BR102013019668B1

BR102013019668B1 - aparelho de ciclo de refrigeração, unidade de refrigeração e sistema de ar condicionado equipado com o aparelho de ciclo de refrigeração

Info

Publication number: BR102013019668B1
Application number: BR102013019668-1A
Authority: BR
Inventors: Mari Uchida; Sachio Sekiya; Hiroshi Kusumoto; Yoshikazu Ishiki; Tsunayuki Itagaki
Original assignee: Hitachi-Johnson Controls Air Conditioning, Inc
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2020-10-20
Also published as: JP2014031944A; CN103574952B; EP2693139A1; JP5889745B2; BR102013019668A8; EP2693139B1; BR102013019668A2; CN103574952A

Abstract

APARELHO DE CICLO DE REFRIGERAÇÃO E UNIDADE DE REFRIGERAÇÃO E SISTEMA DE AR CONDICIONADO EQUIPADO COM O APARELHO DE CICLO DE REFRIGERAÇÃO. A presente invenção refere-se a um aparelho de ciclo de refrigeração que inclui: um compressor; um ventilador para trocadores de calor do lado da fonte de calor; múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor que trocam calor com o ar e são divididos na direção de altura e agrupados a partir de uma posição próxima ao ventilador, incluindo grupos de trocador de calor; uma válvula de expansão; um trocador de calor do lado de uso que troca calor com um meio de transporte/transferência de calor do lado de uso; um cano de refrigerante que conecta sequencialmente o compressor, trocadores de calor do lado da fonte de calor, válvula de expansão e trocador de calor do lado de uso e circula refrigerante; e um controlador que controla a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor de acordo com um fator de carga. Como resultado, o que será dito a seguir pode ser implantado quando a distribuição da velocidade do vento dos trocadores de calor do (...).

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho de ciclo de refrigeração e uma unidade de refrigeração e um sistema de ar condicionado equipado com o aparelho de ciclo de refrigeração.

[0002] Em unidades de esfriamento (água), em geral, múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor são colocados de modo que circundem as faces laterais das mesmas. Um espaço para máquina é colocado abaixo dos trocadores de calor do lado da fonte de calor e um ventilador para os trocadores de calor do lado da fonte de calor é colocado acima dos trocadores de calor do lado da fonte de calor. Portanto, a distribuição da velocidade do vento dos trocadores de calor do lado da fonte de calor não é uniforme na direção vertical. Como resultado, a razão da taxa de fluxo de ar e da taxa de fluxo do refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor se torna não uniforme. Havia casos em que a área de transferência de calor de cada trocador de calor do lado da fonte de calor não podia ser utilizada de modo eficaz.

[0003] Entretanto, o documento n° JP-A-2006-336936 revela uma unidade de troca de calor. A mesma é formada colocando-se múltiplos canos de transferência de calor conectados em série em múltiplas etapas de modo que os mesmos sejam ortogonais às múltiplas aletas similares à placa fornecidas em paralelo para formar núcleos e colocan- do-se dois dos núcleos no formato de V. Nessa unidade de troca de calor, cada núcleo é dividido em três regiões na direção vertical e uma trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante dotada de um meio de controle de fluxo com base em um orifício é fornecida em cada região. Uma taxa de fluxo de refrigerante é distribuída de acordo com a taxa de fluxo de ar que passa através de cada região para fornecer refrigerante para os canos de transferência de calor.

[0004] Nos últimos anos, os métodos a seguir para calcular o desempenho do equipamento têm sido introduzidos no lugar do coeficiente de desempenho proporcional COP (COP obtido quando uma máquina de fonte de calor entrega capacidade proporcional) representativo do desempenho do equipamento até agora: métodos para calcular o desempenho de equipamento em conformidade com o estado real de uso tal como APF (Fator de Desempenho Anual) e IPLV (Valor de Carga Parcial Integrada) como coeficientes de desempenho periódico (COP). Desse modo, o aumento do desempenho é exigido não só sob condições de carga predeterminada tal como operação proporcional, mas também sob condições de operação sob as quais um fator de carga é baixo como em operação de carga parcial ou um fator de carga oscilante.

[0005] Como resultado da consideração dos presentes inventores, confirmou-se que o que será dito a seguir ocorre em um trocador de calor no qual a distribuição da velocidade do vento não é uniforme na direção vertical quando as condições de operação mudam: com a velocidade de fluxo do refrigerante em cada região levada em consideração, a razão mais favorável das taxas de fluxo de refrigerante em que refrigerante deve ser fornecido a cada região de acordo com um fator de carga varia. (Um exemplo do caso acima é um caso em que tal operação de carga parcial que a exigência de capacidade varia é realizada.) Com a tecnologia no documento n° JP-A-2006-336936, a razão da taxa de fluxo de refrigerante para taxa de fluxo de ar pode ser otimizada sob condições de operação predeterminada sob as quais o diâmetro de abertura de cada orifício é ajustado. No entanto, a razão da distribuição da quantidade de refrigerante para cada região é fixa por um orifício e nenhuma consideração é dada para alterar a razão da taxa de fluxo de refrigerante, de acordo com mudanças nas condições de operação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] É um objetivo da invenção, quando a distribuição da velocidade do vento dos trocadores de calor do lado da fonte de calor não é uniforme na direção vertical, tornar possível distribuir, de maneira mais apropriada, refrigerante aos trocadores de calor do lado da fonte de calor mesmo em operação de carga parcial em que a exigência de capacidade varia e para aumentar o coeficiente de desempenho periódico (COP) para um aparelho de ciclo de refrigeração.

[0007] Um aparelho de ciclo de refrigeração da invenção inclui: um compressor; um ventilador para um trocador de calor do lado da fonte de calor; múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor para troca de calor com ar, divididos na direção de altura e agrupados a partir de uma posição próxima ao ventilador para incluir grupos de trocador de calor; uma válvula de expansão; um trocador de calor do lado de uso para a troca de calor com um meio de transferência de calor do lado de uso; um cano de refrigerante o qual conecta sequencialmente o compressor, trocadores de calor do lado da fonte de calor, válvula de expansão e trocador de calor do lado de uso e circula o refrigerante; e um controlador que controla a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor de acordo com um fator de carga.

[0008] De acordo com a invenção, a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor agrupados na direção de altura é controlada de acordo com um fator de carga. Portanto, mesmo em operação de carga parcial em que a exigência de capacidade varia, é possível distribuir mais apropriadamente o refrigerante aos trocadores de calor do lado da fonte de calor com a velocidade de fluxo de refrigerante em cada região levada em consideração. Consequentemente, o coeficiente de desempenho periódico (COP) para um aparelho de ciclo de refrigeração pode ser aprimorado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A Figura 1 é um desenho que ilustra um circuito de refrigerante de uma unidade de refrigeração que mostra uma modalidade da invenção; A Figura 2 é um diagrama esquemático de trocadores de calor do lado da fonte de calor ilustrado na Figura 1; A Figura 3(1) é um desenho que indica a relação entre a posição de altura de um trocador de calor e a razão da taxa de fluxo de refrigerante em um fator de carga; A Figura 3(2) é um desenho que indica a relação entre a posição de altura do trocador de calor e a razão da taxa de fluxo de refrigerante em outro fator de carga; A Figura 3(3) é um desenho que indica a relação entre a posição de altura do trocador de calor e a razão da taxa de fluxo de refrigerante em adicionalmente outro fator de carga; A Figura 3(4) é um desenho que indica a relação entre a posição de altura do trocador de calor e a razão da taxa de fluxo de refrigerante em adicionalmente outro fator de carga; A Figura 4 é uma vista em seção de uma unidade; e A Figura 5 é um desenho que ilustra um circuito de refrigerante de uma unidade de refrigeração, que explica uma terceira modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[00010] Primeiro, uma descrição será dada a respeito dos detalhes de consideração pelos presentes inventores. Quando um ventilador para trocadores de calor do lado da fonte de calor é colocado acima dos trocadores de calor do lado da fonte de calor, a distribuição da velocidade do vento dos trocadores de calor do lado da fonte de calor não é uniforme na direção vertical. Portanto, a razão da taxa de fluxo de ar e da taxa de fluxo de refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor se torna não uniforme e havia casos em que a área de transferência de calor de cada trocador de calor do lado da fonte de calor não podia ser utilizada de maneira eficaz. Nesse caso, a taxa de fluxo de refrigerante é distribuída de modo a implantar o seguinte para tornar igual a razão da taxa de fluxo de ar e a taxa de fluxo de refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor: a taxa de fluxo distribuída de refrigerante se torna maior no lado superior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor com maior taxa de fluxo de ar do que no lado inferior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor com menor taxa de fluxo de ar. Isso torna possível trazer a taxa de fluxo de ar e a taxa de fluxo de refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor para o mesmo nível para aprimorar a eficiência da troca de calor.

[00011] Como resultado da consideração do presente inventor, o que será dito a seguir foi confirmado: quando as condições de operação mudam (no caso de tal operação de carga parcial que a exigência de capacidade muda), a razão mais favorável da taxa de fluxo de refrigerante a ser fornecida a cada região de acordo com um fator de carga difere. As Figuras 3(1) à Figura 3(4) indicam a relação entre a posição da altura dos trocadores de calor e a razão da taxa de fluxo de re-frigerante para fatores de carga individual e mostram o resultado da simulação realizada pelos presentes inventores. Especificamente, os desenhos indicam a razão da taxa de fluxo de refrigerante que flui através de cada trajetória quando o refrigerante é permitido fluir em múltiplas trajetórias (número de trajetórias: 34) dispostas em diferentes alturas sob fatores de carga de 100%, 75%, 50%, e 25%. A simulação teve como base a premissa de que quanto mais alto um trocador de calor é posicionado, maior é a velocidade do vento e quanto mais baixo um trocador de calor é posicionado, menor é a velocidade do vento. Há 34 trajetórias e a razão média da taxa de fluxo de refrigerante é de aproximadamente 0,0294. Quanto mais a razão for maior do que a média, mais a quantidade de refrigerante que flui na trajetória relevante por unidade de tempo é aumentada (ou seja, a velocidade de fluxo de refrigerante é aumentada). Quanto mais a razão for menor do que a média, mais a quantidade de refrigerante que flui na trajetória relevante é reduzida (a velocidade de fluxo de refrigerante é reduzida). Cada eixo geométrico horizontal da Figura 3(1) a Figura 3(4) representa a posição da altura da trajetória em um trocador de calor. A trajetória 1 é a trajetória colocada na porção mais alta e a Trajetória 34 é a trajetória colocada na porção mais baixa. Cada eixo geométrico vertical representa a razão da taxa de fluxo de refrigerante. Em qualquer uma das Figuras. 3(1) à Figura 3(4), a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de refrigerante fluente são maiores em regiões superiores onde a velocidade do vento é maior. Conforme o fator de carga é reduzido, a taxa de fluxo e a velocidade de fluxo de refrigerante são aumentadas em regiões superiores onde a velocidade do vento é maior e a taxa de fluxo e a velocidade de fluxo de refrigerante fluente são reduzidas em regiões inferiores onde a velocidade do vento é menor.

[00012] De acordo com esse resultado, a velocidade de fluxo de refrigerante de todos os trocadores de calor do lado da fonte de calor pode ser aumentada tomando a seguinte medida conforme o fator de carga é reduzido: a razão da taxa de fluxo de refrigerante é aumentada em regiões superiores onde a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de refrigerante são aumentadas mais do que em regiões inferiores onde a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de refrigerante são reduzidos. Co mo o resultado da velocidade de fluxo de refrigerante de todos os trocadores de calor do lado da fonte de calor serem aumentados, a taxa de transferência de calor de todos os trocadores de calor do lado da fonte de calor é aprimorada. Consequentemente, a eficiência da troca de calor dos trocadores de calor do lado da fonte de calor pode ser adicionalmente aprimorada.

[00013] Portanto, por exemplo, quando a velocidade do vento dos trocadores de calor do lado da fonte de calor é maior no lado superior do que no lado inferior, a eficiência da troca de calor pode ser aprimorada tomando a seguinte medida: a taxa de fluxo de refrigerante é distribuída no lado superior de trocadores de calor do lado da fonte de calor com maior taxa de fluxo de ar mais do que no lado inferior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor com menor taxa de fluxo de ar. A razão da taxa de fluxo de ar e da taxa de fluxo de refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor é, desse modo, posta no mesmo nível. Adicionalmente, a taxa de transferência de calor de todos os trocadores de calor do lado da fonte de calor é aprimorada tomando a seguinte medida conforme o fator de carga é reduzido: a razão da taxa de fluxo de refrigerante é aumentada em regiões superiores onde a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de refrigerante são maiores do que em regiões inferiores onde a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de refrigerante são menores. Por essa razão, a eficiência da troca de calor dos trocadores de calor do lado da fonte de calor pode ser adicionalmente aprimorada.

[00014] No caso de carga baixa (Figura 3(4) indica um caso de 25% de carga), conforme indicado pela Figura 3(4), o seguinte ocorre: a velocidade de fluxo de refrigerante permanece baixa em proximidade com a parte mais baixa dos trocadores de calor do lado da fonte de calor e o refrigerante que fluiu não contribui para a troca de calor. No caso de baixa carga, portanto, a seguinte medida é tomada para com bater isso: a razão da taxa de fluxo de refrigerante em regiões superiores onde a taxa de fluxo e velocidade de fluxo de refrigerante são maiores é aumentada; e os demais trocadores de calor em regiões inferiores onde o refrigerante é retido são inutilizados. Isso torna possível usar trocadores de calor com maior velocidade de fluxo de refrigerante para aprimorar uma taxa de transferência de calor e a eficiência da troca de calor. Adicionalmente, é possível evitar o uso de trocadores de calor no lado inferior com menor velocidade de fluxo de refrigerante e que tem refrigerante retido e não contribui com a troca de calor.

[00015] Conforme mencionado acima, o refrigerante pode ser distribuído, de maneira mais apropriada, para trocadores de calor do lado da fonte de calor tomando a seguinte medida mesmo em operação de carga parcial em que a exigência de capacidade muda: a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada região de trocadores de calor é controlada de acordo com um fator de carga.

[00016] Por exemplo, a razão de refrigerante distribuído a cada região é fixa com o uso de um orifício ou similar de modo que seja otimizado sob 100% de carga. Sob 100% de carga, é possível trazer a razão da taxa de fluxo de ar e da taxa de fluxo de refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor para o mesmo nível para aprimorar a eficiência da troca de calor. No entanto, mesmo quando a carga é levada a mudar para 50% de carga, a razão da distribuição de refrigerante para cada região não pode ser alterada e a eficiência da troca de calor não pode ser adicionalmente aprimorada. Quando a carga muda de 100% para 25% de carga, o refrigerante é retido e o refrigerante flui para os trocadores de calor no lado inferior os quais não contribuem para a troca de calor e a eficiência da troca de calor é degradada. Por exemplo, a razão da distribuição de refrigerante para cada região é fixa com o uso de um orifício ou similar de modo que seja otimizada sob 50% de carga. Quando a carga é levada a mudar para 100% de carga, nesse caso, a velocidade de fluxo de refrigerante de trocadores de calor no lado superior é reduzida. Por essa razão, (quando os trocadores de calor do lado da fonte de calor funcionam como um condensador,) o seguinte pode ocorrer em uma trajetória de refrigerante colocada de modo que a velocidade de fluxo de refrigerante seja aumentada: o refrigerante não é completamente condensado e chega na saída de um trocador de calor do lado da fonte de calor.

[00017] Um aparelho de ciclo de refrigeração da invenção inclui: um compressor; um ventilador para trocadores de calor do lado da fonte de calor; múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor para a troca de calor com o ar, divididos na direção da altura e agrupados a partir de uma posição próxima ao ventilador para incluir grupos de trocador de calor; uma válvula de expansão; um trocador de calor do lado de uso para troca de calor com um meio de transferência de calor do lado de uso; um cano de refrigerante que conecta sequencialmente o compressor, trocadores de calor do lado da fonte de calor, válvula de expansão e trocador de calor do lado de uso e circula o refrigerante; e um controlador que controla a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor de acordo com um fator de carga. De acordo com a invenção, a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor agrupados na direção de altura é controlada de acordo com um fator de carga. Portanto, mesmo em operação de carga parcial em que a exigência de capacidade varia, é possível distribuir, de maneira mais apropriada, o refrigerante aos trocadores de calor do lado da fonte de calor com a velocidade de fluxo de refrigerante em cada região levada em consideração. Portanto, é possível aprimorar o coeficiente de desempenho periódico (COP) para um aparelho de ciclo de refrigeração.

[00018] No presente documento, uma descrição será dada em rela- ção a uma primeira modalidade da invenção. A Figura 1 é um diagrama em blocos que ilustra a configuração do circuito de refrigerante de uma unidade de refrigeração. Conforme ilustrado na Figura 1, uma unidade de refrigeração 1 inclui um compressor 2, uma válvula de quatro vias 3 (aparelho de mudança de trajetória de fluxo de refrigerante), trocadores de calor do lado da fonte de calor 4, uma válvula de expansão 5 (dispositivo de redução de pressão), e um trocador de calor do lado de uso 6. Esses dispositivos são conectados sequencialmente através de um circuito de refrigerante 8 para formar um aparelho de ciclo de refrigeração.

[00019] O refrigerante é colocado no circuito de refrigerante 8. Para o refrigerante, único refrigerante HFC, refrigerante misturado HFC, HFO-1234yf, HFO-1234ze, refrigerante natural (por exemplo, refrigerante de CO2), e similar podem ser usados.

[00020] A operação de resfriamento/operação de aquecimento é realizada pelo refrigerante sendo circulado na trajetória de fluxo de ciclo de refrigeração pelo compressor 2. Para 0 compressor 2, um compressor de descarga variável cuja descarga é controlável é usado. Para 0 compressor, tipo pistão, tipo rotativo, tipo espiral, tipo parafuso, tipo centrífugo e similares podem ser usados. A velocidade rotacional do mesmo é variável de velocidade baixa à velocidade alta através do controle de capacidade com base em controle de inversão.

[00021] Os trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 incluindo unidades de trocador de calor do lado da fonte de calor 90A (Referir à Figura 2) causam troca de calor entre 0 ar no lado da fonte de calor e uma trajetória de fluxo de fluido do lado principal 61. Para os trocadores de calor do lado da fonte de calor 4, conforme ilustrado na Figura 2, os trocadores de calor do tipo tubo aleta compreendido de um grande número de aletas similares à placa laminadas 41 e múltiplos canos de transferência de calor 42 que penetram nas aletas, fornecidos em múltiplas etapas são usados. As extremidades abertas dos canos de transferência de calor 42 são conectadas por um cano curvado ou similar para formar um grande número de trajetórias de refrigerante. O refrigerante flui nas trajetórias de refrigerante (trajetória de fluxo de fluido do lado principal 61) e ar é soprado por um ventilador (insuflador de ar) e flui entre as aletas similares à placa laminadas 41. Nos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4, ar e refrigerante trocam calor através das aletas 41 e dos canos de transferência de calor 42. Os trocadores de calor do lado da fonte de calor funcionam como um condensador em operação de resfriamento e funcionam como um evapo- rador em operação de aquecimento.

[00022] Conforme ilustrado na Figura 1, os trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 são dotados de múltiplos ventiladores 95a, 95b, 95c, 95d em correspondência com os múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor.

[00023] O trocador de calor do lado de uso 6 causa troca de calor entre o refrigerante que flui na trajetória de fluxo de fluido do lado principal 61 e um meio de transferência de calor que flui em uma trajetória de fluxo de fluido do lado secundário 62. Para o trocador de calor do lado de uso 6, os seguintes trocadores de calor podem ser usados: um trocador de calor do tipo placa em que a troca de calor é realizada pelo refrigerante e um meio de aquecimento que flui em múltiplos canais de fluxo alternativamente separados por placas; um trocador de calor do tipo casco e tubo; e similar. Embora não mostrado no desenho, o meio de transferência de calor é circulado entre um trocador de calor do lado de carga (por exemplo, sistema de ar condicionado) e um trocador de calor do lado de uso através de um meio de circulação tal como um cano e desse modo gera e recebe calor. O trocador de calor do lado de uso funciona como um evaporador em operação de resfriamento e funciona como um condensador em operação de aquecimento.

[00024] A unidade de refrigeração 1 é equipada com um sensor de temperatura para detectar temperatura de ar externa, temperatura de refrigerante e a temperatura do meio de aquecimento. Um sinal de detecção da temperatura detectada pelo sensor de temperatura é inserido ao controlador. Além disso, a unidade de refrigeração 1 é equipada com um sensor de pressão para detectar a pressão do refrigerante do ciclo de refrigeração. Um sinal de detecção da pressão detectada pelo sensor de pressão é inserido em um controlador 10.

[00025] O controlador 10 determina um modo de operação da unidade de refrigeração 1 de acordo com uma carga exigida e controla o seguinte de acordo com o modo de operação determinado: o estado (abertura) de cada uma das várias válvulas (válvula de quatro vias 3, válvula de expansão 5, válvulas de controle da taxa de fluxo de refrigerante 101 a 103 e 104 a 106), a velocidade rotacional do compressor 2, a velocidade rotacional de cada um dos ventiladores 95a, 95b, 95c, 95d dos trocadores de calor do lado da fonte de calor. Além disso, o controlador 10 é inserido com as quantidades de detecção detectadas pelo sensor de temperatura e o sensor de pressão e controla vários tipos de operação da unidade de refrigeração 1. A unidade de refrigeração 1 controla o estado de operação da unidade de refrigeração de acordo com uma carga exigida e controla o número de voltas e o número de unidades operadas dos ventiladores 95a, 95b, 95c, 95d de acordo com um comando do controlador.

[00026] Uma descrição será dada em relação a um caso em que uma operação de resfriamento é realizada pela unidade de refrigeração 1 tomada como um exemplo. Refrigerante de gás com alta temperatura e alta pressão descarregado do compressor 2 passa através da válvula de quatro vias 3 e um coletor 71 e flui no interior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 que funcionam como um condensador. O refrigerante que flui no interior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 emite calor para o ar externo e é, desse modo, condensado e liquefeito. O refrigerante liquefeito é despressurizado pela válvula de expansão 5 ajustada a uma abertura predeterminada e é transformado em um estado de duas fases de baixa temperatura e baixa pressão de gás e líquido, que flui no interior da trajetória de fluxo do lado principal 61 do trocador de calor do lado de uso 6. O refrigerante que flui no trocador de calor do lado de uso 6 absorve calor do meio de transferência de calor que flui na trajetória de fluxo do lado secundário 62 e é, desse modo evaporado e gasificado. O refrigerante gasificado passa através da válvula de quatro vias 3 e é sugado para o interior do compressor 2 e é então comprimido novamente pelo compressor 2 e é transformado em refrigerante de gás com alta temperatura e alta pressão. Desse modo, o aparelho de ciclo de refrigeração da unidade de refrigeração 1 é formado. O aparelho de ciclo de refrigeração pode também ser levado a funcionar em operação de aquecimento tomando a seguinte medida: o ajuste da válvula de quatro vias 3 é alterado e refrigerante de gás com alta temperatura e alta pressão descarregado do compressor 2 é circulado na direção oposta da direção na operação de resfriamento.

[00027] Nesta modalidade, conforme ilustrado na Figura 1, os trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 incluem grupos de trocador de calor tomando a seguinte medida: os múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor são divididos na direção de altura e os trocadores de calor do lado da fonte de calor divididos na direção de altura são agrupados a partir do lado superior. Ou seja, os trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 incluem grupos de trocador de calor 401,402, 403 formados agrupando os trocadores de calor substancialmente idênticos em altura. Os grupos de trocador de calor respectivamente incluem trajetórias de fluxo de distribuição de refrigerante 81, 82, 83 e trajetórias de fluxo unidas de refrigerante 84, 85, 86. As válvu- las de controle de taxa de fluxo 101 a 106 são fornecidas nas duas extremidades dos grupos de trocador de calor. Uma descrição será dada em relação ao grupo de trocador de calor mais alto 401 tomado como um exemplo. O grupo de trocador de calor 401 é compreendido de quatro trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA1, HB1, HC1, HD1). É dotado da trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante 81 e a válvula de controle de taxa de fluxo 101 no lado a montante e a trajetória de fluxo unida de refrigerante 84 e a válvula de controle de taxa de fluxo 104 no lado a jusante.

[00028] Nesta modalidade, os trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 são divididos em múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor na direção de altura. A área de transferência de calor obtida após a divisão pode ser alterada de altura em altura dos trocadores de calor. Por exemplo, a área da face frontal dos trocadores de calor (HA1, HB1, HC1, HD1) incluindo o grupo de trocador de calor mais alto 401 é ajustada a pelo menos 50% da área da face frontal de todos os trocadores de calor ou acima. Desse modo, o seguinte ocorre através do fornecimento de refrigerante somente aos grupos de trocador de calor superiores (por exemplo, 401 e 402) quando a capacidade de resfriamento exigida é baixa (sob baixa carga): a quantidade de refrigerante que flui no interior dos canos de transferência de calor dos trocadores de calor incluindo os grupos de trocador de calor 401, 402 é aumentada. Por essa razão, a velocidade de fluxo nos canos é aumentada e a taxa de transferência de calor no lado do refrigerante é aprimorada. Como resultado, a troca de calor favorável é realizada e a capacidade exigida pode ser obtida.

[00029] A abertura de cada uma das válvulas de controle da taxa de fluxo 101 a 106 é controlada pelo controlador 10 de acordo com o estado de operação da unidade de refrigeração e uma quantidade mais favorável de refrigerante é distribuída. Em trocadores de calor incluin do um grupo de trocador de calor, por exemplo, o grupo de trocador de calor 401, o refrigerante é distribuído a partir da trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante 81 a HA1, HB1, HC1, HD1 através da 81a, 81b, 81c, 81 d, respectivamente. Os trocadores de calor em um grupo de trocador de calor idêntico são posicionados substancialmente na mesma altura e o lugar de instalação de uma porção ramificada 171a é localizado na mesma altura. Portanto, o refrigerante pode ser distribuído aos trocadores de calor se a influência da cabeça difere. Além disso, a área de transferência de calor eficaz dos trocadores de calor é garantida e a eficiência da operação pode ser aprimorada ajustando a abertura de cada uma das válvulas de controle de taxa de fluxo 101 a 106 de modo que uma quantidade favorável de refrigerante seja distribuída à superfície de aquecimento de cada trocador de calor.

[00030] A Figura 2 é um diagrama esquemático de uma unidade de trocador de calor do lado da fonte de calor 90A de uma unidade de refrigeração. As múltiplas trajetórias de refrigerante dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 são ramificadas a partir de porções ramificadas 171a, 172a, 173a através de canos ramificados 81a, 82a, 83a no lado de entrada de refrigerante dos trocadores de calor e o refrigerante flui no interior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4. Múltiplas trajetórias de refrigerante se encontram em porções unidas 181a, 182a, 183a e são conectados a canos unidos 84a, 85a, 86a no lado de saída de refrigerante dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4.

[00031] A Figura 4 é uma vista em seção de uma unidade 94 em que um ventilador 95 é instalado acima dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4. O ar flui do exterior do invólucro para o interior de grupos de trocador de calor 401, 402, 403 dos trocadores de calor do lado da fonte de calor 4 verticalmente instalados no invólucro da unidade. O ar troca calor com o refrigerante através das aletas dos tro- cadores de calor do lado da fonte de calor e canos de transferência de calor e é então enviado por um ventilador 95 instalado na parte superior do invólucro e flui para fora da unidade. A velocidade do fluxo de ar que passa através dos trocadores de calor é distribuída de uma posição superior para uma posição inferior. Uma descrição mais específica será dada. Em cursos de ar 91, 92 na posição superior próxima ao ventilador 95, a velocidade de fluxo é maior do que uma velocidade de fluxo média de ar e a troca de calor é acelerada. Na posição inferior 93, a velocidade de fluxo de ar é menor do que a velocidade de fluxo média e a troca de calor é reduzida.

[00032] A fim de solucionar isso, mais refrigerante fluente é distribuído no lado superior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor com maior taxa de fluxo de ar do que no lado inferior dos trocadores de calor do lado da fonte de calor com menor taxa de fluxo de ar. Isso torna possível trazer a razão da taxa de fluxo de ar e a taxa de fluxo de refrigerante que passa através dos trocadores de calor do lado da fonte de calor para o mesmo nível e aprimorar a eficiência de troca de calor. Além disso, a razão da taxa de fluxo de refrigerante é aumentada em regiões superiores mais do que em regiões inferiores. Nas regiões superiores, a taxa de fluxo e a velocidade de fluxo de refrigerante são aumentadas com a redução no fator de carga e nas regiões inferiores, a taxa de fluxo e a velocidade de fluxo de refrigerante são reduzidas. Como resultado, a taxa de transferência de calor de todos os trocadores de calor do lado da fonte de calor é aprimorada e, desse modo, a eficiência da troca de calor dos trocadores de calor do lado da fonte de calor pode ser adicionalmente aprimorada.

[00033] Sob baixa carga, a velocidade de fluxo de refrigerante permanece baixa em proximidade com a parte mais baixa dos trocadores de calor do lado da fonte de calor e o refrigerante que fluiu não contribui com a troca de calor. Portanto, a seguinte medida pode ser toma da: a razão da taxa de fluxo de refrigerante é aumentada em regiões superiores onde a taxa de fluxo e a velocidade de fluxo de refrigerante são altas e trocadores de calor em regiões inferiores onde refrigerantes são retidos são inutilizados. Isso torna possível usar trocadores de calor com maior velocidade de fluxo de refrigerante para aumentar uma taxa de transferência de calor e aprimorar a eficiência da troca de calor. Além disso, é possível evitar o uso de trocadores de calor inferiores com menor velocidade de fluxo de refrigerante e que não contribu-em com a troca de calor por causa da retenção de refrigerante.

[00034] Conforme descrito até esse ponto, a seguinte medida é tomada em um aparelho de ciclo de refrigeração (unidade de refrigeração) nesta modalidade: múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor são divididos na direção da altura e os trocadores de calor do lado da fonte de calor divididos na direção de altura são agrupados a partir do lado superior para incluir grupos de trocador de calor; e de acordo com a carga no trocador de calor do lado de uso, a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor é controlada. Como resultado, a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor agrupados na direção de altura é controlada de acordo com a carga no trocador de calor do lado de uso. Por essa razão, mesmo em operação de carga parcial em que a exigência de capacidade varia, o refrigerante pode ser mais apropriadamente distribuído aos trocadores de calor do lado da fonte de calor com a velocidade de fluxo de refrigerante em cada região levada em consideração. Portanto, o coeficiente de desempenho periódico (COP) para um aparelho de ciclo de refrigeração pode ser aprimorado.

[00035] Uma descrição será dada em relação a uma segunda modalidade da invenção. Nessa modalidade, os grupos de trocador de calor são usados conforme segue de acordo com o fator de carga do aparelho de ciclo de refrigeração: são usados a partir do grupo de trocador de calor 401 colocado na posição mais alta entre os grupos de trocador de calor agrupados na direção de altura na primeira modalidade. No grupo de trocador de calor 403 que não é usado, o refrigerante é descarregado do grupo de trocador de calor 403 e os outros grupos de trocador de calor 401, 402 são usados para operar o apare-lho de ciclo de refrigeração.

[00036] Conforme indicado nas Figuras 3(1) a 3(4), o seguinte ocorre quando a distribuição da velocidade do vento dos trocadores de calor do lado da fonte de calor é maior no lado superior do que no lado inferior: a velocidade de fluxo de refrigerante é maior em trocadores de calor do lado da fonte de calor superiores. No caso de 25% de carga, a velocidade de fluxo de refrigerante é baixa em proximidade com a parte mais baixa dos trocadores de calor do lado da fonte de calor e o refrigerante é retido. O refrigerante que fluiu não contribui para a troca de calor.

[00037] Portanto, a seguinte medida é tomada em um aparelho de ciclo de refrigeração nesta modalidade: de acordo com o fator de carga do aparelho de ciclo de refrigeração, os grupos de trocador de calor agrupados na direção de altura são seletiva e sequencialmente usados a partir do grupo de trocador de calor 401 colocados na posição mais alta. Conforme mencionado acima, os grupos de trocador de calor agrupados na direção de altura são sequencialmente usados a partir do grupo de trocador de calor colocado na posição mais alta. Quando isso é feito em condições de operação em que o fator de carga do aparelho de ciclo de refrigeração é baixo, as seguintes vantagens são trazidas: um trocador de calor com maior velocidade de fluxo de refrigerante pode ser usado para aumentar uma taxa de transferência de calor e aprimorar a eficiência de troca de calor. Além disso, é possível evitar o uso de um grupo de trocador de calor com menor velocidade de fluxo de refrigerante e não contribui com a troca de calor por causa da retenção de refrigerante.

[00038] Em um aparelho de ciclo de refrigeração nesta modalidade, em relação a um grupo de trocador de calor que não é usado, o refrigerante é descarregado do grupo de trocador de calor e os outros grupos de trocador de calor são usados para operar o aparelho de ciclo de refrigeração. Em um grupo de trocador de calor com menor velocidade de fluxo de refrigerante, o refrigerante é retido e não contribui para a troca de calor. Se o refrigerante é deixado retido nesse grupo de trocador de calor que não contribui com a troca de calor, a quantidade de refrigerante que circula nos outros grupos de trocador de calor que contribuem para operação é reduzido e a eficiência da troca de calor será degradada. Se a quantidade de refrigerante colocada antecipadamente para evitar isso, será necessário preencher o aparelho de ciclo de refrigeração com refrigerante desnecessário em excesso de refrigerante essencialmente necessário. Quando o refrigerante é descarregado de um grupo de trocador de calor que não é usado e os outros grupos de trocador de calor são usados para operar um aparelho de ciclo de refrigeração como nesta modalidade, as seguintes vantagens são trazidas: a quantidade de refrigerante colocada no aparelho de ciclo de refrigeração pode ser otimizada e a degradação na eficiência da troca de calor pode ser evitada.

[00039] Uma descrição concreta será fornecida com referência à Figura 1. Na unidade de refrigeração 1, a válvula de controle de taxa de fluxo 103 da trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante 83 é fechada e a abertura da válvula de expansão 5 é reduzida e a operação é realizada durante um certo tempo. A pressão nos trocadores de calor incluindo o grupo de trocador de calor 403 é reduzida e torna menor do que a pressão obtida quando a exigência de capacidade é encontrada. A quantidade de refrigerante que permanece nos trocado- res de calor é, desse modo, reduzida. Subsequentemente, a válvula de controle de taxa de fluxo 106 da trajetória de fluxo unida de refrigerante 86 é fechada para interromper o fornecimento de refrigerante ao grupo de trocador de calor 403. Portanto, a operação de resfriamento de acordo com a exigência de capacidade é realizada. O refrigerante flui no interior dos grupos de trocador de calor 401, 402 e realiza a troca de calor. No entanto, a distribuição de refrigerante ao grupo de tro-cador de calor 401 e o grupo de trocador de calor 402 é realizado ajustando a abertura de cada uma das válvulas de controle de taxa de fluxo 101, 102.

[00040] Conforme mencionado acima, o seguinte pode ser implantado através do desuso dos trocadores de calor (HA3, HB3, HC3, HD3) na parte inferior: a quantidade de refrigerante que flui no interior dos canos de transferência de calor dos trocadores de calor incluindo os grupos de trocador de calor 401,402 é aumentada; consequentemente, a velocidade de fluxo nos canos é aumentada e uma taxa de transferência de calor do lado do refrigerante é aprimorada e a troca de calor favorável é realizada.

[00041] O desuso dos trocadores de calor (HA3, HB3, HC3, HD3) na parte inferior torna possível evitar o refrigerante de ficar retido nos trocadores de calor na parte inferior e otimizar a quantidade de refrigerante colocada no sistema da unidade de refrigeração. No geral, a quantidade de refrigerante colocada em uma unidade de refrigeração é baseada na capacidade volumétrica do ciclo de refrigeração de modo que a capacidade exigida do sistema em operação de resfriamento e em operação de aquecimento é encontrada. Em operação de resfriamento, um trocador de calor ar (trocador de calor do lado da fonte de calor) atua como um condensador e resfria e liquefaz refrigerante em um estado de gás superaquecido. Na saída do trocador de calor, múltiplos canos de refrigerante que saem de cada trajetória se unem com as porções unidas 181a, 182a, 183a. (Referir à Figura 2.) Por exemplo, quando uma porção unida 181a é posicionada mais alta do que a saída da trajetória do trocador de calor relevante, o refrigerante líquido é, às vezes, retido no cano da saída da trajetória do trocador de calor para a porção unida e o refrigerante se torna difícil de fluir. Já que a quantidade de refrigerante que flui através uma trajetória é reduzida, esse estado é proeminente sob condições de carga baixa. O refrigerante é retido em uma trajetória na parte inferior de um trocador de calor e uma área de transferência de calor não é mais usada de maneira eficaz. O refrigerante retido não circula no ciclo de refrigeração e permanece no trocador de calor. Por essa razão, é exigido aumentar a quantidade de refrigerante inserido para alcançar condições de ciclo em correspondência com a exigência de capacidade. Isso leva a uma quantidade excessiva de refrigerante inserido e esse é um elemento minoritário em termos de custo e carga ambiental.

[00042] O desuso dos trocadores de calor (HA3, HB3, HC3, HD3) na parte inferior conforme esta modalidade torna possível implantar o seguinte: o refrigerante é impedido de ficar retido em um trocador de calor e uma área de transferência de calor favorável é garantida sob condições de operação correspondentes a um fator de carga. Portanto, a eficiência da troca de calor sob carga baixa é aprimorada e a eficiência de operação pode ser aprimorada.

[00043] Uma descrição será dada em relação a uma terceira modalidade da invenção com referência à Figura 5. Diferente do circuito de distribuição de refrigerante na primeira modalidade ilustrada na Figura 1, a seguinte medida é tomada: cada uma das trajetórias de fluxo de distribuição de refrigerante 81, 82, 82 é ramificada em duas trajetórias de fluxo em porções ramificadas A, B, C; e, portanto, cada trajetória de fluxo é adicionalmente ramificada em duas em uma porção ramificada D e uma porção ramificada G, uma porção ramificada E e uma porção ramificada H, e uma porção ramificada F e uma porção ramificada I. Fornecendo uma válvula de regulagem da taxa de fluxo em cada trajetória de fluxo ramificada torna possível controlar a taxa de fluxo de refrigerante para um trocador de calor específico entre as taxas de fluxo de refrigerante distribuídas to grupos de trocador de calor.

[00044] Em cada modalidade acima, a seguinte medida pode ser tomada em relação ao diâmetro do cano das trajetórias de fluxo de distribuição de refrigerante 81, 82, 83 aos grupos de trocador de calor 401,402, 403: o diâmetro do cano da trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante 81 ao grupo de trocador de calor 401 na posição superior é ajustada a um valor grande; o diâmetro do cano da trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante 81 ao grupo de trocador de calor 402 na posição do meio é ajustado a um valor médio; e o diâmetro do cano da trajetória de fluxo de distribuição de refrigerante 83 ao grupo de trocador de calor 403 na posição inferior é ajustado a um valor pequeno. Com essa configuração, a perda de pressão difere dependendo do diâmetro do cano quando o refrigerante flui. Portanto, é possível tornar grande a quantidade de refrigerante fornecida ao grupo de trocador de calor 401 na posição superior e tornar pequena a quantidade de refrigerante fornecida ao grupo de trocador de calor 403 na posição inferior. O grupo de trocador de calor superior com grande diâmetro de cano é abastecido com mais refrigerante do que o grupo de trocador de calor inferior. Por essa razão, quando a distribuição da velocidade do vento dos trocadores de calor do lado da fonte de calor é maior no lado superior do que no lado inferior, o refrigerante é fornecido de acordo com a distribuição da velocidade do vento. Isso torna possível conter a redução na quantidade de troca de calor causada pela não uniformidade da distribuição da velocidade do vento e contribui com o aprimoramento do coeficiente de desempenho (COP).

[00045] Na descrição de cada modalidade acima, um aparelho de ciclo de refrigeração nessa modalidade é aplicado à unidade de refrigeração 1 (unidade de esfriamento) (água)) que fornece um meio de aquecimento cujo calor é trocado através de um trocador de calor do lado de uso 6 para equipamento do lado de carga (não mostrado). Em vez disso, o aparelho de ciclo de refrigeração nessa modalidade pode também ser aplicado a um ar condicionado ou similar.

Claims

1. Aparelho de ciclo de refrigeração que compreende: um compressor (2); uma pluralidade de ventiladores (95a, 95b, 95c, 95d) para trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD); uma pluralidade de trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD) que trocam calor com o ar; uma válvula de expansão (5); um trocador de calor do lado de uso (6) que troca calor com um meio de transferência de calor do lado de uso; um cano de refrigerante que conecta sequencialmente o compressor (2), os trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD), a válvula de expansão (5) e o trocador de calor do lado de uso (6) e circula o refrigerante; e um controlador (10), caracterizado pelo fato de que: cada um dos trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD) é provido com um ventilador (95a, 95b, 95c, 95d) correspondente, cada um dos trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD) é dividido ao longo da direção da altura em múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA1, HA2, HA3, HB1, HB2, HB3, HC1, HC2, HC3, HD1, HD2, HD3), os múltiplos trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA1, HA2, HA3, HB1, HB2, HB3, HC1, HC2, HC3, HD1, HD2, HD3) divididos são agrupados a partir de uma posição próxima aos ventiladores (95a, 95b, 95c, 95d) em grupos de trocador de calor (401, 402, 403) agrupados na direção da altura, e o controlador (10) é configurado para controlar a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de troca- dor de calor (401, 402, 403) de acordo com uma capacidade de resfriamento requerida do aparelho de ciclo de refrigeração.

2. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (10) é configurado para aumentar a razão de refrigerante que flui no interior do grupo de trocador de calor (401,402, 403) com maior velocidade de vento com redução na capacidade de resfriamento requerida do aparelho de ciclo de refrigeração.

3. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (10) é configurado para aumentar a razão de refrigerante que flui no interior do grupo de trocador de calor (401,402, 403) com maior velocidade de vento e para aumentar a razão de refrigerante que flui no interior do grupo de trocador de calor (401, 402, 403) com maior velocidade de vento com redução na capacidade de resfriamento requerida do aparelho de ciclo de refrigeração.

4. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ventiladores (95a, 95b, 95c, 95d) são colocados acima dos trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD) correspondentes, e em que o controlador (10) é configurado para aumentar a razão de refrigerante que flui no interior do grupo de trocador de calor (401, 402, 403) colocado em uma posição superior com redução na capacidade de resfriamento requerida do aparelho de ciclo de refrigeração.

5. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ventiladores (95a, 95b, 95c, 95d) são colocados acima dos trocadores de calor do lado da fonte de calor (HA, HB, HC, HD) correspondentes, e em que o controlador (10) é configurado para aumentar a razão de refrigerante que flui no interior do grupo de trocador de calor (401, 402, 403) colocado em uma posição superior e aumenta a razão de refrigerante que flui no interior do grupo de trocador de calor (401, 402, 403) colocado em uma posição superior com redução na capacidade de resfriamento requerida do aparelho de ciclo de refrigeração;

6. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os grupos de trocador de calor (401, 402, 403) são, cada um, fornecidos no lado de influxo do refrigerante com um controlador de influxo, e em que o controlador (10) é configurado para controlar os controladores de influxo para controlar a quantidade de refrigerante que flui no interior de cada um dos grupos de trocador de calor (401, 402, 403).

7. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que conforme a capacidade de resfriamento requerida do aparelho de ciclo de refrigeração é aumentada, os grupos de trocador de calor (401,402, 403) são sequencialmente usados a partir do grupo de trocador de calor (401, 402, 403) colocado na posição mais alta para operar o aparelho de ciclo de refrigeração.

8. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o aparelho de ciclo de refrigeração é operado com refrigerante descarregado do grupo de trocador de calor (401, 402, 403) que não é usado.

9. Aparelho de ciclo de refrigeração, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que em que os grupos de trocador de calor (401, 402, 403) são, cada um, dotados de um controlador de influxo no lado de influxo de refrigerante e um controlador de escoamento no lado de escoamento de refrigerante, e em que com o compressor (2) acionado, o controlador de influxo é colocado em um estado fechado e depois o controlador de escoamento é colocado em um estado fechado, sendo que o refrigerante é, desse modo, descarregado dos grupos de trocador de calor (401,402, 403) que não são usados.

10. Unidade de refrigeração caracterizada pelo fato de que é equipada com o aparelho de ciclo de refrigeração conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

11. Ar condicionado caracterizado pelo fato de que é equipado com o aparelho de ciclo de refrigeração conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.