BRPI0806799A2 - sistema de aquecimento/resfriamento geotérmico por troca direta - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE AQUECIMENTO/RESFRIAMENTO GEOTéRMICO POR TROCA DIRETA. Sistema de aquecimento/resfriamento por troca direta com pelo menos um tamanho de compressor reduzido, com um comutador de corte de alta pressão de 3,44 MPa, com um separador de óleo com eficiência de 98%, com óleo extra, operando a maior pressão do que um sistema R-22, comparâmetros de projeto de receptor para eficiência e para capacidade, com parâmetros de projeto de conjunto de linha de troca de calor geotérmico, com dimensionamento e desenho de dispositivo de expansão de aquecimento/resfriamento especiais, com um controlador de ar especialmente desenhado, e com uma linha de vapor pré-aquecido.
Description
"SISTEMA GEOTÉRMICO DE AQUECIMENTO/RESFRIAMENTO POR TROCA DIRETA"
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS CORRELATOS
Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório US 60/881.000, depositado em 18 de janeiro de 2007.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um sistema de aquecimento/resfriamento geotérmico por troca direta (DX), comumente referido como sistema de aquecimento/resfriamento de "expansão direta", compreendendo vários aperfeiçoamentos de projeto.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Sistemas de troca de calor geotérmico de fonte de terreno/fonte de água convencionais usam, tipicamente, circuitos fechados carregados com líquido de tubulação (tipicamente, tubulação de polietileno com 6,3 5mm de parede, aproximadamente) enterrada no terreno, ou submersa em um corpo de água, de modo a absorver calor ou rejeitar calor da massa geotérmico de ocorrência natural e/ou água circundando a tubulação enterrada ou submersa de transporte de líquido. O circuito de tubulação, tipicamente carregado com água e anticongelante e inibidores de formação de crostas opcionais, se estende para a suporte. Uma bomba de água circula o líquido naturalmente amornado ou resfriado para um trocador de calor de líquido-para-refrigerante.
A transferência de calor geotérmico para/de o terreno para o líquido na tubulação de plástico é uma primeira etapa de toca de calor. Através de uma segunda etapa de troca de calor, um sistema de bomba de calor de refrigerante transfere calor para ou de o líquido na tubulação de plástico para um refrigerante. Finalmente, sistemas convencionais podem usar uma terceira etapa de troca de calor, na qual um controlador de ar interior (constituído de tubulação revestida e um ventilador) transfere calor para ou de o refrigerante para aquecer ou resfriar o espaço de ar interior. Sistemas de troca de calor geotérmico DX de projetos mais novos, nos quais as linhas de transporte de fluido refrigerante são colocadas diretamente no terreno e/ou água sub-superficial, tipicamente, circulam um fluido refrigerante, como R-22, R-410A etc, nas linhas de refrigerante sub- superficiais, tipicamente constituídas de tubulação de cobre para transferir calor geotérmico para ou de os elementos sub-superficiais, via uma primeira etapa de troca de calor. Sistemas DX precisam apenas de uma segunda etapa de troca de calor para transferir calor para ou de o espaço de ar interior, tipicamente, por meio de um controlador de ar interior. Consequentemente, sistemas DX são geralmente mais eficientes do que sistemas der fonte de água, devido a menos etapas de troca de calor serem necessárias e devido a nenhum dispêndio de energia para bomba de água ser necessário. Além disso, uma vez que cobre é um melhor condutor do que a maioria dos plásticos, e uma vez que o fluido refrigerante circulando dentro da tubulação de cobre de um sistema DX tem, geralmente, um maior diferencial de temperatura com o terreno circundante do que a água circulando dentro da tubulação de plástico de um sistema de fonte de água, geralmente menos escavação e perfuração é necessário (e custos de instalação são, tipicamente, mais baixos) com um sistema DX do que com um sistema de fonte de água.
Embora a maioria dos projetos de troca de calor DX em solo/em água seja viável, vários aperfeiçoamentos foram desenvolvidos visando realçar eficiências operacionais do sistema global. Diversos desses aperfeiçoamentos de projeto, particularmente em sistemas de bomba de calor geotérmico em expansão direta/troca direta, são ensinados na patente US 5.623.986, de Weg, patente US 5.816.314, de Weg et al., na patente US 5.946.928, de Wiggs, e na patente US 6.615.601 BI, de Wiggs, cujas revelações são aqui incorporadas pela referência. Tais revelações abrangem meios de troca de calor geotérmico de calor sub-superficial orientados tanto vertical como horizontalmente, usando refrigerantes historicamente convencionais, como R-22, bem como, um projeto mais recente de refrigerante identificados como R-410A. R-410A é uma mistura azeotrópica de HFC-32e HFC-125.
Sistemas de aquecimento/resfriamento DX tem três objetivos primários. O primeiro é prover a maior eficiência operacional possível, que possibilite os menores custos operacionais possíveis de aquecimento/resfriamento, bem como, outras vantagens como, por exemplo, assistência material na redução de problemas de formação de picos para companhias de serviço público. Um segundo objetivo é operar de uma maneira ambientalmente segura pelo uso de componentes e fluidos ambientalmente seguros. O terceiro objetivo é operar por longos períodos de tempo sem a necessidade de qualquer manutenção;reparo significativo, reduzindo materialmente, desse modo, custos de manutenção e de substituição em relação a outros projetos de sistemas convencionais.
Historicamente, embora sistemas de aquecimento/resfriamento DX sejam, em geral, mais eficientes do que outros sistemas de aquecimento/resfriamento convencionais, eles apresentam limitações de instalação devido à superfície relativamente grande de áreas terrestres necessárias para acomodar a tubulação de troca de calor sub-superficial. Em sistemas de "poços" horizontal, por exemplo, uma área terrestre típica de 46,5m por tonelada (907,2 kg) de capacidade de projeto de sistema era necessária nos projetos de primeira geração para acomodar uma matriz rasa (dentre de 3m da superfície) de múltiplos tubos de cobre distribuídos de troca de calor. Além disso, em vários projetos de sistema DX de primeira geração verticalmente orientados, cerca de um a dois poços;furos de poço de 15m- 30m de profundidade por tonelada (907,2 kg) de capacidade de projeto de sistema são necessários, com cada poço espaçado de pelo menos 6m um do outro, e com cada poço contendo um circuito de tubulação de transporte de refrigerante individual. Tal exigência de áreas superficiais proibiram efetivamente aplicações do sistema em muitas aplicações comerciais e/ou de alta densidade residencial. Um aperfeiçoamento sobre estes projetos predecessores foi ensinado por Wiggs, que possibilitou um sistema DX operar dentro de poços/furos de poço com cerca de 90m de profundidade, reduzindo materialmente, assim, as exigências de área superficial terrestre para um sistema DX. Historicamente, tubulação de cobre foi usada para fins de transporte de refrigerante sub-superficial em aplicações de sistema DX.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Meios multifacetados são usados para aperfeiçoar tecnologias mais recentes e mais antigas de sistema DX, de modo a prover projetos ambientalmente seguros com máxima eficiência operacional sob condições variáveis e com mínimas exigências de manutenção, todos a um custo inicial o mais baixo possível. Estes meios de aperfeiçoamento são descritos como a seguir:
Projeto de Compressor: No sistema DX convencional e outros sistemas de bomba de calor, o compressor é dimensionado para casar com o projeto de carga do sistema, de modo que um sistema de 3 toneladas (2721,5 kg), tipicamente, precise de um compressor de 3 toneladas (2721,5 kg). Um projeto de uma tonelada (907,2 kg) de capacidade no campo de aquecimento/resfriamento eqüivale a 12.000BTUs. Desse modo, um projeto de 3 toneladas (2721,5 kg) de carga de aquecimento/resfriamento para uma estrutura exigiria, tipicamente, um sistema com um compressor de projeto de 3 toneladas (2721,5 kg) de capacidade. Projetos de carga são, tipicamente, calculados via Manual J ACCA, ou critérios similares. Decido aos aperfeiçoamentos exclusivos de projeto de sistema DX aqui ensinados, porém, a exigência de dimensionamento real do compressor por ser reduzida, exigindo, desse modo, menor uso de potência operacional e crescente eficiência operacional do sistema. O uso de alguns ou todos os aperfeiçoamentos aqui revelados, testes revelaram que o tamanho do compressor fica, de preferência, entre 80% e 95% dos critérios de dimensionamento convencionais acima referidos para carga máxima calculada de aquecimento/resfriamento. Por exemplo, para um projeto de carga de sistema de 3 toneladas (2721,5 kg), o compressor não deverá ter uma capacidade operacional de 36.000BTU, mas, ao contrário, deverá ter uma capacidade operacional entre 28.800 e 34.000BTU. Esta faixa aceitável é necessária, devido a nem todos as fabricantes de compressores produzirem compressores de mesma capacidade em BTU.
Separador de óleo: Separadores de óleo são conhecidos e usados em vários sistemas de bombas de calor convencionais. Separadores de óleo consistem, tipicamente, de um cilindro metálico ou outro recipiente tendo uma malha metálica ou de peneiramento que filtra óleo do refrigerante. O óleo filtrado cai para o fundo do cilindro por gravidade, permitindo, principalmente, que apenas o refrigerante escape para o resto do sistema pelo topo do cilindro. Quando uma quantidade suficiente de óleo é acumulada na base do cilindro, um flutuador de aço, ou similar, é elevado para expor um furo através do qual o óleo é aspirado, por sucção de compressor, diretamente de volta para o próprio compressor, via uma linha de retorno de óleo a partir da base do separador de óleo para o compressor. Separadores convencionais, entretanto, só filtram, tipicamente, até IOOmicra e com uma eficiência de apenas 80% a 90%., o que é inaceitável para um sistema DX com tubulação de troca de calor geotérmico verticalmente orientada.
Testes mostraram que, em um sistema DX, se a maior parte do óleo lubrificante dentro do compressor não for mantida fora das linhas de campo de troca de calor geotérmico, especialmente se as linhas de campo forem verticalmente inclinadas, o óleo proveniente do compressor tenderá a permanecer nas linhas de campo quando o sistema DX estiver operando no modo de aquecimento, e o compressor será danificado por falta de lubrificação adequada de retorno. Desse modo, um projeto aperfeiçoado de separador de óleo para um sistema DX é preferível.
Tal projeto aperfeiçoado é constituído por um separador de óleo com a capacidade de filtrar até pelo menos 0,3micra, com pelo menos 3% de eficiência. Um filtro preferido é formado a partir de um material de vidro, como um filtro de boro-silicato, ou similar.
Alem disso, certa quantidade de óleo extra deverá ser, de preferência, adicionada, de modo a compensar qualquer perda mínima para o camada protetora durante o modo aquecimento de operação, quando um refrigerante na maior parte em forma de vapor for retornado ao compressor provinda da tubulação de troca de calor geotérmico no campo. A quantidade de óleo extra deverá ser igual à quantidade necessária para carregar a base do vaso de contenção do separador de óleo até um ponto determinado abaixo do filtro dentro do separador durante a operação do sistema. De preferência, para permitir alguma margem de erro no teor de óleo total, a quantidade de óleo extra adicionada seria de modo a deixar l,25cm, mais ou menos 0,65cm, de margem vertical entre a base do filtro de óleo e o topo do nível de óleo extra dentro vaso de contenção (1,25 cm abaixo da base/fundo do filtro dentro do separador de óleo). Se excesso de óleo extra for suprido, o requisito de a área de filtro de projeto seria prejudicado e/ou bloqueado quanto ao seu uso pretendido. Óleo extra é aqui definido como uma quantidade de óleo lubrificante de compressor sobre e acima da quantidade de óleo normalmente provida por um fabricante de compressor dentro de um compressor.
Adicionalmente separadores de óleo convencionais não provêem meios para assegurar se o separador de óleo está funcionando apropriadamente durante operação, ou se óleo adiciona precisa ser adicionado. Correntemente, esses problemas só são detectados após o compressor funcionar incorretamente ou queimar-se. Desse modo, um aperfeiçoamento provendo um meio para conferir o funcionamento real do separador de óleo, bem como, o nível de óleo real dentro do separador de óleo, seria preferível. A presente invenção inclui uma visor transparente de nível na parede do separador de óleo para permitir que o nível de óleo seja verificado visualmente. A visor transparente de nível é posicionada de modo que o nível de óleo desejado fique no centro, ou próximo a ele, da visor transparente de nível quando o sistema DX estiver inoperante. O nível de óleo desejado fica a uma distância predeterminada, como, aproximadamente, l,25cm, abaixo do fundo do filtro. Quando o sistema DX estiver operando, o funcionamento apropriado do separador pode ser observado através da visor transparente de nível por meio de exame visual por lâminas folheadas de óleo caindo no interior da visor transparente de nível da parede.
Finalmente, vários separadores de óleo conhecidos historicamente retornam óleo diretamente para o compressor. Um meio preferido de retorno de óleo seria a de maneira dosada. Um retorno de óleo medido é realizado pelo retorno de óleo através de uma linha de sucção para o acumulador do sistema, ou para o próprio acumulador. Acumuladores são bem conhecidos por alguém experiente na técnica, e consistem de um vaso de contenção de refrigerante com uma linha de vapor interior em forma de U, O topo da dobra em U aspira refrigerante em vapor do topo do acumulador e o envia para o compressor, enquanto qualquer refrigerante em forma líquida, que "entupiria" o compressor, permanece no fundo do vaso. Entretanto, o tubo em dobre U dentro do acumulador tem um pequeno furo ou orifício no fundo que continuamente aspira e retorna uma pequena mistura de óleo e refrigerante líquido do fundo, circulando, desse modo, o óleo de volta para o compressor. Como geralmente conhecido na técnica, o pequeno orifício é dimensionado de acordo com o tamanho do sistema. Em um sistema de 2-5 toneladas (1814,4-4535,9 kg), por exemplo, o orifício tem diâmetro de cerca de Icm e l,4cm. Desse modo, no presente projeto aperfeiçoado, o pequeno furo convencional de retorno de óleo retoma o óleo do separador para o compressor de modo medido, em vez de diretamente para o próprio presente compressor em um fluxo não medido, convencionalmente através de uma linha de descarga relativamente grande de l,6cm de diâmetro externo, ou similar. Tal linha grande de retorno de óleo também aumenta a probabilidade de retornar vapor refrigerante de descarga quente para o compressor juntamente com o óleo, o que diminui a eficiência do sistema.
Como outro aperfeiçoamento de projeto do meio de retorno de óleo do separador de óleo para um sistema DX, uma quantidade adicional de óleo deve, de preferência, adicionada ao próprio acumulador (que não é historicamente feito), de modo a ajudar a assegurar que o fundo do acumulador estar sempre carregado com óleo até um nível acima do pequeno furo (orifício) de retorno de óleo e, de preferência, até um ponto que fica entre 0,16cm e 0,65cm acima do topo do furo. Isto ajudará a assegurar uma quantidade de máxima de óleo extra a ser operacionalmente colocado dentro do sistema, mas não a ponto de prejudicar a operação pretendida do acumulador ou do filtro dentro do separador de óleo, e não prejudicará materialmente a capacidade do receptor de conter quantidades adequadas de refrigerante líquido de modo a não "entupir" o compressor.
Refrigerante de maior pressão operacional: Sistemas DX convencionais operam com refrigerantes R-22 ou similar. Entretanto, testes mostraram que eficiência maior operacional é atingida em um sistema DX, especialmente em um sistema DX com projetos de tubulação de transporte de refrigerante de troca de calor geotérmico verticalmente orientada, quando um refrigerante com pressões operacionais pelo menos 25% maior do que aquelas de refrigerantes R-22, ou similar, são usados. Isto se deve pelo fato de, a profundidades significativas, a maior pressão de refrigerante operacional materialmente ajudar a superar o efeito adverso da gravidade sobre o refrigerante líquido dentro da linha de retorno de líquido durante operação em modo de resfriamento, reduzindo, desse modo, exigências de consumo de potência de compressor e aumentar eficiência operacional do sistema. R-410A é um exemplo de um refrigerante tendo pelo menos uma pressão operacional 25% maior do que a do R-22. As pressões operacionais de R-22 são bem conhecidas na técnica.
Componentes de sistemas mais resistentes: Com uma relação direta ao uso de um refrigerante preferido com uma pressão operacional pelo menos 25% maior do que a do R-22, todos os componentes de um sistema DX usando tal refrigerante de maior pressão têm que ter cargas de trabalho seguras comparáveis pelo menos 25% maior do que convencionalmente projetado para sistemas de refrigerante R-22, ou similar. As pressões operacionais de R-22 e resistências de carga de trabalho segura de componente de sistema R-22 são bem conhecidas por alguém experiente na técnica.
Comutador de corte de alta pressão: Comutadores de corte de alta pressão são bem conhecidos por alguém experiente na técnica. Em um projeto aperfeiçoado de sistema DX operando com gasto mínimo de energia, testes mostraram que pressões de refrigerante operacionais de sistema são menores do que a normal. Consequentemente, para um sistema DX usando refrigerante R-410A ou similar, o comutador de corte de alta pressão dever ser projetado, de preferência, para desligar o compressor quando pressões de sistema operacional atingirem um nível de pelo menos 3,5 MPa, mais ou menos não mais do que 0,17MPa. Isto permite a utilização de componentes de sistema suficientemente resistentes, mas o uso de componentes que não precisam ser tão resistentes como os usados em projetos de sistema de bomba de calor de fonte de ar R-410A convencionais, onde maiores pressões operacionais são, tipicamente, encontradas no modo de resfriamento, devido às faixas potenciais e normais de maior temperatura de condensação encontradas no ar exterior no verão. Bombas de calor de fonte de ar R-410A convencionais exigem, tipicamente, comutadores de corte de alta pressão na faixa de 4,1 a 4,5MPa. Uma vez que componentes de sistema DX, operado com um refrigerante R-410A, podem ser suficientemente resistentes, mas não desnecessariamente excessivamente resistentes, custos de fabricação de equipamento de sistema DX podem ser reduzidos para operar com uma carga de trabalho segura de 3,33MPa, em oposição a uma carga de trabalho segura de 4,lMPa.
Dimensionamento de receptor: E conhecido o uso de receptores em sistemas de bomba de calor convencionas, bem como, em sistemas DX, Entretanto, projetos de receptores de sistema DX convencional estão longe do ótimo. Isto se deve a dispositivos anteriores envolvendo o uso de receptores em sistemas DX incorporarem o uso ineficiente de linhas de retorno de óleo do receptor para o compressor, ou estabelecidas em bases inapropriadas para determinar o dimensionamento de receptor preferido e/ou volume de contenção de refrigerante.
Testes mostraram que em um projeto de sistema DX, especialmente em um projeto de sistema DX incorporando o uso de tubulação de troca de calor geotérmico verticalmente orientada, como em uma aplicação de projeto de poço/furo de sondagem, onde a extensão da linha de troca de calor exposta é bastante análoga à extensão da linha de transporte de refrigerante parcial ou totalmente líquido, o receptor deve ser projetado, de preferência, para conter 16%, mais ou menos 2%, de todo o teor de líquido potencial da porção de transferência de calor exposta da(s) linha(s) de transporte de refrigerante em vapor no campo de troca de calor geotérmico para a máxima capacidade de remoção de carga latente e boa eficiência. Alternativamente, se eficiência máxima operacional for desejada no modo de resfriamento, com boa capacidade de remoção de carga latente, o receptor deverá ser, de preferência, projetado para conter 8%, mais ou menos 2%, do teor líquido potencial total da porção de transferência de calor exposta da(s) linhas(s) de transporte de refrigerante em vapor no campo de troca de calor geotérmico. O teor de líquido potencial total da porção de transferência exposta da(s) linhas(s) de transporte de refrigerante em vapor em um camada protetora de troca de calor geotérmico é igual ao peso do volume interior carregado com fluido da área da(s) linha(s).
Projetos diferentes de receptor convenciona que geralmente dependem de pressões de refrigerante de sistema para ajustar automaticamente o teor de refrigerante líquido do receptor, o receptor preferido como aqui revelado, fica situado na linha de transporte de refrigerante líquido entre o controlador de ar e o dispositivo de expansão de modo de resfriamento, e tem uma linha de líquido saindo da porção inferir do receptor no modo de resfriamento, com o espaço interior entre as linhas de transporte de líquido entrando e saindo dentro do receptor configurado para reter a quantidade acima especificada de líquido no modo de aquecimento, mas para liberar toda a quantidade acima especificada de líquido para o(s) poço(s)/furo(s) de poço do sistema no modo resfriamento.
Dimensionamento de linha de líquido e de vapor: Nos vários projetos de sistema DX, o dimensionamento de linha de líquido e de vapor varia. Entretanto, testes mostraram que resultados de eficiência ótima em base anual provêem do uso de um projeto de sistema de poço/furo de sondagem verticalmente orientado que tira vantagem de temperaturas sub-superficiais estáveis ao longo do ano e profundidades excedendo a l,6m. Em uma configuração verticalmente orientada, horizontalmente orientada ou outra configuração de circuito fechado, o dimensionamento preferido de conjunto de linha para um compressor de capacidade de 30.000BTU, ou menos, é a de uma ou duas linha(s) de transporte de refrigerante líquido classe refrigerante com 0,9 5 cm de diâmetro externo, em conjunto com um número correspondente de uma ou duas linha(s) de transporte de classe refrigerante em vapor, com cada linha de vapor tendo um diâmetro externo entre 2 a 2,4 vezes tão grande quanto do diâmetro externo da linha de líquido. O dimensionamento preferível de conjunto de linha para um compressor acima de 30.000BTU de capacidade, mas menor do que uma capacidade de 90.000BTU, é de duas ou três linha(s) de transporte de refrigerante líquido classe refrigerante de 0,95cm de diâmetro externo, em conjunto com um número correspondente de duas ou três linhas de transporte classe refrigerante em vapor, com cada linha de vapor tendo um diâmetro externo entre 2 a 2,4 vezes tão grande quanto o diâmetro externo da linha de líquido.
Um projeto preferível em ambientes sub-superficiais com uma taxa de transferência de calor de pelo menos 5,8 kcal/s.cm.°C seria de pelo menos 3,6m de linha de vapor exposta por tonelada (907,2 kg) da maior das capacidades de carga de projeto de aquecimento e resfriamento. Quando as condições de sub-superfície permitem, o número mínimo de conjuntos de linhas deve se suado. Entretanto, por exemplo, de uma caverna ou cavidade grande for encontrada a uma profundidade que eliminasse o número mínimo de poços/furos de poço, um poço adicional poderia ser perfurado por sistema, de modo a efetivamente encurtar a profundidade exigida dos outros poços/furos de poço, tudo enquanto usando os tamanhos de linha de líquido e vapor acima descrito em cada respectivo poço/furo de sondagem.
Quando dois ou mais poços/furos de poço forem exigidos para cargas de projeto de compressor de sistema acima de 30.000BTU e até 90.000BTU, a linha de transporte de refrigerante líquido primária deve, de preferência, ser constituída de uma linha classe refrigerante de l,25cm de diâmetro externo, e a linha de transporte de refrigerante em vapor primária deve, de preferência, ser uma linha classe refrigerante de 2,2cm de diâmetro externo. Cada uma das linhas maiores é distribuída para uma respectiva linha de líquido e vapor de menor diâmetro externo servindo cada respectivo poço/furo de sondagem.
Controlador de ar interior: Controladores de ar interno são bem conhecidos por alguém experiente na técnica e consistem, primariamente, de tubulação com chicana e um ventilador (um insuflador) dentro de uma caixa vedada., através do qual ar interior retornado é insuflado para ser aquecido ou resfriado pelo refrigerante morno ou frio circulando dentro da tubulação de transporte de refrigerante com chicana, dependendo de se o sistema está operando no modo de aquecimento ou resfriamento. Entretanto, embora controladores de ar tenham, tipicamente, múltiplas filas de tubulação de transporte de refrigerante com chicana (tipicamente, 12 a 14 aletas por cada 2,54cm) de 0.95cm de diâmetro externo usada para o refrigerante para troca de calor de ar interior, virtualmente nenhum dos controladores de ar é uniforme no projeto de quanta tubulação com chicana de 0,95cm de diâmetro externo é usada por tonelada (907,2 kg) de capacidade de aquecimento/resfriamento de projeto de sistema. Para fins desta descrição, certo número de metros lineares por tonelada (907,2 kg) de projeto de carga de sistema (onde 1 tonelada (907,2 kg) eqüivale a 12.000BTU. e onde projetos de carga seguem, tipicamente, o Manual 1 ACCA, ou similar, como bem conhecido por alguém experiente na técnica) é usado. Testes mostraram o número preferível de metros lineares de tubulação com chicana de -.95cm de diâmetro externo (12 a 14 aletas por cada 2,5cm) por tonelada (907,2 kg) de projeto de carga de sistema para um sistema DX é, aproximadamente, de 22m, mais ou menos 3,6m. Para sistema de transporte de acessório extensão preferida de tubulação com chicana, o fluxo de ar é, aproximadamente, de 400CFM por tonelada (907,2 kg) de capacidade de projeto de carga de sistema para ambos os modos de aquecimento e resfriamento de operação, até 450CFM por tonelada (907,2 kg) de capacidade de projeto de sistema mo modo de resfriamento, e de até 350 CFM por tonelada (907,2 kg) de capacidade de projeto de sistema no modo de aquecimento.
Dispositivo de expansão de modo aquecimento: Dispositivos de expansão de modo de aquecimento convencionais são bem conhecidos por alguém experiente na técnica e, tipicamente, consistem de um dentre um restritor de pino de orifício fixo (comumente referido como "restritor de pino") e um dispositivo de expansão autoajustável (comumente referido como um "TXV"). O dispositivo de expansão de modo aquecimento é, tipicamente, posicionado imediatamente antes da entrada do refrigerante na área de absorção de calor exterior, de modo a expandir o vapor refrigerante e reduzir a temperatura/pressão, de modo a melhor possibilitar que ele absorva calor do ar exterior ou fonte de calor geotérmico.
Testes mostraram que em um sistema DX o dispositivo de expansão de modo aquecimento não deve ser um dispositivo de expansão autoajustável normal no modo aquecimento, uma vez que a distância relativamente extensa que o refrigerante tem que se deslocar em um sistema DX de sub-superfície, em oposição àquela de um sistema de bomba de calor de fonte de ar ou fonte de água, é tão grande que uma válvula autoajustável fica, freqüentemente "caçando" um ajuste ótimo, criando, desse modo, ajustes de válvula grandemente flutuante e freqüentemente ineficaz. Desse modo, testes mostraram que um dispositivo de expansão restritor de pino de orifício fixo pode ser usado no modo Aquecimento. Um dispositivo de expansão restritor de pino de orifício fixo é bem conhecido por alguém experiente na técnica, e consiste de um pino em forma de projétil de nariz arredondado, com um orifício especialmente dimensionado através de seu centro. O pino tem, tipicamente, aletas sobre seus lados e fica envolto em um alojamento especial que restringe o fluxo de refrigerante através do orifício central no modo aquecimento, mas que permite fluxo total de refrigerante no modo resfriamento, quando o refrigerante está se deslocando em direção inversa, via fluxo através do orifício central e ao redor das aletas do pino, quando o pino é empurrado para trás para uma provisão de contenção que não restringe o fluxo de refrigerante através do orifício central como é feito no modo aquecimento.
Testes mostraram que não só um dispositivo de expansão restritor de pino de orifício fixo é preferido, mas que o tamanho do orifício central deve ser, de preferência, dimensionado como apresentado aqui, mais ou menos não mais do que 10%. A linha de transporte de refrigerante líquido no modo aquecimento para o campo de troca de calor geotérmico é, tipicamente, constituído de uma linha distribuída em duas ou mais linhas, tamanhos preferidos de orifício restritor de pino são mostrados aqui em polegadas: para uma linha de líquido única servindo um compressor de 30.000BTU, ou menos, usado em um sistema DX; para uma única linha distribuída em duas linhas de líquido servindo compressor acima de 30.000BTU; e para uma linha única distribuída para três linhas de líquido servindo um compressor de 87.000BTU. Em um projeto preferido de sistema DX5 pelo menos duas linhas de líquido distribuídas se deslocariam para o campo de troca de calor geotérmico, de preferência, em um projeto de sistema de troca de calor geotérmico de poço/furo de sondagem profundo verticalmente orientado. Entretanto, se uma ou mais linhas de líquido forem usadas, com respectivos restritores de pino em cada respectiva linha de líquido para o campo, o tamanho total combinado de furo/cavidade seria aquele igualmente dividido entre o número de restrições de pino de orifício fixo preferido para ser usado em qualquer sistema particular, com base nos seguintes critérios de tamanho de furo/cavidade por tamanho de compressor e relações resultantes.
<table>table see original document page 16</column></row><table>
*Para um sistema DX de linha única (um pino do tamanho esboçado abaixo na única linha de líquido para o campo) - Modo de aquecimento
<table>table see original document page 16</column></row><table> <table>table see original document page 17</column></row><table>
Para um sistema DX de linha dupla (dois pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das duas linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para duas linhas de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento
<table>table see original document page 17</column></row><table> *Para um sistema DX de linha tripla (Três pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das três linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para três linha de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento
87.000 0,048
Tamanho de restritor de pino de modo de aquecimento, em polegadas, por tamanho de compressor de sistema em BTUs, quando o projeto de carga de modo de resfriamento for acima de 2/3 do projeto de carga de modo de aquecimento.
BTUs de compressor- Modo de Tamanho de furo de restritor de pino
aquecimento em polegadas
(1 BTU =252 cai) (1 polegada = 2,54 cm)
*Para um sistema DX de linha única (Um pino do tamanho esboçado abaixo na única linha de líquido para o campo) - Modo de aquecimento
13.400 0,031 16.000 0,036 18.000 0,038 19.000 0,039 20.000 0,040 20.100 0,040 21.000 0,042 22.000 0,043 23.000 0,044 24.000 0,045 25.000 0,046 26.000 0,047 26.800 0,048 27.000 0,048 28.000 0,049 29.000 0,050 30.000 0,051
*Para um sistema DX de linha dupla (Dois pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das duas linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para duas linhas de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento
31.000 0,036 32.000 0,037 33.000 0,037 34.000 0,038 34.170 0,038 35.000 0,038 36.000 0,038 37.000 0,039 38.000 0,040 39.000 0,040 40.000 0,040 41.000 0,041 42.000 0,041 43.000 0,041 44.000 0,042 45.000 0,042 46.000 0,042 <table>table see original document page 19</column></row><table>
*Para um sistema DX de linha tripla (Três pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das três linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para três linha de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento
<table>table see original document page 19</column></row><table>
O tamanho de compressor para tamanho de pino acima provê relações óbvias, cujas relações podem ser usadas para prover o tamanho correto de furo/cavidade para um tamanho correto de furo/cavidade para um dispositivo de expansão de restritor de pino para qualquer tamanho de compressor quando o sistema DX estiver operando no modo aquecimento.
Dispositivo de expansão de modo resfriamento: Dispositivos de expansão de modo de resfriamento são bem conhecidos por alguém experiente na técnica e, tipicamente, consistem de um dentre um restritor de pino de orifício fixo (comumente referido como "restritor de pino") e um dispositivo de expansão autoajustável (comumente referido como "TXV"). O dispositivo de expansão de modo de resfriamento é, tipicamente, posicionado na maioria da linha de transporte de refrigerante líquido imediatamente antes da entrada do refrigerante no controlador de ar interior, de modo a expandir o vapor refrigerante e reduzir sua temperatura/pressão, de modo a melhor possibilitar que o mesmo absorva calor residual do ar interior. Geralmente, um dispositivo de expansão de modo de resfriamento autoajustável (TXV) é preferido, devido a acomodar automaticamente condições variáveis.
Entretanto, em um sistema DX, ao final da estação quente, o solo está mais frio do que o normal, periodicamente mesmo abaixo do congelamento, suprindo calor para o refrigerante circulante para uso no aquecimento de espaço de ar interior durante o inverno. Esta situação não é observada em um sistema de fonte de ar convencional, como quando a bomba de calor de fonte de ar é ligada, o ar exterior é, tipicamente, próximo ou acima da faixa de 21,1°C. TXVs de modo aquecimento convencional, que são bem conhecidos por alguém experiente na técnica, não são projetados para operar eficientemente quando a temperatura do refrigerante líquido se deslocando para o TXV está abaixo da faixa de 8,3°C, que pode ocorrer em um projeto de sistema DX ao final de uma estação quente e início de uma estação fria. Quando tal situação ocorre em um projeto de sistema DX, de modo que o refrigerante saindo do campo de troca de calor geotérmico e entrando em TXV (antes de entrar no controlador de ar interior) fique abaixo de cerca de 8,3°C, o TXV não funciona bem e níveis de pressão de sucção de compressor de sistema permanecem muito baixo, tipicamente, abaixo de 0,34MPa.
Para corrigir este problema, exclusivo para uma aplicação de sistema DX, diversos métodos são ensinados aqui. Um é aumentar a carga de refrigerante, tipicamente, por um fator de 100%. Entretanto, isto exige que alguém remova o refrigerante adiciona quando temperaturas operacionais de sub-superfície de sistema normal são obtidas via calor suficiente sendo rejeitado para o terreno, para retornar à temperaturas de solo normais, e acima da normal e, por conseguinte, não é um meio/método de correção preferido.
Outro método preferido é desviar-se de TXV com suficiente fluxo refrigerante adicional de modo a aumentar a pressão operacional de compressor acima de 0,34MPa, mão não com fluxo de refrigerante suficiente para prejudicar a operação do TXV próximo sob condições de carga de resfriamento de pico. Testes extensivos demonstraram que este é um meio preferido de resolver satisfatoriamente o problema, e é realizado pelo provimento de um meio de desvio de TXV constituído de adicionar uma linha de transporte de refrigerante líquido (tipicamente, com tamanho de 0,95cm de diâmetro externo) passando ao largo do próprio TXV, com pelo menos um de um restritor de pino de orifício fixo de certo tamanho preferido posicionado dentro da linha de desvio de TXV adicionada e uma válvula de pressão auto- regulável instalada dentro da linha de desvio de TXV adicionada. Alternativamente, um pequeno furo/passagem poderia ser provido dentro do próprio TXV ((tipicamente, chamado de ponto de sangria) de um tamanho preferido, de modo a realizar o mesmo meio preferido. Uma porta de sangria em um poço de TXV é bem conhecida por alguém experiente na técnica e não será descrita adiante por desenho. Entretanto, o tamanho preferido de tal porta de sangria não era conhecida para tal aplicação de sistema DX, quando o terreno estiver anormalmente frio durante uma operação de sistema em modo resfriamento.
Quando um restritor de pino de orifício fixo é usado em uma linha de desvio de TXV, ou via o provimento do próprio TXV com uma porta de sangria, o dimensionamento do furo/cavidade (orifício) dentro do pino, ou a porta de sangria de TXV, tem que ser de um tamanho preferido, de outro modo refrigerante adicional insuficiente é permitido suplementar o TXV quando pressões de sucção estiverem abaixo de 0,34MPa, ou refrigerante em demasia é permitido suplementar o TXV de modo a prejudicar operação TXV convencional quando temperaturas normais de sub-superfície forem restauradas, ou excedidas, via calor residual sendo rejeitado para o terreno por algum período operacional em modo resfriamento contínuo.
Testes extensivos demonstraram que o tamanho preferido do furo/cavidade (orifício) dentro de uma dispositivo de expansão de restritor de pino desviando-se do dispositivo de expansão TXV no controlador de ar, ou uma porta de sangria de TXV no TXV servindo o controlador de ar, sendo, pelas seguintes equivalências de projeto, mais ou menos 10% no modo resfriamento: Tamanho real de pino de compressor, também conhecido como tamanho de furo/perfuração (orifício) interior em BTUs, tamanho em polegadas, para meio (desvio) de suplemento de fluxo de refrigerante TXV
16.OOOBTU 0,044
21.000BTU 0,050
25.000BTU 0,055
29.000BTU 0,059
32.000BTU 0,062
38.000BTU 0,065
44.000BTU 0,070
51.000BTU 0,076
54.000BTU 0,078
57.000BTU 0,081
O tamanho de compressor acima para tamanho de pino provê relações que podem ser suadas para prover o tamanho correto de furo/cavidade (orifício) para um suplemento de fluxo de refrigerante/meio de desvio de TXV para qualquer tamanho de compressor quando o sistema DX estiver operando no modo resfriamento.
No lugar de um restritor de pino dentro de uma linha de desvio de TXV, e no lugar de um TXV com uma porta de sangria, uma válvula regulada por pressão pode ser suada na linha de desvio de TXV, quando a válvula regulada por pressão é dimensionada para permitir fluxo total de refrigerante através da válvula, até que a pressão de sucção de compressor atinja 0,55MPa, mais ou menos 0,13MPa, em cujo ponto a válvula se fecha automaticamente, com o sistema, desse modo, funcionando totalmente sem qualquer fluxo de refrigerante de desvio de TXV.
Válvulas reguladas por pressão são bem conhecidas por alguém experiente na técnica, mas não foram usadas previamente em projetos de sistema DX para tal finalidade exclusiva. O uso de uma válvula regulada por pressão na linha de desvio de TXV é preferido caso operações em modo de resfriamento expedito e aumentos mais rápidos de pressão de sucção forem preferidos, enquanto o uso de um restritor de pino de orifício fixo é preferido caso o menor custo possível de componente for preferido.
Pré-aquecedor de linha de vapor: Em qualquer sistema de bomba de calor, a maior parte da linha de transporte de refrigerante líquido saindo do controlador de ar interior do sistema no modo aquecimento é carregada com refrigerante morno, tipicamente, na faixa de temperatura superior a 21°C e abaixo de 32°C. Antes de entrar no meio de troca de calor exterior (o evaporador no modo aquecimento), este fluido refrigerante morno, principalmente líquido, é enviado através de um dispositivo de expansão de modo aquecimento para reduzir a temperatura/pressão de modo a possibilitar o refrigerante agora frio absorver naturalmente o calor geralmente mais morno do ambiente exterior. Entretanto, em um sistema de fonte de ar, se o fluido refrigerante enviado para troca de calor com o ar exterior estiver abaixo do congelamento, umidade no ar será atraída para a tubulação de transporte de refrigerante exterior tipicamente com chicana, e se congelará, resultando, eventualmente em acúmulo de gelo, cujo gelo bloqueará o fluxo de ar de projeto (via um ventilador exterior) sobre a tubulação com chicana. Quando o gelo bloqueia o fluxo de ar de projeto, uma operação de ciclo de !"degelo" dispendiosa é necessária, que altera essencialmente o modo de bomba de calor de operação para o modo de resfriamento, de modo a enviar vapor refrigerante quente para a tubulação exterior para derreter o gelo, tudo enquanto o calor é removido do ar interior, via operação em modo de resfriamento no inverno, tem que ser substituído por calor suplementar, como aquecimento por resistência elétrica dispendioso ou aquecimento por combustível fóssil perigoso. Desse modo, no sistema de fonte de ar, não é necessariamente vantajoso reduzir o nível de calor do refrigerante líquido principalmente líquido morno saindo do controlador de ar antes de entrar no dispositivo de expansão de modo aquecimento, uma vez que o abaixamento de temperatura na expansão poderia resultar potencialmente em abaixamento da temperatura do fluido refrigerante saindo do dispositivo de expansão de modo aquecimento e, desse modo, aumentar problemas de operação de ciclo de degelo. Entretanto, em um sistema DX, não há ciclo de degelo devido a não haver tubulação com chicana exposta à umidade no ar exterior. Desse modo, em um sistema DX, os testes mostraram não se vantajoso usar o calor na linha de líquido refrigerante morno, antes do refrigerante entrar no dispositivo de expansão de modo aquecimento (de preferência, um dispositivo de expansão de restritor de pino de orifício fixo como acima explicado) de modo a prover naturalmente calor extra à linha de vapor saindo do campo de troca de calor geotérmico sub-superficial (cujo linha de vapor saindo do campo está, tipicamente, em faixa de temperatura entre apenas 1,6°C e 15,5°C antes de atingir o compressor do sistema, ausente completamente qualquer requisito de energia operacional/ consumo de energia adicional. Tal meio de pré-aquecedor de linha de sucção de vapor de compressor provê suprimento de ar interior mais confortável e morno, via o controlador de ar interior, e pelo menos um de (a) não ter efeito sobre a temperatura do refrigerante saindo do dispositivo de expansão de modo aquecimento, devido à temperatura/pressão do figura sobre o lado do controlador de ar /pré-aquecedor do dispositivo de expansão ser ainda maior do que a do refrigerante sobre o lado de campo, e (b) reduzir a temperatura do refrigerante entrando no dispositivo de expansão, bem como, saindo do dispositivo de expansão, de modo a realçar o diferencial de temperatura entre o refrigerante frio e o solo, provendo, desse modo, melhor transferência de calor geotérmico, e aumentando a eficiência operacional do modo aquecimento do sistema global.
O pré-aquecedor da linha de vapor de sucção acima descrito para um sistema DX seria operacional no modo aquecimento e seria constituído de um trocador de calor posicionado entre a, linha de transporte de refrigerante líquido predominantemente morno saindo do controlador de ar interior do sistema, em uma localização antes do fluxo de refrigerante atingir o dispositivo de expansão de modo aquecimento, e a linha de transporte de refrigerante em vapor saindo do meio de troca de calor geotérmico, antes do fluxo de refrigerante saindo do meio de troca de calor geotérmico ter entrado no compressor do sistema, cujo pré-aquecedor de linha de vapor seria desviada e não usada mo modo de resfriamento.
Tal trocador de calor consistiria de, por exemplo, a linha de líquido momo (de preferência, com chicana nesta localização particular de pré-aquecedor), denso disposta dentro de um vaso de contenção isolado, como um tubo, ou similar, transferindo o calor mais momo dentro do refrigerante líquido saindo do controlador de ar (antes do dispositivo de expansão de modo aquecimento)para o vapor mais frio saindo do solo em seu caminho para o compressor do sistema, de modo a efetuar troca de calor natural via o calor naturalmente fluido para frio. O vaso de contenção seria, de preferência, carregado com líquido, de modo a realçar a transferência de calor entre os respectivos segmentos de linha de Hquido e de vapor dentro do vaso de contenção. AS respectivas linhas de transporte de líquido e vapor poderiam também ser diretamente enfaixadas uma à outra e isoladas como outro meio de prover a referida transferência de calor, por exemplo.
Embora seja conhecido o uso de calor no refrigerante saindo do controlador de ar interior em um sistema de bomba de calor de fonte de ar de baixa temperatura, o uso de tal calor é feito via um compressor de sistema secundário, que exige um consumo de potência de sistema adicional. Um compressor secundário adicional provê ar interior mais momo, mas também diminui níveis de eficiência operacional do sistema, que é contraproducente em uma aplicação de sistema DX na qual a máxima eficiência possível operacional é, normalmente, uma questão relevante.
No modo de resfriamento, o meio de troca de calor em questão não seria usado, uma vez que poderia ser contraproducente e, em vez disso, seria desviado via tubulação de refrigerante e válvulas de controle, ou similar. A linha de vapor servindo o conjunto pré-aquecedor deve portanto, de preferência, ser provido de uma primeira válvula de controle, aberta no modo aquecimento, e uma segunda válvula de controle que é fechada no modo aquecimento, de modo a forçar o refrigerante líquido através do pré- aquecedor/caixa no modo aquecimento. No modo de resfriamento, a primeira válvula de controle pode ser fechada e a segunda válvula de controle pode ser aberta, para manter o refrigerante líquido fora da caixa e evitar prover calor adicional indesejado à linha de transporte de líquido frio para o controlador de ar (no modo de realização) da linha de gás/vapor quente saindo do compressor do sistema.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
Os desenhos ilustram modos de realização da invenção presentemente preferidos. Deve ser entendido, porém, que esta revelação não está limitada aos precisos arranjos e instrumentalidades mostrados.A figura 1 é uma vista lateral de um sistema DX operacional, com sua tubulação de troca de calor geotérmico situada em um poço/cavidade orientado verticalmente, com múltiplos projetos de componentes preferidos.
A figura 2 é uma v de um TXV, com um restritor de pino em uma linha de desvio de TXV, servindo um controlador de ar interior no modo de realização.
A figura 3 é uma vista lateral de um restritor de pino.
A figura 4 é uma ν de um pré-aquecedor de linha de vapor.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A descrição detalhada a seguir é do melhor modo presentemente considerado de executar o assunto. A descrição não pretende ter sentido limitativo, e é feita unicamente com o propósito de ilustrar os princípios gerais da invenção. As várias características e vantagens desta invenção podem ser mais facilmente entendidas com referência à descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos anexos.
Com referência agora em detalhe aos desenhos, onde números iguais se referem a partes ou elementos iguais. A figura 1 mostra uma vista lateral, sem escala, de um sistema de bomba de calor DX operando no modo de resfriamento. O sistema inclui um compressor 1, com um refrigerante em vapor de gás quente (não mostrado, exceto pelas setas 2 indicando a direção do fluxo de refrigerante) se deslocando do compressor 1 para um separador de óleo 3. O compressor 1 é projetado com uma capacidade em BTU operacional entre 80% e 95% da carga máxima calculada de aquecimento/resfriamento em BTU. O refrigerante é, de preferência, um com uma pressão operacional pelo menos 25% maior do que a de R-22, como um preferível R-410A, ou similar. Ao operar a uma pressão que seja pelo menos 25% maior do que a de R-22, todos os outros componentes do sistema têm que ter projetos construtivos de carga de trabalho segura que são pelo menos 25% maior do que a construção de carga operacional segura de componentes de sistema R-22 convencionais.. Em seguida, o refrigerante segue através de uma válvula inversora 4 (que muda o fluxo direcional do refrigerante modo de resfriamento, como mostrado aqui, para o modo aquecimento, que não é mostrado aqui, mas que é bem conhecido por alguém experiente na técnica) e, depois, para a linha de transporte de refrigerante em vapor de maior diâmetro 5 de um trocador de calor geotérmico sub-superficial, aqui mostrado como uma linha de vapor verticalmente orientada 5 situada dentro de um poço/cavidade 8. O refrigerante flui, depois, através de um acoplamento de tubulação de refrigerante 22 para uma linha de transporte de refrigerante líquido de menor diâmetro 6 se estendendo também abaixo da superfície do terreno 7 para o mesmo poço/cavidade 8, sem escala, onde o fluido refrigerante agora predominantemente condensado sai do poço/cavidade 8. As linhas de transporte de refrigerante podem ser isoladas em todas as áreas em que transferência de calor não é desejável, e este isolamento, sendo bem conhecido, não é mostrado aqui.
O dimensionamento preferido e o número de linhas de transporte de refrigerante em vapor de diâmetro maior 5 e o dimensionamento preferido e o número de linhas de transporte de refrigerante líquido de diâmetro menor 6, em um sistema DX5 especialmente em um projeto de sistema de troca de calor geotérmico de poço/furo de sondagem 8, são dependentes do dimensionamento do compressor 1 do presente sistema, como mais inteiramente explicado e descrito acima, em Sumário, Dimensionamento de Linha de Vapor e de Líquido. O comprimento total preferível, por tonelada 907,2 kg) de capacidade de projeto de sistema, da linha(s) de vapor subterrânea exposta 5 usada para transferência de calor geotérmico em um projeto de poço/furo de sondagem 8 também está mostrado acima em Sumário, Dimensionamento de Linha de Vapor e de Líquido.
O refrigerante, como explicado, tendo sido condensado em um estado predominantemente líquido pelas temperaturas subterrâneas relativamente frias sai, então, do poço 8 e se desloca através de um dispositivo de expansão de restritor de pino do modo de aquecimento 9 em uma direção contrária daquela de operação do sistema no modo de aquecimento, na qual o fluxo direcional no modo de resfriamento do fluxo de refrigerante não é restringido materialmente (como seria no fluxo direcional no modo de aquecimento/oposto, não mostrado aqui), como bem conhecido por aqueles experientes na técnica. A seguir, o refrigerante flui para um receptor 10. O receptor 10 é projetado preferivelmente para liberar todo, ou a maior parte de seu conteúdo, quando operando no modo de resfriamento, com o fluxo de refrigerante drenando naturalmente da porção basal 14 do receptor 10, mas projetado, de preferência (não está desenhado em escala), para conter 16%, quando forem preferidas capacidades de remoção de carga latente máxima e para conter, preferivelmente, 8%, quando forem preferidas eficiências operacionais máximas do conteúdo líquido potencial pleno, da porção de transferência de calor exposta da linha(s) de vapor de diâmetro maior 5, no campo de transferência de calor geotérmico, abaixo da superfície do solo 7, em um projeto de transferência de calor geotérmico orientado, de preferência, verticalmente. A porção exposta de transferência de calor, abaixo da superfície do solo 7, da linha de vapor 5, aqui mostrada como uma linha 5, mas consistindo potencialmente de mais de uma linha 5 (linhas de vapor de troca de calor geotérmico subterrânea múltiplas não estão mostradas aqui como projetos de sistema DX múltiplos com fluxo de refrigerante provido por apenas um compressor 1 distribuído para múltiplas linhas de líquido e vapor em múltiplos poços, ou em outros circuitos fechados de troca de calor geotérmico, são bem conhecidas por aqueles experientes na técnica) é aquela porção da linha de vapor 5 abaixo da superfície do solo 7 e acima do acoplamento 22 para a linha de líquido de diâmetro menor 6, perto da base 44 do poço 8.
O compressor 1 é projetado para prover uma capacidade operacional entre 80% e 95% do tamanho de projeto operacional em BTU do compressor convencional para a carga de tonelagem máxima de aquecimento/resfriamento em questão em BTUs. O compressor 1 tem um comutador de corte de alta pressão 20 ligado 21 ao compressor 1 de modo a desligar automaticamente a força para o compressor 1 se a pressão principal de gás quente atingir 3447,38 kPa, mais ou menos 172,37 kPa. Comutadores de corte de alta pressão 20 para compressores 1 são bem conhecidos por aqueles experientes na técnica. Entretanto para um sistema operando a pressões maiores do que um sistema R-22, como um sistema R-410A, por exemplo, comutadores de corte de alta pressão (com um exemplo aqui mostrado por 20) são ajustados tipicamente para corte em uma faixa de 4136,85kPa, ou maior.
Gás refrigerante quente a alta pressão, saindo do compressor 1 se desloca para o separador de óleo 3 juntamente com algum óleo lubrificante do compressor que se mistura naturalmente com o refrigerante. Este óleo deve ser retornado ao compressor 1, ou o compressor 1 eventualmente fundirá. O separador de óleo 3 tem um filtro 11 com uma capacidade de filtrar até 0,3 micra tendo, preferivelmente, eficiência acima de 98%. Um visor 12 está situado sobre o separador de óleo 3 para permitir que alguém verifique periodicamente a adequação do nível de óleo 13 dentro do separador 3 (quando o sistema estiver inoperante), de modo a assegurar que o nível de óleo 13 esteja, preferivelmente, l,27cm (não está desenhado em escala) abaixo da porção basal 14 do filtro 11 (a quantidade de óleo neste nível constitui a quantidade adicional correta de óleo a ser adicionada ao separador de óleo). Quando o sistema se estiver operando, o nível 13 de óleo dentro do separador 3 não seria aparente, uma vez que apenas um fluxo de óleo "embainhando" para baixo estaria aparente (não mostrado aqui).
Adicionalmente, a linha de retorno de óleo 15 do separador de óleo 3 está aqui mostrada como se deslocando para a linha de sucção 16 para o acumulador 17 (não diretamente para o compressor 1). O acumulador 17 tem, no interior, uma curva em U 18 com um pequeno furo (ou orifício) 19 na porção basal da curva em U 18, através de cujo furo 19 o óleo é puxado de volta para o compressor 1 juntamente com algum refrigerante líquido, por meio da sucção operacional do compressor 1 (que é bem conhecida por aqueles experientes na técnica). Um nível de óleo extra inicial adicionado 13 dentro do acumulador 17 é provido, e mostrado (não está desenhado em escala) como estando entre 0,16cm e 0,64cm acima do furo 19 na curva em U 18. Esta quantidade extra adicional de óleo é uma proteção para ajudar a assegurar que sempre haja óleo suficiente no compressor 1, mesmo que alguma quantidade mínima de óleo escape para a linha de transporte de refrigerante líquido de diâmetro menor subterrânea 6 no modo de aquecimento (não mostrado). Nenhum deste óleo escapado retornará ao compressor 1 até que o sistema seja operado no modo de resfriamento, como mostrado aqui, devido ao óleo se misturar e retornar com o refrigerante líquido, mas não com o refrigerante em vapor, de uma aplicação de sistema DX de poço profundo. Como explicado, no modo de resfriamento como mostrado aqui, após sair do conjunto de linhas de troca de calor geotérmico constituído de linhas de transporte de refrigerante de diâmetros maiores e menores 5 e 6, situadas abaixo da superfície do solo 7, e após sair através, e/ou ao redor do restritor de pino do modo de aquecimento 9, o refrigerante, a seguir, flui para um receptor 10. Do receptor 10, o refrigerante flui para o dispositivo de expansão do modo de resfriamento 23, mostrado aqui como um dispositivo de expansão auto-ajustável (chamado geralmente um TXV) 23. O dispositivo de expansão do modo de resfriamento TXV 23 está mostrado aqui com uma válvula regulada por pressão 24 em uma linha do desvio 25do TXV. Uma válvula regulada por pressão 24 é bem conhecida por aqueles experientes na técnica e é projetada para abrir e fechar a pressões de refrigerante predeterminadas variáveis, de modo a permitir, ou impedir, o fluxo de refrigerante.
Como notado acima, meio de desvio de fluxo de refrigerante, permitindo fluxo de refrigerante adicional pelo menos de um dentre em volta e através de um TVX convencional 23 é requerido em um sistema DX no início do sistema de resfriamento quando o solo está anormalmente frio. Aqui, este meio de desvio da válvula regulada por pressão 24 deveria ser constituído, preferivelmente, de uma válvula 24 que permitisse fluxo total de refrigerante através da linha de desvio 25 e a válvula 24, até que a pressão de sucção do compressor do sistema 1, em kPa, atingisse pelo menos 551,58kPa, mais ou menos 137,89kPa, para um projeto preferido particular, neste ponto, a válvula se fechando automaticamente, de modo a não prejudicar, depois disso, a função operacional do TXV 23. Aqui, a válvula 24 está mostrada em uma posição aberta para simular o sistema DX operando no modo de resfriamento quando o ambiente de troca de calor geotérmico subterrâneo está anormalmente frio.
Como uma alternativa à válvula 24 aqui mostrada na linha de desvio 25do TXV, um restritor de pino secundário (não mostrado na FIG. 1, mas similar ao primeiro restritor de pino 9 descrito na linha de transporte de refrigerante líquido de diâmetro menor 6) pode ser usado no lugar da válvula 24, contanto que o dimensionamento do restritor de pino 9 esteja de acordo com os projetos de dimensionamento como aqui descritos para o restritor de pino 9 em uma linha de desvio 25do TXV. O restritor de pino secundário está ilustrado na FIG. 2.
Para completar o fluxo de refrigerante através do projeto de sistema DX da invenção, o refrigerante sai do TXV 23, flui através de um controlador de ar interior 45 aqui mostrado como constituído de uma tubulação de transporte de refrigerante com chicana 26 e um ventilador 27. Controladores de ar interiores 45, incluindo suas tubulações de troca de calor de transporte de refrigerante com chicana 26 e o ventilador 27 (chamado tipicamente um insuflador em um controlador de ar interior) são todos bem conhecidos por aqueles experientes na técnica Finalmente, o refrigerante se desloca através da válvula de inversão 4, para o acumulador 17, e de volta para o compressor 1, onde o processo é repetido.
A tubulação com chicana 26 do controlador de ar interior 45 contém aproximadamente 21,94m lineares, mais ou menos 3,66m lineares, de 0,95cm de diâmetro externo de tubulação com chicana, com doze a quatorze aletas por 2,54cm lineares, por tonelada (907,2 kg) de projeto de carga de sistema, juntamente com um fluxo de ar de 9,91 a ll,33m /min no modo de aquecimento, e de 11,33 a 12,74m7min no modo de resfriamento, com este fluxo de ar sendo provido pelo ventilador 27.
A FIG 2 é uma vista lateral de um TXV 23 na linha de transporte de refrigerante líquido de diâmetro menor 6 transportando fluido refrigerante (não mostrado, exceto pelo fluxo direcional indicado pelas setas 2) para um controlador de ar interior 29 (controladores de ar interiores são bem conhecidos por aqueles experientes na técnica) no modo de resfriamento. Um restritor de pino do modo de resfriamento 28 está mostrado como situado em uma linha de desvio 25 do TXV 23 se deslocando ao redor do TXV 23. O pino restritor do modo de resfriamento 28 está situado em um acondicionamento de alojamento 37, que é bem conhecido por aqueles experientes na técnica. O restritor de pino do modo de resfriamento 28 tem um pequeno furo/cavidade (orifício) 32 que permite que apenas um fluxo de projeto preferido de refrigerante passe através do pino 28 no modo de resfriamento, de modo a prover refrigerante suficiente para o controlador de ar 29 no modo de resfriamento, quando o ambiente de troca de calor geotérmico subterrâneo estiver mais frio do que o normal, mas de modo a não prover demasiado fluxo de refrigerante para prejudicar a operação do TXV 23 quando o ambiente subterrâneo tiver atingido temperaturas normais, ou acima do normal. O TXV 23 tem uma linha pressão de detecção padrão 30 e um sensor de temperatura padrão 31 acoplado à linha de transporte de refrigerante em vapor de diâmetro maior 5 saindo do controlador de ar 29 no modo de resfriamento.
O tamanho preferido do pequeno furo/cavidade (orifício) 32 do restritor de pino do modo de resfriamento 28, quando situado dentro da linha de desvio 25 do TXV 23 e usado como um meio de desvio do TXV 23 . de modo a permitir que apenas a quantidade preferida de refrigerante passe através do furo/cavidade 32 no modo de resfriamento, é aquele como descrito completamente acima, explicado em Sumário, Dispositivo de Expansão de Modo de Resfriamento.
Embora não mostrada aqui, uma porta de sangramento do TXV 23 (não mostrado) pode ser usada no lugar de; e em substituição a um restritor de pino do modo de resfriamento 28 na linha de desvio 25 do TXV 23. Uma porta de sangramento do TXV 23 (não mostrado) é bem conhecida por aqueles experientes na técnica. O tamanho do orifício da porta de sangramento, o qual provê um fluxo de refrigerante suplementar, pode ser equivalente ao mesmo fluxo de refrigerante suplementar provido pelo pequeno furo/cavidade 32 do restritor de pino do modo de resfriamento 28 quando um restritor de pino do modo de resfriamento 28 é usado como um meio de desvio do fluxo de refrigerante TXV (dispositivo de expansão do modo de resfriamento). Quando é usada uma porta de sangramento do TXV 23, a linha de desvio 25 não é necessária.
A FIG 3 é uma vista lateral mais detalhada de um restritor de pino genérico 33 com um pequeno furo/cavidade (orifício) 32 em seu centro, com aletas 34 e pontas traseiras 35, que permitem fluxo de refrigerante predominantemente desobstruído (não mostrado aqui), tanto através, quanto ao redor do pino 33 em um modo oposto àquele para o qual é pretendido. O restritor de pino 33 está mostrado com o nariz 36 do pino 33 voltado à frente com o fluxo direcional do refrigerante.
Quando o pino 33 é pretendido para um dispositivo de expansão do modo de aquecimento e um meio de desvio do TXV, o nariz arredondado 36 do pino 33 se ajusta apertadamente contra o alojamento frontal (não mostrado aqui, uma vez que, um acondicionamento de alojamento de um pino 33 é bem conhecido por aqueles experientes na técnica) e restringe o fluxo de refrigerante a uma quantidade dosada preferida apenas permitida através do pequeno furo/cavidade (orifício) 32.
Quando o pino é usado como um dispositivo de expansão no modo de aquecimento, o tamanho do pequeno furo/cavidade (orifício) 32, mais ou menos 10%, deveria ser projetado preferivelmente para casar com o tamanho em BTU do compressor real do sistema DX (não mostrado aqui, mas mostrado na Fig. 1), como mais completamente descrito na explicação acima em Sumário, Dispositivo de Expansão de Modo de Aquecimento.
Quando o pino 33 é usado como um meio de desvio do TXV (não mostrado aqui, mas mostrado na FIG 2 acima), o tamanho do pequeno furo/cavidade (orifício) 32, mais ou menos 10%, deveria, preferencialmente, ser projetado para casar com o tamanho em BTU do compressor real do sistema DX (não mostrado aqui, mas mostrado na Fig. 1), como mais completamente descrito na explicação acima em Sumário, Dispositivo de Expansão de Modo de Aquecimento.
A FIG. 4 é uma vista lateral de um pré-aquecedor de linha de vapor 38. Aqui, o vapor refrigerante aquecido que entra, chegando do meio de troca de calor subterrânea geotérmico de um sistema DX operando no modo de aquecimento, está mostrado como se deslocando dentro de sua linha de transporte de refrigerante em vapor de diâmetro maior 5. A linha de vapor 5 entra em um pré-aquecedor de linha de vapor 38, mostrado aqui como uma caixa 39 (qualquer meio de contenção é aceitável) do lado de campo 42. A caixa 39 contém pelo menos uma linha de transporte de refrigerante líquido de diâmetro menor 6 com chicana 34. Embora uma linha de líquido 6 com chicana 34 esteja mostrada aqui dentro da caixa 39, a linha de líquido 6, dentro da caixa 39, poderia alternativamente ser constituída de um trocador de calor de transporte de refrigerante de placa, ou similar.
O fluxo de refrigerante dentro da linha de líquido 34 com chicana 6 vem do lado do controlador de ar interior 43 do sistema DX (FIG. 1) no modo de aquecimento. Quando o fluxo de refrigerante dentro da linha de líquido 6 com chicana 34 sai da caixa 39, se desloca a seguir, preferivelmente, para o dispositivo de expansão do modo de aquecimento 9. Quando o fluxo de refrigerante, que entrou na caixa 39 da linha de vapor 5 do lado de campo 42, sai da caixa 39, ele se desloca a seguir, preferivelmente, através da válvula de inversão do sistema DX (FIG. 1) para o acumulador do sistema DX, de modo a prover vapor de refrigerante que entra mais aquecido no compressor e, por conseguinte, vapor de refrigerante mais aquecido ao controlador de ar interior para ar de suprimento mais aquecido.
Simultaneamente, com o calor sendo removido do refrigerante aquecido dentro da linha de líquido 6 saindo do controlador de ar (não mostrado) no modo de aquecimento, após ter se deslocado através da caixa 39 e tiver transferido calor (via transferência de calor natural, quando o calor se desloca naturalmente para o frio) para o refrigerante mais resfriado que entra na caixa 39 do lado de campo 42, dentro da linha de vapor 5, antes que o vapor refrigerante entre no compressor (não mostrado) no modo de aquecimento, a seguir, o refrigerante dentro da linha de líquido 6 flui, preferivelmente, para o dispositivo de expansão do modo de aquecimento 9 onde o refrigerante está agora mais resfriado do que o normal, de modo a criar um diferencial de temperatura maior entre o refrigerante e a temperatura geotérmica subterrânea natural e aperfeiçoar as capacidades de ganho de calor naturais.
A linha de vapor 5 servindo o conjunto de pré-aquecedor 38 é mostrada aqui com uma primeira válvula de controle 40 que está fechada no modo de aquecimento e com uma segunda válvula de controle 41 qual está aberta no modo de aquecimento, de modo a forçar o refrigerante líquido através da caixa 39 do pré-aquecedor 38 no modo de aquecimento. No modo de resfriamento, a primeira válvula de controle 40 estaria aberta e a segunda válvula de controle 41 estaria fechada, de modo a manter o refrigerante líquido fora da caixa 39 para impedir calor adicional não desejado no modo de aquecimento.
Embora apenas determinados modos de realização tenham sido descritos, alternativas e modificações serão aparentes da descrição acima àqueles experientes na técnica; Estas e outras alternativas são consideradas equivalentes e dentro do espírito e do escopo desta apresentação e das reivindicações anexas.
Claims (19)
1. Sistema de aquecimento/resfriamento geotérmico por troca direta, caracterizado pelo fato de compreender: um campo de troca de calor geotérmico; linhas de transporte de refrigerante incluindo uma linha de transporte de refrigerante líquido e uma linha de transporte de refrigerante em vapor; um compressor dimensionado entre 80% e 90% de uma carga máxima de aquecimento/resfriamento; dispositivos de expansão; um trocador de calor; um separador de óleo tendo um filtro configurado para separar um tamanho de partícula não maior do que, aproximadamente, 0,3 mícron e prover pelo menos, aproximadamente, 98% de eficiência; um refrigerante tendo uma pressão operacional de pelo menos -25% maior do que R-22; um comutador de corte de alta pressão operacionalmente acoplado ao compressor e configurado para desligar o compressor quando a pressão do sistema operacional atingir, aproximadamente, 3,44 MPa, mais ou menos, aproximadamente, 0,17 MPa; e onde cada componente do sistema tem uma intensidade de carga de trabalho segura pelo menos 25% maior do que uma intensidade de carga de trabalho de componentes em um sistema de refrigerante R-22.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de óleo adicional ser disposto no separador de óleo até um nível de, aproximadamente, l,27cm, mais ou menos, aproximadamente, 0,63cm, abaixo de uma base do filtro de óleo.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do separador de óleo incluir adicionalmente uma visor transparente de nível para observação de um nível de enchimento de óleo no separador de óleo.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um acumulador disposto em uma linha de sucção em comunicação fluida com o compressor, o acumulador incluindo uma dobra em U e um orifício de retorno de óleo disposto em uma base da dobre em U, e no qual óleo adicional é depositado no acumulador até um nível de, aproximadamente, 0,16cm - 0,63cm acima do orifício de retorno de óleo.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do refrigerante compreender R-410A.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um controlador de ar e um receptor disposto na linha de transporte de refrigerante líquido entre o controlador de ar e o dispositivo de expansão, uma linha de transporte de refrigerante líquido de modo de aquecimento saindo de uma porção superior do receptor e uma linha de transporte de refrigerante líquido de modo de resfriamento saindo de uma porção inferior do receptor.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de um espaço interior do receptor entre a linha de transporte de refrigerante líquido de modo de aquecimento e a linha de transporte de refrigerante líquido em modo de resfriamento é dimensionado para conter, aproximadamente, 16% mais ou menos, aproximadamente, 2%, de um conteúdo líquido potencial total de uma porção de transferência de calor exposta da linha de transporte de refrigerante em vapor no campo de troca de calor geotérmico para uma capacidade de remoção de carga latente máxima.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de um espaço interior do receptor entre a linha de transporte de refrigerante líquido de modo de aquecimento e a linha de transporte de refrigerante líquido em modo de resfriamento é dimensionado para conter, aproximadamente, 8% mais ou menos, aproximadamente, 2%, de um conteúdo líquido potencial total de uma porção de transferência de calor exposta da linha de transporte de refrigerante em vapor no campo de troca de calor geotérmico para máxima eficiência operacional.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um projeto de dimensionamento de conjunto de linha para um compressor de capacidade de 7.560 kCal, ou menos, compreender pelo menos uma e não mais do que duas linhas de transporte de refrigerante líquido de -0,95cm de diâmetro externo de classe refrigerante, em conjunto com um número correspondente de pelo menos uma e não mais do que duas linhas de transporte de classe refrigerante em vapor, com cada linha de vapor tendo um diâmetro externo entre 2 a 2,4 vezes maior do que o diâmetro externo da linha de líquido.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do campo de troca de calor geotérmico ter uma taxa de transferência termal de pelo menos 0,006 calorias/s.cm.°C, onde o sistema compreende adicionalmente pelo menos 36,6m de linha de vapor exposta por tonelada (907,2 kg) de um projeto de aquecimento e resfriamento de maior capacidade de carga.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um projeto de dimensionamento de conjunto de linha para um compressor acima de uma capacidade de 7.560 kCal, mas menor do que uma capacidade de 22.680kCal, compreender duas e não mais do que três linhas de transporte de refrigerante líquido de classe refrigerante de 0,95cm de diâmetro externo, em conjunto com um número correspondente de pelo menos duas e não mais do que três linhas de transporte de classe refrigerante em vapor, com cada linha de vapor tendo um diâmetro externo entre 2 a 2,4 vezes do diâmetro externo da linha de líquido.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do campo de troca de calor geotérmico ter uma taxa de transferência termal de pelo menos 0,006 calorias/s.cm.°C, onde o sistema compreende ainda pelo menos 36,6m de linha de vapor exposta por tonelada (907,2 kg) de um projeto de aquecimento e resfriamento de maior capacidade de carga.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dois e não maior do que três poços/furos de poço serem providos, de modo que a linha de transporte de refrigerante líquido inclua uma linha primária e linhas distribuídas, onde, para cargas de projeto de compressor de sistema acima de 7.560kCal e até 22.680kCal, a linha de transporte de refrigerante líquido primária compreende linha de classe refrigerante de l,27cm de diâmetro externo, a linha de transporte de refrigerante em vapor primária compreenda linha de classe refrigerante de 2,22cm de diâmetro externo, as linhas de transporte de refrigerante líquido distribuídas compreendem linha de classe refrigerante de 0,95cm de diâmetro externo, e as linhas de transporte de refrigerante em vapor distribuídas compreendem linhas de classe refrigerante de 1,90cm de diâmetro externo.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender um controlador de ar interior contendo, aproximadamente, 22m, mais ou menos, aproximadamente, 3,65 m de tubulação com chicana de 0,95cm de diâmetro externo, com 12 a 14 aletas por cada 2,54cm, por tonelada (907,2 kg) de projeto de carga de sistema. O controlador de ar interior sendo ainda dimensionado para produzir um fluxo de ar de 9,9Im /min a 1 l,32m /min no modo de aquecimento, e de 11,32 m /min a 12.,74 m /min no modo de resfriamento.
15. Sistema de acordo com a reivindicação I3 caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender dispositivos de expansão de restritor de pino, em que o dispositivo de expansão de restritor de pino é dimensionado de acordo com o tamanho do compressor como apresentado abaixo, mais ou menos 10%, onde o tamanho de expansão de restritor de pino é provido em polegadas e o tamanho do compressor é provido em BTUs, e onde uma carga de modo de aquecimento é, aproximadamente, 2/3 ou menos de uma carga de modo de resfriamento: BTU de compressor-Modo de Tamanho de furo de restritor de pino (em aquecimento polegadas) (1 BTU =252 cal) (1 polegada = 2,54 cm) *Para um sistema DX de linha única (um pino do tamanho esboçado abaixo na única linha de líquido para o campo) - Modo de aquecimento -13.400 0,034 -16.000 0,039 -18.000 0,041 -19.000 0,042 -20.000 0,044 -20.100 0,044 -21.000 0,045 -22.000 0,046 -23.000 0,048 -24.000 0,049 -25.000 0,050 -26.000 0,051 -26.800 0,053 -27.000 0,052 -28.000 0,053 -29.000 0,054 -30.000 0,055 Para um sistema DX de linha dupla (dois pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das duas linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para duas linhas de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento -31.000 0,040 -32.000 0,040 -33.000 0,040 -34.000 0,041 -34.170 0,041 -35.000 0,041 -36.000 0,042 -37.000 0,043 -38.000 0,043 -39.000 0,043 -40.000 0,044 -41.000 0,044 -42.000 0,044 -43.000 0,044 -44.000 0,045 -45.000 0,045 -46.000 0,045 -47.000 0,046 -48.000 0,046 -49.000 0,046 -50.000 0,047 -51.000 0,047 -52.000 0,047 -53.000 0,047 -54.000 0,048 -55.000 0,049 -56.000 0,049 -57.000 0,050 -58.000 0,050 -59.000 0,050 -60.000 0,050 *Para vim sistema DX de linha tripla (Três pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das três linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para três linha de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento -87.000 0,048 Tamanho de restritor de pino de modo de aquecimento, em polegadas, por tamanho de compressor de sistema em BTUs, quando o projeto de carga de modo de resfriamento for acima de 2/3 do projeto de carga de modo de aquecimento. BTUs de compressor- Modo de Tamanho de furo de restritor de pino aquecimento em polegadas (1 BTU =252 cal) (1 polegada = 2,54 cm) *Para um sistema DX de linha única (Um pino do tamanho esboçado abaixo na única linha de líquido para o campo) - Modo de aquecimento -13.400 0,031 -16.000 0,036 -18.000 0,038 -19.000 0,039 -20.000 0,040 -20.100 0,040 -21.000 0,042 -22.000 0,043 -23.000 0,044 -24.000 0,045 -25.000 0,046 -26.000 0,047 -26.800 0,048 -27.000 0,048 -28.000 0,049 -29.000 0,050 -30.000 0,051 *Para um sistema DX de linha dupla (Dois pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das duas linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para duas linhas de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento -31.000 0,036 -32.000 0,037 -33.000 0,037 -34.000 0,038 -34.170 0,038 -35.000 0,038 -36.000 0,038 -37.000 0,039 -38.000 0,040 -39.000 0,040 -40.000 0,040 -41.000 0,041 -42.000 0,041 -43.000 0,041 -44.000 0,042 -45.000 0,042 -46.000 0,042 -47.000 0,042 -48.000 0,042 -49.000 0,043 -50.000 0,043 -51.000 0,043 -52.000 0,044 -53.000 0,044 -54.000 0,044 -55.000 0,045 -56.000 0,045 -57.000 0,045 -58.000 0,046 -59.000 0,046 -60.000 0,046 *Para um sistema DX de linha tripla (Três pinos. Um pino do tamanho esboçado abaixo em cada das três linhas de líquido para a camada protetora quando a linha de líquido primário é igualmente distribuída para três linha de transporte de refrigerante líquido)- Modo de aquecimento Tamanho do compressor Tamanho do Pino -83.000 0,044
16. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato do tamanho preferido do furo/perfuração (orifício) dentro de pelo menos um dispositivo de expansão de restritor de pino, desviando do dispositivo de expansão TXV no controlador de ar, e uma porta de sangramento de TXV no TXV prestando serviço ao controlador de ar, ser segundo as seguintes equivalências de projeto, mais ou menos 10%, no modo de resfriamento. Tamanho real de pino de compressor, também conhecido como tamanho de furo/perfuração (orifício) interior em BTUs (1BTU = 252 cal), tamanho em polegadas (1 polegada = 2,54 cm), para meio (desvio) de suplemento de fluxo de refrigerante TXV -16.000BTU 0,044 -21.000BTU 0,050 -25.000BTU 0,055 -29.000BTU 0,059 -32.000BTU 0,062 -38.000BTU 0,065 -44.000BTU 0,070 -51.000BTU 0,076 -54.000BTU 0,078 -57.000BTU 0,081
17. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de uma válvula regulada por pressão ser utilizada na linha de desvio TXV, e onde a válvula regulada por pressão é projetada de modo a permitir fluxo total de refrigerante através da válvula até que a pressão de sucção de compressor tenha atingido 0,55MPa, mais ou menos 0,14MPa, em cujo ponto a válvula seria automaticamente fechada, com o sistema, desse modo, funcionando totalmente sem qualquer fluxo de desvio TXV de refrigerante.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, operando em um modo de aquecimento, com um pré-aquecedor de linha de vapor que seria constituído de um trocador de calor situado entre a linha de transporte de refrigerante morno na maior parte líquido saindo do controlador de ar interior do sistema, em um local antes do fluxo de refrigerante atingir o dispositivo de expansão de modo de aquecimento, e a linha de transporte de refrigerante em vapor saindo dos meios de troca de calor geotérmico, antes do fluxo de refrigerante sair dos meios de troca de calor geotérmico ter entrado no compressor do sistema, cujo pré-aquecedor de linha de vapor seja desviado e não utilizado no modo de resfriamento.
19. Sistema de aquecimento/resfriamento geotérmico por troca direta, caracterizado pelo fato de ser constituído de linhas de transporte de refrigerante, um compressor, dispositivos de expansão, e trocadores de calor, em que: o sistema está operando no modo de aquecimento, com um pré-aquecedor de linha de vapor que seria constituído de um trocador de calor situado entre a linha de transporte de refrigerante morno principalmente líquido saindo do controlador de ar interior do sistema, em um local antes do fluxo de refrigerante atingir o dispositivo de expansão de modo de aquecimento, e a linha de transporte de refrigerante em vapor saindo dos meios de troca de calor geotérmico, antes do fluxo de refrigerante sair dos meios de troca de calor geotérmico ter entrado no compressor do sistema, cujo pré-aquecedor de linha de vapor seria desviado e não utilizado no modo de resfriamento.
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