BR112017021772B1

BR112017021772B1 - Unidade compressora, unidade de fonte de calor, e condicionador de ar

Info

Publication number: BR112017021772B1
Application number: BR112017021772-4A
Authority: BR
Inventors: Frans BAETENS; Pieter PIRMEZ; Jan VANOOTEGHEM
Original assignee: Daikin Europe, N.V.; Daikin Industries, Ltd
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2023-03-14
Also published as: JP2019152430A; BR112017021772A2; AU2019240679B2; AU2016249049A1; CN108488946A; CN107532807B; US20180209669A1; AU2016249049B2; BR122018004646A2; JP2018511771A; US20180128505A1; AU2018202225B2; AU2018202225A1; WO2016166988A1; AU2019240679A1; JP2020041797A; BR122018004646B1; JP2018084410A; CN107532807A; EP3081881A8

Abstract

UNIDADE COMPRESSORA, UNIDADE DE FONTE DE CALOR, E CONDICIONADOR DE AR. A presente invenção sugere uma unidade compressora para um condicionador de ar compreendendo um compressor (37) disposto em um primeiro invólucro (44), e primeira e segunda portas de unidade trocadora de calor de fonte de calor (42, 43) configuradas para ligar a unidade compressora à um trocador de calor de fonte de calor (5) de uma unidade trocadora de calor de fonte de calor (31) do condicionador de ar, o trocador de calor de fonte de calor sendo disposto em um segundo invólucro (2) separado do primeiro invólucro, e sendo configurado para troca de calor com uma fonte de calor, primeira e segunda portas de unidade interna (46, 47) configuradas para ligar a unidade compressora à um trocador de calor interno (53) de pelo menos uma unidade interna (50) do condicionador de ar, uma primeira tubulação de refrigerante (49) fluidamente ligando a primeira porta da unidade trocadora de calor de fonte de calor (43) e a primeira porta de unidade interna (46), e um trocador de calor de subresfriamento (40) disposto no interior do primeiro invólucro, e fluidamente ligado à primeira tubulação de refrigerante para transferência de calor com o refrigerante a ser escoado através da primeira tubulação de refrigerante.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção se relaciona a condicionadores de ar e, particularmente, condicionadores de ar usando ar exterior ou água de circulação como fonte de calor. Tais condicionadores de ar podem também serem denominados bombas de calor. Adicionalmente, os condicionadores de ar podem ser usados para resfriamento e/ou aquecimento de um espaço a ser condicionado. Mais particularmente, a presente invenção se relaciona a uma unidade compressora tal qual condicionador de ar, e uma unidade de fonte de calor de tal condicionador de ar.

Técnica Antecedente

[002] Geralmente falando, os condicionadores de ar consistem de uma ou mais unidades externas e uma ou maus unidade internas ligadas via uma tubulação de refrigerante. As unidades externa e unidade internas cada uma compreende um trocador de calor para, por um lado, trocar calor com a fonte de calor e, por outro lado, trocar calor com o espaço a ser condicionado. As unidades externas dos condicionadores de ar são, em muitos casos, instaladas no exterior de um edifício, por exemplo, no telhado, ou na fachada. Isto, contudo, tem, sob certas circunstâncias, percebido desvantagens de um ponto de vista estético. Portanto, o EP 2 108 897 Al sugere integrar a unidade externa em um teto do edifício, de modo a ser ocultado no mesmo, e não ser perceptível a partir do exterior do edifício.

[003] Ainda, a unidade externa sugerida neste documento tem certas desvantagens. Um aspecto negativo é que a unidade externa produz ruídos que podem ser percebidos distúrbios pelos indivíduos no interior do edifício. Um segundo aspecto negativo é a instalação e manutenção, devido à unidade externa ser relativamente pesada, e devido à sua construção requerer um espaço de instalação relativamente grande com relação à sua altura.

Lista de Citação Literatura de Patente

[004] PTL 1: EP 2 108 897 Al

Resumo da Invenção Problema Técnico

[005] Para superar estes problemas, a requerente do presente pedido considerou a divisão da unidade de fonte de calor em uma unidade compressora e uma unidade trocadora de calor de fonte de calor. Adicionalmente, alguns equipamentos requerem a integração de uma estação de subresfriamento no circuito de refrigerante para aumentar a eficiência. Ainda, a integração de uma seção de subresfriamento em uma unidade de fonte de calor dividida pode requerer mais tubulação entre a unidade trocadora de calor de fonte de calor e a unidade compressora, bem como a unidade interna que conduz a uma instalação mais complicada e custos de instalação mais altos. Em adição, muitas tubulações através das quais refrigerante gasoso escoa, são requeridas. Tal tubulação é mais custosa devido à um diâmetro requerido maior e, consequentemente, mais material. Além disso, mis tempo é necessário para instalação. Finalmente, uma perda de efeito pode ser reconhecida se a tubulação para refrigerante gasoso entre a unidade compressora e a unidade trocadora de calor de fonte de calor torna-se muito longa. As desvantagens acima foram reconhecidas quando da disposição do trocador de calor de subresfriamento próximo ao trocador de calor de fonte de calor, isto é, na unidade trocadora de calor de fonte de calor.

Solução para o Problema

[006] Consequentemente, um objetivo que a presente invenção pretende solucionar é proporcionar uma unidade compressora, de preferência, como parte da unidade de fonte de calor acima descrita, bem como uma unidade de fonte de calor tendo tal uma unidade compressora, que são capazes de reduzir a tubulação e, particularmente, a tubulação para refrigerante gasoso para conexão das várias unidades a um mínimo, mesmo se uma seção de subresfriamento é integrada, as-segurando, desse modo, facilidade de instalação e custos de instalação mais baixos.

[007] Este objetivo é solucionado por uma unidade compressora, de acordo com a reivindicação 1, ou uma unidade de fonte de calor, de acordo com a reivindicação 5. Concretizações da invenção são denominadas nas reivindicações dependentes, na seguinte descrição, e nos desenhos acompanhantes.

[008] De acordo com um aspecto, uma unidade compressora para um condicionador de ar, é sugerida. O condicionador de ar é configurado para condicionar um espaço, tal como um ambiente interior do edifício esteja aquecendo ou resfriando. A unidade compressora compreende um compressor disposto em um primeiro invólucro. Consequentemente, o primeiro invólucro está acomodando o compressor e, de preferência, encapsulando o compressor. Adicionalmente, um segundo isolamento de som pode ser provido no interior ou no exterior do invólucro para evitar ruídos produzidos pelo compressor de serem transferidos ao ambiente em que a unidade compressora é instalada. Adicionalmente, a uma primeira e segunda portas de fonte de calor são providas e, de preferência, acessíveis a partir do exterior do invólucro para fácil conexão. As primeira e segunda portas de fonte de calor são configuradas para ligar o compressor a um trocador de calor de fonte de calor de uma unidade de fonte de calor do condicionador de ar por meio de uma tubulação de refrigerante. As primeira e segunda portas de fonte de calor podem ser de qualquer tipo capaz de ligar uma tubulação de refrigerante ao compressor, tal como uma tubulação aberta em uma extremidade, e tendo uma rosca externa na extremidade. Ainda, também os assim denominados conectores de auto vedação ou fixadores rápidos podem ser usados. Em muitos casos, contudo, devido aos regulamentos, pode-se usar conexões hábeis ou estufadas. O trocador de calor de fonte de calor é disposta em um segundo invólucro separada do primeiro invólucro e configurada para trocar calor com uma fonte de calor. "Separada" neste contexto significa que os invólucros representam montagens ou unidades separadas, e não devem envolver que um invólucro é disposto no interior de outro invólucro. Em uma concretização particular, a unidade trocadora de calor de fonte de calor é ar exterior (isto é, ar exterior do edifício) como fonte de calor. Para esta proposta, é preferido que o segundo invólucro tenha uma primeira conexão em um lado do trocador de calor, e uma segunda conexão em um lado oposto do trocador de calor. As primeira e segunda conexões são, de preferência, ligadas à dutos fluidamente comunicados com o exterior do edifício, de modo que ar exterior pode passar no primeiro trocador de calor. Além disso, uma unidade compressora compreende uma primeira e segunda portas de unidade interna configuradas para ligar o compressor a um trocador de calor interno de pelo menos uma unidade interna do condicionador de ar pela tubulação de refrigerante. As primeira e segunda portas de unidade interna podem ser do mesmo ou de tipo diferente como as primeira e segunda portas de fonte de calor. Adicionalmente, a unidade compressora compreende uma primeira tubulação de refrigerante, de preferência, disposta no interior do primeiro invólucro. A primeira tubulação de refrigerante liga fluidamente a primeira porta de fonte de calor e a primeira porta de unidade interna. Consequentemente, a primeira porta de fonte de calor e a primeira porta de unidade interna são usadas para ligar fluidamente a unidade trocadora de calor de fonte de calor a uma ou mais unidades internas usando a tubulação de refrigerante. Mesmo embora a conexão entre a unidade trocadora de calor de fonte de calor e a unidade interna possa ser feita, um aspecto sugere ligar estas unidades, via a unidade compressora, de modo que parte da tubulação de refrigerante que liga estas unidades passa através do primeiro invólucro da unidade compressora. Além disso, um trocador de calor de subresfriamento é disposto no interior do primeiro invólucro, e fluidamente ligado à primeira tubulação de refrigerante, para que refrigerante de subresfriamento seja escoado através da primeira tubulação de refrigerante. Devido à primeira tubulação de refrigerante estar passando através do primeiro invólucro, o trocador de calor de subres- friamento pode ser integrado no condicionador de ar sem uma tubulação de refrigerante gasoso adicional ser necessária para ligar a unidade compressora e a unidade trocadora de calor de fonte de calor, e, particularmente, o trocador de calor de fonte de calor e o lado de sucção do compressor que passa no trocador de calor de subresfriamen- to. Esta tubulação de refrigerante gasoso longa adicional é integrada na unidade compressora e, portanto, muito mais curta, visto que menos material é requerido, e menos tempo de instalação necessário. Portanto, facilidade de instalação é obtida, e os custos de instalação são reduzidos.

[009] De acordo com uma concretização, a unidade compressora adicionalmente compreende uma segunda tubulação de refrigerante. A segunda tubulação de refrigerante fluidamente comunica ou liga a segunda porta de fonte de calor e a segunda porta de unidade interna. O compressor e, de preferência, uma válvula de 4 vias, são interpostos entre a segunda porta de fonte de calor e a segunda porta de unidade interna ou, mais particularmente, na segunda tubulação de refrigerante que liga estas portas. Um acumulador pode ser incluído no lado de sucção do compressor. Além disso, uma passagem de bypass é ligada à segunda tubulação de refrigerante no lado de sucção do compressor entre o compressor e a válvula de 4 vias, e o trocador de calor de sub- resfriamento é fluidamente ligado à passagem de bypass para transferência de calor entre o refrigerante que escoa na linha de by-pass, e refrigerante que escoa através da primeira tubulação de refrigerante. Consequentemente, toda tubulação relacionada à unidade de subres- friamento é uma contida no primeiro invólucro, de modo que em uma concretização, somente quatro portas são requeridas na unidade compressora. Para ligar a unidade compressora, a unidade trocadora de calor de fonte de calor, e uma unidade interna. Em particular, uma rota adicional entre a unidade trocadora de calor de fonte de calor e a unidade interna pode ser evitada por colocação do trocador de calor de subresfriamento na unidade compressora, e volteando a tubulação de refrigerante que liga o módulo de trocador de calor de fonte de calor à unidade interna através da unidade compressora. Uma vantagem adicional de dispor o trocador de calor de subresfriamento no módulo de compressor é que uma tubulação de grande diâmetro usualmente requer que fluxo de refrigerante gasoso possa ser evitado.

[0010] De acordo com um aspecto, a unidade compressora não compreende uma válvula de expansão principal do condicionador de ar. A "válvula de expansão principal" de um condicionador de ar é definida como aquela válvula de expansão através da qual a quantidade total de refrigerante no circuito de refrigerante passe durante resfriamento.

[0011] No aquecimento, a válvula de expansão principal define o superaquecer após o trocador de calor de fonte de calor. No resfriamento, a válvula de expansão principal está sempre completamente aberta para evitar uma alta queda de pressão. No resfriamento, a quantidade total de refrigerante passa na válvula de expansão principal. No aquecimento, a quantidade de refrigerante é separada entre o fluxo através do trocador de calor de subresfriamento e o trocador de calor de fonte de calor.

[0012] Na operação de aquecimento, uma queda de pressão relativamente grande existe devido à tubulação de refrigerante relativamente longa que liga o trocador de calor de subresfriamento ao trocador de calor de fonte de calor. Devido à válvula de expansão principal não ser disposta na unidade compressora, uma queda de pressão do refrigerante entre a unidade compressora e a unidade trocadora de calor de fonte de calor pode ser compensada, e ruído de fluxo de duas fases é reduzido.

[0013] De acordo com uma concretização, a unidade compressora pode compreender um separador de óleo localizado no lado de descarga do compressor entre o compressor e uma (a) válvula de 4 vias.

[0014] De acordo com outro aspecto, uma unidade de fonte de calor para um condicionador de ar é sugerida, que compreende uma unidade compressora e uma unidade trocadora de calor de fonte de calor acima descritas. A unidade trocadora de calor de fonte de calor tem um trocador de calor de fonte de calor disposto no segundo invólucro separado do primeiro invólucro, conforme descrito acima. O trocador de calor de fonte de calor é configurado para trocar calor com uma fonte de calor particularmente um ar exterior, e é fluidamente ligado ou comunicado à unidade compressora, via a primeira e segunda porta de fonte de calor. Neste contexto, e devido à conexão da primeira porta de fonte de calor e da primeira porta de unidade interna pela primeira tubulação de refrigerante, a conexão da unidade trocadora de calor de fonte de calor e da unidade interna está em loop através da unidade compressora (primeiro invólucro). Desse modo, é possível integrar a unidade de subresfriamento na unidade compressora sem uma tubulação adicional requerida para conectar a unidade compressora com a unidade trocadora de calor de fonte de calor.

[0015] Conforme descrito anteriormente, a válvula de expansão principal do condicionador de ar é disposta no segundo invólucro, isto é, na unidade trocadora de calor de fonte de calor. Consequentemente, a queda de pressão entre a unidade compressora e a unidade trocadora de calor de fonte de calor é mantida a mais baixa possível, e ruídos de fluxo de duas fases podem ser evitados.

[0016] Conforme previamente indicado, uma ou mais unidades internas podem ser fluidamente ligadas ou comunicadas à unidade compressora, via a primeira e segunda porta de unidade interna. Neste contexto, a primeira porta de unidade interna serve para a conexão da unidade interna e, particularmente, um trocador de calor interno à unidade trocadora de calor de fonte de calor, e, particularmente, o trocador de calor de fonte de calor. A segunda porta de unidade interna serve para ligar a unidade interna e, particularmente, o trocador de calor interno à segunda tubulação de refrigerante e, consequentemente, o compressor. Se mais do que uma unidade interna é provida, as unidades internas podem ser ligadas em paralelo.

[0017] Características e efeitos adicionais da unidade de fonte de calor podem ser obtidos a partir da seguinte descrição das concretizações. Na descrição destas concretizações, referência é feita aos desenhos acompanhantes.

Breve Descrição dos Desenhos

[0018] [fig.l] A Figura 1 mostra um diagrama de circuito esquemático de um condicionador de ar,

[0019] [fig.2] A Figura 2 mostra um esboço esquemático do condi cionador de ar mostrado na figura 1 instalado em um edifício,

[0020] [fig.3] A Figura 3 mostra uma vista em perspectiva de uma unidade trocadora de calor de fonte de calor,

[0021] [fig.4] A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva de uma unidade compressora,

[0022] [fig.5] A Figura 5 mostra um corte longitudinal da unidade trocadora de calor de fonte de calor da figura 3, e

[0023] [fig.6] A Figura 6 mostra um diagrama de circuito esquemá tico de um condicionador de ar de acordo com uma variação da configuração mostrada na Figura 1.

Descrição das Concretizações

[0024] A Figura 1 mostra o diagrama de circuito de um condicionador de ar. O condicionador de ar tem uma unidade de fonte de calor 30 compreendendo uma unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 e uma unidade compressora 32.

[0025] A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 compreende um trocador de calor 5 que consiste de um elemento de trocador de calor superior 6 e um elemento de trocador de calor inferior 7 que estão posicionados relativos entre si para formar a forma de um "V" em uma vista lateral ou vista em corte transversal (ver figura 5). A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 adicionalmente compreende a válvula de expansão principal 33 do circuito de refrigerante. Conforme torna-se aparente da figura 1, a quantidade total de refrigerante contida no circuito também passa na válvula de expansão principal 33 durante resfriamento. Em outras palavras, a quantidade total de refrigerante distribuída ou suprida a partir do compressor 37 escoa através da válvula de expansão principal 33 durante resfriamento.

[0026] A unidade trocadora de calor de fonte de calor é também mostrada em maiores detalhes nas figuras 3 e 5.

[0027] As Figuras 3 e 5 mostram uma unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 que pode ser parte da unidade de fonte de calor 30.

[0028] A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 compreende um invólucro 2 (segundo invólucro) sendo configurado para conexão a um duto de ar exterior de um condicionador de ar. Em particu- lar, a unidade trocadora de calor de fonte de calor é configurada como uma unidade "exterior" de um condicionador de ar que é, contudo, disposta dentro particularmente dentro do limite máximo de um edifício. Consequentemente, uma primeira conexão 3 é provida no invólucro 2 para conexão a um duto de comunicação de ar da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 com o exterior do edifício, e desse modo, para capacitar a tomada de ar exterior no invólucro 2. Uma conexão 4 (Ver Figura 5), provida para a conexão da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 ao duto de ar novamente conduzindo ao exterior do edifício, e para capacitar a exaustão de ar tendo passado no troca-dor de calor 5 para o exterior, é disposta na extremidade oposta do invólucro 2.

[0029] O invólucro 2 é substancialmente retangular e plana, significando que a altura H é uma menor do que a largura W e o comprimento L. Em uma concretização, a altura H não é maior do que 50 cm, de preferência, não maior do que 45 cm, mais preferido não maior do que 40 cm e, mais preferido, não maior do que 35 cm.

[0030] A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 adicionalmente compreende um trocador de calor 5 (trocador de calor de fonte de calor) que é também visível na figura 3. Contudo, a configuração do trocador de calor 5 pode ser melhor vista da figura 5. A Figura 5 também representa uma vista lateral do trocador de calor 5 no sentido do presente pedido.

[0031] O trocador de calor 5 compreende um elemento de trocador de calor superior 6 e um elemento de trocador de calor inferior 7. Ambos os elementos de trocador de calor superior e inferior 6, 7 são planos ou em forma planar, e são posicionados com um ângulo α encerrado entre os mesmos. Conforme melhor visível da figura 1, os elementos de trocador de calor superior e inferior 6, 7 são fluidamente ligados em paralelo à tubulação de refrigerante. Consequentemente, o trocador de calor 5 tem uma forma de V no qual o "V" é orientado hori-zontalmente. Uma linha CL que passa no ápice 8 do "V" é orientada horizontalmente, que é ao longo da extensão de comprimento L da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31. A linha CL é também a linha de centro do trocador de calor 5, ou para pôr diferentemente uma linha de simetria com relação aos elementos de trocador de calor 6, 7.

[0032] O trocador de calor 5 é disposto dentro do duto de ar formado pelo invólucro 2 de modo que todo ar sugado através da abertura na conexão 3 tem que escoar através do trocador de calor 5 sem qualquer ar bypassando o trocador de calor 5 no topo ou no fundo ou nos lados do trocador de calor 5 na direção da largura W.

[0033] Os elementos de trocador de calor superior e inferior 6, 7 são conectados entre si no ápice 8 por um elemento de conexão 9. O elemento de conexão é impermeável à ar e também usado para conectar mecanicamente ou fisicamente os elementos de trocador de calor superior e inferior 6, 7. Cada um dos elementos de trocador de calor 6, 7 compreende bobinas de trocador de calor 10 (laços de tubulação) e aletas 11 dispostas entre as mesmas. O trocador de calor da presente concretização é aplicado para aplicações externas, isto é, como parte da unidade de fonte de calor de um condicionador de ar. Neste caso, as aletas do elemento de trocador de calor superior e infe-rior 6, 7 são, de preferência, aletas enroladas. Mesmo embora aletas em persianas sejam, de preferência, usadas para um bom fluxo de ar através do trocador de calor à medida que vários furos são providos para permitir que o ar escoe através das aletas, água de condensação pode se acumular neste furos, e pode conduzir a problemas relacionados à formação de gelo durante operação de aquecimento, quando a temperatura ambiente é mais baixa do que cerca de 7 graus Celsius. Para impedir estes problemas, é neste casos preferido usar aletas enroladas.

[0034] As ventoinhas centrífugas curvadas para trás 20 são providas no interior do invólucro. Estas ventoinhas centrífugas curvadas para trás 20 cada uma tem uma abertura de sucção 21. Na vista lateral (figura 5), o eixo central da abertura de sucção 21 e, consequentemente, as ventoinhas 20, são substancialmente congruentes ou alinhados com a linha de centro CL do trocador de calor 5. Em alguns aparelhos, pode, contudo, ser suficiente, como na concretização representada, que o eixo de centro da abertura de sucção 21 e a linha de centro CL do trocador de calor 5 sejam paralelos, mas deslocados relativos entre si em uma direção horizontal.

[0035] Em uso, as ventoinhas 20 criam uma força de sucção na abertura de sucção 21 de modo a induzir um fluxo de fluido (fluxo de ar) na direção F. Desse modo, ar exterior, particularmente, é retirado através da conexão 3 em direção à extremidade aberta 12 do trocador de calor 5, passando através dos elementos de trocador de calor superior e inferior 6, 7, e é succionado através da abertura de sucção 21 para ser escoado através da conexão 4. Como tal, o invólucro 2 define um duto a partir da conexão3, via o trocador de calor 5 e a ventoinha 20 para a conexão 4. Neste contexto, a conexão 3 e a conexão 4 definem uma abertura de admissão 13 e uma abertura de descarga 14.

[0036] Além disso, um recipiente de drenagem 15 é provido no interior do invólucro. O recipiente de drenagem 15 é separado em duas metades 16, 17 ao longo do comprimento L do invólucro 2 na vista lateral. Na figura 5, as duas metades 16, 17 são identificadas pela linha tracejada com uma metade sendo localizada no lado esquerdo, e uma metade estando localizada no lado direito da linha tracejada. O recipiente de drenagem 15 tem uma posição mais baixa 18 em que uma abertura de drenagem 19 é provida. O fundo do recipiente de drenagem 15 se inclina em direção à abertura de drenagem 19 e, conse-quentemente, à posição mais baixa 18. Desse modo, a água que cai de qualquer componente no recipiente de drenagem é diretamente guiada para a abertura de drenagem 19 e a posição mais baixa 18 que é adicionalmente distante da ventoinha 20. Desse modo, é impedido que a água acumulada no interior do recipiente de drenagem possa ser succionada na ventoinha 20 e, consequentemente, através da abertura 14 no duto. A abertura de drenagem 19 é diretamente conectada para drenagem, de modo que a água é diretamente drenada.

[0037] Além disso, um isolamento de som e/ou térmico 22 é provido no interior do invólucro 2 no lado oposto ao recipiente de drenagem 15 com relação à linha CL. Na seção transversal e, consequentemente, uma vista lateral (figura 5), as superfícies internas do recipiente de drenagem 15 e o isolamento 22 respectivamente direcionados ao trocador de calor 15 devem ser aproximados de modo que o duto criado no interior do invólucro 2 é o mais simétrico possível.

[0038] Adicionalmente, a distância entre o ápice 8 e a entrada da abertura de sucção 21 deve ser a mais curta possível para reduzir o comprimento. Em particular, a zona de alta velocidade das ventoinhas não deve, na vista lateral, se sobrepor com o trocador de calor 5 e/ou o recipiente de drenagem 15.

[0039] Em um lado do invólucro 2, pode-se ver uma primeira e segunda conexão de tubulação de refrigerante 34 e 35 para conexão da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 para a tubulação de refrigerante do circuito de refrigerante. Em adição, uma porta de conexão 36 para conexão da abertura de drenagem 19 para drenagem (não mostrada) se prolonga a partir da mesma superfície lateral do invólucro 2, como as conexões de tubulação de refrigerante 34 e 35.

[0040] O invólucro 2 é completamente fechado relativo ao ambiente, exceto para as conexões 3 e 4, bem como as conexões de tubulação de refrigerante 34 e 35 e a conexão 36 para a drenagem. Consequentemente, e conforme pode ser visto da figura 5, o invólucro pode ser isolado de som e, desse modo, encapsulado para impedir quaisquer ruídos, por exemplo, das ventoinhas, de serem transferidos para o espaço a ser condicionado. Em adição e devido ao compressor 37 não ser disposto no invólucro 2, mas a unidade compressora 32, conforme descrito acima, nenhum ruído do compressor é induzido e transferido, via o fluxo de ar através da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, e no duto de ar conectado ao exterior do edifício.

[0041] A unidade compressora 32 tem um invólucro 44 (Primeiro invólucro) no qual, na figura 4, uma parede frontal do invólucro 44 e um correspondente isolamento de som foram removidos para mostrar parcialmente o interior do invólucro 44. Um compressor 37 (ver figura 1) é disposto no invólucro 44. Além disso, todos os outros componentes da unidade compressora descritos abaixo e, se presentes, serão dispostos no invólucro 44 também. Em adição, a unidade compressora pode compreender um acumulador opcional 38, e uma válvula de 4 vias 39.

[0042] Em adição, a unidade compressora 32 compreende um trocador de calor de subresfriamento 40 e uma válvula de expansão de subresfriamento 41. O trocador de calor de subresfriamento é um trocador de calor de tubo.

[0043] A unidade compressora 32, adicionalmente, compreende primeira e segunda conexões da tubulação de refrigerante 42 e 43 (primeira e segunda portas de unidade trocadora de calor de fonte de calor), conforme mostrado na figura 4.

[0044] Um bloqueio de válvula 45 (duas válvulas de bloqueio, uma para cada conexão 42, 43) pode ser provida perto das primeira e segunda conexões da tubulação de refrigerante 42 e 43, respectivamente.

[0045] Adicionalmente, uma terceira e quarta conexão de tubulação de refrigerante 46 e 47 (primeira e segunda portas de unidade in terna) são providas para conexão de uma ou mais unidades internas 50 (uma na presente concretização) dispostas em comunicação de fluido com o espaço a ser condicionado. Uma válvula de bloqueio 48 (duas válvulas de bloqueio, uma para cada conexão 46, 47) é também provida perto das conexões de tubulação de refrigerante 46 e 47, respectivamente.

[0046] Portas 42, 43 e 46, 47 são todas dispostas perto da parte frontal da unidade compressora para aperfeiçoar a operacionalidade. Em particular, se a parede frontal do invólucro 44 e o isolamento correspondente são removidos como na figura 4, as portas são facilmente acessíveis.

[0047] Além disso, uma tubulação de refrigerante 80 (segunda tubulação de refrigerante) liga a conexão de tubulação de refrigerante 42 e a conexão de tubulação de refrigerante 47 com a válvula de 4 vias 39, o compressor 37, o acumulador 38, a conexão 81, à tubulação de refrigerante 57, a conexão 82 à tubulação de refrigerante 52, e a válvula de 4 vias 39 sendo interposta nesta ordem.

[0048] Os componentes antes mencionados são dispostos na seguinte ordem a partir da conexão de tubulação de refrigerante 47 para a conexão de tubulação de refrigerante 42 considerando a operação de resfriamento (setas sólida na figura 1): a válvula de 4 vias 39, o acumulador 38, o compressor 37, a válvula de 4 vias 39, e a conexão de tubulação de refrigerante 42. Os componentes antes mencionados são dispostos na seguinte ordem a partir da conexão de tubulação de refrigerante 42 para a conexão de tubulação de refrigerante 47 considerando a operação de aquecimento (setas quebradas na figura 1): a válvula de 4 vias 39, o acumulador 38, o compressor 37, as válvula de 4 vias 39, e a conexão de tubulação de refrigerante 47.

[0049] Além disso, uma tubulação de refrigerante 49 liga as conexões da primeira tubulação de refrigerante 43 e a terceira conexão de tubulação de refrigerante 46. O trocador de calor de subresfriamento 40 é configurado para trocar calor entre o refrigerante que escoa na tubulação de refrigerante 49 e o refrigerante que escoa na tubulação de refrigerante 52. Uma válvula de expansão de subresfriamento 41 é disposta na tubulação de refrigerante 52 entre o trocador de calor de subresfriamento e a conexão de tubulação de refrigerante 43. Para colocá-la diferentemente, a válvula de expansão de subresfriamento 41 é disposta entre a conexão da tubulação de refrigerante 52 com a tubulação de refrigerante 49 e o trocador de calor de subresfriamento 40. Em qualquer caso, e durante operação de aquecimento e operação de resfriamento, a válvula de expansão de subresfriamento 41 é disposta à montante do trocador de calor de subresfriamento 40 na tubulação de refrigerante 52.

[0050] Uma tubulação de refrigerante 51 liga o acumulador 38 e a válvula de 4 vias 39. Ainda adicionalmente, uma tubulação de refrigerante 52 (tubulação de refrigerante gasoso) se liga em uma extremidade à tubulação de refrigerante 49, e, na outra extremidade, à tubulação de refrigerante 51. Adicionalmente, uma tubulação de refrigerante 57 liga a tubulação de refrigerante 49 e a tubulação de refrigerante 51 com uma válvula de regulação de pressão 58 sendo integrada na tubulação de refrigerante 57 em uma posição intermediária.

[0051] O invólucro 44 da unidade compressora 32 pode ser isolado de som, de modo que o ruído produzido pelo compressor 37 pode ser impedido de sair do invólucro e incomodar os indivíduos no interior do edifício. Adicionalmente, o invólucro 44 pode, devido a seu tamanho compacto, ser disposto no piso para fácil instalação e manutenção, e ainda abaixo de um armário de uma cozinha, ou outros ambientes de equipamento técnico. O invólucro 44 pode adicionalmente compreender pés 59, conforme mostrado na figura 4 para colocação e fixação do invólucro 44 em uma superfície de suporte horizontal. O tamanho do invólucro 44, particularmente relacionado a sua altura, larguras e profundidade, cumpre com a DIN EN 1116 para mobiliário de cozinha e equipamentos de cozinha.

[0052] Um exemplo de uma unidade interna 50 compreende um trocador de calor interno 53 (segundo trocador de calor) ligado respectivamente, via terceira e quarta conexões de tubulação de refrigerante 54 e 55 e uma tubulação de refrigerante às terceira e quarta conexões de refrigerante 46 e 47 da unidade compressora 32. Opcionalmente, a unidade interna 50 pode compreender uma válvula de expansão interna 56 disposta entre o trocador de calor interno 53 e a terceira conexão de tubulação de refrigerante 54. A unidade interna 50 pode, em princípio, ser configurada como uma unidade internas comum usada em tais condicionadores de ar.

[0053] Conforme pode ser melhor visto da figura 2, o condicionador de ar pode ser instalado em um edifício 70. Em uma concretização possível, a unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 pode ser disposta no limite máximo 71 de um espaço 72 a ser condicionado e sendo ocultado dentro do limite máximo 71. As conexões 3 e 4 são, de preferência, ligadas a um duto de ar 73, de modo que o invólucro 2 da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 forma parte do duto de ar 73. A extremidade do duto de ar 73 se abre em ambas extremidades 74 e 75 para o exterior do edifício, de modo que ar exterior pode ser succionado através da extremidade 74 que passa no trocador de calor 5 da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, e é exaurido através da extremidade 75.

[0054] A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 é ligada pela tubulação de refrigerante 76 à unidade compressora 32 usando as conexões de tubulação de refrigerante 34 e 35, bem como 43 e 42, respectivamente. A unidade compressora 32 novamente é ligada à unidade interna 50, via tubulação de refrigerante 77 usando as terceira a quarta conexões de tubulação de refrigerante 46, 47 e 54, 55 respec-tivamente.

[0055] A operação do condicionador de ar descrita acima é conforme segue. Durante operação de resfriamento (setas sólidas na figura 1), o refrigerante escoa na unidade compressora 32 na conexão de tubulação de refrigerante 47 que passa na válvula de 4 vias 39, e é introduzido no acumulador 38. Quando passando no acumulador, refrigerante líquido associado é separado do refrigerante gasoso, e refrigerante líquido é temporariamente armazenado no acumulador 38.

[0056] Subsequentemente, o refrigerante gasoso é introduzido no compressor 37, e comprimido. O refrigerante comprimido é introduzido na unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, via as conexões da primeira tubulação de refrigerante 42, 35 e uma tubulação de refrigerante 71. O refrigerante passa no trocador de calor 5 com suas placas 6, 7 da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, pelo que o refrigerante é condensado (o trocador de calor 5 funciona como um condensador). Consequentemente, calor é transferido ao ar exterior paralelamente passando através dos elementos de trocador de calor 6, 7 do trocador de calor 5. A válvula de expansão 33 está completamente aberta para evitar quedas de alta pressão durante resfriamento. Em seguida, o refrigerante escoa na unidade compressora 32, via as conexões da terceira tubulação de refrigerante 34, 43 e tubulação de refrigerante. Na unidade compressora 32, o refrigerante escoa em parte através da tubulação de refrigerante 52 e, consequentemente, a válvula de expansão de subresfriamento 41 e o trocador de calor de subres- friamento 40, e em parte através da tubulação de refrigerante 49, sendo introduzido, via a terceira conexão de tubulação de refrigerante 46, uma tubulação de refrigerante e a terceira conexão de refrigerante 54 na unidade interna 50. O refrigerante é, em seguida, adicionalmente expandido pela válvula de expansão interna 56 e evaporado no troca- dor de calor 53 (o trocador de calor 53 funciona como evaporador), resfriando o espaço 72 a ser condicionado. Consequentemente, o calor é transferido do ar no espaço a ser condicionado ao refrigerante que escoa através do trocador de calor 53. No resfriamento, a proposta principal do trocador de calor de subresfriamento 40 é sub-resfriar o refrigerante líquido que escoa através da tubulação de refrigerante 49 para a unidade interna 50. Finalmente, o refrigerante é novamente introduzido, via as conexões da quarta tubulação de refrigerante 55, 47 e tubulação de refrigerante na unidade compressora 32.

[0057] Conforme é geralmente conhecido, a capacidade de um condicionador de ar no lado interno é a multiplicação de entalpia e fluxo de massa. Consequentemente, um fluxo de massa reduzido pode ser usado quando a entalpia é aumentada. O trocador de calor de sub- resfriamento serve para aumentar a entalpia no lado interno. Como uma consequência, o fluxo de massa pode ser reduzido sem prejudicar a capacidade. Como um resultado, a queda de pressão na tubulação de líquido pode ser reduzida de modo que o compressor 37 necessita de distribuir menos operação que aperfeiçoa a eficiência do sistema completo.

[0058] Durante aquecimento, este circuito é revertido, no qual o aquecimento é mostrado pelas setas quebradas na figura 1. O processo é, em princípio, o mesmo. Ainda, o primeiro trocador de calor 5 funciona como evaporador pelo que o segundo trocador de calor 53 funciona como condensador durante aquecimento. Em particular, o refrigerante é introduzido na unidade compressora 32, via as conexões da primeira tubulação de refrigerante 42, escoa via a válvula de 4 vias 39 no acumulador 38 e é, em seguida, comprimido no compressor 37 antes do escoamento na válvula de 4 vias 39, e através das conexões da quarta tubulação de refrigerante 47, 55, e tubulação de refrigerante na unidade interna 50 e, particularmente, o trocador de calor interno 53 onde o refrigerante é condensado (o trocador de calor interno 53 funciona como um condensador). Subsequentemente, o refrigerante é expandido pela válvula de expansão 56 e, em seguida, reintroduzido, via as interconexões da terceira tubulação de refrigerante 54, 46 na unidade compressora 32, onde o refrigerante escoa na tubulação 49, e passa no trocador de calor de subresfriamento 40.

[0059] Por meio de injeção do refrigerante após o evaporador, o superaquecer de sucção antes do compressor pode ser otimizado. Como um resultado, a temperatura de descarga pode ser reduzida com o efeito benéfico de melhor eficiência do sistema e vida útil prolongada. No aquecimento, o trocador de calor de subresfriamento 40 serve para aperfeiçoar a qualidade do refrigerante na entrada do compressor, via a tubulação de refrigerante 52 conectada à tubulação de refrigerante 51 à montante do compressor 37, que está no lado de sucção do mesmo. Adicionalmente, o trocador de calor de subresfria- mento 40 serve para evaporar as duas fases de refrigerante na tubulação de refrigerante 49, conforme desejado.

[0060] Subsequentemente, parte do refrigerante que escoa na tubulação de refrigerante 52, é expandida na válvula de expansão de subresfriamento 41, e escoa através do trocador de calor de subresfri- amento 40 antes se ser reintroduzida na tubulação de refrigerante 51 à montante do acumulador 38, desse modo, pré-resfriando o refrigerante que escoa através da tubulação de refrigerante 49 que passa no trocador de calor de subresfriamento 40. A parte remanescente escoa na unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, via as conexões da segunda tubulação de refrigerante 43 e 34 e tubulação de refrigerante. O refrigerante é adicionalmente expandido pela válvula de expansão principal 33 na unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 e, em seguida, evaporado no trocador de calor 5 (o trocador de calor 5 funciona como evaporador) antes de ser reintroduzido na unidade com- pressora 32, via as conexões da primeira tubulação de refrigerante 35 e 42 e tubulação de refrigerante.

[0061] Devido à divisão da unidade compressora 32 e a unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, a unidade compressora 32 pode ser instalada em áreas que não são sensíveis à ruído de modo que não existe distúrbio de ruído causado pelo compressor mesmo embora ambientes internos dispostos. Em adição, o invólucro 44 da unidade compressora 32 pode ser bem isolado com isolamento de som. Ainda adicionalmente, não existe ruído de compressor no fluxo de ar através da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 devido ao conceito dividido entre a unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 e a unidade compressora 32 que pode ser transferido no espaço a ser condicionado.

[0062] Devido ao peso mais baixo por unidade da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 e a unidade compressora 32, a instalação é aperfeiçoada. Em adição, a unidade compressora 32 pode ser instalada no piso de modo que não existe necessidade de elevar a unidade compressora pesada. Devido à pegada relativamente pequena (largura e profundidade) da unidade compressora 32, e uma altura mais baixa da unidade compressora 32, e particularmente, seu invólucro 44, a unidade compressora 32 pode ainda ser ocultada quando disposta no interior do ambiente a ser condicionado, tal como abaixo de um armário ou balcão.

[0063] A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31 tem também a vantagem que não existe distúrbio de ruído. Devido ao compressor não estar contido na unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, o único som que pode ser arrastado na corrente de ar é o ruído da ventoinha, pelo que o ruído na corrente de ar é drasticamente reduzido. Adicionalmente, o invólucro 2 pode ser completamente fechado ao espaço 72 a ser condicionado de modo que nem som é transferido no espaço. Também este invólucro pode ser bem isolado com isolamento de som. Devido à altura mais baixa da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, é fácil ocultar a unidade, por exemplo, no limite máximo. Portanto, a unidade 31 não é visível a partir do exterior. A instalação é também aperfeiçoada devido ao peso mais baixo, conforme comparado às unidades tendo o compressor no mesmo invólucro, e devido à altura mais baixa da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31. A altura mais baixa é particularmente auxiliada pelo uso da forma de "V" do trocador de calor 5, que capacita alta eficiência com uma altura relativamente baixa.

[0064] Devido à integração da unidade de subresfriamento, particularmente, o trocador de calor de subresfriamento na unidade compressora preferivelmente do que a unidade trocadora de calor de fonte de calor, uma longa tubulação de refrigerante gasoso que liga o trocador de calor de fonte de calor com o lado de sucção do compressor pode ser substituída por uma linha mais curta 52 contida na unidade compressora. Consequentemente, um tubo de diâmetro maior usualmente requerido para escoar o refrigerante gasoso, pode ser encurtado. Em outras palavras, uma rota adicional entre a unidade trocadora de calor de fonte de calor e a unidade interna pode ser evitada por colocação do trocador de calor de subresfriamento na unidade compressora, e volteando a tubulação de refrigerante que liga o módulo de trocador de calor de fonte de calor à unidade interna através da unidade compressora.

[0065] Se o trocador de calor de subresfriamento foi disposto no módulo de trocador de calor de fonte de calor, e a conexão de fluido entre as unidades 31 e 50 não estaria em loop através do invólucro 44 da unidade compressora 32, mas diretamente conectada, uma terceira porta do trocador de calor de fonte de calor foi necessária na unidade compressora 32 com uma linha adicional que conecta a unidade com- pressora 32 e a unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, para implementar a linha 52. A presente concretização é, consequentemente, aperfeiçoada conforme comparada a este caso com uma consequência de instalação mais fácil, e custos de instalação mais baixos.

[0066] Além disso, devido à válvula de expansão principal 33 ser disposta na unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, a queda de pressão do refrigerante causada por uma tubulação de refrigerante relativamente longa entre a unidade compressora 32 e a unidade trocadora de calor de fonte de calor 31, pode ser compensada, e o ruído de fluxo de duas fases pode ser reduzido a pelo menos alguma extensão.

[0067] A Figura 6 mostra o diagrama de circuito de um condicionador de ar, de acordo com uma variação da configuração mostrada na Figura 1. A diferença entre as configurações na Figura 1 e Figura 6 é o uso de um módulo de trocador de calor de fonte de calor 31’ que é configurado para utilizar a fonte de calor de água.

[0068] O condicionador de ar, de acordo com esta variação, tem uma unidade de fonte de calor 30 compreendendo uma unidade trocadora de calor de fonte de calor 31’, uma torre de resfriamento 90, e uma unidade compressora 32. A unidade trocadora de calor de fonte de calor 31’ opera em cooperação com a torre de resfriamento 90 de modo a servir como uma fonte de calor de água.

[0069] Durante a operação de resfriamento (setas sólidas na figura 8), o refrigerante gasoso é introduzido no compressor 37, e comprimido. O refrigerante comprimido é introduzido na unidade trocadora de calor de fonte de calor 31’, via as conexões da primeira tubulação de refrigerante 42, 35 e uma tubulação de refrigerante 76. O refrigerante passa na porção do circuito de refrigerante do trocador de calor de água-refrigerante 5’ da unidade trocadora de calor de fonte de calor 31’, pelo que o refrigerante é condensado (o trocador de calor de água-refrigerante 5’ funciona como um condensador). Consequentemente, calor é transferido para a água que passa através da porção do circuito de água do trocador de calor de água-refrigerante 5’. A válvula de expansão 33 está completamente aberta para evitar quedas de alta pressão durante resfriamento. Em seguida, o refrigerante escoa na unidade compressora 32, via as conexões da terceira tubulação de refrigerante 34, 43 e tubulação de refrigerante.

[0070] A água circula através do circuito de água, que inclui a torre de resfriamento 90 e a porção do circuito de água do trocador de calor de água-refrigerante 5’. Na torre de resfriamento 90, a água de circulação libera calor para ser resfriada.

[0071] Com relação à instalação, a unidade trocadora de calor de fonte de calor 31’ pode ser disposta no limite máximo de um espaço a ser condicionado onde a torre de resfriamento 90 pode ser disposta no telhado do edifício, por exemplo.

[0072] Para operação de aquecimento, um equipamento de caldeira (não mostrado) para aquecer a água de circulação, pode ser empregado ao invés de, ou em adição a, a torre de resfriamento 90.

Claims

1. Unidade compressora (32) para um condicionador de ar, caracterizada pelo fato de compreender: um compressor (37) disposto em um primeiro invólucro (44), e primeira e segunda portas de unidade trocadora de calor de fonte de calor (42, 43) configuradas para conectar a unidade compressora à um trocador de calor de fonte de calor (5) de pelo menos uma unidade trocadora de calor de fonte de calor (31) do condicionador de ar, o trocador de calor de fonte de calor sendo disposto em um segundo invólucro (2) separado do primeiro invólucro, e sendo configurado para trocar calor uma fonte de calor, primeira e segunda portas de unidade interna (46, 47) configuradas para conectar a unidade compressora à um trocador de calor interno (53) de pelo menos uma unidade interna (50) do condicionador de ar, uma primeira tubulação de refrigerante (49) disposta dentro do primeiro invólucro (44) e que liga fluidamente uma primeira porta da unidade trocadora de calor de fonte de calor (43) e a primeira porta de unidade interna (46), e um trocador de calor de subresfriamento (40) disposto no interior do primeiro invólucro e fluidamente ligado à primeira tubulação de refrigerante para transferência de calor com o refrigerante a ser escoado através da primeira tubulação de refrigerante.

2. Unidade compressora, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente: uma segunda tubulação de refrigerante (80) que liga fluidamente a segunda porta de unidade trocadora de calor de fonte de calor (42) e a segunda porta de unidade interna (47), o compressor (37) e uma válvula de 4 vias (39) sendo interpostos entre a segunda porta de unidade trocadora de calor de fonte de calor e a segunda porta de unidade interna na segunda tubulação de refrigerante, e uma passagem de bypass (52) ligada à segunda tubulação de refrigerante em um lado de sucção do compressor (37) entre o compressor e a válvula de 4 vias (39), o trocador de calor de subresfriamento (40) sendo fluidamente ligado à passagem de bypass (52) para transferência de calor entre o refrigerante que escoa na passagem de bypass e o refrigerante que escoa na primeira tubulação de refrigerante (49).

3. Unidade compressora, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a unidade compressora (32) não compreende uma válvula de expansão principal (33) do condicionador de ar.

4. Unidade compressora, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um separador de óleo localizado em um lado de descarga do compressor (37) entre o compressor e uma válvula de 4 vias (39).

5. Unidade de fonte de calor para um condicionador de ar, caracterizada pelo fato de compreender uma unidade compressora (32), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, e uma unidade trocadora de calor de fonte de calor (31) tendo um trocador de calor de fonte de calor (5), o trocador de calor de fonte de calor sendo disposto em um segundo invólucro (2) separado do primeiro invólucro (44), e sendo configurado para troca de calor com uma fonte de calor, no qual a unidade trocadora de calor de fonte de calor é fluidamente ligada à unidade compressora, via as primeira e segunda portas de unidade trocadora de calor de fonte de calor (42, 43).

6. Unidade de fonte de calor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que uma válvula de expansão principal (33) do condicionador de ar é disposta no segundo invólucro (2).

7. Condicionador de ar tendo uma unidade de fonte de calor, como definida na reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma unidade interna (50) é fluidamente ligada à unidade compressora (32), via as primeira e segunda portas de unidade interna (46, 47).