Sistema de acondicionamiento de aire que comprende un compresor helicoidal con modulación continua de la capacidad.

Un sistema de acondicionamiento de aire que comprende:

un compresor helicoidal (10),

incluyendo dos elementos helicoidales (14, 16), con volutas engranadas (18, 20), pudiendo trabajar dicho compresor (10) de forma selectiva entre una capacidad mínima y una capacidad máxima;

una electroválvula (164) en comunicación con dicho compresor (10) y dispuesto para realizar ciclos de dicho compresor (10) entre dicha capacidad mínima y dicha capacidad máxima en un tiempo de ciclo variable;

un primer extractor (410, 412);

un sensor ambiental del exterior (188);

un sensor de la conducción de líquido (188);

un controlador (190) que se encuentra comunicado con: dicha electroválvula (164), dicho sensor ambiental del exterior (188), dicho sensor de la conducción de líquido (188) y una compañía distribuidora de energía; estando dispuesto dicho controlador para recibir una señal de reducción de carga procedente de dicha compañía distribuidora de energía, dicho sensor ambiental del exterior (188) o dicho sensor de la conducción de líquido

15 (188); estando dispuesto dicho controlador (190) para operar dicho compresor helicoidal (10) a su capacidad máxima hasta que el controlador reciba dicha señal de reducción de carga;

estando dispuesto dicho controlador (190) para controlar dicha electroválvula (164), usando la modulación de anchura de impulsos, así como para realizar continuamente ciclos de dicho compresor (10) entre dicha capacidad mínima y dicha capacidad máxima en un ciclo de trabajo en respuesta a dicha señal de reducción de carga;

estando dispuesto dicho controlador (190), una vez recibida dicha señal de reducción de carga, para disminuir la velocidad de dicho primer extractor (410, 412) en proporción al ciclo de trabajo del compresor.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04001323.

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: PHAM, HUNG, M..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F04C14/18 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES.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 14/00 Control de, vigilancia de, o dispositivos de seguridad para, máquinas, bombas o instalaciones de bombeo (de bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles F04C 28/00). › caracterizados por variar el volumen de la cámara de trabajo (cambiando las posiciones de las aperturas de admisión o escape F04C 14/10).
  • F04C18/02 F04C […] › F04C 18/00 Bombas de pistón rotativo especialmente adaptadas para fluidos compresibles (con anillo de fluido o similar F04C 19/00; bombas de pistón rotativo en las cuales el fluido energético es desplazado exclusivamente por uno o más pistones con movimiento alternativo F04B). › de tipo engrane en arco, es decir, con movimiento de translación circular de los órganos cooperantes, teniendo cada órgano el mismo número de dientes o dientes equivalentes.
  • F04C23/00 F04C […] › Combinaciones de dos o más bombas, siendo cada una del tipo de pistón rotativo u oscilante, especialmente adaptadas para fluidos compresibles; Instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles; Bombas de etapas múltiples especialmente adaptadas para fluidos compresibles (F04C 25/00 tiene prioridad).
  • F04C28/00 F04C […] › Control de, vigilancia de, o dispositivos de seguridad para, bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles.
  • F04C28/08 F04C […] › F04C 28/00 Control de, vigilancia de, o dispositivos de seguridad para, bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles. › caracterizados por variar la velocidad de rotación.
  • F04C28/10 F04C 28/00 […] › caracterizados por cambiar las posiciones de las aperturas de admisión o escape con respecto a la cámara de trabajo.
  • F04C28/14 F04C 28/00 […] › empleando válvulas rotativas.
  • F25B1/04 F […] › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › F25B 1/00 Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión con ciclo irreversible (F25B 3/00, F25B 5/00, F25B 6/00, F25B 7/00, F25B 9/00 tienen prioridad). › con compresor de tipo rotativo (F25B 1/10 tiene prioridad).
  • F25B1/047 F25B 1/00 […] › del tipo de tornillo.
  • F25B31/00 F25B […] › Disposiciones de los compresores (compresores en sí F04).
  • F25B49/02 F25B […] › F25B 49/00 Disposición o montaje de los dispositivos de control o de seguridad (comprobación de los refrigeradores G01M; control en general G05). › para máquinas, instalaciones o sistemas del tipo de compresión.

PDF original: ES-2383681_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema de acondicionamiento de aire que comprende un compresor helicoidal con modulación continua de la capacidad.

La presente invención se refiere de forma general a compresores helicoidales, y más específicamente a sistemas de modulación continua de la capacidad de la aspiración retardada para tales compresores.

El control del límite de demanda punta en verano de las compañías suministradoras de energía ha constituido históricamente la motivación impulsora de la necesidad de una reducción de carga para compresores de refrigeración. El procedimiento tradicional utilizado para la reducción de carga ha sido que el termostato ambiente realizara un ciclo de marcha/parada del sistema de acondicionamiento de aire, del orden de cada 15 minutos. Los inconvenientes de este procedimiento son que el coste del hardware de control y comunicación para implantar este sistema es mayor que los ahorros de la gestión por parte de la demanda, y la comodidad facilitada por el sistema queda reducida debido a los largos ciclos de parada. Otro enfoque que están utilizando las compañías suministradoras de energía es el empleo de sistemas de acondicionamiento de aire de velocidad variable que puedan modular la capacidad y la potencia de forma continua, bajando aproximadamente hasta un 75%-80% de capacidad. Ahora bien, no solamente resultan caros los convertidores de velocidad variable, sino que también reducen la calidad del suministro de energía debido a los armónicos, yendo de esta manera en contra de los intereses originales de las compañías suministradoras de energía. Otra opción es un compresor de dos etapas que utilice un motor de dos velocidades o un motor reversible, pero estos sistemas tienen una capacidad limitada ya que el motor ha de quedar parado durante 1-2 minutos entre los cambios de velocidad, si se quiere asegurar la fiabilidad. Una posibilidad de conseguir esta reducción de presión es el empleo de un compresor de capacidad modulada.

Se han desarrollado gran variedad de sistemas para conseguir la modulación de capacidad para los compresores de refrigerante, la mayoría de los cuales retrasan el punto de sellado inicial de las bolsas móviles de fluido definidas por los elementos de la hélice. En una de las formas, esos sistemas utilizan corrientemente un par de pasajes de purga que establecen una comunicación entre la presión de aspiración y la pareja más exterior de bolsas de fluido móviles. Estos conductos se abren normalmente dentro de las bolsas de fluido móviles en una posición dentro de 360º del punto de sellado de los extremos exteriores de las volutas. Algunos sistemas utilizan un elemento de válvula independiente para cada uno de estos pasajes de purga. Está previsto que los elementos de válvula se accionen de forma simultánea para asegurar un equilibro de presiones entre las dos bolsas de fluido. En otros sistemas se emplean pasajes adicionales para poner en comunicación fluida los dos pasajes de purga, permitiendo de esta manera el empleo de una única válvula para controlar la modulación de capacidad.

Más recientemente se ha desarrollado un sistema de modulación de capacidad para compresores helicoidales, de tipo de aspiración retardada, en el que hay un anillo de válvula soportado de forma móvil en el elemento helicoidal no orbitante. Hay un pistón de actuación que trabaja para girar el anillo de válvula con respecto al elemento helicoidal no orbitante, abriendo y cerrando de esta manera de forma selectiva uno más pasajes de purga que comunican con los sectores de las bolsas de fluido móviles, purgando de esta manera las bolsas con la aspiración. Un compresor de tipo helicoidal que incluye este tipo de sistema de modulación de capacidad se describe en las patente de los Estados Unidos números 5.678.985 y 6.123.517. En estos sistemas de modulación de capacidad, el pistón de actuación es accionado por presión fluida controlada por una electroválvula. En una versión de este diseño la electroválvula y el suministro de fluido a presión y los conductos de purga están posicionados en el exterior de la carcasa del compresor. En otra versión de este diseño, la electroválvula esta posicionada en el exterior de la carcasa del compresor, pero el suministro de fluido a presión y los conductos de purga están situados en el interior de la carcasa del compresor.

La patente de los Estados Unidos 6.047.557 describe la rotura del sellado entre las hélices para prevenir cualquier compresión y funcionamiento cíclico entre un ciclo al 0% y un ciclo al 100%. El compresor helicoidal tiene un controlador que controla una electroválvula en un modo de modulación de amplitud de impulsos para proporcionar el ciclo de trabajo.

El objeto de la presente invención es resolver el dilema entre el control del límite de demanda y la comodidad y la fiabilidad del sistema. Los sistemas de modulación de la capacidad tratados con anterioridad proporcionan un compresor helicoidal de dos etapas, que puede ser descargado para trabajar a aproximadamente al 65% de capacidad utilizando un mecanismo solenoide. Este mecanismo solenoide se puede activar directamente mediante el termostato ambiente o se puede activar mediante un módulo de control del sistema. El estado de capacidad mínima, al que se hace referencia como aproximadamente el 65%, se puede designar en realidad para que sea un porcentaje diferente si se quiere. El solenoide puede ser "conmutado en marcha" con precisión, ofreciendo de este modo un control continuo de la capacidad entre la capacidad mínima (es decir el 65%) y la capacidad máxima (100%) mediante el control de la modulación de la amplitud de impulsos, proporcionando así un buen equilibrio entre reducción de la demanda máxima y la comodidad.

La solución de control de la presente invención consiste en un compresor de dos etapas con su solenoide de descarga integral y con un módulo de control mediante modulación de amplitud de impulsos (PWM) , con una lógica de software que puede controlar el ciclo de trabajo del solenoide basándose en una señal de comunicación exterior procedente de la compañía distribuidora de energía, una señal del termostato y la temperatura ambiente exterior. El ciclo de trabajo también se puede controlar basándose en un sensor de carga, que puede ser, o bien un sensor de temperatura, de presión, de tensión, o un sensor de corriente situado dentro del sistema de corriente alterna, que da una indicación del estado de funcionamiento con máxima carga del compresor. El motor del compresor permanece continuamente conectado a la energía durante los ciclos de trabajo del solenoide. Además, se pueden reducir también las velocidades de los ventiladores del evaporador y del condensador, en proporción al ciclo de trabajo del compresor, con el fin de incrementar al máximo la comodidad y el rendimiento del sistema.

La invención se define en las reivindicaciones.

Ventajas y características adicionales de la presente invención se harán patentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas, consideradas junto con los dibujos que se acompañan.

En los dibujos que ilustran el mejor modo considerado actualmente para hacer realidad la presente invención:

la Figura 1 es una vista parcialmente seccionada de un compresor de tipo helicoidal que incorpora el sistema de modulación continua de capacidad objeto de la presente invención;

la Figura 2 es una vista parcial del compresor de la Figura 1, mostrando el anillo de válvula en posición cerrada o no modulada;

la Figura 3 es una vista en planta del compresor representado en la Figura 1, con la parte superior de la carcasa exterior retirada la Figura 4 es una vista ampliada mostrando una parte de un anillo de válvula modificado;

la Figura 5 es una vista en perspectiva del anillo de válvula incorporado en el compresor de la Figura 1;

las Figuras 3 y 7 son vistas en sección del anillo de válvula de la Figura 4, estando dadas las secciones a lo largo de las líneas 6-6 y 7-7, respectivamente;

la Figura 8 es una vista en sección parcial mostrando el conjunto de hélice que forma parte del compresor de la Figura 1, estando dada la sección a lo largo de la línea 8-8 de aquélla;

la Figura 9 es una vista de detalle ampliada del conjunto de actuación incorporado en el compresor de la Figura 1;

la Figura 10 es una vista en perspectiva del compresor de la Figura 1, con partes de la carcasa exterior retiradas;

La Figura 11 es una vista en sección parcial del compresor de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de acondicionamiento de aire que comprende:

un compresor helicoidal (10) , incluyendo dos elementos helicoidales (14, 16) , con volutas engranadas (18, 20) , pudiendo trabajar dicho compresor (10) de forma selectiva entre una capacidad mínima y una capacidad 5 máxima;

una electroválvula (164) en comunicación con dicho compresor (10) y dispuesto para realizar ciclos de dicho compresor (10) entre dicha capacidad mínima y dicha capacidad máxima en un tiempo de ciclo variable;

un primer extractor (410, 412) ;

un sensor ambiental del exterior (188) ;

un sensor de la conducción de líquido (188) ;

un controlador (190) que se encuentra comunicado con: dicha electroválvula (164) , dicho sensor ambiental del exterior (188) , dicho sensor de la conducción de líquido (188) y una compañía distribuidora de energía; estando dispuesto dicho controlador para recibir una señal de reducción de carga procedente de dicha compañía distribuidora de energía, dicho sensor ambiental del exterior (188) o dicho sensor de la conducción de líquido

15 (188) ;

estando dispuesto dicho controlador (190) para operar dicho compresor helicoidal (10) a su capacidad máxima hasta que el controlador reciba dicha señal de reducción de carga;

estando dispuesto dicho controlador (190) para controlar dicha electroválvula (164) , usando la modulación de anchura de impulsos, así como para realizar continuamente ciclos de dicho compresor (10) entre dicha capacidad mínima y dicha capacidad máxima en un ciclo de trabajo en respuesta a dicha señal de reducción de carga;

estando dispuesto dicho controlador (190) , una vez recibida dicha señal de reducción de carga, para disminuir la velocidad de dicho primer extractor (410, 412) en proporción al ciclo de trabajo del compresor.

2. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, comprendiendo además un sensor (188, 430,

25 432, 434, 436, 438) conectado a dicho controlador (190) , que detecta una situación que indique que dicho compresor (10) está trabajando a su capacidad de carga máxima.

3. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende además un sensor de presión (430) conectado a dicho controlador (190) .

4. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, en el que dicho sistema de acondicionamiento 30 de aire comprende además un sensor de temperatura (188, 436, 438) conectado a dicho controlador (190) .

5. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 4, en el que dicha condición es una temperatura del refrigerante en dicho sistema de acondicionamiento de aire.

6. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 5, en el que dicho sistema de acondicionamiento

de aire comprende además un serpentín interior (404) y dicha temperatura de dicho refrigerante es una 35 temperatura de refrigerante en un conducto (418) entre dicho compresor y dicho serpentín interior (404) .

7. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 5, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende además un serpentín interior (404) y un serpentín exterior (414) , siendo dicha temperatura de dicho refrigerante una temperatura de refrigerante en un conducto (418) entre dicho serpentín interior y dicho serpentín exterior.

8. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 5, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende además un condensador (414) , siendo dicha temperatura de dicho refrigerante una temperatura de refrigerante del aire ambiente.

9. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 4, en el que dicha condición es una temperatura del aire ambiente.

45 10. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 4, en el que dicho sistema acondicionador de aire comprende, además, un motor que tiene unos arrollamientos de motor (32, 34) , siendo dicha condición una temperatura de dicho arrollamiento del motor.

11. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación1, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende, además, una conexión a Internet, siendo suministrada dicha señal exterior procedente de la 50 compañía suministradora de electricidad a través de dicha conexión de Internet.

12. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende, además, un termostato (402) conectado a dicho controlador (190) , siendo suministrada dicha señal de reducción de carga exterior de la compañía distribuidora de electricidad a dicho termostato (402) .

13. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, en el que dicho controlador (190) vigila una condición de funcionamiento y compara dicha condición de funcionamiento con un valor de consigna para determinar un valor de error, determinándose dicho tiempo de ciclo variable, de forma adaptativa, en base a dicho valor.

14. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende además un evaporador (404) , estando asociado dicho primer extractor (412) con dicho evaporador (404) .

15. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, en el que dicho sistema de acondicionamiento de aire comprende además un condensador (414) , estando asociado dicho primer extractor (410) con dicho condensador (414) .

16. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, que comprende además un segundo extractor (412) , estando asociado dicho primer extractor (410) con un condensador (414) y estando asociado dicho segundo extractor (412) con un evaporador (404) .

17. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 16, en el que dicho controlador (190) reduce la velocidad de dichos primer y segundo extractors (410, 412) en proporción al ciclo de trabajo de dicho 20 compresor (10) .

18. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 1, que comprende además un elemento de válvula (50) móvil con relación a dichos miembros helicoidales entre una primera posición que ocupa dicho compresor helicoidal (10) en dicho estado de capacidad máxima, y una segunda posición que ocupa dicho compresor helicoidal (10) en dicho estado de capacidad mínima, siendo accionable dicho elemento de válvula (50) mediante dicha electroválvula (164) .

19. El sistema de acondicionamiento de aire según la reivindicación 18, en el que dicho elemento de válvula es un anillo de válvula (50) .


 

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