ES2251063T3 - Desestratificador para acumulador de succion. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UN ACUMULADOR DE ASPIRACION PARA SU USO EN UNA BOMBA DE CALOR O EN UN SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE, QUE COMPRENDE UN TUBO DE ENTRADA QUE TIENE UNA PLURALIDAD DE ORIFICIOS. UNO DE LOS ORIFICIOS ESTA PREFERIBLEMENTE EN EL EXTREMO DEL TUBO DE ENTRADA, MIENTRAS QUE LOS OTROS SON PREFERIBLEMENTE DE MENOR TAMAÑO Y ESTAN SEPARADOS DEL FONDO DEL ACUMULADOR HACIA ARRIBA A LO LARGO DEL TUBO DE ENTRADA. ESTA DISPOSICION ASEGURA QUE LA MEZCLA DE VAPOR/LIQUIDO DEL REFRIGERANTE Y DEL LUBRICANTE QUE PENETRA EN EL ACUMULADOR NO PROVOQUE UNA ESPUMACION EXCESIVA DURANTE EL FUNCIONAMIENTO NORMAL, MIENTRAS QUE SE DESESTRATIFICA RAPIDAMENTE UNA MEZCLA ESTRATIFICADA QUE SE PRODUCE FRECUENTEMENTE DURANTE LOS PERIODOS DE INACTIVIDAD O DE RETROINUNDACION DEL SISTEMA.

Description

Desestratificador para acumulador de succión.

Esta invención se refiere a un aparato para desestratificar dos líquidos mezclados en un acumulador de succión utilizado en una bomba de calor o en un equipo de aire acondicionado, y en particular, a un aparato para desestratificar un refrigerante y un lubricante en un acumulador de succión de tubo de tipo "J", "U" o de tubo vertical.

A efectos prácticos los líquidos son incompresibles. Los compresores de refrigeración, es decir, los compresores utilizados en bombas de calor, en aparatos de aire acondicionado y en frigoríficos, están diseñados únicamente para comprimir vapor. Aunque pueden tolerar pequeñas cantidades de líquido, los compresores eficientes y bien diseñados son muy sensibles a sufrir daños internos si en el cilindro de compresión entra demasiado líquido. Además, el exceso de líquido que entra en el compresor diluye y/o barre el aceite del compresor de las superficies internas, interfiriendo de esta forma en la lubricación normal del compresor.

En una bomba de calor o aparato de aire acondicionado normalmente se sitúa un acumulador de succión entre un evaporador y el compresor. Durante el funcionamiento, el acumulador de succión recibe la combinación de vapor y líquido desde el evaporador a través de un deflector de admisión. El vapor pasa al compresor a través de un tubo de salida, mientras que una cantidad de mezcla de aceite y líquido refrigerante pasa al compresor a través de un orificio. Cuando la bomba de calor o el aparato de aire acondicionado permanecen desconectados durante un periodo prolongado, el refrigerante tiende a licuarse en el sistema. Al conectar el sistema, o en condiciones de funcionamiento a temperatura ambiente baja, pueden retornar al compresor grandes cantidades de líquido refrigerante. Las oleadas de líquido pueden dañar el compresor si el acumulador no está presente. El acumulador impide que surjan dichas oleadas.

El diseño de los tubos de salida asegura que el nivel de líquido permanezca por debajo de la abertura de vapor del tubo de salida. La abertura de vapor del tubo de salida se sitúa cerca de la parte superior del acumulador, permitiendo de este modo que el vapor retorne al compresor mientras que retiene el líquido en el acumulador. Típicamente el líquido en el acumulador es una mezcla de un refrigerante y un lubricante. La mezcla de líquido/vapor de refrigerante/lubricante entra en el acumulador a través de un deflector de admisión situado en la parte superior del acumulador. La mezcla típicamente entra en el acumulador, dejando caer el líquido más pesado de la mezcla de líquido/vapor. Al ser más ligero el vapor de refrigerante permanece en la parte superior, desde donde se succiona hasta la abertura de vapor del tubo de salida. La mezcla de refrigerante/lubricante más pesada tiende a la parte inferior del acumulador. Cuando el sistema está en funcionamiento, la abertura de vapor del tubo de salida en el acumulador suministra vapor al compresor. El lubricante, que normalmente es no volátil, junto con diversas cantidades de líquido refrigerante, permanecen detrás y se agrupan cerca de la parte inferior del acumulador. El orificio de retorno del aceite situado cerca de la parte inferior del tubo de salida, devuelve al compresor una mezcla controlada rica en aceite.

Cuando se desconecta el sistema durante un periodo de tiempo prolongado, y la temperatura ambiente exterior es inferior a la temperatura ambiente interior, el compresor puede convertirse en la parte más fría de la bomba de calor o del sistema de aire acondicionado. Cuando esto ocurre, el refrigerante migra hacia el compresor, llenándolo algunas veces totalmente de líquido refrigerante. El lubricante, al ser más ligero que el líquido refrigerante, flota sobre él. Durante el encendido se podría succionar todo el lubricante hasta la bomba del compresor y descargarse al resto del sistema.

Además de los problemas que pueden ocurrir durante el encendido, un acumulador podría recibir un flujo de entrada repentino de líquido refrigerante durante el funcionamiento a temperaturas de ambiente bajas. Esta situación se conoce como inundación de líquido y puede ocurrir siempre que la temperatura ambiente descienda de 1,7ºC (35ºF). La inundación de líquido también puede ocurrir en un sistema de aire acondicionado por causas como que exista un evaporador defectuoso, bajas temperaturas de ambiente exterior, o sobrecarga de refrigerante.

Durante la inundación de líquido, la mezcla de refrigerante/lubricante forma claramente una capa espumosa superior rica en aceite estratificado, situada sobre una capa inferior rica en refrigerante. Esta estratificación impide que el lubricante retorne rápidamente al compresor desde el acumulador. El nivel de la espuma puede elevarse lo suficiente como para entrar en la abertura de vapor del tubo de salida, trasladando de esta forma el líquido no deseado al compresor. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, la cantidad de líquido que retorna al compresor provoca el flujo intermitente de líquido y daños al
compresor.

Los diseños actuales han funcionado satisfactoriamente durante años utilizando refrigerantes HCFC & CFC con aceites minerales y alcabencenos. Los problemas han surgido con los nuevos refrigerantes HFC como el R-410A y los aceites POE. Aunque las mezclas de R-410A/POE tienen tablas de miscibilidad similares a las mezclas convencionales de R-22/MO (aceite mineral), las mezclas de R-410A/POE desestratifican mucho más lentamente y devuelven aceite del acumulador al compresor. Esta anomalía ocurre tanto en las condiciones de encendido como de inundación de líquido.

Existe la necesidad de un acumulador que desestratifique la mezcla de refrigerante/lubricante. La mera prolongación del tubo de entrada hasta un punto cercano a la parte inferior del acumulador como intento para desestratificar la mezcla de refrigerante/lubricante provoca demasiada espuma.

Por lo tanto constituye un objetivo de la presente invención desestratificar la mezcla de refrigerante/lubricante en un acumulador durante su funcionamiento normal.

En US-A-2266764 se describe un acumulador de succión con las características del preámbulo de la reivindicación 1. En US-A-5233842 se describe otro acumulador. Este acumulador tiene unos medios de admisión que producen un flujo de vórtex alrededor de la región superior del acumulador.

Según la presente invención se proporciona un acumulador de succión según la reivindicación 1.

En una realización preferida de la invención, un orificio está situado preferiblemente en el extremo del tubo de entrada mientras que los otros son preferiblemente de tamaño decreciente.

Los objetivos y ventajas anteriores de la presente invención se irán poniendo de manifiesto a partir de la siguiente descripción en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que las mismas referencias numéricas designan los mismos elementos.

La Fig. 1 muestra un acumulador según la técnica anterior conectado a un compresor scroll.

La Fig. 2A es una vista en perspectiva de un tubo de entrada para un acumulador de succión según una realización de la presente invención.

La Fig. 2B es una vista en perspectiva de un tubo de entrada para un acumulador de succión según la realización de la Fig. 2A.

La Fig. 2C es una vista en perspectiva de un tubo de entrada para un acumulador de succión según la realización de la Fig. 2A.

La Fig. 2D es una vista en perspectiva de un tubo de entrada para un acumulador de succión según la realización de la Fig. 2A.

La Fig. 3 muestra el acumulador de succión de la presente invención conectado a un compresor scroll.

Haciendo referencia a la Fig. 1, durante el funcionamiento normal, una mezcla de refrigerante/lu-
bricante (no se muestra) entra en un acumulador 20 de una técnica anterior a través de una entrada 45. El vapor del refrigerante se absorbe por una abertura de vapor 41 de un tubo de salida 40 y se envía a un compresor 10 conectado a un acumulador 20 a través de un tubo conector 48. Un orificio de retorno de aceite 25 en el tubo de salida 40 devuelve el lubricante desde la mezcla de refrigerante/lubricante directamente hasta el compresor 10.

Durante periodos prolongados de inactividad o situaciones de inundación de líquido, la mezcla de refrigerante/lubricante del tubo conector 48 fluye hasta el acumulador 20. Dentro del compresor 10 la mezcla de refrigerante/lubricante se separa en aceite 30 y en refrigerante 31. Dentro del acumulador 20 la mezcla de refrigerante/lubricante se separa en una capa rica en aceite 32 y en una capa rica en refrigerante 33. Por lo tanto el orificio de retorno de aceite 35 se encuentra totalmente dentro de la capa rica en refrigerante 33 y no es capaz de devolver una cantidad aceptable de aceite al compresor 10 durante las situaciones de inundación de líquido y de
encendido.

Haciendo referencia a las Figs. 2A-2D y 3, un acumulador 100 incluye una pieza de tubo de entrada 52 y una pieza de tubo de salida 54 sujetas a una tapa 56 del acumulador 56 y que se prolongan a través de dicha tapa 56. Los extremos superiores de las piezas de los tubos de entrada y de salida 52, 54 se utilizan como puntos de conexión a otras partes del sistema de bomba de calor/aire acondicionado como puede ser un evaporador (no se muestra) o un compresor 10. Un tubo de entrada 50 encaja con un extremo inferior de la pieza de tubo de entrada 52 y está conectado a la tapa 56 del acumulador preferiblemente soldando una multitud de bridas 58 en un primer extremo del tubo de entrada 50 a la cara inferior de la tapa 56. Un tubo de salida 60, mostrado aquí como un tubo convencional en forma de "J", se conecta a la pieza de tubo de salida 54 por medios convencionales. Cerca de la tapa 56 se dispone una abertura de vapor 62 del tubo de salida 60 de forma que se maximice la capacidad de líquido del acumulador a la vez que se permite al vapor entrar con facilidad en la abertura de vapor 62 durante el funcionamiento normal del sistema de bomba de calor/aire acondicionado. Un orificio 64 situado en una curva de la parte baja del tubo de salida 60 permite devolver directamente al compresor 10 una cantidad controlada de
lubricante.

El tubo de entrada 50 incluye un agujero final 70 situado en el extremo inferior del tubo de entrada 50 y una multitud de agujeros laterales 71, 72, 73 y 74 situados preferiblemente en el mismo lado del tubo de entrada 50. Para un funcionamiento óptimo, el agujero lateral 71 es más grande que el agujero lateral 72. El agujero lateral 72 preferiblemente es más grande que el agujero lateral 73, que a su vez es preferiblemente más grande que el agujero lateral 74. Se considera también como opcional la ubicación de los agujeros laterales 71, 72, 73 y 74 en un lado determinado o incluso en un mismo
lado.

Durante las situaciones de encendido o de inundación de líquido, el hecho de tener los agujeros 70 y 71 mayores cercanos al extremo inferior del tubo de entrada 50, permite al vapor/líquido entrante borbotear a través de la capa rica en refrigerante 33 y a la capa rica en aceite 32 del acumulador 100 provocar una agitación moderada. El líquido/vapor entrante al alcanzar los agujeros 70 y 71 tiene una velocidad menor que el líquido/vapor entrante al alcanzar los agujeros 72-74 ya que los agujeros 70 y 71 son mayores que los agujeros 72-74. Esta disposición evita que cualquier sedimento sólido del fondo del acumulador 100 pueda elevarse y penetrar a través del orificio de retorno de aceite 64 obturándolo.

Al proporcionar únicamente agujeros 70 y 71 en un tubo de entrada 50 se añade pérdida de presión al sistema. Por lo tanto, a lo largo del tubo de entrada 50 se proporcionan agujeros más pequeños 72-74 a niveles más altos. Durante el funcionamiento normal, el nivel de líquido de la mezcla de refrigerante/lubricante casi nunca aumenta hasta estos niveles más altos para los que los vapores a alta velocidad que entran en el tubo de entrada 50 desde el evaporador (no se muestra) abandonan el tubo de entrada 50 a través de los agujeros menores 72-74, evitando por tanto la perdida de presión en el sistema. Durante las situaciones de inundación de líquido o de encendido, cuando el acumulador 100 se llena con el líquido de la mezcla de refrigerante/lubricante, la alta velocidad del vapor refrigerante al salir del tubo de entrada 50 a través de los agujeros 72-74, provoca una agitación más fuerte del líquido de la mezcla de refrigerante/lubricante. Además, la superficie total de aberturas en los agujeros (la superficie total de los agujeros 70-74) es lo suficientemente grande para evitar una agitación fuerte y una formación de espuma
elevada.

La ubicación y el tamaño de los agujeros dependen principalmente del tamaño del acumulador, del tamaño del tubo, de la velocidad del vapor y de la elección del lubricante y el refrigerante. Las ubicaciones y tamaños específicos de los agujeros pueden determinarse experimentalmente.

Aunque se muestra el tubo de entrada 50 con una sección cuadrada, puede tener opcionalmente una sección circular, rectangular, triangular o realmente de cualquier geometría. Se prefiere la sección cuadrada del tubo de entrada 50 por consideraciones de fabricación, incluyendo la facilidad para fabricar el tubo 50 en sí mismo, la facilidad para fabricar las bridas 58 en el extremo del tubo y la facilidad para ajustar el tubo 50 sobre la pieza de tubo de entrada 52 que puede encontrarse en multitud de diseños conocidos de acumuladores.

Claims (2)

1. Un acumulador de succión (100) para ser utilizado en una bomba de calor o en un sistema de aire acondicionado, comprendiendo dicho sistema:

unos medios de entrada (50) para admitir una mezcla de un refrigerante y un aceite en dicho acumulador (100);

siendo dicho acumulador eficiente para acumular dicha mezcla en estado líquido;

unos primeros medios de salida (62) para extraer una forma de vapor de dicho refrigerante de dicho acumulador;

unos segundos medios de salida (64) para extraer una forma líquida de dicho aceite de dicho acumulador;

en el que dichos medios de entrada comprenden un tubo de entrada (50) que se extiende desde una parte superior de dicho acumulador (100) hacia una parte inferior de dicho acumulador;

en el que dichos primeros medios de salida comprenden una abertura (62) en un tubo de salida (60), estando situada dicha abertura (62) cerca de la parte superior del acumulador;

en el que dichos segundos medios de salida comprenden un orificio (64) en dicho tubo de salida (60), estando situado dicho orificio (64) cerca de la parte inferior del acumulador; y

en el que una porción de dicho tubo de entrada (50) tiene una multitud de agujeros (70, 71, 72, 73, 74) practicados en ella; caracterizado porque

dichos medios de entrada incluyen unos medios (70, 71, 72, 73, 74) para desestratificar dicha mezcla en forma de líquido acumulada en dicho acumulador (100), y porque

dicha multitud de agujeros están separados entre sí a lo largo de dicha porción, desde la proximidad de dicha parte inferior de dicho acumulador subiendo a lo largo de dicho tubo de entrada (50), de forma que la entrada de dicha mezcla en dicho acumulador desde dicho tubo de entrada (50) desestratifica dicha mezcla en forma de líquido acumulada en dicho acumulador, y

dicha multitud de agujeros incluye un primer y un segundo agujero (71, 72), siendo dicho primer agujero (71) mayor que dicho segundo agujero (72) y estando más próximo a dicha parte inferior de dicho acumulador que dicho segundo agujero
(72).

2. Un acumulador según la reivindicación 1, en el que dichos medios (71, 72, 73, 74) para desestratificar incluyen unos medios para reducir la velocidad de dicha mezcla a medida que se admite dicha mezcla en dicho acumulador a través de dichos medios de entrada (50).