MÉTODO Y CONTROL PARA PREVENIR ARRANQUES INUNDADOS EN UNA BOMBA DE CALOR.

Una bomba de calor que comprende: un compresor (22), un sistema de válvulas (24) para dirigir de manera selectiva refrigerante desde la impulsión de dicho compresor a un intercambiador de calor interior (28) o a un intercambiador de calor exterior (34),

y para mover el refrigerante del otro de dicho intercambiador de calor interior o exterior de nuevo a la aspiración de dicho compresor, siendo dicho sistema de válvulas operable para dirigir el refrigerante desde dicha línea de impulsión del compresor a dicho intercambiador de calor interior cuando se encuentra en modo calefacción, y para dirigir el refrigerante desde dicha impulsión del compresor a dicho intercambiador de calor exterior cuando está en modo aire acondicionado; un dispositivo de expansión (30) entre medias de dichos intercambiadores de calor interior y exterior, siendo dicho dispositivo de expansión un dispositivo de expansión electrónico que puede operar tanto en dicho modo de aire acondicionado como en dicho modo de calefacción; y un control (42) para operar dicho sistema de refrigeración, siendo dicho control operable para operar dicho sistema de refrigeración en uno de dichos modos de calefacción o modo de aire acondicionado y determinar que se requiere un modo de descongelación, siendo dicho control operable para detener la operación de la bomba de calor y dejar dicho dispositivo de expansión en una posición abierta durante un período de tiempo tal que el refrigerante pueda comunicar entre dichos intercambiadores de calor interior y exterior, siendo a continuación dicho control operable para mover dicho sistema de válvulas de manera que el refrigerante fluya de una manera consistente con el otro de dichos modo de calefacción o dicho modo de aire acondicionado durante un período de tiempo suficiente para al menos parcialmente descongelar uno de dichos intercambiadores de calor interno o externo, caracterizado porque dicho control es operable para determinar que dicho modo de descongelación debe terminar, y dicho control a continuación detiene de nuevo la bomba de calor, dejando dicho dispositivo de expansión en una posición abierta durante un período de tiempo, y a continuación retornar de nuevo dicho sistema de válvulas a una posición tal que el refrigerante fluya en una dirección apropiada para uno de dichos modo de aire acondicionado o modo de calefacción

Antecedentes de la invención

Esta aplicación trata de un método y un control que sirve para reducir la incidencia de los arranques inundados en bombas de calor, y en particular cuando se cambia entre los modos de operación de calefacción convencional y 5 descongelación.

Para controlar la temperatura y la humedad del aire en diversos ambientes interiores que deben ser acondicionados, se utilizan sistemas de refrigeración. En un sistema de refrigeración típico operando en modo aire acondicionado, se comprime un refrigerante en un compresor y se conduce a un condensador (o en este caso a un intercambiador de calor exterior). En el condensador, se intercambia calor entre el aire ambiente exterior y el refrigerante. Desde 10 condensador, el refrigerante pasa a un dispositivo de expansión, en el que el refrigerante se expande hasta una presión y temperatura más baja, y a continuación se envía a un evaporador (o a un intercambiador de calor interior). En el evaporador, se intercambia calor entre el refrigerante y el aire interior, para acondicionar el aire interior. Cuando el sistema de refrigeración está operando, el evaporador enfría el aire que va a ser suministrado al ambiente interior. Adicionalmente, a medida que la temperatura del aire interior desciende, normalmente se elimina también la 15 humedad del aire. De esta manera, puede ser controlado también el nivel de humedad del aire interior.

La descripción anterior es de un sistema de refrigeración utilizado en un modo de operación de aire acondicionado. En el modo de calefacción, la circulación del refrigerante a través del sistema está esencialmente invertida. El intercambiador de calor interior se convierte en el condensador y libera calor en el ambiente que va a ser acondicionado (en este caso calor) y el intercambiador de calor exterior realiza la función de evaporador en el que el 20 calor se transfiere desde un aire exterior relativamente frío al refrigerante. Los sistemas que pueden invertir la circulación de refrigerante a través del ciclo de refrigeración, al objeto de operar tanto en modo calefacción como en modo aire acondicionado, se conocen como bombas de calor. Esto se consigue normalmente incorporando una válvula reversible de cuatro vías (o un dispositivo equivalente) en el diagrama del sistema aguas abajo de la brida de descarga del compresor. La válvula de cuatro vías reversible dirige de manera selectiva la circulación del 25 refrigerante a través del intercambiador de calor exterior o interior cuando el sistema está en los modos de operación de calefacción o aire acondicionado respectivamente. Si el dispositivo de expansión no puede soportar la circulación invertida, se pueden emplear en su lugar, por ejemplo, un par de dispositivos de expansión, cada uno en conjunción con una válvula antiretorno.

Una característica de control que está incorporada típicamente a las bombas de calor, es el ciclo de descongelación. 30 Típicamente, el intercambiador de calor que está enfriando el refrigerante estará sujeto a congelación bajo ciertas condiciones. Un ciclo de descongelación está diseñado para derretir el hielo del evaporador y restablecer la operación del sistema eficiente y eficaz. En el caso de una bomba de calor operando en el modo de aire acondicionado, será el intercambiador de calor interior que el que se podría congelar, y en una bomba de calor operando en el modo de calefacción, será el intercambiador de calor exterior el que se congele, en particular a 35 temperaturas ambientales bajas. Cuando se desea iniciar un ciclo de descongelación, la válvula reversible de cuatro vías dirige el refrigerante a través de la bomba de calor en una dirección apropiada para invertir el modo de funcionamiento de calefacción / aire acondicionado. Así, el refrigerante caliente se dirige directamente al intercambiador de calor que ha sido sometido a condiciones de hielo. Esencialmente, para la operación de descongelación en un modo de calefacción, el compresor impulsará el refrigerante en la dirección del modo aire 40 acondicionado, y para la descongelación en el modo de aire acondicionado, el compresor dirigirá el refrigerante en la dirección del modo de calefacción. En la práctica, el ciclo de descongelación en bombas de calor se utiliza con más frecuencia en el modo de operación de calefacción.

El ciclo de descongelación crea preocupación en cuanto a fiabilidad de las bombas de calor debido a que podrían producirse daños en diversos componentes del sistema, como por ejemplo los componentes internos del compresor, 45 así como componentes del sistema situados en la línea de descarga como por ejemplo la válvula reversible de cuatro vías, las válvulas anti-retorno, etc. Tales daños están causados predominantemente por los arranque inundados. Un arranque inundado puede suceder debido a la alternancia en la operación de las bombas de calor entre los modos de descongelación y los modos de aire acondicionado / calefacción convencionales, debido a que cuando se cambia la válvula reversible de cuatro vías, las funciones de los intercambiadores de calor interior y 50 exterior también cambia.

Como ejemplo, cuando se cambia de un modo de calefacción a un modo de descongelación, el intercambiador de calor interior se convierte en evaporador. Antes del ciclo de descongelación, era el condensador. El intercambiador de calor exterior ahora se convierte en condensador, y era el evaporador antes de que fuera activado el modo de descongelación. 55

El intercambiador de calor exterior está expuesto ahora a la descarga de gas caliente, y se producirá la descongelación. Sin embargo, las condiciones de inundación en la aspiración del compresor pueden ser asociadas también con el inicio de la operación de descongelación. Los problemas del arranque inundado ocurren porque al

principio del arranque del ciclo de descongelación la mayor parte del refrigerante estará situado en el radiador de entrada de la pasada operación en el modo de calefacción. Cuando la válvula reversible de cuatro vías cambia al modo de descongelación, y el compresor arranca, el refrigerante líquido almacenado en el radiador interior se mueve ahora directamente hacia la brida de succión del compresor. Esto puede causar problemas de arranque inundado severos, y como se ha descrito anteriormente, puede producir daños permanentes en los componentes. 5

La posibilidad de sufrir un arranque inundado se dará de nuevo cuando el sistema cambie del modo de operación de descongelación al modo de calefacción.

Además, los arranques inundados se observan también en el modo de operación de aire acondicionado y tiene un impacto similar en la fiabilidad del sistema.

El documento JP2002-206786 describe una bomba de calor como en el preámbulo de la reivindicación 1. 10

Sumario de la invención

La invención proporciona una bomba de calor como se define en la reivindicación 1, y un método como se define en la reivindicación 12.

La invención presente utiliza una válvula de expansión controlado electrónicamente para solucionar el problema del arranque inundado descrito anteriormente. Cuando se determina que se va a iniciar un ciclo de descongelación, la 15 válvula de expansión electrónica se mueve a una posición abierta en la parada del sistema, y antes de que el ciclo de descongelación comience.

Por ejemplo, en la operación descrita anteriormente en el modo calefacción, cuando la válvula de expansión electrónica se abre al parar, el refrigerante situado en el radiador interior se moverá al radiador exterior gracias a la diferencia de presión que existirá entre los lados alto y bajo del sistema inmediatamente después de la parada del 20 sistema. Debido a que el refrigerante se ha movido al radiador exterior tras al parada, cuando el sistema arranca de nuevo, o poco antes del arranque, la válvula reversible de cuatro vías se mueve para iniciar el ciclo de descongelación, no habrá un situación de arranque inundado o su severidad se verá reducida de manera apreciable.

Es también preferible que al final del ciclo de descongelación, la válvula de expansión electrónica se abra una vez más, de manera que en la parada el refrigerante pueda regresar del radiador exterior al radiador interior bajo la 25 fuerza conductora de la presión diferencial existente. Cuando el sistema es arrancado de nuevo en su modo de calefacción normal, no habrá o habrá muy poco líquido refrigerante en el radiador exterior ya que la mayoría del líquido refrigerante habrá migrado hacia... [Seguir leyendo]

1. Una bomba de calor que comprende:

un compresor (22), un sistema de válvulas (24) para dirigir de manera selectiva refrigerante desde la impulsión de dicho compresor a un intercambiador de calor interior (28) o a un intercambiador de calor exterior (34), y para mover el refrigerante del otro de dicho intercambiador de calor interior o exterior de nuevo a la aspiración de dicho 5 compresor, siendo dicho sistema de válvulas operable para dirigir el refrigerante desde dicha línea de impulsión del compresor a dicho intercambiador de calor interior cuando se encuentra en modo calefacción, y para dirigir el refrigerante desde dicha impulsión del compresor a dicho intercambiador de calor exterior cuando está en modo aire acondicionado;

un dispositivo de expansión (30) entre medias de dichos intercambiadores de calor interior y exterior, siendo dicho 10 dispositivo de expansión un dispositivo de expansión electrónico que puede operar tanto en dicho modo de aire acondicionado como en dicho modo de calefacción; y

un control (42) para operar dicho sistema de refrigeración, siendo dicho control operable para operar dicho sistema de refrigeración en uno de dichos modos de calefacción o modo de aire acondicionado y determinar que se requiere un modo de descongelación, siendo dicho control operable para detener la operación de la bomba de calor y dejar 15 dicho dispositivo de expansión en una posición abierta durante un período de tiempo tal que el refrigerante pueda comunicar entre dichos intercambiadores de calor interior y exterior, siendo a continuación dicho control operable para mover dicho sistema de válvulas de manera que el refrigerante fluya de una manera consistente con el otro de dichos modo de calefacción o dicho modo de aire acondicionado durante un período de tiempo suficiente para al menos parcialmente descongelar uno de dichos intercambiadores de calor interno o externo, 20

caracterizado porque dicho control es operable para determinar que dicho modo de descongelación debe terminar, y dicho control a continuación detiene de nuevo la bomba de calor, dejando dicho dispositivo de expansión en una posición abierta durante un período de tiempo, y a continuación retornar de nuevo dicho sistema de válvulas a una posición tal que el refrigerante fluya en una dirección apropiada para uno de dichos modo de aire acondicionado o modo de calefacción. 25

2. El sistema de refrigeración tal como se establece en la reivindicación 1, en el que dicho sistema de expansión (30) se mueve a una posición que es más abierta que la posición de uno de dicho modos de aire acondicionado o dicho modo de calefacción cuando dicho sistema se para antes de conectarse en dicho modo de descongelación.

3. El sistema de refrigeración como se establece en la reivindicación 2, en el que dicha posición más abierta de dicho dispositivo de expansión (30) es una posición completamente abierta. 30

4. El sistema de refrigeración como se establece en la reivindicación 1, en el que dicho sistema de válvulas (24) incluye una válvula reversible de cuatro vías.

5. El sistema de refrigeración de la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de expansión (30) se mueve a una posición que es más abierta que una posición para dicho modo de descongelación cuando dicho sistema se para antes de conectarse en uno de dicho modo de aire acondicionado o dicho modo de calefacción. 35

6. El sistema de refrigeración como se establece en la reivindicación 5, en el que dicha posición más abierta de dicho dispositivo de expansión (30) es una posición completamente abierta.

7. El sistema de refrigeración como se establece en la reivindicación 1, en el que dicho período de tiempo está entre treinta (30) segundos y tres (3) minutos.

8. El sistema de refrigeración como se establece en la reivindicación 1, en el que dicho período de tiempo para 40 dejar abierto dicho dispositivo de expansión (30) antes de que dicho control (42) sea operable para mover dicho sistema de válvulas (24) de manera que el refrigerante circule de una manera consistente con uno de dicho modo de calefacción o de dicho modo de aire acondicionado, es determinado midiendo las presiones dentro del sistema de refrigeración para determinar si ha transcurrido un período de tiempo suficiente.

9. Un método para operar una bomba de calor que comprende los pasos de: 45

(1) proporcionar una bomba de calor que incluye un compresor (22) que suministra un refrigerante comprimido a un sistema de válvulas (24), suministrando dicho sistema de válvulas dicho refrigerante comprimido a un intercambiador de calor exterior (34) cuando trabaja en modo aire acondicionado, y suministrar dicho refrigerante comprimido a un intercambiador de calor interior (28) cuando trabaja en modo calefacción, y proporcionando un dispositivo de expansión (30); 50

(2) operar dicha bomba de calor en uno de dicho modo de calefacción o dicho modo de aire acondicionado, y monitorizar la operación de dicha bomba de calor para determinar cuando se requiere un modo de descongelación;

(3) parar la operación de la bomba de calor cuando se requiere un modo de descongelación, y operar dicho dispositivo de expansión durante un período de tiempo para permitir que el refrigerante circule entre uno de dichos intercambiadores de calor interior o exterior y el otro;

(4) después de que el dispositivo de expansión haya estado en la posición abierta durante un período de tiempo, comenzar la operación de dicho modo de descongelación operando dicha bomba de calor en el otro de dicho modo 5 de calefacción o dicho modo de aire acondicionado;

(5) detener la operación de dicho modo de descongelación, y comenzar la operación en uno de dichos modos de calefacción o de aire acondicionado;

(6) determinar cuando el modo de descongelación debe terminar y cuando dicho modo de descongelación va a terminar, y dicho control va a detener de nuevo la bomba de calor, dejar dicho dispositivo de expansión en una 10 posición abierta durante un período de tiempo, y a continuación mover de nuevo dicho sistema de válvulas a una posición tal que refrigerante circule en una dirección apropiada para uno de dichos modo de aire acondicionado o dicho modo de calefacción.

10. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo de expansión (30) es abierto también inmediatamente después de detener el ciclo de descongelación y antes de comenzar la operación en uno 15 de dichos modo de aire acondicionado o dicho modo de calefacción.

11. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo de expansión (30) se mueve a una posición completamente abierta cuando dicho modo de descongelación ha terminado.

12. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo de expansión (30) se mueve a una posición que es más abierta que la posición para uno de dichos modo de aire acondicionado o dicho modo de 20 calefacción en el paso (3).

13. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que dicho sistema de válvulas (24) es una válvula reversible de cuatro vías.

14. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo de expansión (30) se mueve a una posición completamente abierta en el paso (3). 25

15. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que el período de tiempo para el paso (3) se determina midiendo las presiones dentro del sistema de refrigeración para determinar cuando ha transcurrido un período de tiempo suficiente.

16. El método tal como se establece en la reivindicación 9, en el que el período de tiempo para el paso (3) está entre treinta (30) segundos y tres (3) minutos. 30