ES2938761T3 - Dispositivo de ciclo de refrigeración - Google Patents

Dispositivo de ciclo de refrigeración Download PDF

Info

Publication number
ES2938761T3
ES2938761T3 ES19868322T ES19868322T ES2938761T3 ES 2938761 T3 ES2938761 T3 ES 2938761T3 ES 19868322 T ES19868322 T ES 19868322T ES 19868322 T ES19868322 T ES 19868322T ES 2938761 T3 ES2938761 T3 ES 2938761T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
main
sub
refrigerant
heat exchanger
refrigeration cycle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES19868322T
Other languages
English (en)
Inventor
Ikuhiro Iwata
Eiji Kumakura
Kazuhiro Furusho
Ryusuke Fujiyoshi
Hiromune Matsuoka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2938761T3 publication Critical patent/ES2938761T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/39—Dispositions with two or more expansion means arranged in series, i.e. multi-stage expansion, on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031—Sensor arrangements
    • F25B2313/0314—Temperature sensors near the indoor heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031—Sensor arrangements
    • F25B2313/0315—Temperature sensors near the outdoor heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/23—Separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1931—Discharge pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933—Suction pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21151—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2115—Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152—Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

Para aumentar la capacidad de evaporación de un intercambiador de calor del lado de uso incluso si la temperatura de un refrigerante no puede enfriarse lo suficiente descomprimiendo el refrigerante usando un mecanismo de expansión, un mecanismo de expansión principal (27) que descomprime un refrigerante principal y genera fuerza motriz se proporciona en un circuito refrigerante principal (20) que hace circular el refrigerante principal. Además, un circuito refrigerante secundario (80) a través del cual circula un refrigerante secundario se proporciona por separado del circuito refrigerante principal (20). Un intercambiador de calor del lado de uso secundario (85) que funciona como un evaporador para el refrigerante secundario provisto en el circuito refrigerante secundario (80) funciona como un intercambiador de calor que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal (27) y el intercambiadores de calor del lado de uso principal (72a, 72b). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de ciclo de refrigeración
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de ciclo de refrigeración en el que se proporciona en un circuito de refrigerante, un mecanismo de expansión que hace que se produzca energía mediante descompresión de un refrigerante.
Técnica anterior
Hasta ahora, se conoce un dispositivo de ciclo de refrigeración que incluye un circuito de refrigerante que tiene un compresor, un intercambiador de calor del lado de fuente térmica y un intercambiador de calor del lado de utilización. Como tal dispositivo de ciclo de refrigeración, que se describe en el documento JP 2013-139938 A, existe un dispositivo en el que se proporciona, en un circuito de refrigerante, un expansor (mecanismo de expansión) que hace que se produzca energía mediante descompresión de un refrigerante. Otro dispositivo de ciclo de refrigeración se divulga en el documento US 2007/144201 A1 que constituye la base para el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7.
Sumario de la invención
Problema técnico
En el dispositivo de ciclo de refrigeración, dado que se puede descomprimir isentrópicamente un refrigerante mediante el mecanismo de expansión, en comparación con la descompresión de un refrigerante mediante válvula de expansión, la entalpía del refrigerante descomprimido se puede reducir y es posible recuperar la energía producida cuando se descomprime el refrigerante. Además, cuando se reduce la temperatura del refrigerante descomprimido, se reduce la entalpía del refrigerante que se envía al intercambiador de calor del lado de utilización y es posible aumentar la capacidad del intercambio de calor adquirida mediante evaporación del refrigerante en el intercambiador de calor del lado de utilización (capacidad de evaporación del intercambiador de calor del lado de utilización).
Sin embargo, al descomprimir el refrigerante mediante el mecanismo de expansión, la entalpía del refrigerante descomprimido y, por tanto, la entalpía del refrigerante que se envía al intercambiador de calor del lado de utilización no se reducen de manera suficiente. Por tanto, tiende a resultar difícil el aumento de capacidad de evaporación del intercambiador de calor del lado de utilización.
En consecuencia, en un dispositivo de ciclo de refrigeración en el que se proporciona un mecanismo de expansión que hace que se produzca energía mediante descompresión de un refrigerante en un circuito de refrigerante, resulta deseable posibilitar un aumento de la capacidad de evaporación de un intercambiador de calor del lado de utilización incluso si, al descomprimir el refrigerante mediante el mecanismo de expansión, no es posible reducir la temperatura del refrigerante de manera suficiente.
Solución al problema
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según la invención se define en las reivindicaciones 1 y 7. Las realizaciones del mismo se mencionan en las reivindicaciones dependientes.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un primer aspecto incluye las características de la reivindicación 1.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, se proporciona el mecanismo de expansión principal que es el mismo que los mecanismos de expansión principales conocidos en la técnica y que hace que se produzca energía mediante descompresión del refrigerante principal en el circuito de refrigerante principal, en el que el refrigerante principal circula, y se proporciona el circuito de sub-refrigerante que difiere del circuito refrigerante principal y en el que circula el sub­ refrigerante. Además, el intercambiador de calor del lado de sub-utilización que se proporciona en el circuito de sub­ refrigerante y que funciona como evaporador del sub-refrigerante, se proporciona en el circuito de refrigerante principal, para que funcione como intercambiador de calor que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización. Por tanto, aquí, no solo se puede descomprimir isentrópicamente el refrigerante principal por medio del mecanismo de expansión que es el mismo que los mecanismos de expansión conocidos en la técnica, sino que también el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal se puede enfriar utilizando el circuito de sub-refrigerante. Por consiguiente, aquí, incluso si, al descomprimir el refrigerante por medio del mecanismo de expansión principal, la entalpía del refrigerante principal que se envía al intercambiador de calor del lado de utilización principal no se reduce lo suficiente, es posible reducir de manera suficiente la entalpía del refrigerante principal que se envía al intercambiador de calor del lado de utilización principal mediante la operación de enfriamiento utilizando el circuito de sub-refrigerante. De este modo, es posible aumentar la capacidad de evaporación del intercambiador de calor del lado de utilización principal.
De esta forma, aquí, en el dispositivo de ciclo de refrigeración en el que se proporciona, en el circuito de refrigerante, el mecanismo de expansión que hace que se produzca energía al descomprimir el refrigerante, incluso si, al descomprimir el refrigerante mediante el mecanismo de expansión, no es posible reducir la temperatura del refrigerante de manera suficiente, se puede aumentar la capacidad de evaporación del intercambiador de calor del lado de utilización.
En el dispositivo del ciclo de refrigeración que descomprime isentrópicamente el refrigerante principal mediante la utilización del mecanismo de expansión principal y que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización mediante la utilización del circuito de sub­ refrigerante, a medida que aumenta la temperatura del aire exterior, la presión elevada en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante aumenta y tiende a aumentar la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Por tanto, el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración tiende a reducirse, de acuerdo con el aumento de la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Para evitar esta tendencia, es necesario aumentar la baja presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante y disminuir la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Con el fin de aumentar la presión baja en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante, se aumenta la temperatura del refrigerante principal que intercambia calor con el sub-refrigerante en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (es decir, el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de sub-utilización), es decir, la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal).
Por tanto, aquí, se proporciona la válvula de ajuste de presión intermedia principal entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de sub-utilización principal y, de acuerdo con la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante, se modifica la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal). Al modificar la presión intermedia del refrigerante principal, es posible modificar la energía de recuperación del mecanismo de expansión principal y modificar la presión baja en el ciclo de refrigeración del circuito de sub­ refrigerante. Por tanto, es posible modificar la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
De esta manera, aquí, al controlar la válvula de ajuste de presión intermedia principal de acuerdo con la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante y, de este modio, modificar la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal), resulta posible mantener el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración en un nivel elevado.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un segundo aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según el primer aspecto, en el que la unidad de control obtiene la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante a partir de la temperatura del aire exterior o un valor de corriente del sub-compresor.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un tercer aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según el primer aspecto o segundo aspecto, en el que la válvula de ajuste de presión intermedia principal se proporciona en una parte del circuito de refrigerante principal, la parte que se encuentra entre el intercambiador de calor del lado de sub-utilización y el intercambiador de calor del lado de utilización principal. Aquí, cuando se aumenta la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante, la unidad de control disminuye el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, al disminuir el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal, es posible aumentar la presión y temperatura del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización y aumentar la baja presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante.
Por tanto, aquí, en una condición de operación en la que la temperatura del aire exterior y la alta presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante son elevadas y en la que la energía de entrada del circuito de sub­ refrigerante tiende a aumentar, es posible mantener el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo del ciclo de refrigeración en un nivel elevado, disminuyendo la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Téngase en cuenta que, cuando aumenta la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización, también disminuye la anchura de descompresión en el mecanismo de expansión principal, como resultado de lo cual disminuye la energía de recuperación del mecanismo de expansión principal. No obstante, la disminución es menor que la disminución de energía de entrada del circuito de sub-refrigerante, como resultado de lo cual se puede aumentar el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un cuarto aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según el tercer aspecto, en el que, cuando disminuye la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante, la unidad de control aumenta el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, al aumentar el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal, es posible reducir la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub­ utilización y aumentar la anchura de descompresión en el mecanismo de expansión principal.
Por tanto, aquí, en una condición de operación en la que la temperatura del aire exterior y la elevada presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante son bajas y en la que la energía de entrada del circuito de sub­ refrigerante tiende a disminuir, es posible mantener el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración en un nivel elevado aumentando la energía de recuperación del mecanismo de expansión principal. Téngase en cuenta que, cuando se reduce la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización, se reduce la presión baja en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante, como resultado de lo cual aumenta la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante que tendía a disminuir. No obstante, el aumento es menor que el aumento de energía de recuperación del mecanismo de expansión principal, como resultado de lo cual se puede aumentar el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un quinto aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según el primer aspecto o segundo aspecto, en el que el circuito refrigerante principal tiene un separador de gas-líquido entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal, provocando el separador de gas-líquido que el refrigerante principal se descomprima en el mecanismo de expansión principal para separar el gas y el líquido. Una tubería de desgasificación que extrae el refrigerante principal en estado gaseoso y envía el refrigerante principal en estado gaseoso hacia un lado de succión del compresor principal, está conectada al separador de gas-líquido, y se proporciona la válvula de ajuste de presión intermedia principal en la tubería de desgasificación. Aquí, cuando aumenta la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante, la unidad de control disminuye el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, como válvula de ajuste de presión intermedia principal que se proporciona entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal, se usa una válvula que se proporciona en la tubería de desgasificación del separador de gas-líquido. Aquí, al disminuir el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal, es posible aumentar la presión y temperatura del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización y aumentar la baja presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante.
Por tanto, aquí, en la condición de operación en la que la temperatura del aire exterior y la elevada presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante son elevadas y en la que la energía de entrada del circuito de sub­ refrigerante tiende a aumentar, es posible mantener el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo del ciclo de refrigeración en un nivel elevado mediante la disminución de la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Téngase en cuenta que, cuando aumenta la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización, también disminuye la anchura de descompresión en el mecanismo de expansión principal, como resultado de lo cual disminuye la energía de recuperación del mecanismo de expansión principal. No obstante, la cantidad de disminución es menor que la cantidad de disminución de energía de entrada del circuito de sub­ refrigerante, como resultado de lo cual se puede aumentar el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración.
El dispositivo de ciclo de refrigeración según un sexto aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según el quinto aspecto, en el que, cuando disminuye la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante, la unidad de control aumenta el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, al aumentar el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal, es posible reducir la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub­ utilización y aumentar la anchura de descompresión en el mecanismo de expansión principal.
Por tanto, aquí, en la condición de operación en la que la temperatura del aire exterior y la elevada presión en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante son bajas y en la que la energía de entrada del circuito de sub­ refrigerante tiende a disminuir, es posible mantener el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración en un nivel elevado, aumentando la energía de recuperación del mecanismo de expansión principal. Téngase en cuenta que, cuando se reduce la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización, se reduce la presión baja del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante, como resultado de lo cual aumenta la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. No obstante, el aumento es menor que el aumento de energía de recuperación del mecanismo de expansión principal, como resultado de lo cual se puede aumentar el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración.
El dispositivo de ciclo de refrigeración según un séptimo aspecto comprende las características de la reivindicación 7.
En el dispositivo del ciclo de refrigeración que descomprime isentrópicamente el refrigerante principal mediante la utilización del mecanismo de expansión principal y que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal mediante la utilización del circuito de sub-refrigerante, a medida que aumenta la temperatura del aire exterior, aumenta la presión elevada del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante y tiende a aumentar la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Por tanto, el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo de ciclo de refrigeración tiende a reducirse, según el aumento de la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Para evitar esta tendencia, es necesario aumentar la baja presión del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante y disminuir la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante. Para aumentar la baja presión del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante, la temperatura del refrigerante principal que intercambia calor con el sub-refrigerante en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (es decir, el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de sub-utilización), es decir, se aumenta la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia del ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal).
Por lo tanto, aquí, la válvula de ajuste de presión intermedia principal se proporciona entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de sub-utilización principal, controla que, cuanto mayor sea la temperatura del aire exterior, disminuya el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal, y se modifique la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia del ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal). Al modificar la presión intermedia del refrigerante principal, es posible modificar la energía de recuperación del mecanismo de expansión principal y modificar la presión baja del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante. Por tanto, es posible modificar la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
De esta forma, aquí, al llevar a cabo el control que, cuanto mayor es la temperatura del aire exterior, disminuye el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal y al modificar la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia del ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal), es posible mantener el coeficiente de rendimiento de todo el dispositivo del ciclo de refrigeración en un nivel elevado.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un octavo aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según uno cualquiera del primer al séptimo aspecto, en el que el compresor principal incluye un elemento de compresión del lado de etapa inferior que comprime el refrigerante principal y un elemento de compresión del lado de etapa superior que comprime el refrigerante principal procedente del elemento de compresión del lado de etapa inferior.
De esta forma, aquí, el compresor principal está formado por un compresor de multietapa.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un noveno aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según uno cualquiera del primer al octavo aspecto, en el que el refrigerante principal es dióxido de carbono, y en el que el sub­ refrigerante es R32, R1234yf, R1234ez o R452B.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, dado que, además del refrigerante principal y el sub-refrigerante, se usa un refrigerante que tiene un valor de GWP bajo, es posible reducir la carga ambiental, tal como el calentamiento global.
Un dispositivo de ciclo de refrigeración según un décimo aspecto es el dispositivo de ciclo de refrigeración según uno cualquiera del primer al octavo aspecto, en el que el refrigerante principal es dióxido de carbono, y en el que el sub­ refrigerante es propano o.
Aquí, como se ha descrito anteriormente, dado que, como sub-refrigerante, se usa un refrigerante natural que tiene un coeficiente de rendimiento superior al de dióxido de carbono, resulta posible reducir la carga ambiental, tal como el calentamiento global.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquemática de una configuración de un dispositivo de ciclo de refrigeración según una realización de la presente invención.
La Figura 2 ilustra el flujo de un refrigerante en el dispositivo de ciclo de refrigeración en una operación de enfriamiento.
La Figura 3 es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el ciclo de refrigeración en el momento de la operación de enfriamiento.
La Figura 4 ilustra el control de una presión intermedia en un ciclo de refrigeración de un circuito principal de refrigerante y es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el ciclo de refrigeración cuando ha aumentado la temperatura del aire exterior.
La Figura 5 ilustra el control de la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal y es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el ciclo de refrigeración cuando se ha reducido la temperatura del aire exterior.
La Figura 6 muestra una relación entre la temperatura del aire exterior y un valor objetivo de la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal.
La Figura 7 muestra una relación entre la energía de entrada de un circuito de sub-refrigerante y el valor objetivo de la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante principal en la Modificación 1.
La Figura 8 es una vista esquemática de una configuración de un dispositivo de ciclo de refrigeración de la Modificación 2.
Descripción de realizaciones
A continuación se describe un dispositivo de ciclo de refrigeración basado en los dibujos.
(1) Configuración
La Figura 1 es una vista esquemática de una configuración de un dispositivo 1 de ciclo de refrigeración según una realización de la presente invención.
Configuración del Circuito
El dispositivo 1 de ciclo de refrigeración incluye un circuito 20 de refrigerante principal en el que circula un refrigerante principal y un circuito de sub-refrigerante 80 en el que circula un sub-refrigerante, y es un dispositivo que climatiza el aire (aquí, enfría) del interior de una habitación.
Circuito de Refrigerante Principal
El circuito 20 de refrigerante principal tiene fundamentalmente compresores principales 21 y 22, un intercambiador 25 de calor del lado de la fuente térmica principal, intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal, un mecanismo 27 de expansión principal y un intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización. El circuito 20 de refrigerante principal tiene un intercambiador 26 de calor intermedio, un separador de gas-líquido 51, una tubería de desgasificación 52 y mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal. Como refrigerante principal, se sella dióxido de carbono en el circuito 20 de refrigerante principal.
Los compresores principales 21 y 22 son dispositivos que comprimen el refrigerante principal. El primer compresor principal 21 es un compresor en el que un elemento 21a de compresión del lado de etapa inferior, tal como un tipo rotatorio o tipo espiral, es accionado por un mecanismo de accionamiento, tal como un motor. El segundo compresor principal 22 es un compresor en el que un elemento 22a de compresión del lado de etapa superior, tal como un tipo rotatorio o tipo espiral, es accionado por un mecanismo de accionamiento, tal como un motor. Los compresores principales 21 y 22 constituyen un compresor de multietapa (aquí, un compresor de dos etapas) en el que, en el primer compresor principal 21 del lado de etapa inferior, el refrigerante principal se comprime y a continuación se libera, y en el cual, en el segundo compresor principal 22 del lado de etapa superior, el refrigerante principal se comprime liberado a partir del primer compresor principal 21.
El intercambiador de calor intermedio 26 es un dispositivo que hace que el refrigerante principal y el aire exterior intercambien calor entre sí y, aquí, es un intercambiador de calor que funciona como enfriador de un refrigerante principal que fluye entre el primer compresor principal 21 y el segundo compresor principal 22.
El intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal es un dispositivo que hace que el refrigerante principal y el aire exterior intercambien calor entre sí y, aquí, es un intercambiador de calor que funciona como un radiador del refrigerante principal. Un extremo (entrada) del intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal está conectado a un lado de descarga del segundo compresor principal 22, y el otro extremo (salida) del intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal está conectado al mecanismo 27 de expansión principal.
El mecanismo 27 de expansión principal es un dispositivo que descomprime el refrigerante principal y, aquí, es un dispositivo de expansión que hace que se produzca energía mediante la descompresión de un refrigerante principal que fluye entre el intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Específicamente, el mecanismo 27 de expansión principal es un dispositivo de expansión que descomprime isentrópicamente el refrigerante principal mediante la utilización de un elemento de expansión 27a, tal como un tipo rotatorio o espiral, y acciona un generador por medio de la energía que se genera en el elemento de expansión 27a para recuperar energía.
El mecanismo 27 de expansión principal se proporciona entre el otro extremo (salida) del intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal y el separador de gas-líquido 51.
El separador gas-líquido 51 es un dispositivo que hace que el refrigerante principal lleve a cabo la separación gaslíquido y, aquí, es un recipiente en el que el refrigerante principal que se ha descomprimido en el mecanismo 27 de expansión principal experimente la separación de gas-líquido. Específicamente, el separador de gas-líquido 51 se proporciona entre el mecanismo 27 de expansión principal y el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (un extremo de una segunda trayectoria de sub-flujo 85b).
La tubería de desgasificación 52 es una tubería de refrigerante en la que fluye el refrigerante principal, y, aquí, es una tubería de refrigerante que extrae el refrigerante principal en estado gaseoso del separador de gas-líquido 51 y envía el refrigerante principal en estado gaseoso a un lado de succión de cada uno de los compresores principales 21 y 22. Específicamente, la tubería de desgasificación 52 es una tubería de refrigerante que envía el refrigerante principal en estado gaseoso extraído del separador de gas-líquido 51 hacia el lado de succión del primer compresor principal 21. Un extremo de la tubería de desgasificación 52 está conectado, para establecer comunicación con un espacio superior del separador de gas-líquido 51, y el otro extremo de la tubería de desgasificación 52 está conectado al lado de succión del primer compresor principal 21.
La tubería de desgasificación 52 tiene un mecanismo 53 de expansión de desgasificación a modo de válvula de ajuste de presión intermedia principal. El mecanismo 53 de expansión de desgasificación es un dispositivo que descomprime el refrigerante principal y, aquí, es un mecanismo de expansión que descomprime un refrigerante principal que fluye en la tubería de desgasificación 52. El mecanismo 53 de expansión de desgasificación es, por ejemplo, una válvula de expansión de alimentación eléctrica.
El intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización es un dispositivo que hace que el refrigerante principal y el sub-refrigerante intercambien calor entre sí y, aquí, es un intercambiador de calor que funciona como un enfriador de un refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Específicamente, el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización es un intercambiador de calor que enfría un refrigerante principal que fluye entre el separador de gas-líquido 51 y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal (los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal).
Cada uno de los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal es un dispositivo que descomprime el refrigerante principal y, aquí, cada uno es un mecanismo de expansión que descomprime el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Específicamente, cada uno de los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal se proporciona entre el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (el otro extremo de la segunda trayectoria de sub-flujo 85b) y un extremo (entrada) de uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes. Cada uno de los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal es, por ejemplo, una válvula de expansión de alimentación eléctrica.
Los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal son cada uno un dispositivo que hace que el refrigerante principal y el aire interior intercambien calor entre sí y, aquí, cada uno es un intercambiador de calor que funciona como un evaporador del refrigerante principal. Un extremo (entrada) de cada uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal está conectado a uno de los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal correspondientes, y el otro extremo (salida) de cada uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal está conectado al lado de succión del primer compresor 21.
Circuito de Sub-refrigerante
El circuito de sub-refrigerante 80 tiene principalmente un sub-compresor 81, un intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica y el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización. El circuito de sub-refrigerante 80 tiene un mecanismo de sub-expansión 84. A modo de sub-refrigerante, se sella un refrigerante HFC (tal como R32), un refrigerante HFO (tal como R1234yf o R1234ze) o una mezcla de refrigerantes en la que se mezclan el refrigerante HFC y el refrigerante HFO (tal como R452B), en el circuito de sub-refrigerante 80, presentando el refrigerante HFC, el refrigerante HFO y la mezcla de refrigerantes un valor de GWP (potencial de calentamiento global) de 750 o menos. Téngase en cuenta que el sub-refrigerante no se limita a esto, y puede ser un refrigerante natural que tenga un coeficiente de rendimiento superior al de dióxido de carbono (tal como propano o amoníaco).
El sub-compresor 81 es un dispositivo que comprime el sub-refrigerante. El sub-compresor 81 es un compresor en el que un elemento de compresión 81a, tal como de tipo rotatorio o espiral, es accionado por un mecanismo de accionamiento, tal como un motor.
El intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica es un dispositivo que hace que el sub-refrigerante y el aire exterior intercambien calor entre sí y, aquí, es un intercambiador de calor que funciona como un radiador de sub­ refrigerante. Un extremo (entrada) del intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica está conectado a un lado de descarga del sub-compresor 81, y el otro extremo (salida) del intercambiador 83 de calor del lado de sub­ fuente térmica está conectado al mecanismo de sub-expansión 84.
El mecanismo de sub-expansión 84 es un dispositivo que descomprime el sub-refrigerante y, aquí, es un mecanismo de expansión que descomprime un sub-refrigerante que fluye entre el intercambiador 83 de calor del lado de sub­ fuente térmica y el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización. Específicamente, el mecanismo de sub­ expansión 84 se proporciona entre el otro extremo (salida) del intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica y el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (un extremo de una primera trayectoria de sub-flujo 85a). El mecanismo de sub-expansión 84 es, por ejemplo, una válvula de expansión de alimentación eléctrica.
Como se ha descrito anteriormente, el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización es un dispositivo que hace que el refrigerante principal y el sub-refrigerante intercambien calor entre sí y, aquí, funciona como un evaporador del sub-refrigerante secundario y es un intercambiador de calor que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Específicamente, el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización es un intercambiador de calor que enfría el refrigerante principal que fluye entre el separador de gas-líquido 51 y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal (los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal) mediante la utilización de un refrigerante que fluye en el circuito de sub-refrigerante 80. El intercambiador 85 de calor del lado de sub­ utilización tiene la primera trayectoria de sub-flujo 85a en la que se hace que el sub-refrigerante fluya entre el mecanismo de sub-expansión 84 y un lado de succión del sub-compresor 81, y la segunda trayectoria de sub-flujo 85b en la que se hace que el refrigerante principal fluya entre el separador de gas-líquido 51 y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Un extremo (entrada) de la primera trayectoria de sub-flujo 85a está conectado al mecanismo de sub-expansión 84, y el otro extremo (salida) de la primera trayectoria de sub-flujo 85a está conectado al lado de succión del sub-compresor 81. El extremo (entrada) de la segunda trayectoria de sub-flujo 85b está conectado al separador de gas-líquido 51, y el otro extremo (salida) de la segunda trayectoria de sub-flujo 85b está conectado a los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal.
Configuración de la Unidad
Los dispositivos que constituyen el circuito 20 de refrigerante principal y el circuito 80 de refrigerante secundario se proporcionan en una unidad 2 de fuente térmica, una pluralidad de unidades de utilización 7a y 7b y una sub-unidad 8. Las unidades de utilización 7a y 7b se proporcionan cada una en correspondencia con los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes.
Unidad de Fuente Térmica
La unidad de fuente térmica 2 está dispuesta al aire libre. El circuito 20 de refrigerante principal que excluye el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización, los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal se proporcionan en la unidad de fuente térmica 2.
Se proporciona un ventilador 28 del lado de la fuente térmica para enviar aire exterior al intercambiador 25 de calor del lado de la fuente térmica principal y al intercambiador 26 de calor intermedio, en la unidad 2 de fuente térmica. El ventilador 28 del lado de fuente térmica es un ventilador en el que un elemento de soplado, tal como un ventilador de hélice, está accionado por un mecanismo de accionamiento, tal como un motor.
La unidad 2 de fuente térmica está provista de diversos sensores. Específicamente, se proporcionan un sensor de presión 91 y un sensor de temperatura 92 que detectan la presión y la temperatura de un refrigerante principal en el lado de succión del primer compresor principal 21. Se proporciona un sensor de presión 93 que detecta la presión de un refrigerante principal en un lado de descarga del primer compresor principal 21. Se proporcionan un sensor de presión 94 y un sensor de temperatura 95 que detectan la presión y la temperatura de un refrigerante principal en un lado de descarga del segundo compresor principal 21. Se proporciona un sensor de temperatura 96 que detecta la temperatura de un refrigerante principal en el otro extremo (salida) del intercambiador 25 de calor del lado de la fuente térmica principal. Se proporcionan un sensor de presión 97 y un sensor de temperatura 98 que detectan la presión y la temperatura de un refrigerante principal en el separador de gas-líquido 51. Se proporciona un sensor de temperatura 105 que detecta la temperatura de un refrigerante principal en el otro extremo del intercambiador 85 de calor del lado del sub-utilización (el otro extremo de la segunda trayectoria de sub-flujo 85b). Se proporciona un sensor de temperatura 99 que detecta la temperatura del aire exterior (temperatura del aire exterior).
Unidades de Utilización
Las unidades de utilización 7a y 7b están dispuestas en el interior. Se proporcionan los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal del circuito 20 de refrigerante principal, en una de las unidades de utilización 7a y 7b correspondientes.
Los ventiladores 73a y 73b del lado de utilización para enviar aire interior a uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal se proporcionan en una de las unidades de utilización 7a y 7b correspondientes. Cada uno de los ventiladores interiores 73a y 73b es un ventilador en el que el elemento de soplado, tal como un ventilador centrífugo o un ventilador de múltiples aspas, es accionado por un mecanismo de accionamiento, tal como un motor.
Las unidades de utilización 7a y 7b están provistas de diversos sensores. Específicamente, se proporcionan sensores de temperatura 74a y 74b que detectan la temperatura de un refrigerante principal en un extremo (entrada) de uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes, y se proporcionan sensores de temperatura 75a y 75b que detectan la temperatura de un refrigerante principal en el otro extremo (salida) de uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes.
Sub-unidad
La sub-unidad 8 está dispuesta al aire libre. Se proporcionan el circuito de sub-refrigerante 80 y una parte de una tubería de refrigerante que constituye el circuito 20 de refrigerante principal (una parte de la tubería de refrigerante que está conectada al intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización y en la que fluye el refrigerante principal) en la sub-unidad 8.
En la sub-unidad 8, se proporciona un ventilador de sub-lado 86 para enviar aire exterior al intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica. El ventilador de sub-lado 86 es un ventilador en el que un elemento de soplado, tal como una hélice de ventilador, es accionado por un mecanismo de accionamiento, tal como un motor.
Aquí, aunque la sub-unidad 8 se proporciona junto a la unidad 2 de fuente térmica y la sub-unidad 8 y la unidad 2 de fuente térmica están sustancialmente integradas entre sí, la configuración no se limita a ello. La sub-unidad 8 se puede proporcionar aparte de la unidad 2 de fuente térmica, o todos los dispositivos estructurales de la sub-unidad 8 se pueden proporcionar en la unidad 2 de fuente térmica y se puede omitir y la sub-unidad 8.
La sub-unidad 8 está provista de diversos sensores. Específicamente, se proporcionan un sensor de presión 101 y un sensor de temperatura 102 que detectan la presión y la temperatura de un sub-refrigerante en el lado de succión del sub-compresor 81. Se proporcionan un sensor de presión 103 y un sensor de temperatura 104 que detectan la presión y la temperatura de un sub-refrigerante en el lado de descarga del sub-compresor 81. Se proporciona un sensor de temperatura 106 que detecta la temperatura del aire exterior (temperatura del aire exterior).
Tuberías de Conexión Refrigerante Principal
La unidad 2 de fuente térmica y las unidades de utilización 7a y 7b están conectadas entre sí mediante tuberías 11 y 12 de conexión de refrigerante principal que constituyen una parte del circuito 20 de refrigerante principal.
La primera tubería 11 de conexión de refrigerante principal es parte de una tubería que conecta el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (el otro extremo de la segunda trayectoria de sub-flujo 85b) y los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal.
La segunda tubería 12 de conexión de refrigerante principal es parte de una tubería que conecta los otros extremos de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes y el lado de succión del primer compresor principal 21.
Unidad de Control
Los dispositivos estructurales de la unidad 2 de fuente térmica, las unidades de utilización 7a y 7b y la sub-unidad 8, incluidos los dispositivos estructurales del circuito 20 de refrigerante principal y el circuito de sub-refrigerante 80 anterior, son controlados por la unidad de control 9. La unidad de control 9 se forma por una conexión de comunicación de, por ejemplo, un panel de control en el que se proporcionan la unidad 2 de fuente térmica, las unidades de utilización 7a y 7b y la sub-unidad 8, y está formada de manera que sea capaz de recibir, por ejemplo, señales de detección de los diversos sensores 74a, 74b, 75a, 75b, 91 a 99 y 101 a 106. Por conveniencia, la Figura 1 ilustra la unidad de control 9 en una posición situada lejos de, por ejemplo, la unidad 2 fuente térmica, las unidades de utilización 7a y 7b y la sub-unidad 8. De esta forma, la unidad de control 9, basándose, por ejemplo, en las señales de detección de, por ejemplo, los diversos sensores 74a, 74b, 75a, 75b, 91 a 99 y 101 a 106, controla los dispositivos estructurales 21,22, 27, 28, 53, 71a, 71b, 73a, 73b, 81, 84 y 86, es decir, controla la operación de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración.
(2) Operación
A continuación, se describe la operación del dispositivo 1 de ciclo de refrigeración utilizando las Figuras 2 a 6. Aquí, la Figura 2 ilustra el flujo de un refrigerante en el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración en una operación de enfriamiento. La Figura 3 es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el ciclo de refrigeración en el momento de la operación de enfriamiento. La Figura 4 ilustra el control de una presión intermedia MPh2 en un ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal y es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el ciclo de refrigeración cuando aumenta la temperatura Ta del aire exterior. La Figura 5 ilustra el control de la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal, y es un diagrama de presión-entalpía que ilustra el ciclo de refrigeración cuando se reduce la temperatura Ta del aire exterior. La Figura 6 muestra una relación entre la temperatura Ta del aire exterior y un valor objetivo MPh2s de la presión intermedia en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal.
El dispositivo 1 de ciclo de refrigeración es capaz de llevar a cabo, como operación de acondicionamiento de aire del interior de una habitación, una operación de enfriamiento que enfría el aire interior con los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal funcionando como evaporadores del refrigerante principal. Además, aquí, en el momento de la operación de enfriamiento, el mecanismo 27 de expansión principal lleva a cabo una operación de descompresión isentrópica en el refrigerante principal, y el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal se enfría utilizando el circuito de sub-refrigerante 80. Téngase en cuenta que la operación de enfriamiento, incluidas estas operaciones, se lleva a cabo por medio de la unidad de control 9.
Operación de enfriamiento
En el circuito 20 de refrigerante principal, el refrigerante principal (véase el punto A en las Figuras 2 y 3) a baja presión (LPh) en el ciclo de refrigeración es aspirado por el primer compresor principal 21 y, en el primer compresor principal 21, el refrigerante principal se comprime hasta una presión intermedia (MPh1) en el ciclo de refrigeración y se descarga (véase el punto B de las Figuras 2 y 3).
El refrigerante principal a la presión intermedia descargado del primer compresor principal 21 se envía al intercambiador 26 de calor intermedio y, en el intercambiador 26 de calor intermedio tiene lugar el intercambio de calor con el aire exterior que es enviado por el ventilador 28 del lado de fuente térmica y se enfría (véase el punto C de las Figuras 2 y 3).
El refrigerante principal a la presión intermedia que se ha enfriado en el intercambiador 26 de calor intermedio es aspirado por el segundo compresor principal 22 y, en el segundo compresor principal 22, se comprime hasta una presión elevada (HPh) en el ciclo de refrigeración y se descarga (véase el punto D de las Figuras 2 y 3). Aquí, el refrigerante principal a presión elevada descargado del segundo compresor principal 22 tiene una presión que excede la presión crítica del refrigerante principal.
El refrigerante principal a presión elevada descargado del segundo compresor principal 22 se envía al intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal y, en el intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal, experimenta intercambio de calor con el aire exterior que es enviado por el ventilador 28 del lado de fuente térmica y se enfría (véase el punto E de las Figuras 2 y 3).
El refrigerante principal a presión elevada que se ha enfriado en el intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal se envía al mecanismo 27 de expansión principal y, en el mecanismo 27 de expansión principal se descomprime isentrópicamente hasta la presión intermedia (MPh2) en el ciclo de refrigeración, y se lleva a un estado bifásico de gas-líquido (véase el punto F de las Figuras 2 y 3). Aquí, la presión intermedia (MPh2) es una presión menor que la presión intermedia (MPh1). La energía que se produce al descomprimir isentrópicamente el refrigerante principal se recupera accionando el generador del mecanismo 27 de expansión principal.
El refrigerante principal a la presión intermedia que se ha descomprimido en el mecanismo 27 de expansión principal se envía al separador de gas-líquido 51 y, en el separador de gas-líquido 51, se separa en un refrigerante principal en estado gaseoso (véase el punto J de las Figuras 2 y 3) y un refrigerante principal en estado líquido (véase el punto G de las Figuras 2 y 3).
El refrigerante principal a la presión intermedia y en estado gaseoso que se ha separado en el separador de gaslíquido 51 se extrae del separador de gas-líquido 51 hacia la tubería de desgasificación 52 según el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación. El refrigerante principal a la presión intermedia y en estado gaseoso que se ha extraído a la tubería de desgasificación 52 se descomprime hasta la presión baja (LPh) (véase el punto K de las Figuras 2 y 3) en el mecanismo 53 de expansión de desgasificación y se envía al lado de succión del primer compresor principal 21.
El refrigerante principal a la presión intermedia y en estado líquido que se ha separado en el separador de gas-líquido 51 se envía al intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (segunda trayectoria de sub-flujo 85b).
Por otro lado, en el circuito de sub-refrigerante 80, el sub-refrigerante (véase el punto R de las Figuras 2 y 3) a presión baja (LPs) en el ciclo de refrigeración es aspirado por el sub-compresor 81, y, en el sub-compresor 81, el sub­ refrigerante se comprime hasta una presión elevada (HPs)) en el ciclo de refrigeración y se descarga (véase el punto S de las Figuras 2 y 3).
El sub-refrigerante a presión elevada descargado del sub-compresor 81 se envía al intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica y, en el intercambiador 83 de calor del lado de sub-fuente térmica experimenta el intercambio de calor con el aire exterior, que es enviado por el ventilador de sub-lado 86 y se enfría (véase el punto T de las Figuras 2 y 3).
El refrigerante secundario a presión elevada que se ha enfriado en el intercambiador 83 de calor del lado de sub­ fuente térmica se envía al mecanismo 84 de expansión secundaria y, en el mecanismo 84 de expansión secundaria se descomprime hasta presión baja y se lleva a un estado bifásico de gas-líquido (véase el punto U de las Figuras 2 y 3).
A continuación, en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización, el refrigerante principal a la presión intermedia que fluye en la segunda trayectoria de sub-flujo 85b experimenta intercambio de calor con el sub­ refrigerante a presión baja y en el estado bifásico de gas-líquido que fluye en la primera trayectoria de sub-flujo 85a y se enfría (véase el punto H de las Figuras 2 y 3). En cambio, el sub-refrigerante a presión baja y en estado bifásico de gas-líquido que circula por la primera trayectoria de sub-flujo 85a experimenta intercambio de calor con el refrigerante principal a presión intermedia que fluye en la segunda trayectoria de sub-flujo 85b y se calienta (véase el punto R de las Figuras 2 y 3), y es aspirado de nuevo en el lado de succión del sub-compresor 81.
El refrigerante principal a la presión intermedia que se ha enfriado en el intercambiador 85 de calor del lado de sub­ fuente térmica se envía a los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal a través de la primera tubería 11 de conexión de refrigerante principal y, en los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal se descomprime hasta presión baja (LPh) y se lleva a un estado bifásico de gas-líquido (véase el punto I de las Figuras 2 y 3).
El refrigerante principal a presión baja que se ha descomprimido en los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal se envía a uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes y, en uno de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal correspondientes, tiene lugar el intercambio de calor con el aire interior que es enviado por uno de los ventiladores 73a y 73b del lado de utilización correspondientes, se calienta y se evapora (véase el punto A de las Figuras 2 y 3). Por el contrario, el aire interior intercambia calor con el refrigerante principal a presión baja y en estado bifásico de gas-líquido que fluye en los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal y se enfría, como resultado de lo cual el interior de la habitación también se enfría.
El refrigerante principal a presión baja que se ha evaporado en los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal se envía al lado de succión del primer compresor principal 21 a través de la segunda tubería 12 de conexión de refrigerante principal y, junto con el refrigerante principal que se une con él desde la tubería de desgasificación 52, es aspirado nuevamente por el primer compresor principal 21. De esta manera, tiene lugar la operación de enfriamiento.
Control de Presión Intermedia del Circuito de Refrigerante Principal
A continuación, se describe el control de la presión intermedia MPh2 del circuito 20 de refrigerante principal (la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización) en el momento de la operación de refrigeración.
En el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración anterior que descomprime isentrópicamente el refrigerante principal usando el mecanismo 27 de expansión principal y que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal usando el circuito de sub-refrigerante 80, el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración se obtiene mediante la siguiente fórmula.
COP=Qe/(Wh+W s-Wr)
Aquí, Qe es la capacidad de evaporación de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal (equivalente a una diferencia de entalpía entre los puntos I y A de la Figura 3). Wh es la energía de entrada del circuito 20 de refrigerante principal (principalmente equivalente a la energía de entrada de los compresores principales 21 y 22, y la diferencia de entalpía entre los puntos A y B y entre los puntos C y D de la Figura 3). Ws es la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante 80 (principalmente equivalente a la energía de entrada del sub-compresor 81 y la diferencia de entalpía entre los puntos R y S de la Figura 3). Wr es la energía de recuperación del mecanismo 27 de expansión principal (equivalente a la diferencia de entalpía entre los puntos E y F de la Figura 3).
Además, en el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración, como se muestra en la Figura 4, a medida que aumenta la temperatura Ta del aire exterior, aumenta también la presión elevada HPs en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 y tiende a aumentar la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80. Por tanto, el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración tiende a reducirse según el aumento de la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80. Para evitar esta tendencia, es necesario aumentar la presión baja LPs en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 y reducir la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80. Para aumentar la presión baja LPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub­ refrigerante 80, se debe aumentar la temperatura del refrigerante principal que intercambia calor con el sub-refrigerante en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (es decir, el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal), es decir, la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal). Aquí, cuando aumenta la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización, disminuye la anchura de descompresión en el mecanismo 27 de expansión principal (equivalente a la diferencia de presión entre los puntos E y F de la Figura 4) y disminuye la energía de recuperación Wr del mecanismo 27 de expansión principal. No obstante, dado que la cantidad de disminución de la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 es grande, el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración se puede mantener en un nivel elevado.
Por tanto, aquí, como se ha descrito anteriormente, se proporciona el mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que actúa como válvula de ajuste de presión intermedia principal, entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal, y la unidad de control 9 controla que, cuanto mayor sea la temperatura Ta del aire exterior, menor es el grado de apertura de la válvula 53 de ajuste de presión intermedia principal. Aquí, aunque se proporciona el mecanismo 53 de expansión de desgasificación en la tubería de desgasificación 52 que se ramifica desde el separador de gas-líquido 51 proporcionado entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal, la válvula que se proporciona en dicho tubo de ramificación también se proporciona entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal.
Específicamente, la unidad de control 9 supervisa el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación en base a la presión intermedia MPh2 del ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal.
Por ejemplo, la unidad de control 9 supervisa el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación para que la presión intermedia MPh2 del ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal alcance el valor objetivo MPh2s. Aquí, como se muestra en la Figura 6, considerando el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración, se establece el valor objetivo MPh2s para que aumente a medida que aumenta la temperatura Ta del aire exterior. La presión intermedia MPh2 es detectada por el sensor de presión 97, y la temperatura Ta del aire exterior es detectada por los sensores de temperatura 99 y 106.
Cuando se lleva a cabo dicho control, se produce un cambio en la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal). Modificando la presión intermedia MPh2 del refrigerante principal, se modifica la energía de recuperación Wr del mecanismo 27 de expansión principal y también se modifica la presión baja LPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80. Por tanto, se modifica la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 20.
Aquí, al llevar a cabo un control que, cuanto mayor es la temperatura Ta del aire exterior, menor es el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que actúa como válvula de ajuste de presión intermedia principal, y al modificar la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia MPh2 del ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal), es posible mantener en un nivel elevado el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración 1.
Por ejemplo, en una condición de operación en la que la temperatura Ta del aire exterior y la presión elevada HPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 son elevadas y en la que la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 tiende a aumentar, se lleva a cabo un control que establece el valor objetivo MPh2s en un valor elevado y que disminuye el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que actúa como válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Por tanto, como se muestra en la Figura 4, se produce un aumento de la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia MPh2 del ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal) y, por tanto, tienen lugar un aumento de los valores de LPs de presión baja en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80. Por tanto, la energía de entrada Ws del circuito de sub­ refrigerante 80 disminuye y el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración se mantiene en un nivel elevado. Téngase en cuenta que, cuando aumenta la presión MPh2 del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización, disminuye la anchura de descompresión en el mecanismo 27 de expansión principal, como resultado de lo cual también disminuye la energía de recuperación Wr del mecanismo 27 de expansión principal. Sin embargo, la reducción es menor que la reducción de energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80, como resultado de lo cual es posible mantener el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración en un nivel elevado.
Por el contrario, en una condición de operación en la que la temperatura Ta del aire exterior y la presión elevada HPs en el ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 son bajas y en la que la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 tiende a disminuir, se lleva a cabo un control que establece el valor objetivo MPh2s en un valor bajo y que aumenta el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que actúa como válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Por tanto, como se muestra en la Figura 5, la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia MPh2 del ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal) se reduce y, de este modo, aumenta la anchura de descompresión en el mecanismo 27 de expansión principal. Por tanto, la energía de recuperación Wr del mecanismo 27 de expansión principal aumenta y el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración se mantiene en un nivel elevado. Nótese que, cuando se reduce la presión MPh2 del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización, se reduce la presión baja LPs en el ciclo de refrigeración del circuito 80 de sub-refrigerante, como resultado de lo cual la aumenta la energía de entrada Ws del circuito 80 de sub-refrigerante. Sin embargo, el aumento es menor que el aumento de energía de recuperación Wr del mecanismo 27 de expansión principal, como resultado de lo cual es posible mantener el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración en un nivel elevado.
(3) Características
A continuación, se describen las características del dispositivo 1 de ciclo de refrigeración.
A
Aquí, como se ha descrito anteriormente, se proporciona el mecanismo 27 de expansión principal que es el mismo que los mecanismos de expansión principal conocidos en la técnica y que hace que se produzca energía mediante descompresión del refrigerante principal, en el circuito 20 de refrigerante principal, en el que circula el refrigerante principal, y se proporciona el circuito de sub-refrigerante 80 que difiere del circuito 20 de refrigerante principal y en el que el sub-refrigerante se encuentra en circulación. Además, se proporciona el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización que se proporciona en el circuito 80 de sub-refrigerante y que funciona como un evaporador del sub­ refrigerante, en el circuito 20 de refrigerante principal, para que funcione a modo de intercambiador de calor que enfría el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Por tanto, aquí, no solo es posible descomprimir isentrópicamente el refrigerante principal mediante el mecanismo 27 de expansión principal que es el mismo que los mecanismos de expansión conocidos en la técnica, sino que también se puede enfriar el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal, mediante el uso del circuito de sub-refrigerante 80. Por consiguiente, aquí, incluso si, al descomprimir el refrigerante por medio del mecanismo 27 de expansión principal, no se reduce lo suficiente la entalpía del refrigerante principal que se envía a los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal (véase los puntos F y G de la Figura 3), es posible reducir lo suficiente la entalpía del refrigerante principal que se envía a los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal mediante la operación de enfriamiento, utilizando el circuito de sub-refrigerante 80 (véase los puntos H y I de la Figura 3). Por tanto, es posible aumentar la capacidad de evaporación Qe de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal.
De esta manera, aquí, en el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración en el que se proporciona el mecanismo de expansión 27 que hace que se produzca energía al descomprimir el refrigerante en el circuito de refrigerante 20, incluso si, al descomprimir el refrigerante por medio del mecanismo de expansión 27, la temperatura del refrigerante no se puede reducir de manera suficiente, es posible aumentar la capacidad de evaporación Qe de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización.
En particular, aquí, dado que, como refrigerante principal, se usa dióxido de carbono que tiene un coeficiente de rendimiento menor que, por ejemplo, un refrigerante HFC, la capacidad de disipación de calor del refrigerante en el intercambiador 25 de calor del lado de fuente térmica principal se reduce de forma sencilla. Por tanto, cuando únicamente se lleva a cabo la operación de descompresión del refrigerante mediante el mecanismo de expansión 27, se hace evidente la tendencia a que la capacidad de evaporación de los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal resulte difícil de aumentar. No obstante, aquí, como se ha descrito anteriormente, dado que es posible reducir de manera suficiente la entalpía del refrigerante principal que se envía a los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal mediante la operación de enfriamiento, usando el circuito de sub­ refrigerante 80, resulta posible alcanzar la capacidad deseada, incluso si se utiliza dióxido de carbono como refrigerante principal.
B
Aquí, como se ha descrito anteriormente, el circuito refrigerante principal 20 tiene el mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal, entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Aquí, aunque se proporciona el mecanismo 53 de expansión de desgasificación en la tubería de desgasificación 52 que se ramifica a partir del separador de gas-líquido 51 provisto entre el mecanismo de expansión principal 27 y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal, la válvula que se proporciona en dicho tubo de ramificación también se proporciona entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización principal. Aquí, la unidad de control 9 supervisa el mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que actúa como válvula de ajuste de presión intermedia principal, de acuerdo con la temperatura Ta del aire exterior. Específicamente, la unidad de control 9 lleva a cabo el control de que, cuanto mayor sea la temperatura Ta del aire exterior, menor es el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, lo que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Por tanto, aquí, es posible modificar la presión del refrigerante principal que fluye en el intercambiador 85 de calor del lado de sub-utilización (la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal), y mantener el coeficiente de rendimiento COP de todo el dispositivo 1 de ciclo de refrigeración en un nivel elevado.
Específicamente, en la condición de funcionamiento en la que la temperatura Ta del aire exterior y la presión elevada HPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 son elevadas y en la que la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 tiende a aumentar, debido a que el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal, disminuye, como se muestra en la Figura 4, la presión baja LPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 aumenta, la energía de entrada Ws del circuito sub-refrigerante 80 disminuye, y el coeficiente de rendimiento COP se mantiene en un nivel elevado.
Por el contrario, en la condición de operación en la que la temperatura Ta del aire exterior y la presión elevada HPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80 son bajas y en la que la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 tiende a disminuir, debido a que el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que actúa como válvula de ajuste de presión intermedia principal, aumenta, como se muestra en la Figura 5, la anchura de descompresión del mecanismo 27 de expansión principal también aumenta, la energía de recuperación Wr del mecanismo 27 de expansión principal aumenta y el coeficiente de rendimiento COP se mantiene en un nivel elevado.
C
Aquí, como se ha descrito anteriormente, dado que se usa dióxido de carbono como refrigerante principal y un refrigerante natural que tiene un coeficiente de rendimiento mayor que el de un refrigerante que tiene un GWP bajo y que se usa dióxido de carbono como refrigerante secundario, es posible reducir la carga ambiental, tal como el calentamiento global.
(4) Modificaciones
Modificación 1
En la realización anterior, la unidad de control 9 supervisa que, cuanto mayor sea la temperatura Ta del aire exterior, menor es el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, lo que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Sin embargo, la temperatura Ta del aire exterior se usa como un índice para valores altos/bajos de la presión elevada HPs en el ciclo de refrigeración del circuito sub-refrigerante 80 y para una tendencia de aumento/disminución de la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80.
Por tanto, en lugar de la temperatura Ta del aire exterior, se pueden usar las presiones elevada HPs del ciclo de refrigeración del circuito de refrigerante 80 o la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante 80. Es decir, la unidad de control 9 puede llevar a cabo el control que reduce el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, lo que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal, de acuerdo con las presiones elevadas HPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80, o la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80.
Específicamente, cuando se aumenta la presión elevada HPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub­ refrigerante 80, la unidad de control 9 supervisa el control que disminuye el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal, y, cuando se reduce la presión elevada HPs del ciclo de refrigeración del circuito de sub-refrigerante 80, la unidad de control 9 supervisa el control que aumenta el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal. Cuando se aumenta la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80, la unidad de control 9 supervisa el control que disminuye el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que sierve como válvula de ajuste de presión intermedia principal, y, cuando la potencia de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 disminuye, la unidad de control 9 supervisa el control que aumenta el grado de apertura del mecanismo 53 de expansión de desgasificación, que sirve como válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Aquí, por ejemplo, cuando se usa la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80, como se muestra en la Figura 7, el valor objetivo MPh2s de la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal se prepara en forma de tabla de datos o función de la energía de entrada Ws del circuito 80 de sub-refrigerante. Téngase en cuenta que la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80 se puede obtener mediante estimación o cálculo a partir de la temperatura Ta del aire exterior o a partir de un valor de corriente del sub­ compresor 81.
Incluso en este caso, como en la realización anterior, se puede controlar la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal.
Modificación 2
En la realización anterior y la Modificación 1, se utiliza el mecanismo 53 de expansión de desgasificación como válvula de ajuste de presión intermedia principal.
Sin embargo, la válvula de ajuste de presión intermedia principal no se limita al mecanismo 53 de expansión de desgasificación, y se puede usar cualquier dispositivo siempre que la válvula de ajuste de presión intermedia principal sea una válvula que se proporciona entre el mecanismo 27 de expansión principal y los intercambiadores 72a y 72b de calor del lado de utilización.
Por ejemplo, como se muestra en la Figura 8, en una estructura del circuito 20 de refrigerante principal que no tiene el separador de gas-líquido 51 y la tubería de desgasificación 52 (que incluye el mecanismo 53 de expansión de desgasificación), se pueden usar los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal a modo de válvulas de ajuste de presión intermedia principal.
Específicamente, el grado de apertura de los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal, que sirven como válvulas de ajuste de presión intermedia principal, se controla de acuerdo con la energía de entrada Ws del circuito de sub-refrigerante 80, o se controla que, cuanto mayor sea la temperatura Ta del aire exterior, menor sea el grado de apertura de los mecanismos 71a y 71b de expansión del lado de utilización principal, que sirven a modo de válvulas de ajuste de presión intermedia principal.
incluso en este caso, como en la realización anterior y la Modificación 1, se puede controlar la presión intermedia MPh2 en el ciclo de refrigeración del circuito 20 de refrigerante principal.
Modificación 3
Aunque en la realización anterior y las Modificaciones 1 y 2 la estructura en la que el intercambiador 26 de calor intermedio que enfría el refrigerante principal, se proporciona entre el primer compresor principal 21 y el segundo compresor principal 22, la configuración no se limita a ello. Es posible el caso en el que no se proporcione el intercambiador 26 de calor intermedio.
Modificación 4
Aunque en la realización anterior y las Modificaciones 1 a 3 el compresor de multietapa está compuesto por la pluralidad de compresores principales 21 y 22, la configuración no se limita a ello. El compresor de multietapa puede estar compuesto por un compresor principal que incluya los elementos de compresión 21a y 21b. Alternativamente, se puede usar un compresor de etapa individual para el compresor principal.
Modificación 5
Aunque la realización anterior y las Modificaciones 1 a 4 se describen tomando como ejemplo una configuración de circuito que lleva a cabo una operación de refrigeración, la configuración no se limita a ello. Se puede utilizar una configuración de circuito que sea capaz de llevar a cabo una operación de refrigeración y una operación de calentamiento.
Aplicabilidad Industrial
La presente invención resulta ampliamente aplicable a un dispositivo de ciclo de refrigeración en el que se proporciona un mecanismo de expansión que hace que se produzca energía mediante descompresión de un refrigerante en un circuito de refrigerante, dispositivo de ciclo de refrigeración que comprende además todas las características de las reivindicaciones independientes modificadas 1 o 7.
Listado de señales de referencia
1 dispositivo de ciclo de refrigeración
9 unidad de control
20 circuito de refrigerante principal
21,22 compresor principal
21 a elemento de compresión del lado de etapa inferior
22a elemento de compresión del lado de etapa superior
25 intercambiador de calor del lado de fuente térmica principal
27 mecanismo de expansión principal
51 separador de gas-liquido
52 tubería de desgasificación
53 mecanismo de expansión de desgasificación (válvula de ajuste de presión intermedia principal)
71a, 71b mecanismo de expansión del lado de utilización principal (válvula de ajuste de presión intermedia principal) 72a, 72b intercambiador de calor del lado de utilización principal
80 circuito de sub-refrigerante
81 sub-compresor
83 intercambiador de calor del lado sub-fuente térmica
85 intercambiador de calor de sub-utilización

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo (1) de ciclo de refrigeración que comprende:
un circuito (20) de refrigerante principal que tiene un compresor principal (21, 22) configurado para comprimir un refrigerante principal,
un intercambiador (25) de calor del lado de la fuente térmica principal configurado para funcionar a modo de radiador del refrigerante principal,
un intercambiador (72a, 72b) de calor del lado de utilización principal configurado para funcionar a modo de evaporador del refrigerante principal, y
un mecanismo (27) de expansión principal configurado para hacer que se produzca energía al descomprimir el refrigerante principal que fluye entre el intercambiador de calor del lado de fuente térmica principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal,
en el que el circuito de refrigerante principal tiene un intercambiador (85) de calor del lado de sub-utilización configurado para funcionar a modo de enfriador del refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal; y
comprendiendo además el dispositivo de ciclo de refrigeración:
un circuito de sub-refrigerante (80) que tiene un sub-compresor (81) configurado para comprimir un sub­ refrigerante,
un intercambiador (83) de calor del lado de sub-fuente térmica configurado para funcionar a modo de radiador del refrigerante secundario, y
estando configurado el intercambiador (85) de calor del lado de sub-utilización para funcionar a modo de evaporador del sub-refrigerante y para enfriar el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal, teniendo el circuito de refrigerante principal tiene una válvula (53, 71a, 71b) de ajuste de presión intermedia principal entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal,
estando caracterizado el dispositivo del ciclo de refrigeración porque además comprende:
una unidad de control (9) configurada para controlar la válvula de ajuste de presión intermedia principal de acuerdo con una energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
2. El dispositivo de ciclo de refrigerante según la reivindicación 1, en el que la unidad de control está configurada para obtener la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante a partir de la temperatura del aire exterior o un valor de corriente del sub-compresor.
3. El dispositivo de ciclo de refrigeración según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la válvula (71a, 71b) de ajuste de presión intermedia principal se proporciona en una parte del circuito de refrigerante principal, estando la parte entre el intercambiador de calor del lado de sub-utilización y el intercambiador de calor del lado de utilización principal, y
en el que la unidad de control está configurada para disminuir el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal cuando aumenta la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
4. El dispositivo de ciclo de refrigerante según la reivindicación 3, en el que la unidad de control está configurada para aumentar el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal cuando disminuye la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
5. El dispositivo de ciclo de refrigeración según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el circuito de refrigerante principal tiene un separador de gas-líquido (51) entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal, provocando el separador de gas-líquido la descompresión del refrigerante principal en el mecanismo de expansión principal para separar el gas y el líquido,
en el que se conecta la tubería de desgasificación (52) configurada para extraer el refrigerante principal en estado gaseoso y enviar el refrigerante principal en estado gaseoso hacia un lado de succión del compresor principal, al separador de gas-líquido,
en el que la válvula (53) de ajuste de presión intermedia principal se proporciona en la tubería de desgasificación, y en el que la unidad de control está configurada para reducir el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal cuando aumenta la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
6. El dispositivo de ciclo de refrigerante según la reivindicación 5, en el que la unidad de control está configurada para aumentar el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal cuando disminuye la energía de entrada del circuito de sub-refrigerante.
7. Un dispositivo de ciclo de refrigeración (1) que comprende:
un circuito refrigerante principal (20) que tiene un compresor principal (21, 22) configurado para comprimir un refrigerante principal,
un intercambiador (25) de calor del lado de la fuente térmica principal configurado para funcionar a modo de radiador del refrigerante principal,
un intercambiador (72a, 72b) de calor del lado de utilización principal configurado para funcionar a modo de evaporador del refrigerante principal, y
un mecanismo (27) de expansión principal configurado para hacer que se produzca energía al descomprimir el refrigerante principal que fluye entre el intercambiador de calor del lado de fuente térmica principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal,
en el que el circuito de refrigerante principal tiene un intercambiador (85) de calor del lado de sub-utilización configurado para funcionar a modo de enfriador del refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal; y
comprendiendo además el dispositivo de ciclo de refrigeración:
un circuito de sub-refrigerante (80) que tiene un sub-compresor (81) configurado para comprimir un sub­ refrigerante,
un intercambiador (83) de calor del lado de sub-fuente térmica configurado para funcionar a modo de radiador del refrigerante secundario, y
estando configurado el intercambiador (85) de calor del lado de sub-utilización para funcionar a modo de evaporador del sub-refrigerante y para enfriar el refrigerante principal que fluye entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal, en el que el circuito de refrigerante principal tiene una válvula (53, 71a, 71b) de ajuste de presión intermedia principal entre el mecanismo de expansión principal y el intercambiador de calor del lado de utilización principal,
estando el dispositivo del ciclo de refrigeración caracterizado por que además comprende:
una unidad de control (9) configurada para controlar la válvula de ajuste de presión intermedia principal, en el que la unidad de control está configurada para reducir el grado de apertura de la válvula de ajuste de presión intermedia principal cuanto mayor sea la temperatura exterior.
8. El dispositivo de ciclo de refrigeración según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el compresor principal incluye un elemento (21 a) de compresión del lado de etapa inferior configurado para comprimir el refrigerante principal y un elemento (22a) de compresión del lado de etapa superior configurado para comprimir el refrigerante principal descargado del elemento de compresión del lado de etapa inferior.
9. El dispositivo de ciclo de refrigeración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el refrigerante principal es dióxido de carbono, y
en el que donde el sub-refrigerante es R32, R1234yf, R1234ez o R452B.
10. El dispositivo de ciclo de refrigeración según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el refrigerante principal es dióxido de carbono, y
en el que el sub-refrigerante es propano o amoníaco.
ES19868322T 2018-10-02 2019-09-27 Dispositivo de ciclo de refrigeración Active ES2938761T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018187369A JP7193706B2 (ja) 2018-10-02 2018-10-02 冷凍サイクル装置
PCT/JP2019/038400 WO2020071294A1 (ja) 2018-10-02 2019-09-27 冷凍サイクル装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2938761T3 true ES2938761T3 (es) 2023-04-14

Family

ID=70054788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES19868322T Active ES2938761T3 (es) 2018-10-02 2019-09-27 Dispositivo de ciclo de refrigeración

Country Status (8)

Country Link
US (1) US12007150B2 (es)
EP (1) EP3862650B1 (es)
JP (2) JP7193706B2 (es)
CN (1) CN112840163B (es)
ES (1) ES2938761T3 (es)
PL (1) PL3862650T3 (es)
PT (1) PT3862650T (es)
WO (1) WO2020071294A1 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3862655B1 (en) 2018-10-02 2024-10-30 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration cycle device
US11976851B2 (en) * 2018-10-02 2024-05-07 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration cycle device
JP7082098B2 (ja) * 2019-08-27 2022-06-07 ダイキン工業株式会社 熱源ユニット及び冷凍装置
JP7391811B2 (ja) * 2020-09-29 2023-12-05 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 冷凍機械
CN115451623B (zh) * 2022-08-31 2024-02-20 青岛海尔空调电子有限公司 空调器的压力调节方法、压力调节装置和定频空调
JP7436727B1 (ja) 2023-04-24 2024-02-22 コベルコ・コンプレッサ株式会社 冷凍システム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3890870B2 (ja) 2000-09-08 2007-03-07 株式会社日立製作所 空気調和機
JP2003074999A (ja) 2001-08-31 2003-03-12 Daikin Ind Ltd 冷凍機
JP2007178072A (ja) * 2005-12-28 2007-07-12 Sanden Corp 車両用空調装置
US20070251256A1 (en) * 2006-03-20 2007-11-01 Pham Hung M Flash tank design and control for heat pumps
JP2008002759A (ja) * 2006-06-23 2008-01-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二元冷凍システムおよび保冷庫
JP4096984B2 (ja) * 2006-06-30 2008-06-04 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
US20100083677A1 (en) 2007-02-26 2010-04-08 Alexander Lifson Economized refrigerant system utilizing expander with intermediate pressure port
JP4906963B2 (ja) * 2008-06-05 2012-03-28 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置
JP5729082B2 (ja) * 2011-03-29 2015-06-03 株式会社富士通ゼネラル 冷凍サイクル装置
JP2013139938A (ja) 2011-12-28 2013-07-18 Daikin Industries Ltd 冷凍装置
JP6814974B2 (ja) * 2015-09-11 2021-01-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 冷凍装置
JP6160725B1 (ja) * 2016-02-29 2017-07-12 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
JP2018044686A (ja) 2016-09-12 2018-03-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 冷凍システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN112840163A (zh) 2021-05-25
JP2023017009A (ja) 2023-02-02
US12007150B2 (en) 2024-06-11
WO2020071294A1 (ja) 2020-04-09
JP7193706B2 (ja) 2022-12-21
EP3862650B1 (en) 2022-12-21
JP2020056538A (ja) 2020-04-09
PL3862650T3 (pl) 2023-05-02
JP7473833B2 (ja) 2024-04-24
EP3862650A1 (en) 2021-08-11
CN112840163B (zh) 2023-02-28
US20210215398A1 (en) 2021-07-15
EP3862650A4 (en) 2021-11-10
PT3862650T (pt) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2938761T3 (es) Dispositivo de ciclo de refrigeración
JP5239824B2 (ja) 冷凍装置
CN203615641U (zh) 二元制冷装置
US12066222B2 (en) Refrigeration cycle device
ES2930460T3 (es) Dispositivo de ciclo de refrigeración
US20170211851A1 (en) Cooling system
JP5018724B2 (ja) エジェクタ式冷凍サイクル
JP5409747B2 (ja) 二元冷凍装置
US11976851B2 (en) Refrigeration cycle device
JP5895662B2 (ja) 冷凍装置
EP3370014A1 (en) Refrigeration cycle device
JP7201912B2 (ja) 冷凍サイクル装置
EP4563915A1 (en) Air conditioner
JP6024341B2 (ja) 冷凍装置