ITMI20000068A1

ITMI20000068A1 - Algoritmo di avvio per pompa di calore invertitrice

Info

Publication number: ITMI20000068A1
Application number: IT2000MI000068A
Authority: IT
Inventors: Cheel-Min Kim; Yeen-Jei Hwang; Yang-Gyu Kim; Jong-Han Park
Original assignee: Lg Electonics Inc
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-21
Also published as: KR20000074950A; ITMI20000068A0; JP2000337717A; IT1316288B1; KR100332764B1; CN100400974C; CN1275697A

Description

"ALGORITMO DI AV VIO PER POMPA DI CALORE INVERTITRICE"

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione si riferisce a un algoritmo di avvio per una pompa invertitrice di calore e, in particolare, a un algoritmo di avvio per una pompa invertitrice di calore mediante il quale un compressore può essere azionato ad una frequenza stabilita dall’utilizzatore durante un inizio di avvio di una pompa di calore invertitrice e, allo scopo di impedire che il refrigerante affluisca nel compressore attraverso un accumulatore a causa di una frequenza di funzionamento in rapida crescita, la velocità di risposta di una pompa di calore secondo una temperatura definita dall'utilizzatore può essere aumentata mediante regolazione su più livelli di un grado di apertura di una valvola di riduzione secondo una temperatura esterna.

La figura 1 è una vista schematica che illustra realizzazione di una pompa di calore convenzionale. Come illustrato in figura 1, nel caso di funzionamento per riscaldamento di una pompa di calore, un refrigerante ad alta temperatura e pressione compresso da un compressore 1 viene fatto affluire in uno scambiatore di calore interno 5, irradiato, condensato e quindi liquefatto, mentre passa attraverso una valvola a quattro vie 2. In seguito, il' refrigerante condensato e liquefatto viene convertito in refrigerante liquido a bassa temperatura e pressione mentre passa attraverso una valvola di riduzione 4.

Dopo essere affluito in uno scambiatore di calore esterno 3, il refrigerante liquido viene fatto evaporare e quindi fatto affluire in un accumulatore 6 mentre passa attraverso la valvola a quattro vie 2. Il refrigerante affluito nell’accumulatore 6 viene diviso in refrigerante gassoso e refrigerante liquido e quindi il refrigerante gassoso viene introdotto nel compressore 1 attraverso un tubo d'aspirazione 7.

Nel frattempo, nel caso di funzionamento per condizionamento d'aria, dopo che il refrigerante ad alta temperatura e pressione compresso dal compressore 1 è affluito nello scambiatore di calore esterno attraverso la valvola a quattro vie 2, condensato liquefatto, viene convertito in refrigerante a bass temperatura e pressione mentre passa attraverso la valvola di riduzione 4. In seguito, il refrigerante liquido a bassa temperatura e pressione viene fatto affluire nello scambiatore di calore interno 5, fatto evaporare mediante assorbimento del calore circostante, e quindi fatto affluire nell'accumulatore 6 attraverso la valvola a quattro vie 2. Il refrigerante affluito nell'accumulatore viene ancora diviso in refrigerante gassoso e refrigerante liquido e quindi il refrigerante gassoso viene introdotto nel compressore 1 attraverso il tubo d'aspirazione 7, funzionando in tal modo sia per riscaldamento che per condizionamento d'aria e allo stesso tempo usando un singolo complesso di pompa di calore.

Come sopra descritto, la pompa di calore viene usata come dispositivo di riscaldamento che irradia calore liquefacendo un refrigerante gassoso ad alta temperatura e pressione e la temperatura e pressione del refrigerante liquido riliquefatto viene ridotta dalla valvola di riduzione 4. La pompa di calore viene pure usata come dispositivo di condizionamento d'aria che sottrae il calore circostante vaporizzando il refrigerante liquido a bassa temperatura pressione. In questo momento, la valvola a quattro vie 2 viene usata per cambiare la direzione di flusso del refrigerante.

Le figure 2A e 2B sono grafici che illustrano una frequenza operativa e un grado di apertura della valvola di riduzione in un algoritmo di avvio per una pompa di calore invertitrice convenzionale. La figura 2A illustra una frequenza operativa del compressore 1 e un grado di apertura della valvola di riduzione 4 durante un inizio di avvio della pompa di calore. Il funzionamento della pompa di calore avviene a una prima frequenza di avvìo A e a una seconda frequenza di avvio B, rispettivamente, e quindi a una frequenza definita dall'utilizzatore a una certa temperatura. Un aumento passo-passo della frequenza operativa impedisce a un refrigerante liquido di affluire nell'accumulatore 6 durante un avvio e quindi affluire nel compressore, in tal modo impedendo al refrigerante liquido dì affluire nel compressore.

Come illustrato in figura 2B, nel caso di funzionamento alla prima frequenza di avvio A, la valvola di riduzione 4 viene aperta sulla base di un suo grado di apertura a di un primo avvio, e il funzionamento avviene per un primo tempo operativo x di avvio. Mentre, nel caso di funzionamento alla seconda frequenza operativa di avvio B, la valvola di riduzione 4 viene aperta sulla base di un suo grado di apertura b di un secondo avvio, e il funzìonamento avviene a una frequenza prestabilita e a un grado di apertura prestabilito secondo una certa temperatura fissata da un utilizzatore dopo che è avvenuto funzionamento per un secondo tempo operativo di avvio y-x.

Nella tecnica convenzionale, per impedire che il compressore venga arrestato o danneggiato dal refrigerante liquido affluito nello stesso durante un avvio della pompa di calore, la frequenza operativa del compressore viene aumentata gradatamente. Pertanto, esiste il problema che è necessario molto tempo per ottenere uno desiderato stato operativo quando viene effettuato condizionamento d'aria o riscaldamento. Esiste un altro problema consistente nel fatto che l'efficienza di energia diminuisce quando il funzionamento della pompa di calore avviene a una frequenza prestabilita dopo completamento di un'operazione non necessaria.

Di conseguenza, un oggetto della presente invenzione è di fornire un algoritmo di avvio per una pompa di calore invertitrice in grado di far funzionare un compressore a una certa frequenza prestabilita per ottenere uno stato operativo definito dall'utilizzatore non appena possibile durante un inizio di avvio, ed accelerare una velocità di risposta del compressore secondo una temperatura definita dall'utilizzatore mediante regolazione su più livelli di un grado di apertura di una valvola di riduzione sulla base di una variazione di temperatura esterna in modo che un refrigerante liquido non possa affluire nel compressore attraverso un accumulatore quando la frequenza operativa viene rapidamente aumentata.

Per conseguire questi obiettivi, in un algoritmo di avvio per una pompa di calore invertitrice resa operante da un compressore, scambiatori di calore interno ed esterno, accumulatore e una valvola di riduzione, per regolare una temperatura dell'aria interna, viene fornito un algoritmo di avvio per una pompa di calore invertitrice secondo la presente invenzione, comprendente: una prima fase in cui il compressore viene azionato a una frequenza che viene aumentata secondo una temperatura definita dall 1utilizzatore durante un inizio di avvio; e una seconda fase in cui un grado di apertura di una valvola di riduzione viene regolata su più livelli sulla base di una temperatura esterna per ottenere un predeterminato grado di apertura finale secondo una frequenza fissata.

In un grado di apertura di una valvola di riduzione secondo la presente invenzione, il predeterminato grado di apertura finale basato su una determinata frequenza viene ottenuto dividendo il tempo totale richiesto per ottenere un determinato grado di apertura, sulla base di una determinata frequenza corrispondente a una temperatura definita dall 'utilizzatore, per un tempo di mantenimento minimo del grado di apertura affinché un liquido refrigerante non affluisca all'interno del compressore, e regolando su più livelli il grado di apertura secondo una temperatura esterna sulla base del tempo di mantenimento di apertura così diviso.

Altri vantaggi obiettivi e caratteristiche dell'invenzione saranno più evidenti dalla descrizione che segue.

La presente invenzione sarà meglio compresa dalla descrizione dettagliata che segue e dagli allegati disegni dati a titolo illustrativo soltanto e pertanto non limitativo della stessa, e in cui:

- la figura 1 è un diagramma a blocchi schematico di una pompa di calore convenzionale;

- le figure 2A e 2B sono grafici che illustrano un frequenza operativa e un grado di apertura della valvola di riduzione sulla base di un algoritmo di avviamento per una pompa di calore invertitrice convenzionale;

- le figure 3A e 3B sono grafici che illustrano una frequenza operativa e un grado di espansione della valvola di riduzione sulla base di un algoritmo di avvio della presente invenzione;

- la figura 4 è un grafico che illustra un confronto delle pressioni di aspirazione quando un algoritmo di avvio viene adattato alla presente invenzione e alla tecnica convenzionale; e

- la figura 5 è un grafico che illustra un confronto delle pressioni di scarico quando un algoritmo di avvio viene adattato alla presente invenzione e alla tecnica convenzionale.

Verranno ora qui di seguito descritte forme di realizzazione preferite della presente invenzione facendo riferimento ai disegni allegati.

Le figure 3A e 3B sono grafici che illustrano una frequenza operativa e un grado di apertura della valvola di riduzione sulla base di un algoritmo di avvio della presente invenzione. Come qui illustrato, un compressore viene azionato a una frequenza prestabilita dall'utilizzatore durante un inizio di avvio di una pompa di calore. In un grado di apertura di una valvola di riduzione 4, un determinato grado di apertura finale basato su una determinata frequenza viene ottenuto dividendo il tempo totale richiesto per ottenere un determinato grado di apertura sulla base di una determinata frequenza, corrispondente a una temperatura definita dall’utilizzatore, per un tempo di mantenimento minimo del grado di apertura affinché un refrigerante liquido non affluisca all'interno del compressore, e regolando su più livelli il grado di apertura secondo una temperatura esterna sulla base del tempo di mantenimento dell'apertura così diviso. In questo momento, come mostrato in figura 3A, la frequenza operativa ha una certa pendenza poiché viene accelerata per ottenere la determinata frequenza. Un grado di apertura di avvio della valvola di riduzione viene modificato su più livelli secondo una temperatura esterna.

Le figure 4 e 5 sono grafici che illustrano un confronto delle pressioni di aspirazione e di scarico in un algoritmo di avvio della presente invenzione. La figura 4 è un grafico che illustra un confronto delle pressioni di aspirazione. Nella tecnica convenzionale, esiste il problema che la pressione d'aspirazione viene ridotta in modo anormale dopo alcuni secondi o frazioni di secondo durante un inizio di avvio del compressore 1 (come indicato dalla linea continua in figura 4), per le ragioni che la temperatura di un sistema di scarico formato da un condensatore e da un compressore è bassa durante un inizio di avvio, e la capacità termica del condensatore e del compressore è notevole, quindi è necessario molto tempo per aumentare la temperatura di condensazione (vale a dire, per aumentare la pressione di scarico). Inoltre, poiché la quantità di refrigerante che affluisce è proporzionale alla differenza tra la pressione di scarico e la pressione di aspirazione, la quantità di refrigerante che affluisce in un evaporatore è ridotta per un certo tempo dopo inizio di avvio, e quando il refrigerante è nello stato gassoso in un'uscita del condensatore, la quantità di refrigerante che affluisce nell'evaporatore attraverso la valvola di riduzione 4 viene ancora ridotta.

Inoltre, quando un refrigerante rimane allo stato liquido in un sistema d'aspirazione formato da un evaporatore, da un tubo d'aspirazione e da un accumulatore, il refrigerante liquido viene fatto evaporare raffreddando la zona che circonda il sistema d'aspirazione, generando in tal modo un refrigerante gassoso. Nel frattempo, quando un refrigerante liqui non rimane nel sistema d'aspirazione, soltanto i refrigerante che affluisce nell'evaporatore attraverso la valvola di riduzione 4 viene fornito come refrigerante gassoso. In tal modo, il lato d'aspirazione diventa quasi in uno stato sotto vuoto, quindi la pressione d'aspirazione diminuisce bruscamente. Quando la pressione d'aspirazione diminuisce, il flusso di massa del refrigerante d'aspirazione del compressore 1 viene ancora ridotto, quindi è richiesto molto tempo per aumentare la temperatura di condensazione (pressione di scarico). Pertanto, come rappresentato in figura 4, quando la pompa di calore viene azionata a una frequenza prestabilita di 82 Hz dopo che la stessa è stata azionata a 32Hz e 52Hz, rispettivamente, la pressione d'aspirazione diminuisce bruscamente entro circa tre minuti .

Nel frattempo, nella presente invenzione, nel momento in cui il refrigerante rimanente nell'evaporatore viene introdotto nel compressore a un grado di apertura minimo della valvola di riduzione 4 durante l'inizio di avvio, il refrigerante viene fatto evaporare dall'accumulatore 6. Quindi il funzionamento avviene a un grado di apertura al quale il refrigerante può essere introdotto nel compressore. In seguito, quando la frequenza operativa aumenta gradatamente, il grado di apertura della valvola di riduzione 4 viene aumentato a poco a poco secondo una temperatura esterna inducendo cosi il refrigerante ad affluire dal condensatore nell'evaporatore, in modo che la pressione d'aspirazione non venga bruscamente diminuita, e la pressione di scarico venga allo stesso tempo bruscamente aumentata.

Come risultato, vi è una leggera diminuzione della pressione d'aspirazione e viene mantenuta un'adeguata pressione d’aspirazione durante il funzionamento a una frequenza prestabilita.

La figura 5 è un grafico che illustra un confronto delle pressioni di scarico tra la presente invenzione e la tecnica convenzionale. Nell'algoritmo di avvio secondo la presente invenzione, è possibile ottenere un'adeguata pressione di scarico entro circa due minuti. Nella tecnica convenzionale, tuttavia, è richiesto un tempo superiore per aumentare la pressione di scarico: Come risultato, nel caso di funzionamento come riscaldamento, è' richiesto molto tempo per aumentare la temperatura dell’aria di scarico interna.

Come sopra descritto, l'algoritmo di avvio per la pompa di calore invertitrice secondo la presente invenzione ha effetti di azionamento della pompa di calore invertitrice a una frequenza definita dall 'utilizzatore durante un inizio di avvio, e di accelerazione a una velocità di risposta del compressore secondo una temperatura definita dall 'utilizzatore mediante regolazione su più livelli del grado di apertura di una valvola di riduzione sulla base di una variazione della temperatura esterna in modo che un refrigerante liquido non possa affluire nel compressore attraverso un accumulatore quando la frequenza operativa viene rapidamente aumentata.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Algoritmo dì avvio per pompa di calore invertitrice resa operante da un compressore, da scambiatori di calore interno ed esterno, da un accumulatore, e da una valvola di riduzione per regolare una temperatura dell'aria esterna, caratterizzato dal fatto di comprendere: - una prima fase in cui un compressore viene azionato a una frequenza che viene aumentata secondo una temperatura definita da un utilizzatore durante un inizio di avvio; e - una seconda fase in cui un grado di apertura di una valvola di riduzione viene regolato su più livelli sulla base di una temperatura esterna per ottenere un determinato grado di apertura finale secondo una frequenza prestabilita.
2. Algoritmo di avvio per pompa di calore invertitrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in un grado di apertura di una valvola di riduzione, un predeterminato grado di apertura finale, sulla base di .una frequenza prestabilita, viene ottenuto dividendo il tempo totale richiesto per ottenere un grado di apertura prestabilito, sulla base di una frequenza prestabilita corrispondente a un temperatura definita dall'utilizzatore, per un tempo dì mantenimento minimo del grado di apertura affinché un refrigerante liquido non affluisca all’interno del compressore, e regolando su più livelli il grado di apertura secondo una temperatura esterna sulla base del tempo di mantenimento dell'apertura cosi diviso.