ES2260163T3 - Disposicion y procedimiento para enfriar o calentar. - Google Patents
Disposicion y procedimiento para enfriar o calentar.Info
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Abstract
Disposición para enfriar o calentar con - un primer intercambiador (10) de calor para emitir o extraer calor en un o de un depósito (12) de calor, - un segundo intercambiador (14) de calor para extraer o emitir calor de uno o a una zona (16) que va a calentarse o a enfriarse, - un compresor (18), - un elemento (20) de expansión y - medios (22, 24) para conmutar entre un funcionamiento de refrigeración y un funcionamiento de calefacción que están integrados en un módulo (26), en la que el primer intercambiador (10) de calor en el funcionamiento de calefacción extrae calor del depósito (12) de calor y en el funcionamiento de refrigeración emite calor al depósito (12) de calor, mientras que el segundo intercambiador (14) de calor emite calor en el funcionamiento de calefacción al espacio (16) que va a calentarse y extrae calor en el funcionamiento de refrigeración del espacio (16) que va a enfriarse, y en la que el primer intercambiador (10) de calor, el segundo intercambiador (14) de calor, el compresor (18), el elemento (20) de expansión y los medios (22, 24) para conmutar forman un circuito cerrado de calefacción o de refrigeración cerrado por los que fluye CO2, caracterizada porque los medios de conmutación comprenden una primera válvula (22) y una segunda válvula (24) con cuatro puertos (30, 32, 34, 36; 38, 40, 42, 44) en cada caso.
Description
Disposición y procedimiento para enfriar o
calentar.
La invención se refiere a una disposición para
enfriar o calentar según el preámbulo de la reivindicación 1.
Una disposición de tipo genérico se conoce por
el documento EP-A-0 566 854 A2 para
enfriar o calentar especialmente espacios interiores de vehículos.
El enfriamiento con disposiciones y procedimientos de este tipo
mediante una instalación de aire acondicionado instalada en un
vehículo se conoce ya desde hace mucho tiempo. Sin embargo, el
calentamiento con este tipo de disposiciones gana también una
importancia creciente. Para esto el desarrollo de motores de
consumo optimizado no es responsable en último término dado que en
éstos no se emite suficiente calor en el medio de enfriamiento para
calentar el vehículo de manera agradable en el caso de bajas
temperaturas en el funcionamiento con carga reducida. Esto es
válido especialmente para motores Diesel de inyección directa que
ya poseen calentadores de tipo genérico para garantizar el confort
en el caso de bajas temperaturas. También los vehículos con
inyección directa de gasolina deben equiparse en un futuro con
calentadores para que pueda mantenerse una temperatura interior
agradable.
La mayoría de vehículos de la gama alta y, de
manera creciente también de la gama media, se equipan con una
instalación de aire acondicionado según el estándar. Los componentes
de una instalación de aire acondicionado de este tipo pueden
emplearse como bomba de calor en el caso de temperaturas ambientales
bajas mediante una inversión de la circulación de calor. Una bomba
de calor de este tipo se caracteriza por un consumo de energía
reducido y un comportamiento de reacción espontáneo en el caso de un
alto rendimiento de calor. Para conceptos de calentadores con
vistas a la seguridad, por ejemplo, con referencia a un deshielo del
limpiaparabrisas, y al confort esto es un concepto avanzado.
En las figuras 5 y 6 se muestran dos circuitos
de instalación de aire acondicionado, mostrándose en la figura 5 un
funcionamiento de refrigeración convencional, mientras que en la
figura 6 se muestra un funcionamiento de calefacción con los
componentes necesarios adicionalmente para el funcionamiento de
calefacción.
En la figura 5 se muestra esquemáticamente un
circuito de instalación de aire acondicionado. En un primer
intercambiador 110 de calor entra un primer medio que fluye a través
de un circuito 160. El medio emite calor al aire 162 ambiente y por
tanto se enfría. Desde el intercambiador 110 de calor sale un medio
enfriado. Este medio enfriado se conduce ahora a través de un
intercambiador 128 de calor interno cuya función se explica más
adelante. Tras la salida del medio del intercambiador 128 de calor
interno el medio entra en un elemento 120 de expansión. El medio se
enfría de manera intensa por expansión y se alimenta a continuación
a un segundo intercambiador 114 de calor. En este intercambiador
114 de calor el medio frío puede enfriar el aire ambiente caliente
o el aire circulante y ponerlo a disposición en forma de aire 164
frío a un espacio que ha de enfriarse, por ejemplo, el habitáculo
interno del vehículo. En este proceso se forma condensado 166. El
medio evaporado y calentado de nuevo debido al intercambio de calor
en el intercambiador 114 de calor sale del intercambiador 114 de
calor y a continuación fluye a través de nuevo del intercambiador
128 de calor interno. Tras la salida del intercambiador 128 de
calor interno el medio llega a un compresor 118 en el que se lleva a
una presión más alta mediante compresión y se calienta. Por
consiguiente se facilita de nuevo un medio calentado que puede
entrar en el primer intercambiador 110 de calor para el intercambio
de calor. El circuito está
cerrado.
cerrado.
El intercambiador 128 de calor interno sirve
para el aumento de potencia en el circuito. De esta manera el medio
se enfría antes de la entrada en elemento 120 de expansión a través
del medio que refluye, que ha salido del segundo intercambiador 114
de calor, mientras que el medio que refluye se calienta en el
sentido contrario. Mediante este intercambio de calor la proporción
de fluido en el fluido aumenta al salir del elemento 120 de
expansión. Por tanto se produce un aumento del rendimiento en el
circuito.
En la figura 6 se muestra un circuito que, en
comparación con la figura 5, está equipado con componentes
adicionales. Estos componentes son necesarios para utilizar el
circuito para calentar un espacio. De nuevo se describe el circuito
partiendo de la entrada del medio en el primer intercambiador 110 de
calor. Entra un medio frío en el intercambiador 110 de calor. El
medio frío se calienta y se evapora en el intercambiador de calor
mediante la interacción con el aire 162 ambiente mientras que el
aire ambiente se enfría. En este caso en función de la temperatura
puede formarse condensado o hielo 168. Tras la salida del medio del
primer intercambiador de calor éste fluye mediante una primera
válvula 170 en el intercambiador 128 de calor interno. Tras la
salida del medio del intercambiador 128 de calor interno fluye en
el compresor 118 en el que se comprime y se calienta. Después de
que el medio haya abandonado el compresor entra en el segundo
intercambiador de calor mediante una segunda válvula 172. Allí el
medio calentado puede calentar aire ambiente frío o aire circulante
frío y por tanto facilitarlo como calor 174 útil a un espacio que
ha de calentarse 1. El medio sale en el estado enfriado del segundo
intercambiador 114 de calor y a continuación entra en una tercera
válvula 176. Esta tercera válvula 176 conduce el flujo del medio a
una cuarta válvula 178 en la que el medio se conduce de nuevo, de
tal manera que entra en el intercambiador 128 de calor interno. Tras
la salida del intercambiador 128 de calor interno el medio entra en
el elemento 120 de expansión, allí se enfría mediante expansión y se
introduce de nuevo mediante una válvula 178 en el primer
intercambiador de calor. El circuito del medio está cerrado.
De nuevo el intercambiador 128 de calor interno
sirve para el aumento del rendimiento. Por un lado, el medio
calentado, que debe calentarse adicionalmente en el compresor 113,
se calienta en el intercambiador 128 de calor interno a través del
medio que refluye, que fluye del segundo intercambiador 114 de calor
en el intercambiador de calor interno. Por otro lado, este medio
que refluye se enfría antes del enfriamiento mediante expansión en
el elemento 120 de expansión a través del medio que fluye al
intercambiador de calor que ha salido del primer intercambiador 110
de calor.
Puede observarse que para una realización de una
disposición que permite tanto un funcionamiento de refrigeración
como también otro de calefacción son necesarios componentes
adicionales. En este caso se trata especialmente de las válvulas
170, 172, 176 y 178 que mediante conmutación adecuada pueden
realizar un circuito de refrigeración o un circuito de calefacción.
Junto a las válvulas 170, 172, 176 y 178 son necesarios otros
componentes adicionales, como por ejemplo, conductos adicionales,
que lleva consigo un aumento adicional del peso y un gasto
adicional. Asimismo mediante el número más elevado de conductos
necesarios y sobre todo conexiones aumenta la predisposición a las
averías y especialmente la propensión a las fugas.
En el documento publicado con posterioridad EP 1
344 995 A1 se describe una disposición accionada con CO_{2} como
medio de enfriamiento del tipo mencionado al principio, mientras que
el documento EP 0 566 854 A2 ya da a conocer una disposición
similar, en la que sin embargo el primer intercambiador de calor, el
segundo intercambiador de calor, el compresor, el elemento de
expansión y los medios de conmutación forman un circuito primario
atravesado por un medio de enfriamiento y un circuito secundario
atravesado por agua.
La invención se basa en la disposición según el
documento EP 0 566 854 A2 en la que el primer intercambiador de
calor, el segundo intercambiador de calor, el compresor, el elemento
de expansión y el módulo forman un circuito cerrado por el que
fluye CO_{2} con lo que sin circuito secundario el primer
intercambiador de calor en el funcionamiento de calefacción puede
extraer calor del depósito de calor y en el funcionamiento de
refrigeración puede emitir calor al depósito de calor, mientras que
el segundo intercambiador de calor en el funcionamiento de
calefacción puede emitir calor en el espacio que ha de calentarse y
en el funcionamiento de refrigeración puede extraer calor del
espacio que ha de enfriarse. Gracias al modo estructural compacto a
consecuencia de la integración de los medios de conmutación en un
módulo se ahorran especialmente además longitudes de conducto y
conexiones propensas a las averías y se reduce el gasto en la
instalación. Junto al ahorro de conductos, que conducen el medio de
enfriamiento puede reducirse también debido a la estructura de
módulo el número y la longitud de las conexiones eléctricas.
Cuando los medios de conmutación según la
invención comprenden una primera válvula y una segunda válvula con
cuatro puertos en cada caso, es posible una realización
especialmente compacta de la invención, en comparación con la
disposición descrita en el documento EP 1 344 955 A1, dado que se
reduce el número de tomas de presión y se favorece además un modo
estructural pequeña.
Preferiblemente entre el primer intercambiador
de calor y el segundo intercambiador de calor está previsto un
intercambiador de calor interno. Un intercambiador de calor interno
de este tipo sirve para el aumento de rendimiento de la disposición
de refrigeración o de calefacción. En el caso del funcionamiento de
refrigeración se enfría CO_{2} calentado antes de la expansión
que refluye del primer intercambiador de calor al segundo
intercambiador de calor, empleándose para este fin el CO_{2} que
fluye desde el segundo intercambiador de calor al compresor. La
temperatura del medio que fluye y refluye se prepara por tanto de
manera ventajosa para el siguiente proceso.
Preferiblemente la invención se perfecciona
porque en el caso de la primera válvula un primer puerto está
conectado con el primer intercambiador de calor, un segundo puerto
está conectado con el elemento de expansión, un tercer puerto está
conectado con el intercambiador de calor interno y un cuarto puerto
esta conectado con el segundo intercambiador de calor. De esta
manera se crean las condiciones en la primera válvula para realizar
correctamente la conmutación de una parte del circuito del medio
entre el funcionamiento de calefacción y el funcionamiento de
refrigeración.
Asimismo, la invención se perfecciona de manera
ventajosa porque en el caso de la segunda válvula un primer puerto
está conectado con el primer intercambiador de calor, un segundo
puerto está conectado con el intercambiador de calor interno, un
tercer puerto está conectado con el compresor y un cuarto puerto
está conectado con el segundo intercambiador de calor. Por tanto,
la segunda válvula está en la situación de controlar los circuitos
necesarios tanto para el funcionamiento de calefacción como también
el funcionamiento de enfriamiento.
Resulta ventajoso que en el funcionamiento de
refrigeración el primer y el tercer puerto de la primera válvula y
el segundo y el cuarto puerto de la primera válvula esté conectados
entre sí y que en el funcionamiento de refrigeración el primer y el
tercer puerto de la segunda válvula y el segundo y el cuarto puerto
de la segunda válvula estén conectados entre sí. Por tanto se
facilita un ajuste de las válvulas que permite un funcionamiento de
enfriamiento.
Además es ventajoso que en el funcionamiento de
calefacción el primer y el segundo puerto de la primera válvula y
el tercer y el cuarto puerto de la primera válvula estén conectados
entre sí y que en el funcionamiento de calefacción el primer y el
segundo puerto de la segunda válvula y el tercer y el cuarto puerto
de la segunda válvula estén conectados entre sí. De esta manera el
medio se conduce a través del sistema de manera ventajosa para el
funcionamiento de calefacción.
Es de especial utilidad que los medios de
conmutación al menos parcialmente puedan accionarse por un
accionamiento común. Esto reduce el número de componentes
necesarios.
En este contexto puede ser especialmente
ventajoso que los medios de conmutación al menos parcialmente puedan
accionarse por un accionamiento hidráulico o neumático, por ejemplo
con el medio de enfriamiento. Un accionamiento hidráulico o
neumático de este tipo puede alimentarse directa o indirectamente
mediante una diferencia de presión del medio de enfriamiento en el
compresor. Para esta activación es suficiente una válvula magnética
muy pequeña.
Asimismo es útil que en el módulo esté integrado
el intercambiador de calor interno. Mediante la integración
adicional del intercambiador de calor además de, por ejemplo, los
medios de conmutación se consigue una reducción adicional del
tamaño estructural.
Por la misma razón puede ser útil que en el
módulo esté integrado el elemento de expansión. Esto tiene, entre
otras, la ventaja de que de nuevo se consigue una reducción
adicional de la forma de estructural que va acompañada de un
acortamiento de las vías hidráulicas.
De especial utilidad es cuando en el módulo está
integrado el compresor. Por tanto esto puede llevar a una reducción
adicional de la instalación.
De manera útil un colector puede estar integrado
en el módulo. En instalaciones con colector la integración de este
elemento estructural puede apoyar también las ventajas de la
invención.
Por la misma razón puede ser de utilidad que en
el módulo esté integrado un separador de aceite.
También de manera útil puede estar integrada en
el módulo una válvula de derivación de gas caliente que puede
servir para el deshielo del intercambiador de calor de aire
exterior.
Una media de integración adicional se facilita
en el alcance de la invención porque en el módulo están integrados
sensores de presión. Estos pueden servir tanto para detectar la
presión alta como también la presión baja. Mediante la integración
de una unidad de control para todas las válvulas y el compresor en
el módulo puede reducirse el gasto de instalación eléctrica
exterior.
Resulta especialmente ventajoso cuando al menos
una parte de los componentes que pueden integrarse en el módulo se
disponen en una carcasa de presión común. Mediante una carcasa de
presión común de este tipo puede aumentar la hermeticidad del
módulo y con ello de la instalación de aire acondicionado. Debido al
empleo de una carcasa de presión común pueden emplearse materiales
dentro de la carcasa de presión que antes no podían utilizarse
debido a las grandes diferencias de presión. De esta manera puede
concebirse, por ejemplo, el empleo de materiales sintéticos.
También es posible diseñar conductos sometidos a presión con
espesores de pared más finos de tal manera que pueda ahorrarse este
peso adicional.
La invención muestra sus ventajas especiales en
el marco de una instalación en la que, como medio del circuito de
refrigeración o de calefacción, está previsto CO_{2}. Estos
sistemas de refrigeración de este tipo a base de CO_{2} ganarán
importancia en un futuro de manera inequívoca dado que un medio de
enfriamiento convencional se sustituye por una sustancia que va a
eliminarse sin problemas, concretamente CO_{2}. Especialmente
debido a las posibilidades de aumento de rendimiento mediante un
intercambiador de calor interno la invención es especialmente útil
en relación con el CO_{2} como medio de refrigeración o medio de
calefacción.
Preferiblemente el intercambiador de calor
interno se construye con la técnica de la microestructura.
Especialmente en el caso de CO_{2} como medio de enfriamiento la
concentración de los componentes en el módulo 26 permite el empleo
de componentes en la técnica de estructura \mu dado que las
pérdidas de presión debido a esto dentro del módulo son
suficientemente pequeñas.
La invención se explica ahora a modo de ejemplo
en relación con los dibujos acompañantes mediante formas de
realización preferidas.
A este respecto muestra:
la figura 1, una representación esquemática de
una primera forma de realización de la invención;
la figura 2, una representación esquemática de
la primera forma de realización de la invención en un modo
operativo modificado,
la figura 3, una representación esquemática de
una tercera forma de realización de la invención,
la figura 4, una representación esquemática de
una cuarta forma de realización de la invención,
la figura 5, una representación esquemática de
una primera forma de realización según el estado de la técnica,
la figura 6, una representación esquemática de
una segunda forma de realización según el estado de la técnica.
En la siguiente descripción de los dibujos los
componentes iguales o comparables se indican con los mismos números
de referencia.
La figura 1 muestra una representación
esquemática de una disposición según la invención para refrigerar o
para calentar. Los componentes de la disposición que pueden
conmutarse están conectados en la representación según la figura 1,
de tal manera que la instalación se encuentra en el funcionamiento
de refrigeración. En un primer intercambiador 10 de calor se
introduce un medio. En el intercambiador de calor tiene lugar un
intercambio de calor entre un depósito 12 de calor y el medio
introducido de manera que se calienta aire 62 ambiente y el medio
se enfría en el sentido contrario. El medio refrigerado abandona el
intercambiador 10 de calor y entra a continuación en un módulo
26.
Los procesos que tienen lugar en el módulo 26 se
explican adicionalmente a continuación.
El medio sale del módulo 36 en forma refrigerada
y a continuación entra en un segundo intercambiador 14 de calor. En
este segundo intercambiador de calor entra en ese momento aire
ambiente o aire circulante de manera que una corriente 74 de aire
refrigerada en el intercambiador 14 de calor entra en el espacio 16
que va a enfriarse. A este respecto se origina un condensado 66. El
medio evaporado o calentado debido a la refrigeración del aire
ambiente o del aire 74 circulante sale del segundo intercambiador 14
de calor. A continuación, el medio entra en el módulo 26. En este
módulo el medio se calienta y se lleva a una presión más alta. Del
módulo 26 sale el medio compacto y calentado de tal manera que éste
puede alimentarse de nuevo al primer intercambiador de calor. El
circuito está cerrado.
En el módulo 26 están integrados varios
componentes que son fundamentales para el funcionamiento de la
instalación. El módulo 26 comprende una primera válvula 22 con un
primer puerto 30, un segundo puerto 32, un tercer puerto 34 y un
cuarto puerto 36. El módulo 26 comprende además una segunda válvula
con un primer puerto 38, un segundo puerto 40, un tercer puerto 42
y un cuarto puerto 44. Además, el modulo 26 contiene un compresor
18, un elemento 20 de expansión y un intercambiador 28 de calor
interno. En la figura 1, la primera válvula 22 y la segunda válvula
24 están conectadas de tal manera que la instalación se encuentra en
el funcionamiento de refrigeración. Si el medio refrigerado en el
primer intercambiador 10 de calor entra ahora en el módulo 26 y por
consiguiente en la primera válvula 22, entonces llega éste en
primer lugar al primer puerto 30. El primer puerto 30 está
conectado con el tercer puerto 34. El tercer puerto 34 está
conectado con el intercambiador 28 de calor interno. El medio por
tanto es conducido al intercambiador 28 de calor interno cuya
función se describe más adelante. Tras la salida del medio del
intercambiador 28 de calor interno el medio entra en un elemento 20
de expansión. En este elemento 20 de expansión el medio se expande
y por tanto se enfría. El medio que sale del elemento 20 de
expansión llega al segundo puerto 32 de la válvula 22 que está
conectado con el elemento 20 de expansión. El segundo puerto 32
está conectado con el cuarto puerto 36 de la primera válvula de tal
manera que el medio de dirige al cuarto puerto 36. Desde allí el
medio sale del módulo 26 y entra en el segundo intercambiador 14 de
calor.
En la recirculación del medio éste también fluye
a través del módulo 26. El medio entra en el módulo 26 en el que
éste llega en primer lugar al cuarto puerto 44 de la segunda
válvula. El cuarto puerto 44 de la segunda válvula 24 está
conectado con el segundo puerto 40 de la segunda válvula 24. Por
consiguiente el medio se conduce al segundo puerto 40 de la segunda
válvula 24 y desde allí al intercambiador 28 de calor interno que
está conectado con el segundo puerto 40 de la segunda válvula 24.
Tras el paso del intercambiador de calor interno sale el medio del
intercambiador 28 de calor interno y llega a un compresor 18. En
este compresor 18 el medio se calienta y se comprime. La salida del
compresor está conectada con el tercer puerto 42 de la segunda
válvula. En el estado de conexión presente el tercer puerto 42 está
conectado con el primer puerto 38 de la segunda válvula 24. Por
consiguiente el medio se dirige desde el tercer puerto 42 de la
segunda válvula 24 al primer puerto 38 de la segunda válvula 24. El
primer puerto está conectado con el primer intercambiador 10 de
calor de tal manera que el medio sale del módulo 26 y puede llegar
al primer intercambiador 10 de calor.
Especialmente en el funcionamiento de la
instalación con CO_{2} como medio de refrigeración se acredita
como útil prever un intercambiador 28 de calor interno. Este
intercambiador 28 de calor interno sirve para un aumento de
rendimiento. El medio que fluye en el elemento 20 de expansión se
enfría mediante el medio recirculado. En el sentido contrario el
medio recirculado que entra en el compresor 18 se calienta a través
del medio que fluye.
Mediante la figura 1 puede observarse que en el
módulo 26 solamente son necesarias cuatro tomas de presión
externas, concretamente el primer puerto 30 de la primera válvula 22
para la conexión con el primer intercambiador 10 de calor, el
tercer puerto 36 de la primera válvula 22 para la conexión de la
primera válvula 22 con el segundo intercambiador 14 de calor. El
primer puerto 38 de la segunda válvula 24 para la conexión de la
segunda válvula 24 con el primer intercambiador 10 de calor y el
cuarto puerto 44 de la segunda válvula 24 para la conexión de la
segunda válvula 24 con el segundo intercambiador 14 de calor. En
este sentido se ahorran longitudes de conducto considerables, en
comparación con aproximadamente la forma de realización según la
figura 6, que se explica en el marco de la descripción del estado
de la técnica. También se reduce el gasto de instalación.
También puede concebirse que el compresor 18 no
esté integrado en el módulo 26. En una disposición de este tipo el
módulo 26 puede equiparse con dos tomas de presión adicionales lo
que también lleva consigo una reducción considerable del gasto del
acoplamiento hidráulico. Además, los componentes pueden estar
integrados también total o parcialmente en un bloque. Por esto
puede conseguirse una representación compacta del módulo. Con ello
puede permitirse de manera más sencilla una realización
compacta.
En la figura 2 se muestra la instalación según
la figura 1 en otro estado de conexión. La instalación según la
figura 2 se encuentra en el funcionamiento de calefacción. La
conmutación del funcionamiento de refrigeración según la figura 1
al funcionamiento de calefacción según la figura 2 se realiza
mediante la conmutación de la primera válvula 22 y de la segunda
válvula 24. En el caso de la primera válvula 22 el primer puerto 30
está conectado con el segundo puerto 32. El tercer puerto 34 de la
primera válvula 22 está conectado con el cuarto puerto 36 de la
primera válvula 22. En el caso de la segunda válvula 24, el primer
puerto 38 está conectado con el segundo puerto 40. El tercer puerto
42 está conectado con el cuarto puerto 44. Si ahora entra el medio
frío en el primer intercambiador 10 de calor, entonces éste absorbe
calor del depósito 12 de calor de tal manera que se enfría el aire
62 ambiente. En este caso se origina condensado o hielo 68. Tras la
salida del primer medio del primer intercambiador 10 de calor el
medio llega en estado calentado al módulo 26. Allí llega al primer
puerto 38 de la segunda válvula. El primer puerto 38 está conectado
con el segundo puerto 40 que está conectado con el intercambiador
38 de calor interno. Por consiguiente el medio se dirige al
intercambiador 28 de calor interno. Tras el paso del medio a través
del intercambiador 28 de calor interno el medio entra en el
compresor 18 y a continuación llega al tercer puerto 42 de la
segunda válvula 24. Este tercer puerto 42 de la segunda válvula 24
está conectado con el cuarto puerto 44 de la segunda válvula 24 que
está conectado con el segundo intercambiador 14 de calor. Por
consiguiente el medio llega del compresor 18 en estado calentado al
segundo intercambiador 14 de calor. En este segundo intercambiador
14 de calor se calienta aire ambiente o aire circulante de manera
que por último puede emitirse aire caliente a un espacio 16 que ha
de calentarse. En este caso el medio se enfría. El medio enfriado
recircula al módulo 26. Allí el medio alcanza en primer lugar el
cuarto puerto 36 de la primera válvula 22. El cuarto puerto 36 de la
primera válvula 22 está conectado con el tercer puerto 34 de la
primera válvula 22. Este cuarto puerto 34 está conectado con el
intercambiador 28 de calor interno. Por tanto el medio llega del
segundo intercambiador 14 de calor al intercambiador 28 de calor
interno. Tras el paso del medio a través del intercambiador 28 de
calor interno el medio entra en el elemento 20 de expansión en el
que se expande y se enfría. Tras la salida del elemento 20 de
expansión el medio llega al segundo puerto 32 de la primera
válvula. El segundo puerto 32 está conectado con el primer puerto
30 de la primera válvula 22 que está conectado con el primer
intercambiador 10 de calor. Por consiguiente el medio llega del
elemento 20 de expansión en el estado refrigerado a través del
segundo puerto 32 y del primer puerto 30 de la primera válvula 22
al primer intercambiador 10 de calor. El circuito está cerrado.
A su vez el intercambiador 28 de calor interno
sirve también en el funcionamiento de calefacción para el aumento
de rendimiento lo que especialmente en un funcionamiento con
CO_{2} como medio ha de preferirse especialmente. El medio se
calienta antes de la entrada en el compresor en el intercambiador 28
de calor interno lo que tiene lugar mediante la interacción con el
medio que refluye desde el segundo intercambiador 14 de calor. En el
sentido contrario el medio que refluye se enfría antes de la
expansión en el elemento 20 de expansión mediante la interacción
con el medio que fluye.
La conmutación entre los estados de conexión
según la figura 1 y la figura 2 puede tener lugar de manera racional
de tal manera que para los elementos que van a conmutarse al mismo
tiempo pueden utilizarse accionamientos comunes. Esto reduce el
gasto de conexión y también el peso del módulo 26 y por consiguiente
de toda la instalación. Puede ser especialmente ventajoso que para
la activación de las válvulas se utilice un accionamiento hidráulico
que se alimenta mediante la diferencia de presión en el compresor.
Para la activación de un sistema hidráulico de este tipo puede
utilizarse una única o varias válvulas magnéticas muy pequeñas.
También el dispositivo según las figuras 1 y 2 puede perfeccionarse
de tal manera que se integren sensores de presión para alta presión
y baja presión también en el módulo 26.
En la figura 3 se muestra una representación
esquemática adicional de una disposición según la invención. Esto
corresponde en gran medida a la representación según la figura 2.
Adicionalmente a la figura 2 en el módulo 26 está integrado un
colector 46 que se dispone en el funcionamiento de calefacción
mostrado en el lado de la entrada del intercambiador 28 de calor
interno y está conectado con el segundo puerto 40 de la primera
válvula 24. El colector 46 sirve tanto para el almacenamiento de
medio de enfriamiento como también para la separación de fluido y
gas que puede entrar en el módulo 26. Una configuración ventajosa
consiste en que todos o algunos componentes del módulo 26 estén
integrados en un recipiente de presión que sirve como colector.
Gracias a esto no solamente puede ahorrarse espacio estructural sino
sobre todo la obturación de los componentes puede realizarse
mediante el recipiente de presión hacia el exterior. Esto facilita
considerablemente la fabricación del módulo 26 con fugas
mínimas.
En la figura 4 se muestra otra representación
esquemática de una disposición según la invención. Ésta presenta
además de los componentes según la figura 3 una válvula 50 de
derivación de gas caliente. Ésta válvula 50 conecta el lado de la
entrada con el lado de salida del segundo intercambiador 14 de
calor. También esta válvula 50 puede estar integrada en el módulo
26. La instalación se muestra en un estado de conexión para un
funcionamiento de deshielo con gas caliente. Mediante el
cortocircuito del intercambiador 14 de calor mediante la válvula 50
una gran parte del fluido llega del elemento 20 de expansión
directamente en la válvula 24. Por esto casi no se transmite calor
en el intercambiador 14 de calor. El calor de escape del sistema se
emite del fluido totalmente en el intercambiador 10 de calor. Por
esto puede romperse o derretirse el hielo que se encuentra en el
lado de aire de este intercambiador de calor.
La descripción anterior de los ejemplos de
realización según la presente invención sirve solamente para
ilustrar y no para limitar la invención. En el alcance de la
invención son posibles diferentes variaciones y modificaciones sin
abandonar el entorno de la invención, tal como se define en las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (20)
1. Disposición para enfriar o calentar con
- un primer intercambiador (10) de calor para
emitir o extraer calor en un o de un depósito (12) de calor,
- un segundo intercambiador (14) de calor para
extraer o emitir calor de uno o a una zona (16) que va a calentarse
o a enfriarse,
- un compresor (18),
- un elemento (20) de expansión y
- medios (22, 24) para conmutar entre un
funcionamiento de refrigeración y un funcionamiento de calefacción
que están integrados en un módulo (26),
en la que el primer intercambiador (10) de calor
en el funcionamiento de calefacción extrae calor del depósito (12)
de calor y en el funcionamiento de refrigeración emite calor al
depósito (12) de calor, mientras que el segundo intercambiador (14)
de calor emite calor en el funcionamiento de calefacción al espacio
(16) que va a calentarse y extrae calor en el funcionamiento de
refrigeración del espacio (16) que va a enfriarse, y en la que el
primer intercambiador (10) de calor, el segundo intercambiador (14)
de calor, el compresor (18), el elemento (20) de expansión y los
medios (22, 24) para conmutar forman un circuito cerrado de
calefacción o de refrigeración cerrado por los que fluye CO_{2},
caracterizada porque los medios de conmutación comprenden
una primera válvula (22) y una segunda válvula (24) con cuatro
puertos (30, 32, 34, 36; 38, 40, 42, 44) en cada caso.
2. Disposición según la reivindicación 1,
caracterizada porque entre el primer intercambiador (10) de
calor y el segundo intercambiador (14) de calor está previsto un
intercambiador (28) de calor interno.
3. Disposición según la reivindicación 2,
caracterizada porque en la primera válvula (22)
- un primer puerto (30) está conectado con el
primer intercambiador (10) de calor,
- un segundo puerto (32) está conectado con el
elemento (20) de expansión,
- un tercer puerto (34) está conectado con el
intercambiador (28) de calor interno y
- un cuarto puerto (36) está conectado con el
segundo intercambiador (14) de calor.
4. Disposición según una de las reivindicaciones
2 o 3, caracterizada porque en la segunda válvula (24)
- un primer puerto (38) está conectado con el
primer intercambiador (10) de calor,
- un segundo puerto (40) está conectado con el
intercambiador (28) de calor interno,
- un tercer puerto (42) está conectado con el
compresor (18) y
- un cuarto puerto (44) está conectado con el
segundo intercambiador (14) de calor.
5. Disposición según la reivindicación 3 y 4,
caracterizada porque,
- en el funcionamiento de refrigeración el
primer puerto (30) y el tercer puerto (34) de la primera válvula
(22) y el segundo puerto (32) y el cuarto puerto (36) de la primera
válvula (22) están conectados entre sí y
- en el funcionamiento de refrigeración el
primer puerto (38) y el tercer puerto (42) de la segunda válvula
(24) y el segundo puerto (40) y el cuarto puerto (44) de la segunda
válvula (24) están conectados entre sí.
6. Disposición según una de las reivindicaciones
3 y 4 o 5, caracterizada porque
- en el funcionamiento de calefacción el primer
puerto (30) y el segundo puerto (32) y el tercer puerto (34) y el
cuarto puerto (36) de la primera válvula (22) están conectados entre
sí y
- en el funcionamiento de calefacción el primer
puerto (38) y el segundo puerto (40) de la segunda válvula (24) y
el tercer puerto (42) el cuarto puerto (44) de la segunda válvula
(24) están conectados entre sí.
7. Disposición según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque los medios para la
conmutación (22, 24) pueden accionarse al menos parcialmente por un
accionamiento común.
8. Disposición según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque los medios para la
conmutación (22, 24) pueden accionarse al menos parcialmente por un
accionamiento hidráulico.
9. Disposición según la reivindicación 8,
caracterizada porque el accionamiento hidráulico se alimenta
de la diferencia de presión antes y después del compresor.
10. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores y la reivindicación 2,
caracterizada porque en el módulo (26) está integrado el
intercambiador (28) de calor interno.
11. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) está integrado el elemento (20) de expansión.
12. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) está integrado el compresor (18).
13. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) está integrado un colector.
14. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) está integrado un separador de aceite.
15. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) está integrada una válvula (50) de derivación de gas
caliente.
16. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) están integrados sensores de presión.
17. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque en el módulo
(26) está integrado el control de las válvulas.
18. Disposición según una de las
reivindicaciones 10 a 17, caracterizada porque al menos una
parte de los componentes que pueden integrarse en el módulo (26) se
disponen en una carcasa de presión común.
19. Disposición según una de las
reivindicaciones 10 a 18, caracterizada porque al menos una
parte de los componentes que pueden integrarse en el módulo (26) se
disponen en una carcasa de presión diseñada como colector.
20. Disposición según una de las
reivindicaciones anteriores y la reivindicación 2,
caracterizada porque el intercambiador (28) de calor interno
se construye con la técnica de la microestructura.
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