ES2278591T3 - Dispositivo de refrigeracion. - Google Patents
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Abstract
Sistema de refrigeración que utiliza, como su refrigerante, o bien una mezcla no inferior al 75 % en peso pero inferior al 100 % en peso de R32 y R125 o bien un refrigerante único R32, que comprende un circuito (10) refrigerante que forma un ciclo de refrigeración, y que presenta una capacidad nominal de enfriamiento superior a 5kW pero no superior a 9kW, en el que un conducto (32) lateral de líquido y un conducto (31) lateral de gas de dicho circuito (10) refrigerante se forman tal que una proporción dg / dl, que es la proporción entre el diámetro dg de dicho conducto (31) lateral de gas y el diámetro dl de dicho conducto (32) lateral de líquido, cae dentro del intervalo de 2, 1 a 3, 5.
Description
Dispositivo de refrigeración.
La presente invención se refiere de manera
general a sistemas de refrigeración. Esta invención se refiere de
manera más particular a un sistema de refrigeración que utiliza un
refrigerante único de R32 o una mezcla de refrigerantes que
contienen R32.
El refrigerante R22, que es adecuado para
utilizarse como un refrigerante en sistemas de refrigeración (por
ejemplo, aparatos de aire acondicionado), se ha utilizado en muchos
casos. Sin embargo, el R22, debido a su alto potencial de
destrucción de ozono (ODP), está programado para su abolición total
en el año 2020 según el protocolo de Montreal. Por lo tanto, está
avanzando ahora el desarrollo de diversos refrigerantes como
sustitutos del R22 tales como los refrigerantes R407C, R410A y
R134a.
Como se muestra en la figura 10, aunque estos
refrigerantes sustitutos son refrigerantes de bajo ODP, su potencial
de calentamiento global (GWP) es similar al del R22. Por lo tanto,
desde el punto de vista de la prevención del calentamiento global,
los refrigerantes sustitutos antes mencionados anteriormente apenas
son aceptables.
Es más, el uso de estos refrigerantes sustitutos
provoca que el COP (coeficiente de rendimiento) de un sistema de
refrigeración sea inferior en comparación con los refrigerantes
convencionales usados en la actualidad. Con el aumento del consumo
de energía, aumenta la carga de, por ejemplo, centrales de
generación de energía térmica. Esto, aparte del calentamiento
global directo debido a la liberación de refrigerantes, resulta en
el calentamiento global adicional indirecto. Ha habido fuertes
deseos para el desarrollo de refrigerantes sustitutos que pueden
contribuir verdaderamente a la supresión del calentamiento
global.
Por consiguiente, ahora está avanzando el
desarrollo de un refrigerante único de R32 o una mezcla de
refrigerantes que contienen R32 en gran cantidad como un
refrigerante sustituto de bajo GWP.
Sin embargo, el que un sistema de refrigeración
existente diseñado para el R22 se cargue simplemente con un
refrigerante único de R32 o con una mezcla de refrigerantes que
contienen R32 no aprovechará totalmente las ventajas de las
características del R32, y es imposible conseguir suficientemente la
prevención del calentamiento global. Ha habido fuertes exigencias
de sistemas de refrigeración que puedan hacer buen uso de las
características del R32 con la finalidad de prevenir el
calentamiento global.
En P.J: "Installations frigorifiques Tome
2" ("Instalaciones frigoríficas tomo 2") marzo 1988
(1988-03), edición PYC, Bayeux XP0022095406997 se
describe un sistema de refrigeración en base a una instalación de
amoniaco con un rendimiento de refrigerante de 93 kW, un conducto
lateral de gas que tiene un diámetro de 63 mm y un conducto lateral
de líquido que tiene un diámetro de 14 mm.
El documento JP 10 325624 A describe como
utilizar una mezcla de refrigerantes R32 y R125 para un sistema de
refrigeración.
Teniendo en cuenta los problemas anteriores, se
ha realizado la presente invención. Por consiguiente, un objeto de
la presente invención es proporcionar un sistema de refrigeración
que puede hacer buen uso de las características del R32 y que
contribuye verdaderamente a la prevención del calentamiento
global.
Con el fin de conseguir el anterior objeto, la
presente invención proporciona una disposición tal que el diámetro
del conducto lateral de gas de un circuito refrigerante se mantenga
igual que el conducto lateral de gas convencional mientras que el
diámetro de un conducto lateral de líquido se fija para que sea más
pequeño que el de un conducto lateral de líquido convencional, por
lo que la cantidad de carga de refrigerante del circuito
refrigerante se reduce mientras se mantiene el rendimiento del
sistema al mismo nivel que la tecnología convencional.
El "diámetro" se refiere a un diámetro
interior o exterior en cada una de las invenciones descritas
anteriormente.
La invención de la presente solicitud esta
destinada a un sistema de refrigeración que utiliza, como su
refrigerante, o bien una mezcla no inferior al 75% en peso pero
inferior al 100% en peso de R32 y R125 o bien un refrigerante único
de R32, que comprende un circuito (10) refrigerante que forma un
ciclo de refrigeración, y que presenta una capacidad nominal de
enfriamiento superior a 5 kW pero no superior a 9 kW. En el sistema
de refrigeración, un conducto (32) lateral de líquido y un conducto
(31) lateral de gas de dicho circuito (10) refrigerante se forman de
manera que una proporción dg/dl, que es la proporción entre el
diámetro dg de dicho conducto (31) lateral de gas y el diámetro dl
de dicho conducto (32) lateral de líquido, cae dentro del intervalo
de 2,1 a 3,5.
Preferiblemente, la proporción dg/dl cae dentro
del intervalo de 2,4 a 3,2.
Más preferiblemente, la proporción dg/dl cae
dentro del intervalo de 2,6 a 3,0.
Adicionalmente, otra invención de la presente
aplicación está destinada a un sistema de refrigeración que
utiliza, como su refrigerante, o bien una mezcla no inferior al 75%
en peso pero inferior al 100% en peso de R32 y R125 o bien un
refrigerante único de R32, que comprende un circuito (10)
refrigerante que forma un ciclo de refrigeración, y que presenta
una capacidad nominal de enfriamiento superior a 5 kW pero no
superior a 9 kW. En el sistema de refrigeración en el que un
conducto (32) lateral de líquido y un conducto (31) lateral de gas
de dicho circuito (10) refrigerante se forman tal que una proporción
dg/dl, que es la proporción entre el diámetro dg de dicho conducto
(31) lateral de gas y el diámetro dl de dicho conducto (32) lateral
de líquido, cae dentro del intervalo de 2,6 a 3,5.
Preferiblemente, la proporción dg/dl cae dentro
del intervalo de 2,8 a 3,3.
Más preferiblemente, la proporción dg/dl cae
dentro del intervalo de 2,9 a 3,1.
En cada una de las anteriores invenciones, el
conducto (32) lateral de líquido puede ser un conducto entero entre
la salida del condensador y la entrada del evaporador o puede ser
una parte del mismo. De la misma manera, el conducto (31) lateral
de gas puede ser un conducto entero entre la salida del evaporador y
la entrada del condensador, puede ser un conducto entero entre la
salida del evaporador y el lateral de succión del compresor, o puede
ser parte de los mismos.
El conducto (31) lateral de gas y el conducto
(32) lateral de líquido pueden ser conductos de conexión para
conectar una unidad (17) interna y una unidad (16) externa.
El conducto (32) lateral de líquido puede ser un
conducto de conexión lateral de líquido para conectar una unidad
(17) interna y una unidad (16) externa.
En las invenciones anteriores, es probable que
la longitud de los conductos de conexión sea larga, para que se
consiga de manera más significativa el efecto de reducción de la
cantidad de carga de refrigerante.
Adicionalmente, es preferible que el
refrigerante sea un refrigerante único de R32.
Como se describe anteriormente, según la
presente invención, el diámetro interior del conducto (32) lateral
de líquido se hace más pequeño que el de los sistemas convencionales
que usan el R22. Esto hace posible reducir la cantidad de carga de
refrigerante del circuito (10) refrigerante mientras se mantiene el
rendimiento al mismo nivel que en los sistemas convencionales. Por
consiguiente, en comparación con los casos convencionales se hace
posible hacer un mejor uso del refrigerante único de R32 o de una
mezcla de refrigerantes que contienen R32. La reducción en el GWP
del propio refrigerante y la reducción de la cantidad de carga de
refrigerante reducen considerablemente el efecto del calentamiento
global. Por consiguiente, sistemas adecuados para conservación del
medio ambiente global.
La figura 1 es un diagrama de un circuito
refrigerante de un aparato de aire acondicionado.
La figura 2 es un diagrama de Mollier.
La figura 3 es una tabla que muestra los
resultados de cálculo para la proporción del diámetro interior del
conducto de transferencia de calor.
La figura 4 es una vista en sección transversal
de un conducto con ranuras.
La figura 5 es un diagrama de Mollier.
La figura 6 es una tabla que muestra los
resultados de cálculo para la proporción del diámetro interior del
conducto lateral de líquido.
La figura 7 es un diagrama que muestra los
diámetros del conducto lateral de gas y los diámetros del conducto
lateral de líquido con respecto a la capacidad nominal de
enfriamiento.
La figura 8 es un diagrama que muestra la
proporción del diámetro interior de un conducto lateral de gas a un
conducto lateral de líquido con respecto la capacidad nominal de
enfriamiento.
La figura 9 es un diagrama que muestra la
relación de un conducto de cobre de R22 frente a un conducto de
cobre de R32.
La figura 10 es una tabla que muestra los
GWP.
De aquí en adelante, se describirán las
realizaciones de la presente invención en referencia a los
dibujos.
Como se muestra en la figura 1, un sistema de
refrigeración de la presente invención es un aparato (1) de aire
acondicionado formado mediante la conexión de una unidad (17)
interna y una unidad (16) externa. Un circuito (10) refrigerante
del aparato (1) de aire acondicionado utiliza, como su refrigerante,
o bien un refrigerante único de R32 (de aquí en adelante denominado
como refrigerante único R32) o una mezcla no inferior al 75% en
peso pero inferior al 100% en peso de R32 y R125 (es decir, un
refrigerante mezclado rico en composición de R32 que se denomina de
aquí en adelante el refrigerante mezclado R32/R125).
El circuito (10) refrigerante es un circuito
refrigerante que forma un ciclo de refrigeración de compresión de
vapor. El circuito (10) refrigerante se forma mediante la conexión,
en serie y en el orden dado, de un compresor (11), una válvula (12)
selectora de cuatro vías, un intercambiador (13) de calor externo,
una válvula (14) de expansión que es un mecanismo de expansión, y
un intercambiador (15) de calor interno a través de un conducto (31)
lateral de gas y un conducto (31) lateral de líquido. Estos
conductos (31) y (32) son conductos refrigerantes.
De manera más específica, el lateral de salida
del compresor (11) y el primer puerto (12a) de la válvula (12)
selectora de cuatro vías se conectan juntos mediante un primer
conducto (21) lateral de gas. Un segundo puerto (12b) de la válvula
(12) selectora de cuatro vías y el intercambiador (13) de calor
externo se conectan juntos mediante un segundo conducto (22)
lateral de gas. El intercambiador (13) de calor externo y la válvula
(14) de expansión se conectan juntos mediante un primer conducto
(25) lateral de líquido. La válvula (14) de expansión y el
intercambiador (15) de calor interno se conectan juntos mediante un
segundo conducto (26) lateral de líquido. El intercambiador (15) de
calor interno y un tercer puerto (12c) de la válvula (12) selectora
de cuatro vías se conectan juntos mediante un tercer conducto (23)
lateral de gas. Un cuarto puerto (12d) de la válvula (12) selectora
de cuatro vías y el lateral de entrada del compresor (11) se
conectan juntos mediante un cuarto conducto (24) lateral de gas.
El compresor (11), el primer conducto (21)
lateral de gas, la válvula (12) selectora de cuatro vías, el segundo
conducto (22) lateral de gas, el intercambiador (13) de calor
externo, el primer conducto (25) lateral de líquido, la válvula
(14) de expansión, y el cuarto conducto (24) lateral de gas se
alojan todos en una unidad (16) externa, junto con un ventilador
externo (no mostrado). Por otra parte, el intercambiador (15) de
calor interno se aloja en una unidad (17) interna, junto con un
ventilador interno (no mostrado). Una parte del segundo conducto
(26) lateral de líquido y una parte del tercer conducto (23) lateral
de gas constituyen un tal denominado conducto de comunicación para
la conexión conjunta de la unidad (16) externa y la unidad (17)
interna.
Ya que el refrigerante único R32 o el
refrigerante mezclado R32/R125 es superior en efecto de
refrigeración por unidad de volumen que el refrigerante R22, la
cantidad de circulación de refrigerante necesaria para conseguir
una capacidad específica es inferior al R22. Por lo tanto, para el
caso del refrigerante único R32 (o el refrigerante mezclado
R32/R125), si está fijado el diámetro interior de un conducto de
transferencia de calor de un intercambiador de calor, esto resulta
en la reducción de cantidad de circulación de refrigerante. La
pérdida de presión del tubo se reduce en comparación con el R22.
Generalmente, cuando se reduce el diámetro
interior de un conducto de transferencia de calor de un
intercambiador de calor, esto da como resultado una caída en el
rendimiento del sistema total debido a la reducción del área de
transferencia de calor y el aumento de la pérdida de presión de
refrigerante. Sin embargo, si se utiliza el refrigerante único R32
o el refrigerante mezclado R32/R125, tal refrigerante, debido a que
su tasa de transferencia de calor lateral de refrigerante en el
conducto de transferencia de calor es superior al R22, consigue el
mismo rendimiento total que en el R22 o un mejor rendimiento total
que el R22, incluso cuando la perdida de la presión del tubo se
incrementa hasta un nivel correspondiente al R22.
Aparte de lo anterior, en el intercambiador (13)
de calor externo se reduce la sección más grande en la cantidad de
mantenimiento de refrigerante, esto hace posible reducir eficazmente
la cantidad de carga de refrigerante. Además, tal reducción en el
diámetro del conducto de transferencia de calor reduce las
dimensiones de los intercambiadores (13) y (15) de calor externo e
interno, haciendo posible de ese modo potenciar la compactación de
las unidades (16) y (17) interna y externa.
Por lo tanto, en el aparato (1) de aire
acondicionado de la presente realización, se reduce el diámetro de
los conductos de transferencia de calor para los intercambiadores
(13) y (15) de calor externo e interno en tal medida que la presión
del tubo se pierde al mismo nivel que el R22. De manera más
específica, en el aparato (1) de aire acondicionado de la presente
realización, se considera una variación en la temperatura de
saturación de refrigerante correspondiente a una cantidad de
pérdida de presión en el conducto de transferencia de calor y se
fijan los diámetros interiores de los conductos de transferencia de
calor para los intercambiadores (13) y (15) de calor externo e
interno para que la variación de temperatura resulte la misma que el
R22.
A continuación se describirá en detalle un
principio básico de la constitución de conductos de transferencia de
calor para los intercambiadores (13) y (15) de calor externo e
interno.
Aquí, como se muestra en la figura 2, se dispone
cada conducto de transferencia de calor para los intercambiadores
(13) y (15) de calor externo e interno tal que la variación
\DeltaTe de la temperatura de saturación que corresponde a la
pérdida de presión del refrigerante de evaporación resulte la misma
que la del R22 en un sistema convencional. Es decir,
Aquí,
\DeltaP: pérdida de presión del conducto
(kPa)
L: longitud del conducto (m)
G: cantidad de circulación de refrigeración
(kg/s)
A: área de sección transversal de paso de flujo
(m^{2})
\lambda: coeficiente de pérdida
d: diámetro interior del conducto (m)
\rhos: densidad de refrigerante de succión de
compresor (kg /m^{3}).
Y, la variación \DeltaTe de temperatura de
saturación viene dada por la siguiente expresión.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La perdida \DeltaP de presión se calcula
usando la siguiente expresión que es una expresión de perdida de
fricción para conductos anulares.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Si la capacidad de enfriamiento Q = G X
\Deltah es constante, entonces:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en el que \Deltah es el efecto de
refrigeración
(kJ/kg).
Por lo tanto, a partir de las expresiones (2) y
(4), la pérdida \DeltaP de presión viene dada por:
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, a partir de las expresiones (1) y
(5) y de los valores de propiedad de material de los refrigerantes
R22 y R32, la proporción entre el diámetro interior de un conducto
de transferencia de calor para el R32 y un conducto de
transferencia de calor para R22, es decir, la proporción de
reducción del diámetro del conducto de transferencia de calor, puede
hallarse mediante la siguiente expresión.
En referencia a la figura 3, se muestran los
resultados de los cálculos hallados mediante la sustitución de cada
valor de propiedad de material en la expresión (6). En los cálculos,
se supone que la temperatura Te de evaporación es de 2 grados
centígrados y que la temperatura de condensación es de 49 grados
centígrados, y el sobrecalentamiento SH de salida del evaporador =
5 deg y el subenfriamiento SC de salida del condensador = 5 deg.
Los resultados de los cálculos muestran que el
diámetro de un conducto de transferencia de calor de R32 se reduce
aproximadamente 0.76 veces el de un conducto de transferencia de
calor de R22. Además, los resultados de los cálculos muestran que
el diámetro de un conducto de transferencia de calor de R32/R125 se
reduce aproximadamente 0.76 - 0.8 veces el de un conductor de
transferencia de calor de R22. Los mismos cálculos se realizaron en
otros refrigerantes sustitutos como referencia y los resultados de
los cálculos muestran que ninguno de ellos consiguió una reducción
de diámetro mejor que el R32 (ver figura 3).
En el aparato (1) de aire acondicionado de la
presente realización, basada en el principio mencionado
anteriormente, se emplean conductos se transferencia de calor que
presentan los siguientes diámetros interiores relativos al conducto
de transferencia de calor de R22.
Eso es, cuando se utiliza el refrigerante único
R32, el conducto de transferencia de calor del intercambiador (15)
de calor interno se forma mediante un conducto de transferencia de
calor cuyo diámetro interior se encuentra en el intervalo de 4,7 mm
a 5,9 mm, mientras que el conducto de transferencia de calor del
intercambiador (13) de calor externo se forma mediante un conducto
de transferencia de calor cuyo diámetro interior se encuentra en el
intervalo de 5,4 mm a 6,7 mm.
Por otro lado, cuando se utiliza el refrigerante
mezclado R32/R125, el conducto de transferencia de calor del
intercambiador (15) de calor interno se forma mediante un conducto
de transferencia de calor cuyo diámetro interior se encuentra en el
intervalo de 4,7 mm a 6,2 mm, mientras que el conducto de
transferencia de calor del intercambiador (13) de calor externo se
forma mediante un conducto de transferencia de calor cuyo diámetro
interior se encuentra en el intervalo de 5,4 mm a 7,1 mm.
Si el diámetro interior de cada conducto de
transferencia de calor cae por debajo del intervalo de valores
numéricos, la perdida de presión de refrigeración aumenta de manera
excesiva, aunque la cantidad de carga de refrigerante se reduce en
una medida adicional. Por otro lado, el diámetro interior de cada
conducto de transferencia de calor supera el intervalo de valores
numéricos, resulta difícil aprovechar completamente el efecto del
R32 tal como el efecto de reducción de la cantidad de carga de
refrigerante, aunque la pérdida de la presión de refrigerante se
reduce y hay una mejora en la eficacia del sistema.
Para hacer frente al problema anterior, en la
presente realización los diámetros interiores de los conductos de
transferencia de calor para los intercambiadores (13) y (15) de
calor externo e interno se fijan para caer dentro de los intervalos
de valores numéricos mencionados anteriormente.
Por supuesto, puede haber restricciones
adicionales en los intervalos de valores numéricos para permitir que
el R32 exhiba sus características de manera más significativa,
dependiendo de la condición de uso del sistema o similares.
Por ejemplo, cuando se utiliza el refrigerante
único R32, el conducto de transferencia de calor del intercambiador
(15) de calor interno puede formarse mediante un conducto de
transferencia de calor cuyo diámetro interior se encuentra en el
intervalo de 4,9 mm a 5,7 mm, mientras que el conducto de
transferencia de calor del intercambiador (13) de calor externo
puede formarse mediante un conducto de transferencia de calor cuyo
diámetro interior se encuentra en el intervalo de 5,6 mm a 6,5
mm.
Además, cuando se utiliza el refrigerante único
R32, el conducto de transferencia de calor del intercambiador (15)
de calor interno puede formarse mediante un conducto de
transferencia de calor cuyo diámetro interior se encuentra en el
intervalo de 5,1 mm a 5,5 mm, mientras que el conducto de
transformación de calor del intercambiador (13) de calor externo
puede formarse mediante un conducto de transferencia de calor cuyo
diámetro interior se encuentra en el intervalo de 5,8 mm a 6,3
mm.
Por otro lado, cuando se utiliza el refrigerante
mezclado R32/R125, el conducto de transferencia de calor del
intercambiador (15) de calor interno puede formarse mediante un
conducto de transferencia de calor cuyo diámetro interior se
encuentra en el intervalo de 4,9 mm a 6,0 mm, mientras que el
conducto de transferencia de calor del intercambiador (13) de calor
externo puede formarse mediante un conducto de transferencia de
calor cuyo diámetro interior se encuentra en el intervalo de 5,6 mm
a 6,9 mm.
Además, cuando se utiliza el refrigerante
mezclado R32/R125, el conducto de transferencia de calor del
intercambiador (15) de calor interno puede formarse mediante un
conducto de transferencia de calor cuyo diámetro interior se
encuentra en el intervalo de 5,2 mm a 5,7 mm, mientras que el
conducto de transferencia de calor del intercambiador (13) de calor
externo puede formarse mediante un conducto de transferencia de
calor cuyo diámetro interior se encuentra en el intervalo de 5,9 mm
a 6,6 mm.
Aquí, "el diámetro interior del conducto de
transferencia de calor" para el caso de conductos lisos laterales
internos se refiere a un diámetro interior del conducto después de
la expansión del conducto. Adicionalmente, como se muestra en la
figura 4, "el diámetro interior del conducto de transferencia de
calor" para el caso de conductos con ranuras laterales internos
se refiere a un valor que es un resto de restar de un diámetro
exterior después de la expansión del conducto un valor que es el
doble del grosor del fondo, es decir, el diámetro di interior = do -
2t.
Están disponibles diversos conductos de
transferencia de calor, tales como un conducto fabricado de cobre o
aluminio. Los intercambiadores (13) y (15) de calor externo e
interno de la presente realización se forman cada uno mediante un
intercambiador de calor de tubos con aletas de placa que comprende
un conducto de cobre y una aleta de aluminio como un intercambiador
de calor de aire que puede intercambiar calor con el aire. Por lo
tanto, los conductos de transferencia de calor son conductos de
cobre.
Adicionalmente, en el aparato (1) de aire
acondicionado de la presente realización, no sólo los conductos de
transferencia de calor para los intercambiadores (13, 15) sino
también un conducto refrigerante para el circuito (10) refrigerante
se reducen en diámetro con vistas a conseguir la reducción en la
cantidad de carga de refrigerante.
Como se describe anteriormente, si se utiliza el
refrigerante único R32 o el refrigerante mezclado R32/R125 intacto
en un conducto refrigerante para el R22, se reduce la perdida de
presión de refrigerante. Por lo tanto si se reduce el diámetro
interior del conducto (32) lateral de líquido del circuito (10)
refrigerante para incrementar la pérdida de presión del tubo al
mismo nivel que el R22, esto mantiene el rendimiento del sistema al
mismo nivel que el sistema convencional. Por lo tanto, en el aparato
(1) de aire acondicionado de la presente realización, el conducto
(32) lateral de líquido re reduce en diámetro en tal medida que la
pérdida de presión del conducto se vuelve equivalente a la del R22,
para la reducción de la cantidad de carga del refrigerante del
circuito (10) refrigerante mientras se mantiene el rendimiento del
sistema.
Por otro lado, si el conducto (31) lateral de
gas, de manera particular el cuarto conducto (24) lateral de gas
que sirve como conducto de succión para el compresor (11), se reduce
en diámetro, la eficacia del sistema cae enormemente por la
influencia del incremento en la pérdida de presión de succión,
aunque la reducción de la cantidad de carga de refrigerante no es
tan grande como se esperaba. Tal caída en la eficacia del sistema
dará lugar de manera indirecta al calentamiento global.
Por lo tanto, en el aparato (1) de aire
acondicionado de la presente realización, el conducto (31) lateral
de gas es el mismo que un conducto lateral de gas R22 usado
habitualmente y sólo el diámetro del conducto (32) lateral de
líquido se hace más pequeño que el de los conductos laterales de
líquido de R22 convencionales.
A continuación se describirá un principio básico
para formar el conducto 32 lateral de líquido.
Aquí, el conducto (32) lateral de líquido se
diseña de manera que la proporción entre la pérdida de presión del
conducto (32) lateral de líquido y la caída en la presión de
refrigerante desde la salida del condensador a la entrada del
evaporador es la misma que en el R22. Es decir, la siguiente
expresión, en la que se usan los signos mostrados en la figura 5,
dice lo siguiente.
en la
que:
\DeltaP: pérdida de presión del conducto
(kPa)
L: longitud del conducto (m)
G: cantidad de circulación de refrigerante
(kg/s)
A: área de sección transversal del paso de flujo
(m^{2})
\lambda: coeficiente de pérdida
d: diámetro interior del conducto (m)
\rhos: densidad de refrigerante de succión de
compresor (kg/m^{3})
Cada término del numerador de la expresión (7)
se calcula usando la siguiente expresión que es una expresión de
pérdida de fricción para un conducto anular.
Aquí, la capacidad Q= G x \Deltah es constante
y se deriva la siguiente expresión de la expresión (8).
en la
que:
\Deltah: efecto de refrigeración (kJ/kg)
Por lo tanto, se deriva la siguiente
expresión.
Y se deriva la siguiente expresión de las
expresiones (7) y (10).
Por lo tanto, a partir de las expresiones (79 y
(11) y a partir de los valores de propiedad del material de R22 y
R32, puede hallarse la proporción de reducción de diámetro del
conducto de transferencia de calor entre un conducto de
transferencia de calor para el R32 y un conducto de transferencia de
calor para el R22 mediante la siguiente expresión.
Con referencia a la figura 6, se muestran
resultados de cálculos hallados mediante la sustitución de cada
valor de propiedad del material en la expresión (12). También en los
cálculos, la temperatura Te de evaporación es de 2 grados
centígrados y la temperatura de condenación es de 49 grados
centígrados, y el sobrecalentamiento SH = 5 grados y el
subenfriamiento SC = 5 grados.
Los resultados de los cálculos muestran que el
diámetro del conducto (32) lateral de líquido de refrigerante único
R32 puede reducirse aproximadamente 0,76 veces el de un conducto
lateral de líquido R22. Además, los resultados muestran que es
posible reducir el diámetro del conducto (32) lateral de líquido de
refrigerante mezclado R32/R125 aproximadamente 0,76 - 0,8 veces el
de un conducto lateral de líquido R22 si la composición del R32
está presente en una cantidad no menor al 75% en peso. Se realizaron
los mismos cálculos en otros refrigerantes sustitutos para
referencia y los resultados de los cálculos muestran que ninguno de
ellos consiguió una reducción de diámetro mejor que la del R32
(véase la figura 6).
La figura 7 es un diagrama que muestra los
diámetros de conducto (diámetros interiores) de conductos laterales
de líquido y de gas por capacidad nominal de enfriamiento en un
sistema convencional que usa el R22.
En el aparato (1) de aire acondicionado de la
presente realización, según la capacidad nominal de enfriamiento,
el conducto (31) nominal de gas está formado por un conducto que
tiene el mismo diámetro que el conducto lateral de gas del R22
mencionado anteriormente, mientras que el conducto (32) lateral de
líquido está formado por un conducto que un diámetro inferior al del
conducto lateral de líquido del R22.
La figura 8 es un diagrama que muestra la
proporción entre el diámetro dg interior del conducto lateral de
gas y el diámetro dl interior del conducto lateral de líquido, es
decir la proporción del diámetro interior (= el diámetro dg
interior del conducto lateral de gas/el diámetro dl interior del
conducto lateral de líquido). En el aparato (1) de aire
acondicionado de la presente realización, según la capacidad nominal
de enfriamiento, se usan el conducto (31) lateral de gas y el
conducto (32) de líquido que tienen las siguientes proporciones de
diámetro interior.
Es decir, si la capacidad nominal de
enfriamiento es superior a 5 kW pero no es superior a 9 kW, entonces
la proporción del diámetro interior entre el conducto (31) lateral
de gas y el conducto (32) lateral de líquido está en el intervalo
de 2,1 a 3,5. Si la capacidad nominal de enfriamiento no es mayor
que 5 kW o mayor que 9 kW, la proporción del diámetro interior
entre el conducto (31) lateral de gas y
\hbox{el conducto (32)
lateral de líquido está en el intervalo de 2,6 a 3,5.}
Además, si la capacidad nominal de enfriamiento
no es mayor que 5 kW, el conducto (32) lateral de líquido está
formado por un conducto cuyo diámetro interior está en el intervalo
de 3,2 mm a 4,2 mm. Si la capacidad nominal de enfriamiento es
mayor que 5 kW pero inferior que 22,4 kW, el conducto (32) lateral
de líquido está formado por un conducto cuyo diámetro interior está
en el intervalo de 5,4 mm a 7,0 mm. Si la capacidad nominal de
enfriamiento no es inferior que 22,4 kW, el conducto (32) lateral de
líquido está formado por un conducto cuyo diámetro interior está en
el intervalo de 7,5 mm a 9,8 mm.
Si la proporción del diámetro interior o el
diámetro interior del conducto (32) lateral de líquido está por
debajo de dicho intervalo de valores numéricos mencionado
anteriormente, el rendimiento del sistema disminuye, aunque la
cantidad de carga de refrigerante disminuye adicionalmente. Por otra
parte, la proporción del diámetro interior o el diámetro interior
del conducto (32) lateral de líquido supera dicho intervalo de
valores numéricos, disminuye el efecto de reducción de cantidad de
carga de refrigerante, aunque se reduce la pérdida de presión de
refrigerante y por tanto el rendimiento del sistema mejora.
Para hacer frente al problema anterior, en la
presente realización, los diámetros interiores del conducto (31)
lateral de gas y del conducto (32) lateral de líquido se fijan para
caer dentro de los intervalos de valores numéricos de manera que la
cantidad de carga de refrigerante se reduzca de manera suficiente
mientras que se mantiene el rendimiento del sistema.
Por supuesto, puede haber restricciones
adicionales sobre los intervalos de valores numéricos, dependiendo
de la condición de uso del sistema o similares.
Por ejemplo, si la capacidad nominal de
enfriamiento es mayor que 5 kW pero no es mayor que 9 kW, la
proporción del diámetro interior puede restringirse para que caiga
dentro del intervalo de 2,4 a 3,2. Si la capacidad nominal de
enfriamiento no es mayor que 5 kW o mayor que 9 kW, la proporción
del diámetro interior puede restringirse para que caiga dentro del
intervalo de 2,8 a 3,3.
Además, si la capacidad nominal de enfriamiento
es mayor que 5 kW pero no es mayor que 9 kW, la proporción del
diámetro interior puede restringirse para que caiga dentro del
intervalo de 2,6 a 3,0. Si la capacidad nominal de enfriamiento no
es mayor que 5 kW o mayor que 9 kW, la proporción del diámetro
interior puede restringirse para que caiga dentro del intervalo de
2,9 a 3,1.
Además, el diámetro interior del conducto (32)
lateral de líquido puede fijarse de manera que caiga dentro del
intervalo de 3,5 mm a 3,9 mm si la capacidad nominal de enfriamiento
no es mayor que 5 kW. Si la capacidad nominal de enfriamiento es
mayor que 5 kW pero inferior a 22,4 kW, el diámetro interior del
conducto (32) lateral de líquido puede fijarse de manera que caiga
dentro del intervalo de 5,7 mm a 6,7 mm. Si la capacidad nominal de
enfriamiento no es inferior a 22,4 kW, el diámetro interior del
conducto (32) lateral de líquido puede fijarse de manera que caiga
dentro del intervalo de 7,8 mm a 9,5 mm.
Además, el diámetro interior del conducto (32)
lateral de líquido puede fijarse de manera que caiga dentro del
intervalo de 3,6 mm a 3,8 mm si la capacidad nominal de enfriamiento
no es mayor que 5 kW. Si la capacidad nominal de enfriamiento es
mayor que 5 kW pero inferior a 22,4 kW, el diámetro interior del
conducto (32) lateral de líquido puede fijarse de manera que caiga
dentro del intervalo de 6,0 mm a 6,4 mm. Si la capacidad nominal de
enfriamiento no es inferior a 22,4 kW, el diámetro interior del
conducto (32) lateral de líquido puede fijarse de manera que caiga
dentro del intervalo de 8,1 mm a 9,1 mm.
Se han usado conductos de cobre como un conducto
refrigerante en muchos casos porque son baratos y fáciles de
manejar. Como están disponibles varios conductos de cobre
estandarizados, es posible reducir el coste de los conductos (31,
32) de cobre usando artículos estandarizados existentes. En
consecuencia, con el fin de reducir el coste del sistema, tanto el
conducto (32) lateral de líquido como el conducto (31) lateral de
gas se forman preferiblemente combinando solamente artículos
estandarizados de manera que se logra la proporción del diámetro
interior mencionada anteriormente.
La figura 9 es un diagrama para comparar la
especificación de un conducto de cobre de R22 (JISB8607) y la de un
conducto de resistencia de alta presión R32 según una propuesta de
la Japanese Refrigeration Air Conditioning Industrial
Association.
Para el caso de un refrigerante único R32, su
mejor proporción del diámetro interior calculado a partir de dichos
resultados de los cálculos es 0,76, mientras que para el caso del
refrigerante mezclado R32/R125 en el que el R32 está presente en
una cantidad del 75% en peso, su mejor proporción del diámetro
interior es 0,80. La figura 9 muestra que dentro del \pm 10% de
las mejores proporciones de diámetro interior, pueden realizarse
fácilmente mediante la combinación de artículos estandarizados.
Por ejemplo, en vez de usar un conducto
normalizado de \phi 9,5 mm para el R22, puede usarse un conducto
normalizado de \phi 8,0 mm si se usa el R32. La presente
realización es una realización que puede implementarse fácilmente
mediante una combinación de artículos estandarizados.
Se describirá el funcionamiento de la marcha del
aparato (1) de aire acondicionado en base al funcionamiento de
circulación de refrigerante en el circuito (19) refrigerante.
Durante el funcionamiento de enfriamiento, la
válvula (12) selectora de cuatro vías se fija al lado de línea
sólida tal como se muestra en la figura 1. Es decir, la válvula
selectora de cuatro vías se coloca en tal estado que el primer
puerto (12a) se pone en comunicación con el segundo puerto (12b)
mientras que el tercer puerto (12c) se pone en comunicación con el
segundo puerto (12d).
En tal estado, el refrigerante gaseoso
descargado fuera del compresor (11), después de fluir a través del
primer conducto (21) lateral de gas, la válvula (12) selectora de
cuatro vías, y el segundo conducto (22) lateral de gas, se
condensan para cambiar a refrigerante líquido en el intercambiador
(13) de calor externo. El refrigerante líquido, después de fluir
fuera del intercambiador (13) de calor externo, fluye a través del
primer conducto (25) lateral de líquido y se despresuriza en la
válvula (14) de expansión para cambiar a refrigerante de dos fases
gas-líquido. El refrigerante de dos fases, después
de fluir fuera de la válvula (14) de expansión, fluye a través del
segundo conducto (26) lateral de líquido. A continuación, el
refrigerante de dos fases intercambia calor con el aire interno en
el intercambiador (15) de calor interno y se evapora para cambiar a
refrigerante gaseoso, con lo que se enfría el aire interno. El
refrigerante gaseoso, después de fluir fuera del intercambiador (15)
de calor interno, fluye a través del tercer conducto (23) lateral de
gas, la válvula (12) selectora de cuatro vías, y el cuarto conducto
(24) lateral de
\hbox{gas y después, se lleva al compresor
(11).}
Por otra parte, durante el funcionamiento de
calentamiento, la válvula (12) selectora de cuatro vías se fija al
lado de línea discontinua tal como se muestra en la figura 1. Es
decir, la válvula selectora de cuatro vías se coloca en tal estado
que el primer puerto (12a) se pone en comunicación con el cuarto
puerto (12d) mientras que el segundo puerto (12d) se pone en
comunicación con el tercer puerto (12c).
En tal estado, el refrigerante gaseoso
descargado fuera del compresor (11), después de fluir a través del
primer conducto (21) lateral de gas, la válvula (12) selectora de
cuatro vías, y el tercer conducto (23) lateral de gas, entra en el
intercambiador (15) de calor interno. El refrigerante líquido, que
ha fluido dentro del intercambiador (15) de calor interno
intercambia calor con el aire interno en el intercambiador (15) de
calor interno y se condensa para cambiar a refrigerante líquido, con
lo que se calienta el aire interno. El refrigerante líquido,
después de fluir fuera del intercambiador (15) de calor interno,
fluye a través del segundo conducto (26) lateral de líquido, y se
despresuriza en la válvula (14) de expansión para cambiar a
refrigerante de dos fases gas-líquido. El
refrigerante de dos fases, después de fluir fuera de la válvula (14)
de expansión, fluye a través del primer conducto (25) lateral de
líquido y se evapora para cambiar a refrigerante gaseoso en el
intercambiador (13) de calor externo. El refrigerante gaseoso,
después de fluir fuera del intercambiador (13) de calor externo,
fluye a través del segundo conducto (22) lateral de gas, la válvula
(12) selectora de cuatro vías, y el cuarto conducto (24) lateral de
gas y después, se lleva al compresor (11).
Según la presente realización, ya que se utiliza
el refrigerante único R32 o el refrigerante mezclado R32/R125 como
un refrigerante del sistema de refrigeración y el conducto (32)
lateral de líquido se forma mediante un conducto de diámetro
relativamente pequeño, esto logra la reducción en la cantidad de
carga de refrigerante del circuito (10) refrigerante mientras se
mantiene la eficacia de la marcha a un nivel convencional. Por lo
tanto, es posible aprovechar completamente las características del
R32 que tiene un GWP pequeño así como en una pérdida de presión del
tubo pequeña, contribuyendo así enormemente a la reducción del
efecto de calentamiento global.
Además, ya que los conductos de transferencia de
calor para los intercambiadores (13, 15) de calor interno y externo
se disminuyen en diámetro, esto reduce adicionalmente la cantidad de
carga de refrigerante. El efecto de calentamiento global se reduce
de manera adicional.
Adicionalmente, los conductos de transferencia
de calor para los intercambiadores (13, 15) de calor externo e
interno se reducen en diámetro, haciendo posible por tanto reducir
adicionalmente la cantidad de carga de refrigerante y el efecto de
calentamiento global.
Es más, mediante la virtud de la reducción del
diámetro del conducto de transferencia de calor, es posible
disminuir el coste de los intercambiadores (13, 15) de calor externo
e interno y hacer compacto el tamaño de los intercambiadores (13,
15) de calor externo e interno, y la unidades (17, 16) externo e
interno pueden reducirse en tamaño.
La realización anteriormente descrita de la
presente invención se destina para aparatos de aire acondicionado
del tal denominado tipo de bomba de calor que pueden realizar una
operación de enfriamiento y calentamiento de manera selectiva. Sin
embargo, la aplicación de la presente invención no se limita a tales
aparatos de aire acondicionado de tipo de bomba de calor. Por
ejemplo, la presente invención es aplicable para aparatos de aire
acondicionado de sólo enfriamiento. Adicionalmente, la presente
invención se hace aplicable sólo a aparatos de aire acondicionado
de sólo calefacción fijando los diámetros interiores de los
conductos (32, 31) laterales de líquido y gas por capacidad nominal
de calentamiento que corresponden a la capacidad nominal de
enfriamiento o fijando su proporción del diámetro interior.
Ni el conducto (31) lateral de gas ni el
conducto (32) lateral de líquido se forman necesariamente mediante
un conducto de cobre y estos conductos pueden por supuesto formarse
de cualquier otro tipo de conducto tal como un conducto SUS, un
conducto de aluminio, o un conducto de hierro.
Los intercambiadores (13, 15) interno y externo
no están limitados a intercambiadores de calor de aire y pueden ser
intercambiadores de calor líquido - líquido tal como un
intercambiador de calor del tipo de doble conducto.
Los conductos de transferencia de calor de los
intercambiadores (13, 15) de calor externo e interno, el conducto
(31) lateral de gas, y el conducto (32) lateral de líquido se
reducen en diámetro, como consecuencia de lo cual el volumen del
contenido del circuito (10) refrigerante (es decir, el volumen del
contenido de una parte a través de la que pasa el refrigerante)
disminuye. Debido a esto, la cantidad de contaminante tal como aire,
humedad, e impurezas en el circuito (10) refrigerante se hace
inferior a los niveles convencionales, en otras palabras, la
probabilidad de que el lubricante refrigerador se ponga en contacto
con la humedad o parecidos disminuye. Debido a esto, según la
presente realización, el lubricante refrigerador no es susceptible
al deterioro en comparación con los casos convencionales. Por lo
tanto, en el caso de que se use aceite sintético, tal como es el
aceite éter y el aceite éster, como lubricante refrigerador, la
ventaja de la presente realización se exhibe de manera más
significativa.
El sistema de refrigeración de la presente
invención no se limita a un sistema de refrigeración en un sentido
restrictivo, Esto es, el sistema de refrigeración de la presente
invención incluye una amplia gama de sistemas de refrigeración tal
como un refrigerador y un deshumidificador, sin mencionar aparatos
de aire acondicionado.
Adicionalmente, la "capacidad nominal de
enfriamiento" en la realización antes mencionada se refiere a una
capacidad de evaporador. La capacidad nominal de enfriamiento no se
limita a la capacidad del aparato de aire acondicionado durante la
operación de enfriamiento. La capacidad nominal de enfriamiento es
una capacidad que se consigue bajo las condiciones JIS (temperatura
de bombilla seca interna: 27 grados centígrados; temperatura de
bombilla húmeda externa: 19 grados centígrados; y temperatura de
bombilla seca externa: 35 grados centígrados) dadas en las que la
longitud del conducto de conexión es 5 m y la diferencia de nivel
entre la unidad interna y externa es de 0 m.
Como se describió anteriormente, el sistema de
refrigeración de la presente invención es ventajoso cuando se
utilizan refrigerantes de bajo ODP. El sistema de refrigeración de
la presente invención es adecuado para sistemas de refrigeración que
pueden verdaderamente prevenir el calentamiento global.
Claims (8)
1. Sistema de refrigeración que utiliza, como su
refrigerante, o bien una mezcla no inferior al 75% en peso pero
inferior al 100% en peso de R32 y R125 o bien un refrigerante único
R32, que comprende un circuito (10) refrigerante que forma un ciclo
de refrigeración, y que presenta una capacidad nominal de
enfriamiento superior a 5 kW pero no superior a 9 kW, en el que un
conducto (32) lateral de líquido y un conducto (31) lateral de gas
de dicho circuito (10) refrigerante se forman tal que una proporción
dg/dl, que es la proporción entre el diámetro dg de dicho conducto
(31) lateral de gas y el diámetro dl de dicho conducto (32) lateral
de líquido, cae dentro del intervalo de 2,1 a 3,5.
2. Sistema de refrigeración según la
reivindicación 1, en el que la proporción dg/dl cae dentro del
intervalo de 2,4 a 3,2.
3. Sistema de refrigeración según la
reivindicación 2, en el que la proporción dg/dl cae dentro del
intervalo de 2,6 a 3,0.
4. Sistema de refrigeración que utiliza, como su
refrigerante, o bien una mezcla no inferior al 75% en peso pero
inferior al 100% en peso de R32 y R125 o bien un único refrigerante
R32, que comprende un circuito (10) refrigerante que forma un ciclo
de refrigeración, y que presenta una capacidad nominal de
enfriamiento no superior a 5 kW o superior a 9 kW, en el que un
conducto (32) lateral de líquido y un conducto (31) lateral de gas
de dicho circuito (10) refrigerante se forman tal que una proporción
dg/dl, que es la proporción entre el diámetro dg de dicho conducto
(31) lateral de gas y el diámetro dl de dicho conducto (32) lateral
de líquido, cae dentro del intervalo de 2,6 a 3,5.
5. Sistema de refrigeración según la
reivindicación 4, en el que la proporción dg /dl cae dentro del
intervalo de 2,8 a 3,3.
6. Sistema de refrigeración según la
reivindicación 5, en el que la proporción dg/dl cae dentro del
intervalo de 2,9 a 3,1.
7. Sistema de refrigeración según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho conducto (31) lateral de
gas y dicho conducto (32) lateral de líquido son conductos de
conexión para conectar una unidad (17) interna y una unidad (16)
externa.
8. Sistema de refrigeración según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho refrigerante es un
refrigerante único de R32.
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