Controlador digital para la unidad de condensación de un compresor de espiral.

Un sistema de refrigeración que comprende:

una pluralidad de alojamientos (42a,

b, c; 242a, b, c);

una pluralidad de evaporadores (54, 254) respectivamente dispuestos en dicha pluralidad de alojamientos (42a, b, c; 242a, b, c);

un condensador (46, 246) acoplado en comunicación fluida con dicha pluralidad de evaporadores;

un compresor (44, 244) acoplado en comunicación fluida con dicha pluralidad de evaporadores y dicho condensador, siendo dicho compresor un compresor de capacidad variable modulada por ancho de pulso; y

una pluralidad de sensores de temperatura (174a, b, c) dispuestos en su respectiva dicha pluralidad de alojamientos, pudiendo funcionar dichos sensores de temperatura para leer una temperatura dentro de su respectiva dicha pluralidad de alojamientos;

caracterizado por que el sistema de refrigeración comprende:

una pluralidad de controladores de evaporador (300a, b, c), respectivamente, asociados con dicha pluralidad de evaporadores y conectados a dicha pluralidad de sensores de temperatura; y

un controlador del sistema (60) sensible a dicha pluralidad de sensores de temperatura, en comunicación con dicha pluralidad de controladores de evaporador, y acoplado a dicho compresor para proporcionar una señal de control de ciclo de trabajo variable a dicho compresor, por lo que dicho compresor se modula entre un primer estado de capacidad y un segundo estado de capacidad mientras se opera, para de ese modo ajustar la capacidad de funcionamiento de dicho compresor en base a una temperatura dentro de al menos una de dichos alojamientos para mantener una temperatura especificada en al menos uno de dichos alojamientos.

Controlador digital para la unidad de condensación de un compresor de espiral

La presente invención se refiere en general a un controlador para una unidad de condensación para un sistema de refrigeración o para otros sistemas de refrigeración. Más particularmente, la presente invención se refiere a una unidad de condensación que emplea un compresor de capacidad variable que está controlado por modulación por ancho de pulso utilizando una señal de ciclo de trabajo variable derivada a partir de uno o más sensores del sistema. El controlador de la unidad de condensación es capaz de controlar un solo evaporador o evaporadores de múltiples temperaturas similares o mixtas.

El documento WO 99/17066 describe un sistema en el que un controlador proporciona una señal de control de ciclo de trabajo variable a un compresor.

La presente invención está siendo descrita asociada con un sistema de refrigeración. Debe entenderse que la unidad de condensación de la presente invención podría utilizarse para cualquier otro sistema de refrigeración si se desea.

Convencionalmente, los sistemas de refrigeración para las carcasas de refrigeración han empleado condensadores refrigerados por aire o por agua alimentados por un bastidor de compresores. Los compresores están acoplados en paralelo de manera que se pueden conectar y desconectar por etapas para ajustar la capacidad del sistema de refrigeración a las exigencias de la carga. Por lo general, los compresores y condensadores se encuentran fuera del edificio en el techo o en una sala de máquinas adyacente al área donde se encuentran las carcasas de refrigeración.

Dentro de cada carcasa de refrigeración hay un evaporador alimentado por unas líneas de refrigerante de los condensadores a través de las cuales circula el refrigerante expandido para refrigerar la carcasa. Típicamente, un sistema de control en bucle cerrado regula el flujo de refrigerante a través de los evaporadores para mantener las temperaturas deseadas de las carcasas. Sistemas de control de bucle cerrado proporcional-integral-derivativo (PID) son populares para este propósito, con sensores de temperatura y/o de presión que proporcionan las entradas de condición detectada.

Es una práctica común en los puntos de venta utilizar sistemas separados para suministrar diferentes rangos de temperatura de refrigeración individual; baja temperatura (para alimentos congelados, helados, nominalmente -25 F); temperatura media (para la carne, los productos lácteos, nominalmente +20 F); y alta temperatura (para flores, productos agrícolas, nominalmente +35 a +40 F). Los sistemas de temperatura baja, media y alta separados están cada uno optimizado para sus respectivos rangos de temperatura. Normalmente, cada uno empleará su propio grupo de compresores y su propio conjunto de conductos de refrigerante hacia y desde los compresores, condensadores y evaporadores.

La disposición convencional, descrita anteriormente, es muy costosa de construir y mantener. Gran parte del coste está asociada a los largos recorridos de conducto de refrigerante. No sólo los largos recorridos de los conductos costosos en términos de costes de hardware y de instalación, sino que la cantidad de refrigerante necesaria para llenar los conductos es también un factor de coste significativo. Cuanto más largo sea el recorrido del conducto, más refrigerante requiere. A estos costes adicionales se agregan los factores ambientales. Eventualmente las conexiones tienen fugas, lo que permite que el refrigerante se escape a la atmósfera. Invariablemente, recorridos de conductos largos implican más juntas de conductos que potencialmente pueden tener fugas. Cuando se produce una fuga, cuanto mayor sea el recorrido de conducto, más refrigerante se pierde.

Una solución a los problemas anteriormente descritos se describe en la Patente U. S. 6.047.557. La solución presentada en la patente anterior es un sistema de refrigeración distribuido en el que el condensador está dispuesto en la carcasa de refrigeración y es atendido por un compresor especial modulado por ancho de pulsos que puede ser también dispuesto dentro de la carcasa. Si se desea, el condensador y el compresor pueden acoplarse para dar servicio a un grupo de carcasas de refrigeración adyacentes, teniendo cada carcasa su propio evaporador. Además, múltiples compresores, con al menos un compresor modulado por ancho de pulso, se pueden utilizar para manejar gran formación de carga del evaporador. Además, el condensador puede estar dispuesto en una carcasa con el evaporador para proporcionar un paquete autónomo, o puede estar dispuesto de forma remota, como en un sistema dividido. El compresor modulado por ancho de pulsos es accionado por un sistema de control que suministra una señal de control de ciclo de trabajo variable basada en la carga del sistema medido.

Mientras que el sistema de refrigeración y el compresor modulado por ancho de pulso descrito anteriormente han funcionado satisfactoriamente, el desarrollo continuo de estos sistemas se ha dirigido hacia el control de la capacidad del compresor, el condensador y otros componentes dentro de la unidad de condensación.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema de refrigeración según la reivindicación 1.

La presente invención se describirá adicionalmente a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques de una configuración de la técnica anterior de un sistema de refrigeración;

La figura 2 es un diagrama de bloques de una unidad de condensación o un sistema de refrigeración de acuerdo con un ejemplo útil para la comprensión de la presente invención;

La figura 3 es una vista en sección transversal de una realización de un compresor modulado por ancho de pulso que se muestra en el estado cargado;

La figura 4 es una vista en sección transversal del compresor de la figura 3, que se muestra en el estado descargado;

La figura 5 es una vista en sección transversal vertical del conjunto de émbolo mostrado en las figuras 3 y 4; La figura 6 es una vista superior en sección transversal de la espiral no en órbita que se muestra en las figuras 3 y 4;

La figura 7 es otro ejemplo de una unidad de condensación o sistema de refrigeración de acuerdo con un ejemplo útil para la comprensión de la presente invención;

La figura 8 es una vista esquemática que ilustra el controlador que se muestra en la figura 7;

La figura 9 es un diagrama de flujo para el sistema de control de la presente invención;

La figura 10 es una vista en planta de los controles para el controlador que se muestra en las figuras 7 y 8;

La figura 11 es una vista esquemática que ilustra un controlador de carcasa y controlador del sistema de acuerdo con la presente invención; y

La figura 12 es un diagrama de bloques del sistema de una unidad de condensación o sistema de refrigeración de acuerdo con una realización alternativa de la presente invención.

Haciendo referencia ahora a los dibujos en los que números de referencia iguales designan partes iguales o correspondientes en las diversas vistas, se muestra en la figura 1 un sistema de refrigeración convencional que se identifica generalmente por el número de referencia 10. El sistema de refrigeración 10 incluye una pluralidad de compresores 12 y un condensador 14 situado a distancia de una pluralidad de carcasas de refrigeración 16. En esta ilustración, los compresores 12 están configurados en un banco paralelo situado en una sala de máquinas o en un techo 18 de un edificio. Los compresores 12 abastecen al condensador 14 que puede ser refrigerado por aire o por agua. El condensador 14 suministra líquido refrigerador a un receptor 20. El receptor 20, a su vez, suministra refrigerante a las carcasas de refrigeración individuales 16, que están conectadas en paralelo, como se ilustra. En la mayoría de las implementaciones, una válvula solenolde de la línea de líquido 22 se utiliza para regular el flujo de refrigerante al evaporador asociado 24. El refrigerante se suministra al evaporador 24 a través de un dispositivo de expansión adecuado, tal como la válvula de expansión 26. La válvula de expansión 26 proporciona un orificio restringido que hace que el refrigerante líquido se atomice en gotitas líquidas que se introducen en el lado de entrada del evaporador 24. El evaporador 24, situado dentro de la carcasa de refrigerante 16, extrae calor de la carcasa 16 y su contenido por la vaporización de las gotitas de líquido en un gas. Los compresores 12 extraen este gas por succión y comprimen el gas. El gas comprimido a alta temperatura se enfría a continuación por el condensador 14 de nuevo en el... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de refrigeración que comprende:

una pluralidad de alojamientos (42a, b, c; 242a, b, c);

una pluralidad de evaporadores (54, 254) respectivamente dispuestos en dicha pluralidad de alojamientos (42a, b, c; 242a, b, c);

un condensador (46, 246) acoplado en comunicación fluida con dicha pluralidad de evaporadores; un compresor (44, 244) acoplado en comunicación fluida con dicha pluralidad de evaporadores y dicho condensador, siendo dicho compresor un compresor de capacidad variable modulada por ancho de pulso; y una pluralidad de sensores de temperatura (174a, b, c) dispuestos en su respectiva dicha pluralidad de alojamientos, pudiendo funcionar dichos sensores de temperatura para leer una temperatura dentro de su respectiva dicha pluralidad de alojamientos; caracterizado por que el sistema de refrigeración comprende:

una pluralidad de controladores de evaporador (300a, b, c), respectivamente, asociados con dicha pluralidad de evaporadores y conectados a dicha pluralidad de sensores de temperatura; y un controlador del sistema (60) sensible a dicha pluralidad de sensores de temperatura, en comunicación con dicha pluralidad de controladores de evaporador, y acoplado a dicho compresor para proporcionar una señal de control de ciclo de trabajo variable a dicho compresor, por lo que dicho compresor se modula entre un primer estado de capacidad y un segundo estado de capacidad mientras se opera, para de ese modo ajustar la capacidad de funcionamiento de dicho compresor en base a una temperatura dentro de al menos una de dichos alojamientos para mantener una temperatura especificada en al menos uno de dichos alojamientos.

2. El sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho controlador del sistema incluye un modo de operación manual y un modo de operación automática, recibiendo dicho controlador del sistema una entrada desde dichos controladores del evaporador y proporcionando una señal de control del ciclo de trabajo variable a dicho compresor.

3. El sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende además un sistema de inyección de vapor (158) para inyectar vapor en dicho compresor en una posición intermedia de una presión de succión y una presión de descarga, estando dicho controlador del sistema acoplado a dicho sistema de inyección de vapor para el control de la inyección de dicho vapor.

4. El sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un sensor de temperatura (222) para detectar una temperatura de dicho vapor a dicha presión de descarga, estando dicho controlador del sistema acoplado a dicho sensor de temperatura para controlar la inyección de dicho vapor en base a dicha temperatura de dicho vapor en dicha presión de descarga.

5. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un primer y un segundo ventilador de condensador (202, 204), estando dicho controlador del sistema acoplado a dichos ventiladores de condensador para controlar dichos ventiladores de condensador en base a una temperatura detectada por al menos uno de dichos sensores de temperatura, porcentaje de ciclo de trabajo, y un diferencial de presión mínimo calculado.

6. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho compresor comprime un gas entre una presión de succión y una presión de descarga, y dicho sistema de refrigeración comprende además una pluralidad de sensores de presión (176a, b, c) para la detección de dicha presión de succión, estando dichos controladores de evaporador acoplados respectivamente a dicha pluralidad de sensores de presión, dicho controlador del sistema que controla dicha capacidad de dicho compresor en base a una presión de succión y dicha temperatura dentro de al menos uno de dichos alojamientos.

7. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho compresor es un compresor de espiral.

8. El sistema de control del compresor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho compresor tiene dos elementos mecánicos (84, 90) separados por un sello, siendo dichos elementos mecánicos movibles entre sí para desarrollar presión de fluido y en el que dicho compresor incluye un mecanismo para romper selectivamente dicho sello en respuesta a dicha señal de control para alterar de ese modo dicha presión de fluido desarrollada, mientras permite que dichos elementos mecánicos mantengan el movimiento relativo sustancialmente constante entre sí.

9. El sistema de refrigeración de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho compresor es un compresor de espiral y dichos dos elementos mecánicos son elementos en espiral.

10. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho controlador del sistema determina una presión media de succión durante un período de tiempo especificado dentro de cada tiempo de ciclo de control.

11. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha

pluralidad de controladores de evaporador (300a, b, c) están dispuestos dentro de su respectiva dicha pluralidad de alojamientos (42a, b, c; 242a, b, c).

12. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho

controlador del sistema (60) recibe los valores de estado del sensor de temperatura y de carga de demanda a partir

de dicha pluralidad de controladores de evaporador (300a, b, c).

13. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada controlador de evaporación está configurado para realizar localmente control de la descongelación, control del

ventilador y control de la válvula de expansión electrónica.

14. El sistema de refrigeración de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de sensores de presión (176a, b, c) operables para proporcionar mediciones de la presión a los respectivos controladores del evaporador.