ES2699628T3 - Protección continua de la envoltura de un compresor - Google Patents

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Abstract

Un sistema (10) de refrigeración para el transporte que tiene un generador (11) accionado por un motor (22) y un compresor (32) de un sistema de compresión de vapor de circuito cerrado alimentado con la energía eléctrica generada, en el que el sistema (10) de refrigeración para el transporte comprende una caja (14) a ser refrigerada por dicho sistema de compresión de vapor, y un aparato (16) de control, en el que el aparato de control comprende: un primer detector de temperatura configurado para detectar la temperatura (td) de descarga del compresor (32) y para generar una primera señal de temperatura representativa de la misma; un segundo detector de temperatura configurado para detectar la temperatura (RAT) del aire devuelto desde dicha caja (14) y para generar una señal de temperatura de aire de retorno representativa de la misma; un primer detector de presión configurado para detectar la presión (Ps) de succión del compresor (32) y para generar una señal de presión de succión representativa de la misma; un segundo detector de presión configurado para detectar la presión (Pd) de descarga del compresor (32) y para generar una señal de presión de descarga representativa de la misma; un microprocesador (43) configurado para recibir dicha primera señal de temperatura, dicha señal de temperatura de aire de retorno, dicha señal de presión de succión y dicha señal de presión de descarga y para generar una señal de control de inversor en respuesta a las mismas; y un inversor (12) configurado para recibir dicha señal de control de inversor desde dicho microprocesador (43) y para recibir energía eléctrica desde el generador y para proporcionar un nivel de energía eléctrica al compresor (32) en respuesta a dicha señal de control de inversor.

Description

DESCRIPCIÓN
Protección continua de la envoltura de un compresor
Campo técnico
La presente invención se refiere, en general, a sistemas de refrigeración para el transporte y, más particularmente, al control de un accionamiento de motor de compresor en un sistema de compresión de vapor para el mismo.
Antecedentes de la invención
Los sistemas de refrigeración para el transporte se usan normalmente en camiones refrigerados, remolques de camión y contenedores con el fin de conservar una carga perecedera durante el transporte de una ubicación a otra. Dicho sistema incluye los componentes necesarios para un ciclo de compresión de vapor, incluyendo un compresor que necesariamente incluye algún tipo de medio de accionamiento. Para los contenedores y remolques de camión, esta función ha sido proporcionada generalmente por un motor de combustión interna dedicado cuya velocidad es variada de manera selectiva con el fin de mantener la envoltura del compresor deseada. Sin embargo, en los camiones y las furgonetas refrigerados, el compresor se ha situado generalmente en el interior del compartimento del accionamiento de motor principal, en el que el compresor es accionado entonces por una conexión directa al accionamiento del motor principal. Entonces, los conductos sirven para proporcionar el flujo de refrigerante de circuito cerrado a las unidades de condensador y de evaporador del sistema.
Con dicha disposición denominada de accionamiento directo, la velocidad del compresor depende de la velocidad del accionamiento del motor principal. De esta manera, cuando el camión avanza a velocidades más altas por la carretera, el compresor es accionado a alta velocidad con el fin de obtener una presión de descarga alta. Sin embargo, cuando el motor está al ralentí, por ejemplo, entonces el compresor será accionado a una velocidad relativamente baja, y la presión de descarga y la temperatura serán relativamente bajas. Por lo tanto, con el fin de proteger la envolvente del compresor, es necesario emplear el uso selectivo de interruptores con el fin de variar la velocidad de los ventiladores del condensador y del evaporador, de velocidad variable, o modular las válvulas o detener la unidad.
Descripción de la invención
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema de refrigeración para el transporte que tiene un generador accionado por un motor y un compresor de un sistema de compresión de vapor, de circuito cerrado, alimentado con la energía eléctrica generada, en el que el sistema de refrigeración para el transporte comprende una caja a ser refrigerada por dicho sistema compresión de vapor, y un aparato de control, en el que el aparato de control comprende: un primer detector de temperatura configurado para detectar la temperatura de descarga del compresor y para generar una primera señal de temperatura representativa de la misma;
un segundo detector de temperatura configurado para detectar la temperatura del aire devuelto desde dicha caja y para generar una señal de temperatura de aire de retorno representativa de la misma;
un primer detector de presión configurado para detectar la presión de succión del compresor y para generar una señal de presión de succión representativa de la misma;
un segundo detector de presión configurado para detectar la presión de descarga del compresor y para generar una señal de presión de descarga representativa de la misma;
un microprocesador configurado para recibir dicha primera señal de temperatura, dicha señal de temperatura de aire de retorno, dicha señal de presión de succión y dicha señal de presión de descarga y para generar una señal de control de inversor en respuesta a las mismas; y
un inversor configurado para recibir dicha señal de control de inversor desde dicho microprocesador y para recibir energía eléctrica desde el generador y para proporcionar un nivel de energía eléctrica al compresor en respuesta a dicha señal de control de inversor.
Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de control de un sistema de refrigeración para el transporte que tiene un generador accionado por un motor con la energía eléctrica generada suministrada a un compresor de un sistema de compresión de circuito cerrado y una caja que es refrigerada por dicho sistema de compresión de vapor, que comprende las etapas de: detectar la temperatura de descarga del compresor y generar una primera señal de temperatura representativa de la misma; detectar la temperatura del aire devuelto desde dicha caja y generar una señal de temperatura del aire devuelto en respuesta a la misma; detectar la presión de succión del compresor y crear una señal de presión de succión representativa de la misma; detectar la presión de descarga del compresor y generar una señal de presión de descarga representativa de la misma, enviar dicha primera señal de temperatura, dicha señal de temperatura del aire de retorno, dicha señal de presión de succión y dicha señal de presión de descarga a un microprocesador y generar una señal de control de inversor en respuesta a las mismas; y enviar dicha señal de control de inversor a un inversor para proporcionar, como respuesta, la tensión y la frecuencia eléctricas deseadas al compresor.
El documento JP H10 19396 A describe un sistema acondicionador de aire que tiene un aparato de control, en el que el aparato de control comprende un detector de temperatura configurado para detectar la temperatura de descarga del comprensor y que genera una señal de temperatura representativa de la misma; un primer detector de presión configurado para detectar la presión de succión del compresor para generar una señal de presión de succión representativa de la misma; un segundo detector de presión configurado para detectar la presión de descarga del compresor para generar una señal de presión de descarga representativa de la misma; un microprocesador configurado para recibir dicha señal de temperatura, dicha presión de succión y dicha señal de presión de descarga y para generar una señal de control de inversor en respuesta a las mismas; y un inversor configurado para recibir dicha señal de control de inversor desde dicho microprocesador y para recibir energía eléctrica desde el generador y para proporcionar un nivel de energía eléctrica al compresor en respuesta a dicha señal de control de inversor.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una ilustración esquemática simplificada de la presente invención tal como se incorpora a un sistema de refrigeración para el transporte.
La Fig. 2 es una ilustración esquemática más detallada de la misma.
La Fig. 3 es una ilustración gráfica de una envoltura de compresor.
La Fig. 4 es un diagrama de flujo de la lógica de control de la manera en que se controla la envoltura del compresor según la presente invención.
Las Figs. 5A-5C muestran ilustraciones gráficas de los parámetros críticos durante las condiciones de “pull-down” (condiciones de máxima demanda) con la presente invención incorporada en el sistema.
Descripción detallada de la invención
Una realización de la invención se muestra en general en 10 en la Fig. 1 que incluye un generador 11, que es accionado por la energía del motor del vehículo, un inversor 12, que recibe tensión no regulada desde el generador 11, un sistema 13 de compresión de vapor, que recibe energía regulada (es decir, tensión y frecuencia reguladas) desde el inversor 12, una caja 14 que recibe aire refrigerado desde el sistema 13 de compresión de vapor, y un controlador 16, que recibe mediciones de temperatura de la caja (es decir, las temperaturas del aire de retorno, RAT) desde la caja 14 a lo largo línea 17, y mediciones de presión y de temperatura desde el sistema 13 de compresión de vapor a lo largo de las líneas 18 con el fin de controlar el inversor 12 por medio de la línea 19. El controlador 16 envía también señales de orden de refrigeración al sistema 13 de compresión de vapor por medio de la línea 21. Una ilustración más detallada del sistema se muestra en la Fig. 2.
Considerando en primer lugar el propio vehículo y el entorno circundante a ese vehículo, hay incluidos un motor 22 de accionamiento, una batería 23, una fuente 24 de alimentación auxiliar o de reserva y una caja con una puerta 26 que se abre de vez en cuando. Se transfiere tanto aire como calor desde y hacia la caja al ambiente 27, principalmente cuando la puerta está abierta. Por supuesto, esta transferencia de calor afectará en gran medida al funcionamiento del sistema 13 de compresión de vapor y, por lo tanto, al control del mismo. El control de las aperturas de la puerta y de la velocidad del motor 22 viene determinado por el ciclo 28 de accionamiento, que está controlado por el operador.
Tal como se ha indicado anteriormente, el motor 22 acciona un generador 11 que proporciona tensión y corriente no regulados al inversor 12 para alimentar el sistema 13 de compresión de vapor. El inversor 12 proporciona también energía a un calentador 29 que puede ser necesario bajo ciertas condiciones ambientales.
El sistema 13 de compresión de vapor incluye, en una relación de flujo en serie, un compresor 32, un condensador 33, una válvula 34 de expansión térmica y un evaporador 36. Puede proporcionarse un separador 37 de aceite aguas abajo del compresor 32, y puede proporcionarse un receptor 38 aguas abajo del condensador 33. Además, puede proporcionarse una válvula 39 de control entre el receptor 38 y la TXV 34 (válvula de expansión térmica). El condensador 33 incluye un ventilador 41 de condensador, y el evaporador 36 incluye un ventilador 42 de evaporador, en el que cada uno de estos ventiladores es accionado independientemente a velocidades variables, de manera selectiva, por un motor de CC.
El control del sistema es realizado por medio de un microcontrolador 43 que recibe las diversas entradas, tal como se ha indicado, y, a continuación, envía como respuesta señales al inversor 12 con el fin de modular la energía (es decir, la tensión, la frecuencia y/o la corriente) proporcionada al compresor 32 a lo largo de la línea 40. En particular, las entradas al microcontrolador 43 incluyen la temperatura td y la presión Pd de descarga y la presión Ps de succión del compresor 32, tal como se indica esquemáticamente en la línea 18. También se pasa a través del microcontrolador 43 la temperatura del aire de retorno, RAT a lo largo de la línea 17. Las diversas condiciones del sistema, tal como las mantiene el microcontrolador 43, se muestran en una pantalla 44 para la conveniencia del operador.
En la Fig. 3 se muestra una ilustración gráfica de la temperatura de descarga saturada como una función de la temperatura de succión saturada. La temperatura de succión saturada es equivalente a la presión de succión, y la temperatura de descarga saturada es equivalente a la presión de descarga, siendo los dos parámetros los parámetros críticos que definen la envolvente de un compresor de velocidad variable. Es decir, con el fin de proteger el compresor y el funcionamiento del sistema, es deseable mantener la temperatura de succión saturada entre -40°C y 2°C. De manera similar, es deseable mantener la temperatura de descarga saturada entre 10°C y 66°C. Esto se consigue variando la energía suministrada por el inversor 12 al compresor 32 en respuesta a cuatro variables detectadas, la temperatura del aire de retorno (RAT), la presión Pd de descarga, la temperatura td de descarga y la presión Ps de succión. Esto se consigue tal como se muestra en la Fig. 4.
Tal como se muestra, hay cuatro módulos de control diferentes: 1) el control 48 de RAT, el control 49 de Td, el control 51 de Ps y el control 52 de Pd. Cada uno de los controladores 48-52 controla su propia variable designada, en el que solo uno de los cuatro controladores actúa al mismo tiempo, manteniendo su variable de interés en un valor de consigna deseado. El microcontrolador 43 supervisa las cuatro condiciones detectadas y conmuta el control de un controlador al otro según lo especifica la lógica de conmutación, tal como se ha indicado. Por supuesto, el propósito es mantener la envoltura del compresor deseada durante todas las condiciones de funcionamiento.
La condición bajo la cual un sistema de compresión de vapor está sometido a la mayor demanda es una condición conocida como “pull-down”. Este es el proceso de recuperar la temperatura de funcionamiento de un espacio refrigerado después de la introducción de una carga de calor extraordinaria. Esto ocurriría, por ejemplo, cuando una nueva carga de carga útil no refrigerada es colocada en un camión, de manera que se causa que la temperatura en la caja aumente a un nivel muy por encima del punto de consigna deseado. Bajo estas condiciones, es deseable reducir la temperatura en la caja a la temperatura del punto de consigna tan rápido como sea razonablemente posible.
En las Figs. 5A-5C, se observará que, cuando se proporciona un control continuo de la envoltura del compresor, tal como se ha descrito anteriormente, la variabilidad de estos diversos parámetros se reduce sustancialmente. En la Fig. 5A, se observará que hay un control de hasta 3,5°C mejor durante aproximadamente 1,5 horas de períodos de funcionamiento en comparación con el sistema no controlado. En la Fig. 5B, se observará que el control de enrutamiento de la envolvente reduce sustancialmente el ciclo en los últimos períodos del funcionamiento, teniendo de esta manera un impacto directo sobre la fiabilidad. Lo mismo es cierto con respecto a la velocidad del compresor, tal como se muestra en la Fig. 5C.
Aunque la presente invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencia al modo preferido, tal como se ilustra en el dibujo, una persona con conocimientos en la materia entenderá que pueden realizarse diversos cambios en los detalles de la misma sin apartarse del espíritu y del alcance de la invención, según se definen en las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (10) de refrigeración para el transporte que tiene un generador (11) accionado por un motor (22) y un compresor (32) de un sistema de compresión de vapor de circuito cerrado alimentado con la energía eléctrica generada, en el que el sistema (10) de refrigeración para el transporte comprende una caja (14) a ser refrigerada por dicho sistema de compresión de vapor, y un aparato (16) de control, en el que el aparato de control comprende:
un primer detector de temperatura configurado para detectar la temperatura (td) de descarga del compresor (32) y para generar una primera señal de temperatura representativa de la misma;
un segundo detector de temperatura configurado para detectar la temperatura (RAT) del aire devuelto desde dicha caja (14) y para generar una señal de temperatura de aire de retorno representativa de la misma;
un primer detector de presión configurado para detectar la presión (Ps) de succión del compresor (32) y para generar una señal de presión de succión representativa de la misma;
un segundo detector de presión configurado para detectar la presión (Pd) de descarga del compresor (32) y para generar una señal de presión de descarga representativa de la misma;
un microprocesador (43) configurado para recibir dicha primera señal de temperatura, dicha señal de temperatura de aire de retorno, dicha señal de presión de succión y dicha señal de presión de descarga y para generar una señal de control de inversor en respuesta a las mismas; y
un inversor (12) configurado para recibir dicha señal de control de inversor desde dicho microprocesador (43) y para recibir energía eléctrica desde el generador y para proporcionar un nivel de energía eléctrica al compresor (32) en respuesta a dicha señal de control de inversor.
2. Procedimiento de control de un sistema (10) de refrigeración para el transporte, que tiene un generador (11) accionado por un motor (22), en el que la energía eléctrica generada es suministrada a un compresor (32) de un sistema de compresión de bucle cerrado y una caja (14) que es refrigerada por dicho sistema de compresión, que comprende las etapas de:
detectar la temperatura (td) de descarga del compresor (32) y generar una primera señal de temperatura representativa de la misma;
detectar la temperatura (RAT) del aire devuelto desde dicha caja (14) y generar una señal de temperatura del aire de retorno en repuesta a la misma;
detectar la presión (Ps) de succión del compresor (32) y crear una señal de presión de succión representativa de la misma;
detectar la presión (Pd) de descarga del compresor y generar una señal de presión de descarga representativa de la misma;
enviar dicha primera señal de temperatura, dicha señal de temperatura del aire de retorno, dicha señal de presión de succión y dicha señal de presión de descarga a un microprocesador y generar una señal de control de inversor en respuesta a las mismas; y
enviar dicha señal de control de inversor a un inversor para proporcionar, como respuesta, la tensión y la frecuencia eléctricas deseadas al compresor (32).
3. Sistema (10) de refrigeración para el transporte según la reivindicación 1 o procedimiento según la reivindicación 2, en los que la energía desde dicho generador (11) a dicho inversor (12) es una corriente CA no regulada y dicha energía eléctrica desde dicho inversor a dicho compresor (32) es corriente CA regulada.
4. Refrigeración (10) para el transporte o procedimiento según la reivindicación 3, en los que dicha energía es regulada variando de manera selectiva la tensión, la frecuencia y/o la corriente.
5. Sistema (10) de refrigeración para el transporte según la reivindicación 1 o procedimiento según la reivindicación 2, en los que los niveles de tensión y de frecuencia de la energía eléctrica al compresor (32) son controlados con el fin de mantener la temperatura de succión saturada del compresor dentro de un intervalo predeterminado. opcionalmente dentro de un intervalo de -40°C a 2°C.
6. Sistema (10) de refrigeración para el transporte según la reivindicación 1 o procedimiento según la reivindicación 2, en los que el nivel de energía eléctrica al compresor es controlado con el fin de mantener una temperatura de descarga saturada dentro de un intervalo predeterminado, opcionalmente dentro de un intervalo de 10°C a 66°C.
7. Sistema (10) de refrigeración para el transporte según la reivindicación 1 o procedimiento según la reivindicación 2, en los que dicho microprocesador (43) incluye al menos tres módulos de control diferentes, en los que cada módulo es controlado en respuesta a los valores detectados de, y funciona para controlar los parámetros limitados de, presión de descarga, temperatura de descarga y/ o presión de succión.
8. Sistema (10) de refrigeración para el transporte o procedimiento según la reivindicación 7, y que incluye un cuarto módulo de control que responde a los valores detectados de, y funciona para controlar, una temperatura del aire de retorno.
9. Sistema (10) de refrigeración para el transporte o procedimiento según la reivindicación 7, en el que solo funciona un módulo de control a la vez.
10. Sistema (10) de refrigeración para el transporte o procedimiento según la reivindicación 7, en el que el módulo de control que controla la temperatura de descarga tiene prioridad sobre los otros módulos de control.
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