ES2895664T3 - Sistema de refrigeración de CO2 con optimización de control automatizado y un método para operar tal sistema de refrigeración - Google Patents

Sistema de refrigeración de CO2 con optimización de control automatizado y un método para operar tal sistema de refrigeración Download PDF

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Abstract

Un sistema de refrigeración (100) que comprende: un receptor (6) configurado para recoger un refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) y que comprende una salida a través de la cual el refrigerante de gas sale del receptor (6); una válvula de derivación de gas (8) acoplada de manera fluida a la salida del receptor (6) y operable para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) controlando un primer flujo de refrigerante de gas desde el receptor (6) a través de la válvula de derivación de gas (8); uno o más compresores (14) dispuestos en serie con la válvula de derivación de gas (8) y operables para comprimir el primer flujo de refrigerante de gas y descargar el refrigerante comprimido en una línea de descarga (42); un compresor paralelo (26) acoplado de manera fluida a la salida del receptor (6) en paralelo tanto con la válvula de derivación de gas (8) como el uno o más compresores (14) y operable para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) comprimiendo un segundo flujo de refrigerante de gas del receptor (6) y descargando el refrigerante de gas comprimido dentro de la línea de descarga (42), en donde el refrigerante de gas que sale del receptor (6) pasa a través o bien del compresor paralelo (26) o bien de una combinación en serie de la válvula de derivación de gas (8) y el uno o más compresores (14); un enfriador/condensador de gas (2) conectado de manera fluida para recibir el refrigerante de gas comprimido desde la línea de descarga (42); y un controlador (50) configurado para: conmutar de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta a un valor de una variable de proceso que cruza un punto de ajuste de conmutación, el valor de la variable de proceso que depende de una cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100); y ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación en respuesta a que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) sea insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26), caracterizado por que el controlador (50) comprende un temporizador de retardo de ejecución y está configurado además para: iniciar el temporizador de retardo de ejecución tras conmutar a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor; y determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base a si la presión del refrigerante de gas en el receptor cae por debajo de un punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de refrigeración de CO2 con optimización de control automatizado y un método para operar tal sistema de refrigeración
Antecedentes
La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración con optimización de control automatizado, en particular a un sistema de refrigeración de CO2, y a un método para operar tal sistema de refrigeración.
Los sistemas de refrigeración se usan a menudo para proporcionar enfriamiento a dispositivos de visualización con temperatura controlada (por ejemplo, vitrinas, expositores, etc.) en supermercados y otras instalaciones similares. Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor son un tipo de sistema de refrigeración que proporciona tal enfriamiento haciendo circular un refrigerante fluido (por ejemplo, un líquido y/o vapor) a través de un ciclo de compresión de vapor termodinámico. En un ciclo de compresión de vapor, el refrigerante típicamente se comprime a un estado de alta temperatura y alta presión (por ejemplo, mediante un compresor del sistema de refrigeración), se enfría/condensa a un estado de temperatura más baja (por ejemplo, en un enfriador o condensador de gas que absorbe calor del refrigerante), se expande a una presión más baja (por ejemplo, a través de una válvula de expansión), y se evapora para proporcionar enfriamiento absorbiendo calor dentro del refrigerante. Los sistemas de refrigeración de CO2 son un tipo de sistema de refrigeración por compresión de vapor que usa CO2 como refrigerante.
A menudo se seleccionan componentes del sistema de refrigeración de CO2, tales como compresores paralelos y enfriadores de gas, en base a condiciones de diseño que tienen en cuenta el clima proyectado más cálido al que se espera que se sometan esos componentes. Aunque es importante asegurar que el sistema y sus componentes sean capaces de funcionar en estas condiciones extremas pico, puede ser difícil predecir cómo estos componentes se deberían controlar de manera óptima bajo condiciones que no son de diseño. Los componentes del sistema de refrigeración de CO2 se pueden someter a condiciones que no son de diseño durante más del 95 % de su tiempo de operación.
Típicamente, no se proporciona información de control para condiciones que no son de diseño. En su lugar, se usa típicamente un conjunto de puntos de ajuste por defecto genéricos en la puesta en marcha del equipo. Siempre que el sistema parezca que opera con éxito bajo las condiciones de arranque, el punto de ajuste rara vez se cambia. Si el sistema no parece que opere con éxito, se puede cambiar un punto de ajuste relacionado o bien directa o bien indirectamente, sea o no la modificación correcta. Todos los cambios en los puntos de ajuste típicamente requieren que una persona observe manualmente los datos históricos de rendimiento del sistema en directo o registrados y luego determine cómo se deberían ajustar los puntos de ajuste.
Esta sección está destinada a proporcionar unos antecedentes o contexto de la invención expuesta en las reivindicaciones. La descripción en la presente memoria puede incluir conceptos que se podrían perseguir, pero no son necesariamente los que se han concebido o perseguido previamente. Por lo tanto, a menos que se indique de otro modo en la presente memoria, lo que se describe en esta sección no es técnica anterior y no se admite que sea técnica anterior mediante su inclusión en esta sección.
El documento EP2999932A1 describe sistemas y métodos para controlar la presión en un sistema de refrigeración de CO2. El sistema de control de presión incluye un sensor de presión, una válvula de derivación de gas, un compresor paralelo y un controlador. El sensor de presión está configurado para medir la presión dentro de un tanque de recepción del sistema de refrigeración de CO2. La válvula de derivación de gas está conectada de manera fluida con una salida del tanque de recepción y dispuesta en serie con un compresor del sistema de refrigeración de CO2. El compresor paralelo está conectado de manera fluida con la salida del tanque de recepción y dispuesto en paralelo tanto con la válvula de derivación de gas como con el compresor del sistema de refrigeración de CO2. El controlador está configurado para recibir una medición de presión del sensor de presión y operar tanto la válvula de derivación de gas como el compresor paralelo, en respuesta a la medición de presión, para controlar la presión dentro del tanque de recepción.
Además, el documento EP2999932A1 describe un sistema de refrigeración según el preámbulo de la reivindicación 1 y un método según el preámbulo de la reivindicación 9 para operar un sistema de refrigeración.
Compendio
Una implementación de la presente invención es un sistema de refrigeración según la reivindicación 1, el sistema de refrigeración que incluye un receptor, una válvula de derivación de gas, un compresor paralelo y un controlador. El receptor está configurado para recoger un refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración y que comprende una salida a través de la cual el refrigerante de gas sale del receptor. La válvula de derivación de gas está acoplada de manera fluida a la salida del receptor y es operable para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor controlando un primer flujo de refrigerante de gas desde el receptor a través de la válvula de derivación de gas. El compresor paralelo está acoplado de manera fluida a la salida del receptor en paralelo con la válvula de derivación de gas y es operable para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor comprimiendo un segundo flujo del refrigerante de gas desde el receptor y descargando el refrigerante de gas comprimido dentro de una línea de descarga. El controlador está configurado para conmutar de operar la válvula de derivación de gas a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a un valor de una variable de proceso que cruza un punto de ajuste de conmutación. El valor de la variable de proceso depende de la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración. El controlador está configurado para ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación en respuesta a que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración sea insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para conmutar de operar la válvula de derivación de gas a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación durante al menos una cantidad de tiempo predeterminada.
En algunas realizaciones, ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación incluye realizar un proceso de ajuste de punto de ajuste de conmutación. El proceso de ajuste de punto de ajuste de conmutación puede incluir conmutar de operar el compresor paralelo a operar la válvula de derivación de gas para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor, aumentar automáticamente el punto de ajuste de conmutación a un punto de ajuste de conmutación ajustado, conmutar de operar la válvula de derivación de gas a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación ajustado, y repetir los pasos de conmutación y aumento automático hasta que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración sea suficiente para mantener la operación del compresor paralelo tras conmutar a operar el compresor paralelo.
En algunas realizaciones, operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor incluye activar el compresor paralelo en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor exceda un punto de ajuste de presión y desactivar el compresor paralelo en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor caiga por debajo del punto de ajuste de presión.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para iniciar un temporizador de retardo de ejecución tras conmutar a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor, ejecutar la activación y desactivación del compresor paralelo una o más veces en base a la presión del refrigerante de gas en el receptor con relación al punto de ajuste de presión, monitorizar un número de veces que el compresor paralelo se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución, y determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base al número de veces que el compresor paralelo se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo en respuesta a que el número de veces que el compresor paralelo se desactiva excede un número umbral de desactivaciones.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en respuesta a que temporizador de retardo de ejecución expire antes de que el número de veces que se desactiva el compresor paralelo exceda un umbral de desactivaciones.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para conmutar de operar el compresor paralelo a operar la válvula de derivación de gas para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor caiga por debajo de un punto de ajuste de presión.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para iniciar un temporizador de retardo de ejecución tras conmutar a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor y determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base a si la presión del refrigerante de gas en el receptor cae por debajo de un punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
En algunas realizaciones, el controlador está configurado para determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor caiga por debajo del punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
Otra implementación de la presente invención es un método según la reivindicación 9 para operar un sistema de refrigeración. El método incluye recoger un refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración en un receptor. El receptor incluye una salida a través de la cual el refrigerante de gas sale del receptor. El método incluye operar una válvula de derivación de gas acoplada de manera fluida a la salida del receptor para controlar una presión del refrigerante de gas en el receptor controlando un primer flujo del refrigerante de gas desde el receptor a través de la válvula de derivación de gas. El método incluye operar un compresor paralelo acoplado de manera fluida a la salida del receptor en paralelo con la válvula de derivación de gas para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor comprimiendo un segundo flujo del refrigerante de gas desde el receptor y descargando el refrigerante de gas comprimido dentro de una línea de descarga. El método incluye conmutar de operar la válvula de derivación de gas a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a un valor de una variable de proceso que cruza un punto de ajuste de conmutación. El valor de la variable de proceso depende de una cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración. El método incluye ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación en respuesta a que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración sea insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo.
En algunas realizaciones, el método incluye conmutar de operar la válvula de derivación de gas a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación durante al menos una cantidad de tiempo predeterminada.
En algunas realizaciones, ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación incluye realizar un proceso de ajuste de punto de ajuste de conmutación. El proceso de ajuste de punto de ajuste de conmutación puede incluir conmutar de operar el compresor paralelo a operar la válvula de derivación de gas para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor, aumentar automáticamente el punto de ajuste de conmutación a un punto de ajuste de conmutación ajustado, conmutar de operar la válvula de derivación de gas a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación ajustado, y repetir los pasos de conmutación y aumento automático hasta que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración sea suficiente para mantener la operación del compresor paralelo tras conmutar a operar el compresor paralelo.
En algunas realizaciones, operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor incluye activar el compresor paralelo en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor exceda un punto de ajuste de presión y desactivar el compresor paralelo en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor caiga por debajo del punto de ajuste de presión.
En algunas realizaciones, el método incluye iniciar un temporizador de retardo de ejecución tras conmutar a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor, ejecutar la activación y desactivación del compresor paralelo una o más veces en base a la presión del refrigerante de gas en el receptor con relación al punto de ajuste de presión, monitorizar un número de veces que el compresor paralelo se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución y determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base al número de veces que el compresor paralelo se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
En algunas realizaciones, el método incluye determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo en respuesta a que número de veces que el compresor paralelo se desactiva excede un número umbral de desactivaciones.
En algunas realizaciones, el método incluye determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en respuesta a que el temporizador de retardo de ejecución expira antes de que el número de veces que el compresor paralelo se desactiva exceda un número de umbral de desactivaciones.
En algunas realizaciones, el método incluye conmutar de operar el compresor paralelo a operar la válvula de derivación de gas para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor caiga por debajo de un punto de ajuste de presión.
En algunas realizaciones, el método incluye iniciar un temporizador de retardo de ejecución tras conmutar a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor y determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base a si la presión del refrigerante de gas en el receptor cae por debajo de un punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
En algunas realizaciones, el método incluye determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor caiga por debajo del punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
Otra implementación de la presente descripción que no forma parte de la presente invención, es un sistema de refrigeración que incluye un enfriador/condensador de gas, un ventilador y un controlador. El enfriador/condensador de gas está configurado para eliminar el calor de un refrigerante que fluye a través del enfriador/condensador de gas y que comprende una salida a través de la cual el refrigerante sale del enfriador/condensador de gas. El ventilador es operable para causar un flujo de aire a través del enfriador/condensador de gas y está configurado para operar a múltiples velocidades de ventilador diferentes para modular una cantidad de calor eliminado del refrigerante que fluye a través del enfriador/condensador de gas. El controlador está configurado para calcular una temperatura de aproximación de condensador en base a una temperatura del refrigerante que sale del enfriador/condensador de gas y una temperatura del flujo de aire causado por el ventilador, operar el ventilador para modular la cantidad de calor eliminada del refrigerante que fluye a través del enfriador/condensador de gas para mantener la temperatura de aproximación de condensador en o por debajo de un punto de ajuste de aproximación de condensador, y ajustar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador en respuesta a que la cantidad de calor eliminado del refrigerante sea insuficiente para mantener la temperatura de aproximación de condensador en o por debajo del punto de ajuste de aproximación de condensador.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el controlador está configurado para calcular la temperatura de aproximación de condensador restando la temperatura del flujo de aire causado por el ventilador de la temperatura del refrigerante que sale del enfriador/condensador de gas.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, ajustar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador incluye realizar un proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación. El proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación puede incluir iniciar un temporizador de subrutina de aproximación de condensador, monitorizar la temperatura de aproximación de condensador y una velocidad de ventilador del ventilador después de iniciar el temporizador de subrutina de aproximación de condensador, aumentar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador a un punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado en respuesta a que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador no mantengan las condiciones predeterminadas durante al menos una cantidad mínima de tiempo antes de que expire el temporizador de subrutina de aproximación de condensador, y repetir los pasos de inicio, monitorización y aumento automático hasta que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador mantengan las condiciones predeterminadas durante al menos la cantidad mínima de tiempo antes de que expire el temporizador de subrutina de aproximación de condensador.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, las condiciones predeterminadas incluyen al menos una de que la temperatura de aproximación de condensador sea menor que el punto de ajuste de aproximación de condensador, que la velocidad de ventilador sea menor que un punto de ajuste de velocidad de ventilador y que la velocidad de ventilador esté entre un valor de banda inactiva bajo y un valor de banda inactiva alto.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación incluye escribir el punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado como punto de ajuste de aproximación de condensador óptimo en respuesta a que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador mantengan las condiciones predeterminadas durante al menos la cantidad mínima de tiempo.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación incluye además determinar si el punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado excede un punto de ajuste de aproximación máximo después de aumentar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador al punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado y reiniciar el temporizador de subrutina de aproximación de condensador en respuesta al punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado sin exceder el punto de ajuste de aproximación máximo.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación incluye además terminar el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación en respuesta al temporizador de subrutina de aproximación de condensador en respuesta a que el punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado exceda el punto de ajuste de aproximación máximo.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el controlador está configurado para determinar si el enfriador/condensador de gas está operando en un modo subcrítico y ejecutar el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación en respuesta a determinar que el enfriador/condensador de gas está operando en modo subcrítico.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el controlador está configurado para obtener una medición de una temperatura del aire ambiente que ocurre mientras que se ajusta automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador y almacenar una asociación entre el punto de ajuste de aproximación de condensador que resulta de ajustar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador y la temperatura del aire ambiente medida.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el controlador está configurado para, en respuesta a una temperatura del aire ambiente actual que coincida con la temperatura del aire ambiente medida asociada con el punto de ajuste de aproximación de condensador, iniciar un temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador, monitorizar la temperatura de aproximación de condensador y una velocidad de ventilador del ventilador y verificar que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador mantienen las condiciones predeterminadas durante al menos una cantidad mínima de tiempo antes de que expire el temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador.
Otra implementación de la presente descripción que no forma parte de la presente invención, es un método para operar un sistema de refrigeración. El método incluye eliminar el calor de un refrigerante que fluye a través de un enfriador/condensador de gas. El enfriador/condensador de gas incluye una salida a través de la cual el refrigerante sale del enfriador/condensador de gas. El método incluye operar un ventilador para causar un flujo de aire a través del enfriador/condensador de gas. El ventilador puede operar a múltiples velocidades de ventilador diferentes para modular una cantidad de calor eliminado del refrigerante que fluye a través del enfriador/condensador de gas. El método incluye calcular la temperatura de aproximación de condensador en base a la temperatura del refrigerante que sale del enfriador/condensador de gas y la temperatura del flujo de aire causado por el ventilador, operando el ventilador para modular la cantidad de calor eliminada del refrigerante que fluye a través del enfriador/condensador de gas para mantener la temperatura de aproximación de condensador en o por debajo de un punto de ajuste de aproximación de condensador, y ajustar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador en respuesta a que la cantidad de calor eliminado del refrigerante sea insuficiente para mantener la temperatura de aproximación de condensador en o por debajo del punto de ajuste de aproximación de condensador.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el método incluye calcular la temperatura de aproximación de condensador restando la temperatura del flujo de aire causado por el ventilador de la temperatura del refrigerante que sale del enfriador/condensador de gas.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, ajustar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador incluye realizar un proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación. El proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación puede incluir iniciar un temporizador de subrutina de aproximación de condensador, monitorizar la temperatura de aproximación de condensador y una velocidad de ventilador del ventilador después de iniciar el temporizador de subrutina de aproximación de condensador, aumentar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador a un punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado en respuesta a que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador no mantienen las condiciones predeterminadas durante al menos una cantidad mínima de tiempo antes de que expire el temporizador de subrutina de aproximación de condensador, y repetir los pasos de inicio, monitorización y aumento automático hasta que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador mantengan las condiciones predeterminadas durante al menos la cantidad mínima de tiempo antes de que expire el temporizador de subrutina de aproximación de condensador.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, las condiciones predeterminadas incluyen al menos una de que la temperatura de aproximación de condensador sea menor que el punto de ajuste de aproximación de condensador, que la velocidad de ventilador sea menor que un punto de ajuste de velocidad de ventilador y que la velocidad de ventilador esté entre un valor de banda inactiva bajo y un valor de banda inactiva alto.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación incluye escribir el punto de ajuste de aproximación de condensador como punto de ajuste de aproximación de condensador óptimo en respuesta a que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador mantengan las condiciones predeterminadas durante al menos la cantidad mínima de tiempo.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación incluye además determinar si el punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado excede un punto de ajuste de aproximación máximo después de aumentar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador al punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado y reiniciar el temporizador de subrutina de aproximación de condensador en respuesta a que el punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado no exceda el punto de ajuste de aproximación máximo.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación incluye además terminar el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación en respuesta al temporizador de subrutina de aproximación de condensador en respuesta a que el punto de ajuste de aproximación de condensador ajustado exceda el punto de ajuste de aproximación máximo.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el método incluye determinar si el enfriador/condensador de gas está operando en un modo subcrítico y ejecutar el proceso de ajuste de punto de ajuste de aproximación en respuesta a determinar que el enfriador/condensador de gas está operando en el modo subcrítico.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el método incluye obtener una medición de la temperatura del aire ambiente que ocurre mientras que se ajusta automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador y almacenar una asociación entre el punto de ajuste de aproximación de condensador que resulta de ajustar automáticamente el punto de ajuste de aproximación de condensador y la temperatura del aire ambiente medida.
En algunas realizaciones que no forman parte de la presente invención, el método incluye, en respuesta a que una temperatura del aire ambiente actual coincida con la temperatura del aire ambiente medida asociada con el punto de ajuste de aproximación de condensador, iniciar un temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador, monitorizar la temperatura de aproximación de condensador y una velocidad de ventilador del ventilador, y verificar que la temperatura de aproximación de condensador y la velocidad de ventilador mantengan las condiciones predeterminadas durante al menos una cantidad mínima de tiempo antes de que expire el temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador.
Lo anterior es un compendio y, de este modo, necesariamente contiene simplificaciones, generalizaciones y omisiones de detalles. En consecuencia, los expertos en la técnica apreciarán que el compendio es solamente ilustrativo y no se pretende que sea de ninguna forma limitante. Otros aspectos, características inventivas y ventajas de los dispositivos y/o procesos descritos en la presente memoria, que se definen únicamente por las reivindicaciones, llegarán a ser evidentes en la descripción detallada expuesta en la presente memoria y tomada junto con los dibujos que se acompañan.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama de bloques de un sistema de refrigeración de CO2, según una realización ejemplar;
La FIG. 2 es un diagrama de bloques de un controlador configurado para controlar el sistema de refrigeración de CO2 de la FIG. 1, según una realización ejemplar;
La FIG. 3 es un diagrama de flujo de un proceso para determinar un punto de ajuste de conmutación de control de presión óptimo para su uso en el sistema de refrigeración de CO2 de la FIG. 1, según una realización ejemplar;
La FIG. 4 es un diagrama de flujo de un proceso para determinar un punto de ajuste de temperatura de aproximación de condensador óptimo para su uso en el sistema de refrigeración de CO2 de la FIG. 1, según una realización ejemplar que no forma parte de la presente invención; y
La FIG. 5 es un diagrama de flujo de un proceso para verificar el punto de ajuste de temperatura de aproximación de condensador óptimo determinado usando el proceso de la FIG. 3, según una realización ejemplar que no forma parte de la presente invención.
Descripción detallada
Sistema de refrigeración de CO2
Haciendo referencia de manera general a las FIGURAS, se muestra un sistema de refrigeración de CO2, según diversas realizaciones ejemplares. El sistema de refrigeración de CO2 puede ser un sistema de refrigeración por compresión de vapor que usa principalmente dióxido de carbono (es decir, CO2) como refrigerante. En algunas implementaciones que no forman parte de la presente invención, el sistema de refrigeración de CO2 se usa para proporcionar enfriamiento a dispositivos de visualización con temperatura controlada en un supermercado u otra instalación similar.
Haciendo referencia ahora a la FIG. 1, se muestra un sistema de refrigeración de CO2100, según una realización ejemplar. El sistema de refrigeración de CO2100 puede ser un sistema de refrigeración por compresión de vapor que usa principalmente dióxido de carbono (CO2) como refrigerante. No obstante, se contempla que otros refrigerantes puedan sustituir al CO2 sin apartarse de las enseñanzas de la presente invención.
Se muestra que el sistema de refrigeración de CO2100 incluye un sistema de tuberías, conductos u otros canales de fluido (por ejemplo, los conductos de fluido 1, 3, 5, 7, 9, 13, 23, 25, 27 y 42) para transportar el refrigerante de CO2 entre diversos componentes del sistema de refrigeración de CO2100. Se muestra que los componentes del sistema de refrigeración de CO2100 incluyen un enfriador/condensador de gas 2, una válvula de alta presión 4, un receptor 6, una válvula de derivación de gas 8, un subsistema de temperatura media (“MT”) 10 y un subsistema de temperatura baja (“LT”)20.
El enfriador/condensador de gas 2 puede ser un intercambiador de calor u otro dispositivo similar para eliminar el calor del refrigerante de CO2. El enfriador/condensador de gas 2 se muestra recibiendo gas CO2 del conducto de fluido 1. En algunas realizaciones, el gas CO2 en el conducto de fluido 1 puede tener una presión dentro de un intervalo de aproximadamente 45 bares a aproximadamente 100 bares (es decir, de alrededor de 650 psig a alrededor de 1450 psig), dependiendo de la temperatura ambiente y otras condiciones de operación. En algunas realizaciones, el enfriador/condensador de gas 2 puede condensar gas CO2 parcial o totalmente en CO2 líquido (por ejemplo, si la operación del sistema está en una región subcrítica). El proceso de condensación puede dar como resultado un líquido CO2 completamente saturado o una mezcla de líquido-vapor de dos fases (por ejemplo, que tiene una calidad de vapor termodinámico entre 0 y 1). En otras realizaciones, el enfriador/condensador de gas 2 puede enfriar el gas CO2 (por ejemplo, eliminando el sobrecalentamiento) sin condensar el gas CO2 en líquido CO2 (por ejemplo, si la operación del sistema está en una región supercrítica). En algunas realizaciones, el proceso de enfriamiento/condensación es un proceso isobárico. El enfriador/condensador de gas 2 se muestra enviando el refrigerante de CO2 enfriado y/o condensado dentro del conducto de fluido 3.
En algunas realizaciones, el sistema de refrigeración de CO2100 incluye un sensor de temperatura 33 y un sensor de presión 34 configurados para medir la temperatura y la presión del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2. Los sensores 33 y 34 se pueden instalar a lo largo del conducto de fluido 3 (como se muestra en la FIG. 1), dentro del enfriador/condensador de gas 2, o colocados de otro modo para medir la temperatura y la presión del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2. En algunas realizaciones el sistema de refrigeración de CO2 100 incluye un ventilador de condensador 35 configurado para proporcionar flujo de aire a través del enfriador/condensador de gas 2. La velocidad del ventilador de condensador 35 se puede controlar para aumentar o disminuir el flujo de aire a través del enfriador/condensador de gas 2 para modular la cantidad de enfriamiento aplicado al refrigerante de CO2 dentro del enfriador/condensador de gas 2. En algunas realizaciones, el sistema de refrigeración de CO2100 también incluye un sensor de temperatura 37 y/o un sensor de presión 38 configurado para medir la temperatura y/o presión del aire ambiente que fluye a través del enfriador/condensador de gas 2 para proporcionar enfriamiento al refrigerante de CO2 contenido dentro del mismo.
La válvula de alta presión 4 recibe el refrigerante de CO2 enfriado y/o condensado del conducto de fluido 3 y envía el refrigerante de CO2 al conducto de fluido 5. La válvula de alta presión 4 puede controlar la presión del refrigerante de CO2 en el enfriador/condensador de gas 2 controlando una cantidad del refrigerante de CO2 que se permite que pase a través de la válvula de alta presión 4. En algunas realizaciones, la válvula de alta presión 4 es una válvula de expansión térmica de alta presión (por ejemplo, si la presión en el conducto de fluido 3 es mayor que la presión en el conducto de fluido 5). En tales realizaciones, la válvula de alta presión 4 puede permitir que el refrigerante de CO2 se expanda a un estado de presión más baja. El proceso de expansión puede ser un proceso de expansión isentálpico y/o adiabático, dando como resultado una expansión de dos fases del refrigerante de CO2 de alta presión a un estado de presión más baja y temperatura más baja. El proceso de expansión puede producir una mezcla de líquido/vapor (por ejemplo, que tiene una calidad termodinámica de vapor entre 0 y 1). En algunas realizaciones, el refrigerante de CO2 se expande a una presión de aproximadamente 38 bares (por ejemplo, alrededor de 550 psig), que corresponde a una temperatura de aproximadamente 40°F. El refrigerante de CO2 entonces fluye desde el conducto de fluido 5 dentro del receptor 6.
El receptor 6 recoge el refrigerante de CO2 del conducto de fluido 5. En algunas realizaciones, el receptor 6 puede ser un tanque de expansión u otro depósito de fluido. El receptor 6 incluye una parte de líquido de CO216 y una parte de vapor de CO215 y puede contener una mezcla parcialmente saturada de líquido de CO2 y vapor de CO2. En algunas realizaciones, el receptor 6 separa el líquido de CO2 del vapor de CO2. El líquido de CO2 puede salir del receptor 6 a través de los conductos de fluido 9. Los conductos de fluido 9 pueden ser colectores de líquido que conducen al subsistema de MT 10 y/o subsistema de LT 20. El vapor de CO2 puede salir del receptor 6 a través del conducto de fluido 7 (es decir, una línea de suministro de refrigerante). Se muestra el conducto de fluido 7 que conduce el vapor de CO2 a una válvula de derivación de gas 8 y un compresor paralelo 26 (descritos con mayor detalle a continuación). En algunas realizaciones, el sistema de refrigeración de CO2 100 incluye un sensor de temperatura 31 y un sensor de presión 32 configurados para medir la temperatura y la presión dentro del receptor 6. Los sensores 31 y 32 se pueden instalar en o sobre el receptor 6 (como se muestra en la FIG. 1) o a lo largo de cualquiera de los conductos de fluido que contienen refrigerante de CO2 a la misma temperatura y/o presión que el receptor 6 (es decir, los conductos de fluido 5, 7, 9 o 27).
Todavía haciendo referencia a la FIG. 1, se muestra que el subsistema de MT 10 incluye una o más válvulas de expansión 11, uno o más evaporadores de MT 12 y uno o más compresores de MT 14. En diversas realizaciones, puede estar presente cualquier número de válvulas de expansión 11, evaporadores de MT 12 y compresores de MT 14. Las válvulas de expansión 11 pueden ser válvulas de expansión electrónicas u otras válvulas de expansión similares. Las válvulas de expansión 11 se muestran recibiendo refrigerante de CO2 líquido del conducto de fluido 9 y enviando el refrigerante de CO2 a los evaporadores de MT 12. Las válvulas de expansión 11 pueden hacer que el refrigerante de CO2 se someta una rápida caída de presión, expandiendo por ello el refrigerante de CO2 a un estado de dos fases de presión más baja y temperatura más baja. En algunas realizaciones, las válvulas de expansión 11 pueden expandir el refrigerante de CO2 a una presión de aproximadamente 20 bares a 25 bares. El proceso de expansión puede ser un proceso de expansión isentálpico y/o adiabático.
Los evaporadores de MT 12 se muestran recibiendo el refrigerante de CO2 enfriado y expandido desde las válvulas de expansión 11. En algunas realizaciones, los evaporadores de MT se pueden asociar con vitrinas/dispositivos de visualización (por ejemplo, si el sistema de refrigeración de CO2 100 se implementa en un entorno de supermercado). Los evaporadores de MT 12 se pueden configurar para facilitar la transferencia de calor desde las vitrinas/dispositivos de visualización al refrigerante de CO2. El calor añadido puede hacer que el refrigerante de CO2 se evapore parcial o completamente. Según una realización, el refrigerante de CO2 se evapora completamente en los evaporadores de MT 12. En algunas realizaciones, el proceso de evaporación puede ser un proceso isobárico. Los evaporadores de MT 12 se muestran enviando el refrigerante de CO2 a través de la línea de succión 13, que conduce a los compresores de MT 14.
Los compresores de MT 14 comprimen el refrigerante de CO2 en un gas sobrecalentado que tiene una presión dentro de un intervalo de aproximadamente 45 bares a aproximadamente 100 bares. La presión de salida de los compresores de MT 14 puede variar dependiendo de la temperatura ambiente y otras condiciones de operación. En algunas realizaciones, los compresores de MT 14 operan en un modo transcrítico. En operación, el gas de descarga de CO2 sale de los compresores de MT 14 y fluye a través del conducto de fluido 1 dentro del enfriador/condensador de gas 2.
Todavía haciendo referencia a la FIG. 1, se muestra que el subsistema de LT 20 incluye una o más válvulas de expansión 21, uno o más evaporadores de LT 22, y uno o más compresores de LT 24. En diversas realizaciones, puede estar presente cualquier número de válvulas de expansión 21, evaporadores de LT 22 y compresores de LT 24. En algunas realizaciones, el subsistema de LT 20 se puede omitir y el sistema de refrigeración de CO2 100 puede operar con un módulo de AC o un compresor paralelo 26 que interactúe solamente con el subsistema de MT 10.
Las válvulas de expansión 21 pueden ser válvulas de expansión electrónicas u otras válvulas de expansión similares. Las válvulas de expansión 21 se muestran recibiendo refrigerante de CO2 líquido del conducto de fluido 9 y enviando el refrigerante de CO2 a los evaporadores de LT 22. Las válvulas de expansión 21 pueden hacer que el refrigerante de CO2 se someta a una rápida caída de presión, expandiendo por ello el refrigerante de CO2 a un estado de dos fases de presión más baja y temperatura más baja. El proceso de expansión puede ser un proceso de expansión isentálpico y/o adiabático. En algunas realizaciones, las válvulas de expansión 21 pueden expandir el refrigerante de CO2 a una presión más baja que las válvulas de expansión 11, dando como resultado por ello un refrigerante de CO2 de temperatura más baja. Por consiguiente, el subsistema de LT 20 se puede usar junto con un sistema de congelación u otras vitrinas de temperatura más baja.
Los evaporadores de LT 22 se muestran recibiendo el refrigerante de CO2 enfriado y expandido de las válvulas de expansión 21. En algunas realizaciones, los evaporadores de LT se pueden asociar con vitrinas/dispositivos de visualización (por ejemplo, si el sistema de refrigeración de CO2 100 se implementa en un entorno de supermercado). Los evaporadores de LT 22 se pueden configurar para facilitar la transferencia de calor desde las vitrinas/dispositivos de visualización al refrigerante de CO2. El calor añadido puede hacer que el refrigerante de CO2 se evapore parcial o completamente. En algunas realizaciones, el proceso de evaporación puede ser un proceso isobárico. Los evaporadores de LT 22 se muestran enviando el refrigerante de CO2 a través de la línea de succión 23, que conduce a los compresores de LT 24.
Los compresores de LT 24 comprimen el refrigerante de CO2. En algunas realizaciones, los compresores de LT 24 pueden comprima el refrigerante de CO2 a una presión de aproximadamente 30 bares (por ejemplo, alrededor de 450 psig) que tiene una temperatura de saturación de aproximadamente 23°F. En algunas realizaciones, los compresores de LT 24 operan en un modo subcrítico. Los compresores de LT 24 se muestran enviando el refrigerante de CO2 a través de la línea de descarga 25. La línea de descarga 25 se puede conectar de manera fluida con el lado de succión (por ejemplo, aguas arriba) de los compresores de MT 14.
Todavía haciendo referencia a la FIG. 1, se muestra que el sistema de refrigeración de CO2100 incluye una válvula de derivación de gas 8. La válvula de derivación de gas 8 puede recibir el vapor de CO2 del conducto de fluido 7 y enviar el refrigerante de CO2 al subsistema de MT 10. En algunas realizaciones, la válvula de derivación de gas 8 se dispone en serie con los compresores de MT 14. En otras palabras, el vapor de CO2 del receptor 6 puede pasar a través de tanto la válvula de derivación de gas 8 como los compresores de MT 14. Los compresores de MT 14 pueden comprimir el vapor de CO2 que pasa a través de la válvula de derivación de gas 8 desde un estado de baja presión (por ejemplo, aproximadamente 30 bares o menor) a un estado de alta presión (por ejemplo, 45-100 bares).
La válvula de derivación de gas 8 está acoplada de manera fluida al conducto de fluido 7 de manera que la válvula de derivación de gas 8 se disponga en serie con los compresores de MT 14 (aguas arriba de los compresores de MT 14). La válvula de derivación de gas 8 se opera para controlar un flujo de refrigerante de gas desde el conducto de fluido 7 a la línea de succión 13. La válvula de derivación de gas 8 se opera para regular o controlar la presión dentro del receptor 6 (por ejemplo, ajustando una cantidad del refrigerante de CO2 que se permite que pase a través de la válvula de derivación de gas 8). Por ejemplo, la válvula de derivación de gas 8 se ajusta (por ejemplo, se abre o cierra de manera variable) para ajustar el caudal másico, el caudal volumétrico u otros caudales del refrigerante de CO2 a través de la válvula de derivación de gas 8. La válvula de derivación de gas 8 se abre y se cierra (por ejemplo, manualmente, automáticamente, mediante un controlador, etc.) según sea necesario para regular la presión dentro del receptor 6.
En algunas realizaciones, la válvula de derivación de gas 8 incluye un sensor para medir un caudal (por ejemplo, flujo másico, flujo volumétrico, etc.) del refrigerante de CO2 a través de la válvula de derivación de gas 8. En otras realizaciones, la válvula de derivación de gas 8 incluye un indicador (por ejemplo, un manómetro, un dial, etc.) a partir del cual se puede determinar la posición de la válvula de derivación de gas 8. Esta posición se puede usar para determinar el caudal de refrigerante de CO2 a través de la válvula de derivación de gas 8, en la medida que tales cantidades pueden ser proporcionales o estar relacionadas de otro modo.
En algunas realizaciones, la válvula de derivación de gas 8 puede ser una válvula de expansión térmica (por ejemplo, si la presión en el lado aguas abajo de la válvula de derivación de gas 8 es menor que la presión en el conducto de fluido 7). Según una realización, la presión dentro del receptor 6 se regula mediante la válvula de derivación de gas 8 a una presión de aproximadamente 38 bares, que corresponde a alrededor de 37°F. Ventajosamente, este estado de presión/temperatura puede facilitar el uso de cañerías/tuberías de cobre para las líneas de CO2 aguas abajo del sistema. Además, este estado de presión/temperatura puede permitir que tales tuberías de cobre operen de una manera sustancialmente libre de escarcha.
En algunas realizaciones, el vapor de CO2 que se deriva a través de la válvula de derivación de gas 8 se mezcla con el gas de refrigerante de CO2 que sale de los evaporadores de MT 12 (por ejemplo, a través de la línea de succión 13). El vapor de CO2 derivado puede mezclarse también con el gas de refrigerante de CO2 de descarga que sale de los compresores de LT 24 (por ejemplo, a través de la línea de descarga 25). El gas de refrigerante de CO2 combinado se puede proporcionar al lado de succión de los compresores de MT 14.
En algunas realizaciones, la presión inmediatamente aguas abajo de la válvula de derivación de gas 8 (es decir, en la línea de succión 13) es menor que la presión inmediatamente aguas arriba de la válvula de derivación de gas 8 (es decir, en el conducto de fluido 7). Por lo tanto, el vapor de CO2 que pasa a través de la válvula de derivación de gas 8 y los compresores de MT 14 se puede expandir (por ejemplo, cuando se hace pasar a través de la válvula de derivación de gas 8) y posteriormente comprimirse de nuevo (por ejemplo, mediante compresores de MT 14). Esta expansión y compresión de nuevo puede ocurrir sin ninguna transferencia de calor intermedia hacia o desde el refrigerante de CO2, lo que se puede caracterizar como un uso ineficiente de energía.
Todavía haciendo referencia a la FIG. 1, se muestra que el sistema de refrigeración de CO2 100 incluye un compresor paralelo 26. El compresor paralelo 26 está dispuesto en paralelo con los compresores de MT 14 y dispuesto en serie con compresores de LT 24. Aunque solamente se muestra un compresor paralelo 26, puede estar presente cualquier número de compresores paralelo. El compresor paralelo 26 se conecta de manera fluida con el receptor 6 y/o el conducto de fluido 7 a través de una línea de conexión 27. El compresor paralelo 26 se usa para extraer vapor de CO2 no condensado del receptor 6 como medio de control y regulación de presión. Ventajosamente, usar el compresor paralelo 26 para efectuar el control y la regulación de presión proporciona una alternativa más eficiente a las técnicas tradicionales de regulación de presión, tales como desviar el vapor de CO2 a través de la válvula de derivación 8 al lado de succión de presión más baja de los compresores de MT 14.
El compresor paralelo 26 se opera (por ejemplo, por un controlador 50) para lograr una presión deseada dentro del receptor 6. Por ejemplo, el controlador 5o puede recibir mediciones de presión de un sensor de presión 32 que monitoriza la presión dentro del receptor 6 y puede activar o desactivar el compresor paralelo 26 en base a las mediciones de presión. Cuando está activo, el compresor paralelo 26 comprime el vapor de CO2 recibido a través de la línea de conexión 27 y descarga el gas comprimido dentro de la línea de descarga 42. La línea de descarga 42 se puede conectar de manera fluida con el conducto de fluido 1. Por consiguiente, el compresor paralelo 26 puede operar en paralelo con los compresores de MT 14 descargando el gas de CO2 comprimido dentro de un conducto de fluido compartido (por ejemplo, el conducto de fluido 1).
El compresor paralelo 26 se dispone en paralelo tanto con la válvula de derivación de gas 8 como con los compresores de MT 14. El vapor de CO2 que sale del receptor 6 puede pasar a través o bien del compresor paralelo 26 o bien la combinación en serie de la válvula de derivación de gas 8 y los compresores de MT 14. El compresor paralelo 26 puede recibir el vapor de CO2 a una presión relativamente más alta (por ejemplo, del conducto de fluido 7) que el vapor de CO2 recibido por los compresores de MT 14 (por ejemplo, de la línea de succión 13). Este diferencial de presión puede corresponder al diferencial de presión a través de la válvula de derivación de gas 8. En algunas realizaciones, el compresor paralelo 26 puede requerir menos energía para comprimir una cantidad equivalente de vapor de CO2 al estado de alta presión (por ejemplo, en el conducto de fluido 1) como resultado de la presión más alta del vapor de CO2 que entra en el compresor paralelo 26. Por lo tanto, la ruta paralela que incluye el compresor paralelo 26 puede ser una alternativa más eficiente a la ruta que incluye la válvula de derivación de gas 8 y los compresores de Mt 14.
Se omite la válvula de derivación de gas 8 y se regula la presión dentro del receptor 6 usando el compresor paralelo 6, como se expone en la reivindicación 1. El compresor paralelo 26 se podría omitir entonces y la presión dentro del receptor 6 se regula usando la válvula de derivación de gas 8, como se expone en la reivindicación 3. En otras realizaciones que no forman parte de la presente invención, tanto la válvula de derivación de gas 8 como el compresor paralelo 26 se usan para regular la presión dentro del receptor 6. Todas las variaciones reivindicadas se definen en las reivindicaciones.
Controlador
Haciendo referencia ahora a la FIG. 2, se muestra un diagrama de bloques que ilustra el controlador 50 con mayor detalle, según una realización ejemplar. El controlador 50 puede recibir señales de uno o más dispositivos de medición (por ejemplo, sensores de presión, sensores de temperatura, sensores de flujo, etc.) situados dentro del sistema de refrigeración de CO2 100. Por ejemplo, se muestra el controlador 50 recibiendo mediciones de temperatura y presión de los sensores 31-34 y 37-38, una señal de posición de válvula de la válvula de derivación de gas 8 y una señal de velocidad de ventilador del ventilador de condensador 35. El controlador 50 puede usar las señales de entrada para determinar acciones de control apropiadas para los dispositivos controlables del sistema de refrigeración de CO2100 (por ejemplo, los compresores 14 y 24, el compresor 26, el ventilador de condensador 35, las válvulas 4, 8, 11 y 21, los desviadores de flujo, las fuentes de alimentación, etc.). Por ejemplo, se muestra el controlador 50 proporcionando señales de control al compresor paralelo 26, la válvula de derivación de gas 8 y el ventilador de condensador 35.
El controlador 50 está configurado para operar la válvula de derivación de gas 8 y/o el compresor paralelo 26 para mantener la presión de CO2 dentro del tanque de recepción 6 en un punto de ajuste deseado o dentro de un intervalo deseado. En algunas realizaciones, el controlador 50 opera la válvula de derivación de gas 8 y el compresor paralelo 26 en base a la temperatura del refrigerante de CO2 en la salida del enfriador/condensador de gas 2. En otras realizaciones, el controlador 50 opera la válvula de derivación de gas 8 y el compresor paralelo 26 en base a un caudal (por ejemplo, flujo másico, flujo volumétrico, etc.) de refrigerante de CO2 a través de la válvula de derivación de gas 8. El controlador 50 puede usar una posición de válvula de la válvula de derivación de gas 8 como un intermediario para el caudal de refrigerante de CO2. En algunas realizaciones, el controlador 50 opera la válvula de alta presión 4 y las válvulas 11 y 21 de expansión para regular el flujo de refrigerante en el sistema 100.
El controlador 50 puede incluir la funcionalidad de control de realimentación para operar adaptativamente los diversos componentes del sistema de refrigeración de CO2 100. Por ejemplo, el controlador 50 puede recibir un punto de ajuste (por ejemplo, un punto de ajuste de temperatura, un punto de ajuste de presión, un punto de ajuste de caudal, un punto de ajuste de uso de energía, etc.) y operar uno o más componentes del sistema 100 para lograr el punto de ajuste. El punto de ajuste se puede especificar por un usuario (por ejemplo, a través de un dispositivo de entrada de usuario, una interfaz gráfica de usuario, una interfaz local, una interfaz remota, etc.) o determinar automáticamente por el controlador 50 en base a un historial de mediciones de datos.
El controlador 50 puede ser un controlador proporcional-integral (PI), un controlador proporcional-integral-derivativo (PID), un controlador adaptativo de reconocimiento de patrones (PRAC), un controlador adaptativo de reconocimiento de modelos (MRAC), un controlador predictivo de modelos (MPC) o cualquier otro tipo de controlador que emplee cualquier tipo de funcionalidad de control. En algunas realizaciones, el controlador 50 es un controlador local para el sistema de refrigeración de CO2 100. En otras realizaciones, el controlador 50 es un controlador de supervisión para una pluralidad de subsistemas controlados (por ejemplo, un sistema de refrigeración, un sistema de AC, un sistema de iluminación, un sistema de seguridad, etc.). Por ejemplo, el controlador 50 puede ser un controlador para un sistema completo de gestión de edificios que incorpore un sistema de refrigeración de CO2100. El controlador 50 se puede implementar de manera local, remota o como parte de un conjunto alojado en la nube de aplicaciones de gestión de edificios.
Todavía haciendo referencia a la FIG. 2, se muestra que el controlador 50 incluye una interfaz de comunicaciones 54 y un circuito de procesamiento 51. La interfaz de comunicaciones 54 puede ser o incluir interfaces cableadas o inalámbricas (por ejemplo, clavijas, antenas, transmisores, receptores, transceptores, terminales de cable, etc.) para realizar comunicaciones de datos electrónicos. Por ejemplo, la interfaz de comunicaciones 54 se puede usar para dirigir comunicaciones con la válvula de derivación de gas 8, el compresor paralelo 26, los compresores 14 y 24, la válvula de alta presión 4, diversos dispositivos de adquisición de datos dentro del sistema de refrigeración de CO2 100 (por ejemplo, sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de flujo, etc.) y/u otros dispositivos externos o fuentes de datos. Las comunicaciones de datos se pueden dirigir a través de una conexión directa (por ejemplo, una conexión cableada, una conexión inalámbrica ad-hoc, etc.) o una conexión de red (por ejemplo, una conexión a Internet, una conexión de LAN, WAN o WLAN, etc.). Por ejemplo, la interfaz de comunicaciones 54 puede incluir una tarjeta de Ethernet y un puerto para enviar y recibir datos a través de un enlace o red de comunicaciones basada en Ethernet. En otro ejemplo, la interfaz de comunicaciones 54 puede incluir un transceptor Wi-Fi o un transceptor de teléfono celular o móvil para comunicarse a través de una red de comunicaciones inalámbricas.
Se muestra que el circuito de procesamiento 51 incluye un procesador 52 y una memoria 53. El procesador 52 se puede implementar como un procesador de propósito general, un circuito integrado de aplicaciones específicas (ASIC), una o más agrupaciones de puertas programables en campo (FPGA), un grupo de componentes de procesamiento, un microcontrolador u otros componentes de procesamiento electrónico adecuados. La memoria 53 (por ejemplo, dispositivo de memoria, unidad de memoria, dispositivo de almacenamiento, etc.) puede ser uno o más dispositivos (por ejemplo, RAM, ROM, memoria de estado sólido, almacenamiento en disco duro, etc.) para almacenar datos y/o código de ordenador para completar o facilitar los diversos procesos, capas y módulos descritos en la presente solicitud. La memoria 53 puede ser o incluir memoria volátil o memoria no volátil. La memoria 53 puede incluir componentes de base de datos, componentes de código objeto, componentes de secuencia de comandos o cualquier otro tipo de estructura de información para soportar las diversas actividades y estructuras de información descritas en la presente solicitud. Según una realización ejemplar, la memoria 53 se conecta de manera comunicable al procesador 52 a través del circuito de procesamiento 51 e incluye un código de ordenador para ejecutar (por ejemplo, mediante el circuito de procesamiento 51 y/o el procesador 52) uno o más procesos o características de control descritas en la presente memoria.
Todavía haciendo referencia a la FIG. 2, se muestra que el controlador 50 incluye un controlador de presión 55. El controlador de presión 55 se puede configurar para controlar la presión dentro del receptor 6 operando la válvula de derivación de gas 8 y/o el compresor paralelo 26. El controlador de presión 55 puede usar el compresor paralelo 26 para controlar la presión dentro del receptor 6 cuando la cantidad del gas de refrigerante de CO2 producido por el sistema de refrigeración de CO2 100 es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo 26. No obstante, si el sistema de refrigeración de CO2100 no produce suficiente gas de refrigerante de CO2 para mantener la operación del compresor paralelo 26, el controlador de presión 55 puede regular la presión dentro del receptor 6 dirigiendo el gas de refrigerante de CO2 a través de la válvula de derivación de gas 8 para ser comprimido por los compresores de MT 14. Si el sistema de refrigeración de CO2100 comienza a producir suficiente gas de refrigerante de CO2 para mantener la operación del compresor paralelo 26, el controlador de presión 55 puede cerrar la válvula de derivación de gas 8 y activar el compresor paralelo 26.
El controlador de presión 55 puede determinar si el sistema de refrigeración de CO2100 produce suficiente gas de refrigerante de CO2 para mantener la operación del compresor paralelo 26 comparando una variable de proceso con un punto de ajuste de conmutación. La variable de proceso puede ser cualquier variable recibida como realimentación desde el sistema de refrigeración de CO2100 incluyendo, por ejemplo, la presión del refrigerante de CO2 dentro del receptor 6, el caudal del refrigerante de CO2 a través de la válvula de derivación de gas 8 o la posición de la válvula de derivación de gas 8. Una vez que la variable de proceso excede el punto de ajuste de conmutación durante una cantidad de tiempo predeterminada, la presión el controlador 55 puede cerrar la válvula de derivación de gas 8 y activar el compresor paralelo 26. Ventajosamente, el punto de ajuste de conmutación se puede determinar automáticamente mediante el optimizador de conmutación 56 (descrito con mayor detalle con referencia a la FIG. 3). Con el fin de hacer una transición de vuelta al uso de compresores de MT 14 para comprimir el gas de refrigerante de CO2 del receptor 6, el controlador de presión 55 puede comparar la presión dentro del receptor 6 con un punto de ajuste de presión. El punto de ajuste de presión puede ser el mismo que el punto de ajuste de conmutación o puede ser diferente del punto de ajuste de conmutación. Una vez que la presión del gas de refrigerante de CO2 dentro del receptor 6 cae por debajo del punto de ajuste de presión, el controlador de presión 55 puede desactivar el compresor paralelo 26 y operar la válvula de derivación de gas 8 para controlar la presión dentro del receptor 6.
Todavía haciendo referencia a la FIG. 2, se muestra que el controlador 50 incluye un controlador de aproximación de condensador 57. El controlador de aproximación de condensador 57 se puede configurar para operar el ventilador de condensador 35 para mantener la temperatura de aproximación de condensador en o por debajo de un punto de ajuste de aproximación. La temperatura de aproximación de condensador se puede definir como la diferencia entre la temperatura del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2 (es decir, la temperatura medida por el sensor de temperatura 33) y la temperatura del aire ambiente usado para proporcionar enfriamiento al refrigerante de CO2 en el enfriador/condensador de gas 2 (es decir, el flujo de aire controlado operando el ventilador de condensador 35). La temperatura del aire ambiente se puede medir mediante el sensor de temperatura 37.Si la temperatura de aproximación de condensador es mayor que el punto de ajuste de aproximación, el controlador de aproximación de condensador 57 puede aumentar la velocidad del ventilador de condensador 35 para proporcionar más enfriamiento al refrigerante de CO2 en el enfriador/condensador de gas 2. No obstante, si la temperatura de aproximación es menor o igual que el punto de ajuste de aproximación, el controlador de aproximación de condensador 57 puede mantener el ventilador de condensador 35 a su velocidad actual. Ventajosamente, el punto de ajuste de aproximación se puede determinar automáticamente mediante el optimizador de aproximación de condensador 58 (descrito con mayor detalle con referencia a la FIG. 4).
Optimización del punto de ajuste de conmutación
Haciendo referencia ahora a las FIGS. 2 y 3, se muestra que el controlador 50 incluye un optimizador de conmutación 56. El optimizador de conmutación 56 se puede configurar para determinar un valor óptimo para el punto de ajuste de conmutación proporcionado al controlador de presión 55. En algunas realizaciones, el optimizador de conmutación 56 realiza el proceso 300 (mostrado en la FIG. 3) para determinar el valor óptimo para el punto de ajuste de conmutación.
El proceso 300 comienza cuando la subrutina de optimización se ejecuta por un usuario (paso 302) y el usuario inicia la lógica de control de optimización (paso 304). El optimizador de conmutación 56 puede determinar si están presentes lecturas apropiadas de temperatura y presión (medidas por los sensores 31-34 y 37-38) para que comience la compresión en paralelo (paso 306). Las lecturas adecuadas de temperatura y presión deberían caer dentro de los valores de operación mínimo y máximo con el fin de que el compresor paralelo 26 arranque con éxito.
Si las lecturas de temperatura y presión no caen dentro de los valores de operación mínimo y máximo (es decir, el resultado del paso 306 es “no”), el optimizador de conmutación 56 puede generar una notificación de que la optimización no se puede ejecutar hasta que las temperaturas y presiones estén dentro de los límites mínimo y máximo (paso 308). El optimizador de conmutación 56 puede salir entonces de la subrutina de optimización y señalar al usuario “Optimización NO Completa” (paso 310). El sistema de refrigeración de CO2100 puede reanudar entonces la operación normal. Si en cualquier punto durante el proceso 300, las lecturas de temperatura y presión en el sistema caen fuera de los valores de operación mínimo y máximo, la subrutina de optimización puede detenerse y salir, notificando al usuario que el sistema no ha completado la rutina de optimización, pero el sistema operará con normalidad.
Si las lecturas de temperatura y presión caen dentro de los valores de operación mínimo y máximo (es decir, el resultado del paso 306 es “sí”), el optimizador de conmutación 56 puede determinar si la variable de proceso (por ejemplo, la presión dentro del receptor 6, la posición de la válvula de derivación de gas 8, el caudal de refrigerante a través de la válvula de derivación de gas 8, etc.) excede un valor de punto de ajuste de conmutación (paso 312). Inicialmente, el valor del punto de ajuste de conmutación se puede establecer en un valor por defecto o inicial, que se puede optimizar realizando los pasos posteriores del proceso 300.Si la variable de proceso no excede el valor del punto de ajuste de conmutación (es decir, el resultado del paso 312 es “no”), el optimizador de conmutación 56 puede esperar hasta que se satisfaga el criterio del paso 312. No obstante, si la variable de proceso excede el valor del punto de ajuste de conmutación (es decir, el resultado del paso 312 es “sí”), el optimizador de conmutación 56 puede conmutar el control de presión del receptor de la válvula de derivación de gas 8 al compresor paralelo 26 (paso 314). El paso 314 puede incluir cerrar la válvula de derivación de gas 8 y activar el compresor paralelo 26.
Tras activar el compresor paralelo 26, el optimizador de conmutación 56 puede iniciar un temporizador de retardo de ejecución del compresor paralelo (paso 316) y determinar si ocurre un apagado del compresor paralelo 26 antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución (paso 318). Puede ocurrir un apagado del compresor paralelo 26 cuando la cantidad del gas refrigerante de CO2 que se produce por el sistema de refrigeración de CO2 100 es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo 26. Por ejemplo, el controlador de presión 55 puede apagar el compresor paralelo 26 cuando la presión dentro del receptor 6 cae por debajo de un punto de ajuste de presión.
Si el apagado del compresor paralelo 26 ocurre antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución (es decir, el resultado del paso 318 es “sí”), el optimizador de conmutación 56 puede conmutar el control de presión del receptor del compresor paralelo 26 a la válvula de derivación de gas 8 (paso 320). El optimizador de conmutación 56 entonces puede modificar (aumentar) el valor del punto de ajuste de conmutación (paso 322) y el proceso 300 pueden volver al paso 312. Aumentar el valor del punto de ajuste de conmutación en el paso 322 requerirá un valor mayor de la variable de proceso para desencadenar una conmutación del compresor paralelo 26 en el paso 312. Por consiguiente, será menos probable que la cantidad de gas de refrigerante de CO2 que se produce por el sistema de refrigeración de CO2100 sea insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo 26 durante al menos la duración del temporizador de retardo de ejecución del compresor la próxima vez que se realicen los pasos 312-318. Los pasos 312-322 se pueden repetir tantas veces como sea necesario para hacer que el compresor paralelo 26 permanezca activo durante al menos la duración del temporizador de retardo de ejecución en el paso 318.
Si el apagado del compresor paralelo 26 no ocurre antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución (es decir, el resultado del paso 318 es “no”), el optimizador de conmutación 56 puede esperar hasta que expire el temporizador de retardo de ejecución (paso 324) y escribir el valor del punto de ajuste de conmutación como el punto de ajuste de conmutación óptimo (paso 326). El optimizador de conmutación 56 puede salir entonces de la subrutina de optimización y señalar al usuario “Optimización Completa” (paso 328). El sistema de refrigeración de CO2100 puede estar listo entonces para una operación optimizada.
Optimización de aproximación de condensador
Haciendo referencia ahora a las FIGS. 2 y 4, se muestra que el controlador 50 incluye un optimizador de aproximación de condensador 58 que no forma parte de la presente invención.
El optimizador de aproximación de condensador 58 se puede configurar para determinar un valor óptimo para el punto de ajuste de aproximación proporcionado al controlador de aproximación de condensador 57. En algunas realizaciones, el optimizador de aproximación de condensador 57 realiza el proceso 400 (mostrado en la FIG. 4) para determinar el valor óptimo para el punto de ajuste de aproximación de condensador.
El proceso 400 comienza cuando la subrutina de optimización se ejecuta por un usuario (paso 402) y el usuario inicia la lógica de control de optimización (paso 404). El optimizador de aproximación de condensador 58 puede determinar si están presentes lecturas apropiadas de temperatura y presión (medidas por los sensores 31-34 y 37­ 38) para que comience la operación subcrítica (paso 406). Las lecturas apropiadas de temperatura y presión deberían caer dentro de los valores de operación mínimo y máximo con el fin de que el enfriador/condensador de gas 2 opere en un modo subcrítico.
Si las lecturas de temperatura y presión no caen dentro de los valores de operación mínimo y máximo (es decir, el resultado del paso 406 es “no”), el optimizador de aproximación de condensador 58 puede generar una notificación de que la optimización no puede ejecutarse hasta que las temperaturas y presiones estén dentro de los límites mínimo y máximo (paso 408). El optimizador de aproximación de condensador 58 entonces puede salir de la subrutina de optimización y señalar al usuario “Optimización NO Completa” (paso 410). El sistema de refrigeración de CO2 100 entonces puede reanudar la operación normal. Si en cualquier punto durante el proceso 400, las lecturas de temperatura y presión en el sistema caen fuera de los valores de operación mínimo y máximo, la subrutina de optimización puede detenerse y salir, notificando al usuario que el sistema no ha completado la rutina de optimización pero que el sistema operará con normalidad.
Si las lecturas de temperatura y presión caen dentro de los valores de operación mínimo y máximo (es decir, el resultado del paso 406 es “sí”), el optimizador de aproximación de condensador 58 puede iniciar un temporizador de subrutina de aproximación de condensador (paso 412). El optimizador de aproximación de condensador 58 entonces puede comprobar si varias condiciones 414-418 se mantienen continuamente durante al menos una cantidad mínima de tiempo Tmin (paso 420). En diversas realizaciones, la cantidad mínima de tiempo Tmin puede ser más corta que la duración del temporizador de subrutina de aproximación de condensador o igual a la duración del temporizador de subrutina de aproximación de condensador. La condición 414 se satisface si la aproximación medida (es decir, la diferencia medida entre la temperatura del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2 y la temperatura del aire ambiente) es menor que un punto de ajuste de aproximación. La temperatura del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2 se puede medir por el sensor de temperatura 33, mientras que la temperatura del aire ambiente se puede medir por el sensor de temperatura 37. Inicialmente, el punto de ajuste de aproximación puede tener un valor por defecto o inicial, que se puede optimizar realizando los pasos posteriores del proceso 400. La condición 416 se satisface si la velocidad real del ventilador de condensador 35 es menor que un punto de ajuste de velocidad de ventilador. El punto de ajuste de velocidad de ventilador se puede definir por un usuario o proporcionar de otro modo como entrada al proceso 400. La condición 418 se satisface si la velocidad real del ventilador de condensador 35 está entre un valor de velocidad de ventilador de banda inactiva bajo y un valor de velocidad de ventilador de banda inactiva alto.
Si alguna de las condiciones 414-418 no se mantiene continuamente (es decir, alguna de las condiciones 414-418 llega a ser falsa) antes de que haya expirado el temporizador de subrutina de aproximación de condensador (es decir, el resultado del paso 420 es “no”), el optimizador de aproximación de condensador 58 puede esperar hasta que se satisfagan todas las condiciones 414-418 y repetir el paso 420. El paso 420 se puede repetir tantas veces como sea necesario hasta que se mantengan o bien todas las condiciones 414-418 durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin o bien haya expirado el temporizador de subrutina de aproximación de condensador.
Si el temporizador de subrutina de aproximación de condensador expira (paso 422) antes de que todas las condiciones 414-418 se mantengan durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin, el optimizador de aproximación de condensador 58 puede aumentar el valor del punto de ajuste de aproximación (paso 424) y comprobar si el valor del punto de ajuste de aproximación excede un punto de ajuste de aproximación máximo (paso 426). Si se excede el punto de ajuste de aproximación máximo (es decir, el resultado del paso 426 es “sí”), el optimizador de aproximación de condensador 58 puede salir de la subrutina de optimización y señalar al usuario “Optimización NO completa” (paso 410). El sistema de refrigeración de CO2 100 entonces puede reanudar la operación normal. No obstante, si no se excede el punto de ajuste de aproximación máximo (es decir, el resultado del paso 426 es “no”), el optimizador de aproximación de condensador 58 puede volver al paso 412. Los pasos 412­ 426 se pueden repetir tantas veces como sea necesario hasta que o bien se mantengan todas las condiciones 414­ 418 durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin en el paso 420 o se exceda el punto de ajuste de aproximación máximo en el paso 426.
Si se mantienen continuamente todas las condiciones 414-418 (es decir, todas las condiciones 414-418 permanecen verdaderas) durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin antes de que haya expirado el temporizador de subrutina de aproximación de condensador (es decir, el resultado del paso 420 es “sí”), el optimizador de aproximación de condensador 58 puede escribir el valor del punto de ajuste de aproximación de condensador como el punto de ajuste de aproximación de condensador óptimo (paso 428). El optimizador de aproximación de condensador 58 entonces puede salir de la subrutina de optimización y señalar al usuario “Optimización Completa” (paso 430). El sistema de refrigeración de CO2100 entonces puede estar listo para una operación optimizada.
Verificación de aproximación de condensador
Haciendo referencia ahora a la FIG. 5, se muestra un diagrama de flujo de un proceso 500 para monitorizar y verificar la aproximación de condensador que no forma parte de la presente invención, según una realización ejemplar. El proceso 500 se puede realizar por el controlador 50 después de que el proceso de optimización de aproximación de condensador 400 se realice para asegurar que el sistema de refrigeración de CO2 100 sigue operando como se esperaba. Cuando el proceso 400 se ha completado con éxito, el controlador 50 puede registrar el punto de ajuste de aproximación optimizado y los valores correspondientes de la velocidad de ventilador (es decir, la velocidad de ventilador optimizada) y la potencia de ventilador (es decir, la potencia de ventilador optimizada). Tales variables se pueden almacenar en la memoria y usar durante el proceso 500. El proceso 500 se puede realizar cuando el sistema de refrigeración de CO2100 está operando normal y continuamente (condición 502) y cuando la temperatura ambiente coincide con la temperatura ambiente registrada cuando se realiza el proceso de optimización de aproximación de condensador 400 (condición 504).
Cuando se satisfacen ambas condiciones 502-504, el controlador 50 puede iniciar un temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador (paso 506). El controlador 50 entonces puede comprobar si varias condiciones 508-512 se mantienen continuamente durante al menos una cantidad mínima de tiempo Tmin (paso 514). La temperatura del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2 se puede medir por el sensor de temperatura 33 y la temperatura del aire ambiente se puede medir por el sensor de temperatura 37. La condición 508 se satisface si la aproximación medida (es decir, la diferencia medida entre la temperatura del refrigerante de CO2 que sale del enfriador/condensador de gas 2 y la temperatura del aire ambiente) se mantiene en el punto de ajuste de aproximación de condensador óptimo más o menos un porcentaje predeterminado del punto de ajuste de aproximación (es decir, (punto de ajuste - valor de %) < aproximación medida < (punto de ajuste valor de %)). La condición 510 se satisface si la velocidad de ventilador medida se mantiene a la velocidad de ventilador óptima más o menos un porcentaje predeterminado de la velocidad de ventilador óptima (es decir, (velocidad de ventilador optimizada - valor de %) < velocidad de ventilador < (velocidad de ventilador optimizada valor de %)). La condición 512 se satisface si la velocidad de ventilador medida se mantiene a la potencia de ventilador óptima más o menos un porcentaje predeterminado de la potencia de ventilador óptima (es decir, (potencia de ventilador optimizada - valor de %) < potencia de ventilador < (potencia de ventilador optimizada valor de %)).
Si alguna de las condiciones 508-512 no se mantiene continuamente (es decir, cualquiera de las condiciones 508­ 512 llega a ser falsa) antes de que haya expirado el temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador (es decir, el resultado del paso 514 es “no”), el controlador 50 puede esperar hasta que se satisfagan todas las condiciones 508-512 y repetir el paso 514. El paso 514 se puede repetir tantas veces como sea necesario hasta que se mantengan todas las condiciones 508-512 durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin o haya expirado el temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador. Si todas las condiciones 508-512 se mantienen continuamente (es decir, todas las condiciones 508-512 permanecen verdaderas) durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin antes de que haya expirado el temporizador de subrutina de aproximación de condensador (es decir, el resultado del paso 514 es “sí”), el controlador 50 puede salir de la subrutina de verificación (paso 522).
Si el temporizador de subrutina de verificación de aproximación de condensador expira (paso 516) antes de que todas las condiciones 508-512 se mantengan durante al menos la cantidad mínima de tiempo Tmin, el controlador 50 puede aumentar un contador de verificación de aproximación (paso 518) y comprobar si el contador de verificación de aproximación es menor que un umbral (paso 520). Si el contador de verificación de aproximación es menor que el umbral (es decir, el resultado del paso 520 es “sí”), el controlador 50 puede salir de la subrutina de verificación (paso 522). No obstante, si el contador de verificación de aproximación no es menor que el umbral (es decir, el resultado del paso 520 es “no”), el controlador 50 puede salir de la subrutina de verificación (paso 524) y realizar la subrutina de optimización de aproximación de condensador (es decir, proceso 400) para actualizar los valores optimizados usados en las condiciones 508-512.
Configuración de realizaciones ejemplares
La construcción y disposición del sistema de refrigeración de CO2 como se muestra en las diversas realizaciones ejemplares son solamente ilustrativas. Aunque solamente se han descrito en detalle unas pocas realizaciones, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que son posibles muchas modificaciones (por ejemplo, variaciones de tamaños, dimensiones, estructuras, formas y proporciones de los diversos elementos, valores de parámetros, disposiciones de montaje, uso de materiales, colores, orientaciones, etc.) y meramente se limitan por el alcance de la invención, como se expone en las reivindicaciones adjuntas.
Se debería observar que el término “ejemplar”, como se usa en la presente memoria para describir diversas realizaciones, se pretende que indique que tales realizaciones son posibles ejemplos, representaciones y/o ilustraciones de posibles realizaciones (y tal término no se pretende que connote que tales realizaciones sean ejemplos necesariamente extraordinarios o superlativos).
Los términos “acoplado”, “conectado” y similares, como se usan en la presente memoria, significan la unión de dos miembros uno directa o indirectamente a otro. Tal unión puede ser estacionaria (por ejemplo, permanente) o móvil (por ejemplo, eliminable o liberable). Tal unión se puede lograr con los dos miembros o los dos miembros y cualquier miembro intermedio adicional que se forma integralmente como un único cuerpo unitario uno con otro o con los dos miembros o los dos miembros y cualquier miembro intermedio adicional que se unen entre sí.
Las referencias en la presente memoria a las posiciones de los elementos (por ejemplo, “superior”, “inferior”, “por encima”, “por debajo”, etc.) se usan meramente para describir la orientación de diversos elementos en las FIGURAS. Se debería observar que la orientación de diversos elementos puede diferir según otras realizaciones ejemplares.
Aunque las figuras pueden mostrar un orden específico de los pasos del método, el orden de los pasos puede diferir de lo que se representa. También se pueden realizar dos o más pasos de manera concurrente o con concurrencia parcial. Tal variación dependerá de los sistemas de software y hardware elegidos y de la elección del diseñador. Todas de tales variaciones son posibles y se limitan meramente por el alcance de la invención, como se expone en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de refrigeración (100) que comprende:
un receptor (6) configurado para recoger un refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) y que comprende una salida a través de la cual el refrigerante de gas sale del receptor (6);
una válvula de derivación de gas (8) acoplada de manera fluida a la salida del receptor (6) y operable para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) controlando un primer flujo de refrigerante de gas desde el receptor (6) a través de la válvula de derivación de gas (8);
uno o más compresores (14) dispuestos en serie con la válvula de derivación de gas (8) y operables para comprimir el primer flujo de refrigerante de gas y descargar el refrigerante comprimido en una línea de descarga (42);
un compresor paralelo (26) acoplado de manera fluida a la salida del receptor (6) en paralelo tanto con la válvula de derivación de gas (8) como el uno o más compresores (14) y operable para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) comprimiendo un segundo flujo de refrigerante de gas del receptor (6) y descargando el refrigerante de gas comprimido dentro de la línea de descarga (42), en donde el refrigerante de gas que sale del receptor (6) pasa a través o bien del compresor paralelo (26) o bien de una combinación en serie de la válvula de derivación de gas (8) y el uno o más compresores (14);
un enfriador/condensador de gas (2) conectado de manera fluida para recibir el refrigerante de gas comprimido desde la línea de descarga (42); y
un controlador (50) configurado para:
conmutar de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta a un valor de una variable de proceso que cruza un punto de ajuste de conmutación, el valor de la variable de proceso que depende de una cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100); y
ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación en respuesta a que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) sea insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26),
caracterizado por que el controlador (50) comprende un temporizador de retardo de ejecución y está configurado además para:
iniciar el temporizador de retardo de ejecución tras conmutar a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor; y
determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base a si la presión del refrigerante de gas en el receptor cae por debajo de un punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
2. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 1, en donde el controlador (50) está configurado para conmutar de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta al valor de la variable de proceso que excede el punto de ajuste de conmutación durante al menos una cantidad de tiempo predeterminada.
3. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación comprende realizar un proceso de ajuste de punto de ajuste de conmutación que comprende:
conmutar de operar el compresor paralelo (26) a operar la válvula de derivación de gas (8) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor;
aumentar automáticamente el punto de ajuste de conmutación a un punto de ajuste de conmutación ajustado;
conmutar de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación ajustado; y
repetir los pasos de intercambio y aumento automático hasta que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) sea suficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) tras conmutar a operar el compresor paralelo.
4. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 o de la reivindicación 3, en donde operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) comprende:
activar el compresor paralelo (26) en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) exceda un punto de ajuste de presión; y
desactivar el compresor paralelo (26) en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) caiga por debajo del punto de ajuste de presión.
5. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 4, en donde el controlador (50) está configurado para:
ejecutar la activación y desactivación del compresor paralelo (26) una o más veces en base a la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) con relación al punto de ajuste de presión;
monitorizar un número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución; y
determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) en base al número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
6. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 5, en donde el controlador (50) está configurado para determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) en respuesta a que el número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva exceda un número umbral de desactivaciones.
7. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 5, en donde el controlador (50) está configurado para determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) en respuesta a que el temporizador de retardo de ejecución expire antes de que el número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva exceda un número umbral de desactivaciones.
8. El sistema de refrigeración (100) de la reivindicación 1 o de cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador (50) está configurado para conmutar de operar el compresor paralelo (26) a operar la válvula de derivación de gas (8) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) caiga por debajo de un punto de ajuste de presión.
9. Un método para operar un sistema de refrigeración (100) que comprende:
recoger un refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) dentro de un receptor, el receptor (6) que comprende una salida a través de la cual el refrigerante de gas sale del receptor (6);
operar una válvula de derivación de gas (8) acoplada de manera fluida a la salida del receptor (6) para controlar una presión del refrigerante de gas en el receptor (6) controlando un primer flujo del refrigerante de gas desde el receptor (6) a través de la válvula de derivación de gas;
operar uno o más compresores (14) dispuestos en serie con la válvula de derivación de gas (8) para comprimir el primer flujo del refrigerante de gas y descargar el refrigerante comprimido dentro de una línea de descarga (42);
operar un compresor paralelo (26) acoplado de manera fluida a la salida del receptor (6) en paralelo tanto con la válvula de derivación de gas (8) como con el uno o más compresores (14) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) comprimiendo un segundo flujo del refrigerante de gas desde el receptor (6) y descargando el refrigerante de gas comprimido dentro de la línea de descarga (42), en donde el refrigerante de gas que sale del receptor (6) pasa a través o bien del compresor paralelo (26) o bien de una combinación en serie de la válvula de derivación de gas (8) y el uno o más compresores (14);
enfriar/condensar el refrigerante de gas comprimido en un enfriador/condensador de gas (2) conectado de manera fluida para recibir el refrigerante de gas comprimido desde la línea de descarga (42);
conmutar (314) de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta a un valor de una variable de proceso que cruza un punto de ajuste de conmutación, el valor de la variable de proceso que depende de una cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100); y
ajustar automáticamente (322) el punto de ajuste de conmutación en respuesta a la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) que es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26), caracterizado por
iniciar un temporizador de retardo de ejecución conmutando a operar el compresor paralelo para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor; y
determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo en base a si la presión del refrigerante de gas en el receptor cae por debajo de un punto de ajuste de presión antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
10. El método de la reivindicación 9, en donde conmutar de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) se realiza en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación durante al menos una cantidad predeterminada de tiempo.
11. El método de la reivindicación 9 o de la reivindicación 10, en donde ajustar automáticamente el punto de ajuste de conmutación comprende realizar un proceso de ajuste de punto de ajuste de conmutación (300) que comprende:
conmutar (320) de operar el compresor paralelo (26) a operar la válvula de derivación de gas (8) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6);
aumentar automáticamente (322) el punto de ajuste de conmutación a un punto de ajuste de conmutación ajustado;
conmutar (314) de operar la válvula de derivación de gas (8) a operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) en respuesta a que el valor de la variable de proceso exceda el punto de ajuste de conmutación ajustado; y
repetir los pasos de conmutación y aumento automático (314, 320, 322) hasta que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) sea suficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) tras conmutar a operar el compresor paralelo (26).
12. El método de la reivindicación 9 o de la reivindicación 10 o de la reivindicación 11, en donde operar el compresor paralelo (26) para controlar la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) comprende:
activar el compresor paralelo (26) en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) exceda un punto de ajuste de presión; y
desactivar el compresor paralelo (26) en respuesta a que la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) caiga por debajo del punto de ajuste de presión.
13. El método de la reivindicación 12, que comprende:
ejecutar la activación y desactivación del compresor paralelo (26) una o más veces en base a la presión del refrigerante de gas en el receptor (6) con relación al punto de ajuste de presión;
monitorizar un número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución; y
determinar si la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) en base al número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva antes de que expire el temporizador de retardo de ejecución.
14. El método de la reivindicación 13, que comprende determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) es insuficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) en respuesta a que el número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva exceda un número umbral de desactivaciones.
15. El método de la reivindicación 13, que comprende determinar que la cantidad del refrigerante de gas producido por el sistema de refrigeración (100) es suficiente para mantener la operación del compresor paralelo (26) en respuesta a que el temporizador de retardo de ejecución expire antes de que el número de veces que el compresor paralelo (26) se desactiva exceda un número umbral de desactivaciones.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3023712A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-25 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system with a receiver
US11353246B2 (en) 2018-06-11 2022-06-07 Hill Phoenix, Inc. CO2 refrigeration system with automated control optimization
EP3628942B1 (en) 2018-09-25 2021-01-27 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system at a reduced suction pressure
EP3628940B1 (en) 2018-09-25 2022-04-20 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system based on estimated flow
DE102019201291A1 (de) * 2019-02-01 2020-08-06 BSH Hausgeräte GmbH Kältegerät mit parallelen Verdampfern und Betriebsverfahren dafür
US11287165B2 (en) * 2020-05-20 2022-03-29 Hill Phoenix, Inc. Refrigeration system with adiabatic electrostatic cooling device
CA3183998A1 (en) 2020-06-23 2021-12-30 Jeffrey E. Newel Cooling system with a distribution system and a cooling unit
WO2022053503A1 (en) * 2020-09-10 2022-03-17 Advansor A/S Carbon dioxide refrigeration system and a method of operating the refrigeration system
MX2023004430A (es) 2020-10-16 2023-07-11 Hill Phoenix Inc Sistema de refrigeración de co2 con control de enfriador externo.
PL4016207T3 (pl) * 2020-12-18 2023-05-08 Danfoss A/S Sposób konfiguracji nastaw dla układu sprężania par
EP4060255B1 (en) * 2021-03-18 2023-08-09 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system with a receiver compressor
EP4060254A1 (en) 2021-03-18 2022-09-21 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system with a bypass valve
CN114459133B (zh) * 2022-01-10 2024-07-05 广东建设职业技术学院 一种中央空调系统节能控制方法及节能控制系统
US20240295352A1 (en) * 2023-03-02 2024-09-05 Hill Phoenix, Inc. Precise Adiabatic Water Control
US12498157B2 (en) * 2023-05-16 2025-12-16 Copeland Lp Systems, controllers, and methods for controlling a CO2 refrigeration system
US20250362062A1 (en) * 2024-05-21 2025-11-27 Hill Phoenix, Inc. Co2 refrigeration system with superheat control

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5735134A (en) 1996-05-30 1998-04-07 Massachusetts Institute Of Technology Set point optimization in vapor compression cycles
US6578373B1 (en) * 2000-09-21 2003-06-17 William J. Barbier Rate of change detector for refrigerant floodback
KR101338012B1 (ko) 2002-12-09 2013-12-09 허드슨 테크놀로지스, 인코포레이티드 냉각 시스템 최적화 방법 및 장치
US7275377B2 (en) 2004-08-11 2007-10-02 Lawrence Kates Method and apparatus for monitoring refrigerant-cycle systems
US7752854B2 (en) 2005-10-21 2010-07-13 Emerson Retail Services, Inc. Monitoring a condenser in a refrigeration system
ES2988494T3 (es) * 2013-05-03 2024-11-20 Hill Phoenix Inc Sistemas y métodos para el control de presión en un sistema de refrigeración por CO2
US20150059373A1 (en) 2013-09-05 2015-03-05 Beckett Performance Products, Llc Superheat and sub-cooling control of refrigeration system
EP3023712A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-25 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system with a receiver
EP3023713A1 (en) * 2014-11-19 2016-05-25 Danfoss A/S A method for controlling a vapour compression system with an ejector
WO2017023632A1 (en) 2015-08-03 2017-02-09 Hill Phoenix, Inc. C02 refrigeration system with direct c02 heat exchange
MX374485B (es) * 2015-10-20 2025-03-06 Danfoss As Metodo para controlar un sistema de compresion de vapor en modo de eyector durante un tiempo prolongado.
US20180031292A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Mingsheng Liu Condenser Pressure Control System and Method
US11353246B2 (en) 2018-06-11 2022-06-07 Hill Phoenix, Inc. CO2 refrigeration system with automated control optimization

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Publication number Publication date
US11353246B2 (en) 2022-06-07
US11674719B2 (en) 2023-06-13
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US20210396433A1 (en) 2021-12-23
EP3581860A1 (en) 2019-12-18
MX2023004752A (es) 2023-05-10
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BR102019011489A2 (pt) 2019-12-24
CA3045188A1 (en) 2019-12-11
ES3004937T3 (en) 2025-03-13
US20190376728A1 (en) 2019-12-12

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