ES2202353T3 - Acondicionador de aire y dispositivo para retirar la humedad destinado a usarse en el acondicionador de aire. - Google Patents
Acondicionador de aire y dispositivo para retirar la humedad destinado a usarse en el acondicionador de aire.Info
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Abstract
UNA MAQUINA DE EXTERIOR QUE TIENE UNA VALVULA DE CUATRO VIAS, UN COMPRESOR, UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE EXTERIOR Y UN MEDIO DE EXPANSION CONECTADOS POR MEDIO DE UNA TUBERIA EN ESE ORDEN Y UNA MAQUINA DE INTERIOR QUE TIENE UN MEDIO DE EXPANSION DE INTERIOR Y UN INTERCAMBIADOR DE CALOR DE INTERIOR CONECTADOS POR MEDIO DE UNA TUBERIA, SE CONECTAN ENTRE SI POR MEDIO DE UNA TUBERIA DE REFRIGERANTE LIQUIDO Y DE UNA TUBERIA DE REFRIGERANTE GASEOSO DE MANERA QUE FORMEN UN CICLO DE REFRIGERACION; EL FLUJO DE LA TUBERIA DE REFRIGERANTE LIQUIDO DEL CICLO DE REFRIGERACION SE HACE QUE SEA UN FLUJO DE DOS FASES EN TODO MOMENTO MIENTRAS EL CICLO DE REFRIGERACION ESTA EN FUNCIONAMIENTO Y SE DISPONE UN MEDIO ABSORBENTE DE LA HUMEDAD EN ESTE FLUJO DE DOS FASES. EL REFRIGERANTE DE FUNCIONAMIENTO ES UN REFRIGERANTE DE LA SERIE HFC QUE PROTEGE EL MEDIO AMBIENTE GLOBAL, Y COMO FLUIDO DE TRABAJO SE UTILIA UN LUBRICANTE DE LA SERIE DE ESTERES. AL DISPONERSE EL MEDIO ABSORBENTE DE LA HUMEDAD EN EL FLUJO DE DOS FASES DE AIRE/LIQUIDO, ES POSIBLE SEPARAR LAS FUNCIONES DE TAL MANERA QUE LA HUMEDAD SEA ABSORBIDA EN LA FASE LIQUIDA, MIENTRAS QUE SE PERMITE QUE EL GAS FLUYA RAPIDAMENTE, HACIENDO POSIBLE DE ESTA FORMA OBTENER UN ACONDICIONADOR DE AIRE QUE EXPERIMENTE POCAS PERDIDAS DE PRESION Y SEA ALTAMENTE FIABLE, Y UN DISPOSITIVO ELIMINADOR DE HUMEDAD PARA UTILIZARLO EN EL ACONDICIONADOR DE AIRE.
Description
Acondicionador de aire y dispositivo para retirar
la humedad destinado a usarse en el acondicionador de aire.
La invención se refiere a un acondicionador de
aire tipo bomba de calor que comprende una unidad exterior que
incluye un compresor de refrigerante, una válvula de cuatro vías,
un intercambiador de calor exterior y un medio de expansión
conectado en este orden por tuberías, al menos una unidad interior
que incluye un intercambiador de calor interior, cuya unidades
están conectadas a través de una línea de gas y una línea de
líquido para formar un ciclo de refrigeración que es selectivamente
capaz de operar en un modo de refrigeración y en un modo de
calefacción conmutando la válvula de cuatro vías, y un dispositivo
para retirar la humedad dispuesto en dicho ciclo de refrigeración
entre dicho intercambiador de calor interior y dicho medio de
expansión o entre dicho medio de expansión y dicho intercambiador
de calor exterior.
Tal acondicionador de aire tipo bomba de calor
del tipo genérico se describe por el documento EP 0 502 609 A1.
Se prohibió la fabricación de refrigerantes
hechos de CFC (clorofluorocarbono) y HCFC
(hidroclorofluorocarbono) que se han usado ampliamente hasta ahora
como un fluido de trabajo para aparatos de refrigeración puesto que
destruían la capa de ozono. Por lo tanto, los refrigerantes
fabricados de un tipo o una mezcla de diversos tipos de HFC
(hidrofluorocarbono) que no contienen en la estructura molecular
átomos de cloro, los cuales ocasionan la destrucción de la capa de
ozono, se han desarrollado como materiales alternativos y se han
estudiados con orientación al uso práctico. Aunque se han usado
convencionalmente los materiales HFC tienen alta intensidad de
polarización y no exhiben casi ninguna solubilidad con lubricantes
basados en alquil benceno y aceite mineral. Es esencial para un
refrigerante tener solubilidad con un lubricante desde el punto de
vista de recirculación de un lubricante en un ciclo de
refrigeración, suministrando una cantidad suficiente de lubricante
a una sección del mecanismo de un compresor, y asegurando la
fiabilidad del aparato.
Teniendo presente lo anteriormente expuesto, se
han desarrollado aceites refrigerantes que contienen materiales
basados en éter, éster o carbonato que, cuando se introducen átomos
de oxígeno al mismo, exhiben solubilidad debido a la acción
interactiva bipolar con las moléculas de oxígeno. Cualquier tipo de
estos aceites refrigerantes tienen una alta afinidad con las
moléculas de agua y un alto grado de absorción de humedad.
Si está presente una gran cantidad de humedad en
un ciclo de refrigeración, los conductos delgados tienden a
atascarse debido a la congelación y a la producción de hidratos
refrigerantes en una sección de baja temperatura. También, si está
presente la humedad en aceite refrigerador o un refrigerante el
aceite refrigerador o el refrigerante se puede deteriorar debido a
la hidrólisis. En un ciclo de refrigeración que usa aceite
refrigerador basado en éster, particularmente, la presencia de
humedad ocasiona una notable reducción en la fiabilidad del aparato
por la razón de que las superficies deslizantes están sometidas de
abrasión química por ácidos orgánicos que resultan de la
hidrólisis. Esto significa que un ciclo de refrigeración que usa un
refrigerante basado en HFC que no destruye la capa de ozono es
difícil que mantenga una cantidad de humedad que entra en el ciclo
de refrigeración a un nivel bajo requerido durante períodos del
proceso de fabricación, trabajo de instalación del aparato,
servicio o mantenimiento, y que se necesita más que antes la
disposición de medios para retirar la humedad por debajo de un
nivel libre de problemas.
El documento JP 63-69961 describe
un aparato de refrigeración que puede ser usado como un
acondicionador de aire que comprende un compresor, un condensador,
medios de expansión, un evaporador y un dispositivo para retirar la
humedad, que están conectados en este orden. El dispositivo para
retirar la humedad comprende un depósito cilíndrico que tiene una
entrada en un extremo y una salida en el extremo opuesto y el cual
está lleno con un gran número de desecantes esféricos. La entrada
para el refrigerante convencional es más pequeña que la salida. Los
desecantes del dispositivo de retirada de humedad entran en
contacto con el refrigerante existente del evaporador en la fase de
gas.
El documento JP 5-66075
correspondiente al documento JP 3-226254 describe
un ciclo de refrigeración para un acondicionador de aire para
vehículos automotores que comprenden en este orden un compresor, un
condensador, un dispositivo de expansión, un evaporador y un
dispositivo para retirar la humedad. Se usa como refrigerante un
fluorohidrocarburo. El dispositivo para retirar la humedad puede ser
un depósito, en el cual está centralmente dispuesta una tubería
perforada que pasa a su través. Entre el exterior de esta tubería
central y la pared interna del depósito se disponen los desecantes
del depósito. Alternativamente, se puede usar un depósito, en la
parte inferior del cual se mantienen desecantes por medio de una
placa perforada, por encima de la cual una tubería de entrada y una
tubería de salida se vacían dentro de un espacio de flujo libre en
el depósito. Se dispone el dispositivo para retirar la humedad en
la línea de baja presión entre el evaporador y el compresor de modo
que el refrigerante en esta localización está en la condición de
que el gas sobrecalentado está saturado para tener un grado de
sequedad, y el contacto del refrigerante con el secador convierte el
refrigerante en una fase de gas y deteriora la capacidad de
absorción de agua.
Se disponen los dispositivos de retirada de
humedad según la técnica anterior en la línea de gas lo que
significa que los desecantes están en contacto con el refrigerante
en su fase de gas lo que se traduce en una pérdida más alta de
presión y baja eficacia con relación a la reducción del contenido
de humedad.
La zeolita sintética se ha conocido desde hace
mucho tiempo como un desecante para retirar la humedad en un ciclo
de refrigeración. Debido a la formación de una estructura molecular
en forma de jaula, la zeolita sintética tiene una característica de
selectivamente absorber y retener las substancias, que tienen
diámetros moleculares específicos, dentro de las cavidades de las
jaulas como resultado de un efecto tamiz desarrollado por la
estructura molecular en forma de jaula. Por lo tanto, incluso
cuando se emplea la zeolita sintética con un refrigerante basado en
flúor, puede adsorber sólo humedad sin adsorber el refrigerante.
Entonces, bajo una condición en la que la densidad de humedad
ambiente es alta y la velocidad de movimiento de las moléculas de
agua es baja, la probabilidad de que la humedad sea adsorbida a
través de las jaulas es incrementada y la zeolita sintética tiene
una mayor capacidad de adsorción.
En consecuencia, se incrementa la capacidad de
adsorción de la zeolita sintética poniendo en contacto el
adsorbente y el refrigerante uno con otro en una condición de fase
líquida donde la densidad es mayor, la velocidad de flujo es más
pequeña, y la velocidad del movimiento molecular es más pequeño que
en una condición de fase de gas. Expuesto de otro modo
proporcionando un medio para retirar la humedad en una línea de
líquido después de un condensador, se puede proporcionar un
acondicionador de aire que no es agresivo al medio ambiente global
sin la necesidad de modificar ampliamente un aparato convencional.
Además, los materiales HFC tienen un alto factor de calentamiento
global y por tanto se requiere reducir una cantidad absoluta de
materiales HFC contenidos en un aparato de refrigeración.
Como un método para reducir una cantidad de
refrigerante requerida para la operación de un ciclo de
refrigeración, se conoce pasar un líquido refrigerante después de
la condensación a través de un medio de estrangulación para que el
refrigerante tenga una condición saturada de dos fases en una
línea. En un acondicionador de aire tipo bomba de calor que utiliza
tal método, sin embargo, debido a que se requieren los medios de
expansión en ambas unidades exterior e interior y se estrangula un
flujo de refrigerante inmediatamente después de un condensador con
el fin de proporcionar siempre un flujo de dos fases en una línea
de conexión de líquido, no hay sitio en un ciclo de refrigeración
para que un refrigerante líquido fluya en todo momento en cualquier
operación de calefacción y refrigeración. Un flujo de dos fases
proporciona una velocidad de flujo mayor en términos de velocidad
de flujo de masa que en un flujo de una fase líquida. Por lo tanto,
si el dispositivo de retirada de humedad convencional citado
anteriormente está dispuesto en la línea de líquido, se
incrementaría notablemente una pérdida de presión y gran fuerza del
fluido actuaría sobre los desecantes. Esta gran fuerza del fluido
provocaría un riesgo de que los desecantes se gastasen o
pulverizasen en forma de polvo debido a la abrasión causada por la
fricción fluida, vibración, etc., y el polvo desecante puede entrar
en los conductos delgados para hacer que se obstruyan los conductos
delgados o que entre en una sección de piezas deslizantes de un
compresor para causar desgaste o agarrotamiento de las piezas
deslizantes.
Además, en un acondicionador de aire tipo bomba
de calor que tiene sólo un medio de expansión, no hay lugar tampoco
en un ciclo de refrigeración donde un refrigerante que fluye como
un flujo de una fase líquida en todo momento en cualquier operación
de calefacción y refrigeración, y siempre el refrigerante
proporciona un flujo de dos fases líquida y de gas en cualquier
lugar del ciclo de refrigeración en cualquier condición de
operación. De este modo, tal acondicionar de aire sufre de
desventajas similares como en el acondicionar de aire que tiene dos
o más medios de expansión.
Si se determina de antemano una línea de líquido
en la que la fase de un refrigerante cambia dependiendo de la
condición de operación y se dispone de un medio de retirada de
humedad en la línea de líquido, este caso requeriría una válvula de
control o similar, que haría la estructura más complicada, y
reduciría la fiabilidad del aparato.
Es el objeto de la invención proporcionar un
acondicionador de aire tipo bomba de calor del tipo genérico que
puede eficazmente retirar la humedad con baja pérdida de presión
evitando la hidrólisis del refrigerante y aceite refrigerador
ocasionada en esencia por la humedad también cuando un ciclo de
refrigeración se abre para reparar o mantener y prevenir que los
desecantes se pulvericen en forma de polvo incluso en un
acondicionador de aire tipo bomba de calor que tiene sólo un medio
de expansión.
Este objeto se logra con un acondicionador de
aire tipo bomba de calor del tipo genérico porque el ciclo de
refrigeración usa un refrigerante hecho de al menos un tipo de
fluorohidrocarburo que no contiene átomos de cloro, porque se
incluye un medio de separación en dicho medio para retirar la
humedad para separar un conducto de flujo para el refrigerante y
una porción de retención absorbente de humedad, y porque un medio
de control está dispuesto para controlar el medio de expansión a fin
de hacer que el refrigerante después de la condensación en el
intercambiador de calor interior o en el intercambiador de calor
exterior se convierta en flujo de dos fases de gas y líquido.
Con tal acondicionador de aire tipo bomba de
calor el flujo en la línea de refrigerante líquido como parte del
ciclo refrigerante es por lo general un flujo de dos fases durante
la operación del ciclo de refrigeración, en la cual se dispone la
retirada de humedad del flujo de dos fases o medio de absorción. De
este modo, el medio de absorción de humedad puede desarrollar
funciones separadas de modo que se absorbe la humedad en la fase
líquida y el gas refrigerante fluye rápido. De este modo, el
acondicionador de aire tipo bomba de calor produce una pérdida de
baja presión y tiene una alta fiabilidad usando un refrigerante
basado en HFC que es conveniente para la protección del medio
ambiente global, y como un aceite de trabajo por ejemplo un
lubricante basado en éster.
Preferiblemente, un medio de expansión adicional
puede ser asociado con dicha unidad interior en la que dicho medio
de retirada de humedad está dispuesto entre los dos medios de
expansión.
Es conveniente que el dispositivo de retirada de
humedad comprenda un depósito cerrado conectado con una tubería de
entrada y una tubería de salida para el refrigerante, una tubería
interna dispuesta en el depósito que define el conducto de flujo en
comunicación con las tuberías para el refrigerante y que tiene un
diámetro que es igual al de las tuberías conectadas para el
refrigerante o incluso más, y desecantes retenidos entre la tubería
interna y el depósito.
Según otra alternativa el dispositivo de retirada
de humedad es un separador líquido/gas que tiene desecantes en una
porción inferior mantenidos por el medio de separación.
Preferiblemente, los desecantes consisten en
zeolita sintética con moléculas absorbentes que tienen un diámetro
medio de 0,31 nm (31 \ring{A}) o menos.
Además, el dispositivo de retirada de humedad
puede incluir un medio indicador para indicar su contenido en
humedad.
El acondicionador de aire tipo bomba de calor de
la presente invención no es agresivo al medio ambiente global
debido a que se emplea el refrigerante que no destruye la capa de
ozono y se reduce la cantidad de refrigerante contenido en el ciclo
de refrigeración. Aún cuando el flujo de refrigerante es un flujo de
dos fases, se dispone el dispositivo de retirada de humedad en un
área de flujo de baja presión donde se produce una pérdida de
presión pequeña, y el medio de retirada de humedad comprende una
porción de retirada de humedad y una porción de conducto principal.
Por lo tanto, una pérdida de presión ocasionada por el flujo de
refrigerante se puede reducir y la humedad se puede retirar del
refrigerante de trabajo con gran eficacia. Adicionalmente, puesto
que la fuerza del fluido que actúa sobre el desecante mantenido por
la porción que retiene la humedad se puede reducir sin usar una
estructura complicada, es posible evitar que el desecante se
pulverice en forma de polvo debido a la abrasión causada por la
fricción del fluido, vibración, etc.
Además, el acondicionador de aire no requiere que
se conmute el medio de expansión dependiendo de si la operación está
en el modo de refrigeración o calefacción, y requiere sólo un medio
de expansión. En este caso, el flujo en la línea en la que se
dispone el dispositivo de retirada de humedad puede ser un flujo de
una fase líquida o un flujo de dos fases líquida y de gas. Sin
embargo, puesto que el dispositivo de retirada de humedad
desarrolla una pequeña resistencia al fluido para cualquiera de los
flujos, se evita que el desecante se pulverice en forma de polvo.
También, el dispositivo de retirada de humedad no reduce su
capacidad de retirar la humedad en ninguno de las condiciones de
flujo.
Además, la disposición del separador líquido/gas
permite que el desecante se coloque en un conducto donde sólo fluye
refrigerante líquido o en una reserva de líquido. Por lo tanto, se
puede retirar de forma efectiva la humedad en el refrigerante de
trabajo bajo una condición de pérdida de baja presión.
Adicionalmente, incluso en el caso de usar un
HFC32 que tiene un diámetro molecular medio más cercano al de las
moléculas de agua entre los refrigerantes de HFC, el refrigerante
puede estar ciertamente discriminado de las moléculas de agua y la
cantidad de moléculas del refrigerante adsorbidas por el desecante
pueden ser suficientemente pequeñas. Además, se puede confirmar la
acción y movimiento del desecante. La estructura que permite que el
desecante sea fácilmente substituido también contribuye a mejorar
la fiabilidad del ciclo de refrigeración líquido y el medio de
absorción de humedad.
En todas las realizaciones anteriormente
descritas, la zeolita sintética usada como desecante es
convenientemente seleccionada de modo que las moléculas absorbentes
tienen un diámetro medio de 0,31 nm (31 \ring{A}) o menos, cuando
el refrigerante se proporciona por un refrigerante que contiene
HPC32, por ejemplo, cualquiera de los refrigerantes que tienen
tales números definidos por ASHRAE como una serie de R407 (mezcla de
tres tipos de HFC32/HF125/HFC134a) y una serie de R410 (mezcla de
dos tipos de HFC32/HFC125). La razón por la que el diámetro
molecular se establece aquí a 0,31 nm o menos se da más abajo. De
los refrigerantes HFC, el HFC32 tiene un diámetro medio mínimo de
moléculas tan pequeño como 0,33 nm y las moléculas de agua tienen un
diámetro de 0,28 nm. Entonces, se selecciona aquí un valor
intermedio entre estos dos diámetros. En otras palabras,
estableciendo el diámetro molecular del refrigerante a tal valor
intermedio o menos, las moléculas de agua son seguramente
adsorbidas, aunque el refrigerante HFC nunca será adsorbido en
teoría por la zeolita. Esto significa que incluso el refrigerante
que contiene HFC32 es difícilmente adsorbido por la zeolita
sintética, la capacidad de absorción de humedad de los desecantes
no se reduce, y el refrigerante no se descompone. En consecuencia,
el dispositivo de retirada de humedad y el acondicionador de aire
que usa el dispositivo de retirada de humedad se mejoran en
fiabilidad.
Según la presente invención, se emplea el
refrigerante que no destruye la capa de ozono, la cantidad del
refrigerante que va a ser incluida en el ciclo de refrigeración
puede ser rebajada, y se puede ser reducida la humedad presente en
el ciclo de refrigeración. Entonces, un acondicionador de aire que
reduce al mínimo un efecto sobre el medio ambiente global es menos
costoso y se puede lograr una alta fiabilidad.
Además, según la presente invención, incluso
cuando se emplea un dispositivo de expansión único, la humedad
presente en el ciclo de refrigeración puede ser reducida mientras
evita que los desecantes sean pulverizados en forma de polvo y
deteriorados. Por lo tanto, se puede realizar un acondicionador de
aire tipo bomba de calor que es menos costoso y tiene alta
fiabilidad.
También, según la presente invención, incluso con
el refrigerante que fluye a través de la línea de líquido en la
condición de dos fases líquida y de gas, una combinación del
separador gas/líquido y el dispositivo de retirada de humedad
permite que sea retirada la humedad sin necesidad de una estructura
especial para reducir una pérdida de presión, al tiempo que evita
que los desecantes sean pulverizados en polvo y se deterioren. Por
lo tanto, se puede emplear el equipo de fabricación convencional de
secado sin ningún tipo de modificaciones, que es efectivo en la
fabricación del acondicionador de aire menos costoso.
Además, según la presente invención, puesto que
la cantidad de refrigerante adsorbido por los desecantes puede ser
lo suficientemente pequeña, es posible evitar que el refrigerante
se descomponga y produzca ácidos, para eliminar no sólo el desgaste
químico de las secciones del mecanismo del acondicionados de aire y
el dispositivo de retirada de agua, sino también la descomposición
de los desecantes, y para realizar un acondicionador de aire
sumamente fiable.
Además, según la presente invención, puesto que
si los desecantes funcionan apropiadamente o no pueden ser
confirmados y se puede acortar el tiempo requerido para sustituir
los desecantes, el acondicionador de aire y el dispositivo para
retirar el agua pueden ser segura y fácilmente mejorados en
fiabilidad.
Las realizaciones de la invención se describen
ahora haciendo referencia a los dibujos en los que
la fig. 1 es una vista típica de una realización
de un acondicionador de aire de la presente invención,
la fig. 2 es una vista en sección longitudinal de
una realización de un secador mostrado en la fig. 1,
la fig. 3 es una vista típica de una modificación
del acondicionador de aire de la presente invención,
las figs. 4 a 6 son vistas en sección
longitudinal de las modificaciones respectivas del secador,
la fig. 7 es una vista en sección longitudinal de
una realización de un separador líquido/gas mostrado en la fig. 1,
y
la fig. 8 es una vista en sección parcial de una
modificación del separador líquido/gas en la presente
invención.
La fig. 1 es una vista típica de un ciclo de
refrigeración de un acondicionador de aire tipo bomba de calor. Una
unidad 11 exterior está compuesta de una válvula 3 de cuatro vías,
un acumulador 2, un aparato 1 de compresión de refrigeración
representado por un compresor en espiral de accionamiento
invertido, un intercambiador 4 de calor exterior, un dispositivo 6
de expansión exterior representado por una válvula de expansión
electromagnética, y un secador 7 que está conectado en orden a
través de las líneas de tuberías. Por otro lado, una unidad 12
interior compuesta de un dispositivo 8 de expansión interior y un
intercambiador 9 de calor interior están conectados a través de las
líneas de tubería. La unidad exterior y la unidad interior están
conectadas una a otra a través de una línea 13 de gas y una línea
14 de líquido, componiendo de ese modo un ciclo de refrigeración.
Adicionalmente, se proporciona un ventilador 5 exterior para
proyectar aire al intercambiador de calor exterior de la unidad
exterior, y se proporciona un ventilador 10 interior para proyectar
aire al intercambiador de calor interior de la unidad interior.
Aunque no se muestra, las unidades exterior e interior también
incluyen detectores para controlar sus dispositivos constituyentes,
controladores para controlar los dispositivos constituyentes
basados en salidas de los detectores, e interruptores de control
remoto.
Según se muestra en la fig. 2 el secador 7
comprende un depósito 21, un conducto 23 del refrigerante en una
porción central del depósito 21 y que permite que un refrigerante
pase a través del mismo, y los desecantes 22 almacenados en un
espacio definido entre el depósito 21 y el conducto 23
refrigerante. Entonces, las tuberías de las líneas contiguas son
conectadas a ambos extremos del depósito 21 opuesto uno a otro en la
dirección del conducto del refrigerante.
La operación de una realización de la presente
invención estructurada de este modo será descrita más abajo. El
acondicionador de aire tipo bomba de calor utiliza un ciclo
refrigerante de presión de vapor y opera selectivamente en un modo
de refrigeración y calefacción conmutando la válvula 3 de cuatro
vías. El acondicionador de aire emplea, como un refrigerante de
trabajo, HFC (fluorohidrocarburo) que no destruye la capa de ozono.
El refrigerante HFC viene dado por un tipo o una mezcla de tipos
diversos seleccionados de entre HFC32 (difluorometano), HFC125
(pentafluoroetano), HFC134a (1, 1, 1, 2 - tetrafluoroetano) y
HFC143a (1, 1, 2 - trifluoroetano). Además, el acondicionador de
aire emplea, como aceite refrigerador, cualquier aceite
refrigerador basado en éster, éter o carbonato que, cuando los
átomos de oxígeno son introducidos a las estructuras moleculares de
los mismos, exhiben solubilidad con el refrigerante basado en
HFC.
El acondicionador de aire estructurado según se
describe más arriba opera como sigue. Primero, en el modo de
operación de refrigeración, se produce un refrigerante de gas de
alta presión, de alta temperatura, desde el aparato 1 de compresión
del refrigerante que es introducido al intercambiador 4 de calor
exterior que sirve como un condensador donde el gas refrigerante es
convertido en un refrigerante líquido a través de los procesos de
radiación de calor, condensación y sobrerefrigeración. El
refrigerante líquido es sometido a una reducción de presión en el
dispositivo 6 de expansión exterior bajo control del controlador
para entrar en contacto un flujo de dos fases líquida y de gas. El
refrigerante en esta condición pasa a través del secador 7, fluye a
través de la línea 14 de líquido, y entonces alcanza la unidad 12
interior. El refrigerante es sometido a una reducción de presión
adicional en el dispositivo 8 de expansión interior para tener una
presión más baja y una temperatura más baja. El refrigerante
resultante es introducido al intercambiador 9 de calor interior que
sirve como un evaporador donde el refrigerante es evaporado al
tiempo que absorbe calor, y que experimenta un intercambio de calor
con el aire interior para refrigerar un espacio interior. Además,
el refrigerante entra en la unidad 11 exterior a través de la línea
13 de gas, pasa a través de la válvula 3 de cuatro vías y el
acumulador 2 sucesivamente y es succionado por el aparato 1 de
compresión del refrigerante, de este modo completando un recorrido
de un ciclo de refrigeración. En el modo de operación de
calefacción, la válvula 3 de cuatro vías es conmutada de modo que un
gas refrigerante de alta presión, de alta temperatura producido
desde el aparato 1 de compresión del refrigerante es introducido a
la unidad 12 interior a través de la línea 13 de gas. En el
intercambiador 9 de calor interior que sirve ahora como un
condensador, el refrigerante experimenta un intercambio de calor
con el aire interior para radiar calor al espacio interior para
calefacción. El refrigerante líquido que ha sido condensado y
sobrerefrigerado en el intercambiador 9 de calor interior es
sometido a una reducción de presión en el dispositivo 8 de
expansión interior bajo control del controlador para entrar en
contacto con un flujo de dos fases líquida y de gas. El
refrigerante en esta condición fluye a través de la línea 14 de
líquido y pasa a través del secador 7. Entonces, el refrigerante es
sometido a una reducción de presión adicional en el dispositivo 6
de expansión exterior para tener una presión más baja y una
temperatura más baja. El refrigerante resultante es introducido al
intercambiador 4 de calor exterior que sirve ahora como un
evaporador donde es evaporado al tiempo que absorbe calor. Después
de eso, el refrigerante pasa a través de la válvula 3 de cuatro
vías y el acumulador 2 sucesivamente, y es succionado por el aparato
1 de compresión del refrigerante, completando de este modo un
recorrido de un ciclo de refrigeración.
En cualquier modo, puesto que el refrigerante
entre el dispositivo 6 de expansión exterior y el dispositivo 8 de
expansión interior está en una condición de dos fases líquida y de
gas, puede ser reducida la cantidad de refrigerante que va a pasar a
través de la línea 14 de líquido que se extiende sobre una
distancia relativamente larga para interconexión entre la unidad 11
exterior y la unidad 12 interior que corresponde al mezclado del
gas refrigerante que tiene baja densidad en el refrigerante líquido
según se compara con el caso de que el refrigerante que está
pasando a través de la línea 14 de líquido en una fase de líquido
sobrerefrigerado. En consecuencia, la cantidad de refrigerante
contenido en el ciclo de refrigeración puede ser más pequeña que la
requerida para un sistema de líquido completo en el que la línea de
líquido está totalmente llena con el refrigerante líquido.
La zeolita sintética capaz de selectivamente
adsorber sólo humedad en el ciclo de refrigeración es sinterizada
con un aglomerante y conformada dentro de un núcleo cilíndrico que
sirve como una porción 22 de retención de humedad. El secador 7
está formado para contener la porción 22 de retención de humedad en
el depósito 21 y entonces acoplar los extremos opuestos del
depósito 21 a las tuberías de las líneas contiguas. El diámetro
interno de la porción 22 de retención de humedad correspondiendo al
conducto 23 del refrigerante se selecciona para ser igual a o mayor
que el de las tuberías aguas arriba y aguas abajo del secador
7.
Cuando el refrigerante pasa a través del secador
7 durante la operación del ciclo de refrigeración según se explicó
anteriormente, la humedad que hay mezclada dentro del ciclo de
refrigeración durante las etapas de fabricación del aparato y el
trabajo de instalación del mismo es absorbida por la porción 22 de
retención de humedad hecha de zeolita porosa. Por lo tanto, el
contenido de humedad en el ciclo de refrigeración se reduce
gradualmente. Puesto que aquí el diámetro interno del conducto 23
del refrigerante del secador 7 es igual o mayor que el de las
tuberías aguas arriba y aguas abajo del secador 7, la pérdida de
presión no se incrementa notablemente incluso aunque el refrigerante
en la condición de dos fases líquida y de gas pasa a través del
secador 7. En otras palabras, debido a que la porción 22 de
retención de humedad no está sujeta a gran fuerza de fluido de otro
modo causada por el flujo del refrigerante se puede evitar que los
desecantes sean pulverizados en forma de polvo debido a la
fricción, vibración, etc.
Según esta realización, como se describe
anteriormente, puesto que la cantidad de refrigerante contenido es
reducida, se puede rebajar la cantidad de refrigerante que puede
afectar la destrucción de la capa de ozono o calentamiento global.
Además, puesto que la cantidad de humedad en el ciclo de
refrigeración que es un factor de disminución de la fiabilidad
puede ser reducida, es posible disponer de un acondicionador de aire
que es efectivo para la protección del medio ambiente global y es
sumamente fiable.
La modificación de la fig. 3 difiere de la
realización de la fig. 1 porque el secador 7 está dispuesto entre
el intercambiador 4 de calor exterior y el dispositivo 6 de
expansión exterior, y se omite el dispositivo 8 de expansión
interior. También en esta modificación, el secador 7 tiene la misma
estructura adaptada para una perdida de presión baja como en la
realización de la fig. 2. Por lo tanto, se puede evitar que los
desecantes sean pulverizados en forma de polvo incluso cuando el
refrigerante fluye a través del secador 7 como un flujo de dos
fases líquida y de gas.
En esta modificación, puesto que el flujo del
refrigerante es estrangulado por el dispositivo 6 de expansión
exterior sólo en cualquiera de las operaciones de calefacción y
refrigeración, el líquido sobrerefrigerado pasa a través del
dispositivo de retirada de humedad durante la operación de
refrigeración, aunque el flujo producido de dos fases líquida y de
gas después de ser estrangulado por el dispositivo 6 de expansión
exterior pasa a través del dispositivo de retirada de humedad
durante la operación de calefacción. Debido a que los desecantes
muestran eficacia de adsorción más alta para el líquido
sobrerefrigerado que para el flujo de dos fases líquida y de gas, es
efectivo para instalar el dispositivo de retirada de humedad en la
posición según se muestra en esta modificación cuando el
acondicionador de aire se hace funcionar más frecuentemente en el
modo de refrigeración. Cuando el acondicionador de aire se hace
funcionar más frecuentemente en el modo de calefacción, es
ventajoso que el secador 7 sea instalado entre el intercambiador 9
de calor interior y el dispositivo 6 de expansión exterior.
La figura 4 muestra una primera modificación en
la que el secador 7 comprende un depósito 31 que tiene ambos
extremos a los que se unen tuberías de conexión, una porción 32 de
retención de humedad que almacena desecantes en la misma, una placa
33 fija para dividir un espacio interno del depósito 31 en un
conducto de flujo principal y la porción 32 de retención de
humedad, y un muelle 34 para posicionar la placa fija en su lugar.
La posición de instalación del secador en el ciclo de refrigeración
y la operación del ciclo de refrigeración san las mismas que en la
realización de la fig. 1.
En esta realización, un gran número de desecantes
obtenidos que conforman la zeolita sintética en gránulos en forma
de perlas son contenidos en una porción inferior del depósito 31
para servir como la porción 32 de retención de humedad. Para
inmovilizar los desecantes, la placa 33 fija se mantiene bajada por
el muelle 34. La placa 33 fija tiene un gran número de orificios
formados en la misma y son más pequeños que el diámetro de las
perlas del desecante, permitiendo que el refrigerante fluya a través
de los orificios. Por lo tanto, sólo una porción de fase líquida
del refrigerante en la condición de flujo de dos fases pasando una
porción superior del depósito 31 reside en el depósito 31 y entra en
contacto con la porción 32 de retención de humedad. Puesto que el
espacio interno del depósito 31 es dividido de este modo en un área
superior donde fluye el refrigerante y un área inferior donde están
presentes los desecantes, una pérdida de presión es pequeña y los
desecantes no se exponen al flujo del refrigerante a una gran
velocidad. Como resultado, se evita que los desecantes sean
pulverizados en forma de polvo. Además, los desecantes y el
refrigerante entran en contacto uno con otro en una condición
líquida proporcionando buena eficacia de adsorción, y el
refrigerante que reside en el depósito es substituido por uno nuevo
sucesivamente bajo una acción del flujo del refrigerante. En
consecuencia, los desecantes pueden desarrollar efectivamente una
capacidad de absorber humedad y pueden rápidamente reducir el
contenido de humedad en el ciclo de refrigeración.
Después, la fig. 5 muestra otra modificación del
secador en el que se puede confirmar visualmente la sequedad del
refrigerante y se puede sustituir fácilmente la porción de
retención de humedad. Esta modificación difiere de la modificación
de la fig. 4 en que adicionalmente comprende un visor 36 de
cristal, un detector 37 de contenido de humedad, una porción 38 de
unión, y una lámina 39 de protección. El detector 37 de contenido
de humedad está formado por una sustancia que hace que cambie el
color dependiendo del contenido de humedad, por ejemplo, cloruro de
cobalto, fijamente impregnado en una lámina, y está dispuesto de
modo que una condición de secado del ciclo de refrigeración pueda
ser confirmada visualmente a través del visor de cristal 36. La
porción 38 de unión tiene una estructura de sujeción de tornillo que
permite retirar opcionalmente una porción inferior del depósito.
Con el secador que tiene la estructura anteriormente mencionada, es
posible confirmar que la humedad se retira con seguridad, y para
remplazar fácilmente los desecantes cuando el refrigerante es
substituido o añadido en el momento de la reparación de
desperfectos o mantenimiento. Como resultado, se puede restaurar la
capacidad de adsorción de la humedad y garantizar la fiabilidad.
En la fig. 6, una tubería 46 interna que tiene
substancialmente el mismo diámetro que las tuberías de conexión
está dispuesta en un depósito 41 y acoplada a las tuberías de
conexión. En un espacio definido entre el tubo 46 interno y el
depósito 41, se almacenan los desecantes en forma de perla para
servir como un elemento 42 de retención de humedad.
Específicamente, en el espacio entre el tubo 46 interno y el
depósito 41, se disponen una placa 43 fija asegurada por calefateo
en un extremo del espacio en la dirección del flujo del
refrigerante, una placa 44 móvil en el lado más cercano del otro
extremo del espacio en la dirección del flujo del refrigerante, y
un muelle 45 interpuesto entre la placa 44 móvil y una pared
interna del depósito 41. Los desecantes son almacenados en un
espacio definido entre la placa 43 fija y la placa 44 móvil. El
elemento 42 de retención de humedad se retiene fuertemente en ese
espacio por la fuerza elástica del muelle 45. Cada placa fija 43,
la placa 44 móvil y el tubo 46 interno tiene un gran número de
orificios formados allí y siendo más pequeños que el diámetro de
las perlas del desecante, permiten que el refrigerante pase
libremente a través de los orificios. Con esta estructura, puesto
que el refrigerante circulante en la condición de dos fases líquida
y de gas principalmente fluye a través del tubo 46 interno, los
desecantes no están expuestos al refrigerante que fluye a una gran
velocidad y por tanto se evita que sean pulverizados en forma de
polvo. También, puesto que se realiza esta modificación sólo por
secadores convencionales que se modifican ligeramente y pueden
emplean desecantes del tipo de perlas versátiles, el secador de
modificación es recomendable porque es fácilmente estructurado y
menos costoso.
Aún otra modificación del secador para uso con
flujo de dos fases, la fig. 7 muestra un ejemplo que emplea un
separador de líquido/gas. En un depósito 51 cerrado, se dispone una
tubería 54 de entrada de refrigerante para introducir el
refrigerante en el deposito 51 y una tubería 55 de salida del
refrigerante para introducir el refrigerante desde el interior del
depósito 51 al exterior del mismo. Los extremos distales de estas
dos tuberías alcanzan una posición cerca de la superficie del fondo
del depósito 51. Por lo general, el refrigerante en fase líquida se
llena en el depósito hasta un nivel intermedio, el depósito y el
refrigerante en fase de gas se llena en un espacio del depósito por
encima del refrigerante líquido. Los orificios 56 y 57 de mezcla
del refrigerante de gas se forman respectivamente en la tubería 54
de entrada del refrigerante y la tubería 55 de salida del
refrigerante de modo que el refrigerante líquido extraído desde la
porción inferior del depósito 51 se añade con el refrigerante de
gas presente en la porción superior del depósito 51 para mantener
un cierto grado de sequedad en el refrigerante. Los desecantes 51 en
forma de perlas se retienen por un elemento de retención desecante
en la porción inferior del depósito 51 donde se llena el
refrigerante en fase líquida, al tiempo que se permite que el
refrigerante líquido pase libremente entre los desecantes 52 en
forma de perla. Específicamente, los desecantes 52 se retienen en
su lugar por un elemento 53 de retención desecante en la forma de
una jaula de red, por ejemplo. Con esta estructura, puesto que los
desecantes 52 están colocados en el refrigerante líquido que fluye
dentro del depósito 51 y se dispersan a una baja velocidad, se
evita que sean pulverizados en forma de polvo y puedan ser usados en
un estado de contacto líquido proporcionando buena eficacia de
adsorción. El separador de líquido/gas también tiene una función de
ajustar la cantidad de refrigerante cuando se instala en la línea
de líquido del ciclo de refrigeración operado utilizando un flujo de
dos fases líquida y de gas. Incidentalmente, no tiene sentido decir
que el secador de esta modificación opera exactamente en la misma
manera según se describió anteriormente independientemente de cual
de las dos tuberías 54, 55, insertadas en el depósito 51 sirve como
la tubería de introducción del refrigerante.
La fig. 8 muestra una modificación del separador
líquido/gas mostrado en la fig. 7. Esta modificación es adecuada
para el uso en el ciclo de refrigeración en el que el refrigerante
fluye sólo en una dirección. En la fig. 8, el refrigerante en fase
líquida se llena en una porción inferior del depósito 61 y el
refrigerante en la fase de gas se llena en un espacio del depósito
por encima del refrigerante líquido. El refrigerante en la
condición de dos fases líquida y de gas que fluye a través de una
tubería 63 de introducción insertada en una porción superior del
depósito 61 se separa en líquido y gas en el depósito 61. Se
instala un secador 62 que puede ser convencional en una tubería 64
de salida de líquido que es insertada en la porción inferior del
depósito llena con el refrigerante líquido y permite sólo que el
refrigerante líquido pase a través de ella, de ese modo retirando la
humedad contenida en el refrigerante. Una porción de tubería por
encima del secador 62 y la porción superior del depósito 61 están
comunicadas una a otra por una tubería 65 de salida de gas para
evitar que el refrigerante de gas se acumule excesivamente en el
separador líquido/gas. Con esta estructura, puesto que se le
permite al refrigerante pasar a través del secador 62 como un flujo
de una fase líquida y los desecantes pueden absorber la humedad del
flujo de la fase líquida, es posible eficazmente absorber la humedad
como en la realización anterior. Un mérito adicional es que no hay
necesidad de usar la estructura especial adaptada para una pérdida
de presión baja y por tanto se pueden emplear secadores
convencionales como tales.
Claims (6)
1. Un acondicionador de aire tipo bomba de calor
que comprende
- -
- una unidad (11) exterior que incluye un compresor (1) de refrigerante, una válvula (3) de cuatro vías, un intercambiador (4) de calor exterior y un medio (6) de expansión conectados en este orden por tuberías,
- -
- al menos una unidad (12) interior que incluye un intercambiador (9) de calor interior,
- -
- cuyas unidades (11, 12) están conectadas a través de una línea (13) de gas y una línea (14) de líquido para formar un ciclo de refrigeración que es selectivamente operable en un modo de refrigeración y en un modo de calefacción conmutando la válvula (3) de cuatro vías, y
- -
- un dispositivo (7, 62) de retirada de humedad dispuesto en dicho ciclo de refrigeración entre dicho intercambiador (9) de calor interior y dicho medio (6) de expansión o entre dicho medio (6) de expansión y dicho intercambiador (4) de calor exterior,
caracterizado
- -
- porque el ciclo de refrigeración usa un refrigerante hecho de al menos un tipo de fluorohidrocarburo que no contiene átomos de cloro,
- -
- porque un medio de separación (33, 46, 53) se incluye en dicho dispositivo (7, 62) de retirada de humedad para separación en un conducto de flujo para el refrigerante y una porción (22) de retención de absorbente de humedad y
- -
- porque se proporciona un medio de control para controlar el medio (6, 8) de expansión a fin de hacer que el medio refrigerante, después de su condensación en el intercambiador (9) de ca-
\vskip1.000000\baselineskip
- lor interior o en el intercambiador (4) de calor exterior, se convierta en un flujo de dos fases de gas y líquido.
2. Un acondicionador de aire tipo bomba de calor
según la reivindicación 1, caracterizado por un medio (8) de
expansión adicional asociado con dicha unidad (12) interior, en el
que dicho medio (7) de retirada de humedad está dispuesto entre los
dos medios (6, 8) de expansión.
3. Un acondicionador de aire tipo bomba de calor
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el
dispositivo (7) de retirada de humedad comprende un depósito (21,
41) cerrado conectado a una tubería de entrada y una tubería de
salida para el refrigerante, definiendo una tubería (23, 46)
interna dispuesta en el depósito (21, 41) el conducto de flujo en
comunicación con las tuberías para el refrigerante y teniendo un
diámetro que es igual o mayor que el de las tuberías de entrada y
salida conectadas, y desecantes (22, 42) retenidos entre la tubería
(23, 46) interna y el depósito (21, 41).
4. Un acondicionador de aire tipo bomba de calor
según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el
dispositivo (7) de retirada de humedad es un separador líquido/gas
que tiene en una porción inferior desecantes (32, 52) retenidos por
el medio (33, 53) de separación.
5. Un acondicionador de gas tipo bomba de calor
según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque los
desecantes consisten en zeolita sintética con moléculas absorbentes
que tienen un diámetro medio de 0,31 nm (31 \ring{A}) o menos.
6. Un acondicionador de aire tipo bomba de calor
según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el dispositivo de retirada de humedad incluye un medio
indicador para indicar el contenido de humedad en el dispositivo (7)
de retirada de
\hbox{humedad.}
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