ES2219449T3 - Disposicion de valvula de una instalacion de refrigeracion. - Google Patents
Disposicion de valvula de una instalacion de refrigeracion.Info
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Abstract
Disposición de válvula de una instalación de refrigeración con circuito de refrigerante que presenta un lado de alta presión y un lado de baja presión, que trabaja con preferencia con dióxido de carbono (CO2) y que conduce, en el lado de alta presión, desde el lado de la presión de un compresor (1), a través de un intercambiador de calor (2) del lado de alta presión, hacia la entrada de un órgano de expansión (3) y que conduce, en el lado de baja presión, desde la salida del órgano de expansión, a través de un intercambiador de calor (4) del lado de baja presión, hacia el lado de aspiración del compresor, y presenta una válvula limitadora de la presión (5) dispuesta entre el lado de alta presión y el lado de baja presión en paralelo al órgano de expansión, la cual cierra herméticamente el refrigerante del circuito de refrigerante hacia el exterior o bien hacia la atmósfera y, en el caso de que esté presente una presión del refrigerante en el lado de alta presión, que excede un valor umbral,abre un camino (7, 8) directo normalmente bloqueado desde el lado de alta presión hacia el lado de baja presión, caracterizada porque la válvula limitadora de la presión (5) está dispuesta entre la salida del intercambiador de calor (2) del lado de alta presión y la entrada del intercambiador de calor (4) del lado de baja presión.
Description
Disposición de válvula de una instalación de
refrigeración.
La invención se refiere a una disposición de
válvula de una instalación de refrigeración con circuito de
refrigerante que presenta un lado de alta presión y un lado de baja
presión, que trabaja con preferencia con dióxido de carbono
(CO_{2}) y que conduce, en el lado de alta presión, desde el lado
de la presión de un compresor, a través de un intercambiador de
calor del lado de alta presión, hacia la entrada de un órgano de
expansión y que conduce, en el lado de baja presión, desde la
salida del órgano de expansión, a través de un intercambiador de
calor del lado de baja presión, hacia el lado de aspiración del
compresor, y presenta una válvula limitadora de la presión
dispuesta entre el lado de alta presión y el lado de baja presión en
paralelo al órgano de expansión, la cual cierra herméticamente el
refrigerante del circuito de refrigerante hacia el exterior o bien
hacia la atmósfera y, en el caso de que esté presente una presión
del refrigerante en el lado de alta presión, que excede un valor
umbral, abre un camino directo normalmente bloqueado desde el lado
de alta presión hacia el lado de baja presión.
Para los circuitos de refrigerante de
instalaciones de climatización de automóviles futuros se prefiere
como refrigerante dióxido de carbono (CO_{2}), puesto que esta
substancia garantiza una alta seguridad contra accidentes en virtud
de su propiedad incombustible y, además, no se considera como
substancia nociva para el medio ambiente. El funcionamiento de
tales circuitos de refrigerante se realiza con preferencia en la
zona supercrítica del dióxido de carbono.
Sin embargo, el refrigerante dióxido de carbono
implica la dificultad de que en el circuito de refrigerante pueden
aparecer presiones extremadamente altas en determinadas condiciones
de funcionamiento.
Para asegurar contra la sobrepresión ya se ha
propuesto proveer el circuito de refrigerante con un punto teórico
de rotura en forma de un cristal rompible para evitar una explosión
incontrolada de partes del sistema que están a alta presión.
En lugar de un punto teórico de rotura se podría
prever también una válvula de sobrepresión, a través de la cual se
desvía el refrigerante, dado el caso a la atmósfera.
Las publicaciones de patente US 4.799.539 y
4.932.428 muestran instalaciones de refrigeración, en las que se
utiliza helio como refrigerante. Para evitar las sobrepresiones
sobre el lado de alta presión del circuito refrigerante, está
dispuesta una válvula de sobrepresión en cada caso en paralelo a la
parte de refrigeración de baja temperatura.
El cometido de la invención es mejorar claramente
con medios sencillos desde el punto de vista de la construcción el
funcionamiento y la seguridad de una instalación de refrigeración,
especialmente en el caso de utilización de dióxido de carbono o
similar como refrigerante.
Este cometido se soluciona según la invención en
una disposición de válvula del tipo indicado al principio, porque la
válvula limitadora de la presión está dispuesta entre la salida del
intercambiador de calor del lado de alta presión y la entrada del
intercambiador de calor del lado de baja presión.
La invención se basa en la idea general de
conducir, en el caso de que exista una presión excesiva en el
intercambiador de calor del lado de alta presión, cantidades
mayores del medio de refrigeración desde el intercambiador de calor
del lado de alta presión al intercambiador de calor del lado de baja
presión, que las que son posibles a través del órgano de expansión.
En este caso, la descarga de la presión desde la zona de alta
presión hacia la zona de baja presión se lleva a cabo a través de
una vía sólo parcialmente abierta.
Con la invención se ofrece la ventaja de que la
instalación de refrigeración puede estar herméticamente cerrada
también cuando se tienen en cuenta estados extremos de
funcionamiento y, por lo tanto, no hay que contar con estados de
funcionamiento extremos.
La válvula limitadora de la presión puede
presentar, en el estado abierto, una resistencia de estrangulación
claramente reducida frente al órgano de expansión en el
funcionamiento normal, pero todavía considerable, de tal forma que
la corriente de refrigerante se realiza a través de la válvula
limitadora de la presión con un cierto retraso y no se reduce o
bien sólo con retraso la diferencia de la temperatura típica entre
el lado de alta presión y el lado de baja presión.
Según una forma de realización especialmente
preferida, la válvula limitadora de la presión trabaja en paralelo a
un órgano de expansión que, durante el funcionamiento del
compresor, permite que circule constantemente una corriente de
refrigerante desde el lado de alta presión hacia el lado de baja
presión.
En una configuración especialmente conveniente de
la invención, el órgano de expansión está integrado en la carcasa de
la válvula de sobrepresión, de manera que la disposición de
válvula, que está constituida por la válvula limitadora de la
presión y el órgano de expansión, forma un módulo que se puede
emplear sin más en lugar de un órgano de expansión
convencional.
Por lo demás, con respecto a las características
preferidas de la invención, se remite a las reivindicaciones así
como a la explicación siguiente del dibujo, con cuya ayuda se
explica en detalle una forma de realización especialmente preferida
de la invención.
En este caso:
La figura 1 muestra una representación en forma
de diagrama de conexiones de un circuito de refrigerante de una
instalación de refrigeración con una válvula limitadora de la
presión controlada con asiento, de la que se representa una sección
ejemplar, y
La figura 2 muestra una forma de realización
modificada.
El circuito de refrigerante de la figura 1 posee
un compresor 1, que está conectado en el lado de presión, a través
de un intercambiador de calor 2 del lado de alta presión, con el
lado de entrada de un órgano de expansión 3 (por ejemplo, válvula
de expansión). El lado de salida del órgano de expansión 3 está
conectado a través de un intercambiador de calor 4 del lado de baja
presión, con el lado de aspiración del compresor 1.
Durante el funcionamiento del compresor 1, el
intercambiador de calor 2 del lado de alta presión representa el
lado caliente o lado de emisión de calor del circuito de
refrigerante, mientras que el intercambiador de calor 4 del lado de
baja presión 4 representa el lado frío o receptor de calor. El medio
de refrigeración relativamente caliente después del trabajo del
compresor cede calor al medio ambienten el intercambiador de calor
2 del lado de alta presión, pudiendo ser apoyada esta disipación de
calor a través de un soplante o similar no representado. Durante la
circulación a través del órgano de expansión 3 y la expansión de la
presión que ello implica se refrigera en gran medida el
refrigerante, de manera que a través del intercambiador de calor 4
del lado de baja presión se puede transmitir calor desde el medio
ambiente sobre el refrigerante, pudiendo ser apoyada esta corriente
de calor de nuevo a través de un soplante o similar no
representado.
Cuando se utiliza dióxido de carbono (CO_{2})
como refrigerante, pueden aparecer al menos temporalmente estados
de funcionamiento con presiones extremadamente altas sobre el lado
de alta presión del circuito de calor. Para limitar estas
presiones, está prevista según la invención, en paralelo al órgano
de expansión 3, una válvula limitadora de la presión 5, que abre una
vía de derivación en paralelo al órgano de expansión 3, en el caso
de que la presión sobre el lado de alta presión exceda un valor
umbral.
En el ejemplo representado, la válvula limitadora
de la presión 5 posee una carcasa 6 esencialmente cilíndrica con un
orificio de entrada 7 dispuesto en la pared circunferencial de la
carcasa y un orificio de salida 8 dispuesto en el fondo de la
carcasa. Este orificio de salida 8 posee con preferencia un cierto
efecto de estrangulamiento, de manera que la caída de la presión
sobre el lado de alta presión del circuito de refrigerante
solamente puede tener lugar con un cierto retraso o bien la válvula
limitadora de la presión 5 abierta trabaja como órgano de expansión
con resistencia de estrangulamiento reducida.
El orificio de salida 8 es controlado por un
cuerpo de cierre 9. Este posee, por una parte, una punta 9' en
forma de cono, que colabora con un asiento de válvula, que está
configurado en el borde frontal asociado del orificio de salida 8 y
retiene el cuerpo de cierre 9, cuando la válvula limitadora de la
presión está cerrada, a una distancia predeterminada del fondo
adyacente de la carcasa. Además, el cuerpo de cierre 9 posee un
collar 9'' en forma de brida, que sirve como contraapoyo en el lado
del cuerpo de cierre de un muelle de compresión helicoidal 10
pretensado, previsto como suspensión de cierre, cuyo otro
contraapoyo se forma por medio de un apéndice del fondo 11 que
cierra la carcasa 6 hacia arriba. Por lo demás, el collar 9'' sirve
también para la limitación de movimientos dirigidos lateralmente
del cuerpo de cierre 9 en la carcasa 6. La periferia del collar 9''
debe estar configurada de tal forma que el refrigerante puede
circular en la mayor medida posible libre de estrangulamiento por
delante del cuerpo de cierre 8 desde la entrada 7 hacia la salida
8.
Dentro del muelle de compresión helicoidal 10
está dispuesto un fuelle 12 de forma circular en la sección
transversal, que está conectado en sus extremos frontales
herméticamente con el cuerpo de cierre 9 o bien con el inserto del
fondo 11. Este fuelle 12 es flexible en dirección axial, pero tiene
una alta capacidad de carga en dirección radial, especialmente
frente a sobrepresión sobre el lado exterior del fuelle 12.
El espacio interior del fuelle 12 se puede
comunicar con la atmósfera a través de un orificio en el inserto
del fondo 11.
No obstante, de acuerdo con una forma de
realización especialmente preferida, está previsto llenar el
espacio interior del fuelle 12 con un gas, especialmente helio, y
cerrar el orificio mencionado anteriormente en el inserto del fondo
11, como se representa.
El fuelle 12 sirve en primer lugar para blindar
una zona del lado trasero del cuerpo de cierre 9 frente a la
presión en el espacio interior de la carcasa 6. De esta manera, se
garantiza que en la posición cerrada representada del cuerpo de
cierre 9 sea impulsada una superficie comparativamente grande del
cuerpo de cierre 9 por la presión en la dirección de apertura del
cuerpo de cierre 9 en contra de la fuerza del muelle de compresión
helicoidal 10. Tan pronto como se excede un valor umbral de la
presión, se desplaza el cuerpo de cierre 9 fuera de su posición
cerrada, de manera que se libera una vía de desviación hacia el
órgano de expansión 3 y cae de una manera respectiva la presión
sobre el lado de presión del circuito de refrigeración.
El relleno de gas previsto, dado el caso, del
fuelle 12 está dimensionado, especialmente ajustado a una presión
interior del fuelle tan reducida, que las eventuales modificaciones
de la temperatura y las modificaciones implicadas con ello de la
presión interior en el fuelle 12 solamente pueden tener una
influencia reducida, en comparación con la fuerza de cierre del
muelle de compresión helicoidal 10, sobre el comportamiento de
cierre del cuerpo de cierre 9.
Un relleno del fuelle 12 con helio es ventajoso
en la medida en que se puede determinar de una manera especialmente
sencilla una eventual fuga del fuelle 12 bien de sus conexiones con
el cuerpo de cierre 9 o bien con el inserto del fondo 11 antes del
montaje de la válvula limitadora de la presión 5 en el circuito de
refrigerante, puesto que se puede constatar bien la presencia de
helio, por medio de sensores correspondientes, también en el caso
de una concentración reducida.
Como se representa en la figura 1, el órgano de
expansión 3 está integrado con preferencia en la carcasa 6 de la
válvula limitadora de la presión, pudiendo estar configurado el
órgano de expansión 3 como taladro de estrangulamiento entre el
orificio de entrada 7 y el orificio de salida 8 de la válvula
limitadora de la presión 5.
De esta manera, el órgano de expansión 3 y la
válvula limitadora de la presión 5 forman un módulo que presenta
solamente dos orificios de conexión 7 y 8 y que se puede disponer
en el circuito de refrigerante de la misma manera que un órgano de
expansión convencional.
La forma de realización de la figura 2 se
diferencia de la forma de realización según la figura 1 sobre todo
porque en lugar del fuelle 12 está prevista una membrana 13,
estando el espacio por encima de la membrana 13 abierto hacia la
atmósfera. No obstante, en principio también es posible cerrar este
espacio hacia la atmósfera y, dado el caso, llenarlo con helio o
similar.
Claims (7)
1. Disposición de válvula de una instalación de
refrigeración con circuito de refrigerante que presenta un lado de
alta presión y un lado de baja presión, que trabaja con preferencia
con dióxido de carbono (CO_{2}) y que conduce, en el lado de alta
presión, desde el lado de la presión de un compresor (1), a través
de un intercambiador de calor (2) del lado de alta presión, hacia la
entrada de un órgano de expansión (3) y que conduce, en el lado de
baja presión, desde la salida del órgano de expansión, a través de
un intercambiador de calor (4) del lado de baja presión, hacia el
lado de aspiración del compresor, y presenta una válvula limitadora
de la presión (5) dispuesta entre el lado de alta presión y el lado
de baja presión en paralelo al órgano de expansión, la cual cierra
herméticamente el refrigerante del circuito de refrigerante hacia el
exterior o bien hacia la atmósfera y, en el caso de que esté
presente una presión del refrigerante en el lado de alta presión,
que excede un valor umbral, abre un camino (7, 8) directo
normalmente bloqueado desde el lado de alta presión hacia el lado de
baja presión, caracterizada porque la válvula limitadora de
la presión (5) está dispuesta entre la salida del intercambiador de
calor (2) del lado de alta presión y la entrada del intercambiador
de calor (4) del lado de baja presión.
2. Disposición de válvula según la reivindicación
1, caracterizada porque la válvula limitadora de la presión
(5) presenta en el estado abierto una resistencia de
estrangulamiento considerable, de tal forma que el refrigerante del
lado de alta presión circula con retraso y no se reduce o bien sólo
se reduce con retraso una diferencia de la temperatura típica entre
el lado de alta presión y el lado de baja presión.
3. Disposición de válvula según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el cuerpo de
cierre (9) de la válvula limitadora de la presión de la válvula
limitadora de la presión (5) está dispuesto en el lado frontal de
un fuelle (12) similar a un cilindro, flexible en la dirección del
eje del cilindro, que blinda una zona del cuerpo de cierre, que
apunta en la dirección de apertura, frente a la presión del lado
de alta presión del refrigerante.
4. Disposición de válvula según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el cuerpo de
cierre (9) de la válvula limitadora de la presión (5) está
dispuesto en una membrana (10), que blinda una zona del cuerpo de
cierre, que apunta en la dirección de la apertura, frente a la
presión del lado de alta presión del refrigerante.
5. Disposición de válvula según la reivindicación
3 ó 4, caracterizada porque el espacio interior del fuelle
(12) o bien el espacio sobre el lado de la membrana (13), que está
alejado del refrigerante, está lleno con un gas que está a presión
reducida, de tal forma que la presión del gas está reducida o bien
es insignificante frente a otras fuerzas que impulsan el cuerpo de
cierre (9) en la dirección de cierre.
6. Disposición de válvula según la reivindicación
5, caracterizada porque el espacio interior del fuelle o
bien el espacio sobre el lado de la membrana (13), que está alejado
del refrigerante, está relleno con helio.
7. Disposición de válvula según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el órgano de
expansión (3) está integrado en la carcasa (6) de la válvula
limitadora de la presión (5) y/o está dispuesta entre las
conexiones (7, 8) de la válvula limitadora de la presión (5).
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