ES2208995T3 - Acondicionador de aire de refrigeracion que utiliza un refrigerante no azeotropico y que incluye un aparato detector de informacion de control. - Google Patents
Acondicionador de aire de refrigeracion que utiliza un refrigerante no azeotropico y que incluye un aparato detector de informacion de control.Info
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Abstract
UN APARATO DETECTOR DE INFORMACION Y CONTROL PARA UN ACONDICIONADOR DE AIRE QUE EMPLEA UN REFRIGERANTE NO AZEOTROPO ESTA EQUIPADO CON UN DETECTOR DE TEMPERATURAS (11) Y UN DETECTOR DE PRESIONES (12) EN EL CICLO DE REFRIGERACION DEL ACONDICIONADOR DE AIRE, CUYO CICLO SE FORMA CONECTANDO UN COMPRESOR (1), UN CONDENSADOR (2), UN MECANISMO DE DESCOMPRESION (3) Y UN EVAPORADOR (4) PARA DETECTAR LA TEMPERATURA (T 1 ) Y LA PRESION (P 1 ) DEL REFRIGERANTE QUE CIRCULA POR EL CICLO DE CIRCULACION PARA OBTENER LA COMPOSICION DE CIRCULACION DEL REFRIGERANTE POR MEDIO DE LA UNIDAD DE CALCULO (2) DE LA COMPOSICION. EL FUNCIONAMIENTO OPTIMO CORRIENTE DEL CICLO SE HACE POSIBLE, AUNQUE LA COMPOSICION DE CIRCULACION DEL REFRIGERANTE HAYA VARIADO.
Description
Acondicionador de aire de refrigeración que
utiliza un refrigerante no azeotrópico y que incluye un aparato
detector de información de control.
Esta invención concierne a un acondicionador de
aire de refrigeración que utiliza un refrigerante no azeotrópico
compuesto de un componente de elevado punto de ebullición y de un
componente de bajo punto de ebullición y que incluye una unidad de
cálculo de la composición y una unidad de control para hacer
funcionar de manera eficiente el acondicionador de aire de
refrigeración con una alta fiabilidad incluso si la composición del
refrigerante en circulación (a la que de aquí en adelante se hará
referencia como la composición de circulación) ha cambiado a otra
composición diferente de la que inicialmente fue introducida para
llenar el sistema.
La Fig. 3 es un diagrama de bloques que muestra
la construcción de un acondicionador de aire de refrigeración que
utiliza un refrigerante no azeotrópico ilustrado, por ejemplo, en
la Solicitud de Patente Japonesa Sin Examinar Publicada bajo el Nº
6546/86 (Kokai Sho-61/6546). En la Fig. 3, la
referencia numérica 1 designa un compresor; la referencia numérica
2 designa un condensador; la referencia numérica 3 designa un
dispositivo descompresor que utiliza una válvula de expansión; la
referencia numérica 4 designa un evaporador; y la referencia
numérica 5 designa un acumulador. Estos elementos están conectados
en serie por medio de una tubería entre ellos, y en conjunto
componen un acondicionador de aire de refrigeración. El
acondicionador de aire de refrigeración utiliza un refrigerante no
azeotrópico compuesto de un componente de elevado punto de
ebullición y de un componente de bajo punto de ebullición como
refrigerante del mismo.
A continuación se describirá el funcionamiento de
dicho aparato. En el acondicionador de aire de refrigeración
construido tal como se ha descrito más arriba, un gas refrigerante
que ha sido comprimido hasta un estado de alta temperatura y alta
presión por el compresor 1 es condensado hasta estado líquido por
el condensador 2. El refrigerante licuado es descomprimido por el
dispositivo descompresor 3 hasta un estado de refrigerante a baja
presión de dos fases de líquido y vapor, y fluye al interior del
evaporador 4. El refrigerante es evaporado por el evaporador 4 para
ser almacenado en el acumulador 5. El refrigerante gaseoso del
interior del acumulador 5 retorna hacia el compresor 1 para ser
comprimido de nuevo y enviado al condensador 2. En este aparato, el
acumulador 5 impide el retorno hacia el compresor 1 de un
refrigerante en un estado líquido mediante el almacenamiento de un
excedente de refrigerantes, cuyo excedente ha sido producido en el
momento en que las condiciones de funcionamiento o las condiciones
de carga del acondicionador de aire de refrigeración se encuentran
en un estado específico.
Es sabido que tal acondicionador de aire de
refrigeración que utiliza un refrigerante no azeotrópico adecuado
para sus objetivos como refrigerante del mismo tiene cualidades
capaces de obtener una temperatura más baja de evaporación o una
temperatura más alta de condensación del refrigerante, las cuales
no pueden ser obtenidas utilizando un único refrigerante, y es capaz
de mejorar la eficiencia del ciclo del mismo. Puesto que
refrigerantes tales como el "R12" o el "R22" (ambos son
los códigos de la ASHRAE: American Society of Heatig, Refrigeration
and Air Conditioning Engineers), los cuales han sido ampliamente
utilizados, causan la destrucción de la capa de ozono de la tierra,
se propone el refrigerante no azeotrópico como substituto.
Puesto que el acondicionador de aire de
refrigeración convencional que utiliza un refrigerante no
azeotrópico está construido tal como se ha descrito más arriba, la
composición de circulación del refrigerante que circula a través del
ciclo de refrigeración del mismo es constante si las condiciones de
funcionamiento y las condiciones de carga del acondicionador de
aire de refrigeración son constantes, y por ello el ciclo de
refrigeración del mismo es eficiente. Pero, si las condiciones de
funcionamiento o las condiciones de carga han cambiado, en
particular, si la cantidad del refrigerante almacenado en el
acumulador 5 ha cambiado, la composición de circulación del
refrigerante varía. De acuerdo con ello, se requiere el control del
ciclo de refrigeración de acuerdo con la composición de circulación
del refrigerante modificada, especialmente el ajuste de la cantidad
del flujo del refrigerante mediante el control del número de
revoluciones del compresor 1 o el control del grado de abertura de
la válvula de expansión del dispositivo descompresor 3. Debido a que
el acondicionador de aire de refrigeración convencional no tiene
unos medios para detectar la composición de circulación del
refrigerante, existe el problema de que no se puede mantener el
funcionamiento óptimo del mismo de acuerdo con la composición de
circulación del refrigerante del mismo. Además, existe otro
problema que reside en que no puede funcionar con alta seguridad y
fiabilidad debido a que no puede detectar la anormalidad de la
composición de circulación del refrigerante del mismo cuando la
composición de circulación ha cambiado por las fugas del
refrigerante durante el funcionamiento del ciclo de refrigeración o
por una operación errónea en el momento del llenado de
refrigerante.
A la vista de lo anteriormente expuesto, un
objetivo de la presente invención es el de aportar un aparato de
detección de información de control para un acondicionador de aire
de refrigeración que utiliza un refrigerante no azeotrópico,
pudiendo dicho aparato, de una construcción simple, detectar
exactamente la composición de circulación del refrigerante en el
ciclo de refrigeración del acondicionador de aire mediante el
cálculo de señales procedentes de un detector de temperatura y de
un detector de presión del aparato con una unidad de cálculo de la
composición de la misma si la composición de circulación ha variado
debido al cambio de las condiciones de funcionamiento o de las
condiciones de carga del acondicionador de aire, o incluso si la
composición de circulación ha variado debido a las fugas de
refrigerante durante el funcionamiento del mismo o por una operación
errónea en el momento del llenado de refrigerante.
Un objetivo adicional de la presente invención
es de proporcionar un aparato detector de información de control
para un acondicionador de aire de refrigeración que utiliza un
refrigerante no azeotrópico, cual aparato puede detectar de manera
exacta la composición del refrigerante circulante en el ciclo de
refrigeración del acondicionador de aire detectando una temperatura
y una presión del refrigerante en el acumulador del mismo o una
temperatura y una presión del refrigerante entre el acumulador y la
tubería de succión del condensador del mismo con un detector de
temperatura y un detector de presión del aparato respectivamente y
por cálculo de las señales de dichos detectores con una unidad de
cálculo de la composición incluso si la composición de circulación
se ha modificado debido al cambio de las condiciones de
funcionamiento o de las condiciones de carga del acondicionador de
aire, o incluso si la composición circulante ha sufrido una
modificación debido a una fuga del refrigerante durante el
funcionamiento del acondicionador o un error de funcionamiento en
el momento de llenado del refrigerante.
La patente
JP-A-06 117 737 describe un aparato
para detectar composiciones refrigerantes utilizando un detector de
temperatura y un detector de presión para detectar la temperatura y
la presión del refrigerante en un acumulador de un ciclo de
refrigeración.
De acuerdo con la presente invención se aporta un
acondicionador de aire utilizando un refrigerante no azeotrópico
tal como se define en la reivindicación 1. Se pueden aportar
características opcionales según se define en la reivindicación
2.
Tal como se ha explicado anteriormente, el
aparato detector de información de control de acuerdo con la
presente invención detecta la temperatura y la presión del
refrigerante en el acumulador o la temperatura y la presión del
refrigerante entre el acumulador y la tubería de succión del
compresor con el detector de temperatura y el detector de presión
del aparato, respectivamente. Si la unidad de cálculo de la
composición calcula la composición del refrigerante asumiendo que
la sequedad del refrigerante que fluye al interior del evaporador
del acondicionador de aire tiene un valor prescrito, el aparato,
constituido según una construcción simple, puede detectar el cambio
de la composición de circulación del refrigerante para determinar
los valores de control de los dispositivos compresor, descompresor,
y similares del acondicionador de aire de acuerdo con la
composición circulante. En consecuencia el acondicionador de aire
se puede controlar bajo unas condiciones óptimas incluso si la
composición ha cambiado.
Los objetivos y ventajas de la presente invención
expuestos más arriba resultarán más plenamente evidentes a partir
de la siguiente descripción detallada cuando la misma sea leída en
conexión con los dibujos adjuntos. Debe ser expresamente entendido,
sin embargo, que los dibujos sólo tienen un propósito ilustrativo y
no pretenden ser una definición de los límites de la invención.
La Fig. 1 es un diagrama de bloques que muestra
la construcción de un acondicionador de aire de refrigeración que
utiliza un refrigerante no azeotrópico equipado con un aparato de
detección de información de control de acuerdo con un primer
ejemplo de realización (ejemplo de realización 1) de la presente
invención;
La Fig. 2 es un diagrama explicativo para
ilustrar el funcionamiento de la unidad de cálculo de la
composición del ejemplo de realización 1 mediante el uso de
relaciones entre presiones y las temperaturas de un refrigerante no
azeotrópico y las composiciones circulantes.
La Fig. 3 es un diagrama de bloques que muestra
la construcción de un acondicionador de aire de refrigeración
convencional que utiliza un refrigerante no azeotrópico.
Ahora se describirán en detalle unos ejemplos de
realización preferidos de la presente invención con referencia a
los dibujos adjuntos.
Ejemplo de realización
1
La Fig. 1 es una diagrama de bloques que muestra
la construcción de un acondicionador de aire de refrigeración que
utiliza un refrigerante no azeotrópico, estando equipado dicho
acondicionador de un aparato detector de información recontrol de
acuerdo con un primer ejemplo de realización de la presente
invención. El presente ejemplo de realización está equipado con un
primer detector de temperatura 11 para detectar la temperatura T1
del refrigerante en el acumulador 5 del mismo y un detector de
presión 12 para detectar la presión P1 del refrigerante en el
acumulador 5, y las señales detectadas respectivamente por el
detector de temperatura 11 y por el detector de presión 12, son
introducidas en la unidad 20 de cálculo de la composición. La
unidad de cálculo 20 tiene la función de calcular la composición
circulante á del refrigerante no azeotrópico sobre la base de la
temperatura T1 y la presión P1 en el acumulador 5, que son
detectadas por el detector de temperatura 11 y por el detector de
presión 12, respectivamente. Seguidamente se describirá el
funcionamiento de la unidad 20 de cálculo de la composición. El
aparato detector de información de control del presente ejemplo de
realización comprende estos detectores de temperatura 11, de
presión 12 y unidad 20 de cálculo de composición.
La unidad 20 adquiere la temperatura T1 y la
presión P1 del refrigerante en el acumulador 5. El refrigerante que
fluye hacia el acumulador 5 se halla en general en un estado
bifásico de vapor y líquido, siendo la sequedad del mismo de
alrededor de 0,8 a 1,0. En consecuencia la sequedad puede ser
considerada aproximadamente, por ejemplo 0,9. La temperatura y la
presión del refrigerante en este estado se determinan por la
composición circulante del refrigerante no azeotrópico que fluya a
través de ciclo refrigerante que se muestra en la Fig. 2. La
composición circulante á puede calcularse únicamente sobre la base
de la temperatura T1 y presión P1 en el acumulador 5 utilizando
oportunamente la característica mostrada con la línea de trazo
continuo de la Fig. 2.
Cuando la unidad de control 21 empieza a operar,
se detectan la temperatura T2 en la salida del condensador 2 y la
presión P2, por el detector de temperatura 13 y el detector de
presión 14, respectivamente. Entonces la unidad de control 21
adquiere la composición de circulación á calculada por la unidad 20
de cálculo de composición y calcula la temperatura T_{L} del
líquido saturado a la presión de condensación P2 sobre la base de
la presión P2 y la composición de circulación á. Esta temperatura de
líquido saturado T_{L} se determina de forma unívoca sobre la
base de la presión P2 puesto que la composición circulante á está
fijada. La unidad de control 21 calcula el grado de
superenfriamiento SC del refrigerante a la salida del condensador 2
sobre la base de la temperatura T2 a la salida y de la temperatura
del líquido saturado T_{L} (SC = T_{L} -T2). Luego, la unidad
21 juzga si el grado de superenfriamiento está de acuerdo con un
valor predeterminado, por ejemplo, 5ºC o no. Cuando el grado de
superenfriamiento coincide con el valor predeterminado, la unidad
21 avanza hacia la etapa final. Cuando el grado de superenfriamiento
se estima que no coincide con el valor predeterminado la unidad 21
ejecuta el proceso de alteración del grado de apertura de la
válvula de expansión eléctrica del dispositivo descompresor 3.
La unidad de control 21 puede detectar la
composición circulante del refrigerante en el ciclo refrigerante
únicamente sobre la base de la temperatura y presión en el
acumulador 5, y en consecuencia los cálculos en la unidad 20 de
cálculo de composición resultan simplificados, lo que hace posible
obtener un aparato detector de información de control de simple
construcción, y económico en costo.
El presente ejemplo de realización mide la
temperatura y la presión en el acumulador 5, pero el primer
detector de temperatura 11 y el detector de presión 12 pueden
disponerse en un lugar entre el acumulador 5 y la tubería de succión
del compresor 1.
La sequedad X puede establecerse en un valor
distinto de aproximadamente 0,8 a 1,0 que son los valores fijados
del ejemplo de realización anteriormente expuesto.
El aparato detector de información de control del
acondicionador de aire de la invención puede comprender además unos
medios operativos por comparación para generar una señal de aviso
cuando la composición del refrigerante calculada por dicha unidad
de cálculo de composición está fuera de una gama de valores
predeterminados, y unos medios de aviso que operan sobre la base de
una señal de aviso generada por dichos medios operativos por
comparación.
Aunque se han descrito unos ejemplos de
realización preferidos de la invención utilizando términos
específicos, tal descripción sólo tiene propósitos ilustrativos, y
debe ser entendido que se pueden realizar cambios y variaciones sin
apartarse del alcance de las reivindicaciones siguientes.
Claims (2)
1. Un acondicionador de aire de refrigeración que
utiliza un refrigerante no azeotrópico como refrigerante del mismo,
teniendo el acondicionador de aire un ciclo refrigerante
constituido por la conexión de un compresor (1) un condensador (2),
un dispositivo descompresor (3), un evaporador (4) y un acumulador
(5) entre el evaporador (4) y el compresor (1) en la dirección de
flujo del refrigerante, comprendiendo además dicho acondicionador de
aire un aparato detector de información de control que
comprende:
un detector de temperatura (11) para detectar la
temperatura del refrigerante en dicho acumulador (5) o del
refrigerante entre dicho acumulador (5) y una tubería de succión de
dicho compresor (1);
un detector de presión (12) para detectar la
presión del refrigerante en dicho acumulador (5) o del refrigerante
entre dicho acumulador (5) y dicha tubería de succión;
una unidad (20) de cálculo de la composición para
calcular la composición del refrigerante circulando a través de
dicho ciclo de refrigeración sobre la base de unas señales
detectadas respectivamente por dicho detector de temperatura (11) y
dicho detector de presión (12) y sobre la base de un conjunto de
valores de sequedad asumidos, y
una unidad de control (21) para un funcionamiento
controlado de dicho dispositivo compresor (1) y/o descompresor (3)
de dicho acondicionador de aire en respuesta a dicha composición
refrigerante calculada.
2. El acondicionador de aire que utiliza un
refrigerante no azeotrópico de acuerdo con la reivindicación 1, en
donde dicho aparato detector de información de control comprende
además:
unos medios operativos por comparación para
generar una señal de aviso cuando la composición del refrigerante
calculada por dicha unidad (20) de cálculo de la composición está
fuera de una gama predeterminada, y
unos medios de aviso que operan en base a una
señal de aviso generada por dichos medios operativos por
comparación.
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