ES2205628T3 - Maquina para producir aire o agua caliente o fria por medio de un refrigerante. - Google Patents
Maquina para producir aire o agua caliente o fria por medio de un refrigerante.Info
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Abstract
UNA MAQUINA PARA LA PRODUCCION DE AIRE O AGUA CALIENTE O FRIA UTILIZANDO UN REFRIGERANTE, QUE INCLUYE UN CIRCUITO DE REFRIGERACION REVERSIBLE (8) QUE COMPRENDE UN MIEMBRO DE LAMINACION VARIABLE (9) PARA VARIAR LA LAMINACION EN DICHO CIRCUITO DE REFRIGERACION REVERSIBLE (8) Y PARA CONTROLAR EL CICLO DE REFRIGERACION CONFORME VARIAN LA TEMPERATURA Y HUMEDAD AMBIENTE INTERNA Y EXTERNA DE LA HABITACION A ACONDICIONAR.
Description
Máquina para producir aire o agua caliente o fría
por medio de un refrigerante.
La presente invención se refiere a una máquina
para producir aire o agua caliente o fría para climatizar una
habitación por medio de un refrigerante.
Las máquinas o unidades convencionales
aire-agua en la versión con bomba de frío o calor
únicamente para producir agua o aire caliente o frío para
climatizar un ambiente comprenden generalmente un compresor, dos
termointercambiadores, un ventilador eléctrico, un separador de
fluidos, un receptor de fluidos, una válvula de inversión de ciclo
(generalmente un válvula de cuatro vías) dos circuitos de
refrigeración que llevan consigo, entre otros, el uso de dos
válvulas unidireccionales o válvulas de retención y dos miembros
de expansión para el refrigerante.
De esta manera es posible manejar el sistema
fluidodinámico de la máquina con el fin de hacer que funcione como
una bomba de calor, por ejemplo durante el invierno o como
refrigerador, por ejemplo durante el verano, variando de este modo
la cantidad de refrigerante en el interior de la máquina.
En otras palabras, al invertir la dirección del
flujo del refrigerante es posible, en invierno, utilizar un
intercambiador como condensador, produciendo de este modo calor, y
utilizar el otro intercambiador como evaporador, mientras que en
verano se utiliza el condensador como evaporador y el evaporador
como condensador.
Como la cantidad de refrigerante utilizada en la
unidad es diferente al producir calor de la que se utiliza para
producir frío, es decir, la cantidad es inferior en "invierno"
y superior en "verano", estas máquinas deben tener doble
circuito y/o circuitos separados (circuito de
fluido-baja presión) que son accionados por separado
por miembros de laminación, válvulas de retención o
unidireccionales, que conducen a un receptor de refrigerante.
En particular las patentes US 5 475 986 y US 4
420 947 describen una máquina para producir agua o aire caliente o
frío según la parte pre-caracterizadora de la
reivindicación 1.
De lo que antecede, resulta claro que estas
máquinas tienen una construcción bastante compleja y, por lo
tanto, no son totalmente fiables. Asimismo, además de ser muy
caras, debido a su construcción muy compleja, estas máquinas
convencionales necesitan un mantenimiento difícil y una gran
cantidad de refrigerante para llenar los dos circuitos
separados.
De este modo, en estas máquinas convencionales,
no se controla de forma óptima el ciclo de refrigeración
reversible y reacciona con lentitud cuando varían la temperatura
ambiente y la humedad.
Un objetivo de la presente invención es eliminar
los mencionados inconvenientes de la técnica anterior.
Un objeto de la invención es facilitar una
máquina para producir agua o aire caliente o frío para climatizar
una habitación, por medio de un refrigerante, que tenga una
estructura extremadamente simplificada para que su funcionamiento
resulte muy fiable.
Un objeto adicional de la invención es facilitar
una máquina para producir agua o aire caliente o frío por medio de
un refrigerante que, al tener una construcción simplificada, tiene
por consiguiente un mantenimiento más fácil y una menor necesidad de
piezas de repuesto.
Otro objeto adicional de la invención es
facilitar una máquina para producir agua o aire caliente o frío
por medio de un refrigerante que pueda funcionar con cualquier tipo
de gas y que adapte dicho gas prácticamente de inmediato.
Otro objeto más de la invención es facilitar una
máquina para producir agua o aire caliente o frío por medio de un
refrigerante que tenga un coste reducido y que sin embargo
funcione mejor que las máquinas convencionales.
Además otro objeto adicional de la invención es
mejorar el efecto energético (energía caliente o fría obtenida
dividida por la energía gastada) al utilizar cantidades menores de
refrigerantes naturales o artificiales reduciendo de este modo su
contaminación directa o indirecta.
Los mencionados objetivo y objetos se logran con
una máquina para producir agua o aire caliente o frío según la
parte caracterizadora de la reivindicación 1.
Se deducirán características y ventajas
adicionales de la invención por la siguiente descripción de un
modo de realización de la invención, ilustrado, a modo de ejemplo
en los dibujos adjuntos en los cuales:
La Fig. 1 representa un diagrama de
funcionamiento de la máquina según la invención para producir
calor, es decir, que funcione, por ejemplo, durante el
invierno;
La Fig. 2 representa el diagrama de
funcionamiento de la máquina de la Fig. 1 cuando la máquina
funciona para refrigerar una habitación, es decir, cuando funciona,
por ejemplo, durante el verano;
La Fig. 3 es una vista lateral esquemática del
depósito apto para recoger y dejar salir automáticamente el
refrigerante a un circuito de refrigeración de la máquina según la
invención;
La Fig. 4 representa otro modo de realización del
depósito representado en la Fig. 3, según la invención;
Las Fig. 5 y 6 representan un tipo de circuito
abierto en lugar de cerrado representado en las Fig. 1 y 2, con
diferentes posiciones del depósito 11 y de la válvula 9.
Con referencia a las mencionadas figuras, la
máquina, igualmente conocida como "enfriadora", para producir
agua o aire caliente o frío por medio de un refrigerante
comprende, en un modo conocido, un compresor 2 en el cual un
refrigerante, de cualquier tipo según las necesidades, entra a
baja presión y sale a alta presión para ser suministrado, por
ejemplo, a una válvula de cuatro vías 3.
La válvula de cuatro vías 3 funciona como una
válvula de inversión de ciclo desviando el flujo de refrigerante
del conducto 4, como se explica detalladamente a continuación, con
el fin de hacer que el ciclo de refrigeración funcione como una
bomba de calor, volviendo del conducto 5 ó viceversa, como muestra
la Fig. 2, el flujo de entrada del conducto 5 y el flujo de
retorno del conducto 4, en el caso de refrigeración del ambiente,
es decir, durante el funcionamiento de "verano".
El conducto 6 de la válvula de cuatro vías será
el flujo de entrada mientras que el conducto 7 de la válvula de
cuatro vías será el conducto del flujo de retorno del refrigerante
al compresor.
La máquina según la invención comprende un ciclo
de refrigeración reversible del tipo abierto o cerrado (sistema
dividido), designado globalmente con la referencia numérica 8,
apto para proporcionar un ciclo de refrigeración reversible para
producir agua o aire caliente o frío para climatizar un
ambiente.
El control del ciclo de refrigeración reversible
lo realiza un miembro de expansión variable apto para variar la
expansión del circuito de refrigeración reversible, en especial
una válvula de expansión 9 dispuesta en el circuito de refrigeración
y controlada por un circuito electrónico 10 con el fin de
controlar más rápidamente y de forma más óptima el ciclo de
refrigeración que un sistema de doble circuito de refrigeración de
la técnica anterior, al variar la temperatura y humedad internas y
externas del ambiente.
La máquina según la invención comprende
igualmente medios de recogida para recoger una cantidad
seleccionada de refrigerante del circuito de refrigeración y unos
medios de suministro automático para el suministro automático de una
cantidad seleccionada de refrigerante en el interior del circuito
de refrigeración.
En particular, los medios de recogida y
suministro automáticos de refrigerante comprenden un depósito 11
conectado al circuito de refrigeración a través de un primer y un
segundo conductos, respectivamente designados con las referencias
numéricas 12 y 13.
El depósito 11 está conectado al circuito de
refrigeración 8 en un área globalmente designada con la referencia
numérica 14 y que está comprendida entre un primer intercambiador
15 y la válvula de expansión 9.
La válvula de expansión 9 está asociada al
circuito de refrigeración 8 en una posición comprendida entre el
depósito 11 y un segundo termointercambiador 16.
Más detalladamente, el primer conducto 12 está
asociado al segundo conducto 13 con su porción externa al depósito
11 y se extiende en el interior del depósito 11 bajando hasta su
fondo 18.
El segundo conducto 13 está asociado al depósito
en su porción superior 19 opuesta al fondo 18 y está conectado al
circuito de refrigeración en el área 14.
El área 14 del circuito de refrigeración está
definida por una porción de una primera tubería 20 asociada al
primer intercambiador 15 y dispuesto coaxialmente alrededor de una
porción de una segunda tubería 21 del circuito de refrigeración
conectado a la válvula de expansión 9 con el fin de formar una
cámara anular 22 que se comunica con el segundo conducto 13.
De esta manera, como se explica más
detalladamente a continuación, en el área 14, cuando circula freón
u otro gas, en una dirección desde la válvula de expansión 9 al
primer intercambiador 15, genera un vacío apto para atraer una
cantidad seleccionada de refrigerante del depósito 11 a la primera
tubería 20.
En el caso de inversión del ciclo, es decir,
cuando el refrigerante sale del primer intercambiador 15 en
dirección a la válvula de expansión 9, el refrigerante está forzado
para que entre en el segundo conducto 13 y desde ahí al depósito 11
el cual, al menos en una primera fase, está a una menor
presión.
A continuación, una cantidad seleccionada de
refrigerante seguirá fluyendo por gravedad en el depósito 11.
Se entenderá mejor lo anteriormente expuesto
mediante la anterior descripción de los dibujos.
En particular, la Fig. 1 representa el circuito
de refrigeración apto para proporcionar aire o agua caliente por
ejemplo durante la temporada de invierno.
En este caso, freón u otro gas sale del conducto
4 y sigue una dirección de flujo opuesta a las agujas de un reloj
entrando en el primer intercambiador 15 el cual, en este caso,
actúa como un condensador.
Desde el condensador 15, el refrigerante entra en
la primera tubería 20 que tiene un diámetro mayor respecto al de
la segunda tubería 21, de modo que en el área 14, donde las dos
tuberías son coaxiales entre sí y forman la cámara anular 22, una
cantidad seleccionada de refrigerante entra en el segundo conducto
13 y desde allí en el depósito 11 que, al menos en una primera
fase, está a una menor presión.
A continuación, durante el ciclo de
funcionamiento, el refrigerante entra por gravedad en el depósito
11 para llenarlo con una cantidad seleccionada equivalente a la
cantidad de refrigerante que no se necesita durante el
funcionamiento de "invierno".
La válvula 9 es ajustada automáticamente por el
circuito electrónico 10 con el fin de que siempre proporcione una
elevada eficiencia a la máquina con cualquier tipo de refrigerante
utilizado en la máquina.
A continuación el refrigerante fluye desde la
válvula 9 al segundo intercambiador 16 que, en este caso, funciona
como un evaporador, y a continuación fluye de vuelta a través del
conducto 5 al compresor.
A la inversa, como se representa en la Fig. 2,
cuando el circuito de refrigeración funciona para enfriar la
habitación, el refrigerante sale del conducto 5 y entra en el
segundo intercambiador 16 que, en este caso, funciona como un
condensador, y a continuación fluye a través de la válvula de
expansión 9, la cual está asociada a un distribuidor 30 según un
primer modo de realización. El distribuidor 30 del refrigerante
tiene un miembro de expansión fijo 32 (Fig. 3) el cual es
derivado por un conducto de derivación 31 para la inversión
"invierno"-"verano" del ciclo.
Según un segundo modo de realización de la
invención, el distribuidor 30 puede no tener el miembro de
expansión fijo 32 y el conducto de derivación 31.
La válvula de expansión 9 será regulada por el
circuito electrónico 10 y, pasando por el área 14 del circuito de
refrigeración, saliendo de la segunda tubería 21, una depresión en
el interior de la cámara anular 22 extraerá la cantidad seleccionada
de refrigerante del depósito 11 a través del primer conducto 12 y
del segundo conducto 13.
El primer conducto 12 extrae inicialmente primero
aceite y a continuación el líquido refrigerante y después el gas
refrigerante, del depósito 11, con el fin de asegurar la
lubricación del compresor.
En cuanto la cantidad de refrigerante
seleccionada haya sido suministrada al circuito de refrigeración,
dicho circuito de refrigeración puede enfriar el ambiente y actuar
por lo tanto funcionando en el período de "verano" con más
refrigerante que en el período de "invierno".
El refrigerante a continuación entra en el primer
intercambiador 15, el cual en este caso, actúa como un
evaporador, y luego fluye de vuelta al compresor 2 a través del
conducto 4.
La Fig. 4 representa un modo de realización
diferente del que representa la Fig. 3 que, no obstante, funciona
de la misma manera.
En este caso, las tuberías que conectan el primer
intercambiador a la válvula y al depósito siguen siendo
parcialmente coaxiales pero se extienden linealmente en lugar de
con doble codo, como en el modo de realización ilustrado en la Fig.
3.
Asimismo, la longitud de la porción coaxial de
las tuberías es mayor y la segunda tubería 21 tiene una pluralidad
de orificios 30 en el área que entra en el primer intercambiador
15, permitiendo una mejor distribución del refrigerante en el
interior del intercambiador.
La máquina antes descrita según la invención
tiene una ventaja importante adicional: conserva el agua en el
interior del aparato hidráulico asociado a la máquina, a una
temperatura constante sin necesidad de uno o más depósitos de agua o
de un inversor para el compresor.
En particular, esto se logra modulando la bomba
del aparato hidráulico (no representado en los dibujos) para que
varíe la capacidad del agua según los usuarios y al mismo tiempo
varíe la cantidad de refrigerante en el circuito de refrigeración
modulando la válvula de expansión 9.
En particular, la modulación de la bomba y de la
válvula de expansión 9 por medio, por ejemplo de un PLC o de dicho
circuito electrónico 10 permite que se mantenga constante la
temperatura del agua que sale de los intercambiadores 15 ó 16
durante el funcionamiento del circuito de refrigeración tanto en
invierno (agua caliente) como en verano (agua fría).
Por medio del circuito electrónico 10 ó del PLC
es posible fijar cuando y como variar las capacidades de agua y
refrigerante detectando la temperatura del agua que sale de los
intercambiadores 15 y 16, y la diferencia de temperaturas entre la
entrada y la salida de los intercambiadores y la temperatura de
sobrecalentamiento en la entrada del compresor 2 para asegurarse
de que el refrigerante entre en el compresor en estado gaseoso.
Se ha visto en la práctica que la máquina según
la invención es particularmente ventajosa porque funciona con
cualquier tipo adecuado de refrigerante natural y/o artificial,
tiene una construcción mecánica extremadamente simplificada que le
confiere una gran fiabilidad y menos mantenimiento y un precio de
coste más bajo.
La máquina según la invención puede tener
numerosas variaciones y modificaciones dentro del ámbito de las
reivindicaciones.
Claims (11)
1. Máquina para producir agua o aire caliente o
frío para climatizar una habitación por medio de un refrigerante,
que comprende un circuito de refrigeración reversible (8) que
comprende un miembro de expansión variable (9) para variar la
expansión en dicho circuito de refrigeración reversible (8) y para
controlar el ciclo de refrigeración de forma más rápida y óptima a
medida que varíen la temperatura ambiente y humedad internas y
externas de una habitación a climatizar,
caracterizada porque comprende medios de
recogida y suministro automáticos que comprenden un depósito (11)
conectado a dicho circuito de refrigeración (8) a través de un
primer y un segundo conductos (12, 13), estando dicho depósito
conectado a dicho circuito de refrigeración (8) en su área
comprendida entre un primer intercambiador (15) y dicha válvula de
expansión (9), estando dicha válvula de expansión (9) comprendida
entre dicho depósito (11) y un segundo intercambiador (16),
teniendo dicha área (14) de dicho circuito de refrigeración (8)
una porción en una primera tubería (20) coaxialmente dispuesta
alrededor de una porción de una segunda tubería (21) para formar una
cámara anular (22) que comunique con dicho segundo conducto (13)
por lo que cuando el refrigerante circula en la dirección que va
de la válvula de expansión (9) al primer intercambiador (15),
genera una subpresión y extrae una cantidad seleccionada de
refrigerante del depósito (11) en la primera tubería (20) y cuando
el refrigerante circula en dirección opuesta, una cantidad del
mismo es forzada a entrar en el segundo conducto (13) y desde éste
al depósito (11).
2. Máquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque dichos medios de recogida y de
suministro automáticos son aptos para recoger y suministrar una
cantidad seleccionada de refrigerante desde y a dicho circuito de
refrigeración (8).
3. Máquina según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque dicho miembro de expansión variable
(9) es una válvula de expansión dispuesta en dicho circuito de
refrigeración (8) y controlada por un circuito electrónico (10).
4. Máquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho primer conducto (12) está
conectado a dicho segundo conducto (13) en el exterior de dicho
depósito (11) y se extiende en el interior de dicho depósito (11)
bajando hasta el fondo (18) de dicho depósito (11).
5. Máquina según las reivindicaciones 1 ó 4
caracterizada porque dicho segundo conducto (13) está
conectado a dicho depósito (11) en su porción superior (19) opuesta
a dicho fondo (18).
6. Máquina según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichos
primer y segundo intercambiadores (15, 16) funcionan
alternativamente como un condensador o un evaporador para producir
agua o aire caliente o frío según la dirección del flujo del
refrigerante que se determina conmutando una válvula de cuatro vías
(3).
7. Máquina según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicho depósito (11) funciona
alternativamente en depresión para suministrar dicho refrigerante al
interior de dicho circuito de refrigeración (8) e inicialmente en
depresión y a continuación por gravedad para recoger dicho
refrigerante de dicho circuito de refrigeración (8).
8. Máquina según una o más de las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque comprende
medios de variación para variar la capacidad del agua del aparato
hidráulico conectado a dicha máquina y la capacidad de dicho
circuito de refrigeración (8) para conservar el agua en el
interior de dicho aparato hidráulico a una temperatura
constante.
9. Máquina según la reivindicación 8,
caracterizada porque dichos medios de variación comprenden
al menos una bomba modulada del aparato hidráulico y al menos
dicha válvula de expansión (9) con el fin de variar la capacidad del
agua en dicho aparato hidráulico y la capacidad del refrigerante
en el interior de dicho circuito de refrigeración, según las
necesidades.
10. Máquina, según la reivindicación 9,
caracterizada porque dicha bomba y dicha válvula de
expansión (9) están moduladas por medio de un PLC o por dicho
circuito electrónico (10) para conservar constante la temperatura
del agua que fluye de los intercambiadores (15, 16) durante el
funcionamiento del circuito de refrigeración tanto en invierno
como en verano.
11. Máquina según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende
medios de detección para fijar cuando y como variar las capacidades
de agua y refrigerante detectando la temperatura del agua que sale
de los intercambiadores (15, 16), la diferencia de temperatura
entre la entrada y la salida de los intercambiadores y la
temperatura de sobrecalentamiento en la entrada del compresor (2)
para asegurar que el refrigerante entre en el compresor en estado
gaseoso.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| ITMI980879 | 1998-04-24 | ||
| IT98MI000879A ITMI980879A1 (it) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Macchina per la produzione di acqua od aria calda o fredda mediante un fluido frigorigeno |
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| ES2205628T3 true ES2205628T3 (es) | 2004-05-01 |
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