ES2226497T3 - Refrigerador. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de refrigeración que comprende: un circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3, 120), formado conectando un compresor del lado de la etapa alta (9, 18, 121), un condensador (10, 122), una válvula de expansión activada por motor (12, EVL1, EVL2), y un dispositivo de intercambio de calor de refrigerante (5, 111A, 111B), en este orden; un circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B), formado conectando un compresor del lado de la etapa baja (4, 31A, 31B, 131A, 131B), el dispositivo de intercambio de calor de refrigerante (5, 111A, 111B), un mecanismo de expansión (7, EV21), y un evaporador (8, 50), en este orden; medios de medición de alta presión (SPH2), provistos en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B), para medir la alta presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B); medios de control de la válvula de expansión (16) para controlar la válvula de expansión activada por motor (12, EVL1, EVL2) delcircuito refrigerante del lado de la etapa alta (2, 120), de forma que la presión medida por los medios de medición de la alta presión (SPH2) alcanzan una alta presión objetivo; medios de detección del grado de sobrecalentamiento (27), para medir el grado de sobrecalentamiento de un refrigerante de gas por aspiración, del compresor del lado de la etapa alta (18, 121), en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3, 120); y medios de control de la válvula de expansión (16), que están dispuestos para controlar la válvula de expansión activada por motor (12, EVL1, EVL2), del circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3, 120) de forma que la presión medida por los medios de medición de alta presión (SPH2), y el grado de sobrecalentamiento medido por los medios de detección del grado de sobrecalentamiento (27), alcanzan una alta presión objetivo predeterminada, y un grado de sobrecalentamiento objetivo predeterminado, respectivamente.
Description
Refrigerador.
La presente invención se refiere a un sistema de
refrigeración y, en particular, se refiere a un sistema de
refrigeración binario, que incluye un circuito refrigerante del
lado de la etapa baja y un circuito refrigerante del lado de la
etapa alta.
Convencionalmente, ha sido empleado un sistema de
refrigeración binario como sistema de refrigeración para un
almacenamiento frío, sistema de control por choque térmico, o
similar. El sistema de refrigeración binario está constituido por
un circuito refrigerante del lado de la etapa baja, y un circuito
refrigerante del lado de la etapa alta, que están conectados uno a
otro, a través de un condensador en cascada, como se revela en
Japanese Unexamided Patent Publication Gazette No.
9-210515.
Con referencia a la figura 13, se describirá
ahora el sistema de refrigeración binario convencional (200). El
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (202), está formado
conectando un compresor del lado de la etapa baja (207), un
condensador en cascada (206), un receptor del lado de la etapa baja
(208), una válvula de expansión del lado de la etapa baja (204), y
un evaporador (209), en este orden, mientras que el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (203) está constituido
conectando un compresor del lado de la etapa alta (210), un
condensador (212), un receptor del lado de la etapa alta (211), una
válvula de expansión del lado de la etapa alta (205), y el
condensador en cascada (206), en este orden. Además, en el sistema
de refrigeración binario convencional (200), la válvulas de
expansión (204) y (205) del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (203), y el circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (202) están, cada uno, constituidos por un válvula de
expansión termostática sensible a la temperatura (en adelante,
referida como válvula de expansión sensible a la temperatura).
Además, el condensador en cascada (206) está constituido por un
dispositivo de intercambio de calor de doble válvula.
En el circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (203), un refrigerante del lado de la etapa alta, descargado
desde al compresor del lado de la etapa alta (210), desarrolla una
circulación para condensarse en el condensador (212), reducir su
presión en la válvula de expansión del lado de la etapa alta (205),
evaporarse en el condensador en cascada (206), y volver al compresor
(210) del lado de la etapa alta. Por otra parte, en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (202), un refrigerante
descargado desde el compresor (207) del lado de la etapa baja,
desarrolla una circulación tal como para condensarse en el
condensador en cascada (206) para recuperar calor frío desde el
refrigerante del lado de la etapa alta, reducir su presión en la
válvula de expansión (204) del lado de la etapa baja, evaporarse en
el evaporador (209) para enfriar la sustancia a ser enfriada (por
ejemplo, aire), y volver al compresor del lado de la etapa baja
(207).
Mientras tanto, en el momento de arrancar el
sistema (200), la temperatura en el condensador en cascada (206)
puede no ser disminuida hasta una temperatura de condensación
predeterminada, por el refrigerante del lado de la etapa baja. Por
ejemplo, si el sistema (200) ha sido desconectado durante un tiempo
largo, la temperatura en el condensador en cascada (206) se eleva
hasta en torno a las temperaturas ordinarias. Por lo tanto, si el
compresor del lado de la etapa alta (210) y el compresor de lado de
la etapa baja (207) son arrancados a la vez, puede ser
excesivamente aumentada la alta presión del circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (202), lo que tiene como resultado el
funcionamiento de un dispositivo protector, tal como es un
conmutador de alta presión, a pesar de que el sistema (202) está en
condiciones normales. Para hacer frente a esto, e impedir tal
comportamiento no deseado del dispositivo protector, el sistema está
dispuesto, en general, de forma que el compresor del lado de la
etapa alta (210) es arrancado antes del arranque del compresor del
lado de la etapa baja (207) y, después de la finalización de cierto
periodo, se arranca el compresor del lado de la etapa baja
(207).
Para los sistemas de refrigeración binarios, es
importante estabilizar la alta presión en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (202), puesto que su comportamiento está
determinado principalmente dependiendo de las condiciones de
funcionamiento del circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(202). En el sistema de refrigeración binario convencional, sin
embargo, la válvula de expansión sensible a la temperatura (205) se
usa para el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (203)
y, por lo tanto, lleva un tiempo considerablemente largo (por
ejemplo, unos 5 minutos) estabilizar el grado de
sobrecalentamiento, del refrigerante del lado de la etapa alta, a la
salida del condensador en cascada (206), después del arranque del
compresor del lado de la etapa alta (210). Correspondientemente, ha
existido un problema en el sistema de refrigeración binario
convencional respecto de que, incluso si el compresor del lado de
la etapa baja (207) es arrancado tras un cierto periodo, la válvula
de expansión sensible a la temperatura (205) no puede responder a
un incremento abrupto en la carga, lo que tiene por resultado el
funcionamiento del dispositivo protector del circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (202).
En particular para un llamado sistema múltiple,
equipado con un conjunto de circuitos de refrigerante del lado de
la etapa baja constituido por una pluralidad de tuberías que
incluyen, respectivamente, una pluralidad de compresores del lado
de la etapa baja, si se cambia el número de compresores del lado de
la etapa baja arrancados, la válvula de expansión sensible a la
temperatura (205) del circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (203), no puede responder a variaciones de carga del circuito
refrigerante del lado de la etapa baja, de forma que el dispositivo
protector del circuito refrigerante del lado de la etapa baja,
funciona fácilmente.
La publicación
US-A-5.095.712 revela un sistema de
refrigeración que tiene un circuito refrigerante del lado de la
etapa alta, formado conectando un compresor del lado de la etapa
alta, un condensador, una válvula de expansión, y un dispositivo de
intercambio de calor del refrigerante, en este orden, y un circuito
refrigerante del lado de la etapa baja formado conectando un
compresor del lado de la etapa baja, un dispositivo de intercambio
de calor del refrigerante, un mecanismo de expansión, y un
evaporador, en este orden.
El resumen de la patente
JP-A-07127935, revela medios de
control de la válvula de expansión para el circuito de
refrigeración de la etapa alta.
La presente invención se ha hecho a la vista del
problema mencionado arriba y, por lo tanto, su objetivo es mejorar
la sensibilidad operacional, del circuito refrigerante del lado de
la etapa alta, al circuito refrigerante del lado de la etapa
baja.
El objetivo arriba mencionado se logra con un
sistema de refrigeración que tiene las características de la
reivindicación 1. Las reivindicaciones secundarias están dirigidas
a realizaciones preferidas.
Para alcanzar el objetivo anterior, la presente
invención emplea una válvula de expansión activada por motor como
mecanismo de expansión en el circuito refrigerante del lado de la
etapa alta, y sirve para controlar la válvula de expansión activada
por motor de forma que la alta presión en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja, alcanza una alta presión prevista. En
otras palabras, la presente invención se encarga de controlar al
mecanismo de expansión del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta, en base a las condiciones del circuito refrigerante del
lado de la etapa baja.
Con la disposición inventiva, en el circuito
refrigerante (3, 120) del lado del a etapa alta, un refrigerante
del lado de la etapa alta desarrolla tal circulación como para ser
descargado desde el compresor del lado de la etapa alta (9, 18,
121), condensarse en el condensador (10, 122) reducir su presión en
la válvula de expansión activada por motor (12, EVL1, EVL2),
evaporarse en el dispositivo de intercambio de calor del
refrigerante (5, 111A, 111B) y volver al compresor del lado de la
etapa alta (9, 18, 121). Por otra parte, en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B), un
refrigerante del lado de la etapa baja desarrolla una circulación
tal como para ser descargado desde el compresor del lado de la
etapa baja (4, 31A, 31B, 131A, 131B), intercambiar calor con el
refrigerante del lado de la etapa alta en el dispositivo de
intercambio de calor del refrigerante (5, 111A, 111B), para
condensarse, reducir su presión en el mecanismo de expansión (7,
EV21), evaporarse en el evaporador (8, 50) para enfriar la
sustancia a ser enfriada, y volver al compresor (4, 31A, 31B, 131A,
131B) del lado de la etapa baja. La válvula de expansión activada
por motor (12, EVL1, EVL2) del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (3, 120), es controlada directamente por el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B), de forma
que la alta presión en el circuito refrigerante de lado de la etapa
baja (2, 103A, 103B), que es medida por los medios de medida de
alta presión (SPH2), alcanza el objetivo predeterminado de alta
presión y, de ese modo, se mejora la sensibilidad operacional, del
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3, 120), al
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A,
103B).
La válvula de expansión activada por motor (12,
EVL1, EVL2) está controlada, de forma que la alta presión en el
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B),
alcanza la alta presión prevista, y el grado de sobrecalentamiento
del refrigerante de gas por aspiración, del compresor del lado de
la etapa alta (9, 121) en el circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (3, 120), alcanza el grado de sobrecalentamiento
previsto. Como resultado, el compresor del lado de la etapa alta
(9, 121) puede ser protegido respecto de retorno de líquido y
similares, y a la vez la alta presión en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B) puede ser mantenida en un
valor adecuado.
Con una disposición preferida acorde con la
reivindicación 2, la abertura de la válvula de expansión activada
por motor (12) en el circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (3), es cambiada en principio en base a la primera cantidad
del cambio de abertura (\Delta EV1), calculada en base a la alta
presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2), y
la segunda cantidad del cambio de abertura (\Delta EV2),
calculada en base al grado de sobrecalentamiento del gas de
aspiración en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(3). Cuando el grado de sobrecalentamiento del gas de aspiración,
está en un valor más allá del rango predeterminado, y la primera
cantidad del cambio de abertura (\Delta EV1) es positiva, la
abertura de la válvula de expansión activada por motor (12) se
cambia, excepcionalmente, en base solo a la segunda cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV2).
Con una disposición acorde con la reivindicación
3, la alta presión objetivo se establece en base a la temperatura
de la sustancia a ser enfriada, cuando el funcionamiento está en un
régimen transitorio, o la alta presión objetivo se establece en
base a la baja presión en el circuito refrigerante del lado de la
etapa baja (2), cuando el funcionamiento está en un régimen no
transitorio, es decir estable.
Con una disposición acorde con la reivindicación
4, la abertura de la válvula de expansión activada por motor (EVL1,
EVL2) del circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120), es
cambiada, en principio en base a la primera cantidad de cambio de
abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), calculada en base a la alta
presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A, 103B), y la segunda cantidad de cambio de abertura (\Delta
EV2) calculada en base al grado de sobrecalentamiento del gas de
aspiración, en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(120). Cuando la temperatura del gas de descarga del compresor del
lado de la etapa baja (31A, 31B, 131A, 131B) es igual, o mayor, que
la temperatura predeterminada, la abertura de la válvula de
expansión activada por motor (EVL1, EVL2), es cambiada en base a la
primera cantidad de cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta
EV21), y la segunda cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2),
considerando excepcionalmente la cantidad de incremento de abertura
(\Delta EV13, \Delta EV23), en base a la temperatura del gas de
descarga.
Con una disposición acorde con la reivindicación
5, la abertura de la válvula de expansión accionada por motor
(EVL1, EVL2) del circuito refrigerante de lado de la etapa alta
(120), es cambiada, en principio en base a la primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), calculada en base
a la alta presión en el circuito refrigerante de lado de la etapa
baja (103A, 103B), y la segunda cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV2) calculada en base al grado de sobrecalentamiento del
gas de aspiración en el circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (120). Cuando la temperatura del gas de descarga del compresor
del lado de la etapa alta (121) es igual, o mayor, que la
temperatura predeterminada, la abertura de la válvula de expansión
accionada por motor (EVL1, EVL2), es cambiada en base a la primera
cantidad de cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), y la
segunda cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2),
excepcionalmente considerando la cantidad de incremento de abertura
(\Delta EV4), en base a la temperatura del gas de descarga.
Con una disposición acorde con la reivindicación
6, la abertura de la válvula de expansión activada por motor (EVL1,
EVL2) del circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120) es
cambiada, en principio en base a la primera cantidad de cambio de
abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), calculada en base a la alta
presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A, 103B), y la segunda cantidad de cambio de abertura (\Delta
EV2) calculada en base al grado de sobrecalentamiento del gas de
aspiración, en el circuito refrigerante (120) del lado de la etapa
alta. Cuando el gas de aspiración del compresor (121) del lado de
la etapa alta, está en una condición húmeda, la abertura de la
válvula de expansión activada por motor (EVL1, EVL2) es cambiada en
base a la primera cantidad de cambio de abertura (\Delta EV11,
\Delta EV21) y la segunda cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV2) considerando, excepcionalmente, la cantidad de
disminución de abertura (\Delta EV5) en base al estado húmedo.
Con una disposición acorde con la reivindicación
7, la cantidad de cambio de abertura es reajustada a un valor
relativamente grande, cuando la abertura de la válvula de expansión
activada por motor (12) es grande, o reajustada a un valor
relativamente pequeño cuando la abertura de la válvula de expansión
activada por motor (12) es pequeña. Esto tiene como resultado el
evitar que la válvula de expansión activada por motor (12) se abra
y se cierre excesivamente.
Con una disposición acorde con la reivindicación
8, la cantidad de cambio de abertura es reajustada a un valor
relativamente pequeño, cuando la abertura del válvula de expansión
activada por motor (12) es incrementado, o reajustado a un valor
relativamente grande cuando la abertura de la válvula de expansión
activada por motor (12) es reducida. Esto tiene como resultado
impedir el almacenamiento excesivo de líquido en el acumulador
(24).
Con una disposición acorde con la reivindicación
9, puesto que el dispositivo de intercambio de calor tipo placa
tiene la característica de hacer difícil el proporcionar
sobrecalentamiento al refrigerante, a la salida de este, los
efectos de la primera invención pueden ser mostrados de forma
extraordinaria.
Como se ha visto de lo anterior, según la
invención, puesto que la válvula de expansión activada por motor
del circuito refrigerante del lado de la etapa alta, está
controlado de forma que la alta presión en el circuito refrigerante
de lado de la etapa alta alcanza la alta presión prevista
predeterminada, el funcionamiento del circuito refrigerante del
lado de alta presión puede estar controlado directamente, de
acuerdo con las condiciones de funcionamiento del circuito
refrigerante del lado de la etapa baja, mejorando así la
sensibilidad operacional del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta. Además, puesto que la alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja puede ser ajustada
directamente, puede proporcionarse una operación de enfriamiento de
alta eficiencia. Además, puesto que el circuito de refrigeración del
lado de la etapa alta puede seguir inmediatamente un cambio de
carga abrupto, del circuito refrigerante del lado de la etapa baja,
puede ser evitado el funcionamiento inadecuado del dispositivo
protector del circuito refrigerante del lado de la etapa baja. En
particular, para el llamado sistema múltiple, formado constituyendo
el conjunto de circuitos de refrigerante del lado de la etapa baja
con una pluralidad de tuberías, la variación de carga del circuito
refrigerante del lado de la etapa baja es extremadamente grande y,
por lo tanto, los efectos de la presente invención pueden ser
ejercidos de forma más notable.
Puesto que la válvula de expansión activada por
motor está controlada, también considerando el grado de
sobrecalentamiento del gas de aspiración en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta, la alta presión en el
circuito refrigerante en el lado de la etapa baja, puede ser
mantenida a un valor adecuado, protegiendo a la vez el compresor
del lado de la etapa alta, en el circuito refrigerante del lado de
la etapa alta, incluso bajo duras condiciones de funcionamiento,
tal como cuando el evaporador está excesivamente escarchado.
Con una disposición de la reivindicación 3,
puesto que la alta presión prevista es ajustada en base a la
temperatura de la sustancia a ser enfriada cuando el funcionamiento
está en un régimen transitorio, o ajustada en base a la baja
presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja cuando
el funcionamiento es estable, esto impide que la alta presión
prevista cambie abruptamente cuando el funcionamiento está en un
régimen transitorio y, por lo tanto, proporciona un funcionamiento
estable.
Con una disposición de la reivindicación 4,
incluso si la temperatura del gas de descarga del compresor del
lado de la etapa baja, se ha incrementado excesivamente, el
compresor del lado de la etapa baja puede ser protegido, mejorando
de eses modo la fiabilidad del sistema.
Con una disposición de la reivindicación 5,
incluso si la temperatura del gas de descarga del compresor del
lado de la etapa alta se ha incrementado excesivamente, al
compresor del lado de la etapa alta puede ser protegido mejorando
de ese modo la fiabilidad del sistema.
Con una disposición de la reivindicación 6,
puesto que puede ser evitado el retorno de líquido del compresor
del lado de la etapa alta, incluso en un régimen de funcionamiento
transitorio o bajo condiciones de servicio duras, esto mejora la
fiabilidad del sistema.
Con una disposición de la reivindicación 7,
puesto que la cantidad de cambio de abertura de la válvula de
expansión activada por motor, es cambiada de acuerdo con la
abertura, esto impide que la válvula de expansión activada por motor
se abra y cierra en exceso, lo que tiene por resultado facilitar la
implementación de un control estable.
Con una disposición acorde con la reivindicación
8, puesto que al cambio de abertura del válvula de expansión
activada por motor, se hace de forma relativamente lenta para el
control en su sentido de abertura, o se hace de forma relativamente
rápida para el control en su sentido de cierre, esto impide el
almacenamiento de líquido excesivo dentro del acumulador, lo que
produce una simplificación en la implementación de control
estable.
Con una disposición acorde con la reivindicación
9, puesto que el dispositivo de intercambio de calor del
refrigerante está constituido por un dispositivo de intercambio de
calor de tipo placa, los efectos de la primera invención pueden ser
ejercidos de forma más notable.
Con un sistema que comprende, además: un medio de
medida de temperatura (Tx) para medir la temperatura del sustancia
a ser enfriada por el evaporador (8, 50); y un medio de
establecimiento de la alta presión objetivo (23), para establecer
la alta presión objetivo del medio de control de la válvula de
expansión (16), en base a la temperatura medida por el medio de
medida de temperatura (Tx), la alta presión objetivo en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B), que
proporciona un estándar para el control de la válvula de expansión
activada por motor (12, EVL1, EVL2), es establecida adecuadamente,
en base a la temperatura de la sustancia a ser enfriada. Como
resultado, el control de la válvula de expansión activada por motor
(12, EVL1, EVL2) puede ser llevado a cabo en respuesta flexible a
la carga.
Con esta disposición, puesto que la alta presión
prevista es establecida adecuadamente en base a la temperatura de
la sustancia a ser enfriada, la alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja, puede establecerse de forma
adecuada de acuerdo con variaciones de carga, para mejorar la
eficiencia del sistema, incluso si la temperatura en la cámara fría
se ha elevado extremadamente con motivo, por ejemplo, de la
introducción y recepción de bienes tras la descongelación. Además,
incluso si la carga es cambiada dependiendo del tipo de sustancia a
ser enfriada, por ejemplo, incluso si el ajuste de temperatura de
la cámara, en la cámara fría, es cambiado dependiendo del tipo de
bienes en su interior, la alta presión objetivo puede establecerse
adecuadamente. Esto permite un funcionamiento de alta
eficiencia.
Con un sistema que comprende además: un medio de
medida de baja presión (SPL2), proporcionado en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B), para medir
la baja presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (2, 103A, 103B); y un medio de fijación de la alta presión
prevista (23), para fijar la alta presión prevista, del medio de
control de la válvula (16), en base a la presión medida por el
medio de medición de baja presión (SPL2), la alta presión prevista
en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2, 103A,
103B), que proporciona un estándar para control del la válvula de
expansión activada por motor (12, EVL1, EVL2), se establece
adecuadamente en base a la baja presión en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B). Como resultado, el
control de la válvula de expansión activada por motor (12, EVL1,
EVL2), puede hacerse con una respuesta flexible a la
carga.
carga.
Con esta disposición, incluso si el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja ha incrementado la carga de
forma notable como ocurre, por ejemplo, cuando el evaporador se ha
escarchado, la alta presión objetivo en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja, puede ajustarse adecuadamente a un valor
conveniente. Correspondientemente, la alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja, puede mantenerse al valor
adecuado en cualquier momento, mejorando de ese modo la eficiencia
del sistema.
La figura 1 es un diagrama que muestra la
estructura de un sistema de refrigeración, útil para la comprensión
de la invención.
La figura 2 es un diagrama que muestra la
estructura de un sistema más de refrigeración, útil en la
comprensión de la invención.
La figura 3 es un gráfico que muestra la alta
presión objetivo en base a la temperatura de la cámara.
La figura 4 es un tráfico que muestra la alta
presión objetivo en base a la temperatura de saturación equivalente
para la baja presión, en un circuito refrigerante del lado de la
etapa baja.
La figura 5 es un diagrama de flujo de control
sobre una válvula de expansión, acorde con el sistema de la figura
2.
La figura 6 es un diagrama que muestra la
estructura de un sistema de refrigeración, acorde con una primera
realización.
La figura 7 es un diagrama de flujo de control
sobre una válvula de expansión, acorde con la primera
realización.
La figura 8 es un diagrama de circuito
refrigerante que muestra parte de un sistema de refrigeración,
acorde con una segunda realización.
La figura 9 es otro diagrama de circuito
refrigerante que muestra parte del sistema de refrigeración, acorde
con la segunda realización.
La figura 10 es un diagrama de bloques de una
sección de control de válvula de expansión, acorde con la segunda
realización.
La figura 11 es parte de un diagrama de flujo de
control sobre una válvula de expansión, acorde con la segunda
realización.
La figura 12 es otra parte del diagrama de flujo
de control sobre la válvula de expansión, acorde con la segunda
realización.
La figura 13 es un diagrama que muestra la
estructura de un sistema de refrigeración convencional.
En adelante, se describirá realizaciones de la
presente invención con referencia a los dibujos.
Como se ha mostrado en la figura 1, un sistema de
refrigeración (1), mostrado para ayudar a comprender las
realizaciones de la invención, es un llamado sistema de
refrigeración binario proporcionado en un almacenamiento frío, e
incluye un circuito refrigerante (2) del lado de la etapa baja, y un
circuito refrigerante (3) del lado de la etapa alta.
El circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (2), está formado mediante conectar un compresor (4) del lado
de la etapa baja, un condensador ene cascada (5) como un
dispositivo de intercambio de calor, un receptor (6) del lado de la
etapa baja, una válvula de expansión (7) del lado de la etapa baja,
y un evaporador (8) para enfriar el aire almacenado, por este
orden. La válvula de expansión del lado de la etapa baja (7) está
constituida por una válvula de expansión sensible a la temperatura.
Un bulbo sensible a la temperatura (14) conectado a la válvula de
expansión del lado de la etapa baja (7), está unido a parte de la
tubería de refrigerante localizada entre el evaporador (8) y el
compresor del lado de la etapa baja (4), y en la vecindad del
evaporador (8). El condensador en cascada (5) está constituido por
un dispositivo de intercambio de calor de tipo placa, formado por
laminación de un gran número de placas transmisoras de calor. Entre
el compresor de lado de la etapa baja (4) y el condensador en
cascada (5), se proporciona un sensor de alta presión (SPH2), como
un medio de medición de alta presión, para medir la alta presión en
el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2).
El circuito refrigerante de lado de la etapa alta
(3) está formado conectando un compresor del lado de la etapa alta
(9), un condensador (10), un receptor de lado de la etapa alta
(11), una válvula de expansión (12) del lado de la etapa alta
formada por una válvula de expansión activada por motor, y el
condensador en cascada (5), en este orden.
El sistema de refrigeración (1) incluye un
controlador (17), que tiene una sección de detección de alta
presión del lado de la etapa baja (15), y una sección de control de
la válvula de expansión (16). La sección de detección de alta
presión (15) del lado de la etapa baja, está conectada al sensor de
alta presión (SPH2), y dispuesta para recibir una presión medida
por el sensor de alta presión (SPH2). La sección de control de la
válvula de expansión (16), está conectada a la sección de detección
de alta presión del lado de la etapa baja (15), y dispuesta para
determinar la cantidad de cambio de la abertura de la válvula de
expansión del lado de la etapa alta (12), en base a la presión
medida por el sensor de alta presión (SPH2), de forma que la
presión medida alcanza una alta presión objetivo predeterminada y,
entonces, produce una señal de impulso que corresponde a la
cantidad de cambio de la abertura de la válvula de expansión del
lado de la etapa alta (12).
En este sistema de refrigeración (1), el
compresor del lado de la etapa baja (4) y el compresor del lado de
la etapa alta (9), son arrancados simultáneamente, para hacer
funcionar de forma concurrente tanto el circuito refrigerante del
lado de la etapa baja (2) como el circuito refrigerante del lado de
la etapa alta (3). La circulación de refrigerante en, tanto el
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2), como el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3), es la misma
que en el sistema de refrigeración convencional y, por lo tanto, se
omitirá la descripción de esta.
A continuación, se describirá el control sobre la
válvula de expansión del sistema de refrigeración (1). En este
sistema, la temperatura de ajuste, en la cámara en la que el
sistema de refrigeración (1) está instalado, es mantenida a una
cierta temperatura (por ejemplo, -20ºC) predeterminada. En otras
palabras, el sistema de refrigeración (1) lleva a cabo un
funcionamiento de refrigeración, para mantener la temperatura en la
cámara a -20ºC. Específicamente, la sección de control de la
válvula de expansión (16) lleva a cabo el control, de forma que la
alta presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(2), alcanza una alta presión objetivo predeterminada (por ejemplo,
un valor de presión saturada equivalente para una temperatura de
saturación de 15ºC).
Más específicamente, la sección de detección de
alta presión del lado de la etapa baja (15) del controlador (17),
recibe la presión medida desde el sensor de alta presión (SPH2) a
intervalos regulares (por ejemplo, cada 10 segundos) y, después,
saca el valor recibido a la sección de control de la válvula de
expansión (16). La sección de control de la válvula de expansión
(16) determina, en base a la alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2), la abertura de la
válvula de expansión del lado de la etapa alta (12), del siguiente
modo.
Si se asume que los puntos temporales en loa que
la alta presión es medida por el sensor de alta presión (SPH2) a
intervalos regulares, son representados t_{N-1},
t_{N},..., respectivamente, y que las temperaturas de saturación
equivalentes para las altas presiones en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (2) en los puntos temporales
t_{N-1} y t_{N}, están representadas por
T_{CN-1} y T_{CN} (ºC), respectivamente, las
divergencias en la cantidad de control en esos puntos temporales
son \varepsilon_{N-1} = T_{CN-1}
- 15 y \varepsilon_{N-1} = T_{CN} - 15.
Después, la sección de control de la válvula de expansión (16)
determina que la cantidad de cambio de abertura (número de impulso
de salida) \Delta EV, de la válvula de expansión del lado de la
etapa alta (12), sea \Delta EV = a\varepsilon_{N} +
b(\varepsilon_{N} - \varepsilon_{N-1}).
Debe notarse aquí, que a y b son constantes especificadas
respectivamente. Por ejemplo, con a=1, b=5,
T_{CN-1}=16ºC, y T_{CN}=17ºC, el número de
impulso es \Delta EV = 7 y, por lo tanto, la válvula de expansión
del lado de etapa alta (12) es abierta por 7 impulsos durante 10
segundos, desde el punto temporal t_{N-1} hasta el
punto temporal t_{N}.
El control sobre la abertura de la válvula de
expansión del lado de la etapa alta (12) no está limitado a un
control PI tal como se ha descrito arriba. Por ejemplo, la cantidad
de cambio de abertura puede estar previamente establecida de
acuerdo con la divergencia \varepsilon_{N}, como se muestra en la
tabla de abajo, y el control puede hacerse en base a la cantidad
establecida. Es decir, la divergencia \varepsilon_{N} en cantidad
de control, puede estar previamente clasificada en varias zonas, y
la cantidad de cambio de abertura puede ser establecida paso a
paso, de acuerdo con cada zona.
| \varepsilon_{N} < -17 | -17 \leqq \varepsilon_{N} < -10 | -10 \leqq \varepsilon_{N} < -3 | -3 \leqq \varepsilon_{N} < 3 | 3 \leqq \varepsilon_{N} < 10 | 10 \leqq \varepsilon_{N} < 17 | 17 \leqq \varepsilon_{N} |
| \Delta EV = -20 | \Delta EV = -4 | \Delta EV = -1 | \Delta EV = 0 | \Delta EV = 1 | \Delta EV = 4 | \Delta EV = 20 |
Como es manifiesto de lo anterior, en el sistema
de refrigeración (1), puesto que la válvula de expansión del lado
de la etapa alta (12) del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (3) está constituida por la válvula de expansión
activada por motor, y la abertura de la válvula de expansión del
lado de la etapa alta (12) está controlada de forma que la alta
presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2),
alcanza la alta presión objetivo, puede hacerse, al circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (3), responder de manera
rápida y correcta frente al circuito refrigerante del lado de la
etapa baja (2).
Además, aunque un dispositivo de intercambio de
calor tipo placa tiene generalmente de modo característico una
dificultad en sobrecalentar el refrigerante a la salida de aquel,
el dispositivo de intercambio de calor tipo placa usado como el
condensador en cascada (5) en este sistema, puede proporcionar
funcionamiento de alta eficiencia (funcionamiento con un EER alto),
puesto que la válvula de expansión del lado de la etapa alta (12)
está controlada en base a la alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2).
Como se muestra en la figura 2, otro sistema de
refrigeración (1a) mostrado para ayudar a la comprensión de las
realizaciones inventivas, está formado mediante añadir los
siguientes cambios al sistema de refrigeración (1) del sistema
anterior. Las partes semejantes a las del sistema de refrigeración
(1) descrito arriba son identificadas por caracteres de referencia
similares, y la descripción de estos será omitida.
En este sistema de refrigeración (1a), el
compresor del lado de la etapa alta (18) del circuito refrigerante
del lado de la etapa alta (3) está constituido por un compresor
capaz de un control de capacidad libre, por ejemplo, por un
compresor controlado por inversor. En el lado de aspiración del
compresor del lado de la etapa baja (18), del circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (2), se proporciona un sensor de baja
presión (SPL2), como medio de medición de baja presión, para medir
la baja presión. Además, en la cámara está situado un sensor de
temperatura (Tx), como medio de medición de temperatura, para medir
la temperatura del aire en la cámara.
El controlador (17) incluye, adicionalmente a la
sección de detección de alta presión del lado de la etapa baja (15)
y la sección de control de la válvula de expansión (16), una
sección de detección de baja presión del lado de baja presión (21),
una sección de detección de temperatura en la cámara (22), y una
sección de fijación de alta presión objetivo (23). La sección de
detección de baja presión del lado de la etapa baja (21), está
conectada al sensor de baja presión (SPL2) y dispuesta para recibir
una señal que corresponde a una presión, medida por el sensor de
baja presión (SPL2). La sección de detección de temperatura de
cámara (22) está conectada al sensor de temperatura (Tx), y
dispuesta para recibir una señal que corresponde a una temperatura
medida por el sensor de temperatura (Tx). La sección de fijación de
la alta presión objetivo (23) está conectada a la sección de
detección de baja presión del lado de la etapa baja (21), y a la
sección de detección de temperatura de cámara (22), y dispuesta
para establecer adecuadamente una alta presión objetivo en el
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2), en base a la
baja presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(2), y a la temperatura de cámara, y sacar una señal de control
especificada, que corresponde a la alta presión objetivo, a la
sección de control de la válvula de expansión (16). El controlador
(17) está, también, provisto con una sección de detección de régimen
transitorio (23a), para determinar si el funcionamiento está en un
régimen transitorio, en base a condiciones de determinación
prefijadas, y sacar una señal de régimen transitorio, o una señal
de régimen no transitorio, a la sección de control de la válvula de
expansión (16).
Mientras que la alta presión objetivo en el
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2) es constante en
el anterior primer sistema descrito, la alta presión objetivo es
cambiada adecuadamente, en base a la temperatura en cámara o la
baja presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(2), en este sistema de refrigeración (1a).
La sección de establecimiento de alta presión
objetivo (23), almacena la relación entre la temperatura de cámara
y la alta presión objetivo, como se muestra en la figura 3, y la
relación entre la temperatura de saturación equivalente para la
baja presión del lado de la etapa baja, y la alta presión objetivo,
como se muestra en la figura 4. La sección de establecimiento de la
alta presión (23) fija, entonces, en base a estas relaciones, una
alta presión objetivo, siguiendo un diagrama de flujo mostrado en
la figura 5. Específicamente, en el paso ST1, el sensor de alta
presión (SPH2) mide la alta presión en el circuito refrigerante del
lado de la etapa baja (2), el sensor de baja presión (SPL2) mide la
baja presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(2), y son calculadas una temperatura de saturación Tc_{L} para
la alta presión, y una temperatura de saturación equivalente
Te_{L} para la baja presión. Además, el sensor de temperatura
(Tx) mide la temperatura de cámara Tx. Después, en el paso ST2 y en
el paso ST3, la sección de detección de régimen transitorio (32a)
determina si el funcionamiento está en un régimen transitorio. En
el paso ST2, se determina si el compresor del lado de la etapa baja
(4) ha funcionado continuamente, durante un periodo especificado (5
minutos) o mayor que este. Si el compresor del lado de la etapa baja
(4) está en funcionamiento continuo, el proceso sigue con el paso
ST3. Si el compresor del lado de la etapa baja (4) no está en
funcionamiento continuo, durante el periodo especificado u otro
mayor, se determina que el funcionamiento esté en un régimen
transitorio, y el proceso sigue después con el paso ST5. En el paso
ST3, se determina si la capacidad del compresor del lado de la
etapa alta (18) ha sido constante, sustancialmente durante el
periodo especificado. Si SI, se determina que el funcionamiento
está en un régimen no transitorio, y el proceso sigue con el paso
ST4. Si NO, se determina que el funcionamiento esté en un régimen
transitorio, y el proceso sigue con el paso ST5. El paso ST4 es el
proceso para determinar la cantidad de cambio de la abertura en el
régimen no transitorio, donde el funcionamiento es estable. En este
paso ST4, se determina que una temperatura de saturación
equivalente Tc_{LM} (ºC) para una alta presión objetivo sea
Tc_{LM} = 0,4 Te_{L} + 22. Por otra parte, el paso ST5 es el
procesamiento para determinar la cantidad de cambio de abertura en
el régimen transitorio. En el paso ST5, se determina que una
temperatura de saturación equivalente Tc_{LM} (ºC) para la alta
presión objetivo es Tc_{LM} = 0,4Tx + 18. Debe notarse que este
procesamiento en los pasos ST4 y ST5, es llevado a cabo por la
sección de establecimiento de la alta presión objetivo (23).
Después, la alta presión objetivo es calculada desde alguna de estas
temperaturas de saturación equivalente Tc_{LM} (ºC) y, a
continuación, del mismo modo que el anterior primer sistema
descrito, la abertura de la válvula de expansión del lado de la
etapa alta (12) es ajustada, de forma que la alta presión en el
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2) alcanza la alta
presión objetivo.
Como es claro de lo anterior, de acuerdo con el
segundo sistema, la alta presión en el circuito refrigerante del
lado de la etapa baja (2) puede ser controlada adecuadamente en un
amplio rango de condiciones de funcionamiento, que incluyen la
operación de puesta en régimen para disminuir la temperatura de
cámara. Además, incluso si el evaporador (8) se ha escarchado para
reducir la baja presión en el circuito refrigerante del lado de la
etapa baja (2), la alta presión en el circuito refrigerante del
lado de la etapa baja (2) puede ser mantenida en un valor
adecuado.
Un sistema de refrigeración (1b) acorde con una
primera realización inventiva, mostrada en la figura 6, está
formado también mediante la adición de algunos cambios al sistema
de refrigeración (1) del sistema de la figura 1. Las partes
semejantes están identificadas por caracteres de referencia
similares, y la descripción de aquellas será omitida.
En este sistema de refrigeración inventivo (1b),
el compresor del lado de la etapa alta (18) del circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (3), está constituido por un
compresor capaz de controlar la capacidad libre. En la cámara, está
situado un sensor de temperatura (Tx), para medir la temperatura
del aire en la cámara. En la tubería situada en el lado de
aspiración del compresor del lado de la etapa alta (18), del
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3), se proporciona
un sensor de baja presión (SPL1), como un medio de medir la baja
presión, para medir la baja presión en el circuito del refrigerante
del lado de la etapa alta (3). Un acumulador (24) se proporciona
entre el condensador en cascada (5) y el compresor del lado de la
etapa alta (18). En la tubería, entre el condensador en cascada (5)
y el acumulador (24), está unido un sensor de temperatura (STL1),
para medir la temperatura de un refrigerante en la tubería.
El controlador (17) incluye, adicionalmente a la
sección de detección de alta presión del lado de la etapa baja (15)
y la sección de control de la válvula de expansión (16), una
sección de detección de la temperatura de cámara (22), una sección
de establecimiento de la alta presión objetivo (23), y una sección
de detección del grado de sobrecalentamiento (27). La sección de
detección de temperatura de cámara (22) está conectada al sensor de
temperatura (Tx), y dispuesta para recibir una señal de detección
del sensor de temperatura (Tx). La sección de establecimiento de la
alta presión objetivo (23) está conectada a la sección de detección
de la temperatura de cámara (22), y dispuesta para establecer la
alta presión objetivo en el circuito refrigerante del lado de la
etapa baja (2), en base a la temperatura de cámara, y saca una señal
de control especificada que corresponde a la alta presión objetivo,
a la sección de control de la válvula de expansión (16). La sección
de detección del grado de sobrecalentamiento (27), está conectada
al sensor de baja presión (SPL1) y al sensor de temperatura (STL1),
y detecta el grado de sobrecalentamiento de un gas de succión en el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3), en base a la
baja presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(3), que ha sido medida por el sensor de baja presión (SPL1), y la
temperatura del gas de succión del compresor del lado de la etapa
alta (18), que ha sido medida por el sensor de temperatura (STL1).
La sección de detección del grado de sobrecalentamiento (27) saca,
después, una señal de detección especificada, que corresponde al
grado de sobrecalentamiento del gas de succión. La sección de
control de la válvula de expansión (16) está conectada a la sección
de detección de alta presión del lado de la etapa baja (15), la
sección de establecimiento de alta presión objetivo (23), y la
sección de detección del grado de sobrecalentamiento (27), y
determina la cantidad de control de la abertura, de la válvula de
expansión del lado de la etapa alta (12). La sección de control de
la válvula de expansión (16) está, además, dispuesta para calcular
una primera cantidad de cambio de abertura \Delta EV1, en base a
la señal de detección desde la sección de detección de alta
presión, del lado de la etapa inferir (15), y la señal de control
desde la sección de establecimiento de la alta presión objetivo
(23), calcular una segunda cantidad de cambio de abertura \Delta
EV2, en base a la señal de detección desde la sección de detección
del grado de sobrecalentamiento (27), y cambiar la abertura de la
válvula de expansión del lado de la etapa alta (12), de acuerdo con
la suma total, de la primera cantidad de cambio de abertura
\Delta EV1 y la segunda cantidad de cambio de abertura \Delta
EV2. El controlador (17) está, además, provisto con una sección de
detección de estado húmedo (22a), para determinar si el
refrigerante de gas de succión del compresor del lado de la etapa
alta (18), está en un estado húmedo, y sacar una señal de estado
húmedo especificada, tras la detección del estado húmedo, y una
sección de cambio de ajuste (22b), para cambiar el ajuste de la
sección de control de la válvula de expansión (16), dependiendo del
estado húmedo. Además, el controlador (17) está provisto con una
sección de cambio de abertura (22d), para cambiar la cantidad de
abertura de la válvula de expansión del lado de la etapa alta
(12).
La alta presión objetivo en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2), es determinada en base
a la temperatura de cámara, del mismo modo que en el sistema de la
figura 2. La cantidad de cambio de abertura \Delta EV de la
válvula de expansión del lado de la etapa alta (12), está
determinada siguiendo un diagrama de flujo mostrado en la figura
7.
Específicamente, primero en el paso ST11, la
sección de detección de alta presión del lado de la etapa baja
(15), recibe una señal de detección del sensor de alta presión
(SPH2), el sensor de temperatura de cámara (22) recibe una señal de
detección del sensor de temperatura (Tx), la sección de detección
del grado de sobrecalentamiento (27) recibe señales de detección
del sensor de temperatura (STL1) y el sensor de baja presión
(SPL1), y a partir de estas señales de detección, se introduce una
temperatura equivalente de saturación Tc_{L} para una alta
presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2),
una temperatura de cámara Tx, una temperatura de saturación
equivalente Te_{H}, para una baja presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (3), y una temperatura del
gas de succión Ts_{H} en el circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (3).
Después, el proceso sigue con el paso ST12, para
calcular un grado de sobrecalentamiento SH de un gas de succión en
el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3), una alta
presión objetivo Tc_{LM} en el circuito refrigerante del lado de
la etapa baja (2), y una divergencia \varepsilon en altas
presiones del circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2)
(en adelante, referida como una divergencia de alta presión del
lado de la etapa baja).
Después, el proceso sigue con el paso ST13, para
determinar la primera cantidad de cambio de abertura \Delta EV1,
de acuerdo con la divergencia de alta presión del lado de la etapa
baja \varepsilon. Después, el proceso sigue con el paso ST14,
para determinar la segunda cantidad de cambio de abertura \Delta
EV2, de acuerdo con el grado de sobrecalentamiento del gas de
succión en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(3).
Después, en el paso ST15, se determina si el gas
de succión en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(3) está en un estado húmedo. Más específicamente, la determinación
de si está en un estado húmedo, se hace en base a si el grado de
sobrecalentamiento del gas de succión del lado de la etapa alta, es
menor que una temperatura predeterminada (5ºC). Si el grado de
sobrecalentamiento del gas de succión es de 5ºC o más, se determina
que el gas de succión no está en un estado húmedo, y el proceso
sigue con el paso ST18. Por el contrario, si el grado de
sobrecalentamiento del gas de succión es menor de 5ºC, se determina
que el gas de succión está en un estado húmedo, y el proceso sigue
con el paso ST16. En el paso ST16, se determina si el valor de la
primera cantidad de cambio de abertura \Delta EV1 es positiva, es
decir, si la primera cantidad de cambio de abertura \Delta EV1,
en base a la divergencia de alta presión del lado de la etapa baja
\varepsilon, es una cantidad de control, en el sentido que abre
la válvula de expansión de lado de la etapa alta (12). Si el
resultado de esta determinación es SI, el proceso sigue con el paso
ST17, reajusta \Delta EV1 a cero y después sigue con el paso
ST18. Es decir, la cantidad de cambio de abertura se establece solo
en base a la segunda cantidad de cambio de abertura. Debe notarse
que este procesamiento en los pasos ST16 y ST17, es llevado a cabo
por la sección de cambio de ajuste (22b). Por otra parte, si el
resultado de la determinación en el paso ST16 es NO, el proceso
sigue directamente con el paso ST18.
En el paso ST18, se calcula la suma total
\Delta EV_{SUM} de \Delta EV1 y \Delta EV2. Después el
proceso sigue con el paso ST19, para reajustar la cantidad de
cambio de abertura \Delta EV de acuerdo con la abertura de la
válvula de expansión del lado de la etapa alta (12). En esta
realización, la válvula de expansión del lado de la etapa alta
(12), viene a una posición completamente cerrada cuando el número
de impulso de salida es 0, y viene a una posición completamente
abierta cuando el número de impulso de salida es 2000. La abertura
se cambia de acuerdo con el número de impulso de salida, entre 0 y
2000.
En este caso, el control de abertura se hace de
forma que incluso si valores de \Delta EV_{SUM} calculados en
el paso ST18 son iguales, la cantidad de cambio de abertura es
grande, cuando la abertura de la válvula de expansión del lado de
la etapa alta (12) es grande y, por el contrario, la cantidad de
cambio de abertura es pequeña, cuando la abertura del la válvula de
expansión del lado de la etapa alta (12) es pequeña. En resumen, la
cantidad de cambio de abertura se modifica conforme a la abertura.
Este cambio de la cantidad del cambio de abertura, se hace por la
sección de cambio de abertura (22d). Más específicamente, en el
paso ST19, la abertura de la válvula de expansión del lado de la
etapa alta (12) en este momento, se identifica por EVP, y la
cantidad de cambio de abertura de cambio \Delta EV, se cambia a
\Delta EV = (EVP/1000) x 10 x \Delta EV_{SUM}.
Después, el proceso sigue con el paso ST20, para
determinar el signo de \Delta EV. Si el signo de \Delta EV es
un número de impulsos negativo, es decir, una cantidad de cambio de
abertura en un sentido que cierra la válvula de expansión del lado
de la etapa alta (12) (si se disminuye la abertura), el proceso
sigue con el paso ST22. Debe notarse que, antes de proceder con el
paso ST22, el proceso puede efectuar el reajuste de \Delta EV de
tal forma que multiplique \Delta EV por un número especificado
mayor que 1. Por otra parte si \Delta EV es un número de impulso
positivo, es decir, una cantidad de cambio de abertura en un
sentido que abre la válvula de expansión del lado de la etapa alta
(12) (si la abertura se incrementa), el proceso sigue con el paso
ST21 para realizar el reajuste de \Delta EV, de modo que
multiplica \Delta EV por un número especificado menor que 1. En
este caso, el \DeltaEV determinado en el paso ST19 se multiplica
por 0,7. Debe notarse que semejante reajuste de \Delta EV, es
realizado por la sección de cambio de abertura (22d). En el paso
ST22, el \Delta EV así obtenido, es transmitido a la válvula de
expansión del lado de la etapa alta (12) de forma que es cambiada
la abertura de esta.
En este sistema de refrigeración (1b), el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3) está provisto
con el acumulador (24). Por lo tanto, una vez que el gas se succión
en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3) entra en
un estado húmedo, se almacenará refrigerante líquido en el
acumulador (24), mientras que disminuirá en el receptor del lado de
la etapa alta (11). Correspondientemente, incluso si la abertura de
la válvula de expansión del lado de la etapa alta (12) se
incrementa, la cantidad de enfriamiento por el refrigerante del
lado de la etapa alta, en el condensador en cascada (5), no se
incrementará, y la alta presión en el circuito refrigerante del lado
de la etapa baja (2), muestra una tendencia a no disminuir lo
suficiente para equipararse con el incremento de la abertura de la
válvula de expansión del lado de la etapa alta (12). Para solventar
esto, en la realización, tales características del sistema son
tenidas en cuenta, de forma que el procesamiento de los pasos ST15
hasta ST17 es llevado a cabo, impidiendo de ese modo la abertura
excesiva de la válvula de expansión del lado de la etapa alta
(12).
Además, si el válvula de expansión del lado de la
etapa alta (12) está excesivamente abierta, cuando no se
proporciona ningún acumulador (24) esto puede también empujar a que
el liquido vuelva al compresor del lado de la etapa alta (18),
Incluso en un caso semejante, sin embargo, el retorno de líquido
puede evitarse implementando el procesamiento de los pasos ST15
hasta ST17.
En esta realización, puesto que la cantidad de
cambio de abertura \Delta EV se cambia en los pasos ST20 y ST21,
de acuerdo con la abertura de la válvula de expansión del lado de
la etapa alta (12), puede impedirse que el liquido refrigerante
pueda ser almacenado en exceso en el acumulador (24) debido a una
abertura excesiva de la válvula de expansión del lado de la etapa
alta (12).
Aunque en esta realización la suma total de
\Delta EV1 y \Delta EV2 se identifica por \Delta EV_{SUM}
en el paso ST18, debería notarse que una ponderación precisa puede
hacerse para las cantidades de cambio, tanto de \Delta EV1 como
de \Delta EV2, mediante multiplicarlas por los factores
especificados respectivos, y tanto la alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (2), como el grado de
sobrecalentamiento del refrigerante de aspiración, en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (3), pueden controlarse con
una prioridad superior. En otras palabras, puede asignarse
prioridades a una pluralidad de parámetros de estado (tal como alta
presión, o grado de sobrecalentamiento del refrigerante de succión),
mediante multiplicar adecuadamente las cantidades de cambio de
abertura por los respectivos factores especificados.
Como se muestra en las figuras 8 y 9, un sistema
de refrigeración binario (110) acorde a una segunda realización, es
para realizar enfriamiento en un refrigerador o congelador, e
incluye una unidad externa (101A), una unidad en cascada (101B), y
una unidad de enfriamiento (101C). Cada una de estas unidades
(101A), (101B) y (101C), está formada alojando componentes en una
carcasa específica, aunque esta no se muestra. Un circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120), está constituido por
la unidad externa (101A) y parte de la unidad en cascada (101B).
Dos circuitos refrigerantes del lado de la etapa baja (103A) y
(103B), están formados sobre la unidad en cascada (101B) y la unidad
de enfriamiento (101C).
El circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (120) está dispuesto para proporcionar el funcionamiento
reversible, conmutando el sentido de circulación de refrigerante
entre un ciclo directo y un ciclo inverso. Además, el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120) incluye un compresor
del lado de la etapa alta (121), un condensador (122), y secciones
de evaporación de dos dispositivos de intercambio de calor del
refrigerante (dispositivos de intercambio de calor en cascada)
(111A) y (111B). Las secciones de evaporación de los dispositivos
de intercambio de calor el refrigerante (111A) y (111B),
constituyen un evaporador en el circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (120).
Una primera tubería de gas (40), está conectada
al lado de descarga del compresor del lado de la etapa alta (121)
y, una segunda tubería de gas (41) está conectada al lado de
succión de este. La primera tubería de gas (40) conecta el
compresor del lado de la etapa alta (121), un separador de aceite
(123), y una válvula de selector cuádruple (124), en este orden, y
está, después, conectada a un extremo del condensador (122). El
otro extremo del condensador (122) está conectado con un extremo de
una tubería de líquido (42). La tubería de líquido (42) está
constituida por una tubería principal (104a), y dos tuberías
derivadas (104b) y (104c). Las tuberías derivadas (104b) y (104c)
están conectadas a las secciones de evaporación de los dos
dispositivos de intercambio de calor de refrigerante (111A) y
(111B), respectivamente.
La tubería principal (104a) de la tubería de
liquido (42), está conectada con una tubería de desvío (104h),
conectada a la segunda tubería de gas (41). La tubería de desvío
(104h) está provista con una válvula de solenoide (SV) y una
válvula de expansión sensible a la temperatura (EV). Las tuberías
derivadas (104b) y (104c) están provistas con válvulas primera y
segunda de expansión, activadas por motor, (ELV1) y (ELV2),
respectivamente. Estas válvulas de expansión activadas por motor
(ELV1) y (ELV2), corresponden a las llamadas "válvulas de
expansión activadas por motor" en la presente invención.
La segunda tubería de gas (41) está constituida
por una tubería principal (104d) y dos tuberías ramificadas (104e)
y (104f). La tubería principal (104d) de la segunda tubería de gas
(41), conecta el compresor del lado de la etapa alta (121), un
acumulador (126), y la válvula de selector cuádruple (124), por este
orden, mientras que la tuberías ramificadas (104e) y (104f), están
conectadas a las secciones de evaporación de los dispositivos de
intercambio de calor de refrigerante (111A) y (111B),
respectivamente. En otras palabras, las secciones de evaporación de
los dispositivos de intercambio de calor de refrigerante (111A) y
(111B) está conectadas en paralelo, una con la otra, en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120).
Debe notarse que las tuberías ramificadas (104b),
(104c), (104e) y (104f) de la tubería de líquido (42), y la segunda
tubería de gas (41), se proporcionan en la unidad en cascada
(101B).
Un conducto de gas (43) está conectado entre la
primera tubería de gas (40) y un receptor (125). Un extremo del
conducto de gas (43) está conectado a una parte de la primera
tubería de gas (40), localizada entre la válvula de selección
cuádruple (124) y el compresor (123), y el otro extremo de este,
está conectado a la parte superior del receptor (125). El conducto
de gas (43) está provisto con una válvula de cierre (SV), y
dispuesto para llevar a cabo un control de la alta presión, durante
un funcionamiento de enfriamiento y desgasificación, durante la
operación de descongelación. Además, el conducto de gas (43) está
conectado con una tubería de desvío (104g), conectada a la segunda
tubería de gas (41). La tubería de desvío (104g) está provista con
una válvula de cierre (SV) y un tubo capilar (CP).
Un conducto de retorno de aceite (44), equipado
con un tubo capilar (CP), está conectado entre el separador de
aceite (123) y la sección de aspiración del compresor del lado de
la etapa alta (121). Un conductor de descarga (45) equipado con un
tubo capilar (CP) y una válvula de cierre (SV), está conectado
entre los lados de descarga y aspiración del compresor del lado de
la etapa alta (121), y conectado en su parte intermedia al
compresor del lado de la etapa alta (121).
Además, la primera tubería de gas (40) en el lado
de descarga del compresor del lado de la etapa alta (121), está
provista con un sensor de alta presión (SPH1) para medir la presión
de un refrigerante a alta presión, y un conmutador de alta presión
(HPS1), para producir una señal de DESCONEXIÓN, cuando la presión
del refrigerante de alta presión crece en exceso por encima de una
presión predeterminada. La segunda tubería de gas (41) en el lado
de sección del compresor de lado de la etapa alta (121), está
provista con un sensor de baja presión (SPL1), para medir la
presión de un refrigerante a baja presión.
El circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (103A) está dispuesto para proporcionar funcionamiento
reversible, conmutando el sentido de circulación del refrigerante,
entre un ciclo directo y un ciclo inverso. Además, el circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103A) incluye compresores
del lado de la etapa baja primero y segundo (31A) y (131A), una
sección de condensación del primer dispositivo de intercambio de
calor de refrigerante (111A), y una tubería de transferencia de
calor de evaporación (105a). La sección de condensación del
dispositivo de intercambio de calor de refrigerante (111A)
constituye un condensador en el circuito refrigerante del lado de
la etapa baja (103A). El primer compresor del lado de la etapa baja
(31A) y el segundo compresor del lado de la etapa baja (131A),
están conectados en paralelo el uno con el otro.
Los lados de descarga de los compresores (31A) y
(131A) están provistos con separadores de aceite (32) y (132),
respectivamente. En ambos separadores (32 y (132), los lados que
están corriente abajo, están conectados a un extremo de la sección
de condensación del primer dispositivo de intercambio de calor de
refrigerante (111A), por vía de una válvula de selector cuádruple
(33) y una primera tubería de gas (60). El otro extremo de la
sección de condensación está conectado a un extremo de la tubería
de transferencia de calor de evaporación (105a), por vía de una
válvula de retención (CV), un receptor (34), y una válvula de
expansión de enfriamiento (EV21) mediante una tubería de líquido
(61). El otro extremo de la tubería de transferencia de calor de
evaporación (105a), está conectado a los lados de aspiración de
ambos compresores del lado de la etapa baja (31A) y (131A), por vía
de una válvula de retención (CV), a la válvula de selector
cuádruple (33) y a un acumulador (35), mediante una segunda tubería
de gas (62).
El primer dispositivo de intercambio de calor de
refrigerante (111A), es un condensador en cascada que tiene la
sección de evaporación del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (120), y la sección de condensación del primer circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103A), y está constituido
por un dispositivo de intercambio de calor tipo placa. En el primer
dispositivo de intercambio de calor de refrigerante (111A), un
refrigerante en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A), intercambia calor con un refrigerante en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120). Como resultado, el
refrigerante en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A), irradia calor para condensarse, mientras que el refrigerante
en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120),
absorbe calor para evaporarse.
Debe notarse que la válvula de expansión de
enfriamiento (EV21) es una válvula de expansión sensible a la
temperatura, y un bulbo sensible a la temperatura (TS) está
dispuesto en la segunda tubería de gas (62), localizada en la salida
exterior de la tubería de transferencia de calor de evaporación
(105a).
El primer circuito refrigerante del lado de la
etapa baja (103A), está dispuesto para llevar a cabo la operación
de descongelación en un ciclo inverso y por lo tanto incluye un
conducto del depósito de drenaje (63), un conducto de desvío de gas
(64) y un conducto de reducción de presión (65). El conducto del
depósito de drenaje (63) está conectado a ambos extremos de la
válvula de retención (CV), en el segundo conducto de gas (62), está
provisto con un calentador del depósito de drenaje (106a) y una
válvula de retención (CV), y está dispuesto de forma que un
refrigerante (gas caliente) descargado desde el compresor (31) fluye
a su través.
El conducto de desvío de gas (64) está conectado
a ambos extremos de la válvula de expansión de enfriamiento (EV21)
en la tubería de líquido (61), incluye una válvula de retención
(CV), y está dispuesto de forma que un líquido refrigerante soslaya
la válvula de expansión de enfriamiento (EV21) durante la operación
de descongelación.
El conducto de reducción de presión (65), está
conectado a ambos extremos de la válvula de retención (CV) en la
tubería de líquido (61), incluye una válvula de cierre (SV) y una
válvula de expansión de descongelación (EV22), y está dispuesto
para reducir la presión del líquido refrigerante durante la
operación de descongelación. Debe notarse que la válvula de
expansión de descongelación (EV22), es una válvula de expansión
sensible a la temperatura, y que se proporciona un bulbo de medida
de temperatura en una ubicación en la segunda tubería de gas (62),
corriente arriba respecto del acumulador (35).
La parte superior del receptor (34) está
conectada con un extremo de un conducto de desgasificación (66). El
conducto de desgasificación (66), incluye una válvula de cierre
(SV) y un tubo capilar (CP). El otro extremo del conducto de
desgasificación (66) está conectado a una ubicación en la segunda
tubería de gas (62), corriente arriba respecto del acumulador
(35).
Los conductos de retorno de aceite (67) y (67),
que incluyen cada uno un tubo capilar (CP), están conectados entre
los correspondientes separadores de aceite (32) y (132), y los
lados de aspiración correspondientes de los compresores del lado de
la etapa baja (31A) y (131A), respectivamente.
Las primeras tuberías de gas (60) y (60), en los
lados de descarga de los compresores del lado de la etapa baja
(31A) y (131A), están provistos con conmutadores de alta presión
(HPS2) y (HPS2), para producir una señal DESCONEXIÓN cuando la
presión del refrigeraste de alta presión se dispara hasta una
presión predeterminada, y sensores de temperatura (STH2) y (STH2),
para medir la temperatura de un refrigerante de gas de descarga,
respectivamente. Un sensor de alta presión (SPH2), para medir la
presión de un refrigerante de alta presión, se proporciona entre la
confluencia de las tuberías en los lados de descarga de los
compresores del lado de la etapa baja (31A) y (131A), y la válvula
de selector cuádruple (33). La segunda tubería de gas (62) en los
lados de aspiración los dos compresores del lado de la etapa
inferir (31A) y (131A), está provista con un sensor de baja presión
(SPL2), para medir la presión de un refrigerante de baja
presión.
El segundo circuito refrigerante del lado de la
etapa baja (103B) tiene, sustancialmente, la misma configuración
que la del primer circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A), pero está dispuesto para llevar a cabo solo una operación
de enfriamiento, sin efectuar una operación de descongelación. El
segundo circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103B), no
incluye una válvula de selector cuádruple (124) como la incluida en
el primer circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A), y
tampoco está provisto con un conducto del depósito de drenaje (63),
un conducto de desvío (64), ni un conducto de reducción de presión
(65). En otras palabras, el segundo circuito refrigerante del lado
de la etapa baja (103B), está formado conectando los compresores
del lado de la etapa baja primero y segundo (13B) y (131B), una
sección de condensación del segundo dispositivo de intercambio de
calor de refrigerante (111B), un receptor (34), una válvula de
expansión de enfriamiento (EV21), una tubería de transferencia de
calor de evaporación (105b), y un acumulador (35), en este orden,
mediante una primera tubería de gas (60), una tubería de líquido
(61), y una segunda tubería de gas (62). La sección de condensación
del segundo dispositivo de intercambio de calor de refrigerante
(111B), constituye un condensador en el segundo circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103B).
La válvula de expansión (EV21) es una válvula de
expansión sensible a la temperatura, y se sitúa un bulbo sensible a
la temperatura en la segunda tubería de gas (62), localizado en la
salida exterior de la tubería de transferencia de calor de
evaporación (105b). El segundo dispositivo de intercambio de calor
de refrigeración (111B), es un condensador en cascada que tiene la
sección de evaporación del circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (120), y la sección de condensación del circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103B), y está constituido
por un dispositivo de intercambio de calor tipo placa. En el
segundo dispositivo de intercambio de calor del refrigerante
(111B), un refrigerante en el segundo circuito refrigerante del lado
de la etapa baja (103B) intercambia calor con el refrigerante en el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120). Como
resultado, el refrigerante en el circuito refrigerante del lado de
la etapa baja (103B), irradia calor para condensarse, mientras que
el refrigerante en el circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (120), absorbe calor para evaporarse.
Las tuberías de transferencia de calor de
evaporación (105a) y (105b) de ambos circuitos de refrigerante del
lado de la etapa baja (103A) y (103B), están formadas en un solo
evaporador (50). En el evaporador (50), los refrigerantes en ambos
circuitos refrigerantes del lado de la etapa baja (103A) y (103B),
intercambian calor con el aire de la cámara. El evaporador (50), la
válvula de expansión de enfriamiento (EV21), y el conducto del
depósito de drenaje (63), están dispuestos en la unidad de
enfriamiento (101C), mientras que otros componentes tales como los
compresores (31A), (131A), (31B) y (131B), están dispuestos en la
unidad en cascada (101B).
Además, un sensor de temperatura de líquido
(Th21), para medir la temperatura de un refrigerante líquido, está
situado en una localización en la tubería de líquido (61),
corriente arribe respecto de un distribuidor (51), en el primer
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A), y un sensor
de temperatura del evaporador (Th22) para medir la temperatura del
evaporador (50), está dispuesto en el evaporador (50).
En la cámara, está situado un sensor de
temperatura de cámara (Tx) para medir la temperatura del aire en la
cámara.
Como se muestra en la figura 10, un controlador
(17) incluye una sección de detección de alta presión del lado de
la etapa baja (15), una sección de detección del grado de
sobrecalentamiento (27), una sección de detección de temperatura de
la cámara (22), una sección de establecimiento de la alta presión
objetivo (23), una sección de detección de temperatura de descarga
del lado de la etapa alta (22e), una sección de establecimiento del
cambio (23c), una sección de detección de régimen húmedo (22a) y
una sección de control de la válvula de expansión (16).
A continuación se describe el comportamiento de
este sistema de refrigeración (110), durante la operación de
enfriamiento.
En este sistema de refrigeración (110), se hace
funcionar los compresores del lado de la etapa baja primero y
segundo (31A) y (131A), en el primer circuito refrigerante del lado
de la etapa baja (103A), a baja carga de refrigeración en la
cámara, mientras que se hace funcionar a los compresores del lado de
la etapa baja primero y segundo (31A), (131A), (31B) y (131B), en
ambos circuitos refrigerantes del lado de la etapa baja (103A) y
(103B), a alta carga de refrigeración en la cámara. En otras
palabras, el sistema hace funcionar a baja carga de cámara a un
total de dos compresores (31A) y (131A) o, por el contrario, a alta
carga de cámara a un total de cuatro compresores (31A), (131A),
(31B) y (131B).
Se describirá aquí el comportamiento del sistema
en funcionamiento a carga de cámara alta. En este caso, el
compresor del lado de la etapa alta (121) en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120), y los compresores de
lado de la etapa baja primero y segundo (31A, (131A), (31B) y
(131B), en ambos circuitos refrigerantes del lado de la etapa baja
(103A) y (103B), son activados a la vez. Bajo estas condiciones, en
el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120), se hace
funcionar a la válvula de selector cuádruple (124) para seleccionar
su conexión de acceso, mostrada en líneas gruesas en la figura 8, y
el control de abertura, más abajo descrito, de cada una de las
válvulas de expansión activadas por motor de enfriamiento, (EVL1) y
(EVL2) es llevado a cabo.
En el circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (120), un refrigerante del lado de la etapa alta, descargado
desde el compresor del lado de la etapa alta (121), se condensa en
un refrigerante liquido en el condensador (122) y, después, fluye a
la unidad en cascada (101B). El refrigerante líquido es después
distribuido entre dos tuberías derivadas (104b) y (104c), y su
presión reducida en las válvulas de expansión activadas por motor
de enfriamiento (EVL1) y (EVL2). A continuación, el refrigerante
líquido se evapora en un gas refrigerante, en cada una de las
secciones de evaporación de los dos dispositivos de intercambio de
calor de refrigerante (111A) y (111B), y vuelve al compresor del
lado de la etapa alta (121). El refrigerante repite esta
circulación.
Por otra parte, en el primer circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103A), se hace funcionar la
válvula de selector cuádruple (33), para seleccionar su conexión de
acceso mostrada en líneas gruesas en la figura 9, la válvula de
expansión de descongelación (EV22) es cerrada por completo, y se
controlada la válvula de expansión de enfriamiento (EV21), según el
control de sobrecalentamiento. En el segundo circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (103B), la válvula de expansión de
enfriamiento (EV21) es controlada, según el control de
sobrecalenta-
miento.
miento.
En ambos circuitos refrigerantes del lado de la
etapa baja (103A) y (103B), refrigerantes del lado de la etapa baja
descargados desde compresores del lado de la etapa baja (31A),
(131A), (31B) y (131B), se condensan en refrigerantes líquidos, en
las secciones de condensación de los dispositivos de intercambio de
calor de refrigerante (111A) y (111B), respectivamente. Se reduce la
presión de estos refrigerantes líquidos en las válvulas de
expansión de enfriamiento (EV21) y (EV21). A continuación, los
refrigerantes líquidos se evaporan en refrigerantes de gas, en las
tuberías de transferencia de calor de evaporación (105a) y (105b),
respectivamente, y vuelven a los compresores del lado de la etapa
baja (31A), (131A), (31B) y (131B). Los refrigerantes repiten tal
circulación.
Además, en cada uno de los dispositivos de
intercambio de calor de refrigerante (111A) y (111B), el
refrigerante del lado de la etapa alta intercambia calor con el
refrigerante del lado de la etapa baja, y los refrigerantes del lado
de la etapa baja en los circuitos de refrigerante del lado de la
etapa baja (103A) y (103B), son enfriados para condensarse. Por
otra parte, en el evaporador (50), los refrigerantes del lado de la
etapa baja se evaporan para generar aire enfriado, y el aire
enfriado enfría el interior de la cámara.
A continuación, se describirá un método para
controlar este sistema de refrigeración (110), durante su
funcionamiento de enfriamiento, con referencia a diagramas de flujo
de las figuras 11 y 12.
Primero en el paso ST31, tras la recepción de
señales de detección desde los sensores (SPH2), (STH2), (Tx),
(SPH1), (SPL1), (STH1) y (STL1), una temperatura de saturación
equivalente Tc_{L1} para una alta presión en el primer circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103A), una temperatura de
saturación equivalente Tc_{L2} para una alta presión en el
segundo circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103B),
temperaturas de gas de descarga Td_{L11} y Td_{L12} de los
compresores primero y segundo del lado de la etapa baja (31A) y
(131A) en el primer circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A), temperaturas de gas de descarga Td_{L21} y Td_{L22} de
los compresores del lado de la etapa baja (31B) y (131B) en el
segundo circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103B),
temperatura de aire de cámara Tx, una temperatura de saturación
equivalente TC_{H} para una alta presión en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120), una temperatura de
saturación equivalente Te_{H} para una baja presión en el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120), una
temperatura de gas de descarga Td_{H} del compresor del lado de
la etapa alta (121) en el circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (120), y una temperatura de gas de succión Ts_{H} del
compresor del lado de la etapa alta (121), son introducidas.
Después, el proceso sigue con el paso ST32, para
calcular un grado de sobrecalentamiento de un gas de succión del
lado de la etapa alta SSH=Ts_{H} - Te_{H}, un grado se
sobrecalentamiento de un gas de descarga del lado de la etapa alta
DSH=Td_{H} - Tc_{H}, una temperatura de saturación equivalente
para una alta presión objetivo del lado de la etapa baja
Tc_{LM}=0,4T_{x} + 18, una divergencia en altas presiones del
segundo circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A)
\varepsilon_{1}= Tc_{L1} - Tc_{LM}, una divergencia en altas
presiones del segundo circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (103B) \varepsilon_{2}= Tc_{L2} - Tc_{LM}, una
temperatura de gas de descarga máxima en el primer circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103A)
Td_{1max}=MAX(Td_{L11}, Td_{L12}), y una temperatura de
gas de descarga máxima en el primer circuito refrigerante del lado
de la etapa baja (103B) Td_{1max}=MAX(Td_{L21},
Td_{L22}).
Después, en los pasos ST33 hasta ST39, se
calculada cantidades de cambio de abertura, en base a las
respectivas variables de estado anteriores.
Específicamente, en el paso ST33, una cantidad de
cambio de abertura \Delta EV11 es determinada, en base a la
divergencia \varepsilon_{1} en altas presiones del primer
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A). Después, el
proceso sigue con el paso ST34 para determinar una cantidad de
cambio de abertura \Delta EV21, en base a la divergencia
\varepsilon_{2} en altas presiones del segundo circuito
refrigerante del lado de la etapa baja (103B). Debe notarse que
\Delta EV11 y \Delta EV21, corresponden a las llamadas
"primeras cantidades de cambio de abertura" en la presente
invención. Después, el proceso sigue con el paso ST35, para
determinar una cantidad de cambio de abertura \Delta EV2
("segunda cantidad de cambio de abertura"), en base al grado
de sobrecalentamiento SSH del gas de succión del lado de la etapa
alta. Después, el proceso sigue con el paso ST36, para determinar
una cantidad de cambio de abertura \Delta EV13 en base a la
temperatura de gas de descarga máxima Td_{1max}, en el primer
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A). Después, el
proceso sigue con el paso ST37, para determinar una cantidad de
cambio de abertura \Delta EV23, en base a la temperatura de gas de
descarga máxima Td_{2máx} en el segundo circuito refrigerante del
lado de la etapa baja (103B). Debe notarse que \Delta EV13 y
\Delta EV23 corresponden a las llamadas "cantidades de
incremento de abertura" en la presente invención. Después, el
proceso sigue con el paso ST38, para determinar una cantidad de
cambio de abertura \Delta EV4 ("cantidad de incremento de
abertura"), en base a la temperatura de gas de descarga del lado
de la etapa alta Td_{H}. Después, el proceso sigue con el paso
ST39, para determinar una cantidad de cambio de abertura \Delta
EV5 ("cantidad de disminución de abertura"), en base al grado
de sobrecalentamiento DSH del gas de descarga del lado de la etapa
alta.
Después, el proceso sigue con el paso ST40 para
determinar una cantidad de cambio de abertura \Delta EVL1 de la
primer válvula de expansión activada por motor de enfriamiento
(EVL1) desde la ecuación \Delta EVL1=7\Delta EV11+8\Delta
EV2+4\Delta EV13+20\Delta EV4+5\Delta EV5.
Después, el proceso sigue con el paso ST41, para
determinar si el segundo circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (103B) está en funcionamiento. Si la determinación es SI, el
proceso sigue con el paso ST42, para determinar una cantidad de
cambio de abertura \Delta EVL2 de la segunda válvula de expansión
activada por motor de enfriamiento (EVL2), a partir de la ecuación
\DeltaEVL2=7\Delta EV21+8\Delta EV2+4\Delta EV23+20\Delta
EV4+5\Delta EV5. Si la determinación es NO, no se hace cambio en
la abertura de la segunda válvula de expansión activada por motor
de enfriamiento (EVL2).
En lo descrito hasta ahora, de acuerdo con la
segunda realización, la primera válvula de expansión activada por
motor de enfriamiento (EVL1), está controlada en función de la alta
presión en el primer circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (103A), y el grado de sobrecalentamiento del gas de succión en
el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120) y,
adicionalmente, la temperatura de gas de descarga en el primer
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A), la
temperatura de gas de descarga en el circuito refrigerante del lado
de la etapa alta (120), y el grado de sobrecalentamiento del gas de
succión en el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120),
mientras que la segunda válvula de expansión activada por motor de
enfriamiento (EVL2), está controlada en función de la alta presión
en el segundo circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103B), y el grado de sobrecalentamiento del gas de succión en el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120) y,
adicionalmente, la temperatura del gas de descarga en el segundo
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103B), la
temperatura del gas de descarga en el circuito refrigerante del
lado de la etapa alta (120), y el grado de sobrecalentamiento del
gas de succión en el circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (120).
Como puede verse de lo anterior, la actual
realización es un llamado sistema múltiple, en el que el conjunto
de circuitos de refrigerante del lado de la etapa baja (103A, 103B)
está compuesto de una pluralidad de tuberías y, por lo tanto, la
variación en la carga del conjunto de circuitos de refrigerante del
lado de la etapa baja (103A, 103B) es extremadamente grande.
Correspondientemente, los efectos de la presente invención puede ser
ejercidos de forma extraordinaria.
Como puede verse de lo anterior, la presente
invención es útil para acondicionadores de aire, congeladores,
refrigeradores, y similares.
Claims (9)
1. Un sistema de refrigeración que comprende:
un circuito refrigerante del lado de la etapa
alta (3, 120), formado conectando un compresor del lado de la etapa
alta (9, 18, 121), un condensador (10, 122), una válvula de
expansión activada por motor (12, EVL1, EVL2), y un dispositivo de
intercambio de calor de refrigerante (5, 111A, 111B), en este
orden;
un circuito refrigerante del lado de la etapa
baja (2, 103A, 103B), formado conectando un compresor del lado de
la etapa baja (4, 31A, 31B, 131A, 131B), el dispositivo de
intercambio de calor de refrigerante (5, 111A, 111B), un mecanismo
de expansión (7, EV21), y un evaporador (8, 50), en este orden;
medios de medición de alta presión (SPH2),
provistos en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja (2,
103A, 103B), para medir la alta presión en el circuito refrigerante
del lado de la etapa baja (2, 103A, 103B);
medios de control de la válvula de expansión (16)
para controlar la válvula de expansión activada por motor (12,
EVL1, EVL2) del circuito refrigerante del lado de la etapa alta (2,
120), de forma que la presión medida por los medios de medición de
la alta presión (SPH2) alcanzan una alta presión objetivo;
medios de detección del grado de
sobrecalentamiento (27), para medir el grado de sobrecalentamiento
de un refrigerante de gas por aspiración, del compresor del lado de
la etapa alta (18, 121), en el circuito refrigerante del lado de la
etapa alta (3, 120); y
medios de control de la válvula de expansión
(16), que están dispuestos para controlar la válvula de expansión
activada por motor (12, EVL1, EVL2), del circuito refrigerante del
lado de la etapa alta (3, 120) de forma que la presión medida por
los medios de medición de alta presión (SPH2), y el grado de
sobrecalentamiento medido por los medios de detección del grado de
sobrecalentamiento (27), alcanzan una alta presión objetivo
predeterminada, y un grado de sobrecalentamiento objetivo
predeterminado, respectivamente.
2. El sistema de refrigeración como el
reivindicado en la reivindicación 1, que comprende además:
los medios de control de válvula de expansión
(16), que están ajustados para calcular una primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV1) en base a la presión medida por
los medios de medición de alta presión (SPH2), calcular una segunda
cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2) en base al grado de
sobrecalentamiento medido por los medios de detección del grado de
sobrecalentamiento (27), y cambiar la abertura de la válvula de
expansión activada por motor (12), del circuito de refrigeración
del lado de la etapa alta (3), en base a la primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV1) y la segunda cantidad de cambio
de abertura (\Delta EV2); y
medios de establecimiento del cambio (22b), para
cambiar el ajuste de los medios de control de la válvula de
expansión (16), de forma que los medios de control de la válvula de
expansión (16) cambian la abertura de la válvula de expansión
activada por motor (12), exclusivamente en base a la segunda
cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2), cuando el grado de
sobrecalentamiento medido es un valor más allá de un rango
predeterminado, y la primera cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV1) es positiva.
3. El sistema de refrigeración como se reivindica
en la reivindicación 1, que comprende, además:
medios de medición de temperatura (Tx), para
medir la temperatura de la sustancia a ser enfriada por el
evaporador (8);
medios de medición de baja presión (SPL2),
provistos en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(2), para medir la baja presión en el circuito refrigerante del
lado de la etapa baja (2);
medios de detección de régimen transitorio (23a),
para determinar si el funcionamiento del sistema está en un régimen
transitorio en base a condiciones de determinación concretas
prefijadas, y producir una señal de régimen transitorio
predeterminada, tras la detección de un régimen transitorio, o
producir una señal de régimen no transitorio, tras la detección de
un régimen no transitorio; y
medios de establecimiento de la presión objetivo
(23), para establecer, tras la recepción de la señal de régimen
transitorio, la alta presión objetivo de los medios de control de
la válvula de expansión (16), en base a la temperatura medida por
los medios de medición de temperatura (Tx), o establecer, tras la
recepción de una señal de régimen no transitorio, la alta presión
objetivo, en base a la presión medida por los medios de medición de
baja presión (SPL2).
4. El sistema de refrigeración como se reivindica
en la reivindicación 1, que comprende, además:
medios de medición de la temperatura de descarga
(STH2), para medir la temperatura de un gas de descarga del
compresor del lado de la etapa baja (31A, 31B, 131A, 131B), en el
circuito refrigerante del lado de la etapa baja (103A, 103B);
estando, los medios de control de la válvula de
expansión (16), configurados para calcular una primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), en base a la
alta presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A, 103B), calcular una segunda cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV2) en base al grado de sobrecalentamiento medido por los
medios de detección del grado de sobrecalentamiento (27), y cambiar
la abertura de la válvula de expansión activada por motor (EVL1,
EVL2) del circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120), en
base a la primera cantidad de cambio de abertura (\Delta EV11,
\Delta EV21) y la segunda cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV2); y
medios de establecimiento del cambio (23c), para
calcular una cantidad de incremento de abertura (\Delta EV13,
\Delta EV23) en base a la temperatura medida por los medios de
medición de temperatura del gas de descarga (STH2), cuando la
temperatura medida es igual, o mayor, que una temperatura
predeterminada y, después, cambiar el ajuste de los medios de
control de la válvula de expansión (16), de forma que los medios de
control de la válvula de expansión (16) cambian la abertura de la
válvula de expansión activada por motor (EVL1, EVL2), en base a la
primera cantidad de cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta
EV21) y la segunda cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2) y,
adicionalmente, la cantidad de incremento de abertura (\Delta
EV13, \Delta EV23).
5. El sistema de refrigeración como el
reivindicado en la reivindicación 1, que comprende además:
medios de medición de la temperatura del gas de
descarga (STH1), para medir la temperatura de un refrigerante de
gas de descarga del compresor del lado de la etapa alta (121), en
el circuito refrigerante del lado de la etapa alta (120);
estando, los medios de control de la válvula de
expansión (16), configurados para calcular una primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), en base a la
alta presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A, 103B), calcular una segunda cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV2), en base al grado de sobrecalentamiento medido por
los medios de detección del grado de sobrecalentamiento (27), y
cambiar la abertura de la válvula de expansión activada por motor
(EVL1, EVL2) del circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(120), en base a la primera cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV11, \Delta EV21) y la segunda cantidad de cambio de
abertura (\Delta EV2); y
medios de establecimiento del cambio (23c) para
calcular una cantidad de incremento de abertura (\Delta EV4), en
base a la temperatura medida por los medios de medición de la
temperatura del gas de descarga (STH1), cuando la temperatura
medida es igual, o mayor, que una temperatura predeterminada y,
después, cambiar el ajuste de los medios de control de la válvula de
expansión (16), de forma que los medios de control de la válvula de
expansión (16) cambian la abertura de la válvula de expansión
activada por motor (EVL1, EVL2), en base a la primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21) y la segunda
cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2) y, adicionalmente, la
cantidad de incremento de abertura (\Delta EV4).
6. El sistema de refrigeración como el
reivindicado en la reivindicación 1, que comprende, además:
medios de medición de la temperatura del gas de
descarga (STH1), para medir la temperatura de un gas de descarga
del compresor del lado de la etapa alta (121), en el circuito
refrigerante del lado de la etapa alta (120);
medios de detección de estado húmedo (22a), para
determinar si el refrigerante de gas de succión del compresor del
lado de la etapa alta (121), en el circuito refrigerante del lado
de la etapa alta (120), está en un estado húmedo, en base a
condiciones de determinación prefijadas, y producir una señal de
estado húmedo predeterminada, tras la detección del estado
húmedo;
estando, los medios de control de la válvula de
expansión (16), ajustados para calcular una primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21), en base a la
alta presión en el circuito refrigerante del lado de la etapa baja
(103A, 103B), calcular una segunda cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV2), en base al grado de sobrecalentamiento medido por
los medios de detección del grado de sobrecalentamiento (27), y
cambiar la abertura de la válvula de expansión activada por motor
(EVL1, EVL2), del circuito refrigerante del lado de la etapa alta
(120), en base a la primera cantidad de cambio de abertura
(\Delta EV11, \Delta EV21) y la segunda cantidad de cambio de
abertura (\Delta EV2);
y
y
medios de establecimiento del cambio (23c), para
calcular una cantidad de disminución de abertura (\Delta EV5), en
base al estado húmedo tras la recepción de la señal de estado
húmedo desde los medios de detección de estado húmedo (22a) y,
después, cambiar el ajuste de los medios de control de la válvula
de expansión (16), de forma que los medios de control de la válvula
de expansión (16) cambian la abertura de la válvula de expansión
activada por motor (EVL1, EVL2), en base a la primera cantidad de
cambio de abertura (\Delta EV11, \Delta EV21) y la segunda
cantidad de cambio de abertura (\Delta EV2) y, adicionalmente, la
cantidad de disminución de abertura (\Delta EV5).
7. El sistema de refrigeración como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que
comprende, además:
medios de cambio de abertura (22d), para medir la
abertura de la válvula de expansión activada por motor (12), y
hacer que los medios de control de la válvula de expansión (16)
cambien la cantidad de cambio de abertura, de acuerdo con la
abertura medida para incrementar la cantidad de cambio de abertura,
cuando la abertura es grande, o disminuir la cantidad de cambio de
abertura, cuando la abertura es pequeña.
8. El sistema de refrigeración como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que
comprende, además:
un acumulador (24), situado entre el dispositivo
de intercambio de calor del refrigerante (5) y el lado de
aspiración del compresor del lado de la etapa alta (18), en el
circuito refrigerante del lado de la etapa alta (3); y
medios de cambio de abertura (22d), para medir un
cambio en la abertura de la válvula de expansión activada por motor
(12), y hacer que los medios de control de la válvula de expansión
(16) cambien la cantidad de cambio de abertura, de acuerdo con el
incremento/disminución en la abertura medida, para disminuir la
cantidad de cambio de abertura, cuando la abertura es incrementada,
o incrementar la cantidad de cambio de abertura, cuando la abertura
es disminuida.
9. El sistema de refrigeración como el
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el
dispositivo de intercambio de calor de refrigerante está
constituido por un dispositivo de intercambio de calor de tipo
placa (5).
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