ES2968965T3 - Sistema de aire acondicionado - Google Patents

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Abstract

Un sistema de aire acondicionado (1) equipado con un intercambiador de calor (21) para almacenamiento de calor, en el que un circuito refrigerante (50) está configurado de manera que cuando el estado operativo del circuito refrigerante (50) cambia durante una operación de enfriamiento en la que el el intercambiador de calor (21) para almacenamiento de calor funciona como radiador y un intercambiador de calor interior (41) funciona como evaporador, tanto el intercambiador de calor interior (41) como un receptor (13) están hechos para comunicarse con el intercambiador de calor (21) para almacenamiento de calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de aire acondicionado
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de aire acondicionado.
Antecedentes de la técnica
Algunos sistemas de aire acondicionado incluyen un intercambiador de calor de almacenamiento térmico (es preciso ver, p. ej., el documento JP 2005-282993 A). Un intercambiador de calor de almacenamiento térmico está configurado generalmente para intercambiar calor entre un medio de almacenamiento térmico almacenado en un tanque de almacenamiento térmico y un refrigerante en un circuito de refrigerante para almacenar energía térmica fría y energía térmica caliente. En un sistema de aire acondicionado que incluye un intercambiador de calor de almacenamiento térmico, es posible llevar a cabo una operación que reduce el consumo de energía. En dicha operación, por ejemplo, el hielo y el agua fría que se generaron durante la noche se almacenan en el intercambiador de calor de almacenamiento térmico y se utilizan durante el día, de modo que el intercambiador de calor de almacenamiento térmico sirve como radiador y un intercambiador de calor interior sirve como evaporador.
El documento JP 2012-220 169 A que constituye la base del preámbulo de la reivindicación 1 describe otro sistema de aire acondicionado.
Compendio
Problema técnico
Dependiendo de un modo de funcionamiento del circuito de refrigerante, a veces se acumula refrigerante líquido en un tubo de transferencia de calor del intercambiador de calor de almacenamiento térmico. Cuando se pasa de este modo de funcionamiento al de reducción del consumo de energía para refrigeración, puede resultar imposible que el intercambiador de calor de almacenamiento térmico alcance su capacidad de intercambio de calor original como radiador hasta que el refrigerante líquido sea expulsado del tubo de transferencia de calor. En este caso, la respuesta rápida a la operación de reducción del consumo de energía es imposible.
Un objeto de la presente invención es hacer posible responder rápidamente a la operación que reduce el consumo de energía para refrigeración, en el sistema de aire acondicionado que incluye el intercambiador de calor de almacenamiento térmico.
Solución al problema
Un primer aspecto de la presente invención se dirige a un sistema de aire acondicionado que incluye las características de la reivindicación 1.
En la configuración de más arriba, la "primera operación de refrigeración" es una operación en la cual el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, en lugar de un intercambiador de calor exterior, se utiliza como un radiador de tal manera que una diferencia entre la presión alta y baja del circuito (50) de refrigerante se reduce y la entrada del compresor se reduce para reducir el consumo de energía en comparación con la operación de refrigeración en la cual el intercambiador de calor exterior se utiliza como un radiador.
En el primer aspecto, cuando el modo operativo se cambia a la primera operación de refrigeración, el refrigerante líquido se introduce en el contenedor (13, 14) de refrigerante, incluso si el refrigerante líquido se acumula en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Esto acorta el tiempo hasta que el refrigerante líquido es expulsado del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Por consiguiente, dado que el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede alcanzar rápidamente su capacidad de intercambio de calor original como radiador, es posible responder rápidamente a la primera operación de refrigeración en la cual se reduce el consumo de energía.
En el primer aspecto, el primer mecanismo (76, 83) de apertura/cierre es capaz de abrir y cerrar el tubo (77, 82) de introducción de refrigerante. Por lo tanto, durante la primera operación de refrigeración, es posible cambiar entre un modo en el cual el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el contenedor (13, 14) de refrigerante y un modo en el cual el refrigerante líquido no se introduce en el contenedor (13, 14) de refrigerante.
En el primer aspecto, la apertura del primer mecanismo (76, 83) de apertura/cierre durante la primera operación de refrigeración permite que el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se libere al contenedor (13, 14) de refrigerante. Por consiguiente, puede implementarse con una configuración sencilla un cambio rápido a la primera operación de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo.
Un segundo aspecto de la presente invención es una realización del primer aspecto. En el segundo aspecto, el sistema de aire acondicionado incluye además las características de la reivindicación 2.
En el segundo aspecto, el segundo mecanismo (80) de apertura/cierre es capaz de abrir y cerrar el tubo (81) de ventilación. Por lo tanto, durante la primera operación de refrigeración, es posible cambiar entre un modo en el cual una tubería de baja presión y un contenedor (13) de refrigerante en el circuito (50) de refrigerante se comunican entre sí y un modo en el cual la tubería de baja presión y el contenedor (13) de refrigerante en el circuito (50) de refrigerante no se comunican entre sí.
Un tercer aspecto de la presente invención es una realización del segundo aspecto. En el tercer aspecto, el sistema de aire acondicionado incluye además las características de la reivindicación 3.
En el tercer aspecto, la apertura del primer mecanismo (76) de apertura/cierre durante la primera operación de refrigeración permite que el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sea liberado al contenedor (13) de refrigerante, y la apertura del segundo mecanismo (80) de apertura/cierre permite reducir un aumento excesivo de la presión en el contenedor (13) de refrigerante, favoreciendo así la introducción del refrigerante líquido del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico al contenedor (13) de refrigerante. Por consiguiente, con una configuración sencilla se puede implementar un cambio rápido a la primera operación de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo.
Un cuarto aspecto de la presente invención es una realización del primer aspecto. El cuarto aspecto se define en la reivindicación 4.
En el cuarto aspecto, durante la primera operación de refrigeración, la presión del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede ajustarse al valor objetivo ajustando el grado de apertura del primer mecanismo (76, 83) de apertura/cierre. Como se ha descrito más arriba, la primera operación de refrigeración es una operación en la cual la alta presión es baja, y su configuración en la cual se puede ajustar la alta presión del refrigerante permite reducir el consumo de energía reduciendo la entrada del compresor.
Un quinto aspecto de la presente invención es una realización del primer aspecto. El quinto aspecto se define en la reivindicación 5.
En el quinto aspecto, durante la primera operación de refrigeración, el grado de subenfriamiento del refrigerante en el lado de salida del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede ajustarse ajustando el grado de apertura del primer mecanismo (76, 83) de apertura/cierre. El ajuste del grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico permite ajustar la capacidad de refrigeración.
Un sexto aspecto de la presente invención es una realización del tercer aspecto. El sexto aspecto se define en la reivindicación 6.
En el sexto aspecto, durante la primera operación de refrigeración, la presión del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede ajustarse al valor objetivo ajustando el grado de apertura del primer mecanismo (76) de apertura/cierre y del segundo mecanismo (80) de apertura/cierre. Como se ha descrito más arriba, la primera operación de refrigeración es una operación en la cual la alta presión es baja, y su configuración capaz de ajustar la alta presión del refrigerante se puede ajustar permite reducir el consumo de energía mediante la reducción de la entrada del compresor.
Un séptimo aspecto de la presente invención es una realización del tercer aspecto. El séptimo aspecto se define en la reivindicación 7.
En el séptimo aspecto, durante la primera operación de refrigeración, el grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede ajustarse ajustando el grado de apertura del primer mecanismo (76) de apertura/cierre y del segundo mecanismo (80) de apertura/cierre. El grado de subenfriamiento del refrigerante en el lado de salida del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico permite ajustar la capacidad de refrigeración.
Un octavo aspecto de la presente invención es una realización de cualquiera de los aspectos primero a quinto. El octavo aspecto se define en la reivindicación 8.
En el octavo aspecto, durante la primera operación de refrigeración, el refrigerante líquido que se ha acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el receptor (13). En consecuencia, se puede llevar a cabo un cambio rápido a la operación de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo utilizando el receptor (13) que se provee generalmente al circuito (50) de refrigerante.
Un noveno aspecto de la presente invención es una realización de cualquiera de los aspectos primero a quinto. El noveno aspecto se define en la reivindicación 9.
En el noveno aspecto, durante la primera operación de refrigeración, el refrigerante líquido que se ha acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el acumulador (14). En consecuencia, se puede llevar a cabo un cambio rápido a la operación de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo utilizando el acumulador (14) que se provee generalmente al circuito (50) de refrigerante.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama del sistema de tuberías que ilustra un circuito de refrigerante de un sistema de aire acondicionado de una primera realización según la invención.
La Figura 2 es un diagrama que ilustra un flujo de un refrigerante durante una operación de enfriamiento.
La Figura 3 es un diagrama que ilustra un flujo del refrigerante durante una operación de cambio de pico de refrigeración.
La Figura 4 es un diagrama que ilustra un flujo del refrigerante durante una operación de corte de pico de refrigeración.
La Figura 5 es un diagrama que ilustra un flujo del refrigerante durante una operación de refrigeración/almacenamiento térmico frío.
La Figura 6 es un diagrama que ilustra un flujo del refrigerante durante una operación de almacenamiento térmico frío.
La Figura 7 es un diagrama que ilustra el flujo del refrigerante durante una operación de calefacción.
La Figura 8 es un diagrama que ilustra el flujo del refrigerante durante una operación de corte de pico de calefacción.
La Figura 9 es un diagrama que ilustra un flujo del refrigerante durante una operación de calentamiento/ almacenamiento térmico caliente.
La Figura 10 es un diagrama que ilustra un flujo del refrigerante durante una operación de almacenamiento térmico caliente.
La Figura 11 es un diagrama P-h que ilustra la operación de enfriamiento, la operación de cambio del pico de enfriamiento y la operación de corte del pico de enfriamiento.
La Figura 12 es un diagrama del sistema de tuberías que ilustra un circuito de refrigerante de un sistema de aire acondicionado según una primera variación de la primera realización.
La Figura 13 es un diagrama del sistema de tuberías que ilustra un circuito de refrigerante de un sistema de aire acondicionado según una segunda variación de la primera realización.
La Figura 14 es un diagrama del sistema de tuberías que ilustra un circuito de refrigerante de un sistema de aire acondicionado según una segunda realización según la invención.
Descripción de las realizaciones
Primera realización
Se describirá una primera realización.
Un sistema (1) de aire acondicionado de la primera realización incluye una unidad (10) exterior (unidad del lado de la fuente de calor), una unidad (20) de almacenamiento térmico, múltiples unidades de conmutación de trayectoria de flujo (unidad (30) de conmutación de trayectoria de flujo), y múltiples unidades (40) interiores (unidades del lado de utilización), y un circuito (50) de refrigerante al que estos elementos están conectados mediante tuberías de refrigerante. Las múltiples unidades (40) interiores y las múltiples unidades (30) de conmutación de trayectoria de flujo están conectadas en paralelo a la unidad (10) exterior y a la unidad (20) de almacenamiento térmico. Cada unidad (30) de conmutación de trayectoria de flujo está conectada entre la unidad (20) de almacenamiento térmico y cada unidad (40) interior. El sistema (1) de aire acondicionado está configurado para poder llevar a cabo una operación de refrigeración y una operación de calefacción al mismo tiempo, e incluye un controlador (unidad de control) (5) que controla la operación.
La unidad (10) exterior y la unidad (20) de almacenamiento térmico están conectadas entre sí mediante una primera tubería (51) de comunicación de gas del lado exterior, una segunda tubería (52) de comunicación de gas del lado exterior y una tubería (53) de comunicación de líquido del lado exterior. La unidad (20) de almacenamiento térmico y la unidad (30) de conmutación de trayectoria de flujo están conectadas entre sí a través de una primera tubería (54) de comunicación de gas de la porción intermedia, una segunda tubería (55) de comunicación de gas de la porción intermedia y una tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia. La unidad (20) de almacenamiento térmico y la unidad (40) interior están conectadas entre sí a través de una tubería (57) de comunicación de gas del lado interior y una tubería (58) de comunicación de líquido del lado interior.
En esta realización, tres o más de las unidades (30) de conmutación de trayectoria de flujo y de las unidades (40) interiores están conectadas, pero solo se ilustran dos de cada una. Las porciones de la primera tubería (54) de comunicación de gas de la porción intermedia, la segunda tubería (55) de comunicación de gas de la porción intermedia y la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia que están conectadas a la tercera unidad (30) de conmutación de trayectoria de flujo y a las siguientes no se ilustran (se omiten en un extremo inferior del dibujo).
Unidad exterior
La unidad (10) exterior está provista de un compresor (11), un intercambiador (12) de calor exterior, un receptor (contenedor de refrigerante) (13), un acumulador (14), una primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías, una segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías, una tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías, un circuito (18) puente, y varias válvulas que constituyen un mecanismo de válvulas del lado exterior para establecer la dirección de flujo de un refrigerante. Un tubo (11a) de descarga del compresor (11) se ramifica en una primera tubería (61) de derivación del lado de descarga, una segunda tubería (62) de derivación del lado de descarga y una tercera tubería (63) de derivación del lado de descarga. La primera tubería (61) de derivación del lado de descarga está conectada a un primer puerto de la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías, y la segunda tubería (62) de derivación del lado de descarga está conectada a un primer puerto de la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías. La tercera tubería (63) de derivación del lado de descarga está conectada a un primer puerto de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías.
El intercambiador (12) de calor exterior incluye un primer intercambiador (12a) de calor exterior y un segundo intercambiador (12b) de calor exterior. Un extremo del lado del gas del primer intercambiador (12a) de calor exterior está conectado a un segundo puerto de la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías, y un extremo del lado del gas del segundo intercambiador (12b) de calor exterior está conectado a un segundo puerto de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías. Una primera tubería (64) de derivación del lado de aspiración está conectada a un tercer puerto de la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías, una segunda tubería (65) de derivación del lado de aspiración está conectada a un tercer puerto de la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías, y una tercera tubería (66) de derivación del lado de aspiración está conectada a un tercer puerto de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías. La primera tubería (64) de derivación del lado de aspiración y la tercera tubería (66) de derivación del lado de aspiración están conectadas a un extremo de una tubería (67) exterior de baja presión. Una tubería (11b) de aspiración del compresor (11) está conectada a un puerto (14a) de salida de gas del acumulador (14). Un extremo de la primera tubería (68) de gas del lado exterior está conectado a un primer puerto (14b) de entrada de gas del acumulador (14). Otro extremo de la tubería (67) exterior de baja presión se une a la primera tubería de gas del lado exterior. Otro extremo de la primera tubería (68) de gas del lado exterior se conecta a la primera tubería (51) de comunicación de gas del lado exterior.
Un extremo de la segunda tubería (69) de gas del lado exterior está conectado a un segundo puerto de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías. Otro extremo de la segunda tubería (69) de gas del lado exterior está conectado a la segunda tubería (52) de comunicación de gas del lado exterior.
Un cuarto puerto de la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías, un cuarto puerto de la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías y un cuarto puerto de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías son puertos de cierre cerrados. Cada una de la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías, la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías, y la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías está configurada para ser conmutable a un primer modo (modo de comunicación indicado por líneas continuas en la Figura 1) en el cual el primer puerto y el segundo puerto se comunican entre sí y el tercer puerto y el cuarto puerto se comunican entre sí, y un segundo modo (modo de comunicación indicado por líneas discontinuas en la Figura 1) en el cual el primer puerto y el cuarto puerto se comunican entre sí y el segundo puerto y el tercer puerto se comunican entre sí. En la Figura 1, la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías y la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías están en el primer modo, y la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías está en el segundo modo.
Un extremo del lado del líquido del primer intercambiador (12a) de calor exterior está conectado a una primera tubería (71) de derivación de líquido del lado exterior, y un extremo del lado del líquido del segundo intercambiador (12b) de calor exterior está conectado a una segunda tubería (72) de derivación de líquido del lado exterior. Una primera válvula (73) de expansión (mecanismo de expansión) del lado exterior está conectada a la primera tubería (71) de derivación de líquido del lado exterior, y una segunda válvula (74) de expansión (mecanismo de expansión) del lado exterior está conectada a la segunda tubería (72) de derivación de líquido del lado exterior. La primera tubería (71) de derivación de líquido del lado exterior y la segunda tubería (72) de derivación de líquido del lado exterior se unen y se conectan a una tubería (75) de líquido del lado exterior. La tubería (75) de líquido del lado exterior está conectada a la tubería (53) de comunicación de líquido del lado exterior a través del circuito (18) puente.
El receptor (13) capaz de almacenar un refrigerante líquido está conectado a la tubería (75) de líquido del lado exterior a través del circuito (18) puente. El circuito (18) puente es un circuito cerrado que tiene un primer punto (18a) de conexión, un segundo punto (18b) de conexión, un tercer punto (18c) de conexión y un cuarto punto (18d) de conexión, que están conectados entre sí mediante tuberías. Entre el primer punto (18a) de conexión y el segundo punto (18b) de conexión se provee una primera válvula (19a) de retención. La primera válvula (19a) de retención permite que el refrigerante fluya en una dirección desde el primer punto (18a) de conexión hacia el segundo punto (18b) de conexión e impide que el refrigerante fluya en la dirección inversa. Una segunda válvula (19b) de retención entre el tercer punto (18c) de conexión y el segundo punto (18b) de conexión. La segunda válvula (19b) de retención permite que el refrigerante fluya en dirección desde el tercer punto (18c) de conexión hacia el segundo punto (18b) de conexión e impide que el refrigerante fluya en dirección contraria. Entre el cuarto punto (18d) de conexión y el tercer punto (18c) de conexión se provee una tercera válvula (19c) de retención. La tercera válvula (19c) de retención permite que el refrigerante fluya en una dirección desde el cuarto punto (18d) de conexión hacia el tercer punto (18c) de conexión e impide que el refrigerante fluya en la dirección inversa. Entre el cuarto punto (18d) de conexión y el primer punto (18a) de conexión se provee una cuarta válvula (19d) de retención. La cuarta válvula (19d) de retención permite que el refrigerante fluya en una dirección desde el cuarto punto (18d) de conexión hacia el primer punto (18a) de conexión y no permite que el refrigerante fluya en la dirección inversa.
El segundo punto (18b) de conexión del circuito (18) puente y el puerto (13a) de entrada de líquido del receptor (13) están conectados por una tubería (77) de introducción de refrigerante que tiene una válvula (76) de regulación del caudal exterior (primer mecanismo de apertura/cierre). Un puerto (13b) de salida de líquido del receptor (13) y el cuarto punto (18d) de conexión del circuito (18) puente están conectados por una tubería (79) de salida de líquido. La tubería (79) de salida de líquido está provista de una válvula (78) de retención exterior que permite que el refrigerante fluya desde el receptor (13) hacia el cuarto punto (18d) de conexión e impide que el refrigerante fluya en la dirección contraria. El puerto (14a) de salida de gas del receptor (13) está conectado a un extremo de un tubo (81) de ventilación provisto de una válvula (80) de ventilación (segundo mecanismo de apertura/cierre) cuyo grado de apertura es ajustable. Otro extremo del tubo (81) de ventilación está conectado a un segundo puerto (14c) de entrada de gas del acumulador (14).
Unidad de almacenamiento térmico
La unidad (20) de almacenamiento térmico incluye un intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, una cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías, un mecanismo (23) de regulación de caudal, y varias válvulas que constituyen un mecanismo de válvula del lado de almacenamiento térmi
refrigerante. El intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico incluye un tanque (21a) de almacenamiento térmico que almacena, por ejemplo, agua como medio de almacenamiento térmico, y un tubo (21b) de transferencia de calor de múltiples trayectos (no se muestra) provisto dentro del tanque (21a) de almacenamiento térmico. El intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico es del tipo denominado estático. Durante la operación de refrigeración, cuando el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como evaporador, genera hielo alrededor del tubo (21b) de transferencia de calor dentro del tanque (21a) de almacenamiento térmico utilizando un refrigerante de baja temperatura, mientras que, cuando el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como radiador, el refrigerante disipa calor al hielo. Durante la operación de calefacción, cuando el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como radiador, calienta agua para generar agua caliente, mientras que, cuando el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como evaporador, el refrigerante absorbe calor del agua caliente.
La unidad (20) de almacenamiento térmico incluye una primera tubería (85) de gas del lado de almacenamiento térmico, una segunda tubería (86) de gas del lado de almacenamiento térmico y una tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico. La primera tubería (85) de gas del lado de almacenamiento térmico está conectada a la primera tubería (51) de comunicación de gas del lado exterior y a la primera tubería (54) de comunicación de gas de la porción intermedia. La segunda tubería (86) de gas del lado de almacenamiento térmico está conectada a la segunda tubería (52) de comunicación de gas del lado exterior y a la segunda tubería (55) de comunicación de gas de la porción intermedia. La tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico está conectada a la tubería (53) de comunicación de líquido del lado exterior y a la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia.
Un primer puerto de la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías está conectado a la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico a través de una primera tubería (88) de conexión (paso de comunicación). Un extremo del segundo tubo (89) de conexión (paso de comunicación) está conectado a un segundo puerto de la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías. Otro extremo de la segunda tubería (89) de conexión está conectado a la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico. Una primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico configurada como válvula accionada por motor, una primera válvula (91) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico (válvula electromagnética), y una primera válvula (92) de retención del lado de almacenamiento térmico que permite que el refrigerante fluya solo en una dirección hacia la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico están dispuestas en serie en la segunda tubería (89) de conexión. La primera válvula reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico es un mecanismo del regulador variable que puede ajustarse a una posición totalmente abierta, una posición totalmente cerrada o una posición intermedia entre la posición totalmente abierta y la posición totalmente cerrada. Una primera tubería (93) de derivación del lado de almacenamiento térmico, conectada a la segunda tubería (89) de conexión en una posición entre la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico y la primera válvula (91) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico, está conectada a un extremo del lado de gas del tubo (21 b) de transferencia de calor del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Un tercer puerto de la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías está conectado al segundo tubo (86) de gas del lado del almacenamiento térmico a través de un tercer tubo (94) de conexión. Un cuarto puerto de la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías es un puerto de cierre cerrado.
La cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías está configurada para ser conmutable a un primer modo (modo indicado mediante líneas continuas en la Figura 1) en el cual el primer puerto y el segundo puerto se comunican entre sí y el tercer puerto y el cuarto puerto se comunican entre sí, y un segundo modo (modo indicado mediante líneas discontinuas en la Figura 1) en el cual el primer puerto y el cuarto puerto se comunican entre sí y el segundo puerto y el tercer puerto se comunican entre sí.
La tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico está provista de una segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico. La segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está configurada para permitir que el refrigerante fluya únicamente en la dirección de la tubería (75) de líquido del lado exterior hacia la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia. Un primer conducto (96) de derivación que desvía la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está conectado a la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico. El primer conducto (96) de derivación está provisto de una segunda válvula (97) de retención del lado del almacenamiento térmico que permite que el refrigerante fluya desde la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia hacia la tubería (75) de líquido del lado exterior e impide que el refrigerante fluya en la dirección inversa.
Un extremo del lado del líquido del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico está conectado a la tubería (87) de líquido del lado del almacenamiento térmico en una posición entre la tubería (75) de líquido del lado exterior y la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado del almacenamiento térmico, a través de una segunda tubería (98) de derivación del lado del almacenamiento térmico. El mecanismo (23) de regulación de caudal está conectado a la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico. El mecanismo (23) de regulación de caudal incluye una válvula (99a) de regulación de caudal (válvula de ajuste del grado de apertura) del lado de almacenamiento térmico provista en la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico, y una tercera válvula (99b) de apertura/cierre (válvula electromagnética) del lado de almacenamiento térmico provista en un segundo conducto (98a) de derivación que evita la válvula (99a) de regulación de caudal del lado de almacenamiento térmico (válvula de ajuste de la apertura).
Unidad de conmutación de trayecto de flujo
La unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo incluye una tubería (31) de conexión del lado del gas, una tubería (32) de conexión del lado del líquido y varias válvulas que constituyen un mecanismo de válvula de la porción de conmutación para establecer la dirección de flujo del refrigerante. La tubería (31) de conexión del lado del gas incluye una tubería (33) principal del lado del gas, una primera tubería (33a) de derivación de la porción de conmutación y una segunda tubería (33b) de derivación de la porción de conmutación. La primera tubería (33a) de derivación de la porción de conmutación está provista de una primera válvula (34a) de conmutación de trayecto de flujo. La segunda tubería (33b) de derivación de la porción de conmutación está provista de una segunda válvula (34b) de conmutación de trayecto del flujo. Un extremo de la tubería (33) principal del lado del gas está conectado a la tubería (57) de comunicación de gas del lado interior. Otro extremo de la tubería (33) principal del lado del gas está conectado a un extremo de la primera tubería (33a) de derivación de la porción de conmutación y a un extremo de la segunda tubería (33b) de derivación de la porción de conmutación. Otro extremo de la primera tubería (33a) de derivación de la porción de conmutación está conectado a la primera tubería (54) de comunicación de gas de la porción intermedia. Otro extremo de la segunda tubería (33b) de derivación de la porción de conmutación está conectado a la segunda tubería (55) de comunicación de gas de la porción intermedia.
La primera válvula (34a) de conmutación de trayecto del flujo y la segunda válvula (34b) de conmutación de trayecto del flujo son válvulas de control que permiten o impiden el flujo del refrigerante en cada unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo. Cada válvula (34a, 34b) de conmutación de trayecto del flujo está configurada como una válvula reguladora accionada por motor capaz de regular un grado de apertura accionando un motor. Por consiguiente, los trayectos de flujo del refrigerante interior en el circuito (50) de refrigerante pueden conmutarse mediante control eléctrico. El flujo del refrigerante puede controlarse abriendo o cerrando la válvula reguladora accionada por motor. La operación de refrigeración y la operación de calefacción pueden ser conmutadas en cada unidad (40) interior por separado. Es preciso observar que se puede utilizar una válvula electromagnética de apertura/cierre para cada válvula (34a, 34b) de conmutación de trayecto de flujo en lugar de la válvula de regulación accionada por motor.
La tubería (32) de conexión del lado del líquido incluye una tubería (35) principal del lado del líquido a la que está conectado un intercambiador (36) de calor de subenfriamiento. Un extremo de una tubería (37) de subenfriamiento está conectado a la tubería (35) principal del lado del líquido en una posición entre la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia y el intercambiador (36) de calor de subenfriamiento. La tubería (37) de subenfriamiento pasa a través del interior del intercambiador (36) de calor de subenfriamiento, y otro extremo de la tubería (37) de subenfriamiento está conectado a la primera tubería (33a) de derivación de la porción de conmutación en una posición entre la primera válvula (34a) de conmutación de trayecto de flujo y la primera tubería (54) de comunicación de gas de la porción intermedia. La tubería (37) de subenfriamiento está provista de una válvula (38) reguladora de caudal entre la tubería (35) principal del lado del líquido y el intercambiador (36) de calor de subenfriamiento. La cantidad de refrigerante que fluye hacia el circuito de subenfriamiento se regula mediante la regulación de un grado de apertura de la válvula reguladora de caudal.
Unidad interior
Cada unidad (40) interior incluye un intercambiador (41) de calor interior y una válvula (42) de expansión interior. La válvula (42) de expansión interior está configurada como una válvula de expansión electrónica capaz de regular su grado de apertura. En la unidad (40) interior, un extremo del lado del gas del intercambiador (41) de calor interior está conectado a la unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo a través de la tubería (57) de comunicación de gas del lado interior, y la válvula (42) de expansión interior está conectada a la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo a través de la tubería (58) de comunicación de líquido del lado interior.
Controlador
El controlador (5) que es una unidad de control incluye un microordenador montado en una placa de control, y un dispositivo de memoria (específicamente, una memoria de semiconductor) que almacena software para operar el microordenador. El controlador (5) controla varios aparatos del sistema (1) de aire acondicionado según una orden de funcionamiento o en una señal de detección de un sensor. El control de los distintos aparatos por el controlador (5) permite conmutar las operaciones del sistema (1) de aire acondicionado.
El dibujo ilustra una configuración en la cual un controlador (5) está conectado a cada unidad y a un dispositivo de conmutación de refrigerante. Sin embargo, dependiendo de las condiciones de instalación, el controlador (5) puede incluir múltiples controladores (5) y los respectivos controladores (5) pueden estar configurados para llevar a cabo el control conjuntamente.
Funcionamiento
El sistema (1) de aire acondicionado de esta realización conmuta una operación de refrigeración, una operación de cambio de pico de refrigeración (operación de subenfriamiento), una operación de corte de pico de refrigeración (primera operación de refrigeración), una operación de refrigeración/almacenamiento térmico en frío, una operación de almacenamiento térmico en frío, una operación de calefacción, una operación de corte de pico de calefacción, una operación de calefacción/almacenamiento térmico en caliente y una operación de almacenamiento térmico en caliente para llevar a cabo la operación. En el sistema (1) de aire acondicionado, los ajustes de conmutación de una dirección de flujo de refrigerante en la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo permiten llevar a cabo la operación de refrigeración y la operación de calefacción en las múltiples unidades (40) interiores. Sin embargo, se omitirá una explicación de este proceso.
De aquí en adelante, se describirá una operación en el circuito (50) de refrigerante en cada modo de funcionamiento.
Funcionamiento de refrigeración
La operación de enfriamiento que se muestra en la Figura 2 es una operación en la cual el refrigerante circula en el circuito (50) de refrigerante con el intercambiador (12) de calor exterior sirviendo como radiador y el intercambiador (41) de calor interior sirviendo como evaporador sin uso del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico.
Durante la operación de refrigeración, la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías y la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías de la unidad (10) exterior se ajustan en el primer modo. En el modo que se muestra en la Figura 2, tanto la primera válvula (73) de expansión del lado exterior como la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior están en posición totalmente abierta. Sin embargo, si la operación la lleva a cabo un solo intercambiador (12) de calor exterior, la primera válvula (73) de expansión del lado exterior o la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior están cerradas (esto se aplica a cada operación descrita más abajo). La válvula (76) reguladora de caudal exterior se ajusta para que esté en la posición totalmente abierta.
En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está abierta, y la válvula (99a) de regulación del caudal del lado de almacenamiento térmico y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico están cerradas. La primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico se controla hasta un grado de apertura predeterminado, y la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada.
Suponiendo que la operación de refrigeración se lleva a cabo en cada unidad (40) interior, la primera válvula (34a) de conmutación de trayecto del flujo está abierta, la segunda válvula (34b) de conmutación de trayecto del flujo está cerrada, y la válvula reguladora del caudal está controlada hasta un grado de apertura predeterminado, en la unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo. En la unidad (40) interior, la válvula (42) de expansión interior se controla hasta un grado de apertura predeterminado.
Es preciso observar que, aunque no se muestra, si la unidad (40) interior lleva a cabo la operación de refrigeración y la unidad (40) interior lleva a cabo la operación de calefacción, la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías de la unidad (10) exterior cambia al segundo modo, la válvula (42) de expansión interior de la unidad (40) interior que lleva a cabo la operación de calefacción está completamente abierta, la primera válvula (34a) de conmutación de trayecto del flujo está cerrada y la segunda válvula (34b) de conmutación de trayecto del flujo está abierta.
Durante la operación de refrigeración que se muestra en la Figura 2, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) disipa calor en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y en el segundo intercambiador (12b) de calor exterior, y el refrigerante condensado o enfriado fluye hacia el receptor (13). El refrigerante que sale del receptor (13) pasa a través de la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico. A continuación, el refrigerante se subenfría en la unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo y fluye hacia la unidad (40) interior.
En la unidad (40) interior, el refrigerante se descomprime por la válvula (42) de expansión interior, absorbe el calor del aire interior en el intercambiador (41) de calor interior y se evapora. En este momento, el aire interior se enfría y el espacio interior se enfría. El refrigerante que sale de la unidad (40) interior pasa a través de la tubería (31) de conexión del lado del gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo y la primera tubería (85) de gas del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico y vuelve a la unidad (10) exterior. El refrigerante fluye desde la primera tubería (68) de gas del lado exterior de la unidad (10) exterior hacia el acumulador (14) y, a continuación, es aspirado por el compresor (11).
Durante la operación de refrigeración, en el circuito (50) de refrigerante se lleva a cabo un ciclo de refrigeración en el cual continúa la operación de más arriba. La Figura 11 muestra un diagrama P-h del ciclo de refrigeración indicado como "funcionamiento normal". En este modo, una diferencia entre la presión alta y baja del refrigerante es mayor y una diferencia de entalpía es menor que en la operación de corte del pico de refrigeración y la operación de cambio del pico de refrigeración descritas más abajo.
Supongamos que el refrigerante líquido se acumula en el tubo (21b) de transferencia de calor del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico durante el funcionamiento normal de refrigeración en el cual el intercambiador (12) de calor exterior sirve como radiador. En dicho caso, durante la operación de corte de pico de enfriamiento descrita más adelante en la cual el consumo de energía se reduce al permitir que el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, en lugar del intercambiador (12) de calor exterior, sirva como radiador, puede ser imposible que el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcance su capacidad de intercambio de calor original como radiador hasta que el refrigerante líquido sea expulsado del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. En este caso, la respuesta rápida a la operación de corte del pico de refrigeración es imposible.
En la presente realización, la provisión de una primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico a la segunda tubería (89) de conexión permite que el refrigerante líquido se libere a la tubería (85) donde la presión es baja durante la operación de refrigeración, incluso si el refrigerante líquido se acumula en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Por lo tanto, cuando se permite que el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, en lugar del intercambiador (12) de calor exterior, sirva como radiador para llevar a cabo la operación de corte de pico de enfriamiento, el tiempo requerido para que el refrigerante líquido sea expulsado se acorta, y el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcanza la capacidad de intercambio de calor (funciona como radiador) inmediatamente. Por consiguiente, es posible una respuesta rápida a la operación de corte del pico de refrigeración.
Funcionamiento del cambio de pico de refrigeración
La operación de cambio de pico de enfriamiento que se muestra en la Figura 3 es una operación en la cual el refrigerante circula en el circuito (50) de refrigerante con el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, en el cual se genera hielo dentro del tanque (21a) de almacenamiento térmico, siendo utilizado como el intercambiador (36) de calor de subenfriamiento, el intercambiador (12) de calor exterior sirviendo como un radiador, y el intercambiador (41) de calor interior sirviendo como un evaporador.
Durante la operación de cambio de pico de refrigeración, la unidad (10) exterior, la unidad (30) de conmutación de trayectoria del flujo y las distintas válvulas de la unidad (40) interior se controlan de la misma manera que en la operación de refrigeración. En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada, y la válvula (99a) de regulación del caudal del lado de almacenamiento térmico y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico están abiertas. Es preciso observar que la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico puede estar abierta y la válvula (99a) de regulación de caudal del lado de almacenamiento térmico puede estar cerrada. La primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico está cerrada y la primera válvula (91) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está abierta.
Durante la operación de cambio de pico de enfriamiento, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) disipa calor en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y el segundo intercambiador (12b) de calor exterior, y el refrigerante condensado o enfriado fluye hacia el receptor (13). El refrigerante que ha salido del receptor (13) se bifurca desde la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico hacia la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico y fluye hacia el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico para ser subenfriado.
El refrigerante subenfriado pasa a través de cada unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo y fluye hacia cada unidad (40) interior. El refrigerante es descomprimido por la válvula (42) de expansión interior, y luego se evapora en el intercambiador (41) de calor interior. En ese momento, el aire interior se enfría, y el espacio interior se enfría. El refrigerante que se ha evaporado en el intercambiador (41) de calor interior pasa a través de la tubería (31) de conexión del lado del gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico y vuelve a la unidad (10) exterior. El refrigerante que ha regresado a la unidad (10) exterior es aspirado por el compresor (11) a través del acumulador (14).
Como se muestra en la Figura 11 que ilustra el diagrama P-h de la operación de cambio de pico de refrigeración, en este modo, la diferencia entre la presión alta y baja del refrigerante es menor que en la operación de refrigeración, y la diferencia de entalpía es mayor que en la operación de refrigeración, ya que el refrigerante se subenfría en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Dado que la diferencia entre la presión alta y baja es pequeña, basta con una pequeña entrada del compresor (11). Por lo tanto, el consumo de energía se reduce y el coeficiente de rendimiento (COP, por sus siglas en inglés) es alto, en comparación con el funcionamiento normal de refrigeración.
Operación de corte de pico de refrigeración
La operación de corte de pico de enfriamiento (primera operación de enfriamiento) que se muestra en la Figura 4 es una operación de enfriamiento (primera operación de enfriamiento) en la cual el refrigerante circula en el circuito (50) de refrigerante con el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, que tiene el tanque (21a) de almacenamiento térmico en el cual se genera agua, sirviendo como radiador, y el intercambiador (41) de calor interior sirviendo como evaporador. En esta operación, no se utiliza el intercambiador (12) de calor exterior. En la presente realización, la operación de corte de pico de enfriamiento es una operación que disminuye la diferencia entre la presión alta y baja en el circuito (50) de refrigerante para reducir la entrada del compresor (11), y así reducir el consumo de energía para enfriamiento, en comparación con la operación de enfriamiento en la cual el intercambiador (12) de calor exterior sirve como radiador, y la operación de enfriamiento (operación de cambio de pico de enfriamiento) en la cual el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como intercambiador de calor de subenfriamiento.
Durante la operación de corte del pico de refrigeración, la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías y la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías de la unidad (10) exterior se ajustan al segundo modo, y la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías se ajusta al primer modo. La primera válvula (73) de expansión del lado exterior y la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior se controlan para que estén cerradas, y la válvula (76) reguladora de caudal exterior y la válvula (80) de ventilación tienen sus grados de apertura adecuadamente controlados.
En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías se ajusta al segundo modo, la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado del almacenamiento térmico está abierta y la primera válvula (91) de apertura/cierre del lado del almacenamiento térmico está cerrada. La segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico están abiertas, y la válvula (99a) de regulación del caudal del lado de almacenamiento térmico está cerrada. Las válvulas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y de la unidad (40) interior se controlan de la misma manera que en la operación de refrigeración y en la operación de cambio de pico de refrigeración.
Durante la operación de corte de pico de refrigeración, el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como radiador, y el intercambiador (41) de calor interior del circuito (50) de refrigerante sirve como evaporador, como se ha descrito más arriba. Cuando se cambia el modo de funcionamiento a la operación de corte de pico de enfriamiento desde otro modo, el contenedor (13, 14) de refrigerante y el intercambiador (41) de calor interior se conectan en paralelo con respecto al intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico en el circuito (50) de refrigerante durante la operación de corte de pico de enfriamiento.
Durante la operación de corte de pico de enfriamiento, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) no fluye hacia el primer intercambiador (12a) de calor exterior y el segundo intercambiador (41) de calor interior, sino que fluye a través de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías y la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías y fluye hacia el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico para disipar el calor. El refrigerante que ha sido condensado o enfriado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico pasa a través de la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico y la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico para fluir fuera de la unidad (20) de almacenamiento térmico y fluye hacia cada unidad (40) interior a través de cada unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo.
El refrigerante es descomprimido por la válvula (42) de expansión interior, y luego se evapora en el intercambiador (41) de calor interior. En ese momento, el aire interior se enfría y el espacio interior se enfría. El refrigerante que se ha evaporado en el intercambiador (41) de calor interior vuelve a la unidad (10) exterior a través de la tubería (31) de conexión del lado del gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico. El refrigerante que ha regresado a la unidad (10) exterior es aspirado por el compresor (11) a través del acumulador (14).
Como se muestra en la Figura 11 que ilustra el diagrama P-h de la operación de corte de pico de refrigeración, en este modo, la diferencia entre la presión alta y baja del refrigerante es significativamente menor que en la operación de refrigeración, y la diferencia de entalpía es mayor que en la operación de refrigeración. De este modo, en la operación de corte de pico de refrigeración, se lleva a cabo el ciclo de refrigeración en el cual la alta presión es extremadamente baja, la diferencia entre la presión alta y baja es pequeña y, por consiguiente, basta con una pequeña entrada del compresor (11). Por lo tanto, el consumo de energía se reduce y el coeficiente de rendimiento (COP) es alto, en comparación con la operación de refrigeración normal y la operación de corte de pico de refrigeración.
En la presente realización, los grados de apertura de la válvula (76) reguladora de caudal exterior y de la válvula (80) de ventilación se controlan adecuadamente. Esto permite que una parte del refrigerante que ha salido del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico fluya hacia el receptor (13) utilizado como el contenedor de refrigerante, y evita sustancialmente que el refrigerante fluya en grandes cantidades hacia el intercambiador (41) de calor interior.
Por el contrario, en un caso donde el contenedor de refrigerante no se utiliza durante la operación de corte del pico de refrigeración, aumenta la presión del refrigerante líquido en la tubería de líquido que fluye del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico al intercambiador (41) de calor interior, lo que puede hacer imposible cambiar rápidamente a la operación de corte del pico de refrigeración a pesar de que se esté llevando a cabo el proceso de operación de corte del pico de refrigeración. En la presente realización, el aumento de la alta presión se reduce mediante la reducción del caudal del refrigerante que fluye del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico al intercambiador (41) de calor interior. De este modo, la diferencia entre la presión alta y baja durante la operación de corte de pico es pequeña, y es posible la respuesta rápida a la operación, en la cual el consumo de energía del compresor (11) es pequeño y el COP es alto.
En la presente realización, la presión del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede ajustarse para alcanzar un valor objetivo ajustando los grados de apertura de la válvula (76) de control de caudal del lado exterior y de la válvula (80) de ventilación durante la operación de corte del pico de refrigeración. La configuración en la cual se puede ajustar la alta presión del refrigerante permite reducir el aumento de la alta presión y reducir el consumo de energía disminuyendo la entrada del compresor. Además, la regulación de la alta presión del refrigerante permite regular libremente la entrada del compresor, facilitando así el control del funcionamiento.
En la presente realización, durante la operación de corte del pico de refrigeración, puede ajustarse un grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico ajustando los grados de apertura de la válvula (76) de control de caudal del lado exterior y la válvula (80) de ventilación. El ajuste del grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico permite ajustar la capacidad de refrigeración mediante el ajuste de la diferencia de entalpía que se muestra en el diagrama P-h. Por lo tanto, se puede llevar a cabo una operación en la cual el COP sea alto.
Operación de refrigeración/almacenamiento térmico en frío
La operación de enfriamiento/almacenamiento térmico en frío que se muestra en la Figura 5 es una operación en la cual el agua en el tanque (21a) de almacenamiento térmico se enfría usando el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico como un evaporador para almacenar energía térmica fría, mientras se lleva a cabo la operación de enfriamiento que se muestra en la Figura 2.
En la operación de enfriamiento/almacenamiento térmico en frío, todas las válvulas están en la misma posición que en la operación de enfriamiento que se muestra en la Figura 2, excepto que, en la unidad (20) de almacenamiento térmico, el grado de apertura de la válvula (99a) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico se ajusta adecuadamente, la tercera (99b) válvula de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada, la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico está abierta, y la primera válvula (91) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada.
Durante la operación de enfriamiento/almacenamiento térmico en frío, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) disipa calor en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y en el segundo intercambiador (12b) de calor exterior, y el refrigerante condensado o enfriado fluye hacia el receptor (13). El refrigerante que sale del receptor (13) pasa a través de la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico. A continuación, el refrigerante se subenfría en la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y fluye hacia la unidad (40) interior.
En la unidad (40) interior, el refrigerante es descomprimido por la válvula (42) de expansión interior, absorbe el calor del aire interior en el intercambiador (41) de calor interior y se evapora. En este momento, el aire interior se enfría y el espacio interior se enfría. El refrigerante que ha salido de la unidad (40) interior fluye a través de la tubería (31) de conexión del lado del gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico.
Por otro lado, una parte del refrigerante que fluye a través de la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico se bifurca en la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico, es descomprimida por la válvula (99a) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico, fluye hacia el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico y se evapora. El refrigerante evaporado pasa a través de la segunda tubería (89) de conexión y de la primera tubería (88) de conexión y se mezcla con el refrigerante en la primera tubería (85) de gas del lado de almacenamiento térmico.
El refrigerante que fluye por la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico vuelve a la unidad (10) exterior a través de la primera tubería (51) de comunicación de gas del lado exterior. El refrigerante fluye de la primera tubería (68) de gas del lado exterior de la unidad (10) exterior hacia el acumulador (14) y, a continuación, es aspirado por el compresor (11).
Operación de almacenamiento térmico en frío
La operación de almacenamiento térmico en frío que se muestra en la Figura 6 es una operación en la cual el agua del tanque (21a) de almacenamiento térmico se enfría utilizando el intercambiador (12) de calor exterior como radiador y el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico como evaporador para almacenar energía térmica fría.
En la operación de almacenamiento térmico en frío, las válvulas de la unidad (10) exterior se controlan de la misma manera que en la operación de refrigeración/almacenamiento térmico en frío que se muestra en la Figura 5. En la unidad (20) de almacenamiento térmico, las válvulas pueden controlarse del mismo modo que en la operación de refrigeración/almacenamiento térmico en frío, con la salvedad de que la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada para evitar sustancialmente que el refrigerante fluya hacia la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y hacia la unidad (40) interior.
Durante la operación de almacenamiento térmico en frío, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) disipa calor en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y en el segundo intercambiador (12b) de calor exterior, y el refrigerante condensado o enfriado fluye hacia el receptor (13). El refrigerante que ha salido del receptor (13) fluye hacia la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico, es descomprimido por la válvula (99a) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico y se evapora en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico.
El refrigerante evaporado pasa a través de la segunda tubería (89) de conexión y de la primera tubería (88) de conexión, y fluye hacia la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico. El refrigerante que fluye por la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico vuelve a la unidad (10) exterior a través de la primera tubería (51) de comunicación de gas del lado exterior. El refrigerante fluye de la primera tubería (68) de gas del lado exterior de la unidad (10) exterior hacia el acumulador (14) y, a continuación, es aspirado por el compresor (11) .
Operación de calefacción
La operación de calefacción que se muestra en la Figura 7 es una operación en la cual el refrigerante circula en el circuito (50) de refrigerante con el intercambiador (41) de calor interior sirviendo como radiador y el intercambiador (12) de calor exterior sirviendo como evaporador sin uso del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico.
Durante la operación de calefacción, la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías y la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías de la unidad (10) exterior se ajustan al segundo modo. Tanto la primera válvula (73) de expansión del lado exterior como la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior se controlan hasta un grado de apertura predeterminado. Sin embargo, si la operación la lleva a cabo solo un intercambiador (12) de calor exterior, una de la primera válvula (73) de expansión del lado exterior y de segunda válvula (74) expansión del lado exterior está cerrada (esto también se aplica a cada operación descrita más abajo). La válvula (76) reguladora de caudal exterior se ajusta para que esté totalmente abierta.
En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado del almacenamiento térmico está cerrada, y la válvula (99a) de regulación del caudal del lado del almacenamiento térmico y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado del almacenamiento térmico están cerradas.
En la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo, si se lleva a cabo la operación de calefacción en cada unidad (40) interior, la primera válvula (34a) de conmutación de trayecto de flujo está cerrada, la segunda válvula (34b) de conmutación de trayecto de flujo está abierta y la válvula reguladora del caudal está cerrada. En la unidad (40) interior, la válvula (42) de expansión interior se controla para que esté completamente abierta.
Durante la operación de calefacción, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) pasa a través de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías y a través de la segunda tubería (86) de gas del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico, luego pasa a través de la tubería (31) de conexión del lado de gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y fluye hacia la unidad (40) interior. El refrigerante disipa calor en el intercambiador (41) de calor interior. A continuación, el refrigerante condensado o enfriado sale de la unidad (40) interior, fluye a través de la tubería (32) de conexión del lado de líquido de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y fluye de la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia hacia la unidad (20) de almacenamiento térmico. El refrigerante fluye fuera de la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico, pasa a través del primer conducto (96) de derivación, y vuelve a la unidad (10) exterior desde la tubería (53) de comunicación de líquido del lado exterior.
El refrigerante fluye hacia el receptor (13) a través de la tubería (77) de introducción de refrigerante, y luego sale a la tubería (79) de salida de líquido. El refrigerante pasa a través del circuito (18) puente, es descomprimido por la primera válvula (73) de expansión del lado exterior y por la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior, y luego se evapora en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y el segundo intercambiador (12b) de calor exterior. El refrigerante evaporado pasa a través de la tubería (67) de baja presión exterior, fluye hacia el acumulador (14) y es aspirado hacia el compresor (11).
Operación de corte de pico de calefacción
La operación de corte de pico de calefacción que se muestra en la Figura 8 es una operación en la cual el refrigerante circula en el circuito (50) de refrigerante con el intercambiador (41) de calor interior sirviendo como radiador y el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirviendo como evaporador sin uso del intercambiador (12) de calor exterior.
Durante la operación de corte de pico de calefacción, la primera válvula (15) de conmutación de cuatro vías y la segunda válvula (16) de conmutación de cuatro vías de la unidad (10) exterior se ajustan al segundo modo, y la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías se ajusta al primer modo. Tanto la primera válvula (73) de expansión del lado exterior como la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior están cerradas.
En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado del almacenamiento térmico está abierta, la válvula (99a) de regulación del caudal del lado del almacenamiento térmico se controla hasta un grado de apertura predeterminado y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado del almacenamiento térmico está cerrada. Las válvulas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y de la unidad (40) interior se controlan de la misma manera que en la operación de calefacción.
Durante la operación de corte de pico de calefacción, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) pasa a través de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías y a través de la segunda tubería (86) de gas del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico, luego fluye a través de la tubería (31) de conexión del lado de gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo, y fluye hacia la unidad (40) interior. El refrigerante disipa el calor en el intercambiador (41) de calor interior. A continuación, el refrigerante condensado o enfriado sale de la unidad (40) interior, fluye a través de la tubería (32) de conexión del lado del líquido de la unidad (30) de conmutación de trayecto del flujo, y fluye de la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia hacia la unidad (20) de almacenamiento térmico.
El refrigerante sale de la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico y pasa a través del primer conducto (96) de derivación. Además, el refrigerante pasa a través de la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico, es descomprimido por la válvula (99a) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico, absorbe calor del agua almacenada dentro del tanque (21a) de almacenamiento térmico en el intercambiador de calor de almacenamiento térmico y se evapora.
El refrigerante evaporado pasa a través de la segunda tubería (89) de conexión y de la primera tubería (88) de conexión, y fluye hacia la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico. El refrigerante que fluye por la primera tubería (85) de gas del lado del almacenamiento térmico vuelve a la unidad (10) exterior a través de la primera tubería (51) de comunicación de gas del lado exterior. El refrigerante fluye de la primera tubería (68) de gas del lado exterior de la unidad (10) exterior hacia el acumulador (14) y, a continuación, es aspirado por el compresor (11).
Operación de calefacción/acumulación térmica caliente
La operación de calefacción/almacenamiento térmico que se muestra en la Figura 9 es una operación en la cual se calienta el agua del tanque (21a) de almacenamiento térmico en el intercambiador de calor de almacenamiento térmico y se almacena energía térmica caliente, mientras se lleva a cabo la operación de calentamiento en la cual el refrigerante circula por el circuito (50) de refrigerante con el intercambiador (41) de calor interior sirviendo como radiador y el intercambiador (12) de calor exterior sirviendo como evaporador.
Durante la operación de calentamiento/almacenamiento térmico caliente, en la unidad (10) exterior, las válvulas se controlan de la misma manera que en la operación de calentamiento que se muestra en la Figura 7. En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico se controla para que esté totalmente abierta, y la primera válvula (91) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada. La segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico están cerradas, y la válvula (99a) de regulación del caudal del lado de almacenamiento térmico se controla hasta un grado de apertura predeterminado. Las válvulas de las unidades (30) de conmutación de trayecto de flujo y de la unidad (40) interior se controlan de la misma manera que en la operación de calefacción que se muestra en la Figura 7.
Durante la operación de calentamiento/almacenamiento térmico caliente, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) pasa a través de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías y de la segunda tubería (86) de gas del lado del acumulador térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico. Una parte del refrigerante se ramifica desde la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías hacia la segunda tubería (89) de conexión, y la parte restante del refrigerante pasa a través de la tubería (31) de conexión del lado del gas de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y fluye hacia la unidad (40) interior. El refrigerante disipa el calor en el intercambiador (41) de calor interior. A continuación, el refrigerante condensado o enfriado fluye fuera de la unidad (40) interior, a través de la tubería (32) de conexión del lado del líquido de la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo, y fluye de la tubería (56) de comunicación de líquido de la porción intermedia hacia la unidad (20) de almacenamiento térmico. El refrigerante fluye fuera de la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico y fluye a través del primer conducto (96) de derivación.
El refrigerante que se ha ramificado desde la segunda tubería (86) de gas del lado del almacenamiento térmico a través de la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías hacia la segunda tubería (89) de conexión fluye hacia el intercambiador (21) de calor del almacenamiento térmico y disipa calor en el agua del tanque (21a) de almacenamiento térmico y calienta el agua para que se pueda almacenar la energía térmica caliente. El refrigerante que ha disipado calor en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico fluye hacia la tubería 87) de líquido del lado de almacenamiento térmico a través de la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico, en la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico, se mezcla con el refrigerante que fluyó a través del primer conducto (96) de derivación, y luego fluye de la tubería (53) de comunicación de líquido del lado exterior hacia la unidad (10) exterior.
El refrigerante que ha entrado en la unidad (10) exterior fluye hacia el receptor (13) a través de la tubería (77) de introducción de refrigerante, y luego fluye hacia la tubería (79) de salida de líquido. El refrigerante pasa a través del circuito (18) puente para atravesar la primera válvula (73) de expansión del lado exterior y la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior, y luego se evapora en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y el segundo intercambiador (12b) de calor exterior. El refrigerante evaporado pasa a través de la tubería (67) de baja presión exterior, fluye hacia el acumulador (14) y es aspirado hacia el compresor (11).
Operación de almacenamiento térmico caliente
La operación de almacenamiento térmico caliente que se muestra en la Figura 10 es una operación en la cual el refrigerante circula en el circuito (50) de refrigerante y la energía térmica caliente se almacena en el intercambiador de calor de almacenamiento térmico con el intercambiador de calor de almacenamiento térmico sirviendo como un radiador y el intercambiador (12) de calor exterior sirviendo como un evaporador sin el uso del intercambiador (41) de calor interior.
Durante la operación de almacenamiento térmico caliente, en la unidad (10) exterior, las válvulas se controlan de la misma manera que en la operación de calefacción que se muestra en la Figura 7. En la unidad (20) de almacenamiento térmico, la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico se controla para que esté totalmente abierta, y la primera válvula (91) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico está cerrada. La segunda válvula (95) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico y la tercera válvula (99b) de apertura/cierre del lado de almacenamiento térmico están cerradas, y la válvula (99a) de regulación del caudal del lado de almacenamiento térmico se controla hasta el grado de apertura predeterminado. En la unidad (30) de conmutación de trayecto de flujo y en la unidad (40) interior, al menos una de la primera válvula (34a) de conmutación de trayecto de flujo o la válvula de expansión exterior está cerrada, y el flujo de refrigerante en el intercambiador (41) de calor interior está bloqueado.
Durante la operación de almacenamiento térmico caliente, el refrigerante que se ha descargado del compresor (11) pasa a través de la tercera válvula (17) de conmutación de cuatro vías y de la segunda tubería (86) de gas del lado de almacenamiento térmico de la unidad (20) de almacenamiento térmico, luego se ramifica desde la cuarta válvula (22) de conmutación de cuatro vías hacia la segunda tubería (89) de conexión. El refrigerante fluye hacia el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico y disipa el calor en el agua en el tanque (21a) de almacenamiento térmico y calienta el agua para que pueda almacenarse la energía térmica caliente. El refrigerante que ha disipado el calor en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico fluye hacia la tubería (87) de líquido del lado de almacenamiento térmico a través de la segunda tubería (98) de derivación del lado de almacenamiento térmico, y luego fluye de la tubería (53) de comunicación de líquido del lado exterior hacia la unidad (10) exterior.
El refrigerante que ha entrado en la unidad (10) exterior fluye hacia el receptor (13) a través de la tubería (77) de introducción de refrigerante, y luego fluye fuera hacia la tubería (79) de salida de líquido. El refrigerante pasa a través del circuito (18) puente y a través de la primera válvula (73) de expansión del lado exterior y de la segunda válvula (74) de expansión del lado exterior. A continuación, el refrigerante se evapora en el primer intercambiador (12a) de calor exterior y en el segundo intercambiador (12b) de calor exterior. El refrigerante evaporado pasa a través de la tubería (67) de baja presión exterior, fluye hacia el acumulador (14) y es aspirado hacia el compresor (11).
Ventajas de la primera realización
En el sistema (1) de aire acondicionado que incluye el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, dependiendo del modo de funcionamiento del circuito (50) de refrigerante, el refrigerante líquido puede acumularse en un tubo (21 b) de transferencia de calor del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Cuando se cambia de este modo de funcionamiento al modo de funcionamiento que reduce el consumo de energía para refrigeración, puede ser imposible que el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico (alcance su capacidad de intercambio de calor original como radiador hasta que el refrigerante líquido sea expulsado del tubo (21b) de transferencia de calor. En dicho caso, no es posible responder rápidamente a una operación de reducción del consumo de energía.
En la presente realización, se provee la válvula (76) reguladora de caudal exterior que abre y cierra la tubería (77) de introducción de refrigerante conectada entre el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico y el receptor (13) (entre la tubería (75) de líquido de lado exterior y el receptor (13)). En consecuencia, cuando el modo de funcionamiento se cambia a la operación de corte de pico de refrigeración, incluso si el refrigerante líquido se acumula en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico, el refrigerante líquido en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el receptor (13), mediante la apertura de la válvula (76) de regulación de caudal exterior, y el tiempo necesario para empujar el refrigerante líquido fuera del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se acorta. De este modo, el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede alcanzar rápidamente su capacidad de intercambio de calor original como radiador, es posible responder rápidamente a la operación de corte de pico de refrigeración llevando a cabo el ciclo de refrigeración en el cual la diferencia entre la presión alta y baja en el circuito de refrigerante es pequeña para reducir rápidamente el consumo de energía.
En la presente realización, el tubo (81) de ventilación está conectado al receptor (13) para liberar el refrigerante de gas dentro del receptor (13). El tubo (81) de ventilación está provisto de la válvula (80) de ventilación. Además, el tubo (81) de ventilación está conectado a la tubería (68, 11b) de baja presión del circuito (50) de refrigerante en la operación de corte de pico de refrigeración. En consecuencia, durante la operación de corte de pico de enfriamiento, la apertura de la válvula de ventilación permite reducir un aumento excesivo de la presión en el receptor (13), y promueve la introducción del refrigerante líquido del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico al receptor (13). De este modo, puede llevarse a cabo un cambio rápido a la operación de corte de pico de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo con una configuración sencilla.
De este modo, en la presente realización, durante la operación de corte de pico de refrigeración, el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el receptor (13). En consecuencia, se puede llevar a cabo un cambio rápido a la operación de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo mediante el uso del receptor (13) que generalmente se provee al circuito (50) de refrigerante, incluso si no se provee un contenedor de refrigerante dedicado.
En la presente realización, durante la operación de corte de pico de enfriamiento, la presión del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico puede ajustarse a un valor objetivo ajustando el grado de apertura de la válvula (76) reguladora de caudal exterior y la válvula (80) de ventilación. La operación de corte de pico de enfriamiento es una operación en la cual la alta presión del refrigerante es menor que durante la operación de enfriamiento normal, como se describe más arriba. En la presente realización, dado que la configuración permite ajustar la alta presión del refrigerante en la válvula (76) reguladora de caudal exterior, se reduce la entrada del compresor (11) y, por lo tanto, puede reducirse el consumo de energía. Además, el ajuste de la alta presión del refrigerante permite ajustar libremente la entrada del compresor que afecta el coeficiente de rendimiento (COP), facilitando así el control de la operación.
Además, en la presente realización, el grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se puede ajustar mediante el ajuste de un grado de apertura de la válvula (76) de control de caudal del lado exterior y de la válvula (80) de ventilación durante la operación de corte de pico de refrigeración. Se puede ajustar un grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico y se puede ajustar la capacidad de enfriamiento. Es decir, el ajuste del grado de subenfriamiento del refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico permite ajustar la diferencia de entalpía en el diagrama P-h que se muestra en la Figura 11. De este modo, una operación en la cual el COP es alto puede llevarse a cabo aumentando la diferencia de entalpía.
En general, si el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico fluye en una gran cantidad hacia el intercambiador (41) de calor interior en el espacio interior cuando el modo operativo se cambia a la operación de corte de pico de enfriamiento, pueden producirse fluctuaciones de capacidad o sonidos y vibraciones. La presente realización tiene una configuración en la cual el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se libera al receptor (13) cuando el modo operativo se cambia a la operación de corte de pico de refrigeración. Por consiguiente, el refrigerante no fluye en gran cantidad hacia el intercambiador (41) de calor interior. En consecuencia, también se pueden reducir las fluctuaciones de capacidad o los sonidos y vibraciones.
Además, como el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el contenedor de refrigerante (receptor (13)), se impide que el refrigerante líquido vuelva directamente al compresor (11). Por lo tanto, se puede asegurar la fiabilidad del compresor (11) y se puede lograr el cambio rápido a la operación de corte de pico de enfriamiento (primera operación de enfriamiento) con bajo consumo de energía.
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Primera variación
En la primera realización, sólo se utiliza la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado del almacenamiento térmico como mecanismo de regulación variable. Sin embargo, como se muestra en la Figura 12, una parte de la segunda tubería (89) de conexión (conducto de comunicación) puede bifurcarse en una primera tubería (89a) (tubería principal) y una segunda tubería (89b) (tubería de derivación) conectadas en paralelo entre sí. La primera tubería (89a) puede estar provista de una primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico que es una válvula reguladora variable en la cual puede ajustarse un grado de apertura. La segunda tubería (89b) puede estar provista de una válvula (90b) de apertura/cierre que puede ajustarse para que esté totalmente cerrada o totalmente abierta. La primera válvula (90) reguladora de caudal del lado del almacenamiento térmico y la válvula (90b) de apertura/cierre pueden constituir un mecanismo de regulación variable.
En la configuración de la primera variación, cuando el mecanismo de regulación variable está completamente abierto, la pérdida de presión en el refrigerante puede reducirse en comparación con la primera realización mediante el uso de la válvula (90b) de apertura/cierre. Por lo tanto, puede implementarse una operación eficiente con un menor consumo de energía.
Segunda variación
En la primera variante, la primera válvula (90) de regulación de primer del lado del almacenamiento térmico y la válvula (90b) de apertura/cierre constituyen el mecanismo de regulación variable. Sin embargo, como se muestra en la Figura 13, puede proveerse un tubo (90a) capilar que es un mecanismo regulador fijo en lugar de la primera válvula (90) de regulación de caudal de lado de almacenamiento término, y el tubo (90a) capilar y la válvula (90b) de apertura/cierre pueden constituir el mecanismo regulador variable.
En la segunda variación, el mecanismo regulador variable que puede ajustarse a la posición totalmente abierta, totalmente cerrada o intermedia entre la posición totalmente abierta y la posición totalmente cerrada puede implementarse con una configuración sencilla.
Segunda realización
Más abajo, se describirá una segunda realización que se muestra en la Figura 14.
En la segunda realización, el receptor (13) y el circuito (18) puente no están incluidos en el circuito (50) de refrigerante. En la segunda realización, durante la operación de corte de pico de enfriamiento, el acumulador (14) se provee a una porción intermedia de la tubería de baja presión del circuito (50) de refrigerante, y se establece como un contenedor de refrigerante en el cual se introduce el refrigerante líquido del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Por lo tanto, cuando el modo operativo del circuito de refrigerante se cambia a la operación de corte de pico de refrigeración, el intercambiador (41) de calor interior y el acumulador (14) se conectan en paralelo con respecto al intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico.
Un extremo de un tubo (82) de introducción de refrigerante al que está conectada una válvula (83) accionada por motor (primer mecanismo de apertura/cierre) cuyo grado de apertura es ajustable, está conectado al tubo (75) de líquido del lado exterior. Otro extremo de la tubería (82) de introducción de refrigerante está conectado al segundo puerto (14c) de entrada de gas del acumulador (14).
Los demás componentes del circuito (50) de refrigerante de la segunda realización están configurados igual que los del circuito (50) de refrigerante de la primera realización.
En la segunda realización, cuando el modo de funcionamiento se cambia a la operación de corte de pico de refrigeración, el refrigerante acumulado en el tubo (21 b) de transferencia de calor del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico pasa a través del tubo (82) de introducción de refrigerante, es descomprimido por la válvula (83) eléctrica, y fluye hacia el acumulador (14).
En la segunda realización, el grado de apertura de la válvula (83) eléctrica se controla adecuadamente. Esto reduce el flujo de una parte del refrigerante que ha salido del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico hacia el acumulador (14) que se utiliza como contenedor de refrigerante para evitar sustancialmente que el refrigerante fluya en grandes cantidades hacia el intercambiador (41) de calor interior.
Por el contrario, en un caso en el que el contenedor de refrigerante no se utiliza durante la operación de corte de pico de refrigeración, la presión del refrigerante en la tubería de líquido que fluye del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico al intercambiador (41) de calor interior aumenta, y a pesar de que se lleva a cabo el proceso de operación de corte de pico de refrigeración, puede ser imposible cambiar rápidamente a la operación de corte de pico de refrigeración. En la presente realización, el aumento de la alta presión se reduce mediante la reducción del caudal del refrigerante que fluye del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico al intercambiador (41) de calor. Por consiguiente, durante la operación de corte de pico de refrigeración, la diferencia entre la presión alta y baja es pequeña y es posible responder rápidamente a la operación en la cual el consumo de energía del compresor (11) es bajo y el COP es alto.
Además, también en la segunda realización, la primera válvula (90) de regulación de caudal del lado de almacenamiento térmico se ajusta a un grado de apertura predeterminado durante la operación de refrigeración. Por lo tanto, durante una operación distinta de la operación de refrigeración, el refrigerante líquido que queda en el tubo (21b) de transferencia de calor del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se descomprime, y el refrigerante fluye a través del segundo tubo (89) de conexión y el primer tubo (88) de conexión hacia el primer tubo (85) de gas del lado de almacenamiento térmico que es un tubo de baja presión durante la operación de refrigeración. En consecuencia, cuando la operación de refrigeración se cambia a la operación de corte de pico de refrigeración, el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcanza inmediatamente la capacidad de intercambio de calor (funciona como un radiador). De este modo, en la segunda realización, al igual que en la primera realización, el control del grado de apertura de la primera válvula (90) reguladora de caudal del lado de almacenamiento térmico durante la operación de refrigeración permite un cambio rápido a la operación de corte de pico de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo.
De este modo, en la presente realización, durante la operación de corte del pico de refrigeración, el refrigerante líquido acumulado en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico se introduce en el acumulador (14). En consecuencia, puede llevarse a cabo un cambio rápido a la operación de refrigeración en la cual el consumo de energía es bajo utilizando el acumulador (14) generalmente provisto al circuito (50) de refrigerante, incluso si no se provee un contenedor de refrigerante dedicado.
Otras realizaciones
La realización de más arriba también puede tener las siguientes configuraciones.
En las realizaciones de más arriba, el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico es de tipo estático en el cual se genera hielo alrededor del tubo (21 b) de transferencia de calor dentro del tanque (21a) de almacenamiento térmico. Sin embargo, puede usarse un intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico tipo dinámico que hace circular un medio de almacenamiento térmico como, por ejemplo, agua, dentro del tanque (21a) de almacenamiento térmico entre un tanque (21a) de almacenamiento térmico y un intercambiador de calor de placas (no se muestra) para intercambiar calor entre el medio de almacenamiento térmico y el refrigerante en el intercambiador de calor de placas. El intercambiador de calor de placas es meramente un ejemplo y su modelo puede cambiarse siempre que el medio de almacenamiento térmico y el refrigerante intercambien calor entre sí.
En la realización de más arriba, el agua se da como un ejemplo del medio de almacenamiento térmico, pero puede usarse otro medio de almacenamiento térmico.
En la realización de más arriba, el circuito (50) de refrigerante del sistema (1) de aire acondicionado capaz de llevar a cabo una operación de refrigeración y una operación de calefacción al mismo tiempo está provisto del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico. Sin embargo, el circuito de refrigerante del sistema (1) de aire acondicionado puede ser cualquier circuito que cambie entre todos los modos en los cuales todas las unidades (40) interiores llevan a cabo una operación de refrigeración y todos los modos en los cuales todas las unidades (40) interiores llevan a cabo una operación de calefacción. Además, el sistema de aire acondicionado de la presente descripción puede ser también un sistema que conmuta, p. ej., la operación de refrigeración normal, la operación de corte de pico de refrigeración, y la operación de almacenamiento térmico en frío, y que no lleva a cabo una operación de calefacción.
Aplicabilidad industrial
Como se ha descrito más arriba, la presente descripción es útil para un sistema de aire acondicionado.
Descripción de los caracteres de referencia
1 Sistema de aire acondicionado
5 Controlador (unidad de control)
11b Tubería de aspiración (tubería de baja presión)
13 Receptor (contenedor de refrigerante)
14 Acumulador (contenedor de refrigerante)
21 Intercambiador de calor de almacenamiento térmico
41 Intercambiador de calor interior
50 Circuito de refrigerante
68 Primera tubería de gas del lado exterior (tubería de baja presión)
76 Válvula reguladora de caudal exterior (primer mecanismo de apertura/cierre)
77 Tubo de introducción del refrigerante
80 Válvula de ventilación (segundo mecanismo de apertura/cierre)
81 Tubo de salida de gas (tubo de ventilación)
82 Tubo de introducción del refrigerante
83 Válvula reguladora de caudal exterior (primer mecanismo de apertura/cierre)

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de aire acondicionado que comprende
un circuito (50) de refrigerante con un intercambiador (41) de calor interior;
un intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico conectado al circuito (50) de refrigerante;
un contenedor (13, 14) de refrigerante para introducir un refrigerante líquido, en donde el sistema de aire acondicionado está configurado para llevar a cabo una primera operación de refrigeración en la cual el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico sirve como radiador y el intercambiador (41) de calor interior sirve como evaporador;
una tubería (77; 82) de introducción de refrigerante conectada al intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico y al contenedor (13; 14) de refrigerante; y
un primer mecanismo (76; 83) de apertura/cierre configurado para abrir y cerrar el tubo (77; 82) de introducción de refrigerante;
una unidad (5) de control;
caracterizado por que la unidad (5) de control está configurada para ajustar el primer mecanismo (76; 83) de apertura/cierre de manera que abra el primer mecanismo (76; 83) de apertura/cierre cuando el modo de funcionamiento cambia a la primera operación de refrigeración, de manera que el contenedor (13; 14) de refrigerante y el intercambiador (41) de calor interior estén conectados, en paralelo, al intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico de tal manera que partes del refrigerante que ha fluido fuera del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico fluyan hacia el contenedor (13; 14) de refrigerante y el intercambiador (41) de calor interior.
2. El sistema de aire acondicionado de la reivindicación 1, en donde el circuito de refrigerante tiene además una tubería (68, 11b) de baja presión;
el contenedor (13) de refrigerante incluye una tubería (81) de ventilación con un segundo mecanismo (80) de apertura/cierre para liberar un refrigerante de gas fuera del contenedor (13) de refrigerante, y
en la primera operación de refrigeración, la tubería (81) de ventilación está conectada a la tubería (68, 11b) de baja presión a través del segundo mecanismo (80) de apertura/cierre.
3. El sistema de aire acondicionado de la reivindicación 2, en donde la unidad (5) de control está configurada para ajustar solo el primer mecanismo (76) de apertura/cierre para abrir el primer mecanismo (76) de apertura/cierre, o para ajustar tanto el primer mecanismo (76) de apertura/cierre como el segundo mecanismo (80) de apertura/cierre para abrir tanto el primer mecanismo (76) de apertura/cierre como el segundo mecanismo (80) de apertura/cierre cuando el modo de funcionamiento cambia a la primera operación de refrigeración.
4. El sistema de aire acondicionado de la reivindicación 1, en donde
el primer mecanismo (76; 83) de apertura/cierre incluye una válvula cuyo grado de apertura es ajustable, y la unidad (5) de control está configurada para controlar el grado de apertura de la válvula de manera que una presión de un refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcance un valor objetivo.
5. El sistema de aire acondicionado de la reivindicación 1, en donde
el primer mecanismo (76; 83) de apertura/cierre incluye una válvula cuyo grado de apertura es ajustable, y la unidad (5) de control está configurada para controlar el grado de apertura de la válvula de manera que un grado de subenfriamiento de un refrigerante en un lado de salida del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcance un valor objetivo.
6. El sistema de aire acondicionado de la reivindicación 3, en donde
al menos uno del primer mecanismo (76) de apertura/cierre o del segundo mecanismo (80) de apertura/cierre es una válvula cuyo grado de apertura es ajustable, y
la unidad (5) de control está configurada para controlar el grado de apertura de la válvula de manera que una presión de un refrigerante en el intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcance un valor objetivo.
7. El sistema de aire acondicionado de la reivindicación 3, en donde
al menos uno del primer mecanismo (76) de apertura/cierre o del segundo mecanismo (80) de apertura/cierre es una válvula cuyo grado de apertura es ajustable, y
la unidad (5) de control está configurada para controlar el grado de apertura de la válvula de manera que un grado de subenfriamiento de un refrigerante en un lado de salida del intercambiador (21) de calor de almacenamiento térmico alcance un valor objetivo.
8. El sistema de aire acondicionado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde
el circuito (50) de refrigerante tiene además una tubería de líquido a alta presión e incluye un receptor (13) conectado a una porción intermedia de la tubería de líquido a alta presión, y el receptor (13) sirve como contenedor (13) de refrigerante.
9. El sistema de aire acondicionado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde
el circuito (50) de refrigerante tiene además una tubería de gas de baja presión e incluye un acumulador (14) conectado a una porción intermedia de la tubería de gas de baja presión, y el acumulador (14) sirve como contenedor (14) de refrigerante.
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