ES2273880T3 - Sistema reversible de compresion de vapor. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de compresión de vapor reversible que incluye, pero no está limitado a, un compresor (1), un intercambiador de calor interior (2), un dispositivo de expansión (6) y un intercambiador de calor exterior (3), conectados por medio de conductos según una relación susceptible de ponerse en funcionamiento, a fin de formar un sistema integral, caracterizado por que los intercambiadores de calor interior y exterior están dispuestos en el circuito principal, en tanto que el compresor y el dispositivo de expansión están dispuestos en unos circuitos subordinados o sub-circuitos A y B, respectivamente, y dichos sub-circuitos A y B están en comunicación con el circuito principal a través, respectivamente, de dispositivos (4) y (5) de inversión de flujo, a fin de permitir la reversión del sistema de un modo de enfriamiento a un modo de calentamiento.
Description
Sistema reversible de compresión de vapor.
La presente invención se refiere a sistemas de
compresión de vapor, tales como sistemas de refrigeración, de aire
acondicionado, de bomba de calor y/o una combinación de éstos, que
funcionan en condiciones trans-críticas, o más allá
del punto crítico, o sub-críticas, con el uso de
cualquier refrigerante y, en particular, de dióxido de carbono, y,
más específicamente, aunque no se limita a éste, a un aparato que
funciona como un sistema reversible de refrigeración/bomba de
calor.
Un sistema de compresión de vapor no reversible
está compuesto, en su forma básica, de un único circuito principal
que proporciona un compresor 1, un elemento 2 de expulsión o cesión
del calor, un elemento 3 absorbedor del calor y un dispositivo de
expansión 6, según se muestra en la Figura 1. El sistema mencionado
puede funcionar, bien en un modo de calentamiento o bien en un modo
de enfriamiento. Con el fin de hacer el sistema reversible, es
decir, permitir que éste trabaje tanto como bomba de calor como como
sistema de refrigeración, las técnicas anteriores conocidas se
sirven, para conseguir su propósito, de diferentes cambios de diseño
en el sistema, así como de la adición de componentes nuevos a dicho
circuito. Se describen a continuación las técnicas anteriores
conocidas y sus desventajas.
El sistema más comúnmente utilizado comprende un
compresor, una válvula de reversión del flujo, un intercambiador de
calor interior, dos válvulas de estrangulamiento, dos válvulas de
retención, un intercambiador de calor exterior y un
receptor/acumulador de baja presión; véase la Figura 2. La reversión
se lleva a cabo utilizando la válvula de reversión del flujo, dos
válvulas de retención y dos válvulas de estrangulamiento. La
desventaja de esta solución es que se sirve de dos válvulas de
estrangulamiento, así como el hecho de que el intercambiador de
calor interno estará en flujo paralelo en uno de los modos, de
calentamiento o de enfriamiento, lo que no es favorable. Además, la
solución es poco flexible y no puede ser utilizada de forma eficaz
con sistemas que se sirven de un receptor de presión intermedio.
El documento EP 0604417 B1 y el documento WO
90/07683 describen un dispositivo de ciclo de compresión de vapor
trans-crítico, o más allá del punto crítico, así
como métodos para regular su presión súper-crítica
del lado de alta. El sistema descrito incluye un compresor, un
enfriador de gas (condensador), un intercambiador de calor interno
de contracorriente, un evaporador y un receptor/acumulador. El
control de alta presión se consigue haciendo variar las existencias
de refrigerante del receptor/acumulador. Como medios de
encauzamiento, se aplica un dispositivo de estrangulamiento entre
la abertura de salida de alta presión del intercambiador de calor
interno de flujo en contracorriente y la abertura de entrada del
evaporador. Esta solución puede ser empleada, ya sea en el modo de
bomba de calor, ya sea en el modo de refrigeración.
El documento
GB-A-2.194.320 describe un sistema
reversible de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
De manera adicional, el documento DE 19806654
describe un sistema reversible de bomba de calor par vehículos de
motor accionados por un motor de combustión interna, en el cual el
sistema refrigerante del motor se utiliza como fuente de calor. El
sistema que se describe utiliza un receptor de presión intermedio
con un aporte súbito de refrigerante a alta presión suministrado
desde el fondo, en el modo de funcionamiento como bomba de calor,
que no es el ideal.
Por otra parte, el documento DE 19813674 C1
describe un sistema de bomba de calor reversible para aire
acondicionado de automoción, en el cual el gas de escape procedente
del motor se utiliza como fuente de calor. La desventaja de este
sistema radica en la posibilidad de que se descomponga el aceite en
el intercambiador de calor para la recuperación del calor del gas
de escape (cuando no se está utilizando), a medida que la
temperatura del gas de escape se hace relativamente elevada.
Aún adicionalmente, el documento US 5890370
describe un sistema de compresión de vapor
trans-crítico, o más allá del punto crítico,
reversible y de una única etapa, que se sirve de un único
dispositivo de reversión y de una válvula de estrangulamiento
reversible especialmente fabricada, que puede funcionar en los dos
sentidos de flujo. La desventaja principal del sistema es la
estrategia de control compleja que se requiere por parte de la
válvula de estrangulamiento especialmente fabricada. Además, en su
estado actual, éste puede ser aplicado únicamente en sistemas de una
sola etapa.
Aún otra Patente, el documento US 5473906, ha
descrito un acondicionador de aire para un vehículo en el que el
sistema se sirve de dos o más dispositivos de reversión destinados a
revertir el funcionamiento del sistema del modo de calentamiento al
modo de enfriamiento. Además, el sistema patentado tiene dos
intercambiadores de calor interiores. En comparación con la presente
invención, en una de las realizaciones propuestas de dicha Patente,
la disposición es tal, que el intercambiador de calor interior está
situado entre la válvula de estrangulamiento y el segundo
dispositivo de reversión. La desventaja principal de esta
disposición es que el vapor a baja presión procedente de la salida
del intercambiador de calor interior tiene que pasar a través del
segundo dispositivo de reversión, lo que da lugar a una caída de
presión o pérdida de carga adicional para el refrigerante a baja
presión (gas de aspiración) en el modo de enfriamiento. En el modo
de calentamiento, el sistema sufre también una caída de presión más
elevada en el lado de cesión del calor del sistema, ya que el gas de
descarga tiene que pasar a través de dos dispositivos de reversión
antes de que sea enfriado. En otra realización de dicha Patente, se
sitúa el mismo interior entre el primer dispositivo de reversión y
el compresor. Esta realización da lugar de nuevo a una caída de
presión más alta en el lado de cesión del calor, en el
funcionamiento en el modo de calentamiento. En aún otra
realización, el compresor se encuentra en comunicación directa con
dichas dos válvulas de cuatro vías. De nuevo, esta realización da
lugar a una caída de presión adicional en el refrigerante a baja
presión (gas de aspiración), en el modo de enfriamiento, puesto que
dicho gas de aspiración ha de pasar a través de dichas dos válvulas
de cuatro vías antes de entrar en el compresor. En el modo de
calentamiento, éste también sufre una caída de presión más alta. Por
añadidura, la colocación del receptor tras el condensador en las
realizaciones que se proponen es tal, que éste tan solo puede ser
utilizado en un sistema convencional con un intercambiador de calor
de condensador y evaporador, y, como tal, no resulta adecuado para
un funcionamiento trans-crítico, puesto que
receptor de presión ideado no tiene ninguna función en el
funcionamiento trans-crítico. Otra desventaja
general del sistema es que la Patente no proporciona realizaciones
para otras aplicaciones, tales como un sistema unitario simple, una
compresión en dos etapas, un calentamiento y un enfriamiento
combinados del agua, como lo hace la presente invención, puesto que
dicha Patente estaba destinada exclusivamente al acondicionamiento
de aire de un
vehículo.
vehículo.
Con respecto al segundo aspecto de la presente
invención, el documento US-Re030433 se refiere al
funcionamiento como condensador y como evaporador del
intercambiador de calor, en tanto que la presente Solicitud está
referida a un funcionamiento como evaporador y como enfriador de
gas. En este último caso, el refrigerante es un fluido de una única
fase, y el drenaje del condensador no constituye un aspecto en
cuestión. En un enfriador de gas, el propósito consiste a menudo en
calentar el flujo de aire sobre un cierto intervalo de temperaturas,
y esto no puede hacerse si las secciones o tramos del
intercambiador de calor funcionan en paralelo en el lado del aire.
Así pues, en los enfriadores de gas, el diseño del circuito será
diferente del de un intercambiador de calor que necesita hacer
servir de condensador. En la presente Solicitud, el aire siempre
fluye secuencialmente a través de los tramos del intercambiador de
calor, en tanto que en la invención US-Re030433, el
aire fluye a través de todas las "zonas de transferencia de
calor" en paralelo.
Otra Patente, el documento
US-Re0300745, describe un intercambiador de calor
reversible que tiene muchas similitudes con el anterior
(US-Re030433), incluyendo el hecho de que el
funcionamiento está limitado a los modos de evaporador y
condensador. También en este caso, el aire fluye en paralelo a
través de todos los tramos. Otra diferencia importante es que la
Patente describe un intercambiador de calor en el que todas los
tramos están conectados en paralelo en el lado del refrigerante
durante el funcionamiento como evaporador. En la presente Solicitud,
el refrigerante habitualmente fluye secuencialmente a través del
intercambiador de calor también en el modo de evaporador.
En esencia, la presente Solicitud describe un
intercambiador de calor reversible que sirve como calentador en uno
de sus modos -mediante el enfriamiento de un refrigerante
presurizado hasta un punto supercrítico, y el calentamiento de
aire-, al tiempo que funciona como evaporador en otro modo, fluyendo
en ambos casos el refrigerante y el aire secuencialmente a través
de los tramos. La única diferencia es que, en el funcionamiento como
enfriador de gas, el refrigerante fluye secuencialmente a través de
todos los tramos en contracorriente con el aire, en tanto que, en
el funcionamiento como evaporador, se conectan en paralelo los
tramos dos a dos.
Estos aspectos no están cubiertos por estas dos
Patentes mencionadas, y ninguna de las Patentes anteriores servirá a
los propósitos que se desean en el funcionamiento como enfriador de
gas.
La presente invención resuelve las desventajas
de los sistemas anteriormente mencionados al proporcionar unos
nuevos medios de reversión mejorados, simples y efectivos en un
sistema de compresión de vapor reversible, sin comprometer la
eficiencia del sistema. La presente invención se caracteriza porque
el circuito principal, que incluye un intercambiador de calor
interior y un intercambiador de calor exterior, se comunica con un
primer circuito subordinado, o sub-circuito, el cual
incluye un compresor, y un segundo sub-circuito, que
incluye un dispositivo de expansión, a través del primer y del
segundo dispositivos de inversión del flujo, según se define en la
reivindicación independiente 1 que se acompaña.
El campo de aplicación para la presente
invención puede ser, si bien no está limitada a ellas, las unidades
estacionarias y móviles de aire acondicionado/bomba de calor y los
refrigeradores/congeladores. En particular, el dispositivo puede
ser utilizado en sistemas de acondicionamiento de aire y de bomba de
calor para un local, así como en sistemas de acondicionamiento de
aire/bomba de calor para automóviles que tienen un motor de
combustión interna, así como para vehículos eléctricos o
híbridos.
La invención se describe con más detalles por
medio de ejemplos y mediante la referencia a las siguientes figuras,
en las cuales:
La Figura 1 es una representación esquemática de
un sistema de compresión de vapor no reversible.
\newpage
La Figura 2 es una representación esquemática de
los circuitos de sistema más comunes que se realizan en la práctica
para un sistema de bomba de calor reversible.
La Figura 3 es una representación esquemática de
una primera realización en el modo de funcionamiento de
calentamiento.
La Figura 4 es una representación esquemática de
una primera realización en el modo de funcionamiento de
enfriamiento.
La Figura 5 es una representación esquemática de
una segunda realización, en el modo de funcionamiento de
calentamiento.
La Figura 6 es una representación esquemática de
una segunda realización en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 7 es una representación esquemática de
una tercera realización en un funcionamiento en modo de
calentamiento.
La Figura 8 es una representación esquemática de
una tercera realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 9 es una representación esquemática de
una cuarta realización, en un funcionamiento en modo de bomba de
calor.
La Figura 10 es una representación esquemática
de una cuarta realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 11 es una representación esquemática
de una quinta realización, en un funcionamiento en modo de bomba de
calor.
La Figura 12 es una representación esquemática
de una quinta realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 13 es una representación esquemática
de una sexta realización, en un funcionamiento en modo de bomba de
calor.
La Figura 14 es una representación esquemática
de una sexta realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 15 es una representación esquemática
de una séptima realización, en un funcionamiento en modo de bomba
de calor.
La Figura 16 es una representación esquemática
de una séptima realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 17 es una representación esquemática
de una octava realización, en un funcionamiento en modo de bomba de
calor.
La Figura 18 es una representación esquemática
de una octava realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 19 es una representación esquemática
de una novena realización, en un funcionamiento en modo de bomba de
calor.
La Figura 20 es una representación esquemática
de una novena realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 21 es una representación esquemática
de una décima realización, en un funcionamiento en modo de bomba de
calor.
La Figura 22 es una representación esquemática
de una décima realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 23 es una representación esquemática
de una undécima realización, en un funcionamiento en modo de bomba
de calor.
La Figura 24 es una representación esquemática
de una undécima realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 25 es una representación esquemática
de una duodécima realización, en un funcionamiento en modo de bomba
de calor.
La Figura 26 es una representación esquemática
de una duodécima realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 27 es una representación esquemática
de una decimotercera realización, en un funcionamiento en modo de
bomba de calor.
La Figura 28 es una representación esquemática
de una decimotercera realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 29 es una representación esquemática
de una decimocuarta realización, en un funcionamiento en modo de
calentamiento.
La Figura 30 es una representación esquemática
de una decimocuarta realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 31 es una representación esquemática
de una decimoquinta realización, en un funcionamiento en modo de
calentamiento.
La Figura 32 es una representación esquemática
de una decimoquinta realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 33 es una representación esquemática
de una decimosexta realización, en un funcionamiento en modo de
calentamiento.
La Figura 34 es una representación esquemática
de una decimosexta realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 35 es una representación esquemática
de una decimoséptima realización, en un funcionamiento en modo de
calentamiento.
La Figura 36 es una representación esquemática
de una decimoséptima realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
La Figura 37 es una representación esquemática
de una decimoctava realización, en un funcionamiento en modo de
calentamiento.
La Figura 38 es una representación esquemática
de una decimoctava realización, en un funcionamiento en modo de
enfriamiento.
Las Figuras 39-46 muestran
representaciones esquemáticas de un intercambiador de calor para un
sistema de compresión de valor reversible.
La Figura 1 muestra una representación
esquemática de un sistema de compresión de vapor no reversible
que incluye un compresor 1, unos intercambiadores de calor 2, 3 y
un dispositivo de expansión 6.
La Figura 2 muestra, según se ha establecido
anteriormente, una representación esquemática del sistema de
compresión de vapor más común para un sistema de bomba de calor
reversible. Los componentes incluidos en tal sistema conocido se
denotan en la Figura. El cambio de modo se obtiene utilizando dos
válvulas de expansión diferentes, provistas de válvulas de retención
dispuestas en bypass o derivación y una válvula de 4
vías.
Primera realización de la
invención
La primera realización (básica) de la presente
invención para un ciclo de compresión de vapor reversible de una
única etapa se muestra esquemáticamente en la Figura 3, en el modo
de calentamiento, y en la Figura 4, para un funcionamiento de
enfriamiento. De acuerdo con la presente invención, el sistema, al
igual que con el sistema conocido, incluye un compresor 1, un
intercambiador de calor interior 2, un dispositivo de expansión 6
(por ejemplo, una válvula de estrangulamiento) y un intercambiador
de calor exterior 3. Se entiende que el sistema completo comprende
la tubería de conexión, con el fin de formar un circuito de flujo
principal cerrado en el cual se hace circular un refrigerante. Las
características inventivas de la primera realización de la invención
consisten en el uso de dos circuitos subordinados, o
sub-circuitos, un primer circuito A y un segundo
circuito B, conectados, respectivamente, con el circuito de flujo
principal a través de un primer 4 y un segundo 5 dispositivos de
inversión del flujo, que pueden darse, por ejemplo, en la forma de
una válvula de 4 vías. El compresor 1 y el dispositivo de expansión
6 se proporcionan en el primer sub-circuito A y en
el segundo sub-circuito B, respectivamente, en tanto
que el intercambiador de calor interior 2 y el intercambiador de
calor exterior 3 se proporcionan en el circuito principal, que está
en comunicación con dichos sub-circuitos a través de
los primer y segundo dispositivos de inversión de flujo. Esta
realización básica (que forma el bloque constructivo de otras
realizaciones derivadas de esta Patente) funciona con la mínima
caída de presión en ambos modos, de calentamiento y de
enfriamiento, y, como tal, sin comprometer la eficacia del sistema.
Además, puede incorporar fácilmente nuevos componentes con el fin de
proporcionar nuevas realizaciones que extiendan su aplicabilidad de
manera que incluya un amplio abanico de aplicaciones de sistema
reversible de refrigeración y bomba de calor, según se ha
documentado.
Esta realización y las realizaciones resultantes
que se deducen sin receptor/acumulador de baja presión, tienen la
ventaja de que eliminan la necesidad de una gestión de retorno de
aceite adicional. La reversión del proceso del funcionamiento en
modo de enfriamiento al funcionamiento en modo de calentamiento se
lleva a cabo de una forma simple y eficaz por medio de los dos
dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo, que conectan el circuito
principal, respectivamente, al sub-circuito A y al
sub-circuito B. El principio de funcionamiento es
como sigue:
Haciendo referencia a la Figura 3, los
dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo se encuentran en la
posición del modo de calentamiento, de tal forma que el
intercambiador de calor exterior 3 actúa como un evaporador y el
intercambiador de calor interior 2 actúa como un enfriador de gas
(condensador). El refrigerante en circulación se evapora en el
intercambiador de calor exterior 3 al absorber calor de la fuente de
calor. El vapor pasa a través del dispositivo de inversión de flujo
4 antes de ser arrastrado al exterior por el compresor 1. La
presión y la temperatura del vapor son incrementadas por el
compresor 1 antes de que entre en el intercambiador de calor
interior 2, al pasar a través del dispositivo 4 de inversión de
flujo. Dependiendo de la presión, el vapor refrigerante bien es
condensado (a una presión sub-crítica) o bien es
enfriado (a una presión supercrítica), al ceder calor al sumidero
de calor (el aire interior en el caso de un sistema de aire). El
refrigerante a alta presión pasa entonces a través del dispositivo
5 de inversión de flujo antes de que su presión se vea reducida por
el dispositivo de expansión 6 hasta la presión de evaporación. El
refrigerante pasa a través del dispositivo 5 de inversión de flujo
antes de entrar en el intercambiador de calor exterior 3, con lo que
se completa el ciclo.
Haciendo referencia a la Figura 4, los
dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo se encuentran en la
posición del modo de enfriamiento, de tal manera que el
intercambiador de calor interior 2 actúa como un evaporador y el
intercambiador de calor exterior 3 lo hace como un enfriador de gas
(condensador). El refrigerante en circulación se evapora en el
intercambiador de calor interior 2 mediante la absorción de calor
del refrigerante interior. El vapor pasa a través del dispositivo 4
de inversión de flujo, antes de ser succionado o aspirado por el
compresor 1. La presión y la temperatura del vapor son incrementadas
por el compresor 1 antes de que entre en el intercambiador de calor
exterior 3, al pasar a través del dispositivo 4 de inversión de
flujo. Dependiendo de la presión, el vapor de refrigerante bien se
condensa (a una presión sub-crítica) o bien se
enfría (a una presión supercrítica), al ceder calor al sumidero de
calor. El refrigerante a alta presión pasa entonces a través del
dispositivo 5 de inversión de flujo, antes de que su presión se vea
reducida por el dispositivo de expansión 6 hasta la presión de
evaporación. El refrigerante a baja presión pasa a través del
dispositivo 5 de inversión de flujo antes de entrar en el
intercambiador de calor interior 2, con lo que se completa el
ciclo.
La ventaja principal de esta realización es que
requiere un número mínimo de componentes y tiene unos principios de
funcionamiento y de control sencillos. Por otra parte, en la
ausencia de cualquier acumulador/receptor, la eficiencia energética
y el rendimiento global del sistema se hace sensible a la variación
de la carga de enfriamiento/calentamiento y a cualquier fuga
eventual de refrigerante.
Segunda
realización
Las Figuras 5 y 6 muestran representaciones
esquemáticas de la segunda realización en los funcionamientos en
modo de calentamiento y enfriamiento, respectivamente. Comparada con
la primera realización, tiene un bucle de conducto adicional C que
incluye un intercambiador de calor de deshumidificación 25, un
dispositivo de expansión 23 y una válvula 24. El intercambiador de
calor 25 tiene una función deshumectante durante el funcionamiento
en el modo de calentamiento, en tanto que trabaja como un evaporador
ordinario en el modo de enfriamiento. Durante el modo de
calentamiento, una parte del refrigerante a alta presión es
extraído, tras el dispositivo de inversión 5, a través del
dispositivo de expansión 23, por lo cual la presión del refrigerante
se ve reducida hasta la presión de evaporación en dicho
intercambiador de calor. Dicho refrigerante es entonces evaporado
por la absorción de calor en el intercambiador de calor 25, antes de
que pase a través de la válvula 24. De esta forma, el aire interior
pasa a través del intercambiador de deshumidificación 25 antes de
ser calentado de nuevo por el intercambiador de calor interior 2,
lo que proporciona aire más seco dentro del espacio interior con
fines de supresión de la neblina, tal como en un parabrisas en un
sistema de acondicionamiento de aire móvil. En el modo de
enfriamiento, el intercambiador de calor 25 proporciona un área de
transferencia de calor adicional para el enfriamiento del aire
interior. La reversión del sistema se lleva a cabo como en la
primera realización, al cambiar la posición de los dos dispositivos
4 y 5 de inversión de flujo del modo de calentamiento al de
enfriamiento y viceversa.
Tercera
realización
Las Figuras 7 y 8 muestran representaciones
esquemáticas de la tercera realización en los funcionamientos en
modo de calentamiento y de enfriamiento, respectivamente. En
comparación con la segunda realización, la disposición del bucle de
conducto C con respecto al circuito principal es tal, que el
intercambiador de calor de deshumidificación 25 y el intercambiador
de calor interior 2 están acoplados en serie durante el
funcionamiento en el modo de enfriamiento, al haberse proporcionado
unos dispositivos de cambio de flujo adicionales 26 y 26' (por
ejemplo, una válvula de retención), en contraposición a la segunda
realización, en la que dichos intercambiadores de calor están
acoplados en paralelo con independencia del modo de funcionamiento.
La reversión del sistema se lleva a cabo como en la primera
realización, cambiando la posición de los dos dispositivos 4 y 5 de
inversión de flujo del modo de calentamiento al de enfriamiento y
viceversa.
Cuarta realización de la
invención
Es ésta una mejora de la primera realización, y
se muestra esquemáticamente en la Figura 9, en el modo de
calentamiento, y en la Figura 10, en el modo de enfriamiento. De
acuerdo con esta invención, el dispositivo incluye un compresor 1,
un circuito subordinado o sub-circuito con un
dispositivo 4 de inversión de flujo, un intercambiador de calor
interior 2 y un intercambiador de calor exterior 3. La diferencia
con respecto a la anterior realización es que el segundo
sub-circuito B, con el dispositivo 5 de inversión de
flujo, ha sido reemplazado por un sub-circuito que
incluye tres ramas de conducto interconectadas en paralelo, B1, B2,
B3, y que está conectado al circuito principal a través de unos
dispositivos de expansión 16' y 17' de desviación de flujo. La
reversión del procedimiento del funcionamiento en el modo de
enfriamiento al funcionamiento en el modo de calentamiento se lleva
a cabo de una forma simple y eficaz por medio del dispositivo 4 de
inversión de flujo y de los dos dispositivos de expansión 16' y 17'
de desviación de flujo. El principio de funcionamiento es como
sigue:
Haciendo referencia a la Figura 9, el
dispositivo 4 de inversión de flujo y los dispositivos de expansión
16' y 17' de desviación de flujo se encuentran en la posición del
modo de calentamiento, de tal manera que el intercambiador de calor
exterior 3 actúa como un evaporador y el intercambiador de calor
interior 2 como un enfriador de gas (condensador). El refrigerante
en circulación se evapora en el intercambiador de calor exterior 3
mediante la absorción de calor procedente de la fuente de calor. El
vapor pasa a través del dispositivo 4 de inversión de flujo antes de
ser aspirado por el compresor 1.
La presión y la temperatura del vapor son
incrementadas por el compresor 1 antes de que entre en el
intercambiador de calor interior 2, al pasar a través del
dispositivo 4 de inversión de flujo. Dependiendo de la presión, el
vapor refrigerante bien es condensado (a una presión
sub-crítica) o bien es enfriado (a una presión
supercrítica), al ceder calor al sumidero de calor (el aire
interior en el caso de un sistema de aire). El refrigerante a alta
presión pasa entonces a través del primer dispositivo de expansión
16' de desviación de flujo antes de que su presión se vea reducida
por el segundo dispositivo de expansión 17' de desviación de flujo
hasta la presión de evaporación en el intercambiador de calor
interior 3, con lo que se completa el ciclo.
Haciendo referencia a la Figura 10, el
dispositivo 4 de inversión de flujo y los dispositivos de expansión
16' y 17' de desviación de flujo se encuentran en la posición del
modo de enfriamiento, de tal manera que el intercambiador de calor
interior 2 actúa como un evaporador y el intercambiador de calor
exterior 3 lo hace como un enfriador de gas (condensador). El
refrigerante en circulación se evapora en el intercambiador de
calor interior 2 mediante la absorción de calor del refrigerante
interior. El refrigerante pasa a través del dispositivo 4 de
inversión de flujo, antes de ser aspirado por el compresor 1. La
presión y la temperatura del vapor son incrementadas por el
compresor 1 antes de que entre en el intercambiador de calor
exterior 3, al pasar a través del dispositivo 4 de inversión de
flujo. Dependiendo de la presión, el vapor de refrigerante bien se
condensa (a una presión sub-crítica) o bien se
enfría (a una presión supercrítica), al ceder calor al sumidero de
calor. El refrigerante a alta presión pasa entonces a través del
dispositivo de expansión 17' de desviación de flujo, antes de que su
presión se vea reducida por el segundo dispositivo de expansión 16'
de desviación de flujo hasta la presión de evaporación en el
intercambiador de calor exterior 2, con lo que se completa el
ciclo.
Quinta realización de la
invención
Las Figuras 11 y 12 muestran representaciones
esquemáticas de la quinta realización, respectivamente en los
funcionamientos en modo de calentamiento y de enfriamiento. Esta
realización representa un sistema de compresión de vapor reversible
que tiene una función de calentamiento de agua de toma o acometida.
El agua de toma es precalentada primeramente por el intercambiador
de calor 24 dispuesto en el sub-circuito B, antes
de ser calentada adicionalmente hasta la temperatura deseada por el
intercambiador de calor 23 para el calentamiento del agua,
dispuesto en el sub-circuito A. La carga de calor
sobre el intercambiador de calor 23 de calentamiento del agua puede
ser regulada, bien variando el caudal de flujo de agua en el
intercambiador de calor 23 ó bien mediante una disposición en
bypass o derivación, en el lado del refrigerante de dicho
intercambiador de calor.
Sexta realización de la
invención
Las Figuras 13 y 14 muestran representaciones
esquemáticas de la sexta realización, que constituye una mejora de
la primera realización de la invención. En comparación con la
primera realización, esta realización tiene un intercambiador de
calor interno adicional 9 de flujo en contracorriente, dispuesto en
el sub-circuito A y que intercambia calor con el
refrigerante del sub-circuito B a través de una
conexión en bucle de conducto 12. Ensayos llevados a cabo en una
unidad de compresión de vapor prototípica que trabaja en modo de
enfriamiento, muestran que la adición de un intercambiador de calor
interno puede dar lugar a un consumo de energía más bajo y a una
capacidad de enfriamiento superior, a una temperatura del sumidero
de calor elevada (carga de enfriamiento elevada). El procedimiento
de reversión se lleva a cabo como en la primera realización.
Séptima realización de la
invención
La séptima realización de la invención se
muestra esquemáticamente en la Figura 15, en el modo de
calentamiento, y en la Figura 16, en el modo de enfriamiento. La
principal diferencia entre esta realización y la primera
realización es la presencia del receptor/acumulador 7 de presión
intermedia, dispuesto en el sub-circuito B, el cual
da lugar a una expansión en dos etapas del refrigerante a alta
presión. De acuerdo con esta realización, el dispositivo de
compresión de vapor reversible incluye un compresor 1, un
dispositivo 4 de inversión de flujo, otro dispositivo 5 de inversión
de flujo, un dispositivo de expansión 6 y un intercambiador de calor
exterior. El procedimiento de reversión se lleva a cabo como antes,
por medio del cambio de la posición de los dos dispositivos 4 y 5 de
inversión, del modo de calentamiento al de enfriamiento y viceversa.
Esta realización mejora la primera realización con la introducción
del receptor/acumulador 7 de presión intermedia, que hace posible
un control activo de la presión del lado de alta y de la capacidad
de enfriamiento/calentamiento, con el fin de maximizar la COP o la
capacidad. El sistema se hace más robusto y no se ve afectado por
eventuales fugas, siempre y cuando exista un cierto nivel de líquido
refrigerante en el receptor/acumulador 7 de presión intermedia.
Octava realización de la
invención
La octava realización constituye una mejora de
la cuarta realización y se muestra esquemáticamente en la Figura 17,
en el modo de calentamiento, y en la Figura 18, en el modo de
enfriamiento. La diferencia principal entre esta realización y la
cuarta realización es la presencia del receptor/acumulador 7 de
presión intermedia, dispuesto en la rama media B_{2} del segundo
sub-circuito B, lo que da lugar a una expansión en
dos etapas de refrigerante a alta presión a través,
respectivamente, de los dispositivos de expansión 16' y 17' de
desviación de flujo. El sistema se hace más robusto y no se ve
afectado por eventuales fugas, siempre y cuando exista un cierto
nivel de líquido refrigerante en el receptor/acumulador 7 de presión
intermedia.
Novena realización de la
invención
La novena realización de la invención se muestra
esquemáticamente en la Figura 19, en el modo de calentamiento, y en
la Figura 20, en el modo de enfriamiento. Esta realización es la
misma que la octava realización, a excepción de que las funciones
de desviación del flujo y de expansión de los dispositivos 16' y 17'
se descomponen en dos dispositivos de desviación independientes 16 y
17, y en dos dispositivos de expansión independientes 6 y 8,
dispuestos en la rama media B_{2}, respectivamente por encima y
por debajo del receptor/acumulador 7. De acuerdo con esta
realización, éste comprende un compresor 1, un dispositivo 4 de
inversión de flujo, un intercambiador de calor interior 2, unos
dispositivos 16 de desviación de flujo, un dispositivo de expansión
6, un receptor/acumulador 7 de presión intermedia, un dispositivo de
expansión 8, un dispositivo 17 de desviación de flujo y un
intercambiador de calor exterior. En esta realización, la reversión
del sistema se consigue mediante el uso de un único dispositivo 4 de
inversión de flujo y de los dos dispositivos 16 y 17 de desviación
de flujo que están situados, ya sea en el modo de enfriamiento o en
el de calentamiento.
Décima realización de la
invención
La décima realización se muestra en la Figura
21, en el modo de calentamiento, y en la Figura 22, en el modo de
enfriamiento. En comparación con la séptima realización, esta
realización incluye la adición de un intercambiador de calor
interno 9 de flujo en contracorriente, dispuesto en el
sub-circuito A y que intercambia calor con el
sub-circuito B a través de un bucle de conducto 12
que está acoplado al sub-circuito B antes del
dispositivo de expansión 6. Ensayos llevados a cabo en una unidad
de compresión de vapor prototípica que trabaja en el modo de
enfriamiento muestran que la adición de un intercambiador de calor
interno puede dar lugar a un consumo de energía más bajo y a una
capacidad de enfriamiento más alta a una temperatura elevada del
sumidero de calor (carga de enfriamiento elevada). El principio de
funcionamiento es como en la quinta realización, a excepción del
hecho de que el refrigerante caliente a alta presión, después del
dispositivo 5 de inversión de flujo, intercambia calor, a través
del intercambiador de calor interno 9, con el refrigerante frío a
baja presión, tras el dispositivo 4 de inversión de flujo, antes de
ser expandido por el dispositivo de expansión 6 hasta entrar en el
receptor/acumulador 7 de presión intermedia. El procedimiento de
reversión se lleva a cabo como en la primera realización.
\newpage
Undécima realización de la
invención
La undécima realización de la invención se
muestra en la Figura 23, en el modo de calentamiento, y en la Figura
24, en el funcionamiento en el modo de enfriamiento. La diferencia
principal entre esta realización y la décima realización es la
posición del lado de alta presión del intercambiador de calor
interno 9 de flujo en contracorriente. De acuerdo con la octava
realización, el lado de alta presión del intercambiador de calor
interno 9 está situado en el sub-circuito B, entre
el dispositivo de inversión 5 y el dispositivo de expansión 8,
mientras que, en esta realización, el lado de alta presión del
intercambiador de calor interno 9 está colocado entre el dispositivo
de inversión 5 y el intercambiador de calor exterior 3. Como
resultado de ello, de acuerdo con esta realización, el
intercambiador de calor interno no será "activo" en su
funcionamiento en uno de los modos de calentamiento o de
enfriamiento, puesto que existe una fuerza de impulsión por
temperatura muy limitada para el intercambio de calor.
Duodécima realización de la
invención
Esta realización se muestra en la Figura 25, en
el modo de calentamiento, y en la Figura 26, en el funcionamiento en
el modo de enfriamiento. Esta realización es un dispositivo de
compresión de vapor en dos etapas y reversible, en el que el
procedimiento de compresión se lleva a cabo en dos etapas, al
arrastrar vapor a una presión intermedia, a través de un conducto
20, desde el receptor/acumulador 7 dispuesto en el
sub-circuito B, lo que da lugar a una mayor
eficiencia en la compresión del vapor. Además, esta realización
permite un mayor control sobre la elección de la presión intermedia
resultante en el receptor/acumulador 7 de presión intermedia. El
compresor 1 puede ser una unidad de un único constituyente con una
lumbrera de aspiración intermedia, o con dos compresores
independientes, de primera etapa y de segunda etapa, de cualquier
tipo. El compresor puede ser también del tipo de "compresión de
doble efecto" (G. T. Voorhees, 1905, Patente británica Nº 4.448),
en el que el cilindro de un compresor de movimiento alternativo o de
vaivén está dotado de una lumbrera que se descubre en o cerca del
punto muerto inferior del pistón, por lo que se produce vapor a una
presión intermedia y se incrementa con ello la capacidad de
enfriamiento o de calentamiento del sistema. Con el uso de un
compresor de "doble efecto" con una carrera (volumen barrido)
variable, la lumbrera puede ser descubierta únicamente cuando la
demanda de calentamiento o de enfriamiento es elevada, a fin de
reforzar la capacidad del sistema.
El principio de funcionamiento de esta
realización es como en la primera realización, a excepción del hecho
de que el procedimiento de compresión se lleva a cabo en dos etapas
y el vapor suministrado a impulsos que resulta en el
receptor/acumulador 7 de presión intermedia, después del dispositivo
de expansión 6, es arrastrado por el compresor de la segunda etapa a
través de la tubería 12. En los casos en que se utiliza una unidad
compuesta o dos compresores independientes, el vapor frío
suministrado a impulsos se mezcla con el gas de descarga procedente
de la compresión de la primera etapa, dando lugar a una temperatura
de gas más baja al comienzo del proceso de compresión en la segunda
etapa. Como resultado de ello, el trabajo total de compresión para
esta realización será menor que en las realizaciones de compresión
de vapor trans-crítico reversible de una única
etapa, con el resultado de un rendimiento energético más alto en
general.
Decimotercera realización de la
invención
La decimotercera realización se muestra
esquemáticamente en las Figuras 27 y 28, respectivamente en sus
modos de calentamiento y de enfriamiento. En comparación con la
duodécima realización, ésta tiene un intercambiador de calor
adicional 10 que proporciona una capacidad de enfriamiento adicional
a una presión y una temperatura intermedias. El intercambiador de
calor 10 puede ser un intercambiador de calor/evaporador alimentado
por gravedad o por bombeo. Dicho intercambiador de calor 10 puede
ser también una parte integral del receptor 7 de presión intermedia.
Esta realización constituye una mejora de la duodécima realización
puesto que puede ser adoptada por sistemas en los que existe la
necesidad de enfriamiento/refrigeración en dos niveles de
temperatura. Como ejemplo, el sistema de acondicionamiento de aire
para un vehículo híbrido o impulsado eléctricamente ha de
proporcionar el enfriamiento del motor y del compartimiento o
habitáculo interior. La presente invención puede proporcionar el
enfriamiento de un espacio interior a la presión y la temperatura de
evaporación, al tiempo que se proporciona el enfriamiento del motor
a la presión y la temperatura intermedias. El calor absorbido por
dicho intercambiador de calor puede ser utilizado también como
fuente de calor adicional en el modo de calentamiento. La reversión
del sistema se lleva a cabo como en la primera realización,
cambiando la posición de los dos dispositivos 4 y 5 de inversión del
flujo, del modo de calentamiento al de enfriamiento y viceversa.
Decimocuarta realización de la
invención
La decimocuarta realización se muestra
esquemáticamente en las Figuras 29 y 30, respectivamente en el modo
de calentamiento y en el de enfriamiento. Esta realización es la
misma que la decimotercera, con la excepción de la disposición del
intercambiador de calor 10, el cual se dispone ahora en el circuito
subordinado o sub-circuito D. Dicho
sub-circuito proporciona también un dispositivo de
expansión adicional 20. En uno de los modos de calentamiento o de
enfriamiento, una parte del refrigerante a alta presión es extraída
por el dispositivo de expansión 20, donde la presión del
refrigerante se ve reducida hasta un nivel de presión intermedio. El
refrigerante es entonces evaporado mediante la absorción de calor
en el dispositivo intercambiador de calor, antes de que entre en el
receptor 7 de presión intermedia. La reversión del sistema se lleva
a cabo como en la primera realización, al cambiar la posición de
los dos dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo del modo de
calentamiento al modo de enfriamiento y viceversa.
Decimoquinta realización de la
invención
La decimoquinta realización se muestra
esquemáticamente en las Figuras 31 y 32, respectivamente en el modo
de calentamiento y en el de enfriamiento. Esta realización se
caracteriza por la compresión en dos etapas con "enfriamiento
intermedio", que se consigue mediante la descarga, a través de un
conducto 12', del gas caliente procedente del compresor 1' de la
primera etapa, al interior del receptor/acumulador 7 de presión
intermedia. Al hacerlo así, la temperatura del gas de aspiración del
compresor 1'' de la segunda etapa quedará saturada en un valor de
temperatura correspondiente a la presión de saturación en el
receptor/acumulador 7 de presión intermedia. Como resultado de ello,
en comparación con las realizaciones con una única etapa de
compresión, el trabajo total de compresión será más bajo y el
rendimiento del sistema más alto. En caso necesario, es también
posible controlar el sobrecalentamiento del gas de aspiración para
la segunda etapa de la compresión, dirigiendo una parte del gas de
descarga caliente directamente desde la primera etapa hasta
introducirlo en la línea o conducción de aspiración de la compresión
de la segunda etapa, es decir, saltando en derivación el
receptor/acumulador 7 de presión intermedia. La reversión del
sistema se lleva a cabo como en la primera realización, cambiando la
posición de los dos dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo del
modo de calentamiento al de enfriamiento y viceversa.
Decimosexta realización de la
invención
Las Figuras 33 y 34 muestran la decimosexta
realización de un dispositivo de compresión de vapor que funciona en
el modo de enfriamiento y en el de calentamiento, respectivamente.
Esta realización representa un dispositivo de vapor reversible de
dos etapas, similar al de la decimoquinta, pero que tiene el añadido
de un intercambiador de calor interno 9 de flujo en contracorriente,
dispuesto en el circuito subordinado o sub-circuito
A y que intercambia calor con el sub-circuito B a
través de un bucle de conducto 18. El beneficio de utilizar un
intercambiador de calor interno 9 de flujo en contracorriente
consiste en que la temperatura del refrigerante a alta presión se
reduce antes de que éste pase a través del dispositivo de expansión
6, con una capacidad de refrigeración más alta y un mayor
rendimiento energético como resultado. El principio de
funcionamiento de esta realización es como el de la decimoquinta
realización, con la excepción del hecho de que el refrigerante a
alta presión, después de su paso por el dispositivo 5 de inversión
de flujo, fluye a través del intercambiador de calor interno 9 antes
de pasar a través del dispositivo de expansión 6. La reversión del
sistema se lleva a cabo como en la primera realización, al cambiar
la posición de los dos dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo del
modo de calentamiento al de enfriamiento y viceversa.
Decimoséptima realización de la
invención
Esta realización se muestra esquemáticamente en
las Figuras 35 y 36, respectivamente en el modo de calentamiento y
en el de enfriamiento. Esta realización es la misma que la sexta
realización, a excepción del hecho de que tiene un
receptor/acumulador adicional 15 de baja presión en el
sub-circuito B. La reversión del sistema se lleva a
cabo como en la primera realización, al cambiar la posición de los
dos dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo del modo de
calentamiento al de enfriamiento y viceversa.
Decimoctava realización de la
invención
La decimoctava realización se muestra
esquemáticamente en la Figura 37, en el modo de calentamiento, y en
la Figura 38, en el funcionamiento en el modo de enfriamiento. De
acuerdo con esta realización, el sistema es de un tipo de
compresión de vapor reversible en dos etapas, en el que el
procedimiento de compresión se lleva a cabo en dos etapas con
"enfriamiento intermedio", lo que da lugar a una mayor eficacia
en la compresión del vapor y a un mejor rendimiento global del
sistema. Esta realización comprende, en el circuito principal, un
intercambiador de calor interior 2, un sub-circuito
A, acoplado al circuito principal a través de un dispositivo 4 de
inversión de flujo, y un sub-circuito B, conectado
con el circuito principal a través de un segundo dispositivo 5 de
inversión de flujo. El sub-circuito A incluye un
compresor 1, un receptor/acumulador 15 de baja presión y un
intercambiador de calor interno 9 de flujo en contracorriente.
El sub-circuito B incluye un
dispositivo de expansión 6. El calor es intercambiado entre los dos
sub-circuitos a través del intercambiador de calor
interno 9, al hacer pasar el refrigerante desde el
sub-circuito B a través del conducto 12. Se
proporciona, además, un intercambiador de calor 15 de enfriamiento
intermedio. Una parte del refrigerante se conduce a través de este
intercambiador de calor y es devuelta al
sub-circuito B, en tanto que otra parte es
conducida por otro sub-conducto 19, a través de un
dispositivo de expansión 13, al otro recorrido de flujo del
intercambiador de calor 14 de enfriamiento intermedio y a la segunda
etapa del compresor 1. En comparación con la decimotercera
realización, la adición de un intercambiador de calor 14 de
enfriamiento intermedio da lugar a una capacidad de enfriamiento
superior y a un menor trabajo de compresión.
El compresor 1 puede ser una unidad compuesta
(individual) con una lumbrera de aspiración intermedia, o bien dos
compresores independientes, de primera etapa y de segunda etapa, de
cualquier tipo. La reversión del sistema se lleva a cabo como en la
primera realización, mediante el cambio de la posición de los dos
dispositivos 4 y 5 de inversión de flujo del modo de calentamiento
al modo de enfriamiento y viceversa.
Un sistema de compresión de vapor puede hacerse
funcionar ya sea en un modo de acondicionamiento de aire, para un
funcionamiento de enfriamiento, ya sea en un modo de calentamiento,
para un funcionamiento de calentamiento. El modo de funcionamiento
se cambia invirtiendo el sentido de flujo del refrigerante a través
del circuito.
Durante el funcionamiento de acondicionamiento
de aire, el intercambiador de calor interior absorbe calor mediante
la evaporación de refrigerante, al tiempo que el calor es expulsado
o cedido a través del intercambiador de calor exterior. Durante el
funcionamiento de calentamiento, el intercambiador de calor situado
en el exterior actúa como evaporador, en tanto que el calor es
cedido a través del intercambiador de calor situado en el
interior.
Como los intercambiadores de calor interior y
exterior han de servir a propósitos dobles, el diseño se convierte
en un compromiso que no es óptimo para ninguno de los modos. Con
dióxido de carbono como refrigerante, los intercambiadores de calor
necesitan funcionar tanto como evaporador como como enfriador de
gas, con requisitos muy diferentes para un diseño óptimo. Durante
el funcionamiento de enfriamiento de gas, se desea un tipo de
intercambiador de calor de flujo en contracorriente, y es deseable
un flujo másico de refrigerante relativamente elevado. En el
funcionamiento como evaporador, se desea un flujo másico reducido y
es aceptable una disposición de circuitos de refrigerante en flujos
cruzados.
Con el uso de los medios apropiados (tales como
válvulas de retención), la disposición de circuitos en el
intercambiador de calor puede ser modificada cuando se revierte el
modo de funcionamiento. Las válvulas proporcionarán al
intercambiador de calor diferentes disposiciones de circuitos
dependiendo del sentido del flujo de refrigerante. Las Figuras
39-46 muestran diferentes intercambiadores de calor
con dos, tres, cuatro y seis secciones o tramos, en el sentido del
flujo de aire, en los modos de calentamiento y de enfriamiento,
respectivamente. Durante el funcionamiento de calentamiento, como
puede observarse en las Figuras 38, 40, 42 y 44, el refrigerante
fluye secuencialmente a través de cada uno de los cuatro tramos, a
la manera de flujos en contracorriente cruzados. Por otra parte, al
invertir el flujo, el refrigerante se hace circular en paralelo a
través de una y dos, o de dos y dos, placas que entran en lado de
entrada de aire, tal como se muestra en las Figuras 39, 41, 43 y
45. El cambio del modo de flujo se obtiene preferiblemente por medio
de válvulas de retención, si bien pueden ser utilizados otros tipos
de válvulas.
Claims (28)
1. Un sistema de compresión de vapor
reversible que incluye, pero no está limitado a, un compresor (1),
un intercambiador de calor interior (2), un dispositivo de expansión
(6) y un intercambiador de calor exterior (3), conectados por medio
de conductos según una relación susceptible de ponerse en
funcionamiento, a fin de formar un sistema integral,
caracterizado porque los intercambiadores de calor interior y
exterior están dispuestos en el circuito principal, en tanto que el
compresor y el dispositivo de expansión están dispuestos en unos
circuitos subordinados o sub-circuitos A y B,
respectivamente, y dichos sub-circuitos A y B están
en comunicación con el circuito principal a través, respectivamente,
de dispositivos (4) y (5) de inversión de flujo, a fin de permitir
la reversión del sistema de un modo de enfriamiento a un modo de
calentamiento.
2. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los dispositivos (4) y
(5) de inversión de flujo están construidos integralmente en una
única unidad que lleva a cabo la misma función.
3. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque tiene un bucle de
conducto adicional que proporciona un intercambiador de calor de
deshumidificación (25), un dispositivo de expansión (23) y una
válvula (24), conectados entre el dispositivo reversible (5) y el
dispositivo de expansión (6) situados en el lado de entrada, y el
dispositivo reversible (4) y el lado de aspiración del compresor,
situados en el lado de salida.
4. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque el intercambiador de
calor 25, conectado en paralelo en el modo de calentamiento y en
serie en el modo de enfriamiento, utiliza una pluralidad de
dispositivos 26 y 26' de cambio de flujo.
5. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el
sub-circuito (B) incluye tres ramas en paralelo
(B1, B2, B3) que están interconectadas, por lo que el dispositivo de
inversión de flujo se da en la forma de dos dispositivos de
expansión (17', 16') de desviación de flujo, que conectan las ramas
exteriores en paralelo (B1, B3) del sub-circuito (B)
con el circuito integral principal.
6. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el
primer sub-circuito (A) está provisto de un
intercambiador de calor adicional (23) después del compresor, y el
sub-circuito (B) está provisto de un intercambiador
de calor adicional (24), situado antes del dispositivo de expansión
(6).
7. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque
los sub-circuitos situados respectivamente antes
del compresor, en el sub-circuito (A), y antes del
dispositivo de expansión (6), en el sub-circuito
(B), están provistos de un intercambiador de calor interno adicional
(9).
8. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el
sub-circuito (B) está provisto de un
acumulador/receptor (7) situado después del dispositivo de expansión
(6) pero antes de un dispositivo de expansión adicional (8).
9. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el
procedimiento de compresión tiene lugar en dos etapas, con lo que
el vapor suministrado a impulsos desde el receptor/acumulador (7) es
arrastrado a través de un bucle de conducto (12') por la segunda
etapa del compresor (1).
10. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque proporciona una
capacidad de enfriamiento adicional a una temperatura y a una
presión intermedias, utilizando un intercambiador de calor 10.
11. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque el intercambiador de
calor 10 es un evaporador alimentado por gravedad o alimentado por
bombeo, y conectado al receptor/acumulador (7).
12. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque el intercambiador de
calor 10 se ha dispuesto en un bucle de conducto D que utiliza otro
dispositivo de expansión 20, de tal forma que la entrada de dicho
bucle de conducto está conectada entre el dispositivo de inversión 5
y el dispositivo de expansión 6, y la salida de dicho conducto está
conectada al receptor/acumulador 7.
13. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 9-12, caracterizado porque
la compresión se lleva a cabo por medio de un compresor compuesto de
dos etapas.
14. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 9-12, caracterizado porque
el procedimiento de compresión es de un tipo de doble efecto.
15. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 9-12, caracterizado porque
el compresor (1) es de un tipo de carrera variable.
16. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 9-12, caracterizado porque
el procedimiento de compresión se lleva a cabo por medio de dos
compresores independientes (1', 1''), de unas primera y segunda
etapas.
17. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 9 y 16, caracterizado porque el gas de
descarga procedente del compresor (1') de la primera etapa es
conducido al receptor/acumulador (7) a través de un bucle de
conducto (12'), antes de ser arrastrado desde el receptor/acumulador
a través de un bucle de conducto (12'') por el compresor (1'') de la
segunda etapa.
18. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 9-17 precedentes,
caracterizado porque un intercambiador de calor interno
adicional (9 -véanse las Figuras 32-33) se ha
dispuesto en el sub-circuito (A), antes del
compresor (1), el cual se ha proporcionado para el intercambio de
calor entre dicho circuito y el sub-circuito (B) a
través de un bucle (18) de conducto de conexión, dispuesto antes del
dispositivo de expansión (6).
19. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 18, caracterizado porque se ha dispuesto un
receptor/acumulador adicional (15 -véanse las Figuras
34-35) en el sub-circuito (A), antes
del intercambiador de calor adicional (9).
20. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 19, caracterizado porque el procedimiento de
compresión se lleva a cabo en dos etapas o por medio de compresión
de doble efecto.
21. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 20, caracterizado porque se ha dispuesto un
intercambiador de calor adicional (14 -véanse las Figuras
36-37) de enfriamiento intermedio en el bucle de
conducto (12), después del intercambiador de calor interno (9), por
lo que una parte del refrigerante procedente del bucle de conducto
(12) es extraída y hecha pasar a través del lado de baja presión del
intercambiador de calor (14) de enfriamiento intermedio, y es
conducida, tras ello, al compresor (1) a través de un bucle de
sub-conducto (19), en tanto que la parte principal
del refrigerante es devuelta al sub-circuito
(B).
22. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque se ha dispuesto un
acumulador/receptor (7) en la rama intermedia (B2).
23. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque los dos dispositivos
de expansión (16', 17') de desviación de flujo han sido reemplazados
por dos dispositivos (16, 17 -véanse las Figuras 18, 19) de
desviación de flujo, y un único dispositivo de expansión (6),
dispuesto en la rama intermedia (B2).
24. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 5 y 23, caracterizado porque se ha dispuesto
un acumulador/receptor (7) en la rama intermedia (B2), después del
dispositivo de expansión (6).
25. El sistema de acuerdo con la
reivindicación 24, caracterizado porque se ha dispuesto un
dispositivo de expansión adicional (8) después del
receptor/acumulador (7).
26. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 1-25 precedentes,
caracterizado porque el ciclo es
trans-crítico, o va más allá del punto crítico.
27. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones 1-26, caracterizado porque
el refrigerante es dióxido de carbono.
28. El sistema de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
descongelación de un intercambiador de calor (evaporador) congelado
se consigue invirtiendo el procedimiento del modo de bomba de calor
al de refrigeración.
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