ES2607777T3 - Dispositivo refrigerador - Google Patents
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Abstract
Una unidad de refrigeración para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular R32 como un refrigerante a través de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor (23), un condensador (22), un medio de expansión (26), y un evaporador (2), caracterizada porque una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 400 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador.
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo refrigerador Campo tecnico
La presente invencion se refiere a una unidad de refrigeracion, y se refiere mas en concreto a una unidad de refrigeracion que utiliza R32 (formula qmmica: CH2F2) como un refrigerante alternativo a R22 (formula qmmica: CHCIF2) o que utiliza refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32.
Antecedentes de la invencion
Los retos medioambientales globales relativos a unidades de refrigeracion o acondicionadores de aire que realizan un ciclo refrigerante utilizando refrigerantes incluyen (1) la proteccion de la ozonosfera, (2) la conservacion de energfa, (3) medidas contra el calentamiento global (control de emisiones de CO2 y analogos), y (4) el reciclado de recursos.
En los retos medioambientales globales, en particular en vista de la proteccion de la ozonosfera, R22 (HFC22) es de ODP alto (potencial de agotamiento del ozono) de modo que no se considera un refrigerante preferible. Consiguientemente, como refrigerantes alternativos prospectivos a R22, estan R410A (HFC32:HFC125 = 50:50 (relacion en peso)) y R407C (HFC32:HFC125:HFcl34a = 23:25:52 (relacion en peso)). Algunas unidades de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante utilizando R410A o R407C han logrado el mismo COP (coeficiente de rendimiento) que R22, y ya se han fabricado como productos.
Con respecto a la conservacion de energfa, ya se ha notificado que los acondicionadores de aire designados tienen que mejorar el COP aproximadamente 4% para finales de Septiembre de 2004 (notificacion numero 190 del Ministerio de Comercio e Industria Internacionales en base a la “Ley relativa al uso racional de la energfa”). Por lo tanto, con vistas a la conservacion de la energfa, hay que usar refrigerantes que tengan un valor COP grande.
Ademas, las demandas de prevencion del calentamiento global cada vez son mas estrictas. En el campo de las unidades de refrigeracion o acondicionadores de aire, se usa un mdice de calentamiento global llamado TEWI (impacto total equivalente sobre el calentamiento) para evaluar las unidades de refrigeracion y los acondicionadores de aire. El TEWI se expresa como la suma de un impacto de refrigerantes liberados al aire (impacto directo) y el consumo de energfa de una unidad (impacto indirecto). El impacto directo incluye GWP (potencial de calentamiento global), mientras que el impacto indirecto incluye una redproca de COP. En consecuencia, con el fin de evitar el calentamiento global, o equivalentemente, de disminuir el valor de TEWI, hay que seleccionar refrigerantes que tengan un valor GWP pequeno y un valor COP grande.
Los valores GWP de R407C y R410A son 1980 y 2340, respectivamente, que son ligeramente superiores al valor GWP 1900 de R22. Consiguientemente, R32 (HFC32) se espera como un refrigerante prospectivo que tiene un valor GWP pequeno para la prevencion del calentamiento global. R32 tiene el valor GWP de 650, que es aproximadamente un tercio de los valores GWP 1900, 1980 y 2340 de R22, R407C y R410A, y por lo tanto se considera un valor sumamente pequeno.
Los valores COP de R407C y R410A son aproximadamente iguales al valor COP de R22, mientras que el valor COP de R32 no es superior al de R22. Mas en concreto, aunque de la unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante utilizando R32 se espera teoricamente un valor COP alto a causa de las caractensticas de R32, hasta ahora no se ha facilitado ningun resultado real que exceda de forma significativa del COP de R22. Ademas, el uso de R32 produce un fenomeno de presion mas alta y temperatura de descarga mas alta en comparacion con el uso de R22. Ademas de eso, existe el problema de la dificultad de llegar a un consenso de seguridad porque R32 tiene una ligera inflamabilidad. A causa de esta razon, la sociedad industrial no ha adoptado R32 como un producto refrigerante alternativo.
El documento “The performance evaluation of HFC alternative refrigerants for HCFC-22” (Proceedings Padua Meeting IIR, 21 September, 1994, paginas 239-247) reporta sobre el rendimiento de los refrigerantes HFC alternativos propuestos para HCFC-22. Por ello, entre otros, HFC-32/134a y HFC-32/125/134a y HFC-32/125a se han propuesto como candidatos alternativos y su rendimiento es evaluado. El documento “Performance evaluations of low-GWP HFC refrigerants” (International Symposium on HCFC Alternative Refrigerants, November 26, 1998, paginas 155-158) tambien trata de refrigerantes alternativos para HCFC. JP 09031450 tiene la finalidad de proporcionar un refrigerador capaz de suprimir tanto la cantidad de un refrigerante llenado como el coeficiente de calentamiento global. El refrigerador se obtiene usando un refrigerante que tiene una composicion representada por una region triangular R2 formada conectando un punto P a una relacion en peso de 70:30:0 de HFC32:HFC125:HFC134a a un punto Q a una relacion en peso de 55:0:45 y el punto C a la relacion en peso de 100:0:0 y un aceite de alquilbenceno incompatible con el refrigerante como un aceite de refrigerador.
Descripcion de la invencion
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Consiguientemente, un objeto de la presente invencion es proporcionar una unidad de refrigeracion de ahorro de ene^a contra el calentamiento global que es capaz de lograr un COP alto (coeficiente de rendimiento) utilizando R32 que tiene UN GWP pequeno (potencial de calentamiento global) como refrigerante.
La presente invencion se ha realizado en base a que el autor de la presente invencion ha hallado que una tendencia para que el COP de una unidad de refrigeracion cambie en respuesta a una cantidad de un refrigerante (la cantidad total para llenar un circuito de refrigerante) es considerablemente diferente en los tipos de refrigerantes, especialmente entre R32 y otros refrigerantes incluyendo R410A. Mas en concreto, como se representa en la figura 1a, en el caso de usar, por ejemplo, R410A, la tendencia es que el COP aumente gradualmente y se sature con el aumento de una cantidad del refrigerante dentro del rango indicado en el dibujo. Por el contrario, en el caso de usar R32, la tendencia es a que el COP marque un pico con el cambio de una cantidad del refrigerante, y luego presenta una cafda pronunciada una vez que una cantidad del refrigerante esta fuera del rango que produce el pico. Convencionalmente, la razon por la que el uso de R32 no proporciona un COP alto en comparacion con el uso de R410A es que los refrigerantes se usan en el rango relativamente grande de la cantidad del refrigerante (1200 g a 1300 g en el caso representado en la figura 1a). El punto notable aqrn es que un valor maximo del COP en el caso de usar R32 con cambio de cantidad del refrigerante es mucho mas alto que el COP en el caso de usar R410A con una cantidad optima del refrigerante (1300 g en el caso de la figura 1a). Esto indica que el uso de R32 con una cantidad del refrigerante establecida en un rango apropiado permite lograr un COP alto.
Como se ha descrito anteriormente, R32 tiene un GWP muy inferior al de R22 y R410A convencionales (aproximadamente un tercio). Ademas, la adecuada seleccion de una cantidad del refrigerante permite que R32 de un COP mas alto que el de R410A y R22. Esto hace que el TEWI (impacto total equivalente sobre el calentamiento) de R32 sea menor que el TEWI de R22 y R410A, demostrando por ello la superioridad de R32 en las caractensticas de calentamiento global en comparacion con R22 y R410A.
Segun una realizacion que no es parte de la invencion reivindicada, se facilita una unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular R32 como un refrigerante a traves de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor, un condensador, un medio de expansion, y un evaporador, donde una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 120 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion.
Como se ha indicado anteriormente, la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante del rango de 120 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion implementa un COP alto.
Aqrn, el metodo de medir la capacidad de refrigeracion (kW) cumplira las normas del Estandar Industrial Japones (JIS) C9612.
Se hace notar que, dado que la cantidad de R32 para llenado es “del rango de 120 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion”, la cantidad total de R32 para llenar el circuito de refrigerante es, por ejemplo, de 600 g a 2250 g si la capacidad de refrigeracion es 5 kW.
La presente invencion proporciona una unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular R32 como un refrigerante a traves de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor, un condensador, un medio de expansion, y un evaporador, donde una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 400 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador.
Como se ha indicado anteriormente, la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante en el rango de 400 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador implementa un COP alto.
Se indica que la razon por la que la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante se preestablece como “por litro de capacidad no obstruida del condensador” es que la capacidad no obstruida del condensador predomina sobre la cantidad del refrigerante llenado.
Ademas, dado que una cantidad de R32 para llenado es “del rango de 400 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador”, la cantidad total de R32 para llenar el circuito de refrigerante es, por ejemplo, del rango de 600 g a 1125 g si la capacidad no obstruida del condensador es 1,5 litro.
Los principios de la invencion no son aplicables solamente a un solo refrigerante de R32, sino que tambien son aplicables a refrigerantes mezclados que contienen al menos 70 por ciento en peso de R32.
Segun una realizacion que no es parte de la invencion reivindicada, se facilita una unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32 a traves de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor, un condensador, un medio de expansion, y un evaporador, donde una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 84 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion.
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En el caso de usar refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32 como se ha indicado anteriormente, una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante del rango de 84 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion implementa un COP alto.
La presente invencion tambien proporciona una unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32 a traves de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor, un condensador, un medio de expansion, y un evaporador, donde una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 280 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador.
En el caso de usar refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32 como se ha indicado anteriormente, una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante del rango de 280 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador implementa un COP alto.
Breve descripcion de los dibujos
Las figuras 1A y 1B son vistas que representan los resultados de medir COP en el caso de usar R32 como un refrigerante y cOp en el caso de usar R410A como un refrigerante, cada uno con una cantidad del refrigerante (la cantidad total para llenar el circuito de refrigerante) cambiada en operacion de enfriamiento, donde la figura 1A representa el resultado en operacion de enfriamiento y la figura 1B representa el resultado en operacion de calentamiento.
La figura 2 es una vista que representa la estructura del contorno de un acondicionador de aire del tipo de bomba de calor en una realizacion de la presente invencion.
Las figuras 3A y 3B son vistas que representan la comparacion de COP en el caso de usar R32 y COP en el caso de usar R410A en condiciones de igual capacidad (igual capacidad del compresor), donde la figura 3A es una vista que representa la comparacion de COP de R32 y R410A en porcentaje, y la figura 3B es una vista que representa la comparacion en valores medidos.
Las figuras 4A, 4B y 4C son vistas que representan el establecimiento de valores de capacidad no obstruida de un intercambiador de calor interior y capacidad no obstruida de un termointercambiador exterior del acondicionador de aire.
La figura 5 es una vista que representa el contenido y la eficiencia de energfa de R32 en refrigerantes mezclados de R32 y R125.
La figura 6 es una vista que representa COP contra una cantidad de refrigerantes R32 y R410A en enfriamiento y calentamiento.
Y la figura 7 es una vista que representa la capacidad de un acumulador y un receptor contra la capacidad de refrigeracion de cada uno de los refrigerantes R32, R410A y R22.
Mejor modo de llevar a la practica la invencion
Ahora se dara una descripcion detallada de una unidad de refrigeracion en realizaciones de la presente invencion con referencia a los dibujos.
La figura 2 representa la estructura de contorno de un acondicionador de aire del tipo de bomba de calor en una realizacion de la presente invencion. En el acondicionador de aire, una unidad exterior 20 y una unidad interior 1 estan conectadas por tubos de refrigerante 41 y 42 formando un circuito de refrigerante, a traves del que circula R32 como refrigerante. La unidad interior 1 acomoda un intercambiador de calor interior 2. La unidad exterior 20 acomoda un compresor 23 para comprimir y descargar un refrigerante (R32), una valvula de desviacion de cuatro vfas 25 para desviar el refrigerante que pasa, un termointercambiador exterior 22, una valvula de expansion movida por motor 26, y un acumulador 24 para separacion de vapor-lfquido del refrigerante circulado.
En la operacion de enfriamiento para realizar el ciclo refrigerante, conmutando la posicion de la valvula de desviacion de cuatro vfas 25, el refrigerante descargado por el compresor 23 es enviado, como se indica con una lmea continua en la figura 2, a traves de un tubo 31, la valvula de desviacion de cuatro vfas 25 y un tubo 33, al termointercambiador exterior 22 que funciona como un condensador. El refrigerante condensado en el termointercambiador exterior 22 es enviado a traves de un tubo 36, una valvula de expansion 26 para estrechar el paso para expandir el refrigerante y un tubo 42, al intercambiador de calor interior 2 que funciona como un evaporador. Ademas, el refrigerante evaporado en el intercambiador de calor interior 2 se hace volver a traves de un tubo 41, un tubo 34, la valvula de desviacion de cuatro vfas 25, un tubo 32, un acumulador 24 y un tubo 35, al compresor 23. En la operacion de calentamiento, se conmuta la valvula de desviacion de cuatro vfas 25 para enviar el refrigerante descargado por el compresor 23 al intercambiador de calor interior 2 que funciona como un
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condensador a traves del tubo 31, la valvula de desviacion de cuatro v^as 25, el tubo 34 y el tubo 41, como se indica con una lmea de puntos en la figura 2. El refrigerante condensado en el intercambiador de calor interior 2 es enviado al tubo 42, la valvula de expansion 26 en un estado plenamente abierto, el tubo 36, y el termointercambiador exterior 22 que funciona como un evaporador. Ademas, el refrigerante evaporado en el termointercambiador exterior 22 se hace volver a traves del tubo 33, la valvula de desviacion de cuatro vfas 25, el tubo 32, el acumulador 24 y el tubo 35, al compresor 23.
Para evaluar el COP (coeficiente de rendimiento) del acondicionador de aire, el autor de la presente invencion preparo acondicionadores de aire de diferente clase por capacidad de 2,2 kW a 5,0 kW con la capacidad no obstruida del intercambiador de calor interior 2 y la capacidad no obstruida del termointercambiador exterior 22 cambiadas en variaciones representadas en las figuras 4A y 4B. La figura 4C representa la comparacion de la capacidad no obstruida del termointercambiador exterior 22 y la capacidad no obstruida del intercambiador de calor interior 2. La capacidad no obstruida de todo el circuito de refrigerante se cambia segun el parametro de la capacidad no obstruida del intercambiador de calor interior 2 y la capacidad no obstruida del termointercambiador exterior 22.
Por ejemplo, con respecto al acondicionador de aire de clase 5,0 kW, la capacidad no obstruida del termointercambiador exterior 22 se pone a 1,45 litro y la capacidad no obstruida del intercambiador de calor interior 2 se pone a 0,47 litro. En el acondicionador de aire de clase 5,0 kW, el COP se midio con la cantidad de refrigerante (la cantidad total para llenar el circuito de refrigerante) cambiada. El resultado se muestra en las figuras 1A y 1B, donde la figura lA representa el COP en operacion de enfriamiento y la figura 1B representa COP en operacion de calentamiento. Como se representa en la figura 1A, en operacion de enfriamiento, se obtuvieron valores COP maximos relativamente altos de 2,7 a 2,8 cuando la cantidad del refrigerante era 960 g, mientras que el acondicionador de aire con la misma capacidad de 5,0 kW y usando R410A mostro un COP de 2,2 a lo sumo (cuando la cantidad del refrigerante era 1300 g).
Asf, se intento hallar el rango de una cantidad del refrigerante que da un COP maximo en cada condicion en el caso de usar R32. Como resultado, se hallo que el COP maximo se obtiene cuando la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 120 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion, o la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 400 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del termointercambiador exterior 22.
Ademas, en el caso de la misma capacidad (igual capacidad del compresor) en el rango de 2,2 kW a 5,0 kW, se compararon el COP utilizando R32 y el COP utilizando R410A, y se obtuvo el resultado mostrado en las figuras 3A y 3B. La cantidad del refrigerante en el caso de usar R32 se optimizo en el rango de 60% en peso a 80% en peso contra una cantidad del refrigerante en el caso de usar R410A. La figura 3A representa que el COP utilizando R32 era 108,1% al usar el valor COP utilizando R410A como referencia (100%). La figura 3B representa que el COP utilizando R410A era 4,00 mientras que el COP utilizando R32 era 4,33. Esto implica que el uso de R32 con una cantidad del refrigerante establecida en un rango apropiado permite lograr un COP mucho mas alto que en el caso de usar R410A. La mejora del COP puede ser atribuida a la pequena perdida de presion y transferencia de calor mejorada del refrigerante ademas de mejores propiedades ffsicas del refrigerante.
Las figuras 1A y 1B tambien indican que una cantidad optima del refrigerante que da un COP maximo en el caso de usar R32 era 960 g en operacion de enfriamiento y 840 g en operacion de calentamiento, mientras que una cantidad optima del refrigerante en el caso de usar R410A era 1300 g en operacion de enfriamiento y 1100 g en operacion de calentamiento. Como implica este resultado, la relacion de refrigeracion/calentamiento de una cantidad optima del refrigerante en el caso de usar R32 es mas proxima a 1 en comparacion con el caso de usar R410A. Esto ahorra un deposito de regulacion de refrigerante de refrigeracion/calentamiento e implementa la disminucion de la capacidad del acumulador.
Aunque en la realizacion se ha descrito el acondicionador de aire del tipo de bomba de calor, la presente invencion no se limita naturalmente a el. La presente invencion se puede aplicar ampliamente a las unidades para realizar un ciclo refrigerante utilizando R32 como refrigerante.
Ademas, los principios de la presente invencion no son solamente aplicables a un solo refrigerante de R32, sino que tambien son aplicables a refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32. Por ejemplo, un compuesto de R32 y R125 se considera un refrigerante mezclado. En los refrigerantes mezclados de R32 y R125, el rango que tiene 70 por ciento en peso de R32 o menos es un rango azeotropico donde la composicion de lfquido y la composicion de vapor generado son identicas, mientras que otros rangos se clasifican como un rango no azeotropico. Con el aumento del contenido de R32, se esclarecen las propiedades de R32, y en el rango no azeotropico, las propiedades de R32 son destacables.
Experimentos realizados por el autor de la presente invencion confirmaron que en el caso de usar refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32, se obtiene un COP alto si la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 84 g a 450 g por kW de capacidad de refrigeracion, o la cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 280 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del
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condensador.
La figura 5 representa la relacion entre un contenido de R32 en refrigerantes mezclados conteniendo R125 y la eficiencia energetica. Con un contenido de R32 igual a 70 por ciento en peso o mas, el aumento de la eficiencia energetica es considerable. Con un contenido de R32 superior a aproximadamente 80 por ciento en peso, la eficiencia energetica excede de la eficiencia energetica de r22. Por lo tanto, con un contenido de R32 igual a 70 por ciento en peso o mas, se obtiene un COP alto.
Asf, un solo refrigerante de R32 o refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32, como se representa en las figuras 1 y 5, tienen el COP igual o mas alto que el de refrigerantes convencionales como R22. Ademas, el GWP (potencial de calentamiento global) de R32 es de solo aproximadamente un tercio del GWP de refrigerantes convencionales como R22, como se ha indicado antes. En consecuencia, el TEWI (impacto total equivalente sobre el calentamiento) de R32 es inferior al TEWI de R22 y R410A (tasa de disminucion de 10 a 20%), demostrando por ello la superioridad de R32 en caractensticas de calentamiento global en comparacion con R22 y R410A.
En vista de lo anterior, el refrigerante R32 y los refrigerantes mezclados conteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32 no solamente no agotan la ozonosfera, sino que tambien son de pequeno GWP (potencial de calentamiento global) y TEWI (impacto total equivalente sobre el calentamiento) y de COP (coeficiente de rendimiento) grande, lo que los convierte en refrigerantes de ahorro de energfa contra el calentamiento global.
Ademas, una unidad de refrigeracion utilizando refrigerante R32 es, como se representa en la figura 6, capaz de obtener un COP alto con una cantidad de refrigerante llenado inferior a la de refrigerante R410, y de pequena diferencia entre una cantidad optima del refrigerante en enfriamiento y una cantidad optima del refrigerante en calentamiento. Mas en concreto, el refrigerante R32 tiene alta capacidad de transferencia de calor en comparacion con refrigerante R410A, capaz de implementar una capacidad suficiente con una cantidad pequena de refrigerante llenado, y pequena diferencia entre una cantidad optima del refrigerante en enfriamiento y una cantidad optima del refrigerante en calentamiento en comparacion con refrigerante R410, lo que permite una reduccion de una cantidad del refrigerante para uso en la unidad de refrigeracion.
La figura 7 muestra la capacidad de un acumulador y un receptor contra la capacidad de refrigeracion de cada uno de los refrigerantes R32, R410A y R22. Como se representa en la figura 7, la unidad de refrigeracion con capacidad de refrigeracion de 4 kW o menos no necesita ni acumulador ni receptor. Por lo tanto, la unidad de refrigeracion utilizando R32 ahorra un acumulador y un receptor, lo que permite reducir los costos de produccion de la unidad de refrigeracion asf como el tamano de la unidad de refrigeracion.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1. Una unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular R32 como un refrigerante a traves de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor (23), un condensador (22), un medio de expansion (26), y un 5 evaporador (2),caracterizada porque una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 400 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador.10 2. Una unidad de refrigeracion para realizar un ciclo refrigerante haciendo circular refrigerantes mezcladosconteniendo al menos 70 por ciento en peso de R32 a traves de un circuito de refrigerante incluyendo un compresor (23), un condensador (22), un medio de expansion (26), y un evaporador (2), caracterizada porque una cantidad de R32 para llenar el circuito de refrigerante es del rango de 280 g a 750 g por litro de capacidad no obstruida del condensador.15
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