ES2845606T3 - Recuperación de aceite para sistema de refrigeración - Google Patents

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Abstract

Sistema refrigerante que comprende: un compresor (12) que tiene un flujo de lubricante de compresor en su interior, comprimiendo el compresor un flujo de vapor de refrigerante a través de este; un evaporador (14) conectado de manera funcional al compresor que incluye un entorno que se ha de enfriar mediante un intercambio de energía térmica con un refrigerante líquido en el evaporador; y un sistema de recuperación de lubricante que incluye: un vaporizador (28) que recibe un primer flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del evaporador que tiene una primera concentración de lubricante, utilizando el vaporizador un flujo de refrigerante comprimido para evaporar refrigerante de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante; y un cárter de lubricante (46) que recibe un segundo flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del vaporizador que tiene una segunda concentración de lubricante mayor que la primera concentración; caracterizado por un intercambiador de calor (54) que recibe un tercer flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del cárter de lubricante que tiene una tercera concentración de lubricante, usando el intercambiador de calor gas de aspiración de evaporador para enfriar el tercer flujo de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante, aumentando así su viscosidad antes de empujar el tercer flujo hacia el compresor para lubricar el compresor; y un intercambiador de calor de compresor (62) que utiliza gas de descarga de compresor para calentar lubricante que fluye desde el compresor hacia el cárter de lubricante (46).

Description

DESCRIPCIÓN
Recuperación de aceite para sistema de refrigeración
El tema que se da a conocer en este documento se refiere a sistemas de refrigeración. Más en concreto, el tema que se da a conocer en este documento se refiere a la recuperación de aceite de compresor para sistemas de refrigeración.
Los sistemas de refrigeración suelen incluir un compresor que suministra refrigerante comprimido a un condensador. Desde el condensador, el refrigerante se desplaza a una válvula de expansión y luego a un evaporador. Desde el evaporador, el refrigerante vuelve al compresor para ser comprimido.
El compresor generalmente está provisto de lubricante, por ejemplo, aceite, que se utiliza para lubricar superficies de apoyo y otras superficies de rodadura del compresor. Durante el funcionamiento del compresor, el lubricante se mezcla con el refrigerante utilizado por el compresor, de modo que una mezcla de aceite/refrigerante sale del compresor y fluye a través del sistema refrigerante. Esto no es conveniente, ya que la mezcla de aceite con el refrigerante que fluye a través del sistema dificulta mantener un suministro adecuado de aceite al compresor para la lubricación de las superficies del compresor. En algunos sistemas, se utilizan separadores de aceite inmediatamente aguas abajo del compresor, pero tales separadores a menudo retiran el aceite de la mezcla a alta presión y, en muchos casos, todavía incluyen una cantidad considerable de refrigerante mezclado con el aceite, lo que da como resultado una menor viscosidad del aceite en el compresor.
Otros sistemas utilizan calentadores eléctricos para vaporizar el refrigerante de la mezcla de aceite/refrigerante, pero como consecuencia devuelven aceite calentado al compresor, que tiene una viscosidad reducida debido al menos en parte a su temperatura más alta. El documento US 6672102 B1 da a conocer un sistema refrigerante según el preámbulo de la reivindicación 1.
Con respecto a un primer aspecto, la invención proporciona un sistema refrigerante como se define en la reivindicación 1. El sistema refrigerante comprende: un compresor que tiene un flujo de lubricante de compresor en su interior, comprimiendo el compresor un flujo de vapor de refrigerante a través de este; un evaporador conectado de manera funcional al compresor que incluye un entorno que se ha de enfriar mediante un intercambio de energía térmica con un refrigerante líquido en el evaporador; y un sistema de recuperación de lubricante que incluye: un vaporizador que recibe un primer flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del evaporador que tiene una primera concentración de lubricante, utilizando el vaporizador un flujo de refrigerante comprimido para evaporar refrigerante de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante; y un cárter de lubricante que recibe un segundo flujo de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del vaporizador que tiene una segunda concentración de lubricante mayor que la primera concentración; caracterizado por: un intercambiador de calor que recibe un tercer flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del cárter de lubricante que tiene una tercera concentración de lubricante, usando el intercambiador de calor gas de aspiración de evaporador para enfriar el tercer flujo de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante, aumentando así su viscosidad antes de empujar el tercer flujo hacia el compresor para lubricar el compresor; y un intercambiador de calor de compresor que utiliza gas de descarga de compresor para calentar lubricante que fluye desde el compresor hacia el cárter de lubricante.
Con respecto a un segundo aspecto, la invención proporciona un método de recuperación de aceite para un sistema refrigerante como se define en la reivindicación 7. El método comprende: hacer fluir un primer flujo de una mezcla de refrigerante líquido y lubricante que tiene una primera concentración de lubricante desde un evaporador del sistema refrigerante a un vaporizador; separar refrigerante de la mezcla de refrigerante y lubricante en el vaporizador mediante una transferencia de energía térmica con un flujo de refrigerante comprimido a través de este; hacer fluir un segundo flujo de una mezcla de refrigerante líquido y lubricante que tiene una segunda concentración de lubricante mayor que la primera concentración hacia un cárter de lubricante; empujar un tercer flujo de una mezcla de refrigerante líquido y lubricante desde el cárter de lubricante a través de un intercambiador de calor en el que se enfría mediante intercambio de energía térmica con un flujo de gas de aspiración de evaporador; empujar el tercer flujo enfriado hacia un compresor para su lubricación; y hacer fluir el lubricante a través de un intercambiador de calor de compresor dispuesto entre el compresor y el cárter de aceite para aumentar una temperatura de lubricante.
El tema que se considera como la invención, es el que se muestra en particular y se reivindicada claramente en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las características anteriores y otras, y las ventajas de la invención quedan claras a partir de la siguiente descripción detallada tomada en combinación con los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista esquemática de un sistema refrigerante incluido en el presente documento con fines explicativos;
La figura 2 es una vista esquemática de otro sistema refrigerante incluido en el presente documento con fines explicativos;
La figura 3 es una vista esquemática de otro sistema refrigerante de acuerdo con las reivindicaciones; y
La figura 4 es una vista esquemática de otro sistema refrigerante de acuerdo con las reivindicaciones.
La descripción detallada explica a modo de ejemplo realizaciones de la invención, junto con ventajas y características, con referencia a los dibujos.
En la figura 1 se muestra un esquema de un sistema refrigerante 10. El sistema refrigerante 10 incluye un compresor 12. La presente descripción aporta beneficios concretos para compresores de tornillo, pero esta descripción también es beneficiosa para sistemas refrigerantes 10 que tienen otros tipos de compresores 12. Un evaporador 14, en algunas realizaciones un evaporador de estilo inundado 14, suministra un flujo de refrigerante al compresor 12 a través de una vía de paso 16. Desde el compresor 12, el refrigerante fluye a través del conducto 18 hasta un condensador 20. El refrigerante gaseoso comprimido se enfría en el condensador 20, se transfiere a una fase líquida y se hace que pase a través de una válvula de expansión (no mostrada) en su camino hacia el evaporador 14 a través del conducto 22. En el evaporador 14, un entorno que se ha de enfriar, tal como un fluido que fluye a través de una pluralidad de tubos de evaporador (no mostrados), es enfriado por el refrigerante en el evaporador 14. Tal como se muestra, es típico que el refrigerante líquido se deposite a partir del flujo de refrigerante que está en el evaporador 14.
Al compresor 12 se le suministra lubricante, generalmente aceite, para lubricar superficies de apoyo y otras superficies de rodadura del compresor 12. Durante el funcionamiento del sistema 10, el aceite se mezcla con el refrigerante utilizado por el compresor 12, de modo que el refrigerante líquido en el evaporador 14 incluye un volumen de aceite. Para evitar la disminución del suministro de aceite para lubricar el compresor 12, el sistema 10 incluye características para retirar el aceite del refrigerante líquido.
Por un conducto de retorno 26 pasa un primer flujo de mezcla de refrigerante líquido/aceite que tiene una primera concentración de aceite desde el evaporador 14 hasta un vaporizador 28 a través de una válvula de vaporizador 30. Un conducto de retorno secundario 32 y una válvula de vaporizador secundaria 34 también pueden conectar el evaporador 14 y el vaporizador 28 para proporcionar una mezcla adicional de refrigerante/aceite al vaporizador 28. Aunque aquí se muestran y describen dos válvulas, se pueden usar otros números de válvulas. La válvula de vaporizador 30 y la válvula de vaporizador secundaria 34 se controlan mediante el controlador 36 y pueden abrirse o cerrarse dependiendo de la cantidad de mezcla de refrigerante/aceite que haya en el evaporador 14 y/o de la capacidad del vaporizador 28 para aceptar y procesar mezcla adicional de refrigerante/aceite.
El vaporizador 28 incluye un conducto de vaporizador 38, a través del cual fluye un refrigerante gaseoso caliente extraído del conducto 18 hacia un conducto de entrada de vaporizador 40 aguas abajo del compresor 12 y aguas arriba del condensador 20. El vaporizador 28 es sustancialmente un intercambiador de calor utilizado para retirar refrigerante de la mezcla de refrigerante/aceite. El conducto de vaporizador 38 puede ser una bobina o una pluralidad de tubos intercambiadores de calor conductores. El refrigerante gaseoso en el conducto de vaporizador 38 está a una temperatura más alta que la mezcla de refrigerante/aceite. De ese modo, el refrigerante gaseoso en el conducto de vaporizador 38 se evapora y separa el refrigerante de la mezcla de refrigerante/aceite y envía el refrigerante separado a través del conducto de salida 42 hacia el compresor 12 a través de la vía de paso 16. El refrigerante que fluye a través del conducto de vaporizador 38, ahora condensado en estado líquido, fluye hacia el evaporador 14. Se puede crear un orificio 44 o colocar otro dispositivo de restricción de flujo entre el vaporizador 28 y el evaporador 14 a lo largo del conducto de vaporizador 38 para asegurar que se produzca un proceso de condensación a una presión y temperatura casi constantes a través del vaporizador 28.
El vaporizador 28 envía un segundo flujo de la mezcla de refrigerante líquido/aceite que tiene una segunda concentración de aceite a un cárter de aceite 46 a través de una entrada de cárter 48. Si se desea o necesita que siga evaporándose refrigerante, se pueden añadir calentadores 50, por ejemplo, calentadores eléctricos, conectados al controlador 36, al vaporizador 28 y/o al cárter de aceite 46.
La mezcla de refrigerante líquido/aceite en el cárter de aceite 46 puede estar a una temperatura más alta y, por tanto, tener una viscosidad más baja que la deseada. Además, la mezcla de refrigerante líquido/aceite puede tener una tercera concentración de aceite, diferente de la segunda concentración de aceite. Para aumentar la viscosidad y mejorar la lubricación del compresor 12 , la mezcla de refrigerante líquido/aceite es empujada desde el cárter de aceite 46 hasta un intercambiador de calor 54 a través de un conducto de aceite 56. En algunas realizaciones, la bomba de aceite 58 se utiliza para empujar el flujo de la mezcla de refrigerante líquido/aceite. El gas de aspiración 70 a temperatura relativamente baja fluye desde el evaporador 14 al intercambiador de calor 54. Un intercambio térmico entre la mezcla de aceite/refrigerante líquido y el gas de aspiración 70 enfría la mezcla de refrigerante líquido/aceite, aumentando su viscosidad. A continuación, se hace fluir la mezcla de refrigerante líquido/ aceite hacia el compresor 12 a través del conducto de aceite 80 para lubricar el compresor 12. Después, se hace que la mezcla de refrigerante líquido/ aceite vuelva desde el compresor 12 hacia el cárter de aceite 46 a través del conducto de cárter 60.
En la figura 2, se muestra otro sistema refrigerante 10. En este sistema refrigerante 10, el conducto de entrada de vaporizador 40 se extiende desde una cámara de compresión del compresor 12, en lugar de hacerlo desde el conducto 18. En algunas alternativas, el conducto de entrada de vaporizador 40 se extiende desde un último lóbulo cerrado (no mostrado) del compresor 12. La retirada de refrigerante de gas caliente en el compresor 12, en lugar de aguas abajo del compresor 12 , da como resultado una temperatura más alta del refrigerante de gas caliente extraído, ya que se producen pérdidas una vez que el refrigerante de gas caliente se descarga del compresor 12.
Con referencia ahora a la realización de la figura 3, esta realización es similar al sistema refrigerante 10 de la figura 2 aparte de que la mezcla de refrigerante líquido/aceite que fluye hacia el cárter de aceite a través del conducto el cárter 60 pasa a través de un intercambiador de calor de compresor 62. La mezcla de refrigerante líquido/aceite que pasa a través del intercambiador de calor de compresor 62 se calienta haciendo fluir gas de descarga desde el compresor 12 a través del intercambiador de calor de compresor 62 a través del conducto de descarga de compresor 64. El calentamiento de la mezcla de refrigerante líquido/aceite en el intercambiador de calor de compresor 62 eleva la temperatura de la mezcla de refrigerante líquido/aceite en el cárter de aceite 46, lo que ayuda a que se evapore cualquier refrigerante en el cárter de aceite 46. Además, esta u otras realizaciones pueden incluir una válvula de control de refrigerante 66, que controle el flujo desde el evaporador 14 hasta el intercambiador de calor 54 para controlar la temperatura de la mezcla de refrigerante líquido/aceite que pase a través del intercambiador de calor 54 y vuelva al compresor 12.
Con referencia ahora a la figura 4, algunas realizaciones pueden incluir una bomba de vacío 68 para bombear refrigerante a través del conducto 42 a la vía de paso 16. La bomba de vacío 68 puede usarse para hacer disminuir la presión en el vaporizador 28 y/o en el cárter de aceite 46 por debajo de la presión en el evaporador 14, provocando así una mayor evaporación de refrigerante desde el vaporizador 28 y/o el cárter de aceite 46.
Aunque la invención se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de realizaciones, debe entenderse con claridad que la invención no se limita a tales realizaciones descritas. Por el contrario, la invención se puede modificar para incorporar cualquier cantidad de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que sean acordes con el ámbito de aplicación de la invención como se define en las reivindicaciones. Además, aunque se han descrito varias realizaciones de la invención, debe entenderse que los aspectos de la invención pueden incluir solo algunas de las realizaciones descritas. Por consiguiente, la invención no debe verse limitada por la descripción anterior, sino que sólo está limitada por el ámbito de aplicación de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema refrigerante que comprende:
un compresor (12 ) que tiene un flujo de lubricante de compresor en su interior, comprimiendo el compresor un flujo de vapor de refrigerante a través de este;
un evaporador (14) conectado de manera funcional al compresor que incluye un entorno que se ha de enfriar mediante un intercambio de energía térmica con un refrigerante líquido en el evaporador; y
un sistema de recuperación de lubricante que incluye:
un vaporizador (28) que recibe un primer flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del evaporador que tiene una primera concentración de lubricante, utilizando el vaporizador un flujo de refrigerante comprimido para evaporar refrigerante de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante; y
un cárter de lubricante (46) que recibe un segundo flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del vaporizador que tiene una segunda concentración de lubricante mayor que la primera concentración;
caracterizado por
un intercambiador de calor (54) que recibe un tercer flujo de una mezcla de lubricante de compresor y refrigerante del cárter de lubricante que tiene una tercera concentración de lubricante, usando el intercambiador de calor gas de aspiración de evaporador para enfriar el tercer flujo de la mezcla de lubricante de compresor y refrigerante, aumentando así su viscosidad antes de empujar el tercer flujo hacia el compresor para lubricar el compresor; y
un intercambiador de calor de compresor (62) que utiliza gas de descarga de compresor para calentar lubricante que fluye desde el compresor hacia el cárter de lubricante (46).
2. Sistema refrigerante según la reivindicación 1, en el que el flujo de refrigerante comprimido usado por el vaporizador (28) se retira de un conducto que conecta el compresor (12 ) con un condensador (20) del sistema refrigerante o en el que el flujo de refrigerante comprimido se retira de una cámara de compresión del compresor (20).
3. Sistema refrigerante según la reivindicación 1, que comprende además un calentador (50) dispuesto en el vaporizador (28) y/o el cárter de lubricante.
4. Sistema refrigerante según la reivindicación 1, que comprende además una bomba de aceite (58) para empujar el tercer flujo desde el cárter de lubricante (46) a través del intercambiador de calor (54) hacia el compresor (20).
5. Sistema refrigerante según la reivindicación 1, que comprende además una válvula (66) para controlar el flujo de gas de aspiración de evaporador hacia el intercambiador de calor.
6. Sistema refrigerante según la reivindicación 1, que comprende además una bomba de vacío para empujar gas refrigerante desde el vaporizador y/o el cárter de lubricante hacia el compresor.
7. Método de recuperación de aceite para un sistema refrigerante que comprende:
hacer fluir un primer flujo de una mezcla de refrigerante líquido y lubricante que tiene una primera concentración de lubricante desde un evaporador (14) del sistema refrigerante hacia un vaporizador (28); separar refrigerante de la mezcla de refrigerante y lubricante en el vaporizador mediante transferencia de energía térmica con un flujo de refrigerante comprimido a través de este;
hacer fluir un segundo flujo de una mezcla de refrigerante líquido y lubricante que tiene una segunda concentración de lubricante mayor que la primera concentración hacia un cárter de lubricante (46); empujar un tercer flujo de una mezcla de refrigerante líquido y lubricante desde el cárter de lubricante a través de un intercambiador de calor (54) en el que se enfría mediante intercambio de energía térmica con un flujo de gas de aspiración de evaporador;
empujar el tercer flujo enfriado hacia un compresor (12 ) para su lubricación; y
hacer fluir el lubricante a través de un intercambiador de calor de compresor (62) dispuesto entre el compresor y el cárter de aceite para aumentar una temperatura de lubricante.
8. Método según la reivindicación 7, que comprende además retirar el refrigerante comprimido usado por el vaporizador (28) de un conducto (18) que conecta el compresor (12 ) con un condensador (20) del sistema refrigerante o retirar el refrigerante comprimido de una cámara de compresión del compresor (20).
9. Método según la reivindicación 7, que comprende además calentar el tercer flujo en el cárter de lubricante (46) para separar refrigerante adicional del segundo flujo.
10. Método según la reivindicación 7, que comprende además empujar el tercer flujo desde el cárter de lubricante (46) a través del intercambiador de calor (54) hacia el compresor (12) a través de una bomba de aceite (58).
11. Método según la reivindicación 7, que comprende además usar gas de descarga de compresor para calentar el lubricante en el intercambiador de calor de compresor (62).
12. Método según la reivindicación 11, que comprende además usar el lubricante calentado para separar refrigerante del tercer flujo en el cárter de lubricante (46).
13. Método según la reivindicación 7, que comprende además controlar el flujo de gas de aspiración de evaporador hacia el intercambiador de calor (54) a través de una válvula (66).
14. Método según la reivindicación 7, que comprende además empujar gas refrigerante desde el vaporizador (28) y/o el cárter de lubricante (46) hacia el compresor (20).
15. Método según la reivindicación 14, que comprende además usar una bomba de vacío (68) para empujar el gas refrigerante desde el vaporizador (28) y/o el cárter de lubricante (46) hacia el compresor (20).
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