PL249398B1 - Sposób optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym - Google Patents

Abstract

Sposób optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym polegający na sterowaniu pracą wentylatorowej chłodnicy (1) powietrza w urządzeniu chłodniczym analogowym sterownikiem (9), charakteryzuje się tym, że poddaje się zmiennej regulacji obrotów silnika (8) wentylatora (2) zmiennej regulacji natężenia przepływu czynnika chłodniczego oraz zmiennej regulacji ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy (1) powietrza.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym dla uzyskania wysokiej i stabilnej wilgotności powietrza w komorze chłodniczej, zwłaszcza do przechowywania warzyw i owoców.

Powszechnie stosowany sposób sterowania pracą wentylatorowej chłodnicy powietrza powoduje powstawanie wiele niekorzystnych zjawisk tak pod kątem oddziaływania na przechowany produkt jak i ekonomiczność pracy urządzenia chłodniczego. Podstawowy problem generujący problemy technologiczne to sposób sterowania zasilaniem chłodnicy powietrza czynnikiem chłodniczym. W obecnych rozwiązaniach zasilanie czynnikiem chłodniczym jest sterowane termostatem komorowym który reguluje pracą zaworu elektromagnetycznego typu on/off okresowo go otwierając co powoduje zasilanie chłodnicy powietrza czynnikiem. W okresach tych czynnik chłodniczy odparowuje w chłodnicy powietrza powodując schładzanie przepływającego przez nią powietrza cyrkulującego w komorze przechowalniczej. Takie sterowanie pracą chłodnicy powietrza powoduje, że przechowywany produkt jest okresowo chłodzony oraz okresowo podgrzewany. W efekcie podczas przechowywania np. produktów mrożonych następuje rozrost kryształów powodując rozrywanie ścianek komórek produktu co w efekcie po rozmrożeniu produktu objawia się dużym wyciekiem soków komórkowych co znaczenie obniża jakość produktu po okresie przechowywania. Ponieważ w standardowym rozwiązaniu natężenie przepływu czynnika chłodniczego przez chłodnicę jest zależne od oporów jego przepływu przez chłodnicę to przy dużym obciążeniu cieplnym chłodnicy gdy proces wrzenia jest bardzo intensywny występuje zjawisko okresowego występowania dużych oporów przepływu czynnika co objawia się okresowym zm niejszonym zasilaniem chłodnicy czynnikiem.

Następnym problemem jest stosowanie stałej prędkości obrotowej wentylatorów chłodnic powietrza niezależnie od chwilowego obciążenia cieplnego chłodnic powietrza. Fakt ten powoduje, że niezależnie od chwilowego obciążenia cieplnego produkt jest omywany stałym strumieniem powietrza chłodzącego powodującego niepotrzebny wzrost ususzki przechowywanego produktu w okresach niskiego obciążenia cieplnego. Niektóre rozwiązania polegające na okresowym wyłączaniu wentylatorów w okresach niskich obciążeń cieplnych powoduje powstawanie stref „martwych” w których następuje wzrost temperatury przechowywanych produktów. Następną niedogodnością występującą w obecnie stosowanych rozwiązaniach to praca chłodnicy powietrza przy stałym ciśnieniu wrzenia czynnika chłodniczego niezależnie od obciążenia cieplnego. Rozwiązanie to powoduje, że przy małym obciążeniu cieplnym chłodnic powietrza okres jej pracy jest krótki przy pełnej jej wydajności. W okresie tym następuje stosunkowo szybkie obniżenie temperatury powietrza cyrkulującego w komorze przechowalniczej co powoduje jego osuszanie. Zjawisko to negatywnie oddziałuje na przechowywany produkt powodując jego ususzkę. Zjawisko to jest bardzo niekorzystne, gdyż przechowywany produkt traci zawartą w sobie wilgoć powodując straty jakościowe i ilościowe przechowywanego produktu. W okresach między kolejnymi okresami chłodzenia, gdy chłodnica powietrza nie chłodzi a jedynie podtrzymuje cyrkulację powietrza w komorze przechowalniczej następuje okres samoistnego wzrostu temperatury cyrkulującego powietrza. W okresach tych często następuje zjawisko miejscowej kondensacji wilgoci z powietrza na najzimniejszej partii przechowywanego produktu, partii znajdującej się w pobliżu wylotu powietrza z chłodnicy, powodując powstawanie chorób przechowalniczych produktu. Zastosowana optymalizacja pracy wentylatorów przyczynia się jednocześnie do oszczędności energetycznej pracy wentylatorów oraz zmniejsza obciążenia cieplne urządzenia chłodniczego ciepłem pracy wentylatorów.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku P.403757 Sposób stabilizacji temperatury i wilgotności powietrza w małych i średnich komorach chłodniczych utrzymujących temperaturę powietrza bliską temperaturze krioskopowej przechowywanego produktu, polega na tym, że, stabilizacja temperatury powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza realizowana jest poprzez zmianę czasu pracy urządzenia chłodniczego współpracującego z chłodnicą czynnika pośredniego podczas jego cyklicznej pracy, przy czym czas pracy wyznaczany jest przez termostat analogowy mierzący temperaturę chwilową powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza przy pomocy czujki temperatury i porównuje ją z wartością zadaną. Układ stabilizacji temperatury i wilgotności powietrza w małych i średnich komorach chłodniczych, utrzymujących temperaturę powietrza bliską temperaturze krioskopowej przechowywanego produktu zawiera chłodnicę powietrza; umieszczoną wewnątrz komory przechowalniczej, której wlot czynnika pośredniego połączony jest pompą cyrkulacyjną, a ta z chłodnicą czynnika pośredniego urządzenia chłodni czego, której wylot połączony jest ze zbiornikiem czynnika pośredniego, a wylot zbiornika czynnika pośredniego połączony jest z dolotem do chłodnicy powietrza, przy czym termostat analogowy posiada czujkę temperatury powietrza umieszczoną w strudze powietrza wylotowego z chłodnicy powietrza.

Znany jest z opisu patentowego PL.222635B1 Sposób płynnej regulacji wydajności chłodnicy powietrza z czynnikiem pośrednim dla uzyskania wysokiej i stabilnej wilgotności powietrza w komorze chłodniczej do przechowywania warzyw i owoców, polegający na dostarczaniu do chłodnicy powietrza lub zespołu chłodnic powietrza czynnika chłodzącego, charakteryzuje się tym, że przez chłodnicę powietrza przepływa czynnik pośredni o stałym natężeniu niezależnie od chwilowego obciążenia, po czym wprowadza się, w zależności od wzrostu obciążenia cieplnego, zwiększony strumień czynnika chłodzącego o temperaturze niższej od temperatury czynnika cyrkulującego i poddaje mieszaniu wprowadzony strumień ze strumieniem cyrkulującym do utrzymywania stałej żądanej temperatury powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza.

Znany jest z opisu patentowego PL221443B1 Układ płynnej regulacji wydajności chłodniczej chłodnic powietrza w chłodniczych układach pompowych, pracujący w przechowalniach owoców i warzyw, składający się z chłodnicy powietrza, zasilanej płynnym czynnikiem chłodniczym z oddzielacza cieczy przez pompę czynnika chłodniczego oraz termostatu analogowego z czujką pomiaru temperatury powietrza, charakteryzuje się tym, że na wylocie powietrza z chłodnicy powietrza ma w jego strudze czujkę pomiarową termostatu analogowego, który połączony jest z zaworem o zmiennym stopniu otwarcia, znajdującym się w rurociągu wylotowym czynnika chłodniczego z chłodnicy powietrza, połączonej z oddzielaczem cieczy, który w części parowej połączony jest z urządzeniem chłodniczym poprzez zawór i skraplacz powietrzny oraz poprzez zawór, zaś w części cieczowej ma włączoną pompę ciekłego czynnika chłodniczego o zmiennych obrotach, na wylocie której ma czujnik ciśnienia z falownikiem.

Znany jest z opisu patentowego PL158389B1 Sposób i układ do sterowania pracą silników elektrycznych chłodni wentylatorowych polegający na włączaniu i wyłączaniu wentylatorów przez układ sterujący, charakteryzujący się tym, że silniki elektryczne, napędzające nastawione na maksymalną wydajność wentylatory, są włączane lub wyłączane przez układ sterujący, reagujący na czujnik temperatury zainstalowany na linii wylotowej czynnika chłodzonego, zaprogramowany tak, że najmniejsze wahania bilansów masowych i cieplnych po stronie czynnika chłodzącego i chłodzonego powodują impulsowe włączenie lub wyłączenie optymalnej ilości wentylatorów w cyklu zamkniętym, przy czym, przy wzroście temperatury czynnika chłodzonego włączony zostaje następny wentylator po ostatnim włączonym, a przy obniżeniu temperatury czynnika chłodzonego zostaje wyłączony pierwszy załączony z aktualnie pracujących wentylatorów.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku WO2018089130A1 system chłodniczy i metoda wykorzystująca parownik z dwoma oddzielnymi kanałami czynnika chłodniczego do chłodzenia zarówno obiegu powietrza, jak i obiegu cieczy. System chłodniczy z obiegiem powietrza i obiegu cieczy jest zaprojektowany do obsługi dużych obciążeń cieplnych procesu, których nie można schłodzić wyłącznie cieczą lub powietrzem.

Znana jest z opisu zgłoszenia wynalazku US2001054293A1 metoda i urządzenie do sterowania wentylatorami parownika i skraplacza w układzie chłodniczym. Urządzenie jest układem chłodniczym obejmującym obieg czynnika chłodniczego zdefiniowany przez sprężarkę, skraplacz, przepustnicę i parownik. Urządzenie zawiera wentylator parownika i wentylator skraplacza. Urządzenie zawiera również sterownik sprzężony z wentylatorami. Sterownik zawiera jednostkę napędową o zmiennej częstotliwości. W metodzie według wynalazku, prędkość wentylatorów jest regulowana przez sterownik.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku EP3660419A1 układ chłodzenia i sposób jego działania z obiegiem chłodzenia z bezpośrednim odparowaniem dla czynnika chłodniczego w postaci amoniaku. Sprężarka służy do sprężania pary amoniaku. Skraplacz służy do skraplania pary amoniaku w celu uzyskania ciekłego amoniaku. Parownik służy do odparowywania ciekłego amoniaku. Czujnik jakości pary przegrzanej jest umieszczony w przewodzie, pomiędzy co najmniej częścią parownika a sprężarką. Czujnik jakości pary przegrzanej zawiera element grzejny i element pomiarowy temperatury. Czujnik jakości pary przegrzanej jest przeznaczony do dostarczania sygnału S, wskazującego jakość pary przegrzanej X czynnika chłodniczego przepływającego przez przewód, z wyjścia elementu pomiarowego temperatury.

Znana jest z opisu zgłoszenia wynalazku EP1434018A2 metoda sterowania temperaturą powietrza wylotowego z wężownicy parownika w komercyjnym chłodniczym urządzeniu handlowym do sprzedaży produktów spożywczych, w którym wężownica parownika ma tryb chłodzenia i tryb odszraniania, a strona ssąca wężownicy parownika ma elektroniczny zawór regulatora ciśnienia parownika (EEPR) obsługiwany przez obwód sterownika zaworu, przy czym wspomniana metoda sterowania charakteryzuje się następującymi krokami: (a) pomiarem temperatury powietrza wylotowego z wężownicy parownika i generowaniem odpowiadającego jej sygnału; (b) uruchomieniem zaworu EEPR w trybie chłodzenia wężownicy parownika poprzez modulację przepływu pary czynnika chłodniczego przez niego w celu utrzymania wstępnie wybranej temperatury powietrza wylotowego; (c) uruchomienie zaworu EEPR w trybie odszraniania wężownicy parownika, poprzez najpierw zamknięcie zaworu EEPR podczas wstępnie wybranego okresu odszraniania wspomnianej wężownicy parownika, aż do osiągnięcia wstępnie określonej temperatury skroplenia, a następnie aktywację obwodu sterownika zaworu w odpowiedzi na wykrycie temperatur powietrza wylotowego przekraczających wstępnie określoną wartość podczas końcowego okresu skroplenia w celu zapewnienia ograniczonego chłodzenia w celu utrzymania wstępnie wybranej temperatury podczas pozostałej części trybu odszraniania.

Celem wynalazku jest zastosowanie optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym w celu poprawy energochłonności i jakości chłodzenia, zwłaszcza produktów spożywczych.

Istotą wynalazku jest sposób optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym polegający na sterowaniu pracą wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym sterownikiem analogowym, w którym prowadzi się zmienną regulację obrotów silnika wentylatora, zmienną regulację natężenia przepływu czynnika chłodniczego oraz zmienną regulację ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy powietrza, charakteryzujący się tym, że regulację obrotów silnika wentylatora prowadzi się przez dokonanie pomiaru temperatur (T1) powietrza na dolocie i (T2) na wylocie powietrza z chłodnicy powietrza, przy czym jeżeli różnica temperatur jest większa od wartości zadanej to silnik wentylatora pracuje na maksymalnych obrotach, zaś w przypadku gdy różnica temperatur jest mniejsza od wartości zadanej to obroty silnika wentylatora są zmniejszane proporcjonalnie do ilorazu wielkości zmierzonej do wielkości zadanej, przy czym proces zmniejszenia obrotów trwa do osiągnięcia zadanych obrotów minimalnych wentylatora w silniku. Regulację natężenia przepływu czynnika chłodniczego prowadzi się przez pomiar urządzeniem stopnia suchości czynnika chłodniczego w rurociągu na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy powietrza, przy czym jeżeli stopień suchości jest mniejszy od zadanego minimalnego, otwiera się zawór regulacyjny umieszczony na rurociągu zasilającym czynnikiem chłodniczym, zaś w przypadku zbyt wysokiego stopnia suchości od wartości zadanej, zamyka się zawór regulacyjny umieszczony na rurociągu zasilającym czynnikiem chłodniczym do uzyskania stopnia suchości między wartością zadaną minimalną a maksymalną. Regulację ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy powietrza prowadzi się poprzez pomiar temperatury T2 powietrza na wylocie z chłodnicy powietrza, którą porównuje się z temperaturą zadaną, przy czym w przypadku gdy temperatura zmierzona T2 jest wyższa od temperatury zadanej otwiera się regulowany zawór na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy powietrza do uzyskania temperatury zadanej, zaś w przypadku gdy temperatura T2 zmierzona jest niższa od temperatury zadanej zamyka się regulowany zawór na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy powietrza do uzyskania temperatury zadanej.

Zawory regulacyjne są zaworami z płynną regulacją stopnia otwarcia.

Wynalazek pozwala na zoptymalizowanie ilości dostarczanego do chłodnicy powietrza ilości czynnika chłodniczego poprzez odpowiednie otwarcie zaworu zainstalowanego na rurociągu dolotu czynnika chłodniczego do chłodnicy. Wprowadzony czujnik pomiaru stopnia suchości czynnika chłodniczego oraz zawór regulacyjny na dolocie czynnika ciekłego do chłodnicy zapewnia, że niezależnie od chwilowego obciążenia cieplnego chłodnicy powietrza ilość czynnika dostarczanego do chłodnicy jest optymalna. W efekcie optymalizacji zasilania czynnikiem chłodniczym chłodnicy powietrza jej sprawność dla chwilowych warunków pracy jest najwyższa co przyczynia się w przypadku pompowych instalacji chłodniczych do minimalizacji pracy pomp czynnika chłodniczego oraz właściwego zasilania wszystkich zainstalowanych chłodnic powietrza urządzenia chłodniczego niezależnie od ich chwilowego obciążenia cieplnego. Korzyścią jest optymalna praca chłodnic powietrza, optymalna praca pomp czynnika chłodniczego i optymalne zużycie energii do ich napędu oraz bark dodatkowego obciążenia cieplnego urządzenia chłodniczego.

Dla zminimalizowania niekorzystnego wpływu nadmiernej cyrkulacji powietrza w komorze przechowalniczej w okresach niepełnego obciążenia zastosowano regulację obrotów wentylatorów chłodnicy powietrza poprzez ich proporcjonalne zmniejszanie wraz ze spadkiem obciążenia cieplnego. Zmniejszanie obrotów wentylatorów ograniczono do poziomu zapewniającego prawidłową cyrkulację powietrza w komorze polegającą na niewystępowaniu stref martwych bez dopływu powietrza recyrkulującego.

Aby zapewnić stabilną temperaturę i wilgotność powietrza cyrkulującego przez cały okres przechowywania zastosowano układ dostosowujący chwilową wydajność chłodnicy do chwilowego obciążenia cieplnego. Ten sposób optymalizacji pracy chłodnicy osiągnięto poprzez dostosowywanie chwilowego ciśnienia wrzenia czynnika w chłodnicy tak by temperatura powietrza opuszczającego chłodnice była wielkością zadaną. Rozwiązanie to zapewnia stabilną temperaturę powietrza i jego wilgotność w całej komorze przechowalniczej niezależnie od obciążenia cieplnego. Dodatkowo temperatura przechowywania produktu jest niższa niż przy przechowywaniu z tradycyjnej pracy on/off chłodnicy powietrza, oraz przy wysokiej wilgotności bez zjawiska wykraplania się wilgoci na przechowywanym produkcie. Tak przechowywany produkt po okresie długookresowego przechowywania ma znacznie wyższą jakość i większą masę.

Produkty które są przechowywane w komorach przechowalniczych w których praca chłodnic powietrza jest zoptymalizowana, uzyskują znacznie wyższą wartość handlową niż produkty przechowywane w komorach wyposażonych w chłodnice pracujące według dotychczasowych standardów.

Sposób według wynalazku przedstawiony został na rysunku schematycznym.

Przykład wykonania

W przykładzie wykonania sposób optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy 1 powietrza w urządzeniu chłodniczym polega na sterowaniu pracą wentylatorowej chłodnicy 1 powietrza w urządzeniu chłodniczym sterownikiem analogowym 9. Po włączeniu sterownika analogowego 9, prowadzi się zmienną regulację obrotów silnika 8 wentylatora 2, zmienną regulację natężenia przepływu czynnika chłodniczego oraz zmienną regulację ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy 1 powietrza. Regulację obrotów wentylatora 2 prowadzi się przez dokonanie pomiaru temperatur T1 powietrza na dolocie i T2 na wylocie powietrza z chłodnicy 1 powietrza. Jeżeli różnica temperatur jest większa od wartości zadanej to silnik 8 wentylatora 2 pracuje na maksymalnych obrotach. W przypadku gdy różnica temperatur jest mniejsza od wartości zadanej to obroty silnika 8 wentylatora 2 są zmniejszane proporcjonalnie do ilorazu wielkości zmierzonej do wielkości zadanej. Proces zmniejszenia obrotów trwa do osiągnięcia zadanych obrotów minimalnych, zaś regulację obrotów wentylatora 2 prowadzi się w silniku 8. Regulację natężenia przepływu czynnika chłodniczego prowadzi się przez pomiar urządzeniem 4 stopnia suchości czynnika chłodniczego w rurociągu 7 na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy powietrza. Jeżeli stopień suchości jest mniejszy od zadanego minimalnego, otwiera się zawór regulacyjny 3 umieszczony na rurociągu 5 zasilającym czynnikiem chłodniczym. W przypadku zbyt wysokiego stopnia suchości od wartości zadanej, zamyka się zawór regulacyjny 3 umieszczony na rurociągu 5 zasilającym czynnikiem chłodniczym do uzyskania stopnia suchości między wartością zadaną minimalną a maksymalną. Regulację ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy 1 powietrza prowadzi się poprzez pomiar temperatury T2 powietrza na wylocie z chłodnicy 1 powietrza, którą porównuje się z temperaturą zadaną. W przypadku gdy temperatura zmierzona T2 jest wyższa od temperatury zadanej otwiera się regulowany zawór 6 na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy 1 powietrza do uzyskania temperatury zadanej. W przypadku gdy temperatura T2 zmierzona jest niższa od temperatury zadanej zamyka się regulowany zawór 6 na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy 1 powietrza do uzyskania temperatury zadanej. Zawory regulacyjne 3 i 6 są zaworami z płynną regulacją stopnia otwarcia.

Claims (2)

1. Sposób optymalizacji pracy wentylatorowej chłodnicy powietrza w urządzeniu chłodniczym polegający na sterowaniu pracą wentylatorowej chłodnicy (1) powietrza w urządzeniu chłodniczym sterownikiem analogowym (9), w którym prowadzi się zmienną regulację obrotów silnika (8) wentylatora (2), zmienną regulację natężenia przepływu czynnika chłodniczego oraz zmienną regulację ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy (1) powietrza, znamienny tym, że regulację obrotów silnika (8) wentylatora (2) prowadzi się przez dokonanie pomiaru temperatur (T1) powietrza na dolocie i (T2) na wylocie powietrza z chłodnicy (1) powietrza, przy czym jeżeli różnica temperatur jest większa od wartości zadanej to silnik (8) wentylatora (2) pracuje na maksymalnych obrotach, zaś w przypadku gdy różnica temperatur jest mniejsza od wartości zadanej to obroty silnika (8) wentylatora (2) są zmniejszane proporcjonalnie do ilorazu wielkości zmierzonej do wielkości zadanej, przy czym proces zmniejszenia obrotów trwa do osiągnięcia zadanych obrotów minimalnych wentylatora (2) w silniku (8), zaś

PL 249398 Β1 regulację natężenia przepływu czynnika chłodniczego prowadzi się przez pomiar urządzeniem (4) stopnia suchości czynnika chłodniczego w rurociągu (7) na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy powietrza, przy czym jeżeli stopień suchości jest mniejszy od zadanego, minimalnego otwiera się zawór regulacyjny (3) umieszczony na rurociągu (5) zasilającym czynnikiem chłodniczym, zaś w przypadku zbyt wysokiego stopnia suchości od wartości zadanej, zamyka się zawór regulacyjny (3) umieszczony na rurociągu (5) zasilającym czynnikiem chłodniczym do uzyskania stopnia suchości między wartością zadaną minimalną a maksymalną, zaś regulację ciśnienia wrzenia czynnika chłodniczego w chłodnicy (1) powietrza prowadzi się poprzez pomiar temperatury (T2) powietrza na wylocie z chłodnicy (1) powietrza, którą porównuje się z temperaturą zadaną, przy czym w przypadku gdy temperatura zmierzona (T2) jest wyższa od temperatury zadanej otwiera się regulowany zawór (6) na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy (1) powietrza do uzyskania temperatury zadanej, zaś w przypadku gdy temperatura (T2) zmierzona jest niższa od temperatury zadanej zamyka się regulowany zawór (6) na wylocie czynnika chłodniczego z chłodnicy (1) powietrza do uzyskania temperatury zadanej.

2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że zawory regulacyjne (3) i (6) są zaworami z płynną regulacją stopnia otwarcia.