ES2924929T3

ES2924929T3 - Sistema de bomba de calor y método para controlar el mismo

Info

Publication number: ES2924929T3
Application number: ES20161356T
Authority: ES
Inventors: Satoshi Kawano; Kevin Cornelis; Martijn Deprez
Original assignee: Daikin Europe NV; Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Europe NV; Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2040-03-06
Also published as: CN115244345A; US20230042444A1; EP3875869B1; WO2021177429A1; JP2023516635A; EP3875869A1; JP7450745B2

Abstract

Se proporciona un sistema de bomba de calor (100) que tiene una primera tubería de derivación (331) provista de una primera válvula de derivación (341) y que conecta una tubería de refrigerante líquido (322) y una tubería de refrigerante de baja presión (324), un intercambiador de calor de refrigerante (314) configurado para provocar un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido y el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación, una segunda tubería de derivación (332) provista de una segunda válvula de derivación (342) y que conecta la tubería de refrigerante líquido y la baja -tubería de refrigerante a presión, y un controlador 400. El controlador está configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación en función de la temperatura sobrecalentada detectada del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación, y la temperatura de descarga detectada de un compresor (311) y la apertura de control grado de la segunda válvula de derivación en función de la temperatura de descarga detectada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de bomba de calor y método para controlar el mismo

Campo de invención

La presente invención se refiere a un sistema de bomba de calor y a un método para controlar el sistema de bomba de calor.

Antecedentes

El documento WO 2018/062177 A1 propone un sistema de bomba de calor que tiene un sistema de subenfriamiento y un sistema de inyección. El sistema de subenfriamiento incluye una primera tubería de derivación, un intercambiador de calor de refrigerante y una primera válvula de derivación. El sistema de inyección incluye una segunda tubería de derivación y una segunda válvula de derivación.

La primera tubería de derivación del sistema de subenfriamiento conecta una tubería de refrigerante líquido y una tubería de refrigerante de baja presión del sistema de bomba de calor. El intercambiador de calor de refrigerante está configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido y el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación. El refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación se descomprime y se expande mediante una primera válvula de derivación dispuesta en la primera tubería de derivación para volverse más frío que el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido. Por lo tanto, el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido se enfría cuando fluye a través del intercambio de calor. El grado de apertura de la primera válvula de derivación se controla de manera que la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido se enfría hasta una temperatura objetivo predeterminada. De ese modo, es posible mejorar la eficiencia de enfriamiento en un intercambiador de calor que está dispuesto en un lado aguas abajo de la tubería de refrigerante líquido.

La segunda tubería de derivación del sistema de inyección también conecta la tubería de refrigerante líquido y la tubería de refrigerante de baja presión. El refrigerante en la segunda tubería de derivación fluye hacia la tubería de refrigerante de baja presión sin atravesar el intercambiador de calor y se une con el refrigerante que pasó por el intercambiador de calor. Además, el refrigerante que fluye en la segunda tubería de derivación se descomprime y expande mediante una segunda válvula de derivación dispuesta en la segunda tubería de derivación para volverse más frío que el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de baja presión. Por lo tanto, el refrigerante succionado por el compresor de refrigerante se enfría, y la temperatura del refrigerante descargado desde el compresor de refrigerante (denominada en lo sucesivo como "temperatura de descarga") se reduce en consecuencia. El grado de apertura de la segunda válvula de derivación se controla de manera que la temperatura de descarga se enfría hasta otra temperatura objetivo predeterminada. De este modo, es posible mejorar la fiabilidad y la seguridad del sistema de bomba de calor.

El documento US 2015/338121 A1 describe una bomba de calor según el preámbulo de la reivindicación 1, que comprende: un compresor de refrigerante; una tubería de refrigerante de alta presión conectada con un puerto de descarga del compresor de refrigerante; una tubería de refrigerante de baja presión conectada con un puerto de succión del compresor de refrigerante; un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor conectado a una cualquiera de la tubería de refrigerante de alta presión y la tubería de refrigerante de baja presión, y configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en él y el fluido que lo atraviesa; una tubería de refrigerante líquido conectada con el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y configurada para conectarse a un intercambiador de calor del lado de utilización que está configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye por él y el fluido que lo atraviesa; una tubería de refrigerante gas conectada a otra tubería de refrigerante a alta presión y tubería de refrigerante a baja presión, y configurada para conectarse al intercambiador de calor del lado de utilización; un mecanismo de expansión principal dispuesto en la tubería de refrigerante líquido; una primera tubería de derivación conectada con la tubería de refrigerante líquido y conectada con la tubería de refrigerante de baja presión o a un puerto de inyección del compresor; un intercambiador de calor de refrigerante configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido y el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación, estando conectada la primera tubería de derivación con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del refrigerante; una primera válvula de derivación dispuesta en la primera tubería de derivación en un punto entre la tubería de refrigerante líquido y el intercambiador de calor del refrigerante; una segunda tubería de derivación conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización, y conectada con la tubería de refrigerante de baja presión; una segunda válvula de derivación dispuesta en la segunda tubería de derivación; un detector de temperatura de sobrecalentamiento configurado para detectar parámetros que indican la temperatura de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación; un sensor del lado de descarga configurado para detectar, como temperatura de descarga, la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de alta presión entre el compresor de refrigerante y el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y el intercambiador de calor del lado de utilización; y un controlador configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación en función de la temperatura de sobrecalentamiento indicada por los parámetros detectados, y controlar el grado de apertura de la segunda válvula de derivación en función de la temperatura de descarga.

Sin embargo, hay casos en los que la temperatura de descarga no se puede reducir lo suficiente mediante el sistema de inyección anterior debido a su insuficiente capacidad de flujo de refrigerante. Mientras tanto, un aumento en el grosor y/o en el número de la segunda tubería de derivación da como resultado un aumento en el coste de producción y/o en las dimensiones del sistema de bomba de calor. Además, si la cantidad de refrigerante que es derivada a través de la segunda derivación se aumenta simplemente para reducir aún más la temperatura de descarga, se reduce la cantidad de refrigerante enviado al intercambiador de calor. Como resultado, el rendimiento del sistema de bomba de calor se deterioraría bastante.

Compendio

El objeto de la presente invención es mejorar la eficiencia, la fiabilidad y la seguridad de un sistema de bomba de calor a la vez que se evita en la medida de lo posible un aumento en el coste de producción y/o de las dimensiones del sistema.

Un primer aspecto de la presente invención proporciona un sistema de bomba de calor que comprende: un compresor de refrigerante; una tubería de refrigerante de alta presión conectada con un puerto de descarga del compresor de refrigerante; una tubería de refrigerante de baja presión conectada con un puerto de succión del compresor de refrigerante; un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor conectado a cualquiera de la tubería de refrigerante de alta presión y la tubería de refrigerante de baja presión, y configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en él y el fluido que lo atraviesa; una tubería de refrigerante líquido conectada con el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y configurada para conectarse a un intercambiador de calor del lado de utilización que está configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye por él y el fluido que lo atraviesa; una tubería de refrigerante gas conectada a otra tubería de refrigerante a alta presión y a la tubería de refrigerante a baja presión, y configurada para conectarse al intercambiador de calor del lado de utilización; un mecanismo de expansión principal dispuesto en la tubería de refrigerante líquido; una primera tubería de derivación conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización, y conectada con la tubería de refrigerante de baja presión o con un puerto de inyección del compresor; un intercambiador de calor de refrigerante configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido y el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación; una primera válvula de derivación dispuesta en la primera tubería de derivación en un punto entre la tubería de refrigerante líquido y el intercambiador de calor del refrigerante; una segunda tubería de derivación conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización, y conectada con la tubería de refrigerante de baja presión; una segunda válvula de derivación dispuesta en la segunda tubería de derivación; un detector de temperatura de sobrecalentamiento configurado para detectar parámetros que indican la temperatura de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación; un sensor del lado de descarga configurado para detectar, como temperatura de descarga, la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de alta presión entre el compresor de refrigerante y uno del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y el intercambiador de calor del lado de utilización; y un controlador configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación en función de la temperatura de sobrecalentamiento indicada por los parámetros detectados y la temperatura de descarga, y controlar el grado de apertura de la segunda válvula de derivación en función de la temperatura de descarga.

Con esta configuración, el grado de apertura de la primera válvula de derivación se controla en función no solo de la temperatura de sobrecalentamiento sino también de la temperatura de descarga. De este modo, la primera tubería de derivación, que está dispuesta originalmente para un sistema de subenfriamiento, se puede utilizar para soportar un sistema de inyección para reducir la temperatura de descarga además de la segunda tubería de derivación. Por lo tanto, es posible aumentar la capacidad de flujo del refrigerante que se deriva desde el intercambiador de calor del lado de utilización para reducir la temperatura de descarga sin aumentar el grosor y/o el número de la segunda tubería de derivación. En consecuencia, es posible mejorar la eficiencia, la fiabilidad y la seguridad de un sistema de bomba de calor a la vez que se evita en la medida de lo posible un aumento del coste de producción y/o de las dimensiones del sistema.

De acuerdo con una realización preferida del sistema de bomba de calor mencionado anteriormente, la primera tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión; y el detector de temperatura de sobrecalentamiento incluye un sensor de derivación configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo del intercambiador de calor del refrigerante, y un sensor del lado de succión configurado para detectar la presión del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de baja presión.

Con esta configuración, es posible conducir el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación a la tubería de refrigerante de baja presión. Por lo tanto, incluso en el caso de que el compresor de refrigerante no tenga un puerto de inyección, es posible utilizar la primera tubería de derivación para disminuir la temperatura de descarga.

Además, es posible detectar la temperatura de sobrecalentamiento utilizando un sensor de temperatura y un sensor de presión que están fácil y razonablemente disponibles. Por lo tanto, es posible mejorar la eficiencia del sistema de bomba de calor a la vez que se evita un aumento en el coste de producción del sistema.

De acuerdo con otra realización preferida de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, la primera tubería de derivación está conectada con el puerto de inyección del compresor; y el detector de temperatura de sobrecalentamiento incluye un primer sensor de derivación configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo del intercambiador de calor del refrigerante, y un segundo sensor de derivación configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación entre la primera válvula de derivación y el intercambiador de calor del refrigerante, o un primer sensor de derivación configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo del intercambiador de calor del refrigerante, y un segundo sensor de derivación configurado para detectar la presión del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo de la primera válvula de derivación.

Con esta configuración, es posible conducir el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación al puerto de inyección del compresor de refrigerante. Por lo tanto, es posible utilizar la primera tubería de derivación para disminuir la temperatura de descarga a la vez que se mejora la eficiencia del compresor de refrigerante. Además, es posible detectar la temperatura de sobrecalentamiento utilizando un sensor de temperatura y un sensor de presión, u otro sensor de temperatura, que estén fácilmente y razonablemente disponibles. Por lo tanto, es posible mejorar la eficiencia del sistema de bomba de calor a la vez que se evita un aumento en el coste de producción del sistema. Cuando se utilizan dos sensores de temperatura y uno de ellos está dispuesto entre la primera válvula de derivación y el intercambiador de calor del refrigerante, la temperatura de sobrecalentamiento se puede obtener más fácilmente.

De acuerdo con otra realización preferida adicional de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente en la que la primera tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión, el sistema comprende además un acumulador dispuesto en la tubería de refrigerante de baja presión, en donde: la primera tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión en un punto entre el acumulador y el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y el intercambiador de calor del lado de utilización que está conectado con la tubería de refrigerante de baja presión; y la segunda tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión en un punto entre el acumulador y el compresor de refrigerante.

Con esta configuración, el refrigerante que ha pasado por la primera tubería de derivación es recibido por el acumulador, y el refrigerante que ha fluido por la segunda tubería de derivación no es recibido por el acumulador. El refrigerante que circula por la primera derivación tiende a contener menos refrigerante líquido debido a un intercambio de calor en el intercambiador de calor del refrigerante, mientras que el refrigerante que circula por la segunda tubería de derivación tiende a contener más refrigerante líquido. Por lo tanto, es posible enviar el refrigerante en forma líquida o en forma de dos fases gas-líquido a la tubería de refrigerante de baja presión para realizar de manera eficiente una denominada inyección de líquido.

De acuerdo con otra realización preferida adicional de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente en la que la primera tubería de derivación está conectada con el puerto de inyección del compresor, el sistema comprende además: un acumulador dispuesto en la tubería de refrigerante de baja presión, en donde la segunda tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión en un punto entre el acumulador y el compresor de refrigerante.

Con esta configuración, el refrigerante que ha fluido en la segunda tubería de derivación no es recibido por el acumulador. El refrigerante que ha fluido por la segunda tubería de derivación tiende a contener más refrigerante líquido. Por lo tanto, es posible enviar el refrigerante en forma líquida o en forma de dos fases gas-líquido a la tubería de refrigerante de baja presión para realizar de manera eficiente una denominada inyección de líquido. Según otra realización preferida adicional de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, el controlador está configurado para aumentar el grado de apertura de la primera válvula de derivación al menos cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha alcanzado un primer umbral de primer de apertura.

Con esta configuración, un aumento del grado de apertura de la segunda válvula de derivación produce un aumento del grado de apertura de la primera válvula de derivación. De ese modo, el grado de apertura de la primera válvula de derivación se puede aumentar rápidamente antes de que la temperatura de descarga aumente excesivamente. Por lo tanto, es posible disminuir rápidamente la temperatura de descarga y evitar de forma efectiva que la temperatura de descarga sea excesivamente alta. Además, podría darse un caso en el que la segunda válvula de derivación aún tenga el potencial de disminuir la temperatura de descarga aunque la temperatura de descarga sea alta. Por lo tanto, es posible evitar que aumente innecesariamente el grado de apertura de la primera válvula de derivación.

Según otra realización preferida adicional de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, el controlador está configurado para aumentar el grado de apertura de la primera válvula de derivación al menos cuando la temperatura de descarga ha alcanzado un umbral de temperatura de descarga. Con esta configuración, un aumento de la temperatura de descarga produce un aumento del grado de apertura de la primera válvula de derivación. Cuando la temperatura de descarga es alta, la segunda válvula de derivación posiblemente ya esté completamente abierta. Por lo tanto, mediante el desencadenante anterior, es posible disminuir la temperatura de descarga de manera más fiable. Además, podría darse el caso en el que la temperatura de descarga no sea alta mientras la segunda válvula de derivación esté completamente abierta. Por lo tanto, es posible evitar que aumente innecesariamente el grado de apertura de la primera válvula de derivación.

De acuerdo con el sistema de bomba de calor del primer aspecto de la presente invención, el controlador está configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación de modo que: la temperatura de sobrecalentamiento se aproxime a una temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando la temperatura de descarga sea inferior o igual a una primera temperatura de descarga objetivo; y la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo cuando la temperatura de descarga sea mayor que la primera temperatura de descarga objetivo.

Con esta configuración, la primera tubería de derivación funciona para regular la temperatura de sobrecalentamiento cuando la temperatura de descarga se mantiene baja, y funciona para regular la temperatura de descarga cuando la temperatura de descarga ha aumentado hasta la primera temperatura de descarga objetivo. Por lo tanto, es posible evitar que la temperatura de descarga sea excesivamente alta utilizando la primera tubería de derivación, ejerciendo al mismo tiempo la función de la primera tubería de derivación como sistema de subenfriamiento tanto como sea posible para mejorar la eficiencia del sistema de bomba de calor. Además, la primera válvula de derivación se puede abrir cuando la segunda válvula de derivación todavía tiene potencial para disminuir la temperatura de descarga. El efecto total de reducir la temperatura de descarga mediante la segunda válvula de derivación es mayor que el de la primera válvula de derivación. Por lo tanto, es posible disminuir rápidamente la temperatura de descarga. Además, puede darse el caso en el que la temperatura de descarga no sea alta mientras la segunda válvula de derivación esté completamente abierta. Por lo tanto, es posible evitar que aumente innecesariamente el grado de apertura de la primera válvula de derivación.

De acuerdo con otra realización preferida adicional del sistema de bomba de calor mencionado anteriormente en el que el controlador está configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación de modo que la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo cuando la temperatura de descarga sea más alta que la primera temperatura de descarga objetivo, el controlador está configurado para disminuir el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha alcanzado un primer umbral de grado de apertura.

Con esta configuración, cuanto más se abre la segunda válvula de derivación, es más probable que se controle el grado de apertura de la primera válvula de derivación en función de la temperatura de descarga. Por lo tanto, es posible disminuir la temperatura de descarga de forma más fiable.

Según otra realización preferida adicional del sistema de bomba de calor mencionado anteriormente en el que el controlador está configurado para disminuir el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha alcanzado un primer umbral de grado de apertura, el controlador está configurado para aumentar el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha disminuido hasta un segundo umbral de grado de apertura que es inferior o igual al primer umbral de grado de apertura.

Con esta configuración, cuando la primera tubería de derivación ya no necesita funcionar para regular la temperatura de descarga, la primera tubería de derivación vuelve a funcionar para regular la temperatura de sobrecalentamiento. Por lo tanto, es posible ejercer la función de la primera tubería de derivación como sistema de subenfriamiento tanto como sea posible para mejorar la eficiencia del sistema de bomba de calor.

De acuerdo con un ejemplo de referencia de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, el controlador está configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación de modo que: la temperatura de sobrecalentamiento se aproxima a una temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación es inferior a un umbral de primer grado de apertura; y la temperatura de descarga se aproxima a una primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación es mayor que el primer umbral de grado de apertura.

Con la configuración anterior, la primera tubería de derivación funciona para regular la temperatura de sobrecalentamiento cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación se mantiene bajo, y funciona para regular la temperatura de descarga cuando aumenta el grado de apertura de la segunda válvula de derivación. Por lo tanto, es posible evitar que la temperatura de descarga sea excesivamente alta utilizando la primera tubería de derivación, ejerciendo al mismo tiempo la función de la primera tubería de derivación como sistema de subenfriamiento tanto como sea posible para mejorar la eficiencia del sistema de bomba de calor. Además, el grado de apertura de la primera válvula de derivación se abre después de que ya se haya utilizado un gran potencial de la segunda válvula de derivación para reducir la temperatura de descarga. Puede darse el caso en el que la segunda válvula de derivación aún tenga el potencial de disminuir la temperatura de descarga aunque la temperatura de descarga sea alta. Por lo tanto, es posible evitar que se aumente innecesariamente el grado de apertura de la primera válvula de derivación. Además, el grado de apertura de la primera válvula de derivación se puede aumentar rápidamente antes de que la temperatura de descarga aumente excesivamente. Por lo tanto, es posible disminuir rápidamente la temperatura de descarga y evitar de forma efectiva que la temperatura de descarga sea excesivamente alta.

De acuerdo con el sistema de bomba de calor del primer aspecto de la presente invención, el controlador está configurado para cambiar de un primer control en el que el grado de apertura de la primera válvula de derivación se controla de modo que la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo a un segundo control en el que el grado de apertura de la primera válvula de derivación se controla de manera que la temperatura de sobrecalentamiento se aproxime a la temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando: la temperatura de descarga ha disminuido a una segunda temperatura de descarga objetivo que es inferior o igual a la primera temperatura de descarga objetivo; y/o el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha disminuido hasta un segundo umbral de grado de apertura que es inferior o igual al primer umbral de grado de apertura.

De acuerdo con otra realización preferida adicional de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, el sistema de bomba de calor está configurado para usar refrigerante R32.

El refrigerante R32, también llamado refrigerante HFC-32 o refrigerante difluorometano y con una fórmula química de CH2F2, tiene características de cero potencial de agotamiento del ozono y bajo potencial de calentamiento global. A su vez, la temperatura de descarga tiende a ser relativamente alta cuando se utiliza refrigerante R32. En este sentido, el sistema de bomba de calor según cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente puede disminuir la temperatura de descarga. Por lo tanto, es posible conseguir un sistema de bomba de calor ecológico al mismo tiempo que se garantiza una alta fiabilidad y seguridad.

Según otra realización preferida adicional de cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, el sistema comprende además: un mecanismo de conmutación de modo configurado para conmutar el estado del sistema de bomba de calor entre un modo de operación de enfriamiento en el que el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor está conectado a la tubería de refrigerante de alta presión y la tubería de refrigerante gas está conectada a la tubería de refrigerante de baja presión, y un modo de operación de calentamiento en el que el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor está conectado a la tubería de refrigerante de baja presión y la tubería de refrigerante gas está conectada a la tubería de refrigerante de alta presión; y un mecanismo de conmutación de conexión configurado para conmutar el estado de la segunda tubería de derivación entre un primer modo de conexión en el que la segunda tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el intercambiador de calor del refrigerante y el intercambiador de calor del lado de utilización, y un segundo modo de conexión en el que la segunda tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del refrigerante, en donde el controlador está configurado además para controlar el mecanismo de conmutación de conexión de modo que la segunda tubería de derivación está en el primer modo de conexión cuando el sistema de bomba de calor está en el modo de operación de enfriamiento, y la segunda tubería de derivación está en el segundo modo de conexión cuando el sistema de bomba de calor está en el modo de operación de calentamiento.

Con esta configuración, es posible conmutar el modo de operación del sistema de bomba de calor entre un modo de operación de enfriamiento en el que el intercambiador de calor del lado de utilización funciona como evaporador y un modo de operación de calentamiento en el que el intercambiador de calor del lado de utilización funciona como condensador. Además, la segunda tubería de derivación siempre se puede conectar a un lado aguas abajo del intercambiador de calor de refrigerante independientemente del modo de operación para derivar el refrigerante con temperatura más baja. Por lo tanto, es posible disminuir la temperatura de descarga de manera más eficaz tanto durante el modo de operación de enfriamiento como durante el modo de operación de calentamiento.

Un segundo aspecto de la presente invención proporciona un método para controlar el sistema de bomba de calor de acuerdo con cualquiera de los sistemas de bomba de calor mencionados anteriormente, que comprende: controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación de modo que la temperatura de sobrecalentamiento se aproxime a una temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando la temperatura de descarga sea inferior o igual a una primera temperatura de descarga objetivo, y de manera que la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo cuando la temperatura de descarga sea mayor que la primera temperatura de descarga objetivo; y disminuir el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación haya alcanzado el primer umbral de grado de apertura.

Mediante el método anterior, la primera tubería de derivación funciona para regular la temperatura de sobrecalentamiento cuando la temperatura de descarga se mantiene baja, y funciona para regular la temperatura de descarga cuando la temperatura de descarga ha aumentado. Así, es posible evitar que la temperatura de descarga sea excesivamente alta, mejorando al máximo la eficiencia del sistema de bomba de calor.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista de configuración esquemática de un sistema de bomba de calor según una primera realización de la presente invención.

La Fig. 2 es un diagrama de bloques que indica una configuración funcional de un controlador mostrado en la Fig. 1. La Fig. 3 es un diagrama de flujo que indica el proceso realizado por el controlador.

La Fig. 4 es una vista de configuración esquemática de un sistema de bomba de calor según una segunda realización de la presente invención.

La Fig. 5 es una vista de configuración esquemática de un sistema de bomba de calor según una tercera realización de la presente invención.

La Fig. 6 es un diagrama de bloques que indica una configuración funcional de un controlador mostrado en la Fig. 5. La Fig. 7 es un diagrama de flujo que indica el proceso realizado por el controlador.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Primera realización

Se describirá una realización preferida de un sistema de bomba de calor según la presente invención (en lo sucesivo, referida como "primera realización") haciendo referencia a los dibujos. El sistema de bomba de calor según la primera realización es un sistema de refrigeración para enfriar un espacio objetivo utilizando refrigerante R32, por ejemplo.

Configuración del Circuito del sistema

La Fig. 1 es una vista de configuración esquemática de un sistema de bomba de calor según la primera realización. Como se muestra en la Fig. 1, el sistema de bomba de calor 100 según la primera realización comprende una unidad del lado de utilización 200 y una unidad del lado de la fuente de calor 300 que forman un circuito de bomba de calor. La unidad del lado de utilización 200 está dispuesta en el espacio objetivo, y la unidad del lado de la fuente de calor 300 está dispuesta fuera del espacio objetivo, por ejemplo. La unidad del lado de utilización 200 y la unidad del lado de la fuente de calor 300 pueden ser fabricadas por separado y después ser conectadas entre sí a través de las tuberías mencionadas más adelante. Alternativamente, la unidad del lado de utilización 200 y la unidad del lado de la fuente de calor 300 pueden estar integradas como una sola unidad. Una pluralidad de unidades del lado de utilización 200 puede estar conectada a una o a una pluralidad de las unidades del lado de la fuente de calor 300. La unidad del lado de utilización 200 incluye un mecanismo de expansión del lado de utilización 211 y un HEX (intercambiador de calor) del lado de utilización 212. Los elementos de la unidad del lado de utilización 200 pueden estar alojados en una carcasa (no mostrada).

El mecanismo de expansión del lado de utilización 211 está dispuesto en una tubería de refrigerante líquido 322 mencionada más adelante que se extiende desde la unidad del lado de la fuente de calor 300, y está configurada para descomprimir y expandir el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido desde la unidad del lado de la fuente de calor 300. El mecanismo de expansión del lado de utilización 211 puede ser una válvula de expansión eléctrica. El HEX del lado de utilización 212 está conectado con un extremo de la tubería de refrigerante líquido 322, y está también conectado con un extremo de una tubería de refrigerante gas 323 mencionada más adelante que se extiende desde la unidad del lado de la fuente de calor 300. El HEX del lado de utilización 212 está configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye desde la tubería de refrigerante líquido 322 y la tubería de refrigerante gas 323 y el fluido que pasa a su través. Cuando el refrigerante en la tubería de refrigerante líquido 322 fluye hacia el HEX del lado de utilización 212, el refrigerante se descomprime y se expande mediante el mecanismo de expansión del lado de utilización 211. El fluido que lo atraviesa puede ser aire, agua u otro refrigerante. El HEX del lado de utilización 212 puede estar provisto de un ventilador, una bomba o similar para facilitar el flujo del fluido.

La unidad del lado de la fuente de calor 300 incluye un compresor de refrigerante 311, un HEX 312 del lado de la fuente de calor, un mecanismo de expansión principal 313, un HEX de refrigerante 314, una válvula de cierre del lado del líquido 315, una válvula de cierre del lado del gas 316 y un acumulador 317. La unidad del lado de la fuente de calor 300 también incluye una tubería de refrigerante de alta presión 321, la tubería de refrigerante líquido 322, la tubería de refrigerante gas 323, una tubería de refrigerante de baja presión 324, una primera tubería de derivación 331 y una segunda tubería de derivación 332. La unidad del lado de la fuente de calor 300 incluye además una primera válvula de derivación 341, una segunda válvula de derivación 342, un sensor de derivación 351, un sensor del lado de succión 352, un sensor del lado de descarga 353 y un controlador 400. Los elementos de la unidad del lado de la fuente de calor 300 pueden estar alojados en una carcasa (no mostrada).

El compresor de refrigerante 311 tiene un puerto de succión y un puerto de descarga (no mostrado), y está configurado para succionar refrigerante a través del puerto de succión, comprimir el refrigerante succionado y descargar el refrigerante comprimido desde el puerto de descarga. Un extremo de la tubería de refrigerante de baja presión 324 está conectado con el puerto de succión, y un extremo de la tubería de refrigerante de alta presión 321 está conectado con el puerto de descarga.

El HEX del lado de la fuente de calor 312 está conectado a otro extremo de la tubería de refrigerante de alta presión 321, y también está conectado con otro extremo de la tubería de refrigerante líquido 322. El HEX del lado de la fuente de calor 312 está configurado para producir un intercambio de calor entre refrigerante que fluye desde la tubería de refrigerante de alta presión 321 a la tubería de refrigerante líquido 322 y el fluido que pasa a su través. El refrigerante que fluye en el mismo es el refrigerante comprimido por el compresor de refrigerante 311. El fluido que lo atraviesa puede ser aire, agua u otro refrigerante. El HEX del lado de la fuente de calor 312 puede estar provisto de un ventilador, una bomba o similar para facilitar el flujo del fluido.

El mecanismo de expansión principal 313 está dispuesto en la tubería de refrigerante líquido 322 y está configurado para descomprimir y expandir el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido desde el HEX del lado de la fuente de calor 312. El mecanismo de expansión principal 313 puede ser una válvula de expansión eléctrica. El HEX de refrigerante 314 está configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322 y el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331. El HEX de refrigerante 314 puede tener dos canales de flujo que tienen conductancia térmica entre ellos. Los dos canales de flujo forman parte de la tubería de refrigerante líquido 322 y una parte de la primera tubería de derivación 331, respectivamente.

La válvula de cierre del lado del líquido 315 está dispuesta en la parte más alejada de la tubería de refrigerante líquido 322 del compresor de refrigerante 311 dentro de la unidad del lado de la fuente de calor 300, y es capaz de detener el flujo de refrigerante que sale de la unidad del lado de la fuente de calor 300 a través de la tubería de refrigerante líquido 322. La válvula de cierre del lado del líquido 315 puede ser una válvula de expansión eléctrica. Otro extremo de la tubería de refrigerante gas 323 está conectado con otro extremo de la tubería de refrigerante de baja presión 324. Por lo tanto, el HEX del lado de utilización 212 de la unidad del lado de utilización 200 está conectado al compresor de refrigerante 311 a través de la tubería de refrigerante gas 323 y la tubería de refrigerante de baja presión 324.

La válvula de cierre del lado del gas 316 está dispuesta en la parte más alejada de la tubería del refrigerante gas 323 del compresor de refrigerante 311 dentro de la unidad del lado de la fuente de calor 300, y es capaz de detener el flujo de refrigerante hacia la unidad del lado de la fuente de calor 300 a través de la tubería de refrigerante gas 323. La válvula de cierre del lado del gas 316 puede ser una válvula de expansión eléctrica.

El acumulador 317 está dispuesto en la tubería de refrigerante de baja presión 324 y está configurado para acumular el exceso de refrigerante en el circuito de la bomba de calor. El acumulador 317 también está configurado para separar el refrigerante gas del refrigerante que fluye hacia el acumulador 317 y enviar el gas refrigerante separado al compresor de refrigerante 311.

Un extremo de la primera tubería de derivación 331 está conectado con la tubería de refrigerante líquido en un punto P1 entre el mecanismo de expansión principal 313 y el HEX de refrigerante 314. Otro extremo de la primera tubería de derivación 331 está conectado con la tubería de refrigerante de baja presión 324 en un punto P2 entre el acumulador 317 y el HEX del lado de utilización 212, es decir, entre el acumulador 317 y la tubería gas refrigerante 323.

La primera válvula de derivación 341 (EVT) está dispuesta en la primera tubería de derivación 331 en un punto entre el punto P1 y el HEX de refrigerante 314, y está configurada para descomprimir y expandir el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331 desde la tubería de refrigerante líquido 322. Por lo tanto, la primera válvula de derivación 341 está configurada para suministrar refrigerante de dos fases gas-líquido con una temperatura inferior a la del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322 hacia el HEX de refrigerante 314. De este modo, el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322 se enfría cuando pasa a través del HEX de refrigerante 314. La primera válvula de derivación 341 también es capaz de cerrar el flujo de refrigerante. La primera válvula de derivación 341 puede ser una válvula de expansión eléctrica.

Un extremo de la segunda tubería de derivación 332 está conectado con la tubería de refrigerante líquido 322 en un punto P3. En esta realización, el punto P3 está situado entre el HEX de refrigerante 314 y la válvula de cierre del lado del líquido 315. Otro extremo de la segunda tubería de derivación 332 está conectado con la tubería de refrigerante de baja presión en un punto P4 entre el acumulador 317 y el compresor de refrigerante 311.

La segunda válvula de derivación 342 (EVL) está dispuesta en la segunda tubería de derivación 332 y está configurada para descomprimir y expandir el refrigerante que fluye en la segunda tubería de derivación 332 desde la tubería de refrigerante líquido 322. Por lo tanto, la segunda válvula de derivación 341 está configurada para suministrar refrigerante de dos fases gas-líquido con una temperatura más baja que el refrigerante que fluye desde la tubería de refrigerante gas 323 a la tubería de refrigerante de baja presión 324. Este refrigerante con temperatura más baja se une con el refrigerante descargado del acumulador 317 para disminuir la temperatura del refrigerante que va a ser succionado por el compresor de refrigerante 311. La segunda válvula de derivación 342 también es capaz de cerrar el flujo de refrigerante. La segunda válvula de derivación 342 puede ser una válvula de expansión eléctrica.

El sensor de derivación 351 está unido a la primera tubería de derivación 331 en un punto entre el HEX de refrigerante 314 y el punto P2. El sensor de derivación 351 está configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331 en un lado aguas abajo del HEX de refrigerante 314 (en lo sucesivo denominada como "temperatura del refrigerante de derivación Tsh"), y produce una señal que indica la temperatura de refrigerante de derivación detectada Tsh al controlador 400. El sensor de derivación 351 puede ser un termistor.

El sensor del lado de succión 352 está unido a la tubería de refrigerante de baja presión 324 en un lado aguas arriba del punto P2. El sensor del lado de succión 352 está configurado para detectar la presión del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de baja presión 324 (en adelante denominada como "presión del lado de succión Psu"), y produce una señal que indica la presión Psu del lado de succión detectada al controlador 400. El sensor del lado de succión 352 puede ser un sensor de presión capacitivo.

La temperatura de saturación Teg del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de baja presión se puede identificar a partir de la presión del lado de succión Psu cuando se conoce el refrigerante utilizado. La temperatura de sobrecalentamiento SH del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331 se puede identificar a partir de la diferencia de la temperatura del refrigerante de derivación Tsh con respecto a la temperatura de saturación Teg. Por lo tanto, se puede decir que el sensor de derivación 351 y el sensor del lado de succión 352 forman un detector de temperatura de sobrecalentamiento que está configurado para detectar la temperatura del refrigerante de derivación Tsh y la presión del lado de succión Psu como parámetros que indican la temperatura de sobrecalentamiento SH del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331.

El sensor del lado de descarga 353 está conectado a la tubería de refrigerante de alta presión 321. El sensor del lado de descarga 353 está configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de alta presión 321 (en lo sucesivo denominada como "temperatura de descarga Tdi"), y produce una señal que indica la temperatura de descarga detectada Tdi al controlador 400.

El controlador 400 incluye un circuito aritmético tal como una CPU (Unidad Central de Procesamiento), una memoria de trabajo utilizada por la CPU como una RAM (Memoria de Acceso Aleatorio) y un medio de grabación que almacena programas de control e información utilizada por la CPU como un ROM (Memoria de Solo Lectura), aunque no se muestran. El controlador 400 está configurado para realizar el procesamiento de la información y el procesamiento de las señales mediante la CPU que ejecuta los programas de control para controlar el funcionamiento del sistema de bomba de calor 100. En particular, el controlador 400 está configurado para controlar los grados de apertura de la primera y segunda válvulas de derivación 341,342.

Con esta configuración, cuando el compresor de refrigerante 311 funciona, el HEX del lado de la fuente de calor 312 y el HEX del lado de utilización 212 funcionan como un condensador y un evaporador del circuito de la bomba de calor, respectivamente. De ese modo, es posible enfriar el espacio objetivo. Además, cuando la primera válvula de derivación 341 está abierta en un cierto grado, la primera tubería de derivación 331 funciona como un sistema de subenfriamiento para disminuir la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322. Por lo tanto, es posible enfriar el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido mediante el intercambiador de calor del refrigerante para mejorar la eficiencia de enfriamiento en el HEX de refrigerante 314.

Esta configuración puede ser más efectiva cuando la longitud de tubería entre la unidad del lado de la fuente de calor 300 y la unidad del lado de utilización 200 es relativamente larga. En el caso de que la longitud de la tubería sea larga, la pérdida de presión del refrigerante en la tubería de refrigerante líquido 322 tiende a aumentar. En este sentido, abriendo la primera válvula de derivación 341, es posible aumentar el grado de subenfriamiento del refrigerante. Como resultado, es posible mantener el rendimiento del enfriamiento en la unidad del lado de utilización 200 aunque se reduce el volumen de circulación de refrigerante en la tubería de refrigerante líquido 322.

Además, cuando la segunda válvula de derivación 342 está abierta en un cierto grado, la segunda tubería de derivación 332 funciona como un sistema de inyección para disminuir la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de baja presión 324. Por lo tanto, es posible disminuir la temperatura de descarga Tdi para mejorar la fiabilidad y seguridad del sistema de bomba de calor 100. Esta configuración es más eficaz cuando se utiliza refrigerante R32.

Los grados de apertura de la primera válvula de derivación 341 y de la segunda válvula de derivación 342 son controlados por el controlador 400 en función de las señales procedentes del sensor de derivación 351, del sensor del lado de succión 352 y del sensor del lado de descarga 353 (en lo sucesivo denominados "sensores" según sea necesario).

Configuración Funcional del controlador

La Fig. 2 es un diagrama de bloques que indica una configuración funcional del controlador 400.

Como se muestra en la Fig. 2, el controlador 400 incluye una sección de almacenamiento 410, una sección de entrada de información 420, una sección de operación 430, una sección de salida de información 440 y una sección de control de válvula 450.

La sección de almacenamiento 410 almacena información en un formato legible por la sección de control de válvula 450. La información almacenada incluye información de temperatura de saturación e información de control de válvulas que están preparadas con antelación en base a experimentos o similares.

La información de la temperatura de saturación indica una correlación entre la presión y la temperatura de saturación del refrigerante utilizado en el sistema de bomba de calor 100. A partir de la información de la temperatura de saturación, es posible identificar la temperatura de saturación Teg del refrigerante si se ha detectado la presión del lado de succión Psu del mismo.

La información de control de válvula indica criterios predeterminados para determinar un valor de una temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt. La temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt es 5 K (Kelvin), por ejemplo. La temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt se puede determinar de manera que el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331 en el lado aguas abajo del refrigerante HEX 314 se mantenga en forma de gas, pero a una temperatura más baja tanto como sea posible. Por lo tanto, es posible hacer uso de todo el potencial del refrigerante HEX 314 para generar refrigerante líquido subenfriado en la tubería de refrigerante líquido 322 a la vez que se evita un impacto negativo en la temperatura de descarga debido a una temperatura de sobrecalentamiento excesivamente alta.

La información de control de válvula también indica un primer valor de temperatura T1 y un tercer valor de temperatura T3 de una primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1. La temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt y la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 son valores de referencia utilizados por la sección de control de válvula 450 para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341. La información de control de válvula indica además un segundo valor de temperatura T2 de una segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2. La segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2 es un valor de referencia utilizado por la sección de control de válvula 450 que controla el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342.

En este caso, el primer valor de temperatura T1 es mayor que cualquiera de los segundos y terceros valores de temperatura T2, T3. Preferiblemente, el segundo valor de temperatura T2 es menor que el tercer valor de temperatura T3. En un caso en el que se utiliza refrigerante R32, la primera temperatura T1 es 115, la segunda temperatura T2 es 95 y la tercera temperatura T3 es 90 (grados Celsius), por ejemplo. Sin embargo, uno o más del primer, segundo y tercer valores de temperatura T1, T2, T3 pueden ser variables dependiendo de una circunstancia tal como el estado de funcionamiento del sistema de bomba de calor 100. En este caso, la información de control de válvula indica criterios predeterminados para determinar el primer, segundo y/o tercer valores de temperatura T1, T2, T3. Estos valores de temperatura T1, T2, T3 se pueden determinar de modo que se eviten las degradaciones del aceite y/o de los materiales de aislamiento de la bobina del motor utilizados en el compresor de refrigerante 311. Además, la información de control de la válvula indica un umbral de grado de apertura ODth. El umbral de grado de apertura ODth es un valor de referencia utilizado por la sección de control de válvula 450 para cambiar entre el primer valor de temperatura T1 y el tercer valor de temperatura T3.

La sección de entrada de información 420 está configurada para introducir la información necesaria para controlar el funcionamiento del sistema de bomba de calor 100. La información a introducir incluye las señales producidas procedentes de los sensores. La sección de entrada de información 420 está configurada para generar la temperatura del refrigerante de derivación Tsh, la presión del lado de succión Psu y la temperatura de descarga Tdi indicadas por las señales introducidas en la sección de control de la válvula 450 (en lo sucesivo denominadas como "resultados de detección" según sea necesario). La sección de entrada de información 420 obtiene y produce los resultados de la detección de forma regular o cuando los resultados de la detección hayan cambiado. La sección de entrada de información 420 puede ser una interfaz de comunicación por cable/inalámbrica para comunicarse con los sensores (no se muestran las líneas de señal).

La sección de operación 430 está configurada para operar el sistema de bomba de calor 100 para realizar una operación de bomba de calor al operar el compresor de refrigerante 311, el mecanismo de expansión del lado de utilización 211, los ventiladores y similares. Además, la sección de operación 430 está configurada para operar la primera válvula de derivación 341 y la segunda válvula de derivación 342 de acuerdo con los comandos de la sección de control de válvula 450. La sección de operación 430 puede ser una interfaz de comunicación por cable/inalámbrica para comunicarse con los mecanismos anteriores, y puede incluir una fuente de alimentación para los mecanismos anteriores.

La sección de salida de información 440 está configurada para enviar información a un usuario del sistema de bomba de calor 100 de acuerdo con los comandos de la sección de control de válvula 450. La sección de salida de información 440 puede ser un dispositivo de visualización, una luz eléctrica, un altavoz, una interfaz de comunicación por cable/inalámbrica para transmitir información a un dispositivo de salida de información o similar. La sección de control de válvula 450 está configurada para aumentar el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 al menos cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 332 haya alcanzado el umbral de grado de apertura ODth. La sección de control de válvula 450 incluye una primera sección de control de válvula 451, una segunda sección de control de válvula 452 y una sección de control de modo 453.

La primera sección de control de válvula 451 está configurada para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 de modo que, cuando la temperatura de descarga Tdi es inferior o igual a la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1, la temperatura de sobrecalentamiento SH se aproxima a la temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt (un segundo control). La primera sección de control de válvula 451 también está configurada para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 de modo que, cuando la temperatura de descarga Tdi es más alta que la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1, la temperatura de descarga Tdi se aproxima a la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 (un primer control). El valor de temperatura de la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 está determinado por la sección de control de modo 453 como se explica más adelante. La primera sección de control de válvula 451 controla el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 enviando comandos a la sección de operación 430.

La segunda sección de control de válvula 452 está configurada para controlar el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 de manera que, cuando la temperatura de descarga Tdi es inferior o igual a la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2, la segunda válvula de derivación 342 se cierra. Esto puede incluir un estado en el que la segunda válvula de derivación 342 esté en el grado de apertura mínimo pero no completamente cerrada. La segunda sección de control de válvula 452 también está configurada para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación 342 de modo que, cuando la temperatura de descarga Tdi es más alta que la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2, la temperatura de descarga Tdi se aproxima a la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2. El valor de temperatura de la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2 se fija en el segundo valor de temperatura T2. Sin embargo, puede ser modificado por la sección de control de modo 453. La segunda sección de control de válvula 452 controla el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 enviando comandos a la sección de operación 430.

La sección de control de modo 453 está configurada para disminuir el valor de la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 ha alcanzado el umbral de grado de apertura ODth. Más específicamente, la sección de control de modo 453 está configurada para conmutar la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 del primer valor de temperatura T1 al tercer valor de temperatura T3 cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 ha excedido el umbral del grado de apertura ODth.

Con la configuración anterior, cuando la segunda válvula de derivación 342 está completamente abierta, el controlador 400 relaja la condición para controlar la primera válvula de derivación 341 en función de la temperatura de descarga Tdi. Por lo tanto, el controlador 400 puede hacer que el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341, que normalmente se controla en función de la temperatura de sobrecalentamiento SH, sea más probable que sea controlado en función de la temperatura de descarga Tdi para disminuir la temperatura de descarga Tdi cuando hay posibilidad de que la temperatura de descarga se vuelva excesivamente alta.

Funcionamiento del controlador

La Fig. 3 es un diagrama de flujo que indica el proceso realizado por el controlador 450.

En el paso S1100, la sección de control de modo 453 establece inicialmente el primer valor de temperatura T1 en la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1, y establece el segundo valor de temperatura T2 en la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2. Como se mencionó anteriormente, el primer valor de temperatura T1 es mayor que el segundo valor de temperatura T2. Preferiblemente, el primer valor de temperatura T1 es un valor que la temperatura de descarga Tdi no alcanzaría cuando la temperatura de descarga Tdi puede disminuir aumentando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342.

En el paso S1200, la sección de control de válvulas 450 adquiere la temperatura de descarga Tdi y la temperatura de sobrecalentamiento SH. Más específicamente, la sección de control de válvula 450 adquiere la temperatura del refrigerante de derivación Tsh, la presión del lado de succión Psu y la temperatura de descarga Tdi del sensor de derivación 351, del sensor del lado de succión 352 y del sensor del lado de descarga 353 a través de la sección de entrada de información 420. Después, la sección de control de válvula 450 identifica la temperatura de saturación Teg a partir de la presión del lado de succión Psu haciendo referencia a la información de temperatura de saturación. La sección de control de válvula 450 identifica, como la temperatura de sobrecalentamiento SH, un valor que se obtiene restando la temperatura de saturación identificada Teg de la temperatura del refrigerante de derivación Tsh. La sección de control de válvula 450 puede usar promedios móviles de cada uno de los resultados de detección.

En el paso S1300, la segunda sección de control de válvula 452 determina si la temperatura de descarga adquirida Tdi es mayor que la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2 (es decir, el segundo valor de temperatura T2). Si la temperatura de descarga Tdi es inferior o igual a la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2 (S1300: No), la segunda sección de control de válvula 452 pasa al paso S1400. Si la temperatura de descarga Tdi es mayor que la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2 (S1300: Sí), la segunda sección de control de válvula 452 pasa al paso S1500.

En el paso S1400, la segunda sección de control de válvula 452 controla el cierre de la segunda válvula de derivación 342. Si la segunda válvula de derivación 342 ya está cerrada, la segunda sección de control de válvula 452 mantiene este estado cerrado. Si la segunda válvula de derivación 342 está abierta, la segunda sección de control de válvula 452 cierra la segunda válvula de derivación 342.

En el paso S1500, la segunda sección de control de válvula 452 controla la apertura de la segunda válvula de derivación 342, mientras controla el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 en función de la temperatura de descarga Tdi como se mencionó anteriormente. Más específicamente, la segunda sección de control de válvula 452 controla la segunda válvula de derivación 342, de manera que la temperatura de descarga Tdi disminuye (se aproxima) a la segunda temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt2 (es decir, al segundo valor de temperatura T2) tanto como sea posible.

Cuando la segunda válvula de derivación 342 está totalmente abierta, es difícil seguir reduciendo la temperatura de descarga Tdi.

Así, en el paso S1600, la sección de control de modo 453 determina si el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 es mayor que el umbral del grado de apertura ODth. Si el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 es inferior o igual al umbral del grado de apertura ODth (S1600: No), la sección de control de modo 453 avanza al paso S1700. Si el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 es mayor que el umbral del grado de apertura ODth (S1600: Sí), la sección de control de modo 453 avanza al paso S1800.

En el paso S1700, la sección de control de modo 453 mantiene la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 como el valor inicial (es decir, el primer valor de temperatura T1). Si el tercer valor de temperatura T3 se ha establecido en el paso S1800 mencionado más tarde en un ciclo de proceso anterior, la sección de control de modo 453 establece el primer valor de temperatura T1 en la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1.

En el paso S1800, la sección de control de modo 453 establece el tercer valor de temperatura T3 en la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1. Así, el valor de la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1 se reduce desde el primer valor de temperatura T1 al tercer valor de temperatura T3 cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 ha alcanzado el umbral de grado de apertura ODth. Si el tercer valor de temperatura T3 ya se ha establecido en un ciclo de proceso anterior, la sección de control de modo 453 mantiene la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 como está.

Cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 332 ha disminuido hasta el umbral de grado de apertura ODth mientras que la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1 es el tercer valor de temperatura T3, la sección de control de modo 453 aumenta el valor de la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt. 1 desde el tercer valor de temperatura T3 hasta el primer valor de temperatura T1 en el paso S1700. Sin embargo, el umbral de grado de apertura ODth (un primer umbral de grado de apertura) utilizado cuando la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1 es el primer valor de temperatura T1 y el umbral de grado de apertura ODth (un segundo umbral de grado de apertura) utilizado cuando la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1 es el tercer valor de temperatura T3 puede ser diferente. En este caso, es preferible que el umbral del segundo grado de apertura sea inferior al umbral del primer grado de apertura, para evitar que la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1 sea modificada con frecuencia en un período de tiempo corto.

En el paso S1900, la primera sección de control de válvula 451 determina si la temperatura de descarga Tdi es mayor que la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1. La primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 es uno del primer valor de temperatura T1 y del tercer valor de temperatura T3 dependiendo del resultado de la determinación en el paso S1600 como se mencionó anteriormente. Si la temperatura de descarga Tdi es inferior o igual a la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 (S1900: No), la primera sección de control de válvula 451 pasa al paso S2000. Si la temperatura de descarga Tdi es mayor que la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 (S1900: Sí), la primera sección de control de válvula 451 pasa al paso S2100.

En el paso S2000, la primera sección de control de válvula 451 controla el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 basándose en la temperatura de sobrecalentamiento SH como se mencionó anteriormente. Más específicamente, la primera sección de control de válvula 451 determina la temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt basándose en la información de control de la válvula y controla el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341, de modo que la temperatura de sobrecalentamiento SH se aproxime a la temperatura de sobrecalentamiento objetivo SH_tgt tanto como sea posible.

En el paso S2100, la primera sección de control de válvula 451 controla el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 basándose en la temperatura de descarga Tdi como se mencionó anteriormente. Más específicamente, la primera sección de control de válvula 451 controla la primera válvula de derivación 341 de manera que la temperatura de descarga Tdi disminuye (se aproxima) a la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 (es decir, el primer valor de temperatura T1 o el tercer valor de temperatura T3) tanto como sea posible. Por lo tanto, cuando la segunda válvula de derivación 342 está muy abierta excediendo el umbral de grado de apertura ODth, la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt.1 disminuye, y se hace más probable que la segunda sección de control de válvula 452 controle el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 para disminuir la temperatura de descarga Tdi. En otras palabras, la operación de la primera válvula de derivación 341 conmuta de una operación principalmente para lograr el sistema de subenfriamiento a otra operación principalmente para disminuir la temperatura de descarga. Un aumento del grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 da como resultado que el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322 esté más subenfriado y, por lo tanto, mejora el efecto de enfriamiento por la segunda tubería de derivación 332.

La sección de control de válvula 450 también puede producir, en el paso S2100, información de alarma mediante una imagen, una luz, un sonido, una señal de comunicación o similar a través de la sección de salida de información 440 produciendo comandos para notificar al usuario de una posible temperatura de descarga excesivamente alta. La sección de control de válvula 450 puede producir la información de alarma en función de otras condiciones, por ejemplo, cuando la temperatura de descarga Tdi ha alcanzado un umbral predeterminado o cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 ha excedido un umbral de grado de apertura predeterminado. La sección de control de válvula 450 también puede enviar un comando a la sección de operación 430 para detener la operación del compresor de refrigerante 311 cuando la temperatura de descarga Tdi es más alta que un umbral predeterminado más alto que la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1.

En el paso S2200, el controlador 400 determina si se ha designado una finalización de la operación. La designación puede ser realizada por una operación de usuario, de otro dispositivo o del propio controlador 400. Si no se ha designado la finalización de la operación (S2200: No), el controlador 400 vuelve al paso S1200. Si se ha designado la finalización de la operación (S2200: Sí), el controlador 400 finaliza su operación.

Mediante la operación anterior del controlador 400, el sistema de bomba de calor 100 puede utilizar rápidamente la primera tubería de derivación 331 provista para el sistema de subenfriamiento para soportar la función de inyección de la segunda tubería de derivación 332 cuando la función de inyección es insuficiente.

Cabe señalar que se puede cambiar el orden de ejecución de los pasos S1300 a S1500, los pasos S1600 a S1800 y los pasos S1900 a S2100 mencionados anteriormente. Además, el paso de adquirir la temperatura de descarga Tdi en el paso S1200 se puede ejecutar en otro momento que sea anterior al menos a los pasos S1300 y S1900, y el paso de adquirir la temperatura de sobrecalentamiento SH en el paso S1200 se puede ejecutar en otro momento que sea anterior a al menos el paso S2000.

Efecto ventajoso

De acuerdo con la primera realización, utilizando la primera tubería de derivación 331 y la primera válvula de derivación 341 que se proporcionaron originalmente para subenfriar el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322, es posible aumentar la capacidad de flujo del refrigerante sin pasar por el HEX del lado de utilización 212. Por lo tanto, es posible reducir de forma efectiva la temperatura de descarga Tdi para evitar que se vuelva excesivamente alta. Además, este efecto se puede conseguir sin aumentar el grosor y/o el número de la segunda tubería de derivación 332. Por lo tanto, la eficiencia, la fiabilidad y la seguridad del sistema de bomba de calor 100 se pueden mejorar a la vez que se evita un aumento en el coste de producción y/o de las dimensiones del sistema tanto como sea posible.

Cuando el circuito de la bomba de calor es relativamente largo y/o se utiliza un refrigerante específico tal como el refrigerante R32, la temperatura de descarga Tdi tiende a ser alta. Por lo tanto, la configuración anterior es adecuada para un sistema de bomba de calor de este tipo que tenga un circuito largo. En otras palabras, es posible controlar la temperatura de descarga dentro de límites aceptables independientemente de la situación de las tuberías.

Si el grosor y/o el número de la segunda tubería de derivación 332 simplemente aumentan para mejorar la capacidad de flujo de la segunda tubería de derivación 332, el coste de producción y/o de las dimensiones de la unidad del lado de la fuente de calor 300 aumentarían. Por lo tanto, es posible dotar al sistema de bomba de calor 100 de una alta eficiencia, fiabilidad y seguridad a la vez que se evita en la medida de lo posible un aumento en el coste de producción y/o en las dimensiones del sistema.

Modificaciones de la primera realización

En la realización anterior, el desencadenante para conmutar el valor de la primera temperatura de descarga objetivo Tdi_tgt1 es que el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 ha excedido el umbral del grado de apertura ODth. Sin embargo, el desencadenante puede ser que la temperatura de descarga Tdi haya alcanzado un umbral de temperatura de descarga. Por lo tanto, el controlador 400 se puede configurar para aumentar el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341 cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 342 haya alcanzado el umbral de grado de apertura ODth y/o la temperatura de descarga Tdi haya alcanzado un umbral de temperatura de descarga. De este modo, también es posible reducir de forma efectiva la temperatura de descarga Tdi para evitar que llegue a ser excesivamente alta.

Además, en la realización anterior, la tubería de refrigerante de alta presión 321 está conectada con el HEX del lado de la fuente de calor 312, y la tubería de refrigerante de baja presión 324 está conectada con el HEX del lado de utilización 212 a través de la tubería de refrigerante gas 323. Sin embargo, la tubería de refrigerante de alta presión 321 se puede conectar al HEX del lado de utilización 212 a través de la tubería de refrigerante gas 323, y la tubería de refrigerante de baja presión 324 se puede conectar al HEX del lado de la fuente de calor 312. En esta configuración, el HEX 312 del lado de la fuente de calor y el HEX 212 del lado de utilización funcionan como un evaporador y un condensador del circuito de la bomba de calor, respectivamente. Es preferible que el punto de conexión P3 de la segunda tubería de derivación 332 esté ubicado aguas abajo del intercambiador de calor de refrigerante 314.

Segunda realización

Otra realización preferida del sistema de bomba de calor según la presente invención (en lo sucesivo denominada "segunda forma de realización") se describirá haciendo referencia al dibujo. El sistema de bomba de calor según la segunda realización tiene sustancialmente las mismas características que el sistema de bomba de calor 100 según la primera realización mencionada anteriormente, excepto las características que se explican a continuación.

La Fig. 4 es una vista de configuración esquemática de un sistema de bomba de calor según la segunda realización. Como se muestra en la Fig. 4, en la unidad del lado de la fuente de calor 300a del sistema de bomba de calor 100a según esta realización, la primera tubería de derivación 331a no está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión 324 sino con el puerto de inyección del compresor de refrigerante 311 (el punto P5). El puerto de inyección está en comunicación con una cámara de presión intermedia del compresor de refrigerante 311.

A la primera tubería de derivación 331a, el sensor de derivación (en lo sucesivo, denominado "primer sensor de derivación 351"), que es idéntico al sensor de derivación 351 de la primera realización, y otro sensor de derivación (en lo sucesivo denominado, "segundo sensor de derivación 351a")están unidos. Puede haber dos patrones en los tipos de sensores del primer y segundo sensores de derivación 351,351 a.

En el primer patrón, el primer sensor de derivación 351 está configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a en un lado aguas abajo del HEX de refrigerante 314, y el segundo sensor de derivación 351a está configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a entre la primera válvula de derivación 341 y el HEX de refrigerante 314.

En el segundo patrón, el primer sensor de derivación 351 está configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a en un lado aguas abajo de la primera válvula de derivación 341, y el segundo sensor de derivación 351a está configurado para detectar la presión del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a en un lado aguas abajo de la primera válvula de derivación 341. Por lo tanto, en el segundo patrón, el segundo sensor de derivación 351a no necesita estar situado entre la primera válvula de derivación 341 y el HEX del refrigerante 314.

El refrigerante que fluye desde la primera válvula de derivación 341 al HEX del refrigerante 314 en la primera tubería de derivación 331a es de dos fases gas-líquido. Por lo tanto, el segundo sensor de derivación 351a en el primer patrón puede detectar la temperatura de saturación Ts del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a. Por lo tanto, en el caso del primer patrón, el controlador 400 puede obtener fácilmente la temperatura de sobrecalentamiento SH del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a simplemente deduciendo la temperatura detectada por el segundo sensor de derivación 351a a partir de la temperatura detectada por el primer sensor de derivación 351.

En el caso del segundo patrón, la presión detectada por el segundo sensor de derivación 351a se puede utilizar de la misma manera que la presión Psu del lado de succión de la realización. Por lo tanto, la temperatura de sobrecalentamiento SH del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación 331a se puede obtener de todos modos de la misma manera que en la primera realización.

Dado que el refrigerante utilizado en el HEX del refrigerante 314 es inyectado en el puerto de inyección del compresor de refrigerante 311, es posible mejorar la eficiencia del compresor de refrigerante 311. Además, es posible disminuir de manera eficiente la temperatura de descarga Tdi controlando la primera válvula de derivación 341 en base a la temperatura de descarga Tdi.

Tercera realización

Adicionalmente, se describirá, haciendo referencia a los dibujos, otra realización preferida del sistema de bomba de calor según la presente invención (en lo sucesivo denominada "tercera realización"). El sistema de bomba de calor según la tercera realización tiene sustancialmente las mismas características que el sistema de bomba de calor 100 según la primera realización mencionada anteriormente, excepto las características que se explican a continuación. La Fig. 5 es una vista de configuración esquemática de un sistema de bomba de calor según la tercera realización. Como se muestra en la Fig. 5, la unidad del lado de la fuente de calor 300b del sistema de bomba de calor 100b según esta realización comprende además un mecanismo de conmutación de modo 325b y un mecanismo de conmutación de conexión 333b.

El mecanismo de conmutación de modo 325b está configurado para conmutar el estado del sistema de bomba de calor 100b entre un modo de operación de enfriamiento y un modo de operación de calentamiento. En el modo de operación de enfriamiento, el HEX del lado de la fuente de calor 312 está conectado a la tubería de refrigerante de alta presión 321, y la tubería de refrigerante gas 323 está conectada a la tubería de refrigerante de baja presión 324. Este estado de conexión corresponde a la configuración de la primera realización, Fig. 1, y representada por líneas discontinuas en el mecanismo de conmutación de modo 325b de la Fig. 5. En el modo de operación de calentamiento, el HEX del lado de la fuente de calor está conectado a la tubería de refrigerante de baja presión 324 y la tubería de refrigerante gas 323 está conectado a la tubería de refrigerante de alta presión 321. Este estado de conexión se representa mediante líneas continuas en el mecanismo de conmutación de modo 325b de la Fig. 5. El mecanismo de conmutación de modo 325b puede ser una válvula selectora de cuatro vías o una combinación de tuberías de ramificación y de válvulas de selección.

El mecanismo de conmutación de conexión 333b está configurado para conmutar el estado de la segunda tubería de derivación entre un primer modo de conexión y un segundo modo de conexión. En el primer modo de conexión, la segunda tubería de derivación 332 está conectada con la tubería de refrigerante líquido 322 en el punto P3, al igual que en la primera realización. En el segundo modo de conexión, la segunda tubería de derivación 332 está conectada con la tubería de refrigerante líquido 322 en un punto P6 entre el mecanismo de expansión principal 313 y el HEX del refrigerante 314. El estado de conexión del primer modo de conexión se representa mediante una línea discontinua en el mecanismo de conmutación de conexión 333b de la Fig. 5, y el estado de conexión del segundo modo de conexión se representa mediante una línea continua en el mecanismo de conmutación de conexión 333b de la Fig. 5. El mecanismo de conmutación de conexión 333b puede ser dos tuberías de conexión ramificadas desde la segunda tubería de derivación 332 y dos válvulas de cierre tales como válvulas de solenoide dispuestas en las dos tuberías de conexión, respectivamente.

La unidad del lado de la fuente de calor 300b también tiene un controlador 400b que tiene funciones, además de las funciones del controlador 400 de la primera realización.

La Fig. 6 es un diagrama de bloques que indica una configuración funcional del controlador 400b.

Como se muestra en la Fig. 6, el controlador 400b incluye una sección de operación 430b que tiene funciones además de las funciones de la sección de operación 430 de la primera realización, y la sección de control de válvula 450b del controlador 400b incluye además una sección de control de conexión 454b.

La sección de operación 430b está además configurada para el mecanismo de conmutación de modo de operación 325b para conmutar el estado del sistema de bomba de calor 100b entre el modo de operación de enfriamiento y el modo de operación de calentamiento mencionados anteriormente. La sección de operación 430b está configurada para conmutar el estado anterior de acuerdo con los comandos de la sección de control de válvula 450b, una determinación hecha por la propia sección de operación 430b, o una operación del usuario. La sección de operación 430b también está configurada para operar el mecanismo de conmutación de conexión 333b de acuerdo con los comandos procedentes de la sección de control de válvula 450b.

La sección de control de conexión 454b está configurada para controlar el mecanismo de conmutación de conexión 325b a través de la sección de operación 430b. La sección de control de conexión 454b está configurada para controlar el mecanismo de conmutación de conexión 325b, de modo que la segunda tubería de derivación 332 esté en el primer modo de conexión cuando el sistema de bomba de calor 100b esté en el modo de operación de enfriamiento, y la segunda tubería de derivación 332 esté en el segundo modo de conexión cuando el sistema de bomba de calor 100b esté en el modo de operación de calentamiento.

La Fig. 7 es un diagrama de flujo que indica el proceso realizado por el controlador 400b.

En primer lugar, el controlador 400b ejecuta el paso S1100 de la primera realización que se muestra en la Fig. 3. Después, en el paso S1110a y el paso S1120b, la sección de control de conexión 454b determina si el sistema de bomba de calor 100b debe funcionar en el modo de operación de enfriamiento o en el modo de operación de calentamiento. Si el sistema de bomba de calor 100b se va a operar en el modo de operación de enfriamiento (S1100b: Sí), la sección de control de conexión 454b avanza al paso S1130b. Si el sistema de bomba de calor 100b se va a operar en el modo de operación de calentamiento (S1120b: Sí), la sección de control de conexión 454b avanza al paso S1140b. Los pasos de determinación S1110a y el paso S1120b se pueden repetir (S1110a: No, S1120b: No).

En el paso S1130b, la sección de control de conexión 454b controla el mecanismo de conmutación de conexión 333b de manera que la segunda tubería de derivación 332 se conecta al punto P3. Después, el controlador 400b ejecuta los pasos S1200 a S2100 de la primera realización mostrada en la Fig. 3.

En el paso S2110b, el controlador 400b determina si se ha designado una finalización de la operación. Si no se ha designado la finalización de la operación (S2110b: No), el controlador 400b vuelve al paso S1130b. Si se ha designado la finalización de la operación (S2110b: Sí), el controlador 400b termina su operación. La finalización de la operación puede incluir el cambio de modo de operación entre el modo de operación de enfriamiento y el modo de operación de calentamiento.

Por otro lado, en el paso S1140b, la sección de control de conexión 454b controla el mecanismo de conmutación de conexión 333b de manera que la segunda tubería de derivación 332 se conecta al punto P6. Después, el controlador 400b ejecuta los pasos S1200 a S2100 de la primera realización mostrada en la Fig. 3. Sin embargo, el paso S2000 se reemplaza por el paso S2000b en el que la primera sección de control de válvula 451 cierra la primera válvula de derivación 341. Esto puede incluir un estado en el que la primera válvula de derivación 341 está en el grado mínimo de apertura pero no completamente cerrada.

En el paso S2120b, el controlador 400b determina si se ha designado una finalización de la operación. Si no se ha designado la finalización de la operación (S2120b: No), el controlador 400b vuelve al paso S1140b. Si se ha designado la finalización de la operación (S2120b: Sí), el controlador 400b termina su operación.

Con la configuración anterior, es posible conmutar el modo de operación del sistema de bomba de calor 100b entre el modo de operación de enfriamiento y el modo de operación de calentamiento mientras que la segunda tubería de derivación 332 siempre está conectada a un lado aguas abajo del HEX del refrigerante 314. La temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido 322 es reducida por el HEX del refrigerante 314. Por lo tanto, es posible disminuir la temperatura del refrigerante que fluye en la segunda tubería de derivación 332 para disminuir la temperatura de descarga Tdi de manera más efectiva durante el modo de operación de enfriamiento y el modo de operación de calentamiento.

Otras modificaciones

Si bien solo se han elegido realizaciones seleccionadas para ilustrar la presente invención, será evidente para los expertos en la técnica, a partir de esta descripción, que se pueden realizar varios cambios y modificaciones en este documento sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

El controlador 400, 400b se puede configurar para aumentar simplemente el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341, sin ejecutar los pasos S1700 a S2100 que se muestran en las Figs. 3 y 7, cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación 332 ha alcanzado el umbral de grado de apertura ODth. Como alternativa, o adicionalmente, el controlador 400, 400b se puede configurar para aumentar simplemente el grado de apertura de la primera válvula de derivación 341, sin ejecutar los pasos S1700 a S2100 que se muestran en las Figs.

3 y 7, cuando la temperatura de descarga Tdi ha alcanzado un umbral de temperatura de descarga.

La disposición de los elementos de la unidad del lado de la fuente de calor 300 y de la unidad del lado de utilización 200 no se limita a las disposiciones anteriormente mencionadas. Por ejemplo, el HEX del lado de la fuente de calor 312 puede estar dispuesto fuera de la carcasa de la unidad del lado de la fuente de calor 300. Además, los sistemas de bomba de calor 100, 100a de la primera y la segunda realizaciones pueden estar configurados de manera que el HEX del lado de la fuente de calor 312 funcione como evaporador y el HEX del lado de utilización 212 funcione como condensador. En este caso, se pueden aplicar las conexiones de tubería del sistema de bomba de calor 100b de la tercera realización en el modo de operación de calentamiento. De ese modo, es posible suministrar calor caliente a la unidad del lado de utilización 200 mediante el refrigerante.

Las configuraciones de dos o más de la primera a tercera realizaciones se pueden combinar. Por ejemplo, el mecanismo de conmutación de modo 325b de la tercera realización se puede aplicar a la primera o a la segunda realización. La primera tubería de derivación 331a de la segunda realización se puede aplicar a la tercera realización.

Además, a menos que se indique específicamente lo contrario, el tamaño, la forma, la ubicación o la orientación de los diversos componentes se pueden modificar según sea necesario y/o deseado, siempre que los cambios no afecten sustancialmente a su función prevista. A menos que se indique específicamente lo contrario, los componentes que se muestran directamente conectados o en contacto entre sí pueden tener estructuras intermedias dispuestas entre ellos siempre que los cambios no afecten sustancialmente su función prevista. Las funciones de un elemento pueden ser realizadas por dos, y viceversa, a menos que se indique específicamente lo contrario. Las estructuras y funciones de una realización se pueden adoptar en otra realización. No es necesario que todas las ventajas estén presentes en una realización particular al mismo tiempo. Por lo tanto, las descripciones anteriores de las realizaciones de acuerdo con la presente invención se proporcionan únicamente a modo de ilustración.

Listado de referencias

100, 100a, 100b: Sistema de bomba de calor

200: Unidad del lado de utilización

211: Mecanismo de expansión del lado de utilización

212: HEX del lado de utilización

300, 300a: Unidad del lado de la fuente de calor

311: Compresor de refrigerante

312: HEX del lado de la fuente de calor

313: Mecanismo de expansión principal

314: HEX de refrigerante

315: Válvula de cierre del lado del líquido

316: Válvula de cierre del lado del gas

317: Acumulador

321: Tubería de refrigerante de alta presión

322: Tubería de refrigerante líquido

323: Tubería de refrigerante gas

324: Tubería de refrigerante de baja presión

325b: Mecanismo de conmutación de modo

331,331 a: Primera tubería de derivación

332: Segunda tubería de derivación

333b: Mecanismo de conmutación de conexión

341: Primera válvula de derivación

342: Segunda válvula de derivación

351: Sensor de derivación (primer sensor de derivación)

351a: Segundo sensor de derivación

352: Sensor del lado de succión

353: Sensor del lado de descarga

400400b: Controlador

410: Sección de almacenamiento

420: Sección de entrada de información

430, 430b: Sección de Operación

440: Sección de salida de información

450, 450b: Sección de control de válvula

451: Sección de control de la primera válvula

452: Sección de control de la segunda válvula

453: Sección de control de modo

454b: Sección de control de conexión

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de bomba de calor (100), que comprende:

un compresor de refrigerante (311);

una tubería de refrigerante de alta presión (321) conectada con un puerto de descarga del compresor de refrigerante;

una tubería de refrigerante de baja presión (324) conectada con un puerto de succión del compresor de refrigerante; un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor (321) conectado a cualquiera de la tubería de refrigerante de alta presión y la tubería de refrigerante de baja presión, y configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en el mismo y el fluido que lo atraviesa;

una tubería de refrigerante líquido (322) conectada con el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y configurada para ser conectada a un intercambiador de calor del lado de utilización (212) que está configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye por el mismo y el fluido que lo atraviesa;

una tubería de refrigerante gas (323) conectada a otra tubería de refrigerante de alta presión y a la tubería de refrigerante a baja presión, y configurada para ser conectada al intercambiador de calor del lado de utilización; un mecanismo de expansión principal (313) dispuesto en la tubería de refrigerante líquido;

una primera tubería de derivación (331) conectada con la tubería de refrigerante líquido y conectada con la tubería de refrigerante de baja presión o con un puerto de inyección del compresor;

un intercambiador de calor de refrigerante (314) configurado para producir un intercambio de calor entre el refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante líquido y el refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación, estando conectada la primera tubería de derivación con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor de refrigerante;

una primera válvula de derivación (341) dispuesta en la primera tubería de derivación en un punto entre la tubería de refrigerante líquido y el intercambiador de calor del refrigerante;

una segunda tubería de derivación (332) conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización, y conectada con la tubería de refrigerante de baja presión;

una segunda válvula de derivación (342) dispuesta en la segunda tubería de derivación;

un detector de temperatura de sobrecalentamiento (351, 352) configurado para detectar parámetros que indican la temperatura de sobrecalentamiento del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación;

un sensor del lado de descarga (353) configurado para detectar, como temperatura de descarga, la temperatura del refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de alta presión entre el compresor de refrigerante y el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor y el intercambiador de calor del lado de utilización; y un controlador (400) configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación en función de la temperatura de sobrecalentamiento indicada por los parámetros detectados, y controlar el grado de apertura de la segunda válvula de derivación en función de la temperatura de descarga,

caracterizado por que

el controlador está configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación en función de la temperatura de descarga,

en donde:

el controlador está configurado para controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación de modo que

la temperatura de sobrecalentamiento se aproxime a una temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando la temperatura de descarga es inferior o igual a una primera temperatura de descarga objetivo, y

la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo cuando la temperatura de descarga es mayor que la primera temperatura de descarga objetivo; y

el controlador está configurado además para conmutar de un primer control en el que se controla el grado de apertura de la primera válvula de derivación de modo que la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo a un segundo control en el que se controla el grado de apertura de la primera válvula de derivación de manera que la temperatura de sobrecalentamiento se aproxime a la temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando

la temperatura de descarga ha disminuido a una segunda temperatura de descarga objetivo que es inferior o igual a la primera temperatura de descarga objetivo, y/o

el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha disminuido hasta un segundo umbral de grado de apertura que es inferior o igual al primer umbral de grado de apertura.

2. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

la primera tubería de derivación (331) está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión (324); y el detector de temperatura de sobrecalentamiento incluye un sensor de derivación (351) configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo del intercambiador de calor del refrigerante (314), y un sensor del lado de succión (352) configurado para detectar la presión de refrigerante que fluye en la tubería de refrigerante de baja presión.

3. El sistema de bomba de calor (100a) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

la primera tubería de derivación (331a) está conectada con el puerto de inyección del compresor (311); y el detector de temperatura de sobrecalentamiento incluye

un primer sensor de derivación (351) configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo del intercambiador de calor de refrigerante (314), y un segundo sensor de derivación (351a) configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación entre la primera válvula de derivación (341) y el intercambiador de calor del refrigerante, o

un primer sensor de derivación (351) configurado para detectar la temperatura del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo del intercambiador de calor de refrigerante, y un segundo sensor de derivación (351a) configurado para detectar la presión del refrigerante que fluye en la primera tubería de derivación en un lado aguas abajo de la primera válvula de derivación.

4. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además:

un acumulador (317) dispuesto en la tubería de refrigerante de baja presión (324), en donde:

la primera tubería de derivación (331) está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión en un punto entre el acumulador y el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor (321) y el intercambiador de calor del lado de utilización (212) que está conectado con la tubería de refrigerante de baja presión; y

la segunda tubería de derivación (332) está conectada con la tubería de refrigerante de baja presión en un punto entre el acumulador y el compresor de refrigerante (311).

5. El sistema de bomba de calor (100a) de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además:

un acumulador (317) dispuesto en la tubería de refrigerante de baja presión (324), en donde

6. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el controlador (400) está configurado para aumentar el grado de apertura de la primera válvula de derivación (341) al menos cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación (342) ha alcanzado un primer umbral de grado de apertura.

7. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el controlador (400) está configurado para aumentar el grado de apertura de la primera válvula de derivación (341) al menos cuando la temperatura de descarga ha alcanzado un umbral de temperatura de descarga.

8. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el controlador (400) está configurado para disminuir el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación (342) ha alcanzado un primer umbral de grado de apertura.

9. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que

el controlador (400) está configurado para aumentar el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación (342) ha disminuido hasta un segundo umbral de grado de apertura que es inferior o igual al primer umbral de grado de apertura.

10. El sistema de bomba de calor (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el sistema de bomba de calor está configurado para utilizar refrigerante R32.

11. El sistema de bomba de calor (100b) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende además:

un mecanismo de conmutación de modo (325b) configurado para conmutar el estado del sistema de bomba de calor entre

un modo de operación de enfriamiento en el que el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor (321) está conectado a la tubería de refrigerante de alta presión (321) y la tubería de refrigerante gas (323) está conectada a la tubería de refrigerante de baja presión (324), y

un modo de operación de calentamiento en el que el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor está conectado a la tubería de refrigerante de baja presión y la tubería de refrigerante gas está conectada a la tubería de refrigerante de alta presión; y

un mecanismo de conmutación de conexión (333b) configurado para conmutar el estado de la segunda tubería de derivación (332) entre

un primer modo de conexión en el que la segunda tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante líquido (322) en un punto entre el intercambiador de calor del refrigerante (314) y el intercambiador de calor del lado de utilización (212), y

un segundo modo de conexión en el que la segunda tubería de derivación está conectada con la tubería de refrigerante líquido en un punto entre el mecanismo de expansión principal (313) y el intercambiador de calor del refrigerante, en donde

el controlador (400b) está configurado además para controlar el mecanismo de conmutación de conexión, de modo que la segunda tubería de derivación esté en el primer modo de conexión cuando el sistema de bomba de calor esté en el modo de operación de enfriamiento, y la segunda tubería de derivación esté en el segundo modo de conexión cuando el sistema de bomba de calor está en el modo de operación de calentamiento.

12. Un método para controlar el sistema de bomba de calor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende: controlar el grado de apertura de la primera válvula de derivación, de modo que la temperatura de sobrecalentamiento se aproxime a una temperatura de sobrecalentamiento objetivo cuando la temperatura de descarga sea inferior o igual a una primera temperatura de descarga objetivo (S2000), y de tal manera que la temperatura de descarga se aproxime a la primera temperatura de descarga objetivo cuando la temperatura de descarga sea superior a la primera temperatura de descarga objetivo (S2200); y

disminuir el valor de la primera temperatura de descarga objetivo cuando el grado de apertura de la segunda válvula de derivación ha alcanzado el primer umbral de grado de apertura (S1800).