RS58816B1 - Postupak i sistem za kontrolu pregrevanja u kompresionim rashladnim ciklusima sa rekuperatorom - Google Patents

Description

Opis

Predmetni pronalazak se odnosi, prema njegovom prvom aspektu, na postupak za kontrolu pregrevanja ili super-grejanja u kompresionim rashladnim ciklusima sa regenerativnim izmenjivačem toplote.

Prema njegovom drugom aspektu, predmetni pronalazak se odnosi na sistem za implementaciju inventivnog postupka.

STANJE TEHNIKE

Kao što je poznato, cilj kontrolnog sistema u kompresionim rashladnim ciklusima jeste da se maksimizuje termalna snaga koju je isparivač preuzeo od fluida koji nosi toplotu, uobičajeno vazduha rashladne komore klimatizovane oblasti, kao i da se u isto vreme izbegne slanje dvofazne mešavine do kompresora što bi ga moglo oštetiti.

U konvencionalnim rashladnim ciklusima, završni deo isparivača služi kao pregrejač kako bi suvu pregrejanu paru poslao ka kompresoru.

Preciznije, cilj kontrole se postiže radom sa jednostavnom povratnom spregom gde se nivo pregrevanja meri na izlazu iz isparivača i gde se otvor termoekspanzionog ventila na ulazu u isparivač pogodno moduliše kako bi se pregrevanje zadržalo oko pogodne vrednosti „ZADATE TAČKE“ ili referentne tačke. Ova poslednja mora biti dovoljno velika kako bi se osiguralo odsustvo kapi tečnosti na ulazu u kompresor uz postojanje sigurnosne margine tokom prelaska, ali se u isto vreme mora i ograničiti kako bi se izbegle visoke temperature pri predaji gasa. U svakom slučaju prisustvo dela za pregrevanje prisiljava isparivač da radi na temperaturi, a time i pritisku, nižoj od one koju bi bilo moguće postići u odsustvu dela za pregrevanje, što umanjuje efikasnost hlađenja.

Takođe je poznato da je moguće značajno poboljšati ovu efikasnost primenom izgubljene toplote rashladnog fluida zagrejanog do visoke temperature na izlazu kondenzatora kako bi se izvršilo pregrevanje rashladnog fluida u rekuperatoru toplote odvojeno od isparivača. Na ovaj način je moguće smanjiti temperaturnu razliku između fluida koji isparava i vazduha koji se hladi, pod uslovom da je povećana površina za konvekcijski prenos toplote i/ili da je koeficijent između fluida i vazduha povećan čime se povećava i termodinamička efikasnost ciklusa.

Kod inženjerske ili strukturne konfiguracije ovog postrojenja, prvi cilj kontrole jeste da se brzina isparavanja na izlasku iz isparivača zadrži na unapred određenoj vrednosti manjoj od jedan, a moguće na vrednosti koja je bliska vrednosti pri kojoj dolazi do isušivanja kako bi se obezbedilo najbolje moguće iskorišćenje površine izmenjivača toplote. Drugi cilj jeste da se osigura dovoljno pregrevanje rashladnog fluida na izlazu iz rekuperatora, odnosno na ulazu u kompresor kako bi se izbeglo njegovo oštećenje.

Najjednostavniji postupak za ostvarivanje ovog cilja je korišćenje iste strategije kontrole koja se koristi i kod konvencionalnih ciklusa, konkretno merenja nivoa pregrevanja pare na izlazu iz rekuperatora i korišćenja kontrolne povratne sprege koja deluje na otvor termo-ekspanzionog ventila kako bi se on doveo i zadržao na približnoj pogodnoj zadatoj vrednosti koja dogovara optimalnim uslovima ciklusa.

Nažalost ova konfiguracija teži da veoma lako ispolji nestabilno ponašanje koje je karakterisano jakim oscilacijama.

Preciznije, veoma je teško, ako ne i nemoguće, definisati kontrolno pravilo koje obezbeđuje stabilno ponašanje u svim mogućim operativnim uslovima u kojima se sistem može naći.

Poreklo ove nemogućnosti je posledica kombinacije tri fenomena. Prvi jeste kašnjenje prostiranja između varijacija brzine protoka termo-ekspanzionog ventila i odgovarajućih varijacija brzine isparavanja na izlazu iz isparivača.

Drugi fenomen jeste ekstremna nelinearnost odnosa između brzine isparavanja na izlazu iz isparivača i, time, na ulazu u rekuperator, i nivoa pregrevanja na izlazu iz rekuperatora koji se koristi za povratnu spregu. Ova nelinearnost je posledica jake zavisnosti od brzine isparavanja koeficijenta konvekcione razmene u ulaznom delu rekuperatora, koji predstavlja krajnji deo isparivača za rashladni fluid.

Treći fenomen je dat daljom spregom koja je uvedena u postupak pomoću rekuperatora, gde čak i skromno povećanje brzine isparavanja na ulazu uzrokuje jak pad koeficijenta razmene toplote i, time, pad toplote preuzete sa vrele strane, odnosno na povećanje temperature na toploj strani koje dovodi do povećanja brzine isparavanja nizvodno od termo-ekspanzionog ventila a, time, i do daljeg povećanja brzine isparavanja na izlazu iz isparivača.

Ovaj mehanizam pozitivne povratne sprege unosi destabilizaciju i rezultuje fenomenom histerezisa koji je eksperimentalno potvrđen.

Kao zaključak, merenje samo pregrevanja nizvodno od rekuperatora je nedovoljno za implementiranje prilagođenja pomoću povratne sprege koje je pouzdano i stabilno u svim uslovima izvođenja postupka, izuzev ukoliko je integrisano sa drugim merenjima. EP 2.765.370 A1 opisuje postupak za kontrolu pregrevanja u sistemu sa rashladnim ciklusima prema preambuli Zahteva 1 i sistem za kontrolu pregrevanja u rashladnom ciklusu.

IZLAGANJE SUŠTINE PRONALASKA

Cilj predmetnog pronalaska je, stoga, obezbeđivanje postupka za kontrolu pregrevanja u kompresionim rashladnim ciklusima sa regenerativnim izmenjivačem toplote koji omogućava stabilizaciju brzine isparavanja na izlazu iz isparivača na indirektan način.

Unutar prethodno navedenog cilja, glavni predmet pronalaska jeste da se obezbedi postupak naznačenog tipa koji pruža traženu stabilizaciju putem merenja i evaluacije najmanje sledećih parametara:

- temperature vazduha koji se hladi;

- temperature fluida uzvodno od termo-ekspanzionog ventila;

- pritiska uzvodno od termo-ekspanzionog ventila;

- pritiska isparavanja.

Drugi cilj predmetnog pronalaska je da se obezbedi postupak naznačenog tipa koji se može implementirati uz korišćenje ekstremno jednostavnih i jeftinih instrumenata, a posebno uz korišćenje jednog senzora pritiska na liniji niskog pritiska u kolu, postavljenim na izlazu iz isparivača, kao i primenom jednog senzora temperature i jednog senzora pritiska, gde su oba postavljena uzvodno od termoekspanzionog ventila.

Dalji cilj predmetnog pronalaska jeste da se obezbedi postupak naznačenog tipa koji se izvršava na osnovu novog i prethodno nepoznatog algoritma kontrole i regulacije koji je sposoban da stabilizuje rad rashladnog sistema direktno kompenzujući efekte: promene temperature vazduha koji se rashlađuje; promene pritiska kondenzacije uzvodno od termo-ekspanzionog ventila; promene protoka i temperature rashladnog fluida kondenzatora; i promene pritiska isparavanja i razmene toplote rekuperatora sa naknadnim varijacijama udela entalpije rashladnog fluida na izlazu rekuperatora i na ulazu termo-ekspanzionog ventila.

Dalji cilj predmetnog pronalaska jeste da se obezbedi postupak naznačenog tipa koji je ekstremno efektivan, ne samo za lokalnu stabilizaciju sistema, već takođe i za velike perturbacije koje uključuju čitav sistem.

Dalji cilj predmetnog pronalaska je da se obezbedi postupak naznačenog tipa koji se može na jednostavan način prilagoditi da se nosi sa mogućim otkazima ventilatora koji opslužuju isparivače.

Dalji cilj predmetnog pronalaska jeste da se obezbedi sistem za kontrolu i regulaciju namenjen za implementaciju inventivnog postupka, gde je moguće da se sistem konfiguriše kao modularni uređaj koji se može primeniti sa bilo kakvom rashladnom komorom ili klimatizovanom prostorijom i/ili sličnim prostorom, bilo nove konstrukcije ili čak i prethodno postojećeg tipa, gde ovaj sistem zahvaljujući implementaciji inventivnog postupka osigurava maksimizaciju termalne snage koju isparivač preuzima od rashladnog sredstva uz istovremeno izbegavanje slanja dvofazne mešavine ka kompresoru sistema što bi ga moglo oštetiti.

Poslednji, ali ne i najmanje važan cilj predmetnog pronalaska jeste da se obezbedi sistem za kontrolu i regulaciju rashladnog ciklusa koji se može izraditi od postojećih i komercijalno raspoloživih materijala/komponenti koje su pouzdane u radu, kao i sa ekonomično konkurentnim troškovima.

Prema predmetnom pronalasku prethodno navedena namena i ciljevi, kao i dalji ciljevi, koji će postati jasniji na osnovu daljeg opisa, postižu se postupkom za kontrolisanje pregrevanja u sistemu sa rashladnim ciklusima koji funkcioniše kompresovanjem rashladnog fluida sa regenerativnim izmenjivačem toplote, prema Zahtevu 1.

Druge karakteristike inventivnog postupka definisane su u zavisnim Zahtevima.

Prethodno navedena namena i ciljevi pronalaska se takođe postižu pomoću sistema za implementaciju inventivnog postupka na način iznet pridruženim Zahtevima koji se odnose na sistem.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

Dalje karakteristike i prednosti postupka i sistema prema predmetnom pronalasku biće jasniji na osnovu sledećeg detaljnog opisa trenutno poželjnih njegovih izvođenja predstavljenih pomoću indikativnih i ne-ograničavajućih primera na pratećim slikama na kojima:

Slika 1 sadrži pseudo-kôd algoritma stabilizacije za brzinu isparavanja na izlazu 9 isparivača 6 pri vrednosti koja je bliska zahtevanoj;

Slika 2 prikazuje blok dijagram sveobuhvatne konfiguracije sistema za kontrolu, regulaciju i stabilizaciju, koji sačinjava predmet pronalaska; i

Slika 3 prikazuje skicu sistema sa rashladnim ciklusima sa rekuperatorom u kojem su primenjeni postupak i sistem prema pronalasku.

OPIS POŽELJNIH IZVOĐENJA

Skica sistema sa rashladnim ciklusima i rekuperatorom na koji se odnosi postupak prema pronalasku, prikazan je na Slici 3. Sistem sadrži kompresor 1, kondenzator 2, prihvatnik 3 za rashladnu tečnost, rekuperator toplote ili regenerativni izmenjivač 4 toplote, termo-ekpanzioni ventil 5, isparivač 6 i prenosnu liniju 8 do ventila 5, za signal detektovan pomoću senzora 7.

Kada je sistem u upotrebi, rashladni gas se kompresuje u kompresoru 1, zatim se uvodi u kondenzator 2 gde menja stanje prelazeći u tečnu fazu, nakon čega se šalje do prihvatnika 3 za tečnost. Tečnost koja napušta prihvatnik 3 se šalje do rekuperatora 4 gde se rashlađuje pomoću gasa koji napušta isparivač 6. Iz rekuperatora 4 se tečnost uvodi u termo-ekspanzioni ventil 5 gde dolazi do adijabatskog širenja čime se obrazuje mešavina gasa i tečnosti koja, dalje, ulazi u isparivač 6. U isparivaču dolazi do promene stanja iz tečne u gasovitu fazu koja ulazi u rekuperator 4. Ciklus se završava slanjem gasa iz rekuperatora 4 u kompresor 1.

Kao što je navedeno, glavni problem kod regulisanja rashladnog ciklusa sa rekuperatorom 4 jeste da sa velikim kašnjenjem dolazi do varijacija brzine isparavanja na izlazu 9 iz isparivača 6 u odnosu na uslove na njegovom ulazu 10, gde ove varijacije nije moguće direktno detektovati pošto dvofazna mešavina koja je gotovo u izobaričnom i izotermičkom stanju prolazi kroz isparivač, a ne postoje pouzdani i jeftini načini za merenje brzine isparavanja ovakve mešavine.

Do varijacija u brzini isparavanja dolazi, čak i na brutalan način, samo u rekuperatoru 4 gde se vezana toplota transformiše u osetljivu toplotu, ali kada dođe do ovoga isuviše je kasno preuzeti akciju na termo-ekspanzionom ventilu 5 bez uzrokovanja nastanka oscilacija i nestabilnosti u procesu.

Određivanje nivoa pregrevanja pare na ulazu u kompresor 1, koji se mora kontrolisati, bi u svakom slučaju zahtevalo merenje:

- pritiska P1 pare na izlazu iz rekuperatora 4, što je potrebno za računanje odgovarajuće temperature zasićenja; i

- temperature T1 pare izmerene pomoću senzora 7 na izlazu iz rekuperatora 4.

U svakom slučaju, temperatura T2 vazduha na ulazu u isparivač 6 se takođe mora izmeriti kako bi se omogućila njegova regulacija putem uključivanja i isključivanja kompresora 1.

Stoga, fundamentalna ideja inventivnog postupka jeste uvođenje dodatnih merenja u proces kojima će se omogućiti direktna stabilizacija odnosa mešavine tečnosti i gasa na izlazu iz isparivača, što se definiše kao odnos između mase gasne faze i ukupne mase. Preciznije, ova dodatna merenja se odnose na:

- temperaturu T3 rashladnog fluida uzvodno od termo-ekspanzionog ventila 5; i

- pritisak P2 fluida uzvodno od termo-ekspanzionog ventila 5.

U principu implementacija predloženog postupka će takođe zahtevati merenje pritiska isparavanja unutar isparivača 6. Kako bi se troškovi potrebni za obezbeđivanje instrumenata držali nisko, uzimajući u obzir relativno male gubitke opterećenja na liniji niskog pritiska u kolu, moguće je ignorisati ove gubitke opterećenja i na ovoj liniji koristiti samo jedan senzor pritiska P1 koji je postavljen na izlazu iz rekuperatora 4 u tački 11. Na ovaj način se dodatni instrumenti koje je potrebno postaviti u kolu svode na jedan senzor T3 temperature i jedan senzor P2 pritiska, gde su oba navedena senzora postavljena uzvodno od termo-ekspanzionog ventila 5 u tački 10.

Takođe je potrebno znati i:

- koeficijent nominalnog pražnjenja i krivu karakterističnog otvaranja termo-ekspanzionog ventila 5 tako da je koeficijent efektivnog pražnjenja koji je vezan za otvor dat kao

Vrednost funkcije se menja od nule (ventil je u potpunosti zatvoren) do 1 (ventil je u potpunosti otvoren). Oba podatka se mogu odrediti na osnovu specifikacije koja je data od strane proizvođača ventila i/ili se mogu odrediti izvođenjem testova na ispitnom stolu.

- ekvivalentna termalna konduktansa G isparivača 6, odnosno faktor koji kada se pomnoži sa skokom temperature između temperature isparavanja tečnosti na izlazu iz isparivača 6 pri pritisku P1 i temperature T2 vazduha koji se hladi, daje termalnu snagu koja je apsorbovana od strane isparivača 6, ova vrednost se može dobiti iz podataka dizajna isparivača i/ili izvođenjem eksperimentalnih merenja u termostatičkoj ćeliji, i može zavisiti od broja i/ili brzine aktivnih ventilatora koji pokreću isparivač.

- specifične krive entalpije tečnosti i zasićene pare kao funkcije pritiska rashladnog sredstva, krive gustine zasićene tečnosti kao funkcije temperature zasićenja e temperature zasićenja kao funkcije pritiska rashladnog sred kao i srednje specifične toplote cρrashladnog sredstva u podhlađenom tečnom stanju. Ove krive su poznate iz literature za sva industrijski primenljiva rashladna sredstva i mogu se aproksimirati polinomima ili drugim interpolacijskim formulama koje se na jednostavan način mogu implementirati u industrijskim kontrolerima.

Prema predmetnom pronalasku inventivni postupak se zasniva na osnovi inovativnog kontrolnog algoritma koji je sposoban da stabilizuje brzinu isparavanja na izlazu iz isparivača 6 i koji se zasniva na sledećim koracima postupka koji su reprezentovani pseudo-kôdom sa Slike 1.

U prvom koraku S1, na osnovu pritiska P1 koji je izmeren na izlazu rekuperatora u tački 7, prema sledećoj formuli se izračunava temperatura isparavanja TeVkoja je približno jednaka pritisku unutar isparivača:

gde Tspredstavlja temperaturu zasićenja zasićene pare na pritisku P1.

U sledećem koraku S2 se, na osnovu razlike između izmerene temperature vazduha T2 i temperature isparavanja TeVpomnožene sa ekvivalentnom termalnom konduktansom G, prema sledećoj formuli računa termalna snaga Q apsorbovana od strane isparivača 6:

U sledećem koraku S3 se kao funkcija izmerene temperature T3, a prema sledećoj formuli, izračunava specifična entalpija ℎinrashladnog sredstva na ulazu u termo-ekspanzioni ventil 5 u tački 10:

gde je ℎisentalpija zasićene tečnosti na pritisku P1 i gde je cpspecifična toplota pri konstantnom pritisku.

U sledećem koraku S4 se na osnovu željene brzine isparavanja x<°>vna izlazu 9 isparivača 6 i pri izmerenom pritisku isparavanja P1, a prema sledećoj formuli, izračunava željena entalpija ℎuna izlazu 9 isparivača 6:

gde je ℎvsentalpija zasićene pare na pritisku P1.

U sledećem koraku S5 se prema sledećoj formuli, a na osnovu procenjene termalne snage Q, izračunava protok mrrashladnog sredstva koji prouzrokuje zahtevanu promenu entalpije između ulaza 10 i izlaza 9 isparivača 6:

U sledećem koraku S6 se na osnovu poznatog pritiska uzvodno P2 i nizvodno P1 od termo-ekspanzionog ventila 5 i gustine rashladne tečnosti na ulazu 10, koja je funkcija izmerene temperature T3, izračunava koeficijent pražnjenja ventila 5 potreban za postizanje protoka izračunatog u koraku S5. U ovom smislu može biti pogodno uvesti korekciju dp koja uzima u obzir dodatne gubitke usled opterećenja na distributoru 12 prema formuli:

gde funkcija sq rt () izračunava kvadratni koren, gde je Kvkonstanta pražnjenja termo-ekspanzionog ventila i gde je ρIsgustina zasićene tečnosti na temperaturi T3.

U poslednjem koraku S7 se izračunava otvor odgovarajućeg ventila korišćenjem inverzne funkcije karakteristika otvora. Odgovarajući signal se šalje ka aktuatoru termo-ekspanzionog ventila, a prema formuli:

gde je θVnivo otvorenosti ventila a f<−1>inverzna funkcija odnosa KV/KV ,n om in a l.

1

Koraci algoritma kojim se primenjuje inventivni postupak i koji su ukratko opisani iznad, omogućavaju postizanje željene brzine isparavanja mešavine tečnost/gas na izlazu 9 isparivača pri normalnom radu pod nominalnim uslovima, kao što je dokazano od strane Podnosilaca.

Preciznije, stabilizacija se postiže direktnom kompenzacijom, prema inventivnom postupku, efekta sledećih fenomena:

- promene temperature vazduha T2;

- promene pritiska kondenzacije P2 uzvodno od termo-ekspanzionog ventila 5, koja je moguće uzrokovana promenama protoka i temperature rashladnog fluida kondenzatora;

- promene pritiska isparavanja P1;

- promene u razmeni toplote u rekuperatoru 4 sa posledičnim varijacijama u udelu entalpije rashladnog sredstva koji napušta rekuperator i ulazi u termo-ekspanzioni ventil.

Preciznije, ekspert iz predmetne oblasti će razumeti da kompenzacija dva poslednja efekta eliminiše destabilišuću pozitivnu povratnu spregu prema postojećem stanju tehnike koja je prethodno pomenuta.

Eksperimentalna istraživanja koju su sproveli Podnosioci pokazala su da je prethodno opisani postupak efektivan za stabilizaciju sistema.

Prethodno opisani osnovni algoritam, na kojem je izgrađen inventivni postupak, sposoban je za stabilizaciju rada sistema. Ipak, nepouzdanost u vrednosti parametara, a posebno ekvivalentne konduktanse isparivača i greške merenja, može rezultovati vršenjem stabilizacije isparivača na stvarnim vrednostima brzine isparavanja na izlazu isparivača 6 i pregrevanja na ulasku u kompresor 1 koje su značajno različite od onih koje se zahtevaju.

Kako nije moguće direktno izmeriti vrednosti brzine isparavanja na izlazu iz isparivača, uvođenjem direktne povratne sprege se, umesto toga, prema pronalasku, obezbeđuje primena kontrolnog dijagrama prikazanog na Slici 2. Blok S predstavlja prethodno opisani algoritam, gde X<°>e Vpredstavlja brzinu isparavanja x°

Vkoja se zahteva na izlazu is isparivača 6. Blok R predstavlja konvencionalni proporcionalniintegralni-diferencijalni (PID) kontroler. Blok P predstavlja proces koji se kontroliše, dok TmVi PmVodgovaraju temperaturi i pritisku uzvodno od ventila T3 i P2, PeVodgovara pritisku isparavanja P1, a TVrodgovara temperaturi pare na izlazu iz rekuperatora T4. Blok DT predstavlja proračun nivoa pregrevanja na osnovu vrednosti pritiska i temperature koje su izmerene na izlazu rekuperatora u tački 7, što se može izračunati pomoću formule. D T = T4 − Ts( P1).

Prema ovom ukupnom kontrolnom dijagramu, petlja povratne sprege nivoa pregrevanja na izlazu iz rekuperatora 4 realizuje se pomoću PID kontrolera koji deluje na vrednost brzine isparavanja koja se zahteva na izlazu iz isparivača 6 koristeći je kao virtualnu kontrolnu promenljivu. Prethodno opisani kontrolni algoritam kontroliše otvorenost termo-ekspanzionog ventila 5 tako da se postigne ova brzina isparavanja.

Uzimajući u obzir prisustvo značajnog kašnjenja između trenutka kada se zahtevana brzina isparavanja menja i trenutka kada dolazi do reakcije pregrevanja, usled dinamike isparivača, neophodno je da se ova povratna sprega postavi sa malim propusnim opsegom kako bi se sprečio nastanak oscilacija ili nestabilnosti. Vrednosti parametara PID kontrolera se mogu na jednostavan način postaviti od strane stručnog operatora tokom faze instalacije podrazumevajući sistem koji je nastao spajanjem blokova S i P kao sistem koji se kontroliše. Ovaj zadatak se takođe može izvršiti pomoću pogodnog samo-kalibrišućeg algoritma koji se bira između onih koji su raspoloživi na tržištu ili u literaturi. Eksperimentalna istraživanja koja su izvršena od strane Podnosilaca su pokazala da ova aktivnost postavljanja nije kritična i da je fiksna kalibracija parametara dovoljna kako bi se osiguralo ispravno funkcionisanje sistema pri svim mogućim radnim uslovima.

Ekspert iz predmetne oblasti će razumeti da je ova strategija fundamentalno različita od standardne kod koje je blok S sa Slike 2 izostavljen i gde povratna sprega za kontrolu nivoa pregrevanja koja se realizuje pomoću PID kontrola deluje direktno na otvaranje ventila. Preciznije, kao što je već uočeno, dodatne povratne sprege signala P1, P2 i T3, koje se realizuju blokom S, efikasno obavljaju ulogu stabilizacije i regulacije rada procesa. Ovim se omogućava rad i postavljanje PID kontrolera, čiji je jedini zadatak uvođenje korekcije u zahtevanu vrednost brzine isparavanja x<°>tako da se pri normalnom izvršavanju dobije vrednost zahtevanog nivoa pregrevanja u tački 7 kola uprkos nepouzdanosti u vezi sa vrednostima procesnih parametara.

U vezi sa početnim prelazom, podrazumeva se započinjanje od uslova u kojima je isparivač prazan ili, u bilo kom slučaju, na veoma niskom pritisku koji odgovara minimalnom sadržaju rashladnog sredstva. Kada se kompresor pokrene, termoekspanzioni ventil se inicijalno otvara do stabilne vrednosti koja se može prilagoditi u zavisnosti od funkcije pritiska isparavanja kako bi se u obzir uzeli različiti radni uslovi pri različitim temperaturama. Nakon toga postoji period čekanja sve dok pritisak ne prekorači vrednost praga koja je određena na osnovu pritiska zasićenja umanjenog za pogodnu marginu. Nakon što je prekoračen prag, započinje prethodno definisani postupak-algoritam regulacije.

U ovom slučaju su eksperimentalni testovi, takođe, pokazali da na ovaj način dolazi do podbačaja pregrevanja na ulazu u kompresor u odnosu na zadatu vrednost i ostaje unutar par stepeni tako da vrednost od oko 10 do 15 stepeni za ovu zadatu tačku osigurava dovoljno veliku sigurnosnu marginu.

Kada se kompresor mora zaustaviti, na primer, na osnovu termostatičke kontrole temperature vazduha, neophodno je prvo u potpunosti zatvoriti termoekspanzioni ventil kako bi se ispraznio isparivač; kompresor se može zaustaviti kada pritisak padne ispod pogodnog minimalnog praga.

Ukoliko ova sekvenca nije izvodiva, pošto je kontrola kompresora nezavisna od kontrole termo-ekspanzionog ventila, poželjno je izmeniti početnu proceduru na sledeći način: nakon pokretanja kompresora ventil se drži zatvoren sve dok pritisak ne padne ispod minimalnog praga, nakon čega se prati prethodno opisana sekvenca.

Otpočinjanje sa praznim isparivačem osigurava ponovljivost postupanja, posebno u odnosu na potencijalno opasne podbačaje pregrevanja koji mogu dovesti do prelaznog prisustva tečnosti na ulazu u kompresor sa posledičnim nastankom mehaničkih oštećenja.

Prema daljoj karakteristici pronalaska, postupak i prema njemu primenjeni algoritam mogu biti pogodno adaptirani da se prilagode u slučaju otkaza ventilatora (nisu prikazani) koji opslužuju isparivače.

1

U slučaju isparivača sa jednim ventilatorom, jedina moguća strategija je da se identifikuje stanje otkaza ventilatora uvođenjem nižeg praga pregrevanja, koji je dovoljno udaljen od zadate tačke kako bi se izbegla lažna upozorenja, ali koji je u isto vreme i dovoljno velik kako bi se izbeglo uvođenje dvofaznog fluida u kompresor.

Kada je prekoračen ovaj prag, termo-ekspanzioni ventil se odmah zatvara kako bi se izbeglo plavljenje isparivača i uvođenje dvofaznog fluida u kompresor.

Potrebno je primetiti da u ovom slučaju nije moguće nastaviti rad sistema u degradiranim uslovima.

U slučaju sistema sa N višestrukih ventilatora moguće je pretpostaviti da otkaz utiče samo na jedan od njih, a u tom slučaju ima smisla nastaviti rad sistema u degradiranim uslovima bez zaustavljanja, čekajući izvođenje radova na održavanju sistema. Stoga je neophodno postaviti niži prag upozorenja od pregrevanja i, čak i niži prag za zaustavljanje.

Kada je prekoračen prvi prag, kontroler će inicijalno podrazumevati da je učinak jednog od N ventilatora izgubljen. Prema prvoj aproksimaciji ovo podrazumeva umanjenje ekvivalentne konduktanse G isparivača za faktor 1/N. Usled toga je u ovom smislu moguće izmeniti ovaj parametar u algoritmu stabilizacije unutar bloka S sa Slike 2.

Potrebno je primetiti da će neposredni efekat ove promene biti pad procenjenog protoka toplote Q koji će biti praćen neposrednim smanjenjem zahtevanog protoka za termo-ekspanzioni ventil mr, koji će odmah biti izvršen smanjenjem otvora ventila θV, tako da se zadrži toplotni balans isparivača.

Ukoliko je otkaz zaista posledica gubitka jednog ventilatora, sistem će se stabilizovati u zahtevanim uslovima odnosa pregrevanja i isparavanja, očigledno sa snagom hlađenja umanjenom za faktor 1/N.

Ovo stanje rada može biti prijavljeno operatoru koji je zadužen za nadzor kako bi se kasnije aktivirala procedura održavanja koja ne mora nužno biti izvršena odmah.

Umesto toga, ukoliko se nastavi sa smanjenjem pregrevanja i padom ispod praga zaustavljanja, onda je neophodno u potpunosti zatvoriti termo-ekspanzioni ventil i zaustaviti kompresor nakon što se isprazni isparivač.

Prethodno opisana mogućnost adaptacije inventivnog postupka da se prilagodi otkazima ventilatora koji opslužuju isparivače takođe predstavlja važan aspekt predmetnog pronalaska, koji ni na koji način nije moguće izvesti iz odgovarajućih kontrolnih ili rashladnih sistema poznatih u postojećem stanju tehnike.

Na osnovu prethodnog je moguće zaključiti da pronalazak u potpunosti ostvaruje željenu namenu i ciljeve.

1

Claims (7)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak za kontrolu pregrevanja u sistemu sa rashladnim ciklusom koji funkcioniše pomoću kompresije rashladnog fluida sa rekuperatorom (4), gde navedeni sistem poseduje kompresor (1) sa ulazom i izlazom, isparivač (6) sa ulazom (10) i izlazom (9), termo-ekspanzioni ventil (5) spregnut sa navedenim ulazom (10) navedenog isparivača (6) i rekuperator (4) sa ulazom (9) i izlazom, naznačen time, što navedeni postupak stabilizuje, najmanje lokalno, rad navedenog isparivača (6) izvršavanjem algoritma stabilizacije rada isparivača (6) u sledećem redosledu, sa najmanje sledećim koracima: izračunavanja temperature (T4) isparavanja na osnovu pritiska (P1) izmerenog u isparivaču; izračunavanja termalne snage koja je apsorbovana od strane isparivača (6) na osnovu razlike između temperature (T2) vazduha i temperature (T4) isparavanja pomnožene ekvivalentnom konduktansom; izračunavanja entalpije rashladnog sredstva na ulazu (10) termo-ekspanzionog ventila (5) kao funkcije njegove izmerene temperature (T3); izračunavanja entalpije koja se želi na izlazu (9) iz isparivača (6) na osnovu brzine isparavanja koja se želi na izlazu (9) i izmerenog pritiska (P1) isparavanja; izračunavanja protoka rashladnog sredstva koji obezbeđuje zahtevanu promenu entalpije između ulaza (10) i izlaza (9) isparivača (6) uzimajući u obzir procenjenu termalnu snagu invertovanjem, poznajući pritisak (P2) uzvodno i pritisak (P1) nizvodno od termo-ekspanzionog ventila (5) i gustinu tečnog rashladnog sredstva na ulazu (10), koja je funkcija izmerene temperature (T3), karakterističnog pravila pražnjenja ventila (5) za izračunavanje otvora potrebnog za postizanje proračunatog protoka; i slanja proračunatog signala za otvaranje navedenog ventila do aktuatora navedenog termo-ekspanzionog ventila (5).

2. Postupak prema Zahtevu 1, naznačen time, što sadrži dodatni korak ograničavanja brzine otvaranja i zatvaranja navedenog termo-ekspanzionog ventila maksimalnom vrednošću koja je kompatibilna sa maksimalnom brzinom otvaranja i zatvaranja navedenog aktuatora.

3. Postupak prema Zahtevu 1, naznačen time, što sadrži dodatni korektivni korak koji se sastoji od prosleđivanja unazad, sa umanjenim propusnim opsegom, vrednosti pregrevanja do navedenog ulaza navedenog kompresora, gde navedena vrednost pregrevanja deluje na vrednost zahtevane brzine isparavanja koja se koristi kao virtualna promenljiva navedenog isparivača.

4. Postupak prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, naznačen time, što navedeni isparivač predstavlja isparivač sa samo jednim ventilatorom i što navedeni postupak sadrži dodatni korak identifikacije mogućeg stanja otkaza navedenog jednog ventilatora uvođenjem nižeg praga pregrevanja koji je dovoljno udaljen od zadate tačke kako bi se izbeglo lažno uzbunjivanje, ali koji je u isto vreme dovoljno visok da se spreči dvofazno pražnjenje tečnosti u navedeni kompresor, gde se po prekoračenju navedenog nižeg praga navedeni termo-ekspanzioni ventil odmah zatvara a navedeni rashladni sistem sprečava da nastavi rad.

5. Postupak prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, naznačen time, što navedeni isparivač sadrži veći broj ventilatora, gde navedeni postupak sadrži u slučaju gde samo jedan od navedenih ventilatora otkaže korak postavljanja nižeg praga alarma za pregrevanje i odgovarajućeg nižeg praga za zaustavljanje navedenog sistema kako bi se dozvolilo navedenom sistemu da nastavi rad u degradiranim uslovima, bez prelaska u stanje zaustavljanja, čekajući ne nužno neposredne aktivnosti održavanja na navedenom jednom ventilatoru koji je otkazao kako bi se sistem vratio u stanje potpunog učinka.

6. Sistem za izvršavanje postupka prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, gde sistem sadrži najmanje jedan logički blok (S) zasnovan na brzini x<°>Visparavanja koja se zahteva na izlazu iz isparivača (6) radi implementiranja algoritma za stabilizaciju koji sadrži, prema navedenom redosledu, najmanje sledeće korake: izračunavanja temperature (T4) isparavanja na osnovu pritiska (P1) izmerenog

1

u isparivaču; izračunavanja termalne snage koja je apsorbovana od strane isparivača (6) na osnovu razlike između temperature (T2) vazduha i temperature (T4) isparavanja pomnožene ekvivalentnom konduktansom; izračunavanja entalpije rashladnog sredstva na ulazu (10) termo-ekspanzionog ventila (5) kao funkcije njegove izmerene temperature (T3); izračunavanja entalpije koja se želi na izlazu (9) iz isparivača (6) na osnovu brzine isparavanja koja se želi na izlazu (9) i izmerenog pritiska (P1) isparavanja; izračunavanja protoka rashladnog sredstva koji obezbeđuje zahtevanu promenu entalpije između ulaza (10) i izlaza (9) isparivača (6) uzimajući u obzir procenjenu termalnu snagu invertovanjem, poznajući pritisak (P2) uzvodno i pritisak (P1) nizvodno od termo-ekspanzionog ventila (5) i gustinu tečnog rashladnog sredstva na ulazu (10), koja je funkcija izmerene temperature (T3), karakterističnog pravila pražnjenja ventila (5) za izračunavanje otvora potrebnog za postizanje proračunatog protoka; i slanja proračunatog signala za otvaranje navedenog ventila do aktuatora navedenog termo-ekspanzionog ventila (5), gde najmanje jedan logički blok (R) koji predstavlja proporcionalni-integralnidiferencijalni PID regulator koji na izlazu daje vrednost isparavanja koja je željena na izlazu (9) iz isparivača (6) koja se vodi do najmanje jednog logičkog bloka (S), i najmanje jedan logički blok (DT) koji izračunava nivo pregrevanja zasnovanog na pritisku i temperaturi pare na izlazu iz navedenog rekuperatora (4) i na izlazu daje navedeni nivo pregrevanja koji se prosleđuje do najmanje jednog logičkog bloka (R).

7. Sistem prema Zahtevu 6, naznačen time, što navedeni algoritam stabilizacije koji je generisan od strane navedenog bloka (S) pri normalnom radu i pri optimalnim uslovima obezbeđuje željenu brzinu isparavanja na izlazu iz navedenog isparivača i željenu stabilizaciju direktnom kompenzacijom najmanje: promene temperature vazduha, promene pritiska kondenzacije uzvodno od termo-ekspanzionog ventila, promene pritiska isparavanja; i promene razmene toplote u rekuperatoru uz posledične varijacije udela entalpije rashladnog sredstva na izlazu iz rekuperatora i ulazu termoekspanzionog ventila.

1