ES2738404A1 - Sistema frigorífico mecánico - Google Patents

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Abstract

Sistema frigorífico mecánico. Partiendo de la estructuración convencional de un sistema frigorífico, indistintamente para el ámbito de aplicación que se trate, la invención se centra en la especial configuración que se le da al dispositivo de compresión que participa en dicho sistema. Para ello, el dispositivo consiste en una pareja de cilindros de doble acción (8-9) que se vinculan entre sí a través de su vástago desplazable (11) de manera que el primer cilindro (8) actúa como elemento compresor del fluido refrigerante, para lo cual el mismo es desplazado por el segundo cilindro (9), en cual es alimentado por un fluido a presión que a través de una serie de ramales y válvulas que se controlan con los finales de carrera del vástago (11) permiten que tanto el flujo de líquido refrigerante en el primer cilindro como el flujo del fluido a presión del segundo cilindro a la salida de ambos dispositivos sea constante.

Description

D E S C R I P C I Ó N
SISTEMA FRIGORÍFICO MECÁNICO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema frigoríficio mecánico, es decir, que no precisa de energía eléctrica para su funcionamiento, lo que lo hace de especial aplicación en lugares de los que no se disponga de luz eléctrica, si bien puede ser utilizado igualmente en lugares que si dispongan de luz eléctrica, en orden a reducir o incluso anular los gastos económicos asociados a su funcionamiento.
El sistema frigorífico de la invención tiene múltiples aplicaciones, ya que puede aplicarse en todo el ámbito frigorífico, ya sea refrigeradores, aires acondicionados, etc...
De igual manera, el sistema puede alimentarse a partir de cualquier tipo de fluido a presión tanto en estado líquido como gaseoso o mezcla de ambos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Si bien son conocidos innumerables sistemas frigoríficos basados en un circuito cerrado por el que circula un fluido, el cual es comprimido, aumentando su temperatura, haciéndose pasar por un condensador a través del cual se extrae parte del calor generado en dicho proceso de compresión, de manera que, a la salida de dicho condensador se establece una válvula de expansión a partir de la cual el fluido pierde presión, produciéndose su evaporación, proceso en el que el gas se enfría, proceso que se lleva a cabo en un serpentín en funciones de evaporador, a partir del cual se consigue refrigerar una cámara frigorífica, el aire de un equipo de aire acondicionado, etc.
Este tipo de dispositivos/sistemas presentan una problemática en la que caben destacar los siguientes aspectos:
• Utilizan compresores eléctricos, lo que supone una dependencia eléctrica a todas luces indeseable.
• El tipo de compresores utilizados incluyen motores que se calientan, lo que repercute negativamente en el rendimiento del sistema.
Tratando de mejorar el rendimiento de estos sistemas son conocidos sistemas de refrigeración basados en ciclos de absorción, es decir en la capacidad que tienen algunas sustancias para absorber, en fase líquida, vapores de otras sustancias. Son, por tanto, sistemas de dos componentes, donde una de las sustancias es disuelta en la otra y el enfriamiento se produce extrayendo una de las dos sustancias de la solución por medio de la aplicación de calor y luego reabsorbiéndola hacia la solución.
Los sistemas de refrigeración por absorción presentan la ventaja, respecto a los de convencionales de compresión, de requerir una demanda eléctrica menor si bien ésta se ve sustituida por una demanda térmica.
En cualquier caso, este tipo de sistemas presentan unos costes de fabricación muy elevados, en contra de lo que sucede con el dispositivo de la presente invención además de estar muy limitados en lo que respecta a las mínimas temperaturas que pueden conseguirse con los mismos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema frigorífico que se preconiza constituye un sistema de accionamiento mecánico, que no precisa de electricidad, resultando sumamente económico, fácil de implantar, que puede llegar a ser totalmente autónomo en alguna de sus versiones, y con un rendimiento mayor que los sistemas convencionales.
Para ello, y partiendo de la estructuración convencional de un sistema frigorífico básico, en el que se define un circuito cerrado para un fluido refrigerante, en el que participa un dispositivo compresor, que comprime dicho fluido, haciendo que éste aumente su temperatura, que se hace pasar por un condensador a través del cual se extrae parte del calor generado en dicho proceso de compresión, de manera que, a la salida de dicho condensador se establece una válvula de expansión a partir de la cual el fluido pierde presión, produciéndose su evaporación, proceso en el que el gas se enfría, frío que es aprovechado para la aplicación de que se trate, recirculándose dicho fluido de nuevo al dispositivo compresor, la invención centra sus características en la especial configuración de dicho dispositivo compresor.
Pues bien, de forma más concreta, el dispositivo compresor se materializa en una pareja de cilindros de doble acción que se vinculan entre sí a través de su vástago desplazable.
Así pues, uno de los cilindros de doble acción actuará en todo momento como sistema de compresión del fluido frigorífico, presentando en cada una de sus dos tomas, que actúan tanto como entradas como salidas, sendas parejas de ramales que mediante válvulas anti­ retorno se conectan en serie al circuito frigorífico convencional, de manera que dicho fluido sale del circuito comprimido, ya sea a través de uno u otro ramal, actuando el ramal opuesto como elemento de aspiración del fluido entrante.
En cuanto al segundo cilindro de doble efecto, el que realiza todo el trabajo de compresión que se lleva a cabo en el primer cilindro, las dos tomas del mismo estarán conectadas a dos ramales cada uno de ellos con sus respectivas válvulas de apertura/cierre, comunicándose entre los ramales opuestos dos a dos, punto de comunicación en el que se establece una entrada de fluido y una salida de fluido respectivamente.
De esta forma, controlando las válvulas de los ramales se puede hacer pasar al fluido a presión a una y otra cámara del cilindro de doble efecto, haciendo que mientras que una cámara se llene de fluido a presión la otra se vacíe y se recircule dicho fluido hacia la salida del sistema, invirtiéndose el proceso una vez que el émbolo llegue al final de su recorrido en el seno del cilindro.
Para ello, el vástago externo que vincula ambos cilindros de doble efecto incorporará en su zona media un actuador cuyo fin de carrera está sincronizado con los medios de apertura y cierre de las válvulas de los ramales asociados al circuito de alimentación de fluido a presión de dicho segundo cilindro de doble efecto.
De esta forma, al actuar automáticamente sobre la apertura y cierre de las válvulas de los distintos ramales se consigue un flujo constante de fluido a presión, desde su entrada hasta su salida, que provoca en todo momento el desplazamiento alternado en una u otra dirección del vástago que vincula ambos cilindros, provocando por tanto un proceso de compresión alternativo en una u otra cámara del primer cilindro de doble efecto o cilindro de compresión, que es aprovechado para llevar a cabo la compresión del fluido refrigerante.
En cuanto al fluido a presión que alimenta el sistema, puede ser desde agua, (recordemos que el sistema descrito no tiene pérdidas, es decir el flujo entrante es igual al flujo saliente), lo que lo hace instalable en serie en cualquier tubería de suministro de fluidos en la que dicho fluido esté siempre en movimiento, siendo suficiente una presión del orden de 2Kg/cm , para mover el mecanismo, pudiendo ser dicho fluido líquido, gaseoso o mezcla de ambos, pudiendo utilizarse sistemas de alimentación tales como tubos de vacío, salidas de gases de otras instalaciones, tomas de agua de determinadas instalaciones, saltos de agua, etc.
Al ser independientes los medios que provocan la compresión del gas del circuito de refrigeración propiamente dicho, éstos no afectan negativamente a la temperatura de dicho gas, al no calentarlo por rozamientos, por lo que el rendimiento de este tipo de instalaciones será mucho mayor que las convencionales.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista esquemática de un sistema frigorífico mecánico realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención correspondiente al instante en que el vástago común a ambos cilindros de doble efecto se desplaza hacia la izquierda.
La figura 2.- Muestra una vista similar a la de la figura 1, pero correspondiente al desplazamiento del vástago común en sentido hacia la derecha.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como el sistema de la invención parte de la estructuración convencional de un sistema frigorífico, en el que se define un circuito cerrado (1) para un fluido refrigerante, en el que participa un dispositivo compresor (2), conectado a un condensador (3) a través del cual se extrae parte del calor (4) generado en dicho proceso de compresión, estableciéndose a la salida de dicho condensador (3) una válvula de expansión (5) a partir de la cual el fluido pierde presión, produciéndose su evaporación del mismo en un evaporador (6), generándose un frío (7) que es aprovechado para la aplicación que se estime conveniente, evaporador que se comunica en circuito cerrado con el dispositivo compresor (2), pudiendo incluir dicho circuito los elementos accesorios habituales, tales como válvulas de purgado (10), de seguridad, etc.
Pues bien, de acuerdo ya con la invención, el dispositivo compresor (2) se materializa en una pareja de cilindros de doble acción (8-9) que se vinculan entre sí a través de su vástago desplazable (11) el cual es común para ambos.
De esta forma, el primer cilindro de doble acción (8) actúa como sistema de compresión del fluido frigorífico, presentando en cada una de sus dos tomas (12-13), que actúan tanto como entradas como salidas, sendas parejas de ramales (14-15), (16-17) que mediante válvulas anti-retorno (18) se conectan en serie al circuito frigorífico principal (1).
Por su parte, el segundo cilindro de doble efecto (9) es el que realiza todo el trabajo de compresión que se lleva a cabo en el primer cilindro (8).
Para ello, sus dos tomas (19-20) estará conectadas a dos ramales (21-22) y (23-24) cada uno de ellos con sus respectivas válvulas de apertura/cierre (A,B, C y D), comunicándose entre los ramales opuestos dos a dos, punto de comunicación en el que se establece una entrada (25) de fluido a presión y una salida (26) para dicho fluido a presión respectivamente.
Pues bien, cuando las válvulas (A) y (C) están sincronizadas en su apertura y cierre, al igual que sucede con las válvulas (B) y (D), de manera que, de acuerdo con la figura 1, cuando las válvulas (A) y (C) están abiertas, y consecuentemente las válvulas (B) y (D) cerradas, el fluido a presión se provoca un desplazamiento del émbolo (27) en sentido hacia la izquierda, lo que provoca a su vez la compresión del gas refrigerante en la sub-camara (28) del primer cilindro (8) de doble efecto, así como un efecto se succión en la subcámara (29) de dicho cilindro (8).
Por el contrario, cuando el émbolo (27) llega a su final de recorrido, éste a través de un actuador (30) invertirá la posición de las válvulas (A,B, C y D) pasando las válvulas (A) y (C) a estar cerradas, y consecuentemente las válvulas (B) y (D) abiertas, tal como muestra la figura 2, lo que provocará que el fluido a presión provoque un desplazamiento del émbolo (27) en sentido hacia la derecha, lo que provoca a su vez la compresión del gas refrigerante en la sub-camara (29) del primer cilindro (8) de doble efecto, así como un efecto de succión en la subcámara (28) de dicho cilindro (8), de manera que el gas comprimido tanto en uno como en otro caso se direccionará en todo momento hacia el condensador (3).
Al actuar automáticamente sobre la apertura y cierre de las válvulas de los distintos ramales se consigue un flujo constante de fluido a presión, desde su entrada hasta su salida, que provoca en todo momento el desplazamiento alternado en una u otra dirección del vástago que vincula ambos cilindros, provocando por tanto un proceso de compresión alternativo en una u otra cámara (28-29) del primer cilindro de doble efecto (8), que es aprovechado para llevar a cabo la compresión del fluido refrigerante.
Tal y como se ha comentado con anterioridad, el sistema de la invención es aplicable a cualquier fluido a presión, de manera que éste puede conectarse en serie a través de su entrada (25) y su salida (26) de cualquier conducción por la que circule un fluido (gas, líquido o mezcla de ambos) a suficiente presión, siendo suficiente una presión del orden de 2Kg/cm2.
Esta característica hace que el dispositivo de la invención tenga infinidad de aplicaciones prácticas ya que existen gran variedad de situaciones en las que se dispone de una conducción con un fluido a presión.

Claims (4)

R E I V I N D I C A C I O N E S
1a.- Sistema frigorífico mecánico, que siendo del tipo de los que incluyen un circuito cerrado (1) para un fluido refrigerante, en el que participa un dispositivo compresor (2), conectado a un condensador (3) a través del cual se extrae parte del calor (4) generado en dicho proceso de compresión, estableciéndose a la salida de dicho condensador (3) una válvula de expansión (5) a partir de la cual el fluido pierde presión, produciéndose su evaporación del mismo en un evaporador (6), generándose un frío (7) que es aprovechado para la aplicación de que se trate, evaporador que se comunica en circuito cerrado con el dispositivo compresor (2), caracterizado porque el dispositivo compresor (2) se materializa en una pareja de cilindros de doble acción (8-9) que se vinculan entre sí a través de su vástago desplazable (11) el cual es común para ambos, habiéndose previsto que el primer cilindro de doble acción (8) actúa como sistema de compresión del fluido frigorífico, presentando en cada una de sus dos tomas (12-13), en funciones tanto como entradas como salidas, sendas parejas de ramales (14-15), (16-17) que mediante válvulas anti­ retorno (18) se conectan en serie al circuito frigorífico principal (1), mientras que en el segundo cilindro de doble efecto (9) sus dos tomas (19-20) se conectan a dos ramales (21­ 22) y (23-24) cada uno de ellos con sus respectivas válvulas de apertura/cierre (A,B, C y D), comunicándose entre los ramales opuestos dos a dos, punto de comunicación en el que se establece una entrada (25) de fluido a presión y una salida (26) para dicho fluido a presión respectivamente, con la particularidad de que las válvulas (A) y (C) están sincronizadas en su apertura y cierre, de forma inversa a válvulas (B) y (D), habiéndose previsto que en correspondencia con el vástago desplazable (11) común a ambos cilindros se establezca un actuador (30) asociado en sus finales de carrera con medios de inversión de la posición de las válvulas (A,B, C y D).
2a.- Sistema frigorífico mecánico, según reivindicación 1a, caracterizado porque el fluido a presión asociado a la entrada (25) es un líquido.
3a.- Sistema frigorífico mecánico, según reivindicación 1a, caracterizado porque el fluido a presión asociado a la entrada (25) es un gas.
4a.- Sistema frigorífico mecánico, según reivindicación 1a, caracterizado porque el fluido a presión asociado a la entrada (25) es una mezcla líquido/gas.
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