Un procedimiento para controlar un dispositivo (20) de expansión dentro de un bucle de refrigerante de un sistema (10) de refrigeración,

comprendiendo dicho procedimiento las operaciones de:

detectar la temperatura y la presión en la salida de al menos un compresor (24) dentro del bucle de refrigerante; caracterizado por

obtener una temperatura de descarga saturada basada en la presión detectada en la salida de al menos un compresor;

calcular un sobrecalentamiento de la descarga en la salida del al menos un compresor que usa la temperatura de descarga saturada; y

controlar el dispositivo de expansión dentro del bucle de refrigerante en respuesta al sobrecalentamiento de descarga calculado,

en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de la descarga incluye la operación de generar un algoritmo matemático para calcular el sobrecalentamiento de descarga que está basado en la capacidad de al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante

Control de válvula de expansión.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a dispositivos de expansión usados en los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire para ajustar la circulación de refrigerante en un circuito de refrigeración. En particular, esta invención se refiere a dispositivos de expansión usados en los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire que requieren varias etapas de capacidad de refrigeración.

Un papel de un dispositivo de expansión en los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire que requiere varias etapas de la capacidad de enfriamiento es el de configurar su geometría (tamaño de orificio) de un modo tal que la circulación de la masa de refrigerante a través del dispositivo corresponda exactamente a la circulación de la masa generada por uno o más compresores. Este control de la circulación de refrigerante debe mantener también una condición de gas óptima del refrigerante que entra en el lado de aspiración del compresor.

Las válvulas de expansión térmicas, TXVs, y las válvulas de expansión controladas electrónicamente, EXVs, se usan en los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire. La solución tradicional para controlar TXVs o EXVs es proporcionar una señal que abra o cierra la válvula basada en una evaluación del gas de aspiración sobrecalentada. Sobrecalentamiento es la diferencia entre la temperatura de refrigerante real y la temperatura de refrigerante saturado (temperatura que corresponde al cambio de fase). En las válvulas de expansión térmica (TXV) el tipo de control usado es analógico. La TXV está equipada con una burbuja en una tubería de aspiración de compresor que detecta la temperatura de refrigerante. Se proporciona también una señal de presión correspondiente a la presión de la tubería de aspiración. Basado en estas dos señales (temperatura de refrigerante y presión de refrigerante en la entrada de compresor), el sistema analógico ajusta la abertura TXV para mantener un nivel requerido de sobrecalentamiento de la aspiración (punto de rocío). Esta clase de dispositivo de expansión tiene un margen limitado de aplicación. Si el circuito de refrigeración puede funcionar con una gran separación de las capacidades y con un gran campo de condiciones de funcionamiento, entonces el tipo TXV de control no puede ser optimizado en todos los posibles modos de funcionamiento.

Los dispositivos de expansión electrónicos (EXV) son usualmente válvulas accionadas electrónicamente que se ajustan basándose en algoritmos de control más o menos sofisticados. La abertura EXV ajustada debe ser tal que el refrigerante que entra en el evaporador se evapore totalmente en el evaporador. A este respecto, preferiblemente no debería quedar gota alguna de refrigerante líquido en el evaporador. Esto es extraordinariamente importante porque las cantidades excesivas de líquido refrigerante que entren en el compresor procedentes del evaporador, pueden ocasionar el fallo del compresor. Para tener la seguridad de que ningún líquido refrigerante deja el evaporador, se requiere usualmente un sobrecalentamiento significativo de la aspiración. Este requisito para optimizar la efectividad del evaporador es opuesto a la efectividad del objetivo de conseguir la mejor eficiencia del sistema minimizando el sobrecalentamiento de la aspiración.

Para satisfacer un funcionamiento seguro del compresor y conseguir también una buena eficiencia del sistema global, el sobrecalentamiento de la aspiración se mantiene usualmente en un nivel de aproximadamente 5ºC. Una mejora significativa de la eficiencia del sistema se obtendría si se pudiese garantizar la no entrada de gotas de refrigerante líquido en el compresor con un menor sobrecalentamiento de la aspiración. No obstante, es extraordinariamente difícil medir la diferencia de temperaturas que define el sobrecalentamiento de la aspiración con una magnitud inferior a 5ºC con razonable confianza. En particular cuando el refrigerante está cerca de la saturación, los problemas de la mala distri- bución del refrigerante o de homogeneidad del refrigerante hacen casi imposible medir esta diferencia de temperaturas.

Los documentos US-6321549, US-6044651, EP-0237822 y US-4878355 establecen varios métodos de control controlando una válvula de expansión del ciclo de refrigeración.

Sumario de la invención

Según un aspecto de la presente invención se proporciona un procedimiento para controlar un dispositivo de expansión como el reivindicado en la reivindicación 1.

Según otro aspecto de la presente invención se proporciona un sistema para controlar un dispositivo de expansión como el reivindicado en la reivindicación 11.

La invención proporciona para el control una válvula de expansión sin basarse en la medición de la temperatura en el lado de aspiración de un compresor, el control de la válvula de expansión es premezclado en un cálculo de calentamiento de la descarga sobrecalentada que usa un algoritmo matemático basado en la capacidad actual de uno o más compresores activados. El cálculo de la descarga sobrecalentada está basado preferiblemente en la aspiración detectada y las presiones de descarga para uno o más compresores. El sobrecalentamiento calculado de la descarga es comparado preferiblemente con el sobrecalentamiento de la descarga real que está basado en una temperatura del gas de descarga detectada. La comparación permite preferiblemente que la descarga real sobrecalentada esté dentro de una cantidad prescrita del sobrecalentamiento de la descarga calculado. Este procedimiento de cálculo tiene una probabilidad de error muy inferior cuando es contrastado con un cálculo basado en la detección de la temperatura de aspiración. A este respecto, cuando el compresor o compresores funcionan en la condición denominada condición inundada (no hay aspiración sobrecalentada), la medición de las condiciones del refrigerante en una sección que deja el evaporador o sección de entrada de compresor no da idea de la calidad del refrigerante (cantidad de líquido refrigerante en una mezcla) que entra en el compresor. En realidad, cuando el refrigerante que entra en el compresor es un gas saturado o una mezcla de gas saturado y líquido, la temperatura del refrigerante es igual a la temperatura del refrigerante saturado con un sobrecalentamiento de la aspiración que es igual a cero. Es imposible distinguir entre una operación transitoria aceptable con algunas gotas de líquido que entran en el compresor y una operación con una gran cantidad de líquido, que ocasiona un fallo muy rápido del compresor.

El cálculo del sobrecalentamiento basado en las condiciones del refrigerante en la descarga desde el compresor que permite un control para distinguir claramente la calidad del refrigerante (cantidad de líquido en una muestra) que entra en el compresor. El conocimiento de la calidad del refrigerante mientras funciona con mínima o nula aspiración de gas sobrecalentado permite un control apropiado de la abertura de la EXV en un sobrecalentamiento de la aspiración bajo, transitorio.

Breve descripción de los dibujos

Para una comprensión más completa de la presente invención, debe hacerse referencia ahora a la descripción detallada siguiente de la misma considerada en combinación con los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema refrigerador para suministrar agua refrigerada a una carga situada aguas abajo;

la Figura 2 es una representación gráfica de la compresión de vapor refrigerante mediante el compresor que funciona con una capacidad particular dentro del sistema de refrigeración de la Figura 1;

la Figura 3 es una ampliación de una porción de la Figura 2 que representa ciertas variables que tienen valores que son estipulados o calculados por un controlador asociado con el sistema de la Figura 1;

la Figura 4 es un gráfico de circulación de un método usado mediante un controlador asociado con el sistema refrigerador de la Figura 1 para controlar el dispositivo de expansión dentro del bucle refrigerante del refrigerador basado en ciertas de las variables en la Figura 3;

la Figura 5 es una vista esquemática de un sistema refrigerador alternativo que tiene compresores paralelos; y

la Figura 6 es un gráfico de circulación de un método usado por un controlador asociado con el sistema refrigerador de la Figura 5 para controlar el dispositivo de expansión asociado con el sistema refrigerador de la Figura 5 para controlar el dispositivo de expansión...

1. Un procedimiento para controlar un dispositivo (20) de expansión dentro de un bucle de refrigerante de un sistema (10) de refrigeración, comprendiendo dicho procedimiento las operaciones de:

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha operación de calcular una descarga sobrecalentada incluye las operaciones de:

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dicha operación de calcular una temperatura de descarga teórica incluye usar al menos una constante aplicada a la presión detectada en la salida del al menos un compresor o la presión detectada entre el evaporador y la entrada del al menos un compresor en el que la constante se selecciona basándose en la capacidad del al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.

4. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de la descarga incluye las operaciones de:

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración enviada al sistema de refrigeración y en la que dicha operación de calcular una descarga sobrecalentada que usa la temperatura de descarga saturada comprende la operación de:

6. El procedimiento de la reivindicación 1,

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dicha operación de calcular un sobrecalentamiento de descarga incluye las operaciones de:

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho control del dispositivo de expansión en respuesta al sobrecalentamiento de descarga calculado incluye las operaciones de:

9. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha operación de obtener una temperatura de descarga saturada comprende la operación de:

10. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además la operación de:

11. Un sistema para controlar un dispositivo (20) de expansión dentro de un bucle de refrigerante de un sistema de refrigeración, comprendiendo dicho sistema:

12. El sistema de la reivindicación 11, que comprende además:

13. El sistema de la reivindicación 12, en el que dicho procesador (32) usa cuando calcula una temperatura de descarga teórica en al menos una constante aplicada a la presión detectada en la salida del al menos un compresor o la presión detectada entre el evaporador y la entrada del al menos un compresor en el que la constante es seleccionada basándose en la capacidad real del al menos un compresor dentro del bucle de refrigerante.

14. El sistema de la reivindicación 12, en el que dicho procesador (32) es operativo cuando calcula una sobrecalentamiento de descarga para calcular un sobrecalentamiento de descarga teórico basado en la temperatura de descarga teórica calculada correspondiente al calor de aspiración de grado cero; y para añadir un factor de corrección de sobrecalentamiento de descarga al sobrecalentamiento de descarga calculado.

15. El sistema de la reivindicación 11, en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores, (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración aplicada al sistema de refrigeración y en donde dicho procesador (32) es operativo cuando calcula un sobrecalentamiento de descarga para generar un algoritmo matemático para calcular la descarga sobrecalentada que está basada en el número de compresores activos dentro del bucle de refrigerante.

16. El sistema de la reivindicación 11, en el que el bucle de refrigerante contiene una pluralidad de compresores (24-1, 24-2, 24-3) cada uno de los cuales puede ser activado en respuesta a la demanda de refrigeración aplicada en el sistema de refrigeración y en donde dicho procesador 32 es operativo cuando detecta temperatura y presión en la salida del al menos un compresor para detectar la temperatura y la presión en una salida de colector común de los compresores y en donde dicho procesador es además operativo cuando calcula un sobrecalentamiento de descarga para calcular un temperatura de descarga teórica que corresponde a un sobrecalentamiento de la aspiración de grado cero como una función de la presión detectada en la salida de colector común de los compresores.