ES2210549T3 - Acondicionador de aire. - Google Patents
Acondicionador de aire.Info
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Abstract
UN ACONDICIONADOR DE AIRE TIENE UN CIRCUITO DE REFRIGERANTE 1 EN EL CUAL EL REFRIGERANTE PASA A TRAVES DE UN COMPRESOR 2, UN CONDENSADOR 3, UN INTERCAMBIADOR DE CALOR CON SOBREENFRIAMIENTO 10, UN PRIMER DISPOSITIVO DE EXPANSION 4 Y UN EVAPORADOR 5, POR ESTE ORDEN. EN ESTE CIRCUITO DE REFRIGERANTE 1, EL REFRIGERANTE DESCARGADO POR EL COMPRESOR 2 SE CONDENSA EN EL CONDENSADOR 3 Y EL REFRIGERANTE CONDENSADO SE SOBREENFRIA EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR CON SOBREENFRIAMIENTO 10. LA PRESION DEL REFRIGERANTE SE REDUCE EN EL PRIMER DISPOSITIVO DE EXPANSION 4 Y LUEGO SE EVAPORA EN EL EVAPORADOR 5 Y ES ASPIRADO POR EL COMPRESOR. EL USO DE UN REFRIGERANTE NO AZEOTROPICO COMO EL ANTERIOR PUEDE AUMENTAR LA CAPACIDAD DE REFRIGERACION Y MEJORAR LOS EFECTOS DEBIDO AL SUBENFRIAMIENTO, EN COMPARACION CON EL USO DE UN SOLO REFRIGERANTE.
Description
Acondicionador de aire.
La presente invención se refiere a aparatos de
aire acondicionado. La presente invención se refiere, en particular,
a un acondicionador de aire que tiene un circuito de refrigerante en
el que un refrigerante fluye a través de un compresor, un
condensador, un termointercambiador de superenfriamiento para
superenfriar el refrigerante, un mecanismo de expansión y un
evaporador en este orden.
Con referencia a la figura 10, como un circuito
de refrigerante 301 de un acondicionador de aire del tipo anterior,
se conoce uno que incluye un circuito principal 306 que tiene un
compresor 302, un condensador 303, un termointercambiador del tipo
de doble tubo 310 para superenfriamiento, un mecanismo de expansión
principal 304, un evaporador 305, una válvula de cambio de cuatro
vías 309 y un acumulador 308 dispuestos en este orden y un circuito
de derivación (indicado por líneas de trazos) 313 que diverge del
circuito principal 306 en una unión 321 entre el condensador 303 y
el termointercambiador del tipo de doble tubo 310, pasa por un
mecanismo de expansión de derivación 312 y el termointercambiador
del tipo de doble tubo 310 y se une al circuito principal 306 en una
unión 322 cerca de la entrada del acumulador 308. Se ha utilizado
convencionalmente un solo refrigerante tal como HCFC
(hidroclorofluorocarbono) 22 como el refrigerante. El refrigerante
descargado del compresor 302 es condensado por el condensador 303
(que descarga calor, por ejemplo, al aire exterior) y diverge en la
unión 321 a un refrigerante de flujo principal que fluye a través
del circuito principal 306 y un refrigerante de flujo de derivación
que fluye a través del circuito de derivación 313. Este refrigerante
de flujo principal es superenfriado por intercambio térmico con el
refrigerante de flujo de derivación que ha pasado a través del
mecanismo de expansión de derivación 312 en el termointercambiador
del tipo de doble tubo 310 y después su presión es reducida por el
mecanismo de expansión principal 304. Después, el refrigerante de
flujo principal es evaporado por el evaporador 305 (que absorbe
calor, por ejemplo, del aire interior) y aspirado al compresor 302 a
través de la válvula de cambio de cuatro vías 309 y el acumulador
308 para ejecutar una operación de separación de
gas-líquido. Por otra parte, se reduce la presión
del refrigerante de flujo de derivación a través del mecanismo de
expansión de derivación 312 y después es evaporado por intercambio
térmico con el refrigerante de flujo principal en el
termointercambiador del tipo de doble tubo 310. Después, el
refrigerante de flujo de derivación se une al refrigerante de flujo
principal en la unión 322 cerca de la entrada del acumulador
308.
Superenfriando así el refrigerante de flujo
principal en el termointercambiador del tipo de doble tubo 310, un
efecto refrigerante a producir por el refrigerante de flujo
principal se puede incrementar en comparación con el caso en el que
no se realiza superenfriamiento. Además, desviando el flujo de
derivación del flujo de refrigerante, se reduce la velocidad de
flujo volumétrico del refrigerante de flujo principal. Por lo tanto,
como se indica con un diagrama de presión a entalpía específica
(denominado a continuación un "diagrama Ph") representado en la
figura 11B, se puede reducir la pérdida de presión \DeltaP dentro
del evaporador 305 y en el tubo de lado de entrada del compresor 302
(por razones de comparación, una pérdida de presión \DeltaP_{0}
en caso de que no se realice superenfriamiento se representa en la
figura 11A). Por consiguiente, la capacidad refrigerante del sistema
se puede mejorar. Se ha de notar que las porciones designadas con A,
B y C en la figura 11B corresponden a los estados en los puntos A, B
y C cerca de la unión 322 del circuito de refrigerante 301
representado en la figura 10. Como se muestra claramente en la
figura 11C que es una vista ampliada de parte de la figura 11B, el
refrigerante de flujo de derivación que llega al punto A y el
refrigerante de flujo principal que llega al punto B se unen,
obteniendo por ello el estado en el punto C.
Hay una demanda constante de aumentar la
capacidad refrigerante del acondicionador de aire, y no hay
limitación de la demanda de aumentar la capacidad refrigerante.
EP 0 685 692 A describe un sistema de circulación
de refrigerante. El sistema incluye un compresor, un condensador, un
termointercambiador de superenfriamiento, mecanismos de expansión y
un evaporador. Además, se ha dispuesto un receptor de alta presión y
un receptor de presión baja. El refrigerante fluye desde el
compresor al condensador, el termointercambiador de
superenfriamiento, el primer mecanismo de expansión y un evaporador.
Un segundo mecanismo de expansión está dispuesto entre el
condensador y el termointercambiador de superenfriamiento. El
termointercambiador de superenfriamiento se divide en dos partes,
separadas por el receptor de alta presión que sirve como unión entre
el circuito principal y el circuito de derivación. El circuito de
derivación diverge del circuito principal en el receptor de alta
presión, conduce a un dispositivo estrangulador, el
termointercambiador de superenfriamiento y al receptor de presión
baja del que se alimenta refrigerante junto con el refrigerante del
circuito principal de nuevo al compresor. Se utiliza un refrigerante
no azeotrópico. El refrigerante de flujo principal y el refrigerante
de flujo de derivación fluyen dentro del termointercambiador de
superenfriamiento en direcciones contrarias, al menos
parcialmente.
El objeto de la presente invención es mejorar la
capacidad refrigerante más que en las técnicas anteriores.
Para lograr el objeto anterior, la presente
invención proporciona un acondicionador de aire incluyendo las
características de la reivindicación 1.
En este acondicionador de aire, los puntos de
ebullición de los refrigerantes que constituyen el refrigerante no
azeotrópico difieren uno de otro, y por lo tanto, se genera un
gradiente (inclinación al eje de entalpía específica, denominado a
continuación un "gradiente de temperatura") en la línea
isotérmica en una región de fase doble (rango de vapor húmedo) de un
diagrama Ph que representa el estado del refrigerante. Debido al
gradiente de temperatura en esta región de fase doble, la
temperatura de entrada del evaporador se reduce en comparación con
el caso en el que se utiliza un solo refrigerante. Por lo tanto, una
diferencia de temperatura entre el fluido (aire interior, por
ejemplo) cuyo calor es absorbido por el evaporador y el refrigerante
que pasa a través del evaporador es grande, incrementando por ello
la capacidad de intercambio térmico del evaporador. Como resultado,
la capacidad refrigerante que mejora el efecto debido a
superenfriamiento se incrementa más por la cantidad de aumento de la
capacidad de intercambio térmico del evaporador en comparación con
el caso en el que se utiliza un solo refrigerante.
El circuito de refrigerante tiene un circuito de
derivación que diverge de un circuito principal entre el condensador
y el primer mecanismo de expansión y se une al circuito principal en
el lado de entrada del compresor e incluye un segundo mecanismo de
expansión en el circuito de derivación, y el termointercambiador de
superenfriamiento ejecuta intercambio térmico entre un refrigerante
de flujo principal que fluye a través del circuito principal y un
refrigerante de flujo de derivación que ha pasado a través del
segundo mecanismo de expansión y fluye a través del circuito de
derivación.
En este acondicionador de aire, el refrigerante
de flujo principal puede ser superenfriado con una construcción de
circuito simple que utiliza el refrigerante de flujo de derivación
que ha pasado a través del segundo mecanismo de expansión.
El circuito de derivación diverge del circuito
principal entre el termointercambiador de superenfriamiento y el
primer mecanismo de expansión.
En este acondicionador de aire, el refrigerante
de flujo de derivación que ha pasado a través del
termointercambiador de superenfriamiento y después se hace divergir
del refrigerante de flujo principal entra en el segundo mecanismo de
expansión, y esto reduce la posibilidad de la entrada del flujo de
fase doble al segundo mecanismo de expansión. Por lo tanto, el
segundo mecanismo de expansión no tiene oportunidad de producir
oscilación y por lo tanto opera establemente.
En un acondicionador de aire de una realización,
el termointercambiador de superenfriamiento es un
termointercambiador del tipo de contraflujo en el que el
refrigerante de flujo principal y el refrigerante de flujo de
derivación fluyen en direcciones contrarias con interposición de una
pared que tiene una propiedad de transferencia de calor.
En este acondicionador de aire, una diferencia
media de temperatura entre el refrigerante de flujo principal y el
refrigerante de flujo de derivación proporcionada por el
refrigerante no azeotrópico resulta relativamente grande en ambos
lados de la pared que pertenece al termointercambiador de
superenfriamiento y tiene una propiedad de transferencia de calor.
Por ejemplo, la diferencia de temperatura es mayor que la diferencia
media de temperatura en el caso de un termointercambiador del tipo
de flujo paralelo. Como resultado, mejora la capacidad del
termointercambiador de superenfriamiento.
La figura 1A es un diagrama que representa la
construcción de un circuito de refrigerante de un acondicionador de
aire según una realización que no forma parte de la presente
invención.
La figura 1B es un diagrama que representa un
ejemplo de modificación del circuito de refrigerante anterior según
la presente invención.
La figura 2 es un diagrama Ph que representa un
ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante de la figura
1A.
La figura 3 es un gráfico para explicar la
capacidad de intercambio térmico de un evaporador en el circuito de
refrigerante de la figura 1A.
La figura 4A es un diagrama que representa la
construcción de un termointercambiador del tipo de doble tubo del
circuito de refrigerante de la figura 1.
La figura 4B es un diagrama para explicar una
temperatura de refrigerante en un termointercambiador del tipo de
contraflujo.
La figura 4C es un diagrama para explicar una
temperatura de refrigerante en un termointercambiador del tipo de
flujo paralelo.
La figura 5 es un diagrama que representa la
construcción de un circuito de refrigerante en el que el
termointercambiador del tipo de doble tubo se usa como un
termointercambiador de gas-líquido para comparación
con el circuito de refrigerante de la figura 1A.
La figura 6 es un diagrama Ph que representa un
ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante de la figura
5.
Las figuras 7A y 7B son gráficos que muestran una
comparación entre el ciclo de refrigeración del circuito
refrigerante de la figura 1A y el ciclo de refrigeración del
circuito de refrigerante de la figura 5.
La figura 8 es un diagrama que representa la
construcción de un circuito de refrigerante de un acondicionador de
aire según una realización que no forma parte de la presente
invención.
La figura 9 es un diagrama que representa la
construcción de un circuito de refrigerante de un acondicionador de
aire según una realización que no forma parte de la presente
invención.
La figura 10 es un diagrama que representa la
construcción de un circuito de refrigerante de un acondicionador de
aire de la técnica anterior.
La figura 11A es un diagrama Ph que representa el
ciclo de refrigeración normal en el que no se ejecuta
superenfriamiento.
La figura 11B es un diagrama Ph que representa el
ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante de la figura
10.
Y la figura 11C es una vista ampliada de parte
del ciclo de refrigeración de la figura 11B.
Realizaciones del acondicionador de aire de la
presente invención se describirán con detalle a continuación con
referencia a los dibujos anexos.
Con referencia a la figura 1A, un acondicionador
de aire que no forma parte de la presente invención tiene un
circuito de refrigerante 1 incluyendo un circuito principal 6 y un
circuito de derivación (indicado por líneas de trazos) 13. Como un
refrigerante a hacerse circular a través del circuito de
refrigerante 1, se utiliza un refrigerante no azeotrópico compuesto
de R-32/134a o R-407C.
El circuito principal 6 tiene un compresor 2, un
condensador 3, un termointercambiador del tipo de doble tubo 10 que
sirve como un termointercambiador de superenfriamiento, un mecanismo
de expansión principal 4 que sirve como un primer mecanismo de
expansión, un evaporador 5, una válvula de cambio de cuatro vías 9 y
un acumulador 8 en este orden. El circuito de derivación 13 diverge
del circuito principal 6 en una unión 21 entre el condensador 3 y el
termointercambiador del tipo de doble tubo 10, pasa a través del
mecanismo de expansión de derivación 12 que sirve como un segundo
mecanismo de expansión y el termointercambiador del tipo de doble
tubo 10 y se una al circuito principal 6 en una unión 22 cerca del
acumulador 8. El termointercambiador del tipo de doble tubo 10
ejecuta intercambio térmico entre un refrigerante de flujo principal
que fluye a través del circuito principal 6 y un refrigerante de
flujo de derivación que ha pasado a través del mecanismo de
expansión de derivación 12 y fluye a través del circuito de
derivación 13. Es decir, el refrigerante de flujo principal es
superenfriado con una construcción simple de circuito que utiliza el
refrigerante de flujo de derivación que ha pasado a través del
mecanismo de expansión de derivación 12. Con detalle, como se
representa esquemáticamente en la figura 4A, el termointercambiador
del tipo de doble tubo 10 tiene un tubo interior 10a y un tubo
exterior 10b dispuesto concéntricamente alrededor de este tubo
interior 10a. Las direcciones en las que fluyen los refrigerantes se
establecen de manera que el refrigerante de flujo de derivación que
fluye a través del tubo interior 10a y el refrigerante de flujo
principal que fluye a través de un espacio en forma de aro 10c entre
el tubo interior 10a y el tubo exterior 10b, fluyan en direcciones
contrarias con interposición de la pared de tubo del tubo interior
10a que tiene una propiedad de transferencia de calor
(termointercambiador del tipo de contraflujo). Cuando se utiliza tal
termointercambiador del tipo de contraflujo 10, como se representa
en la figura 4B, una diferencia media de temperatura relevante para
la dirección de flujo entre el refrigerante de flujo principal y el
refrigerante de flujo de derivación resulta relativamente grande en
ambos lados de la pared de tubo del tubo interior 10a que tiene una
propiedad de transferencia de calor. Por ejemplo, la diferencia de
temperatura es mayor que la diferencia media de temperatura en el
caso del termointercambiador del tipo de flujo paralelo representado
en la figura 4C. Como resultado, se puede mejorar la capacidad del
termointercambiador 10.
El refrigerante descargado del compresor 2
representado en la figura 1A es condensado por el condensador 3 (que
descarga calor, por ejemplo, al aire exterior) y diverge en la unión
21 al refrigerante de flujo principal que fluye a través del
circuito principal 6 y el refrigerante de flujo de derivación que
fluye a través del circuito de derivación 13. Este refrigerante de
flujo principal es superenfriado por intercambio térmico con el
refrigerante de flujo de derivación que ha pasado a través del
mecanismo de expansión de derivación 12 en el termointercambiador 10
y después su presión es reducida por el mecanismo de expansión
principal 4. Después, el refrigerante de flujo principal es
evaporado por el evaporador 5 (que absorbe calor, por ejemplo, del
aire interior) y aspirado al compresor 2 a través de la válvula de
cambio de cuatro vías 9 y el acumulador 8 para ejecutar una
operación de separación de gas-líquido. Por otra
parte, la presión del refrigerante de flujo de derivación se reduce
mediante el mecanismo de expansión de derivación 12 y después se
evapora por intercambio térmico con el refrigerante de flujo
principal en el termointercambiador 10. Después, el refrigerante de
flujo de derivación se une al refrigerante de flujo principal en la
unión 22 cerca del acumulador 8.
Superenfriando así el refrigerante de flujo
principal en el termointercambiador 10, el efecto refrigerante
realizado por el refrigerante de flujo principal se puede
incrementar en comparación con el caso en el que no se realiza
superenfriamiento. Además, divergiendo el flujo de derivación del
flujo de refrigerante, se reduce la velocidad de flujo volumétrico
del refrigerante de flujo principal. Por lo tanto, como se indica
con un diagrama de presión a entalpía específica (diagrama Ph)
representado en la figura 2, una pérdida de presión \DeltaP se
puede reducir dentro del evaporador 5 y en el tubo de lado de
entrada del compresor 2 en comparación con el caso en el que no se
realiza superenfriamiento (véase la figura 11A). Por consiguiente,
se puede mejorar la capacidad refrigerante del sistema. Se ha de
notar que las porciones designadas con A, B y C en la figura 2
corresponden a los estados en los puntos A, B y C cerca de la unión
22 del circuito de refrigerante 1 representado en la figura 1A.
Además, los puntos de ebullición de los
refrigerantes que constituyen el refrigerante no azeotrópico que
fluye a través del circuito de refrigerante 1 difieren uno de otro,
y por lo tanto, un gradiente (inclinación al eje de entalpía
específica, denominada a continuación un "gradiente de
temperatura") se genera en líneas isotérmicas en la región de
fase doble (rango de vapor húmedo) del diagrama Ph representado en
la figura 2. Debido al gradiente de temperatura en esta región de
fase doble, la temperatura de entrada del evaporador 5 se reduce en
comparación con el caso en el que se utiliza un solo refrigerante.
Por lo tanto, una diferencia de temperatura entre el fluido (por
ejemplo, el aire interior que pasa en contacto con las aletas del
evaporador) cuyo calor es absorbido por el evaporador 5 y el
refrigerante que pasa a través del evaporador 5 resulta grande,
incrementando por ello la capacidad de intercambio térmico del
evaporador 5. Por ejemplo, como se representa en la figura 3, si la
temperatura de entrada del evaporador 5 se reduce 2 grados, la
capacidad de intercambio térmico del evaporador 5 aumenta
aproximadamente 15%. Como resultado, el efecto de mejora de la
capacidad de refrigeración debido a superenfriamiento se puede
aumentar más por la cantidad del aumento de la capacidad de
intercambio térmico del evaporador 5 en comparación con el caso en
el que se utiliza un solo refrigerante. Además, como se representa
en la figura 1A, el circuito de derivación 13 diverge del circuito
principal 6 entre el condensador 3 y el termointercambiador 10, y
por lo tanto, el objeto a superenfriar por el termointercambiador 10
es solamente el refrigerante de flujo principal. Por lo tanto, el
tamaño del termointercambiador 10 puede ser relativamente
pequeño.
Según la invención, como se representa en la
figura 1B, el circuito de derivación 13 diverge del circuito
principal 6 entre el termointercambiador 10 y el mecanismo de
expansión principal 4 (en una unión 21A). En este caso, el
refrigerante de flujo de derivación que diverge del refrigerante de
flujo principal después de pasar a través del termointercambiador 10
entra en el mecanismo de expansión de derivación 12, y esto reduce
la posibilidad de la entrada del flujo de fase doble al mecanismo de
expansión de derivación 12. Por lo tanto, el mecanismo de expansión
de derivación 12 no tiene oportunidad de producir oscilación y por
lo tanto opera establemente.
Como se ha descrito anteriormente, el
termointercambiador 10 ejecuta intercambio térmico entre el
refrigerante de flujo principal que fluye a través del circuito
principal 6 en un estado en el que se condensa por el condensador 3
y el refrigerante de flujo de derivación que ha pasado a través del
mecanismo de expansión de derivación 12. Es decir, el
termointercambiador 10 opera básicamente como un termointercambiador
de líquido-líquido para ejecutar intercambio térmico
entre el refrigerante de flujo principal que ha pasado a través del
condensador 3 y es anterior a su paso a través del evaporador 5 y el
refrigerante de flujo de derivación. En contraposición a esto, como
se representa en la figura 5, es aceptable operar el
termointercambiador 10 como un termointercambiador de
gas-líquido por medio de un refrigerante de flujo
principal de una fase gaseosa que ha pasado a través del evaporador
5 (en el lado de entrada del compresor) para superenfriar el
refrigerante de flujo principal que ha pasado a través del
evaporador 5. Sin embargo, si un termointercambiador 10 como se
representa en la figura 1A se pone en funcionamiento como un
termointercambiador de líquido-líquido, una
diferencia media de temperatura \DeltaTm relevante para la
dirección de flujo en el termointercambiador 10 como se indica con
el diagrama Ph en la figura 7A es mayor debido al gradiente de
temperatura en la región de fase doble que \DeltaTm (representado
en la figura 7B) en caso de que el termointercambiador se ponga en
funcionamiento como un termointercambiador de
gas-líquido. Por lo tanto, el tamaño del
termointercambiador 10 puede ser relativamente pequeño, no
produciendo el problema de que aumenta el grado de
supercalentamiento en el lado de entrada del compresor 2 (véase la
figura 6). Como resultado, el efecto de mejora de la capacidad de
refrigeración en virtud del uso del refrigerante no azeotrópico se
puede producir de forma más efectiva.
La figura 8 muestra un acondicionador de aire de
otra realización que no forma parte de la presente invención y que
tiene un circuito de refrigerante 101 para superenfriar un
refrigerante por medio de calor a baja temperatura almacenado en
hielo. Este circuito de refrigerante 101 incluye un circuito
principal 106 y un circuito de cortocircuito 113. Como un
refrigerante a hacerse circular a través del circuito de
refrigerante 101, se utiliza un refrigerante no azeotrópico
compuesto de R-32/134a o R-407C.
El circuito principal 106 tiene un compresor 102,
un termointercambiador exterior 103 que sirve como un condensador,
un receptor 107 para almacenar temporalmente el refrigerante, una
segunda válvula electrónica de expansión 112, una primera válvula
electrónica de expansión 104 que sirve como un primer mecanismo de
expansión, un termointercambiador interior 105 que sirve como un
evaporador y un acumulador 108 dispuestos en este orden. Un
termointercambiador de almacenamiento de calor 110 que sirve como un
termointercambiador de superenfriamiento está conectado en paralelo
con la segunda válvula electrónica de expansión 112 a través de un
extremo de conexión de lado exterior 110b y un extremo de conexión
de lado interior 110c del termointercambiador de almacenamiento de
calor 110. El termointercambiador de almacenamiento de calor 110
está provisto de un tubo de enfriamiento 10a que serpentea en una
dirección perpendicular dentro de un recipiente de almacenamiento de
calor 109 lleno de agua W que sirve como un medio de almacenamiento
de calor. En el tubo entre el cuerpo principal 109 del
termointercambiador de almacenamiento de calor 110 y el extremo de
conexión de lado exterior 110b se introduce una primera válvula de
conexión-desconexión 111. El circuito de
cortocircuito 113 diverge desde entre el cuerpo principal 109 del
termointercambiador de almacenamiento de calor 110 y la primera
válvula de conexión-desconexión 111 y se une al
circuito principal 106 cerca del acumulador 8. Una segunda válvula
de conexión-desconexión 114 se introduce en este
circuito de cortocircuito 113. Las operaciones de apertura/cierre de
la primera válvula de conexión-desconexión 111 y la
segunda válvula de conexión-desconexión 114 y los
grados de abertura de la primera válvula electrónica de expansión
104 y la segunda válvula electrónica de expansión 112 son
controlados por unos medios de conexión de
conexión-desconexión 116 según el estado operativo
de este acondicionador de aire y las señales de termistores Th1 y
Th2 y un sensor de presión Ps.
En una operación de almacenamiento de calor, los
medios de conexión de conexión-desconexión 116 ponen
la primera válvula de conexión-desconexión 111 en un
estado cerrado, ponen la segunda válvula de
conexión-desconexión 114 en un estado abierto y
ponen la primera válvula electrónica de expansión 104 en un estado
totalmente cerrado, mientras que el grado de abertura de la segunda
válvula electrónica de expansión 112 se controla según las señales
del termistor Th1 y el sensor de presión Ps. En esta etapa, el
refrigerante (cuya dirección de flujo se indica por las líneas
continuas en la figura 8) descargado del compresor 102 se condensa
por el termointercambiador exterior 103 y hace pasar a través del
receptor 107 y la segunda válvula electrónica de expansión 112.
Después de evaporarse por intercambio térmico con el agua W en el
termointercambiador de almacenamiento de calor 110, el refrigerante
se hace pasar a través de la segunda válvula de
conexión-desconexión 114 del circuito de
cortocircuito 113 y es aspirado al compresor 102 a través del
acumulador 108 del circuito principal 106. El agua W dentro del
recipiente de almacenamiento de calor 109 se enfría por intercambio
térmico con el refrigerante que pasa a través de un tubo de
enfriamiento 110a y se adhiere en forma de hielo a la superficie del
tubo de enfriamiento 110a. Por estas operaciones, se almacena calor
a baja temperatura en el recipiente de almacenamiento de calor
109.
En una operación de enfriamiento para recoger el
calor a baja temperatura almacenado, los medios de conexión de
conexión-desconexión 116 ponen la primera válvula de
conexión-desconexión 111 en el estado abierto y
ponen la segunda válvula de conexión-desconexión 114
en el estado cerrado, y los grados de abertura de la primera válvula
electrónica de expansión 104 y la segunda válvula electrónica de
expansión 112 son controlados según las señales del termistor Th2 y
el sensor de presión Ps. En esta etapa, el refrigerante (cuya
dirección de flujo se indica por líneas de trazos en la figura 8)
descargado del compresor 102 se condensa por el termointercambiador
exterior 103 y se hace pasar a través del receptor 107. Después,
parte del refrigerante pasa a través de la segunda válvula
electrónica de expansión 112 y llega a la unión 110c, mientras que
el refrigerante restante se hace pasar de la unión 110b a través de
la primera válvula de conexión-desconexión 111, es
superenfriado por intercambio térmico con el hielo generado durante
la operación de almacenamiento de calor en el termointercambiador de
almacenamiento de calor 110 y después se hace llegar a la unión
110c. En esta etapa, una relación de flujo del refrigerante que pasa
a través de la segunda válvula electrónica de expansión 112 al
refrigerante que pasa a través del termointercambiador de
almacenamiento de calor 110 se determina dependiendo del grado de
abertura de la segunda válvula electrónica de expansión 112. El
termointercambiador de almacenamiento de calor 110 superenfría el
refrigerante usando el calor a baja temperatura almacenado en el
hielo, y por lo tanto, el refrigerante que pasa a través del tubo de
enfriamiento 110a puede ser superenfriado efectivamente. La presión
del refrigerante que se una en la unión 110c se reduce por la
primera válvula electrónica de expansión 104, después se evapora por
intercambio térmico con el aire interior en el termointercambiador
interior 105 y aspira al compresor 2 a través del acumulador 8.
Superenfriando así el refrigerante en el
termointercambiador de almacenamiento de calor 110, el efecto
refrigerante se puede incrementar en comparación con el caso en el
que no se realiza superenfriamiento. Además, los puntos de
ebullición de los refrigerantes que constituyen el refrigerante no
azeotrópico que fluye al termointercambiador interior 105 difieren
uno de otro, y por lo tanto, un gradiente (inclinación al eje de
entalpía específica, denominada a continuación un "gradiente de
temperatura") se genera en la línea isotérmica en la región de
fase doble (rango de vapor húmedo) del diagrama Ph representado en
la figura 2. Debido al gradiente de temperatura en esta región de
fase doble, la temperatura de entrada del termointercambiador
interior 105 se reduce en comparación con el caso en el que se
utiliza un solo refrigerante. Por lo tanto, una diferencia de
temperatura entre el aire interior cuyo calor es absorbido por el
termointercambiador interior 105 y el refrigerante que pasa a través
del termointercambiador interior 105 resulta grande, incrementando
por ello la capacidad de intercambio térmico del termointercambiador
interior 105. Como resultado, el efecto de mejora de la capacidad de
refrigeración debido a superenfriamiento se puede aumentar más en la
cantidad de aumento de la capacidad de intercambio térmico del
termointercambiador interior 105 en comparación con el caso en el
que se utiliza un solo refrigerante.
Para ejecutar la operación normal de enfriamiento
sin recoger el calor almacenado, es adecuado poner la primera
válvula de conexión-desconexión 111 y la segunda
válvula de conexión-desconexión 114 en el estado
cerrado, poner la segunda válvula electrónica de expansión 112 en el
estado totalmente abierto por los medios de conexión de
conexión-desconexión 116 y controlar el grado de
abertura de la primera válvula electrónica de expansión 104 según
las señales del termistor Th2 y el sensor de presión Ps. En esta
etapa, el refrigerante descargado del compresor 102 se condensa por
el termointercambiador exterior 103, se hace pasar a través del
receptor 107 y la segunda válvula electrónica de expansión 112,
evapora por el termointercambiador interior 105 y aspira al
compresor 102 a través del acumulador 108.
La figura 9 muestra un acondicionador de aire de
otra realización que no forma parte de la presente invención que
tiene un circuito de refrigerante para superenfriar un refrigerante
por medio de calor a baja temperatura suministrado desde otro
circuito de refrigerante.
Este acondicionador de aire tiene una unidad
exterior A incluyendo dos dispositivos H e I que tienen
construcciones idénticas, dos unidades interiores B y C conectadas a
un dispositivo H de la unidad exterior A y dos unidades interiores D
y E conectadas al otro dispositivo I de la unidad exterior A.
El dispositivo H de la unidad exterior A tiene
una construcción en la que un acumulador 208, un compresor 201
movido por un inversor 207, una válvula de cambio de cuatro vías
202, un termointercambiador exterior 203, un termointercambiador de
superenfriamiento 225, una válvula de retención 209 que permite que
el refrigerante pase solamente en una dirección (la dirección
indicada por las líneas continuas en la figura) en una operación de
enfriamiento y un mecanismo de expansión 204 para una operación de
calentamiento conectado en paralelo con esta válvula de retención
209 están conectados por medio de un tubo de refrigerante 205.
Igualmente, el otro dispositivo I tiene una construcción en la que
un acumulador 208, un compresor 201 movido por un inversor 207, una
válvula de cambio de cuatro vías 202, un termointercambiador
exterior 203, un termointercambiador de superenfriamiento 225B, una
válvula de retención 209 que permite que el refrigerante pase
solamente en una dirección en una operación de enfriamiento y un
mecanismo de expansión 204 para una operación de calentamiento
conectado en paralelo con esta válvula de retención 209 se conectan
por medio de un tubo de refrigerante 205. Las unidades interiores B,
C, D y E tienen idénticas construcciones internas en las que un
termointercambiador interior 210, una válvula de retención 213 que
permite que el refrigerante pase en la operación de calentamiento
solamente en la dirección opuesta a la dirección de la operación de
enfriamiento y un mecanismo de expansión 211 para la operación de
enfriamiento conectado en paralelo con esta válvula de retención 213
se conectan por medio de un tubo de refrigerante 212. A continuación
se describirá la operación de enfriamiento.
Las unidades interiores B y C están conectadas en
paralelo entre sí por medio de tubos de refrigerante 215 y 215 y
están conectadas al dispositivo H de la unidad exterior A por medio
de otros tubos de refrigerante 216 y 216 permitiendo al mismo tiempo
que el refrigerante circule, formando por ello un circuito de
refrigerante 217. Igualmente, las unidades interiores D y E están
conectadas en paralelo entre sí por medio de tubos de refrigerante
218 y 218 y están conectadas al otro dispositivo I de la unidad
exterior A por medio de otros tubos de refrigerante 219 y 219
permitiendo al mismo tiempo que el refrigerante circule, formando
por ello otro circuito de refrigerante 220. En el lado de entrada
(cerca de la entrada de refrigerante de la unidad exterior A) del
compresor 201 de los circuitos de refrigerante 217 y 220 se han
previsto sensores de presión 235 y 236, respectivamente, para
detectar los estados operativos de los respectivos circuitos de
refrigerante.
Como el refrigerante a hacerse circular a través
de estos circuitos de refrigerante 217 y 220, se utiliza un
refrigerante no azeotrópico compuesto de R-32/134a o
R-407C.
Entre el circuito de refrigerante 217 en el lado
del dispositivo H y el circuito de refrigerante 220 en el lado del
dispositivo I se han previsto circuitos de derivación 230 y 230B. El
circuito de derivación 230 (que tiene tubos de refrigerante 227 y
228) diverge del lado situado hacia abajo (cerca de la salida en la
operación de enfriamiento) del termointercambiador exterior 203 del
circuito de refrigerante 220, pasa a través de una válvula de
conexión-desconexión 231, un mecanismo de expansión
226 y un termointercambiador de superenfriamiento 225 del circuito
de refrigerante 217 y se une a su circuito de refrigerante 220 cerca
de la entrada del acumulador 208 del circuito de refrigerante 220.
El circuito de derivación 230B (que tiene tubos de refrigerante 227B
y 228B) diverge del lado situado hacia abajo (cerca de la salida en
la operación de enfriamiento) del termointercambiador exterior 203
del circuito de refrigerante 217, pasa a través de una válvula de
conexión-desconexión 231B, un mecanismo de expansión
226B y un termointercambiador de superenfriamiento 225B del circuito
de refrigerante 220 y se une a su circuito de refrigerante 217 cerca
de la entrada del acumulador 208 del circuito de refrigerante 217.
El termointercambiador de superenfriamiento 225 se construye
parecido, por ejemplo, al termointercambiador del tipo de doble tubo
10 representado en la figura 4A y ejecuta intercambio térmico entre
el refrigerante de flujo principal que fluye a través del circuito
de refrigerante 217 y el refrigerante de flujo de derivación que
fluye a través del circuito de derivación 230 que diverge del
circuito de refrigerante 220. Por otra parte, el termointercambiador
de superenfriamiento 225B ejecuta intercambio térmico entre el
refrigerante de flujo principal que fluye a través del circuito de
refrigerante 220 y el refrigerante de flujo de derivación que fluye
a través del circuito de derivación 230B que diverge del circuito de
refrigerante 217.
En la operación normal de enfriamiento en la que
no se ejecuta superenfriamiento, las válvulas de
conexión-desconexión 231 y 231B de los circuitos de
derivación 230 y 230B se ponen en el estado cerrado por unos medios
de control (no representados). En esta etapa, el circuito de
refrigerante 217 y el circuito de refrigerante 220 ejecutan
operaciones de enfriamiento independientemente uno de otro. Por
ejemplo, en el circuito de refrigerante 220, el refrigerante (cuya
dirección de flujo se indica por las líneas continuas en la figura
9) descargado del compresor 201 se condensa por el
termointercambiador exterior 203 que opera como un condensador y se
hace pasar a través del termointercambiador 225B en el estado en el
que no ejecuta intercambio térmico y la válvula de retención 209.
Después, la presión del refrigerante se reduce por el mecanismo de
expansión 211 de las unidades interiores D y E, evapora por el
termointercambiador interior 210 que opera como un evaporador y
aspira al compresor 201 a través del acumulador 208 de la unidad
exterior A. La misma operación se ejecuta en el circuito de
refrigerante 217.
Supóngase ahora que se decide que haya un
excedente de calor a baja temperatura, por ejemplo, en el lado del
circuito de refrigerante 217 y haya una carencia de calor a baja
temperatura en el lado del circuito de refrigerante 220 en base a
las salidas de los sensores de presión 235 y 236 mientras que los
circuitos de refrigerante 217 y 220 están ejecutando las operaciones
de enfriamiento. Según este resultado de decisión, los medios de
control ponen la válvula de conexión-desconexión 231
en el estado cerrado y ponen la válvula de
conexión-desconexión 231B en el estado abierto,
desplazando por lo tanto la operación del circuito de refrigerante
220 a la operación de enfriamiento para ejecutar superenfriamiento.
En esta etapa, parte del refrigerante que fluye a través del
circuito de refrigerante 217 diverge a flujo como un refrigerante de
flujo de derivación (cuya dirección de flujo se indica por líneas de
trazos en la figura 9) a través del circuito de derivación 230B.
Como resultado, el termointercambiador de superenfriamiento 225B
ejecuta intercambio térmico entre el refrigerante de flujo principal
que fluye a través del circuito de refrigerante 220 y el
refrigerante de flujo de derivación que fluye a través del circuito
de derivación 230B. Es decir, en el circuito de refrigerante 220, el
refrigerante descargado del compresor 201 se condensa por el
termointercambiador exterior 203 que opera como un condensador y
superenfría por el termointercambiador 225B. Después, el
refrigerante pasa a través de la válvula de retención 209. Después,
la presión del refrigerante se reduce por los mecanismos de
expansión 211 de las unidades interiores D y E, evapora por el
termointercambiador interior 210 que opera como un evaporador y
después aspira al compresor 201 a través del acumulador 208 de la
unidad exterior A.
Como se ha descrito anteriormente, superenfriando
el refrigerante en el termointercambiador 225B, el efecto
refrigerante se puede incrementar en comparación con el caso en el
que no se realiza superenfriamiento. Además, los puntos de
ebullición de los refrigerantes que constituyen el refrigerante no
azeotrópico que fluye al termointercambiador interior 210 difieren
uno de otro, y por lo tanto, se genera un gradiente (inclinación al
eje de entalpía específica, denominada a continuación un
"gradiente de temperatura") en la línea isotérmica en una
región de fase doble (rango de vapor húmedo) del diagrama Ph
representado en la figura 2. Debido al gradiente de temperatura en
esta región de fase doble, la temperatura de entrada del
termointercambiador interior 210 se reduce en comparación con el
caso en el que se utiliza un solo refrigerante. Por lo tanto, una
diferencia de temperatura entre el aire interior cuyo calor es
absorbido por el termointercambiador interior 210 y el refrigerante
que pasa a través del termointercambiador interior 210 resulta
grande, incrementando por ello la capacidad de intercambio térmico
del termointercambiador interior 210. Como resultado, el efecto de
mejora de la capacidad de refrigeración debido a superenfriamiento
se puede aumentar más en la cantidad de aumento de la capacidad de
intercambio térmico del termointercambiador interior 210 en
comparación con el caso en el que se utiliza un solo
refrigerante.
Si se decide que hay un excedente de calor a baja
temperatura en el lado del circuito de refrigerante 220 y hay una
carencia de calor a baja temperatura en el lado del circuito de
refrigerante 217 a la inversa al caso anterior en base a las salidas
de los sensores de presión 235 y 236 mientras los circuitos de
refrigerante 217 y 220 están ejecutando las operaciones de
enfriamiento, según este resultado de decisión, los medios de
control ponen la válvula de conexión-desconexión 231
en el estado abierto y ponen la válvula de
conexión-desconexión 231B en el estado cerrado,
desplazando por lo tanto la operación del circuito de refrigerante
217 a la operación de enfriamiento para ejecutar
superenfriamiento.
La presente invención se puede aplicar a un
acondicionador de aire que tiene un circuito de refrigerante que
ejecuta superenfriamiento y es útil para mejorar la capacidad
refrigerante del acondicionador de aire.
Claims (2)
1. Un acondicionador de aire que tiene un
circuito de refrigerante (1, 101, 217) en el que un refrigerante
fluye a través de un compresor (2, 102, 201), un condensador (3,
103, 203), un termointercambiador de superenfriamiento (10, 110,
225), un primer mecanismo de expansión (4, 104, 211) y un evaporador
(5, 105, 210) en este orden, donde
un refrigerante no azeotrópico se usa como el
refrigerante;
el circuito de refrigerante (1) tiene un circuito
de derivación (13) que diverge de un circuito principal (6) entre el
condensador (3) y el primer mecanismo de expansión (4) y se une al
circuito principal (6) en el lado de entrada del compresor (2) e
incluye un segundo mecanismo de expansión (12) en el circuito de
derivación (13), y
el termointercambiador de superenfriamiento (10)
ejecuta intercambio térmico entre un refrigerante de flujo principal
que fluye a través del circuito principal (6) y un refrigerante de
flujo de derivación que ha pasado a través del segundo mecanismo de
expansión (12) y fluye a través del circuito de derivación (13);
caracterizado porque el circuito de
derivación (13) diverge del circuito principal (6) entre el
termointercambiador de superenfriamiento (10) y el primer mecanismo
de expansión (4).
2. Un acondicionador de aire según la
reivindicación 1,
caracterizado porque el
termointercambiador de superenfriamiento (10) es un
termointercambiador del tipo de contraflujo en el que el
refrigerante de flujo principal y el refrigerante de flujo de
derivación fluyen en direcciones contrarias con interposición de una
pared (10a) que tiene una propiedad de transferencia de calor.
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