula de desvio de gás 8 e/ou com outros componentes de sistema para facilitar funcionalidade de controle aperfeiçoada e manter um equilíbrio apropriado de pressões de CO2 e fluxos por todo o sistema 100 (por exemplo, para alcançar uma pressão desejada, temperatura, ponto de ajuste de taxa de fluxo, etc.). O sistema ou dispositivo de controle pode controlar adaptativamente os componentes operáveis do sistema de refrigeração com CO2 100 e/ou dos módulos CDA 30, 130 e 230 para manter o equilíbrio desejado de pressões, temperaturas e taxas de fluxos apesar de variação em condições de sistema. Tal variação pode incluir variação em condições de sistema de refrigeração (por exemplo, cargas de refrigeração, número ou tipo de compressores TM ou TB, evaporadores, válvulas de expansão, etc.), variação em condições de módulo CDA (por exemplo, cargas de resfriamento, número ou tipo de compressores CDA, evaporadores, etc.) e/ou variação em outras condições (por exemplo, a presença ou ausência do trocador de calor 37, 137 ou 237, comprimento e diâmetro de tubulação, etc.).

[068] De acordo com qualquer modalidade exemplar, o sistema ou dispositivo de controle considera métodos, sistemas e produtos de programa em quaisquer mídias legíveis por máquina não tangíveis para executar várias operações incluindo essas descritas neste documento. As modalidades da presente revelação podem ser implementadas usando processadores de computadores existentes, ou por meio de um processador de computador de uso especial para um sistema apropriado, incorporado a este ou a um outro propósito, ou por um sistema conectado fisicamente.

[069] Modalidades dentro do escopo da presente revelação incluem produtos de programa compreendendo mídias legíveis por máquina para carregar ou ter instruções ou estruturas de dados executáveis por máquina armazenadas na mesma. Tais mídias legíveis por máquina podem ser quaisquer mídias disponíveis que podem ser acessadas por um computador de uso geral ou de uso especial ou por outra máquina com um processador. A título de exemplo, tais mídias legíveis por máquina podem compreender RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM ou outro armazenamento de disco ótico, armazenamento de disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualquer outra mídia que possa ser usada para carregar ou armazenar código de programa desejado na forma de instruções ou estruturas de dados executáveis por máquina e que possa ser acessada por um computador de uso geral ou de uso especial ou por outra máquina com um processador. Combinações das indicadas acima também estão incluídas no escopo de mídias legíveis por máquina. Instruções executáveis por máquina incluem, por exemplo, instruções e dados que fazem com que um computador de uso geral, computador de uso especial ou máquinas de processamento uso especial executem uma certa função ou grupo de funções.

[070] Tal como usado neste documento, os termos “aproximadamente”, “cerca de”, “substancialmente” e termos similares são pretendidos para ter um amplo significado em harmonia com o uso comum e aceito pelas pessoas de conhecimento comum na técnica à qual a matéria em questão desta revelação pertence. Deve ser entendido pelos versados na técnica que analisarem esta revelação que estes termos são pretendidos para permitir uma descrição de certos recursos descritos e reivindicados sem restringir o escopo destes recursos às faixas numéricas precisas fornecidas. Desta maneira, estes termos devem ser interpretados como indicando que modificações ou alterações não substanciais ou irrelevantes da matéria em questão descrita e reivindicada são consideradas como estando dentro do escopo da invenção tal como relatado nas reivindicações anexas.

[071] Deve ser notado que o termo “exemplar” tal como usado neste documento para descrever várias modalidades é pretendido para indicar que tais modalidades são possíveis exemplos, representações e/ou ilustrações de modalidades possíveis (e tal termo não é pretendido para conotar que tais modalidades são necessariamente exemplos extraordinários ou superlativos).

[072] Os termos “acoplado”, “conectado” e outros mais, tais como usados neste documento, significam a união de dois elementos de forma direta ou indireta um ao outro. Tal união pode ser estacionária (por exemplo, permanente) ou móvel (por exemplo, removível ou liberável). Tal união pode ser alcançada com os dois elementos ou os dois elementos e quaisquer elementos adicionais intermediários sendo formados integralmente como um único corpo unitário uns com os outros ou com os dois elementos ou os dois elementos e quaisquer elementos adicionais intermediários sendo fixados uns aos outros.

[073] Deve ser notado que a orientação de vários elementos pode diferir de acordo com outras modalidades exemplares, e que tais variações são pretendidas para ser abrangidas pela presente revelação.

[074] Também é importante notar que a construção e arranjo dos sistemas e métodos para um sistema de refrigeração com CO2 com um módulo CDA integrado, tal como mostrado nas várias modalidades exemplares são somente ilustrativos. Embora somente algumas modalidades da presente invenções tenham sido descritas detalhadamente nesta revelação, os versados na técnica que analisarem esta revelação perceberão prontamente que muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações em tamanhos, dimensões, estruturas, formas e proporções dos vários elementos, valores de parâmetros, arranjos de montagem, uso de materiais, cores, orientações, etc.) sem divergir materialmente dos inéditos preceitos e vantagens da matéria em questão revelada neste documento. Por exemplo, elementos mostrados como formados integralmente podem ser construídos de múltiplas partes ou elementos, a posição de elementos pode ser invertida ou variada de outro modo, e a natureza ou número de elementos distintos ou posições podem ser alteradas ou variadas. Desta maneira, todas as tais modificações são pretendidas para estar incluídas no escopo da presente invenção tal como definida nas reivindicações anexas.

[075] A ordem ou sequência de quaisquer etapas de processo ou de método pode ser variada ou sequenciada novamente de acordo com as modalidades alternativas. Outras substituições, modificações, mudanças e omissões podem ser feitas no projeto, condições de operação e arranjo das várias modalidades exemplares sem divergir do escopo das presentes invenções.

Claims (11)

1. Sistema integrado de refrigeração com CO2 e condicionamento de ar (CDA) (100) para uso em um estabelecimento, o sistema integrado (100) compreendendo:um ou mais compressores de CO2 (14, 24) configurados para descarregar um refrigerante de CO2 em uma pressão mais alta para circulação através de um circuito (1, 3, 5, 7, 9) para fornecer resfriamento para uma ou mais cargas de refrigeração no estabelecimento;um resfriador/condensador de gás (2) configurado para receber o refrigerante de CO2 de um ou mais compressores de CO2 (14,24);uma válvula de alta pressão (4) configurada para receber o refrigerante de CO2 do resfriador/condensador de gás (2) por meio de uma linha de CO2 líquido (38) conectando o resfriador/condensador de gás (2) à válvula de alta pressão (4);um receptor (6) configurado para receber o refrigerante de CO2 em uma pressão mais baixa através da válvula de alta pressão, o receptor (6) tendo uma parte de CO2 líquido e uma parte de vapor de CO2, caracterizado pelo fato de queum módulo CDA (30, 230) que fornece resfriamento para um refrigerante CDA diferente do refrigerante de CO2 e é configurado para entregar o refrigerante CDA resfriado para cargas CDA no estabelecimento, o módulo CDA (30, 230) compreendendo:um evaporador CDA (32, 232) tendo uma entrada (244) configurada para receber CO2 líquido da válvula de alta pressão (4) e uma saída (246) configurada para descarregar um vapor de CO2, em que o evaporador CDA (32, 232) fornece o resfriamento para o refrigerante CDA resfriado transferindo calor do refrigerante CDA resfriado para o CO2 líquido, fazendo assim com que uma parte do CO2 líquido se evapora formando o CO2 vapor;um compressor CDA (36, 236) arranjado em paralelo com o um ou mais compressores de CO2 (14, 24), o compressor CDA (36, 236) configurado para receber vapor de CO2 do evaporador CDA (32, 232) e do receptor (6), euma linha de vapor de CO2 (240) conectando o evaporador CDA (32, 232) à parte de vapor de CO2 do receptor e configurada para fornecer o vapor de CO2 descarregado do evaporador CDA (32, 232) à parte de vapor de CO2 do receptor (6);em que a válvula de alta pressão (4) é controlável para manter uma pressão alvo do refrigerante de CO2; eem que as uma ou mais cargas de refrigeração são diferentes das cargas CDA.

2. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:um trocador de calor de linha de sucção (37) disposto entre o evaporador CDA (32) e o compressor CDA (36), o trocador de calor de linha de sucção (37) configurado para receber o refrigerante de CO2 de pressão mais alta como uma fonte de calor.

3. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:um acumulador de CO2 líquido (39) disposto entre o trocador de calor de linha de sucção (37) e o compressor CDA (36).

4. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:um sistema de controle operável para controlar uma quantidade de vapor de CO2 direcionado do receptor (6) para uma sucção do compressor CDA (36) e do receptor (6) para uma sucção dos compressores de CO2 (14, 24).

5. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo CDA (30, 230) é integrado ao sistema de refrigeração com CO2 (100) por meio de três conexões de tubulação.

6. Sistema integrado de refrigeração com CO2 e condicionamento de ar (CDA) para uso em um estabelecimento (100), o sistema integrado compreendendo:um circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 configurado para circular um refrigerante de CO2 para cargas de refrigeração no estabelecimento, o circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 incluindo:uma pluralidade de compressores de CO2 (14, 24) paralelos,um resfriador/condensador de gás (2),um receptor (6) tendo uma parte de vapor de CO2 e uma parte de CO2 líquido,uma válvula de alta pressão (4) posicionada a jusante do resfriador/condensador de gás (2) e a montante do receptor;uma linha de transporte de CO2 líquido acoplada ao resfriador/condensador de gás (2) e à válvula de alta pressão, a linha de transporte de CO2 líquido configurada para receber CO2 líquido do resfriador/condensador de gás (2) e fornecer o CO2 líquido à válvula de alta pressão, euma linha de fornecimento de CO2 líquido acoplada à parte de CO2 líquido do receptor (6) e configurada para direcionar CO2 líquido para uma ou mais cargas de refrigeração no estabelecimento, caracterizado pelo fato de queum módulo CDA (30, 230) que fornece resfriamento para um refrigerante CDA diferente do refrigerante de CO2 e é configurado para entregar o refrigerante CDA resfriado para cargas CDA no estabelecimento, o módulo CDA (30, 230) compreendendo:um evaporador CDA (32, 232) tendo uma entrada configurada para receber o refrigerante de CO2 da válvula de alta pressão (4) do circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 e uma saída configurada para descarregar o refrigerante de CO2, em que o evaporador CDA fornece o resfriamento para o refrigerante CDA resfriado transferindo calor do refrigerante CDA resfriado para o refrigerante de CO2, fazendo assim com que uma parte do refrigerante de CO2 se evaporar formando o CO2 vapor, eum compressor CDA arranjado em paralelo com a pluralidade de compressores de CO2 (14, 24) paralelos, o compressor CDA configurado para receber vapor de CO2 do evaporador CDA (32, 232) e do receptor; euma linha de vapor de CO2 conectando o evaporador CDA (32, 232) à parte de vapor de CO2 do receptor (6) e configurada para fornecer o vapor de CO2 do evaporador CDA (32, 232) à parte de vapor de CO2 do receptor;em que a válvula de alta pressão (4) é controlável para manter uma pressão alvo do refrigerante de CO2; eem que as cargas de refrigeração são diferentes das cargas CDA.

7. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que operação do compressor CDA pelo menos parcialmente regula uma pressão de CO2 dentro do receptor.

8. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que mediante uma perda de sucção no compressor CDA, o refrigerante de CO2 é direcionado através de uma válvula de desvio de gás para a pluralidade de compressores de CO2 (14, 24) paralelos.

9. Sistema integrado de refrigeração com CO2 e condicionamento de ar (CDA) para uso em um estabelecimento (100), o sistema integrado compreendendo:um circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 configurado para circular um refrigerante de CO2 para cargas de refrigeração no estabelecimento, o circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 incluindo:um compressor de CO2 configurado para descarregar o refrigerante de CO2 em uma primeira pressão em uma primeira linha de fluido,um receptor (6) configurado para receber o refrigerante de CO2 em uma segunda pressão menor que a primeira pressão, o receptor (6) tendo uma parte de CO2 líquido e uma parte de vapor de CO2,uma válvula de alta pressão (4) disposta entre o compressor de CO2 e o receptor, a válvula de alta pressão (4) configurada para receber o refrigerante de CO2 na primeira pressão de uma segunda linha de fluido e descarregar o refrigerante de CO2 na segunda pressão, eum resfriador/condensador de gás (2) localizado a montante da válvula de alta pressão (4) e a jusante do compressor de CO2, o resfriador/condensador de gás (2) configurado para receber o refrigerante de CO2 da primeira linha de fluído, o resfriador/condensador de gás (2) configurado ainda para descarregar o refrigerante de CO2 na segunda linha de fluído, caracterizado pelo fato de queum módulo CDA (30, 230) integrado ao circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 e configurado para fornecer resfriamento a um refrigerante CDA resfriado diferente do refrigerante de CO2 e entregar o refrigerante CDA resfriado para cargas CDA no estabelecimento, o módulo CDA (30, 230) incluindo:um evaporador CDA (32, 232) configurado para receber refrigerante de CO2 da válvula de alta pressão, em que o evaporador CDA (32, 232) é configurado adicionalmente para fornecer o resfriamento do refrigerante CDA resfriado transferindo calor do refrigerante CDA resfriado para o refrigerante de CO2, fazendo assim com que uma parte do refrigerante de CO2 se evaporar formando vapor de CO2; eum compressor CDA arranjado em paralelo com o compressor de CO2, o compressor CDA configurado para receber o refrigerante de vapor de CO2 da parte de vapor de CO2 do receptor (6) e para descarregar o refrigerante de vapor de CO2 na primeira linha de fluido; euma linha de vapor de CO2 conectando o evaporador CDA (32, 232) à parte de vapor de CO2 do receptor e configurada para fornecer o refrigerante de vapor de CO2 do evaporador CDA (32, 232) à parte de vapor de CO2 do receptor (6); em que a válvula de alta pressão (4) é controlável para manter uma pressão alvo do refrigerante de CO2; eem que as cargas de refrigeração são diferentes das cargas CDA.

10. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o componente do circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 do qual o evaporador CDA (32, 232) recebe refrigerante de CO2 é a segunda linha de fluido, o sistema compreendendo adicionalmente:uma primeira linha de vapor de CO2 acoplando de forma fluídica a parte de vapor de CO2 do receptor (6) a uma saída do evaporador CDA; euma segunda linha de vapor de CO2 acoplando de forma fluídica a saída do evaporador CDA (32, 232) à entrada do compressor CDA.

11. Sistema integrado (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o componente do circuito de refrigeração (1, 3, 5, 7, 9) com CO2 do qual o evaporador CDA (32, 232) recebe refrigerante de CO2 é a válvula de alta pressão,em que o evaporador CDA (32, 232) é arranjado em uma configuração em linha para receber um fluxo de massa total do refrigerante de CO2 proveniente da válvula de alta pressão.

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