ITUA20163756A1 - Metodo e sistema per il controllo del surriscaldamento di cicli frigoriferi a compressione con scambiatore rigenerativo. - Google Patents

Metodo e sistema per il controllo del surriscaldamento di cicli frigoriferi a compressione con scambiatore rigenerativo. Download PDF

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Italy
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lamination
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Umberto Merlo
Stefano Filippini
Francesco Casella
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Lu Ve Spa
Milano Politecnico
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Description

"METODO E SISTEMA PER IL CONTROLLO DEL SURRISCAL-DAMENTO DI CICLI FRIGORIFERI A COMPRESSIONE CON SCAMBIATORE RIGENERATIVO"
D E S C R I Z I O N E
La presente invenzione riguarda, in un suo primo aspetto, un metodo per il controllo del surriscaldamento di cicli frigoriferi a compressione con scambiatore rigenerativo.
In un secondo aspetto, la presente invenzione riguarda un sistema per l'attuazione del metodo inventivo.
SFONDO DELL'INVENZIONE
Come è noto, l'obiettivo del sistema di controllo nei cicli frigoriferi con compressione è quello di massimizzare la potenza termica sottratta dall'evaporatore a fluido termovettore, normalmente l'aria di una cella frigorifera di un locale climatizzato, evitando allo stesso tempo di inviare al compressore una miscela bifase, che potrebbe danneggiarlo.
Nei cicli frigoriferi convenzionali, il tratto terminale dell'evaporatore funge da surriscaldatore , in modo da inviare al compressore il vapore secco surriscaldato.
In particolare l'obiettivo del controllo viene raggiunto con una semplice operazione in retroazione, in cui si misura il grado di surriscaldamento all'uscita dell'evaporatore e si modula opportunamente l'apertura della valvola di laminazione all'ingresso dell'evaporatore, in modo che il surriscaldamento si mantenga nell'intorno di un opportuno valore di "SET POINT" o punto di riferimento. Quest'ultimo deve essere sufficientemente elevato da garantire l'assenza di gocce di liquido all'aspirazione del compressore con un margine di sicurezza durante i transitori ma al tempo stesso deve essere contenuto per evitare alte temperature del gas di mandata. La presenza del tratto di surriscaldamento costringe comunque a fare lavorare l'evaporatore ad una temperatura, e quindi ad una pressione, più bassa di quella che sarebbe possibile ottenere in assenza del tratto, penalizzando il rendimento frigorifero.
E' pure noto che è possibile migliorare significativamente tale rendimento utilizzando il calore di scarto del fluido di refrigerazione ad alta temperatura all'uscita dal condensatore per surriscaldare il fluido refrigerante in un recuperatore di calore distinto dall'evaporatore. Così facendo è possibile ridurre a piacere la differenza di temperatura tra fluido evaporante e aria da refrigerare a patto di aumentare la superficie / o il coefficiente di scambio convettivo tra i due, migliorando così il rendimento termodinamico del ciclo.
In tale configurazione impiantistica o strutturale, il primo obiettivo del controllo è di mantenere il titolo all'uscita dell'evaporatore ad un valore prestabilito inferiore all'unità, possibilmente ad un valore prossimo a quello di "dry-out" in modo da garantire il migliore utilizzo possibile della superficie di scambio. Il secondo obiettivo è quello di garantire un sufficiente surriscaldamento del fluido refrigerante all'uscita del recuperatore, ovvero all'ingresso del compressore in modo da evitare di danneggiarlo.
Il modo più semplice per raggiungere tale obiettivo è quello di usare la medesima strategia di controllo impiegata nei cicli convenzionali e cioè misurare il grado di surriscaldamento del vapore all'uscita del recuperatore ed impiegare un controllore in retroazione che agisca sull'apertura della valvola di laminazione in modo da portarlo nell'intorno di un valore di set point opportuno, corrispondente alle condizioni ottimali di condizionamento del ciclo.
Sfortunatamente tale configurazione tende, con estrema facilità, ad esibire un comportamento instabile, caratterizzato da forti oscillazioni.
In particolare risulta molto difficoltoso, se non impossibile, progettare una legge di controllo che garantisca un comportamento stabile in tutte le possibili condizioni di funzionamento del sistema.
L'origine di questa difficoltà è data dall'accoppiamento di tre fenomeni. Il primo è il ritardo di propagazione tra le variazioni di portata della valvola di laminazione e le corrispondenti variazioni del titolo del vapore all'uscita dell'evaporatore.
Il secondo fenomeno è l'estrema non-linearità del legame tra il titolo di uscita dell'evaporatore, e quindi all'ingresso del recuperatore ed il grado di surriscaldamento all'uscita del recuperatore che viene impiegato per la retroazione. Tale non-linearità è dovuta alla forte dipendenza del titolo di vapore dal coefficiente di scambio convettivo nella sezione di ingresso del recuperatore, che realizza il tratto finale di evaporazione del fluido refrigerante.
Il terzo fenomeno è dato dall'accoppiamento ulteriore introdotto nel processo dal recuperatore, per cui un aumento anche modesto del titolo all'ingresso comporta una forte riduzione del coefficiente di scambio, quindi una riduzione del calore sottratto al lato caldo, ovvero un aumento della temperatura sul lato caldo, che comporta un aumento del titolo a valle della valvola di laminazione e quindi un ulteriore aumento del titolo all'uscita dell'evaporatore.
Questo meccanismo di feedback positivo è destabilizzante e porta fenomeni di isteresi che sono stati confermati sperimentalmente.
In conclusione, la sola misura del surriscaldamento a valle del recuperatore risulta inadeguata a realizzare una regolazione in retroazione affidabile e stabile in tutte le condizioni operative del processo, se non viene integrata con altre misure.
SOMMARIO DELL'INVENZIONE
Il compito della presente invenzione è pertanto quello di fornire un metodo di controllo del surriscaldamento di cicli frigoriferi a compressione con scambiatore rigenerativo che permetta di stabilizzare in maniera indiretta il titolo del vapore aN'uscita dell'evaporatore.
Nell'ambito del compito qui sopra menzionato uno scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un metodo del tipo indicato che fornisca la stabilizzazione ricercata mediante misurazione e valutazione di almeno i seguenti parametri:
la temperatura dell'aria da raffreddare;
la temperatura del fluido a monte della valvola di laminazione;
la pressione a monte della valvola di laminazione;
la pressione di evaporazione.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo del tipo indicato che possa essere attuato con una strumentazione estremamente semplice ed economica, in particolare un solo sensore di pressione sulla linea a bassa pressione del circuito, posizionato all'uscita dell'evaporatore nonché un solo sensore di temperatura e di pressione entrambi posti a monte della valvola di laminazione.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo del tipo indicato il quale operi in base ad un nuovo ed inventivo algoritmo di controllo e regolazione in grado di stabilizzare il funzionamento del sistema di refrigerazione compensando direttamente gli effetti: delle variazioni della temperatura dell'aria; delle variazioni di pressione di condensazione e i a monte della valvola di laminazione; delle variazioni di pressione di evaporazione e delle variazioni dello scambio termico del recuperatore con seguenti variazioni del contenuto entalpico del refrigerante in uscita dal recuperatore e in ingresso nella valvola di laminazione.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo del tipo indicato che sia estremamente efficace non solo per una stabilizzazione locale del sistema ma anche per importanti perturbazioni coinvolgenti l'intero sistema.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo del tipo indicato che possa essere pure facilmente adattato per gestire eventuali guasti dei ventilatori asserviti agli evaporatori.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di regolazione e di controllo per l'attuazione del metodo inventivo, il quale sistema possa essere configurato come un'apparecchiatura modulare applicabile a qualsiasi cella frigorifera o locale climatizzata e/o simili, sia di nuova costruzione sia pure di tipo già esistente, il quale sistema assicuri, grazie all'attuazione del metodo inventivo, la massimizzazione della potenza termica sottratta dall'evaporatore al frigo termovettore evitando al tempo stesso di inviare al compressore del sistema una miscela bifase che potrebbe danneggiarlo.
Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di regolazione e controllo di cicli frigoriferi che possa essere costruito a partire da materiali componenti agevolmente commercialmente disponibili, di funzionamento affidabile nonché di costo economicamente competitivo.
Secondo un aspetto della presente invenzione il compito e gli scopi precedentemente menzionati, nonché ulteriori scopi ancora, che meglio appariranno più chiari in seguito, sono raggiunti da un metodo per il controllo del surriscaldamento in un impianto a cicli frigoriferi a compressione di un fluido refrigerante con scambiatore rigenerativo, secondo la rivendicazione 1 .
Altre caratteristiche del metodo inventivo sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.
Il compito e gli scopi precedentemente menzionati sono pure raggiunti da un sistema per attuare il metodo inventivo, secondo le accluse rivendicazioni di sistema.
Ulteriori peculiarità e vantaggi del metodo e del sistema secondo la presente invenzione risulteranno più evidenti in seguito dalla seguente descrizione dettagliata di forme di realizzazione attualmente preferite di essi, illustrate a titolo indicativo ma non limitativo negli acclusi disegni, in cui:
FIG. 1 è un diagramma di flusso delle fasi o passi principali del metodo inventivo; e
FIG. 2 è uno schema a blocchi di una possibile configurazione del sistema per attuare l'algoritmo di controllo, regolazione e stabilizzazione che costituisce il cuore del metodo inventivo.
Con specifico riferimento a FIG. 1 , come si è detto, il problema principale nella regolazione del ciclo frigorifero con recuperatore è che le variazioni di titolo dell'evaporatore si manifestano alla sua uscita con grande ritardo rispetto alle condizioni all'ingresso, ma questa variazione non è direttamente rilevabile poiché l'evaporatore si trova in condizioni pressoché isobare ed isoterme e non esistono metodi affidabili ed economici per misurare il titolo di vapore di una miscela.
Le variazioni di titolo si manifestano anche in modo brutale solo nel recuperatore, dove il calore latente si tramuta in calore sensibile ma , quando ciò avviene, è ormai troppo tardi per intervenire sulla valvola di laminazione senza causare pendolazioni ed instabilità nel funzionamento del processo.
La determinazione del grado di surriscaldamento del vapore all'ingresso del compressore richiederebbe in ogni caso di misurare:
- la pressione del vapore all'uscita del recuperatore, necessaria per calcolare la corrispondente temperatura di saturazione;
- la temperatura del vapore all'uscita del recuparatore.
L'idea fondamentale del procedimento inventivo è stata quindi quella di introdurre delle misure aggiuntive nel processo che permettono di stabilizzare in maniera diretta il titolo all'uscita dell'evaporatore, in particolare:
- la temperatura dell'aria da raffreddare;
- la temperature del fluido di refrigerazione a monte della valvola di laminazione ;
- la pressione a monte della valvola di laminazione;
- la pressione di evaporazione.
Per contenere i costi della strumentazione dati i valori relativamente contenuti delle perdite di carico sulla linea a bassa pressione del circuito è possibile utilizzare un solo sensore di pressione su tale linea, posizionato all'uscita dell'evaporatore (non mostrato). In questo modo la strumentazione aggiuntiva è necessaria si riduce ad un unico sensore di temperatura e ad un unico sensore di pressione entrambi posti a monte della valvola di laminazione (anch'essa non mostrata).
E' inoltre necessario conoscere:
- il coefficiente di efflusso nominale e la curva caratteristica di apertura della valvola di laminazione;
- la conduttanza termica equivalente dell'evaporatore, ovvero quel fattore che, moltiplicato per il salto termico tra la temperatura di evaporazione e la temperatura dell'aria da raffreddare produce la potenza termica assorbita dall'evaporatore.
- le curve di entalpia e densità del refrigerante nello stato liquido del vapore saturo, la curva della temperatura di saturazione in funzione della pressione nonché il calore specifico medio del refrigerante allo stato liquido sottoraffreddato.
Secondo la presente invenzione, il metodo inventivo opera in base ad un inventivo algoritmo di controllo in grado di stabilizzare il funzionamento dell'evaporatore e basato sui seguenti passi di procedimento, rappresentati sotto forma di diagramma di flusso in FIG. 1 .
In un primo passo S1 si calcola la temperatura di evaporazione a partire dalla pressione misurata dell'evaporatore.
In un successivo passo operativo S2 si calcola il flusso termico assorbito dall'evaporatore in base alla differenza tra la temperatura misurata dell'aria e la temperatura di evaporazione moltiplicata per la conduttanza equivalente.
In un successivo passo S3, si calcola l'entalpia del refrigerante in ingresso alla valvola di laminazione in funzione della sua temperatura misurata (l'effetto della pressione sull'entalpia essendo modesto e trascurabile).
In un successivo passo S4 si calcola l'entalpia desiderata all'uscita dell'evaporatore in base al tipo desiderato all'uscita e alla pressione di evaporazione misurata.
In un successivo passo S5, si calcola la portata del refrigerante che realizza il salto entalpico richiesto tra ingresso e uscita dell'evaporatore, dato il flusso termico stimato.
In un successivo passo S6, note le pressioni a monte e a valle della valvola di laminazione e la densità del liquido refrigerante in ingresso, che è funzione della temperatura misurata, si inverte la legge di efflusso, caratteristica della valvola per calcolare l'apertura necessaria ad ottenere la portata calcolata del passo S5. A tale proposito, può essere opportuno introdurre una correzione che tenga conto delle perdite di carico aggiuntive sul distributore (non mostrato).
Infine, in un ulteriore passo S7 si invia il segnale di apertura della valvola di laminazione calcolato nel precedente passo 6 ad un attuatore di movimentazione della valvola di laminazione stessa.
Le fasi dell'algoritmo che regolano il metodo inventivo e qui sopra brevemente descritte, consentono di ottenere, a regime di condizioni nominali, come è stato provato dai Richiedenti, il titolo desiderato all'uscita dell'evaporatore.
In particolare la stabilizzazione viene ottenuta compensando direttamente secondo il metodo inventivo l'effetto dei fenomeni seguenti:
- variazione della temperatura dell'aria;
- variazione della pressione di condensazione /a monte della valvola di laminazione;
- variazioni della pressione di evaporazione;
- variazioni dello scambio termico nel recuperatore, con conseguenti variazioni del contenuto entalpico del refrigerante in uscita dal recuperatore ed in ingresso della valvola di laminazione.
L'esperto del ramo comprenderà che, in particolare, la compensazione degli ultimi due effetti elimina la retroazione positiva destabilizzante della tecnica nota che è stata precedentemente accennata.
Rilievi sperimentali condotti dai Richiedenti hanno mostrato che il metodo precedentemente descritto è efficace per una stabilizzazione locale del sistema.
Tuttavia, a fronte di importanti perturbazioni, è possibile che abbiano ad essere innescati cicli limite permanenti in cui il recuperatore oscilla periodicamente tra due stati, uno in cui lo scambio termico è quello effettivamente atteso dal progetto, l'altro in cui lo scambio è molto più basso a causa dell'elevato titolo all'ingresso portando ad una temperatura del liquido caldo all'uscita del recuperatore decisamente più alta del valore di progetto. Tali oscillazioni si autosostengono a causa del ritardo introdotto dalla dinamica dell'evaporatore.
Come risulterà pure chiaro all'esperto del ramo, la causa di tali oscillazioni può essere ricondotta alla limitata velocità di risposta dell'attuatore della valvola.
I Richiedenti hanno inoltre trovato, e ciò costituisce un ulteriore importante caratteristica della presente invenzione, che le oscillazioni sopra descritte non si manifestano se le velocità di apertura o di chiusura richiesta della valvola di laminazione dall'algoritmo precedentemente illustrato vengono limitati ad un valore massimo compatibile con la velocità massima di apertura e chiusura dell'attuatore della valvola stessa (non mostrato).
L'algoritmo di base precedentemente descritto su cui è fondato il metodo inventivo, è così in grado di stabilizzare il funzionamento del sistema. Tuttavia, l'incertezza sui valori dei parametri, in particolare la conduttanza equivalente dell'evaporatore e gli errori di misura, possono portare a stabilizzare il funzionamento cell'evaporatore a valori effettivi del titolo in uscita all'evaporatore e del surriscaldamento all'ingresso del compressore significativamente diversi da quelli richiesti.
Poiché non è possibile misurare direttamente il valore del titolo del vapore all'uscita dell'evaporatore è previsto, secondo l'invenzione, di introdurre un'azione correttiva tramite un anello esterno di retroazione del valore di surriscaldamento all'ingresso del compressore che andrà ad agire sul valore di titolo richiesto utilizzandolo come variabile di controllo virtuale. Data la presenza di un significativo ritardo tra il momento in cui si varia la richiesta di titolo ed il momento in cui il surriscaldamento reagisce, dovuta alla dinamica dell'evaporatore, occorre che tale retroazione abbia una banda passante ridotta per evitare l'instaurarsi di oscillazioni o instabilità.
L'esperto del ramo comprenderà che tale strategia è fondamentalmente differente da quella standard, in cui la retroazione agisce direttamente sull'apertura della valvola senza alcuna compensazione dei vari feedback interni al processo.
Lo schema a blocchi generale della regolazione è stato rappresentato in FIG. 2, e indicato generalmente dal numero di riferimento 1 ; in tale schema il blocco P rappresenta il processo da controllare, il blocco S implementa l'algoritmo di stabilizzazione del funzionamento dell'evaporatore, il blocco R è un regolatore di tipo PID, (proporzionale-integrale-differenziale), il blocco DT calcola il grado di surriscaldamento ATsurr, AT°surr è il relativo valore di set point, x°ev è il valore desiderato del titolo di vapore all'uscita dell'evaporatore (non mostrato), Θν è l'apertura della valvola di laminazione, Pmv e Tmv sono la temperatura e la pressione misurate a monte valvola di laminazione, Pev è la pressione misurata all'ingresso dell'evaporatore, Tvr è la temperatura del vapore surriscaldato misurata all'uscita del recuperatore.
Per quanto riguarda il transitorio di avviamento si suppone di partire da condizioni in cui l'evaporatore è vuoto o comunque con una pressione molto bassa corrispondente ad un minimo contenuto di refrigerante. Quando il compressore viene avviato, la valvola di laminazione viene inizialmente aperta ad un valore costante che può essere adattato in funzione della pressione di evaporazione, per tenere conto delle diverse condizioni operative alle varie temperature. Si attende quindi che la pressione superi un valore di soglia, determinato in base alla pressione di saturazione diminuita di un opportuno margine. Superata tale soglia, si avvia l'algoritmo-metodo di controllo e regolazione precedentemente definito.
Prove sperimentali hanno, anche in questo caso, dimostrato che, in questo modo, le sottoelongazioni del surriscaldamento all'ingresso del compressore rispetto al valore di set point si mantengono entro pochi gradi, quindi un valore di tale set point attorno a 10-15 gradi, garantisce un ampio margine di sicurezza.
Quando il compressore deve essere arrestato, ad esempio in funzione del controllo termostatico della temperatura dell'aria, è necessario chiudere prima completamente la valvola di laminazione, in modo da svuotare l'evaporatore; il compressore può anche essere arrestato quando la pressione scende al di sotto di una opportuna soglia minima.
Qualora tale sequenza non fosse praticabile, poiché il controllo del compressore è indipendente da quello della valvola di laminazione, è preferibile modificare la procedura di avviamento in questo modo: all'avvio del compressore, si mantiene la valvola chiusa finché la pressione non scende al di sotto la soglia minima, dopodiché si procede con la sequenza precedentemente descritta.
L'avviamento con evaporatore vuoto serve a garantire la ripetibilità della manovra, in particolare per quanto riguarda sottoelongazioni potenzialmente pericolose del surriscaldamento.
Secondo un ulteriore caratteristica dell'invenzione, il metodo e l'algoritmo in essa impiegato possono essere vantaggiosamente adattati per gestire i guasti dei ventilatori (non mostrati) asserviti agli evaporatori.
Nel caso di un evaporatore con ventilatore singolo, l'unica strategia possibile è quella di identificare la condizione di guasto introducendo una soglia inferiore del surriscaldamento, sufficientemente lontana dal set point per evitare allarmi spuri, ma al tempo stesso sufficientemente elevata da evitare l'afflusso di fluido bifase nel compressore.
Quando tale soglia viene superata, si chiude immediatamente la valvola di laminazione per evitare l'allagamento dell'evaporatore e l'afflusso di fluido bifase nel compressore.
Si deve notare che in questo caso non è possibile continuare ad operare il sistema in condizioni degradate.
Nel caso di sistemi con N ventilatori multipli, si può fare l'ipotesi che il guasto interessi solo uno di essi, e può in questo caso avere senso continuare ad operare il sistema in condizioni degradate senza mandarlo in blocco, in attesa dell'intervento di manutenzione. Occorre quindi impostare una soglia inferiore di allarme sul surriscaldamento, ed una più bassa di blocco.
Al superamento della prima soglia, il regolatore assumerà inizialmente che si sia perduta la funzionalità di un ventilatore su N. In prima approssimazione, questo comporta la riduzione di un fattore 1/N della conduttanza equivalente dell'evaporatore. E' quindi possibile modificare tale parametro nell'algoritmo di stabilizzazione in tal senso.
Si deve notare che l'effetto immediato di questa modifica sarà una riduzione del flusso termico stimato, a cui conseguirà una immediata riduzione della portata richiesta alla valvola di laminazione, in modo da mantenere il bilancio termico dell'operatore.
Se il guasto è effettivamente dato dalla perdita di un solo ventilatore, il sistema si stabilizzerà nelle condizioni di surriscaldamento e titolo richieste, ovviamente con una potenza frigorifera ridotta di un fattore 1 /N.
Tale condizione operativa può essere riportata all'operatore di sorveglianza, perché attivi la procedura di manutenzione, che però non deve necessariamente essere immediata.
Se, invece, il surriscaldamento continua a scendere ed attraversa la soglia di blocco, allora è necessario chiudere completamente la valvola di laminazione ed arrestare il compressore una volta ottenuto il vuoto nell'evaporatore.
Anche la possibilità qui sopra descritta di adattare il metodo inventivo per gestire i guasti nei ventilatori asserviti agli evaporatori, costituisce un aspetto importante della presente invenzione , non deducibile in alcun modo da corrispondenti sistemi di controllo odi refrigerazione della tecnica nota.
Da quanto precede si nota che l'invenzione raggiunge pienamente il compito e gli scopi proposti.
Benché l'invenzione sia stata precedentemente descritta con riferimento a forme di realizzazione attualmente preferite di essa, si deve tenere presente che le forme di realizzazione descritte sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Claims (7)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo per il controllo del surriscaldamento in un impianto a cicli frigoriferi a compressione di un fluido refrigerante con scambiatore rigenerativo, detto impianto comprendendo mezzi compressori aventi un ingresso ed un'uscita, mezzi evaporatori aventi un ingresso ed un'uscita, mezzi a valvola di laminazione accoppiati a detto ingresso di detti mezzi evaporatori, detti mezzi a valvola di laminazione essendo comandati con una rispettiva velocità di apertura o chiusura da detti mezzi attuatori aventi una propria velocità massima di apertura e chiusura, mezzi recuperatori aventi un ingresso ed una uscita, caratterizzato dal fatto che detto metodo stabilizza almeno localmente il funzionamento di detto evaporatore eseguendo un algoritmo di stabilizzazione del funzionamento, detto evaporatore includendo nell'ordine seguente almeno i passi di: calcolare la temperatura di evaporazione a partire dalla pressione misurata nell'evaporatore; calcolare il flusso termico assorbito dall'evaporatore in base alla differenza di temperatura misurata dell'aria e temperatura di evaporazione, moltiplicata per la conduttanza equivalente; calcolare l'entalpia del refrigerante in ingresso della valvola di laminazione in funzione della sua temperatura misurata; calcolare l'entalpia desiderata all'uscita dell'evaporatore in base al titolo desiderato all'uscita ed alla pressione di evaporazione misurata; calcolare la portata del refrigerante che realizza un salto entalpico richiesto tra l'ingresso e l'uscita dell'evaporatore dato il flusso termico stimato, inverti e l'uscita dell'evaporatore dato il flusso termico stimato, invertire, note la pressione a monte e a valle della valvola di laminazione e la densità del refrigerante liquido in ingresso, che è funzione della temperatura misurata, la legge di efflusso caratteristica della valvola per calcolare l'apertura necessaria per ottenere la portata calcolata; e inviare il segnale di apertura di detta valvola calcolato ad un attuatore di detta valvola di laminazione.
  2. 2. Metodo, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di includere inoltre un'ulteriore fase di limitare detta velocità di apertura e di chiusura di detti mezzi a valvola di laminazione ad un valore massimo compatibile con detta velocità massima di apertura e di chiusura di detti mezzi attuatori.
  3. 3. Metodo, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere un'ulteriore fase correttiva consistente nel retroazionare, a ridotta banda passante, un valore di surriscaldamento a detto ingresso di detto compressore, detto valore di surriscaldamento agendo su un valore del titolo di vapore richiesto, utilizzato come variabile virtuale di detto evaporatore.
  4. 4. Metodo, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi evaporatori comprendono un evaporatore con ventilatore singolo e detto metodo include l'ulteriore fase di identificare una possibile condizione di guasto di detto ventilatore singolo introducendo una soglia inferiore del surriscaldamento sufficientemente lontana da un setpoint per evitare allarmi spuri, ma al tempo stesso sufficientepressore, al superamento di detta soglia inferiore detti mezzi valvolari di laminazione essendo immediatamente chiusi, e detto impianto di refrigerazione essendo inibito dal continuare a funzionare.
  5. 5. Metodo, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi ventilatori comprendono una pluralità di mezzi ventilatori, detto metodo comprendendo, nel caso in cui solamente uno di detti mezzi ventilatori sia guasto, la fase di impostare una soglia inferiore d'allarme di surriscaldamento ed una corrispondente soglia inferiore di bloccaggio di detto impianto per consentire a detto impianto di continuare ad operare in condizioni degradate, senza passare ad una condizione di blocco, in attesa di un intervento di manutenzione anche non necessariamente immediato di detto un mezzo ventilatore per ripristinare detto impianto ad una condizione di piena funzionalità.
  6. 6. Sistema di regolazione e controllo del procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di che detto sistema comprende, operativamente mutuamente intercollegati, almeno un blocco logico (S) di implementazione di detto algoritmo di stabilizzazione del funzionamento dell'evaporatore, almeno un blocco logico (R) di regolazione di tipo PID ed almeno un blocco logico (DT) di calcolo del grado logico di surriscaldamento
  7. 7. Sistema, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto algoritmo di stabilizzazione generato da detto blocco (S) fornisce, a regime ed in condizioni ottimali, il titolo di vapore desiderato all'uscita di detto evaporatore e la desiderata stabilizzazione compensando direttamente almeno: la variazione della temperatura deH'aria, la variazione della pressione di condensazione a monte della valvola di laminazione, la variazione della pressione di evaporazione; la variazione dello scambio termico nel recuperatore, con conseguenti variazioni del contenuto entalpico del refrigerante in uscita del recuperatore ed in ingresso alla valvola di laminazione.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1247385A (en) * 1984-07-02 1988-12-28 Kosaku Sayo Apparatus for measuring refrigerant flow rate in refrigeration cycle
DE102010001024B4 (de) * 2010-01-19 2015-08-13 Honeywell Technologies Sarl Verfahren für die Steuerung und Regelung von Wärmepumpen und Kühlanlagen
EP2765370A1 (en) * 2013-02-08 2014-08-13 Panasonic Corporation Refrigeration cycle apparatus and hot water generator provided with the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115247922A (zh) * 2022-06-27 2022-10-28 浙江中广电器集团股份有限公司 一种防止压缩机冷媒回流到闪蒸罐的自动控制方法

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