ITUA20163465A1 - Impianto frigorifero a più livelli di evaporazione e metodo di gestione di un tale impianto - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

Forma oggetto della presente invenzione un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione ed un metodo di gestione di un tale impianto.

L’impianto frigorifero ed il metodo di gestione secondo l’invenzione trovano particolare applicazione nel settore della refrigerazione commerciale. L’impianto può essere di tipo booster o di tipo non booster.

Stato della tecnica

Nell’ambito della refrigerazione commerciale, si possono distinguere le tipologie di utenze frigorifere in base alla temperatura di evaporazione, variabile da utenza a utenza in funzione dei prodotti che in essa devono essere refrigerati. Ad esempio, un banco per prodotti ortofrutta è un’utenza che necessita di una temperatura di evaporazione generalmente più alta rispetto ad un banco per latticini o un banco carne, così come un banco per surgelati è un’utenza che necessita di una temperatura di evaporazione generalmente più bassa rispetto ad un banco per latticini o un banco carne.

Generalmente, in base alla temperatura dell’aria di refrigerazione, si possono distinguere due grandi tipologie di utenze:

- utenze a temperatura positiva, cioè con temperatura di evaporazione compresa tra -10°C e 0°C e temperatura dell’aria >0°C; e

- utenze a temperatura negativa, cioè con temperatura di evaporazione compresa tra -40°C e -20°C e temperatura dell’aria <0°C.

Solitamente queste due tipologie di utenze sono alimentate da due sistemi impiantistici separati, definiti ognuno da un proprio impianto di distribuzione di refrigerante e da una propria centrale frigorifera. Esistono anche soluzioni impiantistiche in cui tali due tipologie di utenze sono alimentate da un unico sistema impiantistico e da una unica centrale frigorifera. Si parla in questo caso di impianti frigoriferi a due o più livelli di evaporazione. Tali soluzioni impiantistiche consentono l’alimentazione con un unico sistema impiantistico di utenze a differenti temperature di evaporazione, ed in particolare sia di utenze a temperature negativa sia di utenze a temperatura positiva. Tali soluzioni impiantistiche sono caratterizzate in particolare dall’utilizzo dello stesso fluido refrigerante, in comune per tutti i livelli di evaporazione.

Quando in un impianto a due o più livelli di evaporazione i compressori di un livello di evaporazione inferiore scaricano nell’aspirazione dei compressori di un livello di evaporazione superiore (cioè i compressori di almeno due livelli sono collegati in serie), si parla di sistemi booster.

Quando in un impianto a due o più livelli di evaporazione i compressori di un livello di evaporazione inferiore scaricano nello stesso ramo dei compressori di un livello evaporazione superiore (cioè i compressori di almeno due livelli sono collegati in parallelo), si parla di sistemi non booster.

In un impianto di refrigerazione tradizionale ad espansione diretta con almeno due differenti livelli di evaporazione, in uscita agli evaporatori delle utenze è mantenuto, attraverso diverse tecniche, un grado di surriscaldamento. Ciò significa che, tramite apposita regolazione o design, il refrigerante in uscita dall’evaporatore delle utenze ha una temperatura più alta della temperatura satura di evaporazione e presenta, quindi, le caratteristiche di un gas surriscaldato senza più traccia di liquido. Tale grado di surriscaldamento è necessario per evitare un ritorno di refrigerante in fase liquida in aspirazione ai compressori della centrale, che danneggerebbe la macchina compressore riducendone efficienza e vita utile. Per tale ragione, nei sistemi tradizionali a due livelli di evaporazione ad espansione diretta il surriscaldamento alle utenze è mantenuto e riveste grande importanza per l’affidabilità del sistema.

La presenza del surriscaldamento è però causa di inefficienza in quanto riduce il coefficiente di scambio termico di una parte della superficie dell’evaporatore. Inoltre, la presenza del surriscaldamento si ripercuote negativamente sull’innalzamento della temperatura di aspirazione ai compressori e di conseguenza sull’innalzamento della temperatura di scarico.

Nei sistemi ad espansione diretta, l’eliminazione del surriscaldamento è tecnica utilizzata in particolari impianti detti “ad evaporatore allagato”. Il fluido refrigerante in forma liquida all’interno degli evaporatori subisce una parziale transizione di fase per ritornare poi ad un serbatoio di accumulo dove la parte gassosa viene aspirata verso i compressori. Tali sistemi richiedono, tuttavia, una progettazione specifica dell’intero impianto, dei componenti evaporatore, del sistema di recupero olio nonché la rinuncia ad un controllo della distribuzione di refrigerante tramite valvola termostatica. Per questi motivi l’impiego di sistemi ad evaporatore allagato nella refrigerazione commerciale è scarsamente utilizzato.

Un’altra tecnica proposta, ma maggiormente complessa e costosa, per poter ridurre o azzerare il surriscaldamento alle utenze prevede l’utilizzo di un componente costituito da un eiettore di liquido (liquid ejector). L’utilizzo di questo componente consente l’eliminazione del liquido tramite la sua movimentazione dal separatore di fase al ricevitore di liquido dove viene rimesso a disposizione della linea di alimentazione delle utenze. Tale dispositivo è proposto per applicazioni in impianti booster che utilizzino CO2, ad esempio, come refrigerante, ovvero impianti booster trans critici. L’utilizzo di tale dispositivo solitamente necessita, inoltre, di sistemi dotati di compressione parallela. Nella Figura 1 allegata è illustrato un layout concettuale di un circuito trans critico con applicazione dell’eiettore di liquido e allagamento delle utenze a temperatura più elevata.

Altri sistemi che utilizzino la tecnica degli evaporatori allagati sono impianti ad espansione indiretta, detti “sistemi pompati”.

Tali sistemi comportano, tuttavia, costi e complessità di impianto molto superiori ai sistemi ad espansione diretta, dal momento che richiedono grandi serbatoi di accumulo di refrigerante e necessitano di componenti aggiuntivi quali circolatori e pompe di movimentazione refrigerante. Tali circolatori devono essere installati rispettando particolari dislivelli di quota rispetto ai serbatoi di accumulo per evitare fenomeni di cavitazione di refrigerante con grave vincolo sulla versatilità di installazione. Nella Figura 2 allegata è illustrato un layout concettuale di un circuito pompato. Dato l’elevato costo e gli elevati vincoli installativi, i sistemi pompati si applicano solo nell’ambito della refrigerazione industriale e raramente alla refrigerazione commerciale, se non su impianti di grandissime dimensioni.

Nell’ambito della refrigerazione commerciale esiste quindi l’esigenza di disporre di impianti di refrigerazione con due o più livelli di evaporazione, che consentano di migliorare l’efficienza di scambio termico agli evaporatori a parità di superficie di scambio tramite un allagamento degli evaporatori, evitando però al contempo di influire negativamente sui compressori, e che siano costruttivamente più semplici di quelli ad oggi noti.

Presentazione dell'invenzione

Pertanto, scopo della presente invenzione è quello di eliminare o quantomeno attenuare gli inconvenienti della tecnica nota sopra citata, mettendo a disposizione un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione che consenta di sfruttare la tecnica di sovralimentazione di uno o più evaporatori allo scopo di migliorare l’efficienza di scambio termico, evitando di influire negativamente sui compressori e che sia costruttivamente più semplice rispetto ai sistemi noti. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione impianto frigorifero a più livelli di evaporazione che sia costruttivamente semplice da realizzare, con costi di impianto paragonabili ad impianti tradizionali.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione impianto frigorifero a più livelli di evaporazione che sia affidabile e operativamente semplice da gestire.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un metodo di gestione di un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione che preveda la possibilità sfruttare la tecnica di sovralimentazione di uno o più evaporatori allo scopo di migliorare l’efficienza di scambio termico senza influire negativamente sul compressore e sia operativamente semplice da implementare.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche tecniche dell'invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una o più forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative, in cui:

- la Figura 1 mostra un layout concettuale di un circuito trans critico a due livelli di evaporazione con utilizzo di un eiettore di liquido per il ricircolo a monte del livello di evaporazione del liquido raccolto in un separatore di liquido posto a valle del livello di evaporazione;

- la Figura 2 mostra un layout concettuale di un sistema di refrigerazione di tipo “pompato”

- la Figura 3 mostra uno schema semplificato di un impianto di refrigerazione trans critico a due livelli di evaporazione disposti in serie, secondo una prima forma realizzativa della presente invenzione;

- la Figura 4 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 3 che prevede il recupero del flash-gas verso il separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato;

- la Figura 5 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 4 che prevede lo scarico del compressore del livello di evaporazione più basso nel separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato;

- la Figura 6 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 4 che prevede in aggiunta una pompa di circolazione per lo smaltimento del liquido in eccesso raccolto nel separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato verso il ricevitore di liquido a monte dei livelli di evaporazione;

- la Figura 7 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 6 che prevede lo scarico del compressore del livello di evaporazione più basso nel separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato;

- la Figura 8 mostra uno schema semplificato di un impianto di refrigerazione trans critico a due livelli di evaporazione disposti in parallelo, secondo una differente forma realizzativa della presente invenzione;

- la Figura 9 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 8 che prevede in aggiunta una pompa di circolazione per lo smaltimento del liquido in eccesso raccolto nel separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato verso il ricevitore di liquido a monte dei livelli di evaporazione;

- la Figura 10 mostra uno schema semplificato di un impianto di refrigerazione subcritico a due livelli di evaporazione disposti in serie, secondo una ulteriore forma realizzativa della presente invenzione;

- la Figura 11 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 10 che prevede in aggiunta una pompa di circolazione per lo smaltimento del liquido in eccesso raccolto nel separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato verso un ricevitore di liquido a monte dei livelli di evaporazione;

- la Figura 12 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 11 che prevede lo scarico del compressore del livello di evaporazione più basso nel separatore di fase disposto a valle del livello di evaporazione più elevato;

- la Figura 13 mostra uno schema semplificato di un impianto di refrigerazione trans critico a tre livelli di evaporazione, di cui due livelli sono disposti in parallelo e uno in serie, secondo una differente forma realizzativa della presente;

- la Figura 14 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 13; e

- la figura 15 mostra una variante dello schema d’impianto della Figura 3, in cui i due rami di bassa pressione hanno ciascuno due evaporatori in parallelo. Gli elementi o parti di elementi in comune tra le forme di realizzazione descritte nel seguito saranno indicati con i medesimi riferimenti numerici.

Descrizione dettagliata

La presente invenzione ha ad oggetto un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione ed un metodo di gestione di un tale impianto.

Per semplicità di esposizione verrà descritto inizialmente l’impianto frigorifero, e successivamente il metodo di gestione.

Con riferimento alle figure allegate è stato indicato nel suo complesso con 1 un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione secondo l’invenzione.

L’impianto frigorifero 1 opera con un refrigerante secondo un ciclo a compressione di vapore. Il ciclo può essere sia subcritico, sia transcritico. In particolare come refrigerante è possibile utilizzare CO2.

In accordo ad una forma realizzativa generale dell’invenzione, l’impianto 1 comprende un circuito 2 avente:

- un ramo di alta pressione HP, in cui è disposto almeno uno scambiatore di calore 10, che funge da condensatore o gas cooler a seconda che il ciclo sia subcritico o trasncritico e

- due o più rami di bassa pressione LP1, LP2, LP3, ciascuno dei quali opera ad un differente livello di evaporazione per servire utenze aventi differenti esigenze di refrigerazione.

Per “livello di evaporazione” si intende l’intervallo di pressioni all’interno del quale - in base alle condizioni di progetto - è previsto che l’evaporatore lavori in funzione del tipo di utenze da servire.

Ad esempio, un ramo di bassa pressione destinato a servire uno o più banchi per prodotti ortofrutta (utenze) opererà ad un livello di evaporazione più elevato di quello di un altro ramo di bassa pressione destinato, invece, a servire uno o più banchi banco per latticini (utenze) o uno o più banchi per surgelati (utenze).

Come illustrato nelle Figure allegate, in ciascun ramo di bassa pressione LP1, LP2, LP3 il suddetto impianto comprende:

- un organo di laminazione 11’, 11”, 11”’;

- almeno un evaporatore 12’, 12”, 12”’; e

- un gruppo compressore 13’, 13”, 13”’.

Come illustrato nella Figura 15, in uno o più di detti rami di bassa pressione il singolo evaporatore può essere sostituito da due o più evaporatori collegati tra loro in parallelo, ciascun evaporatore avendo un proprio organo di laminazione.

Nel ramo di alta pressione lo scambiatore di calore 10 (condensatore o gas cooler) può essere sostituito da due o più scambiatori di calore collegati tra loro in parallelo o in serie.

Come illustrato nelle figure allegate, almeno un primo ramo di bassa pressione LP1, operante ad un primo livello di evaporazione, comprende un separatore di liquido 20’ che è collegato fluidicamente:

- all’uscita dell’evaporatore 12’ di tale primo ramo di bassa pressione LP1 per raccogliere il liquido in uscita dall’evaporatore stesso 12’ nel caso in cui quest’ultimo operi in condizioni di sovralimentazione; e

- all’aspirazione del gruppo compressore 13’ di tale primo ramo di bassa pressione LP1.

Secondo tale configurazione, nel caso in cui l’evaporatore 12’ operi in condizioni di sovralimentazione o overfeeding (parzialmente o totalmente allagato, cioè senza alcun grado di surriscaldamento in uscita) si evita che liquido sia aspirato dal gruppo compressore 13’.

Con l’espressione “sovralimentazione o overfeeding” si vogliono ricomprendere tutte le situazioni in cui all’uscita dell’evaporatore si abbia presenza di liquido. È inclusa quindi anche la situazione in cui, pur essendo previsto dal sistema di controllo un grado di surriscaldamento (basso), per imprecisione strumentale in uscita dall’evaporatore siano presenti tracce di liquido.

Preferibilmente, come illustrato nella Figura 15, nel caso in cui un ramo di bassa pressione abbia due o più evaporatori collegati in parallelo, tali evaporatori sono tutti collegati in parallelo ad uno stesso separatore di liquido 20’.

Secondo un primo aspetto essenziale della presente invenzione, il suddetto separatore di liquido 20’ è inoltre collegato fluidicamente ad un secondo ramo di bassa pressione LP2 del circuito 2, operante ad un secondo livello di evaporazione più basso del primo. Il collegamento fluidico è realizzato a monte dell’organo di laminazione 11” di tale secondo ramo di bassa pressione LP2 tramite un primo condotto di collegamento 21’.

Secondo un ulteriore aspetto essenziale della presente invenzione, il circuito 2 comprende primi mezzi valvolari 22”, 23’ che sono installati nel primo condotto di collegamento 21’ e nel secondo ramo di bassa pressione LP2 e sono controllabili (preferibilmente da un’unità elettronica di controllo, non illustrata nelle Figure allegate) in modo tale che il suddetto secondo ramo di bassa pressione LP2 sia alimentato alternativamente dal ramo di alta pressione HP o dal separatore di liquido 20’ tramite il suddetto primo condotto di collegamento 21’.

Operativamente, tali primi mezzi valvolari 22”, 23’ sono azionati per consentire l’alimentazione dell’evaporatore 12” del secondo ramo di bassa pressione LP2 con liquido proveniente dal separatore di liquido 20’ del primo ramo di evaporazione LP1 quando l’evaporatore 12’ del primo ramo di evaporazione LP1 è fatto operare in condizioni di sovralimentazione così da smaltire il liquido che si raccoglie nel separatore di liquido 20’.

Vantaggiosamente, l’evaporatore di ciascun ramo di bassa pressione è dotato di tutti i dispositivi atti a modificarne le condizioni di funzionamento, cioè per far operare l’evaporatore in condizioni di surriscaldamento in uscita regolando il grado di surriscaldamento e far operare l’evaporatore in condizioni di sovralimentazione (overfeeding). Tali dispositivi sono ben noti di per sé ad un tecnico del settore e non verranno descritti qui in dettaglio.

Preferibilmente, tali dispositivi atti a modificare le condizioni di funzionamento di un evaporatore comprendono: - una valvola di regolazione come organo di laminazione in ingresso all’evaporatore; - una sonda di pressione e una sonda di temperatura disposte in uscita all’evaporatore. La regolazione delle condizioni di funzionamento è effettuata agendo sull’apertura dell’organo di laminazione a monte dell’evaporatore, secondo un controllo in retroazione basato sulla misura delle condizioni di pressione e temperatura in uscita all’evaporatore.

In estrema sintesi, come sarà ripreso nel seguito descrivendo il metodo di gestione dell’impianto, la presente invenzione consiste quindi nel raccogliere in un separatore di fase il liquido in uscita da almeno un evaporatore che è installato in un ramo di bassa pressione del circuito e viene fatto operare in condizioni di sovralimentazione (overfeeding) e nell’alimentare con tale liquido l’evaporatore di almeno un ramo di bassa pressione operante ad un livello di refrigerazione più basso.

Come sarà ripreso nel seguito descrivendo il metodo di gestione la regolazione del grado di surriscaldamento di ciascun evaporatore e la scelta di farlo operare eventualmente in condizioni di sovralimentazione viene effettuato secondo una logica di riduzione della potenza assorbita dal relativo gruppo compressore. In particolare, la scelta di operare in condizioni di sovralimentazione è fatta per migliorare lo sfruttamento della superficie di scambio termico nell’evaporatore così da alzare la temperatura di evaporazione a parità di carico termico oppure così da mantenere costante la temperatura di evaporazione nel caso di aumento del carico termico.

Grazie all’invenzione, è possibile sfruttare la tecnica di sovralimentazione (overfeeding) evitando di dover riciclare nel ramo di alta pressione il liquido generato dalla sovra alimentazione, rendendo invece disponibile ad un evaporatore operante ad un livello di evaporazione più basso liquido con contenuto entalpico minore rispetto a quello fornito dal ramo di alta pressione. Come sarà ripreso più avanti ciò risulta vantaggioso da un punto di vista dell’efficienza dell’impianto.

Grazie all’invenzione tutto ciò è ottenibile con soluzioni impiantistiche complessivamente semplici. In particolare, non si rendono necessari dispositivi per il ricircolo del liquido nel ramo di alta pressione, come ad esempio eiettori o pompe. Come sarà ripreso nel seguito, l’utilizzo di dispositivi di ricircolo nel ramo di alta pressione, in particolare di pompe, può essere previsto, ma solo ed eventualmente come dispositivo di sicurezza nel caso in cui ci fosse un eccessivo accumulo di liquido nel separatore.

Si riportano di seguito i principali vantaggi legati alla presente invenzione.

Un primo vantaggio (in comune con le soluzioni di tecnica nota) sta nella possibilità di eliminare l’inefficienza del surriscaldamento in uscita dall’evaporatore, consentendo un miglior utilizzo della superficie dell’evaporatore con conseguente possibilità di aumento della temperatura di evaporazione. L’aumento della temperatura di evaporazione porta con sé numerosi vantaggi quali la diminuzione del dispendio energetico dei compressori.

L’eliminazione del surriscaldamento comporta, inoltre, una diminuzione della temperatura di aspirazione dei compressori che ha come conseguenza una diminuzione della temperatura di scarico dei compressori. La diminuzione della temperatura di scarico dei compressori consente di attenuare vari problemi legati alle alte temperature di scarico quali il deterioramento dell’olio lubrificante e di alcune parti del compressore. La diminuzione della temperatura di scarico e l’aumento di efficienza portano anche alla riduzione della potenza da smaltire allo scambiatore di calore in alta pressione (condensatore o gas cooler). Un altro vantaggio (anch’esso in comune con le soluzioni di tecnica nota) sta nel fatto che in ogni caso la presenza di un separatore di fase liquido/vapore a valle dell’evaporatore aumenta l’affidabilità del sistema in quanto previene il ritorno di liquido ai compressori anche in caso di guasto di uno degli organi di espansione (intesi come assieme di valvole, sonde di pressione, temperatura e controllo) presenti negli evaporatori o in caso di eccessivo ritorno di liquido formatosi dalla laminazione del flash gas. Questa eliminazione del rischio di ritorno di liquido può portare alla semplificazione degli organi di controllo del surriscaldamento come l’iniezione di gas caldo in aspirazione ai compressori e rendere superflua la presenza di sistemi quali le bottiglie anti-liquido. Grazie all’invenzione, diversamente dalle soluzioni di tecnica nota, tutti questi vantaggi sono però ottenibili con uno schema impiantistico semplice che non necessita del ricircolo del liquido in eccesso al ramo di alta pressione. Inoltre, come già detto, lo smaltimento del liquido generato dall’overfeeding ad un evaporatore operante ad un livello di refrigerazione più basso porta con sé ulteriori vantaggi in termini di efficienza del sistema. Si rende, infatti, possibile lo sfruttamento di un liquido refrigerante a più basso livello di entalpia. Ciò comporta un maggior salto entalpico disponibile alle utenze servite dal ramo di bassa pressione alimentato con tale liquido di overfeeding. L’aumento del salto entalpico a disposizione di tali utenze riduce la portata di refrigerante richiesta da queste stesse utenze. Di conseguenza, almeno limitatamente al ramo di bassa pressione interessato dall’alimentazione di tale liquido di overfeeding, si ha una diminuzione delle perdite di carico, nonché un minore consumo di energia da parte del gruppo compressore.

Preferibilmente, come illustrato negli schemi delle figure da 3 a 12, i suddetti primi mezzi valvolari 22”, 23’ comprendono: - una prima valvola 22” di collegamento tra il ramo di alta pressione HP e il secondo ramo di bassa pressione LP2; e - una seconda valvola 23’ installata su tale primo condotto di collegamento 21’.

In accordo ad una forma realizzativa particolarmente preferita, la suddetta prima valvola 22” è una valvola on-off (in particolare una valvola solenoide), mentre la suddetta seconda valvola 23’ è una valvola di non ritorno. Tale configurazione semplifica significativamente il controllo. In particolare, la valvola di non ritorno ha un comportamento automatico e non necessita quindi di un controllo attivo da parte del sistema di controllo.

Operativamente, l’alimentazione del secondo ramo di bassa pressione LP2 con il liquido raccolto nel separatore 20’ può essere attivata utilizzando i suddetti mezzi valvolari nel modo di seguito descritto. Quando l’evaporatore 12’ del primo ramo di bassa pressione LP1 è fatto operare in condizioni di sovra alimentazione, nel separatore 20’ di tale primo ramo di bassa pressione LP1 si accumula liquido di overfeeding. A questo punto la prima valvola 22” a solenoide viene fatta chiudere. Ad esempio, la chiusura di tale valvola può essere condizionata al superamento di un prefissato livello di liquido entro il separatore 20’. La richiesta di refrigerante da parte dell’evaporatore 12” del secondo ramo di bassa pressione LP2 abbassa la pressione della linea di liquida compresa tra la prima valvola 22” a solenoide (chiusa) e l’evaporatore 12”. Quando il valore di pressione scende al di sotto del valore di pressione del separatore 20’, la seconda valvola 23’ (valvola di non ritorno) apre, alimentando l’evaporatore 12” con il liquido di overfeeding accumulato nel separatore 20’. Quando la prima valvola 22” a solenoide viene nuovamente aperta (ad esempio, se il livello di liquido accumulato all’interno del separatore 20’ scende al di sotto di un certo livello), torna ad alzarsi la pressione nel tratto di tubazione liquida che dalla seconda valvola 23’ (valvola di non ritorno) porta all’evaporatore 12”. La valvola di non ritorno 23’ chiuderà in conseguenza di questo aumento di pressione e l’alimentazione dell’evaporatore 12” verrà ripristinata dal ramo di alta pressione HP.

In accordo ad una forma realizzativa alternativa non illustrata nelle Figure allegate, i suddetti primi mezzi valvolari possono essere costituiti da una valvola a tre vie, che collega il secondo ramo di pressione LP2 alternativamente al ramo di alta pressione HP e al primo condotto di collegamento 21’. Anche in questo caso (non preferito), il controllo della valvola a tre vie verrà preferibilmente condotto in funzione del livello di liquido di overfeeding nel separatore di liquido.

Per semplicità di esposizione l’impianto 1 secondo l’invenzione è stato finora descritto considerando la presenza solo di due rami di bassa pressione, LP1 e LP2. Gli schemi delle figure da 3 a 12 si riferiscono a questo caso. Vantaggiosamente, l’invenzione può tuttavia applicarsi anche al caso in cui due o più rami di bassa pressione LP1 e LP3 siano fatti operare in condizioni di sovralimentazione e il liquido raccolto in uscita dai rispettivi evaporatori sia utilizzato per alimentare uno o più rami di bassa pressione operanti a livelli di evaporazione inferiori.

Come sarà chiarito nel seguito della descrizione, quando due o più rami di bassa pressione sono fatti operare in condizioni di sovralimentazione, si possono prevedere preferibilmente due differenti schemi impiantistici:

- due o più differenti rami di bassa pressione LP1, LP3 sono collegati ad un medesimo ramo di bassa pressione LP2 operante ad un livello di evaporazione inferiore per alimentarlo con il liquido di sovralimentazione (overfeeding) da essi generato, come illustrato ad esempio nello schema di Figura 13; oppure

- tre o più rami di bassa pressione sono collegati tra loro in cascata per permettere uno smaltimento in cascata del liquido di sovra alimentazione, a partire dal ramo che opera al più alto livello di evaporazione fino al ramo che opera al livello di evaporazione più basso, come illustrato ad esempio nello schema di Figura 14.

Si descrive di seguito in maggior dettaglio l’impianto 1 facendo riferimento a due esempi relativi ai due differenti schemi sopra presentati. Per semplicità di esposizione la descrizione verrà fatta riferendosi a soli tre differenti rami di bassa pressione LP1, LP2 e LP3, ma può essere estesa anche ad un numero maggiori di rami di bassa pressione coinvolti.

In accordo alle forme realizzative illustrate nelle Figure 13 e 14, il suddetto circuito 2 comprende almeno un terzo ramo di bassa pressione LP3 che opera ad un terzo livello di evaporazione superiore al secondo livello di evaporazione.

Tale terzo ramo di bassa pressione LP3 comprende un proprio separatore di liquido 20”’ collegato fluidicamente:

- all’uscita dell’evaporatore 12”’ di detto terzo ramo di bassa pressione LP3 per raccogliere il liquido in uscita dall’evaporatore 12”’ nel caso in cui quest’ultimo operi in condizioni di sovralimentazione; e

- all’aspirazione del gruppo compressore 13”’ di detto terzo ramo di bassa pressione LP3.

In accordo allo schema di Figura 13, il separatore di liquido 20”’ di detto terzo ramo di bassa pressione LP3 è fluidicamente collegato al secondo ramo di bassa pressione LP2 operante a detto secondo livello di evaporazione che è più basso sia del primo sia del terzo livello di evaporazione. Il collegamento è realizzato a monte dell’organo di laminazione 11” di tale secondo ramo di bassa pressione LP2 tramite un secondo condotto di collegamento 21”’.

Il terzo ramo di bassa pressione LP3 smaltisce il liquido di sovra alimentazione nello stesso ramo di bassa pressione LP2 a cui è collegato il primo ramo di bassa pressione LP1, e può operare indifferentemente ad un livello di evaporazione inferiore o superiore a quello del primo ramo di bassa pressione LP1.

Secondo lo schema di Figura 13, il circuito 2 comprende secondi mezzi valvolari 22”, 23”’ che sono installati sul secondo condotto di collegamento 21”’ e sul secondo ramo di bassa pressione LP2 e sono controllabili in modo tale che il secondo ramo di bassa pressione LP2 sia alimentato alternativamente dal ramo di alta pressione HP o dal separatore di liquido 20”’ del terzo ramo di bassa pressione LP3 tramite il secondo condotto di collegamento 21”’.

Operativamente, anche tali secondi mezzi valvolari 22”, 23”’ sono azionati per consentire l’alimentazione dell’evaporatore 12” del secondo ramo di bassa pressione LP2 con liquido proveniente dal separatore di liquido 20”’ del terzo ramo di evaporazione LP3 quando l’evaporatore 12”’ del terzo ramo di evaporazione LP3 è fatto operare in condizioni di sovralimentazione così da smaltire il liquido che si raccoglie nel separatore di liquido 20”’.

Preferibilmente, i suddetti secondi mezzi valvolari 22”, 23”’ comprendono: - una prima valvola 22” di collegamento tra il ramo di alta pressione HP e il secondo ramo di bassa pressione LP2; e - una seconda valvola 23”’ installata su tale secondo condotto di collegamento 21’.

In accordo ad una forma realizzativa particolarmente preferita, la suddetta prima valvola 22” è una valvola on-off (in particolare una valvola solenoide), mentre la suddetta seconda valvola 23”’ è una valvola di non ritorno.

Il funzionamento dei secondi mezzi valvolari è identico al funzionamento dei primi mezzi valvolari descritti in precedenza, e non verrà quindi ripetuto per brevità di esposizione.

Operativamente, se i due rami di bassa pressione LP1 e LP3 operano a livelli di evaporazione differenti, essi non possono alimentare il secondo ramo di bassa pressione LP2 contemporaneamente, ma in modo alternato. L’alimentazione contemporanea da parte di entrambi i rami di bassa pressione è possibile solo se essi operano allo stesso livello di evaporazione.

In accordo allo schema di Figura 14, il terzo livello di evaporazione a cui opera il terzo ramo di bassa pressione LP3 è più elevato del primo livello di evaporazione a cui opera il primo ramo di bassa pressione LP1.

Più in dettaglio, secondo tale schema, il separatore di liquido 20”’ del terzo ramo di bassa pressione LP3 è fluidicamente collegato al primo ramo di bassa pressione LP1 a monte dell’organo di laminazione 11’ di tale primo ramo di bassa pressione LP1 tramite un secondo condotto di collegamento 21”’. A sua volta, il primo ramo di bassa pressione LP1 è collegato nel medesimo modo al secondo ramo di bassa pressione, cioè in cascata.

Il circuito 2 comprende terzi mezzi valvolari 22’, 23”’ che sono installati sul secondo condotto di collegamento 21”’ e sul primo ramo di bassa pressione LP1 e sono controllabili (preferibilmente da un’unità elettronica di controllo, non illustrata nelle Figure allegate) in modo tale che il primo ramo di bassa pressione LP1 sia alimentato alternativamente dal ramo di alta pressione HP o dal separatore di liquido 20”’ del terzo ramo di bassa pressione LP3 tramite il secondo condotto di collegamento 21”’.

Operativamente, tali terzi mezzi valvolari 22’, 23”’ sono azionati per consentire l’alimentazione dell’evaporatore 12’ del primo ramo di bassa pressione LP1 con liquido proveniente dal separatore di liquido 20”’ del terzo ramo di evaporazione LP3 quando l’evaporatore 12”’ del terzo ramo di evaporazione LP3 è fatto operare in condizioni di sovralimentazione così da smaltire il liquido che si raccoglie nel separatore di liquido 20”’.

Preferibilmente, i suddetti terzi mezzi valvolari 22’, 23”’ sono identici ai già descritti primi mezzi valvolari e possono essere costituiti in particolare (come illustrato nella Figura 14) da: - una prima valvola 22” (preferibilmente una valvola on-off, in particolare una valvola solenoide) di collegamento tra il ramo di alta pressione HP e il secondo ramo di bassa pressione LP2; e - una seconda valvola 23”’ (preferibilmente una valvola di non ritorno) installata su tale secondo condotto di collegamento 21’.

In accordo ad una forma realizzativa alternativa non illustrata nelle Figure allegate, i suddetti terzi mezzi valvolari possono essere costituiti da una valvola a tre vie, che collega il primo ramo di pressione LP1 alternativamente al ramo di alta pressione HP e al secondo condotto di collegamento 21”’.

Preferibilmente, come illustrato nelle Figure allegate da 3 a 9 e da 11 a 14, il ramo di alta pressione HP può comprendere un ricevitore di liquido 16 disposto a valle dello scambiatore di calore 10 (condensatore o gas cooler).

Vantaggiosamente, come illustrato nelle figure 6, 7, 9, 11 e 12, ciascun separatore di liquido 20’, 20”’ può essere collegato fluidicamente al suddetto ricevitore di liquido tramite una pompa 30 o un altro dispositivo ricircolatore per scaricare il liquido raccolto nel separatore di liquido 20’, 20”’ al ricevitore 16 nel caso di superamento di un prefissato livello di sicurezza all’interno del separatore di liquido 20’, 20”’.

Preferibilmente, ciascun separatore di liquido è dotato di mezzi di rilevazione del livello di liquido utilizzabili per controllare l’azionamento di suddetti mezzi valvolari e l’intervento della pompa 30 di sicurezza e/o per l’interruzione della sovralimentazione ed il ripristino di un grado di surriscaldamento.

In accordo ad una forma realizzativa preferita, i suddetti mezzi di rilevazione del livello sono misuratori puntuali, posti a tre differenti livelli del separatore di liquido:

- un livello minimo, al di sotto del quale i mezzi valvolari sono azionati per impedire l’alimentazione di liquido da parte del separatore a vantaggio del ramo di alta pressione HP;

- un livello intermedio, al di sopra del quale i mezzi valvolari sono azionati per consentire l’alimentazione di liquido da parte del separatore in alternativa al ramo di alta pressione HP; e

- un livello massimo, al di sopra del quale detta pompa 30 viene attivata per ricircolare almeno parte del liquido al suddetto ricevitore 16 oppure, in alternativa o parallelamente, al di sopra del quale si interrompe il funzionamento in sovralimentazione dell’evaporatore che scarica nel separatore ripristinando un grado di surriscaldamento in uscita dall’evaporatore.

Preferibilmente, i tre livelli a cui sono posti i misuratori sono rispettivamente:

- livello minimo: in posizione non inferiore allo 0% e non superiore al 10% della capacità del separatore 20’, 20”;

- livello intermedio: in posizione non inferiore al 30% e non superiore al 40% della capacità del separatore 20’, 20”;

- livello massimo: in posizione non inferiore al 50% e non superiore al 60% della capacità del separatore 20’, 20”.

Come già detto in precedenza, il ciclo a compressione di vapore può essere trans critico ed utilizzare in particolare CO2 come refrigerante.

Preferibilmente, come illustrato nelle Figure da 3 a 9 e nelle Figure 13 e 14, nel caso in cui il ciclo a compressione di vapore sia trans critico, il ramo di alta pressione HP può comprendere anche un dispositivo di laminazione 15 disposto tra lo scambiatore di calore 10 (gas cooler) e il ricevitore di liquido 16.

Il ricevitore di liquido 15 può essere collegato tramite un valvola di flash gas 17 alternativamente o esclusivamente:

- in aspirazione al gruppo compressore 13’, 13”’ del ramo di bassa pressione LP1, LP3 operante al più alto livello di evaporazione (come illustrato nelle Figure 3, 8, 9, 13 e 14); oppure

- al separatore di liquido 20’, 20”’ del ramo di bassa pressione LP1, LP3 operante al più alto livello di evaporazione (come illustrato nelle Figure 4, 5, 6 e 7).

Vantaggiosamente, nel secondo caso, smaltendo il flash gas al separatore di liquido 20’, 20” del ramo di bassa pressione LP1, LP3 operante al più alto livello di evaporazione è possibile recuperare il liquido prodotto dalla sua laminazione, rendendolo disponibile per l’alimentazione degli evaporatori dei rami di bassa pressione operanti a livelli di evaporazione inferiori. I gruppi compressori 13’, 13”; 13”’ dei differenti rami di bassa pressione Lp1, LP2 e LP3 sono collegati al ramo di alta pressione HP:

- tutti in serie tra loro secondo il loro rispettivo livello di evaporazione (come illustrato nelle figure 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12; oppure

- tutti in parallelo (come illustrato nelle figure 8 e 9); oppure

- secondo uno schema misto serie e parallelo (come illustrato nelle figure 13 e 14).

Lo scarico del gruppo compressore 13” di un ramo di bassa pressione LP2 può essere collegato, alternativamente o esclusivamente:

- all’aspirazione del gruppo compressore 13’ di un ramo di bassa pressione LP1 operante ad un livello di evaporazione superiore (come illustrato nelle Figure 3, 4, 6, 10, 11, 13 e 14); oppure

- al separatore di liquido 20’ di un ramo di bassa pressione LP1 operante ad un livello di evaporazione superiore (come illustrato nelle Figure 5, 7 e 12).

Vantaggiosamente, lo scarico del gruppo compressore 13” di un ramo di bassa pressione LP2 al separatore di liquido 20’ di un ramo di bassa pressione LP1 operante ad un livello di evaporazione superiore porta ad una maggiore stabilità della temperatura di aspirazione del gruppo compressore 13”, attenuando gli effetti di oscillazione dovuti all’accensione e allo spegnimento del gruppo compressore di tale ramo di bassa pressione, con conseguente possibilità di semplificare e rimuovere alcune funzioni di controllo della temperatura di aspirazione, quali la laminazione di liquido in aspirazione ai compressori di tale ramo di bassa pressione.

Preferibilmente, come illustrato negli schemi di impianto delle figure allegate, il ramo di bassa pressione LP2 che opera al livello di evaporazione più basso non è dotato di un separatore di liquido in uscita al proprio evaporatore 13”. Per tale ramo di bassa pressione si prevede preferibilmente di mantenere un grado di surriscaldamento in uscita all’evaporatore 13”.

In accordo ad una forma realizzativa non illustrata nelle figure allegate, anche il ramo di bassa pressione LP2 che opera al livello di evaporazione più basso può essere dotato di un proprio separatore di liquido in uscita all’evaporatore 13”, in modo tale che analogamente agli altri rami di bassa pressione sia possibile operare in sovralimentazione. In questo caso non essendo possibile smaltire il liquido di overfeeding verso un altro ramo di bassa pressione operante ad un livello di evaporazione più basso, il separatore può essere collegato fluidicamente al ricevitore di liquidi disposto nel ramo di alta pressione tramite una pompa o un altro dispositivo ricircolatore prevedendo un ricircolo continuo o intermittente del liquido di overfeeding nel ramo di alta pressione.

Vantaggiosamente, l’impianto frigorifero 1 comprende un’unità elettronica di controllo per consentirne una gestione automatica.

Verrà ora descritto il metodo di gestione di un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione secondo la presente invenzione. In particolare, tale metodo può essere implementato in un impianto frigorifero secondo l’invenzione, in particolare come sopra descritto. Per semplicità di esposizione riferendosi a componenti di tale impianto frigorifero si useranno gli stessi riferimenti numerici.

Il metodo secondo l’invenzione è un metodo per la gestione di un impianto frigorifero che opera secondo un ciclo a compressione di vapore e comprende:

- un circuito 2 avente un ramo di alta pressione HP, in cui è disposto almeno un scambiatore di calore 10, che funge da condensatore o gas cooler; e

- due o più rami di bassa pressione LP1, LP2, LP3, ciascuno dei quali opera ad un differente livello di evaporazione per servire utenze aventi differenti esigenze di refrigerazione.

In ciascun ramo di bassa pressione LP1, LP2, LP3 il suddetto impianto comprende: - un organo di laminazione 11’, 11”, 11”’; - almeno un evaporatore 12’, 12”, 12”’; e - un gruppo compressore 13’, 13”, 13”’.

In accordo ad una forma di implementazione generale dell’invenzione, detto metodo comprende le seguenti fasi operative:

- a) regolare il grado di surriscaldamento dell’evaporatore 12’, 12”, 12”’ di ciascun ramo di bassa pressione in funzione del carico termico istantaneo imposto dall’utenza secondo una logica di riduzione della potenza assorbita dal relativo gruppo compressore 13’, 13”, 13”’;

- b) eliminare il grado di surriscaldamento dell’almeno un evaporatore 12’ di almeno un primo ramo di bassa pressione LP1 operante ad un primo livello di evaporazione facendolo operare in condizioni di sovralimentazione al fine di migliorare lo sfruttamento della superficie di scambio termico in detto evaporatore 12’ secondo una logica di riduzione della potenza assorbita dal relativo gruppo compressore 13’, 13”, 13”’;

- c) raccogliere il liquido in uscita da tale evaporatore 12’ in un separatore di liquido 20’, alimentando il gruppo compressore 13’ di tale primo ramo di bassa pressione solo con la fase gas presente in tale separatore 20’.

Vantaggiosamente, la regolazione del grado di surriscaldamento di un evaporatore viene condotta secondo modalità che sono di per sé note ad un tecnico del settore e che non verranno dunque qui descritte. Si accenna solo che la regolazione del grado di surriscaldamento viene fatta in particolare agendo sull’apertura dell’organo di laminazione a monte dell’evaporatore, controllando l’apertura secondo un controllo in retroazione basato sulla misura del grado di surriscaldamento in uscita dall’evaporatore (ad esempio tramite una sonda di pressione e una sonda di temperatura).

Vantaggiosamente anche come far operare un evaporatore in condizioni di sovralimentazione è di per sé noto per un tecnico del settore e non verrà dunque qui descritto.

Secondo l’invenzione, il metodo di gestione comprende una fase operativa d) di smaltire il liquido (di sovralimentazione o overfeeding) che si raccoglie nel separatore di liquido 20’ alimentando in modo esclusivo con tale liquido un secondo ramo di bassa di pressione LP2 operante ad un livello di evaporazione inferiore al primo, ed interrompendo temporaneamente l’alimentazione di tale secondo ramo di bassa pressione LP2 da parte del ramo di alta pressione HP.

Preferibilmente, se tale secondo ramo di bassa pressione LP2 opera al più basso livello di evaporazione dell’impianto, durante la suddetta fase c) di smaltimento del liquido l’evaporatore 12” di tale secondo ramo di bassa pressione LP2 è fatto operare mantenendo un grado di surriscaldamento in uscita al rispettivo evaporatore 12” per evitare che liquido sia aspirato dal gruppo compressore 13” di tale secondo ramo di bassa pressione LP2.

In alternativa, come già descritto in relazione all’impianto secondo l’invenzione, il secondo ramo di bassa pressione LP2 operante al più basso livello di evaporazione dell’impianto può anch’esso esser fatto operare in condizioni di overfeeding. In questo caso il liquido di overfeeding raccolto in un separatore di liquido verrà ricircolato ad un ricevitore nel ramo di alta pressione.

In accordo ad una possibile forma di implementazione del metodo secondo l’invenzione, se il suddetto secondo ramo di bassa pressione LP2 opera ad un livello di evaporazione intermedio tra i differenti livelli di evaporazione dell’impianto, durante al suddetta fase d) di smaltimento del liquido sono disponibili in particolare due opzioni

- l’evaporatore 12” di tale secondo ramo di bassa pressione LP2 può essere fatto operare mantenendo un grado di surriscaldamento in uscita al rispettivo evaporatore 12” per evitare che liquido sia aspirato dal gruppo compressore 13” di tale secondo ramo di bassa pressione (LP2); oppure

- si ripetono le fasi b), c) e d) anche su tale secondo ramo di bassa pressione LP2, operando in cascata su un altro ramo di bassa pressione operante ad un livello di evaporazione inferiore.

In accordo ad una possibile ulteriore forma di implementazione del metodo secondo l’invenzione, almeno due differenti rami di bassa pressione LP1, LP3 possono essere sono fatti operare entrambi in condizioni di sovralimentazione effettuando per entrambi la suddetta fase b) di eliminazione del grado di surriscaldamento. Durante la suddetta fase d) di smaltimento, si smaltisce il liquido che è in uscita dagli evaporatori 12’, 12”’ di detti almeno due differenti rami di bassa pressione LP1, LP3 ed è stato raccolto in rispettivi separatori di liquido 20’, 20”’, alimentando temporaneamente in modo esclusivo con tale liquido uno stesso ramo di bassa pressione LP2 operante ad un livello di evaporazione inferiore.

Come già detto in precedenza in relazione all’impianto secondo l’invenzione, se i due rami di bassa pressione LP1 e LP3 operano a livelli di evaporazione differenti, essi non possono alimentare il secondo ramo di bassa pressione LP2 contemporaneamente, ma in modo alternato. L’alimentazione contemporanea da parte di entrambi i rami di bassa pressione è possibile solo se essi operano allo stesso livello di evaporazione.

Preferibilmente, il metodo di gestione comprende una fase e) di rilevazione del livello di liquido raccolto nel separatore di fase 20’, 20”’.

Vantaggiosamente, la suddetta fase d) di smaltimento del liquido raccolto nel separatore di fase 20’, 20”’ viene interrotta se durante la fase e) di rilevazione del livello viene rilevato un livello di liquido inferiore ad un livello minimo prefissato. Come già detto descrivendo il funzionamento dell’impianto secondo l’invenzione, l’interruzione della fase d) comporta che il ramo di bassa pressione in cui si stava smaltendo il liquido di overfeeding sia nuovamente alimentato dal ramo di alta pressione.

Vantaggiosamente, il metodo può comprendere una fase f) di ricircolare tramite una pompa 30 o un altro dispositivo ricircolatore il liquido raccolto nel separatore di fase 20’, 20”’ ad un ricevitore di liquido 16 disposto nel ramo di alta pressione HP. Tale fase f) viene effettuata se durante la fase e) di controllo del livello viene rilevato un livello di liquido superiore ad un prefissato livello massimo prefissato. Tale fase f) è dunque effettuata solo come intervento di sicurezza, volto a salvaguardare il gruppo compressore dal rischio di aspirare liquido.

Vantaggiosamente, la fase b) di eliminare il grado di surriscaldamento dell’evaporatore operando in sovralimentazione viene interrotta e viene ripristinato un grado di surriscaldamento in uscita all’evaporatore, se durante la fase e) di controllo del livello viene rilevato un livello di liquido superiore ad un livello massimo prefissato.

L’interruzione della fase b) può essere condotta parallelamente o in alternativa alla fase f) di ricircolazione del liquido al ramo di alta pressione tramite una pompa 30.

Il metodo di gestione di un impianto frigorifero può comprendente un fase g) di sbrinamento di uno o più degli evaporatori 12’, 12”, 12”’. Tale fase g) di sbrinamento può essere anticipata o posticipata in funzione del livello di liquido raccolto nel rispettivo separatore di liquido 20’, 20”’. In particolare, la fase g) viene anticipata se il livello di liquido raccolto è prossimo al prefissato livello minimo, mentre viene posticipata se il livello di liquido raccolto è prossimo al prefissato livello massimo.

Vantaggiosamente, il metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo l’invenzione è gestito in modo automatico tramite un’unità elettronica di controllo. In base alla temperatura dell’aria di refrigerazione, si possono infatti distinguere due grandi tipologie di utenze:

- utenze a temperatura positiva, cioè con temperatura di evaporazione compresa tra -10°C e 0°C e temperatura dell’aria >0°C; e

- utenze a temperatura negativa, cioè con temperatura di evaporazione compresa tra -40°C e -20°C e temperatura dell’aria <0°C.

Preferibilmente, ma non necessariamente gli evaporatori che sono fatti operare in overfeeding sono gli evaporatori che servono utenze operanti a temperature positive, mentre gli evaporatori che smaltiscono il liquido di overfeeding sono gli evaporatori che servono utenze operanti a temperature negative.

Vantaggiosamente, la regolazione del grado di surriscaldamento all’evaporatore di uno o più rami di bassa pressione e la scelta di farlo operare in condizioni di overfeeding può seguire differenti logiche.

Di seguito sono elencate alcune di tali possibili logiche a titolo di esempio non esaustivo:

- il surriscaldamento può essere modificato arrivando fino alla sua eliminazione (operando in condizioni di overfeeding) solo ad alcuni o a tutti gli evaporatori identificati come più critici sulla base dei parametri di design ed in funzione delle esigenze di refrigerazione delle utenze servite;

- il surriscaldamento può essere modificato arrivando fino alla sua eliminazione (operando in overfeeding) solo ad alcuni o a tutti gli evaporatore che inibiscono l’innalzamento del set-point di pressione di evaporazione dei compressori: tali evaporatori possono essere identificati tramite i programmi di ottimizzazione delle pressione di evaporazione flottante in diffuso uso nei principali sistemi di controllo delle refrigerazione;

- la modifica del set-point di surriscaldamento può avvenire in continuo solo per alcuni o a tutti gli evaporatori in funzione del variare del livello di liquido nel separatore o per soglia al raggiungimento di alcuni valori di livello liquido discreti;

- la modifica del set-point di surriscaldamento può avvenire in continuo solo ad alcuni o a tutti gli evaporatori in funzione del variare dello stato di chiamata degli evaporatori dei rami che operano a livelli di evaporazione più bassi (in particolare quelli che operano a temperature negative) e alla distanza temporale rispetto allo sbrinamento successivo.

- lo sbrinamento degli evaporatori che operano a livelli di evaporazione più bassi (in particolare quelli che operano a temperature negative) può essere anticipato o posticipato in funzione del livello di liquido nel separatore.

L’invenzione permette di ottenere numerosi vantaggi che sono stati esposti nel corso della descrizione.

L’impianto frigorifero secondo l’invenzione è configurato in modo da consentire lo sfruttamento della tecnica di sovralimentazione di uno o più evaporatori senza influire negativamente sui compressori, ed è allo stesso tempo costruttivamente più semplice rispetto ai sistemi noti.

In particolare, grazie all’invenzione non si rendono necessari dispositivi per il ricircolo del liquido nel ramo di alta pressione, come ad esempio eiettori o pompe. L’utilizzo di dispositivi di ricircolo nel ramo di alta pressione, può essere previsto, ma solo ed eventualmente come dispositivo di sicurezza nel caso in cui ci fosse un eccessivo accumulo di liquido nel separatore.

Pur con soluzioni impiantistiche complessivamente semplici si possono quindi ottenere tutti i vantaggi della tecnica di overfeeding:

- eliminazione dell’inefficienza del surriscaldamento in uscita dall’evaporatore;

- maggiore utilizzo della superficie dell’evaporatore e conseguente possibilità di aumentare la temperatura di evaporazione e quindi di diminuire il dispendio energetico dei compressori;

- diminuzione della temperatura di aspirazione dei compressori e quindi allo scarico con relativa attenuazione dei problemi legati alle alte temperature di scarico quali il deterioramento dell’olio lubrificante e di alcune parti del compressore;

La presenza di un separatore di fase liquido/vapore a valle dell’evaporatore aumenta l’affidabilità del sistema in quanto previene il ritorno di liquido ai compressori anche in caso di guasto di uno degli organi di espansione (intesi come assieme di valvole, sonde di pressione, temperatura e controllo) presenti negli evaporatori o in caso di eccessivo ritorno di liquido formatosi dalla laminazione del flash gas. Questa eliminazione del rischio di ritorno di liquido può portare alla semplificazione degli organi di controllo del surriscaldamento come l’iniezione di gas caldo in aspirazione ai compressori e rendere superflua la presenza di sistemi quali le bottiglie anti-liquido. Grazie all’invenzione, diversamente dalle soluzioni di tecnica nota, tutti questi vantaggi sono però ottenibili con uno schema impiantistico semplice che non necessita del ricircolo del liquido in eccesso al ramo di alta pressione.

La soluzione alternativa di smaltimento del liquido di overfeeding prevista dall’invenzione risulta inoltre essere di per sé migliorativa dell’efficienza dell’impianto. Lo smaltimento del liquido generato dall’overfeeding ad un evaporatore operante ad un livello di refrigerazione più basso rende, infatti, possibile lo sfruttamento di un liquido refrigerante a più basso livello di entalpia. Ciò comporta un maggior salto entalpico disponibile alle utenze servite dal ramo di bassa pressione alimentato con tale liquido di overfeeding. L’aumento del salto entalpico a disposizione di tali utenze riduce la portata di refrigerante richiesta da queste stesse utenze. Di conseguenza, almeno limitatamente al ramo di bassa pressione interessato dall’alimentazione di tale liquido di overfeeding, si ha una diminuzione delle perdite di carico, nonché un minore consumo di energia da parte del gruppo compressore.

L’impianto frigorifero secondo l’invenzione non richiede quindi soluzioni impiantistiche complesse. I costi di impianto sono quindi paragonabili se non inferiore a quelli di impianti tradizionali.

L’impianto frigorifero secondo l’invenzione risulta inoltre affidabile e operativamente semplice da gestire. Non sono infatti richieste logiche di controllo più complesse di quelle già in uso negli impianti tradizionali.

Il metodo di gestione di un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione secondo l’invenzione preveda la possibilità di sfruttare la tecnica di sovralimentazione di uno o più evaporatori allo scopo di migliorare l’efficienza di scambio termico senza influire negativamente sul compressore ed operativamente semplice da implementare.

L’invenzione così concepita raggiunge pertanto gli scopi prefissi.

Ovviamente, essa potrà assumere, nella sua realizzazione pratica anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione.

Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le dimensioni, le forme ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle necessità.

Claims (24)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto frigorifero a più livelli di evaporazione, operante secondo un ciclo a compressione di vapore e comprendente un circuito (2) avente un ramo di alta pressione (HP), in cui è disposto almeno un scambiatore di calore (10), che funge da condensatore o gas cooler , e due o più rami di bassa pressione (LP1, LP2, LP3), ciascuno dei quali opera ad un differente livello di evaporazione per servire utenze aventi differenti esigenze di refrigerazione, in ciascun ramo di bassa pressione (LP1, LP2, LP3) detto impianto comprendendo un organo di laminazione (11’, 11”, 11”’), almeno un evaporatore (12’, 12”, 12”’) e un gruppo compressore (13’, 13”, 13”’), almeno un primo ramo di bassa pressione (LP1) operante ad un primo livello di evaporazione comprendendo un separatore di liquido (20’) che è collegato fluidicamente: - all’uscita dell’evaporatore (12’) di detto primo ramo di bassa pressione (LP1) per raccogliere il liquido in uscita dall’evaporatore stesso (12’) nel caso in cui quest’ultimo operi in condizioni di sovralimentazione; e - all’aspirazione del gruppo compressore (13’) di detto primo ramo di bassa pressione (LP1); caratterizzato dal fatto che detto separatore di liquido (10’) è inoltre fluidicamente collegato ad un secondo ramo di bassa pressione (LP2) operante ad un secondo livello di evaporazione più basso del primo a monte dell’organo di laminazione (11”) di tale secondo ramo di bassa pressione (LP2) tramite un primo condotto di collegamento (21’), e dal fatto che detto circuito (2) comprende primi mezzi valvolari (22”, 23’) che sono installati nel primo condotto di collegamento (21’) e nel secondo ramo di bassa pressione (LP2) e sono controllabili in modo tale che detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) sia alimentato alternativamente dal ramo di alta pressione (HP) o da detto separatore di liquido (20’) tramite detto primo condotto di collegamento (21’), detti primi mezzi valvolari (22”, 23’) essendo azionati per consentire l’alimentazione dell’evaporatore (12”) del secondo ramo di bassa pressione (LP2) con liquido proveniente dal separatore di liquido (20’) del primo ramo di evaporazione (LP1) quando l’evaporatore (12’) del primo ramo di evaporazione (LP1) è fatto operare in condizioni di sovralimentazione così da smaltire il liquido che si raccoglie in detto separatore di liquido (20’).
2. 2. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 1, in cui detti primi mezzi valvolari (22”, 23’) comprendono: - una prima valvola (22”) di collegamento tra il ramo di alta pressione (HP) e il secondo ramo di bassa pressione (LP2) e una seconda valvola (23’) installata su detto primo condotto di collegamento (21’), preferibilmente detta prima valvola (22”) essendo una valvola on-off e detta seconda valvola (23’) essendo una valvola di non ritorno, oppure - una valvola a tre vie, che collega il secondo ramo di pressione (LP2) alternativamente al ramo di alta pressione (HP) e al primo condotto di collegamento (21’).
3. 3. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto circuito (2) comprende almeno un terzo ramo di bassa pressione (LP3) che opera ad un terzo livello di evaporazione superiore al secondo livello di evaporazione e che comprende un proprio separatore di liquido (20”’) collegato fluidicamente: - all’uscita dell’evaporatore (12”’) di detto terzo ramo di bassa pressione (LP3) per raccogliere il liquido in uscita dall’evaporatore (12”’) nel caso in cui quest’ultimo operi in condizioni di sovralimentazione; e - all’aspirazione del gruppo compressore (13”’) di detto terzo ramo di bassa pressione (LP3).
4. 4. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 3, in cui il separatore di liquido (20”’) di detto terzo ramo di bassa pressione (LP3) è inoltre fluidicamente collegato a detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) operante a detto secondo livello di evaporazione più basso del primo e del terzo livello di evaporazione a monte dell’organo di laminazione (11”) di tale secondo ramo di bassa pressione (LP2) tramite un secondo condotto di collegamento (21”’), ed in cui detto circuito (2) comprende secondi mezzi valvolari (22”, 23”’) che sono installati sul secondo condotto di collegamento (21”’) e sul secondo ramo di bassa pressione (LP2) e sono controllabili in modo tale che detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) sia alimentato alternativamente dal ramo di alta pressione (HP) o dal separatore di liquido (20”’) di detto terzo ramo di bassa pressione (LP3) tramite detto secondo condotto di collegamento (21”’), detti secondi mezzi valvolari (22”, 23”’) essendo azionati per consentire l’alimentazione dell’evaporatore (12”) del secondo ramo di bassa pressione (LP2) con liquido proveniente dal separatore di liquido (20”’) del terzo ramo di evaporazione (LP3) quando l’evaporatore (12”’) del terzo ramo di evaporazione (LP3) è fatto operare in condizioni di sovralimentazione così da smaltire il liquido che si raccoglie in detto separatore di liquido (20”’).
5. 5. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 4, in cui detti secondi mezzi valvolari (22”, 23”’) comprendono: - una prima valvola (22”) di collegamento tra il ramo di alta pressione (HP) e il secondo ramo di bassa pressione (LP2) e una seconda valvola (23”’) installata su detto secondo condotto di collegamento (21”’), preferibilmente detta prima valvola (22”) essendo una valvola on-off e detta seconda valvola (23”’) essendo una valvola di non ritorno.
6. 6. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 3, in cui il terzo livello di evaporazione a cui opera il terzo ramo di bassa pressione (LP3) è più elevato del primo livello di evaporazione a cui opera il primo ramo di bassa pressione (LP1) ed in cui il separatore di liquido (20”’) del terzo ramo di bassa pressione (LP3) è inoltre fluidicamente collegato a detto primo ramo di bassa pressione (LP1) a monte dell’organo di laminazione (11’) di tale primo ramo di bassa pressione (LP1) tramite un secondo condotto di collegamento (21”’), detto circuito (2) comprendendo terzi mezzi valvolari (22’, 23”’) che sono installati sul secondo condotto di collegamento (21”’) e sul primo ramo di bassa pressione (LP1) e sono controllabili in modo tale che detto primo ramo di bassa pressione (LP1) sia alimentato alternativamente dal ramo di alta pressione (HP) o dal separatore di liquido (20”’) di detto terzo ramo di bassa pressione (LP3) tramite detto secondo condotto di collegamento (21”’), detti terzi mezzi valvolari (22’, 23”’) essendo azionati per consentire l’alimentazione dell’evaporatore (12’) del primo ramo di bassa pressione (LP1) con liquido proveniente dal separatore di liquido (20”’) del terzo ramo di evaporazione (LP3) quando l’evaporatore (12”’) del terzo ramo di evaporazione (LP3) è fatto operare in condizioni di sovralimentazione così da smaltire il liquido che si raccoglie in detto separatore di liquido (20”’).
7. 7. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 6, in cui detti terzi valvolari (22’, 23”’) comprendono: - una prima valvola (22’) di collegamento tra il ramo di alta pressione (HP) e il primo ramo di bassa pressione (LP1) e una seconda valvola (23”’) installata su detto secondo condotto di collegamento (21”’), preferibilmente detta prima valvola (22’) essendo una valvola on-off e detta seconda valvola (23”’) essendo una valvola di non ritorno, oppure - una valvola a tre vie, che collega il primo ramo di bassa pressione (LP1) alternativamente al ramo di alta pressione (HP) e al secondo condotto di collegamento (21”’).
8. 8. Impianto frigorifero secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il ramo di alta pressione (HP) comprende un ricevitore di liquido (16) disposto a valle dello scambiatore di calore(10).
9. 9. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 8, in cui ciascun separatore di liquido (20’, 20”’) è collegato fluidicamente a detto ricevitore di liquido tramite una pompa (30) per scaricare il liquido raccolto nel separatore di liquido (20’, 20”’) al ricevitore (16) nel caso di superamento di un livello di sicurezza all’interno del separatore di liquido (20’, 20”’).
10. 10. Impianto frigorifero secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun separatore di liquido (20’, 20”’) è dotato di mezzi di rilevazione del livello di liquido.
11. 11. Impianto frigorifero secondo le rivendicazioni 9 e 10, in cui detti mezzi di rilevazione del livello sono posti a tre differenti livelli del separatore: - un livello minimo, al di sotto del quale i mezzi valvolari sono azionati per impedire l’alimentazione di liquido da parte del separatore a vantaggio del ramo di alta pressione (HP); - un livello intermedio, al di sopra del quale i mezzi valvolari sono azionati per consentire l’alimentazione di liquido da parte del separatore in alternativa al ramo di alta pressione (HP); e - un livello massimo, al di sopra del quale detta pompa (30) viene attivata per ricircolare almeno parte del liquido a detto ricevitore (16), oppure, in alternativa o congiuntamente, per l’evaporatore che scarica nel separatore viene interrotta la sovralimentazione ripristinando un grado di surriscaldamento.
12. 12. Impianto frigorifero secondo una qualsiasi delle rivendicazione da 8 a 11, in cui il ciclo a compressione di vapore utilizza CO2 come refrigerante, il ramo di alta pressione (HP) comprendendo un dispositivo di laminazione (15) disposto tra lo scambiatore di calore (10), che funge da condensatore o gas cooler, e il ricevitore di liquido (16).
13. 13. Impianto frigorifero secondo la rivendicazione 12, in cui il ricevitore di liquido (15) è collegato tramite un valvola di flash gas (17) alternativamente o esclusivamente: - in aspirazione al gruppo compressore (13’, 13”’) del ramo di bassa pressione (LP1, LP3) operante al più alto livello di evaporazione; oppure - al separatore di liquido (20’, 20”’) del ramo di bassa pressione (LP1, LP3) operante al più alto livello di evaporazione.
14. 14. Impianto frigorifero secondo una o più delle rivendicazioni precedenti in cui i gruppi compressori (13’, 13”; 13”’) dei differenti rami di bassa pressione sono collegati al ramo di alta pressione: - tutti in serie tra loro secondo il loro rispettivo livello di evaporazione; oppure - tutti in parallelo; oppure - secondo uno schema misto serie e parallelo.
15. 15. Impianto frigorifero secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui lo scarico del gruppo compressore (13’, 13”) di un ramo di bassa pressione (LP2) è collegato, alternativamente o esclusivamente, all’aspirazione del gruppo compressore (13’) oppure al separatore di liquido (20’) di un ramo di bassa pressione (LP1) operante ad un livello di evaporazione superiore.
16. 16. Metodo di gestione di un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione, detto impianto operando secondo un ciclo a compressione di vapore e comprendendo un circuito (2) avente un ramo di alta pressione (HP), in cui è disposto almeno uno scambiatore di calore (10), che funge da condensatore o gas cooler, e due o più rami di bassa pressione (LP1, LP2, LP3), ciascuno dei quali opera ad un differente livello di evaporazione per servire utenze aventi differenti esigenze di refrigerazione, in ciascun ramo di bassa pressione (LP1, LP2, LP3) detto impianto comprendendo un organo di laminazione (11’, 11”, 11”’), almeno un evaporatore (12’, 12”, 12”’) e un gruppo compressore (13’, 13”, 13”’), detto metodo comprendendo le seguenti fasi operative: - a) regolare il grado di surriscaldamento dell’almeno un evaporatore (12’, 12”, 12”’) di ciascun ramo di bassa pressione in funzione del carico termico istantaneo imposto dall’utenza secondo una logica di riduzione della potenza assorbita dal relativo gruppo compressore (13’, 13”, 13”’); - b) eliminare il grado di surriscaldamento dell’almeno un evaporatore (12’) di almeno un primo ramo di bassa pressione (LP1) operante ad un primo livello di evaporazione facendolo operare in condizioni di sovralimentazione al fine di migliorare lo sfruttamento della superficie di scambio termico in detto evaporatore (12’) secondo una logica di riduzione della potenza assorbita dal relativo gruppo compressore (13’, 13”, 13”’); - c) raccogliere il liquido in uscita da tale evaporatore (12’) in un separatore di liquido (20’), alimentando il gruppo compressore (13’) di tale primo ramo di bassa pressione solo con la fase gas presente in tale separatore (20’), caratterizzato dal fatto di comprendere una fase operativa d) di smaltire il liquido che si raccoglie in detto separatore di liquido (20’) alimentando in modo esclusivo con tale liquido un secondo ramo di bassa di pressione (LP2) operante ad un livello di evaporazione inferiore al primo, interrompendo temporaneamente l’alimentazione di detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) da parte del ramo di alta pressione (HP).
17. 17. Metodo di gestione di un impianto frigorifero a più livelli di evaporazione, in cui: - se detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) opera al più basso livello di evaporazione dell’impianto, durante detta fase c) di smaltimento del liquido l’evaporatore (12”) di detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) è fatto operare mantenendo un grado di surriscaldamento in uscita al rispettivo evaporatore (12”) per evitare che liquido sia aspirato dal gruppo compressore (13”) di detto secondo ramo di bassa pressione (LP2), - se detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) opera ad un livello di evaporazione intermedio tra i differenti livelli di evaporazione dell’impianto, durante detta fase d) di smaltimento del liquido: - l’evaporatore (12”) di detto secondo ramo di bassa pressione (LP2) può essere fatto operare mantenendo un grado di surriscaldamento in uscita al rispettivo evaporatore (12”) per evitare che liquido sia aspirato dal gruppo compressore (13”) di detto secondo ramo di bassa pressione (LP2); oppure - si ripetono le fasi b), c) e d) anche su detto secondo ramo di bassa pressione (LP2), operando in cascata su un altro ramo di bassa pressione operante ad un livello di evaporazione inferiore.
18. 18. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui almeno due differenti rami di bassa pressione (LP1, LP3) sono fatti operare entrambi in condizioni di sovralimentazione effettuando per entrambi detta fase b) ed in cui in detta fase d) si smaltisce il liquido in uscita dagli evaporatori (12’, 12”’) di detti almeno due differenti rami di bassa pressione (LP1, LP3) e raccolto in rispettivi separatori di liquido (20’, 20”’) alimentando temporaneamente in modo esclusivo con tale liquido uno stesso ramo di bassa pressione (LP2) operante ad un livello di evaporazione inferiore.
19. 19. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo la rivendicazione 16, 17 o 18, comprendente una fase e) di rilevazione del livello di liquido raccolto nel separatore di fase (20’, 20”’).
20. 20. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo la rivendicazione 19, in cui detta fase d) di smaltimento del liquido raccolto nel separatore di fase (20’, 20”’) viene interrotta se durante la fase e) di rilevazione del livello viene rilevato un livello di liquido inferiore ad un livello minimo prefissato.
21. 21. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo la rivendicazione 19 o 20, comprendente una fase f) di ricircolare tramite una pompa (30) il liquido raccolto nel separatore di fase (20’, 20”’) ad un ricevitore di liquido (16) disposto nel ramo di alta pressione (HP), detta fase f) essendo effettuata se durante la fase e) di controllo del livello viene rilevato un livello di liquido superiore ad un livello massimo prefissato.
22. 22. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo la rivendicazione 19, 20 o 21, in cui detta fase b) di eliminare il grado di surriscaldamento dell’evaporatore operando in sovralimentazione viene interrotta e viene ripristinato un grado di surriscaldamento, se durante la fase e) di controllo del livello viene rilevato un livello di liquido superiore ad un livello massimo prefissato.
23. 23. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo una o più delle rivendicazioni da 19 a 22, comprendente un fase g) di sbrinamento di uno o più degli evaporatori (12’, 12”, 12”’), detta fase g) di sbrinamento essendo anticipata o posticipata in funzione del livello di liquido raccolto nel rispettivo separatore di liquido (20’, 20”’).
24. 24. Metodo di gestione di un impianto frigorifero secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere gestito in modo automatico tramite un’unità elettronica di controllo.