ES2633641T3 - Control de modulación por anchura de impulsos de válvula de succión basado en la presión del evaporador o del condensador - Google Patents

Control de modulación por anchura de impulsos de válvula de succión basado en la presión del evaporador o del condensador Download PDF

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Abstract

Un sistema refrigerante (20) que comprende: un compresor (22), un condensador (24) corriente abajo de dicho compresor, un dispositivo de expansión (28) corriente abajo de dicho condensador y un evaporador (30) corriente abajo de dicho dispositivo de expansión; una válvula (34) de modulación por anchura de impulsos de succión situada entre dicho evaporador y dicho compresor; y un control (35) para accionar selectivamente dicha válvula de modulación por anchura de impulsos de succión para suministrar refrigerante a dicho compresor, siendo dicho control accionable para utilizar una señal de modulación por anchura de impulsos para accionar la válvula de modulación por anchura de impulsos de succión, y un ciclo de trabajo de dicha señal de modulación por anchura de impulsos se controla para controlar fluctuaciones en una presión del sistema detectada; caracterizado porque un límite superior y un límite inferior están establecidos para dicha presión del sistema, y el control (35) supervisa dicha presión del sistema para asegurar que se mantiene dentro de dichos límites superior e inferior, y ajustando dicho control dicho ciclo de trabajo de dicha válvula (34) de modulación por anchura de impulsos de succión para asegurar que dicha presión del sistema se mantenga entre dichos límites superior e inferior; y donde si dicha presión del sistema se aproxima a uno de dichos límites superior e inferior, dicho ciclo de trabajo se modifica de tal manera que dicha válvula (34) se mantiene abierta y cerrada durante periodos de tiempo más cortos.

Description

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DESCRIPCION
Control de modulacion por anchura de impulsos de valvula de succion basado en la presion del evaporador o del condensador
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Esta solicitud se refiere a un control de modulacion por anchura de impulsos para una valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion que permite que un sistema refrigerante proporcione una capacidad paso a paso continua o precisa y donde las presiones del sistema se supervisan para determinar un ciclo de trabajo optimo para la modulacion por anchura de impulsos.
Los sistemas refrigerantes se utilizan en muchas aplicaciones tales como para acondicionar un entorno. Los acondicionadores de aire y las bombas de calor se usan para enfriar y/o calentar el aire que entra en un entorno. La carga de enfriamiento o calentamiento en el entorno puede cambiar con las condiciones ambientales, y segun vanen los niveles de temperatura y/o humedad exigidos por un ocupante del entorno. Obviamente, el funcionamiento y control del sistema refrigerante tienen que reflejar adecuadamente estos cambios para mantener unas condiciones estables de temperatura y humedad dentro del entorno.
Un procedimiento que se conoce en la tecnica anterior para ayudar en el ajuste de la capacidad de un sistema refrigerante es el uso de un control de modulacion por anchura de impulsos. Se conoce en la tecnica anterior aplicar un control de modulacion por anchura de impulsos para hacer funcionar rapidamente una valvula para controlar el flujo de refrigerante a traves del sistema refrigerante para, a su vez, ajustar la capacidad. Al limitar la cantidad de flujo de refrigerante que pasa a traves del sistema, la capacidad puede bajarse por debajo de una capacidad completa de funcionamiento del sistema.
Un desaffo planteado por el uso de la tecnica anterior de los controles de modulacion por anchura de impulsos es que, mientras esta tecnica proporciona un buen control sobre la capacidad, las presiones del sistema a lo largo del sistema refrigerante pueden tener fluctuaciones indeseablemente grandes entre las posiciones de encendido/apagado de la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion. Si la valvula se deja abierta o cerrada durante largos periodos de tiempo, las presiones en el condensador y el evaporador, por ejemplo, pueden fluctuar mucho. Tales fluctuaciones de presion son indeseables y pueden dificultar el control del funcionamiento de la valvula de expansion, puede resultar mas diffcil mantener una temperatura constante dentro del entorno a enfriar, y el funcionamiento general del sistema puede llegar a ser menos eficiente.
Por otro lado, si la valvula se hace funcionar con demasiada frecuencia para minimizar las fluctuaciones de presion, hay perdidas adicionales asociadas con una transicion del sistema desde el estado abierto de la valvula hasta el estado cerrado de la valvula. Ademas, la posibilidad de fallo de la valvula aumenta debido al ciclo extensivo.
En otro control propuesto para un sistema HVAC, se proporciona un control de modulacion por anchura de impulsos para la modulacion por anchura de impulsos de elementos en espiral separando los elementos y poniendolos de nuevo en contacto unos con otros en una manera modulada por anchura de impulsos. Este control supervisara las presiones o temperaturas en el lado de succion (baja presion), y ajustara el ciclo de trabajo de la modulacion por anchura de impulsos. Sin embargo, este control descrito no busca espedficamente minimizar fluctuaciones, no controla una valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion, y tampoco supervisa las condiciones en el lado de descarga (alta presion) del sistema.
El documento US 2004/0045306 describe tanto un sistema de aire acondicionado como un procedimiento en el que un dispositivo de control puede regular por medio de dos valvulas la presion en el sistema a un nivel constante para mantener una presion constante ya sea en la salida o en la entrada del compresor, de acuerdo con el preambulo de las reivindicaciones 1 y 6 respectivamente.
SUMARIO DE LA INVENCION
En una realizacion descrita de esta invencion, se proporciona un control de modulacion por anchura de impulsos para variar selectivamente la cantidad de flujo de refrigerante que pasa desde un evaporador corriente abajo hasta el compresor. Mediante el control de la cantidad de flujo refrigerante que pasa a traves de una valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion, se puede variar la capacidad proporcionada por el sistema refrigerante. El control supervisa senales indicativas de al menos una presion del sistema, y asegura que la presion no fluctue fuera de los lfmites especificados. El ciclo de trabajo de la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion se selecciona para asegurar que las fluctuaciones de presion permanezcan dentro de dichos lfmites. En una realizacion descrita, la presion del sistema se supervisa bien en el condensador o bien en el evaporador, o en ambos. Si las fluctuaciones de presion se aproximan a los lfmites, entonces la velocidad de ciclo de la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion se ajusta para permanecer dentro de los lfmites especificados. Por otro lado, siempre y cuando las fluctuaciones de presion esten dentro de los lfmites, no se necesitara ningun ajuste a la velocidad de ciclo de la valvula. Uno de los procedimientos mas eficaces para la reduccion de la fluctuacion de
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presion sena aumentar la velocidad de ciclo de la valvula. Sin embargo, se pueden variar otros parametros, tales como, por ejemplo, el tiempo de apertura y cierre de la valvula, para conseguir el resultado deseado.
La velocidad de ciclo se puede ajustar basandose en las condiciones de funcionamiento, el grado de ajuste en que se mantienen los parametros de temperature y humedad dentro de un entorno a refrigerar, las limitaciones de fiabilidad en la valvula de solenoide, los objetivos de eficiencia, la inercia termica del sistema, las consideraciones de estabilidad, etc. Alternativamente, se pueden utilizar algun control adaptativo, donde el control «aprende» como las variaciones en el ciclo de trabajo dan lugar a cambios en la presion detectada. Un experto medio en la materia reconocena como proporcionar tal control.
La presente invencion proporciona un sistema refrigerante que comprende: un compresor, un condensador corriente abajo de dicho compresor, un dispositivo de expansion corriente abajo de dicho condensador y un evaporador corriente abajo de dicho dispositivo de expansion; una valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion situada entre dicho evaporador y dicho compresor; y un control para accionar selectivamente dicha valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion para suministrar refrigerante a dicho compresor, siendo dicho control accionable para utilizar una senal de modulacion por anchura de impulsos para accionar la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion, donde un ciclo de trabajo de dicha senal de modulacion por anchura de impulsos esta controlado para controlar las fluctuaciones en una presion del sistema detectada; caracterizado porque esta establecido un lfmite superior y un lfmite inferior para dicha presion del sistema y el control supervisa dicha presion del sistema para asegurar que se mantenga dentro de dichos lfmites superior e inferior, y ajustando dicho control dicho ciclo de trabajo de dicha valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion para asegurar que dicha presion del sistema se mantenga entre dichos lfmites superior e inferior; y donde si dicha presion del sistema se aproxima a uno de dichos lfmites superior e inferior, dicho ciclo de trabajo se modifica de tal manera que dicha valvula se mantiene abierta y cerrada durante periodos de tiempo mas cortos.
En otro aspecto, la presente invencion proporciona un procedimiento para controlar un sistema refrigerante que comprende los pasos de: proporcionar un compresor, un condensador corriente abajo de dicho compresor, un dispositivo de expansion corriente abajo de dicho condensador, un evaporador corriente abajo de dicho dispositivo de expansion y una valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion situada entre dicho evaporador y dicho compresor; y accionar selectivamente dicha valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion para suministrar refrigerante a dicho compresor, utilizando una senal de modulacion por anchura de impulsos para accionar la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion, caracterizado porque un ciclo de trabajo de dicha senal de modulacion por anchura de impulsos se controla y ajusta en combinacion con una presion del sistema detectada para asegurar que dicha presion del sistema detectada no exceda los lfmites superior o inferior de fluctuacion que estan establecidos para dicha presion del sistema; donde si dicha presion del sistema se aproxima a uno de dichos lfmites superior e inferior, dicho ciclo de trabajo se modifica de tal manera que dicha valvula se mantiene abierta y cerrada durante periodos de tiempo mas cortos.
Estas y otras caractensticas de la presente invencion se pueden entender mejor a partir de la siguiente memoria descriptiva y dibujos, cuyo siguiente es una breve descripcion.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra un esquema de un sistema refrigerante que incorpora la presente invencion.
La figura 2 muestra un grafico de tiempo frente a presion de un control de modulacion por anchura de impulsos, incluyendo la presion del sistema a lo largo del tiempo.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
En la figura 1 se ilustra un sistema refrigerante 20 que tiene un compresor 22 que comprime un refrigerante y lo suministra corriente abajo a un condensador 24. Un sensor de presion 26 detecta la presion cerca o en el condensador 24. El refrigerante pasa corriente abajo a una valvula de expansion 28 y luego a un evaporador 30. Un sensor de presion 32 detecta la presion del refrigerante cerca o en el evaporador 30. Una valvula 34 de modulacion por anchura de impulsos de succion esta situada corriente abajo del evaporador 30. Un control 35 controla la apertura de la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion. Un sensor 36 de presion detecta la presion de la lrnea de succion que va desde la valvula 34 de modulacion por anchura de impulsos de succion de vuelta al compresor 22.
Tanto la presion asociada con el condensador 24 (detectada por el sensor 26) como la asociada con el evaporador 30 (detectada por el sensor 32) se transmiten al control 35. El control 35 esta programado para conseguir los beneficios como se indica a continuacion.
Como se muestra en la figura 2, la apertura de la valvula 34 de modulacion por anchura de impulsos de succion se controla con la modulacion por anchura de impulsos. El control de modulacion por anchura de impulsos dara lugar a picos P y valles V segun la valvula 34 de modulacion por anchura de impulsos de succion este en ciclo de apertura y
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cierre. En una realizacion descrita, la valvula 34 de modulacion por anchura de impulsos de succion es una valvula solenoide que es capaz de funcionar con un ciclo rapido. La presente invencion cambia el ciclo de trabajo o el tiempo durante el cual existen los picos P y valles V.
La figura 2 muestra tambien una presion del sistema que puede ser la presion supervisada por el sensor 26 o el sensor 32 de presion. En una realizacion descrita, ambas presiones pueden ser supervisadas y, por lo tanto, el siguiente control descrito se usana para ambos. Se establece un lfmite superior Ul y un lfmite inferior Ll. Las presiones se mantienen dentro de los lfmites establecidos por esos dos lfmites. Los Kmites probablemente senan diferentes en el lado alto (sensor 26) que en el lado bajo (sensor 32). Por lo tanto, el control 35 supervisa las presiones y asegura que las presiones esten entre los lfmites. Mientras las presiones esten entre los lfmites, la valvula se hace funcionar con una velocidad de ciclo relativamente lenta, mientras que aun alcanza la capacidad deseada. A medida que las fluctuaciones de presion se aproximan a un lfmite, la valvula 34 de modulacion por anchura de impulsos de succion se hace funcionar con una velocidad de ciclo mas rapida, lo que debe minimizar las fluctuaciones de presion.
Como puede apreciarse a partir de la figura 2, en una region X en un grafico de presion del sistema, una de las presiones se aproxima a los lfmites del ciclo de trabajo Ul y Ll. Un ciclo de trabajo, o el tiempo durante el cual se han producido los picos P y valles V cuando segun la valvula se abre y se cierra, es relativamente largo. Sin embargo, cuando el control 35 detecta que las fluctuaciones de presion se estan haciendo indebidamente grandes (como se ilustra en la region X), el ciclo de trabajo se reduce de tal manera que los picos y valles se mantienen durante periodos de tiempo mucho mas cortos. Al reducir el periodo durante el cual la valvula esta abierta y cerrada, las fluctuaciones de presion se hacen menores, como se ilustra corriente abajo de la region X. La presente invencion logra asf el control de la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion con la modulacion por anchura de impulsos, mientras que soluciona los problemas de fluctuacion de la presion expuestos mas arriba. Ademas, la presente invencion tambien supervisa una presion lateral elevada o una presion del refrigerante en una ubicacion en la que esta comprimido. La tecnica anterior solo ha contemplado tfpicamente las presiones de succion y, por lo tanto, no ha proporcionado la capacidad de control de la presente invencion.
En otra caractenstica, el control puede ser un control adaptativo que «recuerda» los cambios en el ciclo de trabajo, que se han proporcionado en el pasado, y los cambios resultantes en las presiones del sistema. Por lo tanto, el control puede «aprender» para controlar mejor las fluctuaciones de presion, y para dar lugar a presiones del sistema que estan en los niveles deseados. El control tambien puede buscar la mejor manera de hacer funcionar la valvula modulada por anchura de impulsos intentando diferentes velocidades de ciclo para establecer cual producina los mejores resultados dentro de las restricciones impuestas, por ejemplo, respecto de la velocidad de ciclo maxima de la valvula.
Ademas, hay que senalar que la valvula de succion modulada por anchura de impulsos puede tener estados abiertos y cerrados correspondientes a posiciones no necesariamente completamente abiertas y completamente cerradas, que proporciona una flexibilidad adicional en el control y el funcionamiento del sistema.
Se conocen controles de modulacion por anchura de impulso, y se conocen valvulas accionadas por la senal de modulacion por anchura de impulsos. La presente invencion utiliza esta tecnologfa conocida de una manera unica para conseguir objetivos y beneficios como se ha expuesto anteriormente.
Aunque se ha descrito una realizacion preferida de esta invencion, un experto medio en esta materia reconocena que ciertas modificaciones entranan dentro del alcance de esta invencion. Por esta razon, las siguientes reivindicaciones deben ser estudiadas para determinar el verdadero alcance y contenido de esta invencion.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema refrigerante (20) que comprende:
    un compresor (22), un condensador (24) corriente abajo de dicho compresor, un dispositivo de expansion (28) corriente abajo de dicho condensador y un evaporador (30) corriente abajo de dicho dispositivo de expansion;
    una valvula (34) de modulacion por anchura de impulsos de succion situada entre dicho evaporador y dicho compresor; y
    un control (35) para accionar selectivamente dicha valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion para suministrar refrigerante a dicho compresor, siendo dicho control accionable para utilizar una senal de modulacion por anchura de impulsos para accionar la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion, y un ciclo de trabajo de dicha senal de modulacion por anchura de impulsos se controla para controlar fluctuaciones en una presion del sistema detectada;
    caracterizado porque un lfmite superior y un lfmite inferior estan establecidos para dicha presion del sistema, y el control (35) supervisa dicha presion del sistema para asegurar que se mantiene dentro de dichos lfmites superior e inferior, y ajustando dicho control dicho ciclo de trabajo de dicha valvula (34) de modulacion por anchura de impulsos de succion para asegurar que dicha presion del sistema se mantenga entre dichos lfmites superior e inferior; y
    donde si dicha presion del sistema se aproxima a uno de dichos lfmites superior e inferior, dicho ciclo de trabajo se modifica de tal manera que dicha valvula (34) se mantiene abierta y cerrada durante periodos de tiempo mas cortos.
  2. 2. El sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicha presion del sistema esta asociada con dicho condensador (24).
  3. 3. El sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicacion 2, donde dicha presion del sistema esta tambien asociada con dicho evaporador (30).
  4. 4. El sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicha presion del sistema esta asociada con dicho evaporador (30).
  5. 5. El sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicacion 1, donde dicha valvula (34) de modulacion por anchura de impulsos de succion puede abrirse entre posiciones completamente abierta y completamente cerrada, y tambien es movible a posiciones intermedias.
  6. 6. Un procedimiento para controlar un sistema refrigerante (20) que comprende los pasos de:
    proporcionar un compresor (22), un condensador (24) corriente abajo de dicho compresor, un dispositivo de expansion (28) corriente abajo de dicho condensador, un evaporador (30) corriente abajo de dicho dispositivo de expansion y una valvula (34) de modulacion por anchura de impulsos de succion situada entre dicho evaporador y dicho compresor; y
    accionar selectivamente dicha valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion para suministrar refrigerante a dicho compresor, utilizando una senal de modulacion por anchura de impulsos para accionar la valvula de modulacion por anchura de impulsos de succion,
    caracterizado porque un ciclo de trabajo de dicha senal de modulacion por anchura de impulsos se controla y ajusta en combinacion con una presion del sistema detectada para asegurar que dicha presion del sistema detectada no exceda los lfmites de fluctuacion superior o inferior que se establecen para dicha presion del sistema;
    donde si dicha presion del sistema se aproxima a uno de dichos lfmites superior e inferior, dicho ciclo de trabajo se modifica de tal manera que dicha valvula (34) se mantiene abierta y cerrada durante periodos de tiempo mas cortos.
  7. 7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6, donde dicha presion del sistema se asocia con dicho condensador (24).
  8. 8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 7, donde dicha presion del sistema tambien esta asociada con dicho evaporador (30).
  9. 9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6, donde dicha presion del sistema esta asociada con dicho evaporador (30).
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