ES2971738T3 - Sistema de refrigeración por compresión de vapor y procedimiento de funcionamiento de dicho sistema - Google Patents

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Abstract

Sistema de refrigeración por compresión de vapor (1), capaz de funcionar en modo transcrítico, que comprende un circuito frigorífico principal (2) que a su vez comprende: - un grupo compresor primario (10); - un refrigerador o condensador de gas (11) colocado aguas abajo de dicho grupo compresor primario (10); - un dispositivo de expansión (12) colocado aguas abajo de dicho refrigerador o condensador de gas (11); - un receptor de líquido (13) colocado aguas abajo de dicho dispositivo de expansión (12); - al menos un evaporador (14'; 14") colocado aguas abajo de dicho receptor de líquido (13) y aguas arriba de dicho grupo compresor primario (10). El sistema de refrigeración (1) comprende además: - un conducto de circulación de emergencia (20) del refrigerante que conecta de manera fluida dicho receptor de líquido (13) al circuito principal aguas arriba de dicho enfriador de gas o condensador (11) sin pasar por dicho al menos un evaporador. (14'; 14") y dicho grupo compresor primario (10), para permitir un flujo de refrigerante desde el receptor de líquido (13) al enfriador o condensador de gas (11); y - un grupo compresor de emergencia (22) colocado en dicho conducto de circulación de emergencia (20) del refrigerante y activable en presencia de valores de presión - dentro de dicho receptor de líquido (11) o en la sección de conducto (20) aguas arriba de dicha emergencia grupo compresor (22) - igual o superior a un umbral de presión de emergencia (PI) predefinido, que es inferior a una presión de seguridad predefinida del receptor (11). El sistema de refrigeración (1) comprende además un sistema de alimentación ininterrumpida (50) adaptado para alimentar eléctricamente al menos dicho grupo compresor de emergencia (22) y dicho dispositivo de expansión (12) en caso de una parada del sistema de refrigeración, de modo que en el En caso de una parada del sistema de refrigeración, cuando la presión dentro de dicho receptor de líquido (13) o en la sección de conducto (20) aguas arriba de dicho grupo compresor de emergencia (22) iguala o excede dicho umbral de presión de emergencia (PI) predefinido, un se activa la circulación de emergencia de fluido refrigerante desde dicho receptor de líquido (13) hasta dicho enfriador de gas (11) a través de dicho conducto de circulación de emergencia (20) y de regreso a dicho receptor de líquido (13) a través de dicho dispositivo de expansión (12). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de refrigeración por compresión de vapor y procedimiento de funcionamiento de dicho sistema
Campo de aplicación
La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración por compresión de vapor y a un procedimiento de funcionamiento de dicho sistema.
El sistema de refrigeración y el procedimiento de funcionamiento de acuerdo con la invención encuentran una aplicación particular en el campo de la refrigeración comercial e industrial.
El sistema de refrigeración es capaz de funcionar tanto en modo subcrítico como en modo transcrítico, de acuerdo con las necesidades del sistema de refrigeración. Preferentemente, se usa refrigerante R744 (CO2) como refrigerante. El sistema de refrigeración puede ser de tipo reforzador o no reforzador.
Técnica anterior
Uno de los problemas tras la introducción de sistemas de refrigeración capaces de funcionar en modo transcrítico, caracterizado por el uso de refrigerante R744 (CO2), es el aumento de las presiones de funcionamiento. De hecho, el refrigerante R744 se caracteriza por la peculiaridad del mismo de tener una alta presión de saturación a temperatura ambiente, incluso superior a la presión de funcionamiento de una parte de la planta.
Uno de los problemas de este tipo de plantas es por lo tanto el mantenimiento del refrigerante en el interior de los circuitos en caso de interrupción del ciclo normal de refrigeración, debido, por ejemplo, a un apagón o derivado de la necesidad de desconectar el sistema simplemente para actividades de mantenimiento.
Durante el tiempo de inactividad de la planta, de hecho, el refrigerante dentro del sistema continúa intercambiando calor con el exterior, aumentando la temperatura y, por lo tanto, la presión. Una vez que se superan los valores de presión predefinidos, las válvulas de seguridad liberan refrigerante al ambiente para contener el aumento de presión. Cuando se resuelva el problema que provocó el apagado, es posible que el sistema carezca de la cantidad de refrigerante necesaria para el correcto reinicio o funcionamiento del mismo.
El componente del sistema de refrigeración que se ve más afectado por este problema es el depósito de líquido principal situado corriente abajo del enfriador de gas, debido a la gran cantidad de refrigerante en estado líquido almacenado en el mismo.
La figura 1 muestra un diagrama simplificado de un sistema de refrigeración, en el que A indica el enfriador de gas o condensador, B el miembro de expansión corriente arriba del receptor, C el receptor de líquido, D1 y D2 dos evaporadores en paralelo, E1 y E2 dos etapas de compresión.
En aplicaciones de refrigeración transcrítica existen diversas soluciones a este tipo de criticidad. Las más consolidadas, que definen el estado de la técnica, son las siguientes:
- Incrementar la presión de seguridad de los componentes del sistema;
- Utilizar unidades de condensación externas, conectadas a una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) dedicada, que se activan por encima de los umbrales de presión predefinidos, para mantener constante la temperatura (y por lo tanto la presión) del refrigerante dentro del depósito de líquido, como se muestra en la figura 1.
Más en detalle, como se muestra en la figura 1, el circuito de refrigeración de la unidad de condensación es un circuito, que está mecánicamente separado del circuito que contiene CO2, y comprende un condensador H, un miembro de expansión I, un evaporador F y un compresor G. El circuito de la unidad condensadora utiliza refrigerantes distintos al CO2 y normalmente refrigerantes sintéticos. El circuito del sistema de refrigeración que contiene CO2 interactúa con el circuito conectado a la unidad de condensación por medio del intercambiador de calor F, por ejemplo, un intercambiador de calor de placas. Cuando la unidad condensadora se activa mediante un umbral de presión o temperatura, el lado del intercambiador de placas F conectado a la unidad condensadora funciona como un evaporador normal, enfriando el CO2 presente en el otro lado del intercambiador de placas. El resultado del intercambio de calor es restar el calor ingresado al tanque del ambiente circundante, deteniendo el paso de CO2 del estado líquido al gaseoso para evitar el aumento de presión dentro del recipiente de líquido.
Ambas soluciones son efectivas pero tienen efectos secundarios.
El aumento de la presión de seguridad de los componentes del sistema implica, de hecho, un aumento de los costes de la planta, así como dificultades de mantenimiento, debido a la dificultad para encontrar diferentes componentes con presiones de seguridad más altas y al aumento de las habilidades requeridas al personal de mantenimiento en caso de intervención en el circuito.
El uso de unidades condensadoras en general implica el uso de un refrigerante sintético dentro de un sistema, que se caracteriza, en cambio, por el uso de refrigerantes naturales (CO2). De forma alternativa al uso de refrigerante sintético, se han propuesto en el mercado soluciones con refrigerante natural inflamable (normalmente R290). Sin embargo, estas soluciones se caracterizan por el peligro intrínseco de usar refrigerantes inflamables, especialmente en situaciones de mantenimiento en las que es común el uso de una llama abierta para soldadura y soldadura fuerte. Ambas soluciones, refrigerante sintético y natural, también implican el uso de un refrigerante, que es diferente al utilizado en el circuito refrigerante principal, aumentando así la complejidad del mantenimiento.
En el campo de la refrigeración comercial e industrial, por tanto, se siente la necesidad de sistemas de refrigeración por compresión de vapor, capaces de funcionar incluso en modo transcrítico, que permitan gestionar las criticidades asociadas al aumento de la presión del refrigerante tras los tiempos de parada de la planta, sin necesariamente aumentar la presión de seguridad de los componentes del sistema y/o sin tener que utilizar unidades de condensación externas para enfriar el depósito de líquido.
El documento WO2017/023632 divulga un sistema de refrigeración por compresión de vapor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Este documento revela un sistema de refrigeración por CO2 que incluye un subsistema de refrigeración por CO2 que proporciona enfriamiento para una carga de refrigeración usando dióxido de carbono (CO2) como refrigerante. El sistema de refrigeración por CO2 incluye además un subsistema de intercambio de calor directo de CO2 que usa el refrigerante de CO2 del subsistema de refrigeración por CO2 para proporcionar calentamiento o enfriamiento a una zona del edificio. El subsistema de intercambio de calor directo por CO2 incluye un intercambiador de calor que intercambia calor directamente entre el refrigerante de CO2 y un flujo de aire proporcionado a la zona del edificio.
Presentación de la invención
Por lo tanto, es objeto de la presente invención eliminar o al menos mitigar los inconvenientes de la técnica anterior antes mencionada, proporcionando un sistema de refrigeración por compresión de vapor, capaz de funcionar en modo transcrítico, que sea capaz de gestionar las criticidades asociadas a los aumentos de presión del refrigerante después de los tiempos de inactividad de la planta, sin aumentar necesariamente la presión de seguridad de los componentes del sistema y/o sin tener que usar unidades de condensación externas para enfriar el depósito de líquido.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de refrigeración por compresión de vapor, capaz de funcionar también en un modo transcrítico, que sea constructivamente sencillo de fabricar, con costes de planta comparables a los de las plantas convencionales.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de refrigeración por compresión de vapor, capaz de funcionar también en un modo transcrítico, que sea fiable y operativamente sencillo de gestionar.
Breve descripción de los dibujos
De acuerdo con la presente invención, los objetivos anteriores se logran mediante las características de la reivindicación 1 y la reivindicación 16. Los modos de realización preferentes se definen en las reivindicaciones dependientes.
Las características técnicas de la invención de acuerdo con los objetos mencionados anteriormente se encuentran claramente en el contenido de las siguientes reivindicaciones y las ventajas de las mismas se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, dada con referencia a los dibujos adjuntos que muestran uno o más modos de realización simplemente dados a modo de ejemplo no limitativo, en el que:
- la figura 1 muestra un diagrama simplificado de un sistema de refrigeración por compresión de vapor del tipo convencional, equipado con una unidad de condensación externa;
- la figura 2a muestra un diagrama simplificado de un sistema de refrigeración por compresión de vapor de acuerdo con un primer modo de realización de la invención;
- la figura 2b muestra un diagrama simplificado de una variante del sistema de refrigeración de acuerdo con la invención, mostrado en la figura 2a;
- la figura 3a muestra un sistema de refrigeración por compresión de vapor de acuerdo con un segundo modo de realización de la invención;
- la figura 3b muestra un diagrama simplificado de una variante del sistema de refrigeración de acuerdo con la invención, mostrado en la figura 3a;
- la figura 4 muestra un diagrama simplificado de un sistema de refrigeración por compresión de vapor de acuerdo con un tercer modo de realización de la invención; y
- la figura 5 muestra un diagrama simplificado de una variante del sistema de refrigeración de acuerdo con la invención, mostrado en la figura 4, en el que los grupos de compresores constan de dos o más compresores en paralelo.
Los elementos o partes en común a los modos de realización descritos se indicarán a partir de aquí usando los mismos números de referencia.
Descripción detallada
El objeto de la presente invención es un sistema de refrigeración por compresión de vapor y un procedimiento de funcionamiento de dicho sistema.
Con referencia a las figuras adjuntas, el número de referencia 1 en general indica un sistema de refrigeración de acuerdo con la invención.
El sistema de refrigeración 1 funciona de acuerdo con un ciclo de compresión de vapor y es capaz de funcionar tanto en un modo transcrítico como en un modo subcrítico.
Preferentemente, el sistema de refrigeración usa R744 (CO2) como fluido refrigerante. De forma alternativa, el sistema de refrigeración puede usar como refrigerante una mezcla de refrigerantes transcríticos con un potencial de calentamiento global (GWP) bajo o muy bajo, que posiblemente contenga CO2. Se dice que un sistema de refrigeración es transcrítico si funciona con presiones que exceden la presión crítica Pc del fluido de trabajo. La peculiaridad de tales ciclos termodinámicos es que no hay transición de fase de gas a líquido en al menos uno de los procesos de intercambio de calor. En esa sección de la planta el fluido se comporta como un gas denso. De acuerdo con un modo de realización general de la invención, el sistema de refrigeración 1 comprende un circuito refrigerante principal 2, que a su vez comprende:
- un grupo compresor principal 10;
- un enfriador de gas o condensador 11 colocado corriente abajo del grupo compresor principal 10;
- un dispositivo de expansión 12 colocado corriente abajo del enfriador de gas o condensador 11;
- un receptor de líquido 13 colocado corriente abajo del dispositivo de expansión 12;
- al menos un evaporador 14'; 14” colocado corriente abajo del receptor de líquido 13 y corriente arriba del grupo compresor principal 10.
Ventajosamente, corriente abajo del depósito de líquido 13 y corriente arriba del grupo compresor principal 10, el sistema de refrigeración 1 puede estar equipado con dos o más evaporadores 14', 14” o con dos o más grupos de evaporadores, conectados en paralelo.
Ventajosamente, cada uno de los evaporadores, o grupos de evaporadores, estará equipado con miembros de expansión secundarios y dispositivos de control propios.
Como se muestra en las figuras adjuntas, en el circuito refrigerante principal 2 es posible identificar:
- una rama de alta presión HP, que se extiende desde la entrega del grupo compresor principal 10 hasta el dispositivo de expansión 12; y
- una o más ramas de baja presión LP1, LP2, que se extienden desde el dispositivo de expansión 12 hasta una aspiración del grupo compresor principal 10. Ventajosamente, como se muestra en las figuras adjuntas, el grupo compresor principal 10 mencionado anteriormente puede comprender dos o más etapas de compresión 10' 10” conectadas en serie.
Cada una de dichas etapas de compresión puede consistir en compresores separados o estar integrada en un solo compresor.
Ventajosamente, como se muestra en la figura 5, el grupo compresor principal 10 mencionado anteriormente puede comprender al menos una fase de compresión definida por dos o más compresores 10a', 10a" o 10b', 10b", conectados en paralelo.
El sistema de refrigeración 1 puede comprender un solo evaporador o un grupo de evaporadores conectados en paralelo en la misma línea de succión, o, como se muestra en las figuras adjuntas, puede comprender uno o más evaporadores o grupos de evaporadores 14', 14", que funcionan preferentemente a diferentes niveles de evaporación.
Preferentemente, si hay dos o más evaporadores 14', 14" funcionando a diferentes niveles de evaporación, se conectan en succión a diferentes fase de compresión 10' y 10" de dicho grupo compresor principal 10.
Como se muestra en las figuras adjuntas, el sistema de refrigeración 1 puede configurarse como un sistema de refuerzo. Un sistema de refuerzo se configura cuando los compresores de menor nivel de evaporación descargan en la succión de los compresores de mayor nivel de evaporación, es decir, los compresores de al menos dos niveles de evaporación están conectados en serie.
De forma alternativa, el sistema de refrigeración 1 puede configurarse como un sistema sin refuerzo. Un sistema no reforzador se configura cuando los compresores de menor nivel de evaporación descargan en la misma rama que los compresores de mayor nivel de evaporación, es decir, los compresores de al menos dos niveles de evaporación están conectados en paralelo a la descarga.
Como se muestra en las figuras adjuntas, el receptor de líquido 13 puede estar conectado de manera fluida en succión a una fase de compresión del grupo compresor principal 10 mencionado anteriormente por medio de un conducto de conexión 40 equipado con una válvula de control 41. Tal conexión permite eliminar el gas flash presente en el receptor 13, que se crea debido a la expansión en la válvula 12.
De acuerdo con la presente invención, el sistema de refrigeración 1 comprende además un conducto 20 para la circulación de emergencia del fluido refrigerante. Como se muestra en las figuras adjuntas, tal conducto 20 conecta de manera fluida el receptor de líquido 13 mencionado anteriormente al circuito refrigerante principal 2 corriente arriba del enfriador de gas o condensador 11, evitando el mencionado al menos un evaporador 14', 14" y el mencionado anteriormente. grupo compresor principal 10, para permitir, durante una emergencia, un flujo de refrigerante desde el depósito de líquido 13 al enfriador de gas o condensador 11.
Todavía de acuerdo con la presente invención, el sistema de refrigeración 1 comprende además un grupo compresor de emergencia 22 colocado en el mencionado conducto 20 de recirculación de emergencia del refrigerante. Operativamente, tal grupo compresor de emergencia 22 puede activarse en presencia de valores de presión-dentro del depósito de líquido 13 o en la sección del conducto 20 corriente arriba del grupo compresor de emergencia 22, iguales o superiores a un umbral de presión de emergencia predefinido P1, que es menor que una presión de seguridad predefinida del receptor 13.
De acuerdo con la presente invención, el sistema de refrigeración 1 comprende una fuente de alimentación ininterrumpida 50 (UPS) que es adecuada para alimentar eléctricamente al menos el grupo compresor de emergencia 22 y el dispositivo de expansión 12 en caso de una parada del sistema de refrigeración 1.
Operativamente, en el caso de una parada del sistema de refrigeración, los dispositivos o componentes del sistema que no están alimentados por la fuente de alimentación ininterrumpida 50, en particular, el grupo compresor principal 10, se desactivan. Como ya se explicó anteriormente, esto provoca un bloqueo de la circulación del fluido refrigerante en el circuito refrigerante principal 2 y, en particular, una acumulación de fluido refrigerante en el depósito de líquido 13. Inevitablemente, debido al intercambio de calor con el entorno externo, el fluido refrigerante contenido en el receptor 13 tiende a calentarse con el consiguiente aumento de presión. En ausencia de intervenciones externas, una vez alcanzado el umbral de la presión de seguridad del receptor 13, intervienen las válvulas de ventilación, descargando el fluido refrigerante al ambiente externo.
Por el contrario, en virtud de la presente invención, en caso de una parada del sistema de refrigeración 1, cuando la presión dentro del depósito de líquido 13 o en la sección del conducto 20 para la circulación de emergencia del fluido refrigerante corriente arriba del grupo compresor de emergencia 22 iguala o excede el umbral de presión de emergencia predefinido P1 antes mencionado (debido a la ausencia de circulación de fluido refrigerante en el circuito refrigerante principal 2), el grupo compresor de emergencia 22 se activa (alimentado por la fuente de alimentación ininterrumpida 50) y por lo tanto una circulación de emergencia de fluido refrigerante se activa desde el depósito de líquido 13 al enfriador de gas o condensador 11 a través del conducto de circulación de emergencia 20 y de regreso al depósito de líquido 13 a través del dispositivo de expansión 12. Una circulación de emergencia de este tipo del fluido refrigerante pasa por alto el mencionado al menos un evaporador 14' y 14” y el grupo compresor principal 10.
En virtud de dicha circulación de emergencia, incluso en el caso de una parada del sistema de refrigeración 1, el fluido refrigerante continúa enfriándose con el enfriador de gas o condensador 11. De ese modo, la presión dentro del receptor 13 se mantiene por debajo del umbral de presión de seguridad.
A diferencia de las soluciones propuestas en la técnica anterior, el sistema de refrigeración 1 de acuerdo con la invención es, por tanto, capaz de gestionar las criticidades asociadas a los aumentos de presión del fluido refrigerante tras los tiempos de parada de la planta sin tener que aumentar necesariamente la presión de seguridad de los componentes del sistema y/o sin tener que utilizar unidades de condensación externas para enfriar el depósito de líquido. De hecho, los componentes (conducto de emergencia 20 y grupo compresor de emergencia 22) diseñados para garantizar la circulación de emergencia del fluido refrigerante están integrados fluídicamente en el sistema de refrigeración 1 y explotan el circuito refrigerante principal 2 para permitir dicha circulación de emergencia.
Desde un punto de vista operativo, durante el funcionamiento normal, el sistema de refrigeración 1 no se ve sustancialmente afectado por la presencia del conducto de emergencia 20 y el grupo compresor de emergencia 22. De hecho, cuando se desactiva el grupo compresor de emergencia 22, no hay circulación de fluido refrigerante en el conducto 20. Como máximo, pueden producirse infiltraciones de fluido refrigerante dentro del conducto 20, debido a la fuga de fluido a través del grupo compresor de emergencia 22 y los consiguientes aumentos de presión en el conducto. Sin embargo, el sistema de refrigeración 1 es capaz de absorber tales eventos.
Ventajosamente, como se muestra en las figuras 2a, 3a, 4 y 5, para limitar la influencia del conducto 20 sobre el circuito refrigerante principal 2, el sistema de refrigeración 1 puede comprender una válvula de retención 21 colocada en el conducto de recirculación de emergencia 20 del fluido refrigerante. Una válvula de retención 21 de este tipo está configurada para abrirse en presencia de una presión a la entrada más alta que la presión a la salida, para garantizar el funcionamiento de emergencia del sistema en caso de una parada del propio sistema.
Preferentemente, como se muestra en las figuras adjuntas, la válvula de retención 21 antes mencionada se coloca en el conducto de recirculación de emergencia 20 de refrigerante corriente arriba del grupo compresor de emergencia 22. De acuerdo con modos de realización no mostrados en las figuras adjuntas, dicha válvula de retención 21 puede colocarse corriente abajo del grupo compresor de emergencia 22.
Preferentemente, como se muestra en las figuras adjuntas, la válvula de retención 21 antes mencionada es de tipo mecánico. De este modo se obtiene una intervención automática de la válvula, cuyo funcionamiento es independiente de la disponibilidad de energía eléctrica. De este modo, el sistema 1 se simplifica tanto desde el punto de vista de la ingeniería de la planta como desde el punto de vista del control.
De forma alternativa, la citada válvula de retención 21 puede consistir en una válvula de solenoide de regulación o una válvula de solenoide ON-OFF, preferentemente de tipo electrónico, controlada en apertura y cierre para intervenir en coordinación con el grupo compresor de emergencia 22. En este caso, la fuente de alimentación ininterrumpida 50 también debe ser adecuada para alimentar eléctricamente la válvula de retención 21 antes mencionada. La flexibilidad del sistema aumenta a expensas de la simplicidad de la planta y el control.
Como se muestra en las figuras adjuntas, el grupo compresor de emergencia 22 mencionado anteriormente es activado y desactivado por un controlador 60 de acuerdo con los valores de presión detectados por al menos un sensor de presión 61 que es adecuado para detectar la presión dentro del receptor de líquido 13 o en el conducto de recirculación de emergencia 20 corriente arriba del grupo compresor de emergencia 22. La fuente de alimentación ininterrumpida 50 antes mencionada también es adecuada para alimentar eléctricamente dicho controlador 60 en el caso de que se apague el sistema de refrigeración 1.
Preferentemente, el controlador 60 está configurado para controlar el grupo compresor de emergencia 22 para que mantenga un punto de ajuste de trabajo específico en la succión.
El grupo compresor de emergencia 22 puede tener cualquier configuración. En particular, puede consistir en un solo compresor con una o más fases de compresión. De acuerdo con un posible modo de realización alternativo, mostrado en la figura 5, el grupo compresor de emergencia 22 puede comprender al menos una fase de compresión definida por dos o más compresores 22a, 22b, conectados en paralelo.
Ventajosamente, como se muestra en las figuras 3a y 3b y en las figuras 4 y 5, el sistema de refrigeración 1 puede comprender un intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30, que:
- en un primer lado se inserta fluídicamente en una sección del circuito refrigerante principal 2 entre el enfriador de gas o condensador 11 y el dispositivo de expansión 12 para ser atravesado por todo el flujo de refrigerante en la salida del enfriador de gas o condensador 11; y
- en un segundo lado se inserta de forma fluida en el mencionado conducto de circulación de emergencia 20 para ser atravesado por el flujo de refrigerante extraído del receptor de fluido 13.
En virtud de la presencia del mencionado intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30, en caso de una parada del sistema de refrigeración 1 y de la activación de la circulación de emergencia, el flujo de fluido refrigerante desde el enfriador de gas o condensador 11 hacia el receptor de líquido 13 se puede enfriar aún más utilizando el intercambio de calor con el flujo de fluido refrigerante expandido en el dispositivo de expansión 12 y recirculado al enfriador de gas o condensador 11.
De acuerdo con los modos de realización mostrados en las figuras 3a y 3b, el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30 antes mencionado está destinado a ser utilizado solo en caso de una parada del sistema de refrigeración, es decir, en presencia de una circulación de emergencia del fluido refrigerante. y no durante el funcionamiento normal del sistema de refrigeración.
A la inversa, como se aclarará a continuación en la descripción, de acuerdo con los modos de realización mostrados en las figuras 4 y 5, el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30 antes mencionado también puede usarse operativamente durante el funcionamiento normal del sistema de refrigeración y no solo durante un funcionamiento de emergencia.
Preferentemente, como se muestra en las figuras 4 y 5, el sistema de refrigeración 1 puede comprender un intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30.
En un primer lado, tal intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30 se inserta de manera fluida en una sección del circuito de refrigerante principal 2 entre el enfriador de gas o condensador 11 y el dispositivo de expansión 12 para ser atravesado por todo el flujo de refrigerante en la salida del enfriador de gas o condensador 11.
En un segundo lado, dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30 se inserta de manera fluida en un conducto derivado 32 que conecta una sección 2a del circuito de refrigerante principal 2 entre el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante 30 mencionado anteriormente y el dispositivo de expansión 12 a una sección 2b de dicho circuito refrigerante principal 2 entre el grupo compresor principal 10 y el enfriador de gas o condensador 11.
Una válvula de expansión 31 está instalada en el conducto derivado 32 antes mencionado, corriente arriba de dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30, y un grupo compresor secundario 22 está instalado corriente abajo del intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30.
Preferentemente, la válvula de expansión 31 antes mencionada es una válvula electrónica.
Operativamente, durante el funcionamiento normal (que no sea de emergencia) del sistema de refrigeración 1, el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30, el conducto derivado 32, dicha válvula de expansión 31 y dicho grupo compresor secundario 22 configuran un circuito de subenfriamiento de la tubería principal. flujo de fluido refrigerante en la salida del enfriador de gas o condensador 11 por intercambio de calor con una porción del flujo principal de refrigerante expandido a través de la válvula de expansión 31 antes mencionada (y por lo tanto más frío) y recirculado al enfriador de gas o condensador 11 a través del mencionado grupo compresor secundario 22.
Preferentemente, la válvula de expansión 31 se controla de modo que se mantenga un grado constante de sobrecalentamiento del gas en la entrada al grupo compresor secundario 22. El sobrecalentamiento se obtiene comparando la presión y la temperatura del gas de entrada al lado de succión del grupo compresor secundario 22 con sensores especiales.
Un circuito de subenfriamiento de este tipo permite aumentar la eficiencia del sistema de refrigeración 1, en particular, en el modo transcrítico.
Además, dicho circuito de subenfriamiento puede usarse para extender el funcionamiento en modo transcrítico del sistema de refrigeración 1 (usando, en particular, CO2 como fluido refrigerante) en condiciones ambientales extremas y siempre que el nivel de capacidad de refrigeración requerido lo haga energéticamente conveniente para activar el subenfriamiento.
De acuerdo con un modo de realización no mostrado en las figuras adjuntas, el circuito de subenfriamiento mencionado anteriormente es completamente distinto del conducto 20 de recirculación de emergencia y no interviene en el funcionamiento de emergencia del sistema de refrigeración 1.
De acuerdo con un modo de realización preferente de la presente invención, mostrado en las figuras 4 y 5, el conducto de recirculación de emergencia 20 está integrado al menos parcialmente en el mencionado circuito de subenfriamiento, teniendo una parte de los componentes en común con el mismo, como se aclarará a continuación en la descripción.
Más en detalle, como se muestra en las figuras 4 y 5, el conducto de circulación de emergencia 20 del refrigerante:
- fluye hacia el conducto derivado 32 antes mencionado corriente abajo de la válvula de expansión 31 antes mencionada y corriente arriba del intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30 mencionado anteriormente, y
- coincide con el conducto derivado 32 en la sección del conducto derivado 32 que se extiende desde el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario 30 al enfriador de gas o condensador 11.
De acuerdo con tal configuración de planta preferente, el grupo compresor de emergencia 22 mencionado anteriormente coincide con el grupo compresor secundario y el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30 mencionado anteriormente coincide con el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario.
De nuevo, de acuerdo con dicha configuración de planta preferente, el sistema de refrigeración 1 puede comprender preferentemente una válvula de cierre 21 colocada en la sección del conducto de circulación de emergencia 20 del refrigerante, como ya se describió anteriormente. En el caso concreto, dicha válvula de cierre 21 se coloca en la sección del conducto 20 de circulación de emergencia del refrigerante corriente arriba del punto de confluencia en el conducto 32 derivado anteriormente mencionado. Operativamente, la función de dicha válvula de cierre 21 es permitir, durante el funcionamiento normal, que el grupo compresor secundario 22 y el intercambiador 30 funcionen a presiones superiores a las presentes en el receptor 13. En tal situación, de hecho, la presión corriente arriba de la válvula de retención 21, mayor que la corriente abajo, cierra el flujo en el conducto 20 haciéndolo inoperante. La ventaja así obtenida es la posibilidad, durante el funcionamiento normal, de optimizar la presión y por tanto la temperatura de evaporación presente en el intercambiador 30 para lograr una mayor eficiencia del intercambio de calor y del rendimiento del sistema de refrigeración 1.
Todavía de acuerdo con dicha configuración de planta preferente, preferentemente, la fuente de alimentación ininterrumpida 50 antes mencionada también puede ser adecuada para alimentar eléctricamente la válvula de expansión 31 antes mencionada en el caso de una parada del sistema de refrigeración 1. Por tanto, en el caso de una parada del sistema de refrigeración, es posible cerrar o abrir la válvula de expansión 31 de una manera regulada de acuerdo con los requisitos del sistema de refrigeración 1 durante el funcionamiento en condiciones de emergencia. En particular, esto permite activar la circulación de emergencia incluso antes de que la presión del receptor 13 alcance el nivel de presión para abrir la válvula de retención 21, optimizando la eficiencia de refrigeración y extendiendo así la efectividad de la reserva de energía presente en la fuente de alimentación ininterrumpida 50 (UPS) a lo largo del tiempo.
Con respecto a los modos de realización mostrados en las figuras 2a-b y 3a-b, el modo de realización preferente antes mencionado mostrado en las figuras 4 y 5 permite una integración operativa más completa del circuito de emergencia en el sistema de refrigeración 1. De hecho, en dicha configuración de planta, los componentes principales (así como los más costosos) instalados en el conducto de circulación de emergencia 20 del fluido refrigerante (es decir, el grupo compresor de emergencia 22 y el intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30) también pueden ser utilizados durante el funcionamiento normal del sistema de refrigeración 1, integrado en el circuito de subenfriamiento mencionado anteriormente.
De acuerdo con el modo de realización preferente antes mencionado, por lo tanto, es posible tener un sistema de refrigeración por compresión de vapor, capaz de funcionar incluso en modo transcrítico, que además de poder inhibir de manera autónoma los fenómenos de aumento de presión del fluido refrigerante durante las etapas de apagado del sistema en sí mismo, puede incrementar la eficiencia operativa del mismo, en particular en modo transcrítico, así como extender el funcionamiento transcrítico del mismo en condiciones ambientales extremas (por encima de 40 °C).
Ahora se describirá el procedimiento de funcionamiento del sistema de refrigeración 1, de acuerdo con la invención.
Para simplificar la descripción, no se volverá a proponer la descripción completa del sistema de refrigeración 1, pero se hará referencia a la descripción proporcionada previamente.
El procedimiento de funcionamiento del sistema de refrigeración (1) de acuerdo con la invención comprende, en el caso de una parada del propio sistema de refrigeración, al menos las siguientes etapas de funcionamiento: - a) activar la fuente de alimentación ininterrumpida 50 antes mencionada, para alimentar eléctricamente al menos el grupo compresor de emergencia 22 y el dispositivo de expansión 12;
- b) activar el grupo compresor de emergencia 22 cuando la presión dentro del depósito de líquido 13 o en la sección del conducto de circulación de emergencia 20 del fluido refrigerante corriente arriba de dicho grupo compresor de emergencia 22 iguala o excede el umbral de presión de emergencia predefinido P1 antes mencionado.
La activación del grupo compresor de emergencia 22 activa una circulación de emergencia de fluido refrigerante desde el depósito de líquido 13 al enfriador de gas o condensador 11 a través del conducto de circulación de emergencia 20 y de regreso al depósito de líquido 13 a través del dispositivo de expansión 12.
En virtud de dicha circulación de emergencia, el fluido refrigerante que, en ausencia de la intervención del grupo compresor principal 10, se acumula y calienta en el depósito de líquido 13, se extrae del depósito de fluido 13 y se enfría mediante el enfriador de gas o condensador 11, manteniendo así la presión dentro del receptor de líquido 13 por debajo de la presión de seguridad predefinida antes mencionada del receptor 13.
En el caso preferente en el que el sistema de refrigeración 1 comprenda un circuito de subenfriamiento y el conducto de circulación de emergencia 20 del fluido refrigerante, con los componentes correspondientes, esté integrado con dicho circuito de subenfriamiento (como se muestra en particular en las figuras 4 y 5), el procedimiento operativo incluye que en dicha etapa de funcionamiento a) la válvula 31 de expansión antes mencionada también se alimenta eléctricamente por medio de dicha fuente 50 de alimentación ininterrumpida.
En tal caso, preferentemente, el procedimiento de funcionamiento comprende un etapa c) de cerrar la válvula de expansión 31 antes mencionada antes de la etapa de funcionamiento b) de activar el grupo compresor de emergencia 22, de modo que, después de la activación del grupo compresor de emergencia 22, todo el flujo de fluido refrigerante que sale del primer lado del intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia 30 se recircula al receptor de líquido 13 que pasa a través del dispositivo de expansión 12.
De forma alternativa a la etapa c) antes mencionada de cerrar la válvula de expansión 31, el procedimiento de funcionamiento puede comprender una etapa d) de abrir la válvula de expansión 31 de manera regulada antes o simultáneamente con la etapa b) de activar el grupo compresor de emergencia 22, de modo que, tras la activación del grupo compresor de emergencia 22, una parte del flujo de fluido refrigerante en la salida del primer lado del refrigerante de emergencia/intercambiador de calor de refrigerante 30 se recircula al segundo lado del refrigerante de emergencia/intercambiador de calor de refrigerante 30 que pasa a través de dicha válvula de expansión.
Preferentemente, la válvula de expansión 31, alimentada por la fuente de alimentación ininterrumpida 50, está regulada en la apertura de la misma para mantener un recalentamiento predefinido a la salida del intercambiador 30 (en el lado de succión del grupo compresor de emergencia 22). La válvula de expansión 31 permite regular mejor la evaporación en el intercambiador 30 para optimizar el funcionamiento del sistema 22 de circulación de emergencia.
La invención permite obtener numerosas ventajas que se han explicado en la descripción.
El sistema de refrigeración por compresión de vapor de acuerdo con la invención, capaz de funcionar en modo transcrítico, es capaz de gestionar las criticidades asociadas con los aumentos de la presión del refrigerante tras las paradas de la planta sin aumentar necesariamente la presión de seguridad de los componentes del sistema y/o sin tener que utilizar unidades de condensación externas para enfriar el depósito de líquido.
El sistema de refrigeración de acuerdo con la invención es constructivamente sencillo de fabricar, con costes de instalación comparables a los de los sistemas convencionales.
El sistema de refrigeración de acuerdo con la invención es fiable y operativamente sencillo de gestionar.
Por lo tanto, la invención así concebida logra los propósitos deseados.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de refrigeración por compresión de vapor, configurado para hacerlo funcionar en modo transcrítico, que comprende un circuito principal de refrigeración (2) que a su vez comprende:
- un grupo compresor principal (10);
- un enfriador de gas o condensador (11) colocado corriente abajo de dicho grupo compresor principal (10);
- un dispositivo de expansión (12) colocado corriente abajo de dicho enfriador de gas o condensador (11);
- un receptor de líquido (13) situado corriente abajo de dicho dispositivo de expansión (12);
- al menos un evaporador (14'; 14") colocado corriente abajo de dicho receptor de líquido (13) y corriente arriba de dicho grupo compresor principal (10), en el que comprende además:
- un conducto de circulación de emergencia (20) del refrigerante, que conecta de forma fluida dicho receptor de líquido (13) al circuito principal corriente arriba de dicho enfriador de gas o condensador (11) evitando dicho al menos un evaporador (14'; 14") y dicho grupo compresor principal (10), para permitir un flujo de refrigerante desde dicho receptor de líquido (13) al enfriador de gas o condensador (11); y
- un grupo compresor de emergencia (22) colocado en dicho conducto de recirculación de emergencia (20) del refrigerante y configurado para activarse en presencia de valores de presión - dentro de dicho receptor de líquido (11) o en la sección de conducto (20) corriente arriba de dicho grupo compresor de emergencia (22) - iguales o superiores a un umbral de presión de emergencia predefinido (P1), inferiores a una presión de seguridad predefinida del receptor (11);
caracterizado por quecomprende además una fuente de alimentación ininterrumpida (50) configurada para alimentar eléctricamente al menos dicho grupo compresor de emergencia (22) y dicho dispositivo de expansión (12) en caso de una parada del sistema de refrigeración, de modo que, en caso de una parada del sistema de refrigeración, cuando la presión dentro de dicho receptor de líquido (13) o en la sección de conducto (20) corriente arriba de dicho grupo compresor de emergencia (22) iguala o excede dicho umbral de presión de emergencia predefinido (P1), se activa una circulación de emergencia de fluido refrigerante desde dicho receptor de líquido (13) a dicho enfriador de gas (11) a través de dicho conducto de circulación de emergencia (20) y de regreso a dicho receptor de líquido (13) a través de dicho dispositivo de expansión (12) ypor quecomprende además un controlador (60) configurado para controlar dicho grupo compresor de emergencia (22) de acuerdo con los valores de presión detectados por al menos un sensor de presión (61) configurado para medir la presión dentro del receptor de líquido (13) o en el conducto de circulación de emergencia (20) del refrigerante corriente arriba del grupo compresor de emergencia (22) y en el que dicha fuente de alimentación ininterrumpida (50) está configurada para alimentar eléctricamente también dicho controlador (60) en caso de parada del sistema de refrigeración.
2. El sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una válvula de retención (21) colocada en dicho conducto de circulación de emergencia (20) de refrigerante, estando configurada dicha válvula de retención (21) para abrirse en presencia de una presión a la entrada superior a la presión a la salida.
3. El sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha válvula de retención (21) es mecánica.
4. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 2 o 3, en el que dicha válvula de retención (21) se coloca en dicho conducto de circulación de emergencia (20) de refrigerante, corriente abajo del grupo compresor de emergencia (22).
5. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 2 o 3, en el que dicha válvula de retención (21) está colocada en dicho conducto de circulación de emergencia (20) de refrigerante corriente arriba del grupo compresor de emergencia (22).
6. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia (30), que:
- en un primer lado se inserta de forma fluida en una sección de dicho circuito refrigerante principal (2) entre dicho enfriador de gas o condensador (11) y dicho dispositivo de expansión (12) para ser atravesado por todo el flujo de refrigerante en salida desde dicho enfriador de gas o condensador (11); y
- en un segundo lado se inserta de forma fluida en dicho conducto de circulación de emergencia (20) para ser atravesado por el flujo de refrigerante extraído del receptor de fluido (13).
7. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario (30), que:
- en un primer lado se inserta de forma fluida en una sección de dicho circuito refrigerante principal (2) entre dicho enfriador de gas o condensador (11) y dicho dispositivo de expansión (12) para ser atravesado por todo el flujo de refrigerante en salida desde dicho enfriador de gas o condensador (11); y
- en un segundo lado se inserta de manera fluida en un conducto derivado (32) que conecta una sección de dicho circuito refrigerante principal (2) entre dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante (30) y dicho dispositivo de expansión (12) a una sección de dicho circuito de refrigerante principal (2) entre dicho grupo compresor principal (10) y dicho enfriador de gas o condensador (11),
en el que una válvula de expansión (31) está instalada en dicho conducto derivado (32) corriente arriba de dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario (30) y un grupo compresor secundario (22) está instalado corriente abajo de dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario (30), siendo dicha válvula de expansión (31) preferentemente una válvula electrónica,
en el que dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario (30), dicho conducto derivado (32), dicha válvula de expansión (31) y dicho grupo compresor secundario (22) configuran un circuito de subenfriamiento del flujo principal de refrigerante en la salida de dicho gas enfriador o condensador (11) mediante intercambio de calor con una porción del flujo principal de refrigerante expandido a través de dicha válvula de expansión (31) y recirculado al enfriador de gas o condensador (11) a través de dicho grupo compresor secundario (22).
8. El sistema de refrigeración de acuerdo con las reivindicaciones 4, 6 y 7, en el que dicho conducto de circulación de emergencia (20) del refrigerante fluye hacia el conducto derivado (32) corriente abajo de dicha válvula de expansión (31) y corriente arriba de dicho refrigerante secundario/intercambiador de calor de refrigerante (30) y coincide con dicho conducto derivado (32) en la sección del conducto derivado (32) que se extiende desde dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario (30) hasta dicho enfriador de gas o condensador (11),
en el que dicho grupo compresor de emergencia (22) coincide con dicho grupo compresor secundario y dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia (30) coincide con dicho intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante secundario,
en el que dicha válvula de cierre (21) se coloca en la sección del conducto de circulación de emergencia (20) del refrigerante corriente arriba del punto de confluencia en dicho conducto derivado (32).
9. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 8, en el que dicha fuente de alimentación ininterrumpida (50) es adecuada para alimentar eléctricamente también dicha válvula de expansión (31) en caso de apagado del sistema de refrigeración, de modo que, en caso de apagado del sistema de refrigeración, la válvula de expansión (31) puede cerrarse o abrirse de manera regulada de acuerdo con las necesidades del sistema de refrigeración cuando funciona en condiciones de emergencia.
10. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho grupo compresor de emergencia (22) comprende al menos una fase de compresión definida por dos o más compresores (22a, 22b), conectados en paralelo.
11. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho grupo compresor principal (10) comprende al menos una fase de compresión definida por dos o más compresores (10a', 10a"; 10b', 10b"), conectados en paralelo.
12. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho grupo compresor principal (10) comprende dos o más fases de compresión (10'; 10”) conectadas en serie.
13. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende dos o más evaporadores o grupos de evaporadores (14'; 14"), funcionando al mismo nivel de evaporación o a diferentes niveles de evaporación, preferentemente dichos dos o más evaporadores o grupos de evaporadores (14'; 14") conectados en succión a la misma fase de compresión de dicho grupo compresor principal (10) o a diferentes fases de compresión (10'; 10") de dicho grupo compresor principal (10).
14. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho depósito de líquido (13) está conectado fluídicamente en succión a una fase de compresión de dicho grupo compresor principal (10) por medio de un conducto de conexión (40) equipado con una válvula de control (41).
15. El sistema de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el fluido refrigerante es R744.
16. Procedimiento de funcionamiento de un sistema de refrigeración (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende, en caso de parada del sistema de refrigeración (1), las siguientes etapas de funcionamiento:
a) activar dicha fuente de alimentación ininterrumpida (50) para alimentar eléctricamente dicho grupo compresor de emergencia (22) y dicho dispositivo de expansión (12);
b) activar dicho grupo compresor de emergencia (22) cuando la presión dentro de dicho depósito de líquido (13) o en la sección del conducto (20) corriente arriba de dicho grupo compresor de emergencia (22) iguale o supere dicho umbral de presión de emergencia predefinido (P1), para activar una circulación de emergencia de fluido refrigerante desde el depósito de líquido (13) a dicho enfriador de gas o condensador (11) a través de dicho conducto de circulación de emergencia (20) y de regreso al depósito de líquido (13) a través de dicho dispositivo de expansión (12),
en el que, gracias a dicha circulación de emergencia, el fluido refrigerante se extrae de dicho depósito de fluido (13) y se enfría en el enfriador de gas o condensador (11) manteniendo así la presión dentro del depósito de líquido (13) por debajo de dicha presión de seguridad predefinida del depósito (11).
17. El procedimiento de funcionamiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que dicho sistema de refrigeración (1) es de acuerdo con la reivindicación 9 y en el que dicha etapa a) proporciona alimentación eléctrica por medio de dicha fuente de alimentación ininterrumpida (50) y también dicha válvula de expansión (31),
comprendiendo dicho procedimiento una etapa c) de cerrar dicha válvula de expansión (31) antes de dicha etapa (b) de activar dicho grupo compresor de emergencia (22),
de modo que después de la activación de dicho grupo compresor de emergencia (22) todo el flujo de fluido refrigerante en la salida del primer lado del intercambiador de calor de refrigerante/refrigerante de emergencia (30) se recircula al depósito de líquido (13) pasando a través del dispositivo de expansión (12).
18. El procedimiento de funcionamiento de acuerdo con la reivindicación 17, en el que de forma alternativa a la etapa (c) de cerrar dicha válvula de expansión (31), dicho procedimiento comprende una etapa (d) de abrir dicha válvula de expansión (31) de manera regulada antes o al mismo tiempo que la etapa (b) de activar dicho grupo compresor de emergencia (22),
de modo que, tras la activación de dicho grupo compresor de emergencia (22), una parte del flujo de fluido refrigerante en la salida del primer lado del refrigerante de emergencia/intercambiador de calor de refrigerante (30) se recircula al segundo lado de dicho refrigerante de emergencia/intercambiador de calor de refrigerante (30) que pasa a través de dicha válvula de expansión.
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