ES2098214T3 - Circuito de control de refrigerante de latencia elevada para un sistema acondicionado de aire. - Google Patents

Abstract

UN MONTAJE DE CONTROL DE UN REFRIGERANTE ALTAMENTE LATENTE PARA UN SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO POR EXPANSION-COMPRESION UTILIZA UNA BOBINA SUBREFRIGERADORA (44) COLOCADA EN EL LADO DE LA SALIDA DEL AIRE DE LA BOBINA EVAPORADORA DEL AIRE INTERIOR (22). UNA RAMA DEL CONDUCTO DEL LIQUIDO (42) SUMINISTRA UN REFRIGERANTE LIQUIDO CONDENSADO DESDE EL CONDENSADOR (16) HASTA LA BOBINA SUBREFRIGERADORA (44), Y UN LIMITADOR DE CORRIENTE, QUE PUEDE SER UN TXV, DISMINUYE LA PRESION DEL LIQUIDO SUBREFRIGERADO ANTES DE QUE EL REFRIGERANTE ALCANCE EL DISPOSITIVO DE EXPANSION (20) ASOCIADO CON LA BOBINA EVAPORADORA (22). UN TUBO DE DERIVACION (50) CONECTA EL CONDENSADOR (16) CON EL DISPOSITIVO DE EXPANSION (20), Y TIENE UNA VALVULA ACCIONADA POR UN SOLENOIDE DE UN TUBO DE UN LIQUIDO (32) QUE ES ACCIONADA POR UN HUMIDISTATO. CUANDO SE REQUIERE UNA DESHUMIDIFACION, EL SOLENOIDE ES CERRADO Y EL REFRIGERANTE FLUYE A TRAVES DE BOBINA SUBREFRIFGERADORA (44). CUANDO SE SATISFACE EL HUMIDISTATO, EL SOLENOIDE SE ABRE Y EL RECORRIDO DEL REFRIGERANTE DERIVA LA BOBINA SUBREFRIGERADORA (44). EL MONTAJE SUBREFRIGERADOR ALTAMENTE LATENTE (40) PUEDE SER MONTADO O ACTUALIZADO EN UN APARATO DE AIRE ACONDICIONADO EXISTENTE.

Description

Circuito de control de refrigerante de latencia elevada para un sistema acondicionado de aire.

Esta invención está relacionada con la refrigeración de compresión/expansión, y está relacionada en particular con los sistemas de aire acondicionado en los que se utiliza un subenfriador para reducir la humedad relativa, es decir, para incrementar la cantidad de refrigeración latente en el aire que abandona el evaporador de aire de la unidad interna.

Los sistemas de acondicionamiento de aire y refrigeración monofásicos de fluido único utilizan típicamente un compresor que recibe el flujo de trabajo de dos fases como un vapor de baja temperatura y baja presión, y descargándolo como un vapor de alta temperatura y alta presión. El fluido de trabajo se hace pasar después a un serpentín condensadora exterior o intercambiador de calor, en donde el calor de compresión se descarga del fluido de trabajo al aire exterior, condensando el fluido de trabajo de vapor a líquido. Este líquido de alta presión es suministrado entonces a través de un dispositivo de expansión, por ejemplo, una válvula de expansión ajustable o un orificio de reducción de presión, y entrando después en un serpentín evaporadora exterior a baja presión. En esta etapa, el fluido de trabajo es un fluido de dos fase (conteniendo fase tanto liquidas como de vapor), y absorbe el calor del aire interior en la zona de confort, de forma que la fase líquida se convierta en vapor. Esto completa el ciclo, y el valor retorna a la parte de succión del compresor.

Cuando el aire interior caliente pasa a través del serpentín evaporadora, su temperatura desciende conforme pierde calor hasta el serpentín evaporadora fría. Conforme se reduce la temperatura del aire hasta la temperatura de rocío o por debajo de la misma, la humedad se condensa en el serpentín evaporador y se elimina del aire interior. La temperatura en curso del aire que sale se reduce (es decir, enfriamiento sensible) y el aire queda deshumidificado también (es decir, enfriamiento latente). La cantidad de enfriamiento latente, o deshumidificación, depende de si la humedad en el aire interior dejará el aire y condensándose en el serpentín evaporador.

La condensación del vapor de agua en el aire interior se realizará solo si latemperatura del serpentín evaporador se encuentra por debajo del punto de rocío del aire que la atraviesa, entendiendo que el punto de rocío es la temperatura a la cual el vapor se condensa en el aire.

Los estándares actuales en la calidad del aire interior subrayan la necesidad de una humedad controlada en los espacios habitados. La alta humedad ha sido identificada con un factor de contribución principal para el crecimiento de organismos patógenos o alérgicos. Preferiblemente, la humedad relativa en un espacio deberá mantenerse del 30% al 60%. Además de los efectos adversos en el confort de las personas y en la salud humana, la alta humedad puede contribuir a una calidad de producto deficiente en muchos procesos de fabricación, y puede conducir a muchos sistemas ineficientes de refrigeración, tal como los congeladores abiertos en el supermercado. Así mismo, la alta humedad puede destruir obras valiosas de arte, libros de bibliotecas, o bien documentos de archivos.

En condiciones húmedas muy calientes, el acondicionador de aire convencional tal como el descrito puede utilizar la mayor parte de su capacidad de refrigeración para enfriar el aire hasta el punto de rocío (refrigeración sensible), y tendrá una capacidad restante pequeña para la deshumidificación (refrigeración latente).

La solución convencional a este problema de eliminación de grandes cantidades de humedad en un entorno caliente y húmedo ha sido hacer funcionar más tiempo el aire acondicionado, mediante el descenso del punto de ajuste y sobre-enfriando el aire. Por supuesto, esto significa que el acondicionador de aire tenga que funcionar más tiempo y que consumirá más energía. Adicionalmente, esta práctica da lugar al soplado de aire frío no confortable sobre las personas en el espacio de confort interior. En esencia, el sobre-enfriamiento desciende la temperatura del serpentín evaporador para permitir una mayor condensación sobre el serpentín. No obstante, esto hace que el suministro de aire sea demasiado frío para el confort humano. Con el fin de restaurar el aire interior hasta una temperatura confortable, ha sido una práctica algunas veces el recalentar el aire de suministro de salida antes de hacerlo retornar al espacio de confort. La temperatura del aire interior se eleva hasta un nivel confortable utilizando un elemento calefactor o bien un serpentín que transporta el vapor comprimido caliente desde el compresor, para elevar la temperatura (y reducir la humedad relativa) del aire sobre-enfriado. En el caso de un elemento alefactor o del serpentín de vapor caliente, se precisará de más energía.

Una reciente propuesta para incrementar el enfriamiento latente de un sistema de acondicionamiento de aire, con un costo bajo de energía, ha sido una tubería de calor. Una tubería de calor es una configuración sencilla y pasiva de serpentines de un intercambiador de calor interconectadas, que contienen un agente de transferencia de calor (usualmente un refrigerante tal como el R-22). El sistema de tubería caliente puede incrementar la capacidad de deshumidificación de un sistema de acondicionamiento de aire, y reduciendo el consumo de energía con respecto a la practica de sobreenfriamiento/recalentamiento justamente descrito anteriormente. El sistema de tubería caliente es atractivo porque puede transferir calor desde un punto a otro sin la necesidad de una entrada de energía. Un intercambiador de calor de la tubería de calor se coloca en el aire caliente que entra en el evaporador, y el otro intercambiador de calor se sitúa en el aire fría que abandona el evaporador. Este aire de entrada calienta el refrigerante en el intercambiador de calor del lado de entrada del sistema de tubería caliente, y el valor refrigerante se desplaza hacia el intercambiador de calor del lado de salida, en donde transfiere su calor al aire que sale y se condensa. Entonces el refrigerante condensador circula, por gravedad o por acción de la capilaridad de vuelta al intercambiador de calor del lado de entrada, y continuando el ciclo.

El sistema de tubería caliente construido dentro de un acondicionador de aire puede incrementar la cantidad de refrigeración latente mientras que se mantiene la refrigeración sensible en el punto de ajuste preferido del termostato de forma confortable. En circunstancias en las que es alta la necesidad de la eliminación de la humedad, o en donde sea crítica de poder mantener la humedad relativa por debajo de un cierto punto, el sistema de acondicionamiento de aire estándar puede no ser capaz de gestionar con efectividad la alta temperatura y las cargas de enfriamiento de la alta humedad. No obstante, un sistema de acondicionamiento de aire mejorado por tubería de calor enfriará el aire de entrada antes de que alcance el serpentín evaporador del acondicionador de aire. El intercambiador de calor de la tubería de calor del lado de entrada preenfriará el aire de entrada, de forma que se precise menos enfriamiento sensible para el serpentín evaporador, dejando una capacidad mayor para el enfriamiento latente o la deshumidificación. El aire de suministro interno que abandona el evaporador, siendo más frío que la temperatura deseada, condensará el vapor en el intercambiador de calor de la tubería de calor del lado de salida, lo cual conseguirá que la temperatura del aire del suministro retorne a la temperatura de confort deseada.

Aunque la configuración de la tubería de calor tiene realmente ciertas ventajas, tal como la pasividad y la simplicidad, tiene también inconvenientes. Por ejemplo, la tubería de calor está siempre en circuito, y no puede desactivarse de forma sencilla, incluso cuando se precise un enfriamiento sensible incrementado sin deshumidificación. Adicionalmente, debido a que existen dos serpentines del intercambiador de calor de la tubería caliente en el trayecto del aire interior además del circuito evaporador, el flujo de aire interior puede estar restringido significativamente. Así mismo, puede ser difícil actualizar el diseño de un acondicionador de aire existente para acomodar las dos serpentines adicionales en el mismo armario como el evaporador, y teniendo que reponer muy frecuentemente una cantidad considerable de equipamiento, y ampliando el armario, con el fin de acomodar la tubería de calor.

El documento WP-A-95/10742 expone un sistema de acondicionamiento de aire que tiene las características del preámbulo de la reivindicación 1.

En consecuencia, es un objeto de la presente invención el proporcionar un sistema de acondicionamiento de aire con un mecanismo controlable para mejorar la capacidad de enfriamiento latente de un acondicionador de aire.

El objeto se consigue en un aparato de acuerdo con la reivindicación 1.

En una realización de la presente invención, se posiciona un intercambiador de calor de sub-enfriamiento en el lado de salida del serpentín evaporador interior. El intercambiador de calor de subenfriamiento tiene una entrada acoplada al lado de la salida del intercambiador de calor del condensador, de forma que el refrigerante líquido circule a alta presión hasta el intercambiador de calor del subenfriador. Este último tiene también una salida acoplada a un dispositivo limitador del flujo, y por tanto a través del dispositivo de expansión hasta el serpentín evaporador. Una tubería de líquido de derivación acopla el condensador con el dispositivo de expansión hasta el serpentín evaporador, y existe una válvula de solenoide de tubería de líquido interpuesta en la tubería de líquido de derivación. Cuando se precia una refrigeración normal (es decir, sin necesidad de la deshumidificación) se abre la válvula de solenoide de la tubería de líquido, y el refrigerante se deriva puenteando el subenfriador. No obstante, cuando se precisan tanto la refrigeración como la deshumidificación, por ejemplo, cuando un higrostato señaliza un estado de alta humedad relativa, se cerrará la válvula de solenoide, y el refrigerante líquido es encaminado a través del subenfriador. En este caso, esto tiene el efecto de subenfriamiento del refrigerante líquido en el aire frío de salida, lo cual incrementa el refrigerante y la capacidad de refrigeración. Entonces el refrigerante sub-enfriado es suministrado al evaporador, lo cual enfría el aire interior hasta una temperatura deseada del bulbo húmedo y condensado la humedad a dicha temperatura. A continuación, el aire de salida pasa a través del subenfriador, lo cual lleva al aire interior de salida o aire de suministro a la temperatura deseada de confort interior.

Cuando el subenfriador se encuentra en el circuito, existe una primera caída de presión a través del dispositivo de restricción del flujo para el líquido sub-enfriado que sale del subenfriador, y después una segunda caída de presión a través del dispositivo de expansión para el líquido que entra en el serpentín evaporador. Cuando el solenoide es accionado para derivar el refrigerante líquido alrededor del subenfriador, el dispositivo de restricción del flujo crea un trayecto de impedancia mucho más alta del flujo para el líquido sub-enfriado, de forma que la mayor parte del refrigerante líquido circula directamente desde el condensador a través del dispositivo de expansión hacia el interior del serpentín evaporador. Preferiblemente, el solenoide está configurado de forma que en caso de fallo, el flujo de fluido se encontrará en el modo de derivación. La válvula de solenoide puede estar alimentada eléctricamente mediante la red eléctrica normal (por ejemplo, 120 VCA) o bien alimentada mediante un termostato (por ejemplo, 24 VCA).

El aparato de acondicionamiento de aire está controlado por un termostato con un terminal de refrigeración que suministra una señal para accionar el compresor cuando se alcance o se exceda una temperatura del punto de ajuste de refrigeración. En una realización de esta invención, la línea de control de la humedad está acoplada al terminal de refrigeración del termostato, e incluye un higrostato en serie con la válvula de solenoide de la tubería de líquido o con un relé de control que activa la válvula de solenoide. El terminal de control de humedad puede tener también un conmutador de baja presión que se encuentre en comunicación fluida con el lado de succión del compresor, para detectar un estado de baja presión en la parte de succión del compresor, lo cual podría ser indicativo de escarcha o de hielo en el evaporador.

El acondicionador de aire puede tener un termostato de dos etapas, en donde un segundo terminal de refrigeración se energetizará cuando se alcance un segundo punto de ajuste más alto. En una posible realización, el control para la reducción de humedad puede incluir un relé de control acoplado al segundo terminal de refrigeración, y teniendo unos terminales de alimentación eléctrica en serie con la línea de control de la humedad. En otra posible realización, el acondicionador de aire puede incluir dos sistemas de acondicionamiento de aire independientes, teniendo cada uno su propio compresor, condensador, dispositivo de expansión, evaporador y subenfriador, con un sistema de acondicionamiento de aire accionado por el primer terminal de refrigeración y el otro sistema de acondicionamiento de aire accionado por el segundo terminal de refrigeración.

Los anteriores y muchos otros objetos, características y ventajas de esta invención llegarán a ser evidentes a partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferidas seleccionadas, las cuales se considerarán en relación con los dibujos adjuntos.

La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de acondicionamiento de aire que utiliza una mejora de la tubería de calor de acuerdo con el arte previo.

La figura 2 es una vista esquemática de un sistema de acondicionamiento de aire que utiliza un subenfriador de acuerdo con una realización de esta invención.

La figura 3 muestra un circuito de control termostático utilizado en relación con una realización de esta invención.

La figura 4 es un diagrama de presión-entalpía para explicar la operación de esta realización.

La figura 5 es un circuito de control termostático utilizado en relación con otra realización de esta invención.

La figura 6 es una vista esquemática de un sistema de acondicionamiento de aire que utiliza un subenfriador, de acuerdo con una realización adicional de esta invención.

Con referencia a los dibujos, e inicialmente a la figura 1, el sistema de acondicionamiento de aire 10 está configurado para proporcionar un acondicionamiento de aire y deshumidificación en una zona de confort interior. Con algunas modificaciones, conocidas por los técnicos especializados en este arte, el sistema 10 podría estar configurado como una bomba de calor para proporcionar un calentamiento en la zona de confort interior, y proporcionar también agua caliente. En este caso, en este sistema de acondicionador de aire 10, el compresor 12 recibe un vapor refrigerante a baja presión en la entrada de succión S y descarga el vapor del refrigerante a alta presión desde el puerto D de descarga o presión. El vapor del refrigerante comprimido avanza desde el compresor a lo largo de una tubería de presión 14 hasta un intercambiador de calor 16 del condensador exterior. En el condensador, el vapor del refrigerante expele su calor al aire exterior, y se condensa como un líquido. Desde el intercambiador de calor 16 del condensador, el refrigerante líquido, a alta presión, se desplaza a través de una tubería de líquido 18 hasta un dispositivo expansor 20 y desde allí al serpentín de refrigeración del aire interior o intercambiador de calor 22 del evaporador. El dispositivo expansor puede ser cualquier dispositivo de estrangulamiento adecuado, que suministre el refrigerante al evaporador 22 como un fluido de dos fases (líquida y vapor al mismo tiempo) a baja presión. En la presente realización preferida, el dispositivo expansor 20 puede ser un par de placas de orificios separados (por ejemplo, las denominadas como "copas Dixie") soldadas en la entrada al evaporador 22. El intercambiador de calor del evaporador es un serpentín en la cual el refrigerante absorbe el calor de un flujo 24 del aire interior que pasa a través del serpentín, y siendo retornado al espacio de confort interior del edificio. La tubería de vapor 26 transporta el vapor desde el intercambiador de calor 22 del evaporador de vuelta al puerto de succión S del compresor, en donde se repite el ciclo de compresión-condensación-expansión-evaporación.

En el sistema de acondicionamiento de aire de la figura 1, la deshumidificación se lleva a cabo utilizando una configuración de tubería de calor 30 de acuerdo con el arte previo. La configuración de tubería de calor está asociada con el serpentín de refrigeración o con el intercambiador de calor del evaporador 22, y comprende un par de serpentines de intercambiador de calor y tuberías de interconexión, con un serpentín de aire de entrada 32 dispuesta en el flujo de aire interior 24 en el lado de entrada o retorno del serpentín evaporador 22, y un serpentín de aire de salida 34 en el lado de aire de salida o lado de suministro del serpentín 22. Las tuberías de interconexión 36 permiten la transferencia de fluido de trabajo (usualmente un refrigerante) entre los dos serpentines 32 y 34. La configuración de tubería de calor 30 absorbe calor del aire de entrada de la sala, con una humedad relativamente alta, eliminando par de la carga de refrigeración del serpentín evaporador 22 y transfiriendo el calo al aire de salida. Por ejemplo, el aire de entrada de la sala en el flujo de aire 24 puede tener una temperatura de 78 grados (Fahrenheit), y el serpentín de la tubería de calor 32 reduce la temperatura sensible del aire de entrada hasta aproximadamente 69 grados. Esto hace descender la temperatura del aire del bulbo seco de entrada, y lleva al aire de entrada a un nivel más cercano a su punto de rocío. El intercambiador de calor del evaporador 22 enfría el flujo de aire a una temperatura de 49 grados y condensa la humedad, la cual es recogida en un recipiente de goteo (no mostrado). A continuación, el aire de salida sobreenfriado pasa a través de un serpentín del tubo de calor 34, y su temperatura sensible es restaurada hasta un nivel más confortable, por ejemplo, 59 grados. La temperatura del bulbo húmedo permanece a 49 grados, de forma que la humedad relativa del aire interior se reduzca perfectamente por debajo de los que se conseguiría sin la configuración de la tubería de calor 30.

La configuración de la tubería de calor según lo descrito aquí tiene las características atractivas de la simplicidad, no precisando de piezas móviles, con un costo relativamente bajo, y un bajo mantenimiento. Los conjuntos de tubería de calor pueden ser actualizados en el equipo existente, aunque en la mayoría de los casos es necesaria cierta modificación del equipamiento para instalar los serpentines 32 y 34 en el espacio provisto del equipo existente. Por el contrario, la configuración de tubería caliente se encuentra siempre en línea, y no puede ser desconectada, por ejemplo cuando se precise de una refrigeración sensible adicional, aunque no sea importante ni se precise la deshumidificación. No existen controles eléctricos o mecánicos asociados con la configuración de la tubería de calor. Así mismo, en algunas condiciones, la condensación de la humedad puede tener lugar realmente sobre el serpentín 32 de la tubería de calor del aire de entrada, provocando que la condensación gotee en el armario del equipo. Es evidente también que el flujo de aire interior tiene que pasar a través de tres serpentines, es decir los serpentines 32 y 34 de la tubería de calor además del serpentín evaporador 22, incrementándose así la carga del ventilador del aire interior.

La presente invención enfoca los problemas con los sistemas de tubería caliente, y permite que el sistema de acondicionamiento de aire consiga la eliminación de la humedad adicional, cuando sea precisa, pero consigue también una magnitud estándar de refrigeración latente, es decir, más refrigeración sensible, cuando el control de la humedad sea menos importante.

El sistema de acondicionamiento de aire de acuerdo con una realización de la presente invención es el mostrado en la figura 2, en el cual los elementos o partes que fueron descritos anteriormente con referencia a la figura 1 están identificados con los mismos números de referencia. En consecuencia, no se repetirá la descripción detallada del sistema de acondicionamiento de aire básico. En esta realización, en lugar de una configuración de tubería de calor, el sistema de acondicionamiento de aire incluye un conjunto de subenfriador 40 para subenfriar el refrigerante líquido en el aire interior de salida del evaporador 22. A la tubería 18 de líquido de alta presión se encuentra conectada una tubería 42 de ramificación del subenfriador, que suministra el refrigerante líquido a un serpentín 44 de intercambiador de calor del subenfriador, que está situada en el flujo de aire interior 24 en el lado de salida del serpentín evaporador 22. Esta serpentín 44 enfría el refrigerante de líquido condensado y suministra el líquido subrefrigerado a una tubería de líquido subenfriado 46 al evaporador. La tubería 46 incluye un restrictor de flujo 48, en este caso un restrictor de flujo fijo. El líquido subrefrigerado pasa en serie a través del restrictor de flujo 48, y después a través del dispositivo de expansión 20, para entrar en el serpentín evaporador 22 como un fluido de dos fases. Un ejemplo posible del restrictor de flujo es el descrito en la patente de los EE.UU. número 3877248, aunque podrían ser utilizados con este fin otros dispositivos de restricción del flujo. Dicho restrictor de flujo fijo puede ser el denominado como reductor, el cual es un casquillo de bronce mecanizado de aproximadamente 1,2 cm de longitud con un agujero pasante de un diámetro predeterminado. El diámetro del agujero se selecciona para que se adapte a un refrigerante dado y una caída de presión correspondiente a una condición operativa dada. El cuerpo del reductor puede ser intercambiado para acoplarse a las condiciones típicas de operación para una instalación dada de acondicionamiento de aire. El reductor tiene que asegurar que el refrigerante que alcance el dispositivo de expansión 20 tenga una presión residual suficiente para que sea líquido en lugar de un fluido de dos fases. La tubería de derivación de líquido 50 acopla la tubería de líquido 18 al dispositivo de expansión 20, y al serpentín evaporador 22, puenteando por derivación el serpentín 44 del intercambiador de calor del subenfriador y el restrictor 48. Existe una válvula de solenoide 52 de la tubería de líquido en la tubería de derivación 50, la cual está controlada para cerrar la tubería de derivación cuando se precise la deshumidificación (refrigeración latente adicional), y para abrir cuando se precise la refrigeración normal. El restrictor de flujo fijo crea una caída de presión para llevar el líquido refrigerante a una presión que sea aceptable para el dispositivo de expansión existente 20. Esto permite que el conjunto de subenfriador 40 esté provisto con una mejora de "inserción" o accesoria, con poco impacto físico en el sistema existente 10. La tubería de derivación 50 y el solenoide 52 se utilizan para encaminar el líquido refrigerante alrededor del subenfriador, permitiendo que el conjunto del subenfriador 40 se encuentre "dentro" o "fuera" en el circuito. Si el solenoide 52 de la tubería de líquido está abierto, el serpentín del subenfriador 44 estará realmente fuera del circuito. El flujo del refrigerante seguirá el trayecto de mínima resistencia a lo largo de la tubería de derivación 50, mientras que el restrictor de flujo 46 creará una impedancia para mantener el flujo a través del serpentín 44 del subenfriador a un nivel insignificante. Por el contrario, al cerrarse la válvula de solenoide 52, todo el refrigerante líquido será encaminado a través del serpentín 44 del subenfriador. Teniendo abierta la válvula de solenoide de derivación 52, con el serpentín del subenfriador fuera de circuito, se permite que el sistema alcance su efecto de refrigeración sensible completo sin añadir ningún efecto de refrigeración latente. A continuación se cierra la válvula 52 de solenoide de la tubería de líquido de derivación, el refrigerante circula a través del serpentín 44 del subenfriador, y el serpentín 22 del evaporador y el serpentín de subenfriador 44 proporcionan un efecto de deshumidificación completo.

Cuando el conjunto 40 del subenfriador se encuentra en circuito, el serpentín 44 del subenfriador calienta el aire que sale del serpentín evaporador 22 y subrefrigera el refrigerante líquido que está siendo suministrado desde el serpentín del condensador 16. El líquido refrigerante subenfriado tiene su presión rebajada por el restrictor de flujo 48, y a continuación pasa a través del dispositivo de estrangulamiento o dispositivo de expansión 20, y se introduce en el evaporador o en el serpentín de refrigeración 22. El flujo de aire interior es enfriado hasta una temperatura baja adecuada, por ejemplo, 49 grados F, según se expuso anteriormente, y la humedad se condensa a partir del aire interior. A continuación, el serpentín 44 del subenfriador caliente el aire que sale para llevar la temperatura sensible de retorno a un nivel confortable, por ejemplo, 59 grados.

El sistema del acondicionador de aire 10 utiliza aquí también un conmutador 54 de baja presión del compresor, que está acoplado operativamente a la tubería de retorno 26 de vapor, y que detecta el estado en que la presión de succión del comprensor sea demasiado baja, para proteger contra la congelación del evaporador.

La configuración de control del termostato para el control del refrigerantelatente alto puede ser explicada con referencia a la figura 3. Un dispositivo de termostato 60 situado en el espacio de confort del edificio se utiliza en conjunción con un transformador 62, que proporciona 24 VCA de voltaje al transformador. El voltaje de línea a 120 VCA se encuentra también disponible, y alimenta el transformador 62. El termostato tiene un terminal de retorno R hacia el transformador 62, un terminal del ventilador G hacia el relé del ventilador interior (no mostrado) y un terminal de refrigeración Y_{1}, que controla el compresor y el contactor del ventilador exterior (no mostrado), el cual actúa el compresor 12 cuando se alcanza un punto de ajuste de enfriamiento predeterminado o bien en caso de superarlo, y cuando exista una necesidad de enfriamiento. La línea de control de humedad 64 está fijada a un terminal de enfriamiento Y_{1} y conecta, en serie, el conmutador 54 de baja presión y un higrostato 66 montado en la pared situado en el espacio de confort. En esta realización se encuentra dispuesto también un relé de control 68 en serie con la línea de control de la humedad 64, con terminales de salida que suministran el voltaje de la red a la válvula 52 de solenoide de líquido. No obstante, si el transformador 62 de 24 voltios tiene una potencia suficiente, la línea de control de la humedad puede alimentar directamente el relé de solenoide 52.

El higrostato 66 montado en la pared energetiza y desenergetiza directamente la válvula 52 de solenoide de la tubería de líquido de derivación, haciendo que el serpentín del subenfriador 44 entre y salga del circuito del refrigerante. Cuando la presión de succión del compresor es extremadamente baja, el conmutador de baja presión detectará esta situación y hará que salga del circuito el serpentín del subenfriador 44, ayudando a impedir que se congele el serpentín evaporador.

La figura 3 es un diagrama de presión-entalpía del sistema para explicar el flujo de calor del refrigerante en el sistema, ignorando las pérdidas generales del sistema. En este caso la presión se encuentra a lo largo del eje vertical o de ordenadas, y la entalpía se encuentra en el eje horizontal o de abscisas. En esta realización, el fluido de trabajo del refrigerante es R22, y las zonas de líquido, vapor y las zonas de dos fases son generalmente tal como las etiquetas. El gráfico de línea llena representa el modo del acondicionador de aire con el serpentín del subenfriador 44 en el circuito (refrigeración latente alta), mientras que el grafico de línea de trazos representa le modo de derivación (refrigeración normal). El punto A representa el estado del refrigerante que abandona el serpentín evaporador 22 y entra en el compresor 12. El punto B representa el estado del refrigerante que abandona el compresor y que entra en el condensador 14. En el condensador se reduce la entalpía, en gran parte por la condensación en el estado de líquido emitiendo calor hacia el aire exterior. En el punto C, el refrigerante que se ha condensado, abandona el condensador 44 y entra en el serpentín del subenfriador 44. En el subenfriador, se reduce la entalpía del refrigerante mediante la reducción de la temperatura del líquido dejado en la tubería de saturación de líquido. A continuación, en el punto D, el líquido del refrigerante subrefrigerado pasa al restrictor de presión 48, y lleva a cabo una reducción de presión en el punto E, en donde entra el líquido en el dispositivo de estrangulamiento o dispositivo de expansión 20. En el punto F, el refrigerante entra en el serpentín evaporador 22 como una mezcla de las fases de vapor y líquido a baja presión. Conforme el refrigerante pasa a través del serpentín 22, el refrigerante líquido se evapora hasta que solo el vapor abandona el serpentín y retorna a la parte de succión del compresor (Punto A).

Al abrirse el solenoide de derivación 52, y se saca fuera del circuito el serpentín del subenfriador 44, entonces el refrigerante sigue el gráfico de presión-entalpía mostrado con líneas de trazos en la figura 4. El vapor del refrigerante entra en el puerto de succión del compresor 12 en el punto A' y abandona el puerto P de descarga del compresor en el punto B' y entra en el condensador 16. Debido a que ahora el circuito puentea el serpentín del subenfriador 44 y el restrictor de flujo 48, el refrigerante líquido entra en el dispositivo de expansión 20 en el punto E' y se libera en el punto F' a presión reducida en el interior del serpentín evaporador 22. En este caso, se observará que existe aproximadamente la misma caída de presión a través del dispositivo expansor 20, tanto en el modo de subenfriamiento (enfriamiento latente alto) (E a F) como en el modo de derivación (enfriamiento normal) (E' a F'). En el modo de subenfriamiento, el fluido refrigerante en el evaporador y en el puerto de succión del compresor se encuentra a una presión algo más baja que en el modo de derivación. Esto significa que el serpentín evaporador está algunos grados más fría en el modo de refrigeración latente que en el modo de refrigeración normal, condensando por tanto más humedad, y reduciendo la temperatura del bulbo húmedo del aire de salida por debajo de lo que se conseguiría en el modo de derivación.

En la figura 5 se muestra un control de termostato para un sistema de dos etapas en la figura 5. Los elementos que corresponden a los elementos descritos con referencia a la figura 3 están identificados aquí con caracteres de referencia similares, y no se repetirá una descripción detallada de los mismos. En esta realización, el termostato de dos etapas 160 está asociado con el transformador del termostato, y tiene un terminal de retorno R, un terminal del ventilador G, y un terminal de refrigeración Y_{1} tal el descrito anteriormente. Además existe un segundo terminal de refrigeración Y_{2} que llega a ser activado cuando se alcance un segundo punto de ajuste de la temperatura o bien cuando se exceda el mismo, que sea superior al punto de ajuste del terminal de refrigeración Y_{1}. El conmutador de baja presión 54, el higrostato 66 y el rele de control están conectados de la forma anterior en la línea de control de la humedad 64, la cual está unida al terminal de refrigeración Y_{1}. Además de ello, el segundo relé de control 170 tiene su actuador conectado al segundo terminal de refrigeración Y_{2} y sus terminales de salida conectados en serie con la línea de control de la humedad 64.

En esta realización, si la temperatura en el espacio de confort ocupado continúa elevándose y pasando por segundo punto de ajuste más alto, la segunda etapa de refrigeración anulará el subenfriador de alta latencia y lo sacará de su funcionamiento. Esto permite al sistema de acondicionamiento de aire 10 el conseguir su efecto de refrigeración sensible total. A continuación, una vez que el espacio de aire acondicionado retorne a una temperatura aceptable por debajo de su punto de ajuste superior, se cumplirá la segunda etapa de refrigeración, y se permitirá que el subenfriador retorne al circuito cuando el higrostato 66 ordene la deshumidificación.

En la figura 6 se muestra una realización adicional del sistema de refrigeración de latencia alta. En este caso, los elementos que son también comunes a los sistemas de acondicionamiento de aire de las figuras 1 y 2 están identificados con los mismos números de referencia, y se omitirá la descripción detallada. En esta realización, la diferencia operativa de la realización de la figura 2 es que el restrictor de flujo fijo 48 se ha reemplazado con una válvula de expansión termostática 148. La válvula de expansión termostática, o TXV, es un dispositivo conocido que se utiliza frecuentemente como una válvula de expansión en la entrada de un evaporador, aunque en esta realización se utiliza la válvula TXV 148 para reducir la presión del líquido condensador que abandona el serpentín 44 del subenfriador antes de que alcance el dispositivo de expansión 20 asociado con el serpentín 22 del evaporador. El TXV 148 tiene una tubería de ecualización 150 acoplada a la tubería de vapor 26 de baja presión, y el bulbo152 de detección de temperatura situado en la línea 26 en zona de aguas debajo del serpentín evaporador 22, y antes del puerto de succión S del compresor 12. El TXV modula el flujo del líquido refrigerante subrefrigerado, de acuerdo con la temperatura del refrigerante y la presión de succión. Esta configuración asegura que exista un supercalor constante en la succión del compresor, de forma que no tenga lugar un desbordamiento del compresor. El TXV 148 reduce la presión del refrigerante, pero mantiene la presión por encima del punto al cual existan las dos fases (líquido y vapor), es decir, aproximadamente en el punto E de la figura 4. El dispositivo de expansión de aguas abajo 20 funcionará entonces para hacer caer la presión del fluido del refrigerante que entra en el evaporador dentro del punto del flujo de dos fases. Esto permite que la configuración del subenfriador se acomode a una amplia variedad de cargas del acondicionamiento de aire y de la deshumidificación, mientras que se mantienen unas condiciones de operación aceptables.

El conjunto del subenfriador 40 de acuerdo con cualquiera de las realizaciones de la invención puede ser suministrado como una modificación de un sistema de "inserción", precisando de muy poco esfuerzo de instalación, y encajando fácilmente en el espacio disponible en los sistemas de acondicionamiento de aire existentes. Puesto que la condensación de la humedad tiene lugar solo en el serpentín evaporador existente, no se precisa ningún aparato adicional para la recogida del condensado. El conjunto del subenfriador solo requiere la fijación con pernos en el serpentín del subenfriador 44, la instalación de las tuberías representadas por las ramificaciones 42, 50 y 46, y por las conexiones eléctricas fáciles de instalar al termostato tal como se muestra en las figuras 3 y 5.

Debido solo a que se dispone una única serpentín adicional 44 en el trayecto 24 del flujo del aire interior, la carga del ventilador interior no se incrementa en forma apreciable.

Claims (6)

1. Un aparato de acondicionamiento de aire con refrigeración latente controlada, que comprende un compresor (12) que tiene un lado de succión al cual se suministra un fluido de trabajo como vapor a baja temperatura, y un lado de descarga desde el cual se descarga el fluido de trabajo como vapor a una alta presión y temperatura elevada, un intercambiador de calor (16) condensador exterior, alimentado con el mencionado vapor a alta presión para la disipación del calor del fluido de trabajo al aire exterior, y descargando el fluido de trabajo como un líquido a alta presión; un serpentín (22) evaporador interior alimentado por una tubería de líquido (18) desde el mencionado intercambiador de calor (16) condensador con el mencionado fluido de trabajo a alta presión, incluyendo medios de válvula de expansión (20) para reducir la presión del mencionado fluido de trabajo a líquido en los mencionados medios del intercambiador de calor de baja presión, en los que el calor procedente de un flujo del aire interior es absorbido por el mencionado líquido de baja presión, de forma tal que el mencionado fluido de trabajo se convierte en un vapor de baja presión, y el mencionado vapor de baja presión se hace pasar al lado de succión del mencionado compresor (12), y medios para reducir la humedad relativa del aire interior que abandona el mencionado serpentín interior, incluyendo un intercambiador de calor (14) del subenfriador, que tiene una entrada acoplada al mencionado intercambiador de calor condensador (16), para recibir el mencionado líquido a alta presión y una salida acoplada a los medios de la válvula de expansión (20) del mencionado evaporador interior (22), estando posicionado el mencionado intercambiador de calor (44) del subenfriador en el flujo de aire interior que sale de los mencionados medios del intercambiador de calor evaporador interior (72) para subenfriar el mencionado fluido de trabajo, y elevar la temperatura del mencionado flujo de aire interior de salida, y medios de control operativos, cuando se soliciten enfriamiento y deshumidificación, para encaminar el fluido de trabajo del líquido a alta presión primeramente a través del mencionado intercambiador de calor (44) del subenfriador, y después hacia el mencionado serpentín (22) evaporador interior, y cuando se precise solo la refrigeración, para puentear el intercambiador de calor (44) del subenfriador, y dirigir el fluido de trabajo del líquido de alta presión desde el mencionado intercambiador de calor (16) condensador directamente hacia el mencionado serpentín evapo-
rador (22),

caracterizado porque

la mencionada tubería del líquido (18) tiene una primera ramificación (50) acoplada a los medios de la válvula de expansión (20) del mencionado serpentín evaporador y una segunda ramificación (42) acoplada a la entrada del mencionado intercambiador de calor (44) del subenfriador, y un segunda tubería de líquido (46) que acopla la salida del mencionado intercambiador de calor (44) subenfriador a los medios (20) de la válvula de expansión del mencionado serpentín evaporador (22); incluyendo la mencionada segunda tubería de líquido un dispositivo restrictor de flujo (48; 46), e incluyendo los mencionados medios de control una válvula de solenoide (52) de tubería de líquido interpuesta en la mencionada primera ramificación (50) y medios del circuito de control acoplados a la mencionada válvula de solenoide (52) para abrir la mencionada válvula de solenoide (52) cuando se solicita la refrigeración solamente, y para cerrar la mencionada válvula de solenoide (52) cuando se precise la refrigeración y la deshumidificación, y porque:

el mencionado circuito de control incluye un termostato que tiene un terminal de refrigeración (Y_{1}) que suministra una señal para activar el mencionado compresor (12) cuando se alcance la temperatura del punto de rocío de refrigeración; y una línea de control de la humedad (64) acoplada al mencionado terminal de refrigeración (Y_{1}) que incluye un higrostato (66) en serie con los medios de terminal de control para actuar la mencionada válvula (52) de solenoide de la tubería de líquido.

2. Un aparato de acondicionamiento de aire de acuerdo con la reivindicación 1, en el que mencionado circuito de control incluye un conmutador (54) de baja presión en serie con la mencionada línea de control de la humedad (64), y en comunicación de fluido con el lado de succión del mencionado compresor (12) para detectar una condición de baja presión del lado de succión del mencionado compresor (12).

3. Un aparato de acondicionamiento de aire, de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la mencionada válvula de solenoide (52) está normalmente cerrada y se abre al ser activada.

4. Un aparato de acondicionamiento de aire de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mencionada válvula de solenoide (62) está normalmente abierta y se cierra al ser activada.

5. Un aparato de acondicionamiento de aire de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el mencionado termostato (160) es un termostato de dos etapas que tiene un segundo terminal de enfriamiento (72) que se energetiza cuando se alcanza una segundo punto de rocío más alto, y en el que el mencionado circuito de control incluye un relé de control acoplado al mencionado segundo terminal de enfriamiento y activado por el mismo, y que tiene terminales de alimentación eléctrica en serie con la mencionada línea de control de la humedad (64).

6. Un aparato de acondicionamiento de aire de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la mencionada válvula de solenoide (52) de la línea de líquido es un dispositivo alimentando por la línea, y los mencionados terminales de control incluyen un relé de control (68) que tiene un actuador en serie en la mencionada línea de control de la humedad, y terminales de alimentación eléctrica acoplados a una fuente de alimentación de la red eléctrica y a la mencionada válvula de solenoide (52) de la línea de líquido.