ES2300640T3 - Aparato de refrigeracion. - Google Patents
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Abstract
Aparato de refrigeración, que lleva a cabo un ciclo de refrigeración por circulación de refrigerante por un circuito refrigerante (10), que comprende: - un expansor (23), dispuesto en dicho circuito refrigerante (10) para producir potencia por expansión de refrigerante a alta presión; - un primer compresor (21), dispuesto en dicho circuito refrigerante (10) y conectado a un primer motor eléctrico (31) y dicho expansor (23), para comprimir refrigerante cuando es impulsado por la potencia producida en dicho primer motor eléctrico (31) y dicho expansor (23); - un segundo compresor de capacidad variable (22), dispuesto en paralelo con dicho primer compresor (21) en el circuito refrigerante (10) y conectado a un segundo motor eléctrico (32) para comprimir refrigerante cuando es accionado por la potencia producida en dicho segundo motor eléctrico (32); caracterizado por: un conducto de derivación (40) para establecer comunicación de fluido entre los lados de entrada y de salida de dicho expansor (23) en dicho circuito refrigerante (10); una válvula de control (41) para regular el caudal de refrigerante en dicho paso de derivación (40); y medios de control (50) para regular la capacidad de dicho segundo compresor (22) y la abertura de la válvula de control (41), de manera que la alta presión de dicho ciclo de refrigeración alcanza un valor objetivo predeterminado.
Description
Aparato de refrigeración.
La presente invención se refiere de manera
general a aparatos de refrigeración que llevan a cabo ciclos de
refrigeración, y más específicamente se refiere a un aparato de
refrigeración que está dotado de un expansor para generar potencia
por la expansión del refrigerante.
Se conocen de forma convencional aparatos de
refrigeración del tipo que llevan a cabo un ciclo de refrigeración
por circulación de refrigerante a través de un circuito refrigerante
cerrado. Este tipo de aparatos de refrigeración ha sido utilizado
de manera amplia como aparato de aire acondicionado u otro tipo de
aparato similar. Por ejemplo, la solicitud de patente japonesa,
publicación "Kokai" Número 2001-107881
da a conocer uno de dichos aparatos de refrigeración en el que la
alta presión de un ciclo de refrigeración es ajustada a un valor
superior a la presión crítica del refrigerante. Este aparato de
refrigeración incluye como mecanismo para la expansión del
refrigerante, un expansor formado por un aparato para fluido de tipo
arrollado en espiral. El expansor está conectado a un compresor
mediante un eje con el objetivo de conseguir mejoras en el COP
(coeficiente de rendimiento) al utilizar la potencia producida en
el expansor para impulsar el compresor.
En el aparato de refrigeración que se da a
conocer en la publicación antes mencionada, el caudal másico de
refrigerante que pasa por el expansor es igual constantemente al
caudal másico de refrigerante que pasa por el compresor. La razón
de ello es que el circuito refrigerante está constituido por un
circuito cerrado. Por otra parte, tanto la densidad de refrigerante
en la entrada del expansor como la densidad de refrigerante en la
entrada del compresor, varían dependiendo de las condiciones de
funcionamiento del aparato de refrigeración. En el aparato de
refrigeración de la publicación antes mencionada, no obstante, el
expansor y el compresor están conectados entre sí y es imposible
hacer variable la relación entre el volumen de desplazamiento del
expansor y el volumen de desplazamiento del compresor. Esto da lugar
al problema de que, cuando se presentan cambios en las condiciones
operativas, resulta imposible que el aparato de refrigeración
continúe funcionando de manera estable.
Para solucionar este problema, la solicitud de
patente japonesa, publicación "Kokai" Número
2001-116371 da a conocer una técnica para disponer
en un circuito refrigerante una conducción de derivación que pone en
derivación un expansor. Indicado de otra manera, si el volumen de
desplazamiento del expansor es insuficiente, una parte de
refrigerante que ha disipado calor pasa a la línea de derivación
para asegurar la cantidad de refrigerante en circulación, con el
objetivo de posibilitar la continuación del ciclo de refrigeración
de forma estable.
Pero en realidad, el volumen de desplazamiento
del expansor puede resultar excesivo dependiendo de las condiciones
operativas del aparato de refrigeración. También en este caso
resulta imposible para el aparato de refrigeración continuar
funcionando de manera estable. Una medida técnica para enfocar este
problema se da a conocer por Fukuda, Mitsuhiro y otros dos en un
documento titulado "THEORETICAL PERFORMANCE OF CARBON DIOXIDE
CYCLE WITH INCORPORATION OF COMPRESSOR/EXPANDER INTEGRATED TYPE
FLUID MACHINERY" ("Rendimiento teórico del ciclo de dióxido de
carbono con la incorporación de un aparato de fluido
compresor/expansor integrado"), 35 Conferencia combinada de
Acondicionamiento y Refrigeración de Aire, documentos de la
Conferencia, páginas 57-60. De manera específica,
en este documento que no corresponde a una patente, para enfocar el
problema, se dispone una válvula de expansión más arriba del
expansor además de una línea de derivación que deriva o puentea el
expansor. En resumen, el refrigerante que se desplaza en la
dirección del expansor es descomprimido por la válvula de expansión.
Es decir, el volumen específico de refrigerante que pasa al
expansor aumenta de antemano con el objetivo de posibilitar la
continuación del ciclo de refrigeración de forma estable. La
publicación US-A-6 484519 da a
conocer un aparato de refrigeración de acuerdo con el preámbulo de
la reivindicación 1.
Tal como se ha propuesto en el documento antes
mencionado que no corresponde a ninguna patente, se dispone un
circuito refrigerante con una línea de derivación que puentea un
expansor, y una válvula de expansión dispuesta más arriba del
expansor, cuya disposición hace posible llevar a cabo ciclos de
refrigeración en cualesquiera condiciones operativas. No obstante,
el problema es que la generación de potencia en el expansor es
reducida, reduciendo por lo tanto el COP (coeficiente de
rendimiento) del aparato de refrigeración.
A continuación, haciendo referencia a la figura
6, se explicará el problema antes descrito. La figura 6 muestra la
relación entre la temperatura de evaporación del refrigerante y el
COP a condición de que la temperatura y la presión del refrigerante
a alta presión sean constantes en la salida de un radiador. Se
supondrá que cualquier parte de refrigerante que sale del radiador
pasa al expansor en su propio estado. En este caso, la generación
de potencia en el expansor aumenta al grado máximo, y el COP del
aparato de refrigeración aumenta al nivel máximo posible. La figura
6 muestra la relación entre el aparato refrigerador COP y la
temperatura de evaporación del refrigerante en el estado ideal que
se ha supuesto, tal como se ha indicado por la línea de doble trazo
discontinuo.
Se supondrá que el volumen de desplazamiento del
expansor y el del compresor se ajustan basándose en condiciones
operativas (temperatura de evaporación de refrigerante = 0ºC). En
este momento, en condiciones operativas en las que el refrigerante
se evapora a una temperatura de 0ºC, cualquier parte de refrigerante
que sale del radiador pasa al expansor en su propio estado y el COP
del aparato de refrigeración aumenta al nivel máximo posible.
No obstante, si la temperatura de evaporación
del refrigerante supera los 0ºC, esto provoca el incremento de la
presión baja del ciclo de refrigeración. Como consecuencia, la
densidad de refrigerante en la entrada del compresor aumenta. Esto
tiene como resultado una situación en la que el volumen de
desplazamiento del expansor resulta demasiado pequeño con respecto
al del compresor, y una parte del refrigerante que sale del
radiador tiene que pasar a la línea de derivación. Por lo tanto, la
producción de potencia en el expansor se reduce y, tal como se ha
indicado por la línea continua de la figura 6, el COP del aparato de
refrigeración se reduce en comparación con el valor de la situación
ideal.
Por otra parte, si la temperatura de evaporación
disminuye por debajo de 0ºC esto provoca la disminución de la
presión baja del ciclo de refrigeración. Como consecuencia, la
densidad de refrigerante en la entrada del compresor disminuye.
Esto tiene como resultado un estado en el que el volumen de
desplazamiento del expansor resulta demasiado grande con respecto
al del compresor, y el refrigerante que sale del radiador tiene que
pasar al expansor después de la preexpansión por la válvula de
expansión. Por lo tanto, también en este caso, la producción de
potencia en el expansor se reduce y, tal como se ha indicado por la
línea continua de la figura 6, el COP del aparato de refrigeración
disminuye en comparación con el valor del estado ideal.
Teniendo en cuenta estos problemas, con las
técnicas anteriormente conocidas, se ha llevado a cabo la presente
invención. De acuerdo con ello, un objetivo de la presente invención
consiste en mejorar el COP de un aparato de refrigeración después
de hacer posible que el aparato de refrigeración funcione de manera
apropiada en cualesquiera condiciones operativas.
La presente invención está dirigida a un aparato
de refrigeración según las características de la reivindicación
1.
El aparato de refrigeración de la invención
puede ser configurado además de manera que: cuando la válvula de
control (41) se encuentra en estado de cierre completo y la presión
alta del ciclo de refrigeración disminuye por debajo del valor
objetivo predeterminado, los medios de control (50) ponen en
funcionamiento el segundo compresor (22) y regula la capacidad de
dicho segundo compresor (22) mientras que, por otra parte, cuando
el segundo compresor (22) está parado y la presión alta del ciclo de
refrigeración supera cualquier valor objetivo predeterminado, los
medios de control (50) sitúan la válvula de control (41) en el
estado abierto y regula la apertura de la válvula de control
(41).
El aparato de refrigeración de la invención se
puede caracterizar además por el hecho de que el circuito
refrigerante (10) está lleno de dióxido de carbono como
refrigerante y porque la presión alta del ciclo de refrigeración
llevado a cabo por la circulación de refrigerante por el circuito de
refrigeración (10) se ajusta a un valor más superior que la presión
crítica del dióxido de carbono.
En la invención, el refrigerante circula por el
circuito refrigerante (10), de manera que el refrigerante es
sometido repetidamente a una secuencia de procesos (es decir,
compresión, disipación de calor, expansión y absorción de calor) y
se lleva a cabo un ciclo de refrigeración. El proceso de expansión
del refrigerante es llevado a cabo en el expansor (23). De manera
más específica, en el expansor (23) se expande el refrigerante a
alta presión después de la disipación del calor y se recupera
energía del refrigerante a alta presión. El proceso de comprimir el
refrigerante es llevado a cabo por el primer compresor (21) o el
segundo compresor (22). Cuando funcionan tanto el primer compresor
(21) como el segundo compresor (22), una parte de refrigerante
después de la absorción del calor es conducida hacia dentro del
primer compresor (21) mientras que por otra parte, la porción
restante es introducida en el segundo compresor (22). El primer
compresor (21) es accionado por la energía recuperada en el
expansor (23) y la potencia generada por el primer motor eléctrico
(31) y comprime el refrigerante introducido en el mismo. Por otra
parte, el segundo compresor (22) es accionado por la potencia
generada por un segundo motor eléctrico (32) y comprime el
refrigerante introducido en el mismo.
En la invención, el primer compresor (21) está
conectado al expansor (23). Por lo tanto, el primer compresor (21)
se encuentra constantemente en funcionamiento cuando el aparato de
refrigeración se encuentra en funcionamiento. Por otra parte, el
segundo compresor (22) que no está conectado al expansor (23), es
impulsado por el segundo motor eléctrico (32) y es variable en su
capacidad. Durante el funcionamiento del aparato de refrigeración,
la capacidad del segundo compresor (22) es regulada según
necesidades. En otras palabras, el segundo compresor (22) puede
encontrarse posiblemente en reposo durante el funcionamiento del
aparato de refrigeración.
En la invención, los medios de control (50)
regulan la capacidad del segundo compresor (22). La regulación de
la capacidad del segundo compresor (22) por los medios de control
(50) es llevada a cabo para llevar la presión alta del ciclo de
refrigeración a un determinado valor objetivo. Por ejemplo, si la
alta presión del ciclo de refrigeración es mayor que el valor
objetivo, los medios de control (50) llevan a cabo una operación de
reducción de la capacidad del segundo compresor (22). Por otra
parte, si la alta presión del ciclo de refrigeración es menor que
el valor objetivo, los medios de control (50) llevan a cabo una
operación de incremento de la capacidad del segundo compresor
(22).
En la invención, el circuito refrigerante (10)
está dotado de un paso de derivación (40) y de la válvula de
control (41). Cuando la válvula de control (41) se encuentra en
estado abierto, una parte del refrigerante a alta presión después
de la disipación de calor pasa hacia el paso de derivación (40) y el
resto pasa hacia dentro del expansor (23). Al variar la apertura de
válvula de la válvula de control (41), el flujo entrante de
refrigerante en el paso de derivación (40) varía así mismo.
En una realización adicional de la invención,
los medios de control (50) regulan la capacidad del segundo
compresor (22) y la apertura de la válvula de control (41). El
control de la capacidad del segundo compresor (22) y el control de
la apertura de la válvula de control (41) por los medios de control
(50) son llevados a cabo a efectos de que la presión alta del ciclo
de refrigeración llegue a un valor objetivo predeterminado. Por
ejemplo, si la alta presión del ciclo de refrigeración es superior
al valor objetivo, los medios de control (50) llevan a cabo una
operación de reducción de la capacidad del segundo compresor (22) o
una operación de incremento de la apertura de la válvula de control
(41) mientras que, por otra parte, si la alta presión del ciclo de
refrigeración es menor que el valor objetivo, los medios de control
(50) llevan a cabo una operación de incremento de la capacidad del
segundo compresor (22) o una operación de reducción de la apertura
de la válvula de control (41).
En otra realización adicional de la invención,
los medios de control (50) llevan a cabo la siguiente operación. A
saber, los medios de control (50) solamente cuando cualquiera de
dicho segundo compresor (22) y la válvula de control (41) pasan a
ser incontrolables, lleva a cabo operaciones de control en el
otro.
De manera más específica, cuando la alta presión
del ciclo de refrigeración desciende por debajo del valor objetivo
con la válvula de control (41) abierta, los medios de control (50)
reducen gradualmente la apertura de la válvula de control (41). Si
la alta presión del ciclo de refrigeración es todavía más baja que
el valor objetivo incluso cuando la válvula de control (41) está
completamente cerrada, entonces los medios de control (50) activan
el segundo compresor (22) y empieza la regulación de la capacidad
del segundo compresor (22).
Por otra parte, cuando la alta presión del ciclo
de refrigeración es mayor que el valor objetivo, funcionando el
segundo compresor (22), los medios de control (50) reducen
gradualmente la capacidad de dicho segundo compresor (22). Si la
alta presión del ciclo de refrigeración es todavía más alta que el
valor objetivo incluso en el caso de que el segundo compresor (22)
se encuentre parado, entonces los medios de control (50) colocan la
válvula de control (41) en estado de apertura y empiezan la
regulación de la apertura de la válvula de control (41).
Por lo tanto, en una realización adicional de la
presente invención, el segundo compresor (22) funciona solamente
cuando la válvula de control (41) se encuentra en estado de cierre
completo y la válvula de control (41) está abierta solamente cuando
el segundo compresor (22) se encuentra parado.
En otra realización adicional de la invención,
el circuito refrigerante (10) utiliza dióxido de carbono (CO_{2})
como refrigerante. Este refrigerante de dióxido de carbono es
comprimido en el primer compresor (21) o en el segundo compresor
(22) hasta un nivel de presión más elevado que su presión crítica.
El dióxido de carbono con una presión más elevada que su presión
crítica, pasa hacia dentro del expansor (23).
En el circuito refrigerante (10) del aparato de
refrigeración de la presente invención, el segundo compresor (22)
que no está conectado al expansor (23) está dispuesto en paralelo
con el primer compresor (21). Por lo tanto, incluso en esta
situación operativa en la que el volumen de desplazamiento solamente
por el primer compresor (21) conectado al expansor (23) resulta
deficiente, es posible compensar esta deficiencia poniendo en
funcionamiento el segundo compresor (22) y el ciclo de refrigeración
continua en condiciones de funcionamiento adecuadas. Incluso en
condiciones operativas en las que el refrigerante tiene que pasar
hacia dentro del expansor (23) después de haber sido
preexpansionado por una válvula de expansión o similar tal como se
requiere de manera convencional, resulta posible introducir
refrigerante a alta presión después de la disipación de calor hacia
dentro del expansor (23) sin la necesidad de preexpansión. Como
resultado de ello, se evita la degradación de energía producida en
el expansor (23).
Es decir, de acuerdo con la presente invención,
incluso en condiciones operativas en las que no existe de manera
convencional otra posibilidad que sacrificar el COP del aparato de
refrigeración a efectos de asegurar la continuación del ciclo de
refrigeración en condiciones operativas adecuadas, resulta posible
mantener el COP del aparato de refrigeración a niveles elevados,
asegurando simultáneamente la continuación del ciclo de
refrigeración. Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención,
el aparato de refrigeración funciona de manera estable con
indiferentemente de las condiciones operativas, de manera que se
mejora el COP del aparato de refrigeración.
De acuerdo con la invención el circuito
refrigerante (10) está dotado de un paso de derivación (40) y de la
válvula de control (41). En este caso, con compresores de capacidad
variable, existen en general restricciones en la gama variable de
capacidad. Esto puede dar lugar a una situación funcional en la que
es imposible la continuación del ciclo de refrigeración en
condiciones adecuadas únicamente por regulación de la capacidad del
segundo compresor (22), dependiendo de la situación de utilización
del aparato de refrigeración. Por otra parte, de acuerdo con la
presente invención, resulta posible conseguir una continuación
estable del ciclo de refrigeración incluso en dichas condiciones
operativas, regulando el caudal de entrada de refrigerante a alta
presión hacia dentro del paso de derivación (40). Como resumen,
incluso en condiciones operativas en las que el volumen de
desplazamiento del expansor (23) solo no es suficiente para asegurar
la cantidad de circulación requerida de refrigerante, la
deficiencia en la proporción de caudal de masa refrigerante queda
cubierta por la introducción de refrigerante a alta presión en el
paso de derivación (40), haciendo posible, por lo tanto, asegurar
la continuación del ciclo de refrigeración en condiciones operativas
adecuadas.
De acuerdo con la invención, se dispone que
solamente cuando el segundo compresor (22) se encuentra parado y
resulta imposible su capacidad de regulación, la válvula de control
(41) es abierta para la introducción de refrigerante a alta presión
en el paso de derivación (40). Como resultado de esta disposición,
resulta posible minimizar la frecuencia de pasar a la situación
operativa en la que disminuye la potencia producida en el expansor
(23) porque se reduce la cantidad de caudal de refrigerante
introducido, posibilitando de esta manera que el aparato de
refrigeración funcione en un estado operativo capaz de hacer lo más
elevado posible el COP del aparato de refrigeración.
La figura 1 es un sistema esquemático de las
tuberías de una disposición de circuito refrigerante en una primera
realización;
La figura 2 es un diagrama de Mollier (diagrama
de presión-entalpía) que muestra un ciclo de
refrigeración en el circuito refrigerante de la primera
realización;
La figura 3A es un diagrama de Mollier (diagrama
de presión-entalpía) que muestra un ciclo de
refrigeración en el circuito refrigerante de la primera realización
durante la modalidad de funcionamiento de refrigeración cuando la
temperatura del aire externo disminuye;
La figura 3B es un diagrama de Mollier (diagrama
de presión-entalpía) que muestra un ciclo de
refrigeración en el circuito refrigerante de la primera realización
durante el funcionamiento en modalidad de calentamiento cuando la
temperatura del aire exterior disminuye;
La figura 4A es un diagrama de Mollier (diagrama
de presión-entalpía) que muestra un ciclo de
refrigeración en el circuito refrigerante de la primera realización
durante la modalidad de refrigeración cuando la temperatura del
aire exterior aumenta;
La figura 4B es un diagrama de Mollier (diagrama
de presión-entalpía) que muestra un ciclo de
refrigeración en el circuito refrigerante de la primera realización
durante la modalidad funcional de calentamiento cuando la
temperatura del aire exterior aumenta; La figura 5 es un diagrama
del sistema de tuberías que muestra una disposición de un circuito
refrigerante en una segunda realización; y
La figura 6 muestra la relación entre la
temperatura de evaporación del refrigerante y el coeficiente de
rendimiento (COP) en un aparato de refrigeración convencional.
A continuación se describirán realizaciones de
la invención de forma detallada haciendo referencia a las figuras
de dibujos.
Realización 1 de la
invención
Haciendo referencia a la figura 1, se ha
mostrado una primera realización de un acondicionador de aire
constituido por un aparato de refrigeración según la presente
invención. El aparato acondicionador de aire de esta primera
realización comprende un circuito refrigerante (10) y un controlador
(50) que es un dispositivo de control. El acondicionador de aire de
la presente invención está configurado de manera tal que provoca que
el refrigerante circule por el circuito refrigerante (10) para
proporcionar de manera conmutable refrigeración o calentamiento de
un determinado espacio.
El circuito refrigerante (10) está lleno de
dióxido de carbono (CO_{2}) como refrigerante. Además el circuito
refrigerante (10) está dotado de un intercambiador de calor de
interiores (11), un intercambiador de calor de exteriores (12), una
primera válvula de conmutación de cuatro vías (13), una segunda
válvula de cuatro vías (14), un primer compresor (21), un segundo
compresor (22) y un expansor (23).
El cambiador de calor de interiores (11) está
constituido por un cambiador de calor de tubos aleteados del tipo
llamado de aletas transversales. El cambiador de interiores (11) es
alimentado de aire del interior por un ventilador (no mostrado en
la figura). En el cambiador de calor de interiores (11) tiene lugar
el intercambio calorífico entre el aire del interior suministrado
por el ventilador y el refrigerante del circuito refrigerante (10).
En el circuito refrigerante (10), un extremo del cambiador de calor
de interiores (11) está conectado mediante conductos a una primera
abertura de la primera válvula de conmutación de cuatro vías (13) y
el otro extremo está conectado mediante tuberías a una primera
abertura de la segunda válvula de conmutación de cuatro vías
(14).
El cambiador de calor de exteriores (12) está
constituido por un cambiador de calor de tubos aleteados del tipo
llamado de aletas transversales. El cambiador de calor de exteriores
(12) es alimentado de aire externo por un ventilador (no mostrado
en la figura). En el cambiador de calor de exteriores (12), el
intercambio de calor tiene lugar entre el aire exterior
suministrado por el ventilador y el refrigerante del circuito de
refrigeración (10). En el circuito de refrigeración (10) un extremo
del cambiador de calor de exteriores (12) está conectado mediante
tuberías a una segunda abertura de la primera válvula de conmutación
de cuatro vías (13), y el otro extremo está conectado mediante
tuberías a una segunda abertura de la segunda válvula de
conmutación de cuatro vías (14).
Tanto el primer compresor (21) como el segundo
compresor (22) están constituidos por máquinas de fluido del tipo
de pistón rodante. En otras palabras, estos dos compresores (21, 22)
están constituidos por máquinas de fluido del tipo de
desplazamiento cuyo volumen de desplazamiento es constante. En el
circuito refrigerante (10), los lados de descarga del primer y
segundo compresores (21, 22) están conectados mediante tuberías a
una tercera abertura de la primera válvula de conmutación de cuatro
vías (13) y sus lados de succión está conectados mediante tuberías
a una cuarta abertura de la primera válvula de conmutación de cuatro
vías (13). De este modo, en el circuito refrigerante (10), el
primer compresor (21) y el segundo compresor (22) están conectados
en paralelo entre si.
El expansor (23) está formado por la máquina de
fluido del tipo de pistón rodante. Es decir, el expansor (23) está
formado por una máquina de fluido del tipo de desplazamiento cuyo
volumen de desplazamiento es constante. En el circuito refrigerante
(10), el lado de entrada del expansor (23) está conectado mediante
tuberías a una tercera abertura de la segunda válvula de
conmutación de cuatro vías (14) y su lado de salida está conectado
mediante tuberías a una cuarta abertura de la segunda válvula de
conmutación de cuatro vías (14).
Los compresores (21, 22) y el expansor (23) no
están limitados a máquinas de fluidos del tipo de pistón rodante.
En otras palabras, por ejemplo, se pueden utilizar para constituir
los compresores (21, 22) y el expansor (23) máquinas de
desplazamiento de fluido del tipo de husillo.
El primer compresor (21) está conectado con
intermedio de un eje de accionamiento al expansor (23) y a un
primer motor eléctrico (31). El primer compresor (21) está accionado
en rotación por la potencia producida por la expansión de
refrigerante en el expansor (23) y por la potencia generada por la
activación del primer motor eléctrico (31). Además, dado que el
primer compresor (21) y el expansor (23) están conectados entre si
por el único eje de impulsión, giran a la misma velocidad. Dicho de
otra manera, la relación entre el volumen de desplazamiento del
primer compresor (21) y el volumen de desplazamiento del expansor
(23) es constante es todo momento.
Por otra parte, el segundo compresor (22) está
conectado con intermedio de un eje de impulsión a un segundo motor
eléctrico (32). Este segundo compresor (22) es impulsado en rotación
solamente por la energía generada al activar el segundo motor
eléctrico (32). Es decir, el segundo compresor (22) puede funcionar
a una velocidad de giro distinta de la del primer compresor (21) y
el expansor (23).
El primer motor eléctrico (31) y el segundo
motor eléctrico (32) reciben la alimentación de corriente alterna
(AC) que tiene una frecuencia predeterminada desde un
correspondiente inversor (no mostrado). La frecuencia de la
potencia AC suministrada al primer motor eléctrico (31) y la
frecuencia de la energía AC suministrada al segundo motor eléctrico
(32) se ajustan individualmente.
Si la frecuencia de la potencia AC suministrada
al primer motor eléctrico (31) se cambia, ello provoca la variación
de la velocidad de giro del primer compresor (21) y del expansor
(23) y como resultado, tanto el primer compresor (21) como el
expansor (23) experimenten una variación en su volumen de
desplazamiento. Es decir, el primer compresor (21) y el expansor
(23) tienen capacidad variable. Por otra parte, si la frecuencia de
la potencia AC suministrada al segundo motor eléctrico (32) es
cambiada, ello provoca que la velocidad de giro del segundo
compresor (22) varíe y, como resultado de ello, el segundo compresor
(22) experimenta un cambio en el volumen de desplazamiento. Es
decir, el segundo compresor (22) tiene capacidad variable.
Tal como se ha descrito en lo anterior, las
aberturas primera a cuarta de la primera válvula de conmutación de
cuatro vías (13) están conectadas, respectivamente, al cambiador de
calor de interiores (11), al cambiador de calor de exteriores (12),
a los lados de descarga del primer y segundo compresores (21, 22) y
a los lados de succión del primer y segundo compresores (21, 22).
La primera válvula de conmutación de cuatro vías (13) es conmutable
entre una primera situación que permite la comunicación de fluido
entre la primera abertura y la cuarta abertura, y comunicación de
fluido entre la segunda abertura y la tercera abertura (tal como se
ha indicado por la línea continua de la figura 1), y una segunda
situación que permite comunicación de fluido entre la primera
abertura y la tercera abertura, y comunicación de fluido entre la
segunda abertura y la cuarta abertura (tal como se ha indicado por
la línea discontinua de la figura 1).
Por otra parte, dichas primera a cuarta
aberturas de la segunda válvula de conmutación de cuatro vías (14)
están, respectivamente, conectadas al cambiador de calor de
interiores (11), al cambiador de calor de exteriores (12), al lado
de la entrada del expansor (23) y al lado de la salida del expansor
(23). La segunda válvula de conmutación de cuatro vías (14) puede
ser conmutada entre una primera situación que permite la
comunicación de fluido entre la primera abertura y la cuarta
abertura, y comunicación de fluido entre la segunda abertura y la
tercera abertura (indicado por la línea continua de la figura 1), y
una segunda situación que permite la comunicación de fluido entre
la primera abertura y la tercera abertura y comunicación de fluido
entre la segunda abertura y la cuarta abertura (tal como se ha
indicado por la línea discontinua de la figura 1).
El circuito refrigerante (10) comprende además
una conducción de derivación (40). Un extremo de la línea de
derivación (40) está conectado entre el lado de entrada del expansor
(23) y la segunda válvula de conmutación de cuatro vías (14) y el
otro extremo de la misma está conectado entre el lado de salida del
expansor (23) y la segunda válvula de conmutación de cuatro vías
(14). En otras palabras, la línea de derivación (40) constituye un
paso de derivación que establece comunicación de fluido entre el
lado de entrada y el lado de salida del expansor (23).
La línea de derivación (40) está dotada de una
válvula de derivación (41) que es una válvula de control. La
válvula de derivación (41) está constituida por una llamada válvula
de expansión electrónica, en la que la apertura de la válvula de
derivación (41) es variable al hacer girar su aguja con un motor de
impulsos o similar. Cuando la apertura de la válvula de derivación
(41) es modificada, el caudal de refrigerante que pasa por la línea
de derivación (40) varía así mismo. Además, cuando la válvula de
derivación (41) es colocada en posición de cierre completo, la
conducción de derivación (40) pasa a estado bloqueado. Como
resultado de ello, la totalidad del refrigerante a alta presión es
suministrado al expansor (23).
El controlador (50) está configurado de manera
tal que regula la capacidad del segundo compresor (22) y el caudal
de refrigerante en la conducción de derivación (40) a efectos de que
la alta presión del ciclo de refrigeración pueda adoptar un valor
objetivo predeterminado. De manera más específica, el controlador
(50) lleva a cabo una operación de regulación de la frecuencia de
la potencia en AC que es suministrada al segundo motor eléctrico
(32) y una operación de regulación de la apertura de la válvula de
derivación (41). Además, el controlador (50) lleva a cabo también
una operación de control de la capacidad del primer compresor (21)
al regular la frecuencia de la potencia en AC suministrada al
primer motor eléctrico (31).
Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, se
describen las operaciones de refrigeración y calentamiento de un
espacio con el acondicionador de aire de la presente realización. El
punto A, punto B, punto C y punto D utilizados en la descripción
corresponden, respectivamente, al punto A, punto B, punto C y punto
D mostrados en el diagrama de Mollier de la figura 2. Además, se
describe el funcionamiento cuando el segundo compresor (22) está
parado y la válvula de derivación (41) está completamente cerrada.
Estas operaciones en esta situación son llevadas a cabo en una
situación operativa en la que la relación del volumen específico de
refrigerante en la salida del evaporador y el volumen específico de
refrigerante en la salida de un radiador, se corresponde con la
relación de volumen de desplazamiento del primer compresor (21) y el
volumen de desplazamiento del expansor (23).
En el funcionamiento en modalidad de
refrigeración, la primera válvula de conmutación de cuatro vías (13)
y la segunda válvula de cuatro vías (14) se conmutan cada una de
ellas a la situación que se ha indicado (indicada por la línea
continua de la figura 1). En esta situación, el primer motor
eléctrico (31) es activado lo que provoca el paso del refrigerante
por el circuito refrigerante (10), de manera que se lleva a cabo el
ciclo de refrigeración. En este momento, el cambiador de calor
externo (12) funciona como radiador, mientras que por otra parte,
el cambiador de calor interno (11) funciona como evaporador. Se
dispone (P_{H}) (alta presión del ciclo de refrigeración) a un
valor más elevado que (P_{C}) (presión crítica del dióxido de
carbono como refrigerante)(ver figura 2).
El refrigerante a alta presión en el estado
mostrado por el punto A es expulsado hacia fuera del primer
compresor (21). Este refrigerante a alta presión pasa hacia adentro
del cambiador de calor externo (12) mediante la primera válvula de
conmutación de cuatro vías (13). En el cambiador de calor exterior
(12), el refrigerante a alta presión disipa calor hacia el aire
externo, se reduce en cuanto a entalpía sin cambio de presión (es
decir, su presión continúa a un nivel P_{H}) y cambia de estado en
el punto B.
El refrigerante a alta presión que sale del
cambiador de calor externo (12) pasa hacia dentro del expansor (23)
mediante la segunda válvula de conmutación de cuatro vías (14). En
el expansor (23) el refrigerante a alta presión introducido en el
mismo se expansiona, y la energía interna de refrigerante a alta
presión es convertida en energía de rotación. Como resultado de la
expansión en el expansor (23), el refrigerante a alta presión
disminuye su presión y entalpía y cambia de estado en el punto C. Es
decir, por el paso a través del expansor (23), la presión del
refrigerante disminuye de (P_{H}) a (P_{L}).
El refrigerante a baja presión a un nivel de
presión (P_{L}) que sale del expansor (23) pasa hacia dentro del
cambiador de calor interno (11) mediante la segunda válvula de
conmutación de cuatro vías (14). En el cambiador de calor interior
(11), el refrigerante a baja presión absorbe calor del aire interno,
aumenta su entalpía sin cambio de presión (es decir, su presión
sigue a nivel P_{L}) y cambia de estado en el punto D. Además, en
el cambiador de calor interior (11), el aire interior es refrigerado
por el refrigerante a baja presión, y el aire interior enfriado de
esta manera es devuelto al espacio interior.
El refrigerante a baja presión que sale del
cambiador de calor interior (11) es introducido en el primer
compresor (21) mediante la primera válvula de conmutación de cuatro
vías (13). El refrigerante introducido en el primer compresor (21)
es comprimido a un nivel de presión PH, cambia de estado en el punto
A y es expulsado desde el primer compresor (21).
Durante el funcionamiento en modalidad de
calentamiento, la primera válvula de conmutación de cuatro vías
(13) y la segunda válvula de conmutación de cuatro vías (14) cambian
de estado (indicado por la línea discontinua de la figura 1). Si en
esta situación, el primer motor eléctrico (31) es activado, se
provoca la circulación de refrigerante por el circuito de
refrigeración (10), de manera que se lleva a cabo un ciclo de
refrigeración. En este momento el cambiador de calor interior (11)
funciona como radiador, mientras que, por otra parte, el cambiador
de calor externo (12) funciona como evaporador. Además, la alta
presión del ciclo de refrigeración (P_{H}) se ajusta a un valor
más elevado que la presión crítica del dióxido de carbono como
refrigerante (P_{C}), igual que en la modalidad de funcionamiento
en refrigeración (ver figura 2).
El refrigerante a alta presión en el estado del
punto A es expulsado hacia fuera del primer compresor (21). Este
refrigerante a alta presión pasa hacia dentro del cambiador de
presión interior (11), mediante la primera válvula de conmutación
de cuatro vías (13). En el cambiador de calor interior (11) el
refrigerante a alta presión disipa calor hacia el aire interior,
reduciendo su entalpía sin cambio de presión (es decir, su presión
permanece al nivel P_{H}) y cambia de estado en el punto B.
Además, en el cambiador de calor interior (11), el aire interno es
calentado por el refrigerante a alta presión. El aire interior
calentado de este modo es suministrado nuevamente al espacio
interior.
El refrigerante a alta presión que sale del
cambiador de calor interior (11) pasa hacia dentro del expansor
(23) mediante la segunda válvula de conmutación de cuatro vías (14).
En el expansor (23) el refrigerante a alta presión introducido en
el mismo se expansiona y la energía interna del refrigerante a alta
presión es convertida en potencia de rotación. Como resultado de la
expansión en el expansor (23), el refrigerante a alta presión
disminuye su presión y entalpía y cambia de estado en el punto C. Es
decir, por el paso por el expansor (23), la presión del
refrigerante desciende desde (P_{H}) a (P_{L}).
El refrigerante a baja presión a un nivel de
presión (P_{L}) que sale del expansor (23) pasa hacia dentro del
cambiador de calor exterior (12) mediante la segunda válvula de
conmutación de cuatro vías (14). En el cambiador de calor exterior
(12) el refrigerante a baja presión absorbe calor del aire externo,
aumenta su entalpía sin cambio de presión (es decir, su presión
permanece al nivel P_{L}) y cambia de estado en el punto D.
El refrigerante de baja presión que sale del
cambiador de calor exterior (12) es introducido en el primer
compresor (21) mediante la primera válvula de conmutación de cuatro
vías (13). El refrigerante introducido en el primer compresor (21)
es comprimido a un nivel de presión (P_{H}), cambia de estado en
el punto A y es expulsado del primer compresor (21).
El controlador (50) regula la capacidad del
segundo compresor (22) y el caudal de refrigerante en la conducción
de derivación (40) a efectos de que la alta presión del ciclo de
refrigeración (P_{H}) pueda adoptar un valor objetivo
predeterminado.
El controlador (50) es alimentado a un valor
medido de baja presión del ciclo de refrigeración (P_{L}), y un
valor medido de la temperatura de refrigerante (T) en la salida del
cambiador de calor externo (12) funcionando como radiador o en la
salida del cambiador de calor interior (11) funcionando como
radiador. Además, el controlador (50) es alimentado a un valor
medido de alta presión del ciclo de refrigeración (PH). El
controlador (50) regula la frecuencia de la potencia en AC
suministrada al segundo motor eléctrico (32) y la apertura de la
válvula de derivación (41) a efectos de que el valor medido de alta
presión del ciclo de refrigeración (P_{H}) pueda adoptar un
predeterminado valor objetivo.
Basándose en la introducción de los valores
medidos, es decir, el valor medido de la baja presión (P_{L}) y
el valor medido de la temperatura de refrigerante (T), el
controlador (50) ajusta como valor objetivo un valor óptimo para la
alta presión del ciclo de refrigeración. Al proceder de este modo,
el controlador (50) calcula, utilizando ecuaciones de correlación
previamente registradas, tablas de datos numéricos o similares, un
valor óptimo para la alta presión del ciclo de refrigeración, es
decir, un valor de alta presión capaz de hacer máximo el COP del
ciclo de refrigeración y ajusta el resultado como un valor objetivo.
A continuación, el controlador (50) compara un valor de entrada
medido de la alta presión (P_{H}) con el valor objetivo que se ha
ajustado y lleva a cabo las siguientes operaciones de acuerdo con el
resultado de la comparación.
Cuando el valor medido de la alta presión
(P_{H}) se corresponde con el valor objetivo, no se tiene que
cambiar ni la capacidad del segundo compresor (22) ni tampoco el
caudal de refrigerante en la conducción de derivación (40). Por lo
tanto, el controlador (50) controla la frecuencia en potencia AC que
es suministrada al segundo motor eléctrico (32) y la apertura de la
válvula de derivación (41), de manera que permanecen sin cambios.
En otras palabras, si el segundo compresor (22) se encuentra en
reposo, entonces el segundo compresor (22) será mantenido en estado
de paro. Además, si la válvula de derivación (41) está completamente
cerrada, entonces la válvula de derivación (41) será mantenida en
dicho estado completamente cerrado.
Si en cierto estado operativo, tanto el primer
compresor (21) como el segundo compresor (22) son accionados cuando
el valor medido de la alta presión (P_{H}) es mayor que el valor
objetivo, se puede decidir que la suma total del volumen de
desplazamiento del primer compresor (21) y el volumen de
desplazamiento del segundo compresor (22) es excesivo. Basándose en
esta decisión, el controlador (50) reduce la frecuencia de la
potencia en AC que está siendo suministrada al segundo motor
eléctrico (32) y reduce la velocidad de rotación del segundo
compresor (22) reduciendo de esta manera el volumen de
desplazamiento del segundo compresor (22). Es decir, el controlador
(50) reduce la capacidad del segundo compresor (22).
Si incluso cuando el segundo compresor (22) es
llevado a la situación de paro, el valor medido de la alta presión
(P_{H}) es todavía superior al valor objetivo, se puede decidir
que el volumen de desplazamiento del expansor (23) es excesivamente
pequeño. Para afrontar la situación, este controlador (50) coloca la
válvula de derivación (41) en estado abierto para introducir
refrigerante tanto en el expansor (23) como en la conducción de
derivación (40). Es decir, el caudal de refrigerante pasa no
solamente por el expansor (23), sino también por la conducción de
derivación (40), asegurando de esta manera la cantidad de
circulación de refrigerante.
Si en cierto estado operativo, el segundo
compresor (22) se encuentra en reposo mientras la válvula de
derivación (41) se encuentra en estado abierto cuando el valor
medido de la alta presión (P_{H}) desciende por debajo del valor
objetivo, se puede decidir que la suma total del caudal de
refrigerante en el expansor (23) y el caudal de refrigerante en la
conducción de derivación (40) es excesivamente grande. Para afrontar
la situación, el controlador (50) reduce la abertura de la válvula
de derivación (41) para reducir el caudal de refrigerante en la
conducción de derivación
(40).
(40).
Si, incluso cuando la válvula de derivación (41)
es llevada a la posición completamente abierta, el valor medido de
la alta presión (P_{H}) se encuentra todavía por debajo del valor
objetivo, se puede decidir que el volumen de desplazamiento del
primer compresor (21) es excesivamente reducido. Por lo tanto, en
este caso, el controlador (50) empieza suministrando potencia al
segundo motor eléctrico (32) para activar el segundo compresor
(22). Después de ello, el controlador (50) aumenta o disminuye la
frecuencia de la potencia en AC que es suministrada al segundo
motor eléctrico (32) según las necesidades, de manera que se varía
la velocidad de rotación del segundo compresor (22). De esta manera
se regula el volumen de desplazamiento del segundo compresor (22).
Como resumen, el controlador (50) controla la capacidad del segundo
compresor (22).
Si incluso cuando la velocidad de rotación del
segundo compresor (22) aumenta hasta un valor máximo (es decir,
incluso cuando la capacidad del segundo compresor (22) se incrementa
hasta un valor máximo), el valor medido de la alta presión
(P_{H}) se encuentra todavía por debajo del valor objetivo, se
puede decidir que el volumen de desplazamiento del expansor (23) es
excesivamente grande. Por lo tanto, en este caso, el controlador
(50) reduce la frecuencia de la potencia en AC que es suministrada
al primer motor eléctrico (31), de manera que la velocidad de
rotación del expansor (23) se reduce. De esta manera, se reduce el
volumen de desplazamiento del expansor (23).
En el acondicionador de aire de la primera
realización, en el circuito refrigerante (10), el segundo compresor
(22) no conectado al expansor (23) está dispuesto en paralelo con el
primer compresor (21). A causa de esta disposición, incluso en una
condición operativa en la que el volumen de desplazamiento resulta
deficiente solamente por el primer compresor (21) conectado al
expansor (23), es posible compensar esta deficiencia poniendo en
funcionamiento el segundo compresor (22), y el ciclo de
refrigeración se continua en condiciones operativas adecuadas.
En este caso, se supondrá que la temperatura del
aire del exterior disminuye en condiciones operativas en las que el
valor medido de la alta presión (P_{H}) se corresponde con el
valor objetivo cuando el segundo compresor (22) está parado y la
válvula de derivación (41) está cerrada en el acondicionador de
aire. En este momento, el refrigerante en la salida del cambiador
de calor externo (12) (que funciona como un radiador) cambia de
estado desde el punto B al punto B', tal como se muestra en la
figura 3A, si el acondicionador de aire se encuentra en modalidad
de funcionamiento de refrigeración del recinto. En otras palabras,
la temperatura del refrigerante en la salida del cambiador de calor
externo (12) disminuye y, como resultado, el volumen específico de
refrigerante disminuye. Por otra parte, si el acondicionador de aire
se encuentra en modalidad de calentamiento, la presión de
refrigerante en el cambiador de calor externo (12) (que funciona
como evaporador) disminuye desde (P_{L}) a (P_{L}') tal como se
muestra en la figura 3B. Es decir, la baja presión del ciclo de
refrigeración disminuye, y como resultado, el volumen específico de
refrigerante en la salida del cambiador de calor externo (12)
aumenta.
Cuando la temperatura del aire externo disminuye
tal como se ha descrito en lo anterior, es necesario en un
acondicionador de aire convencional sin el segundo compresor (22),
establecer un equilibrio en el volumen de desplazamiento entre el
lado del compresor y el lado del expansor introduciendo
refrigerante, cuyo volumen específico es preincrementado por
expansión en una válvula de expansión dispuesta más arriba del
expansor (23), hacia dentro del expansor (23).
Por otra parte, en la presente realización, el
volumen de desplazamiento del lado del compresor está equilibrado
con el volumen de desplazamiento del lado del expansor por el
funcionamiento, tanto del primer compresor (21) como del segundo
compresor (22). A causa de ello, si el acondicionador se encuentra
en una modalidad de funcionamiento de refrigeración, resulta
posible llevar a cabo un ciclo de refrigeración tal como se ha
indicado por la línea continua de la figura 3A al introducir
refrigerante en el estado del punto B' en el expansor (23) tal como
se ha mostrado en la figura 3A. Por otra parte, si el acondicionador
de aire se encuentra en la modalidad de funcionamiento de
calentamiento, resulta posible un ciclo de refrigeración tal como se
ha mostrado con la línea continua de la figura 3B al introducir
refrigerante en el estado del punto B en el expansor (23) tal como
se ha mostrado en la figura 3B.
Como resumen, incluso en el estado operativo en
el que el refrigerante tiene que pasar hacia dentro del expansor
(23) después de ser preexpansionado por una válvula de expansión o
similar tal como se requiere de forma convencional, es posible
introducir refrigerante a alta presión después de la disipación de
calor en el expansor (23) sin necesidad de preexpansión. Como
resultado, se evita la degradación de potencia producida en el
expansor (23). De acuerdo con ello, según la presente realización,
es posible conseguir ciclos operativos estables de refrigeración
con independencia de las condiciones de funcionamiento, haciendo
posible de esta manera mejorar el COP del acondicionador de
aire.
aire.
Por otra parte, se supondrá que la temperatura
del aire exterior aumenta en condiciones operativas en las que el
valor medido de la presión alta (P_{H}) se corresponde con el
valor objetivo cuando el segundo compresor (22) se encuentra parado
y la válvula de derivación (41) está cerrada en el acondicionador de
aire. En este momento el refrigerante en la salida del cambiador de
calor externo (12) (que funciona como radiador) cambia de estado
del punto B al punto B' tal como se muestra en la figura 4A, si el
acondicionador de aire se encuentra en modalidad operativa de
refrigeración. En otras palabras, la temperatura del refrigerante en
la salida del cambiador de calor externo (12) aumenta, y como
resultado de ello, aumenta el volumen específico de refrigerante.
Por otra parte, si el acondicionador de aire se encuentra en
modalidad de funcionamiento de calentamiento, la presión del
refrigerante en el cambiador de calor externo (12) (que funciona
como evaporador) aumenta de (P_{L}) a (P_{L}'), tal como se ha
mostrado en la figura 4B. Es decir, la baja presión del ciclo de
refrigeración aumenta y como resultado el volumen específico de
refrigerante en la salida del cambiador de calor externo (12)
disminuye.
Cuando la temperatura del aire externo aumenta
tal como se ha descrito anteriormente en la presente realización,
la válvula de derivación (41) está situada en estado de apertura a
efectos de introducir refrigerante también en la conducción de
derivación (40) para establecer un equilibrio entre el caudal del
lado de compresión y del lado de expansión. Si el acondicionador de
aire se encuentra en estado funcional de refrigeración, el
refrigerante que se encuentra en el estado del punto C', más allá
del expansor (23) y el refrigerante en el estado del punto E, más
allá de la válvula de derivación (41), pasa hacia dentro del
cambiador de calor interno (11) que funciona como evaporador, tal
como se ha mostrado en la figura 4A. Además, si el acondicionador de
aire se encuentra en una modalidad operativa de calentamiento, el
refrigerante en el estado del punto C', más allá del expansor (23)
y el refrigerante en el estado del punto E, más allá de la válvula
de expansión (41), pasan hacia dentro del cambiador de calor
externo (12) que funciona como evaporador, tal como se ha mostrado
en la figura 4B.
De acuerdo con lo anterior, según la presente
invención, incluso en condiciones operativas en las que el volumen
de desplazamiento del expansor (23) solo no es suficiente para
asegurar la circulación requerida de refrigerante, se soluciona la
deficiencia del caudal de refrigerante por introducción de
refrigerante a alta presión en la conducción de derivación (40),
haciendo posible de esta manera asegurar la continuación del ciclo
de refrigeración en condiciones operativas adecuadas.
Resulta cierto que si una parte del refrigerante
a alta presión es introducido en la conducción de derivación (40),
toda la cantidad de refrigerante a alta presión que pasa hacia
dentro del expansor (23) se reduce en una cantidad correspondiente,
provocando de esta manera la degradación de la potencia producida en
el expansor (23). No obstante, en el diseño de acondicionadores de
aire, los compresores y expansores (23) se diseñan en general a
afectos de conseguir un COP máximo en las condiciones operativas más
frecuentes y la frecuencia de condiciones operativas que requiere
la introducción de refrigerante en la conducción de derivación (40)
no es muy elevada. Cuando se intenta afrontar esta situación
operativa de baja frecuencia controlando la capacidad del segundo
compresor (22), esto provoca que el COP del acondicionador de aire
disminuya en condiciones operativas de alta frecuencia a causa de,
por ejemplo, la existencia de la pérdida de potencia en los motores
eléctricos (31, 32).
De acuerdo con ello, según la presente
invención, los ciclos de refrigeración se continúan por introducción
de refrigerante en la línea de derivación (40) en condiciones
operativas especiales de baja frecuencia y la capacidad de
utilización del acondicionador de aire se mantiene a elevado nivel
mientras que, por otra parte, se obtienen COP elevados al
introducir refrigerante a alta presión en el expansor (23) en
condiciones de funcionamiento normal de elevada frecuencia.
\newpage
Realización 2 de la
invención
Una segunda realización de la presente invención
consiste en una realización en la que el circuito refrigerante (10)
y el controlador (50) de la primera realización están modificados en
su configuración. A continuación se describirán las diferencias
entre la presente realización y la primera realización.
Tal y como se ha mostrado en la figura 5, en el
circuito refrigerante (10) de la presente realización, la
conducción de derivación (40) y la válvula de derivación (41) se han
omitido. De acuerdo con ello, el controlador (50) de la presente
realización está configurado a efectos de regular solamente la
capacidad del primer y segundo compresores (21, 22). En otras
palabras, si el valor medido de la presión alta (P_{H}) supera al
valor objetivo, el controlador (50) reduce la velocidad de rotación
del segundo motor eléctrico (32) disminuyendo de esta manera la
capacidad del segundo compresor (22). Por otra parte, si el valor
medido de la alta presión (P_{H}) disminuye por debajo del valor
objetivo, el controlador (50) incrementa la velocidad de rotación
del segundo motor eléctrico (32), incrementando de esta manera la
capacidad del segundo compresor (22).
Por ejemplo, en el caso en el que la gama de
condiciones operativas que debe afrontar el acondicionador de aire
no es muy amplia y en el caso en el que el segundo compresor (22) es
ampliamente regulable en capacidad, mientras que el segundo
compresor (22) mantiene un elevado rendimiento, se pueden omitir la
conducción de derivación (40) y la válvula de derivación (41).
Tal como se ha descrito en lo anterior, la
presente invención es útil para aparatos de refrigeración dotados
de expansores.
Claims (3)
1. Aparato de refrigeración, que lleva a cabo un
ciclo de refrigeración por circulación de refrigerante por un
circuito refrigerante (10), que comprende:
- un expansor (23), dispuesto en dicho circuito
refrigerante (10) para producir potencia por expansión de
refrigerante a alta presión;
- un primer compresor (21), dispuesto en dicho
circuito refrigerante (10) y conectado a un primer motor eléctrico
(31) y dicho expansor (23), para comprimir refrigerante cuando es
impulsado por la potencia producida en dicho primer motor eléctrico
(31) y dicho expansor (23);
- un segundo compresor de capacidad variable
(22), dispuesto en paralelo con dicho primer compresor (21) en el
circuito refrigerante (10) y conectado a un segundo motor eléctrico
(32) para comprimir refrigerante cuando es accionado por la
potencia producida en dicho segundo motor eléctrico (32);
caracterizado por:
- un conducto de derivación (40) para establecer comunicación de fluido entre los lados de entrada y de salida de dicho expansor (23) en dicho circuito refrigerante (10);
- una válvula de control (41) para regular el caudal de refrigerante en dicho paso de derivación (40); y
- medios de control (50) para regular la capacidad de dicho segundo compresor (22) y la abertura de la válvula de control (41), de manera que la alta presión de dicho ciclo de refrigeración alcanza un valor objetivo predeterminado.
2. Aparato de refrigeración según la
reivindicación 1, en el que dicho aparato de refrigeración está
configurado de manera tal que:
- -
- cuando dicha válvula de control (41) se encuentra en situación completamente cerrada y la alta presión de dicho ciclo de refrigeración disminuye por debajo de dicho valor objetivo predeterminado, dichos medios de control (50) ponen en funcionamiento dicho segundo compresor (22) y regula la capacidad de dicho segundo compresor (22); y
- -
- cuando dicho segundo compresor (22) se encuentra parado y la alta presión de dicho ciclo de refrigeración supera el valor objetivo predeterminado, dichos medios de control (50) colocan dicha válvula de control (41) en estado abierto y regulan la apertura de la válvula de control (41).
3. Aparato de refrigeración según la
reivindicación 1, en el que:
- -
- dicho circuito refrigerante (10) está lleno de dióxido de carbono como refrigerante y la alta presión de dicho ciclo de refrigeración llevado a cabo por la circulación de refrigerante por dicho circuito refrigerante (10) es dispuesta a un valor más elevado que la presión crítica del dióxido de carbono.
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