ES2576554T3

ES2576554T3 - Aparato de congelación

Info

Publication number: ES2576554T3
Application number: ES04772025.5T
Authority: ES
Inventors: Ryota Takechi; Shinya Matsuoka; Yasushi Hori; Masahiro Oka
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2016-07-08
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: CN1738995A; CN100334407C; EP1659348A1; EP1659348A4; JP3757967B2; JP2005069566A; AU2004267299A1; US20060048539A1; AU2004267299B2; WO2005019742A1; US7360372B2; EP1659348B1

Abstract

Un sistema (1) de refrigeración, que comprende un circuito (10) principal de refrigeración que incluye un compresor (21), un intercambiador (23) de calor del lado de una fuente de calor y un intercambiador (52) de calor del lado del usuario; un mecanismo (Td) de detección de temperatura de descarga dispuesto en el circuito principal de refrigerante y configurado para detectar la temperatura (td) de descarga del refrigerante en el lado de descarga del compresor; un circuito (41) de derivación de refrigerante conectado al circuito principal de refrigerante y configurado de modo que una parte del refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hacia el intercambiador de calor del lado del usuario se desvía del circuito principal de refrigerante y se devuelve al lado de entrada del compresor; un mecanismo (42) de expansión de derivación dispuesto en el circuito de derivación de refrigerante y configurado para regular el caudal de refrigerante que fluye a través del circuito de derivación de refrigerante; un dispositivo (27) de refrigeración configurado y dispuesto para enfriar el refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario por el circuito principal de refrigerante usando el refrigerante que sale del mecanismo de expansión de derivación y vuelve al lado de entrada del compresor; un mecanismo (Tsh) de detección de grado de sobrecalentamiento dispuesto en el circuito de derivación de refrigerante y configurado para detectar el grado (tSHa) de sobrecalentamiento del refrigerante en el lado de salida del dispositivo de refrigeración; un medio (60) de control del mecanismo de expansión configurado para controlar el mecanismo de expansión de derivación basándose en el grado (tSHa) de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de detección de grado de sobrecalentamiento de modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a través del circuito de derivación de refrigerante es sustancialmente igual a un grado (tSHs) de sobrecalentamiento prescrito, caracterizado por que el valor del grado (tSHs) de sobrecalentamiento prescrito se ajusta basándose en la temperatura (td) de descarga detectada por el mecanismo de detección de temperatura de descarga de modo que no se produzca compresión en húmedo en el compresor.

Description

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DESCRIPCION

Aparato de congelacion Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un sistema de refrigeracion. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un sistema de refrigeracion configurado de tal modo que se puede hacer que una parte del refrigerante que fluye a traves de un circuito refrigerante principal se derive del resto del circuito principal de refrigerante para volver al lado de entrada de un compresor y utilizarse para enfriar el refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante hasta un estado subenfriado.

Tecnica anterior

Entre los sistemas de refrigeracion convencionales dotados de un circuito de refrigerante de tipo vapor de compresion, existe un diseno de acondicionador de aire configurado de modo que se puede hacer que una parte del refrigerante que fluye a traves de un circuito principal de refrigerante se derive del resto del circuito principal de refrigerante para volver al lado de entrada del compresor y utilizarse para enfriar el refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante hasta un estado subenfriado. Un acondicionador de aire configurado de este modo esta dotado de lo siguiente: un circuito principal de refrigerante que incluye un compresor, un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y un intercambiador de calor del lado del usuario; un circuito de derivacion de refrigerante conectado al circuito principal de refrigerante de tal modo que una parte del refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hacia el intercambiador de calor del lado del usuario se bifurca alejandose del circuito principal de refrigerante y vuelve al lado de entrada del compresor; un mecanismo de expansion de derivacion que esta dispuesto en el circuito de derivacion de refrigerante y configurado para regular el caudal de refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante; un dispositivo de refrigeracion configurado para enfriar el refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hacia el intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante usando el refrigerante que vuelve de la salida del mecanismo de expansion de derivacion al lado de entrada del compresor; un mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento que esta dispuesto en el circuito de derivacion de refrigerante y configurado para detectar el grado de sobrecalentamiento del refrigerante en el lado de salida del dispositivo de refrigeracion; y un medio de control del mecanismo de expansion configurado para controlar el mecanismo de expansion de derivacion basandose en el grado de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de deteccion de grado de calentamiento de modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante es igual o mayor que un grado de sobrecalentamiento prescrito.

Cuando un acondicionador de aire configurado de este modo opera en modo de refrigeracion, una parte del refrigerante lfquido que se envfa desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hasta el intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante se desvfa del circuito principal de refrigerante y se devuelve al lado de entrada del compresor a traves del circuito de derivacion de refrigerante (que se bifurca del circuito principal de refrigerante) mientras que el caudal del refrigerante desviado se ajusta mediante el mecanismo de expansion del derivacion. El refrigerante que fluye desde la salida del mecanismo de expansion del derivacion en el circuito de derivacion de refrigerante hacia el lado de entrada del compresor pasa a traves del dispositivo de refrigeracion e intercambia calor con el refrigerante lfquido que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hasta el intercambiador de calor del lado del usuario. Despues de pasar a traves del mecanismo de expansion de derivacion, la temperatura del refrigerante en el circuito de derivacion de refrigerante es menor que la temperatura del refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hasta el intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante. En consecuencia, el refrigerante en el circuito de derivacion de refrigerante enfna el refrigerante lfquido que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hasta el intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante y, se calienta a su vez se calienta. Como el mecanismo de expansion de derivacion esta controlado por el medio de control del mecanismo de expansion de modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante en la salida del dispositivo de refrigeracion en el circuito de derivacion de refrigerante, es decir, el grado de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento, es igual o mayor que un grado de sobrecalentamiento prescrito, el refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante pasa a traves del dispositivo de refrigeracion y se calienta hasta el grado de sobrecalentamiento prescrito o mas antes de volver al lado de entrada del compresor. Mientras tanto, el refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante del dispositivo de refrigeracion se enfna hasta un estado subenfriado que corresponde a la cantidad de calor intercambiada con el refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante del dispositivo de refrigeracion. De este modo, el acondicionador de aire ejecuta un control del grado de sobrecalentamiento de tal modo que el refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante se enfna hasta un estado subenfriado.

Vease, por ejemplo, la publicacion de la patente japonesa abierta a inspeccion publica n.° 07-4756 y JP- 2000018737.

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Descripcion de la invencion

En un acondicionador de aire como el descrito anteriormente, como el medio de control del mecanismo de expansion controla el mecanismo de expansion de derivacion basandose en el grado de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento de modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que hace derivacion al circuito principal de refrigerante y pasa a traves del dispositivo de refrigeracion es igual o mayor que un grado de sobrecalentamiento prescrito, el refrigerante que sale del dispositivo de refrigeracion y vuelve al lado de entrada del compresor tiene un grado de sobrecalentamiento que es al menos tan alto como el valor prescrito cuando entra en el circuito principal de refrigerante por el lado de entrada del compresor. En algunos casos, como cuando el refrigerante que fluye a traves de la parte del circuito principal de refrigerante en el lado de entrada del compresor esta suficientemente sobrecalentado incluso despues de que el refrigerante del circuito de derivacion de refrigerante (que ha pasado a traves del dispositivo de refrigeracion) se una al mismo, es factible aumentar el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante aumentando el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante, acelerando asf el intercambio de calor en el dispositivo de refrigeracion. Sin embargo, como el mecanismo de expansion de derivacion es controlado de tal modo que el refrigerante que sale del dispositivo de refrigeracion y vuelve al lado de entrada del compresor siempre tiene un grado de sobrecalentamiento al menos tal alto como el valor prescrito, el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante no puede aumentarse aumentando el caudal el caudal del refrigerante en el circuito de derivacion de refrigerante.

El objeto de la presente invencion es posibilitar el aumento del grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante en un sistema de refrigeracion configurado de modo que una parte del refrigerante que fluye a traves de un circuito principal de refrigerante puede derivarse del resto del circuito principal de refrigerante de modo que vuelva al lado de entrada de un compresor y se utilice para enfriar el refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante hasta un estado subenfriado.

Un sistema de refrigeracion de acuerdo con la primera invencion esta dotado de un circuito principal de refrigerante, un mecanismo de deteccion de temperatura de descarga, un circuito de derivacion de refrigerante, un mecanismo de expansion de derivacion, un dispositivo de refrigeracion, un mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento y un medio de control del mecanismo de expansion. El circuito principal de refrigerante incluye un compresor, un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y un intercambiador de calor del lado del usuario. El mecanismo de deteccion de la temperatura de descarga esta dispuesto en el circuito principal de refrigerante y configurado para detectar la temperatura de descarga del refrigerante en el lado de descarga del compresor. El circuito de derivacion de refrigerante esta conectado al circuito principal de refrigerante y configurado de modo que una parte del refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario se desvfa del circuito principal de refrigerante y se devuelve al lado de entrada del compresor. El mecanismo de expansion de derivacion esta dispuesto en el circuito de derivacion de refrigerante y configurado para regular el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante. El dispositivo de refrigeracion esta configurado y dispuesto para enfriar el refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante usando el refrigerante que sale del mecanismo de expansion de derivacion y vuelve al lado de entrada del compresor. El mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento esta dispuesto en el circuito de derivacion de refrigerante y configurado para detectar el grado de sobrecalentamiento del refrigerante en el lado de salida del dispositivo de refrigeracion. El medio de control del mecanismo de expansion esta configurado para controlar el mecanismo de expansion de derivacion basandose en el grado de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento de modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante sea sustancialmente igual a un grado de sobrecalentamiento prescrito. El valor del grado de sobrecalentamiento prescrito se ajusta basandose en la temperatura de descarga detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga a un valor tal que en el compresor no se produzca una compresion en humedo.

Cuando este acondicionador de aire opera en modo de refrigeracion, una parte del refrigerante lfquido que se envfa desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante se devuelve al lado de entrada del compresor a traves del circuito de derivacion de refrigerante (que se bifurca del circuito principal de refrigerante) a la vez que el caudal del refrigerante devuelto se regula mediante el mecanismo de expansion de derivacion. El refrigerante que fluye desde la salida del mecanismo de expansion de derivacion por el circuito de derivacion de refrigerante hacia el lado de entrada del compresor, pasa a traves del dispositivo de refrigeracion e intercambia calor con el refrigerante lfquido que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario. Despues de pasar a traves del mecanismo de expansion de derivacion, la temperatura del refrigerante en el circuito de derivacion de refrigerante es menor que la temperatura del refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario en el circuito principal de refrigerante. En consecuencia, el refrigerante del circuito de derivacion de refrigerante enfna el refrigerante lfquido que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario por el circuito principal de refrigerante y, se calienta a su vez. Dado que, de manera similar al sistema de refrigeracion convencional descrito anteriormente, el mecanismo de expansion de derivacion esta controlado por el medio de

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control del mecanismo de expansion de manera que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante en la salida del dispositivo de refrigeracion en el circuito de derivacion de refrigerante, es decir, el grado de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento, es sustancialmente igual a un grado de sobrecalentamiento prescrito, el refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante pasa a traves del dispositivo de refrigeracion y se calienta sustancialmente al grado de sobrecalentamiento prescrito antes de volver al lado de entrada del compresor. Mientras tanto, el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito principal de refrigerante del dispositivo de refrigeracion se enfna hasta un estado subenfriado, correspondiente a la cantidad de calor intercambiada con el refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante del dispositivo de refrigeracion. Sin embargo, a diferencia del sistema de refrigeracion convencional, este sistema de refrigeracion esta configurado de modo que el valor del grado de sobrecalentamiento prescrito usado por el medio de control del mecanismo de expansion para controlar el mecanismo de expansion de derivacion - y por tanto, controlar el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante - puede ajustarse basandose en la temperatura de descarga del compresor, detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga, a un valor de un intervalo en el que no se produce compresion en humedo en el compresor.

Como resultado, cuando el refrigerante que fluye a traves de la parte del circuito principal de refrigerante del lado de entrada del compresor esta suficientemente sobrecalentado incluso despues de que el refrigerante del circuito de derivacion de refrigerante (que ha pasado a traves del dispositivo de refrigeracion) se una al mismo, el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante puede aumentarse reduciendo el valor del grado de sobrecalentamiento prescrito en la medida que no provoque compresion humeda en el compresor. Por tanto, el intercambio de calor en el dispositivo de refrigeracion puede acelerarse y el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante puede aumentarse.

Un sistema de refrigeracion de acuerdo con la segunda invencion es un sistema de refrigeracion de acuerdo con la primera invencion, en el que cuando la temperatura de descarga detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga es igual o mayor que un valor prescrito, el medio de control del mecanismo de expansion controla el mecanismo de expansion de derivacion de modo que dicha temperatura de descarga se reduzca a una temperatura menor que el valor prescrito.

Con este sistema de refrigeracion, cuando la temperatura de descarga detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga es menor que un valor prescrito, el medio de control del mecanismo de descarga controla el mecanismo de expansion de derivacion de tal modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante se mantiene dentro de un intervalo en el que no se produce compresion humeda en el compresor. Mientras tanto, cuando la temperatura de descarga detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga es igual o mayor que el valor prescrito, en lugar de controlar el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante, el medio de control del mecanismo de expansion controla el mecanismo de expansion de derivacion de modo que la temperatura de descarga detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga disminuya a una temperatura menor que el valor prescrito.

Como resultado, se puede ejecutar un control que evite que el compresor opere en un estado sobrecalentado al mismo tiempo que se ejecuta un control que aumenta el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante, controlando el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante. Ademas, el coste del sistema de refrigeracion puede reducirse porque no es necesario proporcionar un circuito de refrigerante independiente para evitar que el compresor se sobrecaliente.

Un sistema de refrigeracion de acuerdo con la tercera invencion es un sistema de refrigeracion de acuerdo con la primera o segunda realizacion, en el que el dispositivo de refrigeracion es un intercambiador de calor que tiene conductos de fluido configurados para que el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito del refrigerante principal del intercambiador de calor fluya en una direccion opuesta a la direccion de flujo del refrigerante que fluye a traves del lado del circuito de derivacion de refrigerante.

Con este sistema de refrigeracion, el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito de refrigerante puede enfriarse hasta una temperatura que es menor que la temperatura del refrigerante a la salida del lado del circuito de derivacion de refrigerante del intercambiador de calor porque el dispositivo de refrigeracion esta configurado de tal modo que el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito principal de refrigerante del mismo fluye en una direccion opuesta a la direccion de flujo del refrigerante que fluye a traves del lado del circuito de derivacion de refrigerante.

Como resultado, la energfa de enfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante, se usa con mas eficiencia y el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante puede aumentarse aun mas.

Un sistema de refrigeracion de acuerdo con la cuarta invencion es un sistema de refrigeracion de acuerdo con cualquiera de las invenciones primera a tercera, en el que el circuito principal de refrigerante comprende una unidad

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de fuente de calor que incluye el compresor, el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y un dispositivo de refrigeracion y una unidad de usuario que incluye el intercambiador de calor del lado del usuario, estando conectadas entre sf estas unidades mediante una tubena de comunicacion de refrigerante Kquido y una tubena de comunicacion de refrigerante gaseoso. La unidad de usuario tiene un mecanismo de expansion del lado del usuario que esta conectado al lado de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido del intercambiador de calor del lado del usuario y esta configurada para regular el caudal del refrigerante que fluye a traves de la unidad de usuario.

Cuando este sistema de refrigeracion opera en modo de enfriamiento, el refrigerante condensado que sale del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor es subenfriado por el dispositivo de refrigeracion y suministrado a la unidad de usuario a traves de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido, despues de lo cual se expande dentro de la unidad de usuario.

Como resultado, se puede evitar que el refrigerante que fluye a traves de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido se evapore debido a una baja presion y se convierta en un flujo de refrigerante bifasico incluso si la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido es larga o la unidad de usuario esta instalada en una posicion mas elevada que la unidad de fuente de calor. En consecuencia, se pueden suprimir los ruidos anormales que se producen cuando el refrigerante pasa a traves del mecanismo de expansion del lado del usuario de la unidad de usuario.

Un sistema de refrigeracion de acuerdo con la quinta invencion es un sistema de refrigeracion de acuerdo con la cuarta invencion, en el que se proporciona una pluralidad de unidades de usuario, estando dispuestas las unidades de usuario en paralelo y conectadas a la unidad de fuente de calentamiento a traves de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido y la tubena de comunicacion de refrigerante gaseoso.

En este sistema de refrigeracion, se dispone una pluralidad de unidades de usuario en paralelo entre sf y se conectan a la unidad de fuente de calentamiento a traves de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido y la tubena de comunicacion de refrigerante gaseoso. Durante el modo de refrigeracion, el refrigerante condensado que sale del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor es subenfriado por el dispositivo de refrigeracion y suministrado a las unidades de usuario a traves de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido de manera bifurcada.

Como resultado, puede evitarse que el refrigerante que fluye a traves de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido se evapore debido a una baja presion y se convierta en un flujo de refrigerante bifasico y se puede evitar que se produzca una distribucion irregular del flujo de refrigerante hacia las unidades de usuario.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama esquematico del circuito de refrigerante de un acondicionador de aire que sirve como una realizacion de un sistema de refrigeracion de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 2 es una vista esquematica de una seccion transversal que muestra la estructura del dispositivo de refrigeracion del acondicionador de aire.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de la unidad de control del acondicionador de aire.

La Figura 4 es un diagrama de Mollier que muestra el ciclo de refrigeracion del acondicionador de aire durante el modo de refrigeracion.

La Figura 5 es un grafico de la temperatura del refrigerante con respecto a la cantidad de calor intercambiado y sirve para indicar el estado del intercambio de calor entre el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito principal de refrigerante del dispositivo de refrigeracion y el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito del de derivacion de refrigerante del dispositivo de refrigeracion.

La Figura 6 es un grafico que muestra las relaciones entre el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante, un valor (tSHa) que indica el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante, y un valor (tSCa) que indica el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante.

Descripcion de los simbolos

1 acondicionador de aire

2 unidad de fuente de calor

5 unidad de usuario

6 tubena de comunicacion de refrigerante lfquido

7 tubena de comunicacion de refrigerante gaseoso

10 circuito principal de refrigerante

21 compresor

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23 intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 27 dispositivo de refrigeracion

41 circuito de derivacion de refrigerante

42 valvula de expansion de derivacion

51 valvula de expansion del lado del usuario

52 intercambiador de calor del lado del usuario

60 unidad de control

Td sensor de temperature de refrigerante a alta presion

Tsh sensor de temperature del refrigerante derivado de la salida del dispositivo de refrigeracion

td temperature de descarga

tdx temperature de descarga maxima permitida

tSHa grado de sobrecalentamiento medido

tSHs grado de sobrecalentamiento objetivo

Realizaciones preferidas de la invencion

A continuacion se describe, con referencia a las figuras, una realizacion de un sistema de refrigeracion de acuerdo con la presente invencion.

(1) Elementos constituyentes del acondicionador de aire

La Figura 1 es un diagrama esquematico del circuito de refrigerante de un aire 1 acondicionado que sirve como una realizacion de un sistema de refrigeracion de acuerdo con la presente invencion. El aire 1 acondicionado esta pensado para calentar y refrigerar edificios de oficinas e incluye una unidad 2 de fuente de calor, una pluralidad (dos en esta realizacion) de unidades 5 de usuario conectadas en paralelo y una tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido y una tubena 7 de refrigerante gaseoso para conectar la unidad 2 de fuente de calor y la unidad 5 de usuario entre sr

(2) Elementos constituyentes de las unidades de usuario

Cada unidad 5 de usuario comprende principalmente una valvula 51 de expansion del lado del usuario (mecanismo de expansion del lado del usuario), un intercambiador 52 de calor del lado del usuario y tubenas que conectan estos componentes entre sr En esta realizacion, la valvula 51 de expansion del lado del usuario es una valvula de expansion de alimentacion electrica conectada al lado lfquido del intercambiador 42 de calor del lado del usuario para regular la presion y el caudal del refrigerante. En esta realizacion, el intercambiador 52 de calor del lado del usuario es un intercambiador de calor de tipo tubo con aletas cruzadas que sirve para intercambiar calor con el aire de dentro de la habitacion. En esta realizacion, la unidad 5 de usuario esta equipada con un ventilador 53 de entrada para absorber aire de la habitacion hacia el interior de la unidad e impulsarlo de nuevo hacia fuera de modo que se pueda intercambiar calor entre el aire de la habitacion y el refrigerante que fluye a traves del intercambiador 52 de calor del lado del usuario.

(3) Elementos constituyentes de la unidad de fuente de calor

La unidad 2 de fuente de calor comprende principalmente un compresor 21, una valvula 22 selectora de cuatro vfas, un intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor, una valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor, un circuito 25 puente, un receptor 26, un dispositivo 27 de refrigeracion, un circuito 41 de derivacion de refrigerante, una valvula 28 de cierre de refrigerante lfquido, una valvula 29 de cierre de refrigerante gaseoso y unas tubenas de refrigerante para conectar estos componentes entre sr

En esta realizacion, el compresor 21 es un compresor de tipo espiral accionado por un motor electrico y sirve para comprimir el refrigerante gaseoso que absorbe.

La valvula 22 selectora de cuatro vfas esta configurada de modo que puede modificar la direccion del flujo del refrigerante cuando el acondicionador de aire conmuta entre un modo de refrigeracion y un modo de calentamiento. Durante el modo de refrigeracion, conecta el lado de descarga del compresor 21 con el lado gas del intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y conecta el lado de entrada del compresor 21 con la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso (que se indica mediante lmeas continuas en la valvula 22 selectora de cuatro vfas mostrada en la Figura 1). Mientras tanto, durante el modo de calentamiento, conecta el lado de descarga del compresor 21 con la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso y conecta el lado de entrada del compresor 21 con el lado gas del intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor (indicado con lmeas discontinuas en la valvula 22 selectora de cuatro vfas mostrada en la Figura 1).

En esta realizacion, el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor es un intercambiador de calor de tipo tubo con aletas cruzadas, configurado para intercambiar calor entre el refrigerante y el aire, en el que el aire sirve como fuente de calor. En esta realizacion, la unidad 2 de fuente de calor esta equipada con un ventilador 30 exterior para absorber aire del exterior hacia el interior de la unidad e impulsarlo de nuevo hacia fuera de modo que se pueda

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intercambiar calor entre el aire exterior y el refrigerante que fluye a traves del intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor.

En esta realizacion, la valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor es una valvula de expansion accionada electricamente que esta configurada y dispuesta para regular el caudal del refrigerante que fluye entre el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario.

El receptor 26 es un deposito para recoger temporalmente refrigerante que fluye entre el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario. El receptor 26 tiene una entrada dispuesta en una parte superior del deposito y una salida dispuesta en una parte inferior del deposito. La entrada del deposito 26 esta conectada a la valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor y la valvula 28 de corte de refrigerante lfquido a traves del circuito 25 de puente. La salida del receptor 26 esta conectada al dispositivo 27 de refrigeracion y tambien conectada a la valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor y la valvula 28 de corte de refrigerante lfquido a traves del circuito 25 de puente.

El circuito 25 de puente comprende cuatro valvulas 25a a 25d de retencion conectadas entre la valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor y el receptor 26. El circuito 25 de puente esta configurado de modo que, independientemente de si el refrigerante que fluye entre el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y los intercambiadores 42 de calor del lado del usuario, fluye hacia el interior del receptor 26 desde el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor o hacia el interior del receptor 26 desde los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario, el refrigerante fluye hacia el interior del receptor 26 desde la entrada del receptor 26 y vuelve a la ruta del flujo entre el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario desde la salida del receptor 26. Mas espedficamente, la valvula 25a de retencion esta conectada para dirigir el refrigerante que fluye desde los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario hacia el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor hasta la entrada del receptor 26. La valvula 25b esta conectada para dirigir el refrigerante que fluye desde el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor hacia los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario hasta la entrada del receptor 26. La valvula 25c de retencion esta conectada de tal modo que el refrigerante que ha fluido a traves del dispositivo 27 de refrigeracion despues de salir por la salida del receptor 26 puede fluir en direccion a los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario. La valvula 25d de retencion esta conectada de manera que el refrigerante que ha fluido a traves del dispositivo 27 de refrigeracion despues de salir por la salida del receptor 26 puede fluir hacia el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor. Como resultado, el refrigerante que fluye entre el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y el intercambiador 52 de calor del lado del usuario siempre fluye hacia el interior de la entrada del receptor 26 y se devuelve a la trayectoria de flujo entre el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y el intercambiador 52 de calor del lado del usuario despues de fluir hacia fuera desde la salida del receptor 26.

La valvula 28 de corte de refrigerante lfquido y la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso estan conectadas a la tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido y la tubena 7 de comunicacion de refrigerante gaseoso, respectivamente. La tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido conecta las valvulas 51 de expansion del lado del usuario de las unidades 5 de usuario con la valvula 28 de corte de refrigerante lfquido de la unidad 2 de fuente de calor. La tubena 7 de comunicacion de refrigerante gaseoso conecta los lados de gas de los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario de las unidades 5 con la valvula 29 de corte de refrigerante lfquido de la unidad 2 de fuente de calor.

El circuito de refrigerante que comprende las valvulas 51 de expansion del lado del usuario, los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario, el compresor 21, la valvula 22 de cuatro vfas, el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor, la valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor, el circuito 25 puente, el receptor 26, la valvula 28 de corte de refrigerante lfquido y la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso conectados secuencialmente entre sf constituyen un circuito 10 principal de refrigerante del acondicionador de aire 1.

A continuacion se describen el dispositivo 27 de refrigeracion y el circuito 41 de derivacion de refrigerante.

En esta realizacion, el dispositivo 27 de refrigeracion es un intercambiador de calor de doble tubena dispuesto para enfriar el refrigerante que fluye hacia los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario despues de condensarse en el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor. En esta realizacion, el dispositivo 27 de refrigeracion esta conectado entre el receptor 26 y el circuito 25 puente.

El circuito 41 de derivacion de refrigerante esta conectado al circuito 10 principal de refrigerante y configurado de tal modo que una parte del refrigerante que fluye desde el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor a los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario se desvfa del circuito 10 principal de refrigerante y se devuelve al lado de entrada del compresor 21. Mas espedficamente, el circuito 41 de derivacion de refrigerante comprende un circuito 41a de bifurcacion que se bifurca de la parte de circuito que conecta la salida del receptor 26 a la valvula 25d de retencion del circuito 25 puente y se conecta a la entrada del dispositivo 27 de refrigeracion y un circuito 41b de mezcla que esta conectado desde la salida del dispositivo 27 de refrigeracion a la tubena 31 de entrada del compresor 21 de modo que el refrigerante que sale del dispositivo 27 de refrigeracion se devuelve al lado de entrada

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del compresor 21. Una valvula 42 de expansion de derivacion (mecanismo de expansion de derivacion) esta dispuesta en el circuito 41a de bifurcacion con el proposito de regular el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante. En esta realizacion, la valvula 42 de expansion de derivacion es una valvula de expansion accionada electricamente que sirve para regular el caudal del refrigerante al que se permite fluir al dispositivo 27 de refrigeracion. Como resultado, el refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante se enfna en el dispositivo 21 de refrigerante mediante el refrigerante que se devuelve a la tubena 31 de entrada del compresor 27 desde la salida de la valvula 42 de expansion de derivacion.

El dispositivo 27 de refrigeracion es un intercambiador de calor que tiene conductos de flujo configurados de tal modo que el refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante fluye en una direccion que se opone a la direccion de flujo del refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 41 de derivacion de refrigerante. Mas espedficamente, como se muestra en la Figura 2, el dispositivo 27 de refrigeracion tiene una primera seccion 27a de tubena que tiene un extremo conectado al receptor 26 y el otro extremo conectado al circuito 25 puente para transportar el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito principal de refrigerante; y una segunda seccion 27b de tubena dispuesta para cubrir el exterior de la primera seccion 27a de tubena y que tiene un extremo conectado a una valvula 42 de expansion de derivacion y el otro extremo conectado a la tubena 31 de entrada del compresor 21 para transportar el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito de derivacion de refrigerante. Las secciones de tubena estan dispuestas de modo que el extremo 27c de entrada de la primera seccion 27a de tubena (que esta conectada al receptor 26) corresponde al extremo 27d de salida de la segunda seccion 27b de tubena (que esta conectada a la tubena 31 de entrada). Mientras tanto, el extremo 27e de salida de la primera seccion 27a de tubena (que esta conectada al circuito 25 puente) corresponde al extremo 27f de entrada de la segunda seccion 27b de tubena (que esta conectada a la valvula 24 de expansion de derivacion). Por tanto, el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito principal de refrigerante (que se indica mediante una flecha F1 en la Figura 2) y el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito de derivacion de refrigerante (que se indica mediante flechas F2 en la Figura 2) fluyen en direcciones opuestas. Como resultado, el refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante puede enfriarse hasta una temperatura que es menor que la temperatura de salida del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante.

El acondicionador de aire 1 tiene sensores de presion y sensores de temperatura dispuestos en diferentes ubicaciones y una unidad 60 de control (ver la Figura 3) configurada para controlar los diferentes dispositivos del sistema basandose en senales de deteccion de los sensores de modo que el sistema puede operarse en tales modos de acondicionamiento, como el modo de calentamiento y el modo de refrigeracion. A continuacion, se describen los sensores y la unidad 60 de control.

(4) Sensores y unidad de control

En primer lugar, se describiran los sensores de presion y los sensores de temperatura dispuestos en el acondicionador de aire 1.

Se dispone un sensor LP de presion de refrigerante de baja presion en la tubena 31 de entrada del compresor 21 para detectar la presion del refrigerante gaseoso a baja presion que fluye por el lado de entrada del compresor 21. Se dispone un sensor HP de presion de refrigerante de alta presion en el lado 32 de descarga del compresor 21 para detectar la presion del refrigerante gaseoso a alta presion que fluye por el lado de descarga del compresor 21. Se dispone un conmutador HPS de presion de alta presion en el lado 32 de descarga del compresor 21 para detectar aumentos de presion excesivos en el refrigerante gaseoso a alta presion.

Se dispone un sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion (mecanismo de deteccion de temperatura de descarga) en la tubena 32 de descarga del compresor 21 para detectar la temperatura del refrigerante en el lado de descarga del compresor 21. Se dispone un sensor Ta de temperatura de exterior en el orificio de admision de aire del ventilador 30 exterior de la unidad 2 de fuente de calor para detectar la temperatura del aire exterior. Se dispone un sensor Tb de temperatura de intercambio de calor del lado de la fuente de calor con respecto al intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor para detectar la temperatura del refrigerante que corresponde a la temperatura de condensacion del refrigerante durante el modo de refrigeracion y la temperatura de evaporacion del refrigerante durante el modo de calentamiento. Se dispone un sensor Tsh de temperatura de derivacion de refrigerante de salida del dispositivo de refrigeracion (mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento) en el circuito 41b de mezcla del circuito 41 de derivacion de refrigerante para detectar el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves de la parte del circuito 41 de derivacion de refrigerante que esta situado en el lado de salida del dispositivo 27 de refrigeracion. Se dispone un sensor Tr de temperatura del interior del edificio en el orificio de admision de aire del ventilador 53 de interiores de cada unidad 5 de usuario para detectar la temperatura del aire interior. Se dispone un sensor Tn de temperatura de intercambio de calor del lado del usuario con respecto al intercambiador 52 de calor del lado de la fuente de calor para detectar una temperatura de refrigerante que corresponde a la temperatura de evaporacion del refrigerante durante el modo de refrigeracion y la temperatura de condensacion de la refrigeracion durante el modo de calentamiento.

A continuacion, se explicara la unidad 60 de control. La unidad 60 de control comprende principalmente un microordenador que, como se indica en la Figura 3, esta conectado de manera que puede recibir senales de entrada

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de los sensores de presion LP, HP y los sensores de temperatura Td, Ta, Tb, Tsh, Tr mencionados anteriormente y controlar los distintos dispositivos y valvulas 21, 22, 24, 30, 42, 51, 53 basandose en estas senales de entrada. La unidad 60 de control controla los dispositivos y valvulas para operar el sistema en modo de refrigeracion o modo de calentamiento y tambien funciona como un medio de control de valvula de expansion de derivacion para controlar la valvula 42 de expansion de derivacion dispuesta en el circuito 41 de derivacion de refrigerante. Mas espedficamente, el medio de control de la valvula de expansion de derivacion de la unidad 60 de control tiene la funcion de ejecutar un control de grado de sobrecalentamiento mediante el cual el refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante es subenfriado usando el dispositivo 27 de refrigeracion y el circuito 41 de derivacion de refrigerante dirigiendo una parte del refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante al el circuito 41 de derivacion de refrigerante (que esta configurado para devolver dicha parte hacia la tubena 31 de entrada del compresor 21) y permitiendo que el refrigerante derivado intercambie calor con el refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante en el dispositivo 27 de refrigeracion. El medio de control de la valvula de expansion de derivacion de la unidad 60 de control tambien tiene la funcion de ejecutar un control de prevencion de sobrecalentamiento mediante el cual se evita que el sistema opere en un estado en el que la temperatura del refrigerante en el lado de descarga del compresor 21 sea excesivamente alta (en adelante denominado “sobrecalentamiento”).

Cuando ejecuta el control del grado de sobrecalentamiento, la unidad 60 de control controla el grado de apertura de la valvula 42 de expansion de derivacion basandose en el valor del grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante detectado por el sensor Tsh de temperatura de refrigerante derivado de salida del dispositivo de refrigeracion (en adelante denominado “grado tSHa de sobrecalentamiento medido”) de modo que el grado tSHa de sobrecalentamiento medido del refrigerante que fluye en el circuito 41 de derivacion de refrigerante sea sustancialmente igual a un valor prescrito del grado de sobrecalentamiento (en adelante denominado el “grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo”). En esta realizacion, el grado tSHa de sobrecalentamiento medido es el valor obtenido restando el valor de la temperatura de saturacion del refrigerante calculado basandose en el valor de la presion del refrigerante gaseoso de baja presion detectado por el sensor LP de presion de refrigerante de baja presion del valor de la temperatura del refrigerante que fluye en el circuito 41 de derivacion de refrigerante detectada por el sensor Tsh de temperatura de derivacion de refrigerante de salida de dispositivo de refrigeracion. El valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo se establece basandose en el valor de la temperatura de descarga del refrigerante gaseoso de alta presion detectado por el sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion (denominado en adelante la “temperatura td de descarga medida”) en un valor tal que el sistema no opera en un estado en el que el compresor 21 absorbe refrigerante lfquido (denominado en adelante “compresion en humedo”). En esta realizacion, el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo vana de tal modo que se lleva la temperatura td de descarga medida proxima un valor de temperatura de descarga prescrito (en adelante denominado “temperatura tds de descarga objetivo”). Mas espedficamente, el grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo vana de modo que disminuye cuando la temperatura td de descarga medida es mayor que la temperatura tds de descarga objetivo y mas grande cuando la temperatura td de descarga medida es menor que la temperatura tds de descarga objetivo. Ademas, la temperatura tds de descarga objetivo se establece a un valor de temperatura ligeramente mayor que el valor de temperatura de salida con el que el compresor 21 comenzara a funcionar en humedo (en adelante denominada “temperatura tdm de descarga permitida minima”).

La unidad 60 de control tambien ejecuta un control de prevencion de sobrecalentamiento cuando la temperatura td de descarga medida alcanza o supera una temperatura excesivamente elevada (en adelante denominada “temperatura tdx de descarga permitida maxima”), controlando asf el grado de apertura de la valvula 42 de expansion de derivacion de modo que la temperatura td de descarga medida se reduce hasta una temperatura menor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima. Una vez que el valor de la temperatura td de descarga medida se restaura a una temperatura menor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima, la unidad 60 de control vuelve a ejecutar el control del grado de sobrecalentamiento.

Por tanto, aunque las condiciones en las que se ejecutan los controles son diferentes, la unidad 60 de control funciona para controlar el grado de apertura de la valvula 42 de expansion de derivacion tanto cuando ejecuta el control del grado de sobrecalentamiento como cuando ejecuta el control de prevencion de sobrecalentamiento. En otras palabras, la unidad 60 de control ejecuta el control del grado de sobrecalentamiento cuando la temperatura td de descarga medida es mayor que la temperatura tdm de descarga permitida minima y menor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima y ejecuta el control de prevencion de sobrecalentamiento cuando la temperatura td de descarga medida es igual o mayor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima.

De este modo, el circuito 41 de derivacion de refrigerante funciona tanto para enfriar el refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante hasta un estado subenfriado como para evitar que el compresor 21 se sobrecaliente.

(5) Operacion del acondicionador de aire

A continuacion se describira la operacion del acondicionador de aire 1 en modo de refrigeracion usando la Figura 1 y las Figuras 4 a 6. La Figura 4 es un diagrama de Mollier que muestra el ciclo de refrigeracion del acondicionador de aire 1 durante el modo de refrigeracion. La Figura 5 es un grafico de la temperatura del refrigerante frente a la

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cantidad de calor intercambiado y sirve para indicar el estado del intercambio de calor entre el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 10 principal de refrigerante del dispositivo 27 de refrigeracion y el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 41 de derivacion de refrigerante del dispositivo 27 de refrigeracion. La Figura 6 es un grafico que muestra la relacion entre el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante, el valor (tSHa) que indica el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante y el valor (tSCa) que indica el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante.

Durante el modo de enfriamiento, la valvula 22 selectora de cuatro vfas esta en el estado indicado con lmeas continuas en la Figura 1, es decir, en un estado tal que el lado de descarga del compresor 21 esta conectado al lado gas del intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor y el lado de entrada del compresor 21 esta conectado a la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso. Tambien, la valvula 28 de corte de refrigerante lfquido y la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso estan abiertas y el grado de apertura de las valvulas 51 de expansion del lado del usuario se ajusta para reducir la presion del refrigerante. La valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor se abre y el grado de apertura de la valvula 42 de expansion de derivacion se ajusta mediante el medio de control de la valvula de expansion de derivacion de la unidad 60 de control.

Cuando el ventilador 30 de exteriores de la unidad 2 de fuente de calor, el compresor 21 y los ventiladores 53 de interiores de las unidades 5 de usuario se ponen en marcha con el circuito 10 principal de refrigerante y el circuito 41 de derivacion de refrigerante en el estado que se acaba de describir, el compresor 21 absorbe refrigerante gaseoso a baja presion desde la tubena 31 de entrada y lo comprime desde una presion ps hasta una presion pd (ver el punto A y el punto B en la Figura 4). Entonces, el refrigerante gaseoso comprimido pasa a traves de la valvula 22 selectora de cuatro vfas y entra en el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor, en el que se enfna y condensa mediante el intercambio de calor con el aire exterior. El refrigerante se enfna hasta la temperatura de saturacion o ligeramente por debajo de la temperatura de saturacion (ver el punto C en la Figura 4). El refrigerante condensado pasa a traves de la valvula 24 de expansion del lado de la fuente de calor y la valvula 25b de retencion del circuito 25 puente y fluye al interior del receptor 26. Despues de ser recogido temporalmente en el receptor 26, el refrigerante ifquido fluye hacia el dispositivo 27 de refrigeracion, en el que se enfna hasta un estado subenfriado mediante el intercambio de calor con el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 41 de derivacion de refrigerante del dispositivo 27 de refrigeracion (ver el punto D y el grado tSCa de subenfriamiento en la Figura 4). El refrigerante subenfriado pasa entonces a traves de la valvula 25c de retencion del circuito 25 puente, la valvula 28 de corte de refrigerante lfquido y la tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido y fluye al interior de las unidades 5 de usuario. En las unidades 5 de usuario, la presion del refrigerante queda reducida por las valvulas 51 de expansion del lado del usuario (ver el punto E en la Figura 4) y el refrigerante se evapora en los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario mediante el intercambio de calor con el aire interior (ver el punto A en la Figura 4). El refrigerante, ahora en fase gaseosa, pasa a traves de la tubena 7 de comunicacion de refrigerante gaseoso, la valvula 29 de corte de refrigerante gaseoso y la valvula 22 selectora de cuatro vfas y de nuevo es absorbido en el compresor 21.

Durante este ciclo, una parte del refrigerante lfquido recogido en el receptor 26 es desviado del circuito 10 principal de refrigerante al circuito 41 de derivacion de refrigerante y devuelto a la tubena 31 de entrada del compresor 21. La valvula 42 de expansion de derivacion regula el caudal de refrigerante desviado. La presion del refrigerante que pasa a traves de la valvula 42 de expansion de derivacion se reduce hasta aproximadamente la presion ps y, en consecuencia, una parte del refrigerante se evapora. El refrigerante que fluye desde la salida de la valvula 42 de expansion de derivacion hacia la tubena 31 de entrada del compresor 21 en el circuito 41 de derivacion de refrigerante pasa a traves del dispositivo 27 de refrigeracion e intercambia calor con el refrigerante lfquido que fluye desde el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor a los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario por el circuito 10 principal de refrigerante. La temperatura del refrigerante que sale por la valvula 42 de expansion de derivacion (ver la temperatura tVi en la Figura 5) es menor que la temperatura del refrigerante que fluye desde el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor a los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario en el circuito 10 principal de refrigerante (ver la temperatura tMi en las Figuras 4 y 5). En consecuencia, como se muestra en las Figuras 4 y 5, el refrigerante lfquido que fluye desde el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor a los intercambiadores 52 de calor del lado del usuario en el circuito 10 principal de refrigerante se enfna hasta una temperatura tMo y el refrigerante que fluye a traves del circuito 4 1 de derivacion de refrigerante se calienta hasta una temperatura tVo.

La unidad 60 de control ejecuta un control del grado de sobrecalentamiento del grado de apertura de la valvula 42 de expansion de derivacion basandose en el grado tSHa de sobrecalentamiento medido y detectado por el sensor Tsh de temperatura de derivacion de refrigerante de salida del dispositivo de refrigeracion, de modo que el grado tSHa de sobrecalentamiento medido del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante es sustancialmente igual al grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo. Como resultado, el refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante pasa a traves del dispositivo 27 de refrigerante y se calienta hasta el grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo antes de volver a la tubena 31 de entrada del compresor 21. El valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo vana basandose en el valor td de la temperatura de descarga del refrigerante gaseoso a alta presion detectada por el sensor Td de temperatura de refrigerante a alta presion hasta una temperatura tds de descarga objetivo tal, que no se produzca compresion humeda en el compresor 21. Como

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resultado, cuando el refrigerante que fluye a traves de la tubena 31 de entrada del compresor 21 en el circuito 10 principal de refrigerante esta suficientemente sobrecalentado incluso despues de mezclarse con el refrigerante del circuito 41 de derivacion de refrigerante (que ha pasado a traves del dispositivo 27 de refrigeracion), es decir, cuando el valor de la temperature td de descarga es mayor que la temperature tds de descarga objetivo, el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo se reduce de modo que el grado de aperture de la valvula 42 de expansion de derivacion aumenta y, por tanto, el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante aumenta. Dado que, tal y como se muestra en la Figura 6, el grado tSCa de subenfriamiento medido aumenta a medida que el grado tSHa de sobrecalentamiento medido disminuye, la reduccion del valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo tiene el efecto de acelerar el intercambio de calor que tiene lugar en el dispositivo 27 de refrigeracion y de aumentar el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante. A la inversa, si el valor de la temperatura td de descarga es menor que la temperatura tds de descarga objetivo y existe la posibilidad de que se produzca compresion en humedo, se aumenta el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo de modo que disminuya el grado de aperture de la valvula 42 de expansion de derivacion y, por tanto, disminuya el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante, aumentar el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo tiene el efecto de

suprimir el intercambio de calor en el dispositivo 27 de refrigeracion y disminuir el grado de subenfriamiento del

refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante. Al ejecutar un control del grado de sobrecalentamiento de la valvula 42 de expansion de derivacion de este modo, se puede aumentar el grado tSCa de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante aumentando el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante para acelerar el intercambio de calor en el dispositivo 27 de refrigeracion.

Dependiendo de las condiciones de operacion del acondicionador de aire 1, la temperatura td de descarga del gas refrigerante a alta presion detectada por el sensor Td de temperatura de refrigerante a alta presion sera igual o mayor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima. En tales casos, el medio de control de valvula de

expansion de derivacion de la unidad 60 de control conmuta de la ejecucion de un control del grado de

sobrecalentamiento a la ejecucion de un control de prevencion de grado de sobrecalentamiento de la valvula 42 de expansion de derivacion. Mas espedficamente, el medio de control de valvula de expansion de derivacion controla el grado de aperture de la valvula 42 de expansion de derivacion de modo que la temperatura td de descarga se reduzca hasta una temperatura por debajo de la temperatura tdx de descarga permitida maxima. Como resultado, la temperatura del refrigerante en el lado de entrada del compresor 21 disminuye y el valor td de la temperatura de descarga vuelve a una temperatura que es menor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima. Como este control se consigue aumentando el grado de aperture de la valvula 42 de expansion de derivacion hasta un grado de aperture que es mayor que el grado de aperture que terna la valvula 42 de expansion de derivacion cuando se detecto que la temperatura td de descarga era igual o mayor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima, el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 10 principal de refrigerante del dispositivo 27 de refrigeracion continua estando subenfriado. Una vez que el valor de la temperatura td de descarga se restaura a una temperatura menor que la temperatura tdx de descarga maxima permitida, el medio de control de valvula de expansion de derivacion de la unidad 60 de control conmuta de nuevo para ejecutar un control del grado de sobrecalentamiento.

(6) Elementos caracteristicos del acondicionador de aire

El acondicionador de aire 1 de acuerdo con esta realizacion tiene los siguientes elementos caractensticos

(A)

Durante el control convencional del grado de sobrecalentamiento, la valvula 42 de expansion de derivacion no se controla basandose en la temperatura td de descarga del acondicionador de aire en funcionamiento (como se muestra en la Figura 6) cuando el refrigerante que fluye a traves de la parte del circuito 10 principal de refrigerante en el lado de entrada del compresor 21 esta suficientemente sobrecalentado incluso despues de que el refrigerante del circuito 41 de derivacion de refrigerante (que ha pasado a traves de la unidad 27 de refrigeracion) se mezcla con el mismo. En consecuencia, el grado tSHs' de sobrecalentamiento objetivo no puede disminuirse hasta un valor tan bajo como el grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo de esta realizacion debido al riesgo de que se produzca compresion en humedo. En consecuencia, como se muestra en la Figura 4, el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves de la parte del circuito 10 principal de refrigerante corriente abajo del dispositivo 27 de refrigeracion no puede incrementarse mas alla del grado tSCa' de subenfriamiento, que es menor que el grado tSCa de subenfriamiento obtenido en esta realizacion.

Sin embargo, el aire 1 acondicionado de esta realizacion esta configurado de tal modo que el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo usado por el medio de control de la valvula de expansion de derivacion de la unidad 60 de control para controlar la valvula 42 de expansion de derivacion - y por tanto controlar el grado tSHa de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante - puede ajustarse basandose en la temperatura td de descarga del compresor 21 detectado por el sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion a un valor dentro de un intervalo en el que no se produzca compresion en humedo en el compresor 21 (es decir, el grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo puede ajustarse de tal modo que la temperatura td de descarga medida se acerque a la temperatura tds de descarga objetivo). Como resultado, al

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reducir el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo en una medida tal que no provoque compresion en humedo en el compresor 21, el caudal del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante puede aumentarse hasta un caudal f que es mayor que el caudal f obtenido con el control convencional de grado de sobrecalentamiento, acelerando asf el intercambio de calor en el dispositivo 27 de refrigeracion y aumentando el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 10 principal de refrigerante.

(B)

Con el acondicionador de aire 1 de esta realizacion, cuando la temperatura td de descarga detectada por el sensor Td de temperatura del refrigerante de alta presion es menor que un valor prescrito (es decir, la temperatura tdx de descarga maxima permitida), el medio de control de la valvula de expansion de derivacion de la unidad 60 de control controla la valvula 42 de expansion de derivacion de modo que el grado tSHa de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante se mantenga dentro de un intervalo en el que no se produzca compresion humeda en el compresor 21. Mientras tanto, cuando la temperatura td de descarga detectada por el sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion es igual o mayor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima, en lugar de controlar el grado tSHa de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante, el medio de control de la valvula de expansion de derivacion controla la valvula 42 de extension de derivacion de modo que la temperatura td de descarga detectada por el sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion disminuye hasta una temperatura menor que la temperatura tdx de descarga permitida maxima.

Como resultado, se puede ejecutar el control que evita que el compresor 21 opere en un estado sobrecalentado a la vez que se ejecuta un control que aumenta el grado tSCa de subenfriamiento del refrigerante que fluye por el circuito 10 principal de refrigerante mediante el control del grado tSHa de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye por el circuito 41 de derivacion de refrigerante. Ademas, puede reducirse el coste del acondicionador de aire porque no es necesario proporcionar un circuito de refrigerante separado para evitar el sobrecalentamiento del compresor 21.

(C)

Con el acondicionador de aire 1 de esta realizacion, el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 10 principal de refrigerante del dispositivo 27 de refrigeracion puede enfriarse hasta una temperatura tMo que es menor que la temperatura tVo de salida del refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 41 de derivacion de refrigerante debido a que el dispositivo 27 de refrigeracion es un intercambiador de calor configurado de modo que el refrigerante que fluye a traves del lado 10 del circuito principal de refrigerante del mismo fluye en una direccion que se opone a la direccion del flujo del refrigerante que fluye a traves del lado del circuito 41 de derivacion de refrigerante.

Como resultado, la energfa frigonfica del refrigerante que fluye a traves del circuito 41 de derivacion de refrigerante se utiliza de manera mas eficiente y puede aumentarse aun mas el grado tSCa de subenfriamiento del refrigerante que fluye en el circuito 10 principal de refrigerante.

(D)

Cuando el acondicionador de aire 1 de esta realizacion esta operando en el modo de refrigeracion, el refrigerante condensado que abandona el intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor es subenfriado por el dispositivo 27 de refrigeracion y suministrado a las unidades 5 de usuario a traves de la tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido, despues de lo cual se expande dentro de las unidades 5 de usuario.

Como resultado, puede evitarse que el refrigerante que fluye a traves de la tubena 6 de comunicacion de refrigerante se evapore debido a la baja presion y se convierta en un flujo de refrigerante bifasico incluso si la tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido es larga o las unidades 5 de usuario se instalan en una posicion mas alta que la unidad 2 de fuente de calor. En consecuencia, se pueden reducir los ruidos anormales que se producen cuando el refrigerante pasa a traves de las valvulas 51 de expansion del lado del usuario de las unidades 5 de usuario.

Tambien, se puede evitar que se produzca una distribucion no uniforme del flujo de refrigerante a la pluralidad de unidades 5 de usuario (dos en esta realizacion) porque el refrigerante condensado que sale del intercambiador 23 de calor del lado de la fuente de calor se enfna hasta un estado subenfriado en el dispositivo 27 de refrigeracion antes de suministrarse a las unidades 5 de usuario de una manera bifurcada a traves de la tubena 6 de comunicacion de refrigerante lfquido.

(7) Variacion 1

En la realizacion anteriormente descrita, la unidad 60 de control usa el valor de la temperatura td de descarga detectada por el sensor Td de temperatura del refrigerante de alta presion como condicion para ejecutar el control de prevencion del sobrecalentamiento. Sin embargo, tambien es aceptable aumentar la precision del control estableciendo un valor permitido maximo para el grado de sobrecalentamiento del refrigerante en el lado de descarga del compresor 21 y el uso del valor permitido maximo como condicion para ejecutar el control de

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prevencion de sobrecalentamiento. En tal caso, el grado de sobrecalentamiento en el lado de descarga del compresor 21 es el valor obtenido restando del valor de temperatura de saturacion del refrigerante, calculado basandose en el valor de la presion del refrigerante gaseoso a alta presion detectado por el sensor HP de presion de refrigerante a alta presion detectado por el sensor HP de presion de refrigerante a alta presion, del valor de la temperatura td de descarga detectada por el sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion.

(8) Variacion 2

En la realizacion anteriormente descrita, cuando la unidad 60 de control ejecuta el control del grado de sobrecalentamiento, vana el grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo de tal manera que el valor de la temperatura td de descarga detectada por el sensor Td de temperatura de refrigerante de alta presion se acerca a la temperatura tds de descarga objetivo. Sin embargo, tambien es aceptable ejecutar el control del grado de sobrecalentamiento usando una funcion que expresa una relacion entre el valor del grado tSHs de sobrecalentamiento objetivo y el valor de la temperatura td de descarga. Usando este metodo, se puede aumentar la estabilidad del control del grado de sobrecalentamiento.

(9) Otras realizaciones

Aunque se ha descrito una realizacion de la presente invencion y variaciones de la misma haciendo referencia a las figuras, los elementos constituyentes espedficos de la invencion no estan limitados a los descritos en estas realizaciones.

Por ejemplo, aunque la realizacion anteriormente descrita ilustra una aplicacion de la invencion a un acondicionador de aire configurado de manera que puede conmutar entre un modo de calentamiento y un modo de enfriamiento, la invencion no se limita a esta aplicacion. Por el contrario, la invencion puede aplicarse a otros aires acondicionados y sistemas de refrigeracion, tales como aires acondicionados configurados para operar exclusivamente en modo de refrigeracion y aires acondicionados configurados de manera que pueden operar en modo de refrigeracion y modo de calentamiento simultaneamente.

Aplicabilidad en la industria

Cuando se utiliza la presente invencion, es posible aumentar el grado de subenfriamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito principal de refrigerante en un sistema de refrigeracion configurado de manera que una parte del refrigerante que fluye en un circuito principal de refrigerante puede desviarse del resto del circuito principal de refrigerante de modo que vuelva al lado de entrada del compresor y se utilice para enfriar el refrigerante que fluye por el circuito principal de refrigerante hasta un estado subenfriado.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema (1) de refrigeracion, que comprende

un circuito (10) principal de refrigeracion que incluye un compresor (21), un intercambiador (23) de calor del lado de una fuente de calor y un intercambiador (52) de calor del lado del usuario;

un mecanismo (Td) de deteccion de temperatura de descarga dispuesto en el circuito principal de refrigerante y configurado para detectar la temperatura (td) de descarga del refrigerante en el lado de descarga del compresor;

un circuito (41) de derivacion de refrigerante conectado al circuito principal de refrigerante y configurado de modo que una parte del refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor hacia el intercambiador de calor del lado del usuario se desvfa del circuito principal de refrigerante y se devuelve al lado de entrada del compresor;

un mecanismo (42) de expansion de derivacion dispuesto en el circuito de derivacion de refrigerante y configurado para regular el caudal de refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante;

un dispositivo (27) de refrigeracion configurado y dispuesto para enfriar el refrigerante que fluye desde el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor al intercambiador de calor del lado del usuario por el circuito principal de refrigerante usando el refrigerante que sale del mecanismo de expansion de derivacion y vuelve al lado de entrada del compresor;

un mecanismo (Tsh) de deteccion de grado de sobrecalentamiento dispuesto en el circuito de derivacion de refrigerante y configurado para detectar el grado (tSHa) de sobrecalentamiento del refrigerante en el lado de salida del dispositivo de refrigeracion;

un medio (60) de control del mecanismo de expansion configurado para controlar el mecanismo de expansion de derivacion basandose en el grado (tSHa) de sobrecalentamiento detectado por el mecanismo de deteccion de grado de sobrecalentamiento de modo que el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye a traves del circuito de derivacion de refrigerante es sustancialmente igual a un grado (tSHs) de sobrecalentamiento prescrito,

caracterizado por que

el valor del grado (tSHs) de sobrecalentamiento prescrito se ajusta basandose en la temperatura (td) de descarga detectada por el mecanismo de deteccion de temperatura de descarga de modo que no se produzca compresion en humedo en el compresor.
2. El sistema (1) de refrigeracion descrito en la reivindicacion 1, en el que cuando la temperatura (td) de descarga detectada por el mecanismo (Td) de deteccion de temperatura de descarga es igual o mayor que un valor (tdx) prescrito, el medio (60) de control del mecanismo de expansion controla el mecanismo (42) de expansion de derivacion de modo que dicha temperatura de descarga se reduzca hasta una temperatura menor que el valor prescrito.
3. El sistema (1) de refrigeracion descrito en la reivindicacion 1 o 2, en el que el dispositivo (27) de refrigeracion es un intercambiador de calor que tiene conductos de flujo configurados de manera que el refrigerante que fluye a traves del lado del circuito principal de refrigerante del intercambiador de calor fluye en una direccion que se opone a la direccion del flujo del refrigerante que fluye a traves del lado del circuito de derivacion de refrigerante.
4. El sistema (1) de refrigeracion descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

el circuito (10) principal de refrigerante comprende una unidad (2) de fuente de calor que incluye el compresor (21), el intercambiador (23) de calor del lado de la fuente de calor y el dispositivo (27) de refrigeracion y una unidad (5) de usuario que incluye el intercambiador (52) de calor del lado del usuario, estando dichas unidades conectadas entre sf mediante una tubena (6) de comunicacion de refrigerante lfquido y una tubena (7) de comunicacion de refrigerante gaseoso, y

teniendo la unidad de usuario un mecanismo (51) de expansion del lado del usuario que esta conectado del lado de la tubena de comunicacion de refrigerante lfquido del intercambiador de calor del lado del usuario y esta configurado para regular el caudal de refrigerante que fluye a traves de la unidad de usuario.
5. El sistema (1) de refrigeracion descrito en la reivindicacion 4, en el que se dispone una pluralidad de unidades (5) de usuario, estando las unidades de usuario dispuestas en paralelo y estando conectadas a la unidad (2) de fuente de calor a traves de la tubena (6) de comunicacion de refrigerante lfquido y la tubena (7) de comunicacion de refrigerante gaseoso.