ES2894502T3 - Un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador (104), formando el evaporador (104) parte de un sistema (100) de compresión de vapor, comprendiendo además el sistema (100) de compresión de vapor una unidad (101) de compresor, un intercambiador (102) de calor que rechaza el calor, y un dispositivo de expansión (103), estando la unidad (101) de compresor, el intercambiador (102) de calor que rechaza el calor, el dispositivo (103) de expansión y el evaporador (104) dispuestos en un trayecto del refrigerante, y un flujo de aire que fluye a través del evaporador (104), comprendiendo el procedimiento las etapas de: - funcionamiento del sistema (100) de compresión de vapor en un modo de descongelación, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de: - durante la descongelación, monitorear, mediante al menos dos sensores (306, 307) de temperatura, una temperatura de entrada del evaporador, Te,e, en una entrada (304) de gas caliente del evaporador (104) y una temperatura de salida del evaporador, Te,s, en una salida (305) de gas caliente del evaporador (104), - monitorear una tasa de cambio de una diferencia entre Te,e y Te,s, y - finalizar la descongelación cuando la tasa de cambio de la diferencia entre Te,e y Te,s se aproxima a cero.

Description

DESCRIPCIÓN
Un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador monitoreando al menos las temperaturas en la entrada de refrigerante del evaporador y la salida de refrigerante del evaporador. La descongelación se finaliza cuando una tasa de cambio de una diferencia entre las dos temperaturas monitorizadas se aproxima a cero.
Antecedente de la invención
Los sistemas de compresión de vapor, tales como los sistemas de refrigeración, las bombas de calor o los sistemas de aire acondicionado, normalmente se controlan con el fin de proporcionar una capacidad de refrigeración o calefacción requerida de la manera más eficiente posible desde el punto de vista energético. En algunos escenarios, el funcionamiento del sistema de compresión de vapor puede llegar a ser ineficiente desde el punto de vista energético, e incluso el sistema puede volverse inestable o llegar a ser incapaz de proporcionar la capacidad de refrigeración o calefacción requerida. En particular, durante el funcionamiento de un sistema de compresión de vapor, tal como un sistema de refrigeración con una cámara enfriada, se depositará hielo o escarcha en las superficies de transferencia de calor de un evaporador. Más específicamente, la condensación de la humedad en la cámara enfriada conduce a la acumulación de hielo con el tiempo en el evaporador del sistema de refrigeración. Las acumulaciones de hielo perturban la circulación del aire en el interior del sistema. Esto conduce a una disminución en la eficiencia de enfriamiento y, por lo tanto, afecta negativamente el rendimiento de la transferencia de calor. Las acumulaciones de escarcha y hielo deben reconocerse antes de que la eficacia de enfriamiento del sistema se haya reducido significativamente. Una vez identificada la escarcha y el hielo, se iniciará la descongelación y el hielo comenzará a derretirse. Durante la descongelación, el evaporador se calienta con el fin de derretir las acumulaciones de hielo. Se desea que este modo de descongelación dure lo menos posible por varias razones. Una de las razones es, de nuevo, la eficiencia energética y el consumo de energía. Además, se desea que los artículos comprendidos en la cámara enfriada se enfríen casi todo el tiempo. Por lo tanto, en el caso óptimo, la descongelación se debe finalizar tan pronto como se haya derretido todo el hielo y la escarcha.
En los sistemas de refrigeración comercial, la finalización de la descongelación se realiza típicamente después de un período de tiempo predeterminado tras el inicio de la descongelación. En un ejemplo, este periodo de tiempo predeterminado puede no ser suficiente para que se produzca una descongelación completa y el sistema puede tener hielo restante en el evaporador. En otro ejemplo, el periodo de tiempo predeterminado puede ser más largo de lo necesario para que se produzca la descongelación completa y, en tal caso, el sistema no está en condiciones óptimas durante un periodo de tiempo demasiado largo, ya que la descongelación consume energía excesiva. En aún otro ejemplo, el sistema puede ser programado para finalizar la descongelación cuando se alcanza una determinada temperatura en el interior del evaporador. Este enfoque también puede no ser el óptimo en términos de descongelación completa del evaporador, ya que algunas partes del mismo pueden tener todavía restos de hielo. Los restos de hielo influyen en el funcionamiento del sistema y degradan los rendimientos, los cuales deberían ser de alto nivel justo después de la descongelación. Además, el hielo restante puede acelerar la acumulación de nuevas capas de hielo.
El documento US 2012/0042667 divulga un aparato y un procedimiento para finalizar la función de descongelación de una unidad de refrigeración. La unidad de refrigeración comprende un evaporador, un sensor de temperatura para medir la temperatura del evaporador durante una función de descongelación, y un controlador configurado para calcular la tasa de cambio de temperatura y finalizar la función de descongelación cuando la tasa cumple con un criterio especificado, tal como una tasa predeterminada o un aumento brusco en la tasa después de que la temperatura del evaporador haya aumentado por encima del punto de congelación del agua.
Además, el documento KR 2016 0118748 A divulga un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Descripción de la invención
Es un objeto de las realizaciones de la invención proporcionar un procedimiento para finalizar la descongelación completa de un evaporador de una manera energéticamente eficiente, proporcionando una descongelación completa dentro de un período de tiempo óptimo.
La invención proporciona un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador, formando el evaporador parte de un sistema de compresión de vapor, comprendiendo además el sistema de compresión de vapor una unidad de compresor, un intercambiador de calor que rechaza el calor, y un dispositivo de expansión, estando la unidad de compresor, el intercambiador de calor que rechaza el calor, el dispositivo de expansión y el evaporador dispuestos en un trayecto de refrigerante, y un flujo de aire que fluye a través del evaporador, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- funcionamiento del sistema de compresión de vapor en un modo de descongelación,
- monitorear, mediante al menos dos sensores de temperatura, una temperatura de entrada del evaporador, Te,e, en una entrada de gas caliente del evaporador y una temperatura de salida del evaporador, Tes, en una salida de gas caliente del evaporador,
- monitorear una tasa de cambio de una diferencia entre Te,e y Tes, y
- finalizar la descongelación cuando la tasa de cambio de la diferencia entre Te,ey Te,s se aproxima a cero.
El procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador se realiza midiendo la capacidad térmica del hielo y del metal, es decir, un soporte estructural del evaporador. Las acumulaciones de hielo pueden retrasar el calentamiento de la salida del evaporador. Por lo tanto, al monitorear al menos dos temperaturas en diferentes lugares del evaporador se reducen las posibilidades de tener hielo en un lugar del evaporador a la vez que otro está libre de hielo. Además, una temperatura del evaporador puede estabilizarse, es decir, volverse constante, sólo cuando se elimina el hielo de toda su superficie. Más específicamente, el procedimiento depende de la temperatura del evaporador en su totalidad. Cuando se monitorea una tasa de cambio de una diferencia entre las al menos dos temperaturas, medidas en diferentes partes del evaporador, la descongelación puede finalizar tan pronto como se elimine todo el hielo de las superficies del evaporador.
El sistema de compresión de vapor comprende un evaporador, una unidad de compresor, un intercambiador de calor que rechaza el calor y un dispositivo de expansión. Puede existir más de un evaporador y más de un dispositivo de expansión. La unidad de compresor puede incluir uno o más compresores. En el presente contexto, el término "sistema de compresión de vapor" debe interpretarse como cualquier sistema en el cual un flujo de medio fluido, tal como el refrigerante, circula y se comprime y expande de manera alternativa, proporcionando así refrigeración o calentamiento de un volumen. Por lo tanto, el sistema de compresión de vapor puede ser un sistema de refrigeración, un sistema de aire acondicionado, una bomba de calor, etc.
El evaporador está dispuesto en el trayecto del refrigerante. La evaporación de una parte líquida del refrigerante tiene lugar en el evaporador, a la vez que el intercambio de calor tiene lugar entre el refrigerante y el ambiente o un flujo de fluido secundario a través del evaporador, de tal manera que el calor sea absorbido por el refrigerante que pasa a través del evaporador.
La unidad de compresor recibe el refrigerante a partir del evaporador. Entonces, el refrigerante está normalmente en fase gaseosa y la unidad de compresor lo comprime y lo suministra además al intercambiador de calor que rechaza el calor.
El intercambiador de calor que rechaza el calor puede, por ejemplo, tener la forma de un condensador, en el cual el refrigerante se condensa al menos parcialmente, o la forma de un enfriador de gas, en el cual el refrigerante se enfría, pero permanece en estado gaseoso o transcrítico. El intercambiador de calor que rechaza el calor también está dispuesto en el trayecto del refrigerante.
El dispositivo de expansión puede, por ejemplo, tener la forma de una válvula de expansión. El dispositivo de expansión está dispuesto en el trayecto del refrigerante, suministrando refrigerante al uno o más evaporadores. En un sistema de compresión de vapor, tal como un sistema de refrigeración, un sistema de aire acondicionado, una bomba de calor, etc., un medio fluido, tal como el refrigerante, se comprime de manera alternativa por medio de uno o más compresores y se expande por medio de uno o más dispositivos de expansión, y el intercambio de calor entre el medio fluido y el ambiente tiene lugar en uno o más intercambiadores de calor que rechazan el calor, por ejemplo en forma de condensadores o enfriadores de gas, y en uno o más intercambiadores de calor que absorben el calor, por ejemplo, en forma de evaporadores.
De acuerdo con la invención, el sistema de compresión de vapor funciona en un modo de descongelación. El modo de descongelación se inicia para eliminar cualquier escarcha o acumulación de hielo en el evaporador. El modo de descongelación puede iniciarse cuando sea necesario, es decir, cuando la escarcha de la acumulación de hielo alcance un nivel predeterminado o, alternativamente, de acuerdo con un programa predefinido. Cuando funciona en el modo de descongelación, el evaporador se calienta y, por lo tanto, se derrite cualquier escarcha o hielo formado en el evaporador. El calentamiento del evaporador puede realizarse inyectando un gas caliente en el evaporador a través de una entrada de evaporador. De manera alternativa, el evaporador puede ser calentado de otra manera, tal como por medio de un calentador eléctrico.
Durante la descongelación, al menos dos sensores de temperatura monitorean las temperaturas en la entrada del evaporador, Te,e, donde el gas caliente entra en el evaporador y en la salida del evaporador, Tes, donde el gas caliente sale del evaporador. Las al menos dos temperaturas se pueden monitorear desde el inicio del modo de descongelación. De manera alternativa, la monitorización de las temperaturas puede comenzar después de un determinado período de tiempo tras la iniciación del modo de descongelación, ya que en la fase inicial de descongelación no se derretirá el hielo, pero se puede gastar energía en calentar el propio evaporador. Preferentemente, las temperaturas se pueden monitorear sólo después de varios minutos, una vez que el evaporador y sus tubos se han calentado. Cuando se inicia el ciclo de descongelación habrá una gran etapa cuando una diferencia de temperaturas cambie con el tiempo. El análisis de esta etapa puede no ser necesario. Por lo tanto, un retraso en el registro de las temperaturas puede ser útil para realizar el procesamiento de la señal más rápido. Las temperaturas pueden ser monitoreadas continuamente en el tiempo durante la descongelación. De manera alternativa, las temperaturas pueden medirse de manera intermitente, con una frecuencia determinada. Los sensores de temperatura pueden colocarse en el soporte estructural del evaporador y/o en uno o más de sus tubos. De este modo, se mide la temperatura de la superficie cercana a la entrada de gas caliente del evaporador, así como la superficie cercana a la salida de gas caliente del evaporador. Las temperaturas medidas pueden comunicarse a una unidad de control o a un procesador.
Una diferencia entre Te,ey Te,sy una tasa de cambio de una diferencia entre Te,ey Te,sse monitorean, por ejemplo, mediante la unidad de control o el procesador mencionados anteriormente. Típicamente, al comienzo de la descongelación, las temperaturas a la entrada y a la salida del gas caliente, respectivamente, serán sustancialmente idénticas. Entonces, la temperatura en la entrada de gas caliente del evaporador puede comenzar a aumentar más rápidamente que la temperatura en la salida de gas caliente del evaporador. Esto se espera, ya que el gas caliente puede calentar el soporte estructural del evaporador y derretir la escarcha y el hielo en las áreas más cercanas a la entrada de gas caliente primero. Dependiendo de la cantidad de escarcha o hielo, puede variar el período de tiempo durante el cual las temperaturas en la entrada y la salida del evaporador son diferentes y aumentan de manera diferente.
A medida que la escarcha y el hielo se derriten del evaporador, las temperaturas en la entrada y la salida del evaporador se estabilizan y alcanzan valores constantes. Cuando ambas temperaturas tengan los valores constantes, su diferencia se hará constante y por lo tanto la tasa de cambio de la diferencia será cero. Cuando la tasa de cambio de la diferencia entre Te,ey Te,s se aproxima a cero, el evaporador funciona de una manera esperada cuando no hay hielo o escarcha en su superficie. Por lo tanto, ningún cambio en la diferencia entre las dos temperaturas indica que se ha eliminado todo el hielo o la escarcha y que no es necesario descongelar más. El procesador analiza la tasa de cambio de la diferencia en el tiempo. Si la tasa de cambio de la diferencia es cero durante un determinado período de tiempo, la información del procesador puede ser comunicada a otra unidad de control con el fin de detener la descongelación. De esta manera, la descongelación se finaliza tan pronto como se elimina toda la escarcha o el hielo de todas las superficies del evaporador.
En una realización de la invención, la etapa de finalización de la descongelación puede realizarse cuando la tasa de cambio de la diferencia entre Te,e y Te,s ha sido menor que un valor umbral predeterminado durante un tiempo predeterminado. Durante la descongelación y durante un corto periodo de tiempo, puede ocurrir que tanto la temperatura de la entrada como la de la salida del evaporador cambien de la misma manera. La tasa de cambio entre Te,e y Te,s durante este corto período de tiempo puede ser cercana a cero. Esta situación puede presentarse, por ejemplo, cuando el evaporador alcanza el punto de congelación del agua, y debido a las acumulaciones de hielo, las temperaturas Te,ey Te,s pueden estar cerca del punto de congelación del agua y mantener el mismo valor durante un corto periodo de tiempo. Para evitar una finalización prematura de la descongelación, la tasa de cambio puede ser menor que el valor umbral predeterminado durante un período de tiempo predeterminado. El tiempo predeterminado puede ser superior a un minuto. El valor de umbral predeterminado puede estar entre 0 °C/s y 5 °C/s, tal como entre 0 °C/s y 4 °C/s, tal como entre 0 °C/s y 3 °C/s, tal como entre 0 °C/s y 2 °C/s, y tal como entre 0 °C/s y 1 °C/s alrededor de cero, y tal como 1 °C/s, tal como 2 °C/s, tal como 3 °C/s, tal como 4 °C/s, y tal como 5 °C/s. De manera alternativa, el valor umbral predeterminado puede determinarse durante las mediciones, ya que el comportamiento dinámico de la temperatura del aire puede depender del tamaño, la forma y las condiciones de funcionamiento del operador.
Durante el modo de descongelación, el gas caliente de la unidad de compresor puede ser suministrado a la entrada de gas caliente del evaporador y a través de los pasos de refrigerante del evaporador. De acuerdo con esta realización, el evaporador puede ser calentado por medio del gas caliente a partir de la unidad de compresor. El gas caliente del compresor puede ser conducido hacia atrás a través del sistema hasta el evaporador, por ejemplo, conmutando adecuadamente una o más válvulas. De este modo, el procedimiento de enfriamiento se detiene, y el sistema funciona en un "modo invertido", en el sentido de que el flujo de refrigerante en el sistema se invierte. La temperatura del gas caliente puede variar dependiendo de las condiciones ambientales y de las condiciones del sistema de compresión de vapor. Típicamente, la temperatura del gas caliente es significativamente mayor que la temperatura que derrite el hielo. La temperatura del gas caliente puede ser de al menos 10 °C, tal como de al menos 20 °C, y tal como de al menos 30 °C. Además, la temperatura del gas caliente no puede ser superior a 50 °C. Si el gas caliente está demasiado caliente, luego, puede formarse una nube húmeda de hielo derretido. Esta nube húmeda puede entonces permanecer cerca del evaporador lo que no es deseado, ya que el hielo derretido se mantiene preferentemente en fase líquida cuando se derrite. El agua formada a partir del hielo derretido puede fluir y salir del evaporador a través de una tubería de drenaje. Si la nube húmeda se forma y permanece alrededor del evaporador, una vez finalizada la descongelación, la humedad de la nube húmeda puede depositarse nuevamente en el evaporador y deteriorar el rendimiento del evaporador de la misma manera que el hielo.
Como una alternativa, el evaporador puede calentarse de cualquier otra manera adecuada, tal como por ejemplo mediante un elemento de calentamiento eléctrico o similar.
El gas caliente puede calentar gradualmente el evaporador a partir de la parte superior a la parte inferior, es decir, el gas caliente puede entrar en los tubos superiores del evaporador y fluir gradualmente hacia la parte inferior del evaporador a la vez que calienta el evaporador y derrite las acumulaciones de hielo. El gas caliente puede entrar al evaporador en su parte superior, ya que típicamente dispone de un tubo de alimentación de entrada en la parte superior del evaporador por razones de seguridad, o para eliminar el riesgo de golpe de ariete. La entrada de gas caliente puede ser una salida cuando el sistema está en un modo de enfriamiento. De manera alternativa, el gas caliente puede calentar gradualmente el evaporador a partir de la parte inferior hacia la parte superior, es decir, el gas caliente puede entrar a partir de los tubos inferiores del evaporador y fluir gradualmente hacia la parte superior del evaporador a la vez que calienta el evaporador y derrite las acumulaciones de hielo.
El aire en el evaporador y el aire que lo rodea puede ser calentado por medio de la convección. La convección puede producirse de manera natural debido a las diferencias de temperatura de los tubos y del aire que los rodea y del aire que rodea al evaporador. La convección puede iniciarse en cuanto se calienta la superficie del propio evaporador y los tubos del evaporador. El aire puede fluir en la dirección en la que está un ventilador del evaporador y hacia una abertura en el lado de entrada del evaporador. Durante la descongelación, el ventilador del evaporador puede estar apagado, y por lo tanto no puede interferir con el procedimiento de descongelación y una circulación de calor.
En una realización de la invención, el evaporador puede estar en un estado inundado. De acuerdo con esta realización, el sistema también puede comprender uno o más receptores y bombas para la parte líquida del refrigerante. El refrigerante líquido está presente a través de toda la longitud del evaporador, y se puede permitir que el refrigerante líquido salga del evaporador. Con el fin de evitar que el refrigerante líquido llegue a la unidad de compresor, se puede disponer un receptor en el trayecto del refrigerante entre el evaporador y la unidad de compresor. El receptor puede entonces separar el refrigerante en una parte gaseosa y una parte líquida, y la parte gaseosa puede ser suministrada a la unidad de compresor. Sin embargo, cuando el refrigerante líquido está presente a través de toda la longitud del evaporador, se garantiza que la capacidad potencial de enfriamiento del evaporador se utiliza al máximo. Por lo tanto, la mayor parte del calor generado por el evaporador puede utilizarse para la evaporación. En las aplicaciones industriales, tales como las grandes cámaras de enfriamiento, se pueden utilizar evaporadores inundados para maximizar la capacidad de enfriamiento.
De manera alternativa, el evaporador puede estar en un estado no inundado, es decir, sólo se permite que el refrigerante gaseoso sobrecalentado salga del evaporador.
El procedimiento para finalizar la descongelación por medio de un gas caliente, tal como se ha presentado anteriormente, puede utilizarse en cualquier tipo de evaporador.
En una realización de la invención, el procedimiento puede comprender además las etapas de:
• monitorear, mediante al menos un sensor de temperatura adicional, al menos una temperatura, Tair, del aire que sale del evaporador,
• monitorear una tasa de cambio de la temperatura, Tair, y
• finalizar la descongelación cuando la tasa de cambio de la temperatura, Tair, se aproxima a cero.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales
La Figura 1 muestra un diagrama simplificado de un sistema de compresión de vapor,
La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de un evaporador (a), (b) y un flujo de aire a través del evaporador en un modo (c) de enfriamiento,
La Figura 3 muestra el flujo de aire natural en un evaporador que funciona en un modo de descongelación, La Figura 4 muestra un tubo de evaporador sin (a) y con (b) acumulación de hielo,
La Figura 5 muestra diagramas de los cambios de la temperatura de la superficie a lo largo del tiempo, de un tubo evaporador cuando no hay acumulación de hielo en el tubo, y
La Figura 6 muestra diagramas de los cambios de temperatura de la superficie a lo largo del tiempo, de un tubo de evaporación cuando hay acumulación de hielo en el tubo.
Descripción detallada de los dibujos
La Figura 1 muestra un diagrama simplificado de un sistema 100 de compresión de vapor que comprende una unidad 101 de compresor, un intercambiador 102 de calor que rechaza el calor, un dispositivo 103 de expansión y un evaporador 104. La unidad 101 de compresor que se muestra en la Figura 1 comprende dos compresores. Cabe señalar que está dentro del ámbito de la presente invención que la unidad 101 de compresor comprenda sólo un compresor, por ejemplo, un compresor de capacidad variable, o que la unidad 101 de compresor comprenda tres o más compresores. El refrigerante que fluye a través del sistema 100 es comprimido por la unidad 101 de compresor antes de ser suministrado al intercambiador 102 de calor que rechaza el calor. En el intercambiador 102 de calor que rechaza el calor, el intercambio de calor tiene lugar con un flujo de fluido secundario a través del intercambiador 102 de calor que rechaza el calor de tal manera que se rechaza el calor del refrigerante. En el caso de que el intercambiador 102 de calor que rechaza el calor tenga forma de condensador, el refrigerante que pasa a través del intercambiador 102 de calor que rechaza el calor se condensa al menos parcialmente. En el caso de que el intercambiador 102 de calor que rechaza el calor tenga forma de enfriador de gas, el refrigerante que pasa a través del intercambiador 102 de calor que rechaza el calor se enfría, pero permanece en estado gaseoso.
El refrigerante que sale del intercambiador 102 de calor que rechaza el calor pasa entonces a través del dispositivo 103 de expansión que puede, por ejemplo, tener la forma de una válvula de expansión. El refrigerante que pasa a través del dispositivo 103 de expansión se expande y se suministra al evaporador 104. En el evaporador 104, el intercambio de calor tiene lugar con un flujo de fluido secundario a través del evaporador 104 de tal manera que el calor es absorbido por el refrigerante, a la vez que el refrigerante se evapora al menos parcialmente. El refrigerante que sale del evaporador 104, luego se suministra a la unidad 101 de compresor.
Las Figuras 2(a) y 2(b) muestran vistas en perspectiva de un modelo genérico de un evaporador 104. En el evaporador 104 el refrigerante líquido se evapora en forma gaseosa/vapor. El evaporador 104 de la Figura 2 comprende una pluralidad de tubos 201 los cuales guían el refrigerante líquido a través de ellos y los cuales están encerrados en un soporte 202 estructural del evaporador. Los tubos 201 pueden estar típicamente dispuestos de manera horizontal. La longitud de los tubos 201 puede variar y esa longitud puede definir una dimensión del evaporador 104. El evaporador 104 comprende un ventilador 203 el cual impulsa un flujo de aire secundario a través del evaporador 104 y sobre los tubos 201 del evaporador, como se indica con las flechas 204 en la Figura 2(c). En el caso de un sistema de refrigeración, el refrigerante líquido absorbe el calor a partir del aire que pasa a través del evaporador 104, reduciendo así la temperatura del aire y proporcionando enfriamiento para un volumen cerrado que está en contacto con el evaporador 104. El volumen cerrado puede ser, por ejemplo, una cámara de refrigeración.
La Figura 3(a) muestra una sección transversal del evaporador 104 funcionando en un modo de descongelación. Durante el modo de descongelación, el ventilador 203 está apagado. En el modo de descongelación, los tubos 201 pueden ser calentados a partir del interior por un gas caliente. Cuando se descongela con el gas caliente, el evaporador 104 se calienta a partir de la parte 301 superior y, a medida que el gas caliente fluye a través de los tubos 201, todo el metal del evaporador 104 se calienta gradualmente. El gas caliente fluirá gradualmente hacia la parte 302 inferior del evaporador 104. Debido a la masa y al enfriamiento/condensación gradual del gas caliente, la parte 301 superior y la parte 302 inferior del evaporador se calientan con un retraso. El gas caliente calienta los tubos 201, calienta y derrite el hielo acumulado en los tubos 201 y las aletas (no se muestran). A la vez que todo el evaporador 104 se calienta, se produce la convección al aire que lo rodea, es decir, el volumen de aire entre las aletas y los tubos 201 también se calienta. El volumen de aire iniciará un movimiento natural, como indican las flechas 300, debido a las diferencias de temperatura. El volumen de aire se mueve en la dirección del ventilador 203 y hacia las aberturas del lado 303 de entrada del evaporador 104.
Las Figuras 3(b) y 3(c) muestran una vista en perspectiva de dos lados opuestos del evaporador 104 con tubos 201 conectados horizontalmente, de tal manera que exista un trayecto de flujo continuo a partir de la parte superior a la parte inferior del evaporador 104. Un tubo 304 de alimentación central en la parte superior del evaporador 104 está configurado para alimentar cada uno de los tubos 201-t superiores. El refrigerante fluye a través de todo el evaporador 104 hasta que sale por la parte inferior del evaporador 104 a través de un tubo 305 de aspiración central. El gas caliente también puede entrar en el tubo 304 de alimentación central, en la parte superior del evaporador 104, calentarlo, y luego salir de los tubos en el tubo 305 de aspiración central. El tubo 305 de aspiración central, situado en la parte inferior del evaporador 104, es alimentado por los tubos 201-b inferiores.
Durante la descongelación, al menos dos sensores 306 y 307 de temperatura monitorean las temperaturas en la entrada 304 de gas caliente, Te,e, donde el gas caliente entra en el evaporador 104 y en la salida 305 de gas caliente, Tes, donde el gas caliente sale del evaporador 104. Los sensores 306 y 307 de temperatura pueden colocarse en el lado exterior del tubo 304 de alimentación central y del tubo 305 de aspiración central, respectivamente. De manera alternativa, el sensor 306 de temperatura puede colocarse en uno de los tubos 201-t superiores, y el sensor 307 de temperatura puede colocarse en uno de los tubos 201-b inferiores. En aún una alternativa, los sensores 306 y 307 pueden colocarse en las curvas de los tubos en el extremo del evaporador (no se muestra). De este modo, se mide la temperatura de la superficie cercana a la entrada 304 de gas caliente del evaporador 104, así como la superficie cercana a la salida 305 de gas caliente del evaporador 104.
La Figura 4(a) muestra un tubo 201 del evaporador simplificado sin ninguna acumulación de hielo. La Figura 4(a) muestra las aletas 400 del tubo 201 del evaporador. La Figura 4(b) muestra el tubo 201 del evaporador con la acumulación 401 de hielo. El tubo 201 tiene una entrada a la cual se une el tubo 304 de alimentación central y una salida a la cual se une el tubo 305 de aspiración central, donde el gas caliente puede entrar y salir del evaporador. En el modo de descongelación, el gas caliente se introduce en el tubo 304 de alimentación central del tubo 201. Normalmente, la entrada del tubo 201 tendrá una temperatura más alta que la salida del tubo.
La Figura 5 muestra diagramas de los cambios de temperatura de la superficie a lo largo del tiempo, de un tubo evaporador cuando no hay acumulación de hielo en el tubo. Las curvas 501 y 502 representan la temperatura de entrada y salida de un tubo a lo largo del tiempo, respectivamente, y la curva 503 es la diferencia entre las temperaturas de entrada y salida. Incluso cuando no hay hielo en el evaporador, se necesita un determinado tiempo para alcanzar una condición estable, es decir, para llegar a un punto en el que haya una tasa de cambio si la diferencia entre las dos temperaturas se aproxima a cero. Como se muestra en la Figura 5(b), en la zona 504, se produce el calentamiento del propio evaporador y eso requiere determinada cantidad de energía. En cuanto el evaporador comienza a calentarse, se inicia la convección del aire caliente hacia el ambiente, como indica la curva 505. La convección del aire caliente domina cuando se alcanzan las condiciones estables del evaporador, y esto se indica con la línea discontinua 506.
La Figura 6(a) muestra diagramas de los cambios de temperatura de la superficie a lo largo del tiempo, de un tubo evaporador cuando hay acumulación de hielo en el tubo. La curva 601 representa la temperatura de la entrada de un tubo a lo largo del tiempo, Te,e y la curva 602 representa la temperatura de la salida de un tubo a lo largo del tiempo, Te,s. La diferencia entre Te,ey Te,s está representada por la curva 603. Una derivada a lo largo del tiempo de la diferencia entre Te,ey Tes, es decir, una derivada de la curva 603 representa una tasa de cambio de la diferencia entre Te,ey Te,s. Típicamente, al inicio de la descongelación, tanto la temperatura de entrada como la de salida serán iguales, como se puede apreciar en las curvas 601 y 602. Entonces, la temperatura en la entrada del evaporador puede empezar a subir más rápido que la temperatura en la salida del evaporador. Esto se espera, ya que el gas caliente calentará el soporte estructural del evaporador y derretirá la escarcha y el hielo en las áreas más cercanas a la entrada de gas caliente. Dependiendo de la cantidad de escarcha o hielo, puede variar el período de tiempo durante el cual las temperaturas en la entrada y la salida del evaporador son diferentes y aumentan de manera diferente.
A medida que la escarcha y el hielo se derriten del evaporador, las temperaturas de la entrada y la salida del evaporador pueden estabilizarse y alcanzar valores constantes, como se muestra en la última porción de las curvas 601 y 602. Cuando ambas temperaturas tienen los valores constantes, su diferencia se vuelve constante y, por lo tanto, la tasa de cambio de la diferencia se aproxima a cero, como lo representa la última porción de la curva 603. Cuando la tasa de cambio de la diferencia entre Te,ey Te,s se aproxima a cero, el evaporador funciona como cuando no hay hielo o escarcha en su superficie, es decir, como se ilustra en la Figura 5. Por lo tanto, ningún cambio en la diferencia entre las dos temperaturas indica que se ha eliminado todo el hielo o la escarcha y que no es necesario descongelar más. En este punto, la descongelación puede finalizar, ya que se ha eliminado toda la escarcha o el hielo del evaporador. El tiempo necesario para que se produzca la descongelación completa puede depender de varios factores, tales como el tamaño del sistema de compresión de vapor, la temperatura del gas caliente, la cantidad de hielo que debe derretirse, la temperatura del sistema al comienzo de la descongelación, las condiciones ambientales, tales como la temperatura, la presión, la humedad, y similares.
La Figura 6(b) muestra una comparación entre un evaporador sin hielo y un evaporador con una acumulación de hielo de 1,5 mm. En la Figura 6(b) se puede apreciar que el hielo influye en el comportamiento transitorio del evaporador. Se puede apreciar a partir de los gráficos que en la zona 1, se produce principalmente el calentamiento del evaporador. En una zona 2, la mayor parte del hielo se derrite y se requiere una capacidad de calor adicional para elevar la temperatura de los tubos del evaporador y fundir el hielo. El área debajo de las curvas representa la energía necesaria para calentar el evaporador y derretir las acumulaciones de hielo. La condición estable se alcanza en la zona 3, cuando el evaporador está libre de hielo y se produce una convección térmica normal. Naturalmente, esto ocurre más tarde que en el caso de que no haya acumulación de hielo en el evaporador.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para finalizar la descongelación de un evaporador (104), formando el evaporador (104) parte de un sistema (100) de compresión de vapor, comprendiendo además el sistema (100) de compresión de vapor una unidad (101) de compresor, un intercambiador (102) de calor que rechaza el calor, y un dispositivo de expansión (103), estando la unidad (101) de compresor, el intercambiador (102) de calor que rechaza el calor, el dispositivo (103) de expansión y el evaporador (104) dispuestos en un trayecto del refrigerante, y un flujo de aire que fluye a través del evaporador (104), comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- funcionamiento del sistema (100) de compresión de vapor en un modo de descongelación, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de:
- durante la descongelación, monitorear, mediante al menos dos sensores (306, 307) de temperatura, una temperatura de entrada del evaporador, T e,e , en una entrada (304) de gas caliente del evaporador (104) y una temperatura de salida del evaporador, T e s , en una salida (305) de gas caliente del evaporador (104), - monitorear una tasa de cambio de una diferencia entre T e ,e y T e s , y
- finalizar la descongelación cuando la tasa de cambio de la diferencia entre T e ,e y T e,s se aproxima a cero.
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de finalización de la descongelación se realiza cuando la tasa de cambio de la diferencia entre T e,e y T e,s ha sido menor que un valor umbral predeterminado durante un tiempo predeterminado.
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que durante el modo de descongelación se suministra gas caliente a partir de la unidad (101) de compresor a la entrada (304) de gas caliente del evaporador (104) y a través de los pasos (201) de refrigerante del evaporador (104).
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el gas caliente, calienta gradualmente el evaporador (104) a partir de la parte superior (301) hasta la parte inferior (302).
5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que el aire en el evaporador (104) y el aire que lo rodea se calientan por convección.
6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el evaporador (104) está en estado inundado.
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el evaporador (104) está en un estado no inundado.
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