ES2336096T3 - Control de valvula de expansion. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para controlar un dispositivo (20) de expansión dentro de un bucle de refrigerante de un sistema (10) de refrigeración, comprendiendo dicho procedimiento las operaciones de: detectar la temperatura y la presión en la salida de al menos un compresor (24) dentro del bucle de refrigerante; caracterizado por obtener una temperatura de descarga saturada basada en la presión detectada en la salida de al menos un compresor; calcular un sobrecalentamiento de la descarga en la salida del al menos un compresor que usa la temperatura de descarga saturada; y controlar el dispositivo de expansión dentro del bucle de refrigerante en respuesta al sobrecalentamiento de descarga calculado, en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de la descarga incluye la operación de generar un algoritmo matemático para calcular el sobrecalentamiento de descarga que está basado en la capacidad de al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.
Description
Control de válvula de expansión.
Esta invención se refiere a dispositivos de
expansión usados en los sistemas de refrigeración y
acondicionamiento de aire para ajustar la circulación de
refrigerante en un circuito de refrigeración. En particular, esta
invención se refiere a dispositivos de expansión usados en los
sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire que requieren
varias etapas de capacidad de refrigeración.
Un papel de un dispositivo de expansión en los
sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire que requiere
varias etapas de la capacidad de enfriamiento es el de configurar su
geometría (tamaño de orificio) de un modo tal que la circulación de
la masa de refrigerante a través del dispositivo corresponda
exactamente a la circulación de la masa generada por uno o más
compresores. Este control de la circulación de refrigerante debe
mantener también una condición de gas óptima del refrigerante que
entra en el lado de aspiración del compresor.
Las válvulas de expansión térmicas, TXVs, y las
válvulas de expansión controladas electrónicamente, EXVs, se usan
en los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire. La
solución tradicional para controlar TXVs o EXVs es proporcionar una
señal que abra o cierra la válvula basada en una evaluación del gas
de aspiración sobrecalentada. Sobrecalentamiento es la diferencia
entre la temperatura de refrigerante real y la temperatura de
refrigerante saturado (temperatura que corresponde al cambio de
fase). En las válvulas de expansión térmica (TXV) el tipo de
control usado es analógico. La TXV está equipada con una burbuja en
una tubería de aspiración de compresor que detecta la temperatura
de refrigerante. Se proporciona también una señal de presión
correspondiente a la presión de la tubería de aspiración. Basado en
estas dos señales (temperatura de refrigerante y presión de
refrigerante en la entrada de compresor), el sistema analógico
ajusta la abertura TXV para mantener un nivel requerido de
sobrecalentamiento de la aspiración (punto de rocío). Esta clase de
dispositivo de expansión tiene un margen limitado de aplicación. Si
el circuito de refrigeración puede funcionar con una gran separación
de las capacidades y con un gran campo de condiciones de
funcionamiento, entonces el tipo TXV de control no puede ser
optimizado en todos los posibles modos de funcionamiento.
Los dispositivos de expansión electrónicos (EXV)
son usualmente válvulas accionadas electrónicamente que se ajustan
basándose en algoritmos de control más o menos sofisticados. La
abertura EXV ajustada debe ser tal que el refrigerante que entra en
el evaporador se evapore totalmente en el evaporador. A este
respecto, preferiblemente no debería quedar gota alguna de
refrigerante líquido en el evaporador. Esto es extraordinariamente
importante porque las cantidades excesivas de líquido refrigerante
que entren en el compresor procedentes del evaporador, pueden
ocasionar el fallo del compresor. Para tener la seguridad de que
ningún líquido refrigerante deja el evaporador, se requiere
usualmente un sobrecalentamiento significativo de la aspiración.
Este requisito para optimizar la efectividad del evaporador es
opuesto a la efectividad del objetivo de conseguir la mejor
eficiencia del sistema minimizando el sobrecalentamiento de la
aspiración.
Para satisfacer un funcionamiento seguro del
compresor y conseguir también una buena eficiencia del sistema
global, el sobrecalentamiento de la aspiración se mantiene
usualmente en un nivel de aproximadamente 5ºC. Una mejora
significativa de la eficiencia del sistema se obtendría si se
pudiese garantizar la no entrada de gotas de refrigerante líquido
en el compresor con un menor sobrecalentamiento de la aspiración. No
obstante, es extraordinariamente difícil medir la diferencia de
temperaturas que define el sobrecalentamiento de la aspiración con
una magnitud inferior a 5ºC con razonable confianza. En particular
cuando el refrigerante está cerca de la saturación, los problemas
de la mala distri-
bución del refrigerante o de homogeneidad del refrigerante hacen casi imposible medir esta diferencia de temperaturas.
bución del refrigerante o de homogeneidad del refrigerante hacen casi imposible medir esta diferencia de temperaturas.
Los documentos US-6321549,
US-6044651, EP-0237822 y
US-4878355 establecen varios métodos de control
controlando una válvula de expansión del ciclo de
refrigeración.
Según un aspecto de la presente invención se
proporciona un procedimiento para controlar un dispositivo de
expansión como el reivindicado en la reivindicación 1.
Según otro aspecto de la presente invención se
proporciona un sistema para controlar un dispositivo de expansión
como el reivindicado en la reivindicación 11.
La invención proporciona para el control una
válvula de expansión sin basarse en la medición de la temperatura
en el lado de aspiración de un compresor, el control de la válvula
de expansión es premezclado en un cálculo de calentamiento de la
descarga sobrecalentada que usa un algoritmo matemático basado en la
capacidad actual de uno o más compresores activados. El cálculo de
la descarga sobrecalentada está basado preferiblemente en la
aspiración detectada y las presiones de descarga para uno o más
compresores. El sobrecalentamiento calculado de la descarga es
comparado preferiblemente con el sobrecalentamiento de la descarga
real que está basado en una temperatura del gas de descarga
detectada. La comparación permite preferiblemente que la descarga
real sobrecalentada esté dentro de una cantidad prescrita del
sobrecalentamiento de la descarga calculado. Este procedimiento de
cálculo tiene una probabilidad de error muy inferior cuando es
contrastado con un cálculo basado en la detección de la temperatura
de aspiración. A este respecto, cuando el compresor o compresores
funcionan en la condición denominada "condición inundada" (no
hay aspiración sobrecalentada), la medición de las condiciones del
refrigerante en una sección que deja el evaporador o sección de
entrada de compresor no da idea de la calidad del refrigerante
(cantidad de líquido refrigerante en una mezcla) que entra en el
compresor. En realidad, cuando el refrigerante que entra en el
compresor es un gas saturado o una mezcla de gas saturado y
líquido, la temperatura del refrigerante es igual a la temperatura
del refrigerante saturado con un sobrecalentamiento de la
aspiración que es igual a cero. Es imposible distinguir entre una
operación transitoria aceptable con algunas gotas de líquido que
entran en el compresor y una operación con una gran cantidad de
líquido, que ocasiona un fallo muy rápido del compresor.
El cálculo del sobrecalentamiento basado en las
condiciones del refrigerante en la descarga desde el compresor que
permite un control para distinguir claramente la calidad del
refrigerante (cantidad de líquido en una muestra) que entra en el
compresor. El conocimiento de la calidad del refrigerante mientras
funciona con mínima o nula aspiración de gas sobrecalentado permite
un control apropiado de la abertura de la EXV en un
sobrecalentamiento de la aspiración bajo, transitorio.
Para una comprensión más completa de la presente
invención, debe hacerse referencia ahora a la descripción detallada
siguiente de la misma considerada en combinación con los dibujos que
se acompañan, en los que:
La Figura 1 es una vista esquemática de un
sistema refrigerador para suministrar agua refrigerada a una carga
situada aguas abajo;
la Figura 2 es una representación gráfica de la
compresión de vapor refrigerante mediante el compresor que funciona
con una capacidad particular dentro del sistema de refrigeración de
la Figura 1;
la Figura 3 es una ampliación de una porción de
la Figura 2 que representa ciertas variables que tienen valores que
son estipulados o calculados por un controlador asociado con el
sistema de la Figura 1;
la Figura 4 es un gráfico de circulación de un
método usado mediante un controlador asociado con el sistema
refrigerador de la Figura 1 para controlar el dispositivo de
expansión dentro del bucle refrigerante del refrigerador basado en
ciertas de las variables en la Figura 3;
la Figura 5 es una vista esquemática de un
sistema refrigerador alternativo que tiene compresores paralelos;
y
la Figura 6 es un gráfico de circulación de un
método usado por un controlador asociado con el sistema refrigerador
de la Figura 5 para controlar el dispositivo de expansión asociado
con el sistema refrigerador de la Figura 5 para controlar el
dispositivo de expansión dentro del bucle refrigerante del
refrigerador.
Haciendo referencia a la Figura 1, un sistema 10
de refrigeración suministra agua refrigerada por medio de una
tubería 12 a diversos puntos de distribución que no se muestran. Se
ha de tener en cuenta que los puntos de distribución pueden ser uno
o más intercambiadores de calor de la bobina de ventilación que
acondicionan aire que circula a través de los intercambiadores de
calor de la bobina de ventilación que tienen una relación de
intercambio de calor con el agua refrigerada. El aire acondicionado
resultante se proporciona a los espacios que han de ser
refrigerados. Finalmente se ha de tener en cuenta que el agua que
circula a través de cada uno de los intercambiadores de calor de la
bobina de ventilación es finalmente bombeada de nuevo dentro del
refrigerador 10 mediante una bomba 14 de agua.
Se ve que el refrigerador 10 incluye un
condensador 16 que tiene un ventilador 18 asociado con él. El calor
de condensación del vapor refrigerante caliente que refrigera
pasando a través del condensador 16 es eliminado por la circulación
de aire que es producida por el ventilador 18. Este produce
refrigerante líquido subenfriado de alta presión en el extremo de
salida del condensador 16. Esta refrigerante líquido subenfriado de
alta presión circula entrando en una válvula 20 de expansión y es
descargado a una baja presión. El refrigerante líquido entra
después en un evaporador 22. El refrigerante líquido en el
evaporador extraerá calor del agua que circula en una o más
tuberías inmersas en el refrigerante líquido dentro del evaporador.
El agua que circula en una o más tuberías en el evaporador es el
agua que ha sido devuelta desde los puntos de distribución a través
de la bomba 14. El agua refrigerada resultante deja el evaporador 22
y es devuelta a los puntos de distribución por medio de la tubería
12. Por otra parte, vapor refrigerante de baja presión procedente
del evaporador es dirigido a la entrada de aspiración de un
compresor 24. El compresor 24 comprime el vapor refrigerante que
después de ello es descargado en el condensador 16. El compresor 24
incluye preferiblemente al menos dos etapas de compresión que
pueden ser activadas secuencialmente para que satisfagan las
demandas de enfriamiento exigidas en el refrigerador 10. A este
respecto, el único compresor 24 de la Figura 1 puede ser por ejemplo
un compresor alternativo que tenga hasta seis cilindros en el cual
dos, cuatro o seis émbolos podrían ser activados dependiendo de las
necesidades de refrigeración asignadas al sistema.
Las demandas de refrigeración en este sistema
están basadas típicamente en la detección de la temperatura del
agua que deja el refrigerador y la comparación de la misma con una
temperatura del punto establecida para el agua refrigerada. Por
ejemplo, si la temperatura del punto establecida es de 7ºC entonces
el control del refrigerador definirá una capacidad de refrigeración
que normalmente conseguirá una temperatura del agua refrigerada de
7ºC para el agua que sale del refrigerador. Si la temperatura del
agua que sale es mayor de 7ºC, entonces los controles del
refrigerador añadirán una capacidad de refrigeración adicional
activando émbolos adicionales. Si la temperatura del agua que sale
es inferior a 7ºC, entonces la capacidad de refrigeración es
superior a la necesaria y los controles de la refrigeración
reducirán la capacidad de refrigeración reduciendo el número de
émbolos activados.
Haciendo referencia de nuevo al compresor 24, un
sensor 26 de la presión de descarga y un sensor 28 de la
temperatura de referencia están posicionados en la salida del
compresor. Un sensor 30 de la presión de aspiración está
posicionado entre la salida del evaporador 22 y la entrada del
compresor 24. Las salidas de los sensores 26, 28, y 30 están
conectadas a un controlador 32. Como se explicará con detalle más
adelante, el controlador funciona controlando un motor 34 asociado
con la válvula de expansión para abrir o cerrar la válvula de
expansión y de ese modo controlar la circulación de la masa de
refrigerante en el evaporador 22. El control se efectúa de una
manera que permite que la aspiración sobrecalentada sea minimizada
en la entrada del compresor 24 al mismo tiempo que mantiene un
estado del vapor refrigerante adecuado para no introducir gotitas de
líquido refrigerante dañinas dentro del compresor.
Haciendo referencia a la Figura 2, en ella se
ilustra una curva de compresión del vapor para una capacidad de
compresor particular del compresor 24. Se debe apreciar que la curva
definirá una temperatura de aspiración saturada "SST", para
una presión "SP" de aspiración dada, detectada por el sensor
30. Se ha de apreciar también que la curva definirá una temperatura
de descarga saturada, "SDT", para una presión, "DP", de
descarga dada, detectada por el sensor 26.
Haciendo referencia ahora a la Figura 3, un
incremento de una porción de la curva de compresión de vapor de la
Figura 2 se ilustra mejor en combinación con dos líneas inclinadas
que definen ciertas variables que han de ser calculadas por el
controlador 32. En particular, una línea de trazos inclinada
SL_{theo} es preferiblemente tangente a la curva de compresión de
vapor en un punto definido por SST y DP. La línea de trazos
representará generalmente por tanto la pendiente de la curva de
compresión de vapor en este punto. Este punto en la Figura 3 será
denominado aquí en adelante como de sobrecalentamiento de aspiración
cero, lo cual significa que hay cero grados en la temperatura de
sobrecalentamiento por encima de la temperatura SST de aspiración
saturada. La línea inclinada SL_{theo} intersecta la línea DP de
la presión de descarga en un punto definido como T_{theo\_dis}
que se define como la temperatura de descarga teórica que deberá ser
experimentada en el sensor 28 para un sobrecalentamiento cero de la
aspiración. La diferencia entre la T_{theo\_dis} y la temperatura
de descarga saturada SDT es el sobrecalentamiento DSH_{theo} de
descarga teórico. Como se explicará más adelante, un
sobrecalentamiento de descarga óptimo DSH_{opt} se calcula
preferiblemente añadiendo un factor DSH_{cf} de corrección del
sobrecalentamiento de descarga teórico DSH_{theo}. Una línea
inclinada SL_{opt} dibujada paralela a la línea inclinada
SL_{theo} intersecta la línea SP de presión de aspiración para
definir lo que sería un sobrecalentamiento de aspiración óptimo
SSH_{opt} correspondiente al DSH_{opt} calculado.
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se
ilustra un procedimiento utilizado por un procesador programable
dentro del controlador 32. El procedimiento empieza con una
operación 40 en la que el procesador programado accede a la
capacidad del circuito de refrigeración definido actualmente. Como
se ha examinado anteriormente, la capacidad del circuito de
refrigeración dependerá de las demandas de refrigeración
establecidas sobre el sistema de la Figura 1. Los controles de
enfriamiento activarán selectivamente el número apropiado de etapas
de compresión para satisfacer estas demandas de refrigeración. Por
ejemplo, si el compresor tiene seis cilindros que pueden ser
activados por pares sucesivos, entonces el número de cilindros así
activados será indicado en la operación 40.
El procesador continúa con una operación 42 y o
lee directamente valores o lee indirectamente valores previamente
almacenados de la presión de descarga detectada desde el sensor 28,
temperatura de descarga detectada del sensor 26 y una presión de
aspiración detectada desde el sensor 30. Estos valores leídos son
almacenados como "DP", "T_{dis}", y "SP",
respectivamente. El procesador continúa en una operación 44 para
calcular u obtener de otra manera un valor para la temperatura de
descarga saturada, "SDT", basada en el valor de "DP". Como
se ha indicado anteriormente con respecto a la Figura 2, puede ser
usado un modelo matemático de la compresión para obtener
"SDT". El procesador sigue a continuación a una operación 46 y
calcula un sobrecalentamiento de la descarga actual,
"DSH_{act}", sustrayendo "SDT" de "T_{dis}". El
procesador después de ello continúa en una operación 48 para leer
ciertas constantes configurables previamente almacenadas para
descargar el factor "DSH_{cf}" de corrección del
sobrecalentamiento y una banda muerta "DB" de
sobrecalentamiento de descarga permisible.
El procesador continúa en una operación 50 para
leer un conjunto de coeficientes para la capacidad definida de la
operación 40 que después de ello serán usados en un cálculo
efectuado en una operación 52. Se ha de entender que la operación
50 se ejecuta preferiblemente accediendo a un conjunto almacenado de
coeficientes que ha sido desarrollado a partir de una curva de
compresión de vapor tal como la mostrada en la Figura 2 para la
capacidad definida. El procesador continúa con una operación 52 y
calcula un sobrecalentamiento "DSH_{opt}" de descarga del
compresor óptimo. El algoritmo usado para calcular este
sobrecalentamiento de la descarga de compresor óptima puede ser
calculado en una o más operaciones separadas. En la realización
preferida, una temperatura de descarga teórica, T_{theo\_dis}, es
una temperatura de descarga correspondiente a un sobrecalentamiento
de la aspiración de 0ºC. Este se calcula primero basado en que es
una función de la presión de aspiración, "SP", la presión de
descarga, "DP" y un valor dado de la temperatura de descarga
saturada, "SDI". Esto se puede expresar como sigue:
T_{theo\_dis}
= SDT + A_{i} + B_{i}*DP + C_{i}*SP +
D_{i}*(DP/SP)
La presión "SP" de aspiración y la presión
"DP" de descarga son valores detectados. La temperatura, SDT,
de descarga saturada puede ser obtenida o calculada para una
presión de descarga detectada del compresor que funciona con una
capacidad de compresor dada. A_{i}, es una constante y B_{i},
C_{i} y D_{i}, son coeficientes para una capacidad de compresor
dada, indicada por el subíndice "i". Los valores A_{i},
B_{i}, C_{i} y D_{i} definen una relación lineal entre
T_{theo\_dis} y SP, DP, y SDT. Esta relación lineal está indicada
por la línea inclinada SL_{theo} en la Figura 3. Se ha de apreciar
que esta relación lineal puede ser generada usando principios de
modelación matemática apropiados para la compresión de vapor a una
capacidad dada de compresión dentro de un circuito de refrigeración
dado. También se aprecia que los valores de A_{i}, B_{i},
C_{i} y D_{i}, pueden ser generados para las tres capacidades de
compresor específicas para el compresor 24 de la Figura 1. En este
caso. el procesador programado dentro del controlador tendrá acceso
a los siguientes conjuntos de coeficientes:
- Capacidad_1_compresor: A_{1}, B_{1}, C_{1}, D_{1}
- Capacidad_2_compresor: A_{2}, B_{2,} C_{2,} D_{2}
- Capacidad_3_compresor: A_{3}, B_{3}, C_{3}, D_{3}
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha de apreciar que el algoritmo matemático
anterior usado para calcular T_{theo\_dis} puede estar basado
también en mediciones variables del sistema distintas que "SP",
y "DP". Por ejemplo, es posible desarrollar un algoritmo
matemático para calcular una temperatura de descarga teórica basada
en la corriente de compresor medida, la potencia de entrada del
compresor o la capacidad de refrigeración mezclada con una medición
de la temperatura del refrigerante saturado medida directamente en
el condensador y el refrigerador y puede tener un número diferente
de constantes y coeficientes.
Una vez calculada T_{theo\_dis}, entonces una
descarga teórica sobrecalentada, DSH_{theo}, puede ser calculada
como sigue:
DSH_{theo} =
T_{then\_dis} -
SDT
Una descarga óptima sobrecalentada DSH_{opt}
se calcula preferiblemente añadiendo el factor "DSH_{cf}" de
corrección de sobrecalentamiento de descarga obtenido en la
operación 48 para DSH_{theo} como sigue:
DSH_{opt} =
DSH_{theo} +
DSPH_{cf}
DSH_{opt} está representado en la Figura 3
como una constante que ha de ser añadida al sobrecalentamiento de
descarga. Este corresponde a una cantidad permisible de
sobrecalentamiento SSH de aspiración definido por la línea
inclinada SL_{opt}. En teoría la mejor efectividad de un sistema
se consigue cuando el sobrecalentamiento SSH de la aspiración es
igual a 0ºC. En realidad, funcionando con un sobrecalentamiento SSH
de la aspiración de 1 a 3ºC se proporciona seguridad adicional al
funcionamiento del compresor al mismo tiempo no se altera
significativamente la eficiencia del sistema. El valor particular de
DSH_{cf} es escogido de modo que corresponde a un SSH de 1 a 3º
para una capacidad de compresor dada dentro del circuito de
refrigeración.
El procesador continúa en una operación 54 y
pregunta si el DSH_{act} calculado en la operación 46 es menor
que el DSH_{opt} calculado en la operación 52 menos el ancho de
banda "DB" sobrecalentado de descarga permisible. DB se usa
para impedir la inestabilidad en el control del dispositivo 20 de
expansión. A este respecto, los dispositivos de expansión tienen su
propia "resolución". Por ejemplo, la posición de la válvula de
un dispositivo de expansión puede variar un 1%. Esta variación del
1% corresponderá usualmente a una variación del 1% en la abertura
del dispositivo. Esta originará a su vez un aumento o una
disminución en la circulación de refrigerante que entra en el
evaporador, que a su vez afectará al sobrecalentamiento de la
aspiración del compresor y al sobrecalentamiento de la descarga
eventualmente. Es importante, por consiguiente, definir un valor de
DB que sea mayor que la resolución correspondiente de la válvula o
abertura del dispositivo de expansión. Por ejemplo, si DB es de
medio grado Centígrado, entonces la posición de la válvula o
abertura del dispositivo 20 de expansión no cambiará si DSH_{act}
está dentro de 0,5ºC de
DSH_{opt}.
DSH_{opt}.
Haciendo referencia de nuevo a la operación 54,
en el caso en que la respuesta sea no, el procesador pasa a la
operación 56 y consulta si DSH_{act} es mayor que DSH_{opt} más
DB. Si la respuesta es de nuevo no, entonces el procesador pasa a
una operación 58 de salida.
Haciendo referencia de nuevo a las operaciones
54 y 56, si la respuesta es sí a cualquiera de estas preguntas,
entonces el procesador continúa a una operación 60 y ajusta la
posición de la válvula 20 de expansión enviando señales apropiadas
al motor 34 para satisfacer DSH_{opt}. Después de ello el
procesador pasa a la operación 58 de salida.
Se ha de apreciar que el procesador efectuará
repetidamente las operaciones 40 a 60 de una manera oportuna para
mantener el control del motor 34 asociado con la válvula 20 de
expansión. La cantidad de tiempo entre dos ejecuciones sucesivas
dependerá del motor y la válvula de expansión particulares asociados
así como del bucle de refrigerante en el que funciona la válvula de
expansión.
Haciendo referencia ahora a la Figura 5, en ella
la configuración de compresor única del sistema de refrigeración en
la Figura 1 ha sido sustituida con tres compresores
24-1, 24-2, y 24-3
que funcionan en paralelo. Se ha de apreciar que los controles para
el enfriamiento añadirán o substraerán capacidad de refrigeración
añadiendo o substrayendo uno o más de los compresores que funcionan
en paralelo. Si los compresores son idénticos entonces cada
compresor que se añada o substraiga producirá la misma temperatura
de descarga y cada uno tendrá el mismo modelo de procedimiento de
compresión como se muestra en la Figura 2. Por otra parte, si los
compresores son diferentes (efectividad de compresor diferente)
entonces cada temperatura de descarga de compresor puede ser
diferente y puede ser necesario calcular u obtener la temperatura de
descarga correspondiente a cada compresor diferente basándose en
modelos específicos para cada compresor. Se ha de tener en cuenta
que el sensor 26 de presión y el sensor 28 de temperatura están
situados cada uno en un colector de descarga común para los
compresores 24-1, 24-2, y
24-3. Se ha de tener en cuenta también que el sensor
30 de presión está situado en un colector de entrada común para los
compresores idénticos 24-1, 24-2, y
24-3.
Haciendo referencia ahora a la Figura 6, en ella
se ilustra un procedimiento utilizado por un procesador programable
situado dentro del controlador 32 mediante la configuración de
refrigerador de la Figura 4. Se ha de tener en cuenta que la
mayoría de las operaciones en la Figura 5 son las mismas que en el
procedimiento de la Figura 3. A este respecto, la capacidad de
refrigerante actual es leída en la operación 62. Puesto que la
configuración de compresor de la Figura 4 es de tres compresores
paralelos, el procesador notará cuantos de estos compresores han
sido activados. Los sensores 26, 28 y 30 para el sistema de la
Figura 4 son leídos en la operación 64 antes de calcular una
temperatura de descarga saturada "SDT" en la operación 66 basad
en el valor del DP leído del sensor 26 de presión. A este respecto,
la temperatura de descarga saturada está basada preferiblemente en
el modelo de procedimiento de compresión para el número de
compresores activados indicado por la capacidad del circuito de
refrigeración anotada en la operación 62.
Haciendo referencia ahora a la operación 68, el
procesador calcula un sobrecalentamiento de la descarga actual,
DSH_{act} basado en la temperatura de descarga leída del sensor 26
y "SDT" como se calcula en la operación 66. El procesador
continúa ahora en una operación 70 y lee las constantes
configurables DSH_{cf} y DB. El procesador continúa en la
operación 72 para calcular un sobrecalentamiento
"DSH_{opt}(i)" de descarga de compresor óptimo para
cada compresor activado. Esto se efectúa preferiblemente calculando
primero una temperatura de descarga teórica para cada compresor
como sigue.
T_{theo\_dis}(i) = SDT + A_{i} +
B_{i}*DP + C_{i}*SP +
D_{i}*(DP/SP)
La presión (SP) de aspiración y la presión (DP)
de descarga son valores detectados. La temperatura de descarga
saturada (SDT) es obtenida o calculada para la presión de descarga
detectada en la operación 66. A_{i} es una constante y B_{i},
C_{i} y D_{i} son coeficientes que corresponden a la capacidad
de compresión específica del compresor dado. Los valores para
A_{i}, B_{i}, C_{i} y D_{i} habrán sido deducidos
previamente y almacenados para ser usados en el cálculo. Si los tres
compresores tienen cada uno sus propias capacidades particulares,
entonces el procesador programado dentro del controlador tendrá
acceso a los siguientes conjuntos de coeficientes:
- Compresor_24-1: A_{1}, B_{1}, C_{1}, D_{1}
- Compresor_24-2: A_{2}, B_{2}, C_{2}, D_{2}
- Compresor_24-3: A_{3}, B_{3,} C_{3,} D_{3}
Se debe apreciar que si los compresores son
iguales, entonces el procesador programado solamente necesitará
ejecutar un cálculo de T_{theo\_dis} puesto que los valores de
A_{i}, B_{i}, C_{i} y D_{i} serán los mismos.
Una vez que T_{theo\_dis}(i) está
calculada para cada compresor activo, entonces un sobrecalentamiento
DSH_{theo}(i) de descarga teórica para cada compresor
activo puede ser también calculado como sigue:
DSH_{theo}(i)
= T_{theo\_dis}(i) -
SDT
Un sobrecalentamiento de descarga óptimo para
cada compresor se calcula preferiblemente a continuación añadiendo
el factor "DSH_{cf}" de corrección del sobrecalentamiento de
descarga obtenido en la operación 70 para
DSH_{theo}(i) para cada compresor como sigue:
DSH_{theo}(i) para cada compresor como sigue:
DSH_{opt}(i) =
DSH_{theo}(i) +
DSPH_{cf}
El procesador continúa en una operación 74 para
seleccionar el mínimo DSH_{opt}(i) calculado en la
operación 72 y establece el mismo igual a DSH_{opt}. El procesador
pasa ahora a la operación 76 y consulta si el DSH_{act} calculado
en la operación 68 es menor que el DSH_{opt} calculado en la
operación 74 menos la banda muerta "DB" de sobrecalentamiento
de descarga permisible. En el caso en que la respuesta sea no, el
procesador continúa en una operación 78 y consulta si DSH_{act} es
mayor que DSH_{opt} más DB. Si la respuesta es de nuevo no,
entonces el procesador continúa a una operación 80 de salida.
Haciendo referencia de nuevo a las operaciones
76 y 78, si la respuesta es sí a cualquiera de estas preguntas,
entonces el procesador continúa a una operación 82 y ajusta la
posición de la válvula 20 de expansión por medio de las señales
apropiadas en el motor 34 para satisfacer DSH_{opt}. El procesador
después de ello pasa a la operación 80 de salida.
Se debe apreciar que el procesador ejecutará
repetidamente las operaciones 62 a 82 de una manera oportuna para
mantener el control del motor 34 asociado con la válvula 20 de
expansión. El intervalo de tiempo entre ejecuciones sucesivas
dependerá del motor particular y de la válvula de expansión
asociados, así como del bucle refrigerante en el que funcione la
válvula de expansión.
Se ha de apreciar que una realización preferida
de la invención ha sido descrita. Alteraciones o modificaciones se
le pueden ocurrir a un experto de capacidad ordinaria en la técnica.
Por ejemplo, los sistemas refrigeradores de las Figuras 1 ó 5
podrían ser sustituidos con casi cualquier tipo de sistema de
acondicionamiento o refrigeración de aire que emplee un dispositivo
de expansión controlado electrónicamente para que sea controlado
usando el procedimiento de la Figura 4 o el procedimiento de la
Figura 6. Además, los procedimientos de las Figuras 4 ó 6 podrían
ser modificados para ser repetidos automáticamente después de un
tiempo predefinido por medio de un retardo apropiado que sea
ejecutado en vez de la operación de salida.
Los expertos en la técnica apreciarán que
podrían hacerse más cambios en la invención descrita anteriormente
sin salirse del alcance de la invención. Consecuentemente la
descripción anterior se hace a modo de ejemplo solamente y la
invención ha de ser limitada solamente por las reivindicaciones
siguientes y equivalentes a las mismas.
Claims (16)
-
\global\parskip0.980000\baselineskip
1. Un procedimiento para controlar un dispositivo (20) de expansión dentro de un bucle de refrigerante de un sistema (10) de refrigeración, comprendiendo dicho procedimiento las operaciones de:- \quad
- detectar la temperatura y la presión en la salida de al menos un compresor (24) dentro del bucle de refrigerante; caracterizado por
- \quad
- obtener una temperatura de descarga saturada basada en la presión detectada en la salida de al menos un compresor;
- \quad
- calcular un sobrecalentamiento de la descarga en la salida del al menos un compresor que usa la temperatura de descarga saturada; y
- \quad
- controlar el dispositivo de expansión dentro del bucle de refrigerante en respuesta al sobrecalentamiento de descarga calculado,
- \quad
- en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de la descarga incluye la operación de generar un algoritmo matemático para calcular el sobrecalentamiento de descarga que está basado en la capacidad de al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.
\vskip1.000000\baselineskip
- 2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha operación de calcular una descarga sobrecalentada incluye las operaciones de:
- \quad
- detectar la presión entre un evaporador 22 y la entrada del al menos un compresor (24) y
- \quad
- calcular una temperatura de descarga teórica correspondiente a un sobrecalentamiento de la aspiración de cero grados como una función de la presión detectada en la salida del al menos un compresor y la presión detectada entre el evaporador y la entrada del al menos un compresor.
\vskip1.000000\baselineskip
- 3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dicha operación de calcular una temperatura de descarga teórica incluye usar al menos una constante aplicada a la presión detectada en la salida del al menos un compresor o la presión detectada entre el evaporador y la entrada del al menos un compresor en el que la constante se selecciona basándose en la capacidad del al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.
- 4. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de la descarga incluye las operaciones de:
- \quad
- calcular una descarga teórica sobrecalentada basada en la temperatura de descarga teórica calculada correspondiente al calentamiento de la aspiración de cero grados; y
- \quad
- añadir un factor de corrección de sobrecalentamiento de descarga al sobrecalentamiento de descarga calculado.
\vskip1.000000\baselineskip
- 5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración enviada al sistema de refrigeración y en la que dicha operación de calcular una descarga sobrecalentada que usa la temperatura de descarga saturada comprende la operación de:
- \quad
- generar un algoritmo matemático para calcular la descarga sobrecalentada que está basada en el número de compresores activos dentro del bucle de refrigerante.
\vskip1.000000\baselineskip
- 6. El procedimiento de la reivindicación 1,
- \quad
- en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración enviada al sistema de refrigeración y
- \quad
- en el que dicha operación de detectar la temperatura y la presión de la salida de al menos un compresor incluye la operación de detectar la temperatura y la presión de una salida de colector común de los compresores, y
- \quad
- en donde dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de la descarga incluye las operaciones de:
- \quad
- detectar la presión entre un evaporador y una entrada de distribución común de los compresores; y
- \quad
- calcular al menos una temperatura de descarga teórica correspondiente a un sobrecalentamiento de la aspiración de grado cero como una función de la presión detectada en la salida de colector común de los compresores y la presión detectada en la entrada de distribuidor común dentro de los compresores.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de descarga incluye las operaciones de:
- \quad
- calcular un sobrecalentamiento de la descarga teórica basado en la temperatura de descarga teórica calculada correspondiente al calor de aspiración de grado cero; y
- \quad
- añadir un factor de corrección de sobrecalentamiento de descarga al sobrecalentamiento de descarga calculado.
\vskip1.000000\baselineskip
- 8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho control del dispositivo de expansión en respuesta al sobrecalentamiento de descarga calculado incluye las operaciones de:
- \quad
- determinar un sobrecalentamiento de descarga real;
- \quad
- determinar si el sobrecalentamiento de descarga real está dentro de un margen de valores predeterminado; y
- \quad
- cambiar el régimen de circulación de refrigerante a través del dispositivo de expansión cuando el sobrecalentamiento de descarga real está fuera del margen de valores predeterminados.
\vskip1.000000\baselineskip
- 9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha operación de obtener una temperatura de descarga saturada comprende la operación de:
- \quad
- obtener una temperatura de descarga saturada para una capacidad particular de al menos un compresor.
\vskip1.000000\baselineskip
- 10. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la operación de:
- \quad
- anotar la capacidad actual para el al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante; y
- \quad
- usar la capacidad anotada para determinar uno o más valores usados en dicha operación de cálculo del sobrecalentamiento de descarga.
\vskip1.000000\baselineskip
- 11. Un sistema para controlar un dispositivo (20) de expansión dentro de un bucle de refrigerante de un sistema de refrigeración, comprendiendo dicho sistema:
- \quad
- un sensor (28) para detectar la temperatura de la salida de al menos un compresor (24) dentro del bucle de refrigerante;
- \quad
- un sensor (26) para detectar la presión en la salida del al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante; y caracterizado por
- \quad
- un procesador (32) operativo para obtener una temperatura de descarga saturada basada en la presión detectada en la salida del al menos un compresor, siendo operativo dicho compresor para calcular un sobrecalentamiento de descarga que usa la temperatura de descarga saturada, siendo dicho procesador además operativo para controlar el dispositivo de expansión dentro del bucle de refrigerante en respuesta al sobrecalentamiento de descarga calculado,
- \quad
- en el que dicho procesador es además operativo para generar un algoritmo matemático cuando calcula el sobrecalentamiento de descarga, estando basado el algoritmo en la capacidad corriente del al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.
\vskip1.000000\baselineskip
- 12. El sistema de la reivindicación 11, que comprende además:
- \quad
- un sensor (30) para detectar la presión entre la salida de un evaporador (22) y la entrada del al menos un compresor (24) en el bucle de refrigerante; y
- \quad
- en el que dicho procesador (32) es operativo cuando calcula un sobrecalentamiento de descarga para calcular una temperatura de descarga teórica correspondiente a un sobrecalentamiento de la aspiración de grado cero como una función de la presión detectada en la salida del al menos un compresor y la presión detectada entre el evaporador y la entrada del al menos un compresor.
\vskip1.000000\baselineskip
- 13. El sistema de la reivindicación 12, en el que dicho procesador (32) usa cuando calcula una temperatura de descarga teórica en al menos una constante aplicada a la presión detectada en la salida del al menos un compresor o la presión detectada entre el evaporador y la entrada del al menos un compresor en el que la constante es seleccionada basándose en la capacidad real del al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.
- 14. El sistema de la reivindicación 12, en el que dicho procesador (32) es operativo cuando calcula una sobrecalentamiento de descarga para calcular un sobrecalentamiento de descarga teórico basado en la temperatura de descarga teórica calculada correspondiente al calor de aspiración de grado cero; y para añadir un factor de corrección de sobrecalentamiento de descarga al sobrecalentamiento de descarga calculado.
- 15. El sistema de la reivindicación 11, en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores, (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración aplicada al sistema de refrigeración y en donde dicho procesador (32) es operativo cuando calcula un sobrecalentamiento de descarga para generar un algoritmo matemático para calcular la descarga sobrecalentada que está basada en el número de compresores activos dentro del bucle de refrigerante.
- 16. El sistema de la reivindicación 11, en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración aplicada en el sistema de refrigeración y en donde dicho procesador 32 es operativo cuando detecta temperatura y presión en la salida del al menos un compresor para detectar la temperatura y la presión en una salida de colector común de los compresores y en donde dicho procesador es además operativo cuando calcula un sobrecalentamiento de descarga para calcular un temperatura de descarga teórica que corresponde a un sobrecalentamiento de la aspiración de grado cero como una función de la presión detectada en la salida de colector común de los compresores.
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