VÁLVULAS DE DESCARGA PARA INCREMENTAR LA CAPACIDAD DE CALENTAMIENTO DE BOMBAS DE CALOR.

Una bomba de calor (20) que comprende: un compresor (22) para la entrega de un refrigerante co 5 mprimido a una línea de descarga (23);

una válvula de encaminamiento para encaminar el refrigerante de forma selectiva desde dicha línea de descarga (23) ya sea a un intercambiador de calor exterior (24) cuando se está en un modo de enfriamiento, y a un intercambiador de calor interior (30) cuando se está en un modo de calentamiento, caracterizada porque la válvula de encaminamiento es una válvula de 4 vías, e incluye un restrictor de flujo de descarga que se puede hacer funcionar de manera selectiva para restringir el flujo entre la línea de descarga (23) y el intercambiador de calor interior.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2005/030740.

Solicitante: CARRIER CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: ONE CARRIER PLACE FARMINGTON, CONNECTICUT 06034-4015 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: LIFSON, ALEXANDER, TARAS,MICHAEL,F.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 31 de Agosto de 2005.

Clasificación PCT:

  • F25B13/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión de ciclo reversible (ciclos de desescarchado F25B 47/02).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2373045_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Válvulas de descarga para incrementar la capacidad de calentamiento de bombas de calor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a una bomba de calor que es capaz de funcionar tanto en un modo de enfriamiento como en uno de calentamiento, y en la que se controla una válvula de descarga para incrementar y modular la capacidad de calentamiento de la bomba de calor. Los sistemas de refrigeración se utilizan para controlar la temperatura y la humedad del aire en diferentes entornos de interior que han de ser acondicionados. En un sistema refrigerante típico que funciona en el modo de enfriamiento, se comprime un refrigerante en un compresor y se entrega a un condensador (o un intercambiador de calor exterior, en este caso). En el condensador, el calor se intercambia entre el aire ambiente exterior y el refrigerante. Desde el condensador, el refrigerante pasa a un dispositivo de expansión, en el que el refrigerante se expande a una menor presión y temperatura, y luego a un evaporador (o 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 refrigerante está funcionando, el evaporador enfría el aire que se suministra al entorno interior. La descripción anterior es de un sistema refrigerante que se utiliza en el modo de funcionamiento de enfriamiento. En el modo de calentamiento, el flujo de refrigerante a través del sistema es esencialmente invertido. El intercambiador de calor interior se convierte en el condensador y libera calor en el entorno que ha de ser acondicionado (calentado en este caso) y el intercambiador de calor exterior sirve como evaporador e intercambia calor con el aire exterior relativamente frío. Las bombas de calor se conocen como los sistemas que pueden invertir el flujo de refrigerante a través del ciclo de refrigeración, con el fin de funcionar en modo de calentamiento y de enfriamiento. Esto se consigue normalmente mediante la incorporación de una válvula inversora de cuatro vías (o un dispositivo equivalente) en el diseño del sistema, con la válvula situada aguas abajo de la lumbrera de descarga del compresor. La válvula inversora de cuatro vías dirige selectivamente el flujo de refrigerante a través del intercambiador de calor interior o exterior cuando el sistema está en el modo de funcionamiento de calentamiento o de enfriamiento, respectivamente. Además, si el dispositivo de expansión no puede manejar el flujo inverso, entones en su lugar se puede emplear un par de dispositivos de expansión, cada uno con una válvula de retención. Las bombas de calor están destinadas a sustituir a una caldera, de modo que una sola unidad puede proporcionar la función tanto del aire acondicionado como de caldera. Sin embargo, las bombas de calor no han sido ampliamente adoptadas en climas más fríos. Las principales razones de esta lenta adopción es la preocupación de que la bomba de calor no puede proporcionar el calor adecuado en climas más fríos y/o la temperatura del aire caliente entregado al ambiente acondicionado es demasiado fría (llamado "golpe frío") e incómodo para el usuario final. Un inconveniente adicional es que para compensar la falta de capacidad de calentamiento, el sistema debe basarse en calentadores separados. Como un calentador entrega una determinada cantidad de capacidad de calentamiento, el sistema debe hacer un ciclo apagándose cuando se alcanza la temperatura deseada interior y hacer un ciclo encendiéndose de nuevo cuando la temperatura cae por debajo del valor deseado. La unidad que realiza el ciclo es ineficiente, propensa a problemas de fiabilidad, aumenta las variaciones de temperatura en el espacio acondicionado y causa molestias al usuario final. El documento US 2002/0083725 da a conocer una bomba de calor como se describe en la parte de caracterización de la reivindicación 1. SUMARIO DE LA INVENCIÓN En una realización descrita de esta invención, una válvula inversora de cuatro vías controla selectivamente el flujo de refrigerante desde una descarga del compresor ya sea a un intercambiador de calor exterior en un modo de enfriamiento o a un intercambiador de calor interior en un modo de calentamiento. Como se explicó anteriormente, el refrigerante fluye a través de un ciclo completo en cualquiera de los modos, y vuelve al compresor. El flujo de nuevo al compresor también pasa a través de la válvula de cuatro vías. Para proporcionar una mayor capacidad de calentamiento entregada por la bomba de calor, la presente invención emplea una restricción aguas abajo del compresor, de tal manera que el refrigerante comprimido en la tubería de descarga es modulado o se generan impulsos, cambiando el tamaño de la restricción. Preferiblemente, la restricción es proporcionada por una válvula controlable que puede ser movida a una posición restringida cuando se desea mayor capacidad de calentamiento. Al restringir el flujo del refrigerante en la línea de descarga, la presión, y por lo tanto la temperatura, de ese refrigerante se incrementa significativamente. De esta manera, la capacidad de calentamiento del refrigerante cuando llega al intercambiador de calor interior es mayor. También la modulación o generación de impulsos de la válvula puede añadir simplemente la cantidad justa de calor de tal manera que el sistema necesita realizar un ciclo de encendido y apagado. Esta cantidad adicional de calor puede añadirse, por ejemplo, para llenar el hueco entre las etapas de calentamiento al acoplar un elemento de calentamiento adicional del sistema (a menudo llamadas calentamiento eléctrico por tiras). También el calor extra añadido por la modulación 2   o creación de impulsos en la válvula se puede utilizar como una opción de último recurso cuando se necesita más calor, pero el sistema ya ha "llegado al tope" en lo que se refiere a la cantidad de calor adicional que puede ser entregado por el funcionamiento de la bomba de calor con todos los calentadores eléctricos de tiras acoplados. De esta manera, se puede depender de la bomba de calor convencional para proporcionar un calentamiento adecuado en climas aún más fríos. En una realización descrita, la válvula de cuatro vías incluye una sola cámara con un émbolo configurado especialmente para comunicar de forma selectiva los intercambiadores de calor interior y exterior ya sea a la línea de succión o de descarga del compresor. Si bien puede utilizarse una válvula separada como la restricción definida anteriormente, de acuerdo con la invención, es esta misma válvula de cuatro vías la que se utiliza para proporcionar la restricción. Al colocar de forma selectiva el elemento de émbolo con respecto a los pasadizos, la presente invención permite que el flujo de refrigerante desde la línea de descarga del compresor al intercambiador de calor interior sea restringido, de tal manera que este flujo puede ser modulado o generarse impulsos para aumentar la presión y la temperatura del refrigerante Estas y otras características de la presente invención pueden entenderse mejor a partir de la siguiente memoria descriptiva y los dibujos, tras los cuales hay una breve descripción. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es una vista esquemática de una bomba de calor que no pertenecen a la presente invención. La Figura 1B es un gráfico que explica una de las ventajas de esta invención. La Figura 2A muestra una válvula de cuatro vías en un modo de enfriamiento. La Figura 2B muestra la válvula de cuatro vías de la figura 2A en modo de calentamiento. La Figura 3 muestra la válvula de cuatro vías en una posición de regulación del refrigerante de descarga, de acuerdo con la invención La Figura 4 muestra otra realización de la invención. La Figura 5 muestra otra realización, que no pertenecen a la invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS La figura 1A muestra un sistema refrigerante 20 de bomba de calor que incorpora un compresor 22 que tiene una línea de descarga 23 que suministra un refrigerante comprimido a una válvula de cuatro vías 26. La válvula de cuatro vías 26 comunica de forma selectiva el refrigerante desde la tubería de descarga 23 ya sea a un intercambiador de calor exterior 24, cuando está en un modo de enfriamiento, o a un intercambiador de calor interior 30, cuando está en un modo de calentamiento. Como se muestra en las figuras 2A, 2B y 3, un control para la válvula de cuatro vías 26 se puede hacer funcionar para colocar como se desee el émbolo 32 de la válvula 26. En cualquier caso, el refrigerante pasa desde el primer intercambiador de calor que se encuentra después de dejar el compresor a uno de los dispositivos principales de expansión 28 asociados con los conjuntos de válvula de retención 29. Desde el dispositivo principal de expansión, el refrigerante pasa a través... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

un compresor (22) para la entrega de un refrigerante comprimido a una línea de descarga (23); una válvula de encaminamiento para encaminar el refrigerante de forma selectiva desde dicha línea de descarga (23) ya sea a un intercambiador de calor exterior (24) cuando se está en un modo de enfriamiento, y a un intercambiador de calor interior (30) cuando se está en un modo de calentamiento, caracterizada porque la válvula de encaminamiento es una válvula de 4 vías, e incluye un restrictor de flujo de descarga que se puede hacer funcionar de manera selectiva para restringir el flujo entre la línea de descarga (23) y el intercambiador de calor interior. 2. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 1, en la que dicha válvula de encaminamiento (26) incluye un elemento (32) movible para controlar el flujo de refrigerante. 3. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 2, en la que dicho elemento (32) es movible dentro de una cámara (33), y dicha cámara (33) que recibe dicha comunicación de fluidos a dicha línea de descarga (23), y dicha línea de succión (31) del compresor, y que tiene unas líneas separadas que conducen a cada uno de dichos intercambiadores de calor interior y exterior (30, 24), dicho elemento (32) se coloca para comunicar de forma selectiva dicha línea de descarga (23) con uno de dichos intercambiadores de calor interior y exterior (30, 24), y para comunicar el otro de dichos intercambiadores de calor interior y exterior (30, 24) con dicha línea de succión (31), que depende de si dicha bomba de calor (20) está en un modo de enfriamiento o de calentamiento. 4. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 3, en la que dicho elemento (32) se coloca además, cuando se está en una posición restrictiva, para restringir de manera selectiva el refrigerante de dicha línea de descarga (23) que pasa a dicho intercambiador de calor interior (30). 5 La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 1, en la que el restrictor de flujo es una electroválvula 6. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 1, en la que una abertura a través de dicho restrictor de flujo se puede ajustar mediante la generación de impulsos en dicho restrictor de flujo. 7. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 6, en la que la generación de impulsos se puede lograr mediante el ajuste de la abertura entre por lo menos dos posiciones. 8. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 7, en la que por lo menos una posición es una posición totalmente abierta. 9. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 7, en la que por lo menos una posición es una posición de flujo restringido. 10. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 7, en la que se puede ajustar la duración del tiempo que el restrictor pasa en cada una de dichas posiciones. 11. La bomba de calor (20) tal como se establece en la reivindicación 1, en la que una abertura de dicho restrictor de flujo se puede ajustar mediante la modulación de un área de flujo del restrictor. 12. La bomba de calor tal como se establece en la reivindicación 1, en la que el área abierta de dicho restrictor de flujo se puede ajustar continuamente. 13. Un método de funcionamiento de una bomba de calor (20) que comprende las etapas de: (1) proporcionar un compresor (20), dicho compresor está provisto de una línea de descarga (23), dicha línea de descarga (23) se comunica con una válvula de encaminamiento (26) para encaminar refrigerante de forma selectiva desde dicha tubería de descarga (23) ya sea a un intercambiador de calor interior (30) en un modo de calentamiento o a un intercambiador de calor exterior (24) en un modo de enfriamiento, la válvula de encaminamiento (26) incluye un restrictor de flujo de descarga situado en dicha línea de descarga (23) aguas arriba de dicho intercambiador de calor interior (30) cuando se está en un modo de calentamiento, dicho restrictor de flujo de descarga se puede hacer funcionar de manera selectiva para restringir el flujo de refrigerante desde dicha línea de descarga (23) a dicho intercambiador de calor interior (30) cuando se desea un calentamiento adicional; (2) hacer funcionar dicha válvula de encaminamiento (26) para encaminar de manera selectiva el refrigerante desde dicha línea de descarga (23) a uno de dichos intercambiadores de calor interior y exterior (30, 24), y   encaminar el refrigerante desde el otro de dichos intercambiadores interior y exterior (30, 24) de nuevo a dicho compresor (20); (3) determinar que es deseable una capacidad de calentamiento adicional; y (4) colocar dicho restrictor de flujo de descarga para restringir el flujo de refrigerante desde dicha línea de descarga (23) a dicho intercambiador de calor interior (30) para aumentar dicha capacidad de calentamiento, caracterizado porque: una sola válvula proporciona dichas funciones de válvula de encaminamiento (26) y de restrictor de flujo de descarga. 14. El método tal como se establece en la reivindicación 13, en el que el tamaño de dicho restrictor de flujo puede ajustarse en base a los valores medidos o calculados de presión y temperatura del refrigerante. 6   7   8

 

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