ES2286083T3 - Regulacion de alta presion en un ciclo transcritico de compresion de vapor. - Google Patents
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Abstract
Un sistema (10) transcrítico de compresión de vapor, que comprende: un dispositivo de compresión (12) para comprimir un refrigerante a una alta presión; un intercambiador de calor (14) de rechazo del calor para refrigerar el mencionado refrigerante; un dispositivo de expansión (16) para reducir el mencionado refrigerante hasta una presión baja; y un intercambiador de calor (18) de aceptación del calor, para evaporar el mencionado refrigerante, caracterizado porque: el mencionado intercambiador (14) de rechazo del calor tiene al menos dos circuitos (14a, 14b); tiene una válvula (20) situada al menos en un mencionado circuito (14b) del mencionado intercambiador de calor (14) de rechazo del calor, accionado para regular el flujo de una carga a través del mencionado intercambiador de calor (14) de rechazo del calor; y comprendiendo además un controlador (30) que monitoriza la mencionada alta presión, determinando una alta presión deseada en el mencionado intercambiador de calor (14) de rechazodel calor, y ajustando la mencionada alta presión hasta la mencionada alta presión deseada, mediante la actuación de la mencionada válvula (20).
Description
Regulación de la alta presión en un ciclo
transcrítico de compresión de vapor.
La presente invención está relacionada en
general con unos medios para regular la componente de alta presión
de un sistema transcrítico de compresión de vapor.
Los refrigerantes que contienen cloro se han
quedado desfasados en la mayor parte del mundo, debido a su
potencial de destrucción del ozono. Los carbonos de hidrofluoro
(HFC) se han utilizado como refrigerantes de sustitución. Los
refrigerantes "naturales", tales como el dióxido de carbono y
el propano, se han propuesto como fluidos de sustitución.
Desgraciadamente, existen problemas también con el uso de muchos de
estos fluidos. El dióxido de carbono tiene un punto critico bajo,
lo cual provoca que la mayoría de los sistemas de acondicionamiento
de aire utilicen el dióxido de carbono como refrigerante para que
opere en el modo transcrítico bajo la mayoría de las
condiciones.
Cuando un sistema de compresión de vapor se hace
que opere en modo transcrítico, es ventajoso regular la componente
de la alta presión del sistema. Mediante la regulación de la alta
presión del sistema, puede controlarse y optimizarse la capacidad
y/o la eficiencia del sistema. Con el incremento de la alta presión
del sistema se reduce la entalpía específica del refrigerante que
entra en el evaporador y se incrementa la capacidad. No obstante,
se gasta más energía porque el compresor tiene que trabajar en forma
más intensa. Es ventajoso encontrar la alta presión óptima del
sistema, la cual cambia conforme se alteran las condiciones de
trabajo. Mediante la regulación de la componente de alta presión
del sistema, puede seleccionarse la alta presión óptima.
En consecuencia, existe la necesidad en el arte
de unos medios para regular la componente de alta presión de un
sistema transcrítico de compresión de vapor.
En el documento
US-A-5245836 se expone un sistema
transcrítico de compresión de vapor que tiene las características
del preámbulo de la reivindicación 1. En el documento
EP-A-1043550 se expone un sistema
transcrítico adicional. En el documento
US-A-5168715 se expone un sistema no
transcrítico.
La presente invención está relacionada con un
sistema de regulación de la componente de alta presión de un sistema
transcrítico de compresión de vapor.
A partir de un primer aspecto de la invención,
se proporciona un sistema transcrítico de compresión de vapor,
según la reivindicación 1. A partir de un aspecto adicional, la
invención proporciona un método de regulación de la alta presión en
un sistema transcrítico de compresión de vapor, según la
reivindicación 6.
La alta presión del sistema se regula mediante
una válvula controlable conectada preferiblemente a la salida de
uno o más circuitos del refrigerador de gas. En una realización
preferida de la invención, se utiliza el dióxido de carbono como
refrigerante.
Esta invención regula la componente de alta
presión de la compresión del vapor (presión en el refrigerador del
gas) mediante el control de la actuación de una válvula situada
preferiblemente en la salida de uno o más de los circuitos del
refrigerador del gas. El cierre de la válvula convierte uno de los
circuitos en un volumen terminal inactivo, el cual acumula y
almacena la carga, reduciendo el área efectiva de transferencia del
calor, e incrementando la presión del refrigerador del gas. La
apertura de la válvula libera carga y se reduce la presión del
refrigerador del gas.
Mediante el control de la actuación de la
válvula, se regula la componente de alta presión del sistema,
controlando así la entalpía del sistema para conseguir una
eficiencia y/o capacidad optima.
En consecuencia, la presente invención
proporciona un método y un sistema para regular la componente de
alta presión de un sistema transcrítico de compresión del vapor.
Se describirá a continuación una realización
preferida de la presente invención, a modo solo de ejemplo, con
referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 muestra un diagrama esquemático de
un sistema de compresión de vapor del arte previo.
La figura 2 muestra un diagrama esquemático de
un sistema de compresión de vapor que incluye la invención,
utilizando una válvula situada en la salida de uno de los circuitos
del refrigerador de gas.
La figura 3 muestra un diagrama termodinámico de
un sistema transcrítico de compresión de vapor.
La figura 1 muestra un sistema 10 de compresión
de vapor del arte previo. El sistema 10 básico de compresión de
vapor consiste en un compresor 12, un intercambiador de calor de
rechazo del calor (un refrigerador de gas en ciclos transcríticos)
14, un dispositivo de expansión 16, y un intercambiador de calor de
aceptación del calor (un evaporador) 18.
El refrigerante se hace circular a través del
ciclo del circuito cerrado 10. En una realización preferida de la
invención, se utiliza el dióxido de carbono como refrigerante.
Aunque se muestra el dióxido de carbono, pueden utilizarse otros
refrigerantes. Debido a que el dióxido de carbono tiene un punto
critico bajo, los sistemas que utilizan el dióxido de carbono como
refrigerante precisan de un sistema de compresión de vapor 10 para
operar en forma transcrítica bajo la mayoría de las condiciones.
Cuando el sistema 10 se hace opera en modo
transcrítico, es ventajoso el regular la componente de alta presión
del sistema 10 de compresión de vapor. Mediante la regulación de la
alta presión del sistema 10, la capacidad y/o eficiencia del
sistema 10 puede ser controlada y optimizada. Con el incremento de
la presión del refrigerador de gas 14 se reduce la entalpía del
refrigerante que entra en el evaporador 18, y se incrementa la
capacidad, pero requiere también más energía debido a que el
compresor 16 tiene que trabajar en forma más intensa. Mediante la
regulación de la alta presión del sistema 10, puede seleccionarse la
presión óptima del sistema 10, la cual cambia conforme se modifican
las condiciones operativas.
La figura 2 ilustra un sistema 10 de compresión
de vapor con un refrigerador de gas 14, que tiene dos circuitos 14a
y 14b. Esta invención regula la componente de alta presión del
sistema de compresión de vapor 10, mediante el bloqueo del paso de
la carga a través al menos de un circuito 14b del refrigerador de
gas 14. La válvula controlable 20 está situada en la salida de un
circuito de refrigeración de gas 14b, y regula el flujo de la carga
que sale del circuito 14b del refrigerador de gas. La válvula no
está situada en la salida del circuito 14a del refrigerador de gas.
Aunque la figura 2 muestra un refrigerador de gas 14 con dos
circuitos 14a y 14b, el refrigerador de gas 14 puede incluir
cualquier número de circuitos. Las válvulas 20 pueden estar
conectadas también a la salida de cualquiera o de todos los
circuitos del refrigerador de gas 14. Mediante la regulación de la
alta presión en el refrigerador de gas 14 antes de la expansión,
puede modificarse la entalpía del refrigerante a la entrada del
evaporador, controlando así la capacidad del sistema 10.
En la realización expuesta, el control 30
detecta la presión en el refrigerador 14 y controla la válvula 20.
El control 30 puede ser el control principal para el ciclo 10. El
control 30 está programado para evaluar el ciclo 10 y determinar la
presión deseada en el refrigerador 14. Una vez que se haya
determinado la presión deseada, la válvula 20 está controlada para
regular la presión. Los factores que se utilizarían para determinar
la presión óptima se encontrarán dentro de la experiencia técnica
del operario del arte.
En un ciclo del sistema 10 de compresión de
vapor, el refrigerante sale por el compresor 12 a una alta presión
y con alta entalpía, que se muestra en el punto A en la figura 3.
Conforme el refrigerante fluye a través del refrigerador de gas 14
a alta presión, pierde calor y entalpía, saliendo por el
refrigerador de gas 14 con baja entalpía y alta presión, que se
indica como el punto B. Conforme el refrigerante pasa a través del
dispositivo de expansión 16, la presión cae hasta el punto C.
Después de la expansión, el refrigerante pasa a través del
evaporador 18 y sale con alta entalpía y baja presión, que se
representa por el punto D. Después de que el refrigerante pase a
través del compresor 12, se encuentra de nuevo con alta presión y
alta entalpía, completando así el ciclo.
La alta presión del sistema 10, y la presión en
el refrigerador de gas 14, se regula por el ajuste de la válvula 20
situada en la salida de uno o más de los circuitos del refrigerador
de gas 14. La actuación de la válvula 20 se regula por el control
30 que monitoriza la alta presión del sistema 10.
Si la presión del refrigerador de gas 14 es
inferior al valor óptimo, el refrigerante entra en el evaporador 18
con una alta entalpía, y el sistema 10 operará con una baja
capacidad y/o baja eficiencia. Si el control 30 determina que la
presión es inferior a la deseada, la válvula 20 se cierra para
acumular carga en el refrigerador de gas 14 en el extremo inactivo
14b, e incrementará la presión hasta la presión óptima. Esto
incrementará la presión en el refrigerador de gas 14 desde A a A',
y el refrigerante entrará en el evaporador 18 con una menor
entalpía, que se representa por el punto C' en la figura 3.
Alternativamente, si la presión en el
refrigerador de gas 14 es más alta que la deseada, el sistema 10
estará utilizando demasiada energía. Si el control 30 determina que
la presión es más alta que la deseada, la válvula 20 se abrirá y la
carga en exceso fluirá a través del circuito 14b, desde el
refrigerador de gas 14 hasta el sistema 10, descendiendo la presión
del refrigerador de gas 14 hasta A". El refrigerante entrará en el
evaporador 18 con una entalpía más alta, que se muestra por el
punto C", utilizando menos energía para operar en el ciclo.
Mediante la regulación de la alta presión en el refrigerador de gas
14 para una presión optima mediante el ajuste de la válvula 20,
puede modificarse la entalpía para conseguir una capacidad
óptima.
En consecuencia, la presente invención
proporciona una válvula para controlar la alta presión en los ciclos
transcríticos de compresión del vapor. El control 30 puede ser un
control basado en un microprocesador, o bien otro control conocido
en el arte de los ciclos del refrigerante.
La anterior descripción se expone solo a modo de
ejemplo de los principios de la invención.
Claims (9)
1. Un sistema (10) transcrítico de compresión de
vapor, que comprende:
un dispositivo de compresión (12) para comprimir
un refrigerante a una alta presión;
un intercambiador de calor (14) de rechazo del
calor para refrigerar el mencionado refrigerante;
un dispositivo de expansión (16) para reducir el
mencionado refrigerante hasta una presión baja; y
un intercambiador de calor (18) de aceptación
del calor, para evaporar el mencionado refrigerante,
caracterizado porque:
el mencionado intercambiador (14) de rechazo del
calor tiene al menos dos circuitos (14a, 14b);
tiene una válvula (20) situada al menos en un
mencionado circuito (14b) del mencionado intercambiador de calor
(14) de rechazo del calor, accionado para regular el flujo de una
carga a través del mencionado intercambiador de calor (14) de
rechazo del calor; y
comprendiendo además un controlador (30) que
monitoriza la mencionada alta presión, determinando una alta presión
deseada en el mencionado intercambiador de calor (14) de rechazo del
calor, y ajustando la mencionada alta presión hasta la mencionada
alta presión deseada, mediante la actuación de la mencionada válvula
(20).
2. El aparato o sistema de la reivindicación 1,
en el que la mencionada válvula (20) se abre para regular el flujo
de la mencionada carga al menos en un circuito (14b) del mencionado
intercambiador de calor (14) de rechazo del calor, y disminuyendo la
mencionada alta presión del mencionado refrigerante.
3. El aparato o sistema de la reivindicación 1 ó
2, en el que la mencionada válvula (20) está cerrada para regular el
flujo de la mencionada carga a través al menos de un mencionado
circuito(14b) del mencionado intercambiador de calor (14) de
rechazo del calor, e incrementando la mencionada alta presión del
mencionado refrigerante.
4. El aparato o sistema de cualquier
reivindicación anterior, en el que el mencionado controlador (30)
compara una presión en el mencionado intercambiador de calor (14) de
rechazo del calor con la mencionada presión deseada, y controlando
la mencionada válvula (20) en respuesta a las mencionadas
comparaciones.
5. El aparato o sistema de cualquier
reivindicación anterior, en el que el mencionado refrigerante es el
dióxido de carbono.
6. Un método de regulación de la alta presión de
un refrigerante en un sistema transcrítico (10) de compresión de
vapor, que comprende las etapas de:
comprimir un refrigerante hasta la mencionada
alta presión;
enfriar el mencionado refrigerante; y
expandir el mencionado refrigerante;
caracterizado porque:
se enfría el mencionado refrigerante en un
intercambiador de calor (14) de rechazo del calor, incluyendo al
menos dos circuitos (14a, 14b), una válvula (20) situada al menos en
uno de los mencionados circuitos (14a, 14b);
determinación de una alta presión deseada en el
mencionado intercambiador de calor de rechazo del calor; y
ajustar la mencionada alta presión del
mencionado refrigerante a la mencionada alta presión deseada
mediante la actuación selectiva de la mencionada válvula (20).
7. El método según la reivindicación 6, en el
que la etapa de ajuste de la mencionada alta presión comprende la
apertura de la mencionada válvula (20), para regular el flujo de la
carga a través del mencionado circuito del mencionado intercambiador
de calor (14) de rechazo del calor, para reducir la mencionada alta
presión del mencionado refrigerante.
8. El método según la reivindicación 6 ó 7, en
el que la etapa de ajuste de la mencionada alta presión comprende el
cierre de la mencionada válvula, para regular el flujo de la carga a
través del mencionado circuito del mencionado intercambiador (14) de
calor de rechazo del calor, para incrementar la mencionada alta
presión del mencionado refrigerante.
9. El método según lo expuesto en las
reivindicaciones 6, 7 ú 8, en el que el refrigerante es dióxido de
carbono.
Applications Claiming Priority (2)
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