ES2844591T3 - Dispositivo de ciclo de refrigeración e intercambiador de calor exterior utilizado en el mismo - Google Patents

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Abstract

Un aparato de ciclo de refrigeración (1) que comprende tuberías de refrigerante, un compresor (3), un intercambiador de calor interior (5), una válvula de cuatro vías (23), tres sensores de temperatura (53, 55, 57), una unidad de control (51) y un intercambiador de calor exterior (11) configurado para funcionar en calidad de condensador o de evaporador, en donde las tuberías de refrigerante conectan: el compresor (3) con el intercambiador de calor interior (5) a través de la válvula de cuatro vías (23), el intercambiador de calor interior (5) con el intercambiador de calor exterior (11) y el intercambiador de calor exterior (11) con el compresor (3) a través de la válvula de cuatro vías (23), incluyendo el intercambiador de calor exterior (11) una primera unidad de intercambio de calor (15) y una segunda unidad de intercambio de calor (13) que está dispuesta adyacente a la primera unidad de intercambio de calor (15), incluyendo la primera unidad de intercambio de calor (15) una pluralidad de aletas (31) formada cada una en forma de placa, un primer tubo de transferencia de calor (33a) dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas (31) en una primera dirección, un segundo tubo de transferencia de calor (33b) dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas (31) en la primera dirección y situado a una distancia del primer tubo de transferencia de calor (33a) en una dirección perpendicular a la primera dirección y un mecanismo de pérdida de presión (17) configurado para reducir la presión del refrigerante que fluye a través de la primera unidad de intercambio de calor (15), en donde los tres sensores de temperatura (53) están configurados para detectar una temperatura del refrigerante que fluye hacia la primera unidad de intercambio de calor (15), una temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) y una temperatura del aire exterior, y la unidad de control (51) está configurada para hacer funcionar, durante una operación del intercambiador de calor exterior (11) en calidad de evaporador: la válvula de cuatro vías (23), de modo que el refrigerante gaseoso monofásico, de alta temperatura y de alta presión descargado del compresor (3) se entregue al intercambiador de calor interior (5) y de modo que el refrigerante de gas monofásico de baja presión descargado del intercambiador de calor exterior (11) se entregue al compresor (3) y, cuando la temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) es más baja que el punto de congelación del agua, el mecanismo de pérdida de presión (17) para ajustar la pérdida de presión del refrigerante en la primera unidad de intercambio de calor (15), de modo que la temperatura del refrigerante que fluye hacia la primera unidad de intercambio de calor (15) sea más alta que la temperatura del aire exterior y de modo que la temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) sea más baja que la temperatura del aire exterior.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de ciclo de refrigeración e intercambiador de calor exterior utilizado en el mismo
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de ciclo de refrigeración y a un intercambiador de calor exterior utilizado para el aparato de ciclo de refrigeración y, particularmente, a: un aparato de ciclo de refrigeración que incluye un intercambiador de calor exterior equipado con una unidad de intercambio de calor principal y una unidad de intercambio de calor auxiliar; así como dicho intercambiador de calor exterior.
Antecedentes de la técnica
Como intercambiador de calor exterior utilizado en un aparato de acondicionamiento de aire como ejemplo de un aparato de ciclo de refrigeración, hay un intercambiador de calor exterior configurado de modo que un tubo de transferencia de calor a través del cual fluye refrigerante esté dispuesto para penetrar en una pluralidad de aletas en forma de placa. Dicho intercambiador de calor exterior se denomina intercambiador de calor del tipo de aletas y tubos. En este tipo de intercambiador de calor exterior, un tubo plano que tiene una sección transversal formada en forma plana se utiliza como tubo de transferencia de calor de modo que el intercambio de calor se realice de manera eficiente.
Hay un tipo de intercambiador de calor exterior que incluye una unidad de intercambio de calor principal para la condensación y una unidad de intercambio de calor auxiliar para el sobreenfriamiento. En general, la unidad de intercambio de calor principal está dispuesta en la unidad de intercambio de calor auxiliar. Cuando se realiza una operación de enfriamiento del aparato de ciclo de refrigeración, el refrigerante que ha entrado en el intercambiador de calor exterior intercambia calor con aire mientras el refrigerante fluye a través de la unidad principal de intercambio de calor y, luego, se condensado en refrigerante líquido. Entonces, el refrigerante líquido fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar, de modo que el refrigerante líquido se enfría más. El documento de patente 1 aparece citado en el presente documento como un ejemplo de una bibliografía de patentes que describe un aparato de ciclo de refrigeración que incluye un intercambiador de calor exterior del tipo descrito anteriormente. En los documentos de patente 2 y 3 se describe la técnica anterior útil en mayor profundidad para entender la invención actual. El documento de patente 2 describe un aparato de refrigeración según el preámbulo de la reivindicación 1.
Lista de citas
BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES
Bibliografía de patente 1: Patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2013-83419
Bibliografía de patente 2: Solicitud de patente europea n.° 3032 182 A1
Bibliografía de patente 3: Solicitud de patente europea n.° 2865967 A1
Compendio de la invención
Problema técnico
Sin embargo, el aparato de acondicionamiento de aire que incluye el intercambiador de calor exterior según se ha descrito anteriormente plantea el siguiente problema. Cuando se realiza una operación de calentamiento del aparato de acondicionamiento de aire, el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de evaporador. Cuando la temperatura del aire en el exterior donde está instalado el intercambiador de calor exterior se acerca a una temperatura por debajo del punto de congelación, la temperatura de la superficie del intercambiador de calor exterior cae por debajo del punto de congelación para mantener el rendimiento del intercambio de calor. En consecuencia, la escarcha se puede adherir al intercambiador de calor exterior.
Particularmente cuando el aparato de acondicionamiento de aire funciona mientras que la unidad auxiliar de intercambio de calor también se usa en calidad de evaporador, la escarcha también puede adherirse a esta unidad de intercambio de calor auxiliar. Cuando la escarcha se adhiere al intercambiador de calor exterior, aumenta la resistencia a la ventilación, de modo que se deteriora el rendimiento del intercambio de calor. Para evitar la adherencia de escarcha, se realiza una operación de descongelación en el aparato de acondicionamiento de aire.
Cuando la operación de descongelación se realiza en el estado en el que la escarcha se adhiere al intercambiador de calor exterior, el agua resultante de la fusión de la escarcha fluye a través del intercambiador de calor exterior desde su parte superior a su parte inferior, de modo que caiga como agua de drenaje hacia abajo a través del intercambiador de calor exterior. En este caso, en el intercambiador de calor que utiliza un tubo plano como tubo de transferencia de calor, es menos probable que el agua resultante de la fusión de la escarcha caiga hacia abajo, pero es más probable que se acumule en la unidad de intercambio de calor auxiliar situada en la parte inferior.
En consecuencia, se necesita más tiempo para realizar la operación de descongelación para fundir la escarcha adherida, con el resultado de que aumenta el consumo de energía. Por otro lado, cuando la operación de calentamiento se reanuda en el estado en el que aún queda escarcha o agua, el agua restante se enfría y congela con el refrigerante, con el resultado de que el intercambiador de calor exterior puede resultar dañado.
La presente invención se ha realizado para resolver los problemas descritos anteriormente. Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato de ciclo de refrigeración que incluye un intercambiador de calor exterior configurado para evitar la adhesión de escarcha a una unidad de intercambio de calor auxiliar. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un intercambiador de calor exterior que incluya una unidad de intercambio de calor auxiliar de este tipo.
Solución al problema
Un aparato de ciclo de refrigeración según la presente invención se especifica en la reivindicación independiente. El aparato de ciclo de refrigeración comprende en particular un intercambiador de calor exterior. El intercambiador de calor exterior incluye una primera unidad de intercambio de calor y una segunda unidad de intercambio de calor que está dispuesta junto a la primera unidad de intercambio de calor. La primera unidad de intercambio de calor incluye una pluralidad de aletas, cada una formada en forma de placa, un primer tubo de transferencia de calor, un segundo tubo de transferencia de calor y un mecanismo de pérdida de presión. El primer tubo de transferencia de calor está dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas. El segundo tubo de transferencia de calor está dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas y está situado a una distancia del primer tubo de transferencia de calor en una dirección que cruza una dirección en la que se extiende el primer tubo de transferencia de calor. El mecanismo de pérdida de presión está configurado para reducir la presión del refrigerante que fluye a través de la primera unidad de intercambio de calor. Durante una operación del intercambiador de calor exterior que funciona en calidad de evaporador, cuando la temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor es más baja que el punto de congelación del agua, el aparato de ciclo de refrigeración funciona de modo que una temperatura del refrigerante que fluye hacia la primera unidad de intercambio de calor sea más alta que la temperatura del aire exterior y de modo que la temperatura del refrigerante que sale de la primera unidad de intercambio de calor sea más baja que la temperatura del aire exterior.
Un intercambiador de calor exterior según la presente invención es un intercambiador de calor exterior que comprende una primera unidad de intercambio de calor y una segunda unidad de intercambio de calor que está dispuesta adyacente a la primera unidad de intercambio de calor. La primera unidad de intercambio de calor incluye una pluralidad de aletas, cada una formada en forma de placa, un primer tubo de transferencia de calor, un segundo tubo de transferencia de calor y una unidad de pérdida de presión. El primer tubo de transferencia de calor está dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas. El segundo tubo de transferencia de calor está dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas y está situado a una distancia del primer tubo de transferencia de calor en una dirección que cruza una dirección en la que se extiende el primer tubo de transferencia de calor. La unidad de pérdida de presión está dispuesta entre el primer tubo de transferencia de calor y el segundo tubo de transferencia de calor.
Efectos ventajosos de la invención
Según el aparato de ciclo de refrigeración de la presente invención, durante la operación del intercambiador de calor exterior que funciona en calidad de evaporador, cuando la temperatura del refrigerante que sale de la primera unidad de intercambio de calor es más baja que el punto de congelación del agua, el aparato de ciclo de refrigeración funciona de modo que la temperatura del refrigerante que fluye hacia la primera unidad de intercambio de calor sea más alta que la temperatura del aire exterior y de modo que la temperatura del refrigerante que sale de la primera unidad de intercambio de calor sea más baja que la temperatura del aire exterior. De ese modo, se puede evitar la adhesión de escarcha a la primera unidad de intercambio de calor del intercambiador de calor exterior.
Según el intercambiador de calor exterior de la presente invención, se proporciona una unidad de pérdida de presión configurada para elevar la presión del refrigerante entre el primer tubo de transferencia de calor y el segundo tubo de transferencia de calor, cada uno de los cuales está dispuesto para penetrar en una pluralidad de aletas. De ese modo, cuando el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de evaporador, la temperatura del refrigerante se controla según la relación con la temperatura del aire, para que se pueda evitar la adhesión de escarcha a la primera unidad de intercambio de calor del intercambiador de calor exterior.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama que muestra un ejemplo de un circuito de refrigerante en un aparato de acondicionamiento de aire según una realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva que muestra un intercambiador de calor exterior en la realización.
La figura 3 es una vista en sección transversal que muestra un ejemplo de una trayectoria de refrigerante de un tubo de transferencia de calor en la realización.
La figura 4 es una vista en sección transversal que muestra otro ejemplo de la trayectoria de refrigerante del tubo de transferencia de calor en la realización.
La figura 5 es un diagrama que muestra cada flujo de refrigerante en el intercambiador de calor exterior en el momento en que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de condensador o en el momento en que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de evaporador, en la realización.
La figura 6 es una vista en perspectiva que muestra el flujo del refrigerante en el intercambiador de calor exterior en el caso en el que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de condensador en la realización.
La figura 7 es una vista en perspectiva que muestra el flujo del refrigerante en el intercambiador de calor exterior en el caso en el que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador en la realización.
La figura 8 es un diagrama para ilustrar la relación entre la temperatura del refrigerante que fluye a través de una unidad de intercambio de calor auxiliar en el intercambiador de calor exterior y la temperatura del aire en el caso en el que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador en un aparato de acondicionamiento de aire según el primer ejemplo comparativo.
La figura 9 es un diagrama para ilustrar la relación entre la temperatura del refrigerante que fluye a través de una unidad de intercambio de calor auxiliar en el intercambiador de calor exterior y la temperatura del aire en el caso en que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador en un aparato de acondicionamiento de aire según el segundo ejemplo comparativo.
La figura 10 es un diagrama para ilustrar la relación entre la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar en el intercambiador de calor exterior y la temperatura del aire en el caso en el que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador, en la realización.
La figura 11 es un diagrama que muestra el flujo de refrigerante en un intercambiador de calor exterior en el caso en el que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador en un aparato de acondicionamiento de aire según el tercer ejemplo comparativo.
La figura 12 es un diagrama para ilustrar la relación entre la temperatura del refrigerante que fluye a través de una unidad de intercambio de calor auxiliar en el intercambiador de calor exterior y la temperatura del aire en el caso en que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador en el Aparato de acondicionamiento de aire según el tercer ejemplo comparativo.
La figura 13 es un diagrama para ilustrar la relación entre la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar en el intercambiador de calor exterior y la temperatura del aire en el caso en el que el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador en el aparato de acondicionamiento de aire que incluye un tubo de transferencia de calor aplicado como unidad de pérdida de presión, no de acuerdo con la invención.
La figura 14 es una vista lateral que muestra esquemáticamente la unidad de intercambio de calor auxiliar equipada con un dispositivo de regulador como primer ejemplo de la unidad de pérdida de presión, según una realización de la presente invención.
La figura 15 es una vista lateral que muestra esquemáticamente la unidad auxiliar de intercambio de calor equipada con un dispositivo de regulador como segundo ejemplo de la unidad de pérdida de presión, según una realización de la presente invención.
La figura 16 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente la unidad auxiliar de intercambio de calor equipada con un colector entre columnas como tercer ejemplo de 1 una unidad de pérdida de presión, no de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 17 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea de sección transversal XVII-XVII mostrada en la figura 16.
La figura 18 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea de sección transversal XVIN-XVIN mostrada en la figura 16;
La figura 19 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea de sección transversal XIX-XIX mostrada en la figura 16.
La figura 20 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente la unidad de intercambio de calor auxiliar equipada con un colector como cuarto ejemplo de la unidad de pérdida de presión, no de acuerdo con una realización de la presente invención.
La figura 21 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente la unidad de intercambio de calor auxiliar equipada con un tubo en forma de U como el quinto ejemplo de la unidad de pérdida de presión, no de acuerdo con una realización de la presente invención.
Descripción de realizaciones
Primera realización
En primer lugar, a continuación se describirá la configuración completa (un circuito de refrigerante) de un aparato de acondicionamiento de aire como ejemplo de un aparato de ciclo de refrigeración. Tal y como se muestra en la figura 1, un aparato de acondicionamiento de aire 1 incluye un compresor 3, un intercambiador de calor interior 5, un ventilador interior 7, un dispositivo de regulador 9, un intercambiador de calor exterior 11, un ventilador exterior 21, una válvula de cuatro vías 23 y una unidad de control 51. El Compresor 3, el intercambiador de calor interior 5, el dispositivo de regulador 9, el intercambiador de calor exterior 11 y la válvula de cuatro vías 23 están conectadas a través de una tubería de refrigerante.
Asimismo, el aparato de acondicionamiento de aire 1 está provisto de: dos sensores de temperatura 53 y 55, cada uno configurado para detectar la temperatura del refrigerante en el intercambiador de calor exterior 11; y un sensor de temperatura 57 configurado para detectar la temperatura del aire exterior. Los sensores de temperatura 53, 55 y 57 están conectados eléctricamente a la unidad de control 51. Tal y como se describirá más adelante, en un aparato de acondicionamiento de aire 1, la unidad de control 51 controla la temperatura del refrigerante según la relación con la temperatura del aire exterior (aire) para evitar la adhesión de escarcha al intercambiador de calor exterior 11 cuando el intercambiador de calor exterior 11 funciona en calidad de un evaporador.
Entonces, el intercambiador de calor exterior 11 se describirá a continuación. Tal y como se muestra en la figura 2, el intercambiador de calor exterior 11 incluye una unidad de intercambio de calor principal 13 y una unidad de intercambio de calor auxiliar 15. La unidad 13 de intercambio de calor principal está dispuesta en la unidad 15 de intercambio de calor auxiliar. En la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, una pluralidad de primeros tubos de transferencia de calor 33a y una pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b están dispuestos de modo que penetren en una pluralidad de aletas 31 en forma de placa que están dispuestas a una distancia entre sí.
Como cada uno de los primeros tubos de transferencia de calor 33a y los segundos tubos de transferencia de calor 33b, se utiliza un tubo plano, que tiene una forma de sección transversal plana que tiene un eje mayor y un eje menor. Como un ejemplo del tubo plano, la figura 3 muestra un tubo plano que tiene una trayectoria de refrigerante 35 formada en el mismo. Como otro ejemplo del tubo plano, la figura 4 muestra un tubo plano que tiene una pluralidad de trayectorias de refrigerante 35 formadas en el mismo. Adicionalmente, cada uno del primer tubo de transferencia de calor y el segundo tubo de transferencia de calor no se limita a un tubo plano, sino que puede ser un tubo de transferencia de calor que tiene una sección transversal, por ejemplo, formada en forma circular, forma elíptica y similares.
La pluralidad de primeros tubos de transferencia de calor 33a están dispuestos para estar separados entre sí en la dirección en la que se extiende el eje menor. La pluralidad de primeros tubos de transferencia de calor 33a están dispuestos en la primera columna. La primera columna sirve como unidad auxiliar de intercambio de calor 15a. La pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b están dispuestos para estar separados entre sí en la dirección en la que se extiende el eje menor. La pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b están dispuestos en la segunda columna. La segunda columna sirve como unidad de intercambio de calor auxiliar 15b. Tal y como se describirá más adelante, cuando funciona el aparato de acondicionamiento de aire, la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a (una columna de barlovento) está situada en el lado de barlovento, mientras que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b (una columna de sotavento) está situada en el lado de sotavento.
La pluralidad de primeros tubos de transferencia de calor 33a tiene cada uno un extremo (el primer extremo) conectado a un distribuidor 25. El distribuidor 25 de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 está conectado al dispositivo de regulador 9 (véase la figura 5). En una parte de la tubería de refrigerante en las proximidades del distribuidor 25, se proporciona un sensor de temperatura 53 configurado para detectar la temperatura del refrigerante. Los otros extremos (los segundos extremos) de la pluralidad de primeros tubos de transferencia de calor 33a y los otros extremos (los terceros extremos) de la pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b están conectados a través de una unidad de pérdida de presión 17 (un mecanismo de pérdida de presión) configurada para perder presión del refrigerante. Más adelante se describirá una estructura específica de la unidad de pérdida de presión 17.
La pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b tiene cada uno un extremo (el cuarto extremo) conectado a la unidad de intercambio de calor principal 13. En una parte de la tubería de refrigerante 37 que está conectada a un extremo del segundo tubo de transferencia de calor 33b, se proporciona un sensor de temperatura 55 configurado para detectar la temperatura del refrigerante. La figura 2 muestra de manera representativa el caso en el que se proporciona un sensor de temperatura 55 en el tubo de refrigerante que está conectado a un extremo del segundo tubo de transferencia de calor 33b dispuesto en la posición más baja, pero se pueden proporcionar sensores de temperatura en partes de las tuberías de refrigerante que están conectadas a sus respectivos extremos de la pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b.
En la unidad principal de intercambio de calor 13, una pluralidad de terceros tubos de transferencia de calor 33c y una pluralidad de cuartos tubos de transferencia de calor 33d están dispuestos para penetrar en la pluralidad de aletas 31 en forma de placa que están dispuestas para estar espaciadas entre sí. Como cada uno de los terceros tubos de transferencia de calor 33c y los cuartos tubos de transferencia de calor 33d, se utiliza un tubo plano como en el caso de los primeros tubos de transferencia de calor 33a y los segundos tubos de transferencia de calor 33b. La figura 2 muestra una serie de un tercer tubo de transferencia de calor 33c y un cuarto tubo de transferencia de calor 33d para simplificar la ilustración.
La pluralidad de terceros tubos de transferencia de calor 33c están dispuestos para estar separados entre sí en la dirección en la que se extiende el eje menor. La pluralidad de terceros tubos de transferencia de calor 33c están dispuestos en la primera columna (una columna de barlovento). La primera columna sirve como unidad principal de intercambio de calor 13a. La pluralidad de cuartos tubos de transferencia de calor 33d están dispuestos para estar separados entre sí en la dirección en la que se extiende el eje menor. La pluralidad de cuartos tubos de transferencia de calor 33d están dispuestos en la segunda columna (una columna de sotavento). La segunda columna sirve como unidad principal de intercambio de calor 13b.
La pluralidad de cuartos tubos de transferencia de calor 33d tienen cada uno un extremo conectado a uno de los extremos correspondientes de la pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b a través del distribuidor 29. La pluralidad de cuartos tubos de transferencia de calor 33d tienen cada uno el otro extremo conectado a uno correspondiente de los otros extremos de la pluralidad de terceros tubos de transferencia de calor 33c. La pluralidad de terceros tubos de transferencia de calor 33c tienen cada uno un extremo conectado a un colector 27. El colector 27 está conectado a la válvula 23 de cuatro vías (véase la figura 5). El intercambiador de calor exterior 11 del aparato de acondicionamiento de aire 1 está configurado tal y como se ha descrito anteriormente.
Entonces, como una operación (el flujo del refrigerante) del aparato de acondicionamiento de aire 1, descrito anteriormente, se describirá en primer lugar el funcionamiento del intercambiador de calor exterior 11 que funciona como condensador (una operación de refrigeración).
Tal y como se muestra en la figura 5, accionando el compresor 3, se descarga refrigerante gaseoso de alta temperatura y alta presión del compresor 3. El refrigerante fluye a partir de entonces como lo indica una flecha de línea de puntos. El gas refrigerante de alta temperatura y alta presión descargado (monofase) fluye a través de la válvula de cuatro vías 23 hacia el intercambiador de calor exterior 11. En el intercambiador de calor exterior 11, el intercambio de calor se realiza entre el refrigerante que fluye a través del mismo y el aire suministrado por el ventilador exterior 21, de modo que el gas refrigerante de alta temperatura y alta presión se condense en refrigerante líquido de alta presión (monofase).
Mediante el dispositivo de regulador 9, el refrigerante líquido a alta presión suministrado desde el intercambiador de calor exterior 11 se convierte en refrigerante en un estado bifásico que incluye gas refrigerante a baja presión y refrigerante líquido a baja presión. El refrigerante en un estado bifásico fluye hacia el intercambiador de calor interior 5. En el intercambiador de calor interior 5, el intercambio de calor se lleva a cabo entre el refrigerante entrante en un estado bifásico y el aire suministrado por el ventilador interior 7. Entonces, como resultado de la evaporación del refrigerante líquido, el refrigerante en un estado bifásico se convierte en gas refrigerante de baja presión (monofase). A través de este intercambio de calor, el área interior se enfría. El gas refrigerante de baja presión que sale del intercambiador de calor interior 5 fluye a través de la válvula de cuatro vías 23 hacia el compresor 3 y luego se comprime en gas refrigerante de alta temperatura y alta presión, que se descarga nuevamente del compresor 3. Este ciclo se repite a partir de entonces.
A continuación, se dará una explicación con respecto al flujo del refrigerante en el intercambiador de calor exterior 11 en el caso en el que el intercambiador de calor exterior 11 se hace funcionar en calidad de un condensador. Tal y como se muestra en la figura 6, en el intercambiador de calor exterior 11, el refrigerante fluye primero a través de la unidad de intercambio de calor principal 13 y luego fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15. Es más, mediante el ventilador exterior 21 (véase la figura 1), el aire fluye desde la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor principal 13a en la primera columna (una columna de barlovento) hacia la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b y la unidad de intercambio de calor principal 13b en la segunda columna (una columna de sotavento), como indica una flecha.
El refrigerante suministrado desde el compresor 3 fluye hacia el colector 27 y pasa a través del colector 27. Entonces, el refrigerante fluye a través del tercer tubo de transferencia de calor 33c de la unidad principal de intercambio de calor 13a en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del tercer tubo de transferencia de calor 33c fluye luego a través del cuarto tubo de transferencia de calor 33d de la unidad principal de intercambio de calor 13b en la dirección indicada por una flecha, y luego fluye hacia el distribuidor 29.
Después de fluir el refrigerante al distribuidor 29, luego fluye a través del segundo tubo de transferencia de calor 33b de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del segundo tubo de transferencia de calor 33b fluye luego a través del primer tubo de transferencia de calor 33a de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del primer tubo de transferencia de calor 33a se descarga al exterior del intercambiador de calor exterior 11.
Entonces, a continuación, se dará una explicación con respecto a la operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de un evaporador (una operación de calentamiento). Tal y como se muestra en la figura 5, accionando el compresor 3, el refrigerante gaseoso de alta temperatura y alta presión se descarga del compresor 3. El refrigerante fluye a partir de entonces como indica una flecha de línea continua.
El gas refrigerante de alta temperatura y alta presión descargado (monofase) fluye a través de la válvula de cuatro vías 23 hacia el intercambiador de calor interior 5. En el intercambiador de calor interior 5, el intercambio de calor se lleva a cabo entre el gas refrigerante que ha entrado en él y el aire suministrado por el ventilador interior 7. Entonces, el gas refrigerante de alta temperatura y alta presión se condensa en refrigerante líquido de alta presión (monofase). A través de este intercambio de calor, el área interior se calienta. Mediante el dispositivo de regulador 9, el refrigerante líquido a alta presión suministrado desde el intercambiador de calor interior 5 se convierte en refrigerante en un estado bifásico que incluye gas refrigerante a baja presión y refrigerante líquido a baja presión.
El refrigerante en un estado bifásico fluye hacia el intercambiador de calor exterior 11. En el intercambiador de calor exterior 11, el intercambio de calor se lleva a cabo entre el refrigerante entrante en un estado bifásico y el aire suministrado por el ventilador exterior 21. Entonces, como resultado de la evaporación del refrigerante líquido, el refrigerante en un estado bifásico se convierte en gas refrigerante de baja presión (monofase). El gas refrigerante de baja presión que sale del intercambiador de calor exterior 11 fluye a través de la válvula de cuatro vías 23 hacia el compresor 3 y luego se comprime en gas refrigerante de alta temperatura y alta presión, que se descarga nuevamente del compresor 3. Este ciclo se repite a partir de entonces.
A continuación, se describirá una explicación con respecto al flujo del refrigerante en el intercambiador de calor exterior 11 en el caso en el que el intercambiador de calor exterior 11 se haga funcionar en calidad de un evaporador. Tal y como se muestra en la figura 7, en el intercambiador de calor exterior 11, el refrigerante fluye primero a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, y luego fluye a través de la unidad de intercambio de calor principal 13. Es más, mediante el ventilador exterior 21 (véase la figura 1), el aire fluye desde la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor principal 13a en la primera columna (una columna de barlovento) hacia la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b y la unidad de intercambio de calor principal 13b en la segunda columna (una columna de sotavento), como indica una flecha.
El refrigerante suministrado desde el dispositivo de regulador 9 fluye hacia el distribuidor 25 de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 y pasa a través del distribuidor 25. Entonces, el refrigerante fluye a través del primer tubo de transferencia de calor 33a de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del primer tubo de transferencia de calor 33a fluye a continuación a través del segundo tubo de transferencia de calor 33b de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b en la dirección indicada por una flecha.
El refrigerante que ha pasado a través del segundo tubo de transferencia de calor 33b fluye luego al distribuidor 29 de la unidad principal de intercambio de calor 13. El refrigerante que ha entrado en el distribuidor 29 fluye entonces a través del cuarto tubo de transferencia de calor 33d de la unidad principal de intercambio de calor 13b en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del cuarto tubo de transferencia de calor 33d fluye luego a través del tercer tubo de transferencia de calor 33c de la unidad principal de intercambio de calor 13a en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del tercer tubo de transferencia de calor 33c fluye hacia el colector 27 y pasa a través del colector 27. Entonces, el refrigerante se envía al exterior del intercambiador de calor exterior 11.
En el intercambiador de calor exterior 11 del aparato de acondicionamiento de aire 1 tal y como se ha descrito anteriormente, la temperatura del refrigerante que fluye hacia la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 (una temperatura de entrada del refrigerante), la temperatura del refrigerante suministrado por la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 (una temperatura de salida del refrigerante) y la temperatura del aire exterior se detectan. Entonces, el aparato de acondicionamiento de aire 1 se hace funcionar de modo que la temperatura del refrigerante establezca una relación de temperatura prescrita con la temperatura del aire exterior. De ese modo, se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15. Esto se describirá a continuación.
En primer lugar, a continuación, se describirá una idea general sobre la adhesión de la escarcha a un intercambiador de calor exterior. Como ejemplo de la condición de que la escarcha se adhiera a un intercambiador de calor exterior, se dará una explicación con respecto al caso en el que la temperatura del bulbo seco del aire es de 2 °C y la temperatura del bulbo húmedo del aire es de 1 °C. En la condición mencionada anteriormente, dado que la temperatura del punto de rocío del aire es de aproximadamente -0,4 °C, el intercambiador de calor exterior funciona en calidad de un evaporador. Cuando la temperatura del bulbo seco del aire cae por debajo de la temperatura del punto de rocío, la humedad se condensa en el intercambiador de calor exterior. Dado que la temperatura del bulbo seco del aire es más baja que el punto de congelación en este momento, la humedad condensada se adhiere como escarcha. De este modo, en el intercambiador de calor exterior, la resistencia de la ventilación aumenta para reducir así el volumen de aire que pasa a través del intercambiador de calor exterior, con el resultado de que el rendimiento del intercambio de calor se deteriora.
En este caso, para garantizar el rendimiento del acondicionamiento de aire del intercambiador de calor interior, es necesario aumentar la diferencia de temperatura entre la temperatura del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior y la temperatura del aire. De este modo, la temperatura del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor exterior disminuye, provocando así una mayor adhesión de la escarcha al intercambiador de calor exterior. Cuando la escarcha se adhiere al intercambiador de calor exterior, la operación de descongelación para fundir la escarcha adherida se realiza para garantizar así el rendimiento del acondicionamiento de aire, después de lo cual se realiza la operación normal. Es una práctica común repetir la operación descrita anteriormente, cuando el aire exterior está a baja temperatura.
Entonces, como ejemplo del caso en el que la temperatura del aire exterior es más alta que la condición descrita anteriormente, se dará una explicación con respecto al caso en el que la temperatura del bulbo seco del aire es de 5 °C y la temperatura del bulbo húmedo del aire es de 4 °C. En la condición descrita anteriormente, la temperatura del punto de rocío del aire es de aproximadamente 2,8 °C. De este modo, cuando la temperatura del bulbo seco del aire desciende por debajo de la temperatura del punto de rocío debido al intercambio de calor con el refrigerante, la humedad en el aire se condensa y luego se adhiere como gotas de agua al intercambiador de calor exterior. En este caso, el aire que pasa a través del intercambiador de calor exterior fluye hacia el lado de sotavento del intercambiador de calor exterior a una temperatura más baja que la temperatura del punto de rocío. Por consiguiente, cuando la temperatura del refrigerante es más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), tanto la temperatura de bulbo seco del aire como la temperatura del punto de rocío pueden alcanzar la dosis de temperatura a la temperatura del refrigerante. De este modo, cuando la temperatura del punto de rocío es más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), existe la posibilidad de que se adhiera escarcha al intercambiador de calor exterior.
Entonces, a continuación, se describirá específicamente la adhesión de la escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar del intercambiador de calor exterior. En este caso, como ejemplo de la condición de operación, la temperatura de bulbo seco del aire es de 2 °C, la temperatura del bulbo húmedo del aire es de 1 °C y la temperatura del punto de rocío es de -0,4 °C.
En primer lugar, como en un intercambiador de calor exterior 11 de un aparato de acondicionamiento de aire en un ejemplo comparativo, a continuación se dará una explicación con respecto al caso en el que cuando este intercambiador de calor exterior 11 se hace funcionar en calidad de un evaporador, tanto la unidad de intercambio de calor principal 13 como la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 se utilizan como evaporadores (el primer ejemplo comparativo). La figura 8 muestra: un gráfico que muestra la transición de la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 con respecto a la dirección del flujo de refrigerante (una línea discontinua); un gráfico que muestra la transición de la temperatura de bulbo seco del aire con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea continua); y un gráfico que muestra la transición de la temperatura del punto de rocío con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea de puntos).
En esta condición de operación, la temperatura de entrada de refrigerante (Tentrada-refrig) del refrigerante que fluye hacia la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 es menor que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada de aire (Tentrada-aire)). En este caso, la temperatura del bulbo seco del aire alcanza inmediatamente aproximadamente la misma temperatura que la temperatura del punto de rocío. Dado que la temperatura del punto de rocío es más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), la escarcha debe adherirse a la mayor parte del intercambiador de calor exterior 11, incluida la unidad de intercambio de calor auxiliar 15.
Cuando se realiza la operación de descongelación para eliminar la escarcha adherida al intercambiador de calor exterior 11, el agua (agua de drenaje) resultante de la fusión de la escarcha fluye por gravedad hacia la parte inferior del intercambiador de calor exterior 11 para ser descargada del intercambiador de calor exterior 11. Sin embargo, en el intercambiador de calor exterior 11 que emplea un tubo plano como tubo de transferencia de calor, la velocidad a la que el agua de drenaje fluye hacia abajo se reduce, con el resultado de que el agua de drenaje sigue fluyendo hacia abajo desde arriba hacia la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 dispuesta debajo de la unidad de intercambio de calor principal 13. En consecuencia, esto puede requerir una cantidad extra de calor para descongelar la unidad de intercambio de calor auxiliar 15. Asimismo, la operación de descongelación puede requerir más tiempo.
Asimismo, la operación de descongelación se realiza generalmente en el mismo modo de operación que en la operación del intercambiador de calor exterior que funciona como condensador. Es más, la dirección en la que fluye el refrigerante es opuesta a la dirección en la que fluye el refrigerante durante la operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona como un evaporador. De este modo, el refrigerante fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 después de fluir a través de la unidad de intercambio de calor principal 13 (véase la figura 6). La unidad de intercambio de calor auxiliar 15 está dispuesta debajo de la unidad de intercambio de calor principal 13. Por consiguiente, la cantidad de calor del refrigerante se elimina en la unidad principal de intercambio de calor 13 en el lado aguas arriba del flujo de refrigerante. De este modo, en la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 en el lado aguas abajo, el rendimiento de la descongelación de la escarcha adherida se deteriora, lo que puede alargar el tiempo de descongelación. En este caso, por ejemplo, la temperatura interior desciende gradualmente, de modo que es posible que no se pueda mantener un estado confortable.
Asimismo, una vez finalizada la operación de descongelación en el estado en el que aún permanece la escarcha, y cuando se reanuda la operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de evaporador, la escarcha puede crecer más y dañar así la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 y similares. De este modo, es concebible que pueda ocurrir un problema significativo, por ejemplo, que un tubo de transferencia de calor se dañe y de ese modo provoque fugas de refrigerante y similares.
Entonces, como en un intercambiador de calor exterior 11 de otro aparato de acondicionamiento de aire en un ejemplo comparativo, a continuación se dará una explicación con respecto al caso en que, cuando este intercambiador de calor exterior 11 se hace funcionar en calidad de un evaporador, la unidad de intercambio de calor principal 13 se usa en calidad de evaporador y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 se usa en calidad de condensador (el segundo ejemplo comparativo). La figura 9 muestra: un gráfico que muestra la transición de la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 con respecto a la dirección del flujo de refrigerante (una línea discontinua); un gráfico que muestra la transición de la temperatura de bulbo seco del aire con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea continua); y un gráfico que muestra la transición de la temperatura del punto de rocío con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea de puntos).
En esta condición de operación, la temperatura de salida del refrigerante (Tsalida-refrig) del refrigerante que sale de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 es más alta que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada del aire (Tentrada-aire)). En este caso, la escarcha no se adhiere a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, de modo que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 no se dañe. De este modo, la fiabilidad como unidad de intercambio de calor auxiliar 15 está asegurada.
Sin embargo, en la condición de operación descrita anteriormente, en la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 utilizada como condensador, el refrigerante cambia para licuarse. Por consiguiente, en la unidad de intercambio de calor principal 13 utilizada como evaporador, para evaporar el refrigerante licuado, se aumenta la carga para el intercambio de calor en la unidad de intercambio de calor principal 13. Por lo tanto, el rendimiento del intercambio de calor se deteriora significativamente.
En contraposición con el primer ejemplo comparativo y el segundo ejemplo comparativo, en el intercambiador de calor exterior 11 del aparato de acondicionamiento de aire 1 según la realización, cuando el intercambiador de calor exterior 11 se hace funcionar en calidad de un evaporador, la unidad de intercambio de calor principal 13 se usa como evaporador mientras que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 se usa como condensador y evaporador. La figura 10 muestra: un gráfico que muestra la transición de la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 con respecto a la dirección del flujo de refrigerante (una línea discontinua); un gráfico que muestra la transición de la temperatura de bulbo seco del aire con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea continua); y un gráfico que muestra la transición de la temperatura del punto de rocío con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea de puntos).
Esta operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de un evaporador se realiza en las condiciones de que, en el caso de que la temperatura de salida del refrigerante (Tsalida-refrig) sea más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), la temperatura de entrada de refrigerante (Tentrada-refrig) del refrigerante que fluye hacia la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 sea más alta que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada de aire (Tentrada-aire)) y la temperatura de salida del refrigerante del refrigerante suministrado fuera de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 (Tsalida-refrig) sea más baja que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada del aire (Tentrada-aire)).
El refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 está en un estado bifásico que incluye refrigerante líquido y refrigerante gaseoso. De este modo, ajustar la pérdida de presión del refrigerante en la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 significa lo mismo que ajustar la temperatura del refrigerante. En esta unidad de intercambio de calor auxiliar 15, la unidad de pérdida de presión 17 se proporciona entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en la primera columna y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b situada en la segunda columna, de modo que se haga que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a funcione en calidad de un condensador y que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b funcione en calidad de un evaporador.
Cuando se hace que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en la columna de barlovento funcione en calidad de un condensador, la temperatura del aire aumenta. De este modo, incluso cuando se hace que la unidad auxiliar de intercambio de calor 15b situada en la columna de sotavento funcione en calidad de un evaporador, es menos probable que la temperatura del aire caiga por debajo de la temperatura del punto de rocío. De ese modo, se puede hacer que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 funcione completamente en calidad de un evaporador en el estado en el que la temperatura del refrigerante desciende, y también, se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15. Para evitar de forma fiable la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, solo es necesario realizar la operación de tal manera que la temperatura de salida del refrigerante (Tsalida-refrig) del refrigerante suministrado desde la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 sea más alta que la temperatura del punto de rocío.
Adicionalmente, en el intercambiador de calor exterior 11 del aparato de acondicionamiento de aire 1 según la realización descrita anteriormente, el refrigerante fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en el lado de barlovento y, a continuación, fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b situada en el lado de sotavento. Dicho de otra forma, el refrigerante fluye desde el lado de barlovento hacia el lado de sotavento de la misma manera que con el flujo de aire. Dicho flujo de refrigerante se denomina flujo paralelo. En contraste con el flujo paralelo, el flujo de refrigerante desde el lado de sotavento hacia el lado de barlovento se denomina contraflujo.
A continuación, se dará una explicación con respecto al caso en el que se hace que el refrigerante fluya como un contraflujo a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11 cuando el intercambiador de calor exterior 11 se hace funcionar en calidad de un evaporador (el tercer ejemplo comparativo). Tal y como se muestra en la figura 11, en el intercambiador de calor exterior 11, el refrigerante fluye primero a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, y luego fluye a través de la unidad de intercambio de calor principal 13. En este caso, en la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, el refrigerante fluye primero a través del segundo tubo de transferencia de calor 33b de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través del segundo tubo de transferencia de calor 33b fluye luego a través del primer tubo de transferencia de calor 33a de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a en la dirección indicada por una flecha. El refrigerante que ha pasado a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a se hace fluir a través de la unidad de intercambio de calor principal 13 y luego se entrega fuera del intercambiador de calor exterior 11, de la misma manera que se muestra en la figura 7.
La figura 12 representa el caso en el que el refrigerante fluye como un contraflujo y muestra: un gráfico que muestra el tránsito de la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 con respecto a la dirección del flujo de refrigerante (una línea discontinua); un gráfico que muestra la transición de la temperatura de bulbo seco del aire con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea continua); y un gráfico que muestra la transición de la temperatura del punto de rocío con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea de puntos).
En este caso, incluso cuando se dispone de la unidad de pérdida de presión 17 para reducir la presión del refrigerante, la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en el lado de barlovento cae por debajo de la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b situada en el lado de sotavento. En este momento, cuando la temperatura del aire cae por debajo de la temperatura del punto de rocío, existe la posibilidad de que se adhiera escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a.
En este caso, cuando la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en el lado de barlovento se establece para ser más alta que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada de aire (Tentrada-aire)), la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b situada en el lado de sotavento también es más alta que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada de aire (Tentrada-aire)). De ese modo, la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 funciona completamente en calidad de un condensador, de modo que el rendimiento del intercambio de calor se deteriore, tal y como se ha descrito con referencia a la figura 9. Por lo tanto, para que el intercambiador de calor exterior 11 funcione en calidad de un evaporador para evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, es deseable realizar la operación de manera que el refrigerante fluya como un flujo paralelo a lo largo del flujo de aire.
(Variaciones de la unidad de pérdida de presión (mecanismo de pérdida de presión))
(Primer ejemplo)
En cuanto al intercambiador de calor exterior 11 del aparato de acondicionamiento de aire 1 según se ha descrito anteriormente, se ha dado una explicación con respecto al caso en el que la unidad de pérdida de presión 17 está dispuesta entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b. Como unidad de pérdida de carga no según la invención, por ejemplo, se puede emplear la pérdida por fricción dentro del tubo de transferencia de calor tal como el primer tubo de transferencia de calor 33a y el segundo tubo de transferencia de calor 33b.
La figura 13 representa el caso en el que el intercambiador de calor exterior 11 funciona en calidad de un evaporador y muestra: un gráfico que muestra la transición de la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 con respecto a la dirección del flujo de refrigerante (una línea discontinua); un gráfico que muestra la transición de la temperatura de bulbo seco del aire con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea continua); y un gráfico que muestra la transición de la temperatura del punto de rocío con respecto a la dirección del flujo de aire (una línea de puntos).
Tal y como se muestra en la figura 13, cuando el refrigerante fluye a través de un tubo de transferencia de calor (primer tubo de transferencia de calor 33a y segundo tubo de transferencia de calor 33b), la temperatura del refrigerante desciende gradualmente por la pérdida por fricción dentro del tubo de transferencia de calor. La pérdida por fricción dentro del tubo de transferencia de calor está definida por la velocidad de flujo del refrigerante, la forma interior del tubo de transferencia de calor y la longitud del tubo de transferencia de calor. Por consiguiente, la cantidad de refrigerante que circula en el aparato de acondicionamiento de aire, las dimensiones del tubo de transferencia de calor dentro del intercambiador de calor exterior, el número de trayectorias en el tubo de transferencia de calor y similares se establecen en sus respectivos valores prescritos en función del diseño. Entonces, a condición de que la temperatura del refrigerante establezca una relación de temperatura prescrita, el intercambiador de calor exterior 11 funciona en calidad de un evaporador, con el resultado de que se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15.
Dicho de otra forma, en el caso de que la temperatura de salida del refrigerante (Tsalida-refrig) sea más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), la operación se realiza de modo que la temperatura de entrada del refrigerante (Tentrada-refrig) sea más alta que la temperatura del aire exterior (temperatura de entrada del aire (Tentrada-aire)), y que la temperatura de salida del refrigerante (Tsalida-refrig) sea más baja que la del aire exterior temperatura (temperatura de entrada de aire (Tentrada-aire)), de modo que se pueda evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15.
Asimismo, al realizar la operación de tal manera que la temperatura de salida del refrigerante (Tsalida-refrig) del refrigerante entregado desde la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 sea mayor que la temperatura del punto de rocío, la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 puede evitarse de forma fiable.
(Segundo ejemplo)
Como unidad de pérdida de presión 17 según la presente invención, dispuesta entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b, se puede utilizar un dispositivo de regulador, por ejemplo.
La figura 14 muestra dispositivos de regulador 39, cada uno de los cuales está provisto para uno correspondiente de una pluralidad de primeros tubos de transferencia de calor 33a dispuestos en la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y uno correspondiente a una pluralidad de segundos tubos de transferencia de calor 33b dispuestos en una unidad de intercambio de calor auxiliar 15b, de modo que cada uno de los dispositivos de regulador 39 esté dispuesto para una ruta (trayectoria) que se extiende desde el correspondiente de los primeros tubos de transferencia de calor 33a hasta el correspondiente de los segundos tubos de transferencia de calor 33b. La figura 15 muestra el dispositivo regulador 39 provisto de modo que los refrigerantes que han pasado a través de los primeros tubos de transferencia de calor 33a se unan en el lado aguas arriba del dispositivo regulador y luego se ramifiquen (dividan) nuevamente en el lado de aguas abajo del dispositivo de regulador para entregarse a sus respectivos segundos tubos de transferencia de calor 33b.
En la unidad de intercambio de calor auxiliar 15, el grado de apertura del dispositivo de regulador 39 se ajusta con respecto a la temperatura del refrigerante en el lado aguas arriba del dispositivo de regulador 39, de modo que se pueda ajustar la temperatura del refrigerante en el lado de aguas abajo del dispositivo de regulador 39. Dicho de otra forma, cuando el dispositivo de regulador 39 se coloca entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b (entre las columnas), la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en el lado de barlovento y la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b situada en el lado de sotavento pueden ajustarse por separado.
De ese modo, la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a situada en el lado de barlovento puede funcionar completamente como un condensador mientras que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b situada en el lado de sotavento puede funcionar completamente como un evaporador. En consecuencia, tal y como se ha descrito en la primera realización, la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11 puede evitarse durante la operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de un evaporador.
(Tercer ejemplo)
Como unidad de pérdida de presión 17 no según la presente invención, dispuesta entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b, se puede utilizar un colector (un colector entre columnas), por ejemplo.
La figura 16 muestra un colector entre columnas 41 dispuesto entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b. Tal y como se muestra en las figuras 17, 18 y 19, se proporciona una trayectoria de flujo a través de la cual fluye refrigerante dentro del colector 41 entre columnas para cada ruta (trayectoria) que se extiende desde el primer tubo de transferencia de calor 33a hasta el segundo tubo de transferencia de calor 33 b. En algún punto medio de la trayectoria del flujo, se proporciona una porción de regulador 43 de modo que el área de la sección transversal de este punto medio en la trayectoria del flujo sea más estrecha que el área de la sección transversal de otra porción en la trayectoria del flujo.
Al ajustar el ancho de la parte de regulador 43 y la longitud de la trayectoria del flujo en la parte de regulador 43, la pérdida de presión se puede ajustar antes y después del colector entre columnas 41. Es más, la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b se pueden ajustar por separado. De ese modo, la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a puede funcionar como un condensador mientras que la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b puede funcionar como un evaporador. En consecuencia, durante la operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de evaporador, se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11,
(Cuarto ejemplo)
Como unidad de pérdida de presión 17 no según la presente invención, dispuesta entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b, por ejemplo, se pueden usar dos colectores, incluido un colector conectado a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y un colector conectado a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b.
La figura 20 muestra un colector que incluye un colector 45a, un colector 45b y un tubo de conexión del colector 47. El colector 45a está conectado al primer tubo de transferencia de calor 33a de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a. El colector 45b está conectado al segundo tubo de transferencia de calor 33b de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b. El tubo de conexión del colector 47 proporciona una conexión entre el colector 45a y el colector 45b.
En este caso, por ejemplo, al ajustar el diámetro interior y similares del tubo 47 de conexión del colector para proporcionar la parte de regulador 43, la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b se pueden ajustar por separado. De este modo, la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11 puede evitarse durante la operación del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de un evaporador. Asimismo, las trayectorias de flujo que provocan pérdidas por fricción se pueden proporcionar por separado dentro de las trayectorias de flujo de los colectores 45a y 45b. Entonces, al ajustar también las formas de estas trayectorias de flujo para ajustar así la pérdida de presión, se puede prevenir la adherencia de escarcha.
(Quinto ejemplo)
Como unidad de pérdida de presión 17 no según la presente invención, dispuesta entre la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b, por ejemplo, se puede utilizar un tubo en forma de U que no sea un colector.
Tal y como se muestra en la figura 21, un tubo en forma de U 49 está conectado para cada ruta (trayectoria) que se extiende desde el primer tubo de transferencia de calor 33a hasta el segundo tubo de transferencia de calor 33b. En este caso, al ajustar el diámetro interior del tubo en forma de U 49, la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15a y la temperatura del refrigerante que fluye a través de la unidad de intercambio de calor auxiliar 15b se pueden ajustar por separado. De este modo, la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11 puede evitarse durante el funcionamiento del intercambiador de calor exterior 11 que funciona en calidad de un evaporador.
Como refrigerante utilizado en el aparato de acondicionamiento de aire 1 que se ha descrito en la realización anterior, al utilizar cualquier tipo de refrigerante como el refrigerante R410A, refrigerante R407C, refrigerante R32, refrigerante R507A, refrigerante HFO1234yf y similares, se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11.
Cada refrigerante R410A y refrigerante R407C es una mezcla de refrigerante y se denomina particularmente mezcla de refrigerante no azeotrópico. Una mezcla de refrigerante no azeotrópico tiene diferentes composiciones en fase de vapor y en fase líquida en estado de vapor húmedo, y también tiene la característica de que sufre un cambio de fase de evaporación o condensación mientras sufre un cambio de temperatura y una conversión de composición entre dos fases de gas refrigerante y refrigerante líquido a presión fija. Entre estas mezclas de refrigerantes no azeotrópicos, el refrigerante R407C y similares sufren cambios de temperatura extremadamente pequeños durante un cambio de fase, y en particular, se denomina mezcla de refrigerante pseudo-azeotrópico.
El refrigerante R32 y el refrigerante HFO1234yf son refrigerantes formados por un solo componente. El refrigerante R507A es una mezcla de refrigerante y se denomina mezcla de refrigerante azeotrópico. La mezcla de refrigerante azeotrópico tiene una composición que es idéntica en una fase de vapor y una fase líquida en vapor húmedo en una cierta proporción de componentes, y también tiene la característica de que sufre un cambio de fase de evaporación o condensación a una temperatura fija bajo presión fija, como en el caso del refrigerante formado por un solo componente.
También en el caso de una mezcla de refrigerante no azeotrópico, una mezcla de refrigerante pseudo-azeotrópico, se utiliza refrigerante formado por un solo componente o una mezcla de refrigerante azeotrópico, cuando la temperatura de salida del refrigerante es más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), la operación se realiza de modo que la temperatura de entrada del refrigerante sea más alta que la temperatura del aire exterior y que la temperatura de salida del refrigerante sea más baja que la temperatura del aire exterior, con el resultado de que se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11. Asimismo, cuando la operación se realiza de modo que la temperatura de salida del refrigerante entregado desde la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 sea mayor que la temperatura del punto de rocío, la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 puede evitarse de forma fiable.
Asimismo, como aceite de refrigeración utilizado en el aparato de acondicionamiento de aire, se emplea aceite de refrigeración que tiene compatibilidad teniendo en cuenta la solubilidad mutua con el refrigerante que se va a aplicar.
Para refrigerante a base de fluorocarbono como el refrigerante R410A, por ejemplo, se utiliza aceite de refrigeración a base de aceite de alquilbenceno, aceite de refrigeración a base de aceite de éster o aceite de refrigeración a base de aceite de éter. Aparte de lo expuesto anteriormente, puede usarse aceite de refrigeración a base de aceite mineral 0 aceite de refrigeración a base de aceite de flúor.
También en la facilidad en la que se utiliza el aceite de refrigeración descrito anteriormente, cuando la temperatura de salida del refrigerante es más baja que el punto de congelación del agua (por ejemplo, 0 °C), la operación se realiza de modo que la temperatura de entrada del refrigerante sea más alta que la temperatura del aire exterior y que la temperatura de salida del refrigerante sea más baja que la temperatura del aire exterior, con el resultado de que se puede evitar la adhesión de escarcha a la unidad de intercambio de calor auxiliar 15 del intercambiador de calor exterior 11.
En la realización descrita anteriormente, se ha dado una explicación con respecto al aparato de acondicionamiento de aire como ejemplo de un aparato de ciclo de refrigeración. El aparato de ciclo de refrigeración no se limita a un aparato de acondicionamiento de aire, sino que puede aplicarse, por ejemplo, también a un aparato que incluye un intercambiador de calor exterior tal como un calentador de agua con bomba de calor configurado para realizar un intercambio de calor con aire.
Asimismo, se pueden hacer varias combinaciones según sea apropiado para el aparato del ciclo de refrigeración, incluido un intercambiador de calor exterior, que se ha descrito en las realizaciones.
Las realizaciones descritas en este documento son meramente a modo de ejemplo y no se limitan a ellas. El alcance de la presente invención está definido por los términos de las reivindicaciones, en lugar de la descripción anterior, y se pretende que incluya cualquier modificación dentro del alcance de las reivindicaciones.
Aplicabilidad industrial
La presente invención se utiliza eficazmente en un aparato de ciclo de refrigeración tal como un aparato de acondicionamiento de aire que incluye un intercambiador de calor exterior equipado con una unidad de intercambio de calor principal y una unidad de intercambio de calor auxiliar.
Lista de signos de referencia
1 aparato de acondicionamiento de aire, 3 compresor, 5 intercambiador de calor interior, 7 ventilador interior, 9 dispositivo de regulador, 11 intercambiador de calor exterior, 13 unidad de intercambio de calor principal, 13a, 13b unidad de intercambio de calor principal, 15 unidad de intercambio de calor auxiliar, 15a, 15b unidad de intercambio de calor auxiliar, 17 unidad de pérdida de presión, 21 ventilador exterior, 23 válvula de cuatro vías, 25 distribuidor, 27 colector, 29 distribuidor, 31 aleta, 33a primer tubo de transferencia de calor, 33b segundo tubo de transferencia de calor, 33c tercer tubo de transferencia de calor, 33d cuarto tubo de transferencia de calor, 35 trayectoria de refrigerante, 37 tubería de refrigerante, 39 dispositivo de regulador, 41 colector entre columnas, 43 parte de regulador, 45a, 45b colector, 47 tubo de conexión del colector, 49 tubo en forma de U, 51 unidad de control, 53, 55, 57 sensor de temperatura.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de ciclo de refrigeración (1) que comprende tuberías de refrigerante, un compresor (3), un intercambiador de calor interior (5), una válvula de cuatro vías (23), tres sensores de temperatura (53, 55, 57), una unidad de control (51) y un intercambiador de calor exterior (11) configurado para funcionar en calidad de condensador o de evaporador, en donde las tuberías de refrigerante conectan:
el compresor (3) con el intercambiador de calor interior (5) a través de la válvula de cuatro vías (23),
el intercambiador de calor interior (5) con el intercambiador de calor exterior (11) y
el intercambiador de calor exterior (11) con el compresor (3) a través de la válvula de cuatro vías (23),
incluyendo el intercambiador de calor exterior (11)
una primera unidad de intercambio de calor (15) y
una segunda unidad de intercambio de calor (13) que está dispuesta adyacente a la primera unidad de intercambio de calor (15),
incluyendo la primera unidad de intercambio de calor (15)
una pluralidad de aletas (31) formada cada una en forma de placa,
un primer tubo de transferencia de calor (33a) dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas (31) en una primera dirección,
un segundo tubo de transferencia de calor (33b) dispuesto para penetrar en la pluralidad de aletas (31) en la primera dirección y situado a una distancia del primer tubo de transferencia de calor (33a) en una dirección perpendicular a la primera dirección y
un mecanismo de pérdida de presión (17) configurado para reducir la presión del refrigerante que fluye a través de la primera unidad de intercambio de calor (15),
en donde los tres sensores de temperatura (53) están configurados para detectar una temperatura del refrigerante que fluye hacia la primera unidad de intercambio de calor (15), una temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) y una temperatura del aire exterior, y
la unidad de control (51) está configurada para hacer funcionar, durante una operación del intercambiador de calor exterior (11) en calidad de evaporador:
la válvula de cuatro vías (23), de modo que el refrigerante gaseoso monofásico, de alta temperatura y de alta presión descargado del compresor (3) se entregue al intercambiador de calor interior (5) y de modo que el refrigerante de gas monofásico de baja presión descargado del intercambiador de calor exterior (11) se entregue al compresor (3) y,
cuando la temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) es más baja que el punto de congelación del agua, el mecanismo de pérdida de presión (17) para ajustar la pérdida de presión del refrigerante en la primera unidad de intercambio de calor (15), de modo que la temperatura del refrigerante que fluye hacia la primera unidad de intercambio de calor (15) sea más alta que la temperatura del aire exterior y de modo que la temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) sea más baja que la temperatura del aire exterior.
2. El aparato de ciclo de refrigeración (1) según la reivindicación 1, en donde la operación se realiza de modo que la temperatura del refrigerante que sale fluyendo de la primera unidad de intercambio de calor (15) sea más alta que la temperatura del punto de rocío.
3. El aparato de ciclo de refrigeración según la reivindicación 1, en donde
el primer tubo de transferencia de calor (33a) tiene un primer extremo y un segundo extremo,
el segundo tubo de transferencia de calor (33b) tiene un tercer extremo y un cuarto extremo,
el tercer extremo del segundo tubo de transferencia de calor (33b) está conectado al segundo extremo del primer tubo de transferencia de calor (33a) y
el cuarto extremo del segundo tubo de transferencia de calor (33b) está conectado a la segunda unidad de intercambio de calor (13).
4. El aparato de ciclo de refrigeración (1) según la reivindicación 3, en donde
el mecanismo de pérdida de presión (17) incluye una parte de regulador (39, 41) dispuesta entre el segundo extremo del primer tubo de transferencia de calor (33a) y el tercer extremo del segundo tubo de transferencia de calor (33b), y
la parte de regulador (41) incluye
una primera trayectoria de flujo que tiene una primera área de sección transversal,
y una segunda trayectoria de flujo (43) que tiene una segunda área de sección transversal que es más pequeña que la primera área de sección transversal.
5. El aparato de ciclo de refrigeración (1) según la reivindicación 4, en donde la parte de regulador incluye (39) una unidad de ajuste de regulador configurada para ajustar el área de la segunda sección transversal de la segunda trayectoria de flujo.
6. El aparato de ciclo de refrigeración (1) según la reivindicación 1, en donde el mecanismo de pérdida de presión (17) incluye el primer tubo de transferencia de calor (33a) y el segundo tubo de transferencia de calor (33b).
7. El aparato de ciclo de refrigeración (1) según la reivindicación 1, en donde
el primer tubo de transferencia de calor (33a) está formado como un primer tubo plano que tiene una forma de sección transversal plana que tiene un eje mayor y un eje menor, y
el segundo tubo de transferencia de calor (33b) está formado como un segundo tubo plano que tiene la forma de sección transversal plana, estando situado el segundo tubo plano a una distancia del primer tubo plano en una dirección en la que se extiende el eje mayor.
8. El aparato de ciclo de refrigeración (1) según la reivindicación 1, que comprende, además, una unidad sopladora de aire (21) configurada para soplar aire desde un lado en el que está dispuesto el primer tubo de transferencia de calor (33a) hacia un lado en el que está dispuesto el segundo tubo de transferencia de calor (33b), en donde el refrigerante fluye desde el primer tubo de transferencia de calor (33a) al segundo tubo de transferencia de calor (33b).
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