ES2923199T3 - Sistema de refrigeración mecánica - Google Patents
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Abstract
Se centra en la especial configuración que se le da al dispositivo de compresión de un sistema frigorífico así como en su modo de actuación.El dispositivo consiste en un apareja 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, obteniéndose un dispositivo totalmente autónomo, que no necesita de electricidad ni ningún tipo de combustible.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de refrigeración mecánica
OBJETIVO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración mecánica, es decir, que no requiere energía eléctrica ni ningún tipo de combustible para funcionar, por lo que es especialmente aplicable en lugares donde no hay luz eléctrica, o donde simplemente es deseable tener un sistema de refrigeración completamente autónomo, que requiere solo un flujo de agua a presión para funcionar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen innumerables sistemas de refrigeración conocidos basados en un circuito cerrado, a través del cual circula un líquido, que se comprime, aumentando así su temperatura. A continuación, dicho líquido se hace pasar a través de un condensador por medio del cual se extrae parte del calor generado en dicho procedimiento de compresión, de modo que, a la salida de dicho condensador, se establece una válvula de expansión después de lo cual el líquido pierde presión, haciendo que se evapore. En este procedimiento, el gas se enfría, y dicho procedimiento se realiza en una bobina que actúa como evaporador, después de lo cual es posible refrigerar una cámara de frío, enfriar el aire de un equipo de aire acondicionado, etc.
Los dispositivos/sistemas de este tipo presentan un inconveniente con respecto al que deben mencionarse los siguientes aspectos:
- Utilizan compresores eléctricos, lo que implica una dependencia claramente indeseable de la electricidad.
- El tipo de compresores utilizados incluyen motores que se calientan, lo que tiene un impacto negativo en el rendimiento del sistema.
En un intento por mejorar el rendimiento de estos sistemas, se conocen los 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. Por lo tanto, se trata de sistemas de dos componentes, donde una de las sustancias se disuelve en la otra sustancia, y el enfriamiento tiene lugar extrayendo una de las dos sustancias de la solución mediante la aplicación de calor y, a continuación, reabsorbiéndola en la solución.
Con respecto a los sistemas de compresión convencionales, los sistemas de refrigeración por absorción tienen la ventaja de que tienen una menor demanda de electricidad, aunque dicha demanda se reemplaza con una demanda térmica.
En cualquier caso, los sistemas de este tipo tienen costos de fabricación muy elevados y también son muy limitados con respecto a las temperaturas mínimas que dichos sistemas pueden alcanzar.
En el documento WO 2004/11155, se describe otra forma de obtener un sistema de refrigeración, donde se utiliza un compresor alternativo, dicho compresor alternativo está formado por un cilindro con un pistón asociado con un circuito de refrigeración y dicho cilindro a su vez está accionado por otro cilindro de energía, de modo que ambos cilindros están interconectados entre sí por una varilla común.
El documento US4779427A describe un sistema de refrigeración que comprende un par de cilindros de doble acción: un primer cilindro de doble acción que actúa como impulsor para un segundo cilindro de doble acción que actúa como compresor. El impulsor utiliza refrigerante vaporizado producido por una caldera para corresponder a una varilla conectada al compresor. Cada cámara de trabajo del impulsor como una entrada y una salida provista de una válvula respectiva que está abierta o cerrada para suministrar o descargar el líquido de impulsión hacia/desde la cámara de trabajo respectiva.
Si bien es posible obtener de esta manera un compresor mecánico, el hecho es que el dispositivo descrito en este documento contempla un sistema de accionamiento extremadamente complejo para el cilindro de energía, que incluye una caldera, componentes electrónicos, así como una gran cantidad de bombas de ductos e impulsos que tienen un impacto muy negativo en el dispositivo desde el punto de vista de la complejidad estructural, una dependencia de los combustibles y también una dependencia de la electricidad, lo que significa que el sistema de refrigeración no puede considerarse autónomo de modo alguno.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas. El sistema de refrigeración propuesto constituye un sistema de accionamiento mecánico estructuralmente muy simple que no requiere electricidad ni combustibles fósiles, y es altamente rentable, completamente autónomo y exhibe un mejor rendimiento que el de los sistemas convencionales.
A tal efecto, y en base a la estructuración convencional de un sistema de refrigeración básico, en el que se define un circuito cerrado para un líquido refrigerante, que incluye un dispositivo compresor que comprime dicho líquido, provocando que su temperatura aumente, con dicho líquido haciéndose pasar a través de un condensador por medio del cual se extrae parte del calor generado en dicho procedimiento de compresión, de manera que a la salida de dicho condensador se establece una válvula de expansión tras la cual el líquido pierde presión, provocando que se evapore, en cuyo procedimiento se enfría el gas, y este frío se utiliza para la aplicación correspondiente, con dicho líquido haciéndose recircular de nuevo al dispositivo compresor; las características de la invención se refieren a la configuración especial de dicho dispositivo compresor, y más específicamente a su medio de accionamiento.
Dicho esto, más específicamente, el dispositivo compresor se materializa en un par de cilindros de doble acción conectados entre sí por medio de la varilla móvil de los mismos.
Por lo tanto, uno de los cilindros de doble acción actuará en todo momento como un sistema de compresión para el líquido refrigerante, teniendo en cada una de sus dos tomas, actuando como entradas tanto como salidas, pares respectivos de ramas que, mediante válvulas de retención están conectadas en serie al circuito de refrigeración convencional, de modo que dicho líquido sale del circuito comprimido, a través de una rama u otra, con la rama opuesta actuando como un elemento de aspiración de líquido entrante.
Con respecto al segundo cilindro de doble acción, y según la esencia de la invención, para que este cilindro funcione de manera recíproca y constante, es decir, para que funcione cuando se mueve en una dirección y cuando se mueve en la dirección opuesta, se ha previsto que las dos tomas de conexión con las dos cámaras de este cilindro estén conectadas a dos ramas, cada una de las cuales tiene sus respectivas válvulas de apertura/cierre, existiendo una comunicación de dos en dos entre ramas opuestas, en cuyo punto de comunicación se establece una entrada de agua a presión y una salida de agua, respectivamente.
Por lo tanto, mediante el control de las válvulas de las ramas, se puede hacer que el agua presurizada pase a una cámara u otra del cilindro de doble acción, lo que significa que, mientras una cámara se llena de agua presurizada, la otra cámara se vacía y dicha agua se hace recircular hacia la salida del sistema, con el procedimiento invertido una vez que el émbolo alcanza el límite de su carrera dentro del cilindro.
Para que este procedimiento se lleve a cabo de manera completamente mecánica y automática, la varilla exterior que une ambos cilindros de doble acción incorporará en su zona media un actuador con un interruptor de límite que esté sincronizado con los medios de apertura y cierre de las válvulas de las ramas asociadas al circuito de alimentación de agua a presión de dicho segundo cilindro de doble acción.
Por lo tanto, al actuar automáticamente sobre la apertura y cierre de las válvulas de los diferentes ramales, se logra un flujo constante de agua a presión desde la entrada hasta la salida de la misma, lo que en todo momento provoca el movimiento alternativo en una dirección u otra de la varilla que une ambos cilindros, provocando, por lo tanto, un procedimiento de compresión alternativo en cualquiera de las cámaras del primer cilindro de doble acción o cilindro de compresión, lo que se utiliza para llevar a cabo la compresión del líquido refrigerante.
En cuanto al suministro de agua a presión para el sistema, no presenta pérdidas ni ningún tipo de contaminación del agua que circula por el mismo, por lo que podría instalarse en serie en cualquier tubería de suministro de agua en la que el agua se esté moviendo siempre, siendo suficiente una presión de unos 196 kPa (2 kg/cm2) para mover el mecanismo.
Según una variante de realización de la invención, y a los efectos de la máxima autonomía posible para el sistema, se ha previsto que el sistema de alimentación de agua a presión se materialice en un circuito cerrado, que está conectado a la entrada y a la salida de las ramas de suministro y salida mencionadas del sistema, de modo que en dicho circuito cerrado se dispone en serie un intercambiador de calor destinado a enfriar el agua que sale del sistema, una válvula de retención que asegura el flujo circular y unidireccional del agua debido al diferencial de presión causado por el diferencial de temperatura, y un colector solar de tubo de vacío por medio del cual se logra un aumento sustancial de la presión del agua en su salida, que suministra el sistema en un circuito cerrado, como se mencionó anteriormente. Dado que los medios que provocan la compresión del gas del circuito de refrigeración per se son independientes, no tienen un impacto negativo en la temperatura de dicho gas, ya que no se calienta debido a la fricción, por lo tanto, el rendimiento de las instalaciones de este tipo será mucho mayor que las instalaciones convencionales.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Como complemento a la descripción que se proporcionará en esta invención, y con el fin de ayudar a hacer más comprensibles las características de la invención, según una realización ejemplar práctica preferida de la misma, dicha descripción se acompaña con un conjunto de dibujos que constituyen una parte integral de la misma, en los que, a modo de ilustración y no de limitación, se representa lo siguiente:
La Figura 1 muestra una vista esquemática de un sistema de refrigeración mecánica llevado a cabo según el objetivo de la presente invención correspondiente al instante en el que la varilla común a ambos cilindros de doble acción se mueve hacia la izquierda.
La Figura 2 muestra una vista similar a la de la Figura 1, pero correspondiente al movimiento de la varilla común a la derecha.
Las Figuras 3 y 4 muestran vistas respectivas similares a las Figuras 1 y 2, pero correspondientes a una variante de realización completamente autónoma, en la que no se requiere una entrada de agua presurizada externa, porque dicha agua presurizada se proporciona en un circuito cerrado mediante un sistema basado en un colector solar de tubo de vacío.
REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN
En vista de las figuras mencionadas, se puede observar cómo el sistema de la invención parte de una estructuración convencional para un sistema de refrigeración, donde se define un circuito cerrado (1) para un líquido refrigerante, el cual incluye un dispositivo compresor (2), conectado a un condensador (3) por medio del cual se extrae parte del calor (4) generado en dicho procedimiento de compresión, quedando establecida a la salida de dicho condensador (3) una válvula de expansión (5) tras lo cual el líquido pierde presión, provocando que se evapore en un evaporador (6), generándose un frío (7) que se utiliza para la aplicación considerada como adecuada, cuyo evaporador se comunica en un circuito cerrado con el dispositivo compresor (2), donde dicho circuito puede incluir los elementos normalmente accesorios, tales como válvulas de purga (10), válvulas de seguridad, etc.
A su vez, el dispositivo compresor (2) se materializa en un par de cilindros de doble acción (8-9) conectados entre sí por medio de la varilla móvil (11) de la misma que es común para ambos.
Por lo tanto, el primer cilindro de doble acción (8) actúa como un sistema de compresión para el líquido refrigerante, teniendo en cada una de sus dos entradas (12-13), actuando como entradas tanto como salidas, pares respectivos de ramales (14-15), (16-17) que, mediante válvulas de retención (18), están conectados en serie al circuito de refrigeración principal (1).
A su vez, el segundo cilindro de doble acción (9) es el que realiza todo el trabajo de compresión que se realiza en el primer cilindro (8).
Más específicamente y según la esencia de la invención, se ha previsto que sus dos tomas (19-20) están conectadas a dos ramas (21-22) y (23-24), cada una con sus respectivas válvulas de apertura/cierre (A, B, C y
D), existiendo comunicación de dos en dos entre ramas opuestas, en cuyo punto de comunicación se establece una entrada de agua a presión (25) y una salida de agua (26).
Dicho esto, la apertura y el cierre de las válvulas (A) y (C) se sincronizan mecánicamente, como ocurre con las válvulas (B) y (D), de modo que, según la Figura 1, cuando las válvulas (A) y (C) están abiertas y, en consecuencia, las válvulas (B) y (D) están cerradas, el agua a presión provoca el movimiento del émbolo (27) hacia la izquierda, lo que a su vez provoca la compresión del gas refrigerante en la subcámara (28) del primer cilindro de doble acción (8), así como un efecto de succión en la subcámara (29) de dicho cilindro (8).
Por el contrario, cuando el émbolo (27) alcanza el límite de su recorrido, por medio de un accionador (30) invertirá mecánicamente la posición de las válvulas (A, B, C y D) con las válvulas (A) y (C) cerradas y, en consecuencia, las válvulas (B) y (D) abiertas, como se muestra en la Figura 2, lo que hará que el agua a presión provoque el movimiento del émbolo (27) hacia la derecha, lo que a su vez provoca la compresión del gas refrigerante en la subcámara (29) del primer cilindro de doble acción (8), así como un efecto de succión en la subcámara (28) de dicho cilindro (8), de modo que el gas comprimido en ambos casos se conduciría en todo momento al condensador (3).
Al actuar automáticamente sobre la apertura y cierre de las válvulas de los diferentes ramales, se logra un flujo
constante de agua a presión desde la entrada hasta la salida de la misma, lo que en todo momento provoca el movimiento alternativo en una dirección u otra de la varilla que une ambos cilindros, provocando, por lo tanto, un procedimiento de compresión alternativo en cualquiera de las cámaras (28-29) del primer cilindro de doble acción (8), lo que se utiliza para llevar a cabo la compresión del líquido refrigerante.
Tal como se analizó anteriormente, el sistema de la invención se puede conectar en serie por medio de su entrada (25) y su salida (26) a cualquier ducto a través del cual el agua circule a una presión suficiente, con una presión de aproximadamente 196 kPa (2 kg/cm2) como suficiente.
Según la variante de realización de las Figuras 3 y 4, para obtener un sistema completamente autónomo, que no depende de ninguna fuente externa de agua a presión, se ha previsto que la salida (26) y la entrada (25) estén conectadas en un bucle cerrado (30) de modo que la salida (26) se comunique con un intercambiador de calor (31), destinado a enfriar el agua que sale del sistema y se comunique por medio de una válvula de retención (32), para asegurar el flujo circular y unidireccional del agua, con un colector solar de tubo de vacío (33) por medio del cual se logra un aumento sustancial en la presión del agua en su salida, proporcionando al sistema una autonomía completa. Como se analizó anteriormente, a través de experimentos, se descubrió que el sistema 2 de la invención es capaz de funcionar con 196 kPa (2 kg/cm2) de presión de agua, de modo que, dado que la mayoría de los colectores solares de tubo de vacío pueden proporcionar presiones de agua de aproximadamente 1569 kPa (16 kg/cm2), el sistema podría multiplicarse tantas veces como sea necesario para aprovechar este exceso de presión.
Claims (2)
1. Un sistema de refrigeración mecánica, del tipo que incluye un circuito cerrado (1)
para un líquido refrigerante, que incluye un dispositivo compresor (2) conectado a un condensador (3) por medio del cual se extrae parte del calor (4) generado en dicho procedimiento de compresión, quedando establecida a la salida de dicho condensador (3) una válvula de expansión (5) tras lo cual el líquido pierde presión, provocando que se evapore en un evaporador (6), generándose un frío (7) que se utiliza para la aplicación correspondiente, cuyo evaporador se comunica en un circuito cerrado con el dispositivo compresor (2), y donde el dispositivo compresor (2) se materializa en un par de cilindros de doble acción (8, 9) conectados entre sí por medio de una varilla móvil (11) de la misma que es común para ambos, de modo que un primer cilindro de doble acción (8) del par de cilindros de doble acción (8, 9) actúa como un sistema de compresión para el líquido refrigerante, que tiene en cada una de sus dos entradas (12, 13), que actúan como entradas y salidas, respectivamente, primero (14, 15) y segundo (16, 17) pares de ramas, es decir, una primera rama (14), una segunda rama (15), una tercera rama (16) y una cuarta rama (17) donde dicho primero y segundo par de ramas están conectados, por medio de válvulas de retención (18), en serie al circuito de refrigeración principal (1), donde un segundo cilindro de doble acción (9) del par de cilindros de doble acción (8, 9) tiene dos aberturas (19, 20), correspondientes a cada una de sus dos cámaras de trabajo, cada una de las cuales está conectada al tercero y al cuarto par de ramas (21,22 y 23, 24) respectivamente, es decir, una quinta rama (21), una sexta rama (22), una séptima rama (23) y una octava rama (24), donde, en cada rama (21, 22, 23, 24) de la quinta rama (21), la sexta rama (22), la séptima rama (23) y la octava rama (24), se establece una válvula de apertura/cierre (A, B, C, D), es decir, una primera válvula (A), una segunda válvula (B), una tercera válvula (C) y una cuarta válvula (D) respectivamente, existiendo comunicación entre la sexta rama (22) y la séptima rama (23), en cuyo punto de comunicación se establece una entrada de agua a presión (25) y entre la quinta rama (21) y la octava rama (24), en cuyo punto de comunicación se establece una salida (26) para dicha agua, donde la apertura y el cierre de la primera válvula (A) y la tercera válvula (C) están sincronizados mecánicamente, de manera inversa con respecto a la segunda válvula (B) y la cuarta válvula (D), habiéndose previsto que, en correspondencia con la varilla móvil (11) común al par de cilindros de doble acción (8, 9), se establezca un accionador (30) asociado mecánicamente con interruptores de límite de los mismos con medios para invertir la posición de las válvulas de apertura/cierre (A, B, C, D).
2. El sistema de refrigeración mecánica, según la reivindicación 1, donde la salida (26) y la entrada (25) están conectadas en un bucle cerrado (30) donde se establece en serie un intercambiador de calor (31) después de la salida (26), comunicado por medio de una válvula de retención (32) con un colector solar de tubo de vacío (33) que alimenta la entrada (25).
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