PT1390677E - Procedimento para controlar máquinas frigoríficas e um sistema para executar o dito procedimento - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

Procedimento para controlar máquinas frigorificas e um sistema para executar o dito procedimento 0 presente invento dirige-se a um procedimento para controlar um sistema frigorifico tendo as caracteristicas da primeira parte da reivindicação 1, e a um tal sistema frigorifico tendo as caracteristicas da primeira parte da reivindicação 8.

Estão disponíveis uma variedade de princípios de controlo para quem tem experiência na técnica. Uma forma consiste em ajustar a temperatura do fluido de refrigeração no depósito de equalização através do controlo do tempo de funcionamento do compressor. Outra forma consiste em ajustar a temperatura de saida do liquido refrigerante derivando-o no depósito de equalização, ver por exemplo a patente CH 265303, figura 2, ou desviando o dissipador, ver, por exemplo, a patente US 5 743 102 A, que revela as caracteristicas do preâmbulo da reivindicação 1.

Actualmente não há procedimentos para controlar o tempo de funcionamento do compressor usando as exigências de refrigeração do sistema, não se podendo ajustar, assim, a temperatura no depósito de refrigeração para satisfazer as exigências reais de arrefecimento. Não é possível ajustar a temperatura de evaporação para a válvula de expansão, uma vez que uma válvula de expansão é construída de forma a proporcionar uma evaporação que, em cada caso operacional, seja tão eficaz quanto possível. Não é construída para regular temperaturas em evaporadores. É sempre o dimensionamento do operador, assim como as temperaturas e 1 débitos no lado secundário do evaporador, em combinação com a capacidade do compressor, que determinam a temperatura de evaporação. Se, por exemplo, a válvula de expansão estiver fechada para reduzir a capacidade, o compressor pode encravar devido às elevadas temperaturas no compressor, e se a válvula for aberta para, por exemplo, aumentar a capacidade, pode ser arrastado fluido para o compressor, o que pode provocar sérios danos nas válvulas, êmbolos do compressor etc. Um dos critérios mais importantes no dimensionamento das instalações frigoríficas é a regulação, entre si, do compressor, da válvula de expansão e do evaporador para se obterem condições operacionais óptimas no chamado ponto de operação. 0 desvio da temperatura correcta para os objectivos de regulação não proporciona qualquer regulação verdadeira na carga de refrigeração, uma vez que a maior parte do volume no sistema é mantido a temperaturas muito baixas, e a unidade de refrigeração também trabalha a baixas temperaturas e, assim, com um baixo coeficiente de eficiência.

Os sistemas frigoríficos conhecidos para a refrigeração de alimentos, por exemplo, estão dimensionados para as piores condições possíveis. Isto significa que a caixa de apresentação refrigerada está dimensionada para a maior carga, quer de clientes, quer de bens, de acordo com a EN441. De acordo com esta norma, as caixas de apresentação refrigeradas são divididas em diferentes classes de temperatura, dependendo do campo de aplicação. Também foi definido a que temperaturas o sistema frigorífico deve ser usado. Na Suécia, a classe mais comum é IS02, o que significa que a temperatura ambiente é de +22°C e a humidade relativa é de 60%. Além disso, as máquinas frigoríficas estão dimensionadas para proporcionar o efeito de refrigeração pretendido, mesmo durante os dias quentes de 2

Verão. Geralmente, a máquina frigorífica irá proporcionar o efeito de refrigeração pretendido numa temperatura exterior de +27°C, assim como garantir que não há descarga a alta pressão a temperaturas consideravelmente superiores. Em conjunto, isto resulta no facto da instalação de refrigeração estar muito sobredimensionada para a maior parte do ano. A exigência de potência nominal é, normalmente, 70% do efeito instalado. Este grande sobredimensionamento provoca sérias desvantagens no que diz respeito à eficiência, e será desnecessariamente dispendioso para o lojista e para os clientes.

As figuras 1 e IA do presente requerimento ilustram esquematicamente como os actuais sistemas frigoríficos indirectos, com preservação de energia, estão estruturados. O princípio mais comum de regulação para uma máquina frigorífica é o seguinte:

Os compressores têm a sua capacidade controlada, de modo que a temperatura de saída do fluido de refrigeração é de -8°C, independente do fluido de refrigeração de entrada.

Para garantir um fluxo mínimo relativamente ao evaporador da máquina frigorífica, é usado um sistema de dois circuitos com um fluxo fixo entre o evaporador e um depósito de equalização. Uma bomba P2 garante este fluxo. A temperatura nas caixas de apresentação refrigeradas é controlada por termostatos que abrem e fecham as válvulas V1-V3 respectivamente de acordo com as exigências da caixa de apresentação refrigerada.

Para compensar uma maior ou menor exigência de débito do sistema, são usadas bombas com escalões múltiplos ou bombas P3 com controlo de velocidade. Também pode ser usada uma bomba 3 fixa P2 e as chamadas válvulas de descarga que desviam o fluxo sobre as caixas de apresentação refrigeradas. Estas válvulas suportam então a quebra de pressão a um nivel constante na máquina, independentemente da carga do sistema. A figura 1 revela uma condição geral de temperatura de um sistema conhecido durante uma operação normal. Pode ver-se claramente as desvantagens de deixar a máquina frigorifica trabalhar a uma temperatura de -8°C quando a necessidade real é de apenas -6°C. Esta situação existe durante a maior parte do ano. A introdução de medidas de poupança de energia é muitas vezes seguida instalando coberturas e estores nocturnos nas caixas de apresentação refrigeradas para reduzir as perdas de energia. Nalguns casos, a exigência de energia das caixas de apresentação refrigeradas pode ser reduzida em quase 50%. Como pode ver-se na figura IA, as condições de temperatura no sistema mudam, mas as máquinas frigorificas continuam a trabalhar com as mesmas temperaturas, como anteriormente.

Isto deve-se ao facto de não existir sistema no mercado que permita uma forma fácil de mudar as definições de temperatura da máquina frigorifica para a ajustar às exigências do sistema. Esta condição operacional é comum durante as noites e durante os dias em que a loja está fechada. Como se pode ver facilmente, em 80% do tempo operacional anual as máquinas frigorificas trabalham sob condições extremamente desfavoráveis, não sendo, por isso, económicas.

Assim o objectivo principal do presente invento é, principalmente, com medidas e meios simples, resolver de forma eficaz e segura o dito problema. O dito objectivo é atingido por meio de um procedimento para controlar um sistema frigorifico, tal como foi referido 4 inicialmente, e que tem as caracteristicas da parte caracterizadora da reivindicação 1.

Os meios conhecidos para controlo de refrigeração não possibilitam conseguir-se o controlo desejado de modo que a temperatura seja definida para um nivel correcto de uma forma eficaz e económica.

Assim, um outro objectivo do presente invento consiste em encontrar um sistema que possa resolver o problema referido acima. Este objectivo é atingido por meio de um sistema frigorifico como foi referido inicialmente, tendo as caracteristicas da reivindicação 8.

Com referência aos desenhos anexos, será descrita uma forma de realização preferida do invento. Nos desenhos: a figura 1 e figura IA ilustram soluções conhecidas para controlar o sistema frigorifico para caixas de apresentação refrigeradas, e a figura 2 e figura 3 ilustram sistemas de comando de acordo com o presente invento, em operação normal e condições nocturnas, respectivamente.

De acordo com o presente invento, um tubo 1, para a alimentação de fluido de refrigeração, está ligado a uma bomba 2 disposta para bombear fluido de refrigeração através do dito tubo 1, através da unidade frigorifica, e em que 3 indica o seu evaporador. Um sistema semelhante 4, que está disposto para permitir um débito variável, compreendendo meios 5 para detectar a diferença de temperatura no fluido de refrigeração à entrada e à saida, e para usar este valor obtido como input para o controlo de capacidade da presente máquina frigorifica. Uma bomba 2 da dita máquina frigorifica inclui um regulador de 5 velocidade 8 que afecta o valor da temperatura de saída do fluido de refrigeração. No exemplo revelado, as caixas de apresentação refrigeradas têm, nos desenhos, os números 18 -20. O dito tubo 1 fornece fluido de refrigeração a, e retira fluido de refrigeração das caixas de apresentação refrigeradas 18 - 20.

Um processo para controlar as máquinas frigoríficas e a temperatura dos seus fluidos de refrigeração com um sistema, que é executado de acordo com o que foi referido acima, compreende o ajuste da temperatura de saída da unidade de refrigeração presente às exigências reais de refrigeração, criando desta forma um sistema frigorífico 4 que trabalha com um fluido de refrigeração com uma temperatura dinâmica. Assim, o sistema 4 está acoplado a um sistema de um circuito único com um caudal variável através da unidade de refrigeração.

Usando a diferença de temperatura entre o fluido de refrigeração à entrada e à saída como input para o controlo de capacidade da máquina frigorífica, e permitindo que o regulador de velocidade 8 da bomba 2 afecte este valor, pode facilmente obter-se o efeito desejado.

Quando as válvulas no sistema começam a fechar, o fluxo no sistema diminui e a bomba ajusta a sua capacidade diminuindo a sua velocidade. Com um fluxo menor no evaporador, a diferença de temperatura do fluido de refrigeração à entrada e à saída aumenta. O controlo de capacidade do sistema frigorífico diminui então a velocidade do compressor, para manter a diferença de temperatura. Isto significa que a temperatura de saída irá aumentar, e a temperatura de evaporação sobe. Simultaneamente com a subida de temperatura do sistema, as 6 válvulas começam de novo a abrir e a bomba irá aumentar a sua capacidade até conseguir-se o equilíbrio. A máquina frigorifica não pode funcionar com o efeito total até as bombas funcionarem à total capacidade, e esta condição só pode ser atingida quando todas as válvulas estiverem abertas.

Para garantir a qualidade, por exemplo, de comestíveis nas caixas de apresentação refrigeradas pretendidas, podem introduzir-se restrições no que diz respeito à temperatura máxima e mínima do fluido de refrigeração. A utilização da solução do presente sistema resolve muitos problemas e proporciona muitas vantagens ao sistema: uma solução mais simples do sistema proporciona uma instalação mais simples e menos dispendiosa, por exemplo o custo do equipamento na loja pode reduzir em cerca de SEK 100.000. Menores perdas de energia no sistema de tubagem. Coeficiente de eficiência muito maior. Potencial de poupança de energia muito grande. Pode ser aplicado basicamente a todos os sistemas novos e já existentes. Maior qualidade dos alimentos ao longo de uma temperatura mais igual. O risco de congelamento de comestíveis sensíveis é eliminado. O compressor frigorífico 9 está ligado ainda a outro circuito de linha 10. Os números 11 - 13 identificam uma pluralidade de válvulas de controlo dentro do sistema 4, e que estão ligadas ao circuito de linha 1 que, na dita bomba 2, operam, assim como ligam, as caixas de apresentação refrigeradas 18 - 20.

Os números 14, 15 identificam dois sensores de pressão enquanto os dois sensores de temperatura estão identificados pelos números 16, 17 e que fazem parte do dito circuito de linha 1. 7

Assim, a diferença de temperatura dos líquidos de refrigeração à entrada e À saída é usada como o input de sinal para o controlo de capacidade da máquina frigorífica e o regulador de velocidade da bomba 2 afecta, por isto, este dito valor. O fluxo no sistema é ajustado para diminuir quando, por exemplo, as válvulas 11 - 13 no sistema 4 começam a fechar, pelo que a bomba 2 ajusta a sua capacidade diminuindo a sua velocidade.

Diminuindo o fluxo no evaporador 3, a diferença de temperatura do líquido refrigerante à entrada e à saída diminui. A velocidade do compressor pode ser reduzida pelo dito controlo de capacidade na máquina frigorífica para manter a diferença de temperatura no fluido de refrigeração à entrada e à saída e, desta forma, conseguir um aumento da temperatura à saída, e também um aumento da temperatura de evaporação.

Para optimizar a condição entre a temperatura de evaporação e a temperatura do fluido de refrigeração, pode ser usado, nalguns casos, um sensor de pressão e de temperatura 50 no circuito de evaporação 10, o que dá um sinal ao controlo de capacidade do sistema. Um outro circuito 25 vai de um condensador 27 a um arrefecedor 26 do fluido de refrigeração, por exemplo de um tipo conhecido, e uma bomba 6 está ligada ao dito circuito 25. É proporcionado um regulador de velocidade 7 para afectar o valor do fluido transportador de calor e da dita bomba 6. O invento não se limita ao descrito acima, nem à forma de realização revelada nos desenhos anexos. São possíveis modificações, particularmente no que diz respeito Às características das diferentes partes, ou através da utilização 8 de tecnologia semelhante sem se afastar do âmbito do invento, tal como está definido nas reivindicações. 0 invento pode ser aplicado a qualquer aplicação de refrigeração e assim, não exclusivamente, a caixas de apresentação refrigeradas para comestíveis, tal como foi exemplificado acima.

Lisboa, 31 de Janeiro de 2011. 9

Claims (8)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Procedimento para comandar um sistema frigorífico (4) compreendendo um circuito de evaporação (10), que compreende um evaporador (3), um compressor frigorífico (9), e uma bomba (2) com um regulador de velocidade (8) e que está ligado a um circuito de linha (1) alimentando, por intermédio de válvulas de comando (11, 12, 13), um fluido de refrigeração a, e desviando um fluido de refrigeração de, um determinado número de caixas de apresentação (18, 19, 20), as ditas caixas de apresentação estando ligadas ao serviço de evaporação (10) por meio do circuito de linha (1), caracterizado por compreender as etapas que consistem em: detectar a temperatura de um fluido de refrigeração que entra nas caixas de apresentação (18, 19, 20) e de um fluido de refrigeração que sai das caixas de apresentação (18, 19, 20) usando sensores de temperatura (16, 17); introduzir os sinais com as temperaturas detectadas, e um sinal de dados de funcionamento provenientes do regulador de velocidade (8) da bomba (2) e dos sensores de pressão (14, 15) colocados na bomba (2), nos meios de processamento (5) ; estabelecer, nos meios de processamento (5), a diferença entre a temperatura do fluido de refrigeração que entra e a temperatura do fluido de refrigeração que sai, e utilizar a dita diferença de temperatura e o sinal de dados de funcionamento para o comando de capacidade do sistema frigorífico controlando a velocidade do compressor frigorífico (9) e permitindo a regulação da velocidade da bomba (2) com o auxílio do regulador de velocidade (8) para 1 criar uma temperatura dinâmica variável do fluido de refrigeração que entra nas caixas de apresentação (18, 19, 20) que está adaptado a uma procura real de refrigeração.
2. 2. Procedimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o regulador de velocidade (8) ajustar a capacidade da bomba (2) a uma exigência de débito de escoamento existente do sistema, quando as válvulas de comando (11, 12, 13) se fecham.
3. 3. Procedimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 2, caracterizado por o regulador de velocidade (8) diminuir a velocidade da bomba (2), ajustando assim a sua capacidade, quando o débito do sistema frigorífico (4) diminui quando as válvulas de comando (11, 12, 13) do sistema (4) começam a fechar.
4. 4. Procedimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 3, caracterizado por, quando o débito de escoamento através do evaporador (3) do sistema (4) diminui, e por consequência, a diferença de temperatura entre o fluido de refrigeração que entra e o fluido de refrigeração que sai aumenta, a capacidade do compressor frigorifico (9) diminui para manter a diferença de temperatura entre o fluido de refrigeração que entra nas caixas de apresentação (18, 19, 20) e o fluido de refrigeração que sai das caixas de apresentação (18, 19, 20) graças à qual a temperatura de evaporação aumenta.
5. 5. Procedimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, quando a necessidade de refrigeração das caixas de 2 apresentação aumenta e as válvulas de comando (11, 12, 13) começam a abrir, a capacidade da bomba (2) aumenta e a capacidade do compressor frigorífico (9) aumenta até se obter um equilíbrio.
6. 6. Procedimento de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a bomba (2) e o compressor frigorífico (9) estarem configurados de modo a funcionar à máxima capacidade quando é necessário um máximo de refrigeração, por exemplo quando todas as válvulas de comando (11, 12, 13) estão abertas.
7. 7. Procedimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por os meios de processamento (5) proporcionarem limitações das temperaturas a mais alta e a mais baixa admitidas do fluido de refrigeração.
8. 8. Sistema frigorífico (4) compreendendo um circuito de evaporação (10), que compreende um evaporador (3), um compressor frigorífico (9) e uma bomba (2) com um regulador de velocidade (8) e que está ligado a um circuito de linha (1) configurado para alimentar, por intermédio de válvulas de comando (11, 12, 13), um fluido de refrigeração a, e desviando um fluido de refrigeração de, um determinado número de caixas de apresentação (18, 19, 20), as ditas caixas de apresentação estando ligadas ao serviço de evaporação (10) por meio do circuito de linha (1), caracterizado por: compreender sensores de temperatura (16, 17) adaptados de forma a detectar a temperatura de um fluido de refrigeração que entra nas caixas de apresentação (18, 19, 20) e de um 3 fluido de refrigeração que sai das caixas de apresentação (18, 19, 20), e a proporcionar os sinais com as temperaturas detectadas aos meios de tratamento (5), o regulador de velocidade (8) da bomba (2) e os sensores de pressão (14, 15) colocados na bomba (2) estarem adaptados para enviar um sinal de dados de funcionamento aos meios de processamento (5), os meios de processamento (5) estarem adaptados para estabelecer a diferença entre as temperaturas detectadas e para utilizar a diferença de temperatura e o sinal de dados de funcionamento para controlar a capacidade do sistema frigorifico (4) controlando a velocidade do compressor frigorifico (9) e permitindo ajustar a velocidade da bomba (2) com a ajuda do regulador de velocidade (8) de tal forma que o sistema funcione com uma entrada do fluido de refrigeração com uma temperatura dinâmica variável na direcção das caixas de apresentação (18, 19, 20) que estão adaptadas para uma procura real de refrigeração. Lisboa, 31 de Janeiro de 2011. 4