ES2708779T3 - Sistema de bomba de calor, y calentador de agua de bomba de calor - Google Patents

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Takuya Okada
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Abstract

Un sistema de bomba de calor (1; 2; 3) que comprende: un mecanismo de compresión que incluye un compresor de la etapa de baja (10a) y un compresor de la etapa de alta (10b) configurado para comprimir y descargar un refrigerante; un separador de aceite (26) que se proporciona en un lado de descarga del compresor de la etapa de alta (10b); un primer intercambiador de calor (11) configurado para intercambiar calor entre el refrigerante comprimido por el mecanismo de compresión y un objeto a ser sometido a intercambio térmico; una válvula de expansión (12) configurada para descomprimir y expandir el refrigerante que circula fuera del primer intercambiador de calor (11); un segundo intercambiador de calor (13) configurado para intercambiar calor entre el refrigerante descomprimido y expandido por la válvula de expansión (12) y un objeto a ser sometido a intercambio térmico; y una tubería de retorno principal (27) que conecta el separador de aceite (26) a un lado de aspiración del compresor de la etapa de alta (10b); caracterizado por que comprende un recorrido de igualación de aceite (21) que conecta el compresor de la etapa de baja (10a) al compresor de la etapa de alta (10b) configurado para permitir que el aceite de refrigerante fluya entre el compresor de la etapa de baja (10a) y el compresor de la etapa de alta (10b); un recorrido de retorno del aceite (23) que conecta las tuberías de retorno principal (27) al recorrido de igualación de aceite (21); una válvula todo-nada de retorno de aceite (25) que se proporciona sobre el recorrido de retorno del aceite (23); y un mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante (14) configurado para cambiar selectivamente un recorrido del refrigerante entre un recorrido de compresión en dos etapas a lo largo del que el refrigerante circula a través del compresor de la etapa de baja (10a) y el compresor de la etapa de alta (10b) en este orden y un recorrido de compresión en una etapa a lo largo del que el refrigerante circula a través de solamente uno de entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta, un dispositivo de control (30) configurado para dar instrucciones al mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante (14) y a la válvula todo-nada de retorno de aceite (25) de modo que cuando el dispositivo de control (30) da instrucciones al mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante (14) para seleccionar el recorrido de compresión en una etapa, el dispositivo de control (30) da instrucciones a la válvula todo-nada de retorno del aceite (25) para ser abierta y el aceite de refrigerante desde el separador de aceite (26) es retornado al recorrido de igualación de aceite (21) a través del recorrido de retorno del aceite (23) sin pasar a través del compresor de la etapa de alta (10b).

Description

DESCRIPCION
Sistema de bomba de calor, y calentador de agua de bomba de calor
Sector de la tecnica
La presente invencion se refiere a un sistema de bomba de calor del tipo de compresion en dos etapas en el que se conectan en serie dos compresores independientes.
Estado de la tecnica
Los sistemas de agua caliente han empleado una bomba de calor para ahorrar ene^a.
Un ciclo de refrigeracion de compresion en dos etapas, que incluye un circuito refrigerante en el que se conectan en serie un compresor de la etapa de baja y un compresor de la etapa de alta y hace circular refrigerante usando el circuito refrigerante, es conocido como un sistema refrigerante (por ejemplo, la bibliograffa de patente 1 a 3).
Lista de citaciones
Bibliograffa de patente
[BLP 1] Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada N.° 5-93552
[BLP 2] Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada N.° 6-2966
[BLP 3 ] Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa no Examinada N.° 2009-168330
[BLP 4] JP 2001 349629 A divulga un sistema de bomba de calor de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
[BLP 5] JP 2013139902 A divulga un dispositivo de refrigeracion.
Objeto de la invencion
Problema tecnico
Es necesario hacer funcionar dos compresores de una etapa de baja y una etapa de alta con velocidades de rotacion, que son independientes entre sf, para hacer funcionar siempre el ciclo de refrigeracion de compresion en dos etapas con alta eficiencia. El control del nivel de aceite de refrigerante contenido en cada uno de los dos compresores es de la mayor importancia para esta finalidad. Cuando se conectan en serie dos compresores independientes a diferencia de un compresor que incluye dos mecanismos de compresion de una etapa de baja y una etapa de alta provistas en una carcasa, es necesario mantener la cantidad de aceite de refrigerante en un nivel uniforme apropiado entre los dos compresores para hacer funcionar satisfactoriamente los dos compresores.
La invencion se ha realizado sobre la base de este problema tecnico, y el objeto de la invencion es proporcionar un sistema de bomba de calor del tipo de compresion en dos etapas en la que la cantidad aceite de refrigerante de los dos compresores se mantiene uniforme sin que se detenga la operacion o se haya de realizar una complicada operacion. Asimismo, un objeto de la invencion es proporcionar un calentador de agua de bomba de calor de alta eficiencia que incluye un sistema de bomba de calor del tipo de compresion en dos etapas.
Solucion al problema
La invencion, que se ha realizado para conseguir los objetivos tal como se define en la reivindicacion 1, y se divide en una primera divulgacion y una segunda divulgacion.
Primero, de acuerdo con la primera divulgacion, se proporciona un sistema de bomba de calor que incluye: un mecanismo de compresion que incluye un compresor de la etapa de baja y un compresor de la etapa de alta y comprime y descarga un refrigerante; un separador de aceite que se proporciona en un lado de descarga del compresor de la etapa de alta; un primer intercambiador de calor que intercambia calor entre el refrigerante comprimido por el mecanismo de compresion y un objeto a ser sometido a intercambio termico; una valvula de expansion que descomprime y expande el refrigerante que circula fuera del primer intercambiador de calor; un segundo intercambiador de calor que intercambia calor entre el refrigerante descomprimido y expandido por la valvula de expansion y el objeto a ser sometido a intercambio termico; un recorrido de igualacion de aceite que conecta el compresor de la etapa de baja al compresor de la etapa de alta y permite que el aceite de refrigerante fluya entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta; una tubena de retorno principal que conecta el separador de aceite a un lado de succion del compresor de la etapa de alta; un recorrido de retorno del aceite que conecta las tubenas de retorno principal al recorrido de igualacion de aceite; una valvula todo-nada de retorno de aceite que se proporciona sobre el recorrido de retorno del aceite; y un mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante que cambia selectivamente un recorrido del refrigerante entre un recorrido de compresion en dos etapas a lo largo del que el refrigerante circula a traves del compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta en este orden y un recorrido de compresion en una etapa a lo largo del que el refrigerante circula a traves de solamente uno de entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta.
Por ejemplo, cuando se supone un calentador de agua de bomba de calor, se determina la alta presion del dispositivo dependiendo de la temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 35 °C a 75 °C) de agua que entra en un intercambiador de calor (un intercambiador de calor de agua-refrigerante) para agua y un refrigerante. Por consiguiente, una diferencia en la presion entre el lado de succion y el lado de descarga del compresor puede cambiarse significativamente de acuerdo con la temperatura del agua. Cuando se realiza una operacion de compresion en dos etapas mientras la temperatura del agua en una entrada del intercambiador de calor aguarefrigerante es baja, se reduce la presion diferencial entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta. Se determina la cantidad de aceite de refrigerante a ser devuelto de acuerdo con la presion diferencial entre los compresores. Por consiguiente, cuando una presion diferencial entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta se reduce en mitad de la operacion de compresion de dos etapas en la divulgacion, se cambia una operacion de compresion a la operacion de compresion en una etapa.
En el sistema de bomba de calor de la primera divulgacion, el recorrido del refrigerante se cambia a un recorrido de compresion en una etapa cuando se selecciona el recorrido de compresion en dos etapas y se satisface una cualquiera de las siguientes condiciones (1) a (3).
Condicion (1): Tw ^Tr
Tw : La temperatura del agua que entra en un intercambiador de calor (intercambiador de calor de agua) para el agua y el refrigerante cuando el objeto, que ha de ser sometido a intercambio termico, del primer intercambiador de calor es agua
Tr: Valor prescrito
Condicion (2): (Pho-Pli) ^APri
Pli: El valor de aspiracion del compresor de la etapa de baja
Pho: La presion de descarga del compresor de la etapa de alta
APr i: Valor prescrito
Condicion (3): (Plo-Pli) ^APr2
Pli: El valor de aspiracion del compresor de la etapa de baja
Plo: El valor de descarga del compresor de la etapa de baja
APr2: Valor prescrito
Asimismo, en el sistema de bomba de calor de la primera divulgacion, cuando el mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante selecciona el recorrido de compresion en una etapa, la valvula todo-nada de retorno del aceite se abre y el aceite de refrigerante desde el separador de aceite pueda retornar al recorrido de igualacion de aceite a traves del recorrido de retorno del aceite sin pasar a traves del compresor de la etapa de alta.
Dado que se proporcionan el recorrido de retorno del aceite y el recorrido de igualacion de aceite formados tal como se ha descrito anteriormente, es posible recuperar facilmente la cantidad de aceite de refrigerante cuando la cantidad de aceite de refrigerante de cada uno del compresor de la etapa de baja y el compresor de la lado de la etapa de alta es insuficiente.
En el sistema de bomba de calor de la primera divulgacion, es preferible que la apertura/cierre de la valvula todonada del aceite de retorno se controle basandose en una cantidad estimada de aceite de refrigerante del compresor de la etapa de baja y una cantidad estimada de aceite de refrigerante del compresor de la etapa de alta.
Es posible controlar el aceite de refrigerante en un momento apropiado basandose en la cantidad de aceite de cada uno de los dos compresores obtenida a partir de resultados de deteccion de sensores de presion y de un sensor de temperatura del sistema de bomba de calor.
Dado que la cantidad de aceite de refrigerante de cada uno del compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta se aseguran en un calentador de agua de bomba de calor que incluye el primer intercambiador de calor del sistema de bomba de calor anteriormente mencionado que es un intercambiador de calor de agua-refrigerante para calentamiento de agua mediante el intercambio de calor entre el refrigerante y el agua, el calentador de agua de bomba de calor puede suministrar establemente agua caliente con alta eficiencia.
A continuacion, de acuerdo con una segunda divulgacion, se proporciona un sistema de bomba de calor que incluye: un mecanismo de compresion que incluye un compresor de la etapa de baja y un compresor de la etapa de alta y comprime y descarga un refrigerante; un primer intercambiador de calor en el que el refrigerante comprimido por el mecanismo de compresion intercambia calor con un objeto a ser sometido a intercambio termico; una valvula de expansion que descomprime y expande el refrigerante que circula fuera del primer intercambiador de calor; un segundo intercambiador de calor en el que el refrigerante descomprimido y expandido por la valvula de expansion intercambia calor con un objeto a ser sometido a intercambio termico; un recorrido de igualacion de aceite que conecta el compresor de la etapa de baja al compresor de la etapa de alta y permite que el aceite de refrigerante fluya entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta; una valvula de igualacion de aceite que abre y cierra la tubena de igualacion de aceite; y un dispositivo de control que controla una operacion para la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite.
Cuando el dispositivo de control determina que el refrigerante esta circulando en la tubena de igualacion de aceite, el dispositivo de control da instrucciones a la valvula de igualacion de aceite para cerrarse.
En el sistema de bomba de calor de la segunda divulgacion, el dispositivo de control puede determinar si el refrigerante esta circulando o no en la tubena de igualacion de aceite basandose en la comparacion de la temperatura detectada T0 de la tubena de igualacion de aceite y uno o ambos de entre la temperatura detectada T1 de una tubena de refrigerante, que permite al refrigerante fluir al compresor de la etapa de alta desde el compresor de la etapa de baja, y una temperatura detectada T2 del compresor de la etapa de alta.
En el sistema de bomba de calor de la segunda divulgacion, es preferible que el dispositivo de control de instrucciones a la valvula de igualacion de aceite para continuar estando cerrada durante una operacion inestable incluso si se satisface una condicion de apertura.
Asimismo, en el sistema de bomba de calor de la segunda divulgacion, es preferible que el dispositivo de control de instrucciones a la valvula de igualacion de aceite para que se abra y cierre alternativa y repetidamente en cada uno de los momentos predeterminados independientemente de la determinacion de si el refrigerante esta circulando o no en la tubena de igualacion de aceite cuando la velocidad de rotacion del compresor de la etapa de alta es mas pequena que un valor predeterminado.
Dado que la cantidad de aceite de refrigerante de cada uno del compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta se aseguran en un calentador de agua de bomba de calor que incluye el primer intercambiador de calor del sistema de bomba de calor anteriormente mencionado de la segunda divulgacion que es un intercambiador de calor de agua-refrigerante para calentamiento de agua mediante el intercambio de calor entre el refrigerante y el agua, el calentador de agua de bomba de calor puede suministrar establemente agua caliente con alta eficiencia. Efectos ventajosos de la divulgacion
De acuerdo con la primera divulgacion, es posible igualar el aceite de refrigerante del compresor de la etapa de baja y del compresor de la etapa de alta solamente mediante una operacion simple de la apertura/cierre de la primera valvula electromagnetica y de la segunda valvula electromagnetica sin detener la operacion del compresor de la etapa de baja y del compresor de la etapa de alta.
Asimismo, de acuerdo con la segunda divulgacion, es posible igualar el aceite de refrigerante en el mecanismo de compresion mediante una operacion simple de apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite sin detener la operacion del mecanismo de compresion. Ademas, de acuerdo con la divulgacion, cuando el dispositivo de control determina que el refrigerante esta circulando en la tubena de igualacion de aceite, el dispositivo de control cierra la valvula de igualacion de aceite abierta. Por consiguiente, es posible evitar el uso derrochador del mecanismo de compresion que se provoca cuando el refrigerante circula en la tubena de igualacion de aceite.
Descripcion de las figuras
La Fig. 1 es un diagrama que muestra la configuracion de un circuito de un sistema de bomba de calor de acuerdo con una primera realizacion.
La Fig. 2 es un diagrama que muestra la operacion del sistema de bomba de calor de la primera realizacion en la que la Fig. 2A muestra una operacion de compresion en dos etapas y la Fig. 2B muestra una operacion de compresion en una etapa.
La Fig. 3 es un diagrama que muestra la configuracion de un circuito que cambia una operacion de compresion entre la operacion de compresion en dos etapas y la operacion de compresion en una etapa del sistema de bomba de calor de la Fig. 1 mediante dos valvulas electromagneticas.
La Fig. 4 es un diagrama que muestra la configuracion de un circuito en el que se anaden dos separadores de aceite al sistema de bomba de calor de la Fig. 1.
La Fig. 5 es un diagrama que muestra la configuracion de un circuito de un calentador de agua/acondicionador de aire del tipo bomba de calor de acuerdo con una segunda realizacion.
La Fig. 6 muestra la configuracion del circuito del calentador de agua/acondicionador de aire del tipo bomba de calor de acuerdo con la segunda realizacion y muestra un modo de operacion diferente del de la Fig. 5.
La Fig. 7 es un diagrama que muestra un ejemplo de modificacion de una tubena de igualacion de aceite.
La Fig. 8 es un diagrama que muestra la configuracion de un circuito de un ciclo de refrigeracion de acuerdo con una tercera realizacion.
La Fig. 9 es un diagrama que muestra la operacion del ciclo de refrigeracion de la Fig. 8 en el que la tubena de igualacion de aceite esta cerrada en la Fig. 9A y en el que la tubena de igualacion aceite esta abierta en la Fig. 9B.
La Fig. 10 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para apertura/cierre de una valvula que se proporciona sobre la tubena de igualacion de aceite del ciclo de refrigeracion de la Fig. 8.
La Fig. 11 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de modificacion del procedimiento para apertura/cierre de la valvula de la Fig. 10.
La Fig. 12 es un diagrama que muestra la configuracion de un circuito de un calentador de agua/acondicionador de aire del tipo bomba de calor de acuerdo con una cuarta realizacion.
La Fig. 13 es un diagrama que muestra la configuracion del circuito del calentador de agua/acondicionador de aire del tipo bomba de calor de acuerdo con la cuarta realizacion y muestra un modo de operacion diferente del de la Fig. 12.
Descripcion detallada de la invencionSe describiran a continuacion realizaciones de la invencion con referencia a los dibujos adjuntos.
[Primera realizacion]
Como se muestra en la Fig. 1, un sistema de bomba de calor 1 de acuerdo con una primera realizacion incluye un compresor de la etapa de baja 10a y un compresor de la etapa de alta 10b que comprime y descarga un refrigerante, un primer intercambiador de calor 11 que intercambia calor entre el refrigerante comprimido por el compresor de la etapa de alta 10b y un fluido como un objeto a ser sometido a intercambio termico, una valvula de expansion 12 que descomprime y expande el refrigerante que circula fuera del primer intercambiador de calor 11 (de aqrn en adelante, simplemente denominada como una valvula de expansion), y un segundo intercambiador de calor 13 que intercambia calor entre el refrigerante descomprimido y expandido por la valvula de expansion 12 y el fluido como un objeto a ser sometido a intercambio termico. El compresor de la etapa de baja 10a, el compresor de la etapa de alta 10b, el primer intercambiador de calor 11, la valvula de expansion 12 y el segundo intercambiador de calor 13 se conectan en serie en este orden en la direccion de circulacion del refrigerante. En esta realizacion, el primer intercambiador de calor 11 puede funcionar como un condensador que irradia calor mediante el intercambio termico con, por ejemplo, agua y el segundo intercambiador de calor 13 puede funcionar como un evaporador que absorbe calor mediante el intercambio termico con aire exterior.
El sistema de bomba de calor 1 incluye una valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 que cambia un estado de conexion del compresor de la etapa de baja 10a y del compresor de la etapa de alta 10b tal como se describe a continuacion. Es decir, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 cambia el estado de conexion entre la operacion de compresion en dos etapas (recorrido de compresion en dos etapas) en la que un refrigerante pasa a traves tanto del compresor de la etapa de baja 10a como del compresor de la etapa de alta 10b y una operacion de compresion en una etapa (un recorrido de compresion en una etapa) en la que un refrigerante pasa a traves solamente del compresor de la etapa de baja 10a y contornea el compresor de la etapa de alta 10b.
Asimismo, el sistema de bomba de calor 1 incluye un mecanismo de igualacion de aceite 20 que mantiene la cantidad de aceite de refrigerante retenida en los compresores del lado de la etapa de baja y de alta 10a y 10b uniforme.
El sistema de bomba de calor 1 incluye una tubena L1 que conecta el compresor de la etapa de baja 10a al compresor de la etapa de alta 10b, una tubena L2 que conecta el compresor de la etapa de alta 10b al primer intercambiador de calor 11, una tubena L3 que conecta el primer intercambiador de calor 11 al segundo intercambiador de calor 13, y una tubena L4 que conecta al segundo intercambiador de calor 13 al compresor de la etapa de baja 10a. Por consiguiente, el sistema de bomba de calor 1 forma un circuito refrigerante en el que circula un refrigerante. Entre las tubenas, la tubena L4 forma una tubena del lado de aspiracion del compresor de la etapa de baja 10a, la tubena L1 que conecta el compresor de la etapa de baja 10a al compresor de la etapa de alta 10b forma una tubena de presion intermedia, y la tubena L2 forma una tubena del lado de descarga del compresor de la etapa de alta 10b.
Asimismo, el sistema de bomba de calor 1 incluye una tubena L5 que conecta el lado de descarga (la tubena L1) del compresor de la etapa de baja 10a al lado de descarga (la tubena L2) del compresor de la etapa de alta 10b. La valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 anteriormente mencionada se proporciona en un extremo de conexion de la tubena L5 que corresponde al lado de descarga del compresor de la etapa de baja 10a. La valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 se cambia de modo que el refrigerante descargado desde el compresor de la etapa de baja 10a es aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b a traves de la tubena L1 justamente como esta o se suministra al primer intercambiador de calor 11 a traves de las tubenas L5 y L2. La conmutacion entre el recorrido de compresion en dos etapas y el recorrido de compresion en una etapa se realiza mediante la conmutacion.
Por su parte, se hace referencia general al compresor de la etapa de baja 10a y al compresor de la etapa de alta 10b como un mecanismo de compresion 10 sin distincion entre ellos.
A continuacion, el sistema de bomba de calor 1 incluye un separador de aceite 26 que se proporciona sobre la tubena L2. El separador de aceite 26 se conecta directamente al compresor de la etapa de alta 10b mediante una tubena de retorno de aceite 27. La tubena de retorno de aceite 27 incluye un estrangulador fijo 27a.
En la mitad de la operacion de compresion en dos etapas, el separador de aceite 26 separa el aceite de refrigerante del refrigerante, que se descarga desde el compresor de la etapa de alta 10b, y retorna el aceite de refrigerante al compresor de la etapa de alta 10b a traves de la tubena de retorno 27. En la mitad de la operacion de compresion en una etapa, el separador de aceite 26 separa el aceite de refrigerante del refrigerante, que se descarga desde el compresor de la etapa de baja 10a, y retorna el aceite de refrigerante al compresor de la etapa de alta 10b a traves de la tubena de retorno 27.
Se describiran a continuacion de uno en uno los componentes respectivos del sistema de bomba de calor 1.
[Mecanismo de compresion 10]
Cuando el compresor de la etapa de baja 10a es accionado giratoriamente por un motor electrico que esta formado de modo integral con el compresor de la etapa de baja 10a, el compresor de la etapa de baja 10a aspira el refrigerante, que ha pasado a traves del segundo intercambiador de calor 13 y tiene una baja temperatura y una baja presion, comprime el refrigerante hasta una presion intermedia, y descarga el refrigerante comprimido al compresor de la etapa de alta 10b.
Un mecanismo de compresion publicamente conocido, tal como el mecanismo de compresion scroll o un mecanismo de compresion giratorio, puede aplicarse como el mecanismo de compresion que se aplica al compresor de la etapa de baja 10a. De la misma forma, se aplica lo mismo al compresor de la etapa de alta 10b.
El compresor de la etapa de alta 10b aspira y comprime el refrigerante, que es descargado desde el compresor de la etapa de baja 10a, y descarga el refrigerante comprimido al primer intercambiador de calor 11 como un refrigerante que tiene una alta temperatura y una alta presion.
[Primer intercambiador de calor 11]
El primer intercambiador de calor 11 calienta el fluido, tal como agua o aire, como un objeto a ser sometido a intercambio termico mediante el intercambio de calor entre el fluido y un refrigerante que tiene una alta temperatura y una alta presion. El refrigerante, que se descarga desde el compresor de la etapa de alta 10b y tiene una alta temperatura y una alta presion, es enfriado y condensado en el primer intercambiador de calor 11. Puede usarse un intercambiador de calor publicamente conocido como el primer intercambiador de calor 11. Lo mismo se aplica al segundo intercambiador de calor 13 a ser descrito a continuacion.
Cuando un objeto a ser sometido a intercambio termico es el aire, el primer intercambiador de calor 11 esta provisto con un ventilador 11f y se intercambia calor entre el aire soplado por el ventilador 11f y el refrigerante mientras el aire impulsado por el ventilador 11f pasa a traves del primer intercambiador de calor 11.
[Valvula de expansion 12 y segundo intercambiador de calor 13]
El segundo intercambiador de calor 13 intercambia calor entre el refrigerante, que pasa a traves de la valvula de expansion 12 y se descomprime y expande, y el aire externo (aire soplado), y el refrigerante se evapora y absorbe calor desde el aire exterior mientras se intercambia calor entre el refrigerante y el aire exterior. El segundo intercambiador de calor 13 esta tambien provisto con un ventilador 13f y se intercambia calor entre el aire soplado por el ventilador 13f y el refrigerante, de modo que el refrigerante a baja presion se evapora y se genera una operacion de absorcion de calor.
Por ejemplo, una valvula de expansion, que incluye un cuerpo de valvula con forma de aguja y un motor de pulsos para el accionamiento del cuerpo de valvula, puede usarse como la valvula de expansion 12.
[Mecanismo de igualacion de aceite 20]
El mecanismo de igualacion de aceite 20 incluye una tubena de igualacion de aceite 21 que conecta el compresor de la etapa de baja 10a al compresor de la etapa de alta 10b, una tubena de derivacion 23 que conecta la tubena de igualacion de aceite 21 a la tubena de retorno de aceite 27, y una valvula electromagnetica 25 que se proporciona sobre la tubena de derivacion 23.
El mecanismo de igualacion de aceite 20 permite que el aceite de refrigerante fluya entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b a traves de la tubena de igualacion de aceite 21. Asimismo, el mecanismo de igualacion de aceite 20 retorna aceite de refrigerante a la tubena de igualacion de aceite 21 desde el lado de descarga del compresor de la etapa de alta 10b a traves de la tubena de derivacion 23. La funcion de la tubena de derivacion 23 se logra durante la operacion de compresion en una etapa, y es para aplicar la presion diferencial necesaria a la tubena de igualacion de aceite 21.
Cuando un nivel que representa la cantidad de aceite de refrigerante, que es necesario en cada uno del compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b, se define como un nivel de referencia, la tubena de igualacion de aceite 21 se conecta al compresor de la etapa de baja 10a y al compresor de la etapa de alta 10b directamente por encima del nivel de referencia.
La Fig. 1 muestra un ejemplo en el que se proporciona una unica tubena de igualacion de aceite 21, pero puede proporcionarse una pluralidad de tubenas de igualacion de aceite 21 (21A, 21B y 21C) en paralelo tal como se muestra en la Fig. 7. Asimismo, las tubenas de igualacion de aceite 21B y 21C se proveen con valvulas todo-nada 22B y 22C, respectivamente.
Cuando se proporciona la tubena de igualacion de aceite 21 unica, puede fluir excesivo aceite de refrigerante. Sin embargo, Cuando se proporciona la pluralidad de tubenas de igualacion de aceite 21A, 21B y 21C como se ha descrito anteriormente y se accionan las valvulas todo-nada 22B y 22C de modo que se abran y cierren, puede ajustarse la cantidad de aceite de refrigerante en circulacion. Asimismo, la tubena de igualacion de aceite 21A puede estar provista tambien con una valvula todo-nada.
Por su parte, las cantidades maximas de aceite de refrigerante que circulan a traves de las tubenas de igualacion de aceite 21A, 21B y 21C pueden ajustarse para que sean iguales entre sf y pueden ajustarse para que sean diferentes entre sf. Asimismo, la apertura y cierre de las valvulas todo-nada 22B y 22C puede controlarse a traves de la deteccion de la temperatura del aceite de refrigerante que circula dentro del compresor de la etapa de alta 10b. [Funcionamiento del sistema de bomba de calor 1]
Se describira a continuacion el funcionamiento el sistema de bomba de calor 1.
En el sistema de bomba de calor 1, circula un refrigerante y se realiza la operacion de compresion en dos etapas. Sin embargo, se realiza la operacion de compresion en una etapa bajo condiciones espedficas.
Se describira primero la operacion de compresion en dos etapas.
Como se muestra en la Fig. 2A, durante la operacion de compresion en dos etapas, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 es cambiada de modo que las tubenas L11 y L12 (L1) se comuniquen entre sf. Por consiguiente, el refrigerante, que se comprime a una presion intermedia mediante el compresor de la etapa de baja 10a, es aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b a traves de la tubena L11, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 y la tubena L12. En Fig. 2A, las flechas indican una direccion en la que fluye el refrigerante. Lo mismo se aplica a la Fig. 2B a ser descrita a continuacion.
El refrigerante a alta presion, que se descarga despues de que el refrigerante se comprima a una alta temperatura y una alta presion mediante el compresor de la etapa de alta 10b, fluye al interior del primer intercambiador de calor 11 a traves de la tubena L2 y radia calor a un objeto a ser sometido a intercambio termico. El refrigerante a alta presion, que ha radiado calor en el primer intercambiador de calor 11, se convierte en un refrigerante a baja presion al ser expandido mientras pasa a traves de la valvula de expansion 12 a traves de la tubena L3. El refrigerante a baja presion circula adicionalmente al interior del segundo intercambiador de calor 13 a traves de la tubena L3, absorbe calor desde el aire exterior, y se evapora. Despues de esto, el refrigerante a baja presion, que fluye al exterior del segundo intercambiador de calor 13, es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a a traves de la tubena L4.
Despues de que el refrigerante a baja presion, que es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a, sea comprimido y se convierta en un refrigerante a presion intermedia, el refrigerante a presion intermedia se descarga a la tubena L1. El refrigerante a presion intermedia, que se descarga a la tubena L1 desde el compresor de la etapa de baja 10a, es aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b. Despues de que el refrigerante, que es aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b, se comprima y se convierta en un refrigerante a alta presion, el refrigerante a alta presion es descargado a la tubena L2.
El sistema de bomba de calor 1 asegura el nivel de aceite de refrigerante de cada uno del compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b dentro de un intervalo necesario para permitir que el aceite de refrigerante fluya a traves de la tubena de igualacion de aceite 21 mientras se repite el ciclo de compresion, condensacion, expansion y evaporacion del refrigerante que se ha descrito anteriormente.
En este caso, un metodo en el que un dispositivo, que se llama separador de aceite para la separacion del aceite respecto a un refrigerante, se dispone sobre el lado de descarga del compresor y el aceite de refrigerante separado retorna al lado de succion del compresor a traves de un circuito de retorno de aceite que incluye un estrangulador fijo tal como un tubo capilar se usa en general como un metodo de retorno del aceite de refrigerante, que esta contenido en el refrigerante descargado desde el compresor, al compresor.
Sin embargo, por ejemplo, cuando se supone un calentador de agua de bomba de calor, se determina la alta presion del dispositivo dependiendo de la temperatura (por ejemplo, en el intervalo de 35 °C a 75 °C) de agua que entra en un intercambiador de calor (un intercambiador de calor de agua-refrigerante) para agua y un refrigerante. Por consiguiente, una diferencia en la presion entre el lado de succion y el lado de descarga del compresor puede cambiarse significativamente de acuerdo con la temperatura del agua. Cuando se realiza la operacion de compresion en dos etapas mientras la temperatura del agua en una entrada del intercambiador de calor aguarefrigerante es baja, se reduce la presion diferencial entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b. Se determina la cantidad de aceite de refrigerante a ser devuelto de acuerdo con la presion diferencial entre los compresores. Por consiguiente, cuando la presion diferencial entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b se reduce en mitad de la operacion de compresion de dos etapas en esta realizacion, se cambia una operacion de compresion a la operacion de compresion en una etapa y se abre la valvula electromagnetica 25. De esta manera, el sistema de bomba de calor 1 retorna aceite de refrigerante a la tubena de igualacion de aceite 21 desde el separador de aceite 26 a traves de la tubena de derivacion 23 de modo que el aceite de refrigerante no pasa a traves del compresor de la etapa de alta 10b. Por consiguiente, la presion diferencial del mecanismo de igualacion de aceite 20 puede mantenerse siempre en un valor igual a o mayor que un valor preestablecido. Ademas, dado que el sistema de bomba de calor 1 puede retornar aceite al compresor de la etapa de baja 10a de modo que el aceite no pase a traves del estrangulador fijo 27a provisto sobre la tubena de retorno de aceite 27 y el compresor de la etapa de alta 10b, se impide la reduccion del caudal del aceite a ser retornado, que es provocada por una perdida de presion generada en el estrangulador fijo 27a o el compresor de la etapa de alta 10b.
El sistema de bomba de calor 1 cambia una operacion de compresion a la operacion de compresion en una etapa cuando se satisface las condiciones (1) a (3) siguientes en mitad de la operacion de compresion en dos etapas. Todas las siguientes condiciones son indices de la reduccion de la presion diferencial entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b. Los valores preestablecidos Tr, APr1, y APr2 de las condiciones (1) a (3) no se determinan de modo unico sino que se determinan en correspondencia con los componentes respectivos y condiciones de operacion del sistema de bomba de calor 1 a ser aplicado. Por su parte, aunque no se muestra, un sensor de temperatura provisto sobre el primer intercambiador de calor 11 y sensores de presion provistos sobre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b detectan la temperatura Tw del agua, una presion de aspiracion Pli, una presion de descarga Plo, y una presion de descarga Pho. La informacion detectada se envfa a un dispositivo de control 30 mostrado en la Fig. 1. El dispositivo de control 30 determina las condiciones (1) a (3) mediante el uso de la informacion acerca de la temperatura Tw del agua, la presion de aspiracion Pli, la presion de descarga Plo, y la presion de descarga Pho que han sido adquirida. El dispositivo de control 30 continua determinando las condiciones (1) a (3) incluso en mitad de la operacion de compresion en una etapa.
(1) La temperatura del agua que entra en el intercambiador de calor (intercambiador de calor de agua) para el agua y un refrigerante: Tw ,
Valor prescrito: Tr
Tw<Tr
(2) La presion de aspiracion del compresor de la etapa de baja 10a: Pli
La presion de descarga del compresor de la etapa de alta 10b: Pho
Valor prescrito: APr1
(Pho-Pli) <APr1
(3) La presion de aspiracion del compresor de la etapa de baja 10a: Pli
La presion de descarga del compresor de la etapa de baja 10a: Plo
Valor prescrito: APr2
(Plo-Pli) <APr2
[Operacion de compresion en dos etapas ^ operacion de compresion en una etapa]
Cuando el dispositivo de control 30 determina que se satisface una cualquiera de las condiciones (1) a (3) en mitad de la operacion de compresion en dos etapas, el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 para ser cambiada a una posicion de la operacion de compresion en una etapa mostrada en la Fig. 2B. Asimismo, el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula electromagnetica 25 para ser abierta. En este caso, el sistema de bomba de calor 1 funciona como sigue.
El refrigerante a alta presion, que se descarga despues de que se comprima el refrigerante a una alta presion por el compresor de la etapa de baja 10a, fluye al interior del primer intercambiador de calor 11 a traves de la tubena L11, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 y la tubena L5 y radia calor a un objeto a ser sometido a intercambio termico. Por su parte, en este caso, dado que la capacidad de operacion del compresor de la etapa de baja 10a es mas alta que en el momento de la operacion de compresion en dos etapas, el compresor de la etapa de baja 10a comprime el refrigerante a una alta presion. Asimismo, el compresor de la etapa de alta 10b detiene su operacion. El refrigerante a alta presion, que ha radiado calor en el primer intercambiador de calor 11, se convierte en un refrigerante a baja presion al ser expandido mientras pasa a traves de la valvula de expansion 12 a traves de la tubena L3. El refrigerante a baja presion circula adicionalmente al interior del segundo intercambiador de calor 13 a traves de la tubena L3, absorbe calor desde el aire exterior, y se evapora. Despues de esto, el refrigerante a baja presion, que fluye al exterior del segundo intercambiador de calor 13, es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a a traves de la tubena L4.
Dado que la valvula electromagnetica 25 se abre en una operacion de compresion en una etapa mientras se repite un ciclo de compresion, condensacion, expansion y evaporacion del refrigerante que se ha descrito anteriormente, el aceite de refrigerante se retorna a la tubena de igualacion de aceite 21 a traves de la tubena de derivacion 23 sin pasar a traves del compresor de la etapa de alta 10b. Por consiguiente, dado que la presion diferencial del mecanismo de igualacion de aceite 20 puede mantenerse siempre en un valor igual a o mayor que un valor preestablecido, el nivel de aceite de refrigerante entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b puede mantenerse en equilibrio.
El sistema de bomba de calor 1 anteriormente mencionado ha usado la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 para cambiar una operacion de compresion entre la operacion de compresion en dos etapas y la operacion de compresion en una etapa, pero la invencion no esta limitada a la misma. Como se muestra en la Fig. 3, un sistema de bomba de calor 2 incluye dos valvulas electromagneticas 14a y 14b que se disponen sobre tubenas L1 y L5, respectivamente, y pueden cambiar una operacion de compresion entre la operacion de compresion en dos etapas y la operacion de compresion en una etapa mediante el control selectivamente de la apertura y cierre de las valvulas electromagneticas 14a y 14b. En el caso de un ejemplo mostrado en la Fig. 3, la operacion de compresion en dos etapas se realiza cuando la valvula electromagnetica 14a esta abierta y la valvula electromagnetica 14b esta cerrada, y la operacion de compresion en dos etapas se realiza cuando la valvula electromagnetica 14a esta cerrada y la valvula electromagnetica 14b esta abierta. Por su parte, los mismos componentes que los componentes de la Fig. 1 se indican en la Fig. 3 mediante los mismos numeros de referencia que los numeros de referencia de la Fig. 1. Lo mismo se aplica a la Fig. 4.
La Fig. 1 muestra un ejemplo en el que se proporciona el separador de aceite 26 de modo que corresponda tanto al compresor de la etapa de baja 10a como al compresor de la etapa de alta 10b. Sin embargo, en un sistema de bomba de calor 3 mostrado en la Fig. 4, puede proporcionarse un separador de aceite 28 para el compresor de la etapa de baja 10a frente a la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 sobre el lado de descarga del compresor de la etapa de baja 10a. El separador de aceite 28 se conecta a la tubena de igualacion de aceite 21 a traves de una tubena de retorno de aceite 29.
Incluso en la mitad de tanto la operacion de compresion en dos etapas como la operacion de compresion en una etapa, el separador de aceite 26 separa el aceite de refrigerante del refrigerante, que se descarga desde el compresor de la etapa de baja 10a, y retorna el aceite de refrigerante al compresor de la etapa de baja 10a a traves de la tubena de retorno de aceite 29 y de la tubena de igualacion de aceite 21. Por consiguiente, el sistema de bomba de calor 3 mostrado en la Fig. 4 puede retornar eficientemente el aceite de refrigerante al compresor de la etapa de baja 10a.
[Segunda realizacion]
Se describira a continuacion un tipo de bomba de calor de calentador de agua/acondicionador de aire 100 a la que se aplica el sistema de bomba de calor 1 como una segunda realizacion de la invencion.
Como se muestra en la Fig. 5, el calentador de agua/acondicionador de aire 100 incluye un sistema de bomba de calor 200 y un sistema de agua 300.
[Sistema de bomba de calor 200]
El sistema de bomba de calor 200 usa un circuito en el que se proporciona un separador de aceite 26 mostrado en el sistema de bomba de calor 1 (Fig. 1) descrito en la primera realizacion, e intercambia calor entre el aire exterior (aire externo) y un refrigerante. Cuando el sistema de bomba de calor 200 incluye componentes que corresponden al sistema de bomba de calor 1, los componentes se indican por los mismos numeros de referencia que los numeros de referencia de la primera realizacion y se omitira la descripcion de los mismos. Sin embargo, el primer intercambiador de calor 11 es sustituido con un intercambiador de calor agua-refrigerante 11. El intercambiador de calor agua-refrigerante 11 calienta el agua del sistema de agua 300 mediante intercambio de calor entre el agua y un refrigerante. Asimismo, el segundo intercambiador de calor 13 es sustituido con un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13. Ademas, el sistema de bomba de calor 200 incluye los siguientes componentes que no se incluyen en el sistema de bomba de calor 1.
El sistema de bomba de calor 200 incluye una valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 entre una tubena L2, que se proporciona sobre el lado de descarga del compresor de la etapa de alta 10b, y una tubena L4, que se proporciona sobre el lado de succion del compresor de la etapa de baja l0a, y puede invertir la direccion de circulacion de un refrigerante mediante la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15, de modo que puede seleccionarse uno cualquiera de entre un ciclo de refrigeracion (ciclo de deshelado) en el que se hace circular un refrigerante en el sentido de las agujas del reloj al intercambiador de calor agua-refrigerante 11 a traves del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 y un ciclo de calentamiento en el que se hace circular un refrigerante en el sentido contra las agujas del reloj al intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 a traves del intercambiador de calor agua-refrigerante 11.
El sistema de bomba de calor 200 incluye una primera valvula de expansion 12a, un receptor de presion intermedia 16a, un serpentm de super-refrigeracion 17, una segunda valvula de expansion 12b, y un acumulador 18 sobre un circuito de refrigerante ademas del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13, el intercambiador de calor agua-refrigerante 11, y la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15. La primera valvula de expansion 12a sirve como un medio de descompresion para el control de la temperatura de un refrigerante en una salida del intercambiador de calor agua-refrigerante 11, el receptor de presion intermedia 16a separa el refrigerante en un refrigerante gas y un refrigerante lfquido, y la segunda valvula de expansion 12b descomprime un refrigerante a presion intermedia. El acumulador 18 separa un refrigerante lfquido que no se ha evaporado mediante el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13.
Asimismo, el sistema de bomba de calor 200 incluye un circuito de inyeccion 16 que incluye una valvula electromagnetica 16b, una valvula antirretorno 16c, y una tubena de inyeccion 16d. La valvula electromagnetica 16b inyecta el gas refrigerante a presion intermedia, que se separa mediante el receptor de presion intermedia 16a, en un gas refrigerante a presion intermedia que ha de aspirarse al interior del compresor de la etapa de alta 10b.
Por su parte, la valvula electromagnetica 16b sirve tambien como una valvula para el cierre del circuito de inyeccion 16 de modo que no se suministre refrigerante lfquido al compresor de la etapa de alta 10b en el momento de la activacion en el que el receptor de presion intermedia 16a esta lleno con un refrigerante lfquido.
Ademas, el sistema de bomba de calor 200 incluye una sub-tubena 121 que se proporciona en paralelo a la tubena de igualacion de aceite 21, y la sub-tubena 121 esta provista con una valvula electromagnetica 122. De la misma forma, el sistema de bomba de calor 200 incluye una sub-tubena 127 que se proporciona en paralelo a la tubena de retorno 27, y la sub-tubena 127 esta provista con una valvula electromagnetica 128. Por su parte, cada una de las sub-tubenas 121 y 127 esta provista con un estrangulador.
Dado que la cantidad de aceite de refrigerante que circula a traves de cada una de las tubenas de igualacion de aceite 21, y la tubena de retorno 27 tiene un lfmite, las valvulas electromagneticas 122 y 128 de las sub-tubenas 121 y 127 se abren cuando es necesario hacer circular una cantidad mayor de aceite de refrigerante.
[Sistema de agua 300]
El sistema de agua 300 incluye un paso de flujo de circulacion de agua caliente 301 en el que el agua circulada por una bomba 307 absorbe calor de un refrigerante y se convierte en agua caliente en el intercambiador de calor aguarefrigerante 11 del sistema de bomba de calor 200 y que usa el agua caliente como la fuente de calor para calentamiento o similares mediante la circulacion del agua caliente entre el radiador del lado de carga (intercambiador de calor del lado de usuario) 303 y el intercambiador de calor agua-refrigerante 11. Un tanque de almacenamiento de calor 305, en el que se introduce agua caliente desde el paso del flujo de circulacion de agua caliente 301 a traves de una valvula de conmutacion de tres vfas 306 capaz de ajustar una relacion de caudal y que puede almacenar el agua caliente como agua caliente de almacenamiento de calor, se conecta al paso de flujo de circulacion de agua caliente 301.
El tanque de almacenamiento de calor 305 toma agua caliente de almacenamiento de calor desde una parte superior del mismo a traves de la valvula de conmutacion de tres vfas 306, que se proporciona sobre el paso de flujo de circulacion de agua caliente 301 a traves del que el agua caliente calentada por el intercambiador de calor aguarefrigerante 11 se hace circular al radiador 303, y descarga el agua caliente de almacenamiento de calor al paso de flujo de circulacion de agua caliente 301 en un momento necesario.
Asimismo, el tanque de almacenamiento de calor 305 se proporciona con un circuito de suministro de agua sanitaria (no mostrada) para suministro de agua caliente a ser suministrada, que se calienta por el calor del agua caliente de almacenamiento de calor almacenada, y un calentador electrico (no mostrado) al que se aplica corriente cuando es necesario.
El sistema de agua 300 que tiene la configuracion anteriormente mencionada se adapta para realizar selectivamente uno de entre una operacion de calentamiento en la que se suministra agua caliente al radiador 303 y una operacion de almacenamiento de calor en la que se suministra agua caliente al tanque de almacenamiento de calor 305 mediante el control de la apertura y cierre de la valvula de conmutacion de tres v^as 306 para cambiar selectivamente la valvula de conmutacion de tres vfas 306, y para realizar simultaneamente tanto la operacion de calentamiento como la operacion de almacenamiento de calor usando agua caliente mediante la distribucion y suministro de agua caliente tanto al radiador 303 como al tanque de almacenamiento de calor 305.
Ademas, en el sistema de agua 300, el agua, que se suministra desde el tanque de almacenamiento 305 mediante la bomba de circulacion de agua 307, como un objeto a ser calentado se realiza mediante intercambio de calor con el refrigerante del sistema de bomba de calor 200 en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11.
Por su parte, cuando se selecciona el ciclo de calentamiento en el sistema de bomba de calor 200, un gas refrigerante, que tiene una baja temperatura y una baja presion, se comprime mediante el mecanismo de compresion 10 (el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b) y se descarga al sistema de bomba de calor 200 como un refrigerante gas que tiene una alta temperatura y una alta presion. Como se muestra en la Fig. 5 mediante las flechas de lmea continua, este refrigerante gas es guiado al intercambiador de calor agua-refrigerante 11 mediante la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 y se hace circular en el sentido de las agujas del reloj. En este caso, el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 es un intercambiador de calor para intercambio termico entre el agua, que se hace circular mediante la bomba de circulacion de agua 307, del sistema de agua 300 y un refrigerante gas que tiene una alta temperatura y una alta presion; y funciona como un condensador en el que se calienta agua mediante el calor de condensacion radiado debido a la condensacion del refrigerante. Como resultado, el refrigerante gas, que tiene una alta temperatura y una alta presion y circula en el sistema de bomba de calor 200, se convierte en un refrigerante lfquido, que tiene una alta temperatura y una alta presion, al ser condensado; y el agua, que circula en el sistema de agua 300, absorbe calor desde el refrigerante y se convierte en agua caliente.
El refrigerante, que se condensa en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11, circula al interior del receptor de presion intermedia 16a a traves de la primera valvula de expansion 12a que esta totalmente abierta. El refrigerante se separa en un refrigerante gas y un refrigerante lfquido en el receptor de presion intermedia 16a, y el refrigerante gas separado que tiene una presion intermedia se inyecta a traves de la valvula electromagnetica 16b y la valvula antirretorno 16c con una presion intermedia entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b.
Por su parte, el refrigerante lfquido, que se separa mediante el receptor de presion intermedia 16a, pasa a traves del serpentm de super-enfriamiento 17 y se convierte en un refrigerante en dos fases gas-lfquido que tiene una baja temperatura y una baja presion al ser descomprimido mediante la segunda valvula de expansion 12b y es guiado al intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13. El refrigerante en dos fases gas-lfquido, que se introduce en el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 funcionando como un evaporador, absorbe calor del aire exterior y se vaporiza mediante el intercambio de calor con el aire exterior.
Un gas refrigerante, que tiene una baja temperatura y una baja presion y se obtiene cuando el refrigerante en dos fases de gas-lfquido absorbe calor desde el aire exterior y se vaporiza mientras pasa a traves del intercambiador de calor del lado de fuente de calor 13 como se ha descrito anteriormente, es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a a traves de la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 de nuevo. El refrigerante gas, que tiene una baja temperatura y una baja presion y es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a como se ha descrito anteriormente, se convierte en un refrigerante gas, que tiene una alta temperatura y una alta presion, al ser comprimido en fases por el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b; y se somete repetidamente a un cambio de fase de gas-lfquido mientras es circulado a lo largo del mismo recorrido que se describe a continuacion. En este caso, la humedad o similares en el aire se congela sobre la superficie periferica exterior, que tienen una baja temperatura, del intercambiador de calor del lado de fuente de calor 13, de modo que tiene lugar un fenomeno de formacion de escarcha.
Dado que la formacion de escarcha inhibe el intercambio de calor entre el refrigerante y al aire exterior en el intercambiador de calor del lado de fuente de calor 13 y reduce la eficiencia del intercambio termico, es necesario detectar si se ha acumulado o no escarcha y retirar la escarcha mediante la realizacion de una operacion de deshelado en cada uno de los momentos de operacion apropiados. En el sistema de bomba de calor 200 anteriormente mencionado, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 se conmuta para invertir la direccion de circulacion de un refrigerante y para cambiar un ciclo a un ciclo de refrigeracion (ciclo de deshelado) que hace circular el refrigerante en una direccion indicada por las flechas de lmea discontinua de la Fig. 6, un gas refrigerante, que tiene una alta temperatura y una alta presion y se descarga desde el compresor de la etapa de alta 10b, se introduce en el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13, y la escarcha adherida al intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 se funde por el calor (calor de condensacion) del refrigerante gas. De esta manera, se realiza la operacion de deshelado.
Durante la operacion de deshelado usando el metodo de ciclo inverso, el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 funciona como un evaporador, absorbe calor del agua que circula a traves del paso de flujo de circulacion de agua caliente 301, vaporiza el refrigerante, y funde la escarcha, que se forma sobre el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13, mediante el uso del calor. En este caso, cuando la temperatura del agua desciende excesivamente, el agua se congela en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 y se genera un riesgo de danos al intercambiador de calor. Por esta razon, es necesario impedir que la temperature del agua, que se hace circular en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 y la temperature de evaporacion del refrigerante desciendan excesivamente.
Tambien en el calentador de agua/acondicionador de aire 100 anteriormente mencionado, una operacion de compresion se cambia a una operacion de compresion en una etapa como en la primera realizacion cuando se satisfacen las condiciones (1) a (3) siguientes en mitad de la operacion de compresion en dos etapas. El cambio es el mismo que el descrito con referencia a las Figs. 2A y 2B.
(1) La temperatura del agua que entra en el intercambiador de calor (intercambiador de calor de agua) para el agua y un refrigerante: Tw ,
Valor prescrito: Tr
Tw<Tr
(2) La presion de aspiracion del compresor de la etapa de baja 10a: Pli
La presion de descarga del compresor de la etapa de alta 10b: Pho
Valor prescrito: APr1
(Pho-Pli) <APr1
(3) La presion de aspiracion del compresor de la etapa de baja 10a: Pli
La presion de descarga del compresor de la etapa de baja 10a: Plo
Valor prescrito: APr2
(Plo-Pli) <APr2
[Operacion de compresion en dos etapas ^ operacion de compresion en una etapa]
Cuando una operacion de compresion se cambia a la operacion de compresion en una etapa, el refrigerante a alta presion, que se descarga despues de que se comprima el refrigerante a una alta temperatura por el compresor de la etapa de baja 10a, fluye al interior del intercambiador de calor agua-refrigerante 11 a traves de la tubena L11, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 14 y la tubena L5 y radia calor a un objeto a ser sometido a intercambio termico. Por su parte, en este caso, dado que la capacidad de operacion del compresor de la etapa de baja 10a es mas alta que en el momento de la operacion de compresion en dos etapas, el compresor de la etapa de baja 10a comprime el refrigerante a una alta presion. Asimismo, el compresor de la etapa de alta 10b detiene su operacion.
[Tercera realizacion]
Como se muestra en la Fig. 8, un sistema de bomba de calor 4 de acuerdo con una tercera realizacion incluye un compresor de la etapa de baja 10a y un compresor de la etapa de alta 10b que comprime y descarga un refrigerante, un primer intercambiador de calor 11 que intercambia calor entre el refrigerante comprimido por el compresor de la etapa de alta 10b y un fluido como un objeto a ser sometido a intercambio termico, una valvula de expansion 12 que descomprime y expande el refrigerante que fluye fuera del primer intercambiador de calor 11, y un segundo intercambiador de calor 13 que intercambia calor entre el refrigerante descomprimido y expandido por la valvula de expansion 12 y el fluido como un objeto a ser sometido a intercambio termico. El compresor de la etapa de baja 10a, el compresor de la etapa de alta 10b, el primer intercambiador de calor 11, la valvula de expansion 12 y el segundo intercambiador de calor 13 se conectan en serie en este orden en la direccion de circulacion del refrigerante. En esta realizacion, el primer intercambiador de calor 11 puede funcionar como un condensador que irradia calor mediante el intercambio termico con, por ejemplo, agua y el segundo intercambiador de calor 13 puede funcionar como un evaporador que absorbe calor mediante el intercambio termico con aire exterior.
Asimismo, el sistema de bomba de calor 4 incluye un mecanismo de igualacion de aceite 20 que mantiene la cantidad de aceite de refrigerante retenida en los compresores del lado de la etapa de baja y de alta 10a y 10b uniforme. Se describiran a continuacion los detalles del mecanismo de igualacion de aceite 20, que son las caractensticas de esta realizacion.
El sistema de bomba de calor 4 incluye una tubena L1 que conecta el compresor de la etapa de baja 10a al compresor de la etapa de alta 10b, una tubena L2 que conecta el compresor de la etapa de alta 10b al primer intercambiador de calor 11, una tubena L3 que conecta el primer intercambiador de calor 11 al segundo intercambiador de calor 13, y una tubena L4 que conecta al segundo intercambiador de calor 13 al compresor de la etapa de baja 10a. Por consiguiente, el sistema de bomba de calor 1 forma un circuito refrigerante en el que circula un refrigerante. Entre las tubenas, la tubena L4 forma una tubena del lado de aspiracion del compresor de la etapa de baja 10a, la tubena L1 que conecta el compresor de la etapa de baja 10a al compresor de la etapa de alta 10b forma una tubena de presion intermedia, y la tubena L2 forma una tubena del lado de descarga del compresor de la etapa de alta 10b.
Por su parte, se hace referencia general al compresor de la etapa de baja 10a y al compresor de la etapa de alta 10b como un mecanismo de compresion 10 sin distincion entre ellos.
Se describiran a continuacion de uno en uno los componentes respectivos del sistema de bomba de calor 4.
[Mecanismo de compresion 10]
Cuando el compresor de la etapa de baja 10a es accionado giratoriamente por un motor electrico que esta formado de modo integral con el compresor de la etapa de baja 10a, el compresor de la etapa de baja 10a aspira el refrigerante, que ha pasado a traves del segundo intercambiador de calor 13 y tiene una baja temperatura y una baja presion, comprime el refrigerante hasta una presion intermedia, y descarga el refrigerante comprimido al compresor de la etapa de alta 10b.
Un mecanismo de compresion publicamente conocido, tal como el mecanismo de compresion scroll o un mecanismo de compresion giratorio, puede aplicarse como el mecanismo de compresion que se aplica al compresor de la etapa de baja 10a. De la misma forma, se aplica lo mismo al compresor de la etapa de alta 10b.
El compresor de la etapa de alta 10b aspira y comprime el refrigerante, que es descargado desde el compresor de la etapa de baja 10a, y descarga el refrigerante comprimido al primer intercambiador de calor 11 como un refrigerante que tiene una alta temperatura y una alta presion.
[Primer intercambiador de calor 11]
El primer intercambiador de calor 11 calienta el fluido, tal como agua o aire, como un objeto a ser sometido a intercambio termico mediante el intercambio de calor entre el fluido y un refrigerante que tiene una alta temperatura y una alta presion. El refrigerante, que se descarga desde el compresor de la etapa de alta 10b y tiene una alta temperatura y una alta presion, es enfriado y condensado en el primer intercambiador de calor 11. Puede usarse un intercambiador de calor publicamente conocido como el primer intercambiador de calor 11. Lo mismo se aplica al segundo intercambiador de calor 13 a ser descrito a continuacion.
Cuando un objeto a ser sometido a intercambio termico es el aire, el primer intercambiador de calor 11 esta provisto con un ventilador 11f y se intercambia calor entre el aire soplado por el ventilador 11f y el refrigerante mientras el aire impulsado por el ventilador 11f pasa a traves del primer intercambiador de calor 11.
[Valvula de expansion 12 y segundo intercambiador de calor 13]
El segundo intercambiador de calor 13 intercambia calor entre el refrigerante, que pasa a traves de la valvula de expansion 12 y se descomprime y expande, y el aire exterior soplado, y el refrigerante se evapora y absorbe calor desde el aire exterior mientras se intercambia calor entre el refrigerante y el aire externo. El segundo intercambiador de calor 13 esta tambien provisto con un ventilador 13f y se intercambia calor entre el aire soplado por el ventilador 13f y el refrigerante, de modo que el refrigerante a baja presion se evapora y se genera una operacion de absorcion de calor.
La valvula de expansion 12 se forma de, por ejemplo, una valvula de expansion electronica que incluye un cuerpo de valvula con forma de aguja y un motor de pulsos para el accionamiento del cuerpo de valvula.
[Mecanismo de igualacion de aceite 20]
El mecanismo de igualacion de aceite 20 incluye una tubena de igualacion de aceite 21 que conecta el compresor de la etapa de baja 10a al compresor de la etapa de alta 10b, una valvula de igualacion de aceite (valvula todo-nada) 23 que se proporciona sobre la tubena de igualacion de aceite 21 y controla el flujo del aceite de refrigerante entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b, un primer sensor de temperatura 34 que se proporciona cerca de la tubena de igualacion de aceite 21 y detecta la temperatura del interior de la tubena de igualacion de aceite 21, y un segundo sensor de temperatura 35 que se proporciona cerca de la tubena L2 y detecta la temperatura del interior de la tubena L2.
La informacion de temperatura (temperatura detectada) T0 y la informacion de temperatura (temperatura detectada) T1, que se detectan por el primer sensor de temperatura 34 y el segundo sensor de temperatura 35, se transmiten al dispositivo de control 30. El dispositivo de control 30 controla la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23 basandose en la informacion de temperatura T0 y la informacion de temperatura T1 que se transmiten.
El mecanismo de igualacion de aceite 20 suministra un excedente de aceite de refrigerante del compresor de la etapa de alta 10b al compresor de la etapa de baja 10a o detiene el suministro del excedente de aceite de refrigerante a traves del control de la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23.
Un nivel que representa la cantidad de aceite de refrigerante, que es necesario para una operacion normal de cada uno del compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b, se establece y la tubena de igualacion de aceite 21 se conecta al compresor de la etapa de baja 10a y al compresor de la etapa de alta 10b en una posicion correspondiente al nivel de referencia. Asimismo, es preferible que cada uno de los extremos de conexion de la tubena de igualacion de aceite 21 este sumergido siempre en el aceite de refrigerante.
Cuando se abre la valvula de igualacion de aceite 23 de la tubena de igualacion de aceite 21 como se muestra en la Fig. 9B, el aceite de refrigerante fluye al compresor de la etapa de baja 10a desde el compresor de la etapa de alta 10b. La razon para esto es que la presion del interior del compresor de la etapa de alta 10b es mayor que la presion del interior del compresor de la etapa de baja 10a. Por su parte, en la Fig. 9, la valvula de igualacion de aceite 23 cerrada se representa como una valvula negra (Fig. 9A) y la valvula de igualacion de aceite abierta 23 se representa como una valvula vacfa (Fig. 9B). Asimismo, en la Fig. 9, la tubena de igualacion de aceite 21 se muestra mediante una lmea continua cuando el aceite de refrigerante fluye en la tubena de igualacion de aceite, y la tubena de igualacion de aceite 21 se muestra mediante una lmea discontinua cuando el aceite de refrigerante no fluye en la tubena de igualacion de aceite.
Sin embargo, el flujo del aceite de refrigerante al compresor de la etapa de baja 10a desde el compresor de la etapa de alta 10b se fundamenta en el hecho de que el extremo de conexion de la tubena de igualacion de aceite 21 correspondiente al compresor de la etapa de alta 10b esta sumergido en el aceite de refrigerante. Cuando no se satisface esta premisa, la tubena de igualacion de aceite 21 sirve como un paso para un refrigerante. Por consiguiente, una parte del refrigerante, que se comprime por el compresor de la etapa de alta 10b, vuelve al compresor de la etapa de baja 10a. Esto significa que la energfa utilizada para comprimir el refrigerante se desperdicia tanto en el compresor de la etapa de baja 10a como en el compresor de la etapa de alta 10b. Por lo tanto, cuando el aceite de refrigerante no fluye en la tubena de igualacion de aceite 21, es preferible que la valvula de igualacion de aceite 23 se cierre para cerrar la tubena de igualacion de aceite 21 como se muestra en la Fig. 9A de modo que no fluya un refrigerante al compresor de la etapa de baja 10a.
[Dispositivo de control 30]
El dispositivo de control 30 toma a su cargo la operacion del sistema de bomba de calor 4, pero controla particularmente la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23 de la tubena de igualacion de aceite 21 en esta realizacion. El dispositivo de control 30 adquiere la informacion de temperatura T0 y la informacion de temperatura T1 desde el primer y segundo sensores de temperatura a 34 y 35, respectivamente, para controlar la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23. El dispositivo de control 30 determina la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23 a traves de la comparacion de la informacion de temperatura T0 y la informacion de temperatura T1 que se adquieren. Es decir, cuando la temperatura del aceite de refrigerante que fluye en la tubena de igualacion de aceite 21 se compara con la temperatura del refrigerante que fluye en la tubena L2, la temperatura del refrigerante es significativamente baja. Sin embargo, cuando fluye refrigerante en lugar del aceite de refrigerante en la tubena de igualacion de aceite 21, una diferencia entre la informacion de temperatura T0, que se detecta en la tubena de igualacion de aceite 21, y la informacion de temperatura T1, que se detecta en la tubena L2, se reduce. Por consiguiente, el dispositivo de control 30 puede determinar si el aceite de refrigerante esta fluyendo en la tubena de igualacion de aceite 21 o si el refrigerante esta fluyendo en la tubena de igualacion de la aceite 21 a traves de la comparacion de la informacion de temperatura T0 y la informacion de temperatura T1.
[Funcionamiento del sistema de bomba de calor 4]
Se describira a continuacion el funcionamiento el sistema de bomba de calor 4.
En el sistema de bomba de calor 4, circula un refrigerante y se realiza un ciclo de refrigeracion de compresion en dos etapas.
En el sistema de bomba de calor 4, el refrigerante, que se descarga desde el compresor de la etapa de alta 10b y tiene una alta temperatura y una alta presion, fluye al interior del primer intercambiador de calor 11 a traves de la tubena L2 y radia calor a un objeto a ser sometido a intercambio termico. El refrigerante, que ha radiado calor en el primer intercambiador de calor 11, se convierte en un refrigerante a baja presion al ser expandido mientras pasa a traves de la valvula de expansion 12 a traves de la tubena L3. El refrigerante a baja presion circula adicionalmente al interior del segundo intercambiador de calor 13 a traves de la tubena L3, absorbe calor desde el aire exterior, y se evapora. Despues de esto, el refrigerante a baja presion, que fluye al exterior del segundo intercambiador de calor 13, es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a a traves de la tubena L4.
Despues de que el refrigerante a baja presion, que es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a, sea comprimido y se convierta en un refrigerante a presion intermedia, el refrigerante a presion intermedia se descarga a la tubena L1. El refrigerante a presion intermedia, que se descarga a la tubena L1 desde el compresor de la etapa de baja 10a, es aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b. Despues de que el refrigerante, que es aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b, se comprima y se convierta en un refrigerante a alta presion, el refrigerante a alta presion es descargado a la tubena L2.
El sistema de bomba de calor 4 repite alternadamente una operacion en la que la valvula de igualacion de aceite 23 se cierra durante un periodo de cierre tw y una operacion en la que la valvula de igualacion de aceite 23 se abre durante un penodo de igualacion de aceite tm mientras se repite un ciclo de compresion, condensacion, expansion y evaporacion del refrigerante que se ha descrito anteriormente. Esta realizacion se caracteriza porque la valvula de igualacion de aceite 23 se cierra forzosamente incluso durante el periodo tm de igualacion de aceite. Se describira a continuacion con referencia a la Fig. 10 un procedimiento de una operacion para la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23.
Como se muestra en la Fig. 10, el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula de igualacion de aceite 23 para estar cerrada (OFF) como ajuste inicial en el que el sistema de bomba de calor 4 es instruido para iniciar el funcionamiento (S101 de la Fig. 10). Cuando la valvula de igualacion de aceite 23 se cierra desde el principio, el procedimiento continua tal como es.
El dispositivo de control 30 mide un tiempo t transcurrido despues de que se instruya al sistema de bomba de calor 4 para iniciar el funcionamiento, y el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula de igualacion de aceite 23 para abrirse (CONEXION) cuando el tiempo t transcurrido alcanza un periodo de cierre tw predeterminado (S103 de la Fig. 10). Cuando el tiempo transcurrido alcanza un periodo de cierre tm predeterminado despues de que el dispositivo de control 30 de instrucciones a la valvula de igualacion de aceite 23 para abrirse, el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula de igualacion de aceite 23 para cerrarse (S111de la Fig. 10). La operacion en la que la valvula de igualacion de aceite 23 de la primera realizacion se cierra durante un periodo de cierre tw y la operacion en la que la valvula de igualacion de aceite 23 de la primera realizacion se abre durante un periodo de igualacion de aceite tm se repiten alternadamente como se ha descrito anteriormente.
Sin embargo, el dispositivo de control 30 tiene dos excepciones a ser descritas a continuacion con relacion a la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23.
Primero, el dispositivo de control 30 determina si el sistema de bomba de calor 4 esta realizando o no una operacion estable. Si el sistema de bomba de calor 4 esta realizando una operacion estable, el procedimiento prosigue a la determinacion de la segunda excepcion (Sf en la etapa 105, S107). Sin embargo, si el sistema de bomba de calor 4 no esta realizando una operacion estable, la valvula de igualacion de aceite 23 se mantiene cerrada (No en S105 de la Fig. 10). En este caso, el caso de una operacion inestable, que no corresponde a una operacion estable, corresponde a un caso en el que, por ejemplo, se realiza una operacion de deshelado. La razon para esto es que hay una preocupacion sobre la premisa de esta realizacion de que la temperatura del aceite de refrigerante que fluye a traves de la valvula de igualacion de aceite 23 sea mas alta que la temperatura del refrigerante aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b, puede no satisfacerse durante la operacion inestable. Asimismo, la etapa primitiva de la activacion del sistema de bomba de calor 4 tambien corresponde a una operacion inestable, pero la etapa primitiva de la activacion se considera como el periodo de cierre tw anteriormente mencionado en esta realizacion.
A continuacion, como la segunda excepcion, el dispositivo de control 30 compara la velocidad de rotacion R del compresor de la etapa de alta 10b con una velocidad de rotacion predeterminada R0 (S107 de la Fig. 10); y el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula de igualacion de aceite 23 para abrirse (CONEXION) y cerrarse (DESCONEXION) alternada y repetidamente en cada uno de los momentos predeterminados (Sf en S107 de la Fig. 10, S108) si la velocidad de rotacion R es mas pequena que la velocidad de rotacion R0.
En un caso que no corresponde a las dos excepciones anteriormente mencionadas, el dispositivo de control 30 da instrucciones a la valvula de igualacion de aceite 23 para abrirse (S109 de la Fig. 10). Despues de recibir esta instruccion, la valvula de igualacion de aceite 23 se mantiene abierta durante el periodo de igualacion de aceite tm (S111 de la Fig. 3).
Durante este periodo, el dispositivo de control 30 determina si una diferencia (T0-T1) entre la informacion de temperatura T0, que se adquiere desde el primer sensor de temperatura 34, y la informacion de temperatura T1, que se adquiere desde el segundo sensor de temperatura 35, es igual a o mas pequena que un valor predeterminado AT (S113 de la Fig. 10). En este caso, la informacion de temperatura T0 se considera como la temperatura del fluido (aceite de refrigerante o un refrigerante) que fluye en la tubena de separacion del aceite 21 y la informacion de temperatura T1 se considera como la temperatura del refrigerante aspirado al interior del compresor de la etapa de alta 10b.
Si la diferencia (T0-T1) es igual a o menor que AT, el dispositivo de control 30 determina que el refrigerante en lugar del aceite de refrigerante esta fluyendo en la tubena de evaluacion del aceite 21 y cierra la valvula de igualacion de aceite 23 (Si en S113 de la Fig. 10). Por su parte, si la diferencia (T0-T1) excede de AT, la valvula de igualacion de aceite 23 continua estando abierta hasta que termine el penodo de igualacion de aceite tm. Si el penodo de igualacion de aceite tm finaliza, la valvula de igualacion de aceite 23 se cierra (No en S113 y Si en S111 Si de la Fig. 10).
Como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con esta realizacion, es posible suministrar aceite de refrigerante a la etapa de baja desde la etapa de alta e igualar el aceite refrigerante de tanto al compresor de la etapa de baja 10a como del compresor de la etapa de alta 10b mediante una simple operacion de apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23 sin detener la operacion del compresor de la etapa de baja 10a ni el compresor de la etapa de alta 10b. Ademas, de acuerdo con esta realizacion, cuando el dispositivo de control 30 determina que esta fluyendo un refrigerante en lugar de un aceite de refrigerante en la tubena de igualacion de aceite 21, el dispositivo de control 30 cierra la valvula de igualacion de aceite 23. Por consiguiente, es posible evitar el uso derrochador del mecanismo de compresion 10 que se provoca cuando el refrigerante circula en la tubena de igualacion de aceite 21. La invencion se ha descrito anteriormente sobre la base de las realizaciones, pero los componentes descritos en las realizaciones anteriormente mencionadas pueden seleccionarse apropiadamente o pueden sustituirse apropiadamente con otros componentes sin apartarse de la esencia de la invencion.
En la descripcion anterior, la apertura/cierre general de la valvula de igualacion de aceite 23 se ha controlado mediante el penodo de cierre tw y el penodo de igualacion de aceite tm. Sin embargo, la invencion no esta limitada a ello. La informacion de temperatura T0 y la informacion de temperatura T1 pueden usarse como condiciones que son necesarias para abrir la valvula de igualacion de aceite 23. Es decir, como se muestra en la Fig. 11, la valvula de igualacion de aceite 23 puede abrirse (etapa 203 y etapa 109 de la Fig. 11) cuando T0-T1 excede de AT, y la valvula de igualacion de aceite 23 puede cerrarse (etapa 113 y etapa S101 de la Fig. 11) cuando T0-T1 es igual o menor que AT.
Asimismo, la informacion de temperatura, que ha de compararse con la informacion de temperatura T0, no se limita a la informacion de temperatura T1, y la informacion de temperatura T0, puede compararse con una temperatura detectada (informacion de temperatura) T2 del compresor de la etapa de alta 10b. Una diferencia, que se obtiene en este caso, es T2-T0, y el dispositivo de control 30 determina que esta fluyendo un refrigerante en la tubena de igualacion de aceite 21 cuando la diferencia es igual a o menor que un valor ATT predeterminado. Por su parte, la temperatura del compresor de la etapa de alta 10b se detecta en una zona de baja del compresor de la etapa de alta en la que se almacena el aceite de refrigerante.
[Cuarta realizacion]
Se describira a continuacion un tipo de bomba de calor de calentador de agua/acondicionador de aire 100 al que se aplica el sistema de bomba de calor 4 descrito como la primera realizacion, como una cuarta realizacion de la invencion.
Como se muestra en las Figs. 12 y 13, el calentador de agua/acondicionador de aire 100 incluye un sistema de bomba de calor 200 y un sistema de agua 300.
[Sistema de bomba de calor 200]
El sistema de bomba de calor 200 usa el sistema de bomba de calor 4 descrito en la primera realizacion, e intercambia calor entre el aire exterior (aire externo) y un refrigerante. Cuando el sistema de bomba de calor 200 incluye componentes que corresponden al sistema de bomba de calor 4, los componentes se indican por los mismos numeros de referencia que los numeros de referencia de la tercera realizacion y se omitira la descripcion de los mismos. Sin embargo, el primer intercambiador de calor 11 es sustituido con un intercambiador de calor aguarefrigerante 11. El intercambiador de calor agua-refrigerante 11 calienta el agua del sistema de agua 300 mediante intercambio de calor entre el agua y un refrigerante. Asimismo, el segundo intercambiador de calor 13 es sustituido con un intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13. Ademas, el sistema de bomba de calor 200 incluye los siguientes componentes que no se incluyen en el sistema de bomba de calor 4.
El sistema de bomba de calor 200 incluye una valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 entre una tubena L2, que se proporciona sobre el lado de descarga del compresor de la etapa de alta 10b, y una tubena L4, que se proporciona sobre el lado de succion del compresor de la etapa de baja 10a, y puede invertir la direccion de circulacion de un refrigerante mediante la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15, de modo que puede seleccionarse uno cualquiera de entre un ciclo de refrigeracion (ciclo de deshelado) en el que se hace circular un refrigerante en el sentido de las agujas del reloj al intercambiador de calor agua-refrigerante 11 a traves del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 y un ciclo de calentamiento en el que se hace circular un refrigerante en el sentido contra las agujas del reloj al intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 a traves del intercambiador de calor agua-refrigerante 11.
El sistema de bomba de calor 200 incluye una valvula de expansion 12a para refrigeracion, una valvula de expansion 12b para calentamiento, y un receptor 39 como un mecanismo de estrangulacion, ademas del intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13, el intercambiador de calor agua-refrigerante 11, y la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15. La valvula de expansion 12a para refrigeracion y la valvula de expansion 12b para calentamiento se disponen en serie con el receptor 18 interpuesto entre ellas.
Asimismo, el sistema de bomba de calor 200 incluye un circuito economizador 36 que se proporciona sobre la tubena L3. El circuito economizador 36 incluye un intercambiador de calor 36a para un economizador, una valvula de expansion 36b para un economizador, y una tubena de inyeccion 36c. Despues de que una parte del refrigerante lfquido que ha pasado a traves del intercambiador de calor agua-refrigerante 11 se introduzca en el intercambiador de calor 36a para un economizador a traves de la valvula de expansion 36b para un economizador y se evapore mediante el intercambio de calor con un refrigerante lfquido que fluye en la tubena L3, se inyecta un refrigerante gas a la tubena de presion intermedia L1, que se proporciona entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b, a traves de la tubena de inyeccion 36c.
Ademas, el sistema de bomba de calor 200 incluye un separador de aceite 37 que se proporciona sobre el lado de descarga del compresor de la etapa de baja 10a y un separador de aceite 38 que se proporciona sobre el lado de descarga del compresor de la etapa de alta 10b. El aceite de refrigerante, que esta contenido en el refrigerante descargado desde el compresor de la etapa de baja 10a, se separa del refrigerante mediante el separador de aceite 37 y se retorna al compresor de la etapa de baja 10a a traves de una tubena de retorno 37L. De la misma forma, el aceite de refrigerante, que esta contenido en el refrigerante descargado desde el compresor de la etapa de alta 10b, se separa del refrigerante mediante el separador de aceite 38 y se retorna al compresor de la etapa de alta 10b a traves de una tubena de retorno 38L.
[Sistema de agua 300]
El sistema de agua 300 incluye un paso de flujo de circulacion de agua caliente 301 en el que el agua circulada mediante una bomba de circulacion de agua 307 absorbe calor de un refrigerante en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 del sistema de bomba de calor 200 y se convierte en agua caliente y que usa el agua caliente como una fuente de calor para calentamiento o similares mediante la circulacion del agua caliente entre el radiador del lado de carga 303 y el intercambiador de calor agua-refrigerante 11. Un tanque de almacenamiento de calor 305, en el que se introduce agua caliente desde el paso del flujo de circulacion de agua caliente 301 a traves de una valvula de conmutacion de tres vfas 306 capaz de ajustar una relacion de caudal y que puede almacenar el agua caliente como agua caliente de almacenamiento de calor, se conecta al paso de flujo de circulacion de agua caliente 301.
El tanque de almacenamiento de calor 305 toma agua caliente de almacenamiento de calor desde una parte superior del mismo a traves de la valvula de conmutacion de tres vfas 306, que se proporciona sobre el paso de flujo de circulacion de agua caliente 301 a traves del que el agua caliente calentada por el intercambiador de calor aguarefrigerante 11 se hace circular al radiador 303, y descarga el agua caliente de almacenamiento de calor al paso de flujo de circulacion de agua caliente 301 en un momento necesario.
Asimismo, el tanque de almacenamiento de calor 305 se proporciona con un circuito de suministro de agua sanitaria (no mostrada) para suministro de agua caliente a ser suministrada, que se calienta por el calor del agua caliente de almacenamiento de calor almacenada, y un calentador electrico (no mostrado) al que se aplica corriente cuando es necesario.
El sistema de agua 300 que tiene la configuracion anteriormente mencionada se adapta para realizar selectivamente uno de entre una operacion de calentamiento en la que se suministra agua caliente al radiador 303 y una operacion de almacenamiento de calor en la que se suministra agua caliente al tanque de almacenamiento de calor 305 mediante el cambio selectivamente de la valvula de conmutacion de tres vfas 306, y para realizar simultaneamente tanto la operacion de calentamiento como la operacion de almacenamiento de calor usando agua caliente mediante la distribucion y suministro de agua caliente tanto al radiador 303 como al tanque de almacenamiento de calor 305. Ademas, en el sistema de agua 300, el agua, que se suministra desde el tanque de almacenamiento 305 mediante la bomba de circulacion de agua 307, como un objeto a ser calentado se realiza mediante intercambio de calor con el refrigerante del sistema de bomba de calor 200 en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11.
Por su parte, cuando se selecciona el ciclo de calentamiento en el sistema de bomba de calor 200, un gas refrigerante, que tiene una baja temperatura y una baja presion, se comprime mediante el mecanismo de compresion 10 (el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b) y se descarga al sistema de bomba de calor 200 como un refrigerante gas que tiene una alta temperatura y una alta presion. Como se muestra en la Fig. 12 mediante las flechas de lmea continua, este refrigerante gas es guiado al intercambiador de calor aguarefrigerante 11 mediante la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 y se hace circular en el sentido contrario a las agujas del reloj. En este caso, el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 es un intercambiador de calor para intercambio termico entre el agua, que se hace circular mediante la bomba de circulacion de agua 307, del sistema de agua 300 y un refrigerante gas que tiene una alta temperatura y una alta presion; y funciona como un condensador en el que se calienta agua mediante el calor de condensacion radiado debido a la condensacion del refrigerante. Como resultado, el refrigerante gas, que tiene una alta temperatura y una alta presion y circula en el sistema de bomba de calor 200, se convierte en un refrigerante lfquido, que tiene una alta temperatura y una alta presion, al ser condensado; y el agua, que circula en el sistema de agua 300, absorbe calor desde el refrigerante y se convierte en agua caliente.
El refrigerante, que se condensa mediante el intercambiador de calor agua-refrigerante 11, fluye al interior del receptor 39 a traves de la valvula de expansion 12a para refrigeracion que esta totalmente abierta. En el receptor 39, el refrigerante se separa en un refrigerante gas y un refrigerante lfquido y se ajusta la cantidad de refrigerante en circulacion. La valvula de expansion 12b para calentamiento, que descomprime un refrigerante lfquido que tiene una alta temperatura y una alta presion, se dispone en el lado aguas abajo del receptor 39. El refrigerante lfquido que tiene una alta temperatura y una alta presion se convierte en un refrigerante en dos fases gas-lfquido que tiene una baja temperatura y una baja presion al ser descomprimido mientras el refrigerante pasa a traves de la valvula de expansion 12b para calentamiento. Despues, el refrigerante en dos fases gas-lfquido es guiado al intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13. El refrigerante en dos fases gas-lfquido, que se introduce en el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 funcionando como un evaporador, absorbe calor del aire exterior y se vaporiza mediante el intercambio de calor con el aire exterior.
Un gas refrigerante, que tiene una baja temperatura y una baja presion y se obtiene cuando el refrigerante en dos fases de gas-lfquido absorbe calor desde el aire exterior y se vaporiza mientras pasa a traves del intercambiador de calor del lado de fuente de calor 13 como se ha descrito anteriormente, es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a a traves de la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 de nuevo. El refrigerante gas, que tiene una baja temperatura y una baja presion y es aspirado al interior del compresor de la etapa de baja 10a como se ha descrito anteriormente, se convierte en un refrigerante gas, que tiene una alta temperatura y una alta presion, al ser comprimido en fases por el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b; y se somete repetidamente a un cambio de fase de gas-lfquido mientras es circulado a lo largo del mismo recorrido que se describe a continuacion. En este caso, la humedad o similares en el aire se congela sobre la superficie periferica exterior, que tienen una baja temperatura, del intercambiador de calor del lado de fuente de calor 13, de modo que tiene lugar un fenomeno de formacion de escarcha.
Dado que la formacion de escarcha inhibe el intercambio de calor entre el refrigerante y al aire exterior en el intercambiador de calor del lado de fuente de calor 13 y reduce la eficiencia del intercambio termico, es necesario detectar si se ha acumulado o no escarcha y retirar la escarcha mediante la realizacion de una operacion de deshelado en cada uno de los momentos de operacion apropiados. En el sistema de bomba de calor 200 anteriormente mencionado, la valvula de conmutacion de cuatro vfas 15 se conmuta para invertir la direccion de circulacion de un refrigerante y para cambiar un ciclo al ciclo de refrigeracion (ciclo de deshelado) que hace circular el refrigerante en una direccion indicada por las flechas de lmea de punto y raya de la Fig. 13, un gas refrigerante, que tiene una alta temperatura y una alta presion y se descarga desde el compresor de la etapa de alta 10b, se introduce en el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13, y la escarcha adherida al intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13 se funde por el calor (calor de condensacion) del refrigerante gas. De esta manera, se realiza la operacion de deshelado.
Durante la operacion de deshelado usando el metodo de ciclo inverso, el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 funciona como un evaporador, absorbe calor del agua que circula a traves del paso de flujo de circulacion de agua caliente 301, vaporiza el refrigerante, y funde la escarcha, que se forma sobre el intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13, mediante el uso del calor. En este caso, cuando la temperatura del agua desciende excesivamente, el agua se congela en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 y se genera un riesgo de danos al intercambiador de calor. Por esta razon, es necesario impedir que la temperatura del agua, que se hace circular en el intercambiador de calor agua-refrigerante 11 y la temperatura de evaporacion del refrigerante desciendan excesivamente.
Incluso en el calentador de agua/acondicionador de aire 100 anteriormente mencionado, la apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23 proporcionada entre el compresor de la etapa de baja 10a y el compresor de la etapa de alta 10b se controla como en la primera realizacion. Por consiguiente, de acuerdo con el calentador de agua/acondicionador de aire 100 de esta realizacion, es posible igualar el aceite refrigerante del compresor de la etapa de baja 10a y del compresor de la etapa de alta 10b mediante una simple operacion de apertura/cierre de la valvula de igualacion de aceite 23 sin detener la operacion del compresor de la etapa de baja 10a ni el compresor de la etapa de alta 10b.
La invencion se ha descrito anteriormente sobre la base de las realizaciones, pero los componentes descritos en las realizaciones anteriormente mencionadas pueden seleccionarse apropiadamente o pueden sustituirse apropiadamente con otros componentes sin apartarse de la esencia de la invencion.
Lista de signos de referencia
1, 2, 3, 4: sistema de bomba de calor
10a: compresor de la etapa de baja
10b: compresor de la etapa de alta
11: primer intercambiador de calor, intercambiador de calor agua-refrigerante
11f: ventilador
12: valvula de expansion
12a: primera valvula de expansion, valvula de expansion para refrigeracion
12b: segunda valvula de expansion, valvula de expansion para calentamiento
13: segundo intercambiador de calor, intercambiador de calor del lado de la fuente de calor 13f: ventilador
14, 15: valvula de conmutacion de cuatro vfas
14a, 14b: valvula electromagnetica
16: circuito de inyeccion
16a: receptor de presion intermedia
16b: valvula electromagnetica
16c: valvula antirretorno
16d: tubena de inyeccion
17: serpentm de super-refrigeracion
18: acumulador
20: mecanismo de igualacion de aceite
21: tubena de igualacion de aceite
23: valvula de igualacion de aceite
25: valvula electromagnetica
26, 28: separador de aceite
27, 29: tubena de retorno de aceite
30: dispositivo de control
34: primer sensor de temperature
35: segundo sensor de temperatura
36: circuito economizador
36a: intercambiador de calor para un economizador
36b: valvula de expansion para un economizador
36c: tubena de inyeccion
37, 38: separador de aceite
37L, 38L: tubena de retorno
39: receptor
100: calentador de agua/acondicionador de aire
121, 127: sub-tubena
122, 128: valvula electromagnetica
200: sistema de bomba de calor
300: sistema de agua
301: paso del flujo de circulacion de agua caliente
303: radiador
305: tanque de almacenamiento de calor
306: valvula de conmutacion de tres vfas
307: bomba de circulacion de agua
L1, L11, L12, L2, L3, L4, L5: tubena

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de bomba de calor (1; 2; 3) que comprende:
un mecanismo de compresion que incluye un compresor de la etapa de baja (10a) y un compresor de la etapa de alta (10b) configurado para comprimir y descargar un refrigerante;
un separador de aceite (26) que se proporciona en un lado de descarga del compresor de la etapa de alta (10b); un primer intercambiador de calor (11) configurado para intercambiar calor entre el refrigerante comprimido por el mecanismo de compresion y un objeto a ser sometido a intercambio termico;
una valvula de expansion (12) configurada para descomprimir y expandir el refrigerante que circula fuera del primer intercambiador de calor (11);
un segundo intercambiador de calor (13) configurado para intercambiar calor entre el refrigerante descomprimido y expandido por la valvula de expansion (12) y un objeto a ser sometido a intercambio termico; y
una tubena de retorno principal (27) que conecta el separador de aceite (26) a un lado de aspiracion del compresor de la etapa de alta (10b); caracterizado por que comprende
un recorrido de igualacion de aceite (21) que conecta el compresor de la etapa de baja (10a) al compresor de la etapa de alta (10b) configurado para permitir que el aceite de refrigerante fluya entre el compresor de la etapa de baja (10a) y el compresor de la etapa de alta (10b);
un recorrido de retorno del aceite (23) que conecta las tubenas de retorno principal (27) al recorrido de igualacion de aceite (21);
una valvula todo-nada de retorno de aceite (25) que se proporciona sobre el recorrido de retorno del aceite (23); y
un mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante (14) configurado para cambiar selectivamente un recorrido del refrigerante entre un recorrido de compresion en dos etapas a lo largo del que el refrigerante circula a traves del compresor de la etapa de baja (10a) y el compresor de la etapa de alta (10b) en este orden y un recorrido de compresion en una etapa a lo largo del que el refrigerante circula a traves de solamente uno de entre el compresor de la etapa de baja y el compresor de la etapa de alta,
un dispositivo de control (30) configurado para dar instrucciones al mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante (14) y a la valvula todo-nada de retorno de aceite (25) de modo que cuando el dispositivo de control (30) da instrucciones al mecanismo de cambio del recorrido de refrigerante (14) para seleccionar el recorrido de compresion en una etapa, el dispositivo de control (30) da instrucciones a la valvula todo-nada de retorno del aceite (25) para ser abierta y el aceite de refrigerante desde el separador de aceite (26) es retornado al recorrido de igualacion de aceite (21) a traves del recorrido de retorno del aceite (23) sin pasar a traves del compresor de la etapa de alta (10b).
2. El sistema de bomba de calor (1; 2; 3) de acuerdo con la reivindicacion 1,
en el que cuando se selecciona el recorrido de compresion en dos etapas y se satisface una cualquiera de las siguientes condiciones (1) a (3), el dispositivo de control (30) se configura para cambiar el recorrido del refrigerante al recorrido de compresion en una etapa.
Condicion (1): Tw ^Tr
Tw : La temperatura del agua que entra en un intercambiador de calor (intercambiador de calor de agua) para el agua y el refrigerante cuando el objeto, que ha de ser sometido a intercambio termico, del primer intercambiador de calor es agua
Tr: Valor prescrito
Condicion (2): (Pho-Pli) 2 APr1
Pli: El valor de aspiracion del compresor de la etapa de baja
Pho: La presion de descarga del compresor de la etapa de alta
APr1: Valor prescrito
Condicion (3): (Plo-Pl1) ^APr2
Pli: El valor de aspiracion del compresor de la etapa de baja
Plo: El valor de descarga del compresor de la etapa de baja
APr2: Valor prescrito
3. El sistema de bomba de calor (1; 2; 3) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2,
en el que el dispositivo de control (30) se configura para controlar la apertura/cierre de la valvula todo-nada del aceite de retorno (25) basandose en una cantidad estimada de aceite de refrigerante del compresor de la etapa de baja (10a) y una cantidad estimada de aceite de refrigerante del compresor de la etapa de alta (10b).
4. Un calentador de agua de bomba de calor que comprende:
el primer intercambiador de calor (11) del sistema de bomba de calor (1; 2; 3) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que es un intercambiador de calor agua-refrigerante para calentamiento de agua mediante el intercambio de calor entre el refrigerante y agua.
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