ES2300866T3

ES2300866T3 - Camara de ensayo climatico con ahorro de energia y metodo de funcionamiento.

Info

Publication number: ES2300866T3
Application number: ES04806875T
Authority: ES
Inventors: Maurizio Ascani
Original assignee: Angelantoni Industrie SpA
Current assignee: Angelantoni Industrie SpA
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2008-06-16
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: CA2588359C; IL183367A0; EP1828693A1; ATE391274T1; US20090205344A1; DE602004012905D1; KR20070101252A; JP2008524624A; DK1828693T3; HK1108477A1; EP1828693B1; CN101084403A; AU2004325833A1; US8020389B2; MX2007007230A; AU2004325833B2; CA2588359A1; IL183367A; DE602004012905T2; KR101093583B1

Abstract

Una cámara de ensayo climático, en la que durante una secuencia de ciclos de ensayo especificados, al menos una cavidad de ensayo (10, 310) se enfría hasta y se mantiene a una temperatura ajustada mínima mediante una unidad de refrigeración que incluye al menos un circuito de refrigeración (200; 400), donde fluye a través del mismo un medio refrigerante, que comprende: -un compresor (210; 410), con una tubería de suministro (212; 412) y una tubería de succión (214; 414) accionado por un motor eléctrico, cuya velocidad de rotación se puede ajustar entre un valor máximo y un valor mínimo, - un condensador (220; 420), - un evaporador (205; 405) que tiene una entrada (111; 406) y una salida (112; 407) - un dispositivo regulador (246; 409) en el extremo de una tubería principal (240; 440) entre el condensador (220; 420) y la entrada (111; 406) del evaporador (105; 405), caracterizada porque comprende adicionalmente: - un tanque (250; 450) que se llena con un medio de almacenamiento de frío y a través del que se hace pasar: * una tubería secundaria (241; 441) que se extiende entre un primer y un segundo empalme (236, 245; 436, 444) a lo largo de dicha tubería principal (240; 440), aguas arriba de dicho dispositivo regulador (246; 409), * una tubería de recuperación (252; 452) que se extiende entre un tercer empalme (254; 446) aguas abajo de dicho segundo empalme (245; 444) a lo largo de dicha tubería principal (240; 440) y un quinto empalme (255; 454) a lo largo de dicha tubería de succión (214; 414); - medios de válvula adicionales (242, 248, 256; 442, 443, 456) adaptados para abrirse y cerrarse selectivamente para: * tener medio de almacenamiento de frío enfriado por el medio refrigerante que fluye a través de dicha tubería de recuperación (252; 452) durante las etapas de los ciclos de ensayo en los que dicha cavidad de ensayo se mantiene a la mínima temperatura ajustada, realizándose dichas etapas con el motor de accionamiento del compresor (210; 410) funcionando a la mínima velocidad de rotación del mismo, * para recuperar el frío acumulado por el medio de almacenamiento de frío para subenfriar el medio refrigerante que fluye a través de tubería secundaria (241; 441) durante las etapas de enfriamiento de los ciclos de ensayo, realizándose dichas etapas con el motor de accionamiento del compresor (210; 410) funcionando a la máxima velocidad de rotación del mismo, en vista de disminuir la duración global de los ciclos de ensayo y, como un resultado * para reducir el consumo energético al realizar dichos ciclos de ensayo especificados.

Description

Cámara de ensayo climático con ahorro de energía y método de funcionamiento.

La presente invención se refiere a cámaras de ensayo climático del tipo usado en laboratorios de ensayo para someter muestras de materiales y/o componentes, cargados y dispuestos debidamente en cavidades aisladas térmicamente, a un número especificado de ciclos de temperatura.

Estos ciclos de temperatura consisten en etapas de calentamiento que alternan con etapas de enfriamiento, con periodos de una cantidad preajustada de tiempo proporcionada entre las mismas, en los que dichas muestras se mantienen a una temperatura máxima y a una temperatura mínima, donde los valores de temperatura implicados se prevén en cada caso por las especificaciones del ensayo con respecto a los materiales y/o componentes que se ensayan.

Mientras que no se observan problemas particulares en la capacidad de alcanzar y mantener una temperatura máxima, aunque esta última también puede alcanzar hasta +180ºC, ya que el uso de elementos de calentamiento eléctricos convencionales que tengan una mayor o menor velocidad de alimentación es todo lo que se requiere para este propósito, bajar hasta la temperatura mínima requerida, lo que, por supuesto, implica el uso de una unidad de refrigeración, conlleva varios problemas, especialmente cuando esta temperatura mínima tiene un valor muy bajo, por ejemplo, -70ºC. A partir del documento US 4 798 059 se conoce un acondicionador de aire usado tanto para calentar como para enfriar.

Un primer problema unido al uso de una unidad de refrigeración se refiere al tipo de equipamiento que realmente se necesita. Una solución a este problema, aunque es realmente sencillo desde un mero punto de vista técnico, de cualquier modo es muy cara. Para poder bajar hasta temperaturas mínimas que tengan tales valores bajos, la unidad de refrigeración tiene que ser, de hecho, del tipo en cascada de dos fases, en el que el evaporador de la fase o el circuito de mayor temperatura está dispuesto en una condición de intercambio de calor con el condensador de la fase o el circuito de menor temperatura. Por lo tanto, el evaporador de la fase de menor temperatura (en la que se usa un medio refrigerante que tiene un menor punto de ebullición que el medio refrigerante usado en la fase de mayor temperatura) es el que está físicamente en una condición de intercambio de calor con la cavidad aislada térmicamente de la cámara de ensayo climático.

Un segundo problema y, para la cuestión, mucho más serio, procede del hecho de que, debido a que la velocidad de enfriamiento (es decir, el tiempo necesario para llevar el interior de la cavidad aislada térmicamente desde su temperatura máxima hasta su temperatura mínima) realmente es un factor bastante crítico, la capacidad de refrigeración que se tiene que proporcionar por la unidad de refrigeración para mantener la temperatura mínima ajustada durante el periodo de tiempo requerido, parece ser que solamente comprende un porcentaje moderado (aproximadamente el 10%) de la capacidad de refrigeración que se tiene que proporcionar durante las etapas de enfriamiento. Ya que tal temperatura mínima se tiene que mantener dentro de tolerancias muy estrechas, típicamente hasta \pm 0,5ºC, no es posible usar un funcionamiento cíclico repetido, frecuente ENCENDIDO/APAGADO de los compresores en las fases o los circuitos en la unidad de refrigeración, siendo por el contrario necesario que se mantengan funcionado de forma continua estos compresores, aunque con una utilización apropiada de válvulas solenoides de caudal ajustables.

La solución de la técnica antecedente adoptada generalmente para este segundo problema se basa en proporcionar y activar disposiciones de derivación apropiadas para interrumpir el flujo del medio refrigerante en el evaporador de la fase de mayor temperatura, así como en el condensador, la válvula de expansión y el evaporador de la fase de menor temperatura. De este modo, el medio refrigerante continúa circulando entre el lado de suministro y el lado de succión de los respectivos compresores. De cualquier modo, es bastante evidente la considerable cantidad de energía que se desperdicia de este modo, considerando también el hecho de que el caudal del medio refrigerante permanece inalterado, es decir, permanece igual tanto en las etapas de enfriamiento como mientras que la cavidad se mantiene a su temperatura ajustada mínima.

Por el contrario, sería deseable, y de hecho, es un objeto principal de la presente invención, evitar desperdiciar tal considerable cantidad de energía manteniendo mientras tanto las cavidades aisladas térmicamente de la cámara de ensayo climático a la temperatura mínima ajustada.

Un objeto adicional de la presente invención es aumentar la velocidad de enfriamiento de las cámaras de ensayo climático, de forma que la duración de las etapas de enfriamiento y, como resultado, de los ciclos de temperatura, disminuye en consecuencia, con una clara ventaja para los clientes de las instalaciones de ensayo del laboratorio, incluso desde un punto de vista de costes, gracias al menos consumo energético implicado.

De acuerdo con la presente invención, estos objetos, junto con otros adicionales que serán evidentes a partir de la siguiente descripción, se alcanzan en cámaras de ensayo climático que incorporan los rasgos y las características como se enumeran en las reivindicaciones adjuntas.

Los rasgos y las características de las cámaras de ensayo climático inventivas, así como las ventajas de las mismas con respecto a soluciones de la técnica antecedente, se entenderán de forma más sencilla a partir de la descripción que se proporciona a continuación de un par de realizaciones preferidas, aunque no únicas. Considerando que todas las características de este documento reivindicadas en este documento se refieren a la unidad de refrigeración de las cámaras de ensayo climático, en el dibujo adjunto:

- La Figura 1 ilustra el diagrama de circuito de una unidad de refrigeración en cascada de dos fases de acuerdo con la presente invención, donde todas las partes y puntos generalmente conocidos que se tienen que usar para cumplir los requerimientos y las directrices de regulaciones convencionales de seguridad y/o para realizar operaciones auxiliares (llenado de medio refrigerante, mantenimiento y similares), pero que no tienen importancia en sí en lo que se refiere a la presente invención, se han omitido de forma intencionada para una mayor claridad; y

- La Figura 2 ilustra un diagrama de flujo similar para una unidad de refrigeración de fase única.

El circuito fluidodinámico de la fase de menor temperatura, que se indica generalmente con 100 en la Figura 1 y que puede usar, por ejemplo, R23 (es decir, triofluoruro de metilo) como un medio refrigerante, comprende los siguientes componentes:

\bullet: un evaporador 110 que consiste en una batería de tuberías tabicadas dispuestas en el interior de la cavidad aislada térmicamente 10 de la cámara de ensayo climático, detrás de una placa deflectora 12 proporcionada para desviar el flujo de aire. De un modo conocido per se, en el interior de la cavidad 10 también se proporciona un grupo de elementos calentadores eléctricos 14 (de hecho, un grupo de elementos calentadores de tipo resistencia con envoltura en una disposición conectada en paralelo), la sonda 16 de un termostato ajustable 15 para ajustar y controlar una temperatura mayor y una temperatura ajustada menor, un termostato de seguridad limitador de temperatura 17, el impulsor 18 de un ventilador accionado por motor 19 adaptado para proporcionar un flujo regular de aire al interior de la cavidad 10. El termostato ajustable 15 se dispone en el exterior de la cavidad 10 y está asociado a un PLC 25 que controla toda la cámara de ensayo climático. En particular, el PLC 25 está conectado mediante respectivas conexiones eléctricas 23 y 33 a dos rectificadores 20 y 30 y se alimenta por la red de suministro de energía. El termostato de seguridad limitador de temperatura 17 está conectado a su vez a los cables convencionales (no mostrados, pero conectados a la red de suministro de energía) para alimentar los elementos calentadores eléctricos 14;

\bullet: un compresor 120 (denominado en este documento en lo sucesivo el "primer compresor") accionado por un motor asincrónico, conectado por el cable de conducción eléctrica 22 al rectificador 20 que controla la velocidad de rotación del mismo entre un valor ajustado máximo y uno mínimo;

\bullet: la tubería de suministro 122 del compresor 120 sobre la que proporciona un separador de aceite 126 conectado a la base inferior del compresor por una tubería de servicio 125 (con recorrido paralelo a la propia tubería de suministro 122), donde se instala un indicador de flujo de aceite 127 para indicar el paso de aceite;

\bullet: una tubería 128 que conecta el separador de aceite 126 con el condensador 105, que forma el lado caliente de un intercambiador de calor en contracorriente 150;

\bullet: un depósito 130 para recoger el medio refrigerante líquido, colocado en el extremo de la tubería 128, que está conectado a la entrada 111 del evaporador 110 por una tubería 132 sobre la que se proporcionan de forma secuencial una válvula solenoide 134 (denominada en este documento en lo sucesivo válvula solenoide I) y una válvula controlada de forma termostática 136 que forma el miembro regulador del circuito 100 de la fase de menor temperatura;

\bullet: la tubería de regreso o de succión 124 del compresor 120, que tiene un mayor diámetro que la tubería de suministro 122 y está conectada a la salida 112 del evaporador 110.

En esta primera realización de la presente invención, el circuito fluidodinámico 100 de la fase de menor temperatura comprende finalmente un conducto de derivación 140 conectado a la tubería de suministro 122 del primer compresor 120 por un empalme en T 142 (denominado en este documento en lo sucesivo el sexto empalme) y conectado además a la tubería de succión 124 del mismo compresor mediante otro empalme en T (séptimo empalme). Comenzando desde el sexto empalme 142, en el conducto de derivación 140 se instalan de forma secuencial una válvula solenoide 146 (denominada en este documento en lo sucesivo válvula solenoide II) y un tubo capilar 148.

El circuito fluidodinámico de la fase de mayor temperatura, que se indica generalmente con 200 en la Figura 1 y que puede usar, por ejemplo, R404a (es decir, una mezcla del 44,1% de R125, del 51,9% de R143a y del 4,0% de 134a) como un medio refrigerante, comprende a su vez los siguientes componentes:

\bullet: un compresor 210 (denominado en este documento en lo sucesivo el segundo compresor) accionado por un motor asincrónico, conectado por el cable de conducción eléctrica 32 al rectificador 30 que controla la velocidad de rotación del mismo entre un valor ajustado máximo y uno mínimo;

\bullet: la tubería de suministro 212 del compresor 210;

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\bullet: la tubería de regreso o de succión 214 del compresor 210, que tiene un mayor diámetro que la tubería de suministro 212 y está conectada a la salida del lado frío del intercambiador de calor 150;

\bullet: un condensador 220 (de hecho, una batería de tubos tabicados con los ventiladores de enfriamiento accionados por motor relacionados) localizado en el extremo de la tubería de suministro 212 del compresor 210 y conectado por una tubería de conexión corta 223 a un depósito 224 para el medio refrigerante líquido;

\bullet: una tubería de salida 230 del depósito 224, sobre la que proporciona en una secuencia: un filtro de secado 232, un indicador de flujo de aceite 234 para indicar el paso de aceite y un empalme en T 236 (denominado en este documento en lo sucesivo primer empalme). Desde este primer empalme 236 parte una tubería 240 (denominada la tubería principal) sobre la que se instalan de forma secuencial las válvulas solenoides 242, 244 (denominadas en este documento en lo sucesivo válvula solenoide III y válvula solenoide IV, respectivamente) y una válvula controlada de forma termostática 246 que forma el miembro regulador del circuito fluidodinámico de la fase de mayor temperatura 200. La tubería principal 240 alcanza el evaporador 205 del circuito 200 de la fase de mayor temperatura 200, que forma el lado frío del intercambiador de calor 150 que ya se ha mencionado.

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De acuerdo con una característica básica de la presente invención, de dicho primer empalme en T 236 también parte una tubería secundaria 241 en la que hay instalada una válvula solenoide 248 (denominada en este documento en lo sucesivo válvula solenoide V) y que se extiende por un tanque sellado 250 para terminar finalmente en la tubería principal 240 por un empalme en T 245 (denominado en este documento en lo sucesivo el segundo empalme) situado aguas abajo de la válvula solenoide III 242. En el tanque 250 (que forma otra característica importante de la presente invención y que se denomina en este documento en lo sucesivo tanque de almacenamiento, ya que actúa como un medio de almacenamiento frío, como se explicará a continuación con más detalle) se introduce, por una tubería 237 provista de una válvula de compuerta 239, un líquido eutéctico de cualquier tipo adecuado, tal como, por ejemplo, una solución acuosa de etilenglicol.

Además de la tubería secundaria 241, por el tanque 250 pasa también una longitud con forma de bobina de una tubería 252, que se debe denominar en este documento en lo sucesivo la tubería de recuperación. La tubería de recuperación 252 comienza en un empalme con forma de T 254 (denominado en este documento en lo sucesivo el tercer empalme) que se sitúa aguas abajo del segundo empalme 245 y aguas arriba de la válvula solenoide IV 244 y de forma secuencial sobre la tubería 252 también se proporciona una válvula solenoide adicional 256 (denomina en este documento en lo sucesivo válvula solenoide VI) una válvula controlada de forma termostática 258. La tubería de recuperación 252 continúa aguas abajo del tanque de almacenamiento 250 hasta que alcanza su punto de terminación en otro empalme con forma de T 255 (denominado en este documento en lo sucesivo el quinto empalme) situado en la tubería de succión 214 del segundo compresor 210 aguas abajo de la salida del lado frío del intercambiador de calor 150.

En esta realización de la presente invención, el circuito fluidodinámico 200 de la fase de mayor temperatura comprende finalmente un conducto de derivación 260 que sale del depósito 224 del medio refrigerante líquido en una posición superada con respecto a la tubería 230 y termina en un empalme en T 266 (denominado en este documento en lo sucesivo el cuarto empalme) en la tubería principal 240 en una localización situada entre la válvula reguladora 246 y la entrada del lado frío del intercambiador de calor 150. De un modo conocido per se, en el conducto de derivación 260 se proporciona de forma secuencial una válvula solenoide adicional 262 (denominada en este documento en lo sucesivo válvula solenoide VII) y un tubo capilar 264.

El modo de funcionamiento es del siguiente modo, suponiendo que para el tipo de ensayo que se tiene que realizar en la cámara climática, las especificaciones demandan realizar N ciclos que consisten de forma secuencial en cuatro etapas, es decir: calentar la muestra colocada en la cavidad aislada térmicamente de la cámara hasta una temperatura ajustada máxima t_{1} = +150ºC; mantener la muestra a dicha temperatura t_{1} durante 3 horas; enfriar la muestra hasta una temperatura ajustada mínima t_{2} = -70ºC; mantener la muestra a dicha temperatura t_{2} durante 3 horas.

En el primero de los N ciclos de ensayo que se tienen que realizar de acuerdo con la especificación, el funcionamiento del aparato es completamente tradicional, es decir, las primeras dos etapas se realizan usando los elementos calentadores eléctricos 14, ayudados por el ventilador accionado por motor 19, bajo el control del PLC 25. En la siguiente etapa de enfriamiento, el PLC 25, después haber desconectado en primer lugar los elementos calentadores 14, mientras que, sin embargo, mantiene funcionando de forma regular el ventilador accionado por motor 19, provoca que los rectificadores 20 y 30 alimenten los motores de accionamiento de los compresores 120 y 210 a la máxima frecuencia, por ejemplo, 60 Hz si la frecuencia de línea es 50 Hz, hasta que la sonda 16 conectada al PLC detecta finalmente que la temperatura t_{2} se ha alcanzado en la cavidad 10. Durante esta etapa de enfriamiento, el PLC 25 garantiza que el estado de las válvulas solenoides en los circuitos es como se indica a continuación en la Tabla 1, en la que ENCENDIDO significa que el solenoide de la válvula correspondiente está activado mientras que APAGADO significa que está desactivado.

TABLA 1

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A partir de esto resulta que ambas fases de la unidad de refrigeración funcionan a capacidad completa y necesitan un determinado tiempo T_{I} (que, por lo tanto, es la duración de la tercera etapa del primer ciclo de funcionamiento) para disminuir la temperatura en la cavidad 10 de t_{1} a t_{2}.

En la cuarta etapa posterior del ciclo de ensayo, durante la cual el PLC 25 mantiene la cavidad 10 a la mínima temperatura ajustada t_{2}, el rectificador 20 y el rectificador 30 disminuyen la velocidad de rotación de los motores de ambos compresores 120 y 210. Después de alcanzar de este modo la menor velocidad admisible para un funcionamiento correcto de los compresores, el PLC 25 garantiza que, a lo largo de la duración de esta cuarta etapa, el estado de las válvulas solenoides en los circuitos es como se indica a continuación en la Tabla 2:

TABLA 2

2

Como un resultado, considerando la cantidad muy pequeña de potencia de refrigeración necesitada por la cavidad 10 en esta etapa, prácticamente toda la capacidad de refrigeración del circuito 200 de la fase de mayor temperatura ya no se usa más en el intercambiador de calor 150 para enfriar el medio refrigerante que fluye al interior del circuito 100 de la fase de menor temperatura. De acuerdo con una característica básica de la presente invención, la capacidad de refrigeración del circuito 200 de la fase de mayor temperatura 200 se usa más bien para enfriar (hasta el punto de congelación) el líquido eutéctico en el tanque de almacenamiento 250 por la tubería de recuperación 252.

En la etapa de enfriamiento del siguiente (segundo) de los N ciclos de temperatura especificados, el PLC 25 garantiza que el estado de las válvulas solenoides en el circuito es como se indica a continuación en la Tabla 3:

TABLA 3

3

de forma que en la tubería secundaria 241, es decir, aguas arriba de la válvula reguladora 246, el medio refrigerante se subenfría mediante el frío acumulado en el tanque 250 con ventajas fácilmente comprensibles desde un punto de vista termodinámico.

Este subenfriamiento, afectando y condicionando la evaporación del mismo medio refrigerante en el intercambiador de calor 150, tiene un efecto favorable sobre la condensación del medio refrigerante en el circuito 100 del circuito de menor temperatura, potenciando de este modo la eficacia de este último. El resultado final es que la duración de la tercera etapa del segundo ciclo de funcionamiento, en la que la temperatura en la cavidad 10 se disminuye desde t_{1} a t_{2}, no es igual que el tiempo T_{I} necesario en el primer ciclo, pero tiene un valor T_{II} que es considerablemente menor que T_{I}. La cuarta etapa del segundo ciclo de funcionamiento es similar a la cuarta etapa del primer ciclo de funcionamiento. Todos los ciclos de ensayo posteriores que se tienen que realizar de acuerdo con las especificaciones se realizarán después del mismo modo como se ha descrito anteriormente junto con el segundo ciclo.

De la anterior descripción se puede comprender de muy forma sencilla la disminución de la duración global de un ensayo de laboratorio y, como un resultado, del consumo energético relacionado, de lo que se obtiene, para el cliente que ha pedido el ensayo, la clara ventaja de poder obtener los resultados deseados del ensayo en un tiempo mucho menor, así como tener que pagar un precio menor por el ensayo, mientras que para los que gestionan el laboratorio de ensayo y usan la cámara de ensayo climático, la ventaja resultante se basa en la capacidad de gestionar un mayor número de ensayos en un periodo de tiempo dado, por ejemplo, un año.

Si sucede la condición en la que el almacenamiento de frío en el tanque 250 se ha completado totalmente, es decir, el líquido eutéctico almacenado en el mismo se ha congelado completamente, se activa la función de derivación del circuito 200. Entonces, el PLC 25 garantiza que el estado de las válvulas solenoides en los circuitos es como se indica a continuación en la Tabla 4:

TABLA 4

4

A continuación se describirá la segunda realización de la presente invención, que se ilustra en la Figura 2 y comprende una unidad de refrigeración de fase única, en primer lugar se debe señalar que tal realización está destinada a usarse cuando la temperatura ajustada mínima de los ciclos de ensayo que se tienen que realizar es mayor que en la primera realización, es decir, tiene, por ejemplo, un valor t_{2} = -20ºC, mientras que el valor de la temperatura máxima o más elevada puede ser igual que la considerada junto con la primera realización, es decir, t_{1} = +170ºC.

El circuito fluidodinámico, que se indica generalmente con 400 en la Figura 2 y usa, por ejemplo, R404A como un medio refrigerante, se usa para enfriar, con su evaporador 405, la cavidad aislada térmicamente 310 de una cámara de ensayo climático. En el interior de la cavidad 310 se disponen, además del evaporador 405: la sonda 316 de un termostato ajustable 315 para ajustar y controlar una temperatura ajustada máxima y una mínima; un grupo de elementos calentadores eléctricos 314 controlados por un termostato limitador de temperatura 317 detrás de una placa deflectora 312 para desviar el de aire; el impulsor 318 de un ventilador accionado por motor 319 adaptado para proporcionar un flujo regular de aire en el interior de la cavidad 310. El termostato ajustable 315 se dispone en el exterior de la cavidad 310 y está asociado a un PLC 325 que controla toda la cámara de ensayo climático. En particular, el PLC 325 está conectado por un cable eléctrico 323 a un rectificador 320 y se alimenta por la red de suministro de energía. El termostato de seguridad limitador de temperatura 317 está conectado a su vez al cable de suministro de energía convencional (no mostrado) de los elementos calefactores eléctricos 314.

El circuito 400 comprende, además del evaporador que se ha mencionado anteriormente 405, que tiene una entrada 406 y una salida 407:

\bullet: una primera válvula interruptora solenoide 408 (denominada en este documento en lo sucesivo válvula solenoide I) y una válvula controlada de forma termostática 409 que forma el miembro regulador del circuito, situada aguas arriba de la entrada 406 del evaporador 405 a lo largo de una tubería 440 denominada en este documento en lo sucesivo la tubería principal;

\bullet: un compresor 410 accionado por un motor asincrónico controlado por el rectificador 320, al que se conecta mediante el cable de suministro de energía 322;

\bullet: la tubería de suministro 412 del compresor 410;

\bullet: la tubería de regreso o de succión 414 del compresor 410, que tiene un diámetro mayor que la tubería de suministro 412 del mismo y está conectada a la salida 407 del evaporador 405;

\bullet: un condensador 420 (de hecho, una batería de tubos tabicados con los ventiladores de enfriamiento accionados por motor relacionados 422), localizado en el extremo de la tubería de suministro 412 del compresor 410 y conectado mediante una tubería de conexión corta 423 a un depósito 424 para el medio refrigerante líquido;

\bullet: una tubería de salida 430 del depósito 424, en la que se proporcionan de forma secuencial: un filtro de secado 432, un indicador de flujo de aceite 434 para indicar el paso de aceite y un empalme en T 436 (denominado en este documento en lo sucesivo primer empalme). Este primer empalme 436 es el lugar en el que desembocan la tubería principal que se ha mencionado anteriormente 440 y una denominada tubería secundaria 441 (que forma una característica básica de la presente invención como se explicará a continuación con más detalle).

A lo largo de la tubería principal 440, comenzando del primer empalme 436 aguas arriba de la válvula solenoide I 408 y la válvula reguladora 409, se proporcionan de forma secuencial una válvula solenoide 442 (válvula solenoide II), un segundo empalme en T 444, un tercer empalme en T 446, y un cuarto empalme en T 448.

La tubería secundaria 441 comprende a su vez aguas abajo de una válvula solenoide 443 (válvula solenoide III) una longitud con forma de bobina de la misma que pasa a través de un tanque sellado 450 y termina en la tubería principal 440 por el segundo empalme en T 444, situándose este empalme en T aguas abajo de la válvula solenoide II 442, como se ha señalado anteriormente.

El tanque 450 actúa como un medio de almacenamiento de frío o acumulador de frío ya que está lleno, por una tubería 437 provista de una válvula de compuerta 439, de un líquido eutéctico de cualquier tipo adecuado, tal como una solución acuosa de etilenglicol. Además de la tubería secundaria 441, a través del tanque 450 pasa también una longitud con forma de bobina de una denominada tubería de recuperación 452. Esta tubería de recuperación 452 se ramifica desde la tubería principal 440 desde el tercer empalme con forma de T que se ha mencionado anteriormente 446 y, aguas abajo de dicha longitud con forma de bobina de la misma, se une y desemboca en la tubería de regreso o de succión 414 del compresor 410 en el sitio en el que se proporciona un quinto empalme en T 454. Una válvula solenoide adicional 456 (válvula solenoide IV) y una válvula controlada de forma termostática adicional 458 se proporcionan de forma secuencial entre dicho tercer empalme en T 446 y el comienzo de dicha longitud con forma de bobina de la tubería de recuperación 452.

De un modo conocido per se, el circuito 400 comprende finalmente un conducto de derivación 460 que sale del depósito 424 del medio refrigerante líquido, que se localiza inmediatamente aguas abajo del condensador 424 y desemboca en la tubería de regreso o de succión 414 del compresor 410 en el sitio en el que se proporciona el cuarto empalme en T 448. Una última válvula 462 (válvula solenoide V) y un tubo capilar 464 se proporcionan de forma secuencial en el conducto de derivación 460.

El modo de funcionamiento es del siguiente modo, suponiendo que para el tipo de ensayo que se tiene que realizar en la cavidad aislada térmicamente 310 de la cámara climática, las especificaciones demandan realizar N ciclos que consisten en cuatro etapas, es decir, calentar la muestra colocada en la cavidad aislada térmicamente de la cámara hasta una temperatura ajustada máxima t_{1} = +170ºC; mantener la muestra a la temperatura t_{1} durante 3 horas; enfriar la muestra hasta una temperatura mínima t_{2} = -20ºC; mantener la muestra a la temperatura t_{2} durante 3 horas.

En las primeras dos etapas del primero de los N ciclos de ensayo especificados, la cavidad 310 se calienta mediante los elementos calentadores eléctricos 314, ayudados por el ventilador accionado por motor 319, bajo el control del PLC 325. En la siguiente etapa de enfriamiento, el PLC 325, después de haber desconectado en primer lugar los elementos calentadores 314, mientras que, sin embargo, se mantiene funcionando de forma regular el ventilador accionado por motor 419, se provoca que el rectificador 320 alimente el motor de accionamiento del compresor 410 a la máxima frecuencia, por ejemplo, 60 Hz si la frecuencia de línea es 50 Hz, de forma que la velocidad de rotación del mismo alcance el máximo valor admitido del mismo. Durante esta tercera etapa del primer ciclo de funcionamiento, que termina después de que la sonda 316 del PLC 325 indica que la temperatura ajustada t_{2} = -20ºC se ha alcanzado finalmente en el interior de la cavidad 310 y, como resultado, después de que haya transcurrido un tiempo T_{I}, el PLC 325 garantiza que el estado de las válvulas solenoides en el circuito es como se indica a continuación en la Tabla 5:

TABLA 5

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Esto da como resultado un funcionamiento generalmente tradicional del circuito de refrigeración 400, que, por el otro lado, continúa funcionando de un modo tradicional incluso en la siguiente cuarta etapa de este primer ciclo de ensayo. Durante esta cuarta etapa, que tiene una duración preajustada, el rectificador 320, de hecho, disminuye la velocidad de rotación del motor del compresor 410 hasta la menor velocidad admisible para un funcionamiento correcto del mismo compresor, y el PLC 325 garantiza que el estado de las válvulas solenoides en el circuito es como se indica a continuación en la Tabla 6:

TABLA 6

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Como un resultado, dada la cantidad muy pequeña de capacidad de refrigeración necesitada por la cavidad 310 para mantener la mínima temperatura ajustada, casi toda la capacidad de refrigeración del circuito 400 se usa en este punto más bien para enfriar (hasta el punto de congelación) el líquido eutéctico en el tanque de almacenamiento de frío 450 por la tubería de recuperación 452, de acuerdo con la característica básica de la presente invención que se ha citado anteriormente.

En el siguiente ciclo de funcionamiento, es decir, el segundo de los N ciclos especificados, el PLC 325 garantiza que en la tercera etapa, en la que la temperatura de la muestra en la cavidad 310 se enfría, el estado de las válvulas solenoides en el circuito es como se indica a continuación en la Tabla 7,

TABLA 7

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con el resultado de que en la tubería secundaria 441, es decir, aguas arriba de la válvula reguladora 408, el medio refrigerante se subenfría por el frío acumulado por el líquido eutéctico congelado en el tanque de almacenamiento de frío 450.

Como en el caso de la primera realización, este subenfriamiento tiene el efecto de potenciar la eficacia termodinámica y, como un resultado, la duración de la etapa que se ha mencionado anteriormente del segundo ciclo de funcionamiento ya no es la misma que la duración T_{I} de la etapa correspondiente del primer ciclo, sino más bien T_{II}<T_{I}. Todos los ciclos de ensayo especificados posteriormente tendrán lugar después del mismo modo que el segundo ciclo. En consecuencia, las ventajas obtenidas de esto son prácticamente iguales que las que ya se han indicado anteriormente en este documento junto con la primera realización de la presente invención.

Incluso en la segunda realización de la presente invención, si sucede la condición en la que el almacenamiento de frío en el tanque 450 se ha completado totalmente, es decir, el liquido eutéctico se ha congelado debidamente, la derivación del circuito 400 se activa. El PLC 325 asegurará entonces que el estado de las válvulas solenoides en el circuito es como se indica a continuación en la Tabla 8:

TABLA 8

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Aunque la invención se ha descrito anteriormente con referencia particular a un par de realizaciones preferidas de la misma, se entenderá que la propia invención también se puede mejorar en varias formas y variantes diferentes sin apartarse del alcance de la misma como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Una cámara de ensayo climático, en la que durante una secuencia de ciclos de ensayo especificados, al menos una cavidad de ensayo (10, 310) se enfría hasta y se mantiene a una temperatura ajustada mínima mediante una unidad de refrigeración que incluye al menos un circuito de refrigeración (200; 400), donde fluye a través del mismo un medio refrigerante, que comprende:

-: un compresor (210; 410), con una tubería de suministro (212; 412) y una tubería de succión (214; 414) accionado por un motor eléctrico, cuya velocidad de rotación se puede ajustar entre un valor máximo y un valor mínimo,

-: un condensador (220; 420),

-: un evaporador (205; 405) que tiene una entrada (111; 406) y una salida (112; 407)

-: un dispositivo regulador (246; 409) en el extremo de una tubería principal (240; 440) entre el condensador (220; 420) y la entrada (111; 406) del evaporador (105; 405),

caracterizada porque comprende adicionalmente:

-: un tanque (250; 450) que se llena con un medio de almacenamiento de frío y a través del que se hace pasar:

\bullet: una tubería secundaria (241; 441) que se extiende entre un primer y un segundo empalme (236, 245; 436, 444) a lo largo de dicha tubería principal (240; 440), aguas arriba de dicho dispositivo regulador (246; 409),

\bullet: una tubería de recuperación (252; 452) que se extiende entre un tercer empalme (254; 446) aguas abajo de dicho segundo empalme (245; 444) a lo largo de dicha tubería principal (240; 440) y un quinto empalme (255; 454) a lo largo de dicha tubería de succión (214; 414);

-: medios de válvula adicionales (242, 248, 256; 442, 443, 456) adaptados para abrirse y cerrarse selectivamente para:

\bullet: tener medio de almacenamiento de frío enfriado por el medio refrigerante que fluye a través de dicha tubería de recuperación (252; 452) durante las etapas de los ciclos de ensayo en los que dicha cavidad de ensayo se mantiene a la mínima temperatura ajustada, realizándose dichas etapas con el motor de accionamiento del compresor (210; 410) funcionando a la mínima velocidad de rotación del mismo,

\bullet: para recuperar el frío acumulado por el medio de almacenamiento de frío para subenfriar el medio refrigerante que fluye a través de tubería secundaria (241; 441) durante las etapas de enfriamiento de los ciclos de ensayo, realizándose dichas etapas con el motor de accionamiento del compresor (210; 410) funcionando a la máxima velocidad de rotación del mismo, en vista de disminuir la duración global de los ciclos de ensayo y, como un resultado

\bullet: para reducir el consumo energético al realizar dichos ciclos de ensayo especificados.

2. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho circuito de refrigeración (200) forma la fase de mayor temperatura de una unidad de refrigeración en cascada de dos fases, en la que dicho evaporador (205) forma el lado frío de un intercambiador de calor (150) que tiene como el lado caliente del mismo el condensador (105) de un segundo circuito de refrigeración (100) que forma la fase de menor temperatura de la misma unidad de refrigeración, y donde el evaporador (110) de dicho segundo circuito de refrigeración (100) está en una relación de intercambio de calor con dicha al menos una cavidad de ensayo (10).

3. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho compresor (210; 410) se acciona por un motor eléctrico, cuya velocidad de rotación se controla mediante un rectificador (30; 320).

4. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por la provisión de una unidad de control programable (25; 325).

5. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho medio de almacenamiento de frío es un líquido eutéctico.

6. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho medio de almacenamiento de frío es una solución acuosa de etilenglicol.

7. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los compresores (120, 210; 410) se accionan por motores asincrónicos.

8. La cámara de ensayo climático de acuerdo con la reivindicación 1, en la que se instalan elementos calentadores (14; 314), preferiblemente de tipo eléctrico, en una relación de intercambio de calor con dicha al menos una cavidad de ensayo (10).

9. Un método para realizar una secuencia de ciclos de ensayo planeados en una cámara de ensayo climático que comprende las etapas de enfriar al menos una cavidad de ensayo (10; 310) y mantenerla a una temperatura ajustada mínima mediante una unidad de refrigeración, comprendiendo esta última al menos un circuito de refrigeración (200; 400) donde fluye a través del mismo un medio refrigerante y que incluye también un compresor (210; 410) cuya velocidad de rotación se puede ajustar entre un valor máximo y un valor mínimo, caracterizado porque durante dichas etapas, en las que dicha cavidad (10; 310) se mantiene en dicha mínima temperatura ajustada, el compresor (210; 410) funciona a la mínima velocidad de rotación del mismo y se usa la capacidad de refrigeración para enfriar un medio de almacenamiento de frío, mientras que durante las etapas de enfriamiento, en las que el compresor (210; 410) funciona a la máxima velocidad de rotación del mismo, el frío almacenado por dicho medio de almacenamiento de frío se recupera para subenfriar el medio refrigerante en dicho circuito de refrigeración (200; 400).