ES2198461T3 - Sistema de circulacion de refrigerante. - Google Patents
Sistema de circulacion de refrigerante.Info
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Abstract
EL SISTEMA UTILIZA UNA MEZCLA NO AZEOTROPICA COMO REFRIGERANTE Y COMPRENDE: UN CIRCUITO REFRIGERANTE PRINCIPAL CONECTADO POR UN COMPRESOR (1), UNA VALVULA DE CUATRO VIAS (2), UN INTERCAMBIADOR DE CALOR EXTERNO (3), UN PRIMER DISPOSITIVO DE OBTURACION (4A-C), UNA PLURALIDAD DE INTERCAMBIADORES DE CALOR INTERNOS (5A-C), Y UN RECEPTOR DE BAJA PRESION (6); UN CIRCUITO DE DERIVACION QUE DIVERGE DESDE LA PARTE DE DESCARGA DEL COMPRESOR (1) Y QUE SE EXTIENDE A TRAVES DE UNA COMPOSICION QUE DETECTA EL INTERCAMBIADOR DE CALOR (9) Y UN SEGUNDO DISPOSITIVO OBTURADOR (8) EN EL LATERAL DE BAJA PRESION; UN VENTILADOR EXTERNO (7) ASOCIADO CON EL INTERCAMBIADOR DE CALOR EXTERNO (3); UN PRIMER DETECTOR DE TEMPERATURA (103) PARA DETECTAR LA TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE AGUAS ARRIBA DEL SEGUNDO DISPOSITIVO DE OBTURACION (9); UN SEGUNDO DETECTOR DE TEMPERATURA (104) PARA DETECTAR LA TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE AGUAS ABAJO DEL SEGUNDO DISPOSITIVO DE OBTURACION (8); UN PRIMER DETECTOR DE PRESION (102) PARA DETECTAR LA PRESION AGUAS ABAJO DEL SEGUNDO DISPOSITIVO DE OBTURACION (8); UN TERCER DETECTOR DE TEMPERATURA (105A-C) PARA DETECTAR TEMPERATURA EN EL CIRCUITO PRINCIPAL ENTRE EL PRIMER DISPOSITIVO DE OBTURACION (4A-C) Y LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR INTERNOS (5A-C); UN CUARTO DETECTOR DE TEMPERATURA (106A-C) PARA DETECTAR TEMPERATURA EN EL LATERAL DE BAJA PRESION; UN SEGUNDO DETECTOR DE PRESION (101) PARA DETECTAR LA PRESION EN LOS LATERALES DE ALTA PRESION, UN DISPOSITIVO (21) PARA CALCULAR LA COMPOSICION DE LA MEZCLA REFRIGERANTE, UN CONTROLADOR PRINCIPAL (22) PARA CONTROLAR LA VELOCIDAD DEL COMPRESOR (1) Y LA VELOCIDAD DEL VENTILADOR (7) SOBRE LA BASE DE LA COMPOSICION Y PRESION REFRIGERANTE; Y UN CONTROLADOR (23) PARA CONTROLAR LA APERTURA DEL PRIMER DISPOSITIVO DE OBTURACION (4A-C).
Description
Sistema de circulación de refrigerante.
Esta invención se refiere a un sistema de
circulación de refrigerante utilizado en sistemas de refrigeración
y acondicionamiento de aire, etc, en el que se utiliza una mezcla
refrigerante, tal como una mezcla refrigerante no azeotrópica
incluyendo hidrofluorocarbono como el ingrediente principal.
La figura 29 muestra un sistema convencional de
refrigeración y acondicionamiento que utiliza mezcla refrigerante
no azeotrópica, descrito en ka Publicación de Patente japonesa
postexaminada 6-12201, por ejemplo. En esta figura,
el número de referencia 1 identifica un compresor, 5 un
termointercambiador interior, 4a y 4b dispositivos principales de
estrangulamiento, y 3 un termointercambiador exterior. Están
dispuestos en un tubo de refrigerante para completar un circuito
principal para un ciclo refrigerante. El número de referencia 29
representa una columna rectificante a cuya porción superior está
conectada un depósito superior de columna 31 mediante un tubo de
refrigerante 50 y un tubo de refrigerante 51 que incluye una fuente
de refrigeración 30. A la parte inferior de la columna rectificante
29 está conectado un depósito inferior de columna 33 mediante un
tubo de refrigerante 52 y un tubo de refrigerante 53 que incluye
una fuente de calefacción 32.
Un tubo que se extiende entre los dispositivos
principales de estrangulamiento 4a y 4b se separa en un tubo de
refrigerante 54 y un tubo de refrigerante 55. El tubo de
refrigerante 54 incluye una válvula de cierre 34 y está conectado al
depósito superior de columna 31, y el tubo de refrigerante 55
incluye una válvula de cierre 36 y está conectado al depósito
inferior de columna 33. El lado situado hacia arriba del
termointercambiador exterior 3 está conectado al depósito superior
de columna 31 mediante un tubo de refrigerante 56 que soporta un
dispositivo de subestrangulamiento 37 y una válvula de cierre 38, y
conectado al depósito inferior de columna 33 mediante un tubo de
refrigerante 57 que soporta el dispositivo de subestrangulamiento
37 y una válvula de cierre 39. Un orificio de salida del depósito
superior de columna 31 al tubo de refrigerante 56 está colocado en
la parte inferior del depósito superior de columna 31, y un
orificio de salida del depósito inferior de columna 33 al tubo de
refrigerante 57 está colocado en la parte inferior del depósito
inferior de columna 33.
En el montaje antes mencionado, el vapor a alta
temperatura y presión alta de la mezcla refrigerante no azeotrópica
(denominada simplemente ``refrigerante'' a continuación) comprimida
por el compresor 1 fluye en la dirección indicada por una flecha A,
y se condensa por el termointercambiador interior 5, y después
entra en el dispositivo principal de estrangulamiento 4a. En una
operación usual, las válvulas de cierre 34 y 36 están cerradas, y
por lo tanto el refrigerante entra directamente en el dispositivo
principal de estrangulamiento 4b, y el refrigerante que se ha
puesto en una condición de temperatura baja y baja presión se
evapora en el termointercambiador exterior 3 y después entra de
nuevo en el compresor 1.
En caso de que se cambie la composición del
refrigerante que fluye en este circuito principal, para cambiar
primero el refrigerante que fluye en el circuito principal al de la
composición en la que se incluye abundantemente un componente de
punto de ebullición alto, se cierran las válvulas de cierre 38 y 34
y se abren las válvulas de cierre 39 y 36. En estas condiciones, el
flujo de refrigerante en el circuito principal que sale del
dispositivo principal de estrangulamiento 4a se divide de manera
que una porción del refrigerante fluya en la válvula de cierre 36
que está abierta y el resto fluye en el dispositivo principal de
estrangulamiento 4b de la misma manera que en el funcionamiento
normal. El refrigerante que fluye en la válvula de cierre 36 se
introduce después en el depósito inferior de columna 33. Una
porción del refrigerante que entra en el depósito inferior de
columna 33 entra después en el dispositivo de subestrangulamiento
37 mediante la válvula de cierre 39 que se está abriendo, y después
se une al refrigerante que fluye en el circuito principal hacia
arriba con respecto al termointercambiador interior 5. El resto del
refrigerante que entró en el depósito inferior de columna 33 entra
después en el tubo de refrigerante 53 incluyendo la fuente de
calefacción 32, y después de calentarse sube dentro de la columna
rectificante 29 en forma de vapor. Entonces, el refrigerante
líquido reservado dentro del depósito superior de columna 31 fluye
en el tubo de refrigerante 50 y baja dentro de la columna
rectificante 29 de manera que contacte
vapor-líquido con el vapor de refrigerante que sube.
Como resultado, se realiza la denominada rectificación.
Así, la densidad del componente de punto de
ebullición bajo en el vapor de refrigerante aumenta a medida que
sube dentro de la columna rectificante 29, y se licua cuando se
introduce en la fuente de refrigeración 30. Después, el
refrigerante licuado es reservado dentro del depósito superior de
columna 31 puesto que la válvula de cierre está cerrada. Se repite
tal rectificación, y finalmente, sucede que solamente el
refrigerante con abundante componente de punto de ebullición bajo
se reserva dentro del depósito superior de columna 31. Por lo
tanto, el refrigerante que fluye en el circuito principal se
convierte en uno con la composición en la que abunda sumamente el
componente de punto de ebullición alto.
Para cambiar el refrigerante que fluye en el
circuito principal al de la composición en la que se incluye
abundantemente un componente de punto de ebullición bajo, se abren
las válvulas de cierre 38 y 34 y se abren las válvulas de cierre 39
y 36. En estas condiciones, el flujo de refrigerante en el circuito
principal que sale del dispositivo principal de estrangulamiento 4a
se divide de manera que una porción del refrigerante fluya al
depósito superior de columna 31 mediante la válvula de cierre 34
que ahora está abierta, y después una porción del refrigerante que
fluyó al depósito superior de columna 31 fluye en la válvula de
cierre 38 que ahora está abierta, el tubo de refrigerante 56 y la
válvula de subestrangulamiento 37 por orden y se une al refrigerante
que fluye en el circuito principal. Por otra parte, el resto del
refrigerante que fluyó al depósito superior de columna 31 entra en
la columna rectificante 29 mediante el tubo de refrigerante 50 y
cae dentro de la columna rectificante 29. Entonces, el refrigerante
en fase líquido que está cayendo dentro de la columna rectificante
29 contacta vapor-líquido con una porción del
refrigerante reservado dentro del depósito inferior de columna 33
que después es vaporizado por calor por la fuente de calefacción 32
y sube dentro de la columna rectificante de refrigeración 29, de
manera que se realiza la denominada rectificación. Así, la densidad
del componente de punto de ebullición alto en el refrigerante
líquido que cae dentro de la columna rectificante de refrigeración
29 aumenta a medida que avanza dentro de la columna rectificante
29. El refrigerante líquido resultante se reserva en el depósito
inferior de columna 33 puesto que la válvula de cierre 39 está
cerrada. Tal rectificación se repite, y finalmente, se sigue que
solamente el refrigerante con abundante componente de punto de
ebullición alto se reserva dentro del depósito inferior de columna
33. Por lo tanto, el refrigerante que fluye en el circuito
principal es uno en cuya composición abunda sumamente el componente
de punto de ebullición bajo.
Además, un ejemplo de medios para detección de
componentes de la composición de mezcla refrigerante no azeotrópica
en el ciclo de refrigeración directamente del refrigerante se
describe en la Publicación de Patente japonesa no examinada
6-101912, por ejemplo.
En tales sistemas de refrigeración y
acondicionamiento de aire de la técnica anterior, puesto que no hay
medios para detectar la composición de refrigerante usada, es
imposible calcular la temperatura de saturación en base al valor de
detección de presión, en el caso en que se cambie la composición de
circulación. Por lo tanto, por ejemplo, en un sistema de
refrigeración y acondicionamiento de aire de tipo múltiple en el
que se realiza el control del flujo de refrigeración que circula
mediante una pluralidad de máquinas interiores, puesto que el grado
de abertura de un dispositivo de estrangulamiento se determina en
base al grado de superrefrigeración o recalentamiento de
refrigerante en el orificio de entrada de un termointercambiador,
es imposible juzgar correctamente la temperatura de condensación y
la temperatura de evaporación, lo que dificulta distribuir
correctamente el refrigerante a las respectivas máquinas interiores.
Además, en un sistema en el que la velocidad de rotación de un
compresor y la velocidad de rotación de un ventilador exterior son
controladas para mantener constantes la temperatura de condensación
y la temperatura de evaporación, es imposible controlar
correctamente las velocidades de rotación del compresor y el
ventilador exterior para llevar a cabo una operación de alta
eficiencia.
Además, en un sistema en el que el control se
realiza midiendo directamente la composición del refrigerante,
puesto que los instrumentos de medición deben corresponder con los
varios estados de refrigerante, es necesario usar instrumentos
complicados, y es difícil efectuar la medición con alta precisión.
Por lo tanto, este sistema tiene muchos problemas por resolver para
ponerlo en uso práctico.
EP-A-0693663, que
es literatura intermedia en el sentido del Artículo 54(3)
EPC, describe un sistema de circulación de refrigerante que supera
muchos de los problemas anteriores.
EP-A0 586 193 describe un sistema
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Esta invención pretende estimar la composición de
refrigerante que circula mediante un circuito de refrigerante y
llevar a cabo el control dependiendo de la composición estimada de
refrigerante.
Además, esta invención permite el control
dependiendo de un estado de operación.
Esta invención puede resolver los problemas del
sistema que tiene una pluralidad de máquinas interiores, y
proporciona un sistema de alta precisión para mantener la
composición de refrigerante en todo momento.
Además, esta invención proporciona un sistema de
alta precisión que es práctico y se puede fabricar a un precio
bajo.
Un sistema de circulación de refrigerante según
la invención incluye: un circuito principal de refrigerante para
circular mezcla refrigerante, incluyendo el circuito principal de
refrigerante un compresor, una válvula de control de dirección, un
condensador, un primer dispositivo de estrangulamiento y un
evaporador; un circuito de derivación que diverge de un punto entre
la porción de descarga del compresor y la válvula de control de
dirección, y conectado mediante un termointercambiador de detección
de composición y un segundo dispositivo de estrangulamiento a un
punto entre la porción de admisión del compresor y la válvula de
control de dirección; primeros medios detectores de temperatura
situados en un punto entre el termointercambiador de detección de
composición y el segundo dispositivo de estrangulamiento, detectando
los primeros medios detectores de temperatura la temperatura de
refrigerante hacia arriba del segundo dispositivo de
estrangulamiento; segundos medios detectores de temperatura
situados en un punto entre el termointercambiador de detección de
composición y el segundo dispositivo de estrangulamiento, detectando
los segundos medios detectores de temperatura la temperatura de
refrigerante hacia abajo del segundo dispositivo de
estrangulamiento; primeros medios detectores de presión situados en
el lado de admisión del compresor, y para detectar la presión de
refrigerante en el lugar donde se sitúa; un dispositivo de cálculo
de composición para calcular la composición de mezcla refrigerante
en base a la temperatura y presión detectadas del refrigerante;
segundos medios detectores de presión situados entre el lado de
descarga del compresor y el circuito de derivación, y para detectar
la presión de refrigerante en el lugar donde se sitúa; y un
controlador principal para controlar al menos el número de
revoluciones del compresor o el número de revoluciones de un
ventilador dispuesto en el condensador o evaporador, en base a la
composición calculada de refrigerante y la presión detectada de
refrigerante.
Por consiguiente, es posible construir un sistema
efectivo en el que la fiabilidad es alta independientemente de
cualquier forma de operación, puesto que la composición de
circulación se calcula para controlar el aparato.
En el sistema de circulación de refrigerante, el
circuito principal de refrigerante incluye además un acumulador, y
el circuito de derivación está en un punto entre el acumulador y la
válvula de control de dirección. Y el sistema de circulación de
refrigerante incluye además un tercer dispositivo de
estrangulamiento para acoplar la entrada de lado de presión alta del
termointercambiador de detección de composición y la entrada de
lado de baja presión del termointercambiador de detección de
composición.
Por consiguiente, puesto que la vibración en el
punto de conexión del lado de baja presión del termointercambiador
de detección de composición es baja, se puede aumentar la
fiabilidad, y puesto que el grado de recalentamiento del
refrigerante que es aspirado al compresor resulta pequeño, es
posible construir un sistema efectivo.
En el sistema de circulación de refrigerante, el
circuito principal de refrigerante está conectado por un compresor,
una válvula de control de dirección, un termointercambiador
exterior, un primer dispositivo de estrangulamiento y un
termointercambiador interior. El compresor, el termointercambiador
exterior y el circuito de derivación se alojan dentro de una
máquina exterior.
Por consiguiente, puesto que el circuito de
derivación se acomoda dentro de la máquina exterior así como el
compresor y el termointercambiador exterior, es posible obtener una
composición de circulación exacta, y proporcionar un sistema de
bajo costo con una construcción simple.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención incluye además: un controlador de
estrangulamiento para controlar la abertura del primer dispositivo
de estrangulamiento; y un controlador total incluyendo un
temporizador y para controlar las temporizaciones de control del
dispositivo de cálculo de composición, controlador principal y
controlador de estrangulamiento.
Por consiguiente, puesto que el calculador de
composición, el controlador principal y el controlador de
estrangulamiento son controlados en temporización, es posible
controlarlos por rastreo con buena condición independientemente de
todo cambio de las condiciones operativas, y construir un sistema
efectivo en el que la fiabilidad es alta.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención incluye además: terceros medios detectores de
temperatura para detectar la temperatura en el circuito principal
entre el primer dispositivo de estrangulamiento y el
termointercambiador interior; cuartos medios detectores de
temperatura para detectar la temperatura en la porción de presión
baja; segundos medios detectores de presión para detectar la
presión en la porción de presión alta; un dispositivo de cálculo de
composición para calcular la composición de cada uno de los
componentes de mezcla refrigerante; un controlador principal para
controlar el número de revoluciones del compresor o el número de
revoluciones de un ventilador exterior; un controlador de
estrangulamiento para controlar la abertura del primer dispositivo
de estrangulamiento; y un controlador total incluyendo un
temporizador y para controlar las temporizaciones de control del
dispositivo de cálculo de composición, el controlador principal y el
controlador de estrangulamiento.
Por consiguiente, es posible detectar la
composición de circulación, calcular la temperatura de condensación
y la temperatura de evaporación en base a los valores detectados de
esta composición de circulación y la presión alta y presión baja,
respectivamente, y controlar el número de revoluciones del
compresor, el número de revoluciones del ventilador exterior, la
abertura del dispositivo de estrangulamiento, etc, de manera que la
temperatura de condensación y la temperatura de evaporación sean
constantes. Esto permite la materialización de la operación
efectiva incluso cuando la condición operativa cambió la
composición de circulación.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención se caracteriza porque el dispositivo de cálculo
de composición detecta una cantidad física representativa de un
estado operativo de circulación de refrigerante, y cambia el
intervalo de tiempo para el cálculo de composición cuando el cambio
de tiempo del valor detectado es superior a un valor
predeterminado.
Haciendo más corta la temporización de cálculo de
la composición de circulación, por ejemplo, cuando se considera que
el cambio de tiempo de una cantidad física detectada es grande, la
composición se puede detectar después del cambio de composición en
la condición inestable para ser capaz de llevar a cabo el control
con la composición deseada de circulación en todo momento, y también
se puede lograr la ventaja de una buena controlabilidad y carga de
cálculo reducida.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención se caracteriza porque la temporización de
control del controlador total se controla en base al intervalo de
tiempo del cálculo de composición del dispositivo de cálculo de
composición.
Es posible llevar a cabo la operación que siempre
se basa en la composición de circulación, y mantener
preferiblemente la eficiencia del sistema.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque el termointercambiador
interior incluye una pluralidad de termointercambiadores adaptados
para operar de manera que una parte de los mismos esté operando y
la otra no esté operando.
Según la invención, es posible distribuir
fiablemente refrigerante incluso cuando algunas máquinas interiores
están paradas, y construir un sistema fiable y efectivo.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención se caracteriza porque el segundo dispositivo de
estrangulamiento y una porción de tubo entre el segundo dispositivo
de estrangulamiento y el termointercambiador de detección de
composición están aislados térmicamente.
Aislando térmicamente el segundo dispositivo de
estrangulamiento y los tubos antes y detrás de él y prohibiendo la
distribución mutua de calor entre la porción de estrangulamiento y
el aire circundante, el refrigerante realiza el comportamiento
seguro de cambio de equi-entalpía en la porción de
estrangulamiento, y por ello es posible mejorar la exactitud al
detectar la composición de circulación.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención se caracteriza porque la composición de
circulación obtenida mediante el cálculo del dispositivo de cálculo
de composición se compensa con respecto a la temperatura del aire
exterior.
Determinando la cantidad de intercambio térmico
entre el exterior en base a la temperatura del aire exterior, y
realizando compensación a la composición calculada, es posible
buscar la composición de circulación con precisión
independientemente de cambio del aire exterior, y mejorar la
exactitud de detección de composición con bajo costo.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque un primer dispositivo de
estrangulamiento para una máquina interior que no está funcionando
se controla de manera que tenga una abertura predeterminada al
tiempo de la operación de calefacción.
Según la invención, controlando un dispositivo de
estrangulamiento de una máquina interior parada con su abertura
apropiada para evitar la recogida de refrigerante en la máquina
interior parada y limitar la variación de la composición de
circulación, puesto que el ciclo refrigerante se puede controlar
con la composición que se hizo que se estabilizase en todo momento,
también es posible llevar a cabo el cálculo con composición de
circulación controlable y efectiva.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque un primer dispositivo de
estrangulamiento para una máquina interior que no está funcionando
se controla de manera que se cierre al tiempo de la operación de
calefacción.
Según la invención, liberando totalmente la
abertura de un dispositivo de estrangulamiento para una máquina
interior parada, puesto que el refrigerante a circular mediante
máquinas interiores que están funcionando no circula en la máquina
interior parada, y todo el refrigerante que fluye mediante el
circuito principal intercambia calor en las máquinas interiores que
están funcionando, es posible operar el sistema eficientemente.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque la abertura de un primer
dispositivo de estrangulamiento para una máquina interior que no
está funcionando se controla en base al nivel de líquido dentro de
un depósito de líquido previsto en la porción de presión baja del
sistema de circulación de refrigerante.
Según la invención, controlando la abertura de un
dispositivo de estrangulamiento para una máquina interior parada en
base al nivel de líquido del refrigerante líquido, puesto que la
variación de circulación se puede restringir y el ciclo
refrigerante se puede controlar con la composición que se hizo
estabilizarse, es posible proporcionar un sistema controlable y
efectivo.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque un primer dispositivo de
estrangulamiento respectivo para una máquina interior respectiva
que no está funcionando se controla de manera que se abra a
diferentes temporizaciones, cuando el refrigerante residente en las
máquinas interiores que no están funcionando se hace volver al
circuito principal.
Según la invención, cuando el refrigerante
líquido que reside en una pluralidad de máquinas interiores paradas
se hace volver al circuito principal, para recogerlo de las
respectivas máquinas interiores paradas individualmente a
diferentes temporizaciones, es posible limitar el cambio rápido del
nivel de líquido dentro del receptor de presión baja. Por lo tanto,
dado que se puede evitar el cambio rápido de composición
resultante, se puede aumentar la fiabilidad del sistema de
refrigeración y acondicionamiento de aire propiamente dicho, y es
posible operar el sistema con una composición de circulación
eficiente.
Además el sistema de circulación de refrigerante
según la invención se caracteriza porque el sistema de circulación
de refrigerante incluye un dispositivo de seguridad para examinar
si la composición calculada por el dispositivo de cálculo de
composición está dentro de un rango de una composición
predeterminada y parar la unidad cuando el examen muestra que la
composición detectada no está dentro de un rango apropiado, y/o un
dispositivo de visualización para visualizar la composición cuando
se detecta su anomalía.
Cuando la composición detectada excede de una
banda de composición predeterminada, las unidades se pueden parar,
y se puede visualizar la composición de circulación que se compone
en ese tiempo. Por lo tanto, es posible elevar seguridad y mejorar
la capacidad de mantenimiento.
En el sistema de circulación de refrigerante, el
circuito principal de refrigerante incluye además un separador de
aceite, un circuito de derivación diverge de un punto entre el
separador de aceite y la válvula de control de dirección, y se ha
previsto un tercer dispositivo de estrangulamiento para acoplar la
entrada de lado de presión alta del termointercambiador de detección
de composición a la salida de lado de baja presión del
termointercambiador de detección de composición.
Según esta disposición de derivación, puesto que
el grado de sobrerrefrigeración de refrigerante a la entrada del
segundo dispositivo de estrangulamiento es fácil de asegurar, es
posible hacer más amplio el rango dentro del que la composición de
circulación puede ser detectada, y puesto que es poco el aceite que
fluye al circuito de derivación, es posible llevar a cabo la
detección de composición de circulación en una condición siempre
estabilizada.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se puede configurar de manera que los segundos
medios detectores de presión estén situados en un tubo que conecta
la porción de entrada del compresor y la válvula de control de
dirección que está situada en la conexión del lado de baja presión
del termointercambiador de detección de composición al tubo que
conecta la porción de entrada del compresor y la válvula de control
de dirección.
Según la invención, es posible detectar la
composición de circulación con alta precisión y en una condición
siempre estabilizada, puesto que no hay influencia de la pulsación
en el circuito de derivación.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque los segundos medios
detectores de temperatura están situados se manera que estén
separados del segundo dispositivo de estrangulamiento al menos una
distancia correspondiente a la longitud de tubo mediante la que se
desarrolla el flujo de refrigerante bifásico.
Según la invención, puesto que la temperatura del
refrigerante bifásico de presión baja en el circuito de derivación
puede ser detectada con precisión, es posible elevar la exactitud
de la detección para la composición de circulación.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según esta invención se caracteriza porque la pérdida de presión en
el lado de baja presión del termointercambiador de detección de
composición se fija de tal manera que la presión en un sensor de
presión baja sea sustancialmente coincidente con la presión en la
porción de entrada del compresor.
Según la invención, puesto que la presión de
salida del segundo dispositivo de estrangulamiento es coincidente
con la salida de lado de baja presión, es posible elevar la
exactitud de la detección de la composición de circulación; esto
permite el control efectivo.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención incluye además: un dispositivo de cálculo de
pérdida de presión del lado de baja presión para el
termointercambiador de detección de composición.
Según la invención, dado que se puede detectar la
presión de salida del segundo dispositivo de estrangulamiento y la
salida de lado de presión baja, es posible elevar la exactitud de
la detección para la composición de circulación; esto permite el
control efectivo.
Además, el sistema de circulación de refrigerante
según la invención incluye además: un controlador de operación de
regulación de composición que proporciona un estado de operación en
el que la composición de circulación es conocida previamente; y un
dispositivo de cálculo de valor de compensación de composición para
calcular la diferencia entre el valor de composición calculado en
dicho tiempo y una composición de circulación conocida previamente;
y se caracteriza porque la composición calculada en el dispositivo
de cálculo de composición se compensa en base al valor de
compensación de composición buscado al tiempo de la operación de
regulación de composición.
Dado que el valor calculado de la composición de
circulación se puede compensar a un valor adecuado, es posible
elevar la exactitud de la detección de la composición de
circulación.
La figura 1 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una primera realización de esta invención.
La figura 2 es un diagrama de bloques que
representa una operación de control del sistema de la primera
realización.
La figura 3 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de control hecho por un controlador total en la
primera realización.
La figura 4 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de cálculo de composición hecho por el sistema
de la primera realización.
La figura 5 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de control hecho por un controlador principal
en la primera realización.
La figura 6 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de control hecho por un controlador de
estrangulamiento en la primera realización.
La figura 7 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de control hecho por un controlador total en
una segunda realización de esta invención.
La figura 8 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una tercera realización de esta invención.
La figura 9 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una cuarta realización de esta invención.
La figura 10 es un diagrama de bloques que
representa una operación de control del sistema de la cuarta
realización.
La figura 11 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de cálculo de composición hecho por el sistema
de la cuarta realización.
La figura 12 es una vista de compensación de
composición que representa la relación entre la temperatura del
aire exterior y valores de composición compensados para explicar
esta invención.
La figura 13 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una quinta realización de esta invención.
La figura 14 es un diagrama de flujo que muestra
un flujo de control hecho por un controlador de estrangulamiento en
la quinta realización.
La figura 15 es una vista relacional que
representa la relación entre el nivel de líquido dentro de un
receptor de presión baja utilizado en esta invención y el
componente de punto de ebullición bajo en la composición de
circulación.
La figura 16 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una sexta realización de esta invención.
La figura 17 es un diagrama de flujo que muestra
un flujo de control hecho por un controlador total en una séptima
realización de esta invención.
La figura 18 es una vista relacional que
representa el cambio de tiempo del nivel de líquido dentro de un
receptor de presión baja utilizado en esta invención y la
composición de circulación.
La figura 19 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una octava realización de esta invención.
La figura 20 es un diagrama de bloques que
representa una operación de control del sistema de la octava
realización.
La figura 21 es una vista explicativa que
representa la estructura de un termointercambiador de detección de
composición utilizado en esta invención.
La figura 22 es una vista explicativa para
explicar una estructura en la que un segundo dispositivo de
estrangulamiento y tubos del mismo se cubren con material aislante
térmico.
La figura 23 es una vista explicativa que
representa una máquina exterior de la que se ha cortado una
porción, utilizada en esta invención.
La figura 24 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire según una novena realización de esta invención.
La figura 25 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de cálculo hecho por un dispositivo de cálculo
de diferencia de presión en la novena realización de esta
invención.
La figura 26 es un diagrama de flujo que muestra
un flujo de control hecho por un controlador de operación de
regulación de composición en la novena realización de esta
invención.
La figura 27 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de cálculo hecho por un dispositivo de cálculo
de valor compensado de la composición en la novena realización de
esta invención.
La figura 28 es un diagrama de flujo que
representa un flujo de cálculo de composición hecho por el sistema
de la novena realización de esta invención.
Y la figura 29 es un diagrama de circuito de
refrigerante de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de
aire de la técnica anterior.
Realización
1
A continuación, se explicará una primera
realización de esta invención con referencia a las figuras 1 y 2.
La figura 1 es una vista que representa un sistema para un ciclo
refrigerante según la primera realización de esta invención, y la
figura 2 muestra con detalle su parte de control. En esta
realización, se materializa una máquina de acondicionamiento de aire
de tipo múltiple que tiene tres máquinas interiores a, b y c. En la
figura 1, el número de referencia 1 identifica un compresor, 2 una
válvula de cuatro vías que actúa como una válvula de control de
dirección, 3 un termointercambiador exterior, 4 primeros
dispositivos de estrangulamiento, 5 termointercambiadores
interiores, y 6 un receptor de presión baja. Estos están conectados
por tubos de refrigerante para completar un circuito principal. En
la disposición, hay tres primeros dispositivos de estrangulamiento
4a, 4b, y 4c, y tres termointercambiadores interiores 5a, 5b, y 5c.
El número de referencia 8 indica un segundo dispositivo de
estrangulamiento y 9 un termointercambiador de detección de
composición. Estos están conectados entre sí por un tubo de
refrigerante, cuyo extremo está conectado a un tubo de descarga
para el compresor 1, y cuyo otro extremo está conectado a un tubo
de refrigerante entre la válvula de cuatro vías 4 y el receptor de
presión baja 6, que constituyen partes de baja presión, para formar
por lo tanto un circuito de derivación. El compresor 1 y un
ventilador exterior 7 son de un tipo de velocidad de rotación
variable. A propósito, aunque, en el ejemplo ilustrado, el circuito
de derivación está conectado a la parte de presión baja entre la
válvula de cuatro vías 2 y el receptor de presión baja 6, se puede
conectar a cualquiera de las partes de baja presión entre la entrada
del compresor y la válvula de control de dirección.
Sin embargo, en caso en el que el orificio de
salida de presión baja del termointercambiador de detección de
composición 9 está conectado al tubo de entrada del compresor 1, la
porción conectada del orificio de salida al tubo de entrada es
propensa a dañarse por la vibración del compresor 1. Además, puesto
que el grado de recalentamiento del refrigerante que sale del
orificio de salida de presión baja del termointercambiador de
detección de composición 9 es grande, si el compresor 1 inhala
directamente este refrigerante, el sistema ejerce una influencia
mala en su rendimiento (por ejemplo, un aumento de la temperatura de
descarga). Por lo tanto, para garantizar fiabilidad y rendimiento,
es conveniente conectar el orificio de salida de presión baja del
termointercambiador de detección de composición 9 al tubo entre la
válvula de cuatro vías 2 y el receptor de presión baja 6. Es decir,
el circuito de derivación que tiene el termointercambiador de
detección de composición y el segundo dispositivo de
estrangulamiento está dispuesto entre una parte de presión alta y
una parte de presión baja que está situada entre el acumulador y la
válvula de control de dirección, y se controla al menos la velocidad
de rotación del compresor o la velocidad de rotación del ventilador
dispuesto en un condensador o evaporador y la composición calculada
de refrigerante y la presión detectada de refrigerante permanecen a
niveles que garantizan la fiabilidad y el rendimiento.
A propósito, el compresor 1, la válvula de cuatro
vías 2, el termointercambiador exterior 3, el receptor de presión
baja 6, el segundo dispositivo de estrangulamiento 8, el
termointercambiador de detección de composición 9 y el circuito de
derivación se pueden acomodar en la máquina exterior colectivamente
para hacer la estructura más simple.
El número de referencia 101 identifica segundos
medios detectores de presión para detectar la presión de descarga
del compresor 1, y 102 primeros medios detectores de presión para
detectar la presión en la posición situada hacia abajo del segundo
dispositivo de estrangulamiento 8. Los números de referencia 103 y
104 identifican medios detectores de temperatura primero y segundo
para detectar temperaturas en las posiciones situadas hacia arriba
y hacia abajo del segundo dispositivo de estrangulamiento 8,
respectivamente.
Se necesita que la posición de los segundos
medios detectores de temperatura esté separada al menos 50 mm del
segundo dispositivo de estrangulamiento 8. Esto es debido a que es
imposible detectar con exactitud la temperatura de refrigerante
bifásico directamente después de la salida del segundo dispositivo
de estrangulamiento 8 puesto que el flujo del refrigerante bifásico
está subdesarrollado en esta posición. A propósito, el valor de 50
mm se selecciona de manera que corresponda con el segundo
dispositivo de estrangulamiento de \varphi2,4xt0,8 (2,4 mm de
diámetro y 0,8 mm de grosor) y el tubo de derivación de
\varphi6,35xt0,8. Estos valores dependen del tamaño y la forma
del tubo.
Directamente después de que el flujo es cambiado
por el dispositivo de estrangulamiento, se necesita cierta
distancia de entrada suficiente para desarrollar el flujo.
Cuando se ha desarrollado el flujo, puesto que la
conductividad térmica del refrigerante es grande, la temperatura
del refrigerante resulta sustancialmente igual a la temperatura del
tubo, haciendo menor el error de medición de temperatura.
Por otra parte, si el flujo no se ha desarrollado
completamente después de cambiar el flujo, el error de medición de
temperatura es mayor. Además, puesto que en esta zona
subdesarrollada se produce probablemente pulsación de presión, hay
que separar suficientemente un sensor de presión baja de la zona de
cambio de flujo.
El número de referencia 105 identifica terceros
medios detectores de temperatura para detectar la temperatura entre
un primer dispositivo de estrangulamiento 4 y un
termointercambiador interior 5, y 106 cuartos medios detectores de
temperatura para detectar la temperatura de un tubo que actúa como
una salida en la operación de refrigeración. El número de
referencia 21 identifica un dispositivo de cálculo de composición
para calcular la composición de refrigerante que circula dentro del
circuito de refrigerante en base a los valores detectados de los
primeros medios detectores de temperatura 103, segundos medios
detectores de temperatura 104 y primeros medios detectores de
presión 102. El número de referencia 22 indica un controlador
principal para determinar las velocidades de rotación del compresor
1 y el ventilador exterior 7 y controlarlas, en base al resultado
del cálculo del dispositivo de cálculo de composición 21 y los
valores detectados de los primeros medios detectores de presión 102
y segundos medios detectores de presión 101. El número de referencia
23 identifica medios de control de estrangulamiento para determinar
la abertura del primer dispositivo de estrangulamiento 4 para
controlarlo. El número de referencia 24 es un dispositivo de
control total que incluye un temporizador y controla la
temporización de control del dispositivo de cálculo de composición
21, el controlador principal 22 y el dispositivo de control de
estrangulamiento 23.
Dado que los medios detectores de temperatura
detectan meramente la temperatura de refrigerante, pueden detectar
la temperatura de los tubos en lugar del refrigerante que fluye a
través del tubo.
A continuación se explicará la operación del
aparato. Al tiempo de la operación de refrigeración, refrigerante
descargado del compresor 1 fluye al termointercambiador exterior 3
mediante la válvula de cuatro vías 2, donde irradia calor alrededor
y se condensa. El refrigerante líquido condensado que está a
presión alta es estrangulado por los primeros dispositivos de
estrangulamiento 4 de manera que cambie a refrigerante bifásico
gas-líquido que está a temperatura baja y presión
baja, y fluye a los termointercambiadores interiores 5. El
refrigerante bifásico gas-líquido de temperatura
baja y presión baja que entró en los termointercambiadores
interiores 5 absorbe calor ambiente para refrigeración, se vaporiza
y vuelve al compresor 1 mediante la válvula de cuatro vías 2 y el
receptor de presión baja 6.
A continuación se explicará el flujo de
refrigerante en la operación de calefacción del aparato. El
refrigerante descargado del compresor 1 fluye a los
termointercambiadores interiores 5 mediante la válvula de cuatro
vías 2, donde irradia calor alrededor para calefacción y se
condensa. El refrigerante líquido condensado que está a presión
alta, es estrangulado por los primeros dispositivos de
estrangulamiento 4 de manera que cambie a refrigerante bifásico
gas-líquido que está a temperatura baja y presión
baja, y fluye al termointercambiador exterior 3. El refrigerante
bifásico gas-líquido de temperatura baja y presión
baja que entró en el termointercambiador exterior 3 absorbe calor
ambiente, se vaporiza y vuelve al compresor 1 mediante la válvula
de cuatro vías 2 y el receptor de presión baja 6.
A continuación se explicará la operación del
controlador total 24. La figura 3 es un diagrama de flujo que
representa el control del controlador total 24. En el paso 1 (a
continuación st1), se activa el temporizador y el tiempo total
desde el tiempo de arranque del compresor, t_{sum }se pone a cero,
es decir, t_{sum}=0. En st2, se da una orden al dispositivo de
cálculo de composición 21 de manera que se calcule la composición
de circulación. Después de realizar este cálculo en el dispositivo
de cálculo de composición 21, el control se desplaza a st3 en el
que se emite una orden para que el controlador principal 22 controle
la velocidad de rotación del compresor 1 y la velocidad de rotación
del ventilador exterior 7. En st4, las unidades se paran cuando se
cumplen las condiciones de parada de unidad. Sin embargo, si no se
cumplen, el control se desplaza a st5 en el que el tiempo total
t_{sum } se compara con una temporización de cálculo de
composición predeterminado. Si t_{sum } < t_{0}, solamente
se realiza el control principal sin el cálculo de composición. Si
t_{sum} > t_{0} y t_{sum} = t_{0}, t_{sum} se
reposiciona a cero, se hace el cálculo de composición.
A continuación se explicará la operación del
dispositivo de cálculo de composición 21. La figura 4 es un
diagrama de flujo que representa el flujo del cálculo de
composición. En el proceso del cálculo de composición, para un
componente respectivo de la mezcla refrigerante, se supone su
composición x_{i} en st1. En st2 se miden los valores detectados
T_{1}, T_{2} y P_{2} de los primeros medios detectores de
temperatura 103, los segundos medios detectores de temperatura 104
y los primeros medios detectores de presión 102, respectivamente.
En st3, se calcula entalpía de líquido a presión alta H_{1} en
base a la composición de circulación x_{i} asumida en st1 y el
valor de temperatura detectado T_{1}. En st4, la entalpía bifásica
de presión baja H_{2} se calcula en base a la composición de
circulación x_{i}, el valor de temperatura detectado T_{2} y el
valor de presión detectado P_{2}. En st5, se comparan entre sí
H_{1} y H_{2} así calculados, y se repite el supuesto de la
composición de circulación hasta que sean iguales. Un valor de
x_{I} al tiempo en que H_{1} y H_{2} eran iguales, se
determina como la composición de circulación. En dicha explicación
anterior, el sufijo i significa refrigerante en caso en el que se
mezclan i tipos de componentes.
En la realización ilustrada, los primeros medios
detectores de presión 102 que son un sensor de presión baja, se
representan conectados entre el termointercambiador de detección de
composición 9 y el segundo dispositivo de estrangulamiento 8 de
manera que se pueda obtener la medición más exacta.
Hay que prever una condición tal que la presión
en el sensor de presión baja coincida sustancialmente con la
presión en la porción de entrada del compresor 1 para controlar
efectivamente la frecuencia del compresor. Para ello, la pérdida de
presión en el lado de baja presión del termointercambiador de
detección de composición 9 debe ser pequeña inferior a 0,2
kgf/cm^{2}, por ejemplo.
El lado de baja presión en el que está montado
este sensor de presión significa una porción de la salida del
segundo dispositivo de estrangulamiento 8 a un tubo de presión baja
que se une al circuito de derivación.
Dado que la capacidad de refrigeración de una
unidad se determina por la presión de absorción del compresor, que
es la presión de entrada del acumulador 6, se puede garantizar
suficiente capacidad de refrigeración si la frecuencia del
compresor se controla de manera que su presión resulte un valor
blanco.
Por lo tanto, como se ha mencionado
anteriormente, en caso en el que la presión en el sensor de presión
baja sea sustancialmente coincidente con la presión de entrada del
compresor, se puede garantizar suficiente capacidad de refrigeración
controlando la unidad por el valor del sensor de presión baja, que
es la presión de salida del segundo dispositivo de estrangulamiento
8.
A continuación se explicará la función del
controlador principal 22. La figura 5 es un diagrama de flujo que
representa el flujo del control del controlador principal 22. En
st1, se miden la presión alta P_{1} a detectar por los segundos
medios de presión 101 y la presión baja P_{2}. En st2, se calcula
la temperatura de condensación Tc en base a la presión alta P_{1}
y la composición de circulación calculada en el dispositivo de
cálculo de composición 21, y también se calcula temperatura de
evaporación Te en base a la presión baja P_{2} y la composición
de circulación calculada en el dispositivo de cálculo de
composición 21. En st3, se calculan la diferencia \DeltaTc entre
la temperatura de condensación blanco predeterminada Tcm y la
temperatura de condensación Tc y la diferencia \DeltaTe entre la
temperatura blanco predeterminada Tem y la temperatura de
evaporación Te. En st4 se determinan la anchura de cambio
\Deltaf_{comp} del número de revoluciones del compresor y la
anchura de cambio \Deltaf_{FAN} del número de revoluciones del
ventilador exterior dependiendo de las magnitudes de \DeltaTc y
\DeltaTe para cambiar el número de revoluciones del compresor y
el ventilador exterior.
A continuación se explicará la función del
controlador de estrangulamiento 23. La figura 6 es un diagrama de
flujo para el control del controlador de estrangulamiento 23. En
st1 se decide si la operación está en refrigeración o calefacción.
Si la operación está en refrigeración, se ejecuta un proceso en
st2, es decir, las temperaturas T_{3} y T_{4} son detectadas por
los terceros medios detectores de temperatura 105 y los cuartos
medios detectores de temperatura 106, respectivamente. En st3 se
calcula la diferencia \DeltaSH entre T_{3} y T_{4}. En st4 se
calcula la diferencia \DeltaSH entre un valor blanco
predeterminado SHm y SH. La anchura de cambio \DeltaS de la
abertura de un dispositivo de estrangulamiento se calcula en st5
dependiendo de la magnitud del \DeltaSH y se efectúa el cambio de
la abertura del dispositivo de estrangulamiento. En st6, cuando se
cumplen las condiciones de parada, se para la máquina interior, y
cuando no se cumplen, el proceso vuelve a st1.
En el caso de la operación de calefacción, el
proceso se desplaza a st7 en el que la temperatura T_{3} se mide
por los terceros medios detectores de temperatura 105 y se recibe
la temperatura de condensación Tc del controlador principal. En st8
se calcula la diferencia SC entre Tc y T_{3}. En st9 se calcula
la diferencia \DeltaSC entre un valor blanco predeterminado Scm y
el SC. En st10 se calcula la anchura de cambio \DeltaS de la
abertura de un dispositivo de estrangulamiento dependiendo de la
magnitud del \DeltaSC y se efectúa el cambio de la abertura del
dispositivo de estrangulamiento. En st11, cuando se cumplen las
condiciones de parada, se para la máquina interior, y cuando no se
cumplen, el proceso vuelve a st1.
La temperatura de condensación y la temperatura
de evaporación se calculan en base a la composición calculada en el
dispositivo de cálculo de composición, la presión P_{1} en la
porción de presión alta y la presión P_{2} en la porción de
presión baja. Además, el número de revoluciones del compresor y el
número de revoluciones del ventilador exterior se determinan
dependiendo de la diferencia entre la temperatura de condensación
blanco predeterminada y la temperatura de condensación calculada y
la diferencia entre la temperatura de evaporación predeterminada y
la temperatura de evaporación calculada.
Es decir, en la explicación anterior, la parte de
control del dispositivo de estrangulamiento detecta temperaturas en
la entrada y salida de un termointercambiador interior al tiempo de
la operación de refrigeración. Además, la abertura del primer
dispositivo de estrangulamiento se establece de manera que la
diferencia entre las temperaturas a la entrada y salida del
termointercambiador interior resulte constante. Además, al tiempo de
la operación de calefacción, se utiliza la temperatura de
condensación calculada en el controlador principal y se detecta la
temperatura en el tubo de refrigerante entre un termointercambiador
interior y el dispositivo de estrangulamiento. Además, la abertura
del primer dispositivo de estrangulamiento se establece de manera
que la diferencia de temperatura entre la temperatura de
condensación calculada y la temperatura detectada del tubo de
refrigerante resulte constante.
En la parte de control total se acondicionan las
temporizaciones del cálculo de composición, el control principal y
el control de estrangulamiento. Esto permite el control en
respuesta a la composición aunque la composición de circulación
cambie de un sistema de refrigeración y acondicionamiento de aire de
tipo múltiple, y por lo tanto se puede realizar una operación
eficiente para el sistema.
Según la función antes mencionada, en un sistema
de refrigeración y acondicionamiento de aire de tipo múltiple donde
la temperatura de condensación y la temperatura de evaporación se
calculan en base al valor de presión detectado, y la abertura de un
primer dispositivo de estrangulamiento 4, la velocidad de rotación
del compresor 1 y la velocidad de rotación del ventilador exterior
7 son controladas en base a la temperatura de condensación calculada
y la temperatura de evaporación, es posible mantener apropiadamente
la velocidad de rotación del compresor 1, la velocidad de rotación
del ventilador exterior 7 y la abertura del primer dispositivo de
estrangulamiento 4, aunque la composición de refrigerante que
circula por el circuito de refrigerante se cambie con el cambio de
las condiciones operativas. Por lo tanto, en un
termointercambiador, es posible mantener apropiadamente la
temperatura de evaporación y la temperatura de condensación y
distribuir apropiadamente refrigerante a cada máquina interior, por
lo que la temperatura de evaporación, la temperatura de
condensación, el grado de recalentamiento de la salida del
evaporador y el grado de superrefrigeración de la salida del
condensador se pueden mantener dentro de un límite diseñado
deseado, y se puede garantizar una operación eficiente.
En la disposición de la figura 1, el
termointercambiador de detección de composición 9 está conectado en
un extremo al tubo acoplado entre el lado de descarga del compresor
1 y la válvula de cuatro vías 2, y en el otro extremo al tubo
acoplado entre el lado de retorno del compresor 1 y la válvula de
cuatro vías 2.
Esto proporciona medios convenientes por los que
el termointercambiador de detección de composición 9 puede detectar
la composición con sus conexiones al lado de presión alta y el lado
de baja presión no cambiadas, incluso cuando la válvula de cuatro
vías interrumpe la operación al modo de refrigeración o
calefacción.
El dispositivo de cálculo de composición 21 se
puede incluir dentro del lado de máquina interior, pero es
conveniente incluirlo dentro de la máquina exterior cuando se
considera que el cálculo se puede hacer por el mismo circuito en
ambos modos de refrigeración y calefacción.
Además, los elementos del circuito de derivación
15 se pueden colocar juntos entre el compresor 1 y la válvula de
cuatro vías 2. Por ejemplo, se pueden acomodar dentro de una caja
para la máquina exterior del sistema de aire acondicionado de
manera que los tubos del circuito de derivación se puedan acortar.
Esto hace difícil recibir la influencia del calor del exterior,
proporcionando por ello un montaje simple por el que la exactitud de
detección se puede mantener de forma satisfactoria.
El dispositivo de estrangulamiento 8 utilizado
como el tubo de derivación puede ser una válvula de cierre o un
tubo capilar, pero es preferible hacerlo más fino dentro de los
límites del paso de refrigerante a su través, porque disminuye la
capacidad en base a la derivación de refrigerante. La figura 21
muestra la construcción de este termointercambiador de detección de
composición. En un tipo de contacto representado en la figura
21(a), los tubos se ponen en contacto entre sí para efectuar
intercambio térmico, y en un tubo de tipo duplex representado en la
figura 21(b), el intercambio térmico se efectúa entre sus
tubos interno y externo.
En el termointercambiador de detección de
composición del tubo de tipo duplex, la disposición en que el tubo
de presión alta es el tubo externo, es eficaz para irradiar calor
alrededor, promoviendo esto la condensación de refrigerante.
El uso del tubo capilar hace más barato el
segundo dispositivo de estrangulamiento 8. Se puede usar una
válvula electrónica de expansión. En la descripción antes
mencionada, se explicó la realización de manera que incluyese una
pluralidad de termointercambiadores interiores, pero se puede
utilizar un solo termointercambiador interior. Si se utiliza una
pluralidad de termointercambiadores interiores y algunos de ellos
están funcionando estando el resto en un estado inactivo, se
acumula gradualmente refrigerante en las máquinas que están
paradas, dando lugar a un ``charco'' de refrigerante. En este caso
se cambia la composición del refrigerante en el ciclo
refrigerante.
En esta invención, el controlador principal 22
controla el compresor, el ventilador, y la válvula electrónica de
expansión tal como una válvula de cierre para controlar el ciclo
refrigerante a una condición predeterminada y mantener la operación
en dicha condición.
A propósito, en el caso de controlar solamente el
compresor, desde el punto de vista de la protección, se considera
que la presión baja es demasiado baja, y el control se realiza para
reducir la frecuencia del compresor. Además, en el control de
presión alta al tiempo de enfriar y el control de presión baja al
tiempo de calentar, solamente se controla el ventilador en la base a
la temperatura del aire exterior y la composición para determinar
el número de revoluciones del ventilador de manera que la operación
se hace dependiendo de ello.
Realización
2
A continuación se explicará una segunda
realización de esta invención con referencia a la figura 7.
En esta realización, dado que las constituciones
y funciones de un circuito de refrigerante, un controlador
principal 22, un dispositivo de cálculo de composición 21 y un
controlador de estrangulamiento 23 son las mismas que las de la
primera realización, se omite su explicación.
La figura 7 es un diagrama de flujo que
representa la función del controlador total 24 en esta realización.
En st1, se pone en marcha un temporizador y el tiempo integrado se
pone a cero, es decir, t_{sum} = 0. En st2, se ordena al
dispositivo de cálculo de composición 21 que calcule la composición
de circulación. Cuando se calcula la composición en el dispositivo
de cálculo de composición 21, el proceso se desplaza a st3 en el
que se da una orden de que el controlador principal 22 controle el
número de revoluciones del compresor 1 y el número de revoluciones
del ventilador exterior 7. En st4, cuando se cumple una condición
de parada de unidad, las unidades se paran, y cuando no se cumple
la condición de parada de unidad, el proceso se desplaza a st5. En
st5, se detecta presión alta corriente P_{11}. En st6, se calcula
la diferencia \DeltaP entre P_{11} y la presión alta precedente
P_{10}. En st7, se compara \DeltaP con una anchura de cambio de
presión predeterminada DP. Si \DeltaP > DP, se determina un
estado inestable, y el proceso se desplaza a st8 en el que el
tiempo de temporización de control se pone a t_{1}. Sin embargo,
si \Delta < DP, se determina un estado de régimen, y el proceso
se desplaza a st9 en el que el tiempo de temporización de control
se pone a t_{2}. En st10, la presión alta detectada recientemente
se almacena con P_{10}=P_{11}. En st11, el tiempo integrado
t_{sum} se compara con la temporización de cálculo de composición
predeterminada t_{0}. Si t_{sum} < t_{0}, el cálculo de
composición no se lleva a cabo. Sin embargo, si t_{sum} >
t_{0} o t_{sum} = t_{0}, t_{sum} se reposiciona a cero, es
decir, t_{sum} = 0, y se efectúa el cálculo de composición.
Según el efecto antes mencionado, es posible
aumentar la fiabilidad del control en los estados inestables al
tiempo de la activación de las unidades, el cambio del número de
máquinas interiores en funcionamiento, y después del cambio del
modo operativo, etc, acortando la temporización en la detección de
la composición de circulación y después del control del cambio de
la composición de circulación en tales estados inestables.
En la explicación anterior, el estado de régimen
y el estado inestable se determinaron por la detección de presión.
Sin embargo, esta determinación se puede hacer indirectamente por
la detección de la temperatura, por ejemplo. Es decir, se puede
emplear un método detectable desde el punto de vista de si tiende a
producirse o no un cambio intenso en la composición.
Por ejemplo, en el caso en el que la operación
tiende a variar a causa de fluctuación de carga, el movimiento de
refrigerante resulta inestable a causa de la fluctuación de
presión, y la composición tiende a cambiar. En tal caso, es posible
obtener una composición estable controlando el aparato para acortar
la temporización de detección de composición puesto que el cambio
de tiempo de la composición resulta grande, y por lo tanto la
capacidad de las máquinas que usan el ciclo de refrigeración se
puede mantener adecuadamente. La temporización cuando composición
es detectada y las máquinas son controladas, está a un nivel de
varios minutos en el estado de régimen, pero en los estados
inestables se disminuye a aproximadamente varias decenas de
segundos a aproximadamente un minuto. Además, en el caso del estado
inestable en el que no hay que utilizar toda la capacidad como al
tiempo del arranque, es posible evitar la operación inútil
detectando la composición a la temporización de varios minutos a
diez minutos de más, que alarga la duración de las máquinas y evita
la operación anormal de las máquinas.
Realización
3
A continuación, se explicará una tercera
realización de esta invención con referencia a la figura 8.
En esta realización, puesto que las
constituciones y funciones de un controlador total 24, un
controlador principal 22, un dispositivo de cálculo de composición
21 y un controlador de estrangulamiento 23 son las mismas que las de
la primera realización, se omite su explicación.
La figura 8 es un circuito de refrigerante
mostrando la tercera realización de esta invención. En la figura, a
los mismos elementos que los de la primera realización se les dan
los mismos números de referencia, y se omite su explicación. En
esta realización, se utiliza un aislante térmico 10 para cubrir un
segundo dispositivo de estrangulamiento 8 y tubos entre él y un
termointercambiador de detección de composición 9, en un circuito de
refrigerante similar al de la primera realización en la figura
1.
Con la función del aislante térmico 10, el
segundo dispositivo de estrangulamiento 8 y las porciones de tubo
antes y detrás de él están aislados de una relación de distribución
de calor entre ellos y el aire exterior, y en el segundo
dispositivo de estrangulamiento 8 y antes y detrás de él, el
refrigerante tiene el comportamiento seguro de cambio de
equi-entalpía. Por lo tanto, en el cálculo de
composición, es posible calcular correctamente la entalpía de
líquido a presión alta H_{1} y la entalpía bifásica a presión baja
H_{2} para mejorar la exactitud del cálculo de composición.
La figura 22 muestra dos ejemplos del aislante
térmico 10. En la figura 22(a), se usa lana de vidrio 11
como el aislante térmico, con el que se enrollan los objetos
termoaislados. En la figura 22(b), se utilizan cintas blandas
(material de espuma) 12 como el aislante térmico, que ponen
entremedio los objetos termoaislados. Para proporcionar una
detección más cierta de la temperatura, los sensores 103 y 104, tal
como termistores que son detectores de temperatura unidos a los
tubos mediante soportes adecuados, también pueden estar enrollados
en el aislante térmico. Además, para la misma finalidad, se puede
enrollar en el aislante térmico medios detectores de presión 102
para detectar la presión de refrigerante dentro del tubo de
derivación.
A propósito, la explicación anterior no afecta al
punto de que el termointercambiador de detección de composición se
cubre por el aislante térmico desde el punto de vista de que es
mejor que no se cubra por el aislante térmico porque en el lado de
presión alta, la radiación positiva de calor a la atmósfera
ambiente contribuye a la condensación de refrigerante. Sin embargo,
si está constituido de tal manera que el aislamiento térmico
resulte efectivo, la porción intercambiadora puede estar aislada
térmicamente.
Realización
4
A continuación se explicará una cuarta
realización de esta invención con referencia a las figuras 9, 10 y
11.
En esta realización, las constituciones y
funciones de un controlador total 24, un controlador principal 22 y
un controlador de estrangulamiento 23 son las mismas que las de la
primera realización.
La figura 9 es una vista que representa un
sistema de refrigeración y aire acondicionado de la cuarta
realización de esta invención, y la figura 10 muestra con detalle
solamente sus partes de control. En las figuras, a los mismos
elementos que los de la primera realización se les dan los mismos
números de referencia, y se omite su explicación. En esta
realización, se utilizan quintos medios detectores de temperatura
107 para detectar la temperatura del aire exterior, en un circuito
de refrigerante similar al de la primera realización de la figura
1.
En el caso en el que se contenga un dispositivo
detector de composición dentro de la máquina exterior, es
susceptible de la variación de temperatura del aire exterior. Por
lo tanto, en esta realización, los quintos medios detectores de
temperatura 107 se facilitan adicionalmente para compensar tal
variación de temperatura del aire exterior. Los quintos medios
detectores de temperatura 107 pueden ser cualesquiera medios
adecuados para detectar la temperatura del aire que rodea el
dispositivo detector de composición montado en la máquina
exterior.
A continuación se explicará la función de un
dispositivo de cálculo de composición 21. La figura 11 es un
diagrama de flujo que representa el flujo de cálculo hecho por el
dispositivo de cálculo de composición 21. Como un primer paso del
cálculo, en st1, para cada uno de los componentes de la mezcla
refrigerante, se supone su composición x_{i}'. En st2, los valores
T_{1}, T_{2}, T_{a} y P_{2} son detectados por primeros
medios detectores de temperatura 103, segundos medios detectores de
temperatura 104, quintos medios detectores de temperatura 107 y
primeros medios detectores de presión 102, respectivamente. En st3,
se calcula entalpía de líquido a presión alta H_{1} en base a la
composición de circulación x_{i}' supuesta en st1 y el valor de
temperatura detectado T1. En st4, se calcula entalpía bifásica de
presión baja H_{2} en base a la composición de circulación
x_{i}' supuesta en st1 y los valores de temperatura y presión
detectados T_{2} y P_{2}. En st5, se compara H_{1} con
H_{2}, y esta comparación se repite para diferentes supuestos de
la composición de circulación hasta que H_{1} es igual a H_{2}.
El valor de x_{i}' al tiempo de cuando H_{1} resultó igual a
H_{2} proporciona una composición de circulación definida. En
st6, se halla un valor compensador F para la composición de
circulación en base al valor T_{a} detectado por los quintos
medios detectores de temperatura. En st7, la composición verdadera
x_{i} se calcula a partir de la expresión x_{i} = F_{i} x
x_{i}'.
Sin embargo, el cambio de
equi-entalpía de refrigerante no puede ser supuesto
en el segundo dispositivo de estrangulamiento 8 y antes y detrás de
él, puesto que el refrigerante absorbe e irradia calor dependiendo
de la temperatura del aire que está cerca del segundo dispositivo
de estrangulamiento. Por lo tanto, los valores compensadores
F_{i} se pueden prehallar experimentalmente como se representa en
la figura 12.
Además, el sufijo i significa mezcla refrigerante
en la que se mezclan i tipos de componentes.
Según la función anterior, aunque el aire
exterior cambie, hay absorción o radiación de calor en las
posiciones del segundo dispositivo de estrangulamiento 8 y su
entorno, y el refrigerante no lleva a cabo el cambio de
equi-entalpía, es posible hallar con precisión la
composición de circulación.
Es decir, esta constitución es para compensar la
cantidad de intercambio térmico en la porción de estrangulamiento
en base a la temperatura del aire exterior. Esta compensación se
puede llevar a cabo en cualquier etapa, por ejemplo al tiempo de la
detección, el cálculo de la composición o la operación del
accionador.
En un aparato en el que la composición es
detectada y compensada, cualquier pérdida de los tubos en las
porciones respectivas puede ser compensada para mejorar la
exactitud. Por ejemplo, al llevar a la práctica el control de
estrangulamiento, la detección de la temperatura interior puede ser
compensada de la misma manera.
La explicación anterior se refería a una idea en
la que el circuito detector de composición se cubre con el aislante
térmico para protegerlo del cambio de la temperatura ambiente como
se ha explicado en conexión con la tercera realización, y una idea
en la que todo cambio de la temperatura ambiente se detecta para
compensar los datos detectados como se ha explicado en conexión con
la cuarta realización, en un caso en el que el circuito detector de
composición está colocado en una posición en la que el cambio de
temperatura es grande, por ejemplo en un caso en el que la
condición de temperatura baja es -15 grados Celsius o la condición
de sobrecarga es 43 grados Celsius.
Sin embargo, aunque el circuito detector de
composición esté situado en un lugar donde sea difícil recibir los
efectos del viento o un lugar donde no quede afectado por el agua
de lluvia o el agua de drenaje del termointercambiador, se puede
obtener un resultado considerable. Por ejemplo, es mejor situar el
detector de composición de manera que esté a una distancia del
recorrido del aire del ventilador o un radiador de calor tal como
el compresor, y además no esté justo debajo del
termointercambiador, sino que esté separado una distancia
considerable de él. Por ejemplo, con el detector de composición
dispuesto en o debajo de una bandeja de drenaje dispuesta debajo
del termointercambiador, o contenida dentro de una caja de paneles
eléctricos, se puede suprimir en cierta medida un error de
detección.
Tal ejemplo se representa en la figura 23 en la
que una porción de la máquina exterior 14 se ha cortado para
mostrar el interior. El número de referencia 15 identifica un
circuito de derivación, 16 un orificio de chorro conectado a un
ventilador, 3 un termointercambiador que tiene una estructura en
forma de V, que aspira aire desde sus dos lados en la dirección
indicada por las flechas y envía aire mediante el orificio de
chorro superior al exterior, para llevar a cabo termointercambio, y
17 una cubierta para una recinto mecánico dentro de la que están
dispuestos un compresor 1, un acumulador 18 y una caja de paneles
eléctricos 19. La cubierta 17 está sellada para evitar la entrada de
agua de lluvia desde el exterior o del agua de drenaje del
termointercambiador.
Además, el dispositivo de cálculo de composición
montado en una placa de circuito o análogos se contiene dentro de
la caja de paneles eléctricos por razones de protección.
Realización
5
A continuación se explicará una quinta
realización de esta invención con referencia a las figuras 13 a
15.
En esta realización, las constituciones y
funciones de un controlador total 24, un controlador principal 22 y
un dispositivo de cálculo de composición 21 son las mismas que las
de la primera realización, y se omite su explicación.
La figura 13 muestra un sistema de refrigeración
y acondicionamiento de aire según la quinta realización de esta
invención. En la figura, a los mismos elementos que los de la
primera realización se les dan los mismos números de referencia, y
se omite su explicación. En esta realización, se utilizan sextos
medios detectores de temperatura 108 para detectar la temperatura
del aire interior, en un circuito de refrigerante similar al de la
primera realización de la figura 1.
A continuación se explica la función de un
controlador de estrangulamiento 23. La figura 14 es un diagrama de
flujo que representa el control del controlador de estrangulamiento
23. En st1, se juzga si la operación está en el modo de
refrigeración o el modo de calefacción. En el caso del modo de
refrigeración, se comparan en st2 la cantidad de un valor Tain
detectado por los sextos medios detectores de temperatura 108 y un
valor Tset de la temperatura establecida. Si Tain < Tset, el
valor S de la abertura de un primer dispositivo de estrangulamiento
4 se pone a 0 en st3. Sin embargo, si Tain > Tset, las
temperaturas T_{3} y T_{4} son detectadas por unos terceros
medios detectores de temperatura 105 y cuartos medios detectores de
temperatura 106, respectivamente, en st4. En st5, se calcula la
diferencia SH entre T_{3} y T_{4}. En st6, se calcula la
diferencia \DeltaSH entre un valor blanco predeterminado SHm y el
valor SH. En st7, la anchura de cambio \DeltaS de la abertura del
primer dispositivo de estrangulamiento 4 se calcula en base a la
cantidad del valor \DeltaSH, y se ejecuta el cambio de abertura
del primer dispositivo de estrangulamiento 4. En st8, si se cumplen
las condiciones de parada, se paran las máquinas de sala; si no se
cumplen, el proceso vuelve a st1.
En el caso de la operación en modo de
calefacción, en st9, se compara la cantidad de un valor Tain
detectado por los sextos medios detectores de temperatura 108 y un
valor Tset de la temperatura establecida. Si Tain > Tset, el
valor S de la abertura del primer dispositivo de estrangulamiento 4
se pone a un valor de abertura predeterminado S_{0} en st10. Sin
embargo, si Tain < Tset, en st11, la temperatura T_{3} es
detectada por los terceros medios detectores de temperatura 105 y
se recibe un valor T_{c} de temperatura de condensación de un
controlador principal 22. En st12, se calcula la diferencia SC
entre T_{3} y T_{c}. En st13 se calcula la diferencia
\DeltaSC entre un valor blanco predeterminado SCm y el valor SC.
En st14, la anchura de cambio \DeltaSH de la abertura del primer
dispositivo de estrangulamiento 4 se calcula en base a la cantidad
del valor \DeltaSC, y se ejecuta el cambio de abertura del primer
dispositivo de estrangulamiento 4. En st15, si se cumplen las
condiciones de parada, se paran las máquinas de sala; si no se
cumplen, el proceso vuelve a st1.
La figura 15 muestra la relación entre un nivel
de líquido dentro de un receptor de presión baja 6 y la proporción
de componentes de punto de ebullición bajo en la composición de
circulación. Como es claro por la figura 15, cuando aumenta el
nivel de líquido dentro del receptor de presión baja 6, aumenta la
proporción de componentes de punto de ebullición bajo en la
composición de circulación. Por lo tanto, como se ha descrito
anteriormente, al tiempo de la operación de calefacción, abriendo
moderadamente un primer dispositivo de estrangulamiento 4 en un
termointercambiador interior 5 que se para, es posible evitar el
charco de refrigerante en el termointercambiador interior, y
manteniendo el nivel de líquido de refrigerante dentro del receptor
de presión baja 6, es posible suprimir la variación de composición
de circulación y mejorar la controlabilidad del ciclo refrigerante.
Además, verificando el nivel de líquido dentro del receptor de
presión baja por una pluralidad de sensores de temperatura unidos a
la pared interior del receptor de presión baja de manera que estén
dispuestos en la dirección vertical y controlando la abertura del
dispositivo de estrangulamiento de la máquina interior que se para,
cuando el nivel de líquido supervisado excede de un rango, es
posible suprimir la variación grande de la composición de
circulación.
Realización
6
A continuación se explicará una sexta realización
de esta invención con referencia a la figura 16.
En esta realización, las constituciones y
funciones de un controlador total 24, un controlador principal 22 y
un dispositivo de cálculo de composición 21 son las mismas que las
de la primera realización, y se omite su explicación.
Además, puesto que un circuito de refrigerante en
esta realización es el mismo que el de la quinta realización, su
explicación se omite.
La función de un controlador de estrangulamiento
23 es la siguiente. La figura 16 es un diagrama de flujo que
representa el control del controlador de estrangulamiento 23. En
st1, se juzga si la operación está en el modo de refrigeración o el
modo de calefacción. En el caso del modo de refrigeración, se
compara en st2 la cantidad de un valor Tain detectado por los sextos
medios detectores de temperatura 108 y un valor Tset de temperatura
establecida. Si Tain < Tset, el valor S de la abertura de un
primer dispositivo de estrangulamiento 4 se pone a 0 en st3. Sin
embargo, si Tain > Tset, las temperaturas T_{3} y T_{4} son
detectadas por unos terceros medios detectores de temperatura 105 y
cuartos medios detectores de temperatura 106, respectivamente, en
st4. En st5, se calcula la diferencia SH entre T_{3} y T_{4}.
En st6 se calcula la diferencia \DeltaSH entre un valor blanco
predeterminado SHm y el valor SH. En st7, la anchura de cambio
\DeltaS de la abertura del primer dispositivo de estrangulamiento
4 se calcula en base a la cantidad del valor \DeltaSH, y se
ejecuta el cambio de abertura del primer dispositivo de
estrangulamiento 4. En st8, si se cumplen las condiciones de
parada, se paran las máquinas de sala, pero si no se cumplen, el
proceso vuelve a st1.
En el caso de la operación en modo de
calefacción, en st9, se compara la cantidad de un valor Tain
detectado por los sextos medios detectores de temperatura 108 y un
valor Tset de temperatura establecida. Si Tain > Tset, el valor
S de la abertura del primer dispositivo de estrangulamiento 4 se
pone a 0 en st10. Sin embargo, si Tain < Tset, en st11, la
temperatura T_{3} es detectada por los terceros medios detectores
de temperatura 105 y se recibe un valor Tc de temperatura de
condensación de un controlador principal 22. En st12, se calcula la
diferencia SC entre T_{3} y T_{c}. En st13, se calcula la
diferencia \DeltaSC entre un valor blanco predeterminado SCm y el
valor SC. En st14, la anchura de cambio \DeltaSH de la abertura
del primer dispositivo de estrangulamiento 4 se calcula en base a
la cantidad del valor \DeltaSC, y se ejecuta el cambio de
abertura del primer dispositivo de estrangulamiento 4. En st15, si
se cumplen las condiciones de parada, se paran las máquinas de
sala; si no se cumplen, el proceso vuelve a st1.
Según la función anterior, el refrigerante a
circular por una máquina interior que está funcionando no se desvía
a través de una máquina interior que no está funcionando. Por lo
tanto, puesto que todo el refrigerante que circula por el circuito
principal de refrigerante se pasa por la máquina interior que está
funcionando y experimenta intercambio térmico por ella, es posible
evitar cualquier pérdida de capacidad. A propósito, aunque es
posible retirar refrigerante de la máquina interior que no está
funcionando, como se ha explicado anteriormente, en todos los modos
de operación, es más efectivo en el modo de calefacción controlar
la composición (en el modo de refrigeración, hay un pequeño
excedente de refrigerante por naturaleza).
Realización
7
A continuación se explicará una séptima
realización de esta invención con referencia a las figuras 17 y
18.
En esta realización, las constituciones y
funciones de un circuito de refrigerante, un controlador principal
22, un dispositivo de cálculo de composición 21 y un controlador de
estrangulamiento 23 son las mismas que las de la sexta realización,
y se omite su explicación.
Además, puesto que un circuito de refrigerante en
esta realización es el mismo que el de la quinta realización, su
explicación se omite.
La figura 17 es un diagrama de flujo que
representa la función de un controlador total 24. En st1, se
arrancan los temporizadores y los tiempos integrados se ponen de
manera que t_{sum}1 = 0 y t_{sum}2 = 0. En st2, se da una orden
al dispositivo de cálculo de composición 21 de manera que se
calcule la composición de circulación. Después de realizar este
cálculo en el dispositivo de cálculo de composición 21, el control
se desplaza a st3 en el que se emite una orden para que el
controlador principal 22 controle la velocidad de rotación del
compresor 1 y la velocidad de rotación del ventilador exterior 7.
En st4, las unidades se paran cuando se cumplen las condiciones de
parada de unidad. Sin embargo, si no se cumplen, el control se
desplaza a st5 en el que el tiempo integrado t_{sum}2 se compara
con una temporización de cálculo de composición predeterminada
t_{0}2. Si t_{sum}2 < t_{0}2, el proceso pasa a st8. Si
t_{sum}2 > t_{0}2 y t_{sum}2 = t_{0}2, el proceso pasa a
st6, en el que el refrigerante líquido recogido en una i-ésima
máquina interior que no está funcionando se saca de ella a un
receptor de presión baja 6 abriendo un primer dispositivo de
estrangulamiento correspondiente 4. En st7, el número de una
máquina interior de la que se retirará refrigerante n el tiempo
siguiente se establece como i=I+1, y después de realizar una
reposición de manera que t_{sum}2 = 0, el proceso se desplaza a
st8. Si el número de i excede del número de las máquinas interiores
que ahora están paradas, se establece i=1. En st8, el tiempo
integrado t_{sum}1 se compara con una temporización de cálculo de
composición predeterminada t_{0}1. Si t_{sum}1 < t_{0}1, el
proceso retorna a st3 sin el cálculo de composición, y si
t_{sum}1 > t_{0}1 o t_{sum}1 = t_{0}1, se efectúa una
reposición de manera que t_{sum}1 = 0, y el proceso retorna a
st2.
La figura 18 muestra un cambio de nivel de
líquido dentro del receptor de presión baja 6 y la variación de la
composición de circulación cuando se ejecutan las operaciones antes
indicadas. Es mejor recoger refrigerante por separado de las
respectivas máquinas interiores paradas a diferentes
temporizaciones según las operaciones antes indicadas, en vez de
recoger refrigerante de todas las máquinas interiores paradas al
mismo tiempo, porque en el primer caso la anchura de variación del
nivel de líquido dentro del receptor de presión baja 6 es menor.
Como es claro por la figura 15, puesto que con el aumento del nivel
de líquido dentro del receptor de presión baja 6 aumenta la
proporción de componentes de punto de ebullición bajo en la
composición de circulación, es posible hacer la anchura de
variación de la composición de circulación menor si la anchura de
variación del nivel de líquido dentro del receptor de presión baja
6 se hace correspondientemente más pequeña. Por lo tanto, esta
realización permite el funcionamiento del sistema con variación
suprimida de las características del ciclo refrigerante y con buenas
condiciones de controlabilidad y eficiencia de la composición.
Como se ha mencionado anteriormente, en caso en
el que una pluralidad de máquinas interiores estén equipadas con un
sistema de refrigeración y acondicionamiento de aire (tipo
múltiple), se recoge refrigerante en el termointercambiador, etc,
de una máquina interior que no está funcionando durante el
funcionamiento del sistema, y el charco de refrigerante resultante
hace grande la anchura de la variación de la composición. En tal
sistema, con la ampliación de la escala del sistema, aumenta
generalmente el número de las máquinas interiores. En tal sistema a
gran escala, la extracción de refrigerante recogido en las máquinas
interiores paradas resulta un problema, y es importante hacer esta
extracción aunque se suprima la variación de las características del
sistema que entonces esté operando.
Realización
8
A continuación se explicará una octava
realización de esta invención con referencia a las figuras 19 y
20.
En esta realización, las constituciones y
funciones de un controlador total 24, un controlador principal 22,
un dispositivo de cálculo de composición 21 y un controlador de
estrangulamiento 23 son las mismas que las de la primera
realización, y se omite su explicación.
La figura 19 muestra un sistema de refrigeración
y acondicionamiento de aire según la octava realización de esta
invención, y la figura 20 muestra con detalle solamente su parte de
control. En la figura, a los mismos elementos que los de la primera
realización se les dan los mismos números de referencia, y se omite
su explicación. En esta realización, un dispositivo de seguridad 25
para parar una unidad cuando la composición de circulación
calculada proporcionada por los medios de cálculo de composición 21
no está dentro del rango de los valores de composición de
circulación predeterminados, y un dispositivo de visualización 26
para visualizar entonces la composición de refrigerante están
dispuestos de forma aditiva en un circuito de refrigerante parecido
al de la figura 1 que representa la primera realización de esta
invención.
Por consiguiente, es posible parar la unidad
siempre que la composición de refrigerante llenado durante un ciclo
refrigerante resulte anormal a causa de llenado defectuoso de
refrigerante, escape de refrigerante, etc. Además, la visualización
del estado de la composición es conveniente para el operador del
sistema.
Realización
9
A continuación, se explicará una novena
realización de esta invención con referencia a las figuras 24 a
28.
En esta realización, las constituciones y
funciones de un controlador total 24, un controlador principal 22 y
un controlador de estrangulamiento 23 son las mismas que las de la
primera realización, y se omite su explicación.
La figura 24 muestra un sistema de refrigeración
y acondicionamiento de aire según la novena realización de esta
invención. En la figura, a los mismos elementos que los de la
primera realización se les dan los mismos números de referencia, y
se omite su explicación. En la figura 24, el número de referencia
61 identifica un separador de aceite, 62 un tubo de derivación y
realimentación de aceite, y 63 un tercer dispositivo de
estrangulamiento. El separador de aceite 61 está situado entre un
compresor 1 y una válvula de cuatro vías 2, y el tubo de derivación
y realimentación de aceite 62 está conectado en un extremo al
separador de aceite 61 y en su otro extremo a un extremo del tercer
dispositivo de estrangulamiento 63, cuyo otro extremo está
conectado a un tubo entre la válvula de cuatro vías 2 y un
acumulador 6. El separador de aceite 61 separa aceite del
refrigerante. La presión del aceite separado en el separador de
aceite 61 es reducida por el tercer dispositivo de estrangulamiento
63 y se devuelve al acumulador 6 mediante el tubo de derivación de
aceite 62.
El separador de aceite 61 dispuesto en el tubo de
descarga del compresor 1 separa gas refrigerante descargado del
compresor y aceite de la máquina refrigeradora por un filtro
dispuesto dentro de un depósito, y de vuelve el aceite de la
máquina refrigeradora directamente al compresor. Así, el aceite de
la máquina refrigeradora fluye mediante el circuito principal y por
lo tanto se puede evitar la reducción de la cantidad de aceite en
el compresor.
Tal separador de aceite se usa con frecuencia en
una máquina que tiene tubos alargados, o en la que la temperatura
de evaporación es baja o se descarga una gran cantidad de aceite
del compresor.
En el separador de aceite 61, el refrigerante y
el aceite se soplan juntos al depósito mediante el filtro del orden
de un tamaño de malla 100 para separar el aceite del refrigerante.
El aceite obtenido de la porción inferior del depósito se vuelve al
compresor y el gas refrigerante de la porción superior del depósito
se vuelve al circuito principal.
En la realización, la entrada de lado de presión
alta del termointercambiador de detección de composición 9 está
conectada a un tubo entre el separador de aceite 61 y la válvula de
cuatro vías 2. Esto es debido a que el termointercambiador de
detección de composición puede ser de forma pequeña, puesto que
entre el separador de aceite 61 y la válvula de cuatro vías 2 el
grado de recalentamiento de refrigerante resulta pequeño, y en la
entrada del segundo dispositivo de estrangulamiento 8 el grado de
sobrerrefrigeración del refrigerante resulta grande. Además, en
este caso, la cantidad de aceite que fluye por el circuito de
derivación 15 puede ser pequeña, y como resultado es difícil que se
produzca pulsación de presión.
En la figura 24, el número de referencia 102
identifica segundos medios detectores de presión, que están
conectados a una unión entre el lado de baja presión del
termointercambiador de detección de composición 9 y el tubo
principal. Si los segundos medios detectores de presión 102 están
conectados cerca de la salida del segundo dispositivo de
estrangulamiento 8, se produce un error grande en la detección de
composición de circulación a causa de la pulsación de presión en
dicho lugar. Por lo tanto, los segundos medios detectores de
presión 102 están unidos al tubo principal para detectar la presión
del refrigerante que fluye a su través, que nunca produce pulsación
de presión. El número de referencia 108 indica un detector de nivel
de líquido para el acumulador, 58 un calculador de diferencia de
presión, 59 un controlador de operación de regulación de
composición y 60 un compensador de valor detectado de
composición.
A continuación se explicará la operación del
calculador de diferencia de presión 58. La figura 25 es un diagrama
de flujo que muestra el contenido de control para el calculador de
diferencia de presión 58. En st1, los valores P1 y P2 son
detectados por los primeros medios detectores de presión 101 y los
segundos medios detectores de presión 102, respectivamente. En st2
se calcula la diferencia \DeltaP12 entre los valores de presión
detectados P1 y P2. En st3, la diferencia de presión \DeltaP
entre la presión en los segundos medios detectores de presión y la
presión hacia abajo del tercer dispositivo de estrangulamiento se
calcula en base a P2 y \DeltaP12.
A continuación, la operación del controlador de
operación de regulación de composición 59. Se utiliza en pasada de
prueba, por ejemplo. La figura 26 es un diagrama de flujo que
representa los contenidos de control para el controlador de
operación de regulación de composición 59. En st1, se envía una
orden al controlador total para operar todas las máquinas
interiores en el modo de refrigeración. En st2, la abertura S del
primer dispositivo de estrangulamiento se fija a un valor moderado.
En st3, se detecta una señal del detector de nivel de líquido 107
para el acumulador. Si hay refrigerante excesivo en el acumulador,
en st4, la abertura S de una primera válvula de expansión 4 se
establece de manera que sea pequeña. Esto se repite hasta que no
haya refrigerante excesivo en el acumulador, después de lo cual se
establece una condición operativa en la que no hay máquina interior
que no esté funcionando en el modo de refrigeración, y no hay
refrigerante excesivo en el acumulador. En tal condición operativa,
la composición de circulación concuerda con la composición de
llenado. A propósito, en el ejemplo anterior, el caso en el que el
modo operativo es refrigeración, no hay máquina interior parada y no
hay refrigerante excesivo en el acumulador se representó como una
operación de regulación de composición, pero a condición de que se
conozca entonces la condición operativa y la composición de
circulación, se puede utilizar cualquier condición operativa.
A continuación se explicará la operación del
compensador de valor detectado de composición 60. La figura 27 es
un diagrama de flujo que representa el flujo de cálculos hechos por
el compensador de valor detectado de composición 60. En st1, un
valor calculado de la composición de circulación x_{i} se detecta
por un dispositivo de cálculo de composición 21. En st2, se
confirma que el sistema está en la operación de regulación de
composición, y se detecta la composición de circulación y_{i} en
la condición operativa de regulación de composición, que ha sido
introducida previamente. En st3, se halla un valor de compensación
de composición _x_{i} a partir de la diferencia entre la
composición de circulación y_{i} y el valor calculado de la
composición de circulación x_{1}.
A continuación, la operación del dispositivo de
cálculo de composición 21. La figura 28 es un diagrama de flujo que
representa el flujo del cálculo de composición. Como un primer paso
del cálculo, en st1, para cada uno de los componentes de la mezcla
refrigerante, se supone su composición x_{i}'. En st2, los
valores T_{1}, T_{2} y P_{2} son detectados por primeros
medios detectores de temperatura 103, segundos medios detectores de
temperatura 104 y segundos medios detectores de presión 102,
respectivamente. En st3, la presión P_{2}' de un tercer
dispositivo de estrangulamiento se calcula en base a P_{2} y
\DeltaP calculados en el dispositivo de cálculo de diferencia de
presión 58. En st4, la entalpía de líquido de presión alta H_{1}
se calcula en base a la composición de circulación x_{i}'
supuesta en st1 y el valor de temperatura detectado T1. En st5, la
entalpía bifásica de presión baja H_{2} se calcula en base a la
composición de circulación x_{i}' supuesta en st1, el valor de
temperatura detectado T_{1} y el valor de presión P_{2}' del
tercer dispositivo de estrangulamiento. En st6, H_{1} se compara
con H_{2}, y esta comparación se repite para diferentes supuestos
de la composición de circulación hasta que H_{1} sea igual a
H_{2}. El valor de x_{i}' al tiempo en que H_{1} resultó
igual a H_{2} proporciona la composición de circulación definida.
En st7, se obtiene la composición verdadera x_{i} a partir de la
adición de la composición de circulación definida x_{i}' y un
valor de compensación de composición \Deltax_{i}.
Además, el sufijo i significa mezcla refrigerante
en la que se mezclan i tipos de componentes.
Como se ha explicado, según esta invención,
puesto que en un sistema refrigerante conectado por un compresor,
una válvula de cuatro vías, un termointercambiador exterior, un
dispositivo de estrangulamiento, una pluralidad de
termointercambiador interior y un receptor de presión baja, se han
previsto un dispositivo de cálculo de composición para calcular la
composición de circulación, un controlador principal para
determinar el número de revoluciones del compresor y el número de
revoluciones de un ventilador exterior, un controlador de
estrangulamiento para determinar la abertura del dispositivo de
estrangulamiento y un controlador total para determinar la
temporización del cálculo de composición, el control principal y el
control de estrangulamiento, es posible que un sistema de
refrigeración y acondicionamiento de aire de tipo múltiple detecte
la composición de circulación, calcule la temperatura de
condensación y la temperatura de evaporación en base a la
composición detectada de circulación y los valores de presión baja
y de presión alta detectados, respectivamente, y controle el número
de revoluciones del compresor, el número de revoluciones del
ventilador exterior y la abertura del dispositivo de
estrangulamiento para mantener constantes la temperatura de
condensación y la temperatura de evaporación, e incluso cuando la
composición de circulación cambia con condiciones operativas, se
puede realizar una operación eficiente.
Además, en el sistema refrigerante, cuando el
controlador total considera que el cambio de tiempo de una cantidad
física detectada durante el ciclo refrigerante es grande, la
temporización de cálculo para la composición de circulación se hace
pequeña. Esto permite la detección de composición dependiendo del
cambio de composición en un estado inestable de manera que el
control se haga con la composición de circulación que siempre es
correcta. Esto contribuye a una buena controlabilidad.
Además, también en un estado de régimen, es
posible reducir la carga de cálculo en el control de estado de
régimen haciendo más largo el intervalo de tiempo para el cálculo
de la composición de circulación.
Además, en el sistema refrigerante, aislando
térmicamente el segundo dispositivo de estrangulamiento y las
porciones de tubo de refrigerante antes y detrás de él del aire
exterior para impedir la distribución mutua de calor entremedio, el
refrigerante tiene el comportamiento seguro de cambio de
equi-entalpía en la porción de estrangulamiento. En
el cálculo de la composición de circulación, puesto que se utiliza
el cambio de equi-entalpía del refrigerante en la
posición de la porción de estrangulamiento, es posible mejorar la
exactitud al detectar la composición de circulación si se realiza
fiablemente el cambio de equi-entalpía.
Además, en el sistema refrigerante, juzgando la
cantidad de intercambio térmico entre el exterior y la porción de
estrangulamiento (el segundo dispositivo de estrangulamiento y las
porciones de tubo de refrigerante antes y detrás de él) de la
temperatura del aire exterior por el calculador de composición para
proporcionar cierta compensación en la composición calculada, la
composición de circulación se puede obtener con alta precisión
aunque cambiase la temperatura del aire exterior, y se puede
mejorar la exactitud al detectar la composición sin la adición de
precio especial.
Además, en el sistema refrigerante, estableciendo
apropiadamente la abertura de un dispositivo de estrangulamiento
para una máquina interior parada para evitar que se recoja
refrigerante en la máquina interior parada y mantener el nivel de
líquido dentro del receptor de presión baja, es posible operar el
sistema con la composición de circulación eficiente y controlable,
puesto que el sistema refrigerante se puede controlar por la
composición que se hace que siempre esté estabilizada.
Además, en el sistema refrigerante, liberando
totalmente la abertura del dispositivo de estrangulamiento para la
máquina interior parada, puesto que el refrigerante a circular
mediante las máquinas interiores que están funcionando no circula
en la máquina interior parada, y todo el refrigerante que fluye por
el circuito principal intercambia calor en las máquinas interiores
que están funcionando, es posible comprobar la pérdida de la
capacidad, y por lo tanto operar el sistema eficientemente.
Además, en el sistema refrigerante, cuando el
refrigerante líquido que reside en una pluralidad de máquinas
interiores paradas se vuelve al circuito principal, recogiéndolo
individualmente de las respectivas máquinas interiores paradas a
diferentes temporizaciones, es posible limitar el cambio rápido del
nivel de líquido dentro del receptor de presión baja. Por lo tanto,
puesto que se puede evitar el cambio rápido de composición
resultante, se puede aumentar la fiabilidad del sistema de
refrigeración y acondicionamiento de aire propiamente dicho, y es
posible operar el sistema con una composición de circulación
eficiente.
Además, en el sistema refrigerante, cuando la
composición que se detectó excede de una banda predeterminada de
composición, se pueden detener las unidades, y se puede visualizar
la composición de circulación compuesta entonces. Por lo tanto, es
posible aumentar la seguridad y mejorar la capacidad de
mantenimiento.
Claims (10)
1. Un sistema de circulación de refrigerante
incluyendo:
un circuito principal de refrigerante para
circular mezcla refrigerante, incluyendo dicho circuito principal
de refrigerante un compresor (1), una válvula de control de
dirección (2), un condensador (3), un primer dispositivo de
estrangulamiento (4) y un evaporador (5);
caracterizado
por:
un circuito de derivación que diverge de un punto
entre una porción de descarga de dicho compresor (1) y dicha
válvula de control de dirección (2), y conectado mediante un
termointercambiador de detección de composición (9) y un segundo
dispositivo de estrangulamiento (8) a un punto entre una porción de
admisión de dicho compresor (1) y dicha válvula de control de
dirección (2);
primeros medios detectores de temperatura (103)
situados en un punto entre dicho termointercambiador de detección
de composición (9) y dicho segundo dispositivo de estrangulamiento
(8), detectando dichos primeros medios detectores de temperatura
(103) la temperatura de refrigerante hacia arriba de dicho segundo
dispositivo de estrangulamiento (8);
segundos medios detectores de temperatura (104)
situados en un punto entre dicho termointercambiador de detección
de composición (9) y dicho segundo dispositivo de estrangulamiento
(8), detectando dichos segundos medios detectores de temperatura
(104) la temperatura de refrigerante hacia abajo de dicho segundo
dispositivo de estrangulamiento (8);
primeros medios detectores de presión (102)
situados en un lado de admisión de dicho compresor (1), y para
detectar una presión de refrigerante en el lugar donde se
sitúa;
un dispositivo de cálculo de composición (21)
para calcular una composición de mezcla refrigerante en base a la
temperatura y presión detectadas del refrigerante;
segundos medios detectores de presión (101)
situados entre el lado de descarga de dicho compresor (1) y el
circuito de derivación, y para detectar la presión de refrigerante
en el lugar donde se sitúa; y
un controlador principal (22) para controlar al
menos la velocidad de dicho compresor o la velocidad de un
ventilador dispuesto en dicho condensador o evaporador, en base a
la composición calculada de refrigerante y la presión detectada de
refrigerante.
2. Un sistema de circulación de refrigerante
según se reivindica en la reivindicación 1, donde dicho circuito
principal de refrigerante incluye además un acumulador (6), y el
circuito de derivación está conectado a un punto entre el
acumulador (6) y la válvula de control de dirección (2);
incluyendo además el sistema de circulación de
refrigerante un tercer dispositivo de estrangulamiento (63) para
acoplar una entrada de lado de presión alta de dicho
termointercambiador de detección de composición y una salida de
lado de baja presión de dicho termointercambiador de detección de
composición.
3. Un sistema de circulación de refrigerante
según se reivindica en la reivindicación 1 o 2, donde dicho
dispositivo de cálculo de composición (21) detecta una cantidad
física representativa de un estado operativo de circulación de
refrigerante, y cambia el intervalo de tiempo para el cálculo de
composición cuando el cambio de tiempo de dicho valor detectado es
superior a un valor predeterminado.
4. Un sistema de circulación de refrigerante como
se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde
dicho segundo dispositivo de estrangulamiento (8) y una porción de
tubo entre dicho segundo dispositivo de estrangulamiento (8) y
dicho termointercambiador de detección de composición (9) están
aislados térmicamente.
5. Un sistema de circulación de refrigerante como
se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la
composición de circulación obtenida mediante el cálculo de dicho
dispositivo de cálculo de composición (21) se compensa con respecto
a la temperatura del aire exterior.
6. Un sistema de circulación de refrigerante como
se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
incluyendo además:
un controlador de estrangulamiento (23) para
controlar la abertura de dicho primer dispositivo de
estrangulamiento (4); y
un controlador total (24) incluyendo un
temporizador y para controlar las temporizaciones de control de
dicho dispositivo de cálculo de composición (21), controlador
principal (22) y controlador de estrangulamiento (23);
donde un primer dispositivo de estrangulamiento
(4a, 4b, 4c) para una máquina interior que no esté funcionando se
controla de manera que tenga una abertura predeterminada al tiempo
de la operación de calefacción.
7. Un sistema de circulación de refrigerante como
se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
incluyendo además:
un controlador de estrangulamiento (23) para
controlar la abertura de dicho primer dispositivo de
estrangulamiento (4); y
un controlador total (24) incluyendo un
temporizador y para controlar las temporizaciones de control de
dicho dispositivo de cálculo de composición (21), controlador
principal (22) y controlador de estrangulamiento (23);
donde un primer dispositivo de estrangulamiento
(4a, 4b, 4c) para una máquina interior que no esté funcionando se
controla de manera que se cierre al tiempo de la operación de
calefacción.
8. Un sistema de circulación de refrigerante como
se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el
sistema de circulación de refrigerante incluye un dispositivo de
seguridad (25) para examinar si la composición calculada por dicho
dispositivo de cálculo de composición (21) está dentro de un rango
de una composición predeterminada y parar la unidad cuando el examen
muestra que la composición detectada no está dentro de un rango
apropiado, y/o un dispositivo de visualización (26) para visualizar
la composición cuando se detecta su anomalía.
9. Un sistema de circulación de refrigerante como
se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,
incluyendo además:
un dispositivo de cálculo de pérdida de presión
del lado de baja presión (58) para dicho termointercambiador de
detección de composición.
10. Un sistema de circulación de refrigerante
como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
incluyendo además:
un controlador de operación de regulación de
composición (59) que proporciona un estado de operación en el que
la composición de circulación es conocida previamente; y
un dispositivo de cálculo de valor de
compensación de composición (60) para calcular la diferencia entre
el valor de composición calculado en dicho tiempo y una composición
de circulación conocida previamente; y
donde la composición calculada en dicho
dispositivo de cálculo de composición (21) se compensa en base al
valor de compensación de composición buscado al tiempo de la
operación de regulación de composición.
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