ES2729981T3 - Method and system to control the overheating of compression refrigeration cycles with a recuperator - Google Patents

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Umberto Merlo
Stefano Filippini
Francesco Casella
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Abstract

Un método para controlar el sobrecalentamiento en un sistema de ciclo de refrigeración que opera mediante la compresión de un fluido refrigerante con recuperador (4), dicho sistema comprendiendo un compresor (1) que tiene una entrada y una salida, un evaporador (6) que tiene una entrada (10) y una salida (9), una válvula de expansión térmica (5) acoplada a dicha entrada (10) de dicho evaporador (6) y el recuperador (4) que tiene una entrada (9) y una salida, caracterizado porque dicho método estabiliza, al menos localmente, el funcionamiento de dicho evaporador (6) ejecutando un algoritmo de estabilización para el funcionamiento del evaporador (6), en el siguiente orden, al menos los pasos de: calcular la temperatura de evaporación (T4) a partir de la presión (P1) medida en el evaporador; calcular la potencia térmica absorbida por el evaporador (6) en base a la diferencia entre la temperatura del aire (T2) y la temperatura de evaporación (T4), multiplicada por la conductancia equivalente; calcular la entalpía del refrigerante en la entrada (10) de la válvula de expansión térmica (5) en función de su temperatura medida (T3); calcular la entalpía deseada en la salida (9) del evaporador (6) en base a la relación de vaporización deseada en la salida (9) del evaporador (6) y la presión de evaporación medida P1; calcular el flujo de refrigerante que proporciona un cambio de entalpía requerido entre la entrada (10) y la salida (9) del evaporador (6) dada la potencia térmica estimada por inversión, conociendo la presión aguas arriba (P2) y aguas abajo (P1) de la válvula de expansión térmica (5) y la densidad del refrigerante líquido en la entrada (10), que es una función de la temperatura medida (T3), la regla de descarga característica de la válvula (5) para calcular la apertura necesaria para lograr el flujo calculado y enviar la señal de apertura calculada de dicha válvula a un accionador de dicha válvula de expansión térmica (5).A method for controlling overheating in a refrigeration cycle system that operates by compressing a refrigerant fluid with recuperator (4), said system comprising a compressor (1) having an inlet and an outlet, an evaporator (6) which it has an inlet (10) and an outlet (9), a thermal expansion valve (5) coupled to said inlet (10) of said evaporator (6) and the recuperator (4) having an inlet (9) and an outlet , characterized in that said method stabilizes, at least locally, the operation of said evaporator (6) by executing a stabilization algorithm for the operation of the evaporator (6), in the following order, at least the steps of: calculating the evaporation temperature ( T4) from the pressure (P1) measured in the evaporator; calculate the thermal power absorbed by the evaporator (6) based on the difference between the air temperature (T2) and the evaporation temperature (T4), multiplied by the equivalent conductance; calculate the enthalpy of the refrigerant at the inlet (10) of the thermal expansion valve (5) based on its measured temperature (T3); calculate the desired enthalpy at the outlet (9) of the evaporator (6) based on the desired vaporization ratio at the outlet (9) of the evaporator (6) and the measured evaporation pressure P1; calculate the refrigerant flow that provides a required enthalpy change between the inlet (10) and the outlet (9) of the evaporator (6) given the estimated thermal power per inversion, knowing the upstream (P2) and downstream (P1) pressure ) of the thermal expansion valve (5) and the density of the liquid refrigerant at the inlet (10), which is a function of the measured temperature (T3), the characteristic discharge rule of the valve (5) to calculate the opening necessary to achieve the calculated flow and send the calculated opening signal of said valve to an actuator of said thermal expansion valve (5).

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Método y sistema para controlar el sobrecalentamiento de ciclos de refrigeración por compresión con un recuperador Method and system to control the overheating of compression refrigeration cycles with a recuperator

[0001] La presente invención se refiere, en un primer aspecto de la misma, a un método para controlar el recalentamiento o el sobrecalentamiento en ciclos de refrigeración por compresión con un intercambiador de calor regenerativo.[0001] The present invention relates, in a first aspect thereof, to a method of controlling overheating or overheating in compression cooling cycles with a regenerative heat exchanger.

[0002] En un segundo aspecto de la misma, la presente invención se refiere a un sistema para la implementación del método de la invención[0002] In a second aspect thereof, the present invention relates to a system for the implementation of the method of the invention.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIONBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] Como se sabe, el objetivo del sistema de control en ciclos de refrigeración por compresión es maximizar la potencia térmica tomada por el evaporador de un fluido que transporta calor, normalmente el aire de una cámara de enfriamiento de un área con aire acondicionado, el evitando al mismo tiempo enviar una mezcla de dos fases al compresor, lo que podría dañarlo.[0003] As is known, the objective of the control system in compression refrigeration cycles is to maximize the thermal power taken by the evaporator of a fluid that carries heat, normally the air from a cooling chamber of an air-conditioned area, while avoiding sending a two-phase mixture to the compressor, which could damage it.

[0004] En ciclos de refrigeración convencionales, la sección terminal del evaporador actúa como un sobrecalentador, para enviar vapor seco sobrecalentado al compresor.[0004] In conventional refrigeration cycles, the evaporator terminal section acts as a superheater, to send dry superheated steam to the compressor.

[0005] En particular, el objetivo de control se logra con una operación de retroalimentación simple, donde el nivel de sobrecalentamiento se mide en la salida del evaporador y la apertura de la válvula de expansión térmica en la entrada del evaporador se modula adecuadamente para que el sobrecalentamiento permanezca alrededor de un valor oportuno "VALOR DE AJUSTE" o punto de referencia. Este último debe ser lo suficientemente alto para garantizar la ausencia de gotas de líquido en la entrada del compresor, con un margen de seguridad durante los transitorios, pero al mismo tiempo debe estar restringido para evitar altas temperaturas de suministro de gas. En cualquier caso, la presencia de la sección de sobrecalentamiento obliga al evaporador a funcionar a una temperatura y, por lo tanto, a una presión, inferior a la que sería posible lograr en ausencia de la sección, penalizando la eficiencia de enfriamiento.[0005] In particular, the control objective is achieved with a simple feedback operation, where the level of overheating is measured at the evaporator outlet and the opening of the thermal expansion valve at the evaporator inlet is adequately modulated so that the overheating remains around an appropriate value "ADJUSTMENT VALUE" or reference point. The latter must be high enough to guarantee the absence of liquid drops at the compressor inlet, with a safety margin during the transients, but at the same time it must be restricted to avoid high gas supply temperatures. In any case, the presence of the overheating section forces the evaporator to operate at a temperature and, therefore, at a pressure, lower than what would be possible in the absence of the section, penalizing the cooling efficiency.

[0006] También se sabe que es posible mejorar significativamente esta eficiencia utilizando el calor residual del fluido refrigerante a alta temperatura en la salida del condensador para sobrecalentar el fluido refrigerante en un recuperador de calor separado del evaporador. De esta manera, es posible reducir la diferencia de temperatura entre el fluido de evaporación y el aire a enfriar a voluntad, siempre que se incremente la superficie de intercambio convectivo y / o coeficiente entre los dos, mejorando así la eficiencia termodinámica del ciclo.[0006] It is also known that it is possible to significantly improve this efficiency by using the residual heat of the high temperature coolant at the condenser outlet to overheat the coolant in a heat recuperator separated from the evaporator. In this way, it is possible to reduce the temperature difference between the evaporation fluid and the air to be cooled at will, as long as the surface of convective exchange and / or coefficient between the two is increased, thus improving the thermodynamic efficiency of the cycle.

[0007] En esta configuración de ingeniería o estructural de la planta, el primer objetivo de control es mantener la relación de vaporización a la salida del evaporador en un valor predeterminado de menos de uno, posiblemente a un valor cercano al de secado para asegurar el mejor uso posible de la superficie de intercambio de calor. El segundo objetivo es garantizar un sobrecalentamiento suficiente del fluido refrigerante a la salida del recuperador, es decir, a la entrada del compresor para evitar dañarlo.[0007] In this engineering or structural configuration of the plant, the first control objective is to maintain the vaporization ratio at the evaporator outlet at a predetermined value of less than one, possibly at a value close to that of drying to ensure the best possible use of heat exchange surface. The second objective is to ensure sufficient overheating of the refrigerant fluid at the outlet of the recuperator, that is, at the inlet of the compressor to avoid damaging it.

[0008] El método más sencillo para lograr este objetivo es utilizar la misma estrategia de control utilizada en los ciclos convencionales, a saber, medir el nivel de sobrecalentamiento de vapor en la salida del recuperador y utilizar un control de retroalimentación que actúa sobre la apertura de la válvula de expansión térmica para llevarla y mantenerla aproximadamente en un valor de punto de ajuste oportuno, correspondiente a las condiciones óptimas de acondicionamiento del ciclo.[0008] The simplest method to achieve this objective is to use the same control strategy used in conventional cycles, namely to measure the level of steam overheating at the recuperator outlet and to use a feedback control that acts on the opening of the thermal expansion valve to carry it and keep it at an approximate set point value, corresponding to the optimum conditions of the cycle conditioning.

[0009] Desafortunadamente, esta configuración tiende a exhibir muy fácilmente un comportamiento inestable, caracterizado por fuertes oscilaciones.[0009] Unfortunately, this configuration tends to exhibit very easily unstable behavior, characterized by strong oscillations.

[0010] En particular, es muy difícil, si no imposible, diseñar una regla de control que garantice un comportamiento estable en todas las posibles condiciones operativas del sistema.[0010] In particular, it is very difficult, if not impossible, to design a control rule that guarantees stable behavior in all possible operating conditions of the system.

[0011] El origen de esta dificultad se debe a la combinación de tres fenómenos. El primero es el retraso de propagación entre variaciones en el caudal de la válvula de expansión térmica y las variaciones correspondientes en la relación de vaporización en la salida del evaporador.[0011] The origin of this difficulty is due to the combination of three phenomena. The first is the propagation delay between variations in the thermal expansion valve flow rate and the corresponding variations in the vaporization ratio at the evaporator outlet.

[0012] El segundo fenómeno es la no linealidad extrema de la relación entre la razón de vaporización a la salida del evaporador y, por lo tanto, a la entrada del recuperador, y el nivel de sobrecalentamiento en la salida del recuperador que se utiliza para la retroalimentación. Esta no linealidad se debe a la fuerte dependencia de la razón de vaporización del coeficiente de intercambio convectivo en la sección de entrada del recuperador, que proporciona la sección de evaporación final para el fluido refrigerante.[0012] The second phenomenon is the extreme nonlinearity of the relationship between the vaporization ratio at the evaporator outlet and, therefore, at the recuperator inlet, and the level of overheating at the recuperator outlet that is used for feedback. This nonlinearity is due to the strong dependence on the vaporization ratio of the convective exchange coefficient in the inlet section of the recuperator, which provides the final evaporation section for the cooling fluid.

[0013] El tercer fenómeno viene dado por el acoplamiento adicional introducido en el proceso por el recuperador, por el que incluso un aumento moderado en la relación de vaporización en la entrada conlleva una fuerte caída en el coeficiente de intercambio y, por lo tanto, una caída en el calor tomado del lado caliente, es decir, un aumento de la temperatura en el lado caliente, que implica un aumento en la relación de vaporización aguas abajo de la válvula de expansión térmica y, por lo tanto, un aumento adicional en la relación de vaporización a la salida del evaporador.[0013] The third phenomenon is given by the additional coupling introduced in the process by the recuperator, whereby even a moderate increase in the vaporization ratio at the entrance leads to a sharp drop in the coefficient of exchange and, therefore, a drop in heat taken from the hot side, that is, an increase in temperature on the hot side, which implies an increase in the vaporization ratio downstream of the thermal expansion valve and, therefore, an additional increase in the vaporization ratio at the evaporator outlet.

[0014] Este mecanismo positivo de retroalimentación es desestabilizante y da como resultado fenómenos de histéresis que se han confirmado experimentalmente.[0014] This positive feedback mechanism is destabilizing and results in hysteresis phenomena that have been experimentally confirmed.

[0015] En conclusión, solo la medición de sobrecalentamiento corriente aguas abajo del recuperador es inadecuada para implementar un ajuste de retroalimentación que sea fiable y estable en todas las condiciones de operación del proceso, a menos que esté integrado con otras mediciones. El documento EP 2765370 A1 describe un método para controlar el sobrecalentamiento en un sistema de ciclo de refrigeración según el preámbulo de la reivindicación 1 y un sistema para controlar el sobrecalentamiento en un ciclo de refrigeración.[0015] In conclusion, only the overheating measurement downstream of the recuperator is inadequate to implement a feedback setting that is reliable and stable in all process operating conditions, unless it is integrated with other measurements. EP 2765370 A1 describes a method for controlling overheating in a refrigeration cycle system according to the preamble of claim 1 and a system for controlling overheating in a refrigeration cycle.

RESUMEN DE LA INVENCIONSUMMARY OF THE INVENTION

[0016] El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un método para controlar el sobrecalentamiento en ciclos de refrigeración por compresión con un intercambiador de calor regenerativo que permita estabilizar la relación de vaporización a la salida del evaporador de una manera indirecta.[0016] The aim of the present invention is, therefore, to provide a method for controlling overheating in compression refrigeration cycles with a regenerative heat exchanger that allows stabilizing the vaporization ratio at the evaporator outlet in an indirect manner. .

[0017] Dentro del objetivo mencionado anteriormente, un objeto principal de la presente invención es proporcionar un método del tipo indicado que proporcione la estabilización buscada mediante la medición y evaluación de al menos los siguientes parámetros:[0017] Within the objective mentioned above, a main object of the present invention is to provide a method of the indicated type that provides the stabilization sought by measuring and evaluating at least the following parameters:

- temperatura del aire a enfriar;- temperature of the air to cool;

- temperatura del flujo aguas arriba de la válvula de expansión térmica;- flow temperature upstream of the thermal expansion valve;

- presión aguas arriba de la válvula de expansión térmica;- pressure upstream of the thermal expansion valve;

- presión de evaporación.- evaporation pressure.

[0018] Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método del tipo indicado que se puede implementar con una instrumentación extremadamente simple y económica, en particular un solo sensor de presión en la línea de baja presión del circuito, posicionado en la salida del evaporador, así como un solo sensor de temperatura y un solo sensor de presión, ambos colocados aguas arriba de la válvula de expansión térmica.[0018] Another object of the present invention is to provide a method of the indicated type that can be implemented with extremely simple and economical instrumentation, in particular a single pressure sensor in the low pressure line of the circuit, positioned at the evaporator outlet , as well as a single temperature sensor and a single pressure sensor, both placed upstream of the thermal expansion valve.

[0019] Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método del tipo indicado que funciona sobre la base de un nuevo y novedoso algoritmo de control y regulación capaz de estabilizar el funcionamiento del sistema de refrigeración compensando directamente los efectos de: cambios en temperatura del aire a enfriar; cambios en la presión de condensación aguas arriba de la válvula de expansión térmica; cambios en el flujo y la temperatura del fluido refrigerante del condensador; y cambios en la presión de evaporación y en el intercambio de calor del recuperador con variaciones posteriores en el contenido de entalpía del refrigerante a la salida del recuperador y a la entrada de la válvula de expansión térmica.[0019] A further object of the present invention is to provide a method of the indicated type that works on the basis of a new and novel control and regulation algorithm capable of stabilizing the operation of the cooling system by directly compensating the effects of: changes in temperature of the air to cool; changes in the condensation pressure upstream of the thermal expansion valve; changes in the flow and temperature of the condenser coolant; and changes in evaporation pressure and heat exchange of the recuperator with subsequent variations in the enthalpy content of the refrigerant at the outlet of the recuperator and at the inlet of the thermal expansion valve.

[0020] Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método del tipo indicado que sea extremadamente eficaz no solo para la estabilización local del sistema, sino también para grandes perturbaciones que involucran a todo el sistema.[0020] A further object of the present invention is to provide a method of the indicated type that is extremely effective not only for local stabilization of the system, but also for large disturbances involving the entire system.

[0021] Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método del tipo indicado que pueda fácilmente adaptarse para manejar posibles fallos de los ventiladores que sirven a los evaporadores.[0021] A further object of the present invention is to provide a method of the indicated type that can easily be adapted to handle possible failures of the fans serving the evaporators.

[0022] Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de control y regulación para implementar el método de la invención, siendo posible configurar este sistema como un dispositivo modular aplicable a cualquier cámara de enfriamiento o sala con aire acondicionado y / o área similar , ya sea de nueva construcción o incluso de un tipo preexistente, este sistema garantizando, gracias a la implementación del método de la invención, la maximización de la potencia térmica tomada del refrigerante portador de calor por el evaporador, evitando al mismo tiempo el envío de una mezcla de dos fases al compresor del sistema, que podría dañarlo.[0022] A further object of the present invention is to provide a control and regulation system to implement the method of the invention, it being possible to configure this system as a modular device applicable to any cooling chamber or room with air conditioning and / or area similar, whether of new construction or even of a pre-existing type, this system guaranteeing, thanks to the implementation of the method of the invention, the maximization of the thermal power taken from the heat-carrying refrigerant by the evaporator, while avoiding shipping of a two-phase mixture to the system compressor, which could damage it.

[0023] El último, pero no menos importante, objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de control y regulación del ciclo de refrigeración que pueda construirse a partir de materiales / componentes fácilmente disponibles en el mercado con un funcionamiento fiable, así como costos económicamente competitivos.[0023] The last, but not least, object of the present invention is to provide a refrigeration cycle control and regulation system that can be constructed from materials / components readily available in the market with reliable operation, as well as costs economically competitive

[0024] Según la presente invención, el objetivo y los objetos mencionados anteriormente, así como otros objetos, que aparecerán más claros más adelante, se consiguen mediante un método para controlar el sobrecalentamiento en un sistema de ciclo de ref larigeración que funciona comprimiendo un fluido refrigerante con una Intercambiador de calor regenerativo, según reivindicación 1.[0024] According to the present invention, the objective and the aforementioned objects, as well as other objects, which will appear clearer later on, are achieved by a method for controlling overheating in a refractive cycle system that works by compressing a fluid. refrigerant with a regenerative heat exchanger according to claim 1.

[0025] Otras características del método de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes. [0025] Other features of the method of the invention are defined in the dependent claims.

[0026] El objetivo y los objetos mencionados anteriormente también se logran mediante un sistema para implementar el método de la invención como se establece en las reivindicaciones adjuntas respecto al sistema.[0026] The object and objects mentioned above are also achieved by a system to implement the method of the invention as set forth in the appended claims regarding the system.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS.

[0027] Otras características y ventajas del método y el sistema de acuerdo con la presente invención se harán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de sus realizaciones actualmente preferidas, mostradas a modo de ejemplo indicativo y no limitativo en los dibujos adjuntos, en los cuales:[0027] Other features and advantages of the method and system according to the present invention will become more apparent from the following detailed description of its presently preferred embodiments, shown by way of indicative and non-limiting example in the accompanying drawings, in which:

FIG. 1 contiene el pseudocódigo del algoritmo de estabilización para la relación de vaporización en la salida 9 del evaporador 6 a un valor cercano al requerido;FIG. 1 contains the pseudocode of the stabilization algorithm for the vaporization ratio at the outlet 9 of the evaporator 6 at a value close to that required;

FIG. 2 es un diagrama de bloques de la configuración global del sistema de control, regulación y estabilización, que constituye el sujeto de la presente invención; yFIG. 2 is a block diagram of the overall configuration of the control, regulation and stabilization system, which constitutes the subject of the present invention; and

FIG. 3 muestra la disposición de un sistema de ciclo de refrigeración con recuperador, en el que se hace uso del método y el sistema de la invención.FIG. 3 shows the arrangement of a refrigeration cycle system with recuperator, in which the method and system of the invention is used.

DESCRIPCION DE REALIZACIONES PREFERIDASDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

[0028] En la Figura 3 se muestra una disposición del sistema de ciclo de refrigeración con recuperador al que se refiere el método de la invención. El sistema comprende un compresor 1, un condensador 2, un receptor 3 para refrigerante líquido, un recuperador de calor o intercambiador de calor regenerativo 4, una válvula de expansión térmica 5, un evaporador 6 y una línea de transmisión 8 a la válvula 5, para la señal detectada por el sensor 7.[0028] An arrangement of the refrigeration cycle system with recuperator referred to in the method of the invention is shown in Figure 3. The system comprises a compressor 1, a condenser 2, a receiver 3 for liquid refrigerant, a heat recuperator or regenerative heat exchanger 4, a thermal expansion valve 5, an evaporator 6 and a transmission line 8 to the valve 5, for the signal detected by the sensor 7.

[0029] Cuando el sistema está en funcionamiento, el gas de refrigeración se comprime en el compresor 1, luego ingresa al condensador 2 donde cambia de estado, pasando a una fase líquida, luego de lo cual se envía al receptor de líquido 3. El líquido que deja el receptor 3 se envía al recuperador 4, donde se enfría por el gas que sale del evaporador 6. Desde el recuperador 4, se hace que el líquido ingrese a la válvula de expansión térmica 5, donde se produce la expansión adiabática, que forma una mezcla de líquido / gas que entra al evaporador 6. En este último, se produce un cambio de estado de la fase líquida a la fase gas que, a su vez, ingresa al recuperador 4. El ciclo termina con el envío del gas desde el recuperador 4 al compresor 1.[0029] When the system is in operation, the refrigeration gas is compressed in the compressor 1, then enters the condenser 2 where it changes state, going into a liquid phase, after which it is sent to the liquid receiver 3. The liquid that leaves the receiver 3 is sent to the recuperator 4, where it is cooled by the gas leaving the evaporator 6. From the recuperator 4, the liquid is made to enter the thermal expansion valve 5, where the adiabatic expansion occurs, which forms a mixture of liquid / gas that enters the evaporator 6. In the latter, there is a change of state from the liquid phase to the gas phase which, in turn, enters the recuperator 4. The cycle ends with the shipment of the gas from recuperator 4 to compressor 1.

[0030] Como se mencionó, el principal problema en la regulación del ciclo de refrigeración con el recuperador 4 es que las variaciones en la relación de vaporización del evaporador 6 ocurren en su salida 9 con un gran retraso con respecto a las condiciones en la entrada 10, pero esta variación no es detectable directamente porque una mezcla de dos fases que está en condiciones casi isobáricas e isotérmicas pasa a través del evaporador y no existen métodos fiables y económicos para medir la relación de vaporización de esta mezcla.[0030] As mentioned, the main problem in the regulation of the refrigeration cycle with the recuperator 4 is that the variations in the vaporization ratio of the evaporator 6 occur at its outlet 9 with a great delay with respect to the conditions at the entrance 10, but this variation is not directly detectable because a two-phase mixture that is in almost isobaric and isothermal conditions passes through the evaporator and there are no reliable and economical methods to measure the vaporization ratio of this mixture.

[0031] Se producen variaciones en la relación de vaporización, incluso de manera brutal, solo en el recuperador 4, donde el calor latente se transforma en calor sensible, pero cuando esto ocurre, es demasiado tarde para actuar sobre la válvula de expansión térmica 5 sin causar oscilaciones e inestabilidad en la operación del proceso.[0031] Vaporization variations occur, even brutally, only in recuperator 4, where latent heat is transformed into sensible heat, but when this occurs, it is too late to act on the thermal expansion valve 5 without causing oscillations and instability in the operation of the process.

[0032] La determinación del nivel de sobrecalentamiento del vapor en la entrada del compresor 1, que debe ser controlado, en cualquier caso requeriría medir:[0032] The determination of the level of steam overheating at the inlet of compressor 1, which must be controlled, in any case would require measuring:

- la presión P1 del vapor a la salida del recuperador 4, necesaria para calcular la temperatura de saturación correspondiente; y- the pressure P1 of the steam at the outlet of the recuperator 4, necessary to calculate the corresponding saturation temperature; and

- la temperatura T1 del vapor medida por el sensor 7 a la salida del recuperador 4.- the temperature T1 of the steam measured by the sensor 7 at the outlet of the recuperator 4.

[0033] En cualquier caso, la temperatura T2 del aire en la entrada del evaporador 6 también debe medirse, para permitir su regulación al encender y apagar el compresor 1.[0033] In any case, the temperature T2 of the air at the inlet of the evaporator 6 must also be measured, to allow its regulation when turning on and off the compressor 1.

[0034] Por lo tanto, la idea fundamental del método de la invención fue la de introducir mediciones adicionales del proceso que permitan estabilizar directamente la relación de la mezcla líquido / gas en la salida del evaporador, que se define como la relación entre la masa de la fase gaseosa y la masa total. En particular, estas medidas adicionales se refieren a: [0034] Therefore, the fundamental idea of the method of the invention was to introduce additional measurements of the process that directly stabilize the ratio of the liquid / gas mixture at the evaporator outlet, which is defined as the ratio between the mass of the gas phase and the total mass. In particular, these additional measures refer to:

- la temperatura T3 del fluido refrigerante aguas arriba de la válvula de expansión térmica 5; y- the temperature T3 of the refrigerant fluid upstream of the thermal expansion valve 5; and

- la presión P2 del fluido aguas arriba de la válvula de expansión térmica 5.- the pressure P2 of the fluid upstream of the thermal expansion valve 5.

[0035] En principio, la implementación del método propuesto también requeriría medir la presión de evaporación dentro del evaporador 6. Para mantener bajos los costos de instrumentación, dadas las pérdidas de carga relativamente pequeñas en la línea de baja presión del circuito, es posible ignorar estas pérdidas de carga y usar solo un sensor de presión P1 en esta línea, ubicado a la salida del recuperador 4 en el punto 11. De esta manera, la instrumentación adicional que se necesita instalar en el circuito se reduce a un solo sensor de temperatura T3 y un solo sensor de presión P2, ambos posicionados aguas arriba de la válvula de expansión térmica 5 en el punto 10. [0035] In principle, the implementation of the proposed method would also require measuring the evaporation pressure inside the evaporator 6. To keep instrumentation costs low, given the relatively small head losses in the low pressure line of the circuit, it is possible to ignore these losses of load and to use only a pressure sensor P1 in this line, located at the outlet of the recuperator 4 at point 11. In this way, the additional instrumentation that needs to be installed in the circuit is reduced to a single temperature sensor T3 and a single pressure sensor P2, both positioned upstream of the thermal expansion valve 5 at point 10.

[0036] También es necesario saber:[0036] It is also necessary to know:

- el coeficiente de descarga nominal Kv, nom y la curva de apertura característica f(0v) de la válvula de expansión térmica 5, de modo que el coeficiente de descarga efectivo basado en la apertura 0v esté dado por Kv = Kv, nom ■ f(0v ). El valor de la función f() varía de cero (válvula completamente cerrada) a 1 (válvula completamente abierta). Ambos elementos de datos pueden deducirse de datos proporcionados por el fabricante de la válvula y / o medirse experimentalmente mediante pruebas de banco.- the nominal discharge coefficient K v, nom and the characteristic opening curve f (0 v ) of the thermal expansion valve 5, so that the effective discharge coefficient based on the opening 0 v is given by K v = K v, nom ■ f (0 v ). The value of the function f () varies from zero (fully closed valve) to 1 (fully open valve). Both data elements can be deduced from data provided by the valve manufacturer and / or measured experimentally by bench tests.

- la conductancia térmica equivalente G del evaporador 6, es decir, el factor que, multiplicado por el salto de temperatura AT entre la temperatura de evaporación del líquido a la salida del evaporador 6 a la presión P1 y la temperatura T2 del aire a enfriar , produce la potencia térmica absorbida por el evaporador 6, Q = G ■ AT; este valor se puede obtener a partir de los datos de diseño del evaporador y / o mediciones experimentales en una celda termostática, y puede depender del número y velocidad de los ventiladores activos que alimentan el evaporador.- the equivalent thermal conductance G of the evaporator 6, that is, the factor which, multiplied by the temperature jump AT between the evaporation temperature of the liquid at the outlet of the evaporator 6 at the pressure P1 and the temperature T2 of the air to be cooled, produces the thermal power absorbed by the evaporator 6, Q = G ■ AT; This value can be obtained from the design data of the evaporator and / or experimental measurements in a thermostatic cell, and can depend on the number and speed of the active fans that feed the evaporator.

- las curvas de entalpia específicas del líquido y del vapor saturado hls(p) y hvs(p) en función de la presión del refrigerante, la curva de densidad del líquido saturado en función de la temperatura de saturación pls(T), la curva de temperatura de saturación en función de la presión del refrigerante Ts(p), así como el calor específico medio cp del refrigerante en el estado líquido subenfriado. Estas curvas son conocidas de la literatura para todos los refrigerantes empleados industrialmente y pueden aproximarse mediante polinomios u otras fórmulas de interpolación fácilmente implementables en controladores industriales.- the specific enthalpy curves of the liquid and the saturated vapor h ls (p) and h vs (p) depending on the refrigerant pressure, the density curve of the saturated liquid as a function of the saturation temperature p ls (T), the saturation temperature curve as a function of the pressure of the refrigerant T s (p), as well as the average specific heat c p of the refrigerant in the subcooled liquid state. These curves are known in the literature for all industrially used refrigerants and can be approximated by polynomials or other interpolation formulas easily implemented in industrial controllers.

[0037] Según la presente invención, el método de la invención funciona en base a un algoritmo de control innovador, capaz de estabilizar la relación de vaporización a la salida del evaporador 6 y en base a las siguientes etapas de proceso, representadas por el pseudocódigo en la Figura 1.[0037] According to the present invention, the method of the invention operates based on an innovative control algorithm, capable of stabilizing the vaporization ratio at the outlet of the evaporator 6 and based on the following process steps, represented by the pseudocode in Figure 1.

[0038] En un primer paso S1, la temperatura de evaporación Tev se calcula a partir de la presión P1 medida a la salida del recuperador en el punto 7, que es aproximadamente igual a la presión dentro del evaporador, de acuerdo con la fórmula:[0038] In a first step S1, the evaporation temperature T ev is calculated from the pressure P1 measured at the outlet of the recuperator at point 7, which is approximately equal to the pressure inside the evaporator, according to the formula :

(S1) T^ = Ts(P1)(S1) T ^ = Ts (P1)

donde Ts representa la temperatura de saturación del vapor saturado a la presión P1.where Ts represents the saturation temperature of the saturated steam at the pressure P1.

[0039] En una etapa de operación sucesiva S2, la potencia térmica Q absorbida por el evaporador 6 se calcula en base a la diferencia entre la temperatura de aire medida T2 y la temperatura de evaporación Tev multiplicada por la conductancia térmica equivalente G, de acuerdo con la fórmula :[0039] In a successive operation stage S2, the thermal power Q absorbed by the evaporator 6 is calculated based on the difference between the measured air temperature T2 and the evaporation temperature Tev multiplied by the equivalent thermal conductance G, according with the formula:

Figure imgf000005_0001
Figure imgf000005_0001

[0040] En una etapa sucesiva S3, la entalpía específica h¡n del refrigerante a la entrada de la válvula de expansión térmica 5 se mide en el punto 10, en función de su temperatura medida T3, de acuerdo con la fórmula:[0040] In a successive step S3, the specific enthalpy h¡n of the refrigerant at the inlet of the thermal expansion valve 5 is measured at point 10, depending on its measured temperature T3, according to the formula:

Figure imgf000005_0002
Figure imgf000005_0002

donde hls es la entalpía del líquido saturado a la presión P1 y cp es el calor específico a presión constante.where hls is the enthalpy of the saturated liquid at the pressure P1 and cp is the specific heat at constant pressure.

[0041] En una etapa sucesiva S4, la entalpía deseada hu en la salida 9 del evaporador 6 se calcula en base a la relación de vaporización deseada xv° a la salida del evaporador 6 y en la presión de evaporación medida P1, según la formula:[0041] In a successive step S4, the desired enthalpy hu at the outlet 9 of the evaporator 6 is calculated based on the desired vaporization ratio xv ° at the outlet of the evaporator 6 and the evaporation pressure measured P1, according to the formula :

Figure imgf000005_0003
Figure imgf000005_0003

donde hvs es la entalpía del vapor saturado a la presión P1.where hvs is the enthalpy of saturated steam at pressure P1.

[0042] En una etapa sucesiva S5, dada la potencia térmica estimada Q, el flujo mr de refrigerante que provoca el cambio de entalpía requerido entre la entrada 10 y la salida 9 del evaporador 6 se calcula de acuerdo con la fórmula:[0042] In a successive step S5, given the estimated thermal power Q, the refrigerant flow mr that causes the required enthalpy change between the inlet 10 and the outlet 9 of the evaporator 6 is calculated according to the formula:

Figure imgf000005_0004
Figure imgf000005_0004

[0043] En un paso sucesivo S6, conociendo la presión aguas arriba P2 y aguas abajo P1 de la válvula de expansión térmica 5 y la densidad del líquido refrigerante en la entrada 10, que es una función de la temperatura medida T3, se calcula entonces el coeficiente de descarga necesario de la válvula 5 para lograr el flujo calculado en el paso S5. A este respecto, puede ser apropiado introducir un dp de corrección que tenga en cuenta las pérdidas de carga adicionales en el distribuidor 12, de acuerdo con la fórmula: [0043] In a successive step S6, knowing the upstream pressure P2 and downstream P1 of the thermal expansion valve 5 and the density of the coolant at the inlet 10, which is a function of the measured temperature T3, it is then calculated the necessary discharge coefficient of the valve 5 to achieve the flow calculated in step S5. In this regard, it may be appropriate to introduce a correction dp that takes into account additional load losses in distributor 12, in accordance with the formula:

(S6) Kv = mr / sqrt(pis(T3)*(P2 - P1 -dp))(S6) Kv = mr / sqrt (pis (T3) * (P2 - P1 -dp))

donde la función sqrt () calcula la raíz cuadrada, Kv es la constante de descarga de la válvula de expansión térmica y pis es la densidad del líquido saturado a la temperatura T3.where the sqrt () function calculates the square root, Kv is the discharge constant of the thermal expansion valve and pee is the density of the saturated liquid at the temperature T3.

[0044] En la última etapa S7, se calcula la apertura de la válvula correspondiente, utilizando la función inversa de la característica de apertura. La señal correspondiente se envía al actuador de la válvula de expansión térmica, de acuerdo con la fórmula:[0044] In the last step S7, the corresponding valve opening is calculated, using the inverse function of the opening characteristic. The corresponding signal is sent to the thermal expansion valve actuator, according to the formula:

Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001

donde 9y es el nivel de apertura de la válvula y f-1 es una función inversa de la relación Kv / Kv nominal.where 9y is the valve opening level and f-1 is an inverse function of the nominal Kv / Kv ratio.

[0045] Los pasos del algoritmo que regulan el método de la invención y se han descrito antes brevemente permiten lograr, en funcionamiento normal bajo condiciones nominales, como lo han demostrado los solicitantes, la relación de vaporización deseada de la mezcla líquido / gas a la salida 9 del evaporador 6.[0045] The steps of the algorithm that regulate the method of the invention and have been briefly described above allow to achieve, in normal operation under nominal conditions, as the applicants have demonstrated, the desired vaporization ratio of the liquid / gas mixture to the evaporator outlet 9 6.

[0046] En particular, la estabilización se logra compensando directamente, de acuerdo con el método de la invención, el efecto de los siguientes fenómenos:[0046] In particular, stabilization is achieved by directly compensating, in accordance with the method of the invention, the effect of the following phenomena:

- cambio en la temperatura del aire T2;- change in air temperature T2;

- cambio en la presión de condensación P2 aguas arriba de la válvula de expansión térmica 5, posiblemente causada por cambios en el flujo y la temperatura del fluido refrigerante del condensador;- change in the condensation pressure P2 upstream of the thermal expansion valve 5, possibly caused by changes in the flow and temperature of the condenser cooling fluid;

- cambios en la presión de evaporación P1;- changes in evaporation pressure P1;

- cambios en el intercambio de calor en el recuperador 4, con las consiguientes variaciones en el contenido de entalpía del refrigerante que sale del recuperador y entra en la válvula de expansión térmica.- changes in the heat exchange in the recuperator 4, with the consequent variations in the enthalpy content of the refrigerant that leaves the recuperator and enters the thermal expansion valve.

[0047] En particular, un experto en el campo entenderá que la compensación de los dos últimos efectos elimina la retroalimentación positiva desestabilizadora de la técnica anterior que se ha mencionado anteriormente.[0047] In particular, an expert in the field will understand that offsetting the last two effects eliminates the destabilizing positive feedback of the prior art mentioned above.

[0048] Estudios experimentales realizados por los Solicitantes han mostrado que el método descrito anteriormente es eficaz para estabilizar el sistema.[0048] Experimental studies conducted by Applicants have shown that the method described above is effective in stabilizing the system.

[0049] El algoritmo base antes descrito, sobre el que se construye el método de la invención, es capaz de estabilizar la operación del sistema. Sin embargo, la incertidumbre en los valores de los parámetros, en particular la conductancia equivalente del evaporador y los errores de medición, puede resultar en una operación de estabilización del evaporador a valores reales de la relación de vaporización en la salida del evaporador 6 y de sobrecalentamiento en la entrada del compresor 1 que sean significativamente diferentes de los requeridos.[0049] The base algorithm described above, on which the method of the invention is constructed, is capable of stabilizing the operation of the system. However, the uncertainty in the values of the parameters, in particular the equivalent conductance of the evaporator and the measurement errors, can result in an operation of stabilization of the evaporator at real values of the vaporization ratio at the outlet of the evaporator 6 and of overheating at the inlet of compressor 1 that are significantly different from those required.

[0050] Como no es posible medir el valor de la relación de vaporización en la salida del evaporador directamente, introduciendo una retroalimentación directa, se hace en su lugar una provisión, según la invención, para usar el diagrama de control que se muestra en la Fig. 2. El Bloque S representa el algoritmo descrito anteriormente, donde X°ev representa la relación de vaporización x°v requerida en la salida del evaporador 6. El bloque R representa un controlador convencional proporcional-integral-derivado (PID). El bloque P representa el proceso a controlar, donde Tmv y Pmv corresponden a la temperatura y presión aguas arriba de las válvulas T3 y P2, Pev corresponde a la presión de evaporación P1 y Tvr corresponde a la temperatura del vapor a la salida del recuperador T4. El bloque DT representa el cálculo del nivel de sobrecalentamiento a partir de los valores de presión y temperatura medidos en la salida del recuperador en el punto 7, que puede calcularse con la fórmula DT = T4 - Ts (P1).[0050] As it is not possible to measure the value of the vaporization ratio at the evaporator outlet directly, by introducing a direct feedback, a provision is made instead, according to the invention, to use the control diagram shown in the Fig. 2. Block S represents the algorithm described above, where X ° ev represents the vaporization ratio x ° v required at the evaporator outlet 6. Block R represents a conventional proportional-integral-derivative controller (PID). The block P represents the process to be controlled, where Tmv and Pmv correspond to the temperature and pressure upstream of the valves T3 and P2, Pev corresponds to the evaporation pressure P1 and Tvr corresponds to the steam temperature at the outlet of the recuperator T4 . The DT block represents the calculation of the superheat level based on the pressure and temperature values measured at the recuperator outlet at point 7, which can be calculated with the formula DT = T4 - Ts (P1).

[0051] De acuerdo con este diagrama global de control, el circuito de retroalimentación para el nivel de sobrecalentamiento en la salida del recuperador 4 se implementa mediante un controlador PID, que actúa sobre el valor de la relación de vaporización requerida en la salida del evaporador 6 usándolo como una variable virtual de control. El algoritmo de control descrito anteriormente establece la apertura de la válvula de expansión térmica 5 para obtener esta relación de vaporización.[0051] According to this global control diagram, the feedback circuit for the superheat level at the output of the recuperator 4 is implemented by a PID controller, which acts on the value of the vaporization ratio required at the evaporator output. 6 using it as a virtual control variable. The control algorithm described above establishes the opening of the thermal expansion valve 5 to obtain this vaporization ratio.

[0052] Dada la presencia de un retraso significativo entre el momento en que se cambia la relación de vaporización requerida y el momento en que reacciona el sobrecalentamiento, debido a la dinámica del evaporador, es necesario que esta retroalimentación se configure con una pequeña banda de paso para evitar el inicio de las oscilaciones o inestabilidad. Los valores de los parámetros del controlador PlD pueden ser configurados fácilmente por un operador experto en la fase de instalación, considerando el sistema resultante de la conexión de los bloques S y P como el sistema a controlar. Esta tarea también se puede llevar a cabo mediante un algoritmo de autocalibración oportuno elegido de entre los disponibles en el mercado o en la literatura. Estudios experimentales realizados por los Solicitantes han mostrado que esta actividad de configuración no es crítica y que una calibración fija de los parámetros es suficiente para garantizar el correcto funcionamiento del sistema en todas las condiciones de operación posibles.[0052] Given the presence of a significant delay between the moment at which the required vaporization ratio is changed and the moment at which the overheating reacts, due to the dynamics of the evaporator, it is necessary that this feedback be configured with a small band of step to avoid the onset of oscillations or instability. The parameter values of the PlD controller can be easily configured by an expert operator in the installation phase, considering the system resulting from the connection of the S and P blocks as the system to be controlled. This task can also be carried out by means of an appropriate self-calibration algorithm chosen from those available in the market or in the literature. Experimental studies conducted by Applicants have shown that this activity configuration is not critical and that a fixed calibration of the parameters is sufficient to guarantee the correct operation of the system in all possible operating conditions.

[0053] Un experto en el campo entenderá que esta estrategia es fundamentalmente diferente de la estándar, en la cual el bloque S en la Figura 2 está ausente y la retroalimentación en el nivel de sobrecalentamiento realizado por el controlador PID actúa directamente sobre la apertura de la válvula. En particular, como ya se observó, las retroalimentaciones adicionales de las señales P1, P2 y T3, llevadas a cabo por el bloque S, desempeñan de manera eficiente la función de estabilizar y regular la operación del proceso. Esto facilita la operación y la configuración del controlador PID, que tiene la única tarea de introducir una corrección al valor requerido para la relación de vaporización x°v, para obtener, en funcionamiento normal, el valor del nivel de sobrecalentamiento requerido en el punto 7 del circuito, a pesar de la incertidumbre con respecto a los valores de los parámetros del proceso.[0053] An expert in the field will understand that this strategy is fundamentally different from the standard, in which the block S in Figure 2 is absent and the feedback on the level of overheating performed by the PID controller acts directly on the opening of The valve. In particular, as already noted, the additional feedback of the signals P1, P2 and T3, carried out by the block S, efficiently performs the function of stabilizing and regulating the operation of the process. This facilitates the operation and configuration of the PID controller, which has the sole task of introducing a correction to the value required for the vaporization ratio x ° v , to obtain, in normal operation, the value of the overheating level required in point 7 of the circuit, despite the uncertainty regarding the values of the process parameters.

[0054] Con respecto al transitorio de arranque, se supone que comienza a partir de condiciones en las que el evaporador está vacío o, en cualquier caso, a una presión muy baja correspondiente a un contenido mínimo de refrigerante. Cuando se arranca el compresor, la válvula de expansión térmica se abre inicialmente a un valor constante que puede adaptarse en función de la presión de evaporación, para tener en cuenta las diferentes condiciones de funcionamiento a diferentes temperaturas. Luego hay un período de espera hasta que la presión exceda un valor de umbral, determinado en base a la presión de saturación reducida en un margen oportuno. Una vez que se excede el umbral, se inicia el método-algoritmo de control y regulación previamente definido.[0054] With respect to the starting transient, it is assumed that it starts from conditions in which the evaporator is empty or, in any case, at a very low pressure corresponding to a minimum refrigerant content. When the compressor is started, the thermal expansion valve is initially opened at a constant value that can be adapted according to the evaporation pressure, to take into account the different operating conditions at different temperatures. Then there is a waiting period until the pressure exceeds a threshold value, determined based on the reduced saturation pressure in a timely range. Once the threshold is exceeded, the previously defined control-regulation method-algorithm is started.

[0055] También en este caso, las pruebas experimentales han demostrado que de esta manera, los subimpulsos de recalentamiento en la entrada del compresor con respecto al valor del punto de ajuste se mantienen dentro de unos pocos grados, por lo que un valor de alrededor de 10-15 grados para este punto de ajuste asegura un amplio margen de seguridad.[0055] Also in this case, experimental tests have shown that in this way, the superheating sub-pulses at the compressor inlet with respect to the set point value are maintained within a few degrees, so a value of around 10-15 degrees for this setpoint ensures a wide safety margin.

[0056] Cuando se debe detener el compresor, por ejemplo, en función del control termostático de la temperatura del aire, primero es necesario cerrar completamente la válvula de expansión térmica, a fin de vaciar el evaporador; el compresor se puede detener cuando la presión cae por debajo de un umbral mínimo oportuno.[0056] When the compressor must be stopped, for example, depending on the thermostatic control of the air temperature, it is first necessary to completely close the thermal expansion valve, in order to empty the evaporator; The compressor can be stopped when the pressure drops below an appropriate minimum threshold.

[0057] Si esta secuencia no es factible, ya que el control del compresor es independiente del de la válvula de expansión térmica, es preferible modificar el procedimiento de arranque de esta manera: al arrancar el compresor, la válvula se mantiene cerrada hasta que la presión cae por debajo del umbral mínimo, después del cual se sigue la secuencia descrita anteriormente.[0057] If this sequence is not feasible, since the control of the compressor is independent of that of the thermal expansion valve, it is preferable to modify the starting procedure in this way: when starting the compressor, the valve remains closed until the pressure falls below the minimum threshold, after which the sequence described above is followed.

[0058] El arranque con un evaporador vacío sirve para garantizar la repetibilidad de la maniobra, en particular con respecto a los subimpulsos de sobrecalentamiento potencialmente peligrosos, que pueden conllevar la presencia transitoria de líquido en la admisión del compresor, con el consiguiente daño mecánico.[0058] Starting with an empty evaporator serves to guarantee the repeatability of the maneuver, in particular with respect to potentially dangerous subheats of overheating, which may lead to the temporary presence of liquid in the intake of the compressor, with the consequent mechanical damage.

[0059] Según una característica adicional de la invención, el método y el algoritmo empleado en el mismo pueden adaptarse ventajosamente para manejar fallos de los ventiladores (no mostrados) que sirven a los evaporadores.[0059] According to an additional feature of the invention, the method and the algorithm used therein can be advantageously adapted to handle fan failures (not shown) that serve the evaporators.

[0060] En el caso de un evaporador con un solo ventilador, la única estrategia posible es la de identificar la condición de fallo introduciendo un umbral de sobrecalentamiento más bajo, lo suficientemente alejado del punto de referencia establecido para evitar falsas alarmas, pero al mismo tiempo lo suficientemente alto para evitar la entrada de fluido de dos fases en el compresor.[0060] In the case of an evaporator with a single fan, the only possible strategy is to identify the fault condition by introducing a lower overheating threshold, far enough from the set reference point to avoid false alarms, but at the same time high enough to prevent the entry of two-phase fluid into the compressor.

[0061] Cuando se excede este umbral, la válvula de expansión térmica se cierra inmediatamente para evitar inundar el evaporador y la entrada de fluido bifásico en el compresor.[0061] When this threshold is exceeded, the thermal expansion valve closes immediately to avoid flooding the evaporator and the two-phase fluid entering the compressor.

[0062] Se debe tener en cuenta que, en este caso, no es posible continuar operando el sistema en condiciones degradadas.[0062] It should be taken into account that, in this case, it is not possible to continue operating the system in degraded conditions.

[0063] En el caso de los sistemas con N múltiples ventiladores, se puede suponer que el fallo solo afecta a uno de ellos, y en este caso puede tener sentido continuar operando el sistema en condiciones degradadas sin detenerlo, esperando operaciones de mantenimiento. Por lo tanto, es necesario establecer un umbral de alarma de sobrecalentamiento más bajo y uno aún más bajo para detenerse.[0063] In the case of systems with N multiple fans, it can be assumed that the fault only affects one of them, and in this case it may make sense to continue operating the system in degraded conditions without stopping it, waiting for maintenance operations. Therefore, it is necessary to set a lower overheating alarm threshold and an even lower one to stop.

[0064] Cuando se excede el primer umbral, el controlador asumirá inicialmente que la funcionalidad de uno de los N ventiladores se ha perdido. En una primera aproximación, esto implica una reducción por un factor de 1/N de la conductancia equivalente G del evaporador. Por lo tanto, es posible modificar este parámetro en el algoritmo de estabilización dentro del bloque S en la Fig. 2 en este sentido.[0064] When the first threshold is exceeded, the controller will initially assume that the functionality of one of the N fans has been lost. In a first approximation, this implies a reduction by a factor of 1 / N of the equivalent conductance G of the evaporator. Therefore, it is possible to modify this parameter in the stabilization algorithm within block S in Fig. 2 in this regard.

[0065] Se debe tener en cuenta que el efecto inmediato de esta modificación será una caída en el flujo de calor estimado Q, que será seguido de una caída inmediata en el flujo requerido para la válvula de expansión térmica mr, que se llevará a cabo inmediatamente por una reducción en la apertura de la válvula 0v, a fin de mantener el equilibrio térmico del evaporador.[0065] It should be borne in mind that the immediate effect of this modification will be a drop in the estimated heat flux Q, which will be followed by an immediate drop in the flow required for the thermal expansion valve m r , which will take carried out immediately by a reduction in the opening of the valve 0v, in order to maintain the thermal equilibrium of the evaporator.

[0066] Si el fallo se debe realmente a la pérdida de un solo ventilador, el sistema se estabilizará en las condiciones requeridas de sobrecalentamiento y vaporización, obviamente con una potencia de enfriamiento reducida por un factor de 1/N.[0066] If the fault is really due to the loss of a single fan, the system will stabilize under the required conditions of overheating and vaporization, obviously with a cooling power reduced by a factor of 1 / N.

[0067] Esta condición operativa se puede informar al operador supervisor, para que este último active el procedimiento de mantenimiento, que no es necesariamente inmediato.[0067] This operational condition can be reported to the supervising operator, so that the latter activates the maintenance procedure, which is not necessarily immediate.

[0068] En cambio, si el sobrecalentamiento continúa cayendo y cae por debajo del umbral de parada, entonces es necesario cerrar completamente la válvula de expansión térmica y detener el compresor una vez que el evaporador esté vacío.[0068] In contrast, if overheating continues to fall and falls below the stop threshold, then it is necessary to completely close the thermal expansion valve and stop the compressor once the evaporator is empty.

[0069] La posibilidad descrita anteriormente de adaptar el método de la invención para manejar fallos en los ventiladores que sirven a los evaporadores también constituye un aspecto importante de la presente invención, que no es deducible en modo alguno a partir de los sistemas de control o refrigeración correspondientes de la técnica anterior.[0069] The possibility described above of adapting the method of the invention to handle faults in the fans that serve the evaporators also constitutes an important aspect of the present invention, which is not deductible in any way from the control systems or corresponding refrigeration of the prior art.

[0070] Se puede observar de lo que antecede que la invención logra completamente el objetivo y los objetos pretendidos. [0070] It can be seen from the foregoing that the invention fully achieves the objective and the intended objects.

Claims (7)

REIVINDICACIONES i . Un método para controlar el sobrecalentamiento en un sistema de ciclo de refrigeración que opera mediante la compresión de un fluido refrigerante con recuperador (4), dicho sistema comprendiendo un compresor (1) que tiene una entrada y una salida, un evaporador (6) que tiene una entrada (10) y una salida (9), una válvula de expansión térmica (5) acoplada a dicha entrada (10) de dicho evaporador (6) y el recuperador (4) que tiene una entrada (9) y una salida, caracterizado porque dicho método estabiliza, al menos localmente, el funcionamiento de dicho evaporador (6) ejecutando un algoritmo de estabilización para el funcionamiento del evaporador (6), en el siguiente orden, al menos los pasos de: calcular la temperatura de evaporación (T4) a partir de la presión (P1) medida en el evaporador; calcular la potencia térmica absorbida por el evaporador (6) en base a la diferencia entre la temperatura del aire (T2) y la temperatura de evaporación (T4), multiplicada por la conductancia equivalente; calcular la entalpía del refrigerante en la entrada (10) de la válvula de expansión térmica (5) en función de su temperatura medida (T3); calcular la entalpía deseada en la salida (9) del evaporador (6) en base a la relación de vaporización deseada en la salida (9) del evaporador (6) y la presión de evaporación medida P1; calcular el flujo de refrigerante que proporciona un cambio de entalpía requerido entre la entrada (10) y la salida (9) del evaporador (6) dada la potencia térmica estimada por inversión, conociendo la presión aguas arriba (P2) y aguas abajo (P1) de la válvula de expansión térmica (5) y la densidad del refrigerante líquido en la entrada (10) , que es una función de la temperatura medida (T3), la regla de descarga característica de la válvula (5) para calcular la apertura necesaria para lograr el flujo calculado y enviar la señal de apertura calculada de dicha válvula a un accionador de dicha válvula de expansión térmica (5). i. A method for controlling overheating in a refrigeration cycle system that operates by compressing a refrigerant fluid with recuperator (4), said system comprising a compressor (1) having an inlet and an outlet, an evaporator (6) which it has an inlet (10) and an outlet (9), a thermal expansion valve (5) coupled to said inlet (10) of said evaporator (6) and the recuperator (4) having an inlet (9) and an outlet , characterized in that said method stabilizes, at least locally, the operation of said evaporator (6) by executing a stabilization algorithm for the operation of the evaporator (6), in the following order, at least the steps of: calculating the evaporation temperature ( T4) from the pressure (P1) measured in the evaporator; calculate the thermal power absorbed by the evaporator (6) based on the difference between the air temperature (T2) and the evaporation temperature (T4), multiplied by the equivalent conductance; calculate the enthalpy of the refrigerant at the inlet (10) of the thermal expansion valve (5) based on its measured temperature (T3); calculate the desired enthalpy at the outlet (9) of the evaporator (6) based on the desired vaporization ratio at the outlet (9) of the evaporator (6) and the measured evaporation pressure P1; calculate the refrigerant flow that provides a required enthalpy change between the inlet (10) and the outlet (9) of the evaporator (6) given the estimated thermal power per inversion, knowing the upstream (P2) and downstream (P1) pressure ) of the thermal expansion valve (5) and the density of the liquid refrigerant at the inlet (10), which is a function of the measured temperature (T3), the characteristic discharge rule of the valve (5) to calculate the opening necessary to achieve the calculated flow and send the calculated opening signal of said valve to an actuator of said thermal expansion valve (5). 2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un paso adicional para limitar la velocidad de apertura y cierre de dicha válvula de expansión térmica a un valor máximo compatible con la velocidad máxima de apertura y cierre de dicho actuador.2. A method according to claim 1, characterized in that it includes an additional step for limiting the opening and closing speed of said thermal expansion valve to a maximum value compatible with the maximum opening and closing speed of said actuator. 3. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa correctiva adicional que consiste en realimentar, con una banda de paso reducida, un valor de sobrecalentamiento a dicha entrada de dicho compresor, actuando dicho valor de sobrecalentamiento sobre un valor de la relación de vaporización requerida, utilizado como variable virtual de dicho evaporador.3. A method according to claim 1, characterized in that it comprises an additional corrective step consisting of feedback, with a reduced pitch band, an overheating value at said inlet of said compressor, said overheating value acting on a value of the ratio of vaporization required, used as virtual variable of said evaporator. 4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho evaporador comprende un evaporador con un solo ventilador y dicho método incluye un paso adicional de identificar un posible estado de fallo de dicho ventilador único introduciendo un umbral inferior de sobrecalentamiento suficientemente distante de un punto de ajuste para evitar falsas alarmas, pero al mismo tiempo lo suficientemente alto como para evitar la descarga de líquido bifásico en dicho compresor, cerrándose inmediatamente la válvula de expansión térmica y evitando que dicho sistema de enfriamiento continúe funcionando al sobrepasar dicho umbral inferior .4. A method according to any of the preceding claims, characterized in that said evaporator comprises an evaporator with a single fan and said method includes an additional step of identifying a possible failure state of said single fan by introducing a lower overheating threshold sufficiently distant from a set point to avoid false alarms, but at the same time high enough to prevent the discharge of biphasic liquid into said compressor, immediately closing the thermal expansion valve and preventing said cooling system from continuing to operate when the lower threshold is exceeded. 5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho evaporador comprende una pluralidad de ventiladores, comprendiendo dicho método, en el caso en el que solo uno de dichos ventiladores falla, la etapa de establecer un umbral inferior de alarma de sobrecalentamiento y un correspondiente umbral inferior de detención de dicho sistema para permitir que dicho sistema continúe operando en condiciones degradadas, sin pasar a un estado de parada, esperando operaciones de mantenimiento no necesariamente inmediatas en dicho ventilador defectuoso para restaurar dicho sistema a un estado de operatividad total.A method according to any of the preceding claims, characterized in that said evaporator comprises a plurality of fans, said method comprising, in the case where only one of said fans fails, the step of establishing a lower overheating alarm threshold and a corresponding lower stop threshold of said system to allow said system to continue operating in degraded conditions, without going into a stop state, waiting for maintenance operations not necessarily immediate on said defective fan to restore said system to a state of total operability. 6. Un sistema para realizar el método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, el sistema comprendiendo al menos un bloque lógico (S) basado en la relación de vaporización x °v requerida a la salida del evaporador (6) para implementar un algoritmo de estabilización que comprende, en el siguiente orden, al menos los pasos de: calcular la temperatura de evaporación (T4) a partir de la presión (P1) medida en el evaporador; calcular la potencia térmica absorbida por el evaporador (6) en base a la diferencia entre la temperatura del aire (T2) y la temperatura de evaporación (T4), multiplicada por la conductancia equivalente; calcular la entalpía del refrigerante en la entrada (10) de la válvula de expansión térmica (5) en función de su temperatura medida (T3); calcular la entalpía deseada en la salida (9) del evaporador (6) en base a la relación de vaporización deseada en la salida (9) y la presión de evaporación medida P1; calcular el flujo de refrigerante que proporciona un cambio de entalpía requerido entre la entrada (10) y la salida (9) del evaporador (6) dada la potencia térmica estimada por inversión, conociendo la presión aguas arriba (P2) y aguas abajo (P1) de la válvula de expansión térmica (5) y la densidad del refrigerante líquido en la entrada (10), que es una función de la temperatura medida (T3), la regla de descarga característica de la válvula (5) para calcular la apertura necesaria para lograr el flujo calculado; y enviar la señal de apertura calculada de dicha válvula a un accionador de dicha válvula de expansión térmica (5), al menos un bloque lógico (R) que representa una regulación proporcional integral-derivada tipo PID que genera el valor de vaporización deseado en la salida ( 9) del evaporador (6) al al menos un bloque lógico (S), y al menos un bloque lógico (DT) que calcula el nivel de sobrecalentamiento basado en la presión y la temperatura del vapor en la salida de dicho recuperador (4) y envía dicho nivel de sobrecalentamiento a dicho al menos un bloque lógico (R). 6. A system for performing the method according to any of the preceding claims, the system comprising at least one logical block (S) based on the vaporization ratio x ° v required at the evaporator outlet (6) to implement a stabilization algorithm comprising, in the following order, at least the steps of: calculating the evaporation temperature (T4) from the pressure (P1) measured in the evaporator; calculate the thermal power absorbed by the evaporator (6) based on the difference between the air temperature (T2) and the evaporation temperature (T4), multiplied by the equivalent conductance; calculate the enthalpy of the refrigerant at the inlet (10) of the thermal expansion valve (5) based on its measured temperature (T3); calculate the desired enthalpy at the outlet (9) of the evaporator (6) based on the desired vaporization ratio at the outlet (9) and the measured evaporation pressure P1; calculate the refrigerant flow that provides a required enthalpy change between the inlet (10) and the outlet (9) of the evaporator (6) given the estimated thermal power per inversion, knowing the upstream (P2) and downstream (P1) pressure ) of the thermal expansion valve (5) and the density of the liquid refrigerant at the inlet (10), which is a function of the measured temperature (T3), the characteristic discharge rule of the valve (5) to calculate the opening necessary to achieve the calculated flow; and sending the calculated opening signal of said valve to an actuator of said thermal expansion valve (5), at least one logical block (R) representing a proportional integral-derivative regulation type PID that generates the desired vaporization value in the outlet (9) of the evaporator (6) at least one logic block (S), and at least one logic block (DT) that calculates the level of overheating based on the pressure and temperature of the steam at the outlet of said recuperator ( 4) and sends said superheat level to said at least one logic block (R). 7. Un sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho algoritmo de estabilización generado por dicho bloque (S) proporciona, en funcionamiento normal y en condiciones óptimas, la relación de vaporización deseada a la salida de dicho evaporador y la estabilización deseada compensando directamente al menos: el cambio en la temperatura del aire, el cambio en la presión de condensación aguas arriba de la válvula de expansión térmica, el cambio en la presión de evaporación; y el cambio en el intercambio de calor en el recuperador, con consiguientes variaciones en el contenido de entalpía del refrigerante a la salida del recuperador y a la entrada de la válvula de expansión térmica. A system according to claim 6, characterized in that said stabilization algorithm generated by said block (S) provides, in normal operation and in optimal conditions, the desired vaporization ratio at the outlet of said evaporator and the desired stabilization by directly compensating the less: the change in air temperature, the change in condensation pressure upstream of the thermal expansion valve, the change in evaporation pressure; and the change in heat exchange in the recuperator, with consequent variations in the enthalpy content of the refrigerant at the outlet of the recuperator and at the inlet of the thermal expansion valve.
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