ES2242990T3 - Aparato de refrigeracion/aire acondicionado. - Google Patents
Aparato de refrigeracion/aire acondicionado.Info
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Abstract
EN UN CICLO DE REFRIGERACION QUE UTILIZA UN CIRCUITO DE MEDIOS REFRIGERANTES, AL QUE VAN CONECTADO SUCESIVAMENTE UN COMPRESOR (1), UN TERMOINTERCAMBIADOR (2) DEL LADO DE LA FUENTE DE CALOR, UN DESCOMPRESOR (3) Y UN TERMOINTERCAMBIADOR DEL LADO DEL USUARIO, PARA HACER CIRCULAR UN MEDIO REFRIGERANTE, Y ACEITE DE MAQUINA REFRIGERANTE QUE CARECE DE SOLUBILIDAD MUTUA CON EL MEDIO DE REFRIGERACION, O SU SOLUBILIDAD ES EXTREMADAMENTE ESCASA; UN DIAMETRO INTERIOR DE UNA ESQUINA INFERIOR POR LA QUE FLUYE UN MEDIO DE REFRIGERACION EN FASE LIQUIDA, DESDE EL LADO SITUADO AGUAS ARRIBA AL LADO AGUAS ABAJO DEL CICLO DE REFRIGERACION, SE AJUSTA DE MANERA QUE LA VELOCIDAD DEL FLUJO DEL MEDIO REFRIGERANTE EN LA ESQUINA INFERIOR SE HACE QUE SEA SUPERIOR A LA VELOCIDAD A LA QUE EL ACEITE DE LA MAQUINA REFRIGERANTE QUE FLOTA EN EL MEDIO REFRIGERANTE FLUYE AGUAS ABAJO.
Description
Aparato de refrigeración/aire acondicionado.
La presente invención se refiere a un aparato de
refrigeración / aire acondicionado que utiliza un aceite de la
máquina de refrigeración que no tiene solubilidad mutua con respecto
a un medio de enfriamiento, o que ésta es extremadamente baja, para
retornar el aceite de la máquina de refrigeración descargado desde
un compresor a un circuito de medio de enfriamiento, al
compresor.
La figura 11 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento que muestra un refrigerador como un tipo
convencional de aparato de refrigeración / aire acondicionado, que
se muestra, por ejemplo, en la publicación de patente japonesa
abierta a consulta por el público número HEI
5-157379. En la figura, hay un compresor designado
con el numero de referencia 1, un intercambiador de calor en el lado
de la fuente de calor con el número de referencia 2, un descompresor
para un medio de enfriamiento tal como un capilar con el número de
referencia 3, y un intercambiador de calor en el lado del usuario
con el número de referencia 4, y estos componentes están conectados
en serie por medio de una tubería y constituyen un ciclo de
refrigeración. El número de referencia 5 es un intercambiador de
calor para efectuar el intercambio de calor entre el descompresor 3
y un tubo de aspiración del compresor 1.
Como un medio de enfriamiento en este
refrigerador, se utiliza por ejemplo el HFC134a, y como aceite para
la máquina de refrigeración, por ejemplo un aceite en base al
alquilbenceno que no tienen solubilidad mutua con el HFC134a, o que
ésta es extremadamente baja.
La siguiente descripción se realiza de las
operaciones para utilizar un diagrama de presión - entalpía. En el
refrigerador que tiene esa configuración, el vapor de un medio de
enfriamiento (punto A en la figura) bajo una alta temperatura y una
alta presión, comprimido por el compresor 1, es condensado en el
lado de la fuente de calor del intercambiador de calor 2 para
convertirse en un medio de enfriamiento en dos fases vapor - liquida
(punto B en la figura) que tiene una sequedad de aproximadamente 0,1
como relación cuantitativa de un medio de enfriamiento en fase
liquida respecto al medio de enfriamiento en dos fases vapor -
liquida, y es descomprimido por el descompresor 3 para que el medio
de enfriamiento fluya en el lado del usuario del intercambiador de
calor 4, como un medio de enfriamiento en dos fases vapor - liquida
a baja temperatura y baja presión (punto C en la figura). Además,
este medio de enfriamiento se evapora en el lado del usuario del
intercambiador de calor 4 y retorna al compresor 1 a través del
intercambiador de calor 5, para ser comprimido de nuevo. El aceite
de la máquina de refrigeración descargado con el medio de
enfriamiento por el compresor 1, circula a través de un circuito de
medio de enfriamiento junto con un medio de enfriamiento en fase de
vapor, así como con un medio de enfriamiento en fase liquida, y
retorna al compresor 1.
En este tipo de aparato de refrigeración / aire
acondicionado, se utiliza un aceite en base de alquilbenceno que no
tiene solubilidad mutua con respecto a un medio de enfriamiento, o
que ésta es extremadamente baja, pero que es excelente en
propiedades de lubricación y de resistencia a la abrasión respecto a
una sección deslizante en el compresor 1, de manera que es posible
obtener un aparato de refrigeración / aire acondicionado con una
elevada fiabilidad, al retornar con seguridad el aceite de la
máquina de refrigeración al compresor.
Como se ha descrito más arriba, en el tipo
convencional de aparatos de refrigeración / aire acondicionado, las
condiciones de funcionamiento y las condiciones de carga son
sustancialmente constantes, y cuando se haya asegurado lo
suficientemente el caudal del medio de enfriamiento que circula en
un circuito de medio de enfriamiento, el aceite de la máquina de
refrigeración circulará con el medio de enfriamiento para retornar
al compresor sin que se produzca un estancamiento excesivo en un
tubo y en un capilar en el circuito del medio de enfriamiento.
Además, en el aparato convencional de tipo de refrigeración / aire
acondicionado, un estado de un medio de enfriamiento en la salida en
el lado de la fuente de calor del intercambiador de calor 2, es el
de un medio de enfriamiento en dos fases vapor - liquida, de manera
que no existe tubo para un liquido en el cual solamente circule a
través del mismo el medio de enfriamiento en fase liquida, y por
esta razón no es necesaria la consideración del estancamiento del
aceite de la máquina de refrigeración en la tubería para un
liquido.
Como el tipo convencional del aparato de
refrigeración / aire acondicionado tiene la configuración que se ha
descrito más arriba, si las condiciones de funcionamiento y las
condiciones de carga se modifican en gran medida, se reducirá el
caudal del medio de enfriamiento, o se incrementará la relación del
aceite en el aceite de la máquina de refrigeración descargado del
compresor 1, y por consiguiente se reducirá en gran medida la vida
del aparato debido a que se incremen tará el estancamiento del flujo
de aceite en el medio de enfriamiento, disminuyendo el flujo de
aceite que circula retornando al compresor 1 y se producirá una mala
lubricación o similar debido a la escasez de aceite de la máquina de
refrigeración en el compresor 1.
Además, si se estanca una gran cantidad del
aceite de la máquina de refrigeración en la tubería de transferencia
de calor en el lado de la fuente de calor del intercambiador de
calor 2, así como en el lado del usuario del intercambiador de calor
4, se reducirá la eficiencia del intercambio de calor, se
incrementará la pérdida de presión y se reducirá la eficiencia de la
energía del aparato de refrigeración / aire acondicionado, o se
pueden producir problemas similares.
Además, cuando el aceite de la máquina de
refrigeración que no tiene solubilidad mutua con un medio de
enfriamiento que se utiliza para un aparato de refrigeración / aire
acondicionado, o que ésta es extremadamente baja, en el cual
solamente circula un medio de enfriamiento en fase liquida por un
tubo para un liquido tal como una sección de salida del lado de la
fuente de calor del intercambiador de calor 2, y en una gran
longitud del mismo, se incrementa la cantidad del aceite de la
máquina de refrigeración que queda estancada en este tubo, disminuye
el caudal de aceite que circula retornando al compresor 1 y se
produce una mala lubricación o similar debido a la escasez del
aceite de la máquina de refrigeración en el compresor 1.
También conocido de la técnica anterior (US
5,531.080) hay un sistema de circulación de refrigerante que utiliza
un refrigerante altamente polar, tipificado por uno en base a un
hidrofluorcarbono, y un aceite de refrigeración que tiene una ligera
solubilidad en un refrigerante liquido en el lado de la
condensación. Además, se proporciona un ciclo de circulación del
refrigerante que utiliza un refrigerante altamente polar y un aceite
refrigerante que tiene una ligera solubilidad con un refrigerante
liquido y que tiene un peso específico mayor que el refrigerante
líquido.
Es un objetivo de la presente invención obtener
un aparato de refrigeración / aire acondicionado en el cual el
aceite de la máquina de refrigeración descargado de un compresor
circula retornando con seguridad al compresor y, además, se mejora
suficientemente la eficiencia de la energía, incluso si las
condiciones de trabajo y las condiciones de carga son modificadas, e
incluso si existe en el aparato un tubo para un liquido en el cual
solamente circula un medio de enfriamiento en fase liquida a través
del mismo.
Un aparato de refrigeración / aire acondicionado
de acuerdo con la presente invención tiene un ciclo de refrigeración
que utiliza un circuito de medio de enfriamiento en el cual se
conectan sucesivamente un compresor, el lado de la fuente de calor
de un intercambiador de calor, un descompresor, y el lado del
usuario del intercambiador de calor para la circulación de un medio
de enfriamiento, y un aceite de la máquina de refrigeración que no
tiene solubilidad mutua con el medio de enfriamiento, o ésta es
extremadamente baja; en el aparato de refrigeración / aire
acondicionado de acuerdo con la presente invención, se hace
minúsculas las gotas de aceite del aceite de la máquina de
refrigeración que circulan y que flotan en el medio de enfriamiento
en un tubo de bajada en el cual la fase liquida del medio de
enfriamiento circula desde el lado de aguas arriba al lado de aguas
abajo en el ciclo de refrigeración, por medio de elementos de refino
dispuestos en el lado de aguas arriba del tubo de bajada.
En el aparato de refrigeración / aire
acondicionado de acuerdo con la presente invención, las gotas de
aceite se hacen diminutas por medio de una placa en la cual hay
provisto un orificio a través del cual solamente puede pasar una
gota de aceite que tenga un tamaño menor que el requerido.
Otros objetivos y características de la presente
invención se podrán entender a partir de la descripción que sigue,
con referencia a los dibujos que se acompañan.
La figura 1 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado, que no muestra una realización de la presente
invención, pero que es un ejemplo útil para entender la
invención.
La figura 2 es un diagrama de presión - entalpía
que muestra las operaciones del aparato de refrigeración / aire
acondicionado de la figura 1;
La figura 3 es una vista conceptual que muestra
como el aceite de la máquina de refrigeración fluye en un tubo para
un liquido del aparato de refrigeración / aire acondicionado de la
figura 1;
La figura 4 es una vista de relaciones que
muestra una relación entre un diámetro de una gota de aceite y una
velocidad límite de fluidez;
La figura 5 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado, que no muestra una realización de la presente
invención, pero que es un ejemplo útil para comprender la
invención.;
La figura 6 es una vista en corte transversal de
un tubo para un líquido que muestra una realización de la presente
invención;
La figura 7 es un diagrama de relaciones que
muestra la solubilidad de un aceite de alquilbenceno con un medio de
enfriamiento en fase liquida;
La figura 8 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que no muestra una realización de la presente
invención, pero que es un ejemplo útil para comprender la
invención;
La figura 9 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que no muestra una realización de la presente
invención, pero que es un ejemplo útil para comprender la
invención;
La figura 10 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que no muestra una realización de la presente
invención, pero que es un ejemplo útil para comprender la
invención;
La figura 11 es un diagrama de circuito para un
medio de enfriamiento en el aparato de refrigeración / aire
acondicionado en base a la tecnología convencional; y
La figura 12 es un diagrama de presión -
.entalpía, que muestra las operaciones del aparato de refrigeración
/ aire acondicionado de la figura 11.
La figura 1 es un diagrama de circuito para un
medio de enfriamiento, que muestra:
Un ejemplo que es útil para comprender la
invención, y se asignan los mismos números de referencia a las
secciones que se corresponden con las del tipo de aparato
convencional. En la figura, el numero de referencia 20 indica una
unidad exterior compuesta por un compresor 1, una válvula de cuatro
vías 6 para conmutar un flujo de calentamiento o enfriamiento, un
lado de la fuente de calor del intercambiador de calor 2 que
funciona como un evaporador en el calentamiento y como un
condensador en el enfriamiento, y una válvula de expansión
electrónica como descompresor 3. El número de referencia 21 indica
una unidad interior compuesta por el lado de fuente de calor del
intercambiador de calor 4 que funciona como un condensador en
calentamiento y como un evaporador en enfriamiento. La unidad
exterior 20 y la unidad interior 21 están conectadas entre sí por
medio de dos tuberías de tubos 15 y 16 que constituyen un ciclo de
refrigeración. La unidad interior 21 generalmente está instalada en
una posición más elevada que la de la unidad exterior 20.
Se utiliza en este aparato de refrigeración /
aire acondicionado un medio de enfriamiento (que se denomina en la
presente memoria y a continuación R410A) obtenido mezclando
difluormetano (denominado HFC32) tal como un hidrofluorcarbono con
pentafluoretano (denominado HFC125) en las proporciones de 50:50, y
se utiliza aceite de la máquina de refrigeración, por ejemplo aceite
basado en el alquilbenceno que tiene una solubilidad mutua con el
R410A extremadamente baja y que tiene peso específico menor que el
medio de enfriamiento en fase liquida.
A continuación se realizará la descripción de las
operaciones con referencia al diagrama de presión - entalpía que se
muestra en la figura 2. Para el calentamiento, en primer lugar, como
se indica por la flecha en líneas continuas en la figura 1, el vapor
de un medio de enfriamiento (que se corresponde con el punto A de la
figura) a elevada temperatura y a elevada presión, comprimido por el
compresor 1, es condensado en un tubo 16, en el lado del usuario del
intercambiador de calor 4 que funciona como un condensador, para
cambiarse a una fase liquida (que se corresponde con el punto B en
la figura 2). Este medio de enfriamiento en fase liquida que pasa a
través del tubo 15 es descomprimido por el descompresor 3 del medio
de enfriamiento, tal como una válvula de expansión electrónica, y se
convierte en un medio de enfriamiento en dos fases vapor- liquida a
baja temperatura y a baja presión, y circula al interior del lado de
la fuente de calor del intercambiador de calor 2 que funciona como
un evaporador (que se corresponde con el punto C en la figura 2).
Además, este medio de enfriamiento se evapora en el lado de la
fuente de calor del intercambiador de calor 2, y retorna al
compresor 1 a través de la válvula 6 de cuatro vías para ser
comprimido de nuevo.
Por otra parte, en el enfriamiento, como se
indica por la flecha de líneas discontinuas en la figura 1, el vapor
de un medio de enfriamiento (que se corresponde al punto A en la
figura 2) a una elevada temperatura y una elevada presión,
comprimido por el compresor 2, es condensado por el lado de la
fuente de calor del intercambiador de calor 2 que funciona como un
condensador, para cambiarse a una fase liquida (que se corresponde
al punto B de la figura 2). Este medio de enfriamiento en fase
liquida es descomprimido por el descompresor 3 para el medio de
enfriamiento, tal como la válvula de expansión electrónica, para
convertirse en un medio de enfriamiento en dos fases vapor - liquida
a baja temperatura y baja presión y circula a través de la tubería
15, al lado del usuario del intercambiador de calor 4 que funciona
como un evaporador (correspondiente al punto C de la figura 2).
Además, este medio de enfriamiento se evapora en el lado del usuario
del intercambiador de calor 4 y retorna al compresor 1 a través del
tubo 16 y de la válvula de cuatro vías 6 para ser comprimido de
nuevo.
El aceite en base al alquilbenceno utilizado como
aceite de la máquina de refrigeración en este aparato de
refrigeración / aire acondicionado tiene una solubilidad mutua con
el medio de enfriamiento R410A extremadamente baja, y el peso
específico del aceite en base al alquilbenceno también es menor que
el del medio de enfriamiento en fase liquida R410A, de manera que el
aceite circula suavemente a través de la tubería cuando el liquido
se está dirigiéndose hacia arriba en la misma dirección a la del
medio de enfriamiento en fase liquida, e incluso el aceite se separa
del medio de enfriamiento en fase liquida, pero existe la
posibilidad de que, debido a su flotabilidad, el aceite de la
máquina de refrigeración separado del medio de enfriamiento en fase
liquida pueda desplazarse en sentido ascendente cuando la velocidad
del flujo del medio de enfriamiento en fase liquida es pequeña, y
circule en dirección opuesta a la del medio de enfriamiento en la
tubería cuando el liquido está desplazándose hacia abajo.
Por esta razón en este ejemplo, la tubería 15
desde el lado del usuario del intercambiador de calor 4 al
descompresor 3 del medio de enfriamiento que se utiliza para
calentamiento y una tubería entre el lado de la fuente de calor del
intercambiador de calor 2 y el descompresor 3 del medio de
enfriamiento que se utiliza para el enfriamiento, son tuberías para
un liquido en las cuales solamente circula un medio de enfriamiento
en fase liquida, y el tubo de bajada de estas tuberías en el cual un
medio de enfriamiento en fase liquida circula desde un lado aguas
arriba a un lado aguas abajo, tiene un diámetro interno con el cual
la velocidad de flujo del medio de enfriamiento en el tubo de bajada
es más elevada, cuando el medio de enfriamiento en fase liquida se
dirige hacia abajo a través del interior de la tubería, que la
velocidad de flujo con la cual circula hacia abajo el aceite de la
máquina de refrigeración que flota como gotas de aceite en el medio
de enfriamiento en fase liquida.
La figura 3 muestra el resultado de un estudio
experimental respecto a como el aceite de la máquina de
refrigeración separado está circulando a través de la tubería para
un liquido que se desplaza hacia abajo. La figura 3 muestra
visualmente el estado de flujo del aceite de la máquina de
refrigeración en la tubería para un liquido que se desplaza hacia
abajo, y se ha encontrado en el estudio que la mayor parte del
aceite de la máquina de refrigeración que fluye como gotas de aceite
a través del medio de enfriamiento en fase liquida, aunque alguna
parte del aceite de la máquina de refrigeración se convierte en una
película de aceite para fluir a lo largo de la pared interna de la
tubería. También se ha encontrado que hay varios tamaños de diámetro
de las gotas de aceite (indicados por "d" en la figura) y una
velocidad de descenso de una pequeña gota de aceite es
comparativamente rápida, pero una velocidad de descenso de una gota
de aceite grande es comparativamente lenta. Además, se ha
encontrado que cuando la velocidad de flujo del medio de
enfriamiento en fase liquida descendente se reduce gradualmente,
existen gotas de aceite que se paran en el medio de enfriamiento en
fase liquida o que ascienden inversamente a la dirección de flujo
del medio de enfriamiento en fase liquida.
La figura 4 muestra, como resultado de registrar
un flujo de un liquido a través del tubo de bajada por medio de una
video cámara de alta velocidad y la lectura del diámetro de una gota
de aceite en descanso, el video cuando se modifica la velocidad de
flujo del medio de enfriamiento en fase liquida descendente, una
correlación entre cada velocidad de flujo del medio de enfriamiento
en fase liquida y cada diámetro de las gotas de aceite en descanso
en ese momento. El eje X en la figura 4 indica el diámetro de una
gota de aceite, y el eje Y indica la velocidad de fluido medio
(caudal volumétrico del medio de enfriamiento / área de la sección
transversal de la tubería) de un medio de enfriamiento en fase
liquida cuando se para la gota de aceite. Esto es, la velocidad de
flujo de un medio de enfriamiento en el eje Y muestra cada velocidad
del flujo de un medio de enfriamiento cuando las gotas de aceite,
teniendo cada una de ellas un diámetro diferente, llegan a una
parada, y también muestra la velocidad de flujo en la cual cualquier
gota de aceite que tenga una velocidad de flujo superior a la
velocidad de flujo de un medio de enfriamiento puede descender y
fluir junto con el medio de enfriamiento en fase liquida (denominada
en la presente memoria y a continuación como velocidad de limite de
fluidez).
Como claramente se puede entender en la figura 4,
una gota de aceite con un pequeño diámetro tiene una velocidad de
limite de fluidez que es comparativamente pequeña debido a que su
flotabilidad también es pequeña, de manera que la gota de aceite
desciende suavemente junto con un medio de enfriamiento en fase
liquida incluso si la velocidad de flujo del medio de enfriamiento
en fase liquida es pequeña, pero cuando el diámetro de la gota de
aceite es mayor, la flotabilidad de la gota de aceite es más grande,
lo cual hace que la velocidad de limite de fluidez sea más grande.
Es concebible que la velocidad de límite de fluidez empiece a
disminuir cuando el diámetro de la gota de aceite sea de
aproximadamente 2 mm o mayor (círculos negros en la figura). Esto es
debido a que la gota de aceite se transforma desde una forma
esférica a una forma comprimida, de manera que se incremente la
energía recibida del fluido del medio de enfriamiento en fase
liquida descendiente. Se ha encontrado de este resultado (cuadrados
negros en la figura) que la velocidad de limite de fluidez de una
gota de aceite generada en la tubería, en los cambios de liquido de
acuerdo con el diámetro de la gota de aceite, que si se asegura que
la velocidad de flujo del medio de enfriamiento en fase liquida es
de 0,08 m/s o superior, cualquier gota de aceite que tenga un
diámetro generado podrá fluir suavemente.
Como consecuencia, en este ejemplo, si se diseñan
una tubería para un liquido descendente tal como la tubería 15 desde
el lado del usuario del intercambiador de calor 4 al descompresor 3
para un medio de enfriamiento utilizado para el calentamiento y una
tubería entre el lado de la fuente de calor del intercambiador de
calor 2 y el descompresor 3 para un medio de enfriamiento utilizado
para enfriamiento, de manera que tenga un diámetro con del cual se
ajuste la velocidad de flujo de un medio de enfriamiento en fase
liquida a 0,08 m/s o superior, de forma que el aceite de la máquina
de refrigeración que flota como gotas de aceite en el medio de
enfriamiento en fase liquida descienda suavemente junto con el medio
de enfriamiento en fase liquida, y el aceite pueda circular hacia
atrás al compresor 1 sin que se produzca un estancamiento en la
tubería de un liquido, con lo cual se elimina la escasez de la
cantidad de aceite en el compresor 1, por esta razón se puede
obtener un aparato de refrigeración / aire acondicionado con una
alta fiabilidad.
La figura 5 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que muestra otro ejemplo que es útil para comprender
la invención, en el cual el compresor 1 está construido de manera
que la velocidad rotacional sea variable por medio de un inversor 7
y la capacidad se corresponda a una carga que pueda ser suministrada
controlando la velocidad rotacional del compresor 1 e incrementando
o disminuyendo el caudal del medio de enfriamiento de acuerdo con
las condiciones de carga. Se debe hacer notar que los mismos números
de referencia han sido asignados a las secciones correspondientes a
aquellas de la figura 1, y por lo tanto se omite la descripción de
las mismas en la presente.
Cuando disminuye la carga, la velocidad
rotacional del compresor 1 es reducida por el inversor 7, se hace
menor el caudal del medio de enfriamiento que circula a través del
circuito de medio de enfriamiento, de manera que disminuya la
capacidad de calentamiento o la capacidad de enfriamiento. En este
ejemplo, se establece el valor mínimo de la velocidad rotacional de
este compresor 1 para que sea una velocidad rotacional tal que la
velocidad de flujo de un medio de enfriamiento en una tubería para
un liquido descendente, tal como la tubería 15, desde el lado del
usuario del intercambiador de calor 4 al descompresor 3 para un
medio de enfriamiento que es utilizado para el calentamiento y una
tubería entre el lado de la fuente de calor del intercambiador de
calor 2 y el descompresor 3 para un medio de enfriamiento que es
utilizado para enfriamiento, alcanza un valor mayor que la velocidad
de limite de fluidez en la cual fluye suavemente el aceite de la
máquina de refrigeración que flota en un medio de enfriamiento en
fase liquida, es decir, la velocidad de flujo del medio de
enfriamiento en fase liquida es 0,08 m/s o superior.
Como consecuencia, incluso si se reduce la
velocidad rotacional del compresor 1 y el caudal del medio de
enfriamiento es menor, la velocidad de flujo del medio de
enfriamiento en la tubería para un liquido descendente asegura un
valor superior a la velocidad de limite de fluidez en la cual el
aceite de la máquina de refrigeración que flota en un medio de
enfriamiento en fase liquida fluye suavemente, de manera que el
aceite de la máquina de refrigeración puede circular retornando al
compresor 1 sin que se produzca estancamiento en la tubería para un
liquido, lo cual elimina la escasez de la cantidad de aceite en el
compresor 1, y por esta razón se puede obtener un aparato de
refrigeración / aire acondicionado con una elevada fiabilidad.
En la presente y a continuación se realiza la
descripción de una realización preferente de la presente invención,
con referencia a un diagrama de circuito para un medio de
enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire acondicionado,
como se describe en los ejemplos y como se muestra específicamente
en la figura 1;
La figura 6 es una vista en corte transversal de
una tubería para un líquido descendente, que muestra una realización
preferente de la presente invención, en la cual el número de
referencia 8 indica un elemento de refino para gotas de aceite
dispuesto en el interior de esta tubería para un líquido. Este
elemento de refino 8 para gotas de aceite comprende un disco con una
pluralidad de pequeños orificios dispuestos en el mismo, teniendo
cada uno de ellos un diámetro (indicado por "d" en la figura).
Aunque existen gotas de aceite que tienen cada una un diámetro
diferente en la tubería para un liquido en el lado aguas arriba de
este elemento de refino 8 para gotas de aceite, estas gotas de
aceite se refinan cuando pasan a través del elemento de refino 8
para gotas de aceite, de manera que solamente las gotas de aceite
que tengan un diámetro menor que el de orificio indicado por d en el
elemento de refino, pasan a través de los orificios, y las otras
gotas de aceite que tienen un diámetro mayor que el del orificio en
el elemento de refino se separan en gotas de aceite pequeñas y
fluyen.
Como me ha descrito más arriba, proporcionando el
elemento de refino 8 para gotas de aceite en el interior de una
tubería para un liquido descendente, se hace menor el diámetro de
las gotas de aceite que circulan a través de la tubería para un
liquido, y el aceite de la máquina de refrigeración fluye fácilmente
junto con un medio de enfriamiento en fase liquida en la misma
dirección, de manera que el aceite de la máquina de refrigeración
puede circular retornando al compresor 1 sin que se produzca
estancamiento en la tubería para un liquido, lo cual elimina la
escasez de la cantidad de aceite en el compresor 1, y por esta
razón, se puede obtener un aparato de refrigeración / aire
acondicionado con elevada fiabilidad.
Se debe hacer notar que la descripción ha asumido
un caso en el que el elemento de refino 8 para gotas de aceite
compuesto por un disco con una pluralidad de unidades de pequeños
orificios provistos sobre el mismo, teniendo cada uno de ellos un
diámetro t en la relación anterior, pero el elemento no está
limitado al ejemplo anterior y puede comprender un tipo de disco de
malla o de un metal sinterizado.
Además, al separar una pluralidad de unidades de
este elemento de refino 8 para gotas de aceite en una tubería para
un líquido descendente, se pueden suministrar más efectos
adicionales del elemento.
En la presente y a continuación se realiza la
descripción de otro ejemplo que es útil para entender la invención,
con referencia al diagrama de circuito, de un medio de enfriamiento
en el aparato de refrigeración / aire acondicionado que se muestra
en la figura 1. En este ejemplo, un flujo de aceite descargado del
compresor 1 a un circuito de medio de enfriamiento se ajusta de
manera que la solubilidad sea menor que la solubilidad del aceite de
la máquina de refrigeración con un medio de enfriamiento en fase
liquida, y por esta razón, se utiliza el compresor 1, que siempre
puede asegurar la lubricación apropiada sin separar el aceite de la
máquina de refrigeración del medio de enfriamiento,
La figura 7 muestra un resultado de la medición
de solubilidad a una relación de cantidad (= masa del aceite en base
al alquilbenceno / masa del aceite en base al alquilbenceno + masa
de un medio de enfriamiento), en la cual el aceite se separa y se
emulsiona cuando el aceite en base al alquilbenceno se añade a un
medio de enfriamiento en fase liquida de R410A. El eje Y de la
figura indica la temperatura de un medio de enfriamiento en fase
liquida, y el eje X indica la solubilidad del aceite en base al
alquilbenceno con R410A. Se puede entender claramente de esta figura
que el aceite en base al alquilbenceno se disuelve ligeramente en el
medio de enfriamiento en fase liquida de R410A, y la solubilidad del
mismo se hace menor cuando disminuye la temperatura del medio de
enfriamiento en fase liquida. Cuando el flujo de aceite descargado
del compresor al circuito de medio de enfriamiento es menor que esta
solubilidad, todo el aceite en base al alquilbenceno se disuelve en
el medio de enfriamiento en fase liquida en la tubería para un
líquido. Por esta razón, el aceite de la máquina de refrigeración no
se estanca en la tubería para un líquido, y tampoco se produce
escasez de la cantidad de aceite en el compresor 1.
El valor más bajo de la temperatura de un medio
de enfriamiento en fase liquida en la tubería para un liquido es de
aproximadamente 30º C en un aparato de aire acondicionado de
habitación, y se entiende de la figura 7 que el aceite en base al
alquilbenceno se disuelve en el medio de enfriamiento en fase
liquida de R410A un 0,8% o más, con la condición anterior. Como
consecuencia, ajustando la relación del aceite descargado del
compresor 1 en el circuito de medio de enfriamiento (caudal de masa
de aceite / caudal de masa de aceite + caudal de masa de un medio de
enfriamiento) para que sea 0,8% o menor, todo el aceite en base al
alquilbenceno se disuelve en el medio de enfriamiento en fase
liquida en la tubería para un liquido, y el aceite de la máquina de
refrigeración no se estancará en la tubería para un liquido y por
esta razón, tampoco se tiene que producir escasez en la cantidad de
aceite en el compresor 1.
La figura 8 es un diagrama de circuito para un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que muestra otro ejemplo que es útil para comprender
la invención, en el cual se proporciona un separador de aceite 9 en
un punto medio de una tubería de descarga de un compresor 1, y la
sección inferior de este separador 9 de aceite está conectada a una
tubería de aspiración de un compresor 1 a través de un descompresor
10 para el aceite de la máquina de refrigeración como un capilar, de
manera que el aceite de la máquina de refrigeración separado por el
separador 9 de aceite retorna al compresor 1. En este ejemplo,
incluso si el caudal de aceite descargado del compresor 1 es mayor
que la solubilidad del aceite de la máquina de refrigeración con un
medio de enfriamiento en fase liquida, esto es, 0,8% o más, se
consigue que el flujo de aceite para que circule al circuito del
medio de enfriamiento sea 0,8% o menos, de acuerdo con un efecto del
separador de acei-
te.
te.
Como consecuencia, el flujo de aceite para que
circule fuera del circuito de medio de enfriamiento siempre es menor
que la solubilidad del aceite de la máquina de refrigeración con el
medio de enfriamiento en fase liquida, de manera que todo el aceite
de la máquina de refrigeración se disuelva en el medio de
enfriamiento en fase liquida, y el aceite de la máquina de
refrigeración no se estanca en la tubería para un liquido, y por
esta razón, tampoco se tiene que producir escasez de la cantidad de
aceite en el compresor-
1.
1.
Además, como método para mejorar la eficiencia
de la separación de aceite en el separador 9 de aceite, haciendo
mayor el diámetro del cuerpo principal del separador 9 de aceite y
haciendo menor la velocidad de flujo de un medio de enfriamiento en
fase de vapor en el separador 9 de aceite, se puede mejorar la
eficiencia de la separación de aceite en el separador 9 de
aceite.
La figura 9 es un diagrama de circuito para un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que muestra otro ejemplo que es útil para comprender
la invención, en la cual se proporciona un separador 9 de aceite en
una tubería entre el lado de la fuente de calor del intercambiador
de calor 2 y un descompresor 3 de un medio de enfriamiento tal como
una válvula de expansión eléctrica. La sección superior del
separador de aceite 9 está conectada a una tubería de aspiración de
un compresor 1 a través de un conmutador 11, tal como una válvula
electromagnética, y un descompresor 10 para el aceite de la máquina
de refrigeración como un capilar, de manera que el aceite de la
máquina de refrigeración depositado en la sección superior del
separador de aceite 9 retorne al compresor 1.
A continuación, se realiza la descripción de las
operaciones. En primer lugar, para el enfriamiento, el vapor de un
medio de enfriamiento a alta temperatura y alta presión, comprimido
por el compresor 1, es condensado por el lado de la fuente de calor
de un intercambiador de calor 2 que funciona como un condensador,
para cambiarse a una fase liquida y fluir al interior del separador
9 de aceite. Cuando el caudal de aceite que circula desde el
compresor 1 al circuito de medio de enfriamiento es mayor que la
solubilidad del aceite en base al alquilbenceno con el medio de
enfriamiento en fase liquida que se muestra en la figura 7, se
separa el aceite de la máquina de refrigeración del medio de
enfriamiento en fase liquida en el separador 9 de aceite, y el
aceite de la máquina de refrigeración como aceite en base al
alquilbenceno que tiene un peso específico menor que el del medio de
enfriamiento en fase liquida se estanca en la sección superior del
separador 9 de aceite. Cuando el conmutador 11 se conmuta a abierto
durante el enfriamiento, el aceite de la máquina de refrigeración
estancado en la sección superior del separador 9 de aceite retorna
al compresor 1 a través del conmutador 11 y del descompresor 10 del
aceite de la máquina de refrigeración. Además, se puede reducir el
caudal de aceite contenido en el medio de enfriamiento en fase
liquida que circula saliendo del separador 9 de aceite, de manera
que sea posible impedir la reducción de la eficiencia de
transferencia de calor generada producida por el aceite que circula
en el lado del usuario del intercambiador de calor 4 que funciona
como un evaporador, y que se estanca en la tubería 15 de
transferencia de calor.
Además, se reduce la solubilidad del aceite en
base al alquilbenceno con el medio de enfriamiento en fase liquida
cuando disminuye la temperatura del medio de enfriamiento en fase
liquida, como se muestra en la figura 7, de manera que se puede
incrementar el caudal de aceite que se va a separar en el separador
9 de aceite disminuyendo la temperatura del medio de enfriamiento en
fase liquida en el separador de aceite 9. En otras palabras,
reduciendo la abertura en el descompresor o incrementando el caudal
de llenado del medio de enfriamiento, se incrementa un grado de
superenfriamiento, lo cual hace mayor un grado de superenfriamiento
indicado por la diferencia entre la temperatura de la salida del
lado de la fuente de calor del intercambiador de calor 2 para un
medio de enfriamiento y la temperatura de condensación, de manera
que disminuye la temperatura del medio de enfriamiento en fase
liquida en el separador de aceite 9, y por esta razón, se pueda
mejorar la eficiencia de la separación de aceite del separador 9 de
acei-
te.
te.
Por otro lado, en el calentamiento, se condensa
el vapor de un medio de enfriamiento a una elevada temperatura y una
elevada presión, comprimido por el compresor 1, a través de la
tubería 16, por medio del lado del usuario del intercambiador de
calor 4 que funciona como un condensador para cambiar a una fase
liquida. Este medio de enfriamiento en fase liquida pasa por la
tubería 15, como tubo de bajada, se descomprime por medio del
descompresor 3 del medio de enfriamiento, como válvula de expansión
electrónica, para convertirse en un medio de enfriamiento en dos
fases vapor - liquida a una baja temperatura y una baja presión y
fluye en el separador 9 de aceite. El medio de enfriamiento en dos
fases vapor - liquida fluye en el separador 9 de aceite durante el
calentamiento, y el aceite de la máquina de refrigeración no se
puede separar del medio de enfriamiento de manera que el conmutador
11 se conmuta a la posición cerrada, y se impiden la reducción de la
eficiencia de energía producida por la circulación del medio de
enfriamiento desde el separador de aceite al compresor 1 así como
los daños al compresor 1 producidos por la compresión del
liquido.
De acuerdo con lo anterior, en este ejemplo, el
aceite de la máquina de refrigeración se separa de un medio de
enfriamiento en fase liquida en la salida del lado de la fuente de
calor del intercambiador de calor 2 como un condensador, y retorna
al compresor 1 durante el enfriamiento, de manera que es posible
obtener un aparato de refrigeración / aire acondicionado con una
elevada eficiencia de energía sin que se produzca el estancamiento
de aceite en el evaporador. Además, durante el calentamiento, se
impide el flujo del medio de enfriamiento desde el separador 9 de
aceite al compresor 1, de manera que es posible obtener un aparato
de refrigeración / aire acondicionado en el cual se puede impedir la
reducción de la eficiencia de energía y no se dañe el compresor 1
por la compresión del liquido.
La figura 10 es un diagrama de circuito de un
medio de enfriamiento en un aparato de refrigeración / aire
acondicionado que muestra otro ejemplo que es útil para comprender
la invención, en el cual se proporciona un separador 9 de aceite
entre el lado de la fuente de calor del intercambiador de calor 2 y
un descompresor 3 para un medio de enfriamiento, tal como una
válvula de expansión eléctrica, y además, la sección superior del
separador 9 de aceite está conectada a una tubería de aspiración
para el compresor 1 a través de un conmutador 11, tal como una
válvula electromagnética, y un descompresor 10 para el aceite de la
máquina de refrigeración, como un capilar, de manera que el aceite
de la máquina de refrigeración depositado en la sección superior del
separador 9 de aceite retorne al compresor 1. En contraste con el
ejemplo que se muestra en la figura 9, este ejemplo se caracteriza
porque un intercambiador de calor 22 para la disminución de la
temperatura de un medio de enfriamiento en fase liquida que fluye en
un separador de aceite durante el enfriamiento, se encuentra
dispuesto en una tubería entre el lado de la fuente de calor del
intercambiador de calor 2 y el separador 9 de aceite.
A continuación se realiza una descripción de las
operaciones. Para el enfriamiento, en primer lugar se condensa el
vapor de un medio de enfriamiento que contiene aceite de la máquina
de refrigeración a alta temperatura y a alta presión, comprimido por
el compresor 1, en el lado de la fuente de calor del intercambiador
de calor 2 que funciona como un condensador, para cambiar a un medio
de enfriamiento en fase liquida y circula en el separador 9 de
aceite. Cuando el flujo de aceite que circula desde el compresor 1
al circuito de medio de enfriamiento es mayor que la solubilidad del
aceite en base al alquilbenceno con el medio de enfriamiento en fase
liquida que se muestra en la figura 7, el aceite de la máquina de
refrigeración se separa del medio de enfriamiento en fase liquida en
el separador 9 de aceite, y el aceite de la máquina de
refrigeración, tal como el aceite en base al alquilbenceno que tiene
un peso específico menor que el del medio de enfriamiento en fase
liquida, se estanca en la sección superior del separador de aceite
9. Cuando se conmuta el conmutador 11 a la posición abierta durante
el enfriamiento, el aceite de la máquina de refrigeración estancado
en la sección superior del separador 9 de aceite retorna al
compresor 1 a través del conmutador 11, y del descompresor 10 para
el aceite de la máquina de refrigeración.
Además, se conmuta a la posición abierta un
conmutador 11', se evapora una porción del medio de enfriamiento en
fase liquida en la sección inferior del separador 9 de aceite a
través de un descompresor 10', como un capilar, y el medio de
enfriamiento a baja temperatura retorna al compresor 1 a través del
intercambiador de calor 22. Durante el funcionamiento, disminuye por
el intercambiador de calor 22l a temperatura del medio de
enfriamiento en fase liquida que se encuentra en fase liquida al ser
condensado por el lado de la fuente de calor del intercambiador de
calor 2 y que se cambia a una fase liquida, ,el medio de
enfriamiento a la temperatura disminuida fluye al separador 9 de
aceite, se promociona la separación del aceite de la máquina de
refrigeración del medio de enfriamiento, y se reduce el contenido
del aceite de la máquina de refrigeración en el medio de
enfriamiento saliendo del separador 9 de aceite, y con esta
característica, el caudal del aceite de la máquina de refrigeración
separado del medio de enfriamiento puede ser reducirse en gran
medida con los procesos anteriores, hasta que el medio de
enfriamiento alcance el lado del usuario del intercambiador de calor
4 que funciona como un evaporador. Además, ajustando la temperatura
del aceite de la máquina de refrigeración de manera que no sea
inferior a la temperatura del medio de enfriamiento en fase liquida
en el separador 9 de aceite, es posible eliminar la separación del
aceite de la máquina de refrigeración contenido en el medio de
enfriamiento en fase liquida que circula saliendo del separador 9 de
aceite durante el proceso, desde el separador 9 de aceite al lado
del usuario del intercambiador de calor 4.
Una unidad que aplica un tubo doble o similar
puede colocarse en el intercambiador de calor 22 dispuesto en una
tubería entre el lado de la fuente de calor del intercambiador de
calor 2 y el separador 9 de aceite, pero se puede obtener el mismo
efecto disponiendo un tubo, a través del cual pasa un medio de
enfriamiento a una baja temperatura, a lo largo de la sección
externa del mismo intercambiador de calor, o insertando el tubo en
forma de espiral en el interior del intercambiador.
Por otro lado, para el calentamiento, el vapor de
un medio de enfriamiento a elevada temperatura y una elevada
presión, comprimido por el compresor 1, se condensa a través del
tubo 16 en el lado del usuario del intercambiador de calor 4 que
funciona como un condensador, para cambiar a una fase liquida. El
medio de enfriamiento en fase liquida pasa a través del tubo 15 como
un tubo de bajada, es descomprimido por el descompresor 3 para el
medio de enfriamiento, tal como una válvula de expansión
electrónica, para convertirse en un medio de enfriamiento en dos
fases vapor - liquida a baja temperatura y a baja presión, y fluye
al separador 9 de aceite. El medio de enfriamiento en dos fases
vapor - liquida fluye en el separador 9 de aceite durante el
calentamiento, no se puede separar el aceite de la máquina de
refrigeración del medio de enfriamiento de manera que los
conmutadores 11 y 11' se conmutan a la posición cerrada, y se
impiden la reducción de la eficiencia de energía producida por el
flujo del medio de enfriamiento desde el separador de aceite al
compresor 1, y el daño al compresor 1 producido por la compresión
del liqui-
do.
do.
Como consecuencia, en este ejemplo, el aceite de
la máquina de refrigeración se separa de un medio de enfriamiento en
fase liquida en la salida del lado de la fuente de calor del
intercambiador de calor 2 como condensador, y retorna al compresor 1
durante el enfriamiento, y también el caudal del aceite de la
máquina de refrigeración que circula en el lado del usuario del
intercambiador de calor 4, que funciona como evaporador, puede
reducirse en gran medida en comparación con el ejemplo que se
muestra en la figura 9, de manera que sea posible obtener un aparato
de refrigeración / aire acondicionado con una alta eficiencia de
energía que puede impedir la reducción de la eficiencia de
transferencia de calor producida por el estancamiento en el tubo 15
de transferencia de calor. Además, de manera similar al ejemplo que
se muestra en la figura 9, durante el calentamiento se impide el
flujo del medio de enfriamiento desde el separador 9 de aceite al
compresor 1, de manera que es posible obtener un aparato de
refrigeración / aire acondicionado en el cual se puede impedir la
reducción de eficiencia de energía y el compresor 1 no es dañado por
la compresión del liquido.
Se debe hacer notar que, aunque se ha realizado
la descripción en la realización en el caso en el que se aplica la
invención en un aparato de aire acondicionado tal como un aparato
de aire acondicionado de una habitación en el cual se puede ajustar
la temperatura de la habitación libremente, la aplicación no queda
limitada al caso anterior y la invención se puede aplicar a un
vehículo de reparte en frío, un congelador / refrigerador
prefabricado y a un refrigerador para uso domestico, y en este caso
también se puede conseguir el mismo efecto.
Como se ha descrito más arriba, el aparato de
refrigeración / aire acondicionado de acuerdo con la presente
invención tiene un ciclo de refrigeración que utiliza un circuito de
medio de enfriamiento en el cual un compresor, el lado de la fuente
de calor de un intercambiador de calor, un descompresor y el lado
del usuario del intercambiador de calor están conectados
sucesivamente para la circulación de un medio de enfriamiento, y el
aceite de la máquina de refrigeración que no tiene un solubilidad
mutua con el medio de enfriamiento, o la tiene extremadamente baja;
en el aparato de refrigeración / aire acondicionado de acuerdo con
la presente invención, se hacen finas las gotas de aceite del aceite
de la máquina de refrigeración que fluyen y que flotan en el medio
de enfriamiento en un tubo de bajada, en el cual el medio de
enfriamiento en fase liquida circula desde el lado aguas arriba al
lado aguas abajo en el ciclo de refrigeración, de manera que,
incluso cuando sea baja la velocidad de flujo del medio de
enfriamiento en fase liquida, las gotas de aceite fluirán junto con
un medio de enfriamiento en fase liquida también en el tubo de
bajada y por esta razón, no se produce el estancamiento del aceite
de la máquina de refrigeración en un tubo para un li-
quido.
quido.
En el aparato de refrigeración / aire
acondicionado de acuerdo con la presente invención, las gotas de
aceite se hacen minúsculas por medio de elementos de refino
dispuestos en el lado aguas arriba del tubo de bajada, de manera que
las gotas de aceite puedan fluir a una velocidad de flujo en el tubo
de bajada, y por esta razón, no se produce el estancamiento del
aceite de la máquina de refrigeración en el tubo de baja-
da.
da.
En el aparato de refrigeración / aire
acondicionado de acuerdo con la presente invención, las gotas de
aceite se hacen diminutas por una placa con un orificio provisto en
la misma, a través del cual solamente pueda pasar una gota de aceite
que tenga un tamaño menor que el requerido, de manera que las gotas
de aceite difícilmente producen una resistencia del fluido contra el
medio de enfriamiento en fase liquida, y por esta razón, se pueda
eliminar el estancamiento del aceite de la máquina de refrigeración
reduciendo la perdida de presión.
Claims (2)
1. Un aparato de refrigeración / aire
acondicionado en base a un ciclo de refrigeración que utiliza un
circuito de medio de enfriamiento, en el cual un compresor (1), un
intercambiador de calor (2) al lado de fuente de calor, un
descompresor (3) y un intercambiador de calor (4) al lado del
usuario están conectados sucesivamente para la circulación de un
medio de enfriamiento, y del aceite de máquina de refrigeración que
no tiene una solubilidad mutua con el citado medio de enfriamiento,
o esta es extremadamente baja,
que se caracteriza porque
las gotas de aceite del aceite de máquina de
refrigeración que fluyen y flotan en un medio de enfriamiento en un
tubo de bajada por el cual circula un medio de enfriamiento en fase
liquida desde el lado aguas arriba al lado aguas abajo en el citado
ciclo de refrigeración, se hacen diminutas por elementos de refino
(8) dispuestos en el lado aguas arriba del tubo de bajada.
2. Un aparato de refrigeración / aire
acondicionado de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual se
establece el tamaño de un orificio en el elemento de refino (8) a un
valor cercano al tamaño máximo de la gota de aceite que fluye hacia
abajo, de manera que las gotas de aceite con un tamaño que excede al
de la citada gota de aceite máxima no pueda pasar a través del
orificio.
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