ES2967450T3 - Unidad exterior y dispositivo de ciclo de refrigeración - Google Patents

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Tomotaka Ishikawa
Yusuke Arii
Motoshi Hayasaka
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Abstract

Una unidad exterior (2) está provista de: una primera vía de flujo (F1); una segunda vía de flujo (F2); una tercera vía de flujo (F3); y una válvula de apertura/cierre (78). La primera vía de flujo (F1) se extiende desde un puerto de entrada de refrigerante (PI2) hasta un puerto de salida de refrigerante (PO2) y forma, junto con un dispositivo de carga (3), una vía de flujo de circulación a través de la cual circula un refrigerante. En el primer recorrido de flujo (F1) están dispuestos un compresor (10), un condensador (20) y un segundo dispositivo de expansión (40). La segunda vía de flujo (F2) se ramifica desde la primera vía de flujo (F1) y está configurada para devolver el refrigerante que ha pasado a través del condensador (20) al compresor (10). Un tercer dispositivo de expansión (71) y un receptor de líquido (73) están dispuestos secuencialmente en la segunda vía de flujo (F2) más allá de un punto de bifurcación de la segunda vía de flujo (F2) desde la primera vía de flujo (F1). La tercera vía de flujo (F3) conecta una parte entre el segundo dispositivo de expansión (40) y el puerto de salida de refrigerante (PO2) en la primera vía de flujo (F1), a la entrada de refrigerante del receptor de líquido (73). La válvula de apertura/cierre (78) está dispuesta en la tercera vía de flujo (F3). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad exterior y dispositivo de ciclo de refrigeración
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere a una unidad exterior y a un aparato de ciclo de refrigeración.
TÉCNICA ANTECEDENTE
La Patente Japonesa Abierta al Público N.° 2014-01917 (PTL 1) divulga un aparato de refrigeración que tiene una vía de flujo de inyección intermedia y una vía de flujo de inyección de succión. En este aparato de refrigeración, una porción de refrigerante que fluye desde un condensador hacia un evaporador se puede fusionar con el refrigerante de presión intermedia en un compresor usando la vía de flujo de inyección intermedia, y también se puede fusionar con el refrigerante de baja presión para ser succionado al interior del compresor en una vía de flujo de succión usando la vía de flujo de inyección de succión. Por consiguiente, en un caso en el que el uso de la vía de flujo de inyección intermedia conduzca a un deterioro de la eficiencia operativa, la vía de flujo de inyección de succión se puede usar para disminuir la temperatura de descarga del compresor.
El documento de patente US 2016/245560 A1 divulga un aparato de aire acondicionado que incluye una pluralidad de unidades interiores conectadas en el mismo y permite que cada una de las unidades interiores pueda realizar una refrigeración o calefacción de manera selectiva o permite que las unidades interiores puedan realizar una refrigeración o calefacción de manera simultánea. Además, el documento de patente US 2016/245540 A1 revela una unidad exterior de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento de patente DE 112014 006218 T5 divulga un dispositivo de ciclo de bomba de calor. Además, DE 112014006218 T5 revela una unidad exterior de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
LISTA DE CITAS
LITERATURA DE PATENTES
PTL 1: Patente Japonesa Abierta al Público N.° 2014-01917
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
PROBLEMA TÉCNICO
En el aparato de refrigeración descrito en la Patente Japonesa Abierta al Público N.° 2014-01917 (PTL 1), cuando se detiene la operación de un dispositivo de carga, por ejemplo, y por lo tanto se bloquea la circulación del refrigerante en el lado de unidad interior y se inicia una operación de vaciado por bombeo que se va a realizar en el lado de dispositivo de carga, aumenta la presión en una tubería de líquido de una unidad exterior. Por ejemplo, cuando se utiliza refrigerante tal como CO2 que utiliza supercriticidad, la presión de descarga del compresor es alta y, por lo tanto, la presión en una parte de la tubería de líquido puede exceder una presión de diseño.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una unidad exterior y un aparato de ciclo de refrigeración mejorado para evitar que se aplique una presión que exceda la presión de diseño a una tubería.
SOLUCIÓN AL PROBLEMA
El objeto de la presente invención se resuelve mediante una unidad exterior de acuerdo con la reivindicación 1 y un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 7. La presente invención se refiere a una unidad exterior de un aparato de ciclo de refrigeración, siendo la unidad exterior conectable a un dispositivo de carga que incluye un primer dispositivo de expansión y un evaporador.
La unidad exterior incluye: un puerto de salida de refrigerante y un puerto de entrada de refrigerante para conexión al dispositivo de carga; una primera vía de flujo, que es una vía de flujo desde el puerto de entrada de refrigerante hasta el puerto de salida de refrigerante, estando la primera vía de flujo configurada para formar, junto con el dispositivo de carga, una vía de flujo de circulación a través de la cual circula el refrigerante; un compresor, un condensador y un segundo dispositivo de expansión dispuestos en la primera vía de flujo; una segunda vía de flujo configurada para ramificarse desde una porción de la primera vía de flujo entre el condensador y el segundo dispositivo de expansión, y para devolver, al compresor, el refrigerante que ha pasado a través del condensador; un tercer dispositivo de expansión y un receptor dispuestos en la segunda vía de flujo en orden desde un punto de ramificación donde la segunda vía de flujo se ramifica desde la primera vía de flujo; una tercera vía de flujo configurada para conectar una porción de la primera vía de flujo entre el segundo dispositivo de expansión y el puerto de salida de refrigerante, a una entrada de refrigerante del receptor; y una válvula de apertura-cierre dispuesta en la tercera vía de flujo.
EFECTOS VENTAJOSOS DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con la unidad exterior y el aparato de ciclo de refrigeración que incluye la misma de la presente invención, es posible evitar que la presión en una tubería exceda una presión de diseño incluso cuando hay un aumento repentino de la presión causado, por ejemplo, por un flujo del refrigerante bloqueado en el lado de dispositivo de carga.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es un diagrama de configuración general de un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de una tercera válvula de expansión 71.
La Figura 3 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de una válvula de control de caudal 72.
La Figura 4 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de una segunda válvula de expansión 40.
La Figura 5 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de una válvula de apertura-cierre 78.
DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES
A continuación, se describirán en detalle realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos. Aunque a continuación se describirán una pluralidad de realizaciones, desde el momento de la presentación de la presente solicitud se pretende originalmente combinar las características descritas en las realizaciones según corresponda. Cabe señalar que las partes idénticas o correspondientes en los dibujos se designarán con los mismos caracteres de referencia y no se repetirá la descripción de las mismas.
La Figura 1 es un diagrama de configuración general de un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con la presente realización. Cabe señalar que la Figura 1 muestra funcionalmente la relación de conexión y la configuración de disposición de los dispositivos en el aparato de ciclo de refrigeración, y no muestra necesariamente una disposición en un espacio físico.
Con referencia a la Figura 1, un aparato de ciclo de refrigeración 1 incluye una unidad exterior 2, un dispositivo de carga 3 y tuberías 84 y 88. La unidad exterior 2 tiene un puerto de salida de refrigerante PO2 y un puerto de entrada de refrigerante PI2 para conectarse al dispositivo de carga 3. El dispositivo de carga 3 tiene un puerto de salida de refrigerante PO3 y un puerto de entrada de refrigerante PI3 para conectarse a la unidad exterior 2. La tubería 84 conecta el puerto de salida de refrigerante PO2 de la unidad exterior 2 al puerto de entrada de refrigerante PI3 del dispositivo de carga 3. La tubería 88 conecta el puerto de salida de refrigerante PO3 del dispositivo de carga 3 al puerto de entrada de refrigerante PI2 de la unidad exterior 2.
La unidad exterior 2 del aparato de ciclo de refrigeración 1 se puede conectar al dispositivo de carga 3. La unidad exterior 2 incluye un compresor 10 que tiene un puerto de succión G1, un puerto de descarga G2 y un puerto de presión intermedia G3, un condensador 20, un ventilador 22, un intercambiador de calor 30, una segunda válvula de expansión 40 y tuberías 80 a 83 y 89. El intercambiador de calor 30 tiene un primer conducto H1 y un segundo conducto H2, y está configurado para intercambiar calor entre el refrigerante que fluye en el primer conducto H1 y el refrigerante que fluye en el segundo conducto H2.
El dispositivo de carga 3 incluye una primera válvula de expansión 50, un evaporador 60, tuberías 85, 86 y 87 y una válvula de apertura-cierre 28. El evaporador 60 está configurado para realizar el intercambio de calor entre el aire y el refrigerante. En el aparato de ciclo de refrigeración 1, el evaporador 60 evapora el refrigerante absorbiendo calor del aire en un espacio a enfriar. La primera válvula de expansión 50 es, por ejemplo, una válvula de expansión de temperatura controlada independientemente de la unidad exterior 2. Cabe señalar que la primera válvula de expansión 50 puede ser una válvula de expansión electrónica que puede descomprimir el refrigerante. La válvula de apertura-cierre 28 se cierra cuando el dispositivo de carga 3 detiene su operación, para bloquear el refrigerante.
El compresor 10 comprime el refrigerante succionado de la tubería 89 y descarga el refrigerante comprimido a la tubería 80. El compresor 10 puede cambiar arbitrariamente una frecuencia de accionamiento mediante un control inversor. Además, el compresor 10 está provisto de un puerto de presión intermedia G3 y permite que el refrigerante del puerto de presión intermedia G3 fluya hacia una porción intermedia de un proceso de compresión. El compresor 10 está configurado para ajustar una velocidad de rotación en función de una señal de control procedente de un controlador 100. Al ajustar la velocidad de rotación del compresor 10, se ajusta la cantidad de circulación del refrigerante y se puede ajustar la capacidad del aparato de ciclo de refrigeración 1. Como compresor 10, se pueden adoptar varios tipos de compresores y, por ejemplo, se puede adoptar un compresor de tipo espiral, de tipo rotativo, de tipo tomillo o similares.
El condensador 20 está configurado de modo que el gas refrigerante a alta temperatura y alta presión descargado desde el compresor 10 realiza un intercambio de calor con el aire exterior (disipación de calor). Por medio de este intercambio de calor, el refrigerante se condensa y se transforma en una fase líquida. El refrigerante descargado desde el compresor 10 a la tubería 80 se condensa y se licua en el condensador 20 y fluye hacia la tubería 81. El ventilador 22 para soplar el aire exterior está conectado al condensador 20 para aumentar la eficiencia del intercambio de calor. El ventilador 22 suministra al condensador 20 el aire exterior con el que el refrigerante realiza el intercambio de calor en el condensador 20. Por medio del ajuste del número de revoluciones del ventilador 22, se puede ajustar una presión del refrigerante en un lado de descarga del compresor 10 (una presión del lado de alta presión). La segunda válvula de expansión 40 es una válvula de expansión electrónica que puede descomprimir el refrigerante que ha pasado a través del condensador 20 y el primer conducto H1 del intercambiador de calor 30.
En este caso, se supone que el refrigerante usado para un circuito de refrigerante del aparato de ciclo de refrigeración 1 es CO<2>. Sin embargo, cuando se produce un estado en el que es menos probable que se garantice un subenfriamiento, se puede utilizar otro refrigerante.
Cabe señalar que, en la presente memoria descriptiva, para facilitar la descripción, un dispositivo que enfría el refrigerante tal como CO<2>en un estado supercrítico también se denominará condensador 20. Además, en la presente memoria descriptiva, para facilitar la descripción, una cantidad de disminución desde una temperatura de referencia del refrigerante en el estado supercrítico también se denominará subenfriamiento.
Una primera vía de flujo F1 desde el puerto de entrada de refrigerante PI2 hasta el puerto de salida de refrigerante PO2 a través del compresor 10, el condensador 20, el primer conducto H1 del intercambiador de calor 30 y la segunda válvula de expansión 40 forma, junto con una vía de flujo en la que están dispuestos la primera válvula de expansión 50 y el evaporador 60 del dispositivo de carga 3, una vía de flujo de circulación a través de la cual circula el refrigerante. En lo sucesivo, esta vía de flujo de circulación también se denominará "circuito de refrigerante principal" de un ciclo de refrigeración.
La unidad exterior 2 además incluye tuberías 91, 92 y 94 configuradas para hacer que el refrigerante fluya desde una porción de la vía de flujo de circulación entre una salida del primer conducto H1 y la segunda válvula de expansión 40 hasta una entrada del segundo conducto H2, las tuberías 96 a 98 están configuradas para hacer que el refrigerante fluya desde una salida del segundo conducto H2 hasta el puerto de succión G1 o hasta el puerto de presión intermedia G3 del compresor 10, y una unidad de conmutación de vía de flujo 74 está configurada para ser capaz de seleccionar uno de entre el puerto de succión G1 y el puerto de presión intermedia G3 como destino del refrigerante que fluye fuera de la salida del segundo conducto H2. En lo sucesivo, una segunda vía de flujo F2 que se ramifica desde el circuito de refrigerante principal y suministra el refrigerante al compresor 10 a través del segundo conducto H2 también se denominará "vía de flujo de inyección".
La unidad exterior 2 además incluye un receptor 73 dispuesto en la segunda vía de flujo F2 y configurado para almacenar el refrigerante. Una tercera válvula de expansión 71 está dispuesta entre las tuberías 91 y 92, la tubería 91 se ramifica desde la porción de la vía de flujo de circulación entre la salida del primer conducto H1 y la segunda válvula de expansión 40, y la tubería 92 está conectada a una entrada del receptor 73. La unidad exterior 2 además incluye una tubería de desgasificación 93 que conecta una salida de escape de gas del receptor 73 con el segundo conducto H2 y que está configurada para expulsar un gas refrigerante dentro del receptor 73, un dispositivo regulador 70 dispuesto entre la tubería de desgasificación 93 y la tubería 94 que conduce al segundo conducto H2, y una válvula de control de caudal 72 configurada para ajustar un caudal del refrigerante en la tubería 94 conectada a una salida de escape de refrigerante líquido del receptor 73.
La tubería 91 es una tubería que se ramifica desde el circuito de refrigerante principal y hace que el refrigerante fluya hacia el receptor 73. La tercera válvula de expansión 71 es una válvula de expansión electrónica que puede disminuir la presión del refrigerante en una porción de alta presión del circuito de refrigerante principal para una presión intermedia. El receptor 73 es un recipiente en el que el refrigerante descomprimido y que tiene dos fases se separa en una fase gaseosa y una fase líquida, y que puede almacenar el refrigerante y ajustar la cantidad de circulación del refrigerante en el circuito de refrigerante principal. La tubería de desgasificación 93 conectada a una parte superior del receptor 73 y la tubería 94 conectada a una parte inferior del receptor 73 son tuberías para sacar el refrigerante separado en refrigerante gaseoso y refrigerante líquido dentro del receptor 73, en un estado separado. La válvula de control de caudal 72 ajusta la cantidad de circulación del refrigerante líquido que se va a expulsar de la tubería 94 y, por lo tanto, puede ajustar la cantidad de refrigerante en el receptor 73.
Al proporcionar el receptor 73 en la vía de flujo de inyección como se describió anteriormente, resulta fácil asegurar un subenfriamiento en las tuberías 82 y 83 que son tuberías de líquido. Esto se debe a que, dado que el receptor 73 generalmente incluye el gas refrigerante en su interior y la temperatura del refrigerante alcanza una temperatura de saturación, no es posible garantizar un subenfriamiento si el receptor 73 está dispuesto en la tubería 82.
Además, si el receptor 73 se proporciona en una porción de presión intermedia, resulta posible almacenar el refrigerante líquido de presión intermedia dentro del receptor 73 incluso cuando la presión en la porción de alta presión del circuito de refrigerante principal es alta y el refrigerante está en el estado supercrítico. Por lo tanto, la presión de diseño del recipiente del receptor 73 puede ser ajustada para que sea inferior a la de la porción de alta presión, y también se puede lograr una reducción de costes al adelgazar el recipiente.
La unidad exterior 2 además incluye sensores de presión 110 a 112, sensores de temperatura 120 a 122 y un controlador 100 configurado para controlar el compresor 10, la segunda válvula de expansión 40, la tercera válvula de expansión 71, la válvula de control de caudal 72 y la unidad de conmutación de vía de flujo 74.
El sensor de presión 110 detecta una presión PL en la porción del puerto de succión del compresor 10 y envía un valor de detección de la misma al controlador 100. El sensor de presión 111 detecta una presión de descarga PH del compresor 10 y envía un valor de detección de la misma al controlador 100. El sensor de presión 112 detecta una presión P1 en la tubería 83 en una salida de la segunda válvula de expansión 40, y envía un valor de detección de la misma al controlador 100.
Al proporcionar una segunda válvula de expansión 40 a la tubería de líquido, la unidad exterior 2 puede descomprimir la presión del refrigerante para que sea menor o igual a la presión de diseño del dispositivo de carga 3 (por ejemplo, 4 MPa), y luego entregar el refrigerante al dispositivo de carga 3. Por lo tanto, incluso si se usa refrigerante que utiliza supercriticidad tal como CO<2>, se puede usar como dispositivo de carga 3 un producto de uso general que tenga la misma presión de diseño que la de un dispositivo de carga convencional.
El sensor de temperatura 120 detecta una temperatura de descarga TH del compresor 10 y envía un valor de detección de la misma al controlador 100. El sensor de temperatura 121 detecta una temperatura de refrigerante T1 en la tubería 81 a una salida del condensador 20 y envía un valor de detección de la misma al controlador 100. El sensor de temperatura 122 detecta una temperatura de refrigerante T2 en la salida del primer conducto H1 en un lado enfriado del intercambiador de calor 30, y envía un valor de detección de la misma al controlador 100.
La unidad de conmutación de vía de flujo 74 incluye tuberías 97 y 98 que se ramifican desde la tubería 96, un dispositivo de descompresión 77 dispuesto entre las tuberías 97 y 98, y válvulas de apertura-cierre 75 y 76 dispuestas en las tuberías 97 y 98, respectivamente.
La tubería 97 está conectada entre la tubería 96 y el puerto de presión intermedia G3, y se proporciona una válvula de apertura-cierre 75 en la tubería 97. El dispositivo de descompresión 77 y la válvula de apertura-cierre 76 están dispuestos en serie entre la salida del segundo conducto H2 y el puerto de succión G1.
Por medio de las válvulas de apertura-cierre 75 y 76, el destino del refrigerante en la segunda vía de flujo F2 se puede cambiar entre el puerto de presión intermedia G3 y el puerto de succión G1 del compresor 10.
En la presente realización, la segunda vía de flujo F2 controla la temperatura de descarga TH del compresor 10 haciendo que el refrigerante se descomprima y tenga dos fases para fluir hacia el compresor 10. Además, la cantidad de refrigerante en el circuito de refrigerante principal se puede ajustar mediante el receptor 73 colocado en la segunda vía de flujo F2. Además, la segunda vía de flujo F2 también garantiza el sobreenfriamiento del refrigerante en el circuito de refrigerante principal mediante el intercambio de calor por medio del intercambiador de calor 30. El controlador 100 realiza la conmutación del destino del refrigerante por medio de las válvulas de apertura-cierre 75 y 76 de modo que se pueda llevar a cabo cada propósito bajo cada condición operativa.
La unidad exterior 2 además incluye una tercera vía de flujo F3 que conecta la tubería 83 con la tubería 92, y una válvula de apertura-cierre 78 dispuesta en la tercera vía de flujo F3. La válvula de apertura-cierre 78 está prevista para evitar un aumento repentino de la presión P1 en la tubería 83 al inicio de una operación de vaciado por bombeo, la cual se describe más adelante.
El controlador 100 incluye una CPU (Unidad Central de Procesamiento) 102, una memoria 104 (una ROM (Memoria de Sólo Lectura) y una RAM (Memoria de Acceso Aleatorio)), memorias intermedias de entrada/salida (no mostradas) para ingresar/emitir varias señales, y similares. La CPU 102 expande los programas almacenados en la ROM en la RAM o similar y ejecuta los programas. Los programas almacenados en la ROM son programas que describen los procedimientos de procesamiento del controlador 100. De acuerdo con estos programas, el controlador 100 realiza el control de los dispositivos en la unidad exterior 2. Este control puede ser procesado no sólo mediante software sino también mediante hardware dedicado (circuitos electrónicos).
(Control durante la Operación Normal del Aparato de Ciclo de Refrigeración)
El controlador 100 controla por retroalimentación la tercera válvula de expansión 71 de modo que la temperatura de descarga TH del compresor 10 coincida con una temperatura objetivo.
La Figura 2 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de la tercera válvula de expansión 71. Cuando la temperatura de descarga TH del compresor 10 es mayor que la temperatura objetivo (SÍ en S21), el controlador 100 aumenta el grado de apertura de la tercera válvula de expansión 71 (S22). De este modo, el refrigerante que fluye hacia el puerto de presión intermedia G3 o el puerto de succión G1 a través del receptor 73 aumenta y, por lo tanto, la temperatura de descarga TH disminuye.
Por otro lado, cuando la temperatura de descarga TH del compresor 10 es inferior a la temperatura objetivo (NO en S21 y SÍ en S23), el controlador 100 disminuye el grado de apertura de la tercera válvula de expansión 71 (S24). De este modo, el refrigerante que fluye hacia el puerto de presión intermedia G3 o el puerto de succión G1 a través del receptor 73 disminuye y, por lo tanto, la temperatura de descarga TH aumenta.
Cuando la temperatura de descarga TH es igual a la temperatura objetivo (NO en S21 y NO en S23), el controlador 100 mantiene el grado de apertura de la tercera válvula de expansión 71 en el estado actual.
Por lo tanto, el controlador 100 controla el grado de apertura de la tercera válvula de expansión 71 de modo que la temperatura de descarga TH del compresor 10 se acerque a la temperatura objetivo.
Además, el controlador 100 controla por retroalimentación la válvula de control de caudal 72 de modo que la temperatura de refrigerante T1 en la salida del condensador 20 coincida con una temperatura objetivo, para garantizar un subenfriamiento SC del refrigerante en la salida del condensador 20.
La Figura 3 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de la válvula de control de caudal 72. Cuando el subenfriamiento SC determinado por la temperatura de refrigerante T1 en la salida del condensador 20 y una presión en el condensador 20 (aproximada por PH) es mayor que un valor objetivo (SÍ en S31), el controlador 100 disminuye el grado de apertura de la válvula de control de caudal 72 (S32). De este modo, la cantidad de refrigerante líquido que se va a expulsar del receptor 73 disminuye y la cantidad de refrigerante líquido dentro del receptor 73 aumenta y, por lo tanto, disminuye la cantidad de refrigerante que circula a través del circuito de refrigerante principal. Por consiguiente, la temperatura de refrigerante T1 aumenta y, por lo tanto, el subenfriamiento SC disminuye.
Por otro lado, cuando el subenfriamiento SC determinado por la temperatura de refrigerante T1 en la salida del condensador 20 y la presión en el condensador 20 (aproximada por PH) es menor que el valor objetivo (NO en S31 y SÍ en S33), el controlador 100 aumenta el grado de apertura de la válvula de control de caudal 72 (S34). De este modo, la cantidad de refrigerante líquido que se va a expulsar del receptor 73 aumenta y la cantidad de refrigerante líquido almacenado en el receptor 73 disminuye y, por lo tanto, aumenta la cantidad de refrigerante que circula a través del circuito de refrigerante principal. Por consiguiente, la temperatura de refrigerante T1 disminuye y, por lo tanto, el subenfriamiento SC aumenta.
Cuando el subenfriamiento SC es igual al valor objetivo (NO en S31 y NO en S33), el controlador 100 mantiene el grado de apertura de la válvula de control de caudal 72 en el estado actual.
Por lo tanto, el controlador 100 controla el grado de apertura de la válvula de control de caudal 72 de modo que la temperatura de refrigerante T1 en la salida del condensador 20 se acerque a la temperatura objetivo.
Además, cuando se usa CO<2>como refrigerante, el controlador 100 realiza el control del compresor 10 y la segunda válvula de expansión 40 para usar una región supercrítica del refrigerante. Por ejemplo, cuando la temperatura del aire exterior es superior que una temperatura supercrítica del refrigerante, como en verano, el controlador 100 aumenta la velocidad de rotación del compresor 10 para que sea superior que la de primavera u otoño, para aumentar la presión en la porción de alta presión del circuito de refrigerante principal. Al realizar la descompresión en la segunda válvula de expansión 40, el dispositivo de carga 3 se puede usar en común con un dispositivo usado con un refrigerante ordinario. En esta ocasión, la segunda válvula de expansión 40 se controla como se describe a continuación.
El controlador 100 controla por retroalimentación la segunda válvula de expansión 40 de modo que la presión P1 coincida con una presión objetivo. Esta presión objetivo se establece para que sea sustancialmente la misma que la presión en el caso en que se utilice un refrigerante ordinario como el R410.
La Figura 4 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de la segunda válvula de expansión 40. Cuando la presión P1 es mayor que la presión objetivo (SÍ en S41), el controlador 100 disminuye el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 40 (S42). De este modo, la cantidad de descompresión por la segunda válvula de expansión 40 aumenta y, por lo tanto, la presión P1 disminuye.
Por otro lado, cuando la presión P1 es inferior que la presión objetivo (NO en S41 y SÍ en S43), el controlador 100 aumenta el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 40 (S44). De este modo, la cantidad de descompresión por parte de la segunda válvula de expansión 40 disminuye y, por lo tanto, la presión P1 aumenta.
Cuando la presión P1 es igual a la presión objetivo (NO en S41 y NO en S43), el controlador 100 mantiene el grado de apertura de la segunda válvula de expansión 40 en el estado actual.
Dado que la presión P1 es controlada tal como se describió anteriormente, la presión dentro del dispositivo de carga 3 se puede configurar para que sea menor o igual a la presión de diseño del dispositivo usado con un refrigerante ordinario, y el dispositivo de carga 3 se puede usar en común con un dispositivo de carga para una máquina convencional que utiliza refrigerante como el R410A.
(Control de Conmutación de la Vía de Flujo de Inyección)
Cuando el sensor de temperatura 120 detecta un aumento excesivo en la temperatura de descarga TH del compresor 10, el controlador 100 abre la válvula de apertura-cierre 75 y cierra la válvula de apertura-cierre 76 para aumentar la cantidad de inyección al compresor 10 y evitar un aumento adicional en la temperatura de descarga.
En esta ocasión, si una presión intermedia PM aumenta con un aumento en la temperatura de evaporación o similar con la válvula de apertura-cierre 75 abierta, la temperatura de saturación del refrigerante aumenta y, por lo tanto, la temperatura del refrigerante que pasa a través del segundo conducto H2 del intercambiador de calor 30 también aumenta, lo que resulta en un enfriamiento insuficiente en el intercambiador de calor 30. Por lo tanto, puede haber un caso en el que sea imposible garantizar el subenfriamiento del refrigerante en la segunda válvula de expansión 40.
Por consiguiente, el controlador 100 monitoriza la temperatura de refrigerante T2 en el sensor de temperatura 122 con la válvula de apertura-cierre 75 abierta, y cuando se detecta que no se puede garantizar el subenfriamiento del refrigerante, el controlador 100 cierra la válvula de apertura-cierre 75 y abre la válvula de apertura-cierre 76. De este modo, el refrigerante en la segunda vía de flujo F2 se fusiona con el refrigerante en un lado de baja presión para disminuir la presión intermedia PM, y se puede asegurar una diferencia de temperatura en el intercambiador de calor 30.
Dado que la descompresión se realiza en el circuito de refrigerante principal por medio de la tercera válvula de expansión 71, los dispositivos tales como el receptor 73 dispuestos en la segunda vía de flujo F2 pueden tener una presión de diseño baja y, por lo tanto, se pueden reducir los costes de fabricación. Incluso en un caso en el que los dispositivos tengan una presión de diseño baja, cuando un sensor de presión 113 detecta un aumento en la presión intermedia PM durante la operación debido a una sobrecarga del refrigerante, un aumento en la temperatura del aire exterior, o similares, es posible tomar una medida de seguridad que libere la presión al lado de baja presión abriendo la válvula de apertura-cierre 76.
(Control durante la Operación de Vaciado por Bombeo)
A continuación, se describirá el control durante una operación de vaciado por bombeo. La operación de vaciado por bombeo es una operación para transferir el refrigerante desde el dispositivo de carga 3 hasta la unidad exterior 2 y almacenar el refrigerante en la misma, colocando la válvula de apertura-cierre 28 o similar en la tubería 85 a través de la cual fluye el refrigerante líquido en el circuito de refrigerante principal, y operar el compresor 10 con la tubería 85 bloqueada. La operación de vaciado por bombeo se realiza, por ejemplo, cerrando la segunda válvula de expansión 40 o la válvula de apertura-cierre 28 antes de detener la operación, y posteriormente operando el compresor 10.
Generalmente, una señal para instruir el inicio de la operación de vaciado por bombeo no se transmite particularmente desde el dispositivo de carga 3 hasta la unidad exterior 2, y la operación de vaciado por bombeo se realiza en la unidad exterior 2 continuando una operación normal.
En la operación de vaciado por bombeo, cuando la válvula de apertura-cierre 28 está cerrada y la presión PL en la porción de baja presión detectada por el sensor de presión 110 disminuye a un valor establecido, el controlador 100 está configurado para detener el compresor 10 y detener el vaciado por bombeo. Dado que el compresor 10 está configurado de tal manera que el refrigerante no puede pasar a través del mismo cuando está detenido, el refrigerante no fluye de regreso al dispositivo de carga 3.
Sin embargo, cuando se cierra la primera válvula de expansión 50 o se cierra la válvula de apertura-cierre 28 durante la operación normal, la presión P1 en las tuberías 83, 84 y 85 aumenta de manera repentina. Cuando la presión P1 excede la presión de diseño de las tuberías 83, 84 y 85 y del dispositivo de carga 3, pueden ocurrir problemas tales como fugas de refrigerante. Por lo tanto, es necesario controlar la presión P1 dentro de un intervalo en el que no exceda la presión de diseño.
Por consiguiente, el controlador 100 abre temporalmente la válvula de apertura-cierre 78 para evitar un aumento repentino de la presión P1.
A continuación, se describirá el control de la válvula de apertura-cierre 78 realizado durante un vaciado por bombeo. La Figura 5 es un diagrama de flujo para ilustrar el control de la válvula de apertura-cierre 78.
En la etapa S51, el controlador 100 determina si la presión P1 excede o no la presión de diseño. En este caso, la presión de diseño es una presión que se puede tolerar durante un corto período de tiempo y se puede establecer para que sea algo más baja que una presión de diseño real.
Cuando la presión P1 no excede la presión de diseño en la etapa S51 (NO en S51), no hay necesidad de disminuir la presión P1 y, por lo tanto, el controlador 100 cierra la válvula de apertura-cierre 78 en la etapa S56 y el procesamiento avanza a la etapa S57.
Por otro lado, cuando se detecta que la presión P1 excede la presión de diseño en la etapa S51 (SÍ en S51), el controlador 100 realiza el procesamiento en las etapas S52 a S55 para evitar un aumento repentino en la presión P1.
En la etapa S52, el controlador 100 determina si la presión P1 en la tubería 83 es mayor que la presión P2 en la tubería 92 de la vía de flujo de inyección.
Cuando P1 no es superior que P2 (NO en S52), la presión P1 en la tubería 83 no disminuye incluso aunque se abra la válvula de apertura-cierre 78. Por lo tanto, en la etapa S53, el controlador 100 abre la válvula de aperturacierre 76 y cierra la válvula de apertura-cierre 75 para disminuir la presión en la segunda vía de flujo F2. Luego, el procesamiento avanza a la etapa S54.
Cuando P1 es mayor que P2 (SÍ en S52), la presión P1 en la tubería 83 se puede disminuir abriendo la válvula de apertura-cierre 78. Por lo tanto, el procesamiento avanza a la etapa S54, sin realizar el procesamiento en la etapa S53.
Cabe señalar que la tubería 96 y el puerto de presión intermedia G3 pueden conectarse directamente, sin proporcionar la unidad de conmutación de vía de flujo 74. En este caso, el procesamiento en las etapas S52 y S53 no se realiza, y cuando se determina que SÍ en la etapa S51, el procesamiento avanza rápidamente a la etapa S54.
En la etapa S54, el controlador 100 abre la válvula de apertura-cierre 78 y cierra la válvula de control de caudal 72, para introducir la presión intermedia en la segunda vía de flujo F2 en la tubería 83 y disminuir la presión P1. Esto puede evitar que la presión P1 exceda la presión de diseño de las tuberías 83 y 84 y del dispositivo de carga 3.
Preferentemente, además en la etapa S55, el controlador 100 disminuye la velocidad de rotación del compresor 10 para suprimir un aumento adicional en la presión P1 en la tubería 83, aunque el controlador 100 no necesariamente tiene que realizar esta etapa. Cabe señalar que, cuando la presión P1 aumenta temporalmente de manera repentina, se realiza el procesamiento en la etapa S55, y posteriormente la presión P1 disminuye, el procesamiento en la etapa S56 puede ir seguido del procesamiento para devolver la velocidad de rotación del compresor 10 a la velocidad de rotación original, para reducir el tiempo de la operación de vaciado por bombeo. Luego, en la etapa S57, el procesamiento regresa temporalmente a una rutina principal y, posteriormente, el procesamiento en el diagrama de flujo de la Figura 5 se realiza repetidamente.
Finalmente, la presente realización se resumirá nuevamente con referencia a los dibujos. Como se muestra en la Figura 1, la presente divulgación se refiere a la unidad exterior 2 del aparato de ciclo de refrigeración 1, siendo la unidad exterior 2 conectable al dispositivo de carga 3 que incluye la primera válvula de expansión 50 correspondiente al "primer dispositivo de expansión" y al evaporador 60. La unidad exterior 2 incluye el puerto de salida de refrigerante PO2 y el puerto de entrada de refrigerante PI2 para conexión al dispositivo de carga 3, la primera vía de flujo F1, el compresor 10, el condensador 20, la segunda válvula de expansión 40 correspondiente al "segundo dispositivo de expansión", la segunda vía de flujo F2, la tercera válvula de expansión 71 correspondiente al "tercer dispositivo de expansión", el receptor 73, la tercera vía de flujo F3 y la válvula de apertura-cierre 78. La primera vía de flujo F1, que es una vía de flujo desde el puerto de entrada de refrigerante PI2 al puerto de salida de refrigerante PO2, está configurada para formar, junto con el dispositivo de carga 3, una vía de flujo de circulación a través de la cual circula refrigerante. El compresor 10, el condensador 20 y la segunda válvula de expansión 40 están dispuestos en la primera vía de flujo F1. La segunda vía de flujo F2 está configurada para ramificarse desde una porción de la primera vía de flujo F1 entre el condensador 20 y la segunda válvula de expansión 40, y para devolver, al compresor 10, el refrigerante que ha pasado a través del condensador 20. La tercera válvula de expansión 71 y el receptor 73 están dispuestos en la segunda vía de flujo F2 en orden desde un punto de ramificación en el que la segunda vía de flujo F2 se ramifica desde la primera vía de flujo F1. La tercera vía de flujo F3 está configurada para conectar una porción de la primera vía de flujo F1 entre la segunda válvula de expansión 40 y el puerto de salida de refrigerante PO2, a una entrada de refrigerante del receptor 73. La válvula de apertura-cierre 78 está dispuesta en la tercera vía de flujo F3.
Como se muestra en la Figura 5, la válvula de apertura-cierre 78 está configurada para abrirse cuando la presión P1 en la porción de la primera vía de flujo F1 entre la segunda válvula de expansión 40 y el puerto de salida de refrigerante PO2 excede un valor umbral correspondiente a la presión de diseño (SÍ en S51).
Dado que la tercera vía de flujo F3 y la válvula de apertura-cierre 78 se proporcionan como se describe anteriormente, incluso si la presión P1 aumenta de manera repentina al inicio de una operación de vaciado por bombeo, la presión P1 se puede disminuir rápidamente. De este modo, las tuberías y el dispositivo de carga 3 que tienen una presión de diseño baja se pueden usar incluso cuando se usa refrigerante tal como CO<2>que usa la región supercrítica en la porción de alta presión.
Además, al disponer el receptor 73 en la segunda vía de flujo F2, incluso un refrigerante tal como CO<2>que utiliza la región supercrítica puede ser almacenado en el receptor 73, en estado de refrigerante líquido. Además, también se puede garantizar el sobreenfriamiento en la porción de tubería a través de la cual fluye el refrigerante líquido, mejorando el rendimiento del aparato de ciclo de refrigeración.
La unidad exterior 2 además incluye una válvula de control de caudal 72 dispuesta en la segunda vía de flujo F2 y configurada para ajustar un caudal de escape del refrigerante líquido desde el receptor 73.
La unidad exterior 2 además incluye un intercambiador de calor 30 que tiene un primer conducto H1 y un segundo conducto H2 y está configurado para intercambiar calor entre el refrigerante que fluye en el primer conducto H1 y el refrigerante que fluye en el segundo conducto H2. El primer conducto H1 del intercambiador de calor 30 está dispuesto entre el condensador 20 y el punto de ramificación en el que la tubería 91 se ramifica de la tubería 82 en la primera vía de flujo F1, y el segundo conducto H2 del intercambiador de calor 30 está dispuesto entre la válvula de control de caudal 72 y el compresor 10 en segunda vía de flujo F2.
El compresor 10 tiene un puerto de descarga G2, un puerto de succión G1 y un puerto de presión intermedia G3. La unidad exterior 2 además incluye una unidad de conmutación de vía de flujo 74 configurada para cambiar, a uno de entre el puerto de presión intermedia G3 y el puerto de succión G1, un destino del refrigerante que ha pasado a través de la segunda vía de flujo F2. Como se muestra en la Figura 5, cuando la presión P1 en una parte de la primera vía de flujo F1 aguas abajo de la segunda válvula de expansión 40 se vuelve inferior que la presión P2 en el receptor 73 (NO en S52), la unidad de conmutación de vía de flujo 74 está configurada para seleccionar el puerto de succión G1 como el destino.
Con una configuración de este tipo, cuando la presión en el receptor 73 aumenta, la presión en el receptor 73 puede disminuir. De este modo, se puede permitir una situación de operación en la que la presión en el receptor 73 aumenta y se puede ampliar el intervalo de operación
La unidad exterior 2 además incluye un sensor de presión 112 configurado para detectar la presión P1 en la porción de la primera vía de flujo F1 aguas abajo de la segunda válvula de expansión 40, y un controlador 100 configurado para controlar el compresor 10 y la válvula de apertura-cierre 78. Como se muestra en la Figura 5, cuando la presión P1 detectada por el sensor de presión 112 cambia de un estado en el que la presión P1 es inferior a un valor umbral a un estado en el que la presión P1 es superior al valor umbral (SÍ en S51), el controlador 100 está configurado para abrir la válvula de apertura-cierre 78 (S54) y disminuir la velocidad de rotación del compresor 10 (S55).
Dado que la válvula de apertura-cierre 78 coopera con el compresor 10 como se describió anteriormente, incluso si la presión P1 aumenta de manera repentina, la presión P1 puede disminuir rápidamente.
Aunque la presente realización ha sido descrita ilustrando una máquina de refrigeración que incluye un aparato de ciclo de refrigeración 1, el aparato de ciclo de refrigeración 1 puede ser utilizado en un aire acondicionado o similar.
Debe entenderse que la realización divulgada en la presente memoria descriptiva es ilustrativa y no restrictiva en todos los aspectos. El alcance de la presente invención está definido por el alcance de las reivindicaciones, en lugar de por la descripción de la realización descrita anteriormente, y pretende incluir cualquier modificación dentro del alcance de las reivindicaciones.
LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA
1: aparato de ciclo de refrigeración; 2: unidad exterior; 3: dispositivo de carga; 10: compresor; 20: condensador; 22: ventilador; 28, 75, 76, 78: válvula de apertura-cierre; 30: intercambiador de calor; 40: segunda válvula de expansión; 50: primera válvula de expansión; 60: evaporador; 70: dispositivo regulador; 71: tercera válvula de expansión; 72: válvula de control de caudal; 73: receptor; 74: unidad de conmutación de vía de flujo; 77: dispositivo de descompresión; 80 a 85, 88, 89, 91, 92, 94, 96 a 98: tubería; 93: tubería de desgasificación; 100: controlador; 104: memoria; 110 a 113: sensor de presión; 120 a 122: sensor de temperatura; F1: primera vía de flujo; F2: segunda vía de flujo; F3: tercera vía de flujo; G1: puerto de succión; G2: puerto de descarga; G3: puerto de presión intermedia; H1: primer conducto; H2: segundo conducto; PI2, PI3: puerto de entrada de refrigerante; PO2, PO3: puerto de salida de refrigerante.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Una unidad exterior (2) de un aparato de ciclo de refrigeración (1), siendo la unidad exterior (2) conectable a un dispositivo de carga (3) que incluye un primer dispositivo de expansión (50) y un evaporador (60), comprendiendo la unidad exterior (2):
un puerto de salida de refrigerante (PO2) y un puerto de entrada de refrigerante (PI2) para conexión al dispositivo de carga (3);
una primera vía de flujo (F1), que es una vía de flujo desde el puerto de entrada de refrigerante (PI2) hasta el puerto de salida de refrigerante (PO2), estando la primera vía de flujo (F1) configurada para formar, junto con el dispositivo de carga (3), una vía de flujo de circulación a través de la cual circula refrigerante;
un compresor (10), un condensador (20) y un segundo dispositivo de expansión (40) dispuestos en la primera vía de flujo (F1);
una segunda vía de flujo (F2) configurada para ramificarse desde una porción de la primera vía de flujo (F1) entre el condensador (20) y el segundo dispositivo de expansión (40), y para devolver, al compresor (10), el refrigerante que ha pasado a través del condensador (20); y
un tercer dispositivo de expansión (71) y un receptor (73) dispuestos en la segunda vía de flujo (F2) en orden desde un punto de ramificación donde la segunda vía de flujo (F2) se ramifica desde la primera vía de flujo (F1),caracterizada porqueademás comprende
una tercera vía de flujo (F3) configurada para conectar una porción de la primera vía de flujo (F1) entre el segundo dispositivo de expansión (40) y el puerto de salida de refrigerante (PO2), a una entrada de refrigerante del receptor (73); y
una válvula de apertura-cierre (78) dispuesta en la tercera vía de flujo (F3).
2. La unidad exterior de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la válvula de apertura-cierre (78) está configurada para abrirse cuando una presión en la porción de la primera vía de flujo (F1) entre el segundo dispositivo de expansión (40) y el puerto de salida de refrigerante (PO2) excede un valor umbral.
3. La unidad exterior de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una válvula de control de caudal (72) dispuesta en la segunda vía de flujo (F2) y configurada para ajustar un caudal de escape de refrigerante líquido desde el receptor (73).
4. La unidad exterior de acuerdo con la reivindicación 3, que además comprende un intercambiador de calor (30) que tiene un primer conducto (H1) y un segundo conducto (H2) y configurado para intercambiar calor entre el refrigerante que fluye en el primer conducto (H1) y el refrigerante que fluye en el segundo conducto (H2), en la que
el primer conducto (H1) del intercambiador de calor (30) está dispuesto entre el condensador (20) y el punto de ramificación en la primera vía de flujo (F1), y
el segundo conducto (H2) del intercambiador de calor (30) está dispuesto entre la válvula de control de caudal (72) y el compresor (10) en la segunda vía de flujo (F2).
5. La unidad exterior de acuerdo con la reivindicación 1, en la que:
el compresor (10) tiene un puerto de descarga (G2), un puerto de succión (G1) y un puerto de presión intermedia (G3),
la unidad exterior (2) además comprende una unidad de conmutación de vía de flujo (74) configurada para cambiar, a uno del puerto de presión intermedia (G3) y el puerto de succión (G1), un destino del refrigerante que ha pasado a través de la segunda vía de flujo (F2), y
la unidad de conmutación de vía de flujo (74) está configurada para seleccionar el puerto de succión (G1) como el destino cuando una presión en una porción de la primera vía de flujo (F1) aguas abajo del segundo dispositivo de expansión (40) se vuelve menor que una presión en el receptor (73).
6. La unidad exterior de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende:
un sensor de presión (112) configurado para detectar una presión en una porción de la primera vía de flujo (F1) aguas abajo del segundo dispositivo de expansión (40); y
un controlador (100) configurado para controlar el compresor (10) y la válvula de apertura-cierre (78), en la que
cuando un valor de detección del sensor de presión (112) cambia de un estado en el que el valor de detección es inferior a un valor umbral a un estado en el que el valor de detección es superior al valor umbral, el controlador (100) está configurado para abrir la válvula de apertura-cierre (78) y disminuir la velocidad de rotación del compresor (10).
7. Un aparato de ciclo de refrigeración (1) que comprende:
la unidad exterior (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y el dispositivo de carga (3).
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