ES2646188T3

ES2646188T3 - Aparato de ciclo de refrigeración y procedimiento de operación del mismo

Info

Publication number: ES2646188T3
Application number: ES10848319.9T
Authority: ES
Inventors: Keisuke Takayama; Yusuke Shimazu; Masayuki Kakuda; Hideaki Nagata; Takeshi Hatomura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: WO2011117924A1; JP5478715B2; CN102822609B; EP2551613A1; CN102822609A; US20120318001A1; EP2551613B1; JPWO2011117924A1; EP2551613A4; US9222706B2

Abstract

Un aparato (100) de ciclo de refrigeración, que comprende: un compresor (1) principal que comprime un refrigerante; un radiador que irradia calor del refrigerante comprimido por el compresor (1) principal; un expansor (7) que reduce una presión del refrigerante que ha pasado a través del radiador; un evaporador que evapora el refrigerante que ha sido despresurizado por el expansor (7); un sub-compresor (2) que tiene un lado de descarga conectado a una posición intermedia de un proceso de compresión del compresor (1) principal, en el que el sub-compresor (2) usa energía, que es generada en el expansor (7) cuando se reduce la presión del refrigerante, para comprimir una parte del refrigerante que pasa a través del evaporador a una presión intermedia; caracterizado por una derivación (33) de presión intermedia que conecta entre sí un lado de salida de refrigerante del sub-compresor (2) y un lado de entrada de refrigerante del compresor (1) principal; una válvula (9) de derivación de presión intermedia que está provista en la derivación (33) de presión intermedia, en el que la válvula (9) de derivación de presión intermedia controla un caudal del refrigerante que fluye a través de la derivación (33) de presión intermedia; una válvula (6) de pre-expansión provista entre un lado de salida de refrigerante del radiador y un lado de entrada de refrigerante del expansor (7), en el que la válvula (6) de pre-expansión reduce la presión del refrigerante que fluye al interior del expansor (7); y un controlador (83) que controla una operación de la válvula (9) de derivación de presión intermedia y una operación de la válvula (6) de pre-expansión, en el que el controlador (83) regula una presión de un lado de alta presión cambiando uno o ambos de entre un grado de apertura de la válvula (9) de derivación de presión intermedia y un grado de apertura de la válvula (6) de preexpansión.

Description

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DESCRIPCION

Aparato de ciclo de refrigeracion y procedimiento de operacion del mismo Campo tecnico

La presente invencion se refiere a aparatos de ciclo de refrigeracion y a procedimientos operativos de los mismos y, mas particularmente, se refiere a un aparato de ciclo de refrigeracion y a un procedimiento de operacion del mismo que usa un refrigerante que experimenta una transicion a un estado supercntico, que incluye un compresor y un expansor acoplados coaxialmente, que recupera la energfa de expansion que es generada cuando el refrigerante se expande, y que usa la energfa de expansion para comprimir el refrigerante.

Antecedentes de la tecnica

En los ultimos anos, ha existido interes en aparatos de ciclo de refrigeracion que usan, como su refrigerante, dioxido de carbono (en adelante, en la presente memoria, CO2), que tiene un potencial de agotamiento de ozono nulo y un potencial de calentamiento global marcadamente pequeno en comparacion con los de los clorofluorocarbonos. Dicho aparato se describe en "Revival of carbon dioxide as a refrigerant" de Gustav Lorentzen (Int. Journal of Refrigeration Vol. 17 (1994), Junio N° 5, paginas 292-301, XP-444432). La temperatura cntica del refrigerante de CO2 es tan baja como 31,06°C. Cuando se usa una temperatura superior a esta, el refrigerante en un lado de alta presion (desde la salida de un compresor, a un radiador y a continuacion a la entrada de un descompresor) del aparato de ciclo de refrigeracion pasa a un estado supercntico en el que no se produce condensacion, disminuyendo de esta manera la eficiencia operativa (COP) del aparato de ciclo de refrigeracion en comparacion con los refrigerantes convencionales. Por lo tanto, los medios para aumentar la COP son importantes para los aparatos de ciclo de refrigeracion que usan un refrigerante de CO2.

Como dichos medios, en el documento JP-S-58-217163 A se sugiere un ciclo de refrigeracion que esta provisto de un expansor en lugar de un descompresor y que recupera la energfa de presion durante la expansion como energfa. Mientras, en un aparato de ciclo de refrigeracion con una configuracion en la que un compresor de desplazamiento positivo y un expansor estan acoplados con un unico eje, cuando VC es un volumen de carrera del compresor y VE es un volumen de carrera del expansor, una relacion de tasa de circulacion volumetrica de los refrigerantes que fluyen respectivamente a traves del compresor y del expansor viene determinada por VC/VE (una relacion de volumen de diseno). Cuando DC es la densidad del refrigerante en la salida de un evaporador (en el que el refrigerante fluye al compresor) y DE es la densidad del refrigerante en la salida de un radiador (en el que el refrigerante fluye hacia el expansor), se establece una relacion "VC x DC = VE x DE", es decir, una relacion "VC/VE = DE/DC" ya que la tasa de circulacion de masa de los refrigerantes que fluyen respectivamente a traves del compresor y del expansor son equivalentes. VC/VE (la relacion de volumen de diseno) es una constante que es determinada durante el diseno del dispositivo. El ciclo de refrigeracion tiende a auto-equilibrarse de manera que DE/DC (la relacion de densidad) es siempre constante (en adelante, en la presente memoria, esto se denomina "restriccion de la relacion de densidad constante").

Sin embargo, las condiciones de uso del aparato de ciclo de refrigeracion no son necesariamente constantes y, por lo tanto, si la relacion de volumen de diseno esperada en el momento del diseno es diferente de la relacion de densidad en el estado operativo real, sena diffcil regular la presion del lado de alta presion a una presion optima debido a la "restriccion de la relacion de densidad constante".

Debido a esto, se sugiere una configuracion y un procedimiento de control para regular la presion del lado de alta presion a la presion optima mediante la provision de una derivacion que circunvala o evita el expansor y controla la cantidad de refrigerante que fluye al expansor (por ejemplo, vease la literatura de patente 1).

Ademas, se sugiere una configuracion y un procedimiento de control para regular la presion del lado de alta presion a la presion optima mediante la provision de una derivacion de compresion que circunvala una fase desde una posicion media de un proceso de compresion de un compresor principal hasta la finalizacion del proceso de compresion, mediante la provision de un sub-compresor en la derivacion de compresion y mediante el control de la cantidad de refrigerante que fluye al sub-compresor (por ejemplo, vease la literatura de patente 2).

Lista de citas

Literatura de patentes

Literatura de patente 1: patente japonesa N° 3708536 (reivindicacion 1, Fig. 1, etc.)

Literatura de patente 2: Publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada N° 2009-162438 (reivindicacion 1, Fig. 1, etc.)

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Sumario de la invencion Problema tecnico

La literatura de patente 1 describe la configuracion y el procedimiento de control que pueden regular la presion del lado de alta presion a la presion optima mediante la distribucion del refrigerante a la derivacion que circunvala el expansor si la relacion de densidad en el estado operativo real es menor que la relacion de volumen de diseno; sin embargo, el refrigerante que fluye a traves de una valvula de derivacion puede ser sometido a un cambio isoentalpico debido a la perdida de expansion. Por lo tanto, existe un problema en el que el efecto de aumentar el efecto de refrigeracion obtenido por el cambio isoentropico mientras el expansor recupera la energfa de expansion se reduce.

Ademas, si la cantidad de refrigerante que circunvala el expansor es grande, la velocidad de rotacion del expansor se reduce y un estado de lubricacion de una parte deslizante se degrada. Si la velocidad de rotacion del expansor se hace excesivamente baja, surgen problemas con el estancamiento de aceite en un paso del expansor que causa una degradacion de la fiabilidad, tal como el agotamiento del aceite en el compresor y el arranque con el refrigerante estancado en el momento del reinicio.

Ademas, la literatura de patentes 2 intenta resolver los problemas descritos anteriormente sin una derivacion que circunvala el expansor. Sin embargo, debido a que la valvula de derivacion se proporciona en la entrada del sub- compresor, la presion en la entrada del sub-compresor disminuye debido a la perdida de presion, y la energfa de compresion aumenta en esa cantidad. Existe un problema en el sentido de que el efecto de aumento de la eficiencia operativa se reduce.

La presente invencion tiene como objetivo abordar los problemas anteriores y un objeto de la invencion es proporcionar un aparato de ciclo de refrigeracion y un procedimiento de operacion capaz de proporcionar una operacion altamente eficiente mediante una recuperacion constante de energfa en un amplio rango de operacion incluso si la regulacion de la presion del lado de alta presion a la presion optima es diffcil debido a la restriccion de la relacion de densidad constante.

Solucion al problema

Un aparato de ciclo de refrigeracion segun la invencion incluye un compresor principal que comprime un refrigerante; un radiador que irradia calor del refrigerante comprimido por el compresor principal; un expansor que reduce una presion del refrigerante que ha pasado a traves del radiador; un evaporador que evapora el refrigerante que ha sido despresurizado por el expansor; un sub-compresor que tiene un lado de descarga conectado a una posicion intermedia de un proceso de compresion del compresor principal, en el que el sub-compresor usa energfa, que es generada en el expansor cuando se reduce la presion del refrigerante, para comprimir una parte del refrigerante que pasa a traves del evaporador a una presion intermedia; una derivacion de presion intermedia que conecta entre sf un lado de salida de refrigerante del sub-compresor y un lado de entrada de refrigerante del compresor principal; una valvula de derivacion de presion intermedia que esta provista en la derivacion de presion intermedia, en el que la valvula de derivacion de presion intermedia controla un caudal del refrigerante que fluye a traves de la derivacion de presion intermedia; en el que hay provista una valvula de pre-expansion entre un lado de salida de refrigerante del radiador y un lado de entrada de refrigerante del expansor, en el que la valvula de preexpansion reduce la presion del refrigerante que fluye al interior del expansor; y un controlador que controla una operacion de la valvula de derivacion de presion intermedia y una operacion de la valvula de pre-expansion. El controlador puede regular la presion de un lado de alta presion cambiando uno o ambos de entre un grado de apertura de la valvula de derivacion de presion intermedia y un grado de apertura de la valvula de pre-expansion en base a una relacion de densidad que se obtiene a partir de una densidad de refrigerante de entrada del expansor y una densidad de refrigerante de entrada del sub-compresor en un estado operativo real y una relacion de volumen de diseno que se esperaba en el momento del diseno y que se obtiene a partir de un volumen de carrera del sub- compresor, volumen de carrera del expansor y una relacion de caudal del refrigerante que fluye al sub-compresor.

Un procedimiento de operacion de un aparato de ciclo de refrigeracion segun la invencion incluye las etapas de: comprimir un refrigerante con un compresor principal; irradiar calor del refrigerante comprimido por el compresor principal con un radiador; reducir la presion del refrigerante que ha pasado a traves del radiador con un expansor; evaporar el refrigerante que ha sido despresurizado por el expansor con un evaporador; usar energfa, que ha sido generada en el expansor cuando se ha reducido la presion del refrigerante, para comprimir una parte del refrigerante que pasa a traves del evaporador a una presion intermedia con un sub-compresor; inyectar el refrigerante comprimido a la presion intermedia por el sub-compresor a una posicion intermedia de un proceso de compresion del compresor principal; conectar entre sf un lado de salida de refrigerante del sub-compresor y un lado de entrada de refrigerante del compresor principal con una derivacion de presion intermedia; controlar un caudal del refrigerante que fluye a traves de la derivacion de presion intermedia con una valvula de derivacion de

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presion intermedia; reducir la presion del refrigerante que esta fluyendo entre un lado de salida de refrigerante del radiador y un lado de entrada de refrigerante del expansor y que esta fluyendo al interior del expansor con una valvula de pre-expansion; y regular una presion de un lado de alta presion cambiando uno o ambos de entre un grado de apertura de la valvula de derivacion de presion intermedia y un grado de apertura de la valvula de preexpansion en base a una relacion de densidad que se obtiene a partir de una densidad de refrigerante de entrada del expansor y de una densidad de refrigerante de entrada del sub-compresor en un estado operativo real y una relacion de volumen de diseno que se esperaba en el momento del diseno y que se obtiene a partir de un volumen de carrera del sub-compresor, un volumen de carrera del expansor, y una relacion de un caudal del refrigerante que fluye al sub-compresor.

Efectos ventajosos de la invencion

Con el aparato de ciclo de refrigeracion y el procedimiento de operacion del ciclo de refrigeracion segun la invencion, puede conseguirse una operacion altamente eficiente mediante la recuperacion de la energfa en el amplio rango operativo y mediante la regulacion de la presion del lado de alta presion mediante el control de la valvula de derivacion de presion intermedia y de la valvula de pre-expansion incluso si la presion del lado de alta presion es diffcil de regular a la presion optima debido a la restriccion de la relacion de densidad constante.

Breve descripcion de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de configuracion de circuito que muestra esquematicamente una configuracion de circuito de refrigerante de un aparato de ciclo de refrigeracion segun la realizacion de la invencion.

La Fig. 2 es una seccion longitudinal esquematica que muestra una configuracion en seccion de un compresor principal.

La Fig. 3 es un diagrama P-h que muestra la transicion de un refrigerante durante una operacion de refrigeracion del aparato de ciclo de refrigeracion segun la realizacion de la invencion.

La Fig. 4 es un diagrama P-h que muestra la transicion del refrigerante durante una operacion de calentamiento del aparato de ciclo de refrigeracion segun la realizacion de la invencion.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo que muestra el flujo de procesamiento de control ejecutado por un controlador.

La Fig. 6 es una vista explicativa que muestra una operacion durante el control cooperativo de una valvula de derivacion de presion intermedia y una valvula de pre-expansion.

La Fig. 7 es un diagrama P-h que muestra la transicion del refrigerante cuando se realiza una operacion de cierre de la valvula 6 de pre-expansion durante la operacion de refrigeracion ejecutada por el aparato de ciclo de refrigeracion segun la realizacion de la invencion.

La Fig. 8 es un diagrama P-h que muestra la transicion del refrigerante cuando se realiza una operacion de apertura de la valvula de derivacion de presion intermedia durante la operacion de refrigeracion ejecutada por el aparato de ciclo de refrigeracion segun la realizacion de la invencion.

La Fig. 9 es un diagrama P-h que muestra una parte de transicion de un refrigerante de dioxido de carbono. Descripcion de realizaciones

A continuacion, se describira una realizacion de la invencion con referencia a los dibujos.

La Fig. 1 es un diagrama de configuracion de circuito que muestra esquematicamente una configuracion de circuito de refrigerante de un aparato 100 de ciclo de refrigeracion segun la realizacion de la invencion. La Fig. 2 es una seccion longitudinal esquematica que muestra una configuracion en seccion de un compresor 1 principal. La Fig. 3 es un diagrama P-h que muestra la transicion de un refrigerante durante una operacion de refrigeracion del aparato 100 de ciclo de refrigeracion. La Fig. 4 es un diagrama P-h que muestra la transicion del refrigerante durante una operacion de calentamiento del aparato 100 de ciclo de refrigeracion. La Fig. 5 es un diagrama de flujo que muestra el flujo de procesamiento de control ejecutado por un controlador 83. La Fig. 6 es una vista explicativa que muestra una operacion durante un control cooperativo de una valvula 9 de derivacion de presion intermedia y una valvula 6 de pre-expansion. Se describiran una configuracion de circuito y una operacion del aparato 100 de ciclo de refrigeracion con referencia a las Figs. 1 a 6.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion segun la realizacion se usa en dispositivos equipados con un ciclo de refrigeracion que hace circular un refrigerante y se usa, por ejemplo, en un refrigerador, un congelador, una maquina expendedora, un aparato de aire acondicionado (para uso domestico, uso industrial o en vehuculos, por

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ejemplo), un aparato de refrigeracion o un calentador de agua. Cabe senalar que las relaciones dimensionales de los componentes en la Fig. 1 y otros dibujos subsiguientes pueden ser diferentes de los reales. Ademas, en la Fig. 1 y otros dibujos subsiguientes, los componentes aplicados con los mismos signos de referencia corresponden a los mismos componentes o a componentes equivalentes. Esto es comun a lo largo de todo el texto de la descripcion. Ademas, las formas de los componentes descritos en el texto completo de la descripcion son simples ejemplos, y los componentes no estan limitados a las formas de componentes descritas.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion puede recuperar energfa constantemente en un amplio rango operativo y puede realizar operaciones eficientes. En particular, el efecto ventajoso es grande cuando se usa un refrigerante de dioxido de carbono en el que un lado de alta presion entra en un estado supercntico.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion incluye al menos el compresor 1 principal, un intercambiador 4 de calor exterior, un expansor 7, un intercambiador 21 de calor interior y un sub-compresor 2. Ademas, el aparato 100 de ciclo de refrigeracion incluye una primera valvula 3 de cuatro vfas que sirve como una unidad de conmutacion de paso de refrigerante, una segunda valvula 5 de cuatro vfas que sirve como una unidad de conmutacion de paso de refrigerante, la valvula 6 de pre-expansion, un acumulador 8, una valvula 9 de derivacion de presion intermedia y una valvula 10 antirretorno. Ademas, el aparato 100 de ciclo de refrigeracion incluye un controlador 83 que controla el control global del aparato 100 de ciclo de refrigeracion.

El compresor 1 principal comprime un refrigerante, que es aspirado por un motor 102 electrico y un eje 103 accionado por el motor 102 electrico, y convierte el refrigerante a un estado de alta presion y alta temperatura. Este compresor 1 principal puede estar constituido, por ejemplo, por un compresor inversor de capacidad controlable. Cabe senalar que los detalles del compresor 1 principal se describen mas adelante con referencia a la Fig. 2.

El intercambiador 4 de calor exterior funciona como un radiador en el que el refrigerante en el mismo irradia calor durante una operacion de refrigeracion, y funciona como un evaporador en el que el refrigerante en el mismo se evapora durante una operacion de calentamiento. Por ejemplo, el intercambiador 4 de calor exterior intercambia calor entre el aire, que es suministrado desde un ventilador (no mostrado) y el refrigerante.

El intercambiador 4 de calor exterior tiene una tubena de transferencia de calor, a traves de la cual pasa el refrigerante, y una aleta para aumentar un area de transferencia de calor entre el refrigerante que fluye a traves de la tubena de transferencia de calor y el aire exterior. El intercambiador 4 de calor exterior esta configurado para intercambiar calor entre el refrigerante y el aire (el aire exterior). El intercambiador 4 de calor exterior funciona como un evaporador durante la operacion de calentamiento. El intercambiador 4 de calor exterior evapora y gasifica (vaporiza) el refrigerante. Por otro lado, el intercambiador 4 de calor exterior funciona como un condensador o un enfriador de gas (en adelante, en la presente memoria, denominado condensador) durante la operacion de refrigeracion. En algunos casos, el intercambiador 4 de calor exterior puede no gasificar o vaporizar completamente el refrigerante, y puede convertir el refrigerante en una mezcla bifasica de gas y lfquido (refrigerante bifasico gas-lfquido).

El intercambiador 21 de calor interior funciona como un evaporador en el que el refrigerante en el mismo se evapora durante la operacion de refrigeracion, y funciona como un radiador en el que el refrigerante irradia calor durante la operacion de calentamiento. El intercambiador 21 de calor interior intercambia calor entre el aire, que es suministrado desde un ventilador (no mostrado) y el refrigerante.

El intercambiador 21 de calor interior tiene una tubena de transferencia de calor, a traves de la cual pasa el refrigerante, y una aleta para aumentar un area de transferencia de calor entre el refrigerante que fluye a traves de la tubena de transferencia de calor y el aire exterior. El intercambiador 21 de calor interior esta configurado para intercambiar calor entre el refrigerante y el aire interior. El intercambiador 21 de calor interior funciona como un evaporador durante la operacion de refrigeracion. El intercambiador 21 de calor interior evapora el refrigerante y gasifica (vaporiza) el refrigerante. Por otro lado, el intercambiador 21 de calor interior funciona como un condensador o un enfriador de gas (en adelante, en la presente memoria, denominado condensador) durante la operacion de calentamiento.

El expansor 7 reduce la presion del refrigerante que pasa a traves del mismo. La energfa es generada cuando la presion del refrigerante se reduce y se transfiere al sub-compresor 2 a traves de un eje 43 de accionamiento. El sub-compresor 2 esta conectado al expansor 7 a traves del eje 43 de accionamiento. El sub-compresor 2 es accionado por la energfa que se genera cuando el expansor 7 reduce la presion del refrigerante, y el sub- compresor 2 comprime el refrigerante. El sub-compresor 2 esta conectado en paralelo al compresor 1 principal en un lado de baja presion.

En lo que se refiere al expansor 7 y al sub-compresor 2, el eje 43 de accionamiento recupera la energfa de expansion que es generada cuando el expansor 7 se expande (reduce la presion) del refrigerante y el sub-

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compresor 2 usa la energfa de expansion recuperada y comprime el refrigerante. El expansor 7 y el sub-compresor 2 son de un tipo de desplazamiento positivo y emplean una forma, por ejemplo, de tipo voluta o espiral. El sub- compresor 2 y el expansor 7 estan alojados en un recipiente 84 sellado hermeticamente. El sub-compresor 2 esta conectado al expansor 7 a traves del eje 43 de accionamiento, de manera que el eje 43 de accionamiento recupera la energfa que es generada en el expansor 7 y transfiere la energfa al sub-compresor 2. De esta manera, el refrigerante es comprimido tambien en el sub-compresor 2.

La primera valvula 3 de cuatro vfas esta provista en una tubena 35 de descarga del compresor 1 principal, y tiene una funcion de cambiar la direccion de flujo del refrigerante segun un modo operativo. Mediante la conmutacion de la primera valvula 3 de cuatro vfas, se realiza una conexion entre el intercambiador 4 de calor exterior y el compresor 1 principal, entre el intercambiador 21 de calor interior y el acumulador 8, entre el intercambiador 21 de calor interior y el compresor 1 principal, o entre el intercambiador 4 de calor exterior y el acumulador 8. Es decir, la primera valvula 3 de cuatro vfas realiza una conmutacion segun el modo operativo relacionado con la refrigeracion y el calentamiento en base a una instruccion del controlador 83 y, por lo tanto, conmuta el paso del refrigerante.

La segunda valvula 5 de cuatro vfas conecta el expansor 7 al intercambiador 4 de calor exterior o al intercambiador 21 de calor interior segun el modo operativo. Mediante la conmutacion de la segunda valvula 5 de cuatro vfas, se realiza una conexion entre el intercambiador 4 de calor exterior y la valvula 6 de pre-expansion, entre el intercambiador 21 de calor interior y el expansor 7, entre el intercambiador 21 de calor interior y la valvula 6 de preexpansion, o entre el intercambiador 4 de calor exterior y el expansor 7. Es decir, la segunda valvula 5 de cuatro vfas realiza una conmutacion segun el modo operativo relacionado con la refrigeracion y el calentamiento en base a una instruccion del controlador 83 y, por lo tanto, conmuta el paso del refrigerante.

Durante la operacion de refrigeracion, la primera valvula 3 de cuatro vfas es conmutada de manera que el refrigerante fluya desde el compresor 1 principal al intercambiador 4 de calor exterior y fluya desde el intercambiador 21 de calor interior al acumulador 8, y la segunda valvula 5 de cuatro vfas es conmutada de manera que el refrigerante fluya desde el intercambiador 4 de calor exterior al intercambiador 21 de calor interior a traves de la valvula 6 de pre-expansion y el expansor 7. Por el contrario, durante la operacion de calentamiento, la primera valvula 3 de cuatro vfas es conmutada de manera que el refrigerante fluya desde el compresor 1 principal al intercambiador 21 de calor interior y fluya desde el intercambiador 4 de calor exterior al acumulador 8, y la segunda valvula 5 de cuatro vfas es conmutada de manera que el refrigerante fluya desde el intercambiador 21 de calor interior al intercambiador 4 de calor exterior a traves de la valvula 6 de pre-expansion y el expansor 7. Con la segunda valvula 5 de cuatro vfas, la direccion del refrigerante que pasa a traves del expansor 7 es la misma en cualquiera de entre la operacion de refrigeracion y la operacion de calentamiento.

La valvula 6 de pre-expansion esta provista aguas arriba del expansor 7 y expande el refrigerante mediante la reduccion de la presion del refrigerante, y puede ser una que tenga un grado de apertura controlable de manera variable, tal como una valvula de expansion electronica. De manera mas espedfica, la valvula 6 de pre-expansion esta provista en un conducto 34 de refrigerante dispuesto entre la segunda valvula 5 de cuatro vfas y la entrada del expansor 7 (es decir, el lado de salida de refrigerante del radiador (el intercambiador 4 de calor exterior o el intercambiador 21 de calor interior) y el lado de entrada de refrigerante del expansor 7), y regula la presion del refrigerante que fluye al expansor 7.

El acumulador 8 esta provisto en el lado de succion del compresor 1 principal y tiene una funcion de retener el refrigerante lfquido con el fin de prevenir que el lfquido vuelva al compresor 1 principal cuando se ha producido un fallo en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion o durante una respuesta transitoria del estado operativo debido a un cambio en el control de operacion. Es decir, el acumulador 8 tiene una funcion de retener un refrigerante excesivo en el circuito de refrigerante del aparato 100 de ciclo de refrigeracion y de prevenir que el compresor 1 principal resulte danado cuando el refrigerante lfquido vuelve al compresor 1 principal y al sub-compresor 2 en una gran cantidad.

La valvula 9 de derivacion de presion intermedia esta provista en una tubena 33 de derivacion de presion intermedia (una derivacion de presion intermedia) que causa que el refrigerante sea desviado desde una tubena 31 de descarga del sub-compresor 2 a una tubena 32 de succion del compresor 1 principal y controla el caudal del refrigerante que fluye a traves de la tubena 33 de derivacion de presion intermedia. La valvula 9 de derivacion de presion intermedia puede ser una que tenga un grado de apertura controlable de manera variable tal como una valvula de expansion electronica. Mediante el ajuste del grado de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia, puede regularse la presion intermedia, que es la presion de descarga del sub-compresor 2.

La valvula 10 antirretorno esta provista en la tubena 31 de descarga del sub-compresor 2 y ajusta la direccion de flujo del refrigerante que fluye al interior del compresor 1 principal a una direccion (una direccion desde el sub- compresor 2 al compresor 1 principal). Mediante la provision de esta valvula 10 antirretorno, puede prevenirse la ocurrencia de un reflujo del refrigerante cuando la presion de descarga del sub-compresor 2 se hace mas pequena

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que la presion de una camara 108 de compresion del compresor 1 principal.

El controlador 83 controla la frecuencia de accionamiento del compresor 1 principal, las velocidades de rotacion de los ventiladores (no mostrados) provistos cerca del intercambiador 4 de calor exterior y el intercambiador 21 de calor interior, la conmutacion de la primera valvula 3 de cuatro vfas, la conmutacion de la segunda valvula 5 de cuatro vfas, el grado de apertura del expansor 7, el grado de apertura de la valvula 6 de pre-expansion, el grado de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia, y similares.

Cabe senalar que la presente descripcion supone que el aparato 100 de ciclo de refrigeracion usa dioxido de carbono (CO2) como su refrigerante. El dioxido de carbono tiene caractensticas tales como potencial nulo de agotamiento de ozono y un pequeno potencial de calentamiento global en comparacion con los refrigerantes basados en clorofluorocarbono convencionales. Sin embargo, el refrigerante no esta limitado a dioxido de carbono y otros refrigerantes individuales, refrigerantes mixtos (por ejemplo, un refrigerante mixto de dioxido de carbono y eter dietflico), o similares que experimenta la transicion a un estado supercntico pueden ser usados como refrigerante.

En el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el compresor 1 principal, el sub-compresor 2, la primera valvula 3 de cuatro vfas, la segunda valvula 5 de cuatro vfas, el intercambiador 4 de calor exterior, la valvula 6 de preexpansion, el expansor 7, el acumulador 8, la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 10 antirretorno estan alojadas en una unidad 81 exterior. Ademas, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el controlador 83 esta alojado tambien en la unidad 81 exterior. Ademas, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el intercambiador 21 de calor interior esta alojado en una unidad 82 interior. La Fig. 1 ilustra de manera ejemplar un estado en el que la unidad 81 exterior (el intercambiador 4 de calor exterior) individual esta conectada a la unidad 82 interior (el intercambiador 21 de calor interior) individual a traves de una tubena 36 de lfquido y una tubena 37 de gas; sin embargo, los numeros de unidades 81 exteriores y unidades 82 interiores conectadas no estan particularmente limitados.

Ademas, se proporcionan sensores de temperatura (un sensor 51 de temperatura, un sensor 52 de temperatura y un sensor 53 de temperatura) en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion. La informacion de temperatura detectada por estos sensores de temperatura es enviada al controlador 83, y es usada para controlar los componentes del aparato 100 de ciclo de refrigeracion.

El sensor 51 de temperatura esta provisto en la tubena 35 de descarga del compresor 1 principal, detecta la temperatura de descarga del compresor 1 principal y puede estar constituido, por ejemplo, por un termistor. El sensor 52 de temperatura esta provisto cerca del intercambiador 4 de calor exterior (por ejemplo, sobre la superficie exterior), detecta la temperatura del aire que fluye al interior del intercambiador 4 de calor exterior y puede estar constituido, por ejemplo, por un termistor. El sensor 53 de temperatura esta provisto cerca del intercambiador 21 de calor interior (por ejemplo, sobre la superficie exterior), detecta la temperatura del aire que fluye al interior del intercambiador 21 de calor interior, y puede estar constituido, por ejemplo, por un termistor.

Cabe senalar que las posiciones de instalacion del sensor 51 de temperatura, el sensor 52 de temperatura y el sensor 53 de temperatura no estan limitadas a las posiciones mostradas en la Fig. 1. Por ejemplo, el sensor 51 de temperatura puede ser instalado en cualquier posicion en la que pueda detectar la temperatura del refrigerante descargado desde el compresor 1 principal, el sensor 52 de temperatura puede ser instalado en cualquier posicion en la que pueda detectar la temperatura del aire que fluye al intercambiador 4 de calor exterior y el sensor 53 de temperatura puede ser instalado en cualquier posicion en la que pueda detectar la temperatura del aire que fluye al interior del intercambiador 21 de calor interior.

La configuracion y la operacion del compresor 1 principal se describiran con referencia a la Fig. 2. El compresor 1 principal esta configurado de manera que una carcasa 101 que forma el contorno del compresor 1 principal aloja el motor 102 electrico que sirve como fuente de accionamiento, el eje 103 que sirve como el eje de accionamiento accionado de manera giratoria por el motor 102 electrico, una voluta 104 oscilante fijada a un extremo distal del eje 103 y accionada de manera giratoria junto con el eje 103, una voluta 105 fija dispuesta encima de la voluta 104 oscilante y que tiene un cuerpo en espiral que se engrana con un cuerpo en espiral de la voluta 104 oscilante, etc. Ademas, una tubena 106 de entrada que esta conectada a la tubena 32 de succion, una tubena 112 de salida que esta conectada a la tubena 35 de descarga, y una tubena 114 de inyeccion que esta conectada a la tubena 31 de descarga, estan conectadas a la carcasa 101.

Se forma un espacio 107 de baja presion que esta en comunicacion con la tubena 106 de entrada en la carcasa 101, en una parte periferica mas exterior de los cuerpos en espiral de la voluta 104 oscilante y de la voluta 105 fija. Se forma un espacio 111 de alta presion que esta en comunicacion con la tubena 112 de salida en una parte superior interior de la carcasa 101. Se forman una pluralidad de camaras de compresion, cuyas capacidades cambian relativamente, entre el cuerpo en espiral de la voluta 104 oscilante y el cuerpo en espiral de la voluta fija

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(por ejemplo, una camara 108 de compresion y una camara 109 de compresion mostrada en la Fig. 1). La camara 109 de compresion ilustra una camara de compresion formada en partes substancialmente centrales de la voluta 104 oscilante y de la voluta 105 fija. La camara 108 de compresion ilustra una camara de compresion formada durante la parte media de un proceso de compresion, en el exterior de la camara 109 de compresion.

Un puerto 110 de salida que permite que la camara 109 de compresion este en comunicacion con el espacio 111 de alta presion esta provisto en la parte sustancialmente central de la voluta 105 fija. Un puerto 113 de inyeccion que permite que la camara 108 de compresion este en comunicacion con la tubena 114 de inyeccion esta provisto en la posicion media del proceso de compresion de la voluta 105 fija. Ademas, un anillo Oldham (no mostrado) para detener el movimiento de rotacion de la voluta 104 oscilante durante el movimiento de giro excentrico esta dispuesto en la carcasa 101. Este anillo Oldham proporciona la funcion de detener el movimiento de rotacion y una funcion de permitir el movimiento orbital de la voluta 104 oscilante.

Cabe senalar que la voluta 105 fija esta fijada en el interior de la carcasa 101. Ademas, la voluta 104 oscilante realiza un movimiento orbital sin realizar el movimiento de rotacion con relacion a la voluta 105 fija. Ademas, el motor 102 electrico incluye al menos un estator que esta fijado en el interior de la carcasa 101, y un rotor que esta dispuesto de manera que sea giratorio en el interior de una superficie periferica interior del estator y que esta fijado al eje 103. El estator tiene una funcion de accionar de manera giratoria el rotor cuando el estator es energizado. El rotor tiene una funcion de ser accionado de manera giratoria y de hacer girar el eje 103 cuando el estator es energizado.

Se describira brevemente el funcionamiento del compresor 1 principal. Cuando se energiza el motor 102 electrico, se genera un par de torsion en el estator y el rotor que constituye el motor 102 electrico, y se hace girar el eje 103. Debido a que la voluta 104 oscilante esta montada en el extremo distal del eje 103, la voluta 104 oscilante realiza el movimiento orbital. La camara de compresion se mueve hacia el centro mientras que la capacidad de la camara de compresion se reduce por el movimiento giratorio de la voluta 104 oscilante y, por lo tanto, el refrigerante se comprime.

El refrigerante comprimido en el sub-compresor 2 y descargado desde el mismo pasa a traves de la tubena 31 de descarga y la valvula 10 antirretorno. A continuacion, este refrigerante fluye desde la tubena 114 de inyeccion al compresor 1 principal. Mientras, el refrigerante que pasa a traves de la tubena 32 de succion fluye desde la tubena 106 de entrada al interior del compresor 1 principal. El refrigerante que ha fluido desde la tubena 106 de entrada fluye al interior del espacio 107 de baja presion, es encerrado en la camara de compresion y es comprimido gradualmente. A continuacion, cuando la camara de compresion llega a la camara 108 de compresion en la posicion media del proceso de compresion, el refrigerante fluye desde el puerto 113 de inyeccion al interior de la camara 108 de compresion.

Es decir, el refrigerante que ha fluido desde la tubena 114 de inyeccion es mezclado con el refrigerante que ha fluido desde la tubena 106 de entrada en la camara 108 de compresion. A continuacion, el refrigerante mezclado es comprimido gradualmente y llega a la camara 109 de compresion. El refrigerante que ha llegado a la camara 109 de compresion pasa a traves del puerto 110 de salida y el espacio 111 de alta presion, es descargado fuera de la carcasa 101 a traves de la tubena 112 de salida y pasa a traves de la tubena 35 de descarga.

Se describira la accion operativa del aparato 100 de ciclo de refrigeracion.

Se describira la operacion ejecutada por el aparato 100 de ciclo de refrigeracion durante la operacion de refrigeracion con referencia a las Figs. 1 y 3. Cabe senalar que los signos A a G que se muestran en la Fig. 1 corresponden a los signos A a G mostrados en la Fig. 3. Ademas, en el modo de funcionamiento de refrigeracion, la primera valvula 3 de cuatro vfas y la segunda valvula 5 de cuatro vfas son controladas en un estado indicado por "lmeas continuas" en la Fig. 1. Aqrn, los picos superiores e inferiores de la presion en el circuito de refrigerante y similares del aparato 100 de ciclo de refrigeracion no estan determinados con relacion a una presion de referencia, sino presiones relativas como resultado de un aumento de presion por el compresor 1 principal o el sub-compresor 2 y una reduccion de presion por la valvula 6 de pre-expansion o el expansor 7 se expresan respectivamente como una alta presion y una baja presion. Ademas, los picos superiores e inferiores de la temperatura se expresan de manera similar.

Durante la operacion de refrigeracion, en primer lugar, se succiona un refrigerante de baja presion al interior del compresor 1 principal y el sub-compresor 2. El refrigerante de baja presion aspirado al interior del sub-compresor 2 es comprimido por el sub-compresor 2 y se convierte en un refrigerante de presion intermedia (desde un estado A a un estado B). El refrigerante de presion intermedia que ha sido comprimido por el sub-compresor 2 es descargado desde el sub-compresor 2, y es introducido al interior del compresor 1 principal a traves de la tubena 31 de descarga y la tubena 114 de inyeccion. El refrigerante de presion intermedia es mezclado con el refrigerante

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aspirado al interior del compresor 1 principal, es comprimido adicionalmente por el compresor 1 principal y se convierte en un refrigerante de alta presion y alta temperatura (desde el estado B al estado C). El refrigerante de alta presion y alta temperatura que ha sido comprimido por el compresor 1 principal es descargado desde el compresor 1 principal, pasa a traves de la primera valvula 3 de cuatro vfas y fluye al interior del intercambiador 4 de calor exterior.

El refrigerante que ha fluido al interior del intercambiador 4 de calor exterior irradia calor intercambiando calor con el aire exterior suministrado al intercambiador 4 de calor exterior, transfiere calor al aire exterior, y se convierte en un refrigerante de alta presion y baja temperatura (desde el estado C a un estado D). El refrigerante de alta presion y baja temperatura fluye desde el intercambiador 4 de calor exterior, pasa a traves de la segunda valvula 5 de cuatro vfas y pasa a traves de la valvula 6 de pre-expansion. La presion del refrigerante de alta presion y baja temperatura se reduce cuando pasa a traves de la valvula 6 de pre-expansion (desde el estado D a un estado E). El refrigerante cuya presion ha sido reducida por la valvula 6 de pre-expansion es aspirado al interior del expansor 7. La presion del refrigerante que ha sido aspirado al interior del expansor 7 se reduce y el refrigerante pasa a tener baja temperatura. Por lo tanto, el refrigerante se convierte en un refrigerante de baja calidad (desde el estado E a un estado F).

En este momento, se genera energfa en el expansor 7 como resultado de la reduccion de la presion del refrigerante. La energfa es recuperada mediante el eje 43 de accionamiento, es transferida al sub-compresor 2 y es usada para la compresion del refrigerante por el sub-compresor 2. El refrigerante cuya presion ha sido reducida por el expansor 7 es descargado desde el expansor 7, pasa a traves de la segunda valvula 5 de cuatro vfas y a continuacion fluye fuera de la unidad 81 exterior. El refrigerante que fluye desde la unidad 81 exterior fluye a traves de la tubena 36 de lfquido y fluye al interior de la unidad 82 interior.

El refrigerante que ha fluido al interior de la unidad 82 interior fluye al interior del intercambiador 21 de calor interior, recibe calor desde el aire interior suministrado al intercambiador 21 de calor interior y se evapora, y se convierte en un refrigerante todavfa de baja presion pero con alta calidad (desde el estado F a un estado G). Por consiguiente, el aire interior se enfna. Este refrigerante fluye desde el intercambiador 21 de calor interior, fluye tambien desde la unidad 82 interior, fluye a traves de la tubena 37 de gas y fluye al interior de la unidad 81 exterior. El refrigerante que ha fluido al interior de la unidad 81 exterior pasa a traves de la primera valvula 3 de cuatro vfas, fluye al interior del acumulador 8 y es aspirado de nuevo al compresor 1 principal y al sub-compresor 2.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion repite la operacion descrita anteriormente y, por consiguiente, el calor del aire interior es transferido al aire exterior; por lo tanto, el aire interior se enfna.

Se describira la operacion ejecutada por el aparato 100 de ciclo de refrigeracion durante la operacion de calentamiento con referencia a las Figs. 1 y 4. Cabe senalar que los signos A a G mostrados en la Fig. 1 corresponden a los signos A a G mostrados en la Fig. 4. Ademas, en el modo de operacion de calentamiento, la primera valvula 3 de cuatro vfas y la segunda valvula 5 de cuatro vfas son controlados en un estado indicado por "lmeas discontinuas" en la Fig. 1. Aqrn, los picos superiores e inferiores de la presion en el circuito de refrigerante y similares del aparato 100 de ciclo de refrigeracion no estan determinadas con relacion a una presion de referencia, sino que son presiones relativas como resultado de un aumento de presion por el compresor 1 principal o el sub- compresor 2 y una reduccion de presion por la valvula 6 de pre-expansion o el expansor 7 se expresan respectivamente como una alta presion y una baja presion. Ademas, los picos superiores e inferiores de la temperatura se expresan de manera similar.

Durante la operacion de calentamiento, en primer lugar, se succiona un refrigerante de baja presion al interior del compresor 1 principal y el sub-compresor 2. El refrigerante de baja presion aspirado al interior del sub-compresor 2 es comprimido por el sub-compresor 2 y se convierte en un refrigerante de presion intermedia (desde un estado A a un estado B). El refrigerante de presion intermedia que ha sido comprimido por el sub-compresor 2 es descargado desde el sub-compresor 2, y es introducido al compresor 1 principal a traves de la tubena 31 de descarga y la tubena 114 de inyeccion. El refrigerante de presion intermedia es mezclado con el refrigerante aspirado al interior del compresor 1 principal, es comprimido adicionalmente por el compresor 1 principal y se convierte en un refrigerante de alta presion y alta temperatura (desde el estado B al estado G). El refrigerante de alta presion y alta temperatura que ha sido comprimido por el compresor 1 principal es descargado desde el compresor 1 principal, pasa a traves de la primera valvula 3 de cuatro vfas y fluye fuera de la unidad 81 exterior.

El refrigerante que ha fluido desde la unidad 81 exterior fluye a traves de la tubena 37 de gas y fluye al interior de la unidad 82 interior. El refrigerante que ha fluido al interior de la unidad 82 interior fluye al intercambiador 21 de calor interior, irradia calor intercambiando calor con el aire interior suministrado al intercambiador 21 de calor

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interior, transfiere calor al aire interior y se convierte en un refrigerante de baja temperatura y alta presion (desde el estado G al estado F). Por consiguiente, el aire interior se calienta. Este refrigerante de baja temperatura y alta presion fluye desde el intercambiador 21 de calor interior, fluye desde la unidad 82 interior, fluye a traves de la tubena 36 de lfquido y fluye al interior de la unidad 81 exterior. El refrigerante que ha fluido al interior de la unidad 81 exterior pasa a traves de la segunda valvula 5 de cuatro vfas, y pasa a traves de la valvula 6 de pre-expansion. La presion del refrigerante de baja temperatura y alta presion se reduce cuando pasa a traves de la valvula 6 de pre-expansion (desde el estado F a un estado E).

El refrigerante cuya presion ha sido reducida por la valvula 6 de pre-expansion es aspirado al interior del expansor 7. La presion del refrigerante que ha sido aspirado al interior del expansor 7 se reduce y el refrigerante pasa a tener baja temperatura. Por lo tanto, el refrigerante se convierte en un refrigerante de baja calidad (desde el estado E a un estado D). En este momento, se genera energfa en el expansor 7 como resultado de la reduccion de la presion del refrigerante. La energfa es recuperada por el eje 43 de accionamiento, es transferida al sub-compresor 2 y es usada para la compresion del refrigerante por parte del sub-compresor 2. El refrigerante cuya presion ha sido reducida por el expansor 7 es descargado desde el expansor 7, pasa a traves de la segunda valvula 5 de cuatro vfas y a continuacion fluye al intercambiador 4 de calor exterior. El refrigerante que ha fluido al interior del intercambiador 4 de calor exterior recibe calor del aire exterior suministrado al intercambiador 4 de calor exterior y se evapora, y se convierte en un refrigerante todavfa de baja presion, pero de alta calidad (desde el estado D a un estado C).

El refrigerante fluye desde el intercambiador 4 de calor exterior, pasa a traves de la primera valvula 3 de cuatro vfas, fluye al interior del acumulador 8 y es aspirado de nuevo al interior del compresor 1 principal y el sub- compresor 2.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion repite la operacion descrita anteriormente y, por consiguiente, el calor del aire exterior es transferido al aire interior; por lo tanto, el aire interior se calienta.

Aqm, se describiran los caudales del refrigerante del sub-compresor 2 y del expansor 7.

Se supone que GE es un caudal del refrigerante que fluye a traves del expansor 7, y GC es un caudal del refrigerante que fluye a traves del sub-compresor 2. Ademas, cuando se supone que W es una relacion del caudal (a la que se hace referencia como relacion de desviacion) del refrigerante que fluye al sub-compresor 2 entre el caudal total del refrigerante que fluye al compresor 1 principal y al sub-compresor 2, la relacion entre GE y GC se expresa mediante Expresion (1) siguiente.

Expresion (1) GC = W * GE

Por lo tanto, cuando VC es un volumen de carrera del sub-compresor 2, VE es un volumen de carrera del expansor 7, DC es una densidad de refrigerante de entrada del sub-compresor 2, y DE es una densidad de refrigerante de entrada del expansor 7, la restriccion de la relacion de densidad constante se expresa mediante la Expresion (2) siguiente.

Expresion (2) VC/VE/W = DE/DC

Ademas, la relacion W de desviacion puede determinarse de manera que la recuperacion de energfa del expansor 7 y la energfa de compresion del sub-compresor 2 sean sustancialmente equivalentes entre sf. Mas espedficamente, cuando hE es una entalpfa espedfica de la entrada del expansor 7, hF es una entalpfa espedfica de la salida del expansor 7, hA es una entalpfa espedfica de la entrada del sub-compresor 2, y hB es una entalpfa espedfica de la salida del sub-compresor 2, la relacion W de desviacion puede ser determinada de manera que satisfaga la Expresion (3) siguiente.

Expresion (3) hE - hF = W * (hB - hA)

Debido a que el aparato 100 de ciclo de refrigeracion inyecta el refrigerante al compresor 1 principal despues de que el sub-compresor 2 comprima parte del refrigerante de baja presion a la presion intermedia, puede reducirse una entrada electrica del compresor 1 principal en la cantidad de la energfa de compresion del sub-compresor 2.

A continuacion, se describira la operacion de refrigeracion cuando una relacion de densidad (DE/DC) en un estado operativo real es diferente de la relacion de volumen de diseno (VC/VE/W) esperada en el momento del diseno.

Se describira una operacion de refrigeracion cuando la relacion de densidad (DE/DC) en el estado operativo real es mayor que la relacion de volumen de diseno (VC/VE/W) esperada en el momento del diseno. En este caso, debido a la restriccion de la relacion de densidad constante, el ciclo de refrigeracion tiende a auto-equilibrarse de manera

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que la densidad de refrigerante de entrada (DE) disminuye mientras la presion del lado de alta presion se mantiene en un estado de baja presion. Sin embargo, cuando se encuentra en el estado en que la presion del lado de alta presion es menor que una presion deseable, la eficiencia operativa disminuye.

Debido a esto, si la valvula 9 de derivacion de presion intermedia no esta en un estado totalmente cerrado, la valvula 9 de derivacion de presion intermedia es operada en la direccion de cierre, con el fin de aumentar la presion intermedia y aumentar la energfa de compresion requerida del sub-compresor 2. A continuacion, el expansor 7 tendera a disminuir su velocidad de rotacion; por lo tanto, el ciclo de refrigeracion tendera a auto- equilibrarse hacia un aumento de la densidad de entrada del expansor 7.

De manera alternativa, si la valvula 9 de derivacion de presion intermedia esta en un estado totalmente cerrado, la valvula 6 de pre-expansion es operada en la direccion de cierre, con el fin de expandir el refrigerante que fluye al interior del expansor 7 (desde el estado D a un estado E2) tal como se muestra en la Fig. 7 y disminuir la densidad del refrigerante. A continuacion, el ciclo de refrigeracion tendera a auto-equilibrarse hacia un aumento de la densidad de entrada del expansor 7. La Fig. 7 es un diagrama P-h que muestra la transicion del refrigerante cuando se realiza una operacion de cierre de la valvula 6 de pre-expansion durante la operacion de refrigeracion ejecutada por el dispositivo 100 de ciclo de refrigeracion.

Mas espedficamente, en la operacion de refrigeracion cuando (DE/DC) > (VC/VE/W), el aparato 100 de ciclo de refrigeracion controla la valvula 9 de derivacion de presion intermedia para que sea cerrada o la valvula 6 de preexpansion para que sea cerrada de manera que el ciclo de refrigeracion se equilibre hacia un aumento de la presion del lado de alta presion. Debido a esto, el aparato 100 de ciclo de refrigeracion puede aumentar la presion del lado de alta presion y regular la presion del lado de alta presion a la presion deseable. Ademas, debido a que ningun refrigerante circunvala el expansor 7, puede conseguirse una operacion eficiente. Cabe senalar que la presion del lado de alta presion se refiere a una presion desde el puerto de salida del compresor 1 principal a la valvula 6 de pre-expansion y puede ser una presion en cualquier posicion entre el puerto de salida del compresor 1 principal y la valvula 6 de pre-expansion.

Se describira una operacion de refrigeracion cuando la relacion de densidad (DE/EC) en el estado operativo real es menor que la relacion de volumen de diseno (VC/VE/W) esperada en el momento del diseno. En este caso, debido a la restriccion de la relacion de densidad constante, el ciclo de refrigeracion tiende a auto-equilibrarse de manera que la densidad de refrigerante de entrada (DE) aumenta mientras la presion del lado de alta presion se mantiene en un estado de alta presion. Sin embargo, cuando se encuentra en el estado en que la presion del lado de alta presion es mayor que la presion deseable, la eficiencia operativa disminuye.

Debido a esto, si la valvula 6 de pre-expansion no esta en un estado completamente abierto, la valvula 6 de preexpansion es operada en la direccion de apertura, de manera que el refrigerante que fluye al interior del expansor 7 no se expande y la densidad del refrigerante aumenta. A continuacion, el ciclo de refrigeracion tendera a auto- equilibrarse hacia una reduccion de la densidad de entrada del expansor 7.

De manera alternativa, si la valvula 6 de pre-expansion esta en un estado totalmente abierto, la valvula 9 de derivacion de presion intermedia es operada en la direccion de apertura. La operacion del ciclo del refrigerante en este momento se describira con referencia a la Fig. 8 La Fig. 8 es un diagrama P-h que muestra una transicion del refrigerante cuando se realiza una operacion de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia durante la operacion de refrigeracion ejecutada por el dispositivo 100 de ciclo de refrigeracion.

El sub-compresor 2 comprime el refrigerante que fluye desde el acumulador 8 a una presion intermedia (desde el estado G al estado B). Parte del refrigerante descargado desde el sub-compresor 2 pasa a traves de la valvula 10 antirretorno y es inyectado al compresor 1 principal. Ademas, una parte residual del refrigerante descargado desde el sub-compresor 2 pasa a traves de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia, y se une al refrigerante que fluye a traves de la tubena 32 de succion del compresor 1 principal (un estado A2). El refrigerante en el estado A2 aspirado al interior del compresor 1 principal se mezcla con el refrigerante comprimido a la presion intermedia y es inyectado, y se comprime adicionalmente (un estado C2). A continuacion, la presion intermedia se reduce, la energfa de compresion requerida del sub-compresor 2 se reduce y el expansor 7 tiende a aumentar su velocidad de rotacion; por lo tanto, el ciclo de refrigeracion tiende a auto-equilibrarse hacia una reduccion de la densidad de entrada del expansor 7.

Mas espedficamente, en la operacion de refrigeracion cuando (DE/DC) < (VC/VE/W), el aparato 100 de ciclo de refrigeracion controla la valvula 6 de pre-expansion para que este abierta o la valvula 9 de derivacion de presion intermedia para que este abierta de manera que el ciclo de refrigeracion se equilibre hacia una reduccion de la

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presion del lado de alta presion. Debido a esto, el aparato 100 de ciclo de refrigeracion puede reducir la presion del lado de alta presion y regular la presion del lado de alta presion a la presion deseable. Ademas, debido a que ningun refrigerante circunvala el expansor 7, puede conseguirse una operacion eficiente.

Puede darse un caso en el que la relacion de densidad (DE/DC) en el estado operativo real de la operacion de calefaccion difiera de la relacion de volumen de diseno (VC/VE/W) esperada en el momento del diseno. Las operaciones del sub-compresor 2 y del expansor 7 son controladas de manera similar a la operacion de refrigeracion y, por lo tanto, se omite la descripcion.

A continuacion, como un procedimiento de operacion espedfico de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion, se describira el flujo de un proceso de control ejecutado por el controlador 83, con referencia a un diagrama de flujo mostrado en la Fig. 5.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion usa la correlacion entre la presion del lado de alta presion y la temperatura de descarga y ejecuta el control de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion en base a la temperatura de descarga que es medida de manera relativamente barata, sin depender de la presion del lado de alta presion que necesita un sensor costoso para la medicion.

Cuando el aparato 100 de ciclo de refrigeracion esta en funcionamiento, la presion optima del lado de alta presion no siempre es constante. Por lo tanto, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, unos medios de almacenamiento tales como una ROM montada en el controlador 83 almacenan, de antemano, datos tales como la temperatura del aire exterior detectada por el sensor 52 de temperatura y la temperatura interior detectada por el sensor 53 de temperatura, en forma de una tabla. Ademas, el controlador 83 determina una temperatura de descarga objetivo a partir de los datos almacenados en los medios de almacenamiento (etapa 201). A continuacion, el controlador 83 recupera un valor de deteccion (temperatura de descarga) desde el sensor 51 de temperatura (etapa 202). El controlador 83 compara la temperatura de descarga objetivo determinada en la etapa 201 y la temperatura de descarga recuperada en la etapa 202 (etapa 203).

Si la temperatura de descarga es menor que la temperatura de descarga objetivo (etapa 203; Sf), debido a que la presion del lado de alta presion tiende a ser mas baja que la presion optima del lado de alta presion, el controlador 83 determina en primer lugar si la valvula 9 de derivacion de presion intermedia esta o no totalmente cerrada (etapa 204). Si la valvula 9 de derivacion de presion intermedia esta totalmente cerrada (etapa 204; Sf), el controlador 83 opera la valvula 6 de pre-expansion en la direccion de cierre (etapa 205) para reducir la presion del refrigerante que fluye al interior del expansor 7, para reducir la densidad del refrigerante y aumentar la presion del lado de alta presion y la temperatura de descarga. Si la valvula 9 de derivacion de presion intermedia no esta totalmente cerrada (etapa 204; NO), el controlador 83 opera la valvula 9 de derivacion de presion intermedia en la direccion de cierre (etapa 206) para aumentar la presion intermedia, para aumentar la fuerza de compresion requerida del sub-compresor 2, y para aumentar la presion del lado de alta presion y la temperatura de descarga.

Por el contrario, si la temperatura de descarga es mayor que la temperatura de descarga objetivo (etapa 203; NO), debido a que la presion del lado de alta presion tiende a ser mayor que la presion optima del lado de alta presion, el controlador 83 determina en primer lugar si la valvula 6 de pre-expansion esta o no completamente abierta (etapa 207). Si la valvula 6 de pre-expansion esta completamente abierta (etapa 207; Sf), el controlador 83 opera la valvula 9 de derivacion de presion intermedia en la direccion de apertura (etapa 208) para reducir la presion intermedia, para disminuir la fuerza de compresion requerida del sub-compresor 2, y para reducir la presion del lado de alta presion y la temperatura de descarga. Ademas, si la valvula 6 de pre-expansion no esta completamente abierta (etapa 207; NO), el controlador 83 opera la valvula 6 de pre-expansion en la direccion de apertura (etapa 209) para no reducir la presion del refrigerante que fluye al interior del expansor 7, y para reducir la presion del lado de alta presion y la temperatura de descarga.

Despues de estas etapas, el control vuelve a la etapa 201 y repite la etapa 201 a la etapa 209. Debido a que se ejecuta dicho control, el control cooperativo de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion puede conseguirse tal como se muestra en la Fig. 6. Mas espedficamente, el controlador 83 regula la presion del lado de alta presion operando la valvula 6 de pre-expansion cuando la presion del lado de alta presion es baja y el grado de apertura de la valvula de derivacion de presion intermedia es mmimo, y operando la valvula 9 de derivacion de presion intermedia cuando la presion del lado de alta presion es alta y el grado de apertura de la valvula 6 de pre-expansion esta en su maximo. Cabe senalar que, en la Fig. 6, el eje horizontal indica el nivel alto/bajo de la presion en el lado de alta presion, la seccion superior del eje vertical indica el grado de apertura de la valvula 6 de pre-expansion, y la seccion inferior del eje vertical indica el grado de abertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia.

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Tal como se ha descrito anteriormente, el aparato 100 de ciclo de refrigeracion usa el expansor 7 que tiene dificultades para mantener la presion del lado de alta presion a una presion optima debido a la restriccion de la relacion de densidad constante. Sin embargo, incluso si la relacion de densidad (DE/DC) en el estado operativo real es menor o mayor que la relacion de volumen de diseno (VC/VE/W) esperada en el momento del diseno, la presion del lado de alta presion es regulada a la presion deseable y la energfa es recuperada de manera fiable sin hacer que el refrigerante circunvale el expansor 7 por medio de la operacion del grado de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion. Debido a esto, el aparato 100 de ciclo de refrigeracion es capaz de conseguir una operacion que no reduce la eficiencia operativa ni el rendimiento operativo, y puede garantizar la fiabilidad del expansor 7 y del compresor 1 principal.

Ademas, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el valor objetivo de la operacion de grado de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion es la temperatura de descarga del compresor 1 principal; sin embargo, puede proporcionarse un sensor de presion en la tubena 35 de descarga del compresor 1 principal y el valor objetivo puede ser controlado en base a la presion de descarga.

En el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el valor objetivo de la operacion de grado de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion es la temperatura de descarga del compresor 1 principal; sin embargo, el valor objetivo puede ser un grado de sobrecalentamiento en la salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor interior que funciona como un evaporador durante la operacion de refrigeracion. En este caso, el controlador 83 puede determinar el grado objetivo de sobrecalentamiento en base a la informacion desde un sensor de presion, que detecta una presion del lado de baja presion, dispuesto en la tubena de refrigerante entre la salida del expansor 7 y el compresor 1 principal o el sub-compresor 2 y la informacion desde un sensor de temperatura que detecta una temperatura de salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor interior, en el que la informacion es almacenada, por adelantado, en una ROM o similar en forma de una tabla.

Ademas, el grado objetivo de sobrecalentamiento puede establecerse proporcionando un controlador en la unidad 82 interior. En este caso, el grado objetivo de sobrecalentamiento puede ser enviado al controlador 83 a traves de la comunicacion entre la unidad 82 interior y la unidad 81 exterior de una manera cableada o inalambrica.

Ademas, con respecto a la relacion entre la presion del lado de alta presion y el grado de sobrecalentamiento del evaporador, sera tal que cuanto mayor sea la presion del lado de alta presion, mayor sera el grado de sobrecalentamiento y cuanto menor sea la presion del lado de alta presion, menor sera el grado de sobrecalentamiento. De esta manera, el control puede ser ejecutado de manera que la temperatura de descarga en la etapa 203 en el diagrama de flujo de la Fig. 5 es reemplazado con el grado de sobrecalentamiento.

Ademas, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el valor objetivo de la operacion de grado de apertura de la valvula 9 de derivacion de presion intermedia y la valvula 6 de pre-expansion es la temperatura de descarga del compresor 1 principal; sin embargo, el valor objetivo puede ser un grado de sobreenfriamiento en la salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor interior que funciona como un condensador durante la operacion de calentamiento.

Esta realizacion muestra el caso en el que se usa CO2 como el refrigerante del aparato 100 de ciclo de refrigeracion. En un caso en el que se usa dicho refrigerante, cuando la temperatura del aire del condensador es alta, el refrigerante no esta condensado en el lado de alta presion a diferencia de los refrigerantes basados en clorofluorocarbono convencionales y entra en un ciclo supercntico. Por lo tanto, el grado de sobreenfriamiento no puede calcularse a partir de una presion y una temperatura saturadas. Debido a esto, tal como se muestra en la Fig. 9, pueden determinarse una presion de pseudo-saturacion y una temperatura Tc de pseudo-saturacion en base a una entalpfa en el punto cntico, y la diferencia con una temperatura Tco de refrigerante puede ser usada como un pseudo grado de sobreenfriamiento Tsc (vease la Expresion (4) siguiente).

Expresion (4) Tsc = Tc -Tco

Ademas, con respecto a la relacion entre la presion del lado de alta presion y el grado de sobrecalentamiento del condensador, sera tal que cuanto mayor sea la presion del lado de alta presion, mayor sera el grado de sobreenfriamiento y cuanto menor sea la presion del lado de alta presion, menor sera el grado de sobreenfriamiento. De esta manera, el control puede ser ejecutado de manera que la temperatura de descarga en la etapa 203 en el diagrama de flujo de la Fig. 5 sea reemplazada con el grado de sobreenfriamiento.

Con el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, los fenomenos que causan preocupacion cuando la cantidad en la que el refrigerante circunvala el expansor 7 es grande, conduciendo a la degradacion de la fiabilidad, tal como la degradacion en el estado de lubricacion en la parte deslizante debido a la baja velocidad de rotacion del expansor 7, puede reducirse el agotamiento del aceite en el compresor debido al estancamiento del aceite en el expansor y el paso del expansor 7, y arrancando con el refrigerante estancado en el momento del reinicio.

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Con el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, debido a que no se necesita una valvula de derivacion de expansion, no habra perdida de expansion causada cuando el refrigerante es expandido por la valvula de derivacion de expansion y la reduccion del efecto de refrigeracion en el evaporador puede hacerse pequena.

Con el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, incluso cuando el sub-compresor 2 apenas puede comprimir el refrigerante, se hace que una parte del refrigerante circulante fluya al sub-compresor 2. Debido a esto, con el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, en comparacion con un caso en el que se hace circular toda la cantidad de refrigerante circulante, el sub-compresor 2 no degradara el rendimiento al convertirse en una resistencia de paso del refrigerante. El caso en que el sub-compresor 2 apenas puede comprimir el refrigerante es, por ejemplo, un caso en el que la diferencia entre la presion del lado de alta presion y la presion del lado de baja presion es pequena y la energfa recuperada por el expansor 7 es excesivamente pequena, tal como una operacion de refrigeracion con una temperatura de aire exterior baja, o una operacion de calentamiento con una temperatura interior baja.

El aparato 100 de ciclo de refrigeracion esta configurado de manera que la funcion de compresion se divida en el compresor 1 principal que tiene la fuente de accionamiento, y el sub-compresor 2 accionado por la energfa del expansor 7. Por lo tanto, con el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el diseno estructural y el diseno funcional pueden dividirse. Por lo tanto, los problemas relacionados con el diseno y la fabricacion son menores que los de los aparatos integrados de la fuente de accionamiento, el expansor y el compresor.

Ademas, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, el refrigerante comprimido por el sub-compresor 2 es inyectado a la camara 108 de compresion del compresor 1 principal. De manera alternativa, por ejemplo, el mecanismo de compresion del compresor 1 principal puede ser un mecanismo de compresion de dos etapas y el refrigerante puede ser inyectado a un paso que conecta una camara de compresion del lado de etapa inferior y una camara de compresion del lado de la ultima etapa. Todavfa de manera alternativa, el compresor 1 principal puede estar configurado para ejecutar una compresion de dos etapas con una pluralidad de compresores.

En el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, cada uno de entre el intercambiador 4 de calor exterior y el intercambiador 21 de calor interior es un intercambiador de calor que intercambia calor con el aire; sin embargo, no esta limitado en este sentido, y puede ser un intercambiador de calor que intercambia calor con otros medios calonferos, tales como agua o salmuera.

Ademas, en el aparato 100 de ciclo de refrigeracion, se describe a modo de ejemplo que el paso de refrigerante es conmutado segun el modo de funcionamiento relacionado con la refrigeracion y el calentamiento, con la primera valvula 3 de cuatro vfas y la segunda valvula 5 de cuatro vfas; sin embargo, no esta limitado en este sentido. Por ejemplo, la configuracion puede ser tal que una valvula de dos vfas, una valvula de tres vfas o una valvula antirretorno conmute el paso del refrigerante.

Lista de signos de referencia

1 compresor principal; 2 sub-compresor; 3 primera valvula de cuatro vfas; 4 intercambiador de calor exterior; 5 segunda valvula de cuatro vfas; 6 valvula de pre-expansion; 7 expansor; 8 acumulador; 9 valvula de derivacion de presion intermedia; 10 valvula antirretorno; 21 intercambiador de calor interior; 31 tubenas de descarga; 32 tubenas de succion; 33 tubenas de derivacion de presion intermedia; 34 paso de refrigerante; 35 tubenas de descarga; 36 tubena de lfquido; 37 tubena de gas; 43 eje de transmision; 51 sensor de temperatura; 52 sensor de temperatura; 53 sensor de temperatura; 81 unidad exterior; 82 unidad interior; 83 controlador; 84 recipiente sellado hermeticamente; 100 aparatos de ciclo de refrigeracion; 101 carcasa; 102 motor electrico; 103 eje; 104 voluta oscilante; 105 voluta fija; 106 tubenas de entrada; 107 espacio de baja presion; 108 camara de compresion; 109 camara de compresion; 110 puerto de salida; 111 espacio de alta presion; 112 tubenas de salida; 113 puerto de inyeccion; 114 tubenas de inyeccion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato (100) de ciclo de refrigeracion, que comprende:

un compresor (1) principal que comprime un refrigerante;

un radiador que irradia calor del refrigerante comprimido por el compresor (1) principal;

un expansor (7) que reduce una presion del refrigerante que ha pasado a traves del radiador;

un evaporador que evapora el refrigerante que ha sido despresurizado por el expansor (7);

un sub-compresor (2) que tiene un lado de descarga conectado a una posicion intermedia de un proceso de compresion del compresor (1) principal, en el que el sub-compresor (2) usa energfa, que es generada en el expansor (7) cuando se reduce la presion del refrigerante, para comprimir una parte del refrigerante que pasa a traves del evaporador a una presion intermedia; caracterizado por una derivacion (33) de presion intermedia que conecta entre sf un lado de salida de refrigerante del sub-compresor (2) y un lado de entrada de refrigerante del compresor (1) principal;

una valvula (9) de derivacion de presion intermedia que esta provista en la derivacion (33) de presion intermedia, en el que la valvula (9) de derivacion de presion intermedia controla un caudal del refrigerante que fluye a traves de la derivacion (33) de presion intermedia;

una valvula (6) de pre-expansion provista entre un lado de salida de refrigerante del radiador y un lado de entrada de refrigerante del expansor (7), en el que la valvula (6) de pre-expansion reduce la presion del refrigerante que fluye al interior del expansor (7); y

un controlador (83) que controla una operacion de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y una operacion de la valvula (6) de pre-expansion, en el que

el controlador (83) regula una presion de un lado de alta presion cambiando uno o ambos de entre un grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y un grado de apertura de la valvula (6) de preexpansion.
2. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun la reivindicacion 1, en el que

el controlador (83) aumenta la presion del lado de alta presion cambiando uno o ambos de entre el grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y el grado de apertura de la valvula (6) de preexpansion cuando una relacion de densidad que se obtiene a partir de una densidad de refrigerante de entrada del expansor (7) y una densidad de refrigerante de entrada del sub-compresor (2) en un estado operativo real es mayor que una relacion de volumen de diseno que se esperaba en el momento del diseno y que se obtiene a partir de un volumen de carrera del sub-compresor (2), un volumen de carrera del expansor (7), y una relacion de un caudal del refrigerante que fluye al sub-compresor (2), y

el controlador (83) disminuye la presion del lado de alta presion cambiando uno o ambos de entre el grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y el grado de apertura de la valvula (6) de preexpansion cuando la relacion de densidad en el estado operativo real es menor que la relacion de volumen de diseno esperada en el momento del diseno.
3. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun la reivindicacion 1 o 2, en el que

el controlador (83) regula la presion del lado de alta presion operando la valvula (6) de pre-expansion cuando el grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia se encuentra en un grado de apertura mmimo, y operando la valvula (9) de derivacion de presion intermedia cuando el grado de apertura de la valvula (6) de pre-expansion esta en un grado de apertura maximo.
4. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

el controlador (83) regula la presion del lado de alta presion en correlacion con una temperatura de descarga que se detecta en un lado de salida de refrigerante del compresor (1) principal.
5. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

el controlador (83) regula la presion del lado de alta presion en correlacion con un grado de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye desde el evaporador.

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6. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

el controlador (83) regula la presion del lado de alta presion en correlacion con un grado de sobreenfriamiento del refrigerante que fluye desde el radiador.
7. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que

el sub-compresor (2) es un compresor de dos etapas y

el refrigerante descargado desde el sub-compresor (2) es inyectado a un paso que conecta entre sf una camara de compresion del lado de la etapa baja y una camara de compresion del lado de la ultima etapa.
8. Aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que

un refrigerante que pasa a un estado supercntico en el lado de alta presion se usa como refrigerante.
9. Un procedimiento de operacion de un aparato (100) de ciclo de refrigeracion, que comprende las etapas de:

comprimir un refrigerante con un compresor (1) principal;

irradiar calor del refrigerante comprimido por el compresor (1) principal con un radiador;

reducir una presion del refrigerante que ha pasado a traves del radiador con un expansor (7);

evaporar el refrigerante que ha sido despresurizado por el expansor (7) con un evaporador;

usar energfa, que ha sido generada en el expansor (7) cuando se ha reducido la presion del refrigerante, para comprimir una parte del refrigerante que pasa a traves del evaporador a una presion intermedia con un sub- compresor (2);

inyectar el refrigerante comprimido a la presion intermedia por el sub-compresor (2) a una posicion intermedia de un proceso de compresion del compresor (1) principal;

caracterizado por que conecta entre sf un lado de salida de refrigerante del sub-compresor (2) y un lado de entrada de refrigerante del compresor (1) principal con una derivacion (33) de presion intermedia;

controlar un caudal del refrigerante que fluye a traves de la derivacion (33) de presion intermedia con una valvula (9) de derivacion de presion intermedia;

reducir la presion del refrigerante que fluye entre un lado de salida de refrigerante del radiador y un lado de entrada de refrigerante del expansor (7) y que fluye al interior del expansor (7) con una valvula (6) de preexpansion; y

regular una presion de un lado de alta presion cambiando uno o ambos de entre un grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y un grado de apertura de la valvula (6) de pre-expansion en base a una relacion de densidad que es obtenida a partir de una densidad de refrigerante de entrada del expansor (7) y una densidad de refrigerante de entrada del sub-compresor (2) en un estado operativo real y una relacion de volumen de diseno esperada en el momento del diseno y que se obtiene a partir de un volumen de carrera del sub-compresor (2), un volumen de carrera del expansor (7) y una relacion de un caudal del refrigerante que fluye al sub-compresor (2).
10. Procedimiento de operacion del aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun la reivindicacion 9, en el que

la presion del lado de alta presion es aumentada cambiando uno o ambos de entre el grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y el grado de apertura de la valvula (6) de pre-expansion cuando la relacion de densidad en el estado operativo real es mayor que la relacion de volumen de diseno esperada en el momento del diseno.
11. Procedimiento de operacion del aparato (100) de ciclo de refrigeracion segun la reivindicacion 9, en el que

la presion del lado de alta presion es reducida cambiando uno o ambos de entre el grado de apertura de la valvula (9) de derivacion de presion intermedia y el grado de apertura de la valvula (6) de pre-expansion cuando la relacion de densidad en el estado operativo real es menor que la relacion de volumen de diseno esperada en el momento del diseno.