Sistema de diagnóstico y protección de compresor.

Un sistema que comprende:

un compresor (10) utilizable en un circuito de refrigeración (11) y que incluye un motor (32);



un sensor de corriente (66) dispuesto para detectar la corriente suministrada a dicho motor (32); y

un sensor de temperatura de la línea de descarga (68) dispuesto para detectar la temperatura de la línea de descarga de dicho compresor; y

circuitería de procesamiento (70) dispuesta para recibir datos de corriente procedentes de dicho sensor de corriente para determinar una temperatura del condensador, estando dispuesta dicha circuitería de procesamiento (70) para usar dichos datos de temperatura del condensador y temperatura de la línea de descarga procedentes de dicho sensor de temperatura de la línea de descarga para determinar una temperatura del evaporador, y estando dispuesta dicha circuitería de procesamiento (70) para usar dicha temperatura del condensador y dicha temperatura del evaporador para determinar una capacidad del compresor.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12182243.

Solicitante: EMERSON CLIMATE TECHNOLOGIES, INC.

Inventor/es: PHAM, HUNG, M..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F04C28/00 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). › Control de, vigilancia de, o dispositivos de seguridad para, bombas o instalaciones de bombeo especialmente adaptadas para fluidos compresibles.
  • F25B1/00 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). › 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).
  • F25B1/04 F25B […] › 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).
  • F25B41/00 F25B […] › Circulación del fluido, p. ej. para la transmisión del líquido del evaporador al hervidor (bombas en sí , empaquetaduras para ello F04).
  • F25B49/00 F25B […] › Disposición o montaje de los dispositivos de control o de seguridad (comprobación de los refrigeradores G01M; control en general G05).
  • F25B7/00 F25B […] › Máquinas, instalaciones o sistemas por compresión que funcionan en cascada, es decir, con dos o más circuitos, el calor del condensador de un circuito es absorbido por el evaporador del circuito siguiente (F25B 9/00 tiene prioridad).
  • F25D9/00 F25 […] › F25D REFRIGERADORES; CAMARAS FRIGORIFICAS; NEVERAS; APARATOS DE ENFRIAMIENTO O CONGELACION NO CUBIERTOS POR NINGUNA OTRA SUBCLASE (escaparates refrigerados A47F 3/04; recipientes con aislamiento térmico para uso doméstico A47J 41/00; vehículos frigoríficos, véanse las subclases apropiadas correspondientes a las clases B60 - B64; recipientes con aislamiento térmico en general B65D 81/38; 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; recipientes con aislamiento térmico para gases licuados o solidificados F17C; acondicionamiento o humidificación del aire F24F; máquinas, instalaciones o sistemas frigoríficos F25B; enfriamiento sin refrigeración de los instrumentos o aparatos similares G12B; enfriamiento de motores o bombas, véanse las clases apropiadas). › Dispositivos no asociados con maquinaria de refrigeración y no cubiertos por los grupos F25D 1/00 - F25D 7/00; Combinaciones de los dispositivos comprendidos en dos o más de los grupos F25D 1/00 - F25D 7/00.

PDF original: ES-2523290_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de diagnóstico y protección de compresor.

CAMPO

Las presentes enseñanzas se refieren a compresores, y más particularmente, a un sistema de diagnóstico mejorado para uso con un compresor.

ANTECEDENTES

Pueden usarse compresores en una amplia variedad de aplicaciones industriales y residenciales para hacer circular refrigerante dentro de un sistema de refrigeración, de bomba de calor, HVAC, o enfriador (genéricamente "sistemas de refrigeración") para proporcionar un efecto de calentamiento o enfriamiento deseado. En cualquiera de las 15 aplicaciones precedentes, el compresor deberla proporcionar un funcionamiento consistente y eficiente para asegurar que la aplicación particular (es decir, el sistema de refrigeración, de bomba de calor, HVAC, o enfriador) funcione correctamente.

Los sistemas residenciales de acondicionamiento de aire y refrigeración pueden incluir un dispositivo de protección 20 que desconecta intermitentemente el sistema, lo cual causará Incomodidad a un propietario, teniendo como resultado finalmente una visita al hogar por parte de una persona de servicio para reparar una avería en el sistema. El dispositivo de protección puede apagar el compresor cuando se detecta un fallo o avería particular para proteger de daños el compresor. Además, los dispositivos de protección también pueden detectar una presión dentro del compresor o entre el compresor y los componentes del sistema asociados (es decir, evaporador, condensador, etc.) 25 con el fin de apagar el compresor para evitar daños tanto al compresor como a los componentes del sistema si se sobrepasan los límites de presión.

Los tipos de fallos que pueden causar preocupaciones de protección incluyen fallos eléctricos, mecánicos y del sistema. Los fallos eléctricos tienen un efecto directo sobre el motor eléctrico del compresor mientras que los fallos 30 mecánicos generalmente incluyen cojinetes defectuosos o piezas rotas. Los fallos mecánicos a menudo suben la temperatura interna de los componentes respectivos a niveles elevados, causando así mal funcionamiento del, o posible daño al compresor.

Los fallos del sistema pueden atribuirse a condiciones del sistema tales como un nivel adverso del fluido dispuesto 35 dentro del sistema o a una condición de flujo bloqueado externa al compresor. Tales condiciones del sistema puede subir una temperatura o presión interna del compresor a niveles elevados, dañando así el compresor y causando ineficiencias o averías del sistema. Para evitar daños o averías del sistema y el compresor, el compresor puede ser apagado por el sistema de protección cuando se da alguna de las condiciones anteriormente mencionadas.

Los sistemas de protección convencionales típicamente detectan parámetros de temperatura y/o presión como conmutadores discretos e interrumpen el suministro eléctrico al motor si se experimenta un umbral de temperatura o presión predeterminado. Los parámetros que se monitorizan típicamente en un compresor incluyen la temperatura del devanado del motor, la temperatura de los arrollamientos en espiral o espirales (para un compresor de tipo de espiral), la presión en la descarga, la corriente eléctrica que va al motor, y una condición de sobrecarga continua del 45 motor. Además, también pueden monltorlzarse parámetros del sistema tales como una avería del ventilador, pérdida de carga, o un orificio bloqueado para evitar daños al compresor y el sistema. Se requiere típicamente una pluralidad de sensores para medir y monitoñzar los diversos parámetros de funcionamiento del sistema y el compresor. Típicamente, cada parámetro medido constituye un sensor individual, creando así un complejo sistema de protección en el que se emplean muchos sensores.

Las disposiciones de protección más comunes para sistemas de refrigeración residencial emplean disyuntores de alta/baja presión y una pluralidad de sensores para detectar parámetros de funcionamiento individuales del compresor y el sistema. Los sensores producen y envían una señal indicativa de los parámetros de funcionamiento del compresor y/o el sistema a la circuitería de procesamiento de manera que la circuitería de procesamiento puede 55 determinar cuándo apagar el compresor para evitar daños. Cuando el compresor o el sistema experimenta una condición desfavorable, la circuitería de procesamiento ordena a los disyuntores que apaguen el compresor.

Se requiere que los sensores asociados con los sistemas convencionales detecten rápidamente y con exactitud fallos particulares experimentados por el compresor y/o el sistema. Sin una pluralidad de sensores, los sistemas 60 convencionales simplemente apagarían el compresor cuando se experimenta una carga o corriente umbral predeterminada, requiriendo así que el propietario o la persona de servicio realice muchas pruebas para diagnosticar correctamente la causa del fallo antes de arreglar el problema. De esta manera, los dispositivos de protección

convencionales no indican con precisión el fallo particular y, por lo tanto, no pueden usarse como herramienta de diagnóstico.

RESUMEN

Según la presente invención, se proporciona un sistema tal como se define en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen realizaciones preferidas adicionales de la invención.

Áreas de aplicabilidad adicionales de las presentes enseñanzas resultarán evidentes a partir de la descripción 10 detallada proporcionada en lo sucesivo. Debería entenderse que la descripción detallada y los ejemplos específicos están pensados con fines de ilustración únicamente y no están pensados para limitar el ámbito de las enseñanzas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las presentes enseñanzas se entenderán más plenamente a partir de la descripción detallada y los dibujos adjuntos, en los que:

La fig. 1 es una vista en perspectiva de un compresor de acuerdo con los principios de las presentes enseñanzas;

la fig. 2 es una vista de la sección transversal del compresor de la fig. 1 que incorpora un sistema de protección de acuerdo con los principios de las presentes enseñanzas;

la fig. 3 es una vista de la sección transversal del compresor de la fig. 1 que incorpora un sistema de protección de acuerdo con los principios de las presentes enseñanzas;

la fig. 4 es una vista de la sección transversal de un compresor que incorpora un sistema de protección de acuerdo con las presentes enseñanzas;

la fig. 5 es una representación gráfica de recalentamiento de descarga frente a recalentamiento de aspiración;

la fig. 6 es una representación gráfica que muestra la temperatura de la línea de descarga debida a la temperatura de aspiración incrementada;

la fig. 7 es una representación gráfica que muestra que una temperatura de la línea de descarga incrementada 35 refleja un descenso rápido en la presión de aspiración;

la fig. 8 es una representación gráfica que muestra tres fases de la operación de compresión; arranque, estado cuasi estacionario, y estado estacionario;

la fig. 9 es una representación esquemática del sistema de protección de la fig. 2;

la fig. 10 es un diagrama de flujo que representa un algoritmo de control del lado de alta presión para el sistema de protección de la fig. 9;

la fig. 11 es un diagrama de flujo que representa un algoritmo de control del lado de baja presión para el sistema de protección de la fig. 9;

la fig. 12 es una representación gráfica de una respuesta del sensor del lado de baja presión tal como se representa por la temperatura de la línea de descarga del compresor bajo una condición normal frente a una condición de baja 50 carga de refrigerante;

la fig. 13 es una representación gráfica de cómo podrían ser detectados diferencialmente otros modos de fallo mediante un sensor de temperatura de la línea de descarga dentro del periodo de los primeros 30-60 segundos frente a periodos de tiempo más prolongados después del arranque del compresor;

la fig. 14 es una representación gráfica de un fallo del lado de alta presión basada en que el valor de la corriente medida es relativamente más alto que el nominal;

la fig. 15 es una representación gráfica de modos de funcionamiento para un compresor;

la fig. 16 es un esquema del compresor de la fig. 1 incorporado dentro de un sistema de bomba de calor;

la fig. 17 es una representación esquemática de un sistema de monitorización de eficiencia incorporado dentro de una red;

la fig. 18 es un diagrama de flujo que representa un árbol de fallos para uso con el sistema de protección de la fig. 9; 5

la fig. 19 es una representación gráfica de potencia del compresor... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema que comprende:

un compresor (10) utilizable en un circuito de refrigeración (11) y que incluye un motor (32) ; 5

un sensor de corriente (66) dispuesto para detectar la corriente suministrada a dicho motor (32) ; y

un sensor de temperatura de la línea de descarga (68) dispuesto para detectar la temperatura de la línea de descarga de dicho compresor; y 10

circuitería de procesamiento (70) dispuesta para recibir datos de corriente procedentes de dicho sensor de corriente para determinar una temperatura del condensador, estando dispuesta dicha circuitería de procesamiento (70) para usar dichos datos de temperatura del condensador y temperatura de la línea de descarga procedentes de dicho sensor de temperatura de la línea de descarga para determinar una temperatura del evaporador, y estando 15 dispuesta dicha circuitería de procesamiento (70) para usar dicha temperatura del condensador y dicha temperatura del evaporador para determinar una capacidad del compresor.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha circuitería de procesamiento (70) está dispuesta para usar dicha temperatura del condensador y dicha temperatura del evaporador para determinar una 20 eficiencia del compresor.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha circuitería de procesamiento (70) está dispuesta para usar dicho valor de temperatura del condensador y dichos datos de temperatura de la línea de descarga para determinar un recalentamiento de descarga. 25

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha circuitería de procesamiento (70) está dispuesta para determinar un recalentamiento de aspiración basándose en dicho recalentamiento de descarga y una temperatura ambiente.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha circuitería de procesamiento está dispuesta para determinar una capacidad neta del serpentín del evaporador basándose en dicha capacidad del compresor, en el que dicha capacidad neta del serpentín del evaporador es un ajuste de dicha capacidad del compresor, en el que dicho ajuste está basado en dicho recalentamiento de aspiración.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha circuitería de procesamiento está dispuesta para recibir datos de corriente y voltaje procedentes de dicho compresor (10) , un ventilador del condensador (86) y un ventilador del evaporador (84) para determinar una utilización de potencia global del sistema basándose en la suma de la potencia de cada uno de dicho compresor, dicho ventilador del condensador y dicho ventilador del evaporador, estando dispuesta dicha circuitería de procesamiento para determinar una eficiencia del 40 sistema basándose en dicha utilización de potencia global del sistema y dicha capacidad neta del serpentín del evaporador.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicha eficiencia del sistema se determina una vez que el sistema está en estado estacionario. 45

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el estado estacionario es después de que dicho compresor haya estado en marcha durante diez minutos.

9. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además 50 al menos uno de un ordenador portátil, un asistente de datos personal y un teléfono celular (71) .

10. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además un controlador de sistema (55) en comunicación con dicha circuitería de procesamiento.


 

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