ES2231829T3 - Unidad de intercambio de calor para sistemas de acondicionamiento de aire. - Google Patents
Unidad de intercambio de calor para sistemas de acondicionamiento de aire.Info
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Abstract
SE PRESENTA UNA UNIDAD DE INTERCAMBIO DE CALOR QUE TIENE UN PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR (23) QUE SIRVE COMO UNA FUENTE DE CALOR DE AIRE, UN SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR (26) QUE ES ALIMENTADO CON FLUIDO TAL COMO AGUA CALIENTE O SIMILAR PARA REFRIGERANTE DE CALOR, Y UN MECANISMO DE AJUSTE DE LA CANTIDAD DE FLUIDO (30, 33) PARA AJUSTAR LA CANTIDAD DE FLUIDO A SER SUMINISTRADO AL SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR, TAMBIEN SE PRESENTA UNA ACONDICIONADOR DE AIRE QUE TIENE LA UNIDAD INTERCAMBIADORA DE CALOR Y UN SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE QUE TIENE EL ACONDICIONADOR DE AIRE. EL SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR (26) ESTA DISPUESTO EN UN ESPACIO SOBRANTE QUE ESTA FORMADO POR EL PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR Y UN SOPLADOR DE AIRE (41) PARA PROMOVER EL INTERCAMBIO DE CALOR ENTRE EL AIRE Y EL REFRIGERANTE QUE FLUYE EN EL PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR (23). LA PARTE SUPERIOR DE LA CARCASA DEL SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR (26) ESTA PROVISTA DE UN PUERTO DE SALIDA DE FLUIDO (100) Y DE UN PUERTO DE SALIDA DE REFRIGERANTE (101) MIENTRAS QUE LA PARTE INFERIOR DE LA CARCASA DEL SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR (26) ESTA PROVISTA DE UN PUERTO DE ENTRADA DE FLUIDO (103) Y DE UN PUERTO DE ENTRADA DE REFRIGERANTE (104).
Description
Unidad de intercambio de calor para sistema de
acondicionamiento de aire.
La presente invención se refiere a una unidad de
intercambio de calor, que tiene un primer intercambiador de calor
que sirve como fuente de calor de aire, y un segundo intercambiador
de calor para calentar el refrigerante con fluido calentado, un
acondicionador de aire que incluye a la unidad de intercambio de
calor, y un sistema de acondicionamiento de aire que incluye al
acondicionador de aire.
En una región fría tal como Hokkaido, un
acondicionador de aire del tipo denominado "bomba de calor",
que utiliza una fuente de calor de aire en la operación de
calentamiento, no proporciona suficiente efecto de calentamiento en
algunos casos. Con el fin de adoptar una medida alternativa en estos
casos, se ha propuesto un acondicionador de aire de tipo bomba de
calor, que está equipado con un aparato para calentar el
refrigerante con una caldera o similar, para utilizar el
refrigerante caliente como una fuente de calor (como se muestra en
la publicación del modelo de utilidad japonesa número
Hei-6-33296).
En un acondicionador de aire de este tipo, cuando
el aire es calentado directamente por una caldera, se debe ajustar
la potencia de combustión de la caldera de acuerdo con la carga del
acondicionador de aire, y por lo tanto, se debe instalar en el
acondicionador de aire de tipo bomba de calor una caldera que tenga
una capacidad de ajuste de la potencia de combustión o un equipo de
control para controlar la potencia de combustión de una caldera.
Como consecuencia, es inevitable un incremento de los costos en este
tipo de acondicionador de aire. Además, en este tipo de
acondicionador de aire, se sitúan un compresor, un soplador de aire
(ventilador), un intercambiador de calor, etc., en un alojamiento de
una unidad de intercambio de calor, y se diseña el alojamiento para
que tenga un espacio de utilización exclusiva (cámara) para acomodar
a un intercambiador de calor que se utiliza para efectuar el
intercambio de calor entre el refrigerante y la caldera. Por lo
tanto, el alojamiento de la unidad de intercambio de calor debe ser
diseñado de un tamaño grande.
Un acondicionador de aire de acuerdo con la parte
de preámbulo de la reivindicación principal 1, es conocido por el
documento U.S-A-4 553 401.
Por lo tanto, un primer objetivo de la presente
invención es proporcionar un acondicionador de aire en el cual se
pueda instalar un segundo intercambiador de calor para calentar
refrigerante, suprimiendo en lo posible los incrementos de
costos.
Un segundo objetivo de la presente invención es
proporcionar un acondicionador de aire en el cual sea innecesario un
diseño de gran tamaño para el alojamiento en el que se acomodan un
compresor, un soplador de aire, etc., incluso cuando se instala en
el alojamiento un segundo intercambiador de calor para calentar el
refrigerante.
Estos objetivos se alcanzan por las
características de la reivindicación principal.
Utilizaciones ventajosas del acondicionador de
aire de la reivindicación 1 se definen en las reivindicaciones 2 y
3.
En la unidad de intercambio de calor como se ha
descrito más arriba, se dispone el primer intercambiador de calor
alrededor del soplador de aire, de manera que al menos una parte de
lo que rodea al soplador de aire se encuentre abierta, y se dispone
el segundo intercambiador de calor en la porción abierta del primer
intercambiador de calor.
En la unidad de intercambio de calor que se ha
descrito más arriba, se diseña el primer intercambiador de calor
para que tenga una sección sustancialmente en forma de U, se dispone
el soplador de aire sustancialmente en el centro del primer
intercambiador de calor, se dispone el segundo intercambiador de
calor en la porción abierta del primer intercambiador de calor de
sección en forma de U, y se dispone en la porción abierta un tubo de
fluido conectado al segundo intercambiador de calor.
En la unidad de intercambio de calor como se ha
descrito más arriba, se diseña el primer intercambiador de calor
para que tenga una sección sustancialmente en forma de U, se dispone
el soplador de aire sustancialmente en el centro del primer
intercambiador de calor, se dispone el segundo intercambiador de
calor en la porción abierta del primer intercambiador de calor de
sección en forma de U, y se monta de manera separable un panel de
servicio en la porción abierta.
En la unidad de intercambio de calor como se ha
descrito más arriba, se dispone un tubo de refrigerante conectado al
segundo intercambiador de calor, a lo largo del primer
intercambiador de calor.
En la unidad de intercambio de calor como se ha
descrito más arriba, el segundo intercambiador de calor tiene un
bastidor en el cual se suministran el fluido, así como el
refrigerante, para efectuar el intercambio de calor entre el fluido
y el refrigerante, y la porción superior del bastidor esta provista
de un puerto de salida para el fluido y de un puerto de salida para
el refrigerante, mientras que la porción inferior del bastidor estar
provista de un puerto de entrada para el fluido y de un puerto de
salida para el refrigerante.
En la unidad de intercambio de calor como se ha
descrito más arriba, el alojamiento tiene, al menos, un poste de
soporte, y el segundo intercambiador de calor está asegurado al
poste de soporte del alojamiento.
La unidad de intercambio de calor como se ha
descrito más arriba incluye, además, un miembro de fijación para
fijar el segundo intercambiador de calor, emparedando al segundo
intercambiador de calor entre ellos, mientras que el alojamiento
tiene, al menos, un poste de soporte y el miembro de fijación se
asegura al poste de soporte del alojamiento.
La figura 1 es un diagrama del circuito de
refrigerante de un sistema de acondicionamiento de aire de la
presente invención;
La figura 2 es un diagrama que muestra un estado
de operación del compresor que se muestra en la figura 1;
La figura 3 es un diagrama que muestra un estado
de apertura / cierre de la válvula de apertura / cierre que se
muestra en la figura 1;
La figura 4 es una primera modificación del medio
de ajuste de la cantidad de fluido del circuito refrigerante que se
muestra en la figura 1;
La figura 5 es una segunda modificación del medio
de ajuste de caudal de fluido del circuito refrigerante que se
muestra en la figura 1;
La figura 6 es una tercera modificación del medio
de ajuste de caudal de fluido del circuito refrigerante que se
muestra en la figura 1;
La figura 7 es una vista en planta que muestra
una unidad exterior de intercambio de calor que se muestra en la
figura 1;
La figura 8 es una vista lateral que muestra la
unidad exterior de intercambio de calor que se muestra en la figura
1;
La figura 9 es una vista en planta que muestra la
estructura interna de la unidad exterior de intercambiador de calor
que se muestra en la figura 1;
La figura 10 es una vista longitudinal seccionada
que muestra la estructura interna de la unidad de intercambiador de
calor que se muestra en la figura 1;
La figura 11 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado de un segundo intercambiador de calor.
La figura 12 es un diagrama que muestra la
eficiencia de intercambio de calor del segundo intercambiador de
calor que se muestra en la figura 11;
La figura 13 es una perspectiva de la unidad
exterior, que muestra un estado en el que se desmonta un panel de
servicio grande;
La figura 14 es un diagrama que muestra una placa
metálica laminada que está dispuesta en un bastidor del segundo
intercambiador de calor que se muestra en la figura 11; y
La figura 15 es un diagrama que muestra un pasaje
de agua de fuente de calor y un pasaje de refrigerante que están
formados por la placa metálica laminada que se muestra en la figura
14.
A continuación se describirán realizaciones
preferentes de acuerdo con la presente invención, haciendo
referencia a los dibujos que se acompañan.
La figura 1 muestra un sistema de
acondicionamiento de aire que tiene un acondicionador de aire de
acuerdo con una realización de la presente invención. El sistema de
acondicionamiento de aire incluye una unidad exterior 1, dos
unidades interiores 2a y 2b, una caldera 3 (fuente de agua caliente)
y una bomba de circulación 4. El número de referencia 5 representa
un tubo entre las unidades para conectar las unidades 1, 2a y 2b, y
el número de referencia 6 representa un tubo de salmuera en el cual
se encuentra dispuesta la bomba de circulación 4.
Cada una de las unidades interiores 2a y 2b está
equipada con un intercambiador de calor interior (no mostrado), un
sensor de temperatura (no mostrado) para detectar la temperatura del
intercambiador de calor interior en la operación de calentamiento
(la temperatura de condensación en operación de calentamiento), un
dispositivo de expansión (no mostrado) y un sensor interior 7a (7b)
para detectar una carga de acondicionamiento de aire de una
habitación. El número de referencia 3 representa una caldera para
calentar fluido, tal como agua o similar. Se construye en la caldera
3 un calentador (no mostrado) para calentar salmuera, y se permite
que la salmuera calentada circule en una dirección como la indicada
por la línea continua haciendo funcionar la bomba de circulación 4.
En esta realización, la bomba de circulación 4 no se incorpora ni en
la unidad exterior 1 ni en la caldera 3, sin embargo, se puede
incorporar en una cualquiera de entre la unidad exterior 1 y la
caldera 3.
La unidad exterior 1 está equipada con varios
elementos, como se describirá más adelante. Esto es, el número de
referencia 8 representa un aparato de compresión, y comprende dos
compresores 9a y 9b. El compresor 9a está diseñado como de tipo de
potencia (capacidad) invariable que tiene 6 caballos de vapor, y se
diseña el compresor 9b como de tipo de potencia (capacidad) variable
que tiene, como máximo, 4 caballos de vapor. El número de
referencia 10 representa un tubo de alta presión que tiene una
válvula de alta presión 11 abierta / cerrada, conectada al compresor
9b. Haciendo funcionar la válvula de alta presión abierta / cerrada
11, se aplica presión elevada en un ciclo de refrigeración al
compresor 9b, para establecer la potencia (capacidad) del compresor
9b en 4 caballos de vapor. El número de referencia 12 representa un
tubo de baja presión que tiene una válvula abierta / cerrada 13, de
baja presión, conectado al compresor 9b. Abriendo la válvula abierta
/ cerrada 13 de baja presión, se aplica baja presión en el ciclo de
refrigeración al compresor 9b para establecer la potencia
(capacidad) del compresor 9b en 2 caballos de vapor.
El número de referencia 14 representa un
separador de aceite, y está dispuesto en un tubo de descarga 19. El
aceite, cuando se separa en el separador de aceite 14, se retorna a
través de una tubería de aceite 15, a una tubería de aspiración 16
del compresor 9b. El número de referencia 17 representa un tubo de
derivación que tiene una válvula de derivación 18 para ajustar la
potencia, y está adaptado para conectar el tubo de descarga 19 y un
tubo de aspiración 21 en la etapa delantera de un acumulador 20.
Abriendo la válvula de derivación 18, el refrigerante en el lado de
alta presión del ciclo de refrigeración, se retorna al lado de baja
presión del ciclo de refrigeración, con lo cual se reduce la
potencia del aparato de compresión 8 en 1 caballo de vapor. El
número de referencia 22 representa una válvula de cambio de cuatro
vías. Se dispone la válvula de cambio de cuatro vías a un estado de
conmutación, como se indica por una línea discontinua en la
operación de calentamiento y a un estado de conmutación como se
indica por una línea continua en la operación de enfriamiento.
El número de referencia 23 representa un
intercambiador de calor exterior (primer intercambiador de calor) y
en número de referencia 24a representa un serpentín de prevención de
escarcha, que se dispone en el lado inferior del intercambiador de
calor exterior 23. El intercambiador de calor exterior se conecta,
como se muestra en la figura 1, a un tubo de refrigerante. El número
de referencia 24 representa una válvula de calentamiento abierta /
cerrada. Se dispone en un estado completamente abierto cuando se
utiliza un calentador de refrigerante (segundo intercambiador de
calor) como se ha descrito a continuación (en la operación de
calentamiento que no utiliza bomba de calor), y y se dispone en un
estado completamente cerrado en la operación de enfriamiento. El
número de referencia 25 representa una válvula de enfriamiento
abierta / cerrada. Se dispone en un estado completamente abierto en
ambas operaciones de enfriamiento y de calentamiento (cuando se
utiliza la bomba de calor), y se dispone en un estado completamente
cerrado en la operación de calentamiento que no utiliza bomba de
calor.
El número de referencia 26 representa el
calentador de refrigerante (segundo intercambiador de calor) y el
agua caliente que es calentada por la caldera 3 intercambia calor
con el refrigerante en el segundo intercambiador de calor 26. Un
tubo de entrada 27 de un tubo de refrigerante 27' del calentador de
refrigerante 26 se conecta al tubo de alta presión del ciclo de
refrigeración por medio de la válvula de calentamiento abierta /
cerrada 24, y se conecta un tubo de salida 28 al tubo de aspiración
en la etapa delantera del acumulador 20.
Un tubo de entrada 29 del tubo de salmuera 6,
esto es, un tubo de entrada a través del cual se suministra fluido
(por ejemplo, agua caliente) al segundo intercambiador de calor 26,
está provisto de una pluralidad de válvulas de control (válvulas de
caudal constante) 30, que se disponen en paralelo entre sí y que
están adaptadas para ajustar la cantidad de fluido (agua caliente)
que se suministra al segundo intercambiador de calor 26. Estas
válvulas de control (primera y segunda válvula de caudal constante
31 y 32) funcionan en combinación como medio de ajuste de caudal (la
característica de la presente invención).
Específicamente, la primera válvula 31 de caudal
constante funciona para ajustar la cantidad de salmuera, de manera
que se suministre la salmuera a 7,5 litros / minuto al segundo
intercambiador de calor 26, incluso cuando circule una gran cantidad
de salmuera (agua caliente) desde la caldera 3. Además, la segunda
válvula de caudal constante 32 funciona para ajustar la cantidad de
salmuera, de manera que se suministre la salmuera a 4 litros /
minuto al segundo intercambiador de calor 26, incluso cuando circule
una gran cantidad de salmuera (agua caliente) desde la caldera 3. La
cantidad suministrada de salmuera al segundo intercambiador de
calor, como se ha descrito más arriba, no está limitada a los
valores específicos anteriores, y estos valores se pueden determinar
de acuerdo con distintos factores. El número de referencia 33
representa una válvula abierta / cerrada que se encuentra dispuesta
en el lado de entrada de la segunda válvula de caudal constante 32,
y la operación de apertura / cierre de la válvula está controlada de
acuerdo con una carga de acondicionamiento de aire. Esto es,
abriendo la válvula abierta / cerrada 33, la salmuera circula a 11,5
litros / minuto al segundo intercambiador de calor 26. Por otro
lado, cerrando la válvula abierta / cerrada 33, la salmuera circula
a 7,5 litros / minuto al segundo intercambiador de calor 26. Esta
construcción es una característica de la presente invención, y su
funcionamiento se describirá más adelante.
El número de referencia 34 representa un
controlador para el sistema de acondicionamiento de aire, como se ha
descrito más arriba. El controlador 34 recibe señales de los
sensores de temperatura y de los sensores interiores 7a y 7b de las
unidades interiores 2a y 2b, para establecer una potencia de
accionamiento para el sistema de acondicionamiento de aire. La
potencia de accionamiento del aparato de compresión 8 y el estado
abierto / cerrado de la válvula de derivación 18 del tubo de
derivación 17 se establecen como se muestra en la figura 2, de
acuerdo con la potencia de accionamiento establecida, con lo que se
puede variar escalonadamente la potencia del sistema de aire
acondicionado cada un caballo de vapor.
Aquí, en la operación de enfriamiento, el
refrigerante descargado del aparato de compresión 8 circula como se
indica por medio de una flecha de línea continua en la figura 1, y
el intercambiador de calor interior (no mostrado) actúa como un
evaporador. En este momento, la válvula de enfriamiento abierta /
cerrada 25 se dispone en el estado completamente abierto, mientras
que la válvula de calentamiento abierta / cerrada 24 se dispone en
el estado completamente cerrado, y se interrumpe el uso del segundo
intercambiador de calor 26.
Por otro lado, en la operación de calentamiento,
el refrigerante descargado del aparato de compresión 8 circula como
se indica por medio de la flecha de línea discontinua, y el
intercambiador de calor interior (no mostrado) actúa como un
condensador. En este momento, si la temperatura exterior es superior
a una temperatura predeterminada y por lo tanto se considera que
solamente la operación de la bomba de calor puede proporcionar
suficiente potencia de calentamiento, como en la operación de
enfriamiento, se abre completamente la válvula de enfriamiento
abierta / cerrada 25 y se cierra completamente la válvula de
calentamiento abierta / cerrada 24 en base a la señal del
controlador 34, con lo cual se interrumpe el uso del segundo
intercambiador de calor 26. Sin embargo, si la temperatura exterior
es menor que la temperatura predeterminada y por lo tanto se
considera que solamente con la operación de la bomba de calor no se
puede proporcionar suficiente potencia de calentamiento, la válvula
de enfriamiento abierta / cerrada 25 se encontrará completamente
cerrada y la válvula de calentamiento abierta / cerrada 24 se
encontrará completamente abierta en base a la señal del controlador,
y se accionan la caldera 3 y la bomba de circulación 4. Con esta
operación, se calienta el refrigerante en el segundo intercambiador
de calor 26 por medio de agua caliente (salmuera) que es calentada
por la caldera 3. Esto es, el agua caliente sirve como fuente de
calor para calentar el refrigerante.
La presente invención trabaja efectivamente en la
operación de accionamiento cuando la temperatura exterior es
inferior a la temperatura predeterminada, y por lo tanto, solamente
con la operación de bomba de calor no se podrá proporcionar
suficiente potencia de calentamiento. Como se ha descrito más
arriba, en primer lugar el controlador recibe las señales de los
sensores de temperatura y de los sensores interiores 7a y 7b de las
unidades interiores 2a y 2b, para activar la potencia de
accionamiento del sistema de acondicionamiento de aire. De acuerdo
con la potencia de accionamiento establecida, se establecen la
potencia de accionamiento del aparato de compresión 8 y el estado
abierto / cerrado de la válvula de derivación 18 del tubo de
derivación 17, como se muestra en la figura 2. Al mismo tiempo, se
establece el estado abierto / cerrado de la válvula abierta /
cerrada 33 como se muestra en la figura 3, en base a la relación
entre el número de unidades interiores operativas (2a, 2b) y la
temperatura de condensación (temperatura de condensación en la
operación de calentamiento) de las unidades interiores 2a y 2b. Esto
es, cuando el número de las unidades interiores que van a funcionar
es pequeño y la temperatura de condensación es superior a una
temperatura predeterminada, se considera que se obtendrá suficiente
cantidad de calor de refrigerante por la salmuera, y se cerrará la
válvula abierta / cerrada 33, con lo cual la salmuera circulará a 4
litros / minuto, al interior del segundo intercambiador de
calor.
Por otro lado, cuando el número de unidades
interiores que van a funcionar es grande y la temperatura de
condensación es inferior a la temperatura predeterminada, se
considera que la salmuera no obtendrá suficiente cantidad de calor
para el refrigerante, y se abrirá la válvula abierta / cerrada 33,
con lo cual la salmuera circulará a 11,5 litros / minuto, al
interior del segundo intercambiador de calor 26.
Como se ha descrito más arriba, la potencia del
aparato de compresión 8 y la cantidad de salmuera que circula en el
segundo intercambiador de calor 26 se ajustan de acuerdo con el
número de unidades interiores de funcionamiento (2a, 2b) y con la
temperatura de condensación (carga del acondicionamiento de aire).
Como consecuencia, se podrá obtener la potencia del aparato de
compresión 8 y la cantidad de calor del refrigerante, que debe
corresponderse con la carga de acondicionamiento de aire.
La figura 4 muestra una primera modificación del
medio de ajuste de la cantidad de fluido que se muestra en la figura
1. Como se muestra en la figura 4, se proporciona una válvula de
cambio de tres vías 40 en el tubo de entrada 29 de la salmuera. Se
conecta un tubo de salida 41 de la válvula de cambio de tres vías 40
al tubo de salmuera 6, para derivar el segundo intercambiador de
calor. Como consecuencia, cuando la cantidad de calor del
refrigerante en el segundo intercambiador de calor 26 sea
suficiente, se puede permitir que la salmuera circule en el tubo de
salida 41 mientras deriva al segundo intercambiador de calor 26.
Adicionalmente, la figura 5 muestra una segunda
modificación del medio de ajuste de la cantidad de fluido que se
muestra en la figura 1. Como se muestra en la figura 5, se
proporciona un tubo de derivación 51 para derivar una parte 50 del
segundo intercambiador de calor 26 (por ejemplo, una parte de un
pasaje de fluido) como medio de ajuste de la cantidad de fluido. En
esta modificación, cuando la cantidad de calor del refrigerante en
el segundo intercambiador de calor 26 es suficiente, se abre una
válvula abierta / cerrada 52 dispuesta en el tubo de derivación 51
para impedir que la salmuera fluya a una parte 50 del
intercambiador de calor 26, con lo cual se ajusta la cantidad en el
segundo intercambiador de calor 26.
La figura 6 muestra una tercera modificación del
medio de ajuste de la cantidad de fluido que se muestra en la figura
1. En esta modificación, el segundo intercambiador de calor 26 está
dividido en intercambiadores de calor plurales 60, 61 y 62, como se
muestra en la figura 6. Se interpone una pareja de válvulas abierta
/ cerrada 63a (64a) y 63b (64b) entre los intercambiadores de calor
respectivos, y se permite que la salmuera circule solamente en los
intercambiadores de calor deseados al controlar la operación abierta
/ cerrada de las válvulas abiertas / cerradas.
De acuerdo con la realización y con las
modificaciones de la misma, como se ha descrito más arriba, el
acondicionador de aire está equipado con un segundo intercambiador
de calor al que se le suministra refrigerante desde el primer
intercambiador de calor que sirve como fuente de calentamiento de
aire, y el fluido calentado de la caldera 3, tal como agua caliente
o similar, para calentar el refrigerante, y la cantidad de fluido
que se va a suministrar al segundo intercambiador de calor se
controlan por el medio de ajuste de la cantidad de fluido. Por lo
tanto, es suficiente proporcionar al acondicionador de aire
solamente con el segundo intercambiador de calor para calentar el
refrigerante y el controlador para ajustar la cantidad de fluido que
se va a suministrar al segundo intercambiador de calor. Como
consecuencia, se puede acortar el tiempo de diseño y se puede
eliminar el incremento en el número de componentes. Además, el
mecanismo para ajustar la cantidad de fluido que se va a suministrar
al segundo intercambiador de calor se instala originalmente en el
acondicionador de aire. Por lo tanto, se pueden utilizar una caldera
y una bomba de circulación que se utilizan en general y de una
manera amplia en la caldera 3 y en la bomba de circulación 4 que
están conectadas al acondicionador de aire, de forma que se puede
mejorar el grado de libertad del diseño del acondicionador de
aire.
Además, la cantidad de fluido que se va a
suministrar al segundo intercambiador de calor se ajusta de acuerdo
con la carga de acondicionamiento de aire. El ajuste de la cantidad
de fluido que se va a suministrar al segundo intercambiador de calor
se puede efectuar ajustando el tamaño (dimensión) del segundo
intercambiador de calor (por ejemplo, la longitud, el área de
sección o similar del pasaje de fluido). En este caso, se ajusta el
tamaño del segundo intercambiador de calor preferiblemente de
acuerdo con la carga de acondicionamiento de aire.
Todavía más, el sistema de acondicionamiento de
aire de acuerdo con la presente invención está equipado con la
unidad exterior que tiene al primer intercambiador de calor que
sirve como fuente de calor para el aire, y el segundo intercambiador
de calor al que se suministra fluido calentado, tal como agua
caliente o similar, para calentar el refrigerante del primer
intercambiador de calor 23, las unidades exteriores plurales que
están conectadas a la unidad exterior, y la caldera que está
conectada al segundo intercambiador de calor por medio de la bomba
de circulación y que está adaptada para calentar el fluido. El tubo
de entrada del tubo de salmuera conectado a la caldera está provisto
de mecanismos para ajustar la cantidad de fluido que se va a
suministrar al segundo intercambiador de calor, con lo cual se
calienta el refrigerante de acuerdo con el número de unidades
interiores que van a funcionar y de la carga de acondicionamiento de
aire.
Todavía más, el acondicionador de aire de la
presente invención está equipado con el aparato de compresión, con
el intercambiador de calor interior, con el dispositivo de expansión
y con el intercambiador de calor al que se le suministra fluido tal
como agua caliente o similar, para calentar el refrigerante, en el
que el aparato de compresión se diseña de manera que la potencia
(capacidad) del mismo sea variable, se proporciona el controlador
para ajustar la cantidad de fluido que se va a suministrar al
intercambiador de calor, y se ajusta la potencia del aparato de
compresión y la cantidad de fluido que se va a suministrar al
intercambiador de calor de acuerdo con la carga de acondicionamiento
de aire de la habitación, con lo que la potencia del aparato de
compresión y la cantidad de fluido que se va a suministrar al
intercambiador de calor están controlados de acuerdo con la carga de
acondicionamiento de aire.
Todavía más, el acondicionador de aire de la
presente invención está equipado con un primer intercambiador de
calor que sirve como fuente para el calentamiento de aire, con el
segundo intercambiador de calor al que se le suministra fluido tal
como agua caliente o similar para calentar el refrigerante, y con
las válvulas de control plurales que están dispuestas en el tubo de
entrada del tubo de salmuera para suministrar el fluido al segundo
intercambiador de calor y están adaptadas para ajustar la cantidad
de fluido que se va a suministrar al segundo intercambiador de
calor. Como consecuencia, puesto que se proporciona una pluralidad
de válvulas de control, cada válvula de control se puede diseñar de
un tamaño compacto.
Las figuras 7 a 10 muestran la construcción de la
disposición de la unidad exterior, como se ha descrito más arriba.
Específicamente, la figura 7 es una vista en planta, la figura 8 es
una vista lateral, la figura 9 es una vista en planta que muestra la
estructura interna de la unidad exterior cuando se desmonta una
placa superior de una cámara mecánica (habitación) 39 en la que se
acomodan un ventilador propulsor (como se describirá más adelante) y
el aparato de compresión 8, y la figura 10 es una vista lateral que
muestra la estructura interna cuando se desmonta un panel lateral de
la unidad exterior.
Haciendo referencia a la figura 7, se diseña la
unidad exterior de una forma sustancialmente rectangular en sección,
y se asegura una rejilla 40 del soplador de aire a la superficie
superior de la unidad exterior 1. Cuando se hace funcionar el
ventilador propulsor (soplador de aire) 41 dispuesto en el centro de
la porción superior en la unidad exterior 1, se aspira aire exterior
a tres superficies laterales 42 de la unidad exterior 1, y se
descargan de la rejilla 40 de soplado de aire. El primer
intercambiador de calor 23, que sirve como fuente de calor para el
aire, se dispone de manera que rodee al soplador de aire 41 mientras
se abre al menos una parte al soplador de aire 41. En otras
palabras, el primer intercambiador de calor 23 que sirve como fuente
de calentamiento de aire comprende un intercambiador de calor de
tipo de aletas de placas de dos disposiciones, que tiene una sección
en forma de U, y se dispone el soplador de aire 41 en la porción
central del intercambiador de calor 23 en forma de U. El segundo
intercambiador de calor 26, al que se le suministra fluido tal como
agua caliente para calentar el refrigerante, se dispone en un
espacio extra 43 que está formado por el primer intercambiador de
calor 23 y el soplador de aire 41. Más específicamente, se dispone
el segundo intercambiador de calor 26 en una porción abierta 44 del
primer intercambiador de calor 23.
Además, como se muestra en la figura 9, un tubo
45 de agua (tubo de entrada 29 y tubo de salida 29' de salmuera) que
está conectado al segundo intercambiador de calor 26, se dispone a
lo largo de la porción abierta 44. Las porciones extremas 46 del
tubo 45 de agua se guían a la superficie lateral 48 de una etapa 47
de la válvula, y a continuación, se conectan al tubo 6 de
salmuera.
El tubo de entrada 27 y el tubo de salida 28 del
tubo de refrigerante 27', que está conectado al segundo
intercambiador de calor 26, se disponen parcialmente a lo largo de
un lado 49 del primer intercambiador de calor 23 de sección en forma
de U. Aquí, el tubo 45 de agua (tubo 6 de salmuera) se dispone en la
parte delante de los tubos de entrada y salida 27 y 28 del tubo 27'
de refrigerante en la unidad exterior, como se muestra en la figura
9. Esto es porque el tubo 45 de agua está provisto de dos válvulas
de caudal constante 31 y 32 y por lo tanto, la frecuencia de trabajo
de mantenimiento del tubo 45 de agua parece ser mayor que la de los
tubos de entrada y salida 27 y 28 del tubo 27' de refrigerante. Por
lo tanto, el trabajo de mantenimiento (mantenimiento, suplemento de
agua, etc.) se puede ejecutar más fácilmente en el tubo
45 de agua.
45 de agua.
Haciendo referencia a la figura 8, el número de
referencia 50 representa un gran panel de servicio, y el número de
referencia 51 representa un pequeño panel de servicio. Ambos paneles
de servicio 50 y 51 están asegurados de manera desmontable a la
porción lateral de la unidad exterior 1. La figura 10 muestra la
unidad exterior cuando se desmontan los paneles de servicio 50 y 51.
En particular, cuando se desmonta el panel de servicio grande 50, un
operador puede ver directamente el tubo 45 de agua que tiene dos
válvulas de caudal constante 31 y 32, y una placa 52 de caja
eléctrica que está dispuesta para extenderse sobre la superficie
delantera de la cámara mecánica 39. En otras palabras, el panel de
servicio 50 se dispone de manera desmontable en la porción abierta
44 del primer intercambiador de calor 23 de sección en forma de
U.
En las figuras 7 a 10, los mismos elementos que
se muestran en la figura 1 también están representados por los
mismos números de referencia y se omite la descripción de los
mismos. Además, en la figura 7 se omite la estructura de montaje del
segundo intercambiador de calor 26 debido a que se describirá más
adelante.
De acuerdo con esta realización, el segundo
intercambiador de calor al que se le suministra fluido tal como agua
caliente o similar, se dispone en el espacio extra que está formado
por el primer intercambiador de calor que sirve como fuente de
calentamiento del aire y el soplador de aire para promover el
intercambio de calor entre el aire y el refrigerante que circula en
el primer intercambiador de calor. Por lo tanto, es innecesario un
espacio que sea utilizado exclusivamente para acomodar al segundo
intercambiador de calor en la unidad exterior, y por lo tanto es
innecesario diseñar el alojamiento (unidad exterior) de un tamaño
grande.
Además, se dispone el primer intercambiador de
calor que sirve como fuente de calor para el aire para que abra al
menos un lado del mismo que rodea al soplador de aire, y se dispone
el segundo intercambiador de calor en la porción abierta del primer
intercambiador de calor. Por lo tanto, se disponen efectivamente el
segundo intercambiador de calor y el primer intercambiador de calor
en la unidad exterior y por lo tanto se puede suprimir
adicionalmente el diseño de tamaño grande del alojamiento (unidad
exterior).
Todavía más, se diseña el primer intercambiador
de calor para que tenga una sección sustancialmente en forma de U,
se dispone el soplador de aire para promover el intercambio de calor
entre el aire y el refrigerante que circula en el primer
intercambiador de calor sustancialmente en el centro del primer
intercambiador de calor, se dispone el segundo intercambiador de
calor para calentar el refrigerante suministrando un fluido tal como
agua caliente en el segundo intercambiador de calor en la porción
abierta del primer intercambiador de calor de sección en forma de U,
y se dispone el tubo de agua (tubo de salmuera) conectado al segundo
intercambiador de calor en la porción abierta del primer
intercambiador de calor. Por lo tanto, se facilita adicionalmente el
servicio de mantenimiento del segundo intercambiador de calor.
Además, el soplador de aire y el primer
intercambiador de calor que sirve como fuente de calor para el aire
que se dispone para abrir al menos un lado de lo que rodea al
soplador de aire, se dispone el segundo intercambiador de calor al
que se le suministra fluido tal como agua caliente para calentar el
refrigerante en la porción abierta del primer intercambiador de
calor, se dispone el tubo de agua conectado al segundo
intercambiador de calor en la porción abierta del primer
intercambiador de calor, y se dispone el tubo de refrigerante
conectado al segundo intercambiador de calor a lo largo del primer
intercambiador de calor. Por lo tanto, la porción abierta del primer
intercambiador de calor se puede utilizar como un espacio de
comprobación de servicio para el tubo de agua conectado al segundo
intercambiador de calor, y de esta manera se puede suprimir el
diseño en escala grande del alojamiento (unidad exterior).
El soplador de aire para promover el intercambio
de calor entre el aire y el refrigerante que circula en el primer
intercambiador de calor se dispone sustancialmente en el centro del
primer intercambiador de calor de sección en forma de U, que sirve
como fuente de calor para el aire, se dispone el segundo
intercambiador de calor para calentar el refrigerante cuando se le
suministra fluido tal como agua caliente o similar, en la porción
abierta del primer intercambiador de calor de sección en forma de U,
y se asegura de manera desmontable el panel de servicio en la
porción abierta. Por lo tanto, desmontando el panel de servicio, se
puede efectuar simplemente la comprobación de servicio del segundo
intercambiador de calor.
La figura 11 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado que muestra al segundo intercambiador de calor
26.
Una pluralidad de placas metálicas 300 que se
muestran en la figura 14 se acomodan en un bastidor 102 del segundo
intercambiador de calor 26, y se colocan alternativamente hacia
arriba y hacia abajo. Como se muestra en la figura 14, las placas
metálicas 300 se forman por medio de un procedimiento de moldeo por
prensado, y cada placa metálica tiene una porción desigual en la
cual se forman oblicuamente hacia el eje central las crestas que
constituyen una porción proyectante. Las aberturas 302, 303, 304 y
305 se forman en las cuatro esquinas de cada placa metálica 300, y
se forma la porción periférica de las aberturas 303 y 305 en el lado
derecho para que sean más altas en la dirección vertical a la
superficie de trazado. Por lo tanto, cuando se laminan las placas
metálicas mientras están dispuestas alternativamente cara hacia
arriba y hacia abajo, la porción periférica de las aberturas en un
lado de una placa metálica se lleva a un contacto íntimo con la de
la placa metálica adyacente, y la porción periférica de las
aberturas en el otro lado del metal se separa de la de la placa
metálica adyacente. Las placas metálicas respectivas se unen, una a
otra en las porciones de contacto, por medio de soldadura y se forma
alternativamente un pasaje 306 para fluido (agua caliente) y un
pasaje 307 para el refrigerante en las separaciones entre las placas
metálicas 300, como se muestra en la figura 15.
Como se muestra en la figura 11, hay dispuestos
un puerto de salida 100 para fluido (agua caliente) y un puerto de
salida 101 para refrigerante en la porción superior del bastidor 102
mientras que hay dispuestos un puerto de entrada 103 para el fluido
(agua caliente) y un puerto de entrada 104 para el refrigerante en
la porción inferior del bastidor 102. Los puertos de entrada y
salida 103 y 100 de fluido se intercomunican con el pasaje 306 de
fluido (agua caliente) y los puertos de entrada y salida 104 y 101
de refrigerante se intercomunican con el pasaje 307 para el
refrigerante.
El fluido que se suministra desde el puerto de
entrada 103 de fluido circula a través del pasaje 306 de fluido en
una dirección que se indica por una flecha de línea continua de la
figura 15, mientras se extiende en la dirección vertical a las
superficies de trazado. Por otro lado, el refrigerante que se
suministra desde el puerto de entrada de refrigerante circula a
través del pasaje 307 de refrigerante en una dirección como se
indica por la línea discontinua de la figura 15, mientras que
extiende en la dirección vertical a la superficie de trazado. Como
consecuencia, el refrigerante es calentado por el fluido calentado
(agua caliente) permitiendo que el fluido y el refrigerante circulen
como se ha descrito más arriba.
El flujo de fluido y de refrigerante en dirección
paralela, es decir, la denominada "relación de flujo paralelo"
en la cual el fluido y el refrigerante circulan desde el lado
superior al lado inferior, se establece entre el fluido y el
refrigerante. Esta es una característica de la presente invención.
La figura 12 muestra un experimento de comparación de resultados
entre un "flujo paralelo" y un "flujo en contracorriente"
en el cual el fluido y el refrigerante circulan en direcciones
opuestas. Como se muestra en la figura 12, el "flujo paralelo"
mejora la potencia un 4,7% en comparación con el "flujo en
contracorriente".
Volviendo a la figura 11, el número de referencia
105 representa un primer miembro adiabático, y está acomodado en una
porción rebajada del segundo intercambiador de calor 24. El número
de referencia 107 representa un miembro de fijación. El miembro de
fijación 107 comprende un primer miembro de fijación 108 de sección
en forma de U, y un segundo miembro de fijación 109 de sección en
forma de U, y retiene al segundo intercambiador de calor 26 mientras
empareda al segundo intercambiador de calor 26 entre los miembros de
fijación primero y segundo 108 y 109. Las muescas en forma de U 110
están formadas en los bordes superior e inferior del segundo miembro
de fijación 109, de manera que se impide que el segundo miembro de
fijación 109 se apoye contra los puertos de salida 100, 101 y contra
los puertos de entrada 103, 104. Además, se establece la dimensión
de anchura A de una porción rebajada 111 del segundo miembro de
fijación 109 para que sea igual a la dimensión de anchura B del
segundo intercambiador de calor 26.
Además, la dimensión de anchura C del primer
miembro de fijación se establece para que sea igual a la dimensión
de la anchura D que se corresponde con la suma de la dimensión de la
anchura A y de la anchura de una pieza derecha de afianzamiento 112
del segundo miembro de fijación 109. El número de referencia 120
está formado por un miembro adiabático, y el miembro adiabático 120
se une a la superficie exterior del segundo miembro de fijación 109.
Estos dos miembros adiabáticos 105 y 120 reducen la radiación de
calor del segundo intercambiador de calor 26.
A continuación se describirá un procedimiento
para montar el miembro de fijación 107 que se ha construido de esta
manera.
En primer lugar, se acomoda el primer miembro
adiabático 105 en la porción rebajada 106 del segundo intercambiador
de calor 26. A continuación, se dispone el segundo miembro de
fijación 109 en la superficie lateral derecha del segundo
intercambiador de calor 26, y en este estado, la superficie lateral
izquierda del segundo intercambiador de calor 26 se dispone en el
primer miembro de fijación 108. De esta manera, puesto que la
dimensión de la anchura C del primer miembro de fijación 108 se
dispone con la dimensión de la anchura D que se corresponde con la
suma de la dimensión de anchura A y de la anchura de la pieza
derecha de afianzamiento 112 del segundo miembro de fijación 109, la
pieza izquierda de afianzamiento 113 del primer miembro de fijación
108 se apoya contra la pieza 115 de la porción rebajada 114 del
miembro de fijación segundo 109, mientras que la pieza derecha de
afianzamiento 116 del primer miembro de fijación 108 se apoya contra
la pieza derecha de afianzamiento 112 del segundo miembro de
fijación 109, y estos miembros se fijan por medio de tornillos, con
lo que el segundo intercambiador de calor 26 está emparedado
fijamente por los miembros de fijación 107.
La figura 13 es una vista en perspectiva que
muestra la unidad exterior cuando se desmonta el panel de servicio
grande 50 de la unidad exterior. El segundo intercambiador de calor
26, que está emparedado y sujeto por los miembros de fijación 107,
se asegura a un poste de soporte que constituye el alojamiento de la
unidad exterior 1. Esto es, la pieza izquierda de afianzamiento 116
del primer miembro de fijación 108 se fija a la cara escalonada 118
del poste de soporte 117.
Con la construcción anterior, el primer
intercambiador de calor 23 que sirve como fuente de calentamiento
para el aire se dispone a lo largo del interior de la superficie del
alojamiento, y el segundo intercambiador de calor 26 para calentar
el refrigerante con el fluido calentado, tal como agua caliente o
similar, se asegura al poste de soporte que constituye el
alojamiento. El alojamiento de la unidad exterior 1 contiene cuatro
postes de soporte 117.
De acuerdo con la presente invención, se
suministran el fluido calentado (agua caliente o similar) y el
refrigerante, en el caso del segundo intercambiador de calor, para
efectuar el intercambio de calor entre el fluido calentado y el
refrigerante, y el puerto de salida del fluido y el puerto de salida
del refrigerante están dispuestos en la porción superior del
bastidor mientras que el puerto de entrada del fluido y el puerto de
salida del refrigerante están dispuestos en la porción inferior del
bastidor. Por lo tanto, se puede mejorar la eficiencia de
intercambio de calor del fluido y del refrigerante.
Además, de acuerdo con la presente invención, se
dispone el primer intercambiador de calor a lo largo del interior de
la superficie del alojamiento mientras se asegura el segundo
intercambiador de calor al poste de soporte del alojamiento. De esta
manera, el primer intercambiador de calor y el segundo
intercambiador de calor se acomodan eficientemente en el
alojamiento.
Todavía más, de acuerdo con la presente
invención, el segundo intercambiador de calor para calentar el
refrigerante con el fluido tal como agua caliente o similar, es
emparedado y sostenido por los miembros de fijación, y se aseguran
los miembros de fijación al poste del alojamiento. Por lo tanto, el
intercambiador de calor se puede disponer simple y seguramente en el
alojamiento.
Claims (3)
1. Un acondicionador de aire, que comprende:
un primer intercambiador de calor (23) que sirve
como una fuente de calor para el aire, para efectuar el intercambio
de calor entre el aire y el refrigerante;
un segundo intercambiador de calor (26) al que se
le suministra fluido para calentar el refrigerante, y un medio (30)
de ajuste de la cantidad de fluido para ajustar la cantidad de
fluido que se va a suministrar al citado segundo intercambiador de
calor, de acuerdo con una carga de acondicionamiento de aire,
en el que el citado miembro (30) de ajuste de
caudal de fluido comprende varias válvulas de control que se
encuentran dispuestas paralelamente entre si en un tubo (29) de
entrada, para suministrar el fluido al citado segundo intercambiador
de calor (26) y sirven para que pasen cantidades predeterminadas de
fluido a través de las mismas, y
una válvula abierta / cerrada (33) que está
conectada a cualquiera de las citadas válvulas plurales de control
(30) en serie y en una operación de apertura / cierre controlada de
acuerdo con el acondicionamiento de aire y con la carga en una
operación de calentamiento,
que se caracteriza porque las citadas
válvulas de control son válvulas de caudal constante (31, 32) y
porque el flujo total es una combinación de de estas válvulas de
flujo constante.
2. Un sistema de acondicionamiento de aire que
comprende un acondicionador de aire de acuerdo con la reivindicación
1, que comprende, además:
una unidad exterior (1) que tiene el citado
primer intercambiador de calor (23) que sirve como fuente de calor
para el aire, para efectuar un intercambio de calor entre el
refrigerante y el aire, y el segundo citado intercambiador de calor
(26) al que se le suministra fluido para calentar el
refrigerante;
varias unidades interiores (2a, 2b) conectadas a
la citada unidad exterior; y
una fuente de calentamiento de fluido que está
conectada al citado segundo intercambiador de calor por medio de una
bomba de circulación y que está adaptado para calentar el
fluido.
3. Un sistema de acondicionamiento de aire que
comprende un acondicionador de aire de acuerdo con la reivindicación
1, que comprende, además:
un aparato de compresión (8), un dispositivo de
expansión y el citado segundo intercambiador de calor (26) al que se
le suministra fluido tal como agua caliente o similar, para calentar
el refrigerante, que se caracteriza porque el citado aparato
de compresión (8) comprende un compresor (96) de tipo de potencia
variable, y la cantidad de fluido que se va a suministrar al citado
segundo intercambiador de calor se hace variable y porque la
potencia del citado aparato de compresión (8) y la cantidad de
fluido que se va a suministrar el citado intercambiador de calor
(26) se ajustan de acuerdo con una carga de aire acondicionado de
una habitación.
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| JP3853896 | 1996-02-26 | ||
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