BR102019015215A2

BR102019015215A2 - sistema de refrigeração de co2 com controle de válvula de alta pressão baseado no coeficiente de desempenho

Info

Publication number: BR102019015215A2
Application number: BR102019015215A
Authority: BR
Inventors: Kumar Krishnamoorthy Naresh; Khaled Nassim
Original assignee: Hill Phoenix Inc
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-01-28
Also published as: US11326821B2; US20220373238A1; US11680738B2; US20200033039A1; CA3049596A1; MX2023008802A; MX2019008731A; EP3599435A1

Abstract

um sistema de refrigeração inclui um evaporador dentro do qual um refrigerante absorve calor, um refrigerador / condensador de gás dentro do qual o refrigerante rejeita calor, um compressor operável para circular o refrigerante entre o evaporador e o refrigerador / condensador de gás, uma válvula de alta pressão operável para controlar uma pressão do refrigerante em uma saída do refrigerador / condensador de gás, e um controlador. o controlador é configurado para gerar automaticamente um ponto de ajuste para uma variável medida ou calculada do sistema de refrigeração com base em uma temperatura medida do refrigerante na saída do resfriador / condensador de gás. o ponto de ajuste é gerado usando uma relação armazenada entre a temperatura medida e um coeficiente de desempenho estimado máximo (cop) que pode ser alcançado na temperatura medida. o controlador é configurado para operar a válvula de alta pressão para acionar a variável medida ou calculada em direção ao ponto de ajuste.

Description

SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE CO2 COM CONTROLE DE VÁLVULA DE ALTA PRESSÃO BASEADO NO COEFICIENTE DE DESEMPENHO

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE CORRELATOS [0001] Este pedido reivindica o benefício e prioridade do Pedido de Patente Provisório US N°. 62/711.056, depositado em 27 de julho de 2018, cuja revelação completa é aqui incorporada por referência.

ANTECEDENTES [0002] A presente revelação se refere geralmente a um sistema de refrigeração e, mais particularmente, a um sistema de refrigeração que usa dióxido de carbono (isto é, CO2) como refrigerante. A presente revelação se refere mais particularmente ainda a um sistema de refrigeração de CO2 que controla uma válvula de alta pressão com base em um coeficiente de desempenho (COP) do sistema de refrigeração de CO2.

[0003] Os sistemas de refrigeração são frequentemente usados para fornecer resfriamento a dispositivos de exibição com temperatura controlada (por exemplo, caixas, mercadorias, etc.) em supermercados e outras instalações similares. Os sistemas de refrigeração por compressão a vapor são um tipo de sistema de refrigeração que fornece esse resfriamento ao circular um refrigerante fluido (por exemplo, um líquido e/ou vapor) através de um ciclo de compressão a vapor termodinâmico. Em um ciclo de compressão a vapor, o refrigerante é tipicamente comprimido para um estado de alta temperatura e alta pressão (por exemplo, por um compressor do sistema de refrigeração), resfriado/condensado para um estado de temperatura mais baixa (por exemplo, em um resfriador ou condensador de gás

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2/38 que absorve calor do refrigerante), expandido para uma pressão mais baixa (por exemplo, através de uma válvula de expansão), e evaporado para fornecer resfriamento ao absorver calor no refrigerante. Os sistemas de refrigeração de CO2 são um tipo de sistema de refrigeração por compressão a vapor que usa CO2 como refrigerante.

[0004] Esta seção se destina a fornecer uma base ou contexto para a invenção descrita nas reivindicações. A descrição aqui pode incluir conceitos que poderiam ser buscados, mas não necessariamente aqueles que foram previamente concebidos ou buscados. Portanto, a menos que indicado de outra forma neste documento, o que é descrito nesta seção não é da técnica anterior e não é admitido como sendo da técnica anterior por inclusão nesta seção.

SUMÁRIO [0005] Uma implementação da presente revelação é um sistema de refrigeração que inclui um evaporador dentro do qual um refrigerante absorve calor, um refrigerador/condensador de gás dentro do qual o refrigerante rejeita calor, um compressor operável para circular o refrigerante entre o evaporador e o refrigerador/condensador de gás, uma válvula de alta pressão operável para controlar uma pressão do refrigerante em uma saída do refrigerador/condensador de gás, e um controlador. O controlador é configurado para gerar automaticamente um ponto de ajuste para uma variável medida ou calculada do sistema de refrigeração com base em uma temperatura medida do refrigerante na saída do resfriador/condensador de gás. O ponto de ajuste é gerado usando uma relação armazenada entre a temperatura medida e um coeficiente de desempenho

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3/38 estimado máximo (COP) que pode ser alcançado na temperatura medida. O controlador é configurado para operar a válvula de alta pressão para acionar a variável medida ou calculada em direção ao ponto de ajuste.

[0006] Em algumas modalidades, a variável medida ou calculada é um COP calculado do sistema de refrigeração, o ponto de ajuste é um ponto de ajuste do COP.

[0007] Em algumas modalidades, o controlador é configurado para calcular o COP do sistema de refrigeração durante a operação online do sistema de refrigeração como uma função de uma mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e uma mudança na entalpia do refrigerante através do compressor.

[0008] Em algumas modalidades, o controlador é configurado para calcular a mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e a mudança na entalpia do refrigerante através do compressor com base nas medições do refrigerante obtidas durante a operação online do sistema de refrigeração.

[0009] Em algumas modalidades, a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP máximo estimado que pode ser alcançado define o COP máximo estimado que pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.

[0010] Em algumas modalidades, o controlador é configurado para determinar o COP estimado máximo que pode ser alcançado em cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida. Cada valor da temperatura medida e um valor correspondente do COP estimado máximo pode formar um ponto de dados bidimensionais. O controlador pode ser configurado para realizar um processo de regressão para gerar

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4/38 a função direta usando os pontos de dados bidimensionais.

[0011] Em algumas modalidades, a variável medida ou calculada é uma pressão medida do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás e o ponto de ajuste é um ponto de ajuste de pressão para a pressão do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás.

[0012] Em algumas modalidades, a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP estimado máximo que pode ser alcançado define uma pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.

[0013] Em algumas modalidades, o controlador é configurado para usar a relação armazenada para determinar a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida e definir o ponto de ajuste de pressão como igual à pressão do refrigerante no qual o COP estimado máximo pode ser alcançado.

[0014] Em algumas modalidades, o controlador é configurado para gerar a relação armazenada determinando, para cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida, um COP calculado do sistema de refrigeração em cada um de uma pluralidade de valores de uma pressão do refrigerante no saída do refrigerador/condensador de gás e identificar, para cada um dos vários valores da temperatura medida, um máximo dos valores de COP calculados e um valor correspondente da pressão do refrigerante no qual o máximo dos valores de COP calculados é alcançado. Cada valor da temperatura medida e o valor correspondente da pressão do refrigerante podem formar um ponto de dados bidimensionais.

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O controlador pode gerar a relação armazenada realizando um processo de regressão usando os pontos de dados bidimensionais para gerar uma função que define a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo é alcançado como uma função direta da temperatura medida.

[0015] Outra implementação da presente revelação é um método para controlar um sistema de refrigeração. O método inclui operar um compressor para circular um refrigerante entre um evaporador dentro do qual o refrigerante absorve calor e um refrigerador/condensador de gás dentro do qual o refrigerante rejeita o calor, gerando automaticamente um ponto de ajuste para uma variável medida ou calculada do sistema de refrigeração com base em uma temperatura do refrigerante em uma saída do refrigerador/condensador de gás. O ponto de ajuste é gerado usando uma relação armazenada entre a temperatura medida e um coeficiente de desempenho estimado máximo (COP) que pode ser alcançado na temperatura medida. O método inclui operar uma válvula de alta pressão posicionada para controlar a pressão do refrigerante na saída do resfriador/condensador de gás para acionar a variável medida ou calculada em direção ao ponto de ajuste.

[0016] Em algumas modalidades, a variável medida ou calculada é um COP calculado do sistema de refrigeração, e o ponto de ajuste é um ponto de ajuste do COP.

[0017] Em algumas modalidades, o método inclui calcular o COP do sistema de refrigeração durante a operação online do sistema de refrigeração como uma função de uma mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e uma mudança na entalpia do refrigerante através do compressor.

[0018] Em algumas modalidades, o método inclui calcular

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6/38 a mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e a mudança na entalpia do refrigerante através do compressor com base nas medições do refrigerante obtidas durante a operação online do sistema de refrigeração.

[0019] Em algumas modalidades, a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP máximo estimado que pode ser alcançado define o COP máximo estimado que pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.

[0020] Em algumas modalidades, o método inclui determinar o COP estimado máximo que pode ser alcançado em cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida. Cada valor da temperatura medida e um valor correspondente do COP estimado máximo pode formar um ponto de dados bidimensionais. O método pode incluir a realização de um processo de regressão para gerar a função direta usando os pontos de dados bidimensionais.

[0021] Em algumas modalidades, a variável medida ou calculada é uma pressão medida do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás e o ponto de ajuste é um ponto de ajuste de pressão para a pressão do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás.

[0022] Em algumas modalidades, a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP estimado máximo que pode ser alcançado define uma pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.

[0023] Em algumas modalidades, o método inclui o uso da relação armazenada para determinar a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida e definir o ponto de

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7/38 ajuste de pressão como igual à pressão do refrigerante no qual o COP estimado máximo pode ser alcançado.

[0024] Em algumas modalidades, o método inclui gerar a relação armazenada determinando, para cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida, um COP calculado do sistema de refrigeração em cada um de uma pluralidade de valores de uma pressão do refrigerante no saída do refrigerador/condensador de gás e identificar, para cada um dos vários valores da temperatura medida, um máximo dos valores de COP calculados e um valor correspondente da pressão do refrigerante no qual o máximo dos valores de COP calculados é alcançado. Cada valor da temperatura medida e o valor correspondente da pressão do refrigerante podem formar um ponto de dados bidimensionais. O método pode incluir realizar um processo de regressão usando os pontos de dados bidimensionais para gerar uma função que define a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo é alcançado como uma função direta da temperatura medida.

[0025] O anteriormente mencionado é um sumário e, portanto, por necessidade, contém simplificações, generalizações e omissões de detalhes. Consequentemente, os versados na técnica apreciarão que o sumário é apenas ilustrativo e não pretende ser de qualquer forma limitativo. Outros aspectos, características inventivas e vantagens dos dispositivos e/ou processos aqui descritos, como definido apenas pelas reivindicações, se tornarão evidentes na descrição detalhada aqui apresentada e tomada em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0026] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema

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8/38 de refrigeração de CO2, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[0027] A Figura 2 é um diagrama de blocos de um controlador configurado para controlar o sistema de refrigeração de CO2 da Figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[0028] A Figura 3 é um diagrama de pressão-entalpia ilustrando as pressões e as entalpias do refrigerante de CO2 em vários locais dentro do sistema de refrigeração de CO2 da Figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificativa.

[0029] A Figura 4 é um gráfico que ilustra uma relação entre a temperatura do refrigerante de CO2 na saída de um refrigerador/condensador de gás e um coeficiente de desempenho máximo (COP) do sistema de refrigeração de CO2 da Figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[0030] A Figura 5 é diagrama de blocos que ilustra o funcionamento do sistema de refrigeração de CO2 da Figura 1 para controlar a pressão do refrigerante de CO2 com base em uma estimativa em tempo real do COP, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[0031] A Figura 6 é um gráfico que ilustra uma relação entre a temperatura do refrigerante de CO2 na saída de um refrigerador/condensador de gás e um ponto de ajuste de pressão ideal para o sistema de refrigeração CO2 da Figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[0032] A Figura 7 é um gráfico que ilustra uma relação

entre a pressão	do refrigerante	de	CO2 na	saída de	um
refrigerador/condensador de gás	e o	COP do	sistema	de
refrigeração de	CO2 da Figura	1 em	vários	valores	da
temperatura do	refrigerante	de	CO2 na	saída	do

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9/38 refrigerador/condensador de gás, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

[0033] A Figura 8 é diagrama de blocos que ilustra o funcionamento do sistema de refrigeração de CO2 da Figura 1 para controlar a pressão do refrigerante de CO2 com base em um valor estimado offline do COP, de acordo com uma modalidade exemplificadora.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Sistema de refrigeração de CO2 [0034] Com referência geralmente às Figuras, um sistema de refrigeração de CO2 é mostrado, de acordo com várias modalidades exemplificadoras. O sistema de refrigeração de CO2 pode ser um sistema de refrigeração por compressão a vapor que usa principalmente dióxido de carbono (isto é, CO2) como um refrigerante. Em algumas implementações, o sistema de refrigeração de CO2 é usado para fornecer resfriamento para dispositivos de exibição com temperatura controlada em um supermercado ou outra instalação semelhante.

[0035] Com referência agora à Figura 1, um sistema de refrigeração de CO2 100 é mostrado, de acordo com uma modalidade exemplificadora. O sistema de refrigeração de CO2 100 pode ser um sistema de refrigeração por compressão a vapor que usa principalmente dióxido de carbono (CO2) como refrigerante. No entanto, é contemplado que outros refrigerantes possam ser substituídos por CO2 sem se afastar dos ensinamentos da presente revelação. O sistema de refrigeração de CO2 100 e é mostrado incluindo um sistema de tubos, condutos, ou outros canais de fluido (por exemplo, condutos de fluido 1, 3, 5, 7, 9, 13, 23, 27 e 42) para transportar o refrigerante de CO2 entre vários componentes

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10/38 do sistema de refrigeração de CO2 100. Os componentes do sistema de refrigeração de CO2 100 inclui um refrigerador/condensador de gás 2, uma válvula de alta pressão 4, um receptor 6, uma válvula de desvio de gás 8, um subsistema de temperatura média (MT) 10 e um subsistema de temperatura baixa (LT) 20.

[0036] O resfriador/condensador de gás 2 pode ser um trocador de calor ou outro dispositivo semelhante para remover o calor do refrigerante de CO2. O refrigerador/condensador de gás 2 é mostrado recebendo vapor de CO2 do conduto de fluido 1. Em algumas modalidades, o vapor de CO2 no conduto de fluido 1 pode ter uma pressão dentro de uma faixa de aproximadamente 45 bar (4,5 MPa) a aproximadamente 100 bar (10 MPa) (isto é, cerca de 640 psig a cerca de 1420 psig), dependendo da temperatura ambiente e outras condições operacionais. Em algumas modalidades, o refrigerador/condensador de gás 2 pode condensar parcialmente ou totalmente o vapor de CO2 em CO2 líquido (por exemplo, se a operação do sistema estiver em uma região subcrítica). O processo de condensação pode resultar em CO2 líquido completamente saturado ou uma mistura de líquidovapor (por exemplo, tendo uma qualidade termodinâmica entre 0 e 1). Em outras modalidades, o resfriador/condensador de gás 2 pode resfriar o vapor de CO2 (por exemplo, removendo o superaquecimento) sem condensar o vapor de CO2 em CO2 líquido (por exemplo, se a operação do sistema estiver em uma região supercrítica). Em algumas modalidades, o processo de resfriamento/condensação é um processo isobárico. O resfriador/condensador de gás 2 é mostrado emitindo o refrigerante de CO2 refrigerado e/ou condensado no conduto

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11/38 de fluido 3.

[0037] Em algumas modalidades, o sistema de refrigeração de CO2 100 inclui um sensor de temperatura 31 e um sensor de pressão 32 configurado para medir a temperatura e a pressão do refrigerante de CO2 na entrada do refrigerador/condensador de gás 2. Os sensores 31 e 32 podem ser instalados ao longo do conduto de fluido 1 (como mostrado na Figura 1), dentro do resfriador/condensador de gás 2, ou posicionado de outra forma para medir a temperatura e a pressão de refrigerante de CO2 que entra no refrigerador/condensador de gás 2. Da mesma forma, o sistema de refrigeração de CO2 100 pode incluir um sensor de temperatura 33 e um sensor de pressão 34 configurado para medir a temperatura e a pressão do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2. Os sensores 33 e 34 podem ser instalados ao longo do conduto 3 de fluido (como mostrado na Figura 1), dentro do resfriador/condensador de gás 2, ou posicionado de outra forma para medir a temperatura e a pressão de refrigerante de CO2 que sai do refrigerador/condensador de gás 2.

[0038] A válvula de alta pressão 4 recebe o refrigerante de CO2 refrigerado e/ou condensado do conduto de fluido 3 e produz o refrigerante de CO2 para o conduto de fluido 5. A válvula de alta pressão 4 pode controlar a pressão do refrigerante de CO2 no resfriador/condensador de gás 2, controlando uma quantidade de refrigerante de CO2 que pode passar pela válvula de alta pressão 4. Em algumas modalidades, a válvula de alta pressão 4 é uma válvula de expansão térmica de alta pressão (por exemplo, se a pressão no conduto de fluido 3 for maior do que a pressão no conduto de fluido 5). Em tais modalidades, a válvula de alta pressão

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12/38 pode permitir que o refrigerante de CO2 se expanda para um estado de pressão mais baixo. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpico e/ou adiabático, resultando em uma evaporação instantânea do refrigerante de CO2 de alta pressão a um estado de temperatura mais baixa e pressão mais baixa. O processo de expansão pode produzir uma mistura de líquido/vapor (por exemplo, ter uma qualidade termodinâmica entre 0 e 1). Em algumas modalidades, o refrigerante de CO2 se expande a uma pressão de aproximadamente 38 bar (3,8 MPa) (por exemplo, cerca de 540 psig), o que corresponde a uma temperatura de aproximadamente 37°F (2,77 °C). O refrigerante de CO2 flui então do conduto de fluido 5 para o receptor 6. A válvula de alta pressão 4 pode ser operada automaticamente pelo controlador 50, como descrito em maior detalhe com referência à Figura 2.

[0039] O receptor 6 recolhe o refrigerante de CO2 do conduto de fluido 5. Em algumas modalidades, o receptor 6 pode ser um tanque de flash ou outro reservatório de fluido. O receptor 6 inclui uma porção líquida de CO2 16 e uma porção de vapor de CO2 15 e pode conter uma mistura parcialmente saturada de líquido de CO2 e vapor de CO2. Em algumas modalidades, o receptor 6 separa o líquido de CO2 do vapor de CO2. O líquido de CO2 pode sair do receptor 6 através dos condutos de fluido 9. Os condutos de fluido 9 podem ser coletores de líquidos que levam ao subsistema de MT 10 e/ou LT 20. O vapor de CO2 pode sair do receptor 6 através do conduto de fluido 7. O conduto de fluido 7 é mostrado liderando o vapor de CO2 para uma válvula de desvio de gás 8 e um compressor paralelo 26 (descrito em maior detalhe abaixo).

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13/38 [0040] Ainda com referência à Figura 1, o subsistema de MT 10 é mostrado incluindo uma ou mais válvulas de expansão 11, um ou mais evaporadores de MT 12 e um ou mais compressores de MT 14. Em várias modalidades, qualquer número de válvulas de expansão 11, evaporadores de MT 12 e compressores de MT 14 pode estar presente. As válvulas de expansão 11 podem ser válvulas de expansão eletrônica ou outras válvulas de expansão semelhantes. As válvulas de expansão 11 são mostradas recebendo líquido refrigerante de CO2 do conduto de fluido 9 e emitindo o refrigerante de CO2 para evaporadores de MT 12. As válvulas de expansão 11 podem fazer com que o refrigerante de CO2 sofra uma rápida queda na pressão, expandindo assim o refrigerante de CO2 a um estado de temperatura mais baixa e pressão mais baixa. Em algumas modalidades, as válvulas de expansão 11 podem expandir o refrigerante de CO2 a uma pressão de aproximadamente bar. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpica e/ou adiabática.

[0041] Os evaporadores de MT 12 são mostrados recebendo o refrigerante de CO2 refrigerado e expandido das válvulas de expansão 11. Em algumas modalidades, os evaporadores de MT podem estar associados a casos/dispositivos de exposição (por exemplo, se o sistema de refrigeração de CO2 100 for implementado em um ambiente de supermercado). Os evaporadores de MT 12 podem ser configurados para facilitar a transferência de calor dos casos/dispositivos de exposição para o refrigerante de CO2. O calor adicionado pode fazer com que o refrigerante de CO2 evapore parcialmente ou completamente. De acordo com uma modalidade, o refrigerante de CO2 é totalmente evaporado nos evaporadores de MT 12. Em

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14/38 algumas modalidades, o processo de evaporação pode ser um processo isobárico. Os evaporadores de MT 12 são mostrados emitindo o refrigerante de CO2 através da linha de sucção 13, levando aos compressores de MT 14.

[0042] Em algumas modalidades, o sistema de refrigeração de CO2 100 inclui um sensor de temperatura 35 e um sensor de pressão 36 configurados para medir a temperatura e a pressão do refrigerante de CO2 dentro da linha de sucção 13. Os sensores 35 e 36 podem ser instalados ao longo da linha de sucção 13 (como mostrado na Figura 1), na saída dos evaporadores de MT 12, na entrada dos compressores de MT 14, ou posicionados de outra maneira para medir a temperatura e a pressão do refrigerante de CO2 que entra nos compressores de MT 14.

[0043] Os compressores de MT 14 comprimem o refrigerante de CO2 para um vapor sobreaquecido com uma pressão dentro de uma faixa de aproximadamente 45 bar (4,5 MPa) a aproximadamente 100 bar (10 MPa). A pressão de saída dos compressores de MT 14 pode variar dependendo da temperatura ambiente e outras condições operacionais. Em algumas modalidades, os compressores de MT 14 operam em um modo transcrítico. Em operação, o gás de descarga de CO2 sai dos compressores de MT e flui através do conduto de fluido 1 para o resfriador/condensador de gás 2.

[0044] Ainda com referência à Figura 1, o subsistema de LT 20 é mostrado incluindo uma ou mais válvulas de expansão 21, um ou mais evaporadores de LT 22 e um ou mais compressores de LT 24. Em várias modalidades, qualquer número de válvulas de expansão 21, evaporadores de LT 22 e compressores de LT 24 pode estar presente. Em algumas modalidades, o subsistema

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15/38 de LT 20 pode ser omitido e o sistema de refrigeração de CO2 100 pode operar com um módulo AC ou compressor paralelo 26 fazendo interface com apenas o subsistema de MT 10.

[0045] As válvulas de expansão 21 podem ser válvulas de expansão eletrônica ou outras válvulas de expansão semelhantes. As válvulas de expansão 21 são mostradas recebendo líquido refrigerante de CO2 do conduto de fluido 9 e emitindo o refrigerante de CO2 para evaporadores de LT 22. As válvulas de expansão 21 podem fazer com que o refrigerante de CO2 sofra uma rápida queda na pressão, expandindo assim o refrigerante de CO2 a um estado de temperatura mais baixa e pressão mais baixa. O processo de expansão pode ser um processo de expansão isentálpica e/ou adiabática. Em algumas modalidades, as válvulas de expansão 21 podem expandir o refrigerante de CO2 a uma pressão mais baixa do que as válvulas de expansão 11, resultando assim em um refrigerante de CO2 de temperatura inferior. Sendo assim, o subsistema de LT 20 pode ser usado em conjunto com um sistema de congelação ou outros casos de exibição de temperatura mais baixa.

[0046] Em algumas modalidades, o sistema de refrigeração de CO2 100 inclui um sensor de temperatura 37 e um sensor de pressão 38 configurados para medir a temperatura e a pressão do refrigerante de CO2 dentro da linha de sucção 23. Os sensores 37 e 38 podem ser instalados ao longo da linha de sucção 23 (como mostrado na Figura 1), na saída dos evaporadores de LT 22, na entrada dos compressores de LT 24, ou posicionados de outra maneira para medir a temperatura e a pressão do refrigerante de CO2 que entra nos compressores de LT 24.

[0047] Os evaporadores de LT 22 são mostrados recebendo

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16/38 o refrigerante de CO2 refrigerado e expandido das válvulas de expansão 21. Em algumas modalidades, os evaporadores de LT podem estar associados a casos/dispositivos de exposição (por exemplo, se o sistema de refrigeração de CO2 100 for implementado em um ambiente de supermercado). Os evaporadores de LT 22 podem ser configurados para facilitar a transferência de calor das caixas/dispositivos de exposição para o refrigerante de CO2. O calor adicionado pode fazer com que o refrigerante de CO2 evapore parcialmente ou completamente. Em algumas modalidades, o processo de evaporação pode ser um processo isobárico. Os evaporadores de LT 22 são mostrados emitindo o refrigerante de CO2 através da linha de sucção 23, levando aos compressores de LT 24.

[0048] Os compressores de LT 24 comprimem o refrigerante de CO2. Em algumas modalidades, os compressores de LT 24 podem comprimir o refrigerante de CO2 a uma pressão de aproximadamente 30 bar (3,0 MPa) (por exemplo, cerca de 425 psig) tendo uma temperatura de saturação de aproximadamente 23 °F (por exemplo, cerca de -5 °C). Em algumas modalidades, os compressores de MT 24 operam em um modo subcrítico. Os compressores de LT 24 são mostrados emitindo o refrigerante de CO2 através da linha de descarga 25. A linha de descarga 25 pode ser conectada de forma fluida com o lado de sucção (por exemplo, a montante) dos compressores de MT 14.

[0049] Ainda com referência à Figura 1, o sistema de refrigeração de CO2 100 é mostrado incluindo uma válvula de desvio de gás 8. A válvula de desvio de gás 8 pode receber o vapor de CO2 do conduto de fluido 7 e liberar o refrigerante de CO2 para o subsistema de MT 10. Em algumas modalidades, a válvula de desvio de gás 8 está disposta em série com os

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17/38 compressores de MT 14. Em outras palavras, o vapor de CO2 do receptor 6 pode passar através da válvula de desvio de gás 8 e dos compressores de MT 14. Os compressores de MT 14 podem comprimir o vapor de CO2 que passa através da válvula de desvio de gás 8 de um estado de baixa pressão (por exemplo, aproximadamente 30 bar (3,0 MPa) ou menos) para um estado de alta pressão (por exemplo, 45-100 bar (4,5-10 MPa)).

[0050] A válvula de desvio de gás 8 pode ser operada pelo controlador 50 para regular ou controlar a pressão dentro do receptor 6 (por exemplo, ajustando uma quantidade de CO2 refrigerante permitido passar através da válvula de desvio de gás 8). Por exemplo, a válvula de desvio de gás 8 pode ser ajustada (por exemplo, aberta ou fechada de maneira variável) para ajustar a vazão de massa, a vazão de volume ou outras vazões do refrigerante de CO2 através da válvula de desvio de gás 8. A válvula de desvio de gás 8 pode ser aberta e fechada (por exemplo, manualmente, automaticamente, por um controlador, etc.) conforme necessário para regular a pressão dentro do receptor 6.

[0051] Em algumas modalidades, a válvula de desvio de gás 8 inclui um sensor para medir uma vazão (por exemplo, fluxo de massa, fluxo de volume, etc.) do refrigerante de CO2 através da válvula de desvio de gás 8. Em outras modalidades, a válvula de desvio de gás 8 inclui um indicador (por exemplo, um medidor, um mostrador, etc.) a partir do qual a posição da válvula de desvio de gás 8 pode ser determinada. Esta posição pode ser usada para determinar a vazão de refrigerante de CO2 através da válvula de desvio de gás 8, uma vez que tais quantidades podem ser proporcionais ou relacionadas de outra forma.

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18/38 [0052] Em algumas modalidades, a válvula de desvio de gás 8 pode ser uma válvula de expansão térmica (por exemplo, se a pressão no lado a jusante da válvula de desvio de gás 8 for inferior à pressão no conduto de fluido 7). De acordo com uma modalidade, a pressão dentro do receptor 6 é regulada pela válvula de desvio de gás 8 a uma pressão de aproximadamente 38 bar (3,8 MPa), o que corresponde a cerca de 37 °F (2,77 °C) . Vantajosamente, este estado de pressão/temperatura pode facilitar o uso de tubos/tubulações de cobre para as linhas de CO2 do sistema. Adicionalmente, este estado de pressão/temperatura pode permitir que esta tubulação de cobre funcione de uma maneira substancialmente isenta de congelação.

[0053] Em algumas modalidades, o vapor de CO2 que é desviado através da válvula de desvio de gás 8 é misturado com o gás refrigerante de CO2 que sai dos evaporadores de MT (por exemplo, através da linha de sucção 13). O vapor de CO2 desviado também pode se misturar com a descarga de gás refrigerante de CO2 que sai dos compressores de LT 24 (por exemplo, através da linha de descarga 25) . O gás refrigerante de CO2 combinado pode ser fornecido para o lado de sucção dos compressores de MT 14.

[0054] Em algumas modalidades, a pressão imediatamente a jusante da válvula de desvio de gás 8 (isto é, na linha de sucção 13) é inferior à pressão imediatamente a montante da válvula de desvio de gás 8 (isto é, no conduto de fluido 7).

Portanto,	o vapor de CO2	que passa	através	da	válvula	de
desvio de	gás 8 e os	compressores	de MT	14	podem	ser
expandidos	(por exemplo,	ao passar	através	da	válvula	de

desvio de gás 8) e subsequentemente recomprimidos (por

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19/38 exemplo, por compressores de MT 14). Esta expansão e recompressão podem ocorrer sem quaisquer transferências intermediárias de calor para ou a partir do refrigerante de CO2, que pode ser caracterizado como um uso ineficiente de energia.

[0055] Ainda com referência à Figura 1, o sistema de refrigeração CO2 100 é mostrado incluindo um compressor paralelo 26. O compressor paralelo 26 pode ser disposto em paralelo com outros compressores do sistema de refrigeração de CO2 100 (por exemplo, compressores de MT 14, compressores de LT 24, etc.). Embora apenas seja mostrado um compressor paralelo 26, qualquer número de compressores paralelos pode estar presente. O compressor paralelo 26 pode ser conectado de modo fluido ao receptor 6 e/ou ao conduto de fluido 7 através de uma linha de conexão 27. O compressor paralelo 26 pode ser usado para retirar o vapor de CO2 não condensado do receptor 6 como meio para o controle e regulação de pressão. Vantajosamente, o uso do compressor paralelo 26 para efetuar o controle e a regulação de pressão pode fornecer uma alternativa mais eficiente às técnicas de regulação de pressão tradicionais, como desviar o vapor de CO2 através da válvula de desvio 8 para o lado de sucção de pressão inferior dos compressores de MT 14.

[0056] Em algumas modalidades, o compressor paralelo 26 pode ser operado (por exemplo, por um controlador 50) para alcançar uma pressão desejada dentro do receptor 6. Por exemplo, o controlador 50 pode receber medições de pressão de um sensor de pressão que monitora a pressão dentro do receptor 6 e pode ativar ou desativar o compressor paralelo 26 com base nas medições de pressão. Quando ativo, o

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20/38 compressor paralelo 26 comprime o vapor de CO2 recebido via linha de conexão 27 e descarrega o vapor comprimido na linha de descarga 42. A linha de descarga 42 pode estar conectada de modo fluido ao conduto de fluido 1. Consequentemente, o compressor paralelo 26 pode operar em paralelo com os compressores de MT 14, descarregando o vapor de CO2 comprimido em um conduto de fluido compartilhado (por exemplo, conduto de fluido 1).

[0057] O compressor paralelo 26 pode ser disposto em paralelo com a válvula de desvio de gás 8 e com os compressores de MT 14. O receptor de saída de vapor de CO2 6 pode passar tanto pelo compressor paralelo 26 como pela combinação em série da válvula de desvio de gás 8 e dos compressores de MT 14. O compressor paralelo 26 pode receber o vapor de CO2 a uma pressão relativamente mais alta (por exemplo, do conduto de fluido 7) do que o vapor de CO2 recebido pelos compressores de MT 14 (por exemplo, da linha de sucção 13). Este diferencial na pressão pode corresponder ao diferencial de pressão ao longo da válvula de desvio de gás 8. Em algumas modalidades, o compressor paralelo 26 pode requerer menos energia para comprimir uma quantidade equivalente de vapor de CO2 para o estado de alta pressão (por exemplo, no conduto de fluido 1) como resultado da maior pressão de vapor de CO2 que entra no compressor paralelo 26. Portanto, a via paralela, incluindo o compressor paralelo 26, pode ser uma alternativa mais eficiente à via, incluindo a válvula de desvio de gás 8 e os compressores de MT 14.

[0058] Em algumas modalidades, a válvula de desvio de gás 8 é omitida e a pressão dentro do receptor 6 é regulada usando o compressor paralelo 26. Em outras modalidades, o

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21/38 compressor paralelo 26 é omitido e a pressão dentro do receptor 6 é regulada com o uso da válvula de desvio de gás 8. Em outras modalidades, tanto a válvula de desvio de gás 8 como o compressor paralelo 26 são usados para regular a pressão no interior do receptor 6. Todas essas variações estão dentro do escopo da presente revelação.

Controlador [0059] Com referência agora à Figura 2, é mostrado um diagrama de blocos ilustrando o controlador 50 em maior detalhe, de acordo com uma modalidade exemplificadora. O controlador 50 pode receber sinais de um ou mais dispositivos de medição (por exemplo, sensores de pressão, sensores de temperatura, sensores de fluxo, etc.) localizados dentro do sistema de refrigeração de CO2 100. Por exemplo, o controlador 50 é mostrado recebendo as medições de temperatura e pressão dos sensores 31-38, um sinal de posição de válvula da válvula de desvio de gás 8 e um sinal de posição de válvula da válvula de alta pressão 4. O controlador 50 pode usar os sinais de entrada para determinar ações de controle apropriadas para os dispositivos controláveis do sistema de refrigeração de CO2 100 (por exemplo, compressores 14 e 24, compressor paralelo 26, válvulas 4, 8, 11 e 21, desviadores de fluxo, fontes de alimentação, etc.). Por exemplo, o controlador 50 é mostrado fornecendo sinais de controle para o compressor paralelo 26, a válvula de desvio de gás 8 e a válvula de alta pressão 4.

[0060] Em algumas modalidades, o controlador 50 é configurado para operar a válvula de desvio de gás 8 e/ou o compressor paralelo 26 para manter a pressão CO2 no receptor 6 a um ponto de ajuste desejado ou dentro de uma faixa

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22/38 desejada. Em algumas modalidades, o controlador 50 opera a válvula de desvio de gás 8 e o compressor paralelo 26 com base na temperatura do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2. Em outras modalidades, o controlador 50 opera a válvula de desvio de gás 8 e o compressor paralelo 26 com base em uma vazão (por exemplo, fluxo de massa, fluxo de volume, etc.) de refrigerante de CO2 através da válvula de desvio de gás 8. O controlador 50 pode usar uma posição de válvula da válvula de desvio de gás como uma aproximação para vazão de refrigerante de CO2. Em algumas modalidades, o controlador 50 opera a válvula de alta pressão 4 e as válvulas de expansão 11 e 21 para regular o fluxo de refrigerante no sistema 100.

[0061] Em algumas modalidades, o controlador 50 é configurado para operar a válvula de alta pressão 4 para controlar (por exemplo, otimizar) um coeficiente de desempenho (COP) do sistema de refrigeração de CO2 100. O COP do sistema de refrigeração de CO2 100 pode ser definido como a mudança na entalpia do refrigerante de CO2 através dos evaporadores de MT 12 e/ou evaporadores de LT 22 AH_evapdividido pela mudança na entalpia do refrigerante de CO2 através dos compressores de MT 14 e/ou compressores de LT 24

AH_comp conforme	mostrado na seguinte equação: AHcomp
^onde ÂH_evap	e AH_comp são calculados com base nas medições
de temperatura	e pressão recebidas dos sensores 31-38.
[0062] Em	algumas modalidades, o controlador 50 é

configurado para otimizar o COP do sistema de refrigeração de CO2 100, realizando cálculos online (ou seja, em tempo real) de AH_evap, AH_comp e o COP correspondente durante a

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23/38 operação do sistema de refrigeração de CO2 100. O controlador 50 pode então operar a válvula de alta pressão 4 para conduzir o COP calculado para um ponto de ajuste. Em outras modalidades, o controlador 50 é configurado para otimizar o COP do sistema de refrigeração de CO2 100, calculando um ponto de ajuste de pressão para a válvula de alta pressão 4, que é estimado para alcançar um COP ideal para o sistema de refrigeração de CO2 100. O controlador 50 pode então operar a válvula de alta pressão 4 para acionar a pressão do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 para o ponto de ajuste de pressão calculado. Ambas as técnicas para otimizar o COP do sistema de refrigeração de CO2 100 são descritas em maior detalhe abaixo. Em geral, o controlador 50 pode operar para gerar automaticamente um ponto de ajuste para uma variável medida ou calculada do sistema de refrigeração de CO2 100 (por exemplo, a pressão medida do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 ou o COP calculado do sistema de refrigeração de CO2 100) e depois operar a válvula de alta pressão 4 para conduzir a variável medida ou calculada para o ponto de ajuste.

[0063] O controlador 50 pode incluir funcionalidade de controle de feedback para operar de forma adaptativa os vários componentes do sistema de refrigeração de CO2 100. Por exemplo, o controlador 50 pode receber um ponto de ajuste (por exemplo, um ponto de ajuste de temperatura, um ponto de ajuste de pressão, um ponto de ajuste de vazão, um ponto de ajuste de uso de energia, etc.) e operar um ou mais componentes do sistema 100 para atingir o ponto de ajuste. O ponto de ajuste pode ser especificado por um usuário (por

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24/38 exemplo, por meio de um dispositivo de entrada de usuário, uma interface gráfica de usuário, uma interface local, uma interface remota etc.) ou automaticamente determinado pelo controlador 50 com base em um histórico de medições de dados. Em algumas modalidades, o controlador 50 inclui algumas ou todas as características do controlador descrito no Pedido de Patente PCT n°. PCT/US2016/044164 depositado a 27 de julho de 2016, cuja descrição completa é incorporada na presente

invenção por referência.	m controlador
[0064] O controlador	50	pode ser u
proporcional-integral (PI),	um	controlador	proporcional-
integral-derivativo (PID),	um	controlador	adaptativo de

reconhecimento de padrões (PRAC), um controlador adaptativo de reconhecimento de modelo (MRAC), um controlador preditivo modelo (MPC) ou qualquer outro tipo de controlador que empregue qualquer tipo de funcionalidade de controle. Em algumas modalidades, o controlador 50 é um controlador local para o sistema de refrigeração de CO2 100. Em outras modalidades, o controlador 50 é um controlador de supervisão para uma pluralidade de subsistemas controlados (por exemplo, um sistema de refrigeração, um sistema de AC, um sistema de iluminação, um sistema de segurança, etc.). Por exemplo, o controlador 50 pode ser um controlador para um sistema de gerenciamento predial abrangente que incorpora o sistema de refrigeração de CO2 100. O controlador 50 pode ser implementado localmente, remotamente ou como parte de um conjunto hospedado em nuvem de aplicativos de gerenciamento predial.

[0065] Ainda com referência à Figura 2, o controlador 50 é mostrado incluindo uma interface de comunicações 54 e um

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25/38 circuito de processamento 51. A interface de comunicações 54 pode ser ou incluir interfaces com ou sem fio (por exemplo, tomadas, antenas, transmissores, receptores, transceptores, terminais de fios, etc.) para a condução de comunicações de dados eletrônicos. Por exemplo, a interface de comunicações 54 pode ser usada para conduzir comunicações com a válvula de desvio de gás 8, compressor paralelo 26, compressores 14 e 24, válvula de alta pressão 4, vários dispositivos de aquisição de dados dentro do sistema de refrigeração CO2 100 (por exemplo, sensores de temperatura, sensores de pressão, sensores de fluxo, etc.) e/ou outros dispositivos externos ou fontes de dados. A comunicação de dados pode ser realizada através de uma conexão direta (por exemplo, uma conexão com fio, uma conexão sem fio ad-hoc, etc.) ou uma conexão de rede (por exemplo, uma conexão por Internet, LAN, WAN ou WLAN, etc.). Por exemplo, a interface de comunicações 54 pode incluir uma placa Ethernet e uma porta para enviar e receber dados através de um link ou rede de comunicação baseada em Ethernet. Em outro exemplo, a interface de comunicações 54 pode incluir um transceptor de Wi-Fi ou um transceptor de celular ou telefone celular para se comunicar através de uma rede de comunicação sem fio.

[0066] O circuito de processamento 51 é mostrado incluindo um processador 52 e memória 53. O processador 52 pode ser implementado como um processador de uso geral, um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um ou mais arranjos de portas programáveis no campo (FPGAs), um grupo de componentes de processamento, um microcontrolador ou outros componentes de processamento eletrônicos adequados. A memória 53 (por exemplo, dispositivo de memória,

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26/38 unidade de memória, dispositivo de armazenamento, etc.) pode ser um ou mais dispositivos (por exemplo, RAM, ROM, memória de estado sólido, armazenamento em disco rígido, etc.) para armazenar dados e/ou código para completar ou facilitar os vários processos, camadas e módulos descritos no presente pedido. A memória 53 pode ser ou incluir memória volátil ou memória não volátil. A memória 53 pode incluir componentes de base de dados, componentes de código de objeto, componentes de script ou qualquer outro tipo de estrutura de informações para suportar as várias atividades e estruturas de informações descritas na presente aplicação. De acordo com uma modalidade exemplificadora, a memória 53 está conectada comunicativamente ao processador 52 através do circuito de processamento 51 e inclui código de computador para execução (por exemplo, pelo circuito de processamento 51 e/ou processador 52) de um ou mais processos ou características de controle aqui descritos.

Controle de pressão com base na estimativa em tempo real do COP [0067] Com referência agora as Figuras 2 e 3, o controlador 50 é mostrado incluindo um controlador de COP 55 e um calculador de ponto de ajuste de COP 56. O controlador de COP 55 pode ser configurado para realizar um cálculo online (ou seja, em tempo real) do COP real do sistema de refrigeração de CO2 100 com base nas temperaturas medidas e pressões recebidas dos sensores 31-38. O COP do sistema de refrigeração de CO2 100 pode ser definido como a mudança na entalpia do refrigerante de CO2 através dos evaporadores de MT 12 e/ou evaporadores de LT 22 AH_evap dividido pela mudança na entalpia do refrigerante de CO2 através dos compressores

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27/38 de

MT 14 e/ou compressores de LT 24 AH_comp conforme mostrado na seguinte equação:

_COÍ>

AHcomp onde AH_evap e AH_comp são calculados com base nas medições de temperatura e pressão recebidas dos sensores 31-38.

[0068] Em algumas exemplo, média, soma, do refrigerante de CO2 modalidades, AH_evap é uma função (por etc.) da mudança na entalpia AH_evaPtMT através dos evaporadores de MT 12 e a mudança na entalpia AH_evapLT do refrigerante de CO2 através dos evaporadores de LT 22. Em outras modalidades, AH_evap é a mudança na entalpia AH_evaPtMT do refrigerante de CO2 através dos evaporadores de MT 12 ou a mudança na entalpia AH_evapLTdo refrigerante de CO2 através dos evaporadores de LT 22. Similarmente, AH_comp pode ser uma função (por exemplo, média, soma, etc.) da mudança na entalpia AH_compMT do refrigerante de CO2 através dos compressores de MT 14 e a mudança na entalpia AH_compLT do refrigerante de CO2 através dos compressores de LT 24. Em outras modalidades, AH_comp é a mudança na entalpia AH_compMT do refrigerante de CO2 através dos compressores de MT 14 ou a mudança na entalpia AH_compLTdo refrigerante de CO2 através dos compressores de LT 24.

[0069] Deve-se notar que qualquer variável, medida ou termo (por exemplo, entalpias, temperaturas, pressões, etc.) descrito na presente revelação com a conjunção e/ou se destina a englobar uma, ambas ou uma função das variáveis, medidas ou termos unidos pela conjunção. Por exemplo, a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT 14 e/ou os compressores de LT 24 podem incluir apenas a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT, somente a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção

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28/38 dos compressores de LT 24, ou uma função do mesmo. A mesma interpretação deve ser aplicada a temperaturas, pressões ou quaisquer outras variáveis, medidas ou termos unidos pela conjunção e/ou na presente revelação.

[0070] A Figura 3 é um diagrama de pressão-entalpia ilustrando as pressões e as entalpias do refrigerante de CO2 em vários locais dentro do sistema de refrigeração de CO2 100 é mostrado, de acordo com uma modalidade exemplificadora. No conduto de fluido 1 na entrada do resfriador/condensador de gás 2, o refrigerante de CO2 tem uma entalpia de H_GCCin e uma pressão de P_GCc,in. No conduto de fluido 3 na saída do resfriador/condensador de gás 2, o refrigerante de CO2 tem uma entalpia de H_GCCout e uma pressão de P_GCc,out. Na linha de sucção 13 na sucção dos compressores de MT 14 e/ou linha de sucção 23 na sucção dos compressores de LT 24, o refrigerante de CO2 tem uma entalpia de H_suct e uma pressão de P_suct.

[0071] A mudança na entalpia AH_comp através dos compressores de MT 14 e/ou os compressores de LT 24 é igual à diferença entre a entalpia H_GCCin do refrigerante de CO2 na entrada do resfriador/condensador de gás 2 e a entalpia H_suctdo refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT 14 e/ou de LT 24. A mudança na entalpia AH_evap através dos evaporadores de MT 12 e/ou dos evaporadores de LT 22 é igual à diferença entre a entalpia H_suct do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT 14 e/ou compressores 24 e a entalpia H_GCCout do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2. Como a expansão do refrigerante de CO2 pela válvula de alta pressão 4 e as válvulas de expansão 11 é isentálpica, a entalpia H_GCCout do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de

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29/38 gás 2 é equivalente à entalpia do refrigerante de CO2 na entrada dos evaporadores de MT 12 e/ou de LT 22.

[0072] O controlador de COP 55 pode calcular AH_evap usando a seguinte equação:

AH_evap H_suct(P_suct,T_suct) H_suct(P_GCCout,T_GCCiOUt) onde H_suct(P_suct,T_suct) é a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT 14 (isto é, dentro da linha de sucção 13) e/ou a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de LT 24 (isto é, dentro da linha de sucção 23) , P_suct é a pressão do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT (isto é, a pressão medida pelo sensor de pressão 36) e/ou a pressão do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de LT 24 (isto é, a pressão medida pelo sensor de pressão 38), T_suct é a temperatura do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 35) e/ou a temperatura do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de LT 24 (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 37), HgCC.ouí (PGcc,out'T_Gcc,out) é a entalpia do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 (ou seja, dentro do conduto de fluido 3) , Pccc.out é a pressão do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 (isto é, a pressão medida pelo sensor de pressão 34), e T_GCCout é a temperatura do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 33).

[0073] O controlador de COP 55 pode calcular AH_comp usando a seguinte equação:

AH_comp H_GGGii_nÇP_GGGii_n,T_GGGi.i_n) H_suct(P_suct,T_suct) onde H_GCCiin(P_GCCiin,T_GCCin) é a entalpia do refrigerante de

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CO2 na entrada do resfriador/condensador de gás 2 (ou seja, dentro do conduto de fluido 1) , Pccc.in é a pressão do refrigerante de CO2 na entrada do resfriador/condensador de gás 2 (isto é, a pressão medida pelo sensor de pressão 32), T_GCCin é a temperatura do refrigerante de CO2 na entrada do resfriador/condensador de gás 2 (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 31), H_suct(P_suct,T_suct) é a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT 14 (isto é, dentro da linha de sucção 13) e/ou a entalpia do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de LT 24 (isto é, dentro da linha de sucção 23) , P_suct é a pressão do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT (isto é, a pressão medida pelo sensor de pressão 36) e/ou a pressão do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de LT 24 (isto é, a pressão medida pelo sensor de pressão 38) , e T_sucté a temperatura do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de MT (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 35) e/ou a temperatura do refrigerante de CO2 na sucção dos compressores de LT 24 (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 37).

[0074] O controlador de COP 55 pode usar as medições de temperatura e pressão dos sensores 31-38 para calcular

Hsuet^Psuet’ 'Psuct) ,

Hccc.in

ÇPGCC,in>

TGCC,.in)^e

HgCC.ouí (PgCC,ouí> 'PGCC.out )· entalpia do refrigerante de CO2 em qualquer local dentro do sistema de refrigeração de CO2 100 é uma função da temperatura e pressão do refrigerante de CO2 naquele local e pode ser calculado com base nas medições de temperatura e pressão registradas pelos sensores 31-38. O controlador de

COP 55 pode então usar as entalpias calculadas para calcular

AH_evap, AH_comp e o COP do sistema de refrigeração de CO2 100

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31/38 como descrito anteriormente. O controlador de COP 55 pode receber um ponto de ajuste de COP do calculador de ponto de ajuste de COP 56 e pode ajustar a posição da válvula de alta pressão 4 para conduzir o COP calculado para o ponto de ajuste de COP.

[0075] Com referência agora as Figuras 2 e 4, o calculador de ponto de ajuste de COP 56 pode ser configurado para determinar um ponto de ajuste de COP ideal para o controlador de COP 55. Em algumas modalidades, o calculador de ponto de ajuste de COP 56 determina o ponto de ajuste de COP ideal com base em uma temperatura medida T_GCCout do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 33) . Por exemplo, o calculador de ponto de ajuste de COP 56 pode calcular o ponto de ajuste de COP ideal como uma função da temperatura medida T_GCCout usando a seguinte equação:

COP = 0,0007 * T_GCCout - 0,189122 * T_GCC,_0Ut + 13,689 que é representada graficamente no gráfico 120 mostrado na Figura 4.

[0076] Em algumas modalidades, o calculador de ponto de ajuste de COP 56 realiza uma ou mais simulações para determinar um valor de COP máximo para cada um de uma pluralidade de valores de T_GCCout. O valor de COP máximo para cada valor de T_GCCout indica o COP máximo que pode ser alcançado, dado o valor de T_GCCout. Cada valor de T_GCCout e o valor correspondente do COP máximo forma um ponto de dados bidimensionais 122 (isto é, (T_GCCout,COP_max)'). O calculador de ponto de ajuste de COP 56 pode realizar um processo de regressão para ajustar uma linha 124 ao conjunto de pontos

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32/38 de dados 122 e pode estimar uma função 126 que representa a relação entre T_GCCout e o COP máximo. A função 126 pode ser gerada online ou offline pelo calculador de ponto de ajuste de COP 56 usando dados históricos reais ou simulados para o sistema de refrigeração de CO2 100.

[0077] Com referência agora à Figura 5, um diagrama de blocos que ilustra a operação online do calculador de ponto de ajuste de COP 56 e o controlador de COP 55, de acordo com uma modalidade exemplificadora. Na Figura 5, o controlador de COP 55 é mostrado como dois componentes: um controlador de feedback 55a e um calculador de COP real 55b. Na operação online, o calculador de ponto de ajuste de COP 56 pode receber uma medição de T_GCCout do sensor de temperatura 33 e pode usar a função 126 para calcular o valor de COP máximo correspondente. O calculador de ponto de ajuste de COP 56 pode então fornecer o valor de COP máximo para o controlador de feedback 55a como o ponto de ajuste de COP. O calculador de COP real 55b pode receber medições de P_GCCiin, T_{GCC in}, P_GCCi0Ut, T_Gcc,out, Psucte T_suct dos sensores 31-36 e pode usar os valores medidos para calcular o COP real de sistema de refrigeração de CO2 100. O calculador de COP real 55b pode fornecer o COP real do sistema de refrigeração de CO2 100 para o controlador de feedback 55a. O controlador de feedback 55a pode operar a válvula de alta pressão 4 para acionar o COP real de sistema de refrigeração de CO2 100 em direção ao ponto de ajuste de COP com o uso de um processo de controle de feedback (por exemplo, controle de PI, controle de PID, etc.).

Controle de Pressão com Base no COP Estimado Offline [0078] Com referência agora as Figuras 2 e 6 a 7, o controlador 50 é mostrado incluindo um controlador de pressão

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33/38 e um calculador de ponto de ajuste de pressão 58. O controlador de pressão 57 pode ser configurado para operar a válvula de alta pressão 4 para controlar a pressão P_GCc,out do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2. O controlador de pressão 57 pode receber um ponto de ajuste de pressão a partir do calculador de ponto de ajuste de pressão 58 e pode operar a válvula de alta pressão 4 para obter o ponto de ajuste de pressão.

[0079] o calculador de ponto de ajuste de pressão 58 pode ser configurado para determinar um ponto de ajuste de pressão ideal para o controlador de pressão 57. Em algumas modalidades, o calculador de ponto de ajuste de pressão 58 determina o ponto de ajuste de pressão ideal com base em uma temperatura medida T_GCCout do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 (isto é, a temperatura medida pelo sensor de temperatura 33). Por exemplo, o calculador de ponto de ajuste de pressão 58 pode calcular o ponto de ajuste de pressão ideal como uma função da temperatura medida T_GCCoutcom o uso da seguinte equação:

Psp = ^—— x 10 ¹⁵ * T^_cc,_out + 22 * T_GCC,_0Ut — 835 que é representada graficamente no gráfico 130 mostrado na Figura 6.

[0080] Em algumas modalidades, o calculador de ponto de ajuste de pressão 58 realiza uma ou mais simulações para determinar um valor de COP máximo para cada um de uma pluralidade de valores de T_GCCout. O gráfico 140 mostrado na Figura 7 ilustra o resultado de cada simulação. A linha 141 indica a relação entre COP e P_GCc,out quando T_GCCout é de 90 °F (32,22 °C), a linha 142 indica a relação entre COP e P_Gcc,out quando T_GCCout é 100 °F (37,77 °C), a linha 143 indica a

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34/38 relação entre COP e P_GCc,out quando T_GCCi0Ut é de 110 °F(37,77 °C) , e a linha 144 indica a relação entre COP e P_GCc,out quando T_GCGOut é de 120 °F (48,88 °C) . Os pontos 145-148 indicam os valores máximos de COP que podem ser alcançados em cada valor de T_GCCout juntamente com os valores correspondentes de P_Gcc,out· [0081] Cada um dos pontos 145-148 inclui um valor de temperatura (isto é, um valor de T_GCCout) e um valor de pressão correspondente (ou seja, um valor de P_GCc,out) que resulta no COP máximo a essa temperatura. O calculador de ponto de ajuste de pressão 58 pode realizar um processo de regressão para ajustar uma linha 134 (mostrada na Figura 6) para o conjunto de pontos de dados 145-148 e pode estimar uma função 136 que representa a relação entre T_GCCout e o ponto de ajuste de pressão ótima P_sp. Os pontos de ajuste de pressão ideais P_sp podem ser definidos como os pontos de ajuste de pressão que atingem o COP máximo em cada T_GCCout. A função 136 pode ser gerada online ou offline pelo calculador de ponto de ajuste de pressão 58 usando dados históricos reais ou simulados para o sistema de refrigeração de CO2 100.

[0082] Com referência agora à Figura 8, um diagrama de blocos que ilustra a operação online do calculador de ponto de ajuste de pressão 58 e o controlador de pressão 57 é mostrado, de acordo com uma modalidade exemplificadora. O calculador de ponto de ajuste de pressão 58 pode receber uma medição de T_GCCout do sensor de temperatura 33 e pode usar a função 136 para calcular o ponto de ajuste de pressão correspondente que atinge o COP ideal a essa temperatura. O calculador de ponto de ajuste de pressão 58 pode então fornecer o ponto de ajuste de pressão como uma entrada para o controlador de pressão 57. O controlador de pressão 57

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35/38 pode receber uma medição da pressão real P_Gcc,out do refrigerante de CO2 na saída do resfriador/condensador de gás 2 do sensor de pressão 34. O controlador de pressão 57 pode operar a válvula de alta pressão 4 para acionar a pressão real P_GCc,out em direção ao ponto de ajuste de pressão usando um processo de controle de feedback (por exemplo, controle de PI, controle de PID, etc.).

Configuração de Modalidades Exemplificadoras [0083] A construção e disposição do sistema de refrigeração de CO2 como mostrado nas diversas modalidades exemplificadoras são apenas ilustrativas. Embora apenas algumas modalidades tenham sido descritas em detalhe nesta descrição, aqueles versados na técnica que revisarem esta descrição apreciarão prontamente que muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações nos tamanhos, dimensões, estruturas, formas e proporções dos vários elementos, valores de parâmetros, arranjos de montagem, uso de materiais, cores, orientações, etc.) sem se distanciar materialmente dos novos ensinamentos e vantagens do assunto aqui descrito. Por exemplo, os elementos mostrados como integralmente formados podem ser construídos de múltiplas partes ou elementos, a posição dos elementos pode ser invertida ou de outro modo variada, e a natureza ou número de elementos ou posições discretas pode ser alterada ou variada. A ordem ou sequência de qualquer processo ou etapas do método podem ser variadas ou sequenciadas novamente de acordo com modalidades alternativas. Outras substituições, modificações, alterações e omissões também podem ser feitas no desenho, condições de operação e disposição das várias modalidades exemplificadoras sem se distanciar do escopo da

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36/38 presente invenção.

[0084] Como usado aqui, os termos aproximadamente, cerca de, substancialmente e termos similares pretendem ter um significado amplo em harmonia com o uso comum e aceito pelos versados na técnica ao qual o assunto em questão desta revelação pertence. Deve ser entendido pelos versados na técnica que revisarem esta divulgação que estes termos se destinam a permitir uma descrição de certas características descritas e reivindicadas sem restringir o escopo destas características às faixas numéricas precisas fornecidas. Consequentemente, estes termos devem ser interpretados como indicando que as modificações ou alterações não substanciais ou inconsequentes do assunto descrito e reivindicado são consideradas como estando dentro do escopo da invenção, tal como descrito nas reivindicações anexas.

[0085] Deve-se notar que o termo exemplificador(a) como usado na presente invenção para descrever várias modalidades pretende indicar que tais modalidades são possíveis exemplos, representações e/ou ilustrações de possíveis modalidades (e tal termo não pretende significar que tais modalidades são exemplos necessariamente extraordinários ou superlativos).

[0086] Os termos acoplado, conectado e similares, como usados na presente invenção, significam a união de dois membros diretamente ou indiretamente um ao outro. Essa junção pode ser estacionária (por exemplo, permanente) ou móvel (por exemplo, removível ou solta). Tal união pode ser obtida com os dois membros ou os dois membros e quaisquer membros intermediários adicionais sendo integralmente formados como um único corpo unitário um com o outro ou com os dois membros

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37/38 ou os dois membros e quaisquer membros intermediários adicionais sendo fixos um ao outro.

[0087] As referências aqui às posições dos elementos (por exemplo, superior, inferior, acima, abaixo, etc.) são meramente usadas para descrever a orientação de vários elementos nas Figuras. Deve-se notar que a orientação de vários elementos pode diferir de acordo com outras modalidades exemplificadoras, e que tais variações se destinam a ser abrangidas pela presente revelação.

[0088] A presente revelação contempla métodos, sistemas e produtos de programas em memória ou outros meios legíveis por máquina para realizar várias operações. As modalidades da presente revelação podem ser implementadas com o uso de processadores de computador existentes, ou por um processador de computador de propósito especial para um sistema apropriado, incorporado para este ou outro propósito, ou por um sistema com fios. As modalidades dentro do escopo da presente revelação incluem produtos de programa ou memória, incluindo meio legível por máquina para transportar ou ter instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados armazenadas na mesma. Tal meio legível por máquina pode ser qualquer meio disponível que possa ser acessado por um computador de propósito geral ou propósito especial ou outra máquina com um processador. A título de exemplo, tais meios legíveis por máquina podem compreender memória RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM ou outro armazenamento em disco óptico, armazenamento em disco magnético ou outros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualquer outro meio que possa ser utilizado para transportar ou armazenar código de programa desejado na forma

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38/38 de instruções executáveis por máquina ou estruturas de dados e que podem ser acessados por um computador de propósito geral ou de propósito especial ou outra máquina com um processador. Combinações dos itens acima também estão incluídas no escopo do meio legível por máquina. As instruções executáveis por máquina incluem, por exemplo, instruções e dados que fazem com que um computador de uso geral, um computador para fins especiais ou máquinas de processamento para fins especiais executem uma determinada função ou grupo de funções.

[0089] Embora as figuras possam mostrar uma ordem específica de etapas do método, a ordem das etapas pode diferir do que é representado. Além disso duas ou mais etapas podem ser executadas concorrentemente ou com concorrência parcial. Tal variação dependerá dos sistemas de software e hardware escolhidos e da escolha do projetista. Todas essas variações estão dentro do escopo da divulgação. Da mesma forma, as implementações de software podem ser realizadas com técnicas de programação padrão com lógica baseada em regras e outras lógicas para realizar as várias etapas de conexão, etapas de processamento, etapas de comparação e etapas de decisão.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de refrigeração, caracterizado pelo fato de que compreende:

um evaporador dentro do qual um refrigerante absorve calor;

um refrigerador/condensador de gás dentro do qual o refrigerante rejeita o calor;

um compressor operável para circular o refrigerante entre o evaporador e o refrigerador/condensador de gás;

uma válvula de alta pressão operável para controlar a pressão do refrigerante em uma saída do refrigerador/condensador de gás; e um controlador configurado para:

gerar automaticamente um ponto de ajuste para uma variável medida ou calculada do sistema de refrigeração com base em uma temperatura medida do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás, o ponto de ajuste gerado usando uma relação armazenada entre a temperatura medida e um coeficiente de desempenho estimado máximo (COP) que pode ser alcançada na temperatura medida; e operar a válvula de alta pressão para acionar a variável medida ou calculada em direção ao ponto de ajuste.
2. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

a variável medida ou calculada é um COP calculado do sistema de refrigeração; e o ponto de ajuste é um ponto de ajuste de COP.
3. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para calcular o COP do sistema de refrigeração

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2/7 durante a operação online do sistema de refrigeração como uma função de uma mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e uma mudança na entalpia do refrigerante através do compressor.
4. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para calcular a mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e a mudança na entalpia do refrigerante através do compressor com base nas medições do refrigerante obtidas durante a operação online do sistema de refrigeração.
5. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP estimado máximo que pode ser alcançada define o COP estimado máximo que pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.
6. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o controlador está configurado para:

determinar o COP estimado máximo que pode ser alcançado em cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida, cada valor da temperatura medida e um valor correspondente do COP estimado máximo formando um ponto de dados bidimensionais; e realizar um processo de regressão para gerar a função direta usando os pontos de dados bidimensionais.
7. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

a variável medida ou calculada é uma pressão medida do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás; e

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3/7 o ponto de ajuste é um ponto de ajuste de pressão para a pressão do refrigerante na saída do resfriador/condensador de gás.
8. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP estimado máximo que pode ser alcançado define uma pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.
9. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o controlador está configurado para:

usar a relação armazenada para determinar a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida; e definir o ponto de ajuste da pressão para ser igual à pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado.
10. Sistema de refrigeração, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para gerar a relação armazenada por:

determinar, para cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida, um COP calculado do sistema de refrigeração em cada um de uma pluralidade de valores de uma pressão do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás;

identificar, para cada um da pluralidade de valores da temperatura medida, um máximo dos valores de COP calculados e um valor correspondente da pressão do refrigerante no qual o máximo dos valores de COP calculados é alcançado, cada

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4/7 valor da temperatura medida e o valor correspondente da pressão do refrigerante, formando um ponto de dados bidimensionais; e realizar um processo de regressão usando os pontos de dados bidimensionais para gerar uma função que define a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo é alcançado como uma função direta da temperatura medida.
11. Método para controlar um sistema de refrigeração, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

operar um compressor para circular um refrigerante entre um evaporador dentro do qual o refrigerante absorve calor e um refrigerador/condensador de gás dentro do qual o refrigerante rejeita o calor;

gerar automaticamente um ponto de ajuste para uma variável medida ou calculada do sistema de refrigeração com base em uma temperatura medida do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás, o ponto de ajuste gerado usando uma relação armazenada entre a temperatura medida e um coeficiente de desempenho estimado máximo (COP) que pode ser alcançada na temperatura medida; e operar uma válvula de alta pressão posicionada para controlar a pressão do refrigerante na saída do resfriador/condensador de gás para acionar a variável medida ou calculada em direção ao ponto de ajuste.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que:

a variável medida ou calculada é um COP calculado do sistema de refrigeração; e o ponto de ajuste é um ponto de ajuste de COP.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12,

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5/7 caracterizado pelo fato de que compreende ainda calcular o COP do sistema de refrigeração durante a operação online do sistema de refrigeração como uma função de uma mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e uma mudança na entalpia do refrigerante através do compressor.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda calcular a mudança na entalpia do refrigerante através do evaporador e a mudança na entalpia do refrigerante através do compressor com base nas medições do refrigerante obtidas durante a operação online do sistema de refrigeração.
15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP estimado máximo que pode ser alcançada define o COP estimado máximo que pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

determinar o COP estimado máximo que pode ser alcançado em cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida, cada valor da temperatura medida e um valor correspondente do COP estimado máximo, formando um ponto de dados bidimensionais; e realizar um processo de regressão para gerar a função direta usando os pontos de dados bidimensionais.
17. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que:

a variável medida ou calculada é uma pressão medida do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás; e o ponto de ajuste é um ponto de ajuste de pressão para

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6/7 a pressão do refrigerante na saída do resfriador/condensador de gás.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a relação armazenada entre a temperatura medida e o COP estimado máximo que pode ser alcançado define uma pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

usar a relação armazenada para determinar a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo pode ser alcançado como uma função direta da temperatura medida; e definir o ponto de ajuste de pressão para ser igual à pressão do refrigerante na qual o COP máximo estimado pode ser alcançado.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a geração da relação armazenada por:

determinar, para cada um de uma pluralidade de valores da temperatura medida, um COP calculado do sistema de refrigeração em cada um de uma pluralidade de valores de uma pressão do refrigerante na saída do refrigerador/condensador de gás;

identificar, para cada um da pluralidade de valores da temperatura medida, um máximo dos valores de COP calculados e um valor correspondente da pressão do refrigerante no qual o máximo dos valores de COP calculados é alcançado, cada valor da temperatura medida e o valor correspondente da pressão do refrigerante, formando um ponto de dados

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7/7 bidimensionais; e realizar um processo de regressão usando os pontos de dados bidimensionais para gerar uma função que define a pressão do refrigerante na qual o COP estimado máximo é alcançado como uma função direta da temperatura medida.