ES2220009T3 - Metodo para hacer funcionar un sistema de refrigeracion en regimen permanente. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para hacer funcionar un sistema de refrigeración en régimen permanente pone en marcha el sistema de refrigeración en el menor régimen de capacidad que todavía puede mantener el funcionamiento con límites aceptables de presión y de temperatura. Generalmente, el sistema busca minimizar el ciclo de funcionamiento y parada de compresor. El régimen más bajo se consigue estrangulando la aspiración del compresor y escalonando el funcionamiento del compresor desde un modo económico a normal y a un modo descargado mientras que garantiza el mantenimiento de la temperatura deseada de la caja. Se incorporan procedimientos de seguridad dentro del sistema para garantizar que el funcionamiento no traspasa los límites de presión de aspiración, presión de descarga y temperatura de descarga del compresor.

Description

Método para hacer funcionar un sistema de refrigeración en régimen permanente.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a un método para optimizar un esquema de control de un sistema de refrigeración durante el funcionamiento en régimen permanente. En particular, el método está dirigido a un sistema de refrigeración de contenedores.

Un sistema de refrigeración unido a un contenedor enfría los alimentos dentro del contenedor a una temperatura deseada. En el estado de régimen permanente, la capacidad de enfriamiento del sistema debe estar adaptada a la carga de refrigeración requerida para mantener un control estrecho de la temperatura. En cualquier instante dado, la capacidad de enfriamiento del sistema de refrigeración está determinada por las condiciones de funcionamiento del sistema que, a su vez, dependen de la temperatura ambiente, de la temperatura dentro del contenedor refrigerado, y de las características y modo de funcionamiento del compresor y otros componentes del sistema de refrigeración, tales como la válvula de modulación de succión, cambiadores de calor, etc. Por otra parte, la carga de refrigeración requerida es casi siempre una función de la temperatura ambiente, de la temperatura en el espacio refrigerado, de la carga de respiración del producto y del tamaño y características de aislamiento del contenedor.

Una vez que el sistema ha alcanzado, o por lo menos se ha aproximado a la temperatura deseada, es necesario ajustar continuamente la capacidad del sistema de refrigeración, mientras se mantiene el funcionamiento dentro de un margen predeterminado de la temperatura deseada.

El documento US-A-4 742 689 muestra un ejemplo de sistema de refrigeración en el que la carga en el compresor es variada de acuerdo con las condiciones y necesidades de enfriamiento, haciendo uso de varios bucles de derivación.

En el pasado, los controles asociados con los sistemas de refrigeración no han sido lo bastante sofisticados como para conseguir la capacidad reducida mientras se mantenía un funcionamiento fiable y de buen rendimiento energético del sistema con un control preciso de temperatura. En cambio, generalmente, los sistemas de refrigeración han efectuado simplemente un ciclo de encendido/apagado del compresor. A pesar de la simplicidad y sencillez de un control de encendido y apagado, muchos sistemas de refrigeración no pueden usar eficazmente este método debido a la imposibilidad de mantener un control estrecho de la temperatura en el espacio refrigerado. Además, este método ha tenido algunas veces problemas de fiabilidad con motores eléctricos y compresores, originados por sobrecarga mecánica y/o eléctrica debido al ciclo de encendido/apagado. Finalmente, en aplicaciones en las que existen condiciones de carga muy variables, este método da lugar a un pobre rendimiento energético.

La técnica anterior intentó conseguir un control estrecho de temperatura usando válvulas reductoras en las tuberías de succión, y componentes adicionales tales como descargadores de compresores, combinaciones de derivaciones, serpentines con tomas, motores de velocidad variable, múltiples compresores, y varias operaciones de los diversos sistemas para conseguir la capacidad reducida. Sin embargo, estas técnicas han resultado frecuentemente ser costosas o poco fiables; por tanto, todavía ha existido el deseo de conseguir un método más sofisticado de controlar la capacidad para optimizar el control del régimen permanente con respecto a la exactitud del control de temperatura, rendimiento energético y fiabilidad.

Resumen de la invención

Según la invención, se proporciona un método para hacer funcionar un compresor en un sistema de enfriamiento en funcionamiento de régimen permanente, como el reivindicado en la reivindicación 1.

En una realización descrita de esta invención, un algoritmo de control basado en un microprocesador intenta estructurar la configuración del ciclo de refrigeración de una manera que dé lugar a la mejor adaptación entre la carga de enfriamiento requerida y la capacidad disponible del sistema. La capacidad disponible del sistema se ajusta mediante varias etapas de control de capacidad y ajuste preciso mediante modulación continua de la válvula de reducción de succión. Se supervisan temperaturas elevadas, bajas presiones de succión y elevados límites de presión de descarga para asegurar el funcionamiento fiable. Se altera la lógica de control para mantener los límites de una manera que establezcan compromisos deseados entre rendimiento energético, fiabilidad y exactitud de control en todo el conjunto operativo.

Ahora se explicará detalladamente la presente invención; sin embargo, debe entenderse que muchas modificaciones del método detallado que se describe entrarán dentro del ámbito de esta invención, tal como se define en las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra esquemáticamente un sistema de refrigeración.

La Figura 2 es un diagrama de flujo de un método de funcionamiento en régimen permanente incluido en la presente invención.

Descripción detallada de una realización preferida

En la Figura 1 se ilustra un sistema de refrigeración 20 que tiene un compresor 22 que suministra un refrigerante a un condensador 24. El condensador 24 suministra refrigerante a un cambiador de calor economizador 26. Del cambiador de calor economizador, una parte del refrigerante pasa a un dispositivo de expansión 30 de evaporador y, después, al propio evaporador 32. Del evaporador 32, el refrigerante pasa a un dispositivo reductor de succión 34 y, después, vuelve al compresor 22. Como se sabe, éste es un sistema básico de refrigeración.

Como es sabido, una parte del fluido del condensador 24 se expande por el dispositivo de expansión economizador 44 y pasa a través del cambiador de calor economizador, y es devuelto al compresor a través de la válvula de cierre economizadora 28, en una abertura economizadora 42, si la válvula de cierre economizadora 28 está abierta. Una válvula de descarga 36, situada en la tubería de derivación 46, comunica la tubería economizadora 40 con la tubería de succión 38, y se abre selectivamente para reducir la capacidad en un estado descargado de funcionamiento. Esta posición de la válvula economizadora y de descarga se describe en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Número de Serie 09/114.395, titulada "Scroll Compressor with Unloader Valve Between Economizer and Suction", presentada el 13 de julio de 1998 y concedida el 7 de diciembre de 1999 como US 5.996.364.

Preferiblemente, el sistema de refrigeración 20 se usa para enfriar una caja contenedora para alojar un cargamento. Es decir, tal como se muestra, el aire de la caja se está suministrando contra el evaporador 32.

Un método para funcionamiento en régimen permanente del sistema de refrigeración 20 se ilustra en la Figura 2 en forma de diagrama de flujo.

Como se muestra, cuando se pone en marcha inicialmente el sistema, el contenedor está típicamente a una temperatura por encima de una temperatura deseada. Por tanto, se inicia un método de descenso de temperatura. El método de descenso de temperatura se describe mejor en la Solicitud de Patente de Estados Unidos Número de Serie 08/108.787, presentada el 2 de julio de 1998, concedida el 9 de mayo de 2000 como US 6.058.729, y titulada "Method of Optimizing Cooling Capacity, Energy Efficiency and Reliability of a Refrigeration System During Temperature Pull Down".

Cuando está en curso el descenso de temperatura, continúa un control para comparar la temperatura en el contenedor refrigerado o la temperatura de la caja con la temperatura deseada. Si las dos temperaturas no están dentro de un margen predeterminado entre sí, continúa el modo de descenso de temperatura. Sin embargo, en algún instante, la diferencia de temperaturas entre las temperaturas en la caja de contenedores estará dentro de un margen predeterminado de la temperatura deseada. En ese instante, el control entra en funcionamiento de régimen permanente.

El diagrama de flujo mostrado en la Figura 2 es una representación simplificada de un método de control bastante detallado. Partes seleccionadas de este método se pueden utilizar en lugar del método completo, y el concepto básico de accionar el sistema de refrigeración para un régimen óptimo de capacidad también se puede utilizar de una forma más simplificada. Como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 2, una vez introducido el funcionamiento en régimen permanente, el microprocesador averigua si el sistema de refrigeración está funcionando en su estado de capacidad más baja.

Para el sistema de refrigeración mostrado en la Figura 2, hay varios estados básicos que están disponibles. Generalmente, el estado de capacidad más alta incluiría que el economizador estuviera funcionando con la válvula de descarga cerrada y el dispositivo reductor del succión 34 totalmente abierto. Abriendo y cerrando el dispositivo reductor de succión, se pueden conseguir varias graduaciones entre los modos de funcionamiento más amplios.

En términos generales, la siguiente capacidad más baja incluiría que el circuito economizador estuviera cerrado por la válvula de cierre 28, y la tubería de derivación 46 estuviera cerrada por la válvula de descarga 36. Esto se conoce como funcionamiento normal.

El siguiente funcionamiento de capacidad más baja incluiría que el circuito economizador estuviera cerrado, y la válvula de descarga 36 estuviera abierta.

Como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 2, una vez completado el descenso de temperatura, lo cual está definido cuando la temperatura de caja T_{CAJA} esté dentro de un margen particular de la temperatura de caja deseada T_{DESEADA}, se introduce el modo de régimen permanente. Como se muestra en la Figura 2, el modo de régimen permanente empieza con un recuadro 100 en el que una válvula de modulación de succión (VMS) se modula para cerrarse o abrirse dependiendo de la diferencia entre T_{CAJA} y T_{DESEADA}. Preferiblemente, la válvula de modulación de succión se cierra en una serie de etapas. Se conocen controles para controlar y cerrar la válvula de modulación de succión en una serie de etapas; sin embargo, no se han utilizado para realizar el método tal como en esta solicitud. Si T_{CAJA} es superior a T_{DESEADA}, se aumenta la abertura de la válvula de modulación de succión, mientras que si T_{CAJA} es menor o igual que T_{DESEADA}, se disminuye la abertura de la válvula de modulación de succión. En el recuadro 102, si la válvula de modulación de succión (VMS) está cerrada por debajo de un porcentaje mínimo predeterminado, se inicia una temporización, y si se supera el tiempo predeterminado, el sistema pasa a un modo de capacidad menor, como se expone en el recuadro 108. Por otra parte, si la válvula de modulación de succión (VMS) no está cerrada por debajo de un porcentaje mínimo predeterminado, el sistema pasa al recuadro 104, que averigua si la válvula de modulación de succión (VMS) está por encima de un valor máximo. De nuevo, si la respuesta al recuadro 104 es SÍ durante un periodo de tiempo que supere una temporización, el sistema pasa al recuadro 106, en donde se aumenta la capacidad del compresor. En respuesta a un NO, el recuadro 106 y el recuadro 104 vuelven al recuadro 100.

Después del recuadro 108, el control averigua en el recuadro 110 si la presión de succión (P_{SUC}) es menor que un mínimo. Si la respuesta es NO, el sistema vuelve al recuadro 100. Si la respuesta es SÍ, el sistema pasa a modo de control de presión, en lugar del modo de control de temperatura. Como se muestra en el recuadro 112, en el modo de control de presión, la modulación de la válvula de modulación de succión (VMS) está basada en un error definido como el punto de ajuste de presión de succión P_{AJUSTE} menos la presión de succión actual P_{SUC}. La válvula de modulación de succión (VMS) se modula entonces para asegurar que la presión de succión no caiga hasta un valor indeseablemente bajo. Desde el recuadro 112, el control pasa al recuadro 114, que averigua si la temperatura en el contenedor T_{CAJA} es mayor que T_{DESEADA} más un margen de error. Si la respuesta es SÍ, el sistema sale del control de presión y vuelve al recuadro 100. Si la respuesta es NO, el control averigua si el valor de T_{CAJA} es menor que T_{DESEADA} menos un margen. Si la respuesta al recuadro 116 es NO, el sistema vuelve al recuadro 112. Esencialmente, el bucle de recuadros 112, 114 y 116 asegura que la presión de succión no cae por debajo de un valor aceptable cuando el sistema está funcionando a capacidad muy baja.

Si la respuesta al recuadro 116 es SÍ, el sistema desconecta el compresor en el recuadro 118. El control continúa supervisando T_{CAJA} y T_{DESEADA}, y mientras T_{CAJA} no supere a T_{DESEADA} más un margen, el compresor se mantiene desconectado en el recuadro 118. Una vez que T_{CAJA} supere el margen en el recuadro 120, el sistema vuelve al recuadro 100. El diagrama de flujo mostrado en la Figura 2 dará lugar a que el sistema de refrigeración se mantenga en el modo de capacidad más baja, mientras permite el funcionamiento apropiado de otros componentes del sistema.

Además, se supervisa la temperatura de descarga en la salida del compresor. Si hay muy poco flujo de refrigerante al compresor, a veces puede ocurrir que la temperatura del compresor pueda aumentar hasta niveles indeseados. Si se determina que el compresor está a una temperatura indeseablemente elevada, se puede abrir la válvula de modulación de succión para aumentar el flujo de refrigerante y disminuir la temperatura del compresor. Notablemente, esta función está relacionada con la temperatura del compresor y no con la temperatura del contenedor o T_{CAJA}. Una vez que se ha aumentado el flujo masivo al compresor, en algún instante más tarde, es probable que la temperatura T_{CAJA} del contenedor descienda por debajo de la temperatura deseada T_{DESEADA}. Entonces se desconecta el compresor. El control tomaría esto como el equivalente al recuadro 118, y continuaría el funcionamiento como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 2 en estas condiciones.

Claims (8)

1. Un método para hacer funcionar un compresor en un sistema de refrigeración en funcionamiento de régimen permanente, que comprende las etapas de:

(1) supervisar la temperatura dentro de un contenedor y compararla con una temperatura deseada, e introducir el funcionamiento de régimen permanente una vez que las dos temperaturas estén dentro un margen determinado una respecto a la otra;

(2) supervisar el funcionamiento del sistema de refrigeración una vez que está en funcionamiento de régimen permanente, y continuar para pasar a funcionamiento de capacidad menor mientras se supervisa la temperatura, con una lógica diseñada para tener una pluralidad de modos y que pasa el sistema a funcionamiento de capacidad inferior si el sistema todavía puede alcanzar temperaturas aceptables, incluyendo dicho paso a funcionamiento de capacidad inferior reducir la succión durante un periodo de tiempo predeterminado, y pasar el sistema a un estado de capacidad inferior si la succión reducida no hace que la temperatura supere dicho margen después de dicho periodo de tiempo predeterminado.

2. Un método como el expuesto en la reivindicación 1, en el que la reducción se abre de nuevo si la temperatura empieza a superar el margen de temperaturas deseado dentro del periodo de tiempo predeterminado.

3. Un método como el descrito en la reivindicación 1, en el que el compresor tiene una válvula de descarga, un dispositivo de reducción de succión y un circuito economizador, y el control para el compresor intenta pasar del funcionamiento económico al funcionamiento normal, y del funcionamiento normal al funcionamiento descargado efectuando las etapas del método de la reivindicación 1.

4. Un método como el descrito en la reivindicación 1, caracterizado, también, porque se supervisa la presión de succión, por lo menos cuando el compresor está en el estado de la capacidad más baja, y cambia a control de presión de succión en el caso en que la presión de succión caiga por debajo de un límite predeterminado; y en el control de presión de succión, el sistema supervisa la presión de succión y modifica el funcionamiento del dispositivo de reducción de succión teniendo en cuenta la presión de succión, en lugar de la temperatura.

5. Un método como el expuesto en la reivindicación 4, en el que dicho control vuelve a modificar el funcionamiento del dispositivo de reducción de succión tomando como base la temperatura, si la temperatura dentro del contenedor es mayor que la temperatura deseada más una diferencia \Delta predeterminada.

6. Un método como el expuesto en la reivindicación 4, en el que dicho control desconecta el compresor si la temperatura dentro del contenedor es menor que la temperatura deseada menos una diferencia \Delta predeterminada.

7. Un método como el descrito en la reivindicación 1, caracterizado, también, porque se supervisa la temperatura de descarga, y el compresor cambia a control de temperatura de descarga si la temperatura de descarga supervisada cae por debajo de un límite predeterminado, y mientras está en control de temperatura de descarga, dicho control supervisa la temperatura de descarga y realiza por lo menos una de las etapas de modificar el dispositivo de reducción de succión y cambiar entre el funcionamiento económico, el funcionamiento normal y el funcionamiento descargado, mientras dicha temperatura de descarga esté por debajo de un límite especificado de temperatura de descarga.

8. Un método como el descrito en la reivindicación 1, caracterizado, también, porque se supervisa la presión de descarga, y el compresor cambia a control de presión de descarga si la presión de descarga supervisada cae por debajo de un límite predeterminado, y mientras está en control de presión de descarga, dicho control supervisa la presión de descarga y realiza por lo menos una de las etapas de modificar el dispositivo de reducción de succión y cambiar entre el funcionamiento económico, el funcionamiento normal y el funcionamiento descargado, mientras dicha presión de descarga esté por debajo de un límite especificado de presión de descarga.