MÉTODO PARA CONTROLAR UN REFRIGERADOR DE COMPARTIMIENTO DE
ENFRIAMIENTO MÚLTIPLE, Y REFRIGERADOR QUE UTILIZA TAL MÉTODO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para controlar un refrigerador del compartimiento de enfriamiento múltiple, de preferencia del tipo que tiene un compresor de capacidad variable o una válvula de control de proporción de flujo de ref igerante. Un tipo de refrigerador que ha tenido y está teniendo un gran éxito en el mercado de aparatos domésticos es el que tiene un frigorífico y una unidad congeladora en un gabinete con un compresor sencillo. Este éxito es debido por un lado a la versatilidad de tal solución (dos compartimientos a diferentes temperaturas, dos puertas) y por otro lado al precio más bajo del refrigerador que tiene un compresor sencillo y un circuito de refrigeración sencillo, si se compara con un refrigerador de compresor doble. La desventaja de esta solución técnica es un control independiente no simple de las temperaturas en el compartimiento del frigorífico y en el compartimiento del congelador . El control de temperatura de un compartimiento del congelador (FZ) o un compartimiento de refrigerador (FR) generalmente se obtiene, en caso de un aparato que tiene circuito de control electrónico y en caso de uso de un compresor de capacidad de enfriamiento variable, al ajustar la capacidad de enfriamiento del compresor sobre la base de parámetros de error de temperatura. Otra forma de controlar las temperaturas de los compartimientos del refrigerador es ajustar la proporción de flujo del refrigerante suministrado al evaporador por medio de una válvula de control de proporción de flujo, o para ajustar el flujo de aire de enfriamiento suministrado a los compartimientos a través de un regulador móvil. La lógica de control clásico se basa en PID, dando a entender que las partes Proporcionales, Integradas y Derivadas de la variable de error de temperatura se toman en consideración en el sistema de retroalimentación negativo para ajustar la variable de salida para obtener la temperatura necesaria. La figura 1 anexa muestra un caso en el que el sistema de control de retroalimentación negativo de PID se utiliza para controlar la temperatura de un refrigerador de compartimiento sencillo. La entrada del bloque de control de PID es el Error de Temperatura (diferencia entre la temperatura objetivo y la actual) y la salida se convierte directamente en la petición de capacidad de enfriamiento. La temperatura detectada puede ser ya sea la temperatura dentro del compartimiento o la temperatura de una o más zonas predeterminadas del evaporador. Un inversor dedicado recibirá la señal de petición de capacidad de enfriamiento como entrada y tendrá la tarea de impulsar al compresor a mantenerse bajo control de la capacidad de enfriamiento (tal como el compresor que es ya sea del tipo que tiene una velocidad variable o del tipo con un desplazamiento variable, es decir, el compresor asi llamado lineal) . En caso de múltiples compartimientos y un compresor sencillo disponible, el control de las temperaturas se vuelve más critico. Una solución conocida para un refrigerador de compartimiento doble, descrita en EP A 859208, comprende dos sensores de temperatura, uno en la cámara de refrigeración que forma parte del circuito de control hecho para detener y arrancar el compresor, el otro en la cámara de congelación que forma parte del circuito de control hecho para controlar la velocidad del compresor. La Figura 2 muestra la condición de acuerdo con otra solución en la cual el control opera en un caso de un refrigerador de compartimiento doble. Los dos bloques "FR_Controller" y "FZ_Controller" pueden ser dos controladores tipo PID y cada uno de ellos calcula la "Petición de Capacidad de Enfriamiento" para proporcionarse al compresor, necesaria para controlar la temperatura del refrigerador de compartimiento respectivo (FR) o el congelador (FZ) . El "Manejo de Compartimiento de Enfriamiento" es un bloque de control utilizado para establecer la dirección y/o la proporción de flujo del refrigerante, o en caso de un refrigerador enfriado por el aire de enfriamiento, (típico en el caso del refrigerador así llamado lado por lado) , la posición de un regulador que separa el flujo de aire entre el congelador y los compartimientos de alimento fresco. En el primer caso anterior, el dispositivo "V" es una válvula que recibe el comando y suministra total o parcialmente el refrigerante a través del evaporador del refrigerador y/o el evaporador del congelador. Idealmente, el controlador tiene múltiples tareas de control: primeramente, el controlador tiene que mantener las temperaturas establecidas por el usuario y, en segundo lugar, el controlador tiene que ser capaz de accionar eficientemente al compresor y la válvula V para mantener el consumo de energía tan bajo como sea posible. Sin embargo, en caso de controles independientes (como se muestra en la Figura 2), la solución puede ser muy complicada o aún imposible si el consumo de energía tiene que mantenerse bajo. El objeto de la presente invención es proporcionar un método y un refrigerador que utiliza tal método que, en caso de control de temperatura de múltiples compartimientos, puede satisfacer los requerimientos de temperatura y al mismo tiempo puede ejecutar el aparato al máximo de eficiencia del sistema, logrando consumo de energía muy bajo.
acuerdo con la presente invención, esto se obtiene con un método y con un refrigerador que tiene características listadas en las reivindicaciones anexas. La presente invención se basa principalmente en el uso de un control de petición de capacidad de enfriamiento que depende del "estado" de todos los compartimientos que se controlan . El "estado" representa cuánto los compartimientos tienen que enfriarse y el bloque del control de petición de enfriamiento recibe la suma de todos los estados de los compartimientos, basándose en la suma de las señales relacionadas con error de cada sistema de control de retroalimentación negativa asociado con cada compartimiento. El propósito principal de la presente invención es obtener una información sencilla del "estado" del aparato y así impulsar al activador de control, por ejemplo el compresor, como si este fuera un compartimiento sencillo. El "estado" de cada compartimiento se obtiene al procesar los datos de error de temperatura relacionados con cada sistema de control de retroalimentación sencillo. Un ejemplo de la función de transferencia del bloque de procesamiento de error del compartimiento Nth puede ser como sigue:
estado N + sTd J donde GN, i y d son tres constantes (ganancia, tiempo integrador y tiempo derivativo) que depende de la dinámica del compartimiento Mth. La tarea de este bloque es filtrar la información de error de temperatura y principalmente proporcionar valores históricos del error mismo (parte integradora) . Aún si en la siguiente referencia de descripción se hace a un sistema de control de PID general (donde se pretende que no todas las tres acciones, proporcional-integral-derivada sean siempre necesarias para un control bueno) , otros sistemas de control pueden utilizarse también, por ejemplo un sistema de control basado en un conjunto de reglas lógicas borrosas. En caso de control de temperatura de compartimiento doble, una válvula puede utilizarse para entregar total o parcialmente el refrigerante en los evaporadores del aparato. De acuerdo con la invención el manejo de la posición de la válvula que cambia de dos diferentes posiciones puede basarse en la diferencia entre el "estado" de cada compartimiento. La válvula anterior puede utilizarse para enfriar contemporáneamente dos compartimientos o solamente uno. El bloque de control del manejo del compartimiento de enfriamiento (responsable de determinar la posición de la válvula) también puede basarse en el "estado" de un compartimiento solamente.
El método de acuerdo con la invención puede aplicarse en aparatos equipados con solamente un evaporador y en casos en que la válvula se reemplaza por el regulador que se dedica para enfriar uno o más de los compartimientos. En caso de que el activador del control sea una válvula que permita un control de proporción de flujo de refrigerante (además de una o más direcciones de flujo), la determinación de la proporción de flujo, en cada dirección, puede determinarse con la misma lógica de control establecida para accionar el sistema de accionamiento de compresor, es decir, sobre la base de la suma de cada estado de compartimiento. Es evidente, de hecho, que la variación de la capacidad de enfriamiento se obtiene al variar la proporción de flujo del refrigerante. De acuerdo con una modalidad adicional de la invención, en caso de que la válvula esté permitiendo que un control de proporción de flujo de refrigerante (una o más direcciones), el ajuste de la proporción de flujo, en cada dirección, puede llevarse a cabo sobre la base de la diferencia entre la temperatura de entrada y salida en el evaporador, y con un bloque del controlador similar del tipo PID . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención ahora se explicará en mayor detalle con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: - La Figura 1 representa un diagrama de bloque de control de temperatura clásico que muestra el procedimiento utilizado para determinar la capacidad de enfriamiento adecuado en caso del compresor de capacidad de enfriamiento variable y en el caso de un compartimiento sencillo; La Figura 2 es un diagrama de bloque que muestra una estrategia de control adoptada para controlar la temperatura en un aparato de compartimientos dobles y en el cual el compresor recibe dos datos independientes que vienen de dos bloques de control independientes; - La Figura 3 es un diagrama de bloque que muestra cómo controlar un refrigerador de acuerdo con una primera modalidad de la invención, el control proporciona el compresor con una petición de enfriamiento que se calcula al sumar el estado de los dos compartimientos, y en el cual la posición de la válvula se obtiene al restar el estado de los dos compartimientos; La Figura 4 es un diagrama que esquematiza las temperaturas y la velocidad del compresor de un Compresor de Velocidad variable cuando un control de la técnica anterior de acuerdo con la Figura 2 se aplica; - La Figura 5 es un diagrama que esquematiza las temperaturas y la velocidad del compresor cuando un control de acuerdo con la invención se utiliza;
La Figura 6 es un diagrama que muestra la señal proporcionada a la válvula y establece su posición de acuerdo con la presente invención (figura 3) y a la estrategia de control independiente (figura 2) de acuerdo con la técnica anterior; La Figura 7 muestra el caso de la aplicación del control de acuerdo con la invención en la cual el manejo de compartimiento de enfriamiento controla una válvula no secuencial; y - La Figura 8 muestra una segunda modalidad de la invención para controlar la proporción de flujo del refrigerante cuando una válvula, con proporción de flujo variable, se utiliza para variar la capacidad de enfriamiento en una o más ramificaciones de los circuitos termodinámicos . Con referencia a los dibujos, y particularmente con referencia a la figura 3, el bloque 10 de control de petición de enfriamiento es un tipo de regulador que varia la capacidad de enfriamiento de acuerdo con la suma de los estados del compartimiento. Cada compartimiento se proporciona con un sensor TR y Tz de temperatura respectivamente enlazado a un bucle LR y LZ de control de retroalimentación negativo respectivamente. Las unidades 12 y 14 de tipo regulador de PID reciben la salida de los sensores TR y TZ de temperatura respectivamente, generan el valor de estado del compartimiento y pueden utilizarse para controlar el propósito de control en donde los datos de salida se escalan y adaptan al tipo de compresor que se utiliza. El valor de estado del compartimiento representa cuánto los compartimientos tienen que enfriarse. El estado de cada compartimiento se obtiene al procesar los datos de error de temperatura relacionados con cada compartimiento. Las salidas de las unidades 12 y 134, los estados del compartimiento, se suman y se proporcionan al bloque 10 de control. Basándose en este valor sumado, se qenera una demanda de enfriamiento total. El valor de demanda de enfriamiento total se utiliza para accionar un compresor 15 que se muestra en la figura 3 como un compresor de capacidad variable. Además de generar un valor de demanda de enfriamiento total, el bloque 16 de control, llamado "manejo de compartimiento de enfriamiento" en lo siguiente, opera para determinar qué compartimiento va a enfriarse. De acuerdo con esta decisión la posición de una válvula V (o regulador) se establecerá. La determinación de la posición de la válvula se basa en una información de error de temperatura seguida por una función de histéresis. La información de errores de temperatura utilizada para controlar la posición de la válvula V se representa por la diferencia de los "estados" de compartimientos, que se determinan por los mismos bloques 12 y 14 del procesamiento de error considerados previamente con referencia al control del compresor (véase Figura 3) . De esta manera, el compartimiento con la demanda de enfriamiento más grande se enfria primero. Con referencia a las Figuras 4 y 5, se hacen pruebas con un compresor de velocidad variable ("VSC") y con un sistema de control de acuerdo con la técnica anterior, como se muestra en la figura 2, y de acuerdo con la presente invención, como se muestra en la figura 3, respectivamente. En tales figuras, la petición de capacidad de enfriamiento se representa por la señal de referencia de "Velocidad del Compresor". Para este tipo de compresor existen limites de velocidad prácticos: 1600 rpm y 4500 rpm respectivamente para la velocidad más baja y más alta. Cuando el control requiere velocidad (capacidad de enfriamiento) más bajo que el mínimo, el compresor se apaga. Al comparar la figura 4 y la figura 5, en la cual una fase de tracción del congelador se muestra, es claro que existen ventajas principales del método de control de acuerdo con la invención, es decir la oscilación de petición de enfriamiento y el ruido emitido se reduce fuertemente y el sistema alcanza su objetivo de temperatura muy rápidamente, con un ahorro de energía mejorado. Los objetivos de temperatura del frigorífico y compartimiento congelador en las pruebas mostradas en las figuras 4 y 5 son de +6°C y -22 °C respectivamente y las temperaturas iniciales son de 5°C para el frigorífico y 25 °C para el compartimiento del congelador. En caso de dos estrategias de control independientes (figura 2) los dos reguladores establecen respectivamente una velocidad baja para el compartimiento del refrigerador, debido a que el error de FR es relativamente bajo, y una velocidad muy alta para el compartimiento del congelador debido al error de FZ elevado (figura 4) . Cuando la válvula V cambia el fluido de refrigerante desde una dirección a la otra, la velocidad de referencia correspondiente se proporciona al compresor que introduce oscilaciones de petición de enfriamientos grandes al circuito termodinámico . Los efectos negativos son la generación de ruido y las pérdidas de energía. En la figura 5, el efecto de la solución de acuerdo con la invención, obtenido al aplicar un método de control como se describe en la Figura 3, es visible por comparación. La petición de enfriamiento es inicialmente muy elevada (tiende al máximo de 4500 rpm) debido a la suma de errores, que principalmente depende del error de FZ, es muy elevada. La misma petición de enfriamiento proporcionada para enfriar el compartimiento congelador también se establece para el compartimiento del frigorífico; el efecto es que la válvula V permanece en la posición FR para un tiempo más bajo mientras que más tiempo se dedica a enfriar el compartimiento de congelador. Un efecto claro es que el compartimiento del congelador toma menos tiempo en alcanzar su objetivo y también la velocidad de referencia proporcionada al compresor es bastante estable y asi que se limita el ruido. Una vez que el sistema alcanza la condición de estado estable, la petición de enfriamiento se vuelve, en promedio, muy baja y de poca energía se gasta para compensar la dispersión térmica del aparato. En el ejemplo mostrado en la figura 5 la velocidad del compresor tiende a ser más baja que 2000 rpm y la variación de velocidad es mínima debido a las oscilaciones de temperatura pequeñas y su error de temperatura pequeño correspondiente, es decir, pequeña suma de errores. Por esa razón, la consecuencia principal es que la cantidad total de energía gastada, comparada con un sistema de control clásico que adopta los controladores independientes, se reduce fuertemente. Hasta un sorprendente 10% de ahorro de energía se ha observado durante las pruebas de energía llevadas a cabo . Otra comparación entre un sistema de bloques de control independientes y la presente invención se puede derivar del análisis de la figura 6. Tales resultados de comparación se obtienen al controlar un refrigerador que tiene una válvula que suministra refrigerante en solamente uno de los dos evaporadores (así llamados el refrigerador "secuencial" como se describe en US-A-5465591 ) : cuando un ambiente se enfria, el otro se vuelve más cálido hasta provocar el cambio de la válvula. También existen aparatos en los cuales la válvula (no secuencial) puede suministrar el refrigerante en solamente un evaporador (generalmente el congelador) o, cuando la válvula se intercambia, en los evaporadores contemporáneamente. A partir de la figura 6 es claro que el método de acuerdo con la invención (porción superior de la figura 6) requiere un número más bajo de cambio de la válvula, si se compara con un método con el control independiente (figura 2) . Esto quiere decir un ruido reducido y más bajo consumo de energía. La figura 7 muestra el caso del control aplicado a un aparato de compartimiento doble en el cual la posición de válvula selecciona el enfriamiento FR+FZ o el enfriamiento de FZ solamente (ninguna válvula secuencial) . En esta condición el "estado" del compartimiento de FR solamente se utiliza por el bloque de control de manejo de compartimiento de enfriamiento . La figura 8 muestra una segunda modalidad de la invención para controlar la proporción de flujo del refrigerante cuando una válvula, con proporción de flujo variable, se utiliza para variar la capacidad de enfriamiento de una o más ramificaciones de los circuitos termodinámicos . Cada bucle de control de retroalimentación recibe la entrada de los sensores ER y Ez de temperatura colocados en cada evaporador. Cada uno de los sensores anteriores de preferencia es una disposición de los dos sensores capaces de afirmar la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del evaporador. Tal diferencia de temperatura es indicativa de la petición de capacidad de enfriamiento de cada compartimiento. Cada una de las señales se utiliza por un bloque 22 y 24 del controlador respectivamente para ajustar la proporción de flujo del refrigerante, por medio de una válvula V de control. En la figura 8, el bloque 26 de control muestra que cada señal del bloque 22 y 24 del controlador se utilizan solamente cuando la válvula V se coloca para dirigir el flujo de refrigerante al evaporador correspondiente. De esta manera, la señal del bloque 22 de controlador se utiliza cuando el refrigerante fluye a través del evaporador del refrigerador y la señal del bloque 24 del controlador se utilice cuando el refrigerante fluye a través del evaporador del congelador. Por lo tanto, el bloque 26 de control del manejo del compartimiento de enfriamiento funciona sustancialmente de la misma forma como se describió con referencia a la primera modalidad (figura 3) . Es claro que la válvula V o V sencilla pueda remplazarse por más válvulas que realicen las mismas funciones generales .