ES2811851T3 - Dispositivo de ciclo de refrigeración - Google Patents

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Shinya Higashiiue
Ryota Akaiwa
Shin Nakamura
Yohei Kato
Tsubasa Tanda
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Abstract

Un aparato de ciclo de refrigeración que comprende: un circuito de refrigerante (10) que permite que refrigerante circule a través del mismo; y un intercambiador de calor exterior (14) proporcionado en el circuito de refrigerante (10), y configurado para intercambiar calor entre el refrigerante y aire exterior, teniendo el intercambiador de calor exterior (14), una primera sección de intercambio de calor (41), una segunda sección de intercambio de calor (42), una tercera sección de intercambio de calor (43), un paso de refrigerante (46) que conecta la segunda de reducción de presión (80, 93) proporcionado en el paso de refrigerante (46), caracterizado por la primera sección de intercambio de calor (41), la segunda sección de intercambio de calor (42) y la tercera sección de intercambio de calor (43) están conectadas en serie entre sí en una dirección de circulación del refrigerante, la segunda sección de intercambio de calor (42) está ubicada debajo de la primera sección de intercambio de calor (41), y la tercera sección de intercambio de calor (43) está ubicada debajo de la segunda sección de intercambio de calor (42), estando configurado el primer dispositivo de reducción de presión (80, 93) para reducir la presión del refrigerante que pasa a través del paso de refrigerante (46), el aparato de ciclo de refrigeración está configurado para realizar un modo de operación que funciona con la primera sección de intercambio de calor (41) y la segunda sección de intercambio de calor (42) que sirve como evaporador, durante el modo de funcionamiento, la tercera sección de intercambio de calor (43) está ubicada en una posición más aguas arriba que una posición de la segunda sección de intercambio de calor (42) en la dirección de circulación del refrigerante, permitiendo la tercera sección de intercambio de calor (43) que el refrigerante tenga una temperatura superior a la temperatura del aire exterior que pasa a través de la misma.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de ciclo de refrigeración
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de ciclo de refrigeración que incluye un intercambiador de calor exterior.
Técnica anterior
La Literatura de patente 1 divulga un intercambiador de calor exterior que incluye una pluralidad de tubos planos, una primera tubería colectora de cabezal conectada a uno de los extremos de cada uno de los tubos planos, y una segunda tubería colectora de cabezal conectada al otro extremo de cada tubo plano. En el intercambiador de calor exterior, una región superior de intercambio de calor sirve como una región principal de intercambio de calor, y una región inferior de intercambio de calor sirve como una región auxiliar de intercambio de calor. La región principal de intercambio de calor se divide en una pluralidad de secciones principales de intercambio de calor, y la región auxiliar de intercambio de calor se divide en una pluralidad de secciones auxiliares de intercambio de calor, cuyo número es igual al de las secciones principales de intercambio de calor. En el caso en que el intercambiador de calor exterior sirva como condensador, el refrigerante de gas a alta presión fluye hacia cada una de las secciones principales de intercambio de calor. En cada sección principal de intercambio de calor, el gas refrigerante transfiere calor al aire exterior y, por lo tanto, se condensa. El refrigerante que se ha condensado en cada sección principal de intercambio de calor transfiere más calor al aire exterior en las secciones auxiliares de intercambio de calor, que están asociadas con las secciones principales de intercambio de calor, y el refrigerante se subenfría. En el caso de que el intercambiador de calor exterior sirva como evaporador, el refrigerante bifásico fluye hacia cada una de las secciones auxiliares de intercambio de calor. En cada sección auxiliar de intercambio de calor, el refrigerante recibe calor del aire exterior y, como resultado, se evapora parte del refrigerante líquido. Después de salir de cada sección de intercambio de calor auxiliar, el refrigerante recibe más calor del aire exterior en las secciones de intercambio de calor principales, que están asociadas con las secciones, que están asociadas con las secciones de calor auxiliares, y como resultado el refrigerante se evapora a cambiar a gas refrigerante monofásico.
El documento JP 2015 183976A divulga un aparato de ciclo de refrigeración que tiene un mecanismo antihielo para un modo de calefacción formado mediante la disposición de un ventilador y tres unidades de intercambio de calor en paralelo a lo largo del plano horizontal en orden. Además, mientras el modo de calefacción se realiza a una temperatura exterior baja, un flujo de aire soplado por el ventilador pasa del primer intercambiador de calor exterior como condensador a la tercera unidad de intercambio de calor exterior como evaporador a través de la segunda unidad de intercambio de calor exterior como un evaporador. Además, el documento JP 2015 183976A divulga un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1.
Lista de citas
Literatura de Patente
Literatura de Patente 1: Publicación de la solicitud de patente japonesa no examinada n.° 2013-231535
Sumario de la invención
Problema técnico
En el caso en que una operación de calefacción se realice en un aparato de ciclo de refrigeración que incluye el intercambiador de calor exterior que se describe en la Literatura de Patente 1, el intercambiador de calor exterior sirve como un evaporador. Por lo tanto, cuando la temperatura del aire exterior es baja, la humedad en el aire se deposita como escarcha en las aletas incluidas en las secciones principales de intercambio de calor y las secciones auxiliares de intercambio de calor. La escarcha en las aletas inhibe el intercambio de calor en el intercambiador de calor exterior. Por lo tanto, periódicamente se realiza una operación de descongelación para derretir la escarcha al hacer que fluya gas refrigerante a alta presión hacia el intercambiador de calor exterior. El agua obtenida derritiendo la escarcha en la operación de descongelación se acumula en la parte inferior del intercambiador de calor exterior. En este estado, si se reanuda la operación de calefacción, existe la posibilidad de que la parte inferior del intercambiador de calor exterior se congele, provocando la rotura del intercambiador de calor exterior.
La presente invención se ha hecho para resolver el problema anterior, y tiene como objetivo proporcionar un aparato de ciclo de refrigeración que puede evitar la rotura de un intercambiador de calor exterior.
Solución al problema
La presente invención es como se define en la reivindicación independiente adjunta. Un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con una realización de la presente invención incluye un circuito de refrigerante que permite que el refrigerante circule a través del mismo, y un intercambiador de calor exterior que se proporciona al circuito de refrigerante, e intercambia calor entre el refrigerante y el aire exterior. El intercambiador de calor exterior tiene una primera sección de intercambio de calor, una segunda sección de intercambio de calor y una tercera sección de intercambio de calor. La segunda sección de intercambio de calor está ubicada debajo de la primera sección de intercambio de calor, y está conectada a la primera sección de intercambio de calor. La tercera sección de intercambio de calor está ubicada debajo de la segunda sección de intercambio de calor, y está conectada a la segunda sección de intercambio de calor. El aparato incluye además un primer dispositivo de reducción de presión proporcionado en un paso de refrigerante que conecta la segunda sección de intercambio de calor y la tercera sección de intercambio de calor. El primer dispositivo de reducción de presión reduce la presión del refrigerante que fluye a través del paso de refrigerante. La tercera sección de intercambio de calor está ubicada en una posición más aguas arriba que una posición de la segunda sección de intercambio de calor en una dirección de circulación de refrigerante en un modo de operación en el que la primera sección de intercambio de calor y la segunda sección de intercambio de calor sirven como un evaporador, y el refrigerante que tiene una temperatura más alta que la del aire exterior fluye a través de la tercera sección de intercambio de calor.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con una realización de la presente invención, el refrigerante que tiene una temperatura mayor que la del aire exterior fluye a través de una tercera sección de intercambio de calor situada por debajo de una primera sección de intercambio de calor y una segunda sección de intercambio de calor en un modo de funcionamiento en el que la primera y segunda secciones de intercambio de calor sirven cada una como un evaporador. De este modo, es posible evitar que la parte inferior de un intercambiador de calor exterior se congele, incluso si el modo de operación anterior se reanuda en una condición en la que el agua formada por el deshielo o la descongelación permanece en la tercera sección de intercambio de calor. Por lo tanto, se puede evitar que el intercambiador de calor exterior se rompa.
Breve descripción de los dibujos
[Fig. 1] La figura 1 es un diagrama de circuito de refrigerante esquemático que ilustra una configuración de un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 1 de la presente invención.
[Fig. 2] La figura 2 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1 de la presente invención.
[Fig. 3] La figura 3 es una vista frontal esquemática que ilustra un ejemplo de un distribuidor conectado a una segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1 de la presente invención.
[Fig. 4] La figura 4 es una vista frontal esquemática que ilustra otro ejemplo del distribuidor conectado a la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1 de la presente invención.
[Fig. 5] La figura 5 es una vista frontal esquemática que ilustra un ejemplo adicional del distribuidor conectado a la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1 de la presente invención.
[Fig. 6] La figura 6 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía de refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1 de la presente invención. [Fig. 7] La figura 7 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 2 de la presente invención.
[Fig. 8] La figura 8 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía de refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 2 de la presente invención. [Fig. 9] La figura 9 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 3 de la presente invención.
[Fig. 10] La figura 10 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía de refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 3 de la presente invención. [Fig. 11] La figura 11 es una vista frontal esquemática que ilustra la configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 4 de la presente invención.
[Fig. 12] La figura 12 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía de refrigerante que fluye a través de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 4 de la presente invención.
[Fig. 13] La figura 13 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 5 de la presente invención.
[Fig. 14] La figura 14 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpia de refrigerante que fluye a través de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 5 de la presente invención.
[Fig. 15] La figura 15 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 6 de la presente invención.
[Fig. 16] La figura 16 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía de refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 6 de la presente invención.
[Fig. 17] La figura 17 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración de un intercambiador de calor exterior 14 en la realización 7 de la presente invención.
Descripción de realizaciones
Realización 1
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 1 de la presente invención. La figura 1 es un diagrama de circuito de refrigerante esquemático que ilustra una configuración del aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 1. Debe indicarse que la relación en dimensión y forma entre componentes como se ilustra en los siguientes dibujos, incluyendo la figura 1, puede diferir de la que existe entre los componentes reales. La relación posicional entre los componentes (por ejemplo, una relación posicional vertical) descrita a continuación, en principio, corresponde a la del caso en el que el aparato de ciclo de refrigeración está instalado utilizable.
Como se ilustra en la figura 1, el aparato de ciclo de refrigeración incluye un circuito de refrigerante 10 que permite que el refrigerante circule a través del mismo. El circuito de refrigerante 10 incluye un compresor 11, un dispositivo de conmutación de flujo 15, un intercambiador de calor interior 12, un dispositivo de reducción de presión 13 y un intercambiador de calor exterior 14, que están conectados mediante tuberías de refrigerante. El aparato de ciclo de refrigeración incluye además una unidad exterior 22 instalada en, por ejemplo, un espacio exterior, y una unidad interior 21 instalada en, por ejemplo, un espacio interior. La unidad exterior 22 incluye el compresor 11, el dispositivo de conmutación de flujo 15, el dispositivo de reducción de presión 13, el intercambiador de calor exterior 14 y un ventilador de envío de aire exterior 32 que envía aire exterior al intercambiador de calor exterior 14. La unidad interior 21 incluye el intercambiador de calor interior 12 y un ventilador de envío de aire interior 31 que envía aire interior al intercambiador de calor interior 12.
El compresor 11 es maquinaria de fluidos que comprime refrigerante de baja presión aspirado en refrigerante a alta presión, y descarga el refrigerante a alta presión. El dispositivo de conmutación de flujo 15 conmuta un paso para refrigerante en el circuito de refrigerante 10 entre un paso para una operación de refrigeración y un paso para una operación de calefacción en el circuito de refrigerante 10. Como dispositivo de conmutación de flujo 15, por ejemplo, se usa una válvula de cuatro vías. En la operación de refrigeración, el paso en el dispositivo de conmutación de flujo 15 se cambia a un paso indicado por líneas continuas en la figura 1. En la operación de calefacción, el paso en el dispositivo de conmutación de flujo 15 se cambia a un paso indicado por líneas discontinuas en la figura 1. El intercambiador de calor interior 12 es un intercambiador de calor del lado de la carga que sirve como un evaporador en la operación de refrigeración, y sirve como un radiador (por ejemplo, un condensador) en la operación de calefacción. En el intercambiador de calor interior 12, el refrigerante que fluye a través del mismo intercambia calor con aire interior suministrado por el ventilador de envío de aire interior 31.
El dispositivo de reducción de presión 13 reduce la presión del refrigerante a alta presión. Como dispositivo de reducción de presión 13, por ejemplo, se usa una válvula de expansión electrónica cuyo grado de apertura puede ajustarse bajo el control mediante un controlador. El intercambiador de calor exterior 14 es un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor que sirve principalmente como un radiador (por ejemplo, un condensador) en la operación de refrigeración, y sirve principalmente como un evaporador en la operación de calefacción. En el intercambiador de calor exterior 14, el refrigerante que fluye a través del mismo intercambia calor con aire exterior suministrado por el ventilador emisor de aire exterior 32.
El controlador (no ilustrado) incluye un microordenador que incluye una unidad de procesamiento central (CPU), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM), un puerto de entrada-salida (E/S), un temporizador, etc. El controlador controla el funcionamiento de todo el aparato de ciclo de refrigeración, incluyendo el compresor 11, el dispositivo de reducción de presión 13, el dispositivo de conmutación de flujo 15, el ventilador de envío de aire interior 31 y el ventilador de envío de aire exterior 32 sobre la base de señales de detección de un sensor de temperatura que detecta una temperatura del refrigerante y un sensor de presión que detecta una presión del refrigerante. El controlador puede proporcionarse en la unidad exterior 22 o en la unidad interior 21. Además, el controlador puede incluir una unidad de control de la unidad exterior, que se proporciona en la unidad exterior 22, y una unidad de control de la unidad interior, que se proporciona en la unidad interior 21, y que es capaz de comunicarse con la unidad de control de la unidad exterior.
La figura 2 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1. El intercambiador de calor exterior 14 incluye una pluralidad de tubos de transferencia de calor que se extienden lateralmente y una pluralidad de aletas en forma de placa que se cruzan con los tubos de transferencia de calor. Como cada uno de los tubos de transferencia de calor, se usa un tubo plano de múltiples orificios o un tubo de diámetro pequeño (por ejemplo, un tubo cilíndrico) que tiene un diámetro interior de 6 mm o menos. El intercambiador de calor exterior 14 puede incluir un par de tuberías colectoras de cabezal conectadas a ambos extremos de cada uno de los tubos de transferencia de calor.
Como se ilustra en la figura 2, el intercambiador de calor exterior 14 tiene una región de intercambio de calor dividida en tres secciones de intercambio de calor dispuestas verticalmente en paralelo entre sí. El intercambiador de calor exterior 14 incluye una primera sección de intercambio de calor 41 que corresponde a la más alta de las tres secciones de intercambio de calor, una segunda sección de intercambio de calor 42 que se encuentra debajo de la primera sección de intercambio de calor 41, y una tercera sección de intercambio de calor 43 que está ubicada debajo de la segunda sección de intercambio de calor 42 y corresponde a la más inferior de las secciones de intercambio de calor. En la realización 1, la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 son regiones en las que se separa la única región de intercambio de calor del intercambiador de calor exterior 14. Por lo tanto, en términos de estructura, la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 se proporcionan como un solo cuerpo.
La primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42, y la tercera sección de intercambio de calor 43 están conectadas en serie entre sí en una dirección de circulación de refrigerante en el circuito de refrigerante 10. La primera sección de intercambio de calor 41 está conectada a un lado de descarga o un lado de succión del compresor 11 por un paso de refrigerante 44 que está definido por un cabezal del intercambiador de calor exterior 14, una tubería de refrigerante, el dispositivo de conmutación de flujo 15, etc. La primera sección de intercambio de calor 41 está conectada a la segunda sección de intercambio de calor 42 por un paso de refrigerante 45 definido por un cabezal, un tubo de refrigerante, etc. La segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 están conectadas entre sí por un paso de refrigerante 46 definido por un cabezal, una tubería de refrigerante, etc. La tercera sección de intercambio de calor 43 está conectada al dispositivo de reducción de presión 13 o al intercambiador de calor interior 12 por un paso de refrigerante 47 definido por un cabezal, un tubo de refrigerante, etc.
En la operación de refrigeración, el refrigerante descargado desde los flujos de compresor 11, como se indica por una flecha de trazos en la figura 2, a través de la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 en este orden. En la operación de calefacción, el refrigerante a aspirar en el compresor 11 fluye, como se indica mediante una flecha sólida en la figura 2, a través de la tercera sección de intercambio de calor 43, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41 en este orden.
En el paso de refrigerante 46 entre la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43, un dispositivo de control de flujo 80 se proporciona como dispositivo de reducción de presión que reduce la presión del refrigerante que fluye a través del paso de refrigerante. Como el dispositivo de control de flujo 80, por ejemplo, se usa una válvula de expansión electrónica para ser controlada por el controlador.
Por ejemplo, en la operación de calefacción, un grado de apertura del dispositivo de control de flujo 80 se ajusta de tal manera que se hace el grado de sobrecalentamiento del refrigerante en una salida (punto e en la figura 2) de la primera sección de intercambio de calor 41 más cerca de un valor objetivo preestablecido. El grado de sobrecalentamiento del refrigerante en la salida de la primera sección de intercambio de calor 41 se calcula en función de un valor de detección obtenido por el sensor de temperatura que detecta una temperatura del refrigerante en la salida de la primera sección de intercambio de calor 41 y un valor de detección obtenido por el sensor de presión que detecta una temperatura de saturación del refrigerante en la salida de la primera sección de intercambio de calor 41. En lugar del sensor de presión, puede proporcionarse un sensor de temperatura que detecta una temperatura de refrigerante (en el punto d) entre la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41. El grado de sobrecalentamiento del refrigerante en la salida de la primera sección de intercambio de calor 41 se calcula en función de la diferencia entre la temperatura del refrigerante en el punto e y la del punto d. De este modo, el refrigerante en la primera sección de intercambio de calor 41 puede evaporarse completamente en la operación de calefacción. Por lo tanto, el intercambiador de calor se puede usar de manera efectiva, por lo que un ciclo de refrigeración se puede operar de manera altamente eficiente.
El dispositivo control de flujo 80 puede doblarse como dispositivo de reducción de presión 13 en el circuito de refrigerante 10. En este caso, la tercera sección de intercambio de calor 43 del intercambiador de calor exterior 14 está ubicada más cerca del intercambiador de calor interior 12 que el dispositivo de reducción de presión 13 en el circuito de refrigerante 10 como se ilustra en la figura 1. Además, puede proporcionarse un dispositivo de reducción de presión 13 distinto del dispositivo de control de flujo 80 aguas arriba de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la dirección de circulación del refrigerante en la operación de calefacción. En este caso, el grado de apertura del dispositivo de reducción de presión 13 en la operación de calefacción se ajusta de modo que la temperatura del refrigerante que fluye hacia la tercera sección de intercambio de calor 43 sea más alta que la temperatura del aire exterior (que también puede indicarse de ahora en adelante como "temperatura del aire exterior"). Como el dispositivo de control de flujo 80, también se puede usar un dispositivo de expansión fijo.
La primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 incluyen, cada una, uno o más tubos de transferencia de calor. En la siguiente descripción, el número de tubos de transferencia de calor incluidos en cada una de la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 también se denominarán "el número de etapas de tubos de transferencia de calor". Por ejemplo, si el número de tubos de transferencia de calor incluidos en la primera sección de intercambio de calor 41 es n, el número de etapas de tubos de transferencia de calor en la primera sección de intercambio de calor 41 es n. Además, la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 comparten las aletas a modo de placa. Sin embargo, las aletas a modo de placa en la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 pueden estar física o térmicamente separadas de las de la tercera sección de intercambio de calor 43. De este modo, es posible evitar la interferencia térmica entre la tercera sección de intercambio de calor 43 y la primera y segunda secciones de intercambio de calor 41 y 42.
La figura 3 es una vista frontal esquemática que ilustra un ejemplo de un distribuidor conectado a la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1. Un distribuidor 50 como se ilustra en la figura 3 incluye un colector hueco 51, que es, por ejemplo, parte de la tubería colectora de cabezal, una única tubería de entrada 52 conectada al colector hueco 51 y una pluralidad de tuberías ramificadas 53 (el número de las cuales es cuatro en la realización 1) conectadas al cabezal hueco 51. Las tuberías de ramificación 53 están conectadas a extremos de los tubos de transferencia de calor en la segunda sección de intercambio de calor 42, que se encuentran en un lado de los tubos de transferencia de calor. De este modo, después de fluir dentro del cabezal hueco 51 a través de la tubería de entrada 52, el refrigerante se distribuye a una pluralidad de pasos de refrigerante en la segunda sección de intercambio de calor 42.
La figura 4 es una vista frontal esquemática que ilustra otro ejemplo del distribuidor conectado a la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1. Un distribuidor 60 como se ilustra en la figura 4 incluye un cuerpo distribuidor 61, un único tubo de entrada 62 conectado al cuerpo distribuidor 61, y una pluralidad de tubos de capilaridad 63 (cuyo número es cuatro en la realización 1) conectados al cuerpo distribuidor 61. Los tubos de capilaridad 63 están conectados a los extremos de los tubos de transferencia de calor de la segunda sección de intercambio de calor 42, que se encuentran en un lado de los tubos de transferencia de calor. De este modo, después de fluir hacia el cuerpo distribuidor 61 a través de la tubería de entrada 62, el refrigerante se distribuye a una pluralidad de pasos de refrigerante en la segunda sección de intercambio de calor 42.
La figura 5 es una vista frontal esquemática que ilustra otro ejemplo del distribuidor conectado a la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1. Un distribuidor 70 como se ilustra en la figura 5 es un distribuidor de cabezal de tipo apilado que incluye un cabezal de tipo apilado 71 que tiene pasos de distribución, una tubería de entrada 72 conectada al cabezal de tipo apilado 71 y una pluralidad de tuberías de ramificación 73 (el número de las cuales es cuatro en la realización 1) conectadas al cabezal de tipo apilado 71. En el cabezal de tipo apilado 71, una pluralidad de placas que incluyen placas provistas de ranuras pasantes en forma de S o Z y placas provistas de orificios pasantes circulares se apilan juntas (véase, por ejemplo, la publicación internacional n.° WO 2015/063857). Las tuberías de ramificación 53 están conectadas a extremos de los tubos de transferencia de calor en la segunda sección de intercambio de calor 42, que se encuentran en un lado de los tubos de transferencia de calor. De este modo, después de fluir dentro del cabezal de tipo apilado 71 a través de la tubería de entrada 72, el refrigerante se distribuye a una pluralidad de pasos de refrigerante en la segunda sección de intercambio de calor 42.
Como se proporciona cualquiera de los distribuidores 50, 60 y 70 como se ilustra en las figuras 3 a 5, se proporcionan una pluralidad de pasos de refrigerante paralelos entre sí en la segunda sección de intercambio de calor 42. En todas las configuraciones como se ilustra en las figuras 3 a 5, el número de pasos de refrigerante (el número de trayectorias) en la segunda sección de intercambio de calor 42 es cuatro. Por ejemplo, en la operación de calefacción, después de salir de la primera sección de intercambio de calor 41, el distribuidor distribuye el refrigerante a una pluralidad de pasos de flujo, y fluye a la pluralidad de pasos de refrigerante en la segunda sección de intercambio de calor 42. De esta manera, dado que el refrigerante se distribuye a la pluralidad de pasos de refrigerante, la velocidad de flujo del refrigerante se reduce y, por lo tanto, la pérdida de flujo se reduce, como resultado de lo cual el ciclo de refrigeración puede funcionar con una alta eficiencia.
Aunque no se ilustra, la primera sección de intercambio de calor 41 y la tercera sección de intercambio de calor 43 están también conectadas a los distribuidores respectivos que son diferentes de los distribuidores 50, 60 y 70 en el número de tuberías de distribución, según demande la ocasión.
En la realización 1, de la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43, la primera sección de intercambio de calor 41 incluye el mayor número de pasos de refrigerante, la segunda sección de intercambio de calor 42 incluye el segundo mayor número de pasos de refrigerante, y la tercera sección de intercambio de calor 43 incluye el menor número de pasos de refrigerante. En otras palabras, el número de pasos de refrigerante en el intercambiador de calor exterior 14 satisface la siguiente relación: el número de pasos de refrigerante en la primera sección de intercambio de calor 41 es mayor que el número de trayectorias de refrigerante en la segunda sección de intercambio de calor 42, que es mayor que el número de trayectorias de refrigerante en la tercera sección de intercambio de calor 43. En la operación de calefacción en la que la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 sirven como evaporador, el refrigerante en la primera sección de intercambio de calor 41 tiene una calidad superior a la de la segunda sección de intercambio de calor 42. Por lo tanto, en el caso en que la velocidad de flujo del refrigerante en la primera sección de intercambio de calor 41 sea igual a la de la segunda sección de intercambio de calor 42, una pérdida de presión en la primera sección de intercambio de calor 41 es mayor que la de la segunda sección de intercambio de calor 42. Por el contrario, en la realización 1, dado que el número de pasos de refrigerante en la primera sección de intercambio de calor 41 es mayor que en la segunda sección de intercambio de calor 42, la pérdida de presión en la primera sección de intercambio de calor 41 puede reducirse, mejorando así la eficiencia de la operación del ciclo de refrigeración.
En la realización 1, en los pasos de refrigerante, se proporcionan el mismo número de tubos de transferencia de calor. Por lo tanto, la primera sección de intercambio de calor 41 incluye el mayor número de etapas de tubo de transferencia de calor, la segunda sección de intercambio de calor 42 incluye el segundo mayor número de etapas de tubo de transferencia de calor, y la tercera sección de intercambio de calor 43 incluye el número más pequeño de etapas de tubo de transferencia de calor. En otras palabras, el número de etapas de tubo de transferencia de calor en el intercambiador de calor exterior 14 satisface la siguiente relación: el número de etapas del tubo de transferencia de calor en la primera sección de intercambio de calor 41 es mayor que el número de etapas de tubo de transferencia de calor en la segunda sección de intercambio de calor 42, que es mayor que el número de etapas de tubo de transferencia de calor en la tercera sección de intercambio de calor 43. Como se describirá más adelante, la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 sirven, cada una, como un evaporador en la operación de calefacción, mientras que la tercera sección de intercambio de calor 43 no sirve como un evaporador. En la realización 1, el número de etapas del tubo de transferencia de calor en la tercera sección de intercambio de calor 43 es menor que el de cada una de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42. Por lo tanto, es posible reducir la disminución del rendimiento del intercambio de calor del intercambiador de calor exterior 14 que funciona como un evaporador.
Además, en la realización 1, la pérdida de presión en la primera sección de intercambio de calor 41 es la más pequeña, la pérdida de presión en la segunda sección de intercambio de calor 42 es la segunda más pequeña, y la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43 es la mayor. Es decir, las pérdidas de presión en el intercambiador de calor exterior 14 satisfacen la siguiente relación: la pérdida de presión en la primera sección de intercambio de calor 41 es menor que la pérdida de presión en la segunda sección de intercambio de calor 42, que es menor que la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43.
Una operación del circuito de refrigerante 10 se describirá principalmente con referencia al intercambiador de calor exterior 14. La figura 6 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía del refrigerante que fluye en el intercambiador de calor exterior 14 en la realización 1. En el gráfico, el eje vertical representa la temperatura de saturación del refrigerante, y el eje horizontal representa la entalpía. Además, en el gráfico, los puntos a a e corresponden a los puntos a a e indicados en la figura 2. La figura 6 indica el estado del refrigerante en la operación de calefacción.
En la operación de calefacción, el refrigerante fluye a través de los puntos a a e en este orden y a continuación es aspirado en el compresor 11. El refrigerante en una entrada (punto a) de la tercera sección de intercambio de calor 43 tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior. Este refrigerante está en un estado líquido monofásico en el que se condensa, por ejemplo, por el intercambiador de calor interior 12. Cuando el refrigerante fluye hacia la tercera sección de intercambio de calor 43, se enfría intercambiando calor con el aire exterior. De este modo, la entalpía del refrigerante disminuye (punto b). Para ser más específicos, en la operación de calefacción, la tercera sección de intercambio de calor 43, que es parte del intercambiador de calor exterior 14, sirve como un radiador, no como un evaporador. Después de que el refrigerante pasa a través de la tercera sección de intercambio de calor 43, la presión del refrigerante se reduce por la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43.
Después de que sale de la tercera sección de intercambio de calor 43, el refrigerante fluye en el dispositivo de control de flujo 80. En el dispositivo de control de flujo 80, la presión del refrigerante se reduce isálpicamente y, como resultado, la temperatura del refrigerante es más baja que la temperatura del aire exterior (punto c).
Después de fluir fuera del dispositivo de control de flujo 80, el refrigerante fluye en la segunda sección de intercambio de calor 42. En la segunda sección de intercambio de calor 42, el refrigerante se calienta intercambiando calor con el aire exterior. Como resultado, aumenta la entalpía del refrigerante (punto d). Después de salir de la segunda sección de intercambio de calor 42, el refrigerante fluye hacia la primera sección de intercambio de calor 41. En la primera sección de intercambio de calor 41, el refrigerante se calienta aún más intercambiando calor con el aire exterior. De este modo, la entalpía del refrigerante aumenta aún más (punto e), y el refrigerante se transforma en refrigerante gaseoso, y luego fluye fuera de la primera sección de intercambio de calor 41. Es decir, en la operación de calefacción, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41 sirven cada una como un evaporador. Después de salir de la primera sección de intercambio de calor 41, el compresor 11 aspira el refrigerante gaseoso, y de este modo se comprime.
Como se describió anteriormente, el aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 1 incluye el circuito de refrigerante 10 que permite que el refrigerante circule a través del mismo, y el intercambiador de calor exterior 14 que se proporciona en el circuito de refrigerante 10 para el intercambio de calor entre el refrigerante y el aire exterior. El intercambiador de calor exterior 14 incluye la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43, que están conectadas en serie en el circuito de refrigerante 10. La segunda sección de intercambio de calor 42 está situada debajo de la primera sección de intercambio de calor 41, y está conectada a la misma. La tercera sección de intercambio de calor 43 está ubicada debajo de la segunda sección de intercambio de calor 42, y está conectada a la misma. En el paso de refrigerante 46 que conecta la segunda sección de intercambio de calor 42 a la tercera sección de intercambio de calor 43, se proporciona el dispositivo de control de flujo 80 (un ejemplo de un dispositivo de reducción de presión) para reducir la presión de refrigerante que fluye a través de un paso de refrigerante. En un modo de operación (por ejemplo, un modo de operación de calefacción) en el que la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 sirven cada una como un evaporador, la tercera sección de intercambio de calor 43 está ubicada en una posición aguas arriba de la posición de la segunda sección de intercambio de calor 42 (por ejemplo, en una posición aguas arriba que las posiciones de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42) en la dirección de circulación del refrigerante (por ejemplo, en el flujo del refrigerante desde la descarga del refrigerante del compresor 11 para aspirar el refrigerante mediante el compresor 11). Además, en este modo de operación, el refrigerante que tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior fluye en la tercera sección de intercambio de calor 43.
En la operación de calefacción, cada una de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 del intercambiador de calor exterior 14 sirven como un evaporador. Por lo tanto, cuando la temperatura del aire exterior es baja (por ejemplo, 2 grados C o menos), la humedad en el aire se deposita como escarcha en las aletas de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42. Por lo tanto, en el caso en que la operación de calefacción se realice bajo una condición en la que la temperatura del aire exterior es baja, la operación de calefacción se detiene temporalmente y una operación de descongelación para derretir la escarcha en la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 se realiza periódicamente. La operación de descongelación se realiza, por ejemplo, cambiando el dispositivo de conmutación de flujo 15 para proporcionar de ese modo un paso de flujo similar al de la operación de refrigeración, y haciendo que cada una de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 sirvan como un condensador. El agua obtenida derritiendo la escarcha en la operación de descongelación se acumula en la tercera sección de intercambio de calor 43, que se encuentra (por ejemplo, en la parte más baja del intercambiador de calor exterior 14) debajo de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42. En la operación de calefacción, en la tercera sección de intercambio de calor 43, fluye el refrigerante que tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior. Por lo tanto, incluso en el caso de que la operación de calefacción se reanude en una condición en la que el agua obtenida por la fusión de la escarcha se mantenga en la tercera sección de intercambio de calor 43, se puede evitar que la parte inferior del intercambiador de calor exterior 14 se congele. Por lo tanto, es posible evitar que el intercambiador de calor exterior 14 se rompa.
Realización 2
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 2 de la presente invención. La figura 7 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 2. En la figura 7, cada una de las flechas indica la dirección de circulación del refrigerante en la operación de calefacción. Debe observarse que los componentes que tienen las mismas funciones y operaciones que los de la realización 1 se indicarán con los mismos signos de referencia y, por lo tanto, se omitirán sus descripciones.
Como se ilustra en la figura 7, en la realización 2, se proporciona un paso de derivación 90 que no pasa por la tercera sección de intercambio de calor 43 y conecta el paso de refrigerante 47 situado en un lado de entrada de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción al paso de refrigerante 46 ubicado en un lado de salida de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción. En el paso de derivación 90, se proporcionan una resistencia de flujo 91 y una válvula de apertura/cierre 92; y la resistencia de flujo 91 aumenta una resistencia a la dirección de circulación del refrigerante en el paso de derivación 90, y la válvula de apertura/cierre 92 se controla para que el controlador la abra/cierre. La resistencia de flujo 91 incluye un tubo capilar o una tubería que tiene un diámetro interior más pequeño que una tubería de refrigerante que forma el paso de derivación 90. Como la válvula de apertura/cierre 92, se puede usar una válvula de ajuste del caudal que ajusta el caudal del refrigerante a través del paso de derivación 90 de manera gradual o continua.
La figura 8 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía del refrigerante que fluye en el intercambiador de calor exterior 14 en la realización 2. En el gráfico, los puntos a a e y los puntos b1 y b2 corresponden a los puntos a a e y los puntos b1 y b2 ilustrados en la figura 7. La figura 8 muestra el estado del refrigerante en la operación de calefacción.
En la operación de calefacción, la válvula de apertura/cierre 92 se controla para abrirse. En el punto a de la figura 7, el refrigerante que fluye en el paso de refrigerante 47 se divide en refrigerante que fluirá hacia la tercera sección de intercambio de calor 43 y refrigerante que fluirá a través del paso de derivación 90. El refrigerante que fluyó hacia la tercera sección de intercambio de calor 43 tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior, y por lo tanto se enfría intercambiando calor con el aire exterior. De este modo, la entalpía del refrigerante disminuye (punto b1 en la figura 8). Además, cuando el refrigerante pasa a través de la tercera sección de intercambio de calor 43, la presión del refrigerante se reduce por la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43. Por el contrario, la presión del refrigerante que ha fluido en el paso de derivación 90 se reduce por la resistencia de flujo 91 y la válvula de apertura/cierre 92 (punto b2). Esta reducción de presión se lleva a cabo isálpicamente porque el intercambio de calor no se realiza en el paso de derivación 90.
El refrigerante que ha pasado a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 y el refrigerante que ha pasado a través del paso de derivación 90 se unen entre sí en una ubicación (punto b) aguas arriba del dispositivo de control de flujo 80 para formar un solo refrigerante. Luego, el único refrigerante fluye hacia el dispositivo de control de flujo 80, y la presión del refrigerante se reduce isálpicamente en el mismo. De este modo, la temperatura del refrigerante es más baja que la temperatura del aire exterior (punto c).
Después de fluir fuera del dispositivo de control de flujo 80, el refrigerante fluye en la segunda sección de intercambio de calor 42 y luego en la primera sección de intercambio de calor 41, y el estado del refrigerante varía de la misma manera (puntos d y e) como en la realización 1.
En la operación de refrigeración, la válvula de apertura/cierre 92 puede controlarse para estar en el estado cerrado. De este modo, todo el refrigerante fluye en la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 en ese orden. Sin embargo, en el caso en que la temperatura del refrigerante que fluye a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 sea menor que la temperatura del aire exterior, la válvula de apertura/cierre 92 puede controlarse para que esté en el estado abierto.
En la realización 2, ya que el paso de derivación 90 sin pasar por la tercera sección de intercambio de calor 43 está previsto, la presión del refrigerante se puede evitar que se reduzca excesivamente en la tercera sección de intercambio de calor 43. De este modo, es posible aumentar la diferencia de presión entre una entrada y una salida del dispositivo de control de flujo 80. Como resultado, se puede aumentar un rango dentro del cual el dispositivo de control de flujo 80 puede ajustar la velocidad de flujo, y el dispositivo de control de flujo 80 se puede hacer más pequeño en capacidad y tamaño.
Además, en la operación de calefacción, la cantidad de transferencia de calor en la tercera sección de intercambio de calor 43 se puede reducir, evitando así una reducción excesiva de la entalpía en el punto c en la figura 8. Por lo tanto, es posible reducir una carga de evaporación en cada una de la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41. Por lo tanto, es posible reducir la disminución de la temperatura de saturación del refrigerante en la salida de la primera sección de intercambio de calor 41, mejorando así la eficiencia operativa del ciclo de refrigeración.
Realización 3
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 3 de la presente invención. La figura 9 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 3. En la figura 9, cada una de las flechas indica la dirección de circulación del refrigerante en la operación de calefacción. Debe observarse que los componentes que tienen las mismas funciones y operaciones que los de la realización 1 o 2 se indicarán con los mismos signos de referencia y, por lo tanto, se omitirán sus descripciones. Como se ilustra en la figura 9, en la tercera realización 1, el dispositivo de control de flujo 80 (un ejemplo de un dispositivo de reducción de presión) se proporciona aguas arriba de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción. Como dispositivo de control de flujo 80, por ejemplo, se usa una válvula de expansión electrónica. Además, se proporciona una resistencia de flujo 93 (un ejemplo de un dispositivo de reducción de presión) en el paso de refrigerante 46 entre la tercera sección de intercambio de calor 43 y la segunda sección de intercambio de calor 42. La resistencia de flujo 93 está formada, por ejemplo, por un tubo de capilaridad o una tubería que tiene un diámetro interior más pequeño que la tubería de refrigerante que forma el paso de derivación 90. Alternativamente, por ejemplo, el distribuidor 60 como se ilustra en la figura 4 o el distribuidor 70 como se ilustra en la figura 5 puede usarse como la resistencia de flujo 93. En este caso, la resistencia de flujo 93 tiene una función de distribución de refrigerante de distribuir el refrigerante a una pluralidad de pasos de refrigerante.
La figura 10 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 3. En el gráfico, los puntos a a f corresponden a los puntos a a f indicados en la figura 9. La figura 10 indica el estado del refrigerante en la operación de calefacción.
Como se ilustra en la figura 10, en la operación de calefacción, el refrigerante que tiene una temperatura (punto a en la figura 10) más alta que la temperatura del aire exterior fluye en el dispositivo de control de flujo 80. En el dispositivo de control de flujo 80, la presión del refrigerante se reduce isálpicamente (punto b). El refrigerante que ha salido del dispositivo de control de flujo 80 tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior.
Después de fluir fuera del dispositivo de control de flujo 80, el refrigerante fluye en la tercera sección de intercambio de calor 43. En la tercera sección de intercambio de calor 43, el refrigerante se enfría intercambiando calor con el aire exterior, dado que tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior, el refrigerante se enfría intercambiando calor con el aire exterior. De este modo, la entalpía del refrigerante disminuye (punto c). Además, la presión del refrigerante que ha pasado a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 se reduce por una pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43.
Después de que sale de la tercera sección de intercambio de calor 43, el refrigerante fluye en la resistencia de flujo 93, y la presión del refrigerante se reduce isoentálpicamente. Por lo tanto, la temperatura del refrigerante es más baja que la temperatura del aire exterior (punto d).
Después de fluir fuera de la resistencia de flujo 93, el refrigerante fluye en la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41, y el estado del refrigerante varía de la misma manera (puntos e y f) como en la realización 1.
En la realización 3, la diferencia entre la temperatura (temperatura en el punto b) del refrigerante que fluye en la tercera sección de intercambio de calor 43 y la temperatura del aire exterior es más pequeña que en la realización 1. Por lo tanto, la cantidad de transferencia de calor en la tercera sección de intercambio de calor 43 (o la diferencia entre la entalpía en el punto b y el punto c) puede reducirse. Por lo tanto, es posible reducir una carga de evaporación en cada una de la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41, mejorando así la eficiencia operativa del ciclo de refrigeración.
En la realización 3, el flujo de resistencia 93 se puede conectar fácilmente al intercambiador de calor exterior 14, y la resistencia de flujo 93 y el intercambiador de calor exterior 14 pueden unificarse fácilmente. Por lo tanto, en el proceso de fabricación de la unidad exterior 22, se puede mejorar la capacidad de trabajo de la conexión del intercambiador de calor exterior 14.
En la operación de refrigeración en la que cada una de la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio calor 42 sirven como un condensador, el refrigerante fluye a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 está en un estado casi líquido, y la pérdida de presión es así pequeña. Además, dado que el refrigerante tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior, el refrigerante es enfriado por el aire exterior.
Realización 4
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 4 de la presente invención. La figura 11 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 4. En la figura 11, cada una de las flechas indica la dirección de circulación del refrigerante en la operación de calefacción. Debe observarse que los componentes que tienen las mismas funciones y operaciones que los de cualquiera de las realizaciones 1 a 3 se indicarán con los mismos signos de referencia y, por lo tanto, se omitirán sus descripciones.
Como se ilustra en la figura 11, el dispositivo de control de flujo 80 se proporciona aguas arriba de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción. Además, la resistencia de flujo 93 se proporciona en el paso de refrigerante 46 entre la tercera sección de intercambio de calor 43 y la segunda sección de intercambio de calor 42. Además, se proporciona el paso de derivación 90, y conecta el paso de refrigerante 47 ubicado en el lado de entrada de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción y el paso de refrigerante 46 ubicado en el lado de salida de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción, sin extenderse a través de la tercera sección de intercambio de calor 43. En el paso de derivación 90, se proporcionan la resistencia de flujo 91 y la válvula de apertura/cierre 92.
La figura 12 es un gráfico que muestra una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 4. En el gráfico, los puntos a a f y los puntos b1 y b2 corresponden a los puntos a a f y los puntos b1 y b2 indicados en la figura 11. La figura 12 indica el estado del refrigerante en la operación de calefacción.
Como se ilustra en la figura 12, en la operación de calefacción, refrigerante que tiene una temperatura (punto a en la figura 12) más alta que la temperatura del aire exterior fluye en el dispositivo de control de flujo 80. En el dispositivo de control de flujo 80, la presión del refrigerante se reduce isálpicamente (punto b). El refrigerante que ha salido del dispositivo de control de flujo 80 tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior.
En la operación de calefacción, la válvula de apertura/cierre 92 se controla para estar en el estado abierto. De este modo, después de salir del dispositivo de control de flujo 80, el refrigerante se divide en refrigerante que fluirá hacia un paso que se extiende a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 y refrigerante que fluirá hacia el paso de derivación 90. Como el refrigerante que ha entrado en la tercera sección de intercambio de calor 43 tiene una temperatura más alta que la temperatura del aire exterior, el refrigerante se enfría intercambiando calor con el aire exterior. Así, la entalpía del refrigerante disminuye (punto b1). Además, la presión del refrigerante que ha pasado a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 se reduce por la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43.
Por el contrario, la presión del refrigerante que ha fluido en el paso de derivación 90 se reduce (punto b2) por la resistencia de flujo 91 y la válvula de apertura/cierre 92. Dado que el intercambio de calor no se realiza en el paso de derivación 90, esta reducción de presión es isentálpica.
El refrigerante que ha pasado a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 y el refrigerante que ha pasado a través del paso de derivación 90 se unen entre sí en una ubicación (punto c) aguas arriba del dispositivo de control de flujo 80. Después de que estos refrigerantes se combinan en un refrigerante único de tal manera, el refrigerante único fluye hacia la resistencia de flujo 93. En la resistencia de flujo 93, la presión del refrigerante se reduce isálpicamente. Por lo tanto, la temperatura del refrigerante es más baja que la temperatura del aire exterior (punto d).
Después de que sale de la resistencia al flujo 93, el refrigerante fluye en la segunda sección de intercambio de calor 42 y la primera sección de intercambio de calor 41, y el estado del refrigerante varía de la misma manera (puntos e y f) que en la realización 1.
En la operación de refrigeración, la válvula de apertura/cierre 92 puede controlarse para estar en el estado cerrado. De este modo, todo el refrigerante fluye a través de la primera sección de intercambio de calor 41, la segunda sección de intercambio de calor 42 y la tercera sección de intercambio de calor 43 en ese orden.
En la realización 4, ya que se proporciona el paso de derivación 90 sin pasar por la tercera sección de intercambio de calor 43, la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43 puede reducirse. De este modo, se puede aumentar la diferencia de presión entre la entrada y la salida del dispositivo de control de flujo 80. Se puede aumentar un rango dentro del cual el dispositivo de control de flujo 80 puede ajustar la velocidad de flujo, y el dispositivo de control de flujo 80 se puede hacer más pequeño en capacidad y tamaño.
Además, en la realización 4, en la operación de refrigeración, toda la cantidad de refrigerante que se pueden hacer para fluir en la tercera sección de intercambio de calor 43, aumentando así la cantidad de intercambio de calor en el intercambiador de calor exterior 14. Sin embargo, en el caso de que la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43 sea grande, la válvula de apertura/cierre 92 puede controlarse para que esté en el estado abierto, haciendo que parte del refrigerante o todo el refrigerante fluya hacia el paso de derivación 90.
Realización 5
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 5 de la presente invención. La figura 13 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 5. En la figura 13, cada una de las flechas indica la dirección de circulación del refrigerante en la operación de calefacción. Los componentes que tienen las mismas funciones y operaciones que los de cualquiera de las realizaciones 1 a 4 se indicarán con los mismos signos , de referencia y, por lo tanto, se omitirán sus descripciones.
Como se ilustra en la figura 13, en la realización 5, el aparato de ciclo de refrigeración incluye una válvula de retención 94 en lugar de la válvula de apertura/cierre 92. A este respecto, la realización 5 es diferente de la realización 4. La válvula de retención 94 permite que el refrigerante en el paso de derivación 90 fluya en una dirección desde el dispositivo de control de flujo 80 hacia la segunda sección de intercambio de calor 42, e inhibe que el refrigerante fluya en la dirección opuesta a la dirección anterior. Es decir, durante la operación de calefacción, la válvula de retención 94 permite el flujo del refrigerante, y durante la operación de refrigeración, la válvula de retención 94 inhibe el flujo del refrigerante.
La figura 14 es un gráfico que muestra una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 5. En el gráfico, los puntos a a f y los puntos b1 y b2 corresponden a los puntos a a f y los puntos b1 y b2 indicados en la figura 13. El gráfico de la figura 14 es el mismo que el de la figura 12, y por lo tanto su descripción se omitirá.
En la realización 5, la válvula de retención 94 se proporciona en lugar de la válvula de apertura/cierre 92. Por lo tanto, el costo de fabricación del circuito de refrigerante 10 puede reducirse en comparación con el de la realización 4.
Realización 6
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 6 de la presente invención. La figura 15 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 6. Los componentes que tienen las mismas funciones y operaciones que los de cualquiera de las realizaciones 1 a 5 se indicarán con los mismos signos , de referencia y, por lo tanto, se omitirán sus descripciones. Como se ilustra en la figura 15, además de la configuración de acuerdo con la realización 5, el aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 6 incluye, además, otro paso de derivación, es decir, un paso de derivación 95 que no es el paso de derivación 90. El paso de derivación 95 conecta el paso de refrigerante 47 ubicado en el lado de entrada de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción y el paso de refrigerante 46 ubicado en el lado de salida de la tercera sección de intercambio de calor 43 en la operación de calefacción, sin extenderse a través de la tercera sección de intercambio de calor 43. Además, el paso de derivación 95 está situado paralelo al paso de derivación 90.
En el paso de derivación 90, se proporcionan la resistencia de flujo 91 y la válvula de retención 94. En el paso de derivación 95, se proporciona una válvula de retención 96. La válvula de retención 96 permite que el refrigerante en el paso de derivación 95 fluya en una dirección desde la segunda sección de intercambio de calor 42 hacia el dispositivo de control de flujo 80, e inhibe que el refrigerante fluya en la dirección opuesta a la dirección anterior. Es decir, durante la operación de refrigeración, la válvula de retención 96 permite el flujo del refrigerante, y durante la operación de calefacción, la válvula de retención 96 inhibe el flujo del refrigerante. Por lo tanto, la función de la válvula de retención 96 es opuesta a la de la válvula de retención 94.
La figura 16 es un gráfico que indica una relación entre la temperatura de saturación y la entalpía del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior 14 en la realización 6. En el gráfico, los puntos a a f corresponden a los puntos a a f ilustrados en la figura 15. La figura 16 indica el estado del refrigerante en la operación de descongelación o la operación de refrigeración en la que la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42 sirven cada una como un condensador. Dado que el estado del refrigerante en la operación de calefacción es el mismo que en la realización 5, su descripción será omitida.
El refrigerante a alta temperatura y alta presión (punto f en la figura 16) descargado desde el compresor 11 fluye hacia la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42. En la primera sección de intercambio de calor 41 y la segunda sección de intercambio de calor 42, el refrigerante se enfría (puntos e y d) intercambiando calor con escarcha en las aletas o el aire exterior. De este modo, en la operación de descongelación, el refrigerante transfiere calor a la escarcha, derritiendo así la escarcha. Después de salir de la segunda sección de intercambio de calor 42, el refrigerante fluye hacia la resistencia de flujo 93. En la resistencia de flujo 93, la presión del refrigerante se reduce isálpicamente (punto c).
Después de que sale de la resistencia de flujo 93, el refrigerante se divide en refrigerante que fluye en el paso que se extiende a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 y el refrigerante que fluye en el paso de derivación 95. En este caso, la mayor parte del refrigerante fluye a través del paso de derivación 95 (punto b) porque la válvula de retención 96 tiene una pérdida de presión menor que la tercera sección de intercambio de calor 43. El refrigerante que ha pasado a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 y el refrigerante que ha pasado a través del paso de derivación 95 se unen entre sí en una ubicación aguas arriba del dispositivo de control de flujo 80. Después de que esos refrigerantes se combinen en un refrigerante único de la manera anterior, el refrigerante único fluye hacia el dispositivo de control de flujo 80, y la presión del refrigerante se reduce de forma isentálpica (punto a).
En la figura 16, una línea discontinua indica el estado del refrigerante en el caso en que no se proporciona el paso de derivación 95. En el caso en el que no se proporciona el paso de derivación 95, todo el refrigerante que ha salido de la resistencia de flujo 93 fluye hacia la tercera sección de intercambio de calor 43. La presión del refrigerante que ha pasado a través de la tercera sección de intercambio de calor 43 se reduce (punto b2) por la pérdida de presión en la tercera sección de intercambio de calor 43, reduciendo así la diferencia de presión entre la entrada y la salida del dispositivo de control de flujo 80 (punto a2).
En contraste, en la realización 6, en virtud de la provisión del paso de derivación 95, es posible evitar que la presión del refrigerante que disminuya excesivamente en la tercera sección de intercambio de calor 43. Por lo tanto, es posible aumentar la diferencia de presión entre la entrada y la salida del dispositivo de control de flujo 80. Por lo tanto, se puede aumentar un rango dentro del cual el dispositivo de control de flujo 80 puede ajustar la velocidad de flujo, y el dispositivo de control de flujo 80 se puede hacer más pequeño en capacidad y tamaño.
Además, en la realización 6, la presión del refrigerante en la tercera sección de intercambio de calor 43 se puede evitar que disminuya excesivamente, y la velocidad de flujo del refrigerante en la operación de descongelación de este modo se puede incrementar. Por lo tanto, el tiempo requerido para la operación de descongelación se acorta, mejorando así la comodidad del espacio interior.
Realización 7
Se describirá un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la realización 7 de la presente invención. La figura 17 es una vista frontal esquemática que ilustra una configuración del intercambiador de calor exterior 14 de acuerdo con la realización 7. Los componentes que tienen las mismas funciones y operaciones que los de cualquiera de las realizaciones 1 a 6 se indicarán con los mismos signos , de referencia y, por lo tanto, se omitirán sus descripciones. Como se ilustra en la figura 17, en la realización 7, una válvula de conmutación de tres vías 97 se proporciona en lugar de las válvulas de retención 94 y 96. A este respecto, la realización 7 es diferente de la realización 6. Bajo el control del controlador, el dispositivo de conmutación de tres vías 97 conmuta el paso de derivación para usar en el flujo del refrigerante entre el paso de derivación 90 y el paso de derivación 95. Para ser más específicos, en la operación de calefacción, la conmutación de la válvula de conmutación de tres vías 97 se realiza para hacer que el dispositivo de control de flujo 80 se comunique con la tercera sección de intercambio de calor 43 y el paso de derivación 90; y en la operación de refrigeración, la conmutación de la válvula de conmutación de tres vías 97 se realiza para hacer que el dispositivo de control de flujo 80 se comunique con el paso de derivación 95.
En la realización 7, la válvula de conmutación de tres vías 97 se utiliza en lugar de las válvulas de retención 94 y 96, que se limitan en gran medida en el estado en que están instaladas. Por lo tanto, la estructura de las tuberías y sus elementos periféricos se puede simplificar y se mejora la productividad de los productos. Además, dado que la válvula de conmutación de tres vías 97 se usa en la realización 7 en lugar de las válvulas de retención 94 y 96, que pueden provocar vibraciones (sonido de vibración), se mejora la calidad del aparato de ciclo de refrigeración. Además, el uso de la válvula de conmutación de tres vías 97 garantiza una conmutación fiable entre los pasos de refrigerante. Con respecto a la realización 7, aunque la válvula de conmutación de tres vías 97 se describió anteriormente a modo de ejemplo, se puede usar una pluralidad de válvulas de dos vías en lugar de la válvula de conmutación de tres vías 97.
Las realizaciones anteriores se pueden poner en práctica en combinación.
Lista de signos de referencia
10 circuito de refrigerante 11 compresor 12 intercambiador de calor interior 13 dispositivo de reducción de presión 14 intercambiador de calor exterior 15 dispositivo de conmutación de flujo 21 unidad interior 22 unidad exterior 31 ventilador de envío de aire interior 32 ventilador de envío de aire exterior 41 primera sección de intercambio de calor 42 segunda sección de intercambio de calor 43 tercera sección de intercambio de calor 44, 45, 46, 47 paso de refrigerante 50 distribuidor 51 cabezal hueco 52 tubería de entrada 53 tubería de distribución 60 distribuidor 61 cuerpo de distribuidor 62 tubería de entrada 63 tubería de capilaridad 70 distribuidor 71 cabezal de tipo apilado 72 tubería de entrada 73 tubería de ramificación 80 dispositivo de control de flujo 90 paso de derivación 91 resistencia de flujo 92 válvula de encendido-apagado 93 resistencia de flujo 94 válvula de retención 95 paso de derivación 96 válvula de retención 97 válvula de conmutación de tres vías

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de ciclo de refrigeración que comprende:
un circuito de refrigerante (10) que permite que refrigerante circule a través del mismo; y
un intercambiador de calor exterior (14) proporcionado en el circuito de refrigerante (10), y configurado para intercambiar calor entre el refrigerante y aire exterior,
teniendo el intercambiador de calor exterior (14),
una primera sección de intercambio de calor (41),
una segunda sección de intercambio de calor (42),
una tercera sección de intercambio de calor (43), un paso de refrigerante (46) que conecta la segunda sección de intercambio de calor (42) y la tercera sección de intercambio de calor (43), y un primer dispositivo de reducción de presión (80, 93) proporcionado en el paso de refrigerante (46), caracterizado por la primera sección de intercambio de calor (41), la segunda sección de intercambio de calor (42) y la tercera sección de intercambio de calor (43) están conectadas en serie entre sí en una dirección de circulación del refrigerante,
la segunda sección de intercambio de calor (42) está ubicada debajo de la primera sección de intercambio de calor (41), y
la tercera sección de intercambio de calor (43) está ubicada debajo de la segunda sección de intercambio de calor (42),
estando configurado el primer dispositivo de reducción de presión (80, 93) para reducir la presión del refrigerante que pasa a través del paso de refrigerante (46),
el aparato de ciclo de refrigeración está configurado para realizar un modo de operación que funciona con la primera sección de intercambio de calor (41) y la segunda sección de intercambio de calor (42) que sirve como evaporador,
durante el modo de funcionamiento, la tercera sección de intercambio de calor (43) está ubicada en una posición más aguas arriba que una posición de la segunda sección de intercambio de calor (42) en la dirección de circulación del refrigerante, permitiendo la tercera sección de intercambio de calor (43) que el refrigerante tenga una temperatura superior a la temperatura del aire exterior que pasa a través de la misma.
2. El aparato de ciclo de refrigeración de la reivindicación 1, en el que un número de pasos de refrigerante incluidos en la segunda sección de intercambio de calor (42) es más pequeño que un número de pasos de refrigerante incluidos en la primera sección de intercambio de calor (41), y mayor que un número de pasos de refrigerante incluidos en la tercera sección de intercambio de calor (43).
3. El aparato de ciclo de refrigeración de la reivindicación 1 o 2, en el que un número de etapas de tubos de transferencia de calor incluidas en la segunda sección de intercambio de calor (42) es más pequeño que un número de etapas de tubos de transferencia de calor incluidos en la primera sección de intercambio de calor (41) , y mayor que un número de etapas de tubos de transferencia de calor incluidos en la tercera sección de intercambio de calor (43).
4. El aparato de ciclo de refrigeración de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito de refrigerante (10) incluye un primer paso de derivación (90) que conecta un paso de refrigerante (47) ubicado en un lado de entrada de la tercera sección de intercambio de calor (43) y un paso de refrigerante (46) ubicado en un lado de salida de la tercera sección de intercambio de calor (43), sin extenderse a través de la tercera sección de intercambio de calor (43).
5. El aparato de ciclo de refrigeración de la reivindicación 4, en el que en el primer paso de derivación (90), se proporcionan una resistencia de flujo (91) y una válvula de apertura/cierre (92).
6. El aparato de ciclo de refrigeración de la reivindicación 4, en el que en el primer paso de derivación (90), se proporcionan una resistencia de flujo (91) y una válvula de retención (94).
7. El aparato de ciclo de refrigeración de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que el circuito de refrigerante (10) incluye un segundo paso de derivación (95) que conecta el paso de refrigerante (47) ubicado en el lado de entrada de la tercera sección de intercambio de calor (43) y el paso de refrigerante (46) ubicado en el lado de salida de la tercera sección de intercambio de calor (43), sin extenderse a través de la tercera sección de intercambio de calor (43), y que está ubicado paralelo al primer paso de derivación (90).
8. El aparato de ciclo de refrigeración de la reivindicación 7, en el que el circuito de refrigerante (10) incluye una válvula de conmutación (97) configurada para cambiar un paso de derivación en el que el refrigerante debe fluir, entre el primer paso de derivación (90) y el segundo paso de derivación (95).
9. El aparato de ciclo de refrigeración de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el primer dispositivo de reducción de presión (80, 93) tiene una función de distribución de refrigerante de distribución del refrigerante a una pluralidad de pasos de refrigerante.
10. El aparato de ciclo de refrigeración de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el circuito de refrigerante (10) incluye un segundo dispositivo de reducción de presión (80) proporcionado en una posición más aguas arriba que la posición de la tercera sección de intercambio de calor (43) en la dirección de circulación del refrigerante en el modo de operación.
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