ES2692846T3

ES2692846T3 - Sistemas y métodos para descongelación libre y positiva

Info

Publication number: ES2692846T3
Application number: ES14833359.4T
Authority: ES
Inventors: Marwan CHAMOUN; Ruello Rubino
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-11-24
Also published as: CN107076477B; RU2672995C1; CN107076477A; EP3224554A1; WO2016083858A1; EP3224554B1; US20170276422A1; US10823482B2; TR201815100T4

Abstract

Un sistema de bomba de calor (10) que comprende: un circuito de refrigerante (12); al menos un compresor (20); un evaporador (28); y un controlador (100) programado para descongelar el evaporador (28) en un primer modo de descongelación, en donde en el primer modo de descongelación el controlador (100) se programa para: monitorizar el evaporador (28) para detectar la creación de escarcha en el mismo; y reducir la velocidad del al menos un compresor (20) y/o reducir el número de algunos, pero no todos, los compresores operativos del al menos un compresor (20), si se detecta la creación de escarcha en el evaporador (28), caracterizado por que: el controlador (100) está programado además para descongelar el evaporador (28) en un segundo modo de descongelación, en donde en el segundo modo de descongelación el controlador (100) está programado para: monitorizar el evaporador (28) para detectar la creación de escarcha en el mismo; apagar el al menos un compresor (20) cuando se detecta escarcha en el evaporador (28); y operar un ventilador para forzar aire del ambiente sobre el evaporador (28) para descongelar el evaporador (28).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Sistemas y metodos para descongelacion libre y positiva Campo de la invencion

El objeto descrito en la presente memoria se refiere a descongelacion de sistemas de refrigeracion y, en particular, a descongelacion eficiente de sistemas de bomba de calor HVAC.

Antecedentes

Los sistemas de bomba de calor generalmente forman escarcha sobre un serpentm de intercambiador de calor exterior cuando operan en un modo de calentamiento. Esta acumulacion de escarcha puede degradar gradualmente el intercambiador de calor y el rendimiento del sistema en forma de capacidad de calentamiento y eficiencia. Si no se elimina la escarcha, puede continuar acumulandose hasta que el serpentm del intercambiador de calor llegue a estar completamente bloqueado con hielo. En este punto, en algunos sistemas de bomba de calor, los dispositivos de proteccion tfpicamente hacen que el sistema se apague. Si los dispositivos de proteccion no son eficaces, puede ocurrir un fallo del equipo.

Por estas razones, es una practica comun en la mayona de los sistemas de bomba de calor incorporar una forma de descongelacion. Por ejemplo, la mayona de los sistemas de bomba de calor conmutan para operar en modo de enfriamiento durante penodos de tiempo cortos, invirtiendo por ello el flujo de refrigerante en el sistema con la ayuda de una valvula de inversion. Tambien, durante este ciclo de descongelacion, el ventilador exterior, que sopla aire sobre el serpentm del intercambiador de calor exterior, tfpicamente se detiene. Cuando la bomba de calor opera en el modo de enfriamiento sin que funcione el ventilador exterior, el serpentm del intercambiador de calor exterior se calienta rapidamente, para derretir la escarcha.

La descongelacion de esta manera puede tener penalizaciones. Por ejemplo, hacer funcionar la bomba de calor en modo enfriamiento mientras que un espacio acondicionado necesita capacidad de calentamiento puede conducir a energfa desperdiciada. Por tanto, un circuito de agua asociado se puede enfriar al tiempo que se descongela, lo cual puede disminuir el rendimiento (por ejemplo, capacidad de calentamiento integrada) de la bomba de calor, interrumpir la estabilidad del circuito de agua y perturbar la gestion del aceite en la bomba de calor lo que puede afectar a la fiabilidad.

Ademas, las regulaciones pueden imponer niveles mmimos de eficiencia (por ejemplo, Coeficiente de Rendimiento Estacional) para bombas de calor en diferentes condiciones con el fin de ser certificadas (por ejemplo, marcado CE). Tales niveles de eficiencia pueden ser diffciles de alcanzar para algunos sistemas, tales como sistemas de bomba de calor de velocidad fija. Los niveles de eficiencia se pueden ver impactados significativamente por la degradacion del rendimiento del evaporador debido a la acumulacion de escarcha en el serpentm exterior y los modos de descongelacion estandar.

Shah (Publicacion de EE.UU. 2007/0180838) describe un metodo para ajustar automaticamente el intervalo de descongelacion en un sistema de bomba de calor. El metodo utiliza la medicion de la duracion del ciclo o ciclos de descongelacion previos, y ajusta el intervalo de tiempo antes de iniciar el proximo ciclo de descongelacion de modo que cualquier acumulacion de escarcha se pueda descongelar sin ciclos de descongelacion innecesarios.

Said et al. (Patente de EE.UU. N° 6.334.321) describe un metodo y un sistema para control de descongelacion en bombas de calor reversibles. Un algoritmo de control controla un ciclo de descongelacion de serpentm en una bomba de calor reversible almacenando valores que representan el rendimiento de un serpentm limpio sin acumulacion de escarcha, y monitorizando esos valores a medida que evolucionan con el tiempo. Los valores se usan para crear un “factor de escarcha”, cuyos valores vanan entre 0%, que significa un serpentm limpio, y 100% que significa un serpentm fuertemente congelado. Cuando el factor de escarcha alcanza un valor predeterminado cercano al 100%, el ciclo de refrigerante de la bomba de calor se invierte para lograr la descongelacion del serpentm.

El documento JP 2014 013122 A describe un sistema de bomba de calor segun el preambulo de la reivindicacion 1. Breve descripcion de la invencion

Segun la presente invencion, se proporciona un sistema de bomba de calor que tiene las caractensticas de la reivindicacion 1 y un metodo segun la reivindicacion 10. El sistema de bomba de calor incluye un circuito de refrigerante; al menos un compresor; un evaporador; y un controlador programado para descongelar el evaporador en un primer modo de descongelacion, en donde en el primer modo de descongelacion el controlador se programa para: monitorizar el evaporador para detectar la creacion de escarcha en el mismo; y reducir la velocidad del al menos un compresor y/o reducir el numero de algunos, pero no todos, los compresores operativos del al menos un compresor, si se detecta la creacion de escarcha en el evaporador, caracterizado por que: el controlador esta programado ademas para descongelar el evaporador en un segundo modo de descongelacion, en donde en el segundo modo de descongelacion el controlador esta programado para: monitorizar el evaporador para detectar la

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

creacion de escarcha en el mismo; apagar el al menos un compresor cuando se detecta escarcha en el evaporador; y operar un ventilador para forzar aire del ambiente sobre el evaporador para descongelar el evaporador.

Ademas de una o mas de las caractensticas descritas anteriormente, o como alternativa, pueden incluir realizaciones adicionales en donde en el modo de descongelacion, el controlador esta programado ademas para monitorizar posteriormente una temperatura del evaporador para determinar si la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos; en donde en el segundo modo de descongelacion el controlador esta programado para realizar los pasos de apagar el al menos un compresor y operar el ventilador solamente si la temperatura de aire del ambiente del aire del ambiente forzado por el ventilador esta por encima de 0°C, en donde el controlador esta programado para descongelar el evaporador usando el modo de descongelacion y el segundo modo de descongelacion sin utilizar un ciclo inverso del circuito de refrigerante; en donde en el modo de descongelacion el controlador esta programado para mantener el al menos un compresor a la velocidad reducida y/o numero de operacion reducido si se determina que la temperatura monitorizada aumenta y excede la temperatura predeterminada; en donde la temperatura predeterminada es 0°C; y/o en donde en el modo de descongelacion, el controlador esta programado para monitorizar una temperatura del evaporador para determinar si la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos, e iniciar el segundo modo de descongelacion si se determina que la temperatura monitorizada esta por debajo de la temperatura predeterminada despues de una cantidad de tiempo predeterminada.

En otro aspecto, se proporciona un metodo de descongelacion de un intercambiador de calor de un circuito de refrigerante que tiene al menos un compresor. El metodo que comprende: monitorizar el intercambiador de calor para detectar la creacion de escarcha en el mismo; operar, si se detecta escarcha en el intercambiador de calor, en un primer modo de descongelacion, en donde el primer modo de descongelacion comprende: reducir la velocidad del al menos un compresor y/o reducir el numero de algunos, pero no todos los compresores de operacion del al menos un compresor, si se detecta escarcha en el intercambiador de calor, caracterizado por que el metodo comprende ademas operar en un segundo modo de descongelacion si se determina que la temperatura monitorizada esta por debajo de la temperatura predeterminada despues de una cantidad de tiempo predeterminada, y si se detecta escarcha en el intercambiador de calor, en donde el segundo modo de descongelacion incluye: apagar el al menos un compresor; y operar un ventilador para forzar aire del ambiente sobre el intercambiador de calor para descongelar el intercambiador de calor.

Ademas de una o mas de las caractensticas descritas anteriormente, o como alternativa, pueden incluir realizaciones adicionales en donde el modo de descongelacion comprende ademas monitorizar posteriormente una temperatura del intercambiador de calor para determinar si la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos; en donde el segundo modo de descongelacion comprende ademas apagar el al menos un compresor y operar el ventilador solamente si la temperatura de aire del ambiente del aire del ambiente forzado por el ventilador esta por encima de la temperatura de congelacion del agua; y/o en donde la descongelacion del intercambiador de calor con el primer modo de descongelacion y el segundo modo de descongelacion se realiza sin invertir el ciclo del circuito de refrigerante para descongelar el intercambiado de calor.

En otra realizacion mas, el intercambiador de calor puede ser un evaporador de un sistema de bomba de calor, el sistema de bomba de calor que comprende el circuito de refrigerante y una pluralidad de compresores, la pluralidad de compresores que incluyen al menos un compresor. El metodo puede comprender ademas proporcionar, al tiempo que se descongela en el primer modo de descongelacion, capacidad de calentamiento al sistema de bomba de calor con los compresores de velocidad reducida y/o los compresores operativos restantes, y monitorizar posteriormente una temperatura del evaporador para determinar si, durante la descongelacion en el primer modo de descongelacion, la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de la velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos. El segundo modo de descongelacion puede incluir apagar cada compresor de la pluralidad de compresores, y operar, solamente cuando el aire del ambiente exterior esta por encima de la temperatura de congelacion del agua, el ventilador para forzar el aire del ambiente exterior sobre el evaporador para descongelar el evaporador, en donde el evaporador se descongela usando el primer y segundo modos de descongelacion y sin invertir el ciclo del circuito de refrigerante para descongelar el intercambiador de calor.

Breve descripcion de los dibujos

El objeto que se considera como la invencion se senala particularmente y se reivindica de manera distintiva en las reivindicaciones en la conclusion de la especificacion. Las anteriores y otras caractensticas y ventajas de la invencion son evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada tomada junto con los dibujos anexos en los que:

la FIG. 1 es una ilustracion esquematica de un sistema de bomba de calor ejemplar;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

la FIG. 2 ilustra un grafico de un consumo de potencia ejemplar del sistema de bomba de calor que da vueltas entre un modo de operacion normal y un modo de descongelacion libre en comparacion con un modo de descongelacion estandar;

la FIG. 3 ilustra un grafico de una capacidad de calentamiento ejemplar del sistema de bomba de calor que da vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion libre en comparacion con el modo de descongelacion estandar;

la FIG. 4 ilustra un grafico de un consumo de potencia ejemplar del sistema de bomba de calor que da vueltas entre el modo de operacion normal y un modo de descongelacion positiva en comparacion con el modo de descongelacion estandar; y

la FIG. 5 ilustra un grafico de una capacidad de calentamiento ejemplar del sistema de bomba de calor que da vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion positiva en comparacion con un modo de descongelacion estandar.

Descripcion detallada de la invencion

Se describen en la presente memoria sistemas y metodos para descongelar un sistema de bomba de calor. El sistema de bomba de calor se puede descongelar en un modo de “descongelacion libre”, un modo de “descongelacion positiva” o una combinacion del modo de descongelacion libre y del modo de descongelacion positiva, sin operar el sistema de bomba de calor en un ciclo inverso.

La FIG. 1 ilustra un sistema de bomba de calor 10 ejemplar que tiene generalmente un circuito de refrigerante 12 para acondicionar un fluido hecho circular en un circuito o bucle de transferencia de calor 14. En algunas realizaciones, el sistema de bomba de calor 10 es un sistema de bomba de calor aire a aire o aire a agua.

El circuito de refrigerante 12 incluye generalmente uno o mas compresores 20, un condensador 22, dispositivos de expansion 24, 26 y uno o mas evaporadores 28. El condensador 22 esta dispuesto para recibir refrigerante a alta presion en un estado de vapor desde el compresor 20 a traves de una lmea de descarga 30. El refrigerante en el condensador 22 se enfna usando agua, aire o similar de enfriamiento, en el circuito de transferencia de calor 14, que se lleva el calor de la condensacion. El refrigerante se condensa en el condensador 22 y luego se suministra al dispositivo de expansion 24.

El dispositivo de expansion 24 (por ejemplo, una valvula de expansion) esta montado dentro de una lmea de conducto 32 y sirve para estrangular el refrigerante lfquido a una presion mas baja y para regular el flujo de refrigerante a traves del sistema. Debido al proceso de expansion, la temperatura y la presion del refrigerante se reducen antes de entrar en el evaporador 28.

En el evaporador 28, el refrigerante se pone en una relacion de transferencia de calor con un medio de transferencia de calor tal como aire del ambiental exterior circulado. El refrigerante a la presion mas baja absorbe calor del medio de transferencia de calor y posteriormente se vaporiza el refrigerante El vapor de refrigerante se extrae entonces desde el evaporador 28 a traves de la lmea de entrada del compresor 34 y se comprime para comenzar el ciclo otra vez.

En la realizacion ejemplar, el sistema de bomba de calor 10 incluye valvulas de inversion 36 y 38 configuradas para conmutar selectivamente el circuito de refrigerante 12 entre un modo de calentamiento y un modo de enfriamiento. Como se ilustra, la valvula de inversion 36 es una valvula de cuatro vfas y la valvula de inversion 38 es una valvula de tres vfas. El sistema 10 puede incluir uno o mas controladores 100 programados para operar selectivamente el circuito de refrigerante 12 de manera reversible entre el modo de enfriamiento y el modo de calentamiento. Como se usa en la presente memoria, el termino controlador se refiere a un circuito integrado de aplicaciones espedficas (ASIC), un circuito electronico, un procesador (compartido, dedicado o grupo) y una memoria que ejecuta uno o mas programas de software o de microprograma, un circuito logico combinacional y/u otros componentes adecuados que proporcionan la funcionalidad descrita. No obstante, el sistema 10 puede tener otras diversas configuraciones de valvulas que permiten que el sistema 10 funcione como se describe en la presente memoria. Alternativamente, el sistema de bomba de calor 10 puede no incluir las valvulas reversibles 36, 38 o un conducto de inversion 46 con el dispositivo de expansion 26.

El circuito de transferencia de calor 14 intercambia energfa termica entre el condensador 22 y un espacio de servicio 40 (por ejemplo, un edificio). El circuito de transferencia de calor 14 incluye una lmea de suministro 42, una lmea de retorno 44 y un ventilador o bomba de suministro (no mostrado) que suministra aire/agua calentada por el condensador 22 al espacio de servicio 40 donde un ventilador extrae aire sobre un serpentm para calentar un espacio como es sabido en la tecnica. El aire/agua de retorno enfriado se transfiere a traves de la lmea de retorno 44 donde se puede dirigir de vuelta al condensador 22. En aplicaciones tfpicas de calentamiento de espacios, el sistema de bomba de calor esta dimensionado para dotar a un edificio con suficiente capacidad de calentamiento en alguna “condicion de diseno”, lo que representa una condicion de temperatura del aire exterior severa pero no infrecuente.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Durante la operacion del sistema de bomba de calor 10, se puede acumular escarcha en los serpentines del evaporador 28. Los metodos de descongelacion estandar incluyen invertir el ciclo de refrigerante accionando las valvulas de inversion 36, 38. No obstante, tales metodos de descongelacion estandar pueden extraer energfa termica del circuito de transferencia de calor 14, disminuyendo por ello el rendimiento integrado del sistema de bomba de calor 10. En contraste con el metodo de descongelacion estandar, el sistema de bomba de calor 10 ejemplar utiliza un metodo de “descongelacion libre” y/o un metodo de “descongelacion positiva” para descongelar el evaporador 28.

Tanto el metodo de “descongelacion libre” como el de “descongelacion positiva” no invierten el ciclo de refrigerante, y extraen la energfa termica necesaria para descongelar el evaporador 28 del aire exterior en lugar del circuito de transferencia de calor 14. No obstante, en algunas realizaciones, el sistema de bomba de calor 10 tambien puede utilizar un ciclo inverso ademas de los metodos de “descongelacion libre” y “descongelacion positiva” si la acumulacion de escarcha en el evaporador 28 es excesiva.

El metodo de “descongelacion libre” considera que el ciclo esperado (es decir, apagar los compresores) coincida con una demanda de calor del espacio 40, y utiliza aire del ambiente exterior para descongelar. Por tanto, el sistema 10 reduce o evita la acumulacion de escarcha sin tener que invertir el ciclo de refrigerante. En el metodo de descongelacion libre, el evaporador 28 se descongela cuando se detecta por el controlador 100 un nivel o cantidad predeterminada (por ejemplo, una capa pequena) de acumulacion de escarcha, utilizando energfa termica del aire exterior que esta por encima del punto de congelacion. Esto es en contraste con algunos sistemas de la tecnica anterior que esperan hasta que se forme una capa de escarcha gruesa y significativa. Activando un ventilador o unos ventiladores de intercambiador de calor exterior 48 y apagando el compresor o los compresores 20, se puede reducir o evitar el enfriamiento del circuito de transferencia de calor 14 durante el ciclo de descongelacion.

En operacion, el sistema de bomba de calor 10 se monitoriza para la creacion de escarcha. Por ejemplo, uno o mas sensores 50 se pueden asociar operativamente con el evaporador 28 para detectar la creacion de escarcha en los serpentines u otros componentes del evaporador 28. El sensor 50 puede ser un sensor de temperatura que detecta la temperatura del refrigerante y/o la temperatura del aire del ambiente. No obstante, el sistema 10 puede usar cualquier metodo adecuado para detectar la creacion de escarcha en el evaporador 28, tal como detectar la presion del refrigerante dentro del evaporador, detectar un aumento en la cafda de presion diferencial del lado del aire a traves del serpentm del evaporador, etc.

Cuando la temperatura del aire del ambiente esta por encima del punto de congelacion del agua (es decir, > 0°C a nivel del mar) y se detecta un nivel de escarcha predeterminado en el evaporador 28, el controlador 100 apaga el compresor o los compresores 20 y activa el ventilador o los ventiladores del intercambiador de calor exterior 48 para forzar el aire del ambiente sobre el evaporador 28. Debido a que la temperatura del aire del ambiente esta por encima de la congelacion, el flujo de aire fundira la escarcha formada en el evaporador 28. En la realizacion ejemplar, el sistema 10 detecta el comienzo de la creacion de escarcha (es decir, antes de que la escarcha este completamente formada) de modo que solamente se requiere que el sistema 10 opere en el modo de descongelacion libre durante cortos periodos de tiempo para eliminar las capas pequenas de escarcha.

Una vez que se cumple una condicion de reduccion de escarcha predeterminada, el controlador 100 vuelve a encender el compresor o los compresores 20 y el sistema 10 se opera normalmente. En la realizacion ejemplar, el compresor o los compresores 20 se encienden y el ciclo de descongelacion se termina cuando se alcanza una temperatura predeterminada del refrigerante en un punto adecuado en el serpentm del intercambiador de calor. Por ejemplo, el sensor 50 puede incluir un sensor de temperatura de serpentm para detectar una temperatura de serpentm aumentada y un controlador de senal 100 para terminar el ciclo de descongelacion. Alternativamente, se puede usar un sensor de presion o un conmutador de presion, o los ciclos de descongelacion se pueden ejecutar durante una duracion de tiempo fija. No obstante, el ciclo de descongelacion libre se puede terminar cuando ocurren otras condiciones, tal como cuando la cafda de presion diferencial del lado del aire a traves del serpentm del evaporador vuelve por debajo de un nivel predeterminado.

Por consiguiente, debido a que el compresor o los compresores 20 se apagan, el consumo de potencia del sistema 10 se reduce. Ademas, debido a que el sistema 10 no se opera en un ciclo inverso, el condensador 22 no se utiliza como evaporador, lo que dana como resultado un enfriamiento indeseado del fluido hecho circular dentro del circuito de transferencia de calor 14.

La FIG. 2 ilustra un grafico de un consumo de potencia ejemplar del sistema de bomba de calor 10 que da vueltas entre un modo de operacion normal y el modo de descongelacion libre (lmea 104) en comparacion con dar vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion estandar (lmea 102) donde el circuito de refrigerante 12 se opera en un ciclo inverso.

La FIG. 3 ilustra un grafico de una capacidad de calentamiento ejemplar del sistema de bomba de calor 10 que da vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion libre (lmea 106) en comparacion con dar vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion estandar (lmea 108).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

El metodo de “descongelacion positiva” reduce o evita la congelacion reduciendo la capacidad del sistema de bomba de calor 10 en consideracion de los requisitos esperados de carga de calor reducida del espacio 40, y utiliza aire del ambiente exterior para descongelar. No obstante, aunque la capacidad se reduce, el metodo aun proporciona algun grado de capacidad. Por tanto, el sistema 10 reduce la velocidad del compresor o de los compresores 20 y/o apaga algunos compresores 20, al mismo tiempo que proporciona aun una capacidad de calentamiento adecuada para el circuito de transferencia de calor 14.

En operacion, el sistema de bomba de calor 10 se monitoriza para la creacion de escarcha. Por ejemplo, el sensor

50 se puede asociar operativamente con el evaporador 28 para detectar la creacion de escarcha en los serpentines u otros componentes del evaporador 28. El sensor 50 puede ser un sensor de temperatura que detecta la temperatura del refrigerante y/o la temperatura de aire del ambiente. No obstante, el sistema 10 puede usar cualquier metodo adecuado para detectar la creacion de escarcha en el evaporador 28, como se describe en la presente memoria.

Cuando la temperatura de aire del ambiente esta por encima del punto de congelacion del agua (es decir, > 0°C al nivel del mar) y se detecta un pequeno nivel de escarcha predeterminado en el evaporador 28, el controlador 100 reduce la velocidad de los compresores de velocidad variable 20 y/o reduce el numero de compresores operativos 20 (en un sistema de multiples compresores). La temperatura del serpentm del evaporador 28 se monitoriza entonces para determinar si la temperatura del refrigerante aumenta y excede 0°C (u otro valor predeterminado) despues de reducir la velocidad del compresor y/o el numero de compresores operativos.

51 la temperatura excede, por ejemplo, 0°C, el controlador 100 mantiene las condiciones del compresor y se monitoriza la temperatura del serpentm para determinar cuando la temperatura del refrigerante se estabiliza por encima de 0°C. En esta operacion, el serpentm del evaporador mas caliente resultante puede ser suficiente para fundir la pequena capa de escarcha presente al tiempo que aun se proporciona alguna capacidad de calentamiento al circuito de transferencia de calor 14. En la realizacion ejemplar, el compresor o los compresores 20 se devuelven a su operacion normal (es decir, funcionando a velocidad normal y/o todos los compresores encendidos) y el ciclo de descongelacion se termina cuando se alcanza una temperatura predeterminada del refrigerante en un punto adecuado en el serpentm del intercambiador de calor. Por ejemplo, el sensor 50 puede incluir un sensor de temperatura del serpentm para detectar una temperatura del serpentm aumentada y un controlador de senal 100 para termine el ciclo de descongelacion. Alternativamente, se puede usar un sensor de presion o un conmutador de presion, o los ciclos de descongelacion se pueden ejecutar durante una duracion de tiempo fija. No obstante, el ciclo de descongelacion libre se puede terminar cuando ocurren otras condiciones, tales como cuando la cafda de presion diferencial del lado del aire a traves del serpentm del evaporador vuelve por debajo de un nivel predeterminado.

Si, durante un tiempo predeterminado, la temperatura del refrigerante permanece por debajo o igual a 0°C o esta disminuyendo, el sistema 10 se puede conmutar al modo de descongelacion libre, y los compresores 20 se apagan y el ventilador 48 se opera para calentar el serpentm del evaporador con aire del ambiente exterior (si esta por encima del punto de congelacion del agua).

La FIG. 4 ilustra un grafico de un consumo de potencia ejemplar del sistema de bomba de calor 10 dando vueltas entre un modo de operacion normal y el modo de descongelacion positiva (lmea 110) en comparacion con dar vueltas entre un modo de operacion normal y un modo de descongelacion estandar (lmea 112) donde el circuito de refrigerante 12 se opera en un ciclo inverso.

La FIG. 5 ilustra un grafico de una capacidad de calentamiento ejemplar del sistema de bomba de calor 10 dando vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion positiva (lmea 114) en comparacion con dar vueltas entre el modo de operacion normal y el modo de descongelacion estandar (lmea 116).

El sistema 10 puede usar diversas configuraciones de compresores 20. Por ejemplo, una primera configuracion incluye un compresor unico de velocidad fija, una segunda configuracion incluye un compresor unico de velocidad variable, una tercera configuracion incluye multiples compresores de velocidad fija, y una cuarta configuracion incluye compresores de velocidad fija y variable. El sistema 10 se puede operar en el modo de descongelacion libre para todas de las cuatro configuraciones, y el sistema 10 se puede operar en el modo de descongelacion positiva para la segunda, tercera y cuarta configuraciones.

Se describen en la presente memoria sistemas y metodos para descongelar un sistema de bomba de calor. El sistema de bomba de calor se puede descongelar en un modo de descongelacion libre, un modo de descongelacion positiva o un modo de descongelacion libre y positiva, sin operar el sistema de bomba de calor en un ciclo inverso. El modo de descongelacion libre incluye apagar los compresores del ciclo de refrigerante y operar los ventiladores para forzar al aire del ambiente sobre un evaporador con escarcha para descongelacion. El modo de descongelacion positiva incluye reducir la velocidad de los compresores y/o apagar algunos del total de los compresores para elevar la temperatura del refrigerante para descongelar el evaporador. El modo de descongelacion libre y positiva incluye operar el sistema de bomba de calor tanto en modo de descongelacion libre como en el modo de descongelacion positiva simultaneamente o por separado en cualquier orden.

Por tanto, el Coeficiente de Rendimiento del sistema de bomba de calor se puede aumentar significativamente, con poco o ningun impacto sobre la capacidad de calentamiento integrada, y con poco o ningun coste de hardware adicional. En algunos casos, la capacidad de calentamiento integrada del sistema de bomba de calor se puede mejorar a plena carga, lo que mejora el coste por capacidad de calentamiento entregada. El sistema aumenta el 5 Coeficiente de Rendimiento Estacional (por ejemplo, en un 15%). Ademas del aumento de la eficiencia energetica, los metodos de descongelacion descritos pueden mantener la estabilidad del circuito de aire o agua del edificio, aumentar la fiabilidad de la unidad y reducir el tiempo de pruebas en laboratorio.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de bomba de calor (10) que comprende:

un circuito de refrigerante (12); al menos un compresor (20); un evaporador (28); y

un controlador (100) programado para descongelar el evaporador (28) en un primer modo de descongelacion, en donde en el primer modo de descongelacion el controlador (100) se programa para:

monitorizar el evaporador (28) para detectar la creacion de escarcha en el mismo; y

reducir la velocidad del al menos un compresor (20) y/o reducir el numero de algunos, pero no todos, los compresores operativos del al menos un compresor (20), si se detecta la creacion de escarcha en el evaporador (28), caracterizado por que: el controlador (100) esta programado ademas para descongelar el evaporador (28) en un segundo modo de descongelacion, en donde en el segundo modo de descongelacion el controlador (100) esta programado para:

monitorizar el evaporador (28) para detectar la creacion de escarcha en el mismo;

apagar el al menos un compresor (20) cuando se detecta escarcha en el evaporador (28); y

operar un ventilador para forzar aire del ambiente sobre el evaporador (28) para descongelar el evaporador (28).
2. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde en el primer modo de descongelacion el controlador esta programado ademas para monitorizar posteriormente una temperatura del evaporador para determinar si la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos.
3. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde en el segundo modo de descongelacion el controlador esta programado para realizar los pasos de apagar el al menos un compresor y operar el ventilador solamente si la temperatura de aire del ambiente del aire del ambiente forzado por el ventilador esta por encima de 0°C.
4. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde el controlador esta programado para descongelar el evaporador usando el modo de descongelacion y el segundo modo de descongelacion sin utilizar un ciclo inverso del circuito de refrigerante.
5. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde en el modo de descongelacion el controlador esta programado para mantener el al menos un compresor en la velocidad reducida y/o el numero de operacion reducido si se determina que la temperatura monitorizada aumenta y excede la temperatura predeterminada.
6. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 5, en donde la temperatura predeterminada es 0°C.
7. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde en el modo de descongelacion el controlador esta programado para:

monitorizar una temperatura del evaporador para determinar si la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos; e

iniciar el segundo modo de descongelacion si se determina que la temperatura monitorizada esta por debajo de la temperatura predeterminada despues de una cantidad predeterminada de tiempo.
8. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde, en el modo de descongelacion, el controlador esta programado para devolver el al menos un compresor a una operacion normal aumentando la velocidad del al menos un compresor y/o encendiendo todos los compresores de al menos un compresor cuando la escarcha detectada se funde operando el metodo de descongelacion.
9. El sistema de bomba de calor de la reivindicacion 1, en donde, en el segundo modo de descongelacion, el controlador esta programado para devolver el al menos un compresor a una operacion normal encendiendo el al menos un compresor cuando la escarcha detectada se funde operando en el segundo modo de descongelacion.
10. Un metodo de descongelacion de un intercambiador de calor (28) de un circuito de refrigerante (12) que tiene al menos un compresor (20), el metodo que comprende:

5

10

15

20

25

30

35

40

monitorizar el intercambiador de calor (28) para detectar la creacion de escarcha en el mismo;

operar, si se detecta escarcha en el intercambiador de calor (28), en un primer modo de descongelacion,

en donde el primer modo de descongelacion comprende:

reducir la velocidad del al menos un compresor (20) y/o reducir el numero de algunos, pero no todos, los compresores operativos del al menos un compresor, si se detecta escarcha en el intercambiador de calor (28), caracterizado por que el metodo ademas comprende:

operar en el segundo modo de descongelacion si se determina que la temperatura monitorizada esta por debajo de la temperatura predeterminada despues de una cantidad de tiempo predeterminada, y si se detecta escarcha en el intercambiador de calor (28),

en donde el segundo modo de descongelacion incluye:

apagar el al menos un compresor (20); y

operar un ventilador para forzar aire del ambiente sobre el intercambiador de calor (28) para descongelar el intercambiador de calor (28).
11. El metodo de la reivindicacion 10, en donde el modo de descongelacion comprende ademas monitorizar posteriormente una temperatura del intercambiador de calor para determinar si la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos.
12. El metodo de la reivindicacion 10, en donde el intercambiador de calor es un evaporador de exterior y el ventilador fuerza el aire del ambiente exterior.
13. El metodo de la reivindicacion 10, en donde el segundo modo de descongelacion comprende ademas apagar el al menos un compresor y operar el ventilador solamente si la temperatura de aire del ambiente del aire del ambiente forzado por el ventilador esta por encima de la temperatura de congelacion del agua.
14. El metodo de la reivindicacion 10, en donde descongelar el intercambiador de calor con el primer modo de descongelacion y el segundo modo de descongelacion se realiza sin invertir el ciclo del circuito de refrigerante para descongelar el intercambiador de calor.
15. El metodo de la reivindicacion 10, en donde el intercambiador de calor es un evaporador de un sistema de bomba de calor, el sistema de bomba de calor que comprende el circuito de refrigerante y una pluralidad de compresores, la pluralidad de compresores que incluye el al menos un compresor, y el metodo que comprende ademas:

proporcionar, al tiempo que se descongela en el primer modo de descongelacion, capacidad de calentamiento al sistema de bomba de calor con los compresores de velocidad reducida y/o los compresores operativos restantes; y

monitorizar posteriormente una temperatura del evaporador para determinar si, durante la descongelacion en el primer modo de descongelacion, la temperatura monitorizada aumenta y excede una temperatura predeterminada despues de la reduccion de velocidad del compresor y/o los numeros de compresores operativos reducidos;

y en donde el segundo modo de descongelacion comprende ademas: apagar cada compresor de la pluralidad de compresores; y

operar, solamente cuando el aire del ambiente exterior esta por encima de la temperatura de congelacion del agua, el ventilador para forzar el aire del ambiente exterior sobre el evaporador para descongelar el evaporador, en donde el evaporador se descongela usando el primer y segundo modos de descongelacion y sin invertir el ciclo del circuito de refrigerante para descongelar el intercambiador de calor.