ITPD20010173A1 - DEVICE TO LIMIT THE CONDENSING PRESSURE OF A REFRIGERATING MACHINE - Google Patents
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Abstract
Description
“DISPOSITIVO PER LIMITARE LA PRESSIONE DI CONDENSAZIONE DI UNA MACCHINA FRIGORIFERA” "DEVICE TO LIMIT THE CONDENSING PRESSURE OF A REFRIGERATOR"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo per limitare la pressione di condensazione di una macchina frigorifera. The present invention relates to a device for limiting the condensation pressure of a refrigeration machine.
Com’è noto, la potenza frigorifera di una macchina frigorifera cresce al crescere della temperatura satura di evaporazione che è a sua volta legata alla temperatura del fluido raffreddato. As is known, the cooling capacity of a refrigeration machine grows as the saturated evaporation temperature increases, which in turn is linked to the temperature of the cooled fluid.
L’aumento della potenza frigorifera comporta altresì automaticamente l’aumento della potenza termica che la macchina frigorifera deve smaltire al condensatore. The increase in the cooling capacity also automatically entails the increase in the thermal power that the refrigeration unit must dispose of the condenser.
Al crescere della potenza termica da smaltire cresce poi necessariamente anche la differenza di temperatura primaria al condensatore (differenza tra la temperatura di condensazione e la temperatura del fluido raffreddante). As the thermal power to be disposed increases, the difference in primary temperature at the condenser (difference between the condensation temperature and the temperature of the cooling fluid) also necessarily increases.
Di conseguenza, in una macchina frigorifera, a pari temperatura del fluido di raffreddamento al condensatore, un aumento della temperatura satura di evaporazione (dipendente generalmente da un aumento della temperatura del fluido raffreddato) ha come effetto un aumento della temperatura satura di condensazione. Consequently, in a refrigerating machine, at the same temperature of the cooling fluid as the condenser, an increase in the saturated evaporation temperature (generally depending on an increase in the temperature of the cooled fluid) has the effect of an increase in the saturated condensation temperature.
Specularmente, alla diminuzione della potenza frigorifera corrisponde automaticamente una diminuzione della potenza termica da smaltire al condensatore e, di conseguenza, una diminuzione della temperatura satura di condensazione a pari temperatura della sorgente calda. Similarly, the decrease in the cooling capacity automatically corresponds to a decrease in the thermal power to be disposed of by the condenser and, consequently, a decrease in the saturated condensation temperature at the same temperature of the hot source.
Ne consegue che, qualora la temperatura di condensazione tenda ad avvicinarsi al valore di sicurezza che imporrebbe la messa fuori servizio della macchina, è possibile limitare tale crescita diminuendo la potenza frigorifera assorbita dall’evaporatore, poiché ciò equivale alla diminuzione della potenza termica a carico del condensatore. It follows that, if the condensing temperature tends to approach the safety value that would require the machine to be put out of service, it is possible to limit this growth by decreasing the cooling capacity absorbed by the evaporator, since this is equivalent to the decrease in the heat output charged to the unit. capacitor.
Tra i differenti modi per ottenere ciò, i più noti nella tecnica sono: Among the different ways to achieve this, the best known in the art are:
a. la regolazione della velocità del compressore frigorifero; to. speed regulation of the refrigeration compressor;
b. la strozzatura mediante opportuni organi di regolazione della tubazione di aspirazione del compressore per limitare la portata di fluido frigorifero; b. the restriction by means of suitable regulating members of the suction pipe of the compressor to limit the flow of refrigerant fluid;
c. la parzializzazione meccanica della capacità del compressore; d. la regolazione della temperatura e/o della portata del fluido raffreddato; c. the mechanical capacity control of the compressor; d. regulation of the temperature and / or flow rate of the cooled fluid;
e. 11 ricircolo nell’evaporatore di parte dei gas caldi pompati dal compressore (noto come by-pass di gas caldo). And. 11 recirculation in the evaporator of part of the hot gases pumped by the compressor (known as hot gas by-pass).
Questi conosciuti modi tuttavia sono affetti alternativamente da alti costi costruttivi (es.: a. ; b.), da regolazione discontinua (es.: c.), da interferenze funzionali talvolta intollerabili con il processo di raffreddamento (es.: d.), oppure da inaccettabili inefficienze energetiche. However, these known modes are alternatively affected by high construction costs (e.g .: a.; B.), Discontinuous regulation (e.g .: c.), Sometimes intolerable functional interferences with the cooling process (e.g .: d.) , or by unacceptable energy inefficiencies.
Il compito principale del presente trovato è quello di mettere a punto un dispositivo di regolazione capace di modulare la potenza frigorifera assorbita dall’evaporatore in funzione delle necessità momentanee, in modo da adattarsi di volta in volta a: The main task of the present invention is to develop a regulation device capable of modulating the cooling power absorbed by the evaporator according to the momentary needs, so as to adapt each time to:
-erogare la massima potenza frigorifera compatibile con le condizioni funzionali della macchina; - deliver the maximum cooling capacity compatible with the functional conditions of the machine;
-diminuire l’entità della potenza frigorifera, solo quando e quanto necessario, al fine di limitare la temperatura satura di condensazione al verificarsi di fenomeni che ne provocherebbero l’aumento eccessivo. - decrease the amount of cooling capacity, only when and as necessary, in order to limit the saturated condensation temperature in the event of phenomena that would cause an excessive increase.
Nell’ambito del compito sopra esposto, conseguente primario scopo è quello di mettere a punto un dispositivosemplice, economico ed affidabile. Within the scope of the aforementioned task, the consequent primary purpose is to develop a simple, economical and reliable device.
Questi ed altri scopi ancora, che più chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo per limitare la pressione di condensazione di una macchina frigorifera, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione continua e controllata del surriscaldamento all’evaporatore. These and other purposes, which will appear more clearly later, are achieved by a device for limiting the condensation pressure of a refrigeration machine, characterized by the fact of comprising means for continuous and controlled regulation of the evaporator superheat.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una sua forma realizzativa illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle allegate tavole di disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the detailed description of an embodiment thereof illustrated by way of indication, but not of limitation, in the attached drawings in which:
- La fig. 1 è uno schema di impianto di ima macchina frigorifera dotata di un dispositivo secondo il trovato; - Fig. 1 is a diagram of a refrigerating machine system equipped with a device according to the invention;
- La fig. 2 è diagramma logico di flusso del processo di regolazione. - Fig. 2 is logic flow diagram of the regulation process.
Con riferimento alle figure precedentemente citate, ima macchina frigorifera comprende, in successione collegati uno in serie all’altro, un evaporatore 10, un compressore 11, un condensatore 12 e una valvola di laminazione 13. With reference to the aforementioned figures, a refrigeration machine comprises, in succession connected one in series to the other, an evaporator 10, a compressor 11, a condenser 12 and a lamination valve 13.
Un dispositivo secondo il trovato per limitare la pressione di condensazione della macchina frigorifera comprende mezzi di regolazione continua e controllata del surriscaldamento all’evaporatore costituiti da un sensore 14 della pressione (ovvero della temperatura satura) di evaporazione, un sensore 15 della temperatura del vapore surriscaldato in uscita dall’evaporatore, un sensore 16 della pressione (ovvero della temperatura satura) di condensazione e un controllo a microprocessore 17. A device according to the invention for limiting the condensation pressure of the refrigerating machine comprises means for continuous and controlled regulation of the superheating of the evaporator consisting of a sensor 14 for the evaporation pressure (i.e. saturated temperature), a sensor 15 for the temperature of the superheated steam at the evaporator outlet, a condensation pressure (or saturated temperature) sensor 16 and a microprocessor control 17.
Inoltre, la valvola di laminazione 13, in sé nota, è di tipo servoazionato ad esempio da motore 13a. Furthermore, the rolling valve 13, known per se, is of the servo-actuated type, for example by a motor 13a.
La valvola di laminazione 13 viene scelta fra quelle recentemente immesse sul mercato servoazionate automaticamente, normalmente ma non esclusivamente mediante servomotore elettrico, e controllate da dispositivi elettronici che danno la possibilità di aggiustare il surriscaldamento in funzione delle necessità o delle opportunità istantanee (al contrario, le conosciute valvole meccaniche auto-azionate non consentono la variazione automatica del valore del surriscaldamento in funzione delle condizioni operative poiché la taratura avviene per mezzo di una vite ad azionamento manuale). The lamination valve 13 is chosen from among those recently put on the market servo-operated automatically, normally but not exclusively by means of an electric servomotor, and controlled by electronic devices which make it possible to adjust the superheat according to the needs or instant opportunities (on the contrary, the known self-operated mechanical valves do not allow the automatic variation of the superheat value according to the operating conditions since the calibration takes place by means of a manually operated screw).
Il controllo a microprocessore 17 è collegato ai detti sensori 14, 15 e 16 ed al servoazionamento della valvola di laminazione 13. The microprocessor control 17 is connected to said sensors 14, 15 and 16 and to the servo drive of the lamination valve 13.
Il dispositivo secondo il trovato sfrutta il fatto che la capacità di una macchina frigorifera è in prima approssimazione proporzionale alla portata di fluido frigorifero evaporato e quindi diminuendo tale portata viene al tempo stesso contenuta la capacità frigorifera complessiva. The device according to the invention exploits the fact that the capacity of a refrigerating machine is in a first approximation proportional to the flow rate of evaporated refrigerant fluid and therefore by decreasing this flow rate the overall cooling capacity is at the same time contained.
Quindi, se il dispositivo agisce a diminuire in maniera controllata la portata di fluido frigorifero introdotto nell’ evaporatore mediante lo strozzamento progressivo della valvola di laminazione, si sottoalimenta l’evaporatore, e si riduce di conseguenza la potenza frigorifera della macchina. Therefore, if the device acts to decrease in a controlled manner the flow rate of refrigerant introduced into the evaporator by means of the progressive throttling of the lamination valve, the evaporator is under-powered, and consequently the cooling capacity of the machine is reduced.
Nel funzionamento normale dei conosciuti evaporatori ad espansione secca il fluido frigorifero cambia dapprima di stato e successivamente viene surriscaldato: vale a dire che, per garantire la completa assenza di fase liquida (potenzialmente dannosa per il compressore) in uscita, la temperatura del vapore risultante dalla completa evaporazione del fluido viene innalzata in misura controllata rispetto alla temperatura satura di evaporazione. In the normal operation of the known dry expansion evaporators, the refrigerant fluid first changes its state and then is superheated: that is to say that, to ensure the complete absence of the liquid phase (potentially harmful for the compressor) at the outlet, the temperature of the vapor resulting from the complete evaporation of the fluid is raised to a controlled extent with respect to the saturated evaporation temperature.
Una diminuzione della portata ponderale di fluido immesso nell’evaporatore si traduce in un’evaporazione più rapida, ovvero in una diminuzione della porzione di superficie utilizzata per il cambio di stato del fluido frigorifero e nel conseguente aumento della parte in cui il fluido si surriscalda. A decrease in the weight flow of fluid introduced into the evaporator results in faster evaporation, or in a decrease in the portion of the surface used for the change of state of the refrigerant fluid and in the consequent increase in the part in which the fluid overheats.
Il dispositivo secondo il trovato provoca un aumento del surriscaldamento del vapore uscente dall’evaporatore ed ottiene, in cascata: The device according to the invention causes an increase in the superheating of the steam exiting the evaporator and obtains, in cascade:
a. un aumento della porzione di superficie destinata al surriscaldamento; to. an increase in the portion of the surface intended for overheating;
b. ima diminuzione della porzione di superficie dedicata all’evaporazione; b. a decrease in the portion of the surface dedicated to evaporation;
c. una diminuzione della portata di refrigerante laminato dalla valvola; c. a decrease in the flow of laminated refrigerant from the valve;
d. una diminuzione della potenza frigorifera associata ad una diminuzione della temperatura satura di evaporazione; d. a decrease in the cooling capacity associated with a decrease in the saturated evaporation temperature;
e. una diminuzione della potenza termica al condensatore; And. a decrease in the thermal power to the condenser;
f. una diminuzione della temperatura satura di condensazione a parità di temperatura del fluido raffreddante. f. a decrease in the saturated condensation temperature at the same temperature of the cooling fluid.
Limitando indirettamente la temperatura satura di condensazione si è condizionati dalla minima temperatura di evaporazione tollerabile prima che si possano verificare effetti indesiderabili o nocivi al processo (ad esempio, in un refrigeratore d’acqua la temperatura di evaporazione non dovrebbe mai essere inferiore a 0°C per il pericolo di ghiacciamento). By indirectly limiting the saturated condensation temperature, one is conditioned by the minimum tolerable evaporation temperature before undesirable or harmful effects to the process can occur (for example, in a water chiller the evaporation temperature should never be below 0 ° C due to the danger of freezing).
Mediante un abbassamento del surriscaldamento, cui deve comunque essere impartito un valore sufficientemente elevato per consentire un processo di regolazione stabile e sicuro, si può anche ottenere un aumento della portata di fluido frigorifero e quindi della potenza frigorifera. By lowering the superheat, which must in any case be given a sufficiently high value to allow a stable and safe regulation process, it is also possible to obtain an increase in the flow rate of the refrigerant fluid and therefore in the cooling capacity.
Il diagramma logico di flusso del processo di regolazione è riassunto nella fig. 2. The logic flow diagram of the regulation process is summarized in fig. 2.
Il controllo a microprocessore 17, in aggiunta alle normali funzioni di controllo della macchina, misura la temperatura satura di evaporazione (normalmente mediante una misura della pressione corrispondente) e la temperatura del vapore surriscaldato tramite i sensori 14 e 15 montati in prossimità o nell’ambito dell’evaporatore 10 e ne calcola la differenza, ottenendo il valore del surriscaldamento; esso quindi esercita un’azione di regolazione sul servomotore 13a della valvola di laminazione 13 al fine di mantenere il surriscaldamento al valore ottimale (in condizioni normali il più basso compatibilmente con la stabilità di regolazione per garantire la massima potenza frigorifera). The microprocessor control 17, in addition to the normal control functions of the machine, measures the saturated evaporation temperature (usually by means of a measurement of the corresponding pressure) and the temperature of the superheated steam by means of the sensors 14 and 15 mounted in proximity or in the area. evaporator 10 and calculates the difference, obtaining the superheat value; it then exerts a regulating action on the servomotor 13a of the lamination valve 13 in order to maintain the superheat at the optimal value (in normal conditions the lowest compatibly with the regulation stability to ensure maximum cooling capacity).
Il controllo a microprocessore 17 misura inoltre la temperatura satura di condensazione (normalmente mediante una misura della pressione corrispondente) tramite il sensore 16 montato in prossimità o nell’ambito del condensatore 12. The microprocessor control 17 also measures the saturated condensation temperature (usually by measuring the corresponding pressure) through the sensor 16 mounted near or within the condenser 12.
Qualora la temperatura satura di condensazione superi il valore di guardia consentito per un funzionamento definito regolare, il microprocessore 17 innalza opportunamente il valore del surriscaldamento chiudendo parzialmente la valvola di laminazione 13 con l’effetto di sottoalimentare l’evaporatore 10 e di diminuire la potenza frigorifera, diminuendo di conseguenza anche la potenza termica a carico del condensatore 12 e, in definitiva, la temperatura satura di condensazione. If the saturated condensation temperature exceeds the guard value allowed for defined regular operation, the microprocessor 17 appropriately raises the superheat value by partially closing the lamination valve 13 with the effect of under-powering the evaporator 10 and decreasing the cooling capacity , consequently also decreasing the thermal power charged to the condenser 12 and, ultimately, the saturated condensation temperature.
In seguito alla sottoalimentazione dell’evaporatore 10, anche la temperatura satura di evaporazione tende a diminuire rispetto al valore iniziale finché, in seguito ad un accentuato aumento del surriscaldamento, essa potrebbe scendere sotto il livello di guardia prefissato. Following the underfeeding of the evaporator 10, the saturated evaporation temperature also tends to decrease with respect to the initial value until, following an accentuated increase in superheating, it could fall below the predetermined guard level.
Il controllo a microprocessore 17 ha la funzione di controllare che non vengano oltrepassati né il limite massimo di guardia della temperatura satura di condensazione né il limite minimo di guardia della temperatura satura di evaporazione, dando tuttavia priorità a quest’ultimo e quindi prevenendo un eccessivo strozzamento della valvola di laminazione 13. The microprocessor control 17 has the function of checking that neither the maximum guard limit of the saturated condensation temperature nor the minimum guard limit of the saturated evaporation temperature are exceeded, however giving priority to the latter and thus preventing excessive throttling. of the lamination valve 13.
Tuttavia, qualora venisse superata la soglia di sicurezza di una qualsiasi delle due temperature, il controllo a microprocessore 17 fermerebbe il compressore 11 per prevenire condizioni di funzionamento inaccettabili. However, should the safety threshold of either of the two temperatures be exceeded, the microprocessor control 17 would stop the compressor 11 to prevent unacceptable operating conditions.
Ovviamente, appena la temperatura satura di condensazione assume valori inferiori al limite di guardia il controllo a microprocessore 17 riporta il surriscaldamento a valori inferiori aprendo in modo controllato la valvola di laminazione 13. Obviously, as soon as the saturated condensation temperature assumes values below the guard limit, the microprocessor control 17 brings the superheat back to lower values by opening the lamination valve 13 in a controlled manner.
Si è in pratica constatato come dispositivo per limitare la pressione di condensazione della macchina frigorifera secondo il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi preposti. In practice it has been found that a device for limiting the condensation pressure of the refrigerating machine according to the invention has achieved the intended aim and objects.
Il dispositivo oggetto del presente trovato riesce infatti a modulare in modo semplice, economico e funzionale, mediante il controllo del surriscaldamento, la potenza frigorifera assorbita dall’evaporatore in fruizione delle necessità momentanee, in modo da adattarsi di volta in volta a: The device object of the present invention is in fact able to modulate in a simple, economical and functional way, by controlling the overheating, the cooling power absorbed by the evaporator in fruition of the momentary needs, in order to adapt from time to time to:
- erogare automaticamente la massima potenza frigorifera compatibile con le condizioni funzionali della macchina; - automatically supply the maximum cooling capacity compatible with the functional conditions of the machine;
- diminuire l’entità della potenza frigorifera, solo quando e quanto necessario, al fine di limitare la temperatura satina di condensazione al verificarsi di fenomeni che ne provocherebbero l’aumento eccessivo. - decrease the amount of cooling capacity, only when and as necessary, in order to limit the satin condensation temperature in the event of phenomena that would cause an excessive increase.
Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Inoltre, tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l’uso contingente, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze. In practice, the materials used, as long as they are compatible with the contingent use, as well as the dimensions, may be any, depending on the needs.
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