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ES2878038T3 - Acondicionamiento del aceite del compresor del enfriador - Google Patents

Acondicionamiento del aceite del compresor del enfriador Download PDF

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ES2878038T3 ES15766711T ES15766711T ES2878038T3 ES 2878038 T3 ES2878038 T3 ES 2878038T3 ES 15766711 T ES15766711 T ES 15766711T ES 15766711 T ES15766711 T ES 15766711T ES 2878038 T3 ES2878038 T3 ES 2878038T3
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Abstract

Un sistema de refrigeración que comprende: un controlador de frecuencia variable (VFD) (34); un compresor (12) acoplado al VFD; un condensador (14); un evaporador (18); un separador (30) de aceite; y un circuito (140) de acondicionamiento de aceite acoplado térmicamente al VFD y configurado para calentar el aceite del separador de aceite con el calor producido por el VFD; en el que el circuito de acondicionamiento de aceite comprende un primer intercambiador (52) de calor dispuesto dentro del separador de aceite, un segundo intercambiador (46) de calor, y un conducto (56) que se extiende entre el primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor, el conducto configurado para suministrar un refrigerante intermedio desde el primer intercambiador de calor donde es enfriado por el aceite al segundo intercambiador de calor donde es calentado por el VFD.

Description

DESCRIPCIÓN
Acondicionamiento del aceite del compresor del enfriador
Campo de la invención
El tema divulgado en la presente memoria se refiere a sistemas de refrigeración y, más específicamente, a compresores de sistemas de refrigeración con controladores de frecuencia variable.
Antecedentes
Los compresores utilizados en muchos sistemas de refrigeración generalmente requieren un control estricto sobre la velocidad del motor del compresor para mantener el sistema dentro de los límites deseados bajo condiciones de carga variables. Dichos sistemas de refrigeración pueden incluir compresores en los que la velocidad del motor varía mediante la incorporación de controladores de frecuencia variable (VFD) que contienen componentes electrónicos de potencia que producen calor y requieren refrigeración.
Con los compresores VFD que utilizan cojinetes de elementos rodantes, la viscosidad del aceite requerida para asegurar un funcionamiento confiable es una función de la velocidad de rotación. Algunos compresores funcionan a velocidades bajas y pueden requerir aceite con una viscosidad alta. Para lograr una alta viscosidad con mezclas típicas de refrigerante y aceite, es necesario obtener una temperatura óptima para la presión dada de la mezcla. Esto se ha logrado típicamente con enfriamiento de aceite o calor eléctrico suplementario. Por consiguiente, es deseable lograr una viscosidad de aceite requerida sin la necesidad de calor eléctrico suplementario o pérdidas parásitas excesivas del enfriamiento del aceite para lograr un funcionamiento más eficiente.
El documento US 6722156 divulga un compresor que tiene un separador de aceite que dirige el aceite a un intercambiador de calor para enfriar un inversor.
El documento US 2013/247607 A1 divulga un sistema de refrigeración para enfriar un variador de velocidad utilizando el calor del variador de velocidad para vaporizar el refrigerante de la mezcla lubricante-líquido en la línea de retorno del evaporador al compresor.
Breve descripción de la invención
En un aspecto, se proporciona un sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración según la invención se define en la reivindicación 1. Incluye un controlador de frecuencia variable (VFD), un compresor acoplado al VFD, un condensador, un evaporador, un separador de aceite y un circuito de acondicionamiento de aceite. El circuito de acondicionamiento de aceite está acoplado térmicamente al VFD y configurado para calentar el aceite del separador de aceite con el calor producido por el VFD. En el que el circuito de acondicionamiento de aceite comprende un primer intercambiador de calor dispuesto dentro del separador de aceite, un segundo intercambiador de calor y un conducto que se extiende entre el primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor, el conducto configurado para suministrar un refrigerante intermedio desde el primer intercambiador de calor donde es enfriado por el aceite al segundo intercambiador de calor donde es calentado por el VFD.
En otro aspecto, se proporciona un procedimiento de acondicionamiento de aceite en un sistema de refrigeración que tiene un compresor acoplado a un controlador de frecuencia variable (VFD), un condensador, un evaporador, un separador de aceite y un circuito de acondicionamiento de aceite. El procedimiento según la invención se define en la reivindicación 6. Incluye proporcionar aceite al separador de aceite del compresor, acoplar térmicamente el circuito de acondicionamiento de aceite y el VFD, suministrar el aceite al circuito de acondicionamiento de aceite y calentar el aceite en el circuito de acondicionamiento de aceite con el calor producido por el VFD, en el que el circuito de acondicionamiento de aceite comprende un primer intercambiador de calor dispuesto dentro del separador de aceite, un segundo intercambiador de calor y un conducto que se extiende entre el primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor, el conducto configurado para suministrar un refrigerante intermedio desde el primer intercambiador de calor donde es enfriado por el aceite al segundo intercambiador de calor donde es calentado por el VFD.
Breve descripción de los dibujos
El objeto que se considera como la invención se señala particularmente y se reivindica claramente en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las características y ventajas anteriores y otras de la invención son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de refrigeración ejemplar.
La figura 2 es una ilustración esquemática de una realización de la invención.
La figura 3 es una ilustración esquemática de otro ejemplo de sistema de refrigeración; y
La figura 4 es una ilustración esquemática de otro ejemplo de sistema de refrigeración.
Descripción detallada del invento
La figura 1 ilustra un sistema 10 de refrigeración ejemplar que generalmente incluye un compresor 12, un condensador 14, un dispositivo 16 de expansión y un evaporador 18. El condensador 14 está dispuesto para recibir refrigerante a alta presión en estado de vapor desde el compresor 12 a través de una línea 20 de descarga. El refrigerante se condensa en el condensador 14 y se suministra al evaporador 18 a través de una línea 22 de conducción. Normalmente, el refrigerante en el condensador 14 se enfría usando agua de refrigeración, aire o similar, que elimina el calor de la condensación. El dispositivo 16 de expansión (por ejemplo, válvula de expansión) está montado dentro de la línea 22 de conducto y sirve para reducir el refrigerante líquido a una presión más baja y para regular el flujo de refrigerante a través del sistema. Debido al proceso de expansión, la temperatura y la presión del refrigerante se reducen antes de ingresar al evaporador 18.
En el evaporador 18, el refrigerante se pone en relación de transferencia de calor con una sustancia a enfriar, como el agua. El refrigerante a la presión más baja absorbe el calor de la sustancia que se enfría y el refrigerante se vaporiza posteriormente. A continuación, los vapores saturados se extraen del evaporador 18 a través de la línea 24 de entrada del compresor y se comprimen para comenzar de nuevo el ciclo.
En la realización ejemplar, el sistema 10 de refrigeración incluye además un separador 30 de aceite dispuesto en la línea 20, un motor 32 y un controlador 34 de frecuencia variable (VFD). El separador 30 de aceite elimina el aceite del refrigerante de vapor y devuelve el aceite separado al compresor 12 a través de una línea 38 de retorno de aceite, que puede incluir opcionalmente una bomba 39. El motor 32 acciona el compresor 12 y el VFD 34 controla la velocidad del motor 32. El VFD 34 contiene componentes electrónicos de potencia que pueden requerir enfriamiento para que el variador funcione en condiciones óptimas en el rango de operación del sistema.
Como se muestra en la figura 1, el sistema 10 de refrigeración incluye un circuito 40 de acondicionamiento de aceite que generalmente incluye un conducto 42 de suministro, una bomba 44 de aceite, un intercambiador 46 de calor, un ventilador 48 y un conducto 50 de retorno. El circuito 40 de acondicionamiento está configurado para acondicionar el aceite para lograr una temperatura y viscosidad deseadas para el compresor 12. Por ejemplo, es deseable un aceite de alta viscosidad para los compresores que incluyen cojinetes de elementos rodantes.
En funcionamiento, el aceite se separa del refrigerante comprimido dentro del separador 30 de aceite. La bomba 44 suministra el aceite separado a través del conducto 42 de suministro al intercambiador 46 de calor, donde el aceite se calienta mediante el calor residual producido por el VFD 34. El calentamiento del aceite disipa el calor generado dentro del VFD 34. En una realización, el VFD 34 se enfría mediante un ventilador 48 opcional que sopla aire calentado por el VFD 34 a través del intercambiador 46 de calor, o mediante transferencia de calor entre el aceite y una placa de enfriamiento (no mostrada) en contacto con los componentes electrónicos de potencia. El aceite calentado se devuelve luego al separador 30 de aceite a través del conducto 50 de retorno y posteriormente se suministra al compresor 12 a través de la línea 38 de retorno de aceite.
Como tal, el circuito 40 de acondicionamiento de aceite utiliza el calor residual producido por el VFD 34 como fuente de calor para el acondicionamiento de aceite. Esto reduce o elimina la necesidad de técnicas de disipación de calor de VFD adicionales, como el uso de ventiladores y bombas externos, refrigerante del enfriador o agua del enfriador. La eliminación o reducción del uso de refrigerante o agua del enfriador aumenta posteriormente la eficiencia del sistema 10 de refrigeración.
La figura 2 ilustra una realización del sistema 10 de refrigeración que comprende un circuito 140 de acondicionamiento de aceite, que incluye el conducto 42 de suministro, la bomba 44 de aceite, el intercambiador 46 de calor, el ventilador 48 y el conducto 50 de retorno. Sin embargo, en la realización ejemplar, el circuito 140 incluye un intercambiador 52 de calor intermedio y un circuito 54 de refrigerante intermedio, que incluye un conducto 56 de suministro, un conducto 58 de retorno y una bomba 60 para hacer circular un refrigerante intermedio a través del circuito 54.
En funcionamiento, el aceite se separa del refrigerante comprimido dentro del separador 30 de aceite. La bomba 44 suministra el aceite separado al intercambiador 52 de calor intermedio donde el aceite es calentado por el refrigerante que fluye dentro del circuito 54 de refrigerante intermedio, que enfría el refrigerante intermedio. La bomba 58 suministra el refrigerante intermedio enfriado a través del conducto 56 al intercambiador 46 de calor, donde el refrigerante dentro del intercambiador 46 de calor se calienta mediante el calor residual producido por el VFD 34. El refrigerante intermedio calentado se devuelve luego al intercambiador 52 de calor intermedio donde es nuevamente enfriado por el aceite.
La figura 3 ilustra un ejemplo de sistema 10 de refrigeración que comprende un separador 31 de aceite y un circuito 240 de acondicionamiento de aceite. El separador 31 de aceite está acoplado de forma fluida al evaporador 18 y la línea 24 de entrada mediante un conducto 62 de entrada y un conducto 64 de salida, respectivamente. El circuito 240 de acondicionamiento de aceite incluye un circuito 66 de refrigerante intermedio, que incluye un conducto 68 de suministro, una bomba 70, un intercambiador 72 de calor, un ventilador 74 opcional, un conducto 76 de retorno y un intercambiador 78 de calor intermedio.
En funcionamiento, el separador 31 de aceite recibe una mezcla de aceite/refrigerante del evaporador 18 a través del conducto 62 de entrada. El aceite está contenido dentro del separador 31 y cualquier vapor de refrigerante generado puede regresar a la línea 24 de entrada del compresor a través del conducto 64 de salida. El aceite se calienta mediante un refrigerante intermedio (por ejemplo, aceite o glicol) que fluye a través del intercambiador 78 de calor. Posteriormente, una bomba 80 suministra el aceite calentado al compresor 12 a través de la línea de retorno de aceite 38. El refrigerante intermedio dentro del intercambiador 78 de calor es suministrado por la bomba 70 al intercambiador 72 de calor a través del conducto 68 donde el refrigerante se calienta por el calor residual producido por el VFD 34. El refrigerante intermedio calentado se devuelve al intercambiador 78 de calor intermedio a través del conducto 76 de retorno donde es nuevamente enfriado por el aceite.
La figura 4 ilustra un ejemplo de sistema 10 de refrigeración que comprende separadores 30, 31 de aceite y un circuito 340 de acondicionamiento de aceite. El separador 31 de aceite está acoplado de forma fluida al evaporador 18 y la línea 24 de entrada mediante un conducto 62 de entrada y un conducto 64 de salida, respectivamente. El circuito 340 de acondicionamiento de aceite incluye un conducto 82, un intercambiador 84 de calor, un ventilador 86 opcional y un conducto 88.
En funcionamiento, el separador 31 de aceite recibe una mezcla de aceite/refrigerante del evaporador 18 a través del conducto 62 de entrada. El aceite está contenido dentro del separador 31 y el vapor de refrigerante generado puede regresar a la línea 24 de entrada del compresor a través del conducto 64 de salida. El aceite también se separa del refrigerante comprimido dentro del separador 30 de aceite. El aceite separado se suministra a través del conducto 82 al intercambiador 84 de calor donde el aceite se calienta mediante el calor residual producido por el VFD 34. Por ejemplo, el ventilador 86 puede soplar aire calentado por el VFD 34 a través del intercambiador 84 de calor, o mediante transferencia de calor entre el aceite y una placa de enfriamiento (no mostrada) montada en los componentes electrónicos de potencia. El aceite calentado se devuelve al separador 31 de aceite a través del conducto 88 y posteriormente se suministra al compresor 12 a través de la línea 38 de retorno de aceite con la bomba 80.
Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria proporcionan un sistema de refrigeración que utiliza el calor residual de VFD para el acondicionamiento del aceite (por ejemplo, calefacción). El aceite se suministra a través de un circuito de acondicionamiento de aceite y se calienta mediante intercambio de calor indirecto con aire caliente o una placa de enfriamiento en contacto térmico con los componentes del VFD. El acondicionamiento del aceite a la temperatura deseada aumenta su viscosidad y mejora la confiabilidad del compresor. Por lo tanto, los calentadores eléctricos utilizados para calentar aceite pueden eliminarse del sistema. Además, se puede reducir o eliminar el enfriamiento del VFD mediante ventiladores o bombas externos, refrigerante del enfriador o agua del enfriador. Por consiguiente, la utilización del calor residual del VFD para acondicionar el aceite aumenta la eficiencia del sistema.
Si bien la invención se ha descrito en detalle en relación con sólo un número limitado de realizaciones, debería entenderse fácilmente que la invención no se limita a dichas realizaciones divulgadas. Por el contrario, la invención puede modificarse para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que son acordes con el alcance de la invención tal 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 alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de refrigeración que comprende:
un controlador de frecuencia variable (VFD) (34);
un compresor (12) acoplado al VFD;
un condensador (14);
un evaporador (18);
un separador (30) de aceite; y
un circuito (140) de acondicionamiento de aceite acoplado térmicamente al VFD y configurado para calentar el aceite del separador de aceite con el calor producido por el VFD; en el que el circuito de acondicionamiento de aceite comprende un primer intercambiador (52) de calor dispuesto dentro del separador de aceite, un segundo intercambiador (46) de calor, y un conducto (56) que se extiende entre el primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor, el conducto configurado para suministrar un refrigerante intermedio desde el primer intercambiador de calor donde es enfriado por el aceite al segundo intercambiador de calor donde es calentado por el VFD.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el segundo intercambiador (46) de calor está dispuesto dentro del VFD, incluyendo el VFD al menos uno de un ventilador (48) para soplar aire calentado por el VFD a través de dicho intercambiador de calor y una placa de enfriamiento acoplada térmicamente a los componentes del VFD.
3. El sistema de la reivindicación 1, que comprende una bomba (44) conectada a un conducto (42) que se extiende entre el separador (30) de aceite y el primer intercambiador (52) de calor, la bomba configurada para bombear aceite desde el separador de aceite al primer intercambiador de calor.
4. El sistema de cualquier reivindicación anterior, que comprende una bomba (60) conectada al conducto (56), la bomba configurada para bombear el refrigerante intermedio desde el primer intercambiador (52) de calor al segundo intercambiador (46) de calor.
5. El sistema de la reivindicación 4, en el que el refrigerante intermedio es un segundo aceite.
6. Un procedimiento de acondicionamiento de aceite en un sistema de refrigeración que comprende un compresor (12) acoplado a un controlador de frecuencia variable (VFD) (34), un condensador (14), un evaporador (18), un separador (30) de aceite y un circuito (40) de acondicionamiento de aceite comprendiendo el procedimiento: suministrar aceite al separador de aceite desde el compresor;
acoplar térmicamente el circuito de acondicionamiento de aceite y el VFD;
suministrar el aceite al circuito de acondicionamiento de aceite;
y
calentar el aceite en el circuito de acondicionamiento de aceite con el calor producido por el VFD;
en el que el circuito de acondicionamiento de aceite comprende un primer intercambiador (52) de calor dispuesto dentro del separador de aceite, un segundo intercambiador (46) de calor, y un conducto (56) que se extiende entre el primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor, el conducto configurado para suministrar un refrigerante intermedio desde el primer intercambiador de calor donde es enfriado por el aceite al segundo intercambiador de calor donde es calentado por el VFD.
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