ES2869237T3

ES2869237T3 - Aparato de ciclo de refrigeración

Info

Publication number: ES2869237T3
Application number: ES10850639T
Authority: ES
Inventors: Keisuke Takayama; yusuke Shimazu; Takeshi Hatomura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2021-10-25
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: CN102859294A; JP5349686B2; JPWO2011135616A1; EP2565555A1; WO2011135616A1; EP2565555B1; US20130000340A1; EP2565555A4; US9341393B2; CN102859294B

Abstract

Aparato de ciclo de refrigeración (100) que comprende: un circuito refrigerante principal en el que un compresor (1) que comprime un refrigerante, un radiador (2) que elimina calor del refrigerante comprimido por el compresor (1), un paso primario de un intercambiador de calor interno (3) que intercambia calor entre el refrigerante que ha pasado a través del radiador (2) y el refrigerante que ha pasado a través del radiador (2) y que se va a inyectar en el compresor (1), un primer dispositivo de reducción de presión que reduce una presión del refrigerante que ha pasado a través del paso primario del intercambiador de calor interno (3) y un evaporador (5) donde se evapora el refrigerante que se ha sometido a reducción de presión por el primer dispositivo de reducción de presión están conectados de manera secuencial entre sí por tuberías; un circuito de inyección en el que un segundo dispositivo de reducción de presión que reduce una presión del refrigerante que ha pasado a través del radiador (2) y que se va a inyectar en el compresor (1), un paso secundario del intercambiador de calor interno (3) y un orificio de inyección (113) del compresor (1) están conectados de manera secuencial entre sí por tuberías; y un controlador (50) que controla un grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y un área de transferencia de calor del radiador (2), en el que, durante el funcionamiento del aparato de ciclo de refrigeración (100), la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal entra en un estado supercrítico y en el que el radiador (2) se divide en una pluralidad de unidades (2a, 2b) de manera que se forman flujos en paralelo del refrigerante en el radiador (2) y el controlador (50) ajusta el grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y bloquea el paso del refrigerante a través de una o alguna de las unidades divididas (2a, 2b) para reducir el área de transferencia de calor del radiador (2), de manera que se aumenta una presión del lado de alta presión si el estado de funcionamiento está en una situación de sobrecarga en la que las temperaturas del aire tanto interior como exterior son altas.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de ciclo de refrigeración

Campo técnico

La presente invención generalmente se refiere a un aparato de ciclo de refrigeración que usa un refrigerante que experimenta un cambio a un estado supercrítico, teniendo el aparato de ciclo de refrigeración un circuito de inyección.

Técnica anterior

Como los ciclos de refrigeración por compresión de vapor conocidos que usan un refrigerante tal como dióxido de carbono (CO²) en su región supercrítica, hay un ciclo de refrigeración por compresión de vapor en el que un refrigerante que ha fluido de un radiador se ramifica de manera que una parte del refrigerante se somete a reducción de presión en un dispositivo de reducción de presión, fluye a través de un refrigerador de manera que intercambia calor con la otra parte del refrigerante que ha fluido del radiador y se inyecta en la mitad de una carrera de compresión de un compresor (véase la patente japonesa número 4207235, reivindicación 1, figura 1, por ejemplo). El ciclo de refrigeración por compresión de vapor dado a conocer en la patente japonesa número 4207235 aumenta la capacidad de refrigeración reduciendo la entalpía específica de la otra parte del refrigerante. Además, el dispositivo de reducción de presión se configura para aumentar el grado de apertura del mismo cuando el grado de sobrecalentamiento de la una parte del refrigerante en la salida del refrigerador es superior a un grado predeterminado de sobrecalentamiento.

El documento US 2004/0250568 A1 da a conocer un sistema para regular el componente de alta presión de un sistema de refrigeración economizado regulando la cantidad de refrigerante en el componente de alta presión del sistema con un acumulador de etapas intermedias colocado entre un intercambiador de calor economizador y un compresor. Este documento describe el ajuste de una segunda válvula de expansión para controlar la presión del lado de alta presión y representa la técnica anterior más cercana a la presente invención.

El documento WO 2008/130358 A1 da a conocer un sistema de compresión de vapor refrigerante que incluye un intercambiador de calor de refrigerante a refrigerante economizador y un depósito separador dispuesto en relación de flujo refrigerante en serie en el circuito refrigerante en la mitad de un intercambiador de calor de eliminación de calor refrigerante y un intercambiador de calor de absorción de calor refrigerante. Una válvula de expansión primaria se interdispone en el circuito refrigerante aguas arriba del intercambiador de calor de absorción de calor refrigerante y una válvula de expansión secundaria se interdispone en el circuito refrigerante aguas arriba del depósito separador. El depósito separador funciona como un depósito de almacenamiento de carga de refrigerante en el que el refrigerante expandido desde una presión supercrítica hasta una presión subcrítica se separa en fases líquida y de vapor. Se proporciona una línea de derivación de vapor refrigerante para devolver vapor refrigerante desde el depósito separador hasta el circuito refrigerante aguas abajo del intercambiador de calor de absorción de calor refrigerante. La válvula de expansión primaria y una válvula de flujo de control interdispuestas en la derivación de vapor refrigerante proporcionan gestión de la carga de refrigerante.

El documento JP2007170683A da a conocer un aparato de ciclo de refrigeración con un radiador segmentado que se controla según la presión del lado de alta presión a temperaturas ambiente bajas.

Sumario de la invención

Problema técnico

Sin embargo, el ciclo de refrigeración por compresión de vapor conocido tiene el siguiente problema.

En situaciones de sobrecarga donde las temperaturas del aire de entrada del radiador y un evaporador se vuelven altas, una presión del lado de alta presión y una presión del lado de baja presión se vuelven altas. Como resultado, la presión de uno del refrigerante que se ha ramificado desde el radiador y que se ha sometido a reducción de presión también se vuelve alta y puede entrar en un estado supercrítico. En un ciclo de refrigeración por compresión de vapor tal como se describe en la Bibliografía de patente 1, en situaciones de sobrecarga, no puede calcularse el grado de sobrecalentamiento de la una parte del refrigerante en la salida del refrigerador, lo que puede hacer imposible controlar la entalpía específica de la otra parte del refrigerante. Además, si la una parte del refrigerante está en un estado supercrítico, no se produce cambio de calor latente durante el proceso de calentamiento del refrigerante y por tanto no puede esperarse mucho el efecto del enfriamiento de la otra parte del refrigerante en el refrigerador.

La invención se ha hecho para superar el problema anterior y un objeto de la misma es proporcionar un aparato de ciclo de refrigeración que pueda aumentar la capacidad refrigerante incluso en situaciones de sobrecarga en un aparato de ciclo de refrigeración que usa un refrigerante que experimenta un cambio a un estado supercrítico y en el que el lado de alta presión entra en un estado supercrítico.

Solución al problema

Un aparato de ciclo de refrigeración según la invención se define por la reivindicación independiente adjunta 1.

Efectos ventajosos de la invención

Un aparato de ciclo de refrigeración según la invención tal como se define por la reivindicación independiente adjunta 1 puede ajustar una presión del lado de alta presión de un refrigerante que fluye a través de un circuito refrigerante principal controlando un grado de apertura de un segundo dispositivo de reducción de presión y un área de transferencia de calor de un radiador. Por tanto, incluso en situaciones operativas donde se realiza una operación de refrigeración en situaciones de sobrecarga y una presión intermedia se vuelve supercrítica, por ejemplo, el aparato de ciclo de refrigeración puede aumentar de manera fiable la presión del lado de alta presión y de ese modo puede aumentar la capacidad refrigerante.

Breve descripción de los dibujos

[Figura 1] La figura 1 es un diagrama de circuitos que muestra de manera esquemática una configuración de un circuito refrigerante de un aparato de ciclo de refrigeración según la realización 1 de la invención.

[Figura 2] La figura 2 es una vista transversal vertical esquemática que muestra una configuración transversal de un compresor.

[Figura 3] La figura 3 es un diagrama que ilustra una realización a modo de ejemplo de un radiador.

[Figura 4] La figura 4 es un diagrama Ph que muestra el cambio de un refrigerante durante una operación de refrigeración del aparato de ciclo de refrigeración según la realización 1 de la invención.

[Figura 5] La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra un flujo de un proceso de control específico de una segunda válvula de expansión y una válvula solenoide, que se realiza por un controlador del aparato de ciclo de refrigeración según la realización 1 de la invención.

[Figura 6] La figura 6 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de capacidad y el área de transferencia de calor de un radiador con respecto a la tasa de inyección.

[Figura 7] La figura 7 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de COP y el área de transferencia de calor del radiador con respecto a la tasa de inyección.

[Figura 8] La figura 8 es un gráfico que muestra una relación entre la presión del lado de alta presión y el área de transferencia de calor del radiador con respecto a la tasa de inyección.

[Figura 9] La figura 9 es un diagrama de flujo que muestra un flujo de un proceso de control específico de una segunda válvula de expansión y una válvula solenoide, que se realiza por un controlador del aparato de ciclo de refrigeración según la realización 2 de la invención.

Descripción de las realizaciones

A continuación se describirán realizaciones de la invención con referencia a los dibujos:

Realización 1

La figura 1 es un diagrama de circuitos que muestra de manera esquemática una configuración de un circuito refrigerante de un aparato de ciclo de refrigeración 100 según la realización 1 de la invención. La figura 2 es una vista transversal vertical esquemática que muestra una configuración transversal de un compresor 1. La figura 3 es un diagrama que ilustra una realización a modo de ejemplo de un radiador 2. La figura 4 es un diagrama Ph que muestra el cambio de un refrigerante durante una operación de refrigeración del aparato de ciclo de refrigeración 100. La configuración de circuito y las operaciones del aparato de ciclo de refrigeración 100 se describirán con referencia a las figuras 1 a 4.

El aparato de ciclo de refrigeración 100 de esta realización se usa como un dispositivo que tiene un ciclo de refrigeración para circular un refrigerante, tal como una nevera, un congelador, una máquina expendedora automática, un dispositivo de aire acondicionado (por ejemplo, dispositivos de aire acondicionado para usos domésticos e industriales y para vehículos) y un calentador de agua. En particular, un aparato de ciclo de refrigeración que usa un refrigerante que entra en un estado supercrítico en un lado de alta presión tiene grandes ventajas. Debe observarse que las relaciones dimensionales de los componentes en la figura 1 y otros dibujos posteriores pueden ser diferentes a las reales. También, en la figura 1 y otros dibujos posteriores, los componentes a los que se aplican los mismos signos de referencia corresponden a los mismos componentes o a componentes equivalentes. Esto es común a través de todo el texto de la descripción. Además, las formas de componentes descritos en todo el texto de la descripción son meros ejemplos y los componentes no se limitan a las formas descritas de los componentes. Las realizaciones resultantes entran dentro del alcance de la presente invención siempre y cuando comprendan al menos todas las características de la reivindicación independiente adjunta 1.

El aparato de ciclo de refrigeración 100 incluye al menos el compresor 1, el radiador 2, un intercambiador de calor interno 3, una primera válvula de expansión 4 que sirve como un dispositivo de reducción de presión, un evaporador 5 y una segunda válvula de expansión que sirve como un dispositivo de reducción de presión. El compresor 1, el radiador 2, un paso primario del intercambiador de calor interno 3, la primera válvula de expansión 4 y el evaporador 5 están conectados entre sí por tuberías de manera que forman un circuito refrigerante principal. También, el compresor 1, el radiador 2, una segunda válvula de expansión 6, un paso secundario del intercambiador de calor interno 3 y un orificio de inyección 113 del compresor 1 están conectados entre sí por tuberías de manera que forman un circuito de inyección. Además, el aparato de ciclo de refrigeración 100 incluye un controlador 50 que controla el control general del aparato de ciclo de refrigeración 100.

En la realización 1, se supone que el aparato de ciclo de refrigeración 100 usa dióxido de carbono (CO²) como un refrigerante. El dióxido de carbono tiene características tales como potencial de agotamiento de ozono cero y un potencial de calentamiento global pequeño en comparación con refrigerantes basados en clorofluorocarbonos convencionales. Sin embargo, el refrigerante no se limita a dióxido de carbono y pueden usarse como el refrigerante otros refrigerantes únicos, refrigerantes mezclados (por ejemplo, un refrigerante mezclado de dióxido de carbono y éter dietílico) o similares que experimentan un cambio a un estado supercrítico.

El compresor 1 comprime el refrigerante, que se succiona por un motor eléctrico 102 y un eje motor 103 accionado por el motor eléctrico 102, y pasa el refrigerante a un estado de alta presión y alta temperatura. Este compresor 1 puede incluir de manera preferible un compresor inversor de capacidad controlable, por ejemplo. Es preciso señalar que los detalles del compresor 1 se describen a continuación con referencia a la figura 2.

El radiador 2 se configura para intercambiar calor entre el refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal y un medio de calor (por ejemplo, aire y agua) de manera que el refrigerante transfiere su calor al medio de calor. El radiador 2 intercambia calor entre el aire suministrado por un dispositivo de envío de calor (no mostrado) y el refrigerante, por ejemplo. Este radiador 2 incluye una tubería de trasferencia de calor y una lámina (no mostrada) para proporcionar un área de transferencia de calor aumentada entre el refrigerante que fluye a través de la tubería de trasferencia de calor y el aire e intercambia calor entre el refrigerante y el aire (aire exterior) de manera que sirve como un condensador o un refrigerador de gas. En algunos casos, el radiador 2 puede no gasificar o vaporizar por completo el refrigerante y puede pasar el refrigerante a una mezcla bifásica de gas y líquido (refrigerante gas-líquido bifásico).

Además, tal como se muestra en la figura 3, el radiador 2 se divide en una pluralidad de unidades, tales como un primer radiador 2a y un segundo radiador 2b de manera que el refrigerante se divide en partes que fluyen en paralelo a través del primer radiador 2a y el segundo radiador 2b respectivos. Pueden proporcionarse una válvula solenoide 41a y una válvula solenoide 41b que sirven como dispositivos de apertura y cierre en una entrada de refrigerante y una salida de refrigerante, respectivamente, de una de las unidades divididas del radiador 2, concretamente, el segundo radiador 2b. Con esta configuración, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b pueden cerrarse, si fuera necesario, de manera que impidan que el refrigerante fluya a través del segundo radiador 2b y de ese modo reduzcan el área de transferencia de calor del radiador 2. Debe observarse que a pesar de que la figura 3 ilustra un ejemplo en el que el radiador 2 se divide en dos unidades, el radiador 2 puede dividirse en tres o más unidades.

El intercambiador de calor interno 3 se configura para intercambiar calor entre un refrigerante (lado primario) que fluye a través del circuito refrigerante principal entre el radiador 2 y la primera válvula de expansión 4 y un refrigerante (lado secundario) que fluye a través del circuito de inyección entre la segunda válvula de expansión 6 y el orificio de inyección 113 del compresor 1. El intercambiador de calor interno 3 tiene una entrada de refrigerante conectada a una tubería 13 a través de la cual fluye una parte (refrigerante de lado secundario) del refrigerante que se ha ramificado después de fluir del radiador 2 y tiene la otra entrada de refrigerante conectada a una tubería 12 a través de la cual fluye la otra parte (refrigerante de lado primario) que se ha ramificado después de fluir del radiador 2. Se proporciona la segunda válvula de expansión 6 en la tubería 13 de manera que se reduce la presión de la una parte del refrigerante que fluye al intercambiador de calor interno 3. Por consiguiente, la temperatura del refrigerante de lado secundario se vuelve inferior a la del refrigerante de lado primario y por consiguiente el refrigerante de lado primario se enfría y el refrigerante de lado secundario se calienta en el intercambiador de calor interno 3.

La primera válvula de expansión 4 se configura para reducir la presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal y expande el refrigerante y puede incluir una válvula cuyo grado de apertura se puede controlar de manera variable, tal como una válvula de expansión electrónica.

El evaporador 5 se configura para intercambiar calor entre el refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal y un medio de calor (por ejemplo, aire y agua) de manera que el refrigerante recibe calor del medio de calor. El radiador 2 se configura para intercambiar calor con el aire suministrado por un dispositivo de envío de aire (no mostrado) y el refrigerante, por ejemplo. Este evaporador 5 incluye una tubería de trasferencia de calor y una lámina (no mostrada) para aumentar el área de transferencia de calor entre el refrigerante que fluye a través de la tubería de trasferencia de calor y el aire e intercambia calor entre el refrigerante y el aire (aire exterior) de manera que el refrigerante se evapora y gasifica (vaporiza).

La segunda válvula de expansión 6 se configura para reducir la presión del refrigerante que fluye a través del circuito de inyección y expande el refrigerante y puede incluir una válvula cuyo grado de apertura se puede controlar de manera variable, tal como una válvula de expansión electrónica.

Las tuberías refrigerantes para conectar componentes respectivos en el circuito refrigerante principal incluyen una tubería de descarga 16 del compresor 1, una tubería 11 proporcionada en un lado de salida de refrigerante del radiador 2, la tubería 12 proporcionada en una entrada de lado primario del intercambiador de calor interno 3 y una tubería 14 proporcionada en un lado de salida de refrigerante del evaporador 5. Las tuberías refrigerantes en el circuito de inyección incluyen la tubería 13 ramificada desde la tubería 11 y conectada a una entrada de lado secundario del intercambiador de calor interno 3 y una tubería 15 que conecta una salida de lado secundario del intercambiador de calor interno 3 al orificio de inyección 113 del compresor 1.

Además, el aparato de ciclo de refrigeración 100 incluye un sensor de presión 21 que sirve como primeros medios de detección de presión, un sensor de temperatura 31 que sirve como primeros medios de detección de temperatura, un sensor de presión 22 que sirve como segundos medios de detección de presión, un sensor de temperatura 23 que sirve como medios de detección de temperatura y un sensor de temperatura 32 que sirve como segundos medios de detección de temperatura. La información (información de presión e información de temperatura) detectada por estos diversos medios de detección se envía al controlador 50 de manera que se usa para controlar los componentes del aparato de ciclo de refrigeración 100.

El sensor de presión 21 se proporciona en la tubería 11 en la salida de refrigerante del radiador 2 y se configura para detectar la presión del refrigerante en el lado de salida de refrigerante del radiador 2. El sensor de temperatura 31 se proporciona en las cercanías del radiador 2, tal como la superficie exterior del radiador 2, y se configura para detectar la temperatura del medio de calor, tal como aire, que entra en el radiador 2. El sensor de temperatura 31 puede incluir un termistor, por ejemplo. El sensor de presión 22 se proporciona en la tubería 14 en la salida de refrigerante del evaporador 5 y se configura para detectar la presión del refrigerante en el lado de salida de refrigerante del evaporador 5. El sensor de temperatura 23 se proporciona en la tubería 14 en la salida de refrigerante del evaporador 5 y se configura para detectar la temperatura del refrigerante en el lado de salida de refrigerante del evaporador 5. El sensor de temperatura 23 puede incluir un termistor, por ejemplo. El sensor de temperatura 32 se proporciona en las cercanías del evaporador 5, tal como la superficie exterior del evaporador 5, y se configura para detectar la temperatura del medio de calor, tal como aire, que entra en el evaporador 5. El sensor de temperatura 32 puede incluir un termistor, por ejemplo.

Debe observarse que las posiciones de instalación del sensor de presión 21, el sensor de temperatura 31, el sensor de presión 22, el sensor de temperatura 23 y el sensor de temperatura 32 no se limitan a las posiciones mostradas en la figura 1 y estos componentes pueden instalarse en cualquier posición donde el sensor de presión 21, el sensor de temperatura 31, el sensor de presión 22, el sensor de temperatura 23 y el sensor de temperatura 32 puedan detectar la presión del refrigerante que ha fluido del radiador 2, la temperatura del medio de calor que entra en el radiador 2, la presión del refrigerante que ha fluido del evaporador 5, la temperatura del refrigerante que ha fluido del evaporador 5 y la temperatura del medio de calor que entra en el evaporador 5, respectivamente. Además, el controlador 50 controla la frecuencia de accionamiento del compresor 1, la velocidad rotacional de los dispositivos de envío de aire (no mostrados) proporcionados en las cercanías del radiador 2 y el evaporador 5, el grado de apertura de la primera válvula de expansión 4, el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 y la apertura y cierre de las válvulas solenoides 41a y 41b si se proporcionaran.

La configuración y el funcionamiento del compresor 1 se describirán con referencia a la figura 2.

En el compresor 1, el motor eléctrico 102 que sirve como la fuerza de accionamiento, el eje motor 103 configurado para hacerse girar y accionarse por el motor eléctrico 102, una voluta oscilante 104 unida a un extremo distal del eje motor 103 y configurada para hacerse girar y accionarse junto con el eje motor 103, una voluta fija 105 dispuesta por encima de la voluta oscilante 104 y que tiene un recubrimiento que engrana un recubrimiento de la voluta oscilante 104, etc., se alojan en una carcasa 101 que constituye la pared exterior del compresor 1. Además, una tubería de entrada 106 que permite que el refrigerante fluya a la carcasa 101, una tubería de salida 112 conectada a la tubería de descarga 16 y una tubería de inyección 114 conectada a la tubería 15 se conectan a la carcasa 101.

En la carcasa 101, se forma un espacio de baja presión 107 que está en comunicación con la tubería de entrada 106 en las periferias más exteriores de los recubrimientos de la voluta oscilante 104 y la voluta fija 105. Se forma un espacio de alta presión 111 que está en comunicación con la tubería de salida 112 en la parte superior interior de la carcasa 101. El recubrimiento de la voluta oscilante 104 y el recubrimiento de la voluta fija se engranan entre sí de manera que se forma una pluralidad de cámaras de compresión (por ejemplo, una cámara de compresión 108 y una cámara de compresión 109) cuyas capacidades varían de manera relativa. La cámara de compresión 109 ilustra una cámara de compresión formada en partes sustancialmente centrales de la voluta oscilante 104 y la voluta fija 105. La cámara de compresión 108 ilustra una cámara de compresión formada durante la parte media de un proceso de compresión, en el lado exterior de la cámara de compresión 109.

Un orificio de salida 110 que está en comunicación entre la cámara de compresión 109 y el espacio de alta presión 111 se proporciona sustancialmente en el centro de la voluta fija 105. El orificio de inyección 113 que está en comunicación entre la cámara de compresión 108 y la tubería de inyección 114 se proporciona en una posición media del proceso de compresión de la voluta fija 105. Además, un anillo Oldham (no mostrado) para evitar el movimiento de rotación de la voluta oscilante 104 durante el movimiento de giro excéntrico se dispone en la carcasa 101. Este anillo Oldham proporciona la función de detención del movimiento de rotación y una función de permisión del movimiento orbital de la voluta oscilante 104.

Debe observarse que la voluta fija 105 se fija dentro de la carcasa 101. También, la voluta oscilante 104 realiza un movimiento orbital en relación con la voluta fija 105 sin realizar el movimiento de rotación. Además, el motor eléctrico 102 incluye al menos un estátor que se fija dentro de la carcasa 101 y un rotor que se dispone de manera que pueda girar dentro de una superficie periférica interior del estátor y que se fija al eje motor 103. El estátor tiene una función de accionamiento giratorio del rotor cuando se energiza el estátor. El rotor tiene una función de accionamiento giratorio y de giro del eje motor 103 cuando se energiza el estátor.

Se describirán brevemente las operaciones del compresor 1.

Cuando se energiza el motor eléctrico 102, se genera un par motor entre el estátor y el rotor que constituye el motor eléctrico 102 y se hace girar el eje motor 103. La voluta oscilante 104 se monta en el extremo distal del eje motor 103 de manera que la voluta oscilante 104 realiza el movimiento orbital. La cámara de compresión se mueve hacia el centro mientras el volumen de la cámara de compresión se reduce mediante el movimiento de giro de la voluta oscilante 104 y, por consiguiente, se comprime el refrigerante.

El refrigerante que fluye a través de la tubería 15 del circuito de inyección fluye al compresor 1 a través de la tubería de inyección 114. Mientras tanto, el refrigerante que fluye a través de la tubería 14 fluye al compresor 1 a través de la tubería de entrada 106. El refrigerante que ha fluido desde la tubería de entrada 106 fluye al espacio de baja presión 107 y se retiene dentro de la cámara de compresión de manera que se comprime de manera gradual. Entonces, cuando la cámara de compresión alcanza la cámara de compresión 108 en la posición media del proceso de compresión, el refrigerante fluye a la cámara de compresión 108 desde el orificio de inyección 113.

Es decir, el refrigerante que ha fluido desde la tubería de inyección 114 y el refrigerante que ha fluido desde la tubería de entrada 106 se mezclan en la cámara de compresión 108. Entonces, el refrigerante mezclado se comprime de manera gradual y alcanza la cámara de compresión 109. El refrigerante que ha alcanzado la cámara de compresión 109 pasa a través del orificio de salida 110 y el espacio de alta presión 111 se descarga fuera de la carcasa 101 a través de la tubería de salida 112 y pasa a través de la tubería de descarga 16.

La acción de operación del aparato de ciclo de refrigeración 100 se describirá con referencia a la figura 1 y la figura 4. Debe observarse que los símbolos A a I mostrados en la figura 1 corresponden a los símbolos A a I mostrados en la figura 4. En el presente documento, las subidas y bajadas de las presiones en el circuito refrigerante y las mismas del aparato de ciclo de refrigeración 100 no se determinan en relación con una presión de referencia, sino que las presiones relativas como el resultado de un aumento de presión por el compresor principal 1 y una reducción de presión por la primera válvula de expansión 4 y la segunda válvula de expansión 6 se expresan respectivamente como una alta presión y una baja presión. Esto mismo se aplica a las subidas y bajadas de las temperaturas. Además, en la realización 1, se describe una operación de refrigeración en la que el radiador 2 se usa como un intercambiador de calor exterior y el evaporador 5 se usa como un intercambiador de calor interior. Es decir, el refrigerante intercambia calor con el aire exterior en el radiador 2 e intercambia calor con el aire interior en el evaporador 5.

En primer lugar, se succiona un refrigerante de baja presión al compresor 1. El refrigerante de baja presión que se ha succionado al compresor 1 se comprime en un refrigerante de media presión (desde un estado A hasta un estado H). En la mitad de una carrera de compresión del compresor 1, se inyecta un refrigerante de presión intermedia (un estado G) desde la tubería 15 del circuito de inyección de manera que se mezcla en el compresor 1 (un estado I). En el compresor 1, el refrigerante mezclado se comprime además en un refrigerante de alta presión y alta temperatura (desde el estado I hasta un estado B). El refrigerante de alta presión y alta temperatura que se ha comprimido en el compresor 1 se descarga desde el compresor 1 y fluye al radiador 2.

El refrigerante que ha fluido al radiador 2 intercambia calor con el aire exterior suministrado al radiador 2 de manera que elimina calor. Así, el refrigerante transfiere calor al aire exterior de manera que se vuelve un refrigerante de alta presión y baja temperatura (el estado B a un estado C). Este refrigerante de alta presión y baja temperatura fluye del radiador 2 y una parte del refrigerante se somete a reducción de presión en la segunda válvula de expansión 6 de manera que se vuelve un refrigerante de presión intermedia y fluye al intercambiador de calor interno 3 a través de la tubería 13. La otra de las partes divergidas del refrigerante que ha fluido del radiador 2 fluye al intercambiador de calor interno 3 a través de la tubería 12 sin cambiar el estado de la misma. Los refrigerantes que han fluido al intercambiador de calor interno intercambian calor entre sí. Uno de los refrigerantes se calienta (desde un estado F hasta un estado G) y se inyecta al compresor 1. El otro de los refrigerantes se enfría (desde el estado C hasta un estado D) y fluye a la primera válvula de expansión 4.

El refrigerante que ha fluido a la primera válvula de expansión 4 se somete a reducción de presión y su temperatura disminuye de manera que está en un estado de baja calidad (desde el estado D hasta un estado E). El refrigerante fluye de la primera válvula de expansión 4, se evapora al recibir calor desde el aire interior en el evaporador 5 de manera que está en un estado de alta calidad al mismo tiempo que la presión permanece baja (desde el estado E hasta un estado A). De esta manera, el aire interior se enfría. El refrigerante que ha fluido del evaporador 5 se succiona al primer compresor 1, de nuevo. Mediante la realización repetida de la operación descrita anteriormente, el calor del aire interior se transfiere al aire exterior para que se enfríe la habitación.

Capacidad de control y caudal

El compresor 1 es un tipo de compresor en el que se controla su capacidad controlando su velocidad de rotación con un inversor. La capacidad refrigerante se controla por la velocidad de rotación del compresor 1. El caudal del refrigerante que fluye a través del evaporador 5 se ajusta ajustando el grado de apertura de la primera válvula de expansión 4 basándose en el grado de sobrecalentamiento en una salida de refrigerante del evaporador 5. El grado de sobrecalentamiento en la salida de refrigerante del evaporador 5 se calcula a partir de una temperatura de saturación del refrigerante, que se calcula por el controlador 50 basándose en la presión detectada por el sensor de presión 22 y una temperatura detectada por el sensor de temperatura 23. Si el grado de sobrecalentamiento del evaporador 5 es demasiado grande, se reduce el rendimiento de transferencia de calor en el evaporador 5. Si el grado de sobrecalentamiento es demasiado pequeño, una gran cantidad de líquido refrigerante fluye en el compresor 1, lo que puede dar como resultado que se dañe el compresor 1. Por tanto, el grado de sobrecalentamiento del evaporador 5 puede estar de manera preferible en un intervalo de aproximadamente 2 a 10 °C.

Efectos ventajosos del intercambiador de calor interno

En el aparato de ciclo de refrigeración 100, ya que el refrigerante que ha fluido del radiador 2 y que va a fluir a la primera válvula de expansión 4 se enfría además en el intercambiador de calor interno 3, incluso si se usa un refrigerante que entra en un estado supercrítico en el lado de alta presión, tal como dióxido de carbono, es posible aumentar la diferencia de entalpía del refrigerante en el evaporador 5. Además, en el aparato de ciclo de refrigeración 100, el refrigerante de presión intermedia calentado en el intercambiador de calor interno 3 se inyecta en la mitad de la carrera de compresión del compresor 1. Por consiguiente, en el aparato de ciclo de refrigeración 100, el refrigerante se enfría a una presión intermedia en el compresor 1. Esto hace posible evitar que la temperatura de descarga del compresor 1 se vuelva demasiado alta y así evitar que se coloque una gran carga en el aceite refrigerante, una superficie de sellado, etc.

Efecto del aumento a alta presión por inyección

El aparato de ciclo de refrigeración 100 puede proporcionar el siguiente efecto mediante la inyección del refrigerante en la mitad de la carrera de compresión del compresor 1. Se satisface la relación proporcionada por la siguiente ecuación (1):

Ecuación (1) Gdis=Gsuc+Ginj,

donde Gsuc representa el caudal del refrigerante succionado al compresor 1 desde el lado de baja presión; Ginj representa el caudal del refrigerante inyectado y Gdis representa el caudal del refrigerante descargado desde el compresor 1.

Por consiguiente, el caudal del refrigerante que entra en el radiador 2 se aumenta inyectando el refrigerante al compresor 1. Por tanto, aumenta la cantidad de transferencia de calor en el radiador 2.

Operación de refrigeración en situaciones de sobrecarga

Se proporcionará una descripción de un caso donde el aparato de ciclo de refrigeración 100 realiza una operación de refrigeración en situaciones de sobrecarga. Las situaciones de sobrecarga son aquellas donde la temperatura del aire es alta tanto dentro como fuera de la habitación en verano y similares. Por ejemplo, las situaciones de sobrecarga pueden ser aquellas donde la temperatura del aire exterior es aproximadamente 45 °C y la temperatura del aire interior es aproximadamente 35 °C. Se describirá una operación de refrigeración a tal temperatura del aire exterior y temperatura del aire interior.

Un ejemplo de un estado de la operación de refrigeración en situaciones de sobrecarga (en el caso donde no se realiza inyección) se indica por una línea de puntos en el diagrama Ph de la figura 4. Tal como se muestra en el diagrama, la presión del lado de alta presión es 11,5 MPa. Ya que la temperatura del aire exterior es tan alta como 45 °C, el refrigerante en el radiador 2 no puede enfriarse suficientemente y su temperatura aumenta hasta aproximadamente 49 °C. Además, cuando la presión del lado de alta presión entra en un estado supercrítico, en el caso donde la presión del lado de alta presión no es suficientemente alta debido a los efectos de las isotermas, la capacidad de transferencia de calor es baja y la diferencia de entalpía se reduce en el evaporador. Por otro lado, en el evaporador 5, ya que la temperatura del aire interior es tan alta como 35 °C, la temperatura de evaporación aumenta hasta aproximadamente 20 °C (la presión de saturación es de aproximadamente 5,5 MPa).

En el caso de aumento de la diferencia de entalpía en el evaporador 5 enfriando el refrigerante que fluye a la primera válvula de expansión 4 en el intercambiador de calor interno 3, se produce el siguiente problema. Cuando una presión intermedia PM es la media geométrica entre una presión del lado de alta presión PH y una presión del lado de baja presión PL, la presión intermedia se proporciona por la siguiente ecuación (2).

[Fórmula 1]

Ecuación (2)

Según esta ecuación (2), cuando la presión del lado de alta presión PH es 11,5 MPa y la presión del lado de baja presión PL es 5,5 MPa, la presión intermedia PM es aproximadamente 8,0 MPa, que es superior a la presión del punto crítico de 7,38 MPa.

Es decir, ya que el refrigerante de presión intermedia entra en un estado supercrítico, no se produce cambio de calor latente en el intercambiador de calor interno 3 y, por tanto, el refrigerante que fluye a la primera válvula de expansión 4 no puede enfriarse suficientemente. Además, cuando se intenta controlar la capacidad refrigerante del intercambiador de calor interno 3 ajustando el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6, ya que el refrigerante de presión intermedia entra en un estado supercrítico que no tiene temperatura de saturación, no es posible detectar la temperatura de saturación del refrigerante de presión intermedia basándose en la temperatura del refrigerante que fluye entre la segunda válvula de expansión 6 y el intercambiador de calor interno 3 en la tubería 13 o calcular el grado de sobrecalentamiento basándose en la diferencia de temperatura a partir de la temperatura de salida. Esto dificulta el control de la capacidad refrigerante.

Contramedida

Con el fin de solucionar este problema, el aparato de ciclo de refrigeración 100 se configura para, cuando funciona en situaciones de sobrecarga, inyectar el refrigerante de presión intermedia calentado por el intercambiador de calor interno 3 en la mitad de la carrera de compresión del compresor 1 y dividir el radiador 2 de manera que se reduce el área de transferencia de calor. Así, la presión del lado de alta presión en el radiador 2 aumenta de manera que aumenta la cantidad de transferencia de calor y así aumenta la capacidad refrigerante.

Método de división del radiador

Se describirá un método de reducción del área de transferencia de calor del radiador 2. Tal como se mencionó anteriormente, el radiador 2 se divide en el primer radiador 2a y el segundo radiador 2b de manera que el refrigerante se divide en partes que fluyen en paralelo a través del primer radiador 2a y el segundo radiador 2b respectivos. En el caso de reducir el área de transferencia de calor, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b se cierran de manera que el refrigerante fluye solo al primer radiador 2a.

Principio detrás del aumento de presión del lado de alta presión

Se describirá el principio detrás del aumento de la presión del lado de alta presión. Tal como se mencionó anteriormente, cuando se inyecta el refrigerante en la mitad de la carrera de compresión del compresor 1, el caudal del refrigerante que fluye a través del radiador 2 aumenta, dando como resultado el aumento en la cantidad de transferencia de calor. Con el fin de aumentar la cantidad de transferencia de calor en el radiador 2, la diferencia de temperatura entre el refrigerante y el aire aumenta mediante el aumento de la presión del lado de alta temperatura. Así, el ciclo de refrigeración cambia para que aumente la diferencia de entalpía del refrigerante en el radiador 2. En este caso, ya que la temperatura de salida de refrigerante no puede ser inferior a la temperatura de entrada del aire en el radiador 2, la temperatura de salida de refrigerante generalmente depende de la temperatura de entrada de aire. Además, al hacer que el refrigerante fluya únicamente al primer radiador 2a, se reduce el área de transferencia de calor. Así, ya que la diferencia de temperatura entre el refrigerante y el aire necesita aumentarse debido al equilibrio del ciclo de refrigeración, la presión del lado de alta presión aumenta adicionalmente.

Efecto ventajoso de la combinación de inyección y división del radiador

Sin embargo, a pesar de que la diferencia de temperatura entre el refrigerante y el aire aumenta por la reducción del área de transferencia de calor del radiador 2 y por tanto aumenta la presión del lado de alta presión, la cantidad de transferencia de calor no aumenta significativamente únicamente por eso y por consiguiente no puede aumentarse la diferencia de entalpía de refrigerante en el radiador 2. Con el fin de solucionar este problema, tal como se mencionó anteriormente, el refrigerante se inyecta en la mitad de la carrera de compresión del compresor 1, mediante lo cual puede aumentar la cantidad de transferencia de calor. Es decir, el aparato de ciclo de refrigeración 100 se configura para aumentar la presión del lado de alta presión y así aumentar la cantidad de transferencia de calor mediante la inyección del refrigerante en la mitad de la carrera de compresión del compresor 1 y mediante la reducción del área de transferencia de calor del radiador 2.

Principio detrás del aumento de la capacidad refrigerante debido al aumento de la presión del lado de alta presión

Cuando la cantidad de transferencia de calor aumenta mediante el aumento de la presión del lado de alta presión pueden obtenerse los siguientes efectos ventajosos. Haciendo referencia al diagrama Ph de la figura 4, el refrigerante en el estado supercrítico tiene las propiedades de que, en las isotermas, cuanto más alta sea presión, más baja será la entalpía. En particular, cuanto más alta sea la temperatura, mayor será la variación de la entalpía en relación con la presión. Además, tal como se mencionó anteriormente, la temperatura de salida de refrigerante en el radiador 2 depende de la temperatura de entrada de aire. Por consiguiente, cuantas más situaciones provoquen que la temperatura de entrada de aire del radiador 2, es decir, que la temperatura del aire exterior se incremente, más aumentará la cantidad de transferencia de calor mediante el aumento de la presión del lado de alta presión. Así, la entalpía de entrada de refrigerante del evaporador 5 disminuye y la diferencia de entalpía de refrigerante en el evaporador 5 aumenta, haciendo posible el aumento de la capacidad refrigerante.

La figura 5 es un diagrama de flujo que muestra un flujo de un proceso de control específico de la segunda válvula de expansión 6, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b, que se realiza por el controlador 50. A continuación, se describirá un método específico de operación de la segunda válvula de expansión 6, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41 b con referencia a la figura 5.

Cuando el aparato de ciclo de refrigeración 100 realiza una operación de refrigeración, el controlador 50 detecta una presión del lado de alta presión PH basándose en información del sensor de presión 21 y detecta una presión del lado de baja presión PL basándose en información del sensor de presión 22 (etapa 201). El controlador 50 calcula la presión intermedia PM a partir de la presión del lado de alta presión PH y la presión del lado de baja presión PL (etapa 202). Esta presión intermedia PM se calcula a partir de la siguiente ecuación (2). Debe observarse que, desde la salida de refrigerante de la segunda válvula de expansión 6, puede proporcionarse otro sensor de presión en la tubería 15 del circuito de inyección de manera que detecte directamente la presión intermedia PM.

El controlador 50 determina si la presión intermedia PM es superior a una presión del punto crítico PCR (etapa 203). Debe observarse que, tal como se mencionó anteriormente, la presión del punto crítico PCR del dióxido de carbono es aproximadamente 7,38 MPa. Si se determina que la presión intermedia PM es superior a la presión del punto crítico PCR (etapa 203; Sí), el controlador 50 determina si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b están abiertas (etapa 204). Si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b están abiertas (etapa 204; Sí), el controlador 50 cierra la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b de manera que se provoca que el refrigerante fluya únicamente al primer radiador 2a (etapa 205). Después de eso, el controlador 50 establece una presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 206). Esta presión del lado de alta presión PHM objetivo se describirá a continuación.

Después de establecer la presión del lado de alta presión PHM objetivo, el controlador 50 detecta de nuevo la presión del lado de alta presión PH (etapa 207). Entonces, el controlador 50 determina si la presión del lado de alta presión PH es superior a la presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 208). Si la presión del lado de alta presión PH es superior a la presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 208; Sí), el controlador 50 funciona de manera que reduce el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 (etapa 209). Por otro lado, si la presión del lado de alta presión PH es inferior a la presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 208; No), el controlador 50 funciona de manera que aumenta el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 (etapa 210). Después de eso, el proceso vuelve a la etapa 201.

Mientras tanto, si se determina que la presión intermedia PM es inferior a la presión del punto crítico PCR (etapa 203; No), el controlador 50 determina si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41 b están cerradas (etapa 211). Si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b están cerradas (etapa 211; Sí), el controlador 50 abre la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b de manera que se permite que el refrigerante fluya al segundo radiador 2b (etapa 212). Después de eso, el proceso vuelve a la etapa 201. El controlador 50 repite las etapas anteriores de manera que realiza una operación de aumento de la capacidad refrigerante.

Con respecto al valor objetivo de alta presión y la relación de división del radiador

La presión del lado de alta presión PHM objetivo se describirá en el presente documento. La figura 6 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de capacidad y el área de transferencia de calor de un radiador 2 con respecto a la tasa de inyección. La figura 7 es un gráfico que muestra una relación entre la tasa de COP y el área de transferencia de calor del radiador 2 con respecto a la tasa de inyección. La figura 8 es un gráfico que muestra una relación entre la presión del lado de alta presión y el área de transferencia de calor del radiador 2 con respecto a la tasa de inyección. Debe observarse que la tasa de inyección se define como la tasa del caudal Ginj del refrigerante inyectado al caudal Gsuc del refrigerante que se succiona en el compresor 1 desde el lado de baja presión. Es decir, la tasa de inyección se define como Ginj/Gsuc. Además, las referencias de la capacidad y COP son aquellas obtenidas en el caso donde el área de transferencia de calor se establece para 100% sin dividir el radiador 2 y sin realizar inyección.

Puede observarse a partir de la figura 6 que la tasa de capacidad aumenta a medida que aumenta la tasa de inyección y a medida que disminuye el área de transferencia de calor del radiador 2. Esto se debe, tal como puede observarse a partir de la figura 8, a que la presión del lado de alta presión aumenta a medida que aumenta la tasa de inyección y a medida que disminuye el área de transferencia de calor del radiador 2.

Sin embargo, puede observarse a partir de la figura 7 que los valores de COP máximos existen dependiendo de la tasa de inyección y el tamaño del área de transferencia de calor del radiador 2. Tal como se mencionó anteriormente, la capacidad refrigerante aumenta cuando aumenta la presión del lado de alta presión. Sin embargo, tal como puede observarse a partir de las isotermas en el diagrama Ph, cuando aumenta la presión del lado de alta presión hasta un determinado nivel, la reducción de entalpía con respecto al aumento de presión se reduce. Al mismo tiempo, ya que la diferencia de presión en la carrera de compresión del compresor 1 aumenta y por tanto aumenta la potencia requerida por el compresor 1, existe el valor de COP máximo.

Tal como se mencionó anteriormente, hay una temperatura de alta presión adecuada para aumentar la tasa de capacidad sin reducir el COP. Ya que el aparato de ciclo de refrigeración 100 es especialmente eficaz en situaciones de sobrecarga donde la temperatura del aire interior es alta, es necesario hacer funcionar el aparato de ciclo de refrigeración 100 de manera que se reduzca la temperatura del aire interior aumentando la capacidad refrigerante tanto como sea posible. Por consiguiente, tal como puede observarse a partir de las figuras 6 a 8, cuando se establecen el área de transferencia de calor del radiador 2 a aproximadamente 85 %, la tasa de inyección a aproximadamente 0,15 y la presión del lado de alta presión a aproximadamente 14,2 MPa, en comparación con el caso en situaciones operativas donde el área de transferencia de calor es 100 % y la tasa de inyección es 0, ya que el COP se vuelve 100 %, el COP no se reduce mientras la capacidad refrigerante aumenta aproximadamente el 35 %.

Es decir, en el aparato de ciclo de refrigeración 100, es preferible que el área de transferencia de calor del primer radiador 2a se establezca a aproximadamente 85 % de la de todo el radiador 2 y la presión del lado de alta presión PHM objetivo se establezca a 14,2 MPa. Debe observarse que los valores anteriores de la tasa del área de transferencia de calor del radiador 2 y la presión del lado de alta presión PHM objetivo son valores especialmente preferidos y los valores de la tasa del área de transferencia de calor y la presión del lado de alta presión PHM objetivo no se limitan a estos valores.

En la manera descrita anteriormente, el aparato de ciclo de refrigeración 100 según la realización 1 puede aumentar la capacidad refrigerante en situaciones de sobrecarga donde la temperatura de aire interior es alta y, por tanto, puede reducir la temperatura interior más rápidamente.

Además, la descripción anterior ha ilustrado un ejemplo en el que el control para aumentar la capacidad refrigerante implica detectar la presión del lado de alta presión y la presión del lado de baja presión. Sin embargo, el control para aumentar la capacidad refrigerante puede realizarse basándose en la temperatura de aire de entrada del radiador 2 detectada por el sensor de temperatura 31 y la temperatura de aire de entrada del evaporador 5 detectada por el sensor de temperatura 32, por ejemplo. Esto se debe a que cuando la temperatura de aire de entrada del radiador 2 es alta, la temperatura de salida de refrigerante del radiador 2 se vuelve naturalmente alta y la capacidad refrigerante necesita aumentarse. Esto también se debe a que cuando la temperatura de aire de entrada del evaporador se vuelve alta, la temperatura de evaporación del refrigerante se vuelve naturalmente alta y así hay una relación entre la temperatura del aire interior y la presión del lado de baja presión.

Además, la descripción anterior ha ilustrado la operación realizada cuando la presión intermedia se vuelve una presión supercrítica. Sin embargo, incluso si la presión intermedia es igual o inferior a la presión del punto crítico, es posible aumentar de manera fiable la capacidad refrigerante ajustando el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 según el valor objetivo de la presión del lado de alta presión.

Realización 2

Mientras, en la realización 1, la capacidad refrigerante aumenta cuando la presión intermedia está en un estado supercrítico, en la realización 2, la capacidad refrigerante aumenta cuando se enciende el aparato de ciclo de refrigeración. La configuración y operaciones básicas de un aparato de ciclo de refrigeración de la realización 2 son las mismas que las del aparato de ciclo de refrigeración 100 de la realización 1. Debe observarse que la realización 2 describe principalmente las diferencias de la realización 1 anterior. En la realización 2, se usarán los mismos símbolos de referencia que aquellos usados en la realización 1.

La figura 9 es un diagrama de flujo que muestra un flujo de un proceso de control específico de la segunda válvula de expansión 6, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b, que se realiza por el controlador 50 del aparato de ciclo de refrigeración según la realización 2 de la invención. Se describirá un método específico de funcionamiento de la segunda válvula de expansión 6, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b con referencia a la figura 9.

Cuando el aparato de ciclo de refrigeración inicia una operación de refrigeración, el controlador 50 primero establece una temperatura del aire interior Tam objetivo (etapa 301). Se describirá a continuación la temperatura del aire interior Tam objetivo.

Entonces, el controlador 50 detecta una temperatura del aire interior Ta basándose en información desde el sensor de temperatura 32 (etapa 302). El controlador 50 determina si la temperatura del aire interior Ta es superior a la temperatura del aire interior Tam objetivo (etapa 303). Si la temperatura del aire interior Ta es superior a la temperatura del aire interior Tam objetivo (etapa 303; Sí), el controlador 50 determina si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41 b están abiertas (etapa 304).

Si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b están abiertas (etapa 304; Sí), el controlador 50 cierra la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b de manera que se provoca que el refrigerante fluya únicamente al primer radiador 2a (etapa 305). Después de eso, el controlador 50 establece una presión del lado de alta presión p Hm objetivo (etapa 306).

Después de establecer la presión del lado de alta presión PHM objetivo, el controlador 50 detecta la presión del lado de alta presión PH (etapa 307). Entonces, el controlador 50 determina si la presión del lado de alta presión PH es superior a la presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 308). Si la presión del lado de alta presión PH es superior a la presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 308; Sí), el controlador 50 funciona de manera que reduce el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 (etapa 309). Por otro lado, si la presión del lado de alta presión PH es inferior a la presión del lado de alta presión PHM objetivo (etapa 308; No), el controlador 50 funciona de manera que aumenta el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 (etapa 310). Después de eso, el proceso vuelve a la etapa 302.

Mientras tanto, si se determina que la temperatura del aire interior Ta es inferior a la temperatura del aire interior Tam objetivo (etapa 303; No), el controlador 50 determina si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b están cerradas (etapa 311). Si la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41 b están cerradas (etapa 311; Sí), el controlador 50 abre la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b de manera que se permite que el refrigerante fluya al segundo radiador 2b (etapa 312). Después de eso, el proceso cambia a control regular (etapa 313). El término "control regular", tal como se usa en el presente documento, indica una operación de refrigeración habitual que se realiza según una orden desde el controlador 50. La temperatura del aire interior objetivo Tam descrita anteriormente puede ser 27 °C, que es una temperatura del aire interior estándar en una operación de refrigeración, por ejemplo.

En la manera descrita anteriormente, el aparato de ciclo de refrigeración según la realización 2 puede aumentar la capacidad refrigerante aumentando la presión del lado de alta presión cuando la temperatura interior es superior a una temperatura del aire interior estándar en una operación de refrigeración y por tanto puede reducir la temperatura del aire interior más rápidamente. Esto hace posible proporcionar un mayor nivel de comodidad a los usuarios.

Debe observarse que, en el aparato de ciclo de refrigeración según la realización 2, la presión del lado de alta presión PHM objetivo, el porcentaje del área de transferencia de calor del primer radiador 2a hasta el área de transferencia de calor de todo el radiador 2, etc., pueden determinarse de la misma manera descrita en la realización 1. Además, el aparato de ciclo de refrigeración según la realización 2 se configura de manera que, si la temperatura del aire interior se vuelve inferior a la temperatura del aire interior objetivo en la etapa 303, el proceso cambia a control regular en la etapa 313. Por consiguiente, esto evita que el aire interior se enfríe excesivamente debido a una presión del lado de alta presión excesivamente aumentada y evita desperdiciar potencia eléctrica.

Debe observarse que, a pesar de que los aparatos de ciclo de refrigeración según la realización 1 y la realización 2 detectan la presión del lado de baja presión 22 proporcionada en la salida de refrigerante del evaporador 5, puede proporcionarse por separado un sensor de temperatura entre la salida de refrigerante de la primera válvula de expansión 4 y la entrada de refrigerante del evaporador 5 en lugar del sensor de presión 22 de manera que se calcula la presión del lado de baja presión a partir de una temperatura de saturación detectada por este sensor de temperatura.

Ya que los aparatos de ciclo de refrigeración según la realización 1 y la realización 2 ajustan el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 6 según el valor objetivo de la presión del lado de alta presión, incluso en situaciones, tal como situación de sobrecarga, donde la presión intermedia entra en un estado supercrítico y, por consiguiente, no puede calcularse la temperatura de saturación, es posible aumentar de manera fiable la capacidad refrigerante.

Además, mientras que únicamente se describen las operaciones realizadas por el aparato de ciclo de refrigeración durante una operación de refrigeración en la realización 1 y la realización 2, puede proporcionarse una válvula de cuatro pasos o similares para cambiar entre los pasos de refrigerante, por ejemplo, de manera que pueda ejecutarse una operación de calentamiento en la que el radiador 2 calienta el aire interior. En el caso donde puede ejecutarse una operación de calentamiento, la capacidad de calentamiento puede aumentarse realizando las acciones operativas descritas en la realización 1 y la realización 2.

En la realización 1 y la realización 2, se proporcionan válvulas de dos pasos, es decir, la válvula solenoide 41a y la válvula solenoide 41b, con el fin de impedir que el refrigerante fluya a través del segundo radiador 2b. Sin embargo, la invención no se limita a estas realizaciones y puede usarse cualquier medio para bloquear el refrigerante. Por ejemplo, puede proporcionarse una válvula de retención en el lado de salida de refrigerante del segundo radiador 2b.

Además, en la realización 1 y la realización 2, el radiador 2 y el evaporador 5 sirven como intercambiadores de calor que intercambian calor entre un refrigerante y el aire. Sin embargo, la invención no se limita a estas realizaciones. Por ejemplo, el radiador 2 y el evaporador 5 pueden ser intercambiadores de calor que intercambian calor entre un refrigerante y un medio de calor distinto del aire, tal como agua y salmuera.

En la realización 1 y la realización 2, la presión del lado de alta presión aumenta realizando una inyección al compresor 1 y reduciendo el área de transferencia de calor del radiador 2. Sin embargo, la invención no se limita a estas realizaciones. En lugar de reducir el área de transferencia de calor del radiador 2, puede reducirse el volumen de aire de un ventilador (no mostrado) que fuerza el paso del aire sobre la superficie exterior del radiador 2 o puede reducirse el caudal de una bomba (no mostrada) que circula en otro medio de calor tal como agua y salmuera. Estas configuraciones también pueden aumentar la presión del radiador 2.

Además, en la realización 1 y la realización 2, el refrigerante de una presión intermedia se inyecta en la cámara de compresión 108 del compresor 1. Sin embargo, el compresor 1 puede tener un mecanismo de compresión bietápico y el refrigerante puede inyectarse en una trayectoria que conecta una cámara de compresión de etapa baja y una cámara de compresión de etapa alta. Además, el compresor 1 puede incluir una pluralidad de compresores de manera que realicen compresión bietápica.

Lista de signos de referencia

1 compresor; 2 radiador; 2a primer radiador; 2b segundo radiador; 3 intercambiador de calor interno; 4 primera válvula de expansión; 5 evaporador; 6 segunda válvula de expansión; 11 tubería; 12 tubería; 13 tubería; 14 tubería; 15 tubería; 16 tubería de descarga; 21 sensor de presión; 22 sensor de presión; 23 sensor de temperatura; 31 sensor de temperatura; 32 sensor de temperatura; 41a válvula solenoide; 41b válvula solenoide; 50 controlador; 100 aparato de ciclo de refrigeración; 101 carcasa; 102 motor eléctrico; 103 eje motor; 104 voluta oscilante; 105 voluta fija; 106 tubería de entrada; 107 espacio de baja presión; 108 cámara de compresión; 109 cámara de compresión; 110 orificio de salida; 111 espacio de alta presión; 112 tubería de salida; 113 orificio de inyección y 114 tubería de inyección.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato de ciclo de refrigeración (100) que comprende:

un circuito refrigerante principal en el que un compresor (1) que comprime un refrigerante, un radiador (2) que elimina calor del refrigerante comprimido por el compresor (1), un paso primario de un intercambiador de calor interno (3) que intercambia calor entre el refrigerante que ha pasado a través del radiador (2) y el refrigerante que ha pasado a través del radiador (2) y que se va a inyectar en el compresor (1), un primer dispositivo de reducción de presión que reduce una presión del refrigerante que ha pasado a través del paso primario del intercambiador de calor interno (3) y un evaporador (5) donde se evapora el refrigerante que se ha sometido a reducción de presión por el primer dispositivo de reducción de presión están conectados de manera secuencial entre sí por tuberías;

un circuito de inyección en el que un segundo dispositivo de reducción de presión que reduce una presión del refrigerante que ha pasado a través del radiador (2) y que se va a inyectar en el compresor (1), un paso secundario del intercambiador de calor interno (3) y un orificio de inyección (113) del compresor (1) están conectados de manera secuencial entre sí por tuberías; y

un controlador (50) que controla un grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y un área de transferencia de calor del radiador (2),

en el que, durante el funcionamiento del aparato de ciclo de refrigeración (100), la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal entra en un estado supercrítico y en el que el radiador (2) se divide en una pluralidad de unidades (2a, 2b) de manera que se forman flujos en paralelo del refrigerante en el radiador (2) y el controlador (50) ajusta el grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y bloquea el paso del refrigerante a través de una o alguna de las unidades divididas (2a, 2b) para reducir el área de transferencia de calor del radiador (2), de manera que se aumenta una presión del lado de alta presión si el estado de funcionamiento está en una situación de sobrecarga en la que las temperaturas del aire tanto interior como exterior son altas.

2. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según la reivindicación 1, que comprende además:

un ventilador que fuerza el paso del aire a través del radiador (2),

en el que el controlador (50) aumenta la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal también mediante el cambio de una velocidad rotacional del ventilador.

3. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según la reivindicación 1 o 2, que comprende además:

primeros medios de detección de presión (21) para detectar la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye desde una pieza de descarga del compresor (1) hasta una entrada del primer dispositivo de reducción de presión, y

segundos medios de detección de presión (22) para detectar una presión del lado de baja presión del refrigerante que fluye entre una salida del primer dispositivo de reducción de presión y una pieza de succión del compresor (1),

en el que el controlador (50) calcula una presión intermedia basándose en la presión del lado de alta presión detectada por los primeros medios de detección de presión (21) y la presión del lado de baja presión detectada por los segundos medios de detección de presión (22) y cambia el grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y el área de transferencia de calor del radiador si la presión intermedia es superior a una presión crítica del refrigerante.

4. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según la reivindicación 3,

en el que el controlador (50) reduce la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal mediante la reducción del grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión si la presión del lado de alta presión detectada por los primeros medios de detección de presión (21) es superior a un valor predeterminado y aumenta la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal mediante el aumento del grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión si la presión del lado de alta presión es inferior al valor predeterminado.

5. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

en el que el controlador (50) aumenta la presión del lado de alta presión permitiendo o bloqueando el paso del refrigerante a través de una o alguna de las unidades divididas del radiador (2) y reduciendo de ese modo el área de transferencia de calor del radiador (2).

6. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además:

primeros medios de detección de temperatura (31) para detectar una temperatura de aire de entrada del radiador (2); y

segundos medios de detección de temperatura (32) para detectar una temperatura de aire de entrada del evaporador (5),

en el que el controlador (50) ajusta la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal cambiando el grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y el área de transferencia de calor del radiador si la temperatura detectada por los primeros medios de detección de temperatura (31) y la temperatura detectada por los segundos medios de detección de temperatura (32) son superiores a temperaturas predeterminadas.

7. Dispositivo de ciclo de refrigeración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,

en el que el controlador ajusta, tras empezar una operación de refrigeración, la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal cambiando el grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y el área de transferencia de calor del radiador si una temperatura de aire de entrada del evaporador (5) es superior a una temperatura predeterminada.

8. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según la reivindicación 5, que comprende además:

un dispositivo de apertura y cierre que permite o bloquea el paso del refrigerante en cada entrada y/o salida de una o alguna de las unidades divididas del radiador (2),

en el que el controlador (50) reduce el área de transferencia de calor del radiador (2) controlando la apertura y el cierre del dispositivo de apertura y cierre.

9. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según la reivindicación 8,

en el que el dispositivo de apertura y cierre incluye una válvula solenoide (41).

10. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según la reivindicación 8,

en el que el dispositivo de apertura y cierre incluye una válvula solenoide (41) y una válvula de retención.

11. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según las reivindicaciones 1 o 2,

en el que el controlador (50) detecta una presión intermedia del refrigerante que fluye desde una salida del segundo dispositivo de reducción de presión hasta un orificio de inyección (113) del compresor (1) y cambia el grado de apertura del segundo dispositivo de reducción de presión y el área de transferencia de calor del radiador si la presión intermedia es superior a una presión crítica del refrigerante.

12. Aparato de ciclo de refrigeración (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además:

un dispositivo de circulación que pasa un medio de calor a través del radiador (2),

en el que el controlador (50) aumenta la presión del lado de alta presión del refrigerante que fluye a través del circuito refrigerante principal cambiando también una velocidad rotacional del dispositivo de circulación.