ES2967966T3 - Dispositivo de ciclo de refrigerante - Google Patents
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Abstract
Cuando las especificaciones de una válvula de cierre se vuelven excesivas, el costo de fabricación aumenta. Un dispositivo de aire acondicionado (1) en el que un refrigerante ligeramente inflamable circula en un circuito de refrigerante (10) está equipado con una primera válvula de cierre (71a) y una segunda válvula de cierre (68a) para suprimir las fugas de refrigerante a un espacio prescrito. . Tanto para la primera válvula de cierre (71a) como para la segunda válvula de cierre (68a) en un estado de cierre, la cantidad de fuga de cierre, que es la cantidad de fuga de aire cuando el fluido es aire a 20°C y la presión a través de la válvula. es 1 MPa, es mayor que 300 (cm3/min) y menor que 300×R (cm3/min), donde R = (ρmd\×Vmd×Ad)/Cr×(2×ΔPr/ρ1r)0.5×Av× ρ1rl+Av×(2/(λ+1))((λ+1)/2(λ-1))×(λxP1r×ρ1rg)0.5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de ciclo de refrigerante
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere a un aparato de ciclo de refrigerante.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
La "Directriz de construcción de diseño para garantizar la seguridad contra fugas de refrigerante desde acondicionadores de aire comerciales que utilizan refrigerantes de baja inflamabilidad (A2L)" (“Guideline of design construction for ensuring safety against refrigerant leakage from commercial air conditioners using lower flammability (A2L) refrigerants”) (JRA GL-16: 2017), como directriz emitida por la Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association el 1 de septiembre de 2017, prescribe la selección y construcción de un sistema de acondicionamiento de aire, así como medidas de construcción como la ventilación, para garantizar la seguridad contra fugas de un refrigerante de baja inflamabilidad (A2L) cargado en un acondicionador de aire comercial que utiliza el refrigerante. Ejemplos del refrigerante clasificado dentro de tales refrigerantes de baja inflamabilidad (A2L) incluyen R32, R1234yf y R1234ze.
Esta directriz es preparada por la Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association para garantizar la seguridad de uso de refrigerantes de baja inflamabilidad (A2L) útiles en términos de prevención del calentamiento global. La directriz describe diferentes asuntos, como por ejemplo detectores configurados para detectar fuga de refrigerante, dispositivos de alarma y válvulas de cierre de seguridad.
Ejemplos de aparatos de ciclo de refrigerante previamente conocidos que contienen válvulas de cierre se pueden derivar de los documentos EP 3315880 A1, WO 2018/131467 A1, así como del documento WO 2018/011994 A1. El documento EP 3 315 880 A1 describe un aparato de ciclo de refrigeración de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
<Problema técnico>
La directriz prescribe que una válvula de cierre de seguridad adoptada como medida de seguridad debería colocarse en una posición adecuada en un circuito de refrigerante para cerrarla de modo que una sala de estar (habitación) objetivo cuando se produce una fuga de refrigerante tenga una concentración máxima de fuga de refrigerante igual o menor que un cuarto de un límite inferior de inflamabilidad (LFL). La directriz también prescribe que el circuito de refrigerante debería cerrarse de acuerdo con una señal procedente del detector configurado para detectar fuga de refrigerante.
La válvula de cierre de seguridad está configurada para cerrar una fuga de refrigerante desde un circuito de refrigerante al interior de un espacio de fuga de refrigerante cuando se produce una fuga de refrigerante. El LFL es una concentración mínima de refrigerante especificada por la norma ISO 817 y que permite propagación de llama en un estado en el que un refrigerante y el aire están mezclados de manera uniforme. La concentración máxima de fuga de refrigerante se obtiene dividiendo la cantidad total de refrigerante en un circuito de refrigerante por la capacidad de un espacio que contiene el refrigerante (un valor que se obtiene multiplicando la altura de fuga y el área de suelo).
La directriz incluye el "Anexo A (Prescripción) Especificaciones de válvulas de cierre de seguridad" (“Annex A (Prescription) Specifications of safety shutoff valves”) en cuanto a especificaciones de las válvulas de cierre de seguridad, las cuales deberían cumplir especificaciones predeterminadas. Una de las especificaciones de las válvulas de cierre de seguridad que se deben cumplir es una tasa de fuga de válvula cerrada. Específicamente, cuando el fluido es aire y una válvula de cierre de seguridad tiene 1 MPa como presión diferencial entre aguas arriba y aguas abajo de la válvula de cierre de seguridad, se prescribe 300 (cm3/min) o menos como la tasa de fuga de válvula cerrada que debe cumplir la válvula de cierre de seguridad.
Se espera que una válvula de cierre de seguridad que cumpla esta especificación requerida tenga una tasa de fuga de refrigerante bastante pequeña mientras la válvula esté cerrada para garantizar la seguridad de manera fiable. Sin embargo, esta especificación puede ser excesiva dependiendo del lugar equipado con el circuito de refrigerante y del tipo de refrigerante, lo que puede incrementar inútilmente el coste de producción de un aparato de ciclo de refrigerante.
<Soluciones al problema>
El inventor de la presente solicitud ha encontrado que el requisito de seguridad puede cumplirse dependiendo de las condiciones, incluso en un caso en que se adopte como válvula de cierre de seguridad una válvula que no cumpla las especificaciones prescritas por la directriz.
Los objetivos anteriores se resuelven por medio de un aparato de ciclo de refrigerante como se define en la reivindicación independiente 1. A partir de las reivindicaciones dependientes se pueden derivar distintas realizaciones.
Un aparato de ciclo de refrigerante según un primer aspecto está configurado para hacer circular un refrigerante de baja inflamabilidad clasificado dentro de los refrigerantes de baja inflamabilidad (A2L) por la norma ISO 817, en un circuito de refrigerante, e incluye una primera válvula de cierre, una segunda válvula de cierre, una unidad de detección, y una unidad de control. La primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre se proporcionan a ambos lados de una primera parte del circuito de refrigerante. La unidad de detección detecta fuga de refrigerante desde la primera parte del circuito de refrigerante al interior de un espacio predeterminado. Cuando la unidad de detección detecta fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado, la unidad de control lleva cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre a un estado de cierre para impedir la fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado. Cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre en el estado de cierre tiene una tasa de fuga de cierre, como una tasa de fuga de aire en un caso en que el fluido es aire a 20° C y una presión diferencial entre aguas arriba y aguas abajo de la válvula es de 1 MPa, de
más de 300 (cm3/min) y
menos de 300 x R (cm3/min).
R cumple
R =(Pmd<x>v md<X>Ad)/(Cr<x>(2<X>APr/Piri)°-5<x>Av<x>plrl Av<x>(2/ ( Xl ) f W - !»<X>
( XX PIr x Plrg)0'5)-
Av es el área (m2) en sección del juego de la válvula de cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre en el estado de cierre.
P<1>rl es una concentración másica (kg/m3) de un refrigerante en fase líquida.
P<1>rg es una concentración másica (kg/m3) de un refrigerante en fase gaseosa.
P<1>r es una presión (MPa) de refrigerante aguas arriba de cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre, como una presión de saturación del refrigerante cuando la temperatura máxima fuera de un edificio se establece en 55° C.
A es una relación de calor específico del refrigerante.
Pmd es una concentración másica (kg/m3) de una mezcla gaseosa que contiene aire y un refrigerante que ha alcanzado una concentración media tolerable de refrigerante en el espacio predeterminado después de una fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado y que pasa por un espacio libre bajo una puerta que divide el espacio predeterminado en interior y exterior.
Vmd es una velocidad (m/s) de la mezcla gaseosa que contiene aire y el refrigerante que ha alcanzado la concentración media tolerable de refrigerante en el espacio predeterminado después de una fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado y que pasa por el espacio libre bajo la puerta que divide el espacio predeterminado en interior y exterior.
Ad es un área (m2) del espacio libre bajo la puerta que divide el espacio predeterminado en interior y exterior. APr es una diferencia de presión (Pa) entre el interior y el exterior de un orificio en una posición en la que el refrigerante se escapa, como una presión diferencial entre la presión de saturación del refrigerante cuando la temperatura máxima fuera del edificio se establece en 55° C y una presión atmosférica.
Cr es 0.6 como coeficiente de caudal del refrigerante en un caso en que el refrigerante en fase líquida pasa por el orificio en la posición en la que el refrigerante se escapa.
La tasa de fuga de cierre es sinónimo de una tasa de fuga de válvula cerrada de acuerdo con la directriz.
El aparato de ciclo de refrigerante según el primer aspecto adopta la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre. La primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre tienen cada una de ellas una tasa de fuga de cierre de más de 300 (cm3/min) y menos de 300 x R (cm3/min). En un caso ejemplar en el que se adopta R32 como refrigerante, la primera parte del circuito de refrigerante está situada a una altura de 2.2 m del suelo del espacio predeterminado, y una cuarta parte del límite inferior de inflamabilidad (LFL) especificado por la norma ISO 817 corresponde a una concentración de refrigerante tolerable en el espacio predeterminado, se cumple R = 1.96. En este caso, cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre tiene la tasa de fuga de cierre (como se mencionó anteriormente, la tasa de fuga de aire en un caso en que el fluido es aire a 20° C y la presión diferencial entre aguas arriba y aguas abajo de la válvula es de 1 MPa), que puede ser de más de 300 (cm3/min) y menos de 300 x 1.96 (cm3/min). Dicho de otra forma, no es necesario que cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre sea una válvula cara que tenga una tasa de fuga de cierre igual o menor que 300 (cm3/min), sino que puede ser una válvula económica que tenga una tasa de fuga de cierre de aproximadamente 550 (cm3/min) o similar.
Como se describió anteriormente, el aparato de ciclo de refrigerante según el primer aspecto puede adoptar válvulas relativamente económicas como primera válvula de cierre y segunda válvula de cierre, para reducción del coste de producción.
Un aparato de ciclo de refrigerante según un segundo aspecto es el aparato de ciclo de refrigerante según el primer aspecto, en el que R cumple
1 < R < 10.1.
La Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association, que emite la directriz, recopiló del mercado los aparatos de ciclo de refrigerante que realmente tenían fuga de refrigerante y verificó los diámetros de los orificios que provocaban fuga de refrigerante, para encontrar 0.174 mm como diámetro máximo de orificio (consúltese el "Informe de evaluación de riesgos de la construcción de acondicionadores de aire múltiples utilizando refrigerantes de baja inflamabilidad" (“Report of risk assessment of building multi air conditioners using lower flammability refrigerants”) elaborado por la Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association (publicado el 20 de septiembre de 2017)).
El orificio que tiene este diámetro tiene un área correspondiente a 10.1 veces el área en sección del juego de la válvula de cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre en el estado de cierre en un caso en que la tasa de fuga de cierre es 300 (cm3/min). Si R es 10.1 o más y la tasa de fuga de cierre de cada una de la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre alcanza 300 x 10.1 (cm3/min), el área en sección del juego de la válvula se vuelve igual o mayor que el área del orificio que provoca la fuga de refrigerante. En este caso, el refrigerante no se cierra sustancialmente y la primera válvula de cierre y la segunda válvula de cierre se instalan inútilmente.
En vista de esto, el aparato de ciclo de refrigerante según el segundo aspecto tiene R configurado para que tenga el límite superior de 10.1.
Un aparato de ciclo de refrigerante según un tercer aspecto es el aparato de ciclo de refrigerante según el primer o segundo aspecto, en el cual el circuito de refrigerante incluye un circuito de utilización, un circuito de fuente de calor y una tubería de conexión de líquido-refrigerante y una tubería de conexión de gas-refrigerante que conectan el circuito de utilización y el circuito de fuente de calor. El circuito de utilización forma parte del circuito de refrigerante y está incluido en una unidad de utilización proporcionada en el espacio predeterminado o en un espacio que comunica con el espacio predeterminado. El circuito de fuente de calor forma parte del circuito de refrigerante y está incluido en una unidad de fuente de calor. La primera parte del circuito de refrigerante, como objetivo de detección de fuga de refrigerante de la unidad de detección, corresponde al circuito de utilización. La primera válvula de cierre se proporciona en la tubería de conexión de líquido-refrigerante. La segunda válvula de cierre se proporciona en la tubería de conexión de gas-refrigerante.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es un diagrama que representa una configuración esquemática de un acondicionador de aire como aparato de ciclo de refrigerante de acuerdo con una realización.
La Figura 2 es un diagrama que representa un circuito de refrigerante del acondicionador de aire.
La Figura 3 es un diagrama que representa una habitación equipada con el acondicionador de aire.
La Figura 4 es un diagrama de bloques de control del acondicionador de aire.
La Figura 5 es un gráfico que representa un flujo de control contra fuga de refrigerante.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES
(1) Configuración del acondicionado de aire
Como se representa en la Figura 1 y en la Figura 2, un acondicionador de aire 1 como aparato de ciclo de refrigerante de acuerdo con una realización está configurado para enfriar o calentar una habitación en un edificio por medio de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor. El acondicionador de aire 1 incluye principalmente una unidad de fuente de calor 2, una pluralidad de unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d conectadas a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, tuberías de conexión de refrigerante 5 y 6, y una unidad de control 19 (véase la Figura 4). La pluralidad de unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d están conectadas en paralelo a la unidad de fuente de calor 2. Las tuberías de conexión de refrigerante 5 y 6 conectan la unidad de fuente de calor 2 y las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d a través de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d. La unidad de control 19 controla los dispositivos constituyentes de la unidad de fuente de calor 2, de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, y de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d. Como se representa en la Figura 2, el acondicionador de aire 1 incluye un circuito de refrigerante 10 de compresión de vapor que incluye un circuito de fuente de calor 222 de la unidad de fuente de calor 2, circuitos de utilización 3aa, 3bb, 3cc y 3dd de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, tuberías de conexión de líquido 61a, 61b, 61c y 61d y tuberías de conexión de gas 62a, 62b, 62c y 62d de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, y las tuberías de conexión de refrigerante 5 y 6, que están conectados para constituir el circuito de refrigerante 10.
El circuito de refrigerante 10 está lleno de R32 como refrigerante. Cuando se escapa R32 del circuito de refrigerante 10 al interior de una habitación SP (véase la Figura 3), en la que aumenta así la concentración de refrigerante, la combustibilidad del refrigerante puede provocar un accidente de combustión. Es necesario evitar un accidente de combustión de este tipo.
Las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d en el acondicionador de aire 1 se conmutan a operación de enfriamiento u operación de calentamiento mediante un mecanismo de conmutación 22 incluido en la unidad de fuente de calor 2.
(1-1) Tubería de conexión de refrigerante
La tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 incluye principalmente una tubería de unión que se extiende desde la unidad de fuente de calor 2, una pluralidad (cuatro en este caso) de primeras tuberías de ramificación 5a, 5b, 5c y 5d que se ramifican aguas arriba de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, y segundas tuberías de ramificación 5aa, 5bb, 5cc y 5dd que conectan las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d y las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d.
La tubería de conexión de gas-refrigerante 6 incluye principalmente una tubería de unión que se extiende desde la unidad de fuente de calor 2, una pluralidad (cuatro en este caso) de primeras tuberías de ramificación 6a, 6b, 6c y 6d que se ramifican aguas arriba de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, y segundas tuberías de ramificación 6aa, 6bb, 6cc y 6dd que conectan las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d y las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d.
(1-2) Unidad de utilización
Las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d se instalan en una habitación de un edificio o similar. Como se describió anteriormente, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d se conectan a la unidad de fuente de calor 2 a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5, la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, para constituir parte del circuito de refrigerante 10.
Las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d se describirán a continuación en términos de sus configuraciones. La unidad de utilización 3a y las unidades de utilización 3b, 3c y 3d están configuradas de manera similar. Por tanto, en el presente documento se describirá únicamente la configuración de la unidad de utilización 3a. En cuanto a la configuración de cada una de las unidades de utilización 3b, 3c y 3d, los elementos de cada una de las unidades de utilización 3b, 3c y 3d se denotarán mediante signos de referencia obtenidos sustituyendo un subíndice "a" en los signos de referencia de elementos de la unidad de utilización 3a por un subíndice "b", "c" o "d", y estos elementos no se describirán repetidamente.
La unidad de utilización 3a incluye principalmente una válvula de expansión de utilización 51a y un intercambiador de calor de utilización 52a. La unidad de utilización 3a incluye además una tubería de líquido-refrigerante de utilización 53a que conecta un extremo del lado de líquido del intercambiador de calor de utilización 52a y la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 (la tubería de ramificación 5aa en este caso), y una tubería de gas-refrigerante de utilización 54a que conecta un extremo del lado de gas del intercambiador de calor de utilización 52a y la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 (la segunda tubería de ramificación 6aa en este caso). La tubería de líquido-refrigerante de utilización 53a, la válvula de expansión de utilización 51 a, el intercambiador de calor de utilización 52a y la tubería de gas-refrigerante de utilización 54a constituyen el circuito de utilización 3aa de la unidad de utilización 3a.
La válvula de expansión de utilización 51a es una válvula de expansión accionada eléctricamente configurada para descomprimir un refrigerante así como para ajustar el caudal del refrigerante que fluye en el intercambiador de calor de utilización 52a, y se proporciona en la tubería de líquido-refrigerante de utilización 53a.
El intercambiador de calor de utilización 52a funciona como un evaporador de refrigerante configurado para enfriar el aire interior, o funciona como un radiador de refrigerante configurado para calentar el aire interior. La unidad de utilización 3a incluye un ventilador de utilización 55a. El ventilador de utilización 55a suministra al intercambiador de calor de utilización 52a aire interior como fuente de enfriamiento o fuente de calentamiento para el refrigerante que fluye en el intercambiador de calor de utilización 52a. El ventilador de utilización 55a es impulsado por un motor 56a del ventilador de utilización.
La unidad de utilización 3a incluye diferentes sensores. Específicamente, la unidad de utilización 3a incluye un sensor del lado de líquido de intercambio de calor de utilización 57a configurado para detectar la temperatura del refrigerante en el extremo del lado de líquido del intercambiador de calor de utilización 52a, un sensor del lado de gas de intercambio de calor de utilización 58a configurado para detectar la temperatura del refrigerante en el extremo del lado de gas del intercambiador de calor de utilización 52a, y un sensor de aire interior 59a configurado para detectar la temperatura del aire interior aspirado al interior de la unidad de utilización 3a. La unidad de utilización 3a incluye además una unidad de detección de fuga de refrigerante 79a configurada para detectar fuga de refrigerante. Ejemplos de la unidad de detección de fuga de refrigerante 79a pueden incluir un sensor de gas de semiconductor y una unidad de detección configurada para detectar una rápida disminución de la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a. El sensor de gas de semiconductor adoptado como unidad de detección de fuga de refrigerante 79a está conectado a una unidad de control de utilización 93a (véase la Figura 4). Cuando la unidad de detección configurada para detectar una rápida disminución de la presión del refrigerante se adopta como unidad de detección de fuga de refrigerante 79a, se instala un sensor de presión en una tubería de refrigerante y la unidad de control de utilización 93a incluye un algoritmo de detección para determinación de fuga de refrigerante en función del cambio de valor del sensor.
En este caso la unidad de detección de fuga de refrigerante 79a se proporciona en la unidad de utilización 3a. Sin embargo, la presente descripción no está limitada a esta configuración, y la unidad de detección de fuga de refrigerante 79a puede proporcionarse alternativamente en un controlador remoto configurado para operar la unidad de utilización 3a, en un espacio interior como objetivo de acondicionamiento de aire de la unidad de utilización 3a, o similar.
(1 -3) Unidad de fuente de calor
La unidad de fuente de calor 2 se coloca fuera de un edificio, por ejemplo, en un tejado o en el suelo. Como se describió anteriormente, la unidad de fuente de calor 2 está conectada a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5, la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, para constituir parte del circuito de refrigerante 10.
La unidad de fuente de calor 2 incluye principalmente un compresor 21 y un intercambiador de calor de la fuente de calor 23. La unidad de fuente de calor 2 incluye además el mecanismo de conmutación 22 que funciona como un mecanismo de conmutación de enfriamiento-calentamiento configurado para conmutar entre un estado de operación de enfriamiento en el que el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un radiador de refrigerante y los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d funcionan cada uno como un evaporador de refrigerante, y un estado de operación de calentamiento en el que el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un evaporador de refrigerante y los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d funcionan cada uno como un radiador de refrigerante. El mecanismo de conmutación 22 y un lado de aspiración del compresor 21 están conectados a través de una tubería de refrigerante aspirado 31. La tubería de refrigerante aspirado 31 está provista de un acumulador 29 configurado para acumular temporalmente un refrigerante aspirado al interior del compresor 21. El mecanismo de conmutación 22 y un lado de descarga del compresor 21 están conectados a través de una tubería de refrigerante descargado 32. El mecanismo de conmutación 22 y un extremo del lado de gas del intercambiador de calor de la fuente de calor 23 están conectados a través de una primera tubería de gasrefrigerante de la fuente de calor 33. La tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y un extremo del lado de líquido del intercambiador de calor de la fuente de calor 23 están conectados a través de una tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34. La tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 y la tubería de conexión de líquidorefrigerante 5 están conectadas en una parte provista de una válvula de cierre del lado de líquido 27. El mecanismo de conmutación 22 y la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 están conectados a través de una segunda tubería de gas-refrigerante de la fuente de calor 35. La segunda tubería de gas-refrigerante de la fuente de calor 35 y la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 están conectadas en una parte provista de una válvula de cierre del lado de gas 28. La válvula de cierre del lado de líquido 27 y la válvula de cierre del lado de gas 28 están configuradas para abrirse y cerrarse manualmente. La válvula de cierre del lado de líquido 27 y la válvula de cierre del lado de gas 28 están abiertas durante el funcionamiento. La tubería de refrigerante aspirado 31, el compresor 21, la tubería de refrigerante descargado 32, la primera tubería de gas-refrigerante de la fuente de calor 33, el intercambiador de calor de la fuente de calor 23, la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34, la segunda tubería de gas-refrigerante de la fuente de calor 35, y similares constituyen el circuito de fuente de calor 222 de la unidad de fuente de calor 2.
El compresor 21 está configurado para comprimir un refrigerante, y ejemplos del compresor incluyen un compresor que tiene una estructura hermética y que incluye un elemento de compresión (no representado) de un tipo de desplazamiento positivo como por ejemplo de tipo rotativo o de tipo espiral, configurado para ser impulsado en rotación por un motor 21 a del compresor.
El mecanismo de conmutación 22 está configurado para conmutar un flujo de un refrigerante en el circuito de refrigerante 10, y está constituido a modo de ejemplo por una válvula de conmutación de cuatro vías. En un caso en el que el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un radiador de refrigerante y los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d funcionan cada uno como un evaporador de refrigerante (en lo sucesivo, denominado "estado de operación de enfriamiento"), el mecanismo de conmutación 22 conecta el lado de descarga del compresor 21 y el lado de gas del intercambiador de calor de la fuente de calor 23 (véase una línea continua para el mecanismo de conmutación 22 en la Figura 2). En otro caso en el que el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un evaporador de refrigerante y los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d funcionan cada uno como un radiador de refrigerante (en lo sucesivo, denominado "estado de operación de calentamiento"), el mecanismo de conmutación 22 conecta el lado de aspiración del compresor 21 y el lado de gas del intercambiador de calor de la fuente de calor 23 (véase una línea discontinua para el primer mecanismo de conmutación 22 en la Figura 2).
El intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un radiador de refrigerante, o funciona como un evaporador de refrigerante. La unidad de fuente de calor 2 incluye un ventilador 24 de la fuente de calor. El ventilador 24 de la fuente de calor aspira aire exterior al interior de la unidad de fuente de calor 2, hace que el aire exterior así aspirado intercambie calor con el refrigerante en el intercambiador de calor de la fuente de calor 23, y descarga al exterior el aire exterior que ha intercambiado calor. El ventilador 24 de la fuente de calor es impulsado por un motor del ventilador de la fuente de calor.
Durante la operación de enfriamiento, el acondicionador de aire 1 hace que el refrigerante fluya desde el intercambiador de calor de la fuente de calor 23, a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, hasta los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d que funcionan cada uno como un evaporador de refrigerante. Durante la operación de calentamiento, el acondicionador de aire 1 hace que el refrigerante fluya desde el compresor 21, a través de la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, hasta los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d que funcionan cada uno como un radiador de refrigerante. Durante la operación de enfriamiento, el mecanismo de conmutación 22 se conmuta al estado de operación de enfriamiento en el que el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un radiador de refrigerante y el refrigerante fluye desde la unidad de fuente de calor 2 hasta las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d. Durante la operación de calentamiento, el mecanismo de conmutación 22 se conmuta al estado de operación de calentamiento en el que el refrigerante fluye desde las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d hasta la unidad de fuente de calor 2 a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d y el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funciona como un evaporador de refrigerante.
En este caso la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 está provista de una válvula de expansión de la fuente de calor 25. La válvula de expansión de la fuente de calor 25 es una válvula de expansión accionada eléctricamente configurada para descomprimir un refrigerante durante la operación de calentamiento, y se proporciona en la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34, en una parte adyacente al extremo del lado de líquido del intercambiador de calor de la fuente de calor 23.
La tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 está conectada con una tubería de retorno de refrigerante 41 y está provista de un enfriador de refrigerante 45. La tubería de retorno de refrigerante 41 hace que parte del refrigerante que fluye en la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 se bifurque para ser enviado al compresor 21. El enfriador de refrigerante 45 enfría el refrigerante que fluye en la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 por medio del refrigerante que fluye en la tubería de retorno de refrigerante 41. La válvula de expansión de la fuente de calor 25 se proporciona en la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34, en una parte más cercana al intercambiador de calor de la fuente de calor 23 en lugar de al enfriador de refrigerante 45.
La tubería de retorno de refrigerante 41 es una tubería de refrigerante que hace que el refrigerante que se bifurca desde la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 sea enviado al lado de aspiración del compresor 21. La tubería de retorno de refrigerante 41 incluye principalmente una tubería de entrada de retorno de refrigerante 42 y una tubería de salida de retorno de refrigerante 43. La tubería de entrada de retorno de refrigerante 42 hace que parte del refrigerante que fluye en la tubería de líquido-refrigerante de la fuente de calor 34 se bifurque desde una parte situada entre el extremo del lado de líquido del intercambiador de calor de la fuente de calor 23 y la válvula de cierre del lado de líquido 27 (una parte situada entre la válvula de expansión de la fuente de calor 25 y el enfriador de refrigerante 45 en este caso) y sea enviado a una entrada, adyacente a la tubería de retorno de refrigerante 41, del enfriador de refrigerante 45. La tubería de entrada de retorno de refrigerante 42 está provista de una válvula de expansión de retorno de refrigerante 44. La válvula de expansión de retorno de refrigerante 44 descomprime el refrigerante que fluye en la tubería de retorno de refrigerante 41 y también ajusta el caudal del refrigerante que fluye en el enfriador de refrigerante 45. La válvula de expansión de retorno de refrigerante 44 está configurada como una válvula de expansión accionada eléctricamente. La tubería de salida de retorno de refrigerante 43 hace que el refrigerante sea enviado desde una salida, adyacente a la tubería de retorno de refrigerante 41, del enfriador de refrigerante 45 hacia la tubería de refrigerante aspirado 31. La tubería de salida de retorno de refrigerante 43 de la tubería de retorno de refrigerante 41 está conectada a la tubería de refrigerante aspirado 31, en una parte adyacente a una entrada del acumulador 29. El enfriador de refrigerante 45 enfría el refrigerante que fluye en la tubería de líquidorefrigerante de la fuente de calor 34 por medio del refrigerante que fluye en la tubería de retorno de refrigerante 41.
La unidad de fuente de calor 2 incluye diferentes sensores. Específicamente, la unidad de fuente de calor 2 incluye un sensor de presión de descarga 36 configurado para detectar presión (presión de descarga) del refrigerante descargado desde el compresor 21, un sensor de temperatura de descarga 37 configurado para detectar temperatura (temperatura de descarga) del refrigerante descargado desde el compresor 21, y un sensor de presión de aspiración 39 configurado para detectar presión (presión de aspiración) del refrigerante aspirado al interior del compresor 21. La unidad de fuente de calor 2 incluye además un sensor del lado de líquido de intercambio de calor de la fuente de calor 38 configurado para detectar temperatura (temperatura de salida de intercambio de calor de la fuente de calor) del refrigerante en el extremo del lado de líquido del intercambiador de calor de la fuente de calor 23.
(1-4) Unidad de relé
Las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d están instaladas en un espacio SP1 detrás del techo de la habitación SP (véase la Figura 3) en un edificio. Las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, así como la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y la tubería de conexión de gas-refrigerante 6, están intercaladas entre las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d y la unidad de fuente de calor 2, para constituir parte del circuito de refrigerante 10. Las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d pueden estar dispuestas adyacentes a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, pueden estar dispuestas lejos de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, o pueden estar dispuestas colectivamente en un punto.
Las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d se describirán a continuación en términos de sus configuraciones. La unidad de relé 4a y las unidades de relé 4b, 4c y 4d están configuradas de manera similar. Por tanto, en el presente documento se describirá únicamente la configuración de la unidad de relé 4a. En cuanto a la configuración de cada una de las unidades de relé 4b, 4c y 4d, los elementos de cada una de las unidades de relé 4b, 4c y 4d se denotarán mediante signos de referencia obtenidos sustituyendo un subíndice "a" en los signos de referencia de los elementos de la unidad de relé 4a por un subíndice "b", "c" o "d", y estos elementos no se describirán de nuevo.
La unidad de relé 4a incluye principalmente la tubería de conexión de líquido 61a y la tubería de conexión de gas 62a.
La tubería de conexión de líquido 61a tiene un primer extremo conectado a la primera tubería de ramificación 5a de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5, y un segundo extremo conectado a la segunda tubería de ramificación 5aa de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5. La tubería de conexión de líquido 61a está provista de una válvula de cierre de relé de líquido 71a. La válvula de cierre de relé de líquido 71a está configurada como una válvula de expansión accionada eléctricamente.
La tubería de conexión de gas 62a tiene un primer extremo conectado a la primera tubería de ramificación 6a de la tubería de conexión de gas-refrigerante 6, y un segundo extremo conectado a la segunda tubería de ramificación 6aa de la tubería de conexión de gas-refrigerante 6. La tubería de conexión de gas 62a está provista de una válvula de cierre de relé de gas 68a. La válvula de cierre de relé de gas 68a está configurada como una válvula de expansión accionada eléctricamente.
La válvula de cierre de relé de líquido 71a y la válvula de cierre de relé de gas 68a están completamente abiertas durante la operación de enfriamiento y la operación de calentamiento.
(1-5) Unidad de control
Como se representa en la Figura 4, la unidad de control 19 incluye una unidad de control de la fuente de calor 92, unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d, y unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d, que están conectadas a través de líneas de transmisión 95 y 96 para constituir la unidad de control 19. La unidad de control de la fuente de calor 92 controla los dispositivos constituyentes de la unidad de fuente de calor 2. Las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d controlan los dispositivos constituyentes de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d. Las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d controlan los dispositivos constituyentes de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. La unidad de control de la fuente de calor 92 proporcionada en la unidad de fuente de calor 2, las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d proporcionadas en las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d, y las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d proporcionadas en las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d están configuradas para transmitir y recibir información mutuamente, como por ejemplo una señal de control, a través de las líneas de transmisión 95 y 96.
La unidad de control de la fuente de calor 92 incluye un tablero de control montado con componentes eléctricos tales como un microordenador y una memoria, y está conectada con diferentes dispositivos constituyentes 21,22, 24, 25 y 44 y con los diferentes sensores 36, 37, 38 y 39 de la unidad de fuente de calor 2. Las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d incluyen cada una un tablero de control montado con componentes eléctricos tales como un microordenador y una memoria, y están conectadas con válvulas de cierre de relé de gas 68a a 68d y válvulas de cierre de relé de líquido 71a a 71d de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d. Las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d y la unidad de control de la fuente de calor 92 están conectadas a través de la primera línea de transmisión 95. Las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d incluyen cada una un tablero de control montado con componentes eléctricos tales como un microordenador y una memoria, y están conectadas con diferentes dispositivos constituyentes 51a a 51d y 55a a 55d de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d y diferentes sensores 57a a 57d, 58a a 58d, 59a a 59d y 79a a 79d. Supongamos que las unidades de detección de fuga de refrigerante 79a, 79b, 79c y 79d están conectadas a las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d a través de cables 97a, 97b, 97c y 97d. Las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d y las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d están conectadas a través de la segunda línea de transmisión 96.
De esta manera, la unidad de control 19 controla el funcionamiento de todo el acondicionador de aire 1. Específicamente, la unidad de control 19 controla los diferentes dispositivos constituyentes 21, 22, 24, 25, 44, 51a a 51d, 55a a 55d, 68a a 68d, y 71a a 71d del acondicionador de aire 1 (la unidad de fuente de calor 2, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d en este caso) de acuerdo con señales de detección de los diferentes sensores 36, 37, 38, 39, 57a a 57d, 58a a 58d, 59a a 59d y 79a a 79d.
(2) Funcionamiento básico del acondicionador de aire.
El acondicionador de aire 1 se describirá a continuación en términos de su funcionamiento básico. Como se describió anteriormente, el funcionamiento básico del acondicionador de aire 1 incluye la operación de enfriamiento y la operación de calentamiento. El siguiente funcionamiento básico del acondicionador de aire 1 es ejecutado por la unidad de control 19 configurada para controlar los dispositivos constituyentes del acondicionador de aire 1 (la unidad de fuente de calor 2, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d).
(2-1) Operación de enfriamiento
Durante la operación de enfriamiento en un caso ejemplar en el que todas las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d ejecutan la operación de enfriamiento (operación realizada por cada uno de los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d funcionando como un evaporador de refrigerante y el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 funcionando como un radiador de refrigerante), el mecanismo de conmutación 22 se conmuta al estado de operación de enfriamiento (el estado representado por la línea continua para el mecanismo de conmutación 22) para impulsar el compresor 21, el ventilador 24 de la fuente de calor y los ventiladores de utilización 55a, 55b, 55c y 55d. Además, las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d están completamente abiertas.
En este caso las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d operan los diferentes dispositivos constituyentes de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. Las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d transmiten información que indica que las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d ejecutan la operación de enfriamiento a la unidad de control de la fuente de calor 92 y a las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d a través de las líneas de transmisión 95 y 96. Los diferentes dispositivos de la unidad de fuente de calor 2 y de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d son operados por la unidad de control de la fuente de calor 92 y las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d que han recibido información de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d.
Durante la operación de enfriamiento, un refrigerante a alta presión descargado desde el compresor 21 es enviado al intercambiador de calor de la fuente de calor 23 a través del mecanismo de conmutación 22. El refrigerante enviado al intercambiador de calor de la fuente de calor 23 intercambia calor con aire exterior suministrado por el ventilador 24 de la fuente de calor en el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 que funciona como un radiador de refrigerante, para ser enfriado y condensado. Este refrigerante sale de la unidad de fuente de calor 2 a través de la válvula de expansión de la fuente de calor 25, el enfriador de refrigerante 45 y la válvula de cierre del lado de líquido 27. En el enfriador de refrigerante 45, el refrigerante que fluye en la tubería de retorno de refrigerante 41 enfría el refrigerante que sale de la unidad de fuente de calor 2.
El refrigerante que ha salido de la unidad de fuente de calor 2 se ramifica para ser enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 (la tubería de unión y las primeras tuberías de ramificación 5a, 5b, 5c y 5d). El refrigerante enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d sale de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d.
El refrigerante que ha salido de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d es enviado a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d a través de las segundas tuberías de ramificación 5aa, 5bb, 5cc y 5dd (partes incluidas en la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y que conectan las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d y las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d). El refrigerante enviado a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d se descomprime mediante las válvulas de expansión de utilización 51a, 51b, 51c y 51 d y a continuación es enviado a los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d. El refrigerante enviado a los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d intercambia calor con aire interior suministrado desde el interior de la habitación por los ventiladores de utilización 55a, 55b, 55c y 55d en los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d que funcionan cada uno como un evaporador de refrigerante, para ser calentado y así evaporado. El refrigerante así evaporado sale de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. Mientras tanto, el aire interior enfriado en los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d es enviado al interior de la habitación para la operación de enfriamiento en la habitación.
El refrigerante que ha salido de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d es enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de las segundas tuberías de ramificación 6aa, 6bb, 6cc y 6dd de la tubería de conexión de gasrefrigerante 6. El refrigerante enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d sale de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d.
El refrigerante que ha salido de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d se une a través de la tubería de conexión de gasrefrigerante 6 (la tubería de unión y las primeras tuberías de ramificación 6a, 6b, 6c y 6d) para ser enviado a la unidad de fuente de calor 2. El refrigerante enviado a la unidad de fuente de calor 2 es aspirado al interior del compresor 21 a través de la válvula de cierre del lado de gas 28, el mecanismo de conmutación 22 y el acumulador 29.
(2-2) Operación de calentamiento
Durante la operación de calentamiento en un caso ejemplar en el que todas las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d ejecutan la operación de calentamiento (operación realizada por cada uno de los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d funcionando como un radiador de refrigerante y el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 que funciona como un evaporador de refrigerante), el mecanismo de conmutación 22 se conmuta al estado de operación de calentamiento (el estado representado por la línea discontinua para el mecanismo de conmutación 22 en la Figura 2) para impulsar el compresor 21, el ventilador 24 de la fuente de calor y los ventiladores de utilización 55a, 55b, 55c y 55d. Además, las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d están completamente abiertas.
En este caso las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d operan los diferentes dispositivos constituyentes de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. Las unidades de control de utilización 93a, 93b, 93c y 93d transmiten información que indica que las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d ejecutan la operación de calentamiento a la unidad de control de la fuente de calor 92 y a las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d a través de las líneas de transmisión 95 y 96. Los diferentes dispositivos de la unidad de fuente de calor 2 y de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d son operados por la unidad de control de la fuente de calor 92 y las unidades de control de relé 94a, 94b, 94c y 94d que han recibido información de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d.
Un refrigerante a alta presión descargado desde el compresor 21 fluye a través del mecanismo de conmutación 22 y de la válvula de cierre del lado de gas 28 para salir de la unidad de fuente de calor 2.
El refrigerante que ha salido de la unidad de fuente de calor 2 es enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 (la tubería de unión y las primeras tuberías de ramificación 6a, 6b, 6c y 6d). El refrigerante enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d sale de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d.
El refrigerante que ha salido de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d es enviado a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d a través de las segundas tuberías de ramificación 6aa, 6bb, 6cc y 6dd (partes incluidas en la tubería de conexión de gas-refrigerante 6 y que conectan las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d y las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d). El refrigerante enviado a las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d es enviado a los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d. Un refrigerante a alta presión enviado a los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d intercambia calor con aire interior suministrado desde el interior de la habitación por los ventiladores de utilización 55a, 55b, 55c y 55d en los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d que funcionan cada uno como un radiador de refrigerante, para ser enfriado y condensado. El refrigerante así condensado se descomprime mediante las válvulas de expansión de utilización 51a, 51b, 51c y 51d y a continuación sale de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. Mientras tanto, el aire interior calentado en los intercambiadores de calor de utilización 52a, 52b, 52c y 52d es enviado al interior de la habitación para la operación de calentamiento en la habitación.
El refrigerante que ha salido de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d es enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de las segundas tuberías de ramificación 5aa, 5bb, 5cc y 5dd (las partes incluidas en la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 y que conectan las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d y las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d). El refrigerante enviado a las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d sale de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d a través de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d.
El refrigerante que ha salido de las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d se une a través de la tubería de conexión de líquido-refrigerante 5 (la tubería de unión y las primeras tuberías de ramificación 5a, 5b, 5c y 5d) para ser enviado a la unidad de fuente de calor 2. El refrigerante enviado a la unidad de fuente de calor 2 es enviado a la válvula de expansión de la fuente de calor 25 a través de la válvula de cierre del lado de líquido 27 y del enfriador de refrigerante 45. El refrigerante enviado a la válvula de expansión de la fuente de calor 25 se descomprime mediante la válvula de expansión de la fuente de calor 25 y a continuación es enviado al intercambiador de calor de la fuente de calor 23. El refrigerante enviado al intercambiador de calor de la fuente de calor 23 intercambia calor con aire exterior suministrado por el ventilador 24 de la fuente de calor para ser calentado y así evaporado. El refrigerante así evaporado es aspirado al interior del compresor 21 a través del mecanismo de conmutación 22 y el acumulador 29.
(3) Funcionamiento del acondicionador de aire cuando se produce fuga de refrigerante.
El funcionamiento del acondicionador de aire 1 cuando se produce fuga de refrigerante se describirá a continuación con referencia a un flujo de control representado en la Figura 5. De manera similar al funcionamiento básico descrito anteriormente, el siguiente funcionamiento del acondicionador de aire 1 cuando se produce fuga de refrigerante es ejecutado por la unidad de control 19 configurada para controlar los dispositivos constituyentes del acondicionador de aire 1 (la unidad de fuente de calor 2, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, y las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d).
Se ejecuta un control similar independientemente de cuál de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d tenga fuga de refrigerante. En el presente documento se describe un caso ejemplar de detección de fuga de refrigerante al interior de la habitación equipada con la unidad de utilización 3a.
El paso S1 en la Figura 5 incluye determinar cuál de las unidades de detección de fuga de refrigerante 79a, 79b, 79c y 79d de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d detecta fuga de refrigerante. En un caso en que la unidad de detección de fuga de refrigerante 79a de la unidad de utilización 3a detecta fuga de refrigerante al interior del espacio (habitación) equipado con la unidad de utilización 3a, el flujo pasa al paso S2 posterior.
El paso S2 incluye avisar a una persona que permanece en el espacio equipado con la unidad de utilización 3a por medio de un dispositivo de alarma (no representado) configurado para activarse con un sonido de alarma tal como un zumbido y encender una lámpara en la unidad de utilización 3a que tiene fuga de refrigerante.
El paso S3 posterior incluye determinar si la unidad de utilización 3a está ejecutando o no la operación de enfriamiento. En un caso en que la unidad de utilización 3a está ejecutando la operación de calentamiento o la unidad de utilización 3a está detenida o temporalmente detenida sin ejecutar la operación de enfriamiento o la operación de calentamiento, el flujo pasa del paso S3 al paso S4.
El paso S4 incluye hacer que la unidad de utilización 3a ejecute la operación de enfriamiento para reducir la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a. La operación de enfriamiento en el paso S4 es diferente de la operación de enfriamiento ordinaria y prioriza la reducción de la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a. Cuando el acondicionador de aire 1 ejecuta la operación de calentamiento, el mecanismo de conmutación 22 se conmuta al estado de operación de enfriamiento para hacer que el acondicionador de aire 1 ejecute la operación de enfriamiento. Cuando la unidad de utilización 3a está detenida o temporalmente detenida, la unidad de utilización 3a se lleva al estado de operación de enfriamiento para reducir la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a.
El paso S5 posterior al paso S4 incluye reducir el grado de apertura de la válvula de expansión de la fuente de calor 25 de la unidad de fuente de calor 2. La válvula de expansión de la fuente de calor 25 está completamente abierta durante la operación de enfriamiento ordinaria. En este caso, el grado de apertura de la válvula de expansión de la fuente de calor 25 se reduce para reducir la presión del refrigerante que fluye hacia las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. La válvula de expansión de utilización 51 a de la unidad de utilización 3a está completamente abierta.
El paso S5 incluye incrementar el grado de apertura de la válvula de expansión de retorno de refrigerante 44 en comparación con el grado de apertura para la operación de enfriamiento ordinaria, con el fin de incrementar la cantidad de refrigerante que fluye en la tubería de retorno de refrigerante 41 que sirve como ruta de derivación. Por lo tanto, del refrigerante que irradió calor y se condensó en el intercambiador de calor de la fuente de calor 23 y que fluye hacia las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, una parte mayor del refrigerante fluye a través de la tubería de retorno de refrigerante 41 para regresar al lado de aspiración del compresor 21. Dicho de otra forma, una parte más pequeña del refrigerante irradia calor para ser condensado en el intercambiador de calor de la fuente de calor 23, y fluye hasta las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. Este control conduce a una disminución más rápida de la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a que tiene fuga de refrigerante. El refrigerante que ha fluido a través de la tubería de retorno de refrigerante 41 fluye al interior del acumulador 29. Parte del refrigerante que ha fluido de esta manera a su interior puede acumularse así en el acumulador 29.
El paso S5 incluye además reducir el número de revoluciones del ventilador de utilización 55a.
El paso S6 incluye determinar si la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a ha disminuido o no lo suficiente de acuerdo con los valores del sensor del lado de líquido de intercambio de calor de utilización 57a y del sensor del lado de gas de intercambio de calor de utilización 58a de la unidad de utilización 3a. Si los valores del sensor cumplen condiciones predeterminadas y se determina que la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a se ha reducido suficientemente, el flujo pasa del paso S6 al paso S7. El paso S6 también incluye monitorizar el tiempo transcurrido. Si ha transcurrido un tiempo predeterminado después de la operación en el paso S5, se determina que la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a ha disminuido en cierta medida y el flujo pasa al paso S7.
El paso S6 incluye monitorizar la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a, y la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a se controla para que no se vuelva sustancialmente menor que la presión atmosférica. El flujo pasa del paso S6 al paso S7 antes de que la presión del refrigerante en la unidad de utilización 3a se vuelva menor que la presión atmosférica.
El paso S7 incluye cerrar la válvula de cierre de relé de líquido 71a y la válvula de cierre de relé de gas 68a de la unidad de relé 4a correspondiente a la unidad de utilización 3a que tiene fuga de refrigerante. La unidad de utilización 3a se separa así del circuito de refrigerante 10 que tiene circulación de refrigerante, para detener sustancialmente el flujo del refrigerante desde la unidad de fuente de calor 2 hacia la unidad de utilización 3a. El paso S7 posterior incluye detener todas las unidades, incluidas las unidades de utilización 3b, 3c y 3d restantes y la unidad de fuente de calor 2.
(4) Selección de válvula de cierre de relé de líquido y válvula de cierre de relé de gas
Como se describió anteriormente, las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d se controlan para que se cierren tras la detección de fuga de refrigerante (véase el paso S7 en la Figura 4). Dicho de otra forma, si se detecta fuga de refrigerante en cualquiera de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d, la válvula de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c ó 71d y la válvula de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c ó 68d de la unidad de relé 4a, 4b, 4c ó 4d correspondiente se conmutan desde un estado no de cierre al estado de cierre en el que las válvulas de cierre están cerradas.
En el acondicionador de aire 1 de acuerdo con la presente realización, la válvula de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c o 71d y la válvula de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c o 68d se seleccionan de la siguiente manera. Cualquiera de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d se selecciona de la misma manera y, por lo tanto, en lo sucesivo se le denominará simplemente válvula de cierre.
(4-1) En relación con la habitación equipada con la unidad de utilización del acondicionador de aire.
La selección de una válvula de cierre viene precedida por la obtención de información sobre un edificio equipado con el acondicionador de aire 1, específicamente, información sobre la habitación equipada con las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d.
En este caso, las cuatro unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d así como las unidades de relé 4a, 4b, 4c y 4d están dispuestas en el espacio SP1 detrás del techo de la habitación (espacio predeterminado) SP representada en la Figura 3. La habitación SP tiene un suelo FL que no está equipado con ninguna unidad de utilización. Dicho de otra forma, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d se instalarán en el techo y no se deben colocar en el suelo.
La habitación SP está provista de una puerta DR que permite a una persona entrar o salir de la habitación. La puerta DR está cerrada cuando ninguna persona entra o sale de la habitación. La puerta DR está provista debajo de ella de un espacio libre (parte socavada) UC. El techo de la habitación SP está provisto de un orificio de ventilación (no representado). El espacio libre UC tiene un área Ad (m2). En un caso ejemplar en el que el espacio libre UC tiene 4 mm de altura y 800 mm de anchura, el área Ad del espacio libre UC es 0.0032 (m2) obtenido al multiplicar estos valores. Las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d están dispuestas en el espacio SP1 detrás del techo de la habitación SP, de modo que se asume que una distancia H desde el suelo FL hasta cada uno de los circuitos de utilización 3aa, 3bb, 3cc y 3dd de las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d es igual a la altura (altura del techo) de la habitación SP. (4-2) En relación con la tasa de fuga de aire máxima tolerable (tasa de fuga de cierre) tolerada cuando la válvula de cierre está en estado de cierre
A continuación se describe en orden cómo calcular la tasa de fuga de cierre, que se requiere para la selección de la válvula de cierre de relé de líquido y la válvula de cierre de relé de gas. La siguiente descripción se refiere de manera general a una válvula de cierre y una unidad de utilización sin especificar ninguna de las válvulas de cierre o de las unidades de utilización incluidas únicamente en el acondicionador de aire 1 de acuerdo con la presente realización. Por tanto, la válvula de cierre y la unidad de utilización se describirán sin signos de referencia.
(4-2-1)
Como se describe en el "compendio de la invención" anterior, en el "Anexo A (Prescripción) Especificaciones de válvulas de cierre de seguridad" (“Annex A (Prescription) Specifications of safety shutoff valves”) de la directriz de la Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association, cuando el fluido es aire y una válvula de cierre de seguridad tiene 1 MPa como presión diferencial entre aguas arriba y aguas abajo de la válvula de cierre de seguridad, se prescribe 300 (cm3/min) o menos como la tasa de fuga de válvula cerrada que debe cumplir la válvula de cierre de seguridad. Inicialmente se obtiene un juego de válvula en un caso en que la válvula de cierre está cerrada de acuerdo con estas condiciones.
El área en sección del juego de la válvula Av se obtiene a partir de un caudal volumétrico de aire, una presión absoluta de entrada de aire, una densidad del aire y una relación de calor específico del aire, y se obtiene entonces un diámetro equivalente dv del juego de la válvula, suponiendo que la sección tiene forma circular. Se supone que el aire tiene 1.40 como relación de calor específico<k>(20° C). Cuando una relación de presiones P2/P1 supera (2/(<k>+1))<x>(<k>/(<k>-1)), la velocidad del flujo supera la velocidad del sonido. A la presión diferencial anterior, se cumplen
P2/P1 = (1 0.1013)/0.1013 = 10.87,
y
y, por lo tanto, la velocidad del flujo supera la velocidad supersónica.
Un caudal másico Ga, un caudal volumétrico Qa, y el diámetro equivalente del juego de la válvula dv se obtienen de acuerdo con las siguientes fórmulas. Cuando la velocidad del flujo supera la velocidad del sonido,
(Fórmula 1):
(Fórmula 2):
<A v = Q a X p 2a X>(2/(<k 1 ) ) ( - ( k 1)/2(k -D ) x ( k x>p u<x p u )( -0.5)>
(Fórmula 3):
El "Anexo A (Prescripción) Especificaciones de válvulas de cierre de seguridad" (“Annex A (Prescription) Specifications of safety shutoff valves”) anterior especifica que la tasa de fuga de válvula cerrada (tasa de fuga tolerable de válvula cerrada) que debe cumplirse es de 300 (cm3/min) o menos, que corresponde a 5x10-6 (m3/s). La directriz especifica además la tasa de fuga tolerable de válvula cerrada idéntica para válvulas de cierre en una tubería de conexión del lado de líquido y en una tubería de conexión del lado de gas. Por tanto, se supone que ambas válvulas de cierre tienen juegos de válvula idénticos.
Esta condición se sustituye en la (Fórmula 2) para obtener Av. El "Anexo A (Prescripción) Especificaciones de válvulas de cierre de seguridad" (“Annex A (Prescription) Specifications of safety shutoff valves”) anterior tolera un juego de válvula (dvG) y un área en sección del juego de la válvula (AvG) obtenidos mediante
<dvG = dvL>= 5.47E - 5 (m),
y
(4-2-2)
A continuación se calcula la velocidad de fuga Gr de un refrigerante que se escapa por el juego de la válvula (dvG) así obtenido.
Este cálculo se realiza suponiendo que un refrigerante en fase líquida está ubicado aguas arriba de la válvula de cierre vista desde la unidad de utilización en una línea del lado de líquido (tubería de conexión de líquido-refrigerante) y que un refrigerante en fase gaseosa está ubicado aguas arriba de la válvula de cierre vista desde la unidad de utilización en una línea del lado de gas (tubería de conexión de gas-refrigerante).
Una velocidad de fuga de refrigerante (GrL) en la línea del lado líquido se obtiene inicialmente de acuerdo con el teorema de Bernoulli suponiendo que un orificio de fuga sirve como orificio y un refrigerante en fase líquida pasa por el orificio de fuga, mediante
(Fórmula 4):
GrL = Cr x (2 x APr/pirl)1^ x AVL x pirl.
La línea del lado de gas tiene una velocidad de fuga de refrigerante (GrG) que supera la velocidad del sonido. Se supone que la relación de calor específico k tiene un valor representativo igual al valor del gas saturado del refrigerante a 20° C. La velocidad de fuga de refrigerante (GrG) en la línea del lado de gas se obtiene mediante
(Fórmula 5):
Gr0 = AvG X(2/(1 \ ) f l+ 1)12(1 -1)} X(1X Plr x pirg)0'5.
En un caso en que tanto las válvulas de cierre de la línea del lado de líquido como de la línea del lado de gas están cerradas, la velocidad de fuga Gr del refrigerante que fluye al interior de la habitación SP se obtiene mediante
(Fórmula 6):
G r G rL G rG
= Cr x (2 x APr/pirl)05 x AVL x pirf
Ejemplos de variables que influyen en la velocidad de fuga de refrigerante a través del juego de la válvula de cierre incluyen (4-2-2-A) a (4-2-2-E). Las variables se calculan de las siguientes maneras.
(4-2-2-A) tipo de refrigerante
Se supone que el refrigerante se selecciona de entre R32, R452B, R454B, R1234yf y R1234ze(E), y cada uno de los refrigerantes tiene un valor de propiedad física calculado de acuerdo con la norma NIST Refprop V9.1.
(4-2-2-B) temperatura ambiente que determina la presión del refrigerante aguas arriba de la válvula de cierre después de que el acondicionador de aire se detiene, y la presión diferencial entre la presión del refrigerante y la presión atmosférica
Después de que el acondicionador de aire se detiene, se puede suponer que la presión del refrigerante más cerca de la unidad de fuente de calor en lugar de (aguas arriba de) la válvula de cierre está determinada por la temperatura máxima fuera de un edificio. De acuerdo con las condiciones de ensayo a alta temperatura para acondicionadores de aire en los EE.UU. (Tabla 1 proporcionada a continuación), la temperatura exterior máxima se establece en 55° C y la presión del refrigerante aguas arriba de la válvula de cierre se establece en la presión de saturación a 55° C.
[Tabla 1]
aNo existe ninguna especificación para la humedad relativa exterior ya que no tiene impacto sobre las prestaciones.bTemperatura del punto de rocío y humedad relativa evaluadas a 0.973 atm (14.3 psi)
c Según la norma A<h>RI 210/240
dT3* es una condición de T3 modificada en la que la configuración interior es similar a las condiciones AHRI. ;;Fuente: ;Evaluación de refrigerantes alternativos para entornos de alta temperatura ambiente: alternativas de R-22 y R-410A para acondicionadores de aire mini-split, (“Alternative Refrigerant Evaluation for High-Ambient-Temperature Environments: R-22 and R-410A Alternatives for Mini-Split Air Conditioners”) ORNL, P5, 2015 ;;(4-2-2-C) densidad del líquido y densidad del gas ;La densidad del líquido como concentración másica (kg/m3) de un refrigerante en fase líquida, y la concentración másica (kg/m3) de un refrigerante en fase gaseosa se calculan de acuerdo con la norma NIST Refprop V9.1. ;;(4-2-2-D) relación de calor específico ;La relación de calor específico se calcula de acuerdo con la norma NIST Refprop V9.1. Se adopta una relación de calor específico del gas saturado del refrigerante a 27° C. ;;(4-2-2-E) estados del refrigerante en la línea del lado de líquido y en la línea del lado de gas ;Después de llevar la válvula de cierre al estado de cierre, se supone si el refrigerante en la línea del lado líquido y el refrigerante en la línea del lado gas aguas arriba de la válvula de cierre están en fase líquida y en fase gaseosa o están en fase gaseosa y en fase gaseosa, respectivamente. En esta realización, el cálculo se realiza suponiendo el primer caso en el que la tasa de fuga de refrigerante calculada es mayor. Dicho de otra forma, el cálculo se realiza después de que la válvula de cierre se lleva al estado de cierre, suponiendo que el refrigerante en la línea del lado líquido aguas arriba de la válvula de cierre está en fase líquida y el refrigerante en la línea del lado de gas aguas arriba de la válvula de cierre está en fase gaseosa. ;;Cuando se calculan las variables como se ha descrito anteriormente, la velocidad de fuga de cada refrigerante que se escapa por el juego de la válvula se indica en la Tabla 2 a continuación. ;;[Tabla 2] ;; ;;;
Las velocidades de fuga a diferentes temperaturas ambiente (temperaturas fuera de un edificio) se pueden obtener de acuerdo con la (Fórmula 4), la (Fórmula 5) y la (Fórmula 6) variando los valores de las propiedades físicas. La velocidad de fuga tiende a ser mayor cuanto mayor es la temperatura ambiente. De este modo, se pueden seleccionar y diseñar válvulas de cierre adaptadas a diferentes regiones obteniendo las velocidades de fuga de acuerdo con las condiciones de temperaturas exteriores (temperaturas exteriores máximas) en las diferentes regiones. ;(4-2-3) ;A continuación se calcula la velocidad de descarga del refrigerante Gd del refrigerante descargado desde la habitación a través del espacio libre UC bajo la puerta DR. ;;; ;;;
Ejemplos de variables que influyen en la velocidad de descarga del refrigerante incluyen (4-2-3-A) y (4-2-3-B). ;;(4-2-3-A) altura de fuga ;;(4-2-3-B) coeficiente de seguridad para LFL de concentración media de refrigerante en la habitación ;La altura de fuga es 2.2 m o similar cuando la unidad de utilización se instala en el techo y es 0.6 m o similar cuando la unidad de utilización se coloca en el suelo (consúltese la norma IEC60335-2-40: 2016). Dividiendo LFL por el coeficiente de seguridad se obtiene una concentración media tolerable. En la velocidad de descarga del refrigerante influye el coeficiente de seguridad establecido en cuatro o dos, como indica a modo de ejemplo la Tabla 3 a continuación. ;;[Tabla 3] ;;; ;;;
(4-2-4) ;A continuación se calcula la tasa de fuga de aire máxima tolerable (Qmax) de la válvula de cierre en el estado de cierre en caso de que la puerta DR esté provista debajo de ella del espacio libre UC. ;;Cuando la velocidad de descarga Gd del refrigerante al exterior de la habitación SP a través del espacio libre UC es mayor que la velocidad de fuga Gr del refrigerante a través del juego de la válvula de cierre en el estado de cierre, una tasa de fuga de aire tolerable puede hacerse mayor que 300 (cm3/min). Como se mencionó anteriormente en (4-2-1), si las válvulas de cierre en la línea del lado de líquido y en la línea del lado de gas están configuradas para tener la misma tasa de fuga de aire máxima tolerable (Qmax), un factor multiplicador R para 300 (cm3/min) especificado por la directriz de la Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association es idéntico para las válvulas de cierre en la línea del lado de líquido y en la línea del lado de gas. ;;(Fórmula 14): ;;; ;
(Fórmula 15): ;;Qmax = 300 x R ;;Supongamos aquí que, antes de que las válvulas de cierre se lleven al estado de cierre, se proporciona un refrigerante en fase líquida aguas arriba de la válvula de cierre en la línea del lado de líquido, y se proporciona un refrigerante en fase gaseosa aguas arriba de la válvula de cierre en la línea del lado de gas. La (Fórmula 16) se obtiene sustituyendo la (Fórmula 6) y la (Fórmula 8) en la (Fórmula 15). ;;(Fórmula 16): ;;R = (pmd x Vmd x A¿)/(Cr x (2 x APr/pir)°'5 x Av x pirl ;;+ Av x (2/(1 !))((*+U/20-U) x<( X>x p lr x p irg)0-5)
El factor multiplicador R tolerable para cada uno de los refrigerantes se obtiene de acuerdo con la (Fórmula 16), como se indica a modo de ejemplo en la Tabla 4.
[Tabla 4]
Multiplicador R tolerable de tasa de fuga de aire máxima tolerable Qv
(4-2-5)
A continuación se considera un orificio de fuga de refrigerante abierto en el circuito de utilización de la unidad de utilización de acuerdo con los resultados de la investigación de fugas de refrigerante que realmente ocurrieron en el mercado.
Se ha informado de un caso en el que se produjo fuga de refrigerante por un orificio abierto debido a corrosión o similar en parte de un circuito de utilización de una unidad de utilización en un acondicionador de aire. De acuerdo con el "Informe de evaluación de riesgos de la construcción de acondicionadores de aire múltiples utilizando refrigerantes de baja inflamabilidad" (“Report of risk assessment of building multi air conditioners using lower flammability refrigerants”) elaborado por la Japan Refrigeration and Air Conditioning Industry Association (publicado el 20 de septiembre de 2017), se recogieron del mercado las unidades de utilización que realmente provocaron fuga de refrigerante y se investigaron para encontrar un diámetro máximo del orificio de fuga de 0.174 mm. Este valor corresponde a 3.18 veces el diámetro equivalente del juego de la válvula dv = 5.47E - 2 (mm) para la válvula de cierre en el estado de cierre. Un área en sección obtenida a partir de este valor es 10.1 veces el área en sección del juego de la válvula. Al disminuir la tasa de fuga de aire máxima tolerable Qmax de la válvula de cierre en el estado de cierre, la válvula de cierre está instalada inútilmente si el juego de la válvula de cierre se configura para que sea mayor que el diámetro del orificio de fuga de la unidad de utilización. Por tanto, el factor multiplicador R tolerable se establecerá adecuadamente de manera que no supere 10.1 veces.
(4-2-6)
Anteriormente se ha descrito el cálculo de la tasa de fuga de cierre y similares. Los símbolos y similares incluidos en las fórmulas indican lo que se explica a continuación en (4-2-6-1) a (4-2-6-3), a menos que se especifique lo contrario.
(4-2-6-1) Símbolos
A: área (m2 como unidad)
C: coeficiente de caudal
d: diámetro equivalente (m como unidad)
G: velocidad del caudal másico (kg-s-1 como unidad)
g: aceleración de la gravedad (m-s-2 como unidad)
h: altura de fuga (m como unidad)
L: límite inferior de inflamabilidad (LFL) del refrigerante (kg-m-3 como unidad)
N: concentración volumétrica del refrigerante (% en volumen como unidad)
P: presión (Pa como unidad)
Q: velocidad del caudal volumétrico (m3-s-1 como unidad)
R: multiplicador tolerable de la tasa de fuga de la válvula
Ap: presión diferencial (Pa como unidad)
S: coeficiente de seguridad
U: peso molecular del refrigerante
v: velocidad (m s-1 como unidad)
(4-2-6-2) Letras griegas
<k>: relación de calor específico del aire
A: relación de calor específico del refrigerante
p: concentración másica (kgm -3 como unidad)
(4-2-6-3) Subíndices
a: aire
d: espacio libre bajo la puerta
g: fase gaseosa
<i>: fase líquida
m: mezcla de refrigerante y aire
r: refrigerante
s: punto de fuga de refrigerante
v: válvula de cierre
<g>: línea del lado de gas
L: línea del lado de líquido
<1>: aguas arriba
<2>: aguas abajo
max: tolerancia
(5) Características del acondicionador de aire.
(5-1)
En el acondicionador de aire 1, la tasa de fuga de aire máxima tolerable (tasa de fuga de cierre) requerida para la válvula de cierre se calcula de la manera mencionada anteriormente en (4-2) de acuerdo con las condiciones tales como el tamaño de la habitación SP equipada con las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d (el tamaño del espacio libre UC debajo de la puerta DR o la altura del techo), el tipo de refrigerante (R32) y los lugares equipados con las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d (instaladas en el techo en lugar de colocadas en el suelo), para determinar las especificaciones de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d. En concreto, se calcula el factor multiplicador R para 300 (cm3/min) como valor de referencia de la tasa de fuga de cierre en las especificaciones prescritas por el Anexo A de la directriz, en cuanto a cómo se puede incrementar la tasa tolerable para 300 (cm3/min). El valor numérico específico del factor multiplicador R se obtiene como se indica en la Tabla 4. Aquí, en caso de que se adopte R32 como refrigerante, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d se instalan en el techo de la habitación SP, y el coeficiente de seguridad S se establece en cuatro, el factor multiplicador R es 1.96 como se indica en la Tabla 4.
De acuerdo con el factor multiplicador R, las especificaciones de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71 d y de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d se determinan en el acondicionador de aire 1 de tal manera que la tasa de fuga de aire máxima tolerable (tasa de fuga de cierre) es 300 x 1.96 (cm3/min) o menos. En comparación con el caso en el que las especificaciones se determinan de acuerdo con 300 (cm3/min) como valor de referencia, se reduce el coste de producción o el coste de compra de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d, para reducir incluso el coste de introducción del acondicionador de aire 1 que incluye el refrigerante (R32) que evita el calentamiento global.
También en el acondicionador de aire 1 que incluye las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d que tienen las especificaciones así determinadas, la cantidad de refrigerante que sale de la habitación SP a través del juego de la válvula de cada una de la válvula de cierre de relé de líquido 71a y la válvula de cierre de relé de gas 68a después de que el acondicionador de aire 1 se detenga en el paso S7 de la Figura 5 se suprime para permitir que la concentración de refrigerante se mantenga suficientemente más baja que LFL en la habitación SP.
(5-2)
Como se mencionó anteriormente en (4-2-5), no hay ningún punto de cierre si la tasa de fuga de aire máxima tolerable (tasa de fuga de cierre) es excesivamente grande para cada una de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d.
En vista del resultado de la investigación de mercado, el acondicionador de aire 1 se configura por tanto para que tenga 300 x 10.1 = 3030 (cm3/min) como valor límite superior de la tasa de fuga de aire máxima tolerable (tasa de fuga de cierre) para cada una de las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y de las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d.
(6) Ejemplos de modificación
(6-1)
El acondicionador de aire 1 de acuerdo con la realización descrita anteriormente se instala en una habitación de un edificio. Cuando el acondicionador de aire 1 se instala en un espacio en un edificio diferente, la selección en términos de las especificaciones de la válvula de cierre se puede cambiar de acuerdo con las condiciones de dicho espacio objetivo. Se pueden seleccionar válvulas de cierre apropiadas para diferentes espacios, tales como un espacio en una planta, una cocina, un sensor de datos, una sala de ordenadores y un espacio en una instalación comercial.
(6-2)
La realización anterior ejemplifica R32 como el refrigerante que circula en el circuito de refrigerante 10 del acondicionador de aire 1. Cuando se adopta cualquiera de los diferentes refrigerantes de baja inflamabilidad tales como R1234yf, R1234ze(E) y R452B, el factor multiplicador R se calcula de acuerdo con una diferencia de estado como por ejemplo el peso molecular o el LFL del refrigerante como se ha descrito anteriormente, para la selección de las especificaciones de la válvula de cierre apropiadas para el factor multiplicador R.
(6-3)
La realización anterior ejemplifica el flujo de control representado en la Figura 5 como el funcionamiento del acondicionador de aire 1 cuando se produce fuga de refrigerante. El acondicionador de aire 1 puede adoptar alternativamente un funcionamiento diferente al funcionamiento cuando se produce fuga de refrigerante. Alternativamente, la operación de bombeo se puede ejecutar tras la detección de fuga de refrigerante, y a continuación se puede controlar la válvula de cierre para que se cierre.
(6-4)
En la realización anterior, en el paso S4 y en el paso S5, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d ejecutan la operación de enfriamiento y se reduce el grado de apertura de la válvula de expansión de la fuente de calor 25 para reducir la presión del refrigerante que fluye hacia las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d. Este control es meramente ejemplar y alternativamente podrá ser sustituido por un control diferente.
T ras la detección de fuga de refrigerante al interior del espacio equipado con la unidad de utilización 3a, sólo la válvula de cierre de relé de líquido 71a y la válvula de cierre de relé de gas 68a de la unidad de relé 4a correspondiente a la unidad de utilización 3a pueden cerrarse alternativamente de forma inmediata.
Tras la detección de fuga de refrigerante al interior del espacio equipado con la unidad de utilización 3a, todavía se puede adoptar, alternativamente, un control para cerrar todas las válvulas de cierre de relé de líquido 71a, 71b, 71c y 71d y las válvulas de cierre de relé de gas 68a, 68b, 68c y 68d para separar todas las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d de la unidad de fuente de calor 2, así como detener el compresor 21 de la unidad de fuente de calor 2.
(6-5)
La realización anterior ejemplifica, como unidad de utilización, las unidades de utilización 3a, 3b, 3c y 3d instaladas para ser encastradas en el techo. La válvula de cierre se selecciona de manera similar, incluso con cualquier unidad de utilización que tenga una forma diferente. El factor de multiplicación R se puede obtener de acuerdo con la (Fórmula 16) incluso cuando la unidad de utilización es del tipo que cuelga del techo, del tipo de colocación en el suelo, del tipo de montaje en la pared para ser montada en una pared lateral, o similar.
LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA
1: acondicionador de aire (aparato de ciclo de refrigerante)
2: unidad de fuente de calor
3a, 3b, 3c, 3d: unidad de utilización
3aa, 3bb, 3cc, 3dd: circuito de utilización
5: tubería de conexión de líquido-refrigerante
6: tubería de conexión de gas-refrigerante
10: circuito de refrigerante
19: unidad de control
68a, 68b, 68c, 68d: válvula de cierre de relé de gas (segunda válvula de cierre)
71a, 71b, 71c, 71d: válvula de cierre de relé de líquido (primera válvula de cierre)
79a, 79b, 79c, 79d: unidad de detección de fuga de refrigerante (unidad de detección)
222: circuito de fuente de calor
Claims (3)
1. Un aparato de ciclo de refrigerante (1) configurado para hacer circular un refrigerante de baja inflamabilidad clasificado dentro de los refrigerantes de baja inflamabilidad (A2L) por la norma ISO 817 en un circuito de refrigerante (10), comprendiendo el aparato de ciclo de refrigerante (1):
una primera válvula de cierre (71a, 71b, 71c, 71d) y una segunda válvula de cierre (68a, 68b, 68c, 68d) proporcionadas a ambos lados de una primera parte (3aa, 3bb, 3cc, 3dd) del circuito de refrigerante; una unidad de detección (79a, 79b, 79c, 79d) configurada para detectar fuga de refrigerante desde la primera parte del circuito de refrigerante al interior de un espacio (SP) predeterminado; y
una unidad de control (19) configurada para llevar cada una de la primera válvula de cierre (71a, 71b, 71c, 71d) y la segunda válvula de cierre (68a, 68b, 68c, 68d) a un estado de cierre cuando la unidad de detección (79a, 79b, 79c, 79d) detecta fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado, para impedir la fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado;
caracterizado por que
cada una de la primera válvula de cierre (71a, 71b, 71c, 71d) y la segunda válvula de cierre (68a, 68b, 68c, 68d) en el estado de cierre tiene una tasa de fuga de cierre, como una tasa de fuga de aire cuando el fluido es aire a 20° C y la presión diferencial entre aguas arriba y aguas abajo de la válvula es de 1 MPa, de más de 300 (cm3/min), y
menos de 300 x R (cm3/min),
donde
R =
(Pmd<X>Vmd<X>Ad)/(Cr X (2<X>APr/pirl)0'5<X>Av<X>pirl
+
Av x (2/(1+ l))<A+1)/2p.-i))
<X>(X<X>Plr<X>pirg)0'5),
Av es el área (m2) en sección del juego de la válvula de cada una de la primera válvula de cierre (71a, 71b, 71c, 71d) y la segunda válvula de cierre (68a, 68b, 68c, 68d) en el estado de cierre,
p<1>rl es una concentración másica (kg/m3) de un refrigerante en fase líquida,
p<1>rg es una concentración másica (kg/m3) de un refrigerante en fase gaseosa,
P<1>r es una presión (MPa) de refrigerante aguas arriba de cada una de la primera válvula de cierre (71a, 71b, 71c, 71d) y la segunda válvula de cierre (68a, 68b, 68c, 68d), como una presión de saturación de refrigerante cuando la temperatura máxima fuera de un edificio se establece en 55° C,
A es una relación de calor específico del refrigerante,
pmd es una concentración másica (kg/m3) de una mezcla gaseosa que contiene aire y un refrigerante que ha alcanzado una concentración media tolerable de refrigerante en el espacio predeterminado después de la fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado y que pasa por un espacio libre bajo una puerta que divide el espacio predeterminado en interior y exterior,
Vmd es una velocidad (m/s) de la mezcla gaseosa que contiene aire y el refrigerante que ha alcanzado la concentración media tolerable de refrigerante en el espacio predeterminado después de una fuga de refrigerante al interior del espacio predeterminado y que pasa por el espacio libre bajo la puerta que divide el espacio predeterminado en interior y exterior,
Ad es un área (m2) del espacio libre bajo la puerta que divide el espacio predeterminado en interior y exterior, APr es una diferencia de presión (Pa) entre el interior y el exterior de un orificio en una posición en la que el refrigerante se escapa, como una presión diferencial entre la presión de saturación del refrigerante cuando la temperatura máxima fuera del edificio se establece en 55° C y una presión atmosférica, y
Cr es 0.6 como coeficiente de caudal de refrigerante en un caso en que el refrigerante en fase líquida pasa por el orificio en la posición en la que el refrigerante se escapa.
2. El aparato de ciclo de refrigerante (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que R cumple
1 < R < 10.1.
3. El aparato de ciclo de refrigerante (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que
el circuito de refrigerante (10) incluye un circuito de utilización (3aa, 3bb, 3cc, 3dd) incluido en una unidad de utilización (3a, 3b, 3c, 3d) proporcionada en el espacio predeterminado (SP) o en un espacio que comunica con el espacio predeterminado (SP), un circuito de fuente de calor (222) incluido en una unidad de fuente de calor (2), y una tubería de conexión de líquido-refrigerante (5) y una tubería de conexión de gas-refrigerante (6) que conectan el circuito de utilización (3aa, 3bb, 3cc, 3dd) y el circuito de fuente de calor (222),
la primera parte del circuito de refrigerante corresponde al circuito de utilización (3aa, 3bb, 3cc, 3dd), la primera válvula de cierre (71a, 71b, 71c, 71d) se proporciona en la tubería de conexión de líquido-refrigerante (5) , y
la segunda válvula de cierre (68a, 68b, 68c, 68d) se proporciona en la tubería de conexión de gas-refrigerante (6) .
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