Aparato de refrigeración y procedimiento para controlar el mismo.

Un aparato de refrigeración que comprende:

una unidad de condensación (8);

un distribuidor de flujo

(15);

un evaporador (13) conectado a dicha unidad de condensación (8) mediante dicho distribuidor de flujo (15);

un detector de presión (28) configurado para detectar la presión de condensación del refrigerante;

una unidad de cálculo configurada para calcular una presión de condensación objetivo del refrigerante tal que el refrigerante esté a una temperatura de evaporación en el evaporador (13);

un controlador (23) configurado para controlar dicha unidad de condensación (8) de modo que la presión de condensación del refrigerante se vuelva igual o superior a la presión de condensación objetivo;

caracterizado porque el aparato de refrigeración comprende

un sensor de temperatura del líquido (24) configurado para detectar una temperatura del refrigerante líquido aguas arriba de una válvula de expansión (19); y

un sensor de temperatura de evaporación (25) configurado para detectar una temperatura de evaporación,

en el que dicha unidad de cálculo está configurada para calcular la presión de condensación objetivo basándose en la temperatura del refrigerante líquido detectada y en la temperatura de evaporación detectada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E05028730.

Solicitante: Nakayama Engineering Company Limited.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-7-5 Tozuka Kawaguchi-shi Saitama 333-0811 JAPON.

Inventor/es: NAKAYAMA,JUNYA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > Evaporadores; Condensadores > F25B39/02 (Evaporadores)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión... > F25B1/10 (de compresión multiescalonada (funcionando en cascada F25B 7/00))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > Disposición o montaje de los dispositivos de control... > F25B49/02 (para máquinas, instalaciones o sistemas del tipo de compresión)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > F25B40/00 (Subenfriadores, desrecalentadores o recalentadores)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS;... > F25B25/00 (Máquinas, instalaciones o sistemas que utilizan una combinación de los principios de funcionamiento comprendidos en dos o más de los grupos F25B 1/00 - F25B 23/00 (combinaciones de dos o más principios de funcionamiento comprendidos en un solo grupo principal, véase el grupo apropiado))

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Fragmento de la descripción:

Aparato de refrigeración y procedimiento para controlar el mismo Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato de refrigeración, a un procedimiento para controlar un aparato de refrigeración, y a un medio legible por ordenador para controlar un ordenador.

Discusión de los antecedentes

Generalmente, un aparato de refrigeración está provisto de una válvula de ajuste de presión de condensación, un controlador del ventilador y similares en un condensador del aparato de refrigeración. La temperatura de condensación se controla alrededor de 30 °C como límite más bajo, independientemente de la temperatura de evaporación del refrigerante en el enfriador unitario o la temperatura exterior del enfriador unitario. A este respecto, el presente inventor ha demostrado que se puede conseguir una mayor eficiencia y significativos ahorros de energía haciendo funcionar el aparato de refrigeración sin controlar la presión de condensación durante todo el año. Véase el documento "Energy-Saving Freezer and Refrigeration Equipment without Condensaron Pressure Control", Refrigeraron and Air Conditioning Equipment, vol. 25, n°6, pg. 17-25, junio de 1998.

Según esta referencia, es posible hacer funcionar el aparato de refrigeración a un diferencial de presión muy pequeño permitiendo que la temperatura de condensación siga el curso de las temperaturas exteriores sin controlarla alrededor de 30 °C, y seleccionando un distribuidor de flujo basado en el rendimiento del congelador y la temperatura del refrigerante bajo una baja presión de condensación.

Más concretamente, esto implica la selección de un diámetro de boquilla, diámetro de tubo y longitud de tubo que no permita que la caída de presión en las boquillas y tubos del distribuidor caiga por debajo de 70 kPa bajo la condición de mínimo para distribución uniforme del refrigerante en el enfriador unitario. Como resultado de esto, el líquido refrigerante se distribuirá uniformemente a los diversos circuitos en el enfriador unitario. Empleando este diseño especial y planteamiento de funcionamiento, se comprueba que es posible el funcionamiento con una diferencia muy pequeña de 300 kPa entre la presión de evaporación y la presión de condensación del refrigerante.

Además de lo anterior, del documento EP1275917A2 se conoce un dispositivo para limitar la presión de condensación en una máquina de refrigeración. La descripción respectiva enseña a ajustar una válvula de expansión aguas arriba de un evaporador de tal modo que se limite la presión de condensación, es decir, la presión de condensación no supere una cierta presión umbral. Sin embargo, la descripción no considera un aparato de refrigeración que controle una presión de condensación de tal modo que esta presión se vuelva igual o superior a una presión de condensación objetivo.

Además, del documento EP0419857A2 se conoce un procedimiento para supervisar un aparato de refrigeración, en el que se mide un estado de llenado del refrigerante en un depósito de refrigerante líquido. En concreto, esta descripción enseña a controlar la presión de aspiración así como la presión de condensación del refrigerante a valores predeterminados respectivos. Sin embargo, esta enseñanza no considera calcular una presión de condensación objetivo con respecto a una temperatura del refrigerante líquido y una temperatura de evaporación.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un aparato de refrigeración según la reivindicación 1 y a un procedimiento para controlar dicho aparato de refrigeración según la reivindicación 9.

Según todavía otro aspecto de la presente invención, se proporciona un medio legible por ordenador según la reivindicación 10.

Breve descripción de los dibujos

Una apreciación más completa de la invención y de muchas de las ventajas que conlleva la misma se obtendrá fácilmente de la mejor comprensión de la misma por referencia a la siguiente descripción detallada considerada en conexión con los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato de refrigeración según una realización de la presente invención;

La figura 2 es un dibujo que muestra la relación entre la temperatura de evaporación del refrigerante y la cantidad de caída de presión obtenida de la temperatura de líquido del refrigerante (R-22);

La figura 3 es un dibujo que muestra la relación entre la temperatura de evaporación del refrigerante y la cantidad de caída de presión obtenida de la temperatura de líquido del refrigerante (R-404a);

La figura 4 es una ilustración esquemática del controlador de optimización de la presión del condensador, y la figura 5 es un diagrama de flujo para controlar la presión de condensación.

Descripción de las realizaciones

A continuación se describirán las realizaciones con referencia a los dibujos adjuntos, en los que números de referencia similares designan elementos correspondientes o idénticos a lo largo de los diversos dibujos.

El aparato descrito en la publicación anteriormente mencionada "Energy Saving Freezer and Refrigeraron Equipment without Condensation Pressure Control" no tiene en cuenta la subida de temperatura debida a la carga generada por los productos almacenados durante el funcionamiento real del enfriador unitario. Para congeladores de cámara, no se considera la sequedad del refrigerante, X, que se induce por un aumento en el rendimiento de congelación o una subida en la temperatura del líquido refrigerante, debido a que la temperatura de evaporación sube a medida que sube la temperatura de la cámara hasta completar el desescarche en funcionamiento real. Así pues, aplicar la técnica anterior tal cual al aparato de refrigeración operado bajo diversas condiciones o permitir que la presión de condensación disminuya siguiendo las condiciones del aire exterior puede conducir a un fallo de funcionamiento debido a los siguientes problemas.

Un equipo de refrigeración que utiliza R-22 como refrigerante y un ciclo de congelación de compresión en dos etapas con un cociente de volumen de desplazamiento de 2:1 entre etapas alta y baja se utiliza en lo que sigue como ejemplo. La presión normal se expresa como la presión absoluta, abs. A una temperatura exterior de -10 °C, la temperatura de condensación del refrigerante era de tk = -7 °C (convertida a una presión equivalente de 395 kPa (abs), que es aplicable a los subsiguientes elementos); la temperatura de cámara del refrigerador a -35 °C; la temperatura de evaporación del refrigerante a tO = -41 °C (100 kPa); y la temperatura del líquido ti = -25 °C, la caída de presión en el distribuidor de flujo al enfriador unitario se hizo igual a 79 kPa seleccionando boquillas y tubos adecuados.

La presión de condensación del refrigerante: 395 kPa (abs)

- perdida de presión en el conducto de líquido: 29 kPa

- caída de presión en la válvula de expansión: 190 kPa

- caída de presión en el distribuidor de flujo: 79 kPa = presión de evaporación: 100 kPa

Como se muestra, aúna capacidad del congelador <t>o = 15 kW, la presión de condensación tiene un valor adecuado necesario para la cantidad de caída de presión.

Bajo esta condición de funcionamiento, suponiendo que se llevan mercancías a la cámara de congelación y que la carga térmica de esto provoca que la temperatura de la cámara ascienda a -23 °C, la temperatura de evaporación del refrigerante sería tO = -12 °C (una presión equivalente de 164 kPa (abs)); la capacidad del congelador O0 = 23 kW; y la temperatura del líquido refrigerante, ti = -12 °C. Así pues, la sequedad x y la capacidad... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato de refrigeración que comprende: una unidad de condensación (8);

un distribuidor de flujo (15);

un evaporador (13) conectado a dicha unidad de condensación (8) mediante dicho distribuidor de flujo (15);

un detector de presión (28) configurado para detectar la presión de condensación del refrigerante;

una unidad de cálculo configurada para calcular una presión de condensación objetivo del refrigerante tal que el refrigerante esté a una temperatura de evaporación en el evaporador (13);

un controlador (23) configurado para controlar dicha unidad de condensación (8) de modo que la presión de condensación del refrigerante se vuelva igual o superior a la presión de condensación objetivo;

caracterizado porque el aparato de refrigeración comprende

un sensor de temperatura del líquido (24) configurado para detectar una temperatura del refrigerante líquido aguas arriba de una válvula de expansión (19); y

un sensor de temperatura de evaporación (25) configurado para detectar una temperatura de evaporación,

en el que dicha unidad de cálculo está configurada para calcular la presión de condensación objetivo basándose en la temperatura del refrigerante líquido detectada y en la temperatura de evaporación detectada.

2. El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, en el que dicha unidad de condensación (8) incluye un ventilador (9) accionado por un motor (10) que es alimentado por un inversor (12), estando controlado el inversor por el controlador (23).

3. El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, en el que dicha unidad de condensación (8) incluye una válvula ajustable (40) en un lado aguas abajo del refrigerante y en el que el controlador (23) está configurado para controlar la válvula ajustable (40).

4. El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, en el que dicho aparato de refrigeración incluye una válvula de expansión (19), y en el que dicho detector de presión (28) está configurado para detectar la presión de condensación en las inmediaciones, y aguas arriba, de la válvula de expansión (19).

5. El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, en el que dicha unidad de cálculo está configurada para calcular la presión de condensación objetivo según una siguiente ecuación:

Presión objetivo = 1125,08 + (9,07965*X) + (-0,101693*X*X) + (40,8041*Y) + (1,60973*X*Y) + (0,0177658*X*X*Y) + (-0,0547654*Y*Y) + (-0,00318583*X*X*Y) + (-0,000044704*X*X*Y*Y),

en donde X es la temperatura de evaporación detectada, e Y la temperatura de líquido del refrigerante.

6. El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, que comprende además:

un sensor de temperatura del compartimento configurado para detectar una temperatura del compartimento en un compartimento del aparato de refrigeración; y

un sensor de temperatura de evaporación (25) configurado para detectar una temperatura de evaporación,

en el que dicho controlador (23) está configurado para controlar dicha unidad de condensación según un cambio en una diferencia entre la temperatura del compartimento y la temperatura de evaporación.

7. El aparato de refrigeración según la reivindicación 6, en el que dicha diferencia entre la temperatura del compartimento y la temperatura de evaporación es al menos 1,5 °C y como máximo 3 °C.

8. El aparato de refrigeración según la reivindicación 1, en el que dicho aparato de refrigeración incluye una válvula de expansión (19) y en el que dicho controlador (23) está configurado para controlar dicha unidad de condensación (8) para aumentar la presión de condensación cuando aumenta gradualmente un grado de sobrecalentamiento del refrigerante incluso aunque la válvula de expansión (19) esté completamente abierta.

9. Un procedimiento para controlar un aparato de refrigeración según la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento:

detectar la presión de condensación del refrigerante;

calcular la presión de condensación objetivo del refrigerante necesaria para que el refrigerante esté a la temperatura de evaporación en el evaporador (13);

controlar la unidad de condensación (8) conectada al evaporador (13) mediante el distribuidor de flujo (15), de modo que la presión de condensación del refrigerante se vuelva igual o superior a la presión de condensación objetivo;

caracterizado por

detectar la temperatura del refrigerante líquido aguas arriba de la válvula de expansión (19) por medio del sensor de temperatura del líquido (24); y

detectar la temperatura de evaporación por medio del sensor de temperatura de evaporación (25);

en el que dicho cálculo de la presión de condensación objetivo se basa en la temperatura del refrigerante líquido detectada y en la temperatura de evaporación detectada.

10. Un medio legible por ordenador que almacena un producto de programa de ordenador para controlar un ordenador (23) que forma parte de un aparato de refrigeración según la reivindicación 1 para realizar las etapas de:

detectar una presión de condensación del refrigerante;

calcular la presión de condensación objetivo del refrigerante necesaria para que el refrigerante esté a la temperatura de evaporación en el evaporador;

controlar la unidad de condensación (8) conectada al evaporador (13) por medio del distribuidor de flujo (15) de modo que la presión de condensación del refrigerante se vuelva igual o superior a la presión de condensación objetivo;

caracterizado por

detectar la temperatura del refrigerante líquido aguas arriba de la válvula de expansión (19) por medio del sensor de temperatura del líquido (24); y

detectar la temperatura de evaporación por medio del sensor de temperatura de evaporación (25),

en el que dicho cálculo de la presión de condensación objetivo se basa en la temperatura del refrigerante líquido detectada y en la temperatura de evaporación detectada.