ES2926137T3 - Control de válvula de expansión - Google Patents

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Abstract

Un método para controlar un sistema de refrigeración que tiene un compresor, un intercambiador de calor que rechaza el calor, una válvula de expansión y un intercambiador de calor que absorbe el calor haciendo circular un refrigerante en flujo en serie, el intercambiador de calor que absorbe el calor en comunicación térmica con el fluido de trabajo, el método incluye obtener una posición de la válvula de expansión. punto fijo; usar un circuito de control de retroalimentación para generar una posición de válvula de expansión controlada; obtener una tasa de cambio de un parámetro operativo del sistema; usar la tasa de cambio del parámetro operativo para generar un ajuste; modificar la posición de la válvula de expansión controlada mediante el ajuste; y controlar la válvula de expansión usando la posición modificada de la válvula de expansión controlada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Control de válvula de expansión
Antecedentes de la invención
La materia objeto divulgada, en el presente documento, se refiere, generalmente, al control de una válvula de expansión y, más particularmente, al control de una válvula de expansión utilizando un proceso anticipatorio para acomodar cambios rápidos de carga en un sistema de refrigeración.
Unas válvulas de expansión, tales como unas válvulas de expansión electrónica (VEE) se utilizan para medir un flujo de refrigerante a un evaporador. Las válvulas son típicamente de movimiento lento y no son capaces de seguir el ritmo con carga rápida (en el arranque o durante un cambio rápido de carga). Los métodos de control existentes pueden preabrir la válvula de expansión en un número fijo de pasos (o en un número discreto de pasos - p. ej., 50 % y 100 %). Sin embargo, esto puede causar un fallo por baja presión de succión (si el número de pasos es demasiado pequeño comparado con la tasa de carga) o puede causar la inundación del compresor (si el número de pasos es demasiado grande comparado con la tasa de carga). Los métodos de control existentes no emplean disposiciones para precerrar la válvula, en caso de reducción de carga, lo que expone el enfriador a una posible inundación de compresor. El documento WO 2012/0127241 divulga un método para controlar un grado de apertura de una válvula de expansión en función de o bien un valor de sobrecalentamiento de calentamiento y una tasa de cambio del valor de sobrecalentamiento o bien un valor de sobrecalentamiento de enfriamiento y una tasa de cambio del valor de sobrecalentamiento de enfriamiento dependiendo del modo operativo.
Breve descripción de la invención
De acuerdo con la invención, se proporciona un método que incluye una combinación del control de retroalimentación y el control de avance de alimentación anticipatorio para controlar un sistema de refrigeración que tiene un compresor, un intercambiador de calor de rechazo de calor, una válvula de expansión, un controlador de retroalimentación, un controlador de avance de alimentación, un sensor y un intercambiador de calor de absorción de calor que circula un refrigerante en flujo en serie, en donde el intercambiador de calor de absorción de calor está en comunicación térmica con un fluido de trabajo, comprendiendo el método: obtener un punto de consigna de posición de válvula de expansión; recibir una posición de válvula de expansión controlada actual; determinar una diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; recibir en el controlador de retroalimentación la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; generando el controlador de retroalimentación una posición de válvula de expansión controlada en respuesta a la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; obtener una tasa de cambio de un parámetro operativo del sistema utilizando el sensor; utilizando el controlador de avance de alimentación la tasa de cambio del parámetro operativo para generar un ajuste; modificar la posición de válvula de expansión controlada utilizando el ajuste; y controlar la válvula de expansión utilizando la posición de válvula de expansión controlada modificada, en donde el parámetro operativo comprende una velocidad de motor del compresor.
Además de una o más de las características descritas más arriba o más abajo, o como una alternativa, otras realizaciones podrían incluir en donde el parámetro operativo comprende, además, una temperatura del fluido de trabajo que entra en el intercambiador de calor de absorción de calor.
Además de una o más de las características descritas más arriba o más abajo, o como una alternativa, otras realizaciones podrían incluir en donde el parámetro operativo comprende, además, un valor de indexación variable para el compresor.
Además de una o más de las características descritas más arriba o más abajo, o como una alternativa, otras realizaciones podrían incluir en donde el parámetro operativo comprende, además, un nivel de líquido en el intercambiador de calor de rechazo de calor.
De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema de refrigeración, comprendiendo el sistema de refrigeración un compresor; un intercambiador de calor de rechazo de calor; una válvula de expansión; un sensor; un intercambiador de calor de absorción de calor en comunicación térmica con un fluido de trabajo; un controlador que comprende un controlador de retroalimentación y un controlador de avance de alimentación configurado para controlar la válvula de expansión utilizando una combinación del control de retroalimentación y el control de avance de alimentación anticipatorio, realizando el controlador operaciones que comprenden: obtener un punto de consigna de posición de válvula de expansión; recibir una posición de válvula de expansión controlada actual; determinar una diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; recibir en el controlador de retroalimentación la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; generando el controlador de retroalimentación una posición de válvula de expansión controlada en respuesta a la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; obtener una tasa de cambio de un parámetro operativo del sistema utilizando el sensor; utilizando el controlador de avance de alimentación la tasa de cambio del parámetro operativo para generar un ajuste; modificar la posición de válvula de expansión controlada utilizando el ajuste y controlar la válvula de expansión utilizando la posición de válvula de expansión controlada modificada, en donde el parámetro operativo comprende una velocidad de motor del compresor.
Además de una o más de las características descritas más arriba o más abajo, o como una alternativa, otras realizaciones podrían incluir en donde el parámetro operativo comprende, además, una temperatura del fluido de trabajo que entra en el intercambiador de calor de absorción de calor.
Además de una o más de las características descritas más arriba o más abajo, o como una alternativa, otras realizaciones podrían incluir en donde el parámetro operativo comprende, además, un valor de indexación variable para el compresor.
Además de una o más de las características descritas más arriba o más abajo, o como una alternativa, otras realizaciones podrían incluir en donde el parámetro operativo comprende, además, un nivel de líquido en el condensador.
Breve descripción de los dibujos
La materia objeto que se considera como la invención está definida por las características de las reivindicaciones independientes 1 y 5. Unas realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. Las anteriores y otras características y ventajas de la invención son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos que se acompañan en los que:
la FIG. 1 es una vista esquemática de un sistema de calentamiento, ventilación y aire acondicionado;
la FIG. 2 representa un proceso de control para controlar una posición de una válvula de expansión en un ejemplo de realización; y
la FIG. 3 representa gráficos de posición de válvula de expansión y de carga de enfriador frente al tiempo en un ejemplo de realización.
Descripción detallada de la invención
La FIG. 1 es una vista esquemática de una unidad de calentamiento, ventilación y aire acondicionado (CVAC), por ejemplo, un enfriador 10. Un compresor 16 recibe vapor de refrigerante 14 y suministra refrigerante 14 a un intercambiador de calor de rechazo de calor 18 (p. ej., un condensador o enfriador de gas). Un intercambiador de calor de rechazo de calor 18 da salida a un flujo de refrigerante líquido 20 a una válvula de expansión 22. La válvula de expansión 22 da salida a una mezcla de vapor y refrigerante líquido 24 hacia el intercambiador de calor de absorción de calor 12 (p. ej., un evaporador). El intercambiador de calor de absorción de calor 12 coloca el refrigerante en comunicación térmica con un fluido de trabajo 44 (p. ej., aire, salmuera, agua, etc.), causando que el refrigerante asuma un estado de vapor, mientras se enfría el fluido de trabajo 44.
Un controlador 50 está acoplado a la válvula de expansión 22 y controla la posición de la válvula de expansión 22 utilizando un proceso adaptativo. El controlador 50 puede implementarse utilizando dispositivos basados en procesadores conocidos. El controlador 50 recibe señales de sensor de uno o más sensores 52. Los sensores 52 pueden detectar una variedad de parámetros operativos del sistema 10. Ejemplos de tales sensores incluyen termistores, transductores de presión, RTD, sensores de nivel de líquido, sensores de velocidad, etc. Los sensores 52 pueden supervisar una variedad de parámetros, directa o indirectamente, que incluyen, pero no se limitan a: presión de descarga, sobrecalentamiento de descarga y succión, subenfriamiento, nivel de refrigerante de condensador y enfriador, velocidad de compresor, etc.
La FIG. 2 representa un proceso de control para controlar una posición de una válvula de expansión en un ejemplo de realización. El proceso de control de la FIG. 2 se puede implementar por un controlador 50 para controlar la posición de válvula de expansión 22 de una manera anticipatoria. El controlador 50 obtiene un punto de consigna de variable de control 100 (p. ej., posición de válvula de expansión) generado en función de un primer bucle de control. El punto de consigna de posición de válvula de expansión 100 proporciona una apertura deseada para la válvula de expansión en función de las condiciones actuales de sistema 10 (p. ej., sobrecalentamiento, nivel de líquido de condensador, etc.). Un controlador de retroalimentación 102 recibe una diferencia entre un punto de consigna de posición de válvula de expansión 100 y la posición de válvula de expansión controlada actual desde la salida 140 y genera una posición de válvula de expansión controlada. La posición de válvula de expansión controlada puede estar limitada por la sección 104, lo que puede alterar la posición de válvula de expansión controlada en función de factores, tales como los límites en la válvula física y la posición actual de la válvula. La posición de válvula de expansión controlada se utiliza, a continuación, por la salida 140 para generar la posición de válvula de expansión controlada a la válvula de expansión El proceso de control de la FIG. 2 también utiliza un bucle anticipatorio para ajustar la posición de válvula de expansión controlada en función de una tasa de cambio de un parámetro operativo del sistema. Como se muestra en la FIG. 2, se obtiene en 150 una tasa de cambio de un parámetro operativo del sistema. Los parámetros operativos pueden referirse a una carga en el sistema 10 o una capacidad de sistema 10. El/los parámetro(s) operativo(s) incluye(n) una velocidad de motor de compresor 16 y, opcionalmente, puede(n) incluir uno u otros factores más, tales como cambio de temperatura de fluido de trabajo 44 que entra en el intercambiador de calor de absorción de calor 12, un valor de índice variable para compresor 16, nivel de líquido en el intercambiador de calor de rechazo de calor 18, etc. Estos valores pueden estar proporcionados por sensores 52 al controlador 50, que calcula la tasa de cambio del parámetro operativo. La tasa de cambio del parámetro operativo se utiliza por un controlador de avance de alimentación 152 para generar un ajuste utilizado para modificar la posición de válvula de expansión controlada. El ajuste a la posición de válvula de expansión controlada puede ser positivo o negativo (o cero). El ajuste a la posición de válvula de expansión controlada compensa cambios rápidos en parámetros operativos del sistema 10.
La FIG. 3 representa gráficos de posición de válvula de expansión y de carga de enfriador frente al tiempo en un ejemplo de realización. Como se muestra en la FIG. 3, la combinación del control de retroalimentación y el control de avance de alimentación anticipatorio permite que la apertura de válvula de expansión aumente al anticipar una carga aumentada. El control de retroalimentación por sí solo no anticiparía el cambio de carga en el compresor y daría como resultado un apagado por baja presión de succión. Al anticipar el aumento de carga, el control de avance de alimentación genera un ajuste que aumenta la apertura de válvula de expansión y acomoda la velocidad de compresor aumentada. Por otro lado, cuando la velocidad de compresor cae rápidamente en respuesta a una reducción de flujo de fluido o reducción de carga, el controlador de retroalimentación 102 no será capaz de anticipar el cambio de carga. Esto causará que la VEE permanezca abierta y eso causará un arrastre de líquido y un bajo sobrecalentamiento de descarga. Ambos son perjudiciales para una fiabilidad de compresor. Al anticipar la disminución de carga, el control de avance de alimentación 152 genera un ajuste que disminuye la apertura de válvula de expansión y acomoda la velocidad de compresor disminuida.
Las realizaciones proporcionan una serie de beneficios que incluyen, pero no se limitan a, (1) permitir que el enfriador se cargue y descargue rápidamente (2) evitar disparos molestos durante una carga rápida (3) fiabilidad mejorada al reducir la posibilidad de inundación de compresor y pérdida de sellado de líquido y (4) mejorar un tiempo de estabilización (tiempo para alcanzar un estado estable) del enfriador, porque el valor de preapertura/precierre utilizado es proporcional al cambio de carga real. En algunas realizaciones, el control anticipatorio está activo solo cuando es necesario (durante un cambio de carga u otro(s) parámetro(s) de sistema). El control anticipatorio se activa (enciende) cuando la magnitud de la tasa de cambio de un(os) parámetro(s) operativo(s) y la carga excede un cierto umbral y se desactiva cuando la magnitud de la tasa de cambio de parámetro(s) operativo(s) y la carga cae por debajo de un cierto umbral. Se entiende que el control anticipatorio puede estar activo en todo momento o activarse en función de otras condiciones.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un método que incluye una combinación del control de retroalimentación y el control de avance de alimentación anticipatorio para controlar un sistema de refrigeración (10) que tiene un compresor (16), un intercambiador de calor de rechazo de calor (18), una válvula de expansión (22), un controlador de retroalimentación (102), un controlador de avance de alimentación (152), un sensor (52) configurado para obtener un parámetro operativo del sistema y un intercambiador de calor de absorción de calor (12) que circula un refrigerante en flujo en serie, en donde el intercambiador de calor de absorción de calor (12) está en comunicación térmica con un fluido de trabajo, comprendiendo el método:
obtener un punto de consigna de posición de válvula de expansión (100);
recibir una posición de válvula de expansión controlada actual;
determinar una diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual;
recibir en el controlador de retroalimentación (102) la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual;
generando el controlador de retroalimentación (102) una posición de válvula de expansión controlada en respuesta a la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual;
obtener una tasa de cambio del parámetro operativo del sistema utilizando el sensor (52);
utilizando el controlador de avance de alimentación (152) la tasa de cambio del parámetro operativo para generar un ajuste;
modificar la posición de válvula de expansión controlada utilizando el ajuste; y controlar la válvula de expansión (22) utilizando la posición de válvula de expansión controlada modificada,
en donde el parámetro operativo comprende una velocidad de motor del compresor.
2. El método de la reivindicación 1, en donde:
el parámetro operativo comprende, además, una temperatura del fluido de trabajo que entra en el intercambiador de calor de absorción de calor.
3. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde:
el parámetro operativo comprende, además, un valor de indexación variable para el compresor.
4. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde:
el parámetro operativo comprende, además, un nivel de líquido en el intercambiador de calor de rechazo de calor.
5. Un sistema de refrigeración (10) que comprende:
un compresor (16);
un intercambiador de calor de rechazo de calor (18);
una válvula de expansión (22);
un sensor (52) configurado para obtener un parámetro operativo del sistema
un intercambiador de calor de absorción de calor (12) en comunicación térmica con un fluido de trabajo;
un controlador (50) que comprende un controlador de retroalimentación (102) y un controlador de avance de alimentación (152) configurado para controlar la válvula de expansión (22) utilizando una combinación del control de retroalimentación y el control de avance de alimentación anticipatorio, realizando el controlador operaciones que comprenden:
obtener un punto de consigna de posición de válvula de expansión (100);
recibir una posición de válvula de expansión controlada actual;
determinar una diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual;
recibir en el controlador de retroalimentación (102) la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual; generando el controlador de retroalimentación (102) una posición de válvula de expansión controlada en respuesta a la diferencia entre el punto de consigna de posición de válvula de expansión y la posición de válvula de expansión controlada actual
obtener una tasa de cambio del parámetro operativo del sistema utilizando el sensor (52);
utilizando el controlador de avance de alimentación (152) la tasa de cambio del parámetro operativo para generar un ajuste;
modificar la posición de válvula de expansión controlada utilizando el ajuste; y
controlar la válvula de expansión (22) utilizando la posición de válvula de expansión controlada modificada, en donde el parámetro operativo comprende una velocidad de motor del compresor.
6. El sistema de la reivindicación 5, en donde:
el parámetro operativo comprende, además, una temperatura del fluido de trabajo que entra en el intercambiador de calor de absorción de calor.
7. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en donde:
el parámetro operativo comprende, además, un valor de indexación variable para el compresor.
8. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde:
el parámetro operativo comprende, además, un nivel de líquido en el intercambiador de calor de rechazo de calor.
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