MODULACIÓN DE LA CAPACIDAD DE UN COMPRESOR.

Un compresor modulado en capacidad que comprende: un mecanismo de compresión (10;

54; 144; 90) dispuesto dentro de una carcasa, teniendo dicho mecanismo de compresión una cámara de compresión (32, 34; 74; 166, 168) en su interior , una entrada de succión (40; 82; 186) para suministrar gas de succión a dicha cámara de compresión y un miembro móvil (28, 30; 72; 154) operativo para variar el volumen de dicha cámara de compresión, donde el mecanismo de compresión está dispuesto entre un paso de descarga y la entrada de succión; una fuente de alimentación (16, 20; 58; 148) conectada operativamente para efectuar el movimiento de dicho miembro móvil para de esa forma comprimir el gas extraído dentro de dicha cámara de compresión a través de dicha entrada de succión; una válvula (48; 84; 190; 102) operable entre posición abierta y cerrada para permitir y evitar cíclicamente el flujo de gas de succión dentro de dicha cámara de compresión; y aparato de control (50, 52; 86, 88; 92, 94; 192, 194) para accionar dicha válvula entre dichas posiciones abierta y cerrada; caracterizado porque dicha válvula (48; 84; 190; 102) está dispuesta dentro de dicha carcasa y entre dicha entrada de succión y la cámara de compresión, y porque dicho aparato de control (50, 52; 86, 88; 92, 94; 192, 194) es operativo para dar un ciclo a dicha válvula (48, 84, 190; 102) durante una duración de tiempo de ciclo menor de un minuto

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04028437.

Solicitante: EMERSON CLIMATE TECHNOLOGIES, INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1675 W. CAMPBELL ROAD SIDNEY, OH 45365-0669 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: CAILLAT, JEAN-LUC.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 29 de Julio de 1999.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F04B49/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES.F04B MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS (bombas de inyección de combustible para motores F02M; máquinas de líquido, o bombas, de tipo pistón rotativo u oscilante F04C; bombas de desplazamiento no positivo F04D; bombeo de fluido por contacto directo con otro fluido o por utilización de la inercia del fluido a bombear F04F; cigüeñales, cabezas de biela, bielas F16C; volantes F16F; transmisiones para convertir un movimiento rotativo en movimiento alternativo y viceversa, en general F16H; pistones, vástagos de pistones, cilindros, en general F16J; bombas iónicas H01J 41/12; bombas electrodinámicas H02K 44/02). › F04B 49/00 Control de o medios de seguridad para máquinas, bombas o instalaciones de bombeo no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F04B 1/00 - F04B 47/00. › Control utilizando la electricidad (regulación por flotadores que accionan interruptores eléctricos F04B 49/04).
  • F04B49/22A
  • F04C28/24 F04 […] › F04C MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE PISTON ROTATIVO U OSCILANTE (motores movidos por líquidos F03C ); BOMBAS PARA LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE PISTON ROTATIVO U OSCILANTE (bombas de inyección de combustible para motores F02M). › F04C 28/00 Control de, vigilancia de, o dispositivos de seguridad para, bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles. › caracterizados por usar válvulas que regulan la presión o el caudal, p. ej. válvulas de descarga (F04C 28/10 tiene prioridad).

Clasificación PCT:

  • F04B49/06 F04B 49/00 […] › Control utilizando la electricidad (regulación por flotadores que accionan interruptores eléctricos F04B 49/04).
  • F04C28/24 F04C 28/00 […] › caracterizados por usar válvulas que regulan la presión o el caudal, p. ej. válvulas de descarga (F04C 28/10 tiene prioridad).

Clasificación antigua:

  • F04C29/10

Países PCT: Alemania, España, Francia, Reino Unido, Italia.

PDF original: ES-2364460_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Descripción

La presente invención está dirigida a un sistema para modular la capacidad de un compresor de desplazamiento positivo tal como un compresor de refrigeración y/o de aire acondicionado y más específicamente a un sistema que incorpora una disposición de válvulas para bloquear cíclicamente el flujo de gas de succión al compresor a la vez que se opera el compresor de forma continua.

La modulación de la capacidad es frecuentemente un rasgo deseable para incorporar en los compresores de refrigeración y de aire acondicionado así como en compresores para otras aplicaciones, con el fin de permitir un mejor ajuste al amplio rango de carga al cual pueden estar sometidos los sistemas que incorporan estos compresores. Se han utilizado muchos procedimientos diferentes para proveer esta característica de la modulación de la capacidad, que van desde controlar el flujo de entrada de succión, por ejemplo tal como mediante la restricción del gas de descarga del circuito de contorneo de vuelta a la entrada de succión y también a través de varios tipos de cilindros o de disposiciones de aberturas de volumen de compresión.

En los compresores de tipo de pistón reciprocante de cilindros múltiples que utilizan control del gas de succión para alcanzar la modulación de la capacidad, es común bloquear el flujo de uno o más pero no de todos los cilindros. Cuando se activa, la capacidad del compresor se reducirá en un porcentaje nominalmente igual al número cilindros a los cuales se ha bloqueado el gas de flujo dividido por el número total de cilindros. Mientras que tales dispositivos no proporcionan grados variables de modulación de la capacidad, el grado de modulación que puede alcanzarse está disponible solamente en etapas discretas relativamente grandes. Por ejemplo, en un compresor de seis cilindros, la succión de bloqueo a dos cilindros reduce la capacidad en 1/3 o 33.3%, a la vez que el bloqueo del flujo de gas de succión para cuatro cilindros reduce la capacidad en 2/3 o 66.6%. Esta forma de etapas discretas de modulación no permite que la capacidad del sistema sea equiparable a las condiciones de requerimiento de carga de forma alguna sino que más bien se aproxima muy vagamente a la capacidad deseada resultante bien sea en una capacidad en exceso o en una capacidad deficiente. Puesto que las condiciones del sistema raramente, si es que alguna vez lo hacen, satisfarán estas etapas burdas de modulación, no podrá maximizarse la eficiencia global del sistema de operación.

Los compresores en los cuales se recircula de regreso el gas de descarga a la succión ofrecen una modulación de la capacidad en etapas cuasi infinitas dependiendo de la variación y complejidad de los medios de contorneo. Sin embargo, cuando el gas de descarga se recircula de nuevo a la succión, el trabajo de la compresión se pierde para esa fracción del gas recirculado dando como resultado una eficiencia reducida del sistema. Las combinaciones de los métodos antes mencionados permiten una modulación de la capacidad sustancialmente casi infinita a una eficiencia ligeramente mejor, pero aún fallan en proporción a la capacidad de satisfacer de forma completa la capacidad del compresor a la carga que está siendo servida.

Otros intentos, que pueden dar como resultado el incapacitar selectivamente el proceso de compresión de uno o más de los cilindros de un compresor de cilindros múltiples, tales como métodos basados en aberturas en cilindros, alteración de los impulsos o variación del volumen de evacuación, dan como resultado una modulación similar en etapas con una falta de coincidencia resultante entre la carga y la capacidad y que adicionalmente sufre de desbalance de carga dinámico y como consecuencia de vibración.

La DE-A-764 179 divulga un compresor reciprocante que tiene medios para control de presión y un método para ajustar una capacidad del compresor. El compresor incluye una cámara de aire, una válvula de tres vías, una válvula, y un serpentín. Cuando se suministra energía al serpentín, la válvula se cierra para evitar la comunicación entre la cámara de aire y la válvula de tres vías. Al restar energía el serpentín abre la válvula para permitir la comunicación entre la cámara de aire y la válvula de tres vías.

La GB-A-2 116 653 divulga un compresor tipo espiral donde el fluido de trabajo entra a los espacios interespirales por medio de dos entradas. Las entradas pueden ser controladas por válvulas que se operan eléctricamente, o por presión de los fluidos, así como para regular la salida.

La JP-A-08284842 divulga un detector de presión que detecta fluctuaciones en presión en una línea de descarga y suministra una señal de retroalimentación a un controlador. Con base en el valor detectado, el controlador proporciona control de la capacidad de descargas sin etapas automática controlando un intervalo de operación del conmutador de una válvula de entrada, mediante un mecanismo de descarga.

La JP-A-59145392 divulga un método para controlar la capacidad de un compresor tipo tornillo. Un microordenador recibe señales de sensores en un motor, un separador y un postenfriador y actúa sobre una válvula con base en las señales, para ajustar la capacidad del compresor.

La Patente de los Estados Unidos No. 3,653,783 divulga un aparato de control para variar de forma selectiva la salida de un compresor reciprocante manteniendo abiertas sus válvulas de succión durante períodos variables. Un medio generador de señales aplica señales sucesivas a un transductor que mantiene abiertas las válvulas de succión durante un período proporcional a un intervalo entre las señales. El medio de generación de señales da salida a señales con base en la velocidad rotacional de un cigüeñal del compresor.

La Patente de los Estados Unidos No. 4,361,417 divulga un compresor enfriado por aceite que incluye un motor, un cuerpo principal y un mecanismo de succión. El mecanismo de succión opera en respuesta a la presión de gas descargado desde el cuerpo principal. El motor se controla con base en una temperatura del aceite y una presión del gas de descarga.

La presente invención, sin embargo, proporciona un dispositivo de control de capacidad que utiliza una modulación de anchura de pulso del flujo de gas de succión al compresor lo que permite sustancialmente una modulación continua de la capacidad desde 0% hasta 100% o capacidad total. Así, la salida de capacidad del compresor puede hacerse coincidir exactamente con la carga del sistema en cualquier punto en el tiempo. Adicionalmente, en los compresores tipo pistón reciprocantes, el flujo de gas de succión hacia cada uno de los cilindros puede controlarse de forma simultánea mediante este sistema de modulación de anchura de pulso de manera que se elimine la operación desbalanceada del compresor.

El compresor modulado de anchura de pulso es gobernado por un sistema de control que proporciona una señal de control del ciclo de rendimiento variable con base en la carga medida del sistema. El controlador también puede regular la frecuencia (o tiempo del ciclo) de la señal de control para minimizar las fluctuaciones de presión en el sistema refrigerante. El tiempo de arranque es así igual al ciclo de servicio multiplicado por el tiempo del ciclo, cuando el tiempo del ciclo es el inverso de la frecuencia.

El compresor de anchura de pulso modulada de la presente invención presenta un cierto número de ventajas. Debido a que la capacidad instantánea del sistema se regula fácilmente mediante el control del ciclo de servicio variable, puede utilizarse un compresor de gran tamaño para alcanzar una caída de temperatura más rápida en el arranque y posterior eliminación de escarcha sin generar ciclos cortos como sucedería con los sistemas de compresores convencionales. Otro beneficio de la presente invención es que el sistema puede responder rápidamente a cambios súbitos en la temperatura del condensador o en los puntos de definición de la temperatura. El controlador ajusta la capacidad en respuesta a perturbaciones sin producir oscilaciones inestables y sin sobreimpulsos significativos. Esta capacidad es de particular ventaja en aplicaciones que involucran el enfriamiento de carcasas de despliegue en las que permite un control de temperatura mucho más estrecho dentro de la carcasa, haciendo posible por lo tanto que la definición de la temperatura se sitúe a un nivel más alto sin preocuparse de oscilaciones cíclicas en la temperatura que excedan las temperaturas que se consideran seguras para los artículos particulares contenidos en su interior.

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Reivindicaciones:

1. Un compresor modulado en capacidad que comprende:

un mecanismo de compresión (10; 54; 144; 90) dispuesto dentro de una carcasa, teniendo dicho mecanismo de compresión una cámara de compresión (32, 34; 74; 166, 168) en su interior , una entrada de succión (40; 82; 186) para suministrar gas de succión a dicha cámara de compresión y un miembro móvil (28, 30; 72; 154) operativo para variar el volumen de dicha cámara de compresión, donde el mecanismo de compresión está dispuesto entre un paso de descarga y la entrada de succión;

una fuente de alimentación (16, 20; 58; 148) conectada operativamente para efectuar el movimiento de dicho miembro móvil para de esa forma comprimir el gas extraído dentro de dicha cámara de compresión a través de dicha entrada de succión;

una válvula (48; 84; 190; 102) operable entre posición abierta y cerrada para permitir y evitar cíclicamente el flujo de gas de succión dentro de dicha cámara de compresión; y aparato de control (50, 52; 86, 88; 92, 94; 192, 194) para accionar dicha válvula entre dichas posiciones abierta y cerrada;

caracterizado porque dicha válvula (48; 84; 190; 102) está dispuesta dentro de dicha carcasa y entre dicha entrada de succión y la cámara de compresión, y porque dicho aparato de control (50, 52; 86, 88; 92, 94; 192, 194) es operativo para dar un ciclo a dicha válvula (48, 84, 190; 102) durante una duración de tiempo de ciclo menor de un minuto.

2. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en la reivindicación 1, donde dicha válvula (48; 84; 190; 102) es una válvula bidireccional.

3. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha fuente de alimentación continúa ejerciendo movimiento de dicho miembro móvil a medida que dicha válvula es sometida a un ciclo entre dichas posiciones abierta y cerrada.

4. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha fuente de alimentación (16, 20; 58; 148) comprende un motor eléctrico, y dicho módulo de control opera para variar un parámetro operativo de dicho motor eléctrico cuando dicha válvula está en dicha posición cerrada de manera que mediante ello se mejore la eficiencia operativa de dicho motor.

5. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en la reivindicación 4, donde dicho parámetro de operación de dicho motor se varía en un período de tiempo predeterminado después de que dicha válvula (48; 84; 190; 102) se mueve a dicha posición cerrada.

6. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho mecanismo de compresión (10) es un compresor de pistón reciprocante (10) que incluye una pluralidad de pistones (28, 30) y cilindros (32, 34), siendo operativa dicha válvula para evitar el flujo de gas de succión a todos los dichos cilindros.

7. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho mecanismo de compresión incluye un pistón (28, 30) dispuesto de forma reciprocante en un cilindro (32, 34), o un rotor de compresión (72) y un álabe (78) dispuesto en un cilindro, o miembros de espiral intercalados (154, 156) que definen bolsas de fluido móvil.

8. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho mecanismo de compresión comprime aire.

9. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho tiempo de ciclo y dicha duración de tiempo varían en respuesta a una condición de operación detectada.

10. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde al menos uno de dicho tiempo de ciclo y de duración de tiempo de dicha válvula (48; 84; 190; 102) está en dicha posición cerrada y se varía en respuesta a una condición de operación detectada.

11. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha válvula (48; 84; 190; 102) es accionada por un fluido presurizado.

12. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en la reivindicación 11, que comprende adicionalmente una válvula de control adaptada para controlar un flujo de dicho fluido presurizado hacia dicha válvula (48; 84; 190; 102).

5 13. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en la reivindicación 12, donde dicha válvula de control es una válvula solenoide (106).

14. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en las reivindicaciones 11, 12 o 13, donde dicho fluido presurizado es suministrado desde dicho mecanismo de compresión.

15. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicho aparato de control opera para variar un parámetro de operación de dicha fuente de alimentación (16, 20; 58; 148) cuando dicha válvula (48; 84; 190; 102) está en dicha posición cerrada.

15 16. Un compresor modulado en capacidad tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dicha válvula (48; 84; 190; 102) está dispuesta en dicha ruta del flujo de gas de succión entre dicha fuente de alimentación (16, 20; 58; 148) y dicho mecanismo de compresión (10; 54; 144; 90).


 

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