ES2762238T3

ES2762238T3 - Defrost on demand with evaporator refrigerant saturation

Info

Publication number: ES2762238T3
Application number: ES11730522T
Authority: ES
Inventors: Raymond Senf
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: US20130086929A1; CN103069230B; EP2588819A2; WO2012003202A3; CN103069230A; EP2588819B1; WO2012003202A2

Abstract

Un procedimiento para controlar el inicio de un ciclo de desescarchado de un intercambiador de calor del evaporador (42) de un sistema de compresión de vapor refrigerante (12) para suministrar aire acondicionado en un espacio con control de temperatura, comprendiendo el procedimiento las etapas de: establecer un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno (202) igual a la diferencia de una temperatura de aire detectada de un flujo de aire que vuelve del espacio con control de temperatura para pasar sobre el intercambiador de calor del evaporador (42) menos una temperatura de saturación de refrigerante de un flujo de refrigerante que pasa a través del intercambiador de calor del evaporador (42); comparar el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno con un diferencial de temperatura de desescarchado umbral de referencia (210); y si el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno excede el diferencial de temperatura de desescarchado umbral de referencia (214), iniciar un ciclo de desescarchado para desescarchar el intercambiador de calor del evaporador (42) y caracterizado por detectar una presión de refrigerante (204) de, y generar una señal indicativa de la presión de refrigerante detectada de, un flujo de refrigerante que pasa a través del intercambiador de calor del evaporador (42) en una pluralidad de intervalos de tiempo espaciados durante un período seleccionado (206); calcular una pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante, una por cada una de la pluralidad de presiones de refrigerante detectadas durante el período seleccionado (206); calcular una temperatura de saturación de refrigerante ajustada (207) según la pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante; y establecer el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno (208) como la diferencia de la temperatura de aire detectada menos la temperatura de saturación de refrigerante ajustada.A method for controlling the start of a defrost cycle of an evaporator heat exchanger (42) of a refrigerant vapor compression system (12) to supply conditioned air in a space with temperature control, the method comprising the steps of : set a return air saturation temperature differential (202) equal to the difference of a sensed air temperature of an air flow returning from the temperature controlled space to pass over the evaporator heat exchanger (42) minus a refrigerant saturation temperature of a refrigerant flow passing through the evaporator heat exchanger (42); comparing the return air saturation temperature differential with a reference threshold defrost temperature differential (210); and if the return air saturation temperature differential exceeds the reference threshold defrost temperature differential (214), initiate a defrost cycle to defrost the evaporator heat exchanger (42) and characterized by detecting a refrigerant pressure (204) of, and generating a signal indicative of the sensed refrigerant pressure of, a flow of refrigerant passing through the evaporator heat exchanger (42) at a plurality of time intervals spaced during a selected period (206) ; calculating a plurality of refrigerant saturation temperatures, one for each of the plurality of refrigerant pressures sensed during the selected period (206); calculating an adjusted refrigerant saturation temperature (207) according to the plurality of refrigerant saturation temperatures; and setting the return air saturation temperature differential (208) as the sensed air temperature difference minus the set refrigerant saturation temperature.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Desescarchado a demanda con saturación de refrigerante del evaporadorDefrost on demand with evaporator refrigerant saturation

Campo de la invenciónField of the Invention

En términos generales, la invención se refiere a sistemas de refrigeración y, más en particular, a control de desescarchado de serpentines del evaporador de sistema de compresión de vapor refrigerante y, más específicamente, al inicio a demanda de un ciclo de desescarchado para el serpentín del evaporador como respuesta a un diferencial entre temperatura de aire de retorno y temperatura de saturación de refrigerante del evaporador. In general terms, the invention relates to refrigeration systems and, more particularly, to defrost control of coils of the evaporator of refrigerant vapor compression system and, more specifically, to the on-demand start of a defrost cycle for the coil. of the evaporator in response to a differential between return air temperature and evaporator refrigerant saturation temperature.

Antecedentes de la invenciónBackground of the Invention

Los sistemas de compresión de vapor refrigerante son muy conocidos en la técnica y se utilizan comúnmente para acondicionar aire que se ha de suministrar a una zona de confort climatizada dentro de una residencia, edificio de oficinas, hospital, colegio, restaurante u otro tipo de edificio. Los sistemas de compresión de vapor refrigerante también se utilizan comúnmente para refrigerar aire suministrado en exhibidores, expositores, arcones congeladores, cámaras frigoríficas y otras zonas de almacenamiento de productos perecederos/congelados en establecimientos comerciales. Los sistemas de compresión de vapor refrigerante también se utilizan comúnmente en sistemas de refrigeración de transporte para refrigerar aire suministrado en un espacio de carga con control de temperatura de un camión, remolque, contenedor o vehículo similar para transportar productos perecederos/congelados en camión, tren, barco o por transporte intermodal.Refrigerant vapor compression systems are well known in the art and are commonly used to condition air to be supplied to a heated comfort zone within a residence, office building, hospital, school, restaurant, or other type of building. . Refrigerant vapor compression systems are also commonly used to refrigerate supplied air in displays, displays, freezer cabinets, cold stores, and other perishable / frozen product storage areas in commercial establishments. Refrigerant vapor compression systems are also commonly used in transport refrigeration systems to refrigerate supplied air in a temperature controlled cargo space of a truck, trailer, container, or similar vehicle to transport perishable / frozen products by truck, train , ship or by intermodal transport.

Los sistemas de compresión de vapor refrigerante normalmente incluyen un compresor, un condensador, un evaporador y un dispositivo de expansión. Estos componentes básicos están interconectados mediante líneas de refrigerante en un circuito cerrado de refrigerante, dispuestos según ciclos de compresión de vapor refrigerante conocidos. El dispositivo de expansión está dispuesto aguas arriba, respecto del flujo de refrigerante, del evaporador y aguas abajo del condensador. El evaporador incluye un intercambiador de calor, normalmente un serpentín de tubo de intercambiador de calor, con aletas o sin aletas, mediante el cual el refrigerante que fluye a través del circuito de refrigerante pasa en relación de intercambio de calor con aire extraído de un espacio con control de temperatura y circula de vuelta hacia dicho espacio con control de temperatura. Puesto que el aire dentro del espacio con control de temperatura contendrá humedad, en diversos grados, siendo el ambiente climatizado o bien una habitación con aire acondicionado, o un exhibidor refrigerado, o una caja de carga de transporte con control de temperatura, y puesto que la temperatura del refrigerante que fluye a través del serpentín de tubo de intercambio de calor del evaporador puede descender por debajo del punto de congelación del agua, en algunas aplicaciones y en ciertas condiciones de funcionamiento, la humedad del aire que fluye sobre el serpentín de tubo de intercambio de calor se condensará en la superficie de intercambio de calor del serpentín de tubo y formará escarcha. Al acumularse la escarcha durante el tiempo de funcionamiento del sistema en un modo de enfriamiento, esta escarcha se acumula en la superficie de intercambio de calor del serpentín de tubo, afectando negativamente el rendimiento de la transferencia de calor y limitando el flujo de aire sobre el serpentín de tubo.Refrigerant vapor compression systems typically include a compressor, a condenser, an evaporator, and an expansion device. These basic components are interconnected by refrigerant lines in a closed refrigerant circuit, arranged according to known refrigerant vapor compression cycles. The expansion device is arranged upstream, with respect to the flow of refrigerant, from the evaporator and downstream from the condenser. The evaporator includes a heat exchanger, typically a finned or finless finned heat exchanger tube coil, whereby the coolant flowing through the coolant circuit passes in heat exchange relationship with air drawn from a space with temperature control and circulates back to said space with temperature control. Since the air inside the temperature-controlled space will contain humidity, to various degrees, the climate being either an air-conditioned room, or a refrigerated display, or a temperature-controlled transport cargo box, and since The temperature of the coolant flowing through the evaporator heat exchange tube coil may drop below the freezing point of water, in some applications and under certain operating conditions, the humidity of the air flowing over the tube coil Heat exchanger will condense on the heat exchanger surface of the tube coil and form frost. As frost builds up during the system operating time in a cooling mode, this frost builds up on the heat exchange surface of the tube coil, negatively affecting heat transfer performance and limiting air flow over the tube coil.

En consecuencia, una práctica común es interrumpir de forma periódica el funcionamiento del sistema en modo de enfriamiento y entrar en modo de desescarchado donde la escarcha acumulada se derrite del serpentín de tubo del evaporador. Un ciclo de desescarchado se puede llevar a cabo revirtiendo el flujo de refrigerante a través del circuito de refrigerante de modo que circule un refrigerante calentado, normalmente vapor refrigerante caliente, a través del intercambiador de calor del evaporador. El desescarchado también se puede llevar a cabo mediante la activación de uno o más calentadores con resistencia eléctrica asociados en funcionamiento con el serpentín de tubo de intercambio de calor del evaporador para calentar el serpentín de tubo.Consequently, a common practice is to periodically interrupt the operation of the system in cooling mode and enter defrost mode where the accumulated frost melts from the evaporator tube coil. A defrost cycle can be carried out by reversing the flow of refrigerant through the refrigerant circuit so that a heated refrigerant, typically hot refrigerant steam, flows through the evaporator heat exchanger. Defrosting can also be accomplished by activating one or more electrically resistive heaters associated in operation with the evaporator heat exchange tube coil to heat the tube coil.

En sistemas de compresión de vapor refrigerante en funcionamiento, para que el sistema de compresión de vapor refrigerante funcione de la forma más eficiente es importante saber cuándo interrumpir un ciclo de enfriamiento para iniciar un ciclo de desescarchado. Iniciar un ciclo de desescarchado cuando terminan determinados intervalos de tiempo de funcionamiento en el modo de enfriamiento es un procedimiento de control simple pero ineficaz. La patente de Estados Unidos N.° 6.205.800 describe un procedimiento para desescarchar a demanda iniciando una rutina de desescarchado para eliminar condensado de un evaporador de un dispositivo refrigerado si la diferencia entre la temperatura del aire detectada dentro del recinto refrigerado del dispositivo refrigerado y la temperatura de refrigerante detectada por un sensor de temperatura de refrigerante montado sobre o dispuesto dentro del serpentín de tubo del evaporador es mayor o igual que un umbral de desescarchado, la patente de Estados Unidos N.° 6.318.095 describe el procedimiento de controlar un ciclo de desescarchado de serpentín de exterior en una bomba de calor reversible supervisando continuamente la diferencia entre la temperatura del serpentín de exterior y la temperatura exterior e iniciando un ciclo de desescarchado cuando dicha diferencia excede un valor meta.In operating refrigerant vapor compression systems, in order for the refrigerant vapor compression system to function most efficiently it is important to know when to interrupt a cooling cycle to initiate a defrost cycle. Starting a defrost cycle when certain operating time intervals end in cooling mode is a simple but ineffective control procedure. United States Patent No. 6,205,800 describes a procedure for defrost on demand by initiating a defrost routine to remove condensate from an evaporator of a refrigerated device if the difference between the detected air temperature within the refrigerated enclosure of the refrigerated device and the refrigerant temperature detected by a refrigerant temperature sensor mounted on or arranged within the evaporator tube coil is greater than or equal to a defrost threshold, US Patent No. 6,318,095 describes the procedure of controlling a outdoor coil defrost cycle in a reversible heat pump by continuously monitoring the difference between the outdoor coil temperature and the outdoor temperature and initiating a defrost cycle when the difference exceeds a target value.

Los sistemas de compresión de vapor refrigerante utilizados en relación con sistemas de refrigeración de transporte, por lo general, están sujetos a condiciones de funcionamiento más rigurosas debido a la amplia variedad de condiciones de carga de refrigeración y a la amplia variedad de condiciones ambientales exteriores en las cuales el sistema de compresión de vapor refrigerante debe funcionar para mantener el producto a una temperatura deseada dentro del espacio de carga. El sistema de compresión de vapor refrigerante debe no solo tener capacidad suficiente para disminuir rápidamente la temperatura del producto cargado en el espacio de carga a temperatura ambiente, sino que también debería hacer funcionar la energía de manera eficiente a lo largo de todo el rango de carga, incluyendo con carga mínima cuando se mantiene una temperatura de producto estable durante el transporte.Refrigerant vapor compression systems used in connection with transport refrigeration systems are generally subject to more stringent operating conditions due to the wide variety of refrigeration load conditions and the wide variety of outdoor environmental conditions in which refrigerant vapor compression system should work to maintain the product at a desired temperature inside the cargo space. The refrigerant vapor compression system should not only have sufficient capacity to rapidly lower the temperature of the charged product in the cargo space to room temperature, but it should also operate the energy efficiently throughout the entire charge range. , including with minimum load when a stable product temperature is maintained during transport.

El aire dentro de la caja de carga de transporte puede tener un nivel de humedad particularmente elevado después de que el producto se carga por primera vez, por lo que la formación de escarcha puede ser especialmente problemática durante la disminución de temperatura cuando se precisa la capacidad máxima de enfriamiento para reducir la temperatura del producto lo más rápido posible. La acumulación excesiva de escarcha en el serpentín de tubo del evaporador da pie a una transferencia de calor reducida, lo cual prolonga el tiempo requerido para la disminución de la temperatura. Un procedimiento común actualmente utilizado en aplicaciones de remolque de camión para controlar el inicio de un ciclo de desescarchado depende de un interruptor de presión diferencial que desencadena un ciclo de desescarchado cada vez que la pérdida de presión del lado de aire a lo largo del serpentín de tubo del evaporador excede un umbral preestablecido.The air inside the transport cargo box can have a particularly high humidity level after the product is first loaded, so frost formation can be especially problematic during temperature drop when capacity is required maximum cooling to reduce product temperature as quickly as possible. Excessive frost buildup on the evaporator tube coil results in reduced heat transfer, which prolongs the time required for temperature drop. A common procedure currently used in truck towing applications to control the start of a defrost cycle relies on a differential pressure switch that triggers a defrost cycle each time the air side pressure drop across the coil of Evaporator tube exceeds a preset threshold.

Sin embargo, la pérdida de presión del lado de aire también puede depender de otros factores que no están relacionados con la formación de escarcha. Por ejemplo, los conductos de aire instalados en el área de trabajo pueden alterar de manera significativa los patrones de flujo de aire y los flujos de aire del lado de aire reducidos a través del evaporador pueden no ser suficientes para hacer que el interruptor de presión diferencial se active a pesar de la formación de escarcha excesiva de la superficie de intercambio de calor del serpentín de tubo del evaporador. Asimismo, cuando el sistema está funcionando a velocidades de ventilador reducidas, por ejemplo, tal como durante un modo de enfriamiento de mantenimiento con temperatura estable o un modo de funcionamiento de bajo ruido, el flujo de aire del lado de aire a través del evaporador puede ser, de nuevo, demasiado reducido para hacer que el interruptor de presión diferencial se active a pesar de la acumulación de escarcha excesiva en el serpentín de tubo del evaporador.However, the loss of air side pressure may also depend on other factors that are not related to the formation of frost. For example, air ducts installed in the work area can significantly alter air flow patterns, and reduced air side air flows through the evaporator may not be sufficient to cause the differential pressure switch activates despite excessive frost formation on the heat exchange surface of the evaporator tube coil. Also, when the system is operating at reduced fan speeds, for example, such as during a stable temperature maintenance cooling mode or a low noise operation mode, airflow from the air side through the evaporator may again, too small to cause the differential pressure switch to activate despite excessive frost build-up on the evaporator tube coil.

De manera adicional, la acumulación de escarcha/hielo no uniforme no es un problema poco común respecto de evaporadores asociados con sistemas de compresión de vapor refrigerante en aplicaciones de refrigeración de transporte. Como resultado de la mala distribución del flujo de aire a través del intercambiador de calor del evaporador, la acumulación de escarcha/hielo puede ser mayor en algunas zonas de la superficie de intercambio de calor del evaporador y prácticamente inexistente en otras zonas de la superficie de intercambio de calor del evaporador. El flujo de aire sobre la superficie de transferencia de calor se vuelve limitado y puede no generar suficiente pérdida de presión como para activar un interruptor de desescarchado de presión de aire para desescarchar las zonas del evaporador que tengan mayores acumulaciones de escarcha/hielo. Normalmente, en aplicaciones de refrigeración de transporte, la unidad de refrigeración se proporciona con un desescarchado de seguridad que se desencadena automáticamente cada vez que el diferencial de temperatura entre la temperatura de aire de retorno detectada y una temperatura de superficie de intercambiador de calor del evaporador excede un umbral preseleccionado, lo cual indica absorción de calor insuficiente por parte del refrigerante debido a acumulación de escarcha en la superficie de intercambio de calor del evaporador. La temperatura de superficie detectada normalmente se toma con un termistor montado en la placa tubular o una aleta de tubo del intercambiador de calor, pero también se podría montar sobre la superficie de un tubo. Additionally, uneven frost / ice accumulation is not a rare problem with evaporators associated with refrigerant vapor compression systems in transport refrigeration applications. As a result of poor distribution of air flow through the evaporator heat exchanger, frost / ice accumulation may be greater in some areas of the evaporator heat exchange surface and virtually non-existent in other areas of the evaporator heat surface. evaporator heat exchange. The air flow over the heat transfer surface becomes limited and may not generate enough pressure loss to trigger an air pressure defrost switch to defrost the areas of the evaporator that have the most frost / ice accumulations. Typically, in transport refrigeration applications, the refrigeration unit is provided with a safety defrost that is automatically triggered each time the temperature differential between the detected return air temperature and an evaporator heat exchanger surface temperature exceeds a preselected threshold, indicating insufficient heat absorption by the refrigerant due to frost build-up on the heat exchange surface of the evaporator. The detected surface temperature is normally taken with a thermistor mounted on the tube plate or a tube fin of the heat exchanger, but it could also be mounted on the surface of a tube.

El funcionamiento de enfriamiento continuado con un serpentín excesivamente escarchado es ineficaz. La capacidad de enfriamiento puede disminuir 75 % o más durante tan solo dos o tres horas de funcionamiento en el modo de enfriamiento con un serpentín excesivamente escarchado. El funcionamiento de enfriamiento continuado con un serpentín excesivamente escarchado también da pie a un mayor consumo de combustible diésel para alimentar la unidad de refrigeración. Por lo tanto, se necesita un procedimiento activo y más directo para iniciar un ciclo de desescarchado que sea directamente influenciado por la acumulación de escarcha en la superficie de intercambio de calor del serpentín de tubo del evaporador.Continued cooling operation with an excessively frosty coil is ineffective. Cooling capacity can decrease 75% or more for as little as two to three hours of operation in cooldown mode with excessively frosty coil. Continued cooling operation with an excessively frosty coil also results in increased diesel fuel consumption to power the cooling unit. Therefore, an active and more direct procedure is needed to initiate a defrost cycle that is directly influenced by the accumulation of frost on the heat exchange surface of the evaporator tube coil.

Los documentos EP 0501387 y DE 3441921 describen procedimientos del tipo definido en el preámbulo de la reivindicación 1.EP 0501387 and DE 3441921 describe procedures of the type defined in the preamble of claim 1.

Resumen de la invenciónSummary of the Invention

Según un aspecto, la invención proporciona un procedimiento para controlar el inicio de un ciclo de desescarchado de un intercambiador de calor del evaporador de un sistema de compresión de vapor refrigerante para suministrar aire acondicionado en un espacio con control de temperatura, comprendiendo el procedimiento las etapas de: establecer un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno igual a la diferencia de una temperatura de aire detectada de un flujo de aire que vuelve del espacio con control de temperatura para pasar sobre el intercambiador de calor del evaporador menos una temperatura de saturación de refrigerante de un flujo de refrigerante que pasa a través del intercambiador de calor del evaporador; comparar el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno con un diferencial de temperatura de desescarchado umbral de referencia; y si el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno excede el diferencial de temperatura de desescarchado umbral de referencia, iniciar un ciclo de desescarchado para desescarchar el intercambiador de calor del evaporador y caracterizado por detectar una presión de refrigerante de un flujo de refrigerante que pasa a través del intercambiador de calor del evaporador en una pluralidad de intervalos de tiempo espaciados durante un período seleccionado; calcular una pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante, una por cada una de la pluralidad de presiones de refrigerante detectadas durante el período seleccionado; calcular una temperatura de saturación de refrigerante ajustada según la pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante; y establecer el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno como la diferencia de la temperatura de aire detectada menos la temperatura de saturación de refrigerante ajustada. La etapa de calcular una temperatura de saturación de refrigerante ajustada según la pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante puede incluir calcular la temperatura de saturación de refrigerante ajustada como un promedio aritmético de la pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante.According to one aspect, the invention provides a method for controlling the start of a defrost cycle of an evaporator heat exchanger of a refrigerant vapor compression system for supplying air conditioning in a temperature controlled space, the method comprising the steps to: set a return air saturation temperature differential equal to the difference of a sensed air temperature from an air flow returning from the temperature controlled space to pass over the evaporator heat exchanger minus a saturation temperature of refrigerant from a flow of refrigerant passing through the evaporator heat exchanger; comparing the return air saturation temperature differential with a reference threshold defrost temperature differential; and if the return air saturation temperature differential exceeds the reference threshold defrost temperature differential, initiate a defrost cycle to defrost the evaporator heat exchanger and characterized by detecting a refrigerant pressure from a refrigerant flow that it passes through the evaporator heat exchanger at a plurality of time intervals spaced over a selected period; calculate a plurality of coolant saturation temperatures, one for each of the plurality of coolant pressures detected during the selected period; calculating an adjusted coolant saturation temperature according to the plurality of coolant saturation temperatures; and setting the return air saturation temperature differential as the difference of the detected air temperature minus the adjusted refrigerant saturation temperature. The step of calculating an adjusted refrigerant saturation temperature according to the plurality of refrigerant saturation temperatures may include calculating the adjusted refrigerant saturation temperature as an arithmetic average of the plurality of refrigerant saturation temperatures.

La etapa de calcular una temperatura de saturación de refrigerante ajustada según la pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante puede incluir calcular la temperatura de saturación de refrigerante ajustada como una media aritmética de la pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante. En un aspecto, el período seleccionado puede oscilar entre al menos alrededor de tres minutos y alrededor de cinco minutos.The step of calculating an adjusted refrigerant saturation temperature according to the plurality of refrigerant saturation temperatures may include calculating the adjusted refrigerant saturation temperature as an arithmetic mean of the plurality of refrigerant saturation temperatures. In one aspect, the selected period can range from at least about three minutes to about five minutes.

El procedimiento puede incluir la etapa adicional de ajustar el diferencial de temperatura de desescarchado umbral de referencia como una función de caudal másico de refrigerante del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor del evaporador antes de comparar el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno con el diferencial de temperatura de desescarchado umbral de referencia. En un aspecto, el procedimiento puede incluir las etapas adicionales de: calcular un diferencial de temperatura de serpentín limpio igual a la diferencia de la temperatura de aire de retorno detectada menos la temperatura de saturación de refrigerante después de la finalización del ciclo de desescarchado; volver a configurar la temperatura de desescarchado umbral de referencia para que sea el diferencial de temperatura de serpentín limpio más un delta de temperatura determinado; e iniciar el siguiente ciclo de desescarchado cuando el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno excede el diferencial de temperatura de referencia reconfigurado.The procedure may include the additional step of adjusting the reference threshold defrost temperature differential as a function of refrigerant mass flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator heat exchanger before comparing the air saturation temperature differential of return with the defrost temperature differential reference threshold. In one aspect, the procedure may include the additional steps of: calculating a clean coil temperature differential equal to the difference of the detected return air temperature minus the refrigerant saturation temperature after the end of the defrost cycle; reconfigure the reference threshold defrost temperature to be the clean coil temperature differential plus a given temperature delta; and start the next defrost cycle when the return air saturation temperature differential exceeds the reconfigured reference temperature differential.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Para una comprensión adicional de la descripción, se hará referencia a la siguiente descripción detallada que ha de leerse en relación con el dibujo adjunto, donde:For a further understanding of the description, reference will be made to the following detailed description to be read in connection with the accompanying drawing, where:

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un remolque de camión equipado con una unidad de refrigeración asociada en funcionamiento con una caja de carga con control de temperatura;Fig. 1 is a perspective view of a truck trailer equipped with an associated refrigeration unit in operation with a temperature controlled cargo box;

La Fig. 2 es un diagrama esquemático de una realización ejemplar de un sistema de compresión de vapor refrigerante asociado con la unidad de refrigeración del remolque de camión de la Fig. 1;FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a refrigerant vapor compression system associated with the refrigeration unit of the truck trailer of FIG. 1;

La Fig. 3 es una ilustración esquemática de una realización ejemplar del intercambiador de calor del evaporador del sistema de compresión de vapor refrigerante de la Fig. 2; yFIG. 3 is a schematic illustration of an exemplary embodiment of the evaporator heat exchanger of the refrigerant vapor compression system of FIG. 2; and

La Fig. 4 es un diagrama de bloque que ilustra una realización ejemplar del procedimiento descrito en el presente documento.Fig. 4 is a block diagram illustrating an exemplary embodiment of the procedure described herein.

La Fig. 5 es un diagrama de bloque que ilustra una realización alternativa del procedimiento ilustrado en la Fig. 4; y Fig. 5 is a block diagram illustrating an alternative embodiment of the procedure illustrated in Fig. 4; and

La Fig. 6 es un diagrama de bloque que ilustra una etapa adicional del procedimiento ilustrado en la Fig. 4.Fig. 6 is a block diagram illustrating a further step in the procedure illustrated in Fig. 4.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Inicialmente con referencia a la Fig. 1, se muestra un remolque de camión 100 que tiene una caja de carga refrigerada 110 que tiene puertas de acceso 112 que se abren al espacio interior 114 de la caja de carga desde el exterior del remolque de camión para facilitar la carga de los productos en la caja de carga 110 para el transporte. El remolque de camión 100 está equipado con una unidad de refrigeración de transporte 10 para regular y mantener una atmósfera con control de temperatura dentro de la caja de carga durante el transporte dentro de un rango de temperatura de almacenamiento deseado seleccionado para que los productos perecederos sean enviados dentro de dicha caja de carga. Si bien el procedimiento de desescarchado a demanda descrito en el presente documento se describirá aquí con referencia a la caja de carga refrigerada del remolque de camión representado, se ha de entender que la invención también se puede utilizar en relación con otras cajas de carga refrigeradas de transporte como, por ejemplo, una caja refrigerada de un camión, o un contenedor de carga refrigerado para transportar productos perecederos por barco, tren, carretera o transporte intermodal. El procedimiento de desescarchado a demanda descrito también se puede aplicar para controlar el inicio del ciclo de desescarchado del evaporador a demanda en sistemas de compresión de vapor refrigerante para suministrar aire acondicionado en un espacio con control de temperatura, tal como se usa en relación con sistemas de aire acondicionado y sistemas de refrigeración comercial.Initially with reference to Fig. 1, a truck trailer 100 is shown having a refrigerated cargo box 110 having access doors 112 opening to the interior space 114 of the cargo box from the exterior of the truck trailer for facilitate loading of products in cargo box 110 for transport. Truck trailer 100 is equipped with a transport refrigeration unit 10 to regulate and maintain a temperature controlled atmosphere within the cargo box during transport within a selected desired storage temperature range for perishable goods to be shipped within the cargo box. While the on-demand defrost procedure described herein will be described herein with reference to the refrigerated cargo box of the truck trailer depicted, it is to be understood that the invention may also be used in connection with other refrigerated cargo boxes of transportation such as a refrigerated box from a truck, or a refrigerated cargo container for transporting perishable goods by ship, train, road, or intermodal transportation. The described on-demand defrost procedure can also be applied to control the start of the on-demand evaporator defrost cycle in refrigerant vapor compression systems to supply air conditioning in a temperature controlled space, as used in connection with systems air conditioning and commercial refrigeration systems.

Haciendo referencia ahora también a la Fig. 2, la unidad de refrigeración de transporte 10 incluye un sistema de compresión de vapor refrigerante 12 y una fuente de alimentación asociada. El sistema de compresión de vapor refrigerante 12 incluye un dispositivo de compresión 20, un condensador 30 que tiene un intercambiador de calor y uno o más ventiladores del condensador asociados 34, un evaporador 40 que tiene un intercambiador de calor 42 y uno o más ventiladores del evaporador asociados 44, y un dispositivo de expansión del evaporador 46, todos ellos dispuestos en un ciclo de refrigeración convencional y conectados en un circuito de circulación de refrigerante que incluye las líneas de refrigerante 22, 24, 26 y el intercambiador de calor tubular del condensador 32 y el intercambiador de calor tubular del evaporador 42. El sistema de refrigeración de transporte 10 está montado como en la práctica convencional en una pared exterior del remolque de camión 100, por ejemplo, en la pared delantera 116 del mismo, con el compresor 20 y el condensador 30 con su uno o más ventiladores del condensador asociados 34 y la fuente de alimentación 50 dispuestos fuera de la caja de carga refrigerada 110 en una carcasa 118.Referring now also to FIG. 2, the transportation refrigeration unit 10 includes a refrigerant vapor compression system 12 and an associated power source. The refrigerant vapor compression system 12 includes a compression device 20, a condenser 30 having a heat exchanger, and one or more associated condenser fans 34, an evaporator 40 having a heat exchanger 42, and one or more associated evaporator fans 44, and an evaporator expansion device 46, all arranged in a conventional refrigeration cycle and connected in a refrigerant circulation circuit that includes refrigerant lines 22, 24, 26 and the exchanger tubular heat exchanger 32 and tubular heat exchanger evaporator 42. The transport refrigeration system 10 is mounted as in conventional practice on an exterior wall of the truck trailer 100, for example on the front wall 116 thereof , with the compressor 20 and condenser 30 with their one or more associated condenser fans 34 and power supply 50 arranged outside the refrigerated charging box 110 in a housing 118.

El evaporador 40 se extiende a través de una abertura en la pared delantera 116 dentro de la caja de carga refrigerada 110. El dispositivo de expansión 46, que en la realización representada es una válvula de expansión electrónica, pero que podría ser una válvula de expansión termostática, está dispuesto en la línea de refrigerante 24 aguas abajo respecto del flujo de refrigerante del intercambiador de calor del condensador 32 y aguas arriba respecto del flujo de refrigerante del intercambiador de calor del evaporador 42 para medir el flujo de refrigerante a través del evaporador como respuesta al grado de sobrecalentamiento del refrigerante en la salida del evaporador 40, como en la práctica convencional. Un sensor de presión de refrigerante 48 está montado en el intercambiador de calor tubular 42 del evaporador 40 para monitorizar la detección del refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor del evaporador 42 en la salida o cerca de la salida del mismo. Aunque el tipo particular de intercambiador de calor del evaporador 42 usado no es limitativo de la invención, el intercambiador de calor del evaporador 42 puede, por ejemplo, comprender uno o más serpentines de tubo de intercambio de calor, como se representa en el dibujo, o uno o más bancos de tubos formados por una pluralidad de tubos que se extienden entre colectores de entrada y salida respectivos. Los tubos pueden ser tubos redondos o tubos planos y pueden ser con aletas o sin aletas.Evaporator 40 extends through an opening in front wall 116 within refrigerated cargo box 110. Expansion device 46, which in the depicted embodiment is an electronic expansion valve, but could be an expansion valve thermostatically, it is arranged in the refrigerant line 24 downstream from the condenser heat exchanger refrigerant flow 32 and upstream from the evaporator heat exchanger refrigerant flow 42 to measure the refrigerant flow through the evaporator as response to the degree of overheating of the refrigerant at the outlet of the evaporator 40, as in conventional practice. A refrigerant pressure sensor 48 is mounted on the tubular heat exchanger 42 of the evaporator 40 to monitor the detection of the refrigerant flowing through the heat exchanger of the evaporator 42 at or near the outlet thereof. Although the particular type of evaporator heat exchanger 42 used is not limiting of the invention, the evaporator heat exchanger 42 may, for example, comprise one or more heat exchange tube coils, as depicted in the drawing, or one or more banks of tubes made up of a plurality of tubes that extend between respective inlet and outlet manifolds. The tubes can be round tubes or flat tubes and can be finned or finless.

El compresor 20 puede comprender un compresor de etapa única o de múltiples etapas tal como, por ejemplo, un compresor alternativo o un compresor de espiral, si bien el tipo concreto de compresor utilizado ni guarda relación con la invención así como tampoco la limita. En la realización ejemplar representada en la Fig. 2, el compresor es un compresor alternativo, tal como, por ejemplo, un compresor alternativo modelo 06D fabricado por Carrier Corporation o una variante del mismo, que tiene un mecanismo de compresión, un motor de compresor eléctrico interno y un eje motor de interconexión, todos ellos sellados dentro de una carcasa común del compresor 20. La fuente de alimentación 50 alimenta el motor eléctrico interno del compresor. En una realización, la fuente de alimentación 50 genera energía eléctrica suficiente como para accionar completamente el motor eléctrico del compresor 20 y también para proporcionar la energía eléctrica requerida por los ventiladores 34, 44 y otras piezas de la unidad de refrigeración 10. En una realización alimentada eléctricamente de la unidad de refrigeración de transporte 10, la fuente de alimentación 50 comprende un solo generador síncrono accionado por el motor de a bordo configurado para producir selectivamente al menos un voltaje de CA a una o más frecuencias. Un sistema de refrigeración de transporte alimentado eléctricamente adecuado para uso en vehículos de transporte con remolque de camión se muestra en la patente de Estados Unidos N.° 6.223.546, cedida al cesionario de la presente solicitud.Compressor 20 may comprise a single-stage or multi-stage compressor such as, for example, an reciprocating compressor or a scroll compressor, although the particular type of compressor used is neither related to, nor limited by the invention. In the exemplary embodiment depicted in FIG. 2, the compressor is an reciprocating compressor, such as, for example, a Model 06D reciprocating compressor manufactured by Carrier Corporation or a variant thereof, having a compression mechanism, a compressor motor internal electrical motor and an interconnecting motor shaft, all sealed within a common compressor housing 20. Power supply 50 powers the internal electrical motor of the compressor. In one embodiment, the power source 50 generates enough electrical power to fully drive the electric motor of the compressor 20 and also to provide the electrical power required by the fans 34, 44 and other parts of the cooling unit 10. In one embodiment Electrically powered from the transport refrigeration unit 10, the power supply 50 comprises a single onboard motor driven synchronous generator configured to selectively produce at least one AC voltage at one or more frequencies. An electrically powered transport refrigeration system suitable for use in truck trailer transport vehicles is shown in United States Patent No. 6,223,546, assigned to the assignee of the present application.

La unidad de refrigeración de transporte 10 también incluye un controlador electrónico 60 que está configurado para operar la unidad de refrigeración de transporte 10 para mantener un ambiente térmico predeterminado dentro del espacio interior 114 definido dentro de la caja de carga 110 donde el producto es almacenado durante el transporte. El controlador electrónico 60 mantiene el ambiente térmico predeterminado alimentando y controlando selectivamente el funcionamiento de diversos componentes del sistema de compresión de vapor refrigerante, incluyendo el compresor 20, el uno o más ventiladores del condensador 34 asociados con el condensador 30, el uno o más ventiladores del evaporador 44 asociados con el evaporador 40, y diversas válvulas en el circuito de refrigerante, incluyendo, sin carácter restrictivo, la válvula de expansión electrónica 46 (si está presente) y la válvula de modulación de succión 62 (si está presente). Cuando se requiere el enfriamiento del ambiente dentro del espacio interior 114 de la caja de carga 110, el controlador electrónico 60 activa el compresor 20, el uno o más ventiladores del condensador 34 y el uno o más ventiladores del evaporador 44, según proceda, y ajusta la posición de la válvula de expansión electrónica 46 para medir el flujo de refrigerante a través del intercambiador de calor del evaporador 42 para proporcionar un grado deseado de sobrecalentamiento en el vapor refrigerante en la salida del evaporador, y ajusta la posición de la válvula de modulación de succión 62 para aumentar o disminuir el flujo de refrigerante suministrado al compresor 20 según proceda para controlar y estabilizar las temperaturas dentro del espacio interior 114 dentro de la caja de carga 110 a la temperatura de desescarchado umbral de referencia respectiva, que corresponde a las temperaturas de almacenamiento de producto deseadas para los productos concretos almacenados dentro de la caja de carga 110. Transport refrigeration unit 10 also includes an electronic controller 60 that is configured to operate transport refrigeration unit 10 to maintain a predetermined thermal environment within interior space 114 defined within cargo box 110 where product is stored for transport. Electronic controller 60 maintains the predetermined thermal environment by selectively powering and controlling the operation of various components of the refrigerant vapor compression system, including compressor 20, the one or more fans of condenser 34 associated with condenser 30, the one or more fans of the evaporator 44 associated with the evaporator 40, and various valves in the refrigerant circuit, including, without limitation, the electronic expansion valve 46 (if present) and the suction modulating valve 62 (if present). When ambient cooling is required within interior space 114 of charging box 110, electronic controller 60 activates compressor 20, one or more condenser fans 34, and one or more evaporator fans 44, as appropriate, and adjusts the position of the electronic expansion valve 46 to measure the flow of refrigerant through the evaporator heat exchanger 42 to provide a desired degree of superheat in the refrigerant vapor at the outlet of the evaporator, and adjusts the position of the suction modulation 62 to increase or decrease the flow of refrigerant supplied to compressor 20 as appropriate to control and stabilize temperatures within interior space 114 within cargo box 110 at the respective reference threshold defrost temperature, corresponding to the desired product storage temperatures for specific products stored inside the box load 110.

En una realización, el controlador electrónico 60 incluye un microprocesador y una memoria asociada. La memoria del controlador 60 se puede programar para contener valores deseados del operador o propietario preseleccionados para diversos parámetros de funcionamiento dentro del sistema, incluyendo, sin carácter restrictivo, una temperatura de referencia para el aire dentro del espacio interior 114 de la caja de carga 110, límites de presión de refrigerante, límites de corriente, límites de velocidad de motor, y cualquier variedad de otros parámetros de funcionamiento o límites deseados dentro del sistema. Los expertos en la materia están familiarizados con la programación del controlador. El controlador 60 puede incluir una placa de microprocesador que incluye el microprocesador, una memoria asociada y una placa de entrada/salida que contiene un convertidor analógico-digital que recibe entradas de temperatura y entradas de presión procedentes de una pluralidad de sensores situados en diversos puntos por todo el circuito de refrigerante y la caja de carga refrigerada, entradas de corriente, entradas de voltaje, y niveles de humedad. La placa de entrada/salida también puede incluir circuitos de accionamiento o transistores de efecto de campo y relés que reciben señales o corriente procedentes del controlador 60 y a su vez controlan diversos dispositivos externos o periféricos asociados con el sistema de refrigeración de transporte. En una realización, el controlador 60 puede comprender el controlador MicroLink™ disponible en Carrier Corporation, cesionario de la presente solicitud. No obstante, el tipo y diseño particular del controlador 60 entra dentro del criterio de selección de cualquier experto en la materia y no es limitativo de la invención.In one embodiment, the electronic controller 60 includes a microprocessor and associated memory. Controller memory 60 can be programmed to contain preselected operator or owner's desired values for various operating parameters within the system, including, without limitation, a reference temperature for air within interior space 114 of cargo box 110 , coolant pressure limits, current limits, engine speed limits, and any variety of other operating parameters or desired limits within the system. Those skilled in the art are familiar with programming the controller. Controller 60 may include a microprocessor board that includes the microprocessor, an associated memory, and an input / output board that contains an analog-to-digital converter that receives temperature inputs and pressure inputs from a plurality of sensors located at various points. throughout the refrigerant circuit and refrigerated charge box, current inputs, voltage inputs, and humidity levels. The input / output board may also include drive circuits or effect transistors. field and relays that receive signals or current from controller 60 and in turn control various external or peripheral devices associated with the transportation refrigeration system. In one embodiment, controller 60 may comprise MicroLink ™ controller available from Carrier Corporation, assignee of the present application. However, the particular type and design of controller 60 falls within the selection criteria of any person skilled in the art and is not limiting of the invention.

Como en la práctica convencional, cuando el sistema de compresión de vapor refrigerante está en funcionamiento, el vapor refrigerante de baja temperatura y baja presión es comprimido por el compresor 20 a un vapor refrigerante de alta presión y alta temperatura y se pasa desde la salida de descarga del compresor 20 a la línea de refrigerante 22. El refrigerante circula a través del circuito de refrigerante mediante la línea de refrigerante 22 hasta y a través del serpentín de tubo de intercambio de calor o banco de tubos del intercambiador de calor del condensador 32, donde el vapor refrigerante se condensa en un líquido, y el subenfriador 32, de ahí a través de la línea de refrigerante 24 a través de un primer paso de refrigerante del intercambiador de calor refrigerante a refrigerante 35, y de ahí atravesando el dispositivo de expansión del evaporador 46 antes de pasar a través del intercambiador de calor del evaporador 42 y de ahí a través de la línea de refrigerante 26, pasando un segundo paso de refrigerante del intercambiador de calor refrigerante a refrigerante 35 antes de pasar a la salida de succión del dispositivo de compresión 20.As in conventional practice, when the refrigerant vapor compression system is in operation, the low-temperature, low-pressure refrigerant vapor is compressed by the compressor 20 to a high-pressure, high-temperature refrigerant vapor and passed from the outlet of discharge from compressor 20 to refrigerant line 22. Refrigerant circulates through the refrigerant circuit through refrigerant line 22 to and through the heat exchanger tube coil or tube bank of condenser heat exchanger 32, where the refrigerant vapor condenses into a liquid, and the subcooler 32, thence through the refrigerant line 24 through a first pass of refrigerant from the refrigerant heat exchanger to refrigerant 35, and thence through the expansion device of the evaporator 46 before passing through the heat exchanger of the evaporator 42 and thence through the refrigerant line 26, passing a second passage of refrigerant from the refrigerant to refrigerant heat exchanger 35 before passing to the suction outlet of the compression device 20.

Al fluir a través del serpentín de tubo de intercambio de calor o el banco de tubos del intercambiador de calor del evaporador 42, el refrigerante se evapora, y normalmente se sobrecalienta, a medida que pasa en relación de intercambio de calor pasando el aire a través del lado de aire del evaporador 40. El aire se extrae del interior de la caja de carga 110 mediante el uno o más ventiladores del evaporador 44, se pasa sobre la superficie de transferencia de calor externa del serpentín de tubo de intercambio de calor o el banco de tubos del intercambiador de calor del evaporador 42 y se hace circular de vuelta al espacio interior 114 de la caja de carga 110. El aire extraído de la caja de carga 110 se denomina “aire de retorno” y el aire que se hace circular de vuelta a la caja de carga 110 se denomina “aire de suministro”. Ha de entenderse que el término “aire”, tal como se usa en el presente documento, incluye mezclas de aire y otros gases tales como, por ejemplo, sin carácter restrictivo, nitrógeno o dióxido de carbono, a veces introducidas dentro de una caja de carga refrigerada de transporte. Se proporciona un sensor de temperatura 45 para detectar la temperatura real del aire de retorno extraído del espacio interior con control de temperatura 114 de la caja de carga 110 antes de pasar sobre el intercambiador de calor del evaporador 42.By flowing through the heat exchange tube coil or the evaporator heat exchanger tube bank 42, the refrigerant evaporates, and normally overheats, as it passes in heat exchange ratio by passing air through from the air side of evaporator 40. Air is drawn from inside cargo box 110 by one or more evaporator fans 44, passed over the external heat transfer surface of the heat exchange tube coil or the tube bank of the evaporator heat exchanger 42 and circulated back to the interior space 114 of the cargo box 110. The air drawn from the cargo box 110 is called the "return air" and the air is circulated back to charging box 110 it is called "supply air". The term "air" as used herein is to be understood to include mixtures of air and other gases such as, for example, without limitation, nitrogen or carbon dioxide, sometimes introduced into a transport refrigerated cargo. A temperature sensor 45 is provided to detect the actual temperature of the return air drawn from the temperature controlled interior space 114 of the charging box 110 before passing over the evaporator heat exchanger 42.

Durante el funcionamiento del sistema de compresión de vapor refrigerante en modo de enfriamiento, la humedad del aire de retorno se condensará en la superficie de transferencia de calor, es decir, la superficie de los tubos y las aletas, si los tubos tienen aletas, del intercambiador de calor del evaporador 42 a medida que el aire de retorno se enfría al pasar con una relación de intercambio de calor con el refrigerante que fluye a través del intercambiador de calor del evaporador 42. El condensado se congelará en la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42 y tenderá a acumularse como una capa de escarcha y/o hielo sobre la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42. A medida que se acumula escarcha/hielo, el rendimiento de la transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42 se deteriora y la zona de flujo del lado de aire a través del intercambiador de calor del evaporador 42 se restringe cada vez más. Por lo tanto, el funcionamiento del sistema de compresión de vapor refrigerante en el modo de enfriamiento se ha de interrumpir para llevar a cabo un ciclo de desescarchado del evaporador cada vez que la capa de escarcha/hielo acumulados sea excesiva.During operation of the refrigerant vapor compression system in cooling mode, the moisture in the return air will condense on the heat transfer surface, i.e. the surface of the tubes and fins, if the tubes have fins, from the evaporator heat exchanger 42 as the return air cools as it passes in a heat exchange relationship with the refrigerant flowing through the evaporator heat exchanger 42. The condensate will freeze on the heat transfer surface of evaporator heat exchanger 42 and will tend to accumulate as a layer of frost and / or ice on the heat transfer surface of evaporator heat exchanger 42. As frost / ice accumulates, the transfer performance of Heat from evaporator heat exchanger 42 deteriorates and the air side flow zone through evaporator heat exchanger 42 is subtracted. ringe more and more. Therefore, the operation of the refrigerant vapor compression system in the cooling mode has to be interrupted to carry out an evaporator defrost cycle each time the accumulated frost / ice layer is excessive.

Haciendo referencia ahora a la Fig. 3, se proporciona un calentador con resistencia eléctrica 70 asociado en funcionamiento con el intercambiador de calor del evaporador 42 para derretir la escarcha/hielo acumulados depositados en la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42. Cada vez que se ha de implementar un ciclo de desescarchado, el controlador 60 desactivará el dispositivo de compresión 20, el uno o más ventiladores del condensador 34 y el uno o más ventiladores del evaporador 44 durante el ciclo de desescarchado y activará el calentador con resistencia eléctrica 70 durante el ciclo de desescarchado encendiendo de manera selectiva el suministro de energía eléctrica de la fuente de energía 50.Referring now to FIG. 3, an electric resistance heater 70 is provided associated in operation with the evaporator heat exchanger 42 to melt the accumulated frost / ice deposited on the heat transfer surface of the evaporator heat exchanger 42 Each time a defrost cycle is to be implemented, controller 60 will deactivate compression device 20, one or more condenser fans 34, and one or more evaporator fans 44 during the defrost cycle, and will activate the heater with electrical resistor 70 during the defrost cycle by selectively turning on the electrical power supply from power source 50.

El controlador 60 finalizará el ciclo de desescarchado desactivando, es decir, apagando el suministro de energía eléctrica, el calentador con resistencia eléctrica 70. El controlador 60 puede finalizar el ciclo de desescarchado después de que transcurra un período predeterminado de funcionamiento de ciclo de desescarchado o puede finalizar el ciclo de desescarchado según una señal de temperatura emitida por un sensor de finalización de desescarchado de serpentín que indica una temperatura superficial detectada que a su vez indica una temperatura superficial de tubo externo del intercambiador de calor del evaporador 42. Después de la finalización del ciclo de desescarchado, el controlador 60 reanudará el funcionamiento del sistema de compresión de vapor refrigerante en el modo de enfriamiento, reiniciando el dispositivo de compresión 20, el uno o más ventiladores del condensador 34 y el uno o más ventiladores del evaporador 44. Por lo tanto, durante el funcionamiento del ciclo de desescarchado, no solo no se está refrigerando el aire que entra en el espacio controlado sino que también se está calentando la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42.Controller 60 will terminate the defrost cycle by deactivating, ie, shutting off the power supply, the heater with electrical resistance 70. Controller 60 may end the defrost cycle after a predetermined period of defrost cycle operation elapses or can terminate the defrost cycle based on a temperature signal emitted by a coil defrost termination sensor indicating a detected surface temperature which in turn indicates an external tube surface temperature of the evaporator heat exchanger 42. After completion of the defrost cycle, controller 60 will resume operation of the refrigerant vapor compression system in cooling mode, resetting compression device 20, one or more condenser fans 34, and one or more evaporator fans 44. By therefore, during the operation of the defrost cycle arched, not only is the air entering the controlled space not being cooled, but the heat transfer surface of the evaporator heat exchanger 42 is also being heated.

Haciendo referencia ahora a la Fig. 4, según el procedimiento descrito en el presente documento, el controlador 60 iniciará un ciclo de desescarchado según un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno (RASTD, por su sigla en inglés), que se define como la temperatura de aire de retorno (RAT, por su sigla en inglés) real, que se detecta mediante el sensor de temperatura de aire de retorno 45 en la etapa 202, menos la temperatura de saturación de refrigerante (ERST, por su sigla en inglés) dentro del intercambiador de calor del evaporador 42. El controlador 60 utiliza la señal que indica la temperatura de aire de retorno detectada generada por y recibida del sensor de temperatura de aire de retorno 45 al controlar el funcionamiento de la unidad de refrigeración en el modo de enfriamiento y también utiliza la señal que indica la presión de refrigerante del evaporador (ERP, por su sigla en inglés) detectada, generada por y recibida del sensor de presión 48 en la etapa 204 para calcular la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador (ERST) para controlar la válvula de expansión electrónica 46 con el fin de controlar el sobrecalentamiento. Asimismo, según un aspecto del procedimiento descrito en el presente documento, el controlador 60 determinará, en la etapa 206, la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador (ERST) según la presión de refrigerante del evaporador (ERP) detectada por el sensor de presión 48 en la etapa 204, y en la etapa 208 calculará el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno (RASTD) restando la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador (ERST) de la temperatura de aire de retorno (RAT) real detectada por el sensor de temperatura de aire de retorno 45 en la etapa 202.Referring now to Fig. 4, according to the procedure described herein, controller 60 will initiate a defrost cycle according to a return air saturation temperature differential (RASTD), which is defined as the actual return air temperature (RAT), which is detected by the return air temperature sensor 45 at step 202, minus the saturation temperature refrigerant (ERST) inside evaporator heat exchanger 42. Controller 60 uses the signal indicating the detected return air temperature generated by and received from the return air temperature sensor 45 when controlling operation of the refrigeration unit in the cooling mode and also uses the signal indicating the evaporator refrigerant pressure (ERP) detected, generated by and received from the pressure sensor 48 in step 204 to calculating the evaporator refrigerant saturation temperature (ERST) to control electronic expansion valve 46 to control overheating. Also, according to one aspect of the procedure described herein, controller 60 will determine, in step 206, the evaporator refrigerant saturation temperature (ERST) based on the evaporator refrigerant pressure (ERP) detected by the pressure sensor. 48 in step 204, and in step 208 will calculate the return air saturation temperature differential (RASTD) by subtracting the evaporator refrigerant saturation temperature (ERST) from the actual return air temperature (RAT) detected by the return air temperature sensor 45 at step 202.

El controlador 60, en la etapa 210, compara el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno (RASTD) calculado con un diferencial de temperatura de desescarchado del umbral de desescarchado (TDTD, por su sigla en inglés). Si el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno calculado no excede el diferencial de temperatura de aproximación al umbral de desescarchado en el bloque 212, el controlador 60 continúa haciendo funcionar el sistema de compresión de vapor refrigerante en el modo de refrigeración (enfriamiento) y repite las etapas 202 a 210. No obstante, si el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno calculado excede el diferencial de temperatura de desescarchado del umbral de desescarchado en el bloque 214, el controlador 60 interrumpe el funcionamiento del sistema de compresión de vapor refrigerante en el modo de refrigeración (enfriamiento) e inicia un ciclo de desescarchado para eliminar escarcha/hielo acumulados en la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42 de la forma descrita anteriormente en el presente documento. El controlador 60 continúa haciendo funcionar el sistema de compresión de vapor refrigerante 10 en el ciclo de desescarchado hasta que la totalidad o al menos sustancialmente la totalidad de la escarcha/hielo acumulados en la superficie de transferencia de calor del intercambiador de calor del evaporador 42 se haya eliminado.Controller 60, at step 210, compares the calculated return air saturation temperature differential (RASTD) with a defrost threshold defrost temperature differential (TDTD). If the calculated return air saturation temperature differential does not exceed the approach temperature differential for the defrost threshold in block 212, controller 60 continues to operate the refrigerant vapor compression system in the cooling (cooling) mode. and repeats steps 202 through 210. However, if the calculated return air saturation temperature differential exceeds the defrost temperature differential of the defrost threshold in block 214, controller 60 interrupts the operation of the compression compression system. refrigerant steam in the cooling (cooling) mode and initiates a defrost cycle to remove accumulated frost / ice on the heat transfer surface of the evaporator heat exchanger 42 as previously described herein. Controller 60 continues to operate the refrigerant vapor compression system 10 in the defrost cycle until all or at least substantially all of the frost / ice accumulated on the heat transfer surface of the evaporator heat exchanger 42 is have removed.

Haciendo referencia ahora a la Fig. 5, en un aspecto del procedimiento representado en dicha figura, en la etapa 207, el controlador 60 puede calcular una temperatura de saturación de refrigerante del evaporador ajustada como una función de una pluralidad de temperaturas de saturación de refrigeración del evaporador instantáneas (ERSi, por su sigla en inglés) detectadas en intervalos de tiempo espaciados (etapa 206) para filtrar ruido relacionado con el control de sobrecalentamiento del evaporador y cualquier influencia sobre la lógica de control. En una realización, el controlador 60 calcula la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador ajustada como un promedio móvil de una pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante del evaporador instantáneas en un período seleccionado. En una realización, el controlador 60 puede calcular la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador ajustada como una media aritmética de una pluralidad de temperaturas de saturación de refrigerante del evaporador instantáneas en un período seleccionado. Por ejemplo, la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador ajustada se puede calcular como el promedio aritmético o media aritmética de aquellas temperaturas de saturación de refrigerante del evaporador instantáneas calculadas durante los tres a cinco minutos inmediatamente anteriores.Referring now to Fig. 5, in one aspect of the procedure depicted in that figure, at step 207, controller 60 can calculate an adjusted evaporator refrigerant saturation temperature as a function of a plurality of refrigeration saturation temperatures. Instantaneous Evaporator (ERSi) detected at spaced time intervals (step 206) to filter noise related to evaporator overheating control and any influence on control logic. In one embodiment, controller 60 calculates the adjusted evaporator refrigerant saturation temperature as a moving average of a plurality of instantaneous evaporator refrigerant saturation temperatures in a selected period. In one embodiment, controller 60 can calculate the adjusted evaporator refrigerant saturation temperature as an arithmetic average of a plurality of instantaneous evaporator refrigerant saturation temperatures in a selected period. For example, the adjusted evaporator refrigerant saturation temperature can be calculated as the arithmetic average or arithmetic mean of those instantaneous evaporator refrigerant saturation temperatures calculated during the immediately preceding three to five minutes.

En un aspecto del procedimiento descrito en el presente documento, el controlador 60 puede compensar la variación en el caudal másico de refrigerante a través del intercambiador de calor del evaporador 42 ajustando el diferencial de temperatura de desescarchado umbral (TDTD) como una función del caudal másico de refrigerante. Por ejemplo, el controlador 60 puede seleccionar el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno de desescarchado umbral a partir de una curva de inicio de diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno de desescarchado umbral versus caudal másico de refrigerante a través del intercambiador de calor del evaporador 42. La curva de inicio se puede desarrollar empíricamente según pruebas del sistema de compresión de vapor refrigerante real en uso. Al determinar si ha de iniciar o no un ciclo de desescarchado, el controlador 60 comparará el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno calculado con un diferencial de temperatura de desescarchado umbral ajustado seleccionado de la curva de inicio mencionada según el caudal másico de refrigerante real a través del intercambiador de calor del evaporador 42 asociado con la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador utilizada para calcular el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno. Si el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno calculado comprende un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno ajustado según una pluralidad de diferenciales de temperatura de saturación de aire de retorno instantáneos, entonces el caudal másico de refrigerante del evaporador asociado con dichos diferenciales con el fin de seleccionar el diferencial de temperatura de desescarchado umbral ajustado sería el promedio o caudal másico de refrigerante del evaporador medio correspondientes.In one aspect of the procedure described herein, controller 60 can compensate for variation in refrigerant mass flow rate through evaporator heat exchanger 42 by adjusting the threshold defrost temperature differential (TDTD) as a function of mass flow rate of coolant. For example, controller 60 may select the threshold defrost return air saturation temperature differential from a threshold defrost return air saturation temperature differential start versus mass flow rate of refrigerant through the exchanger Heat Evaporator 42. The start curve can be developed empirically based on tests of the actual refrigerant vapor compression system in use. In determining whether or not to start a defrost cycle, controller 60 will compare the calculated return air saturation temperature differential with a selected adjusted threshold defrost temperature differential from the mentioned start curve based on the refrigerant mass flow rate. through the evaporator heat exchanger 42 associated with the evaporator refrigerant saturation temperature used to calculate the return air saturation temperature differential. If the calculated return air saturation temperature differential comprises a return air saturation temperature differential adjusted according to a plurality of instantaneous return air saturation temperature differentials, then the evaporator refrigerant mass flow rate associated with these Differentials in order to select the adjusted threshold defrost temperature differential would be the average or corresponding average evaporator refrigerant mass flow.

En un aspecto adicional del procedimiento descrito en el presente documento, el diferencial de temperatura de desescarchado umbral se puede seleccionar según un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno de «serpentín limpio» detectado. Por ejemplo, al implementar este aspecto del procedimiento, al final de cada ciclo de desescarchado cuando la superficie de intercambio de calor del intercambiador de calor del evaporador 42 carece sustancialmente de escarcha/hielo, el controlador 60 calculará un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno de «serpentín limpio» según la temperatura de aire de retorno detectada en ese momento y la temperatura de saturación de refrigerante del evaporador. El controlador 60 configuraría entonces el diferencial de temperatura de aproximación al umbral de desescarchado para desencadenar que el siguiente ciclo de desescarchado sea un delta de temperatura predeterminado a partir de dicho diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno de «serpentín limpio». Por lo tanto, para desencadenar un ciclo de desescarchado, sería necesario que el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno excediera el diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno de «serpentín limpio» real a la finalización del último ciclo de desescarchado anterior mediante un delta de temperatura predeterminado. En este aspecto del procedimiento descrito en el presente documento, el inicio de los ciclos de desescarchado se adapta automáticamente como respuesta a condiciones de funcionamiento asociadas con el producto concreto que se está enviando, las condiciones ambientales locales, la carga, las variaciones de flujo de aire, y otros factores de funcionamiento que puedan influir potencialmente la formación de escarcha/hielo.In a further aspect of the procedure described herein, the threshold defrost temperature differential can be selected based on a detected "clean coil" return air saturation temperature differential. For example, by implementing this aspect of the procedure, at the end of each defrost cycle when the heat exchange surface of the evaporator heat exchanger 42 is substantially free of frost / ice, controller 60 will calculate an air saturation temperature differential. "clean coil" return flow depending on the return air temperature detected at that time and the evaporator refrigerant saturation temperature. Controller 60 would then configure the temperature differential of approach to the defrost threshold to trigger the next defrost cycle to be a predetermined temperature delta from said "clean coil" return air saturation temperature differential. Therefore, to trigger a defrost cycle, the return air saturation temperature differential would need to exceed the actual 'clean coil' return air saturation temperature differential at the end of the last previous defrost cycle. using a predetermined temperature delta. In this aspect of the procedure described in this document, the initiation of defrost cycles is automatically adapted in response to operating conditions associated with the particular product being shipped, local environmental conditions, loading, flow variations of air, and other operating factors that may potentially influence frost / ice formation.

El procedimiento para iniciar un ciclo de desescarchado según se describe depende de la información disponible de los sensores convencionales que se proporcionan comúnmente en sistemas de compresión de vapor refrigerante convencionales y, por lo tanto, no requiere que se instale hardware nuevo. Por otra parte, el procedimiento descrito en el presente documento elimina la necesidad de un interruptor de presión de aire para iniciar el desescarchado, con lo cual se reducen los costes y se aumenta la fiabilidad general. Asimismo, desencadenar desescarchado según un diferencial de temperatura de saturación de aire de retorno según el procedimiento descrito en el presente documento permite un funcionamiento de enfriamiento más eficiente y eficaz reduciendo el tiempo de ejecución innecesario en el enfriamiento con un evaporador sumamente escarchado mientras se espera que se inicie un desescarchado de seguridad puesto que el interruptor de presión de aire no pudo desencadenar un ciclo de desescarchado cuando era necesario.The procedure for initiating a defrost cycle as described depends on the information available from conventional sensors that are commonly provided in conventional refrigerant vapor compression systems and therefore does not require new hardware to be installed. Furthermore, the procedure described herein eliminates the need for an air pressure switch to initiate defrosting, thereby reducing costs and increasing overall reliability. Also, triggering defrost according to a return air saturation temperature differential according to the procedure described herein allows for more efficient and effective cooling operation by reducing unnecessary runtime in cooling with a highly frosty evaporator while waiting for a safety defrost is initiated since the air pressure switch was unable to trigger a defrost cycle when required.

A medida que se acumula escarcha en el serpentín de tubo o banco de tubos del intercambiador de calor del evaporador 42, el flujo de aire a través del evaporador 40 disminuye y la pérdida de presión del lado de aire aumenta. En consecuencia, el refrigerante que fluye a través de los tubos del intercambiador de calor absorbe menos calor. Por lo tanto, al no entrar tanto calor en el refrigerante, la válvula de expansión 46 regula el flujo de refrigerante que pasa a través de los tubos del intercambiador de calor del evaporador 42 intentando mantener el sobrecalentamiento de refrigerante deseado, lo cual da como resultado una pérdida de presión de refrigerante del evaporador. Por lo tanto, la temperatura de saturación de refrigerante también disminuye. A medida que la temperatura de saturación de refrigerante disminuye gradualmente mientras la válvula de expansión sigue regulando el flujo de refrigerante, el diferencial de temperatura respecto de la temperatura de aire de retorno detectada aumenta, lo cual producirá un desescarchado a demanda cuando se exceda el diferencial de temperatura de desescarchado umbral. Sin embargo, un estado de baja presión de refrigerante producido por un bajo flujo de refrigerante en el evaporador a pesar de que la válvula está bien abierta (por ejemplo, con una abertura de 90 % o más), que podría darse por una pérdida de carga de refrigerante, podría hacer que se requiera un ciclo de desescarchado a demanda para cuando la acumulación de escarcha en sí misma no garantice un desescarchado. Haciendo referencia ahora a la Fig. 6, para evitar el inicio de un ciclo de desescarchado a demanda, el controlador 60, en la etapa 216, monitorizará la posición de la válvula de expansión 46 y el grado de sobrecalentamiento del refrigerante que sale del intercambiador de calor del evaporador 42 como respuesta a detectar si la indicación de desescarchado de una demanda se produce por un estado de bajo flujo de refrigerante a través del intercambiador de calor del evaporador 42 en vez de por una acumulación de escarcha excesiva. El controlador 60 determinará si tanto la posición de la válvula de expansión 46 como el sobrecalentamiento se encuentran dentro del rango de funcionamiento normal. En caso afirmativo, el controlador 60 dejará de funcionar en el modo de enfriamiento e iniciará un ciclo de desescarchado. En caso contrario, el controlador continuará funcionando en el modo de enfriamiento.As frost builds up on the tube coil or tube bank of the evaporator heat exchanger 42, the air flow through the evaporator 40 decreases and the air side pressure loss increases. Consequently, the coolant flowing through the tubes of the heat exchanger absorbs less heat. Therefore, by not entering as much heat into the refrigerant, expansion valve 46 regulates the flow of refrigerant passing through the tubes of the heat exchanger of evaporator 42 trying to maintain the desired superheat of refrigerant, which results in a loss of evaporator refrigerant pressure. Therefore, the saturation temperature of the refrigerant also decreases. As the coolant saturation temperature gradually decreases as the expansion valve continues to regulate the coolant flow, the temperature differential over the detected return air temperature increases, resulting in demand defrost when the differential is exceeded. defrost temperature threshold. However, a state of low refrigerant pressure caused by a low flow of refrigerant in the evaporator despite the valve being wide open (for example, with an opening of 90% or more), which could be caused by a loss of Charging refrigerant could require a demand defrost cycle to be required when the accumulation of frost itself does not guarantee defrost. Referring now to Fig. 6, to avoid starting a demand defrost cycle, controller 60, in step 216, will monitor the position of expansion valve 46 and the degree of overheating of the coolant leaving the exchanger. heat from evaporator 42 in response to detecting whether the defrost indication of a demand is caused by a state of low coolant flow through evaporator heat exchanger 42 rather than from excessive frost build-up. Controller 60 will determine if both the position of expansion valve 46 and overheating are within the normal operating range. If yes, controller 60 will stop operating in cooling mode and start a defrost cycle. Otherwise, the controller will continue to operate in cooling mode.

La terminología utilizada en el presente documento tiene fines descriptivos y no restrictivos. Los detalles estructurales y funcionales específicos descritos en el presente documento no han de interpretarse como restrictivos, sino simplemente como base para enseñar a un experto en la materia a emplear la presente invención. Los expertos en la materia también reconocerán los equivalentes que pueden sustituir a los elementos descritos con referencia a las realizaciones ejemplares descritas en el presente documento sin apartarse del alcance de la presente invención. The terminology used in this document is for descriptive and not restrictive purposes. The specific structural and functional details described herein are not to be construed as restrictive, but merely as the basis for teaching a person skilled in the art to employ the present invention. Those skilled in the art will also recognize equivalents that can replace the elements described with reference to the exemplary embodiments described herein without departing from the scope of the present invention.

Aunque la presente invención se ha mostrado y descrito en particular con referencia a las realizaciones ejemplares como se ilustra en el dibujo, los expertos en la materia reconocerán que pueden realizarse diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la invención. Por lo tanto, se pretende que la presente descripción no esté limitada a la realización o las realizaciones particulares descritas, sino que la descripción incluya todas las realizaciones comprendidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Although the present invention has been shown and described in particular with reference to exemplary embodiments as illustrated in the drawing, those skilled in the art will recognize that various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Therefore, it is intended that the present description is not limited to the particular embodiment or embodiments described, but that the description includes all the embodiments within the scope of the appended claims.

Claims

1. A procedure to control the start of a defrost cycle of an evaporator heat exchanger (42) of a refrigerant vapor compression system (12) to supply air conditioning in a space with temperature control, the procedure comprising the stages of:

setting a return air saturation temperature differential (202) equal to the difference of a detected air temperature from an air flow returning from the temperature controlled space to pass over the evaporator heat exchanger (42) minus a refrigerant saturation temperature of a flow of refrigerant passing through the evaporator heat exchanger (42);

comparing the return air saturation temperature differential with a reference threshold defrost temperature differential (210); and

if the return air saturation temperature differential exceeds the reference threshold defrost temperature differential (214), start a defrost cycle to defrost the evaporator heat exchanger (42) and characterized by detecting a refrigerant pressure ( 204) of, and generating, a signal indicative of the detected refrigerant pressure of, a flow of refrigerant passing through the evaporator heat exchanger (42) at a plurality of time intervals spaced over a selected period (206);

calculating a plurality of refrigerant saturation temperatures, one for each of the plurality of refrigerant pressures detected during the selected period (206);

calculating an adjusted coolant saturation temperature (207) according to the plurality of coolant saturation temperatures; and

set the return air saturation temperature differential (208) as the difference of the detected air temperature minus the adjusted refrigerant saturation temperature.

The method as described in claim 1 further comprising the step of detecting the air temperature (202) of, and generating a signal indicative of the detected air temperature of, an air flow returning from the controlled space temperature to pass over the evaporator heat exchanger (42).

The method as described in claim 1 wherein the step of calculating an adjusted coolant saturation temperature according to the plurality of coolant saturation temperatures comprises calculating the adjusted coolant saturation temperature as an arithmetic average of the plurality of temperatures of refrigerant saturation.

The method as described in claim 1 wherein the step of calculating an adjusted refrigerant saturation temperature according to the plurality of refrigerant saturation temperatures comprises calculating the adjusted refrigerant saturation temperature as an arithmetic mean of the plurality of temperatures of refrigerant saturation.

5. The method as described in claim 1 wherein the selected period ranges from at least about three minutes to about five minutes.

The method as described in claim 1 further comprising the step of adjusting the reference threshold defrost temperature differential as a function of refrigerant mass flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator heat exchanger (42) before comparing the return air saturation temperature differential with the reference threshold defrost temperature differential (210).

The method as described in claim 1 further comprising the steps of: calculating a clean coil temperature differential equal to the difference of the detected return air temperature minus the saturated temperature of the refrigerant after the end of the cycle defrost;

reconfigure the reference threshold defrost temperature differential to be the clean coil temperature differential plus a given temperature delta; and

start the next defrost cycle when the return air saturation temperature differential exceeds the reconfigured reference threshold defrost temperature differential (214).

The method as described in claim 1 further comprising the step of determining that the position of an evaporator expansion valve is within the normal operating range before initiating a demand defrost.

9. A method as described in any of the preceding claims designed to control the start of a defrost cycle of an evaporator heat exchanger (42) of a refrigeration system associated in operation with a refrigerated transport cargo box ( 110).