專利名稱：制冷劑循環(huán)系統(tǒng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如空調(diào)設(shè)備等所用的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，特別是裝有制冷機或制冷/加熱機以調(diào)節(jié)制冷劑溫度的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)。
迄今為止，一種所謂的恒流系統(tǒng)被廣泛采用。在這樣的系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出是根據(jù)施加在系統(tǒng)上的負載變化而以這樣的方式控制的，即制冷機或制冷/加熱機的輸出被調(diào)節(jié)而制冷劑流保持恒定。
因此，在這種系統(tǒng)中，雖然制冷/加熱機的熱量消耗能夠減小，但驅(qū)動一個制冷劑循環(huán)泵所需的能耗卻保持不變?？紤]到需要降低泵的能耗，曾經(jīng)提出了各種流率控制方法用以控制制冷劑循環(huán)泵的輸出。以下是這些提出方法的一些實例。
1)一種方法是根據(jù)制冷劑集管間的實測壓差而進行流率控制下面將通過圖4而描述這種方法，圖中顯示了一個傳統(tǒng)的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)。
該制冷劑循環(huán)系統(tǒng)包括一個制冷劑回路和一個吸收式制冷機。吸收式制冷機包含一個蒸發(fā)器1、一個蓄熱器2、一個用于向蓄熱器2供應(yīng)熱量的供熱管3、一個供熱控制閥4和一個供熱控制器5。制冷劑回路包含一個以其一部分經(jīng)過蒸發(fā)器1以快速冷卻制冷劑的制冷劑循環(huán)管6、一個制冷劑出口溫度探測器7、一個供應(yīng)集管8、一個返回集管9、一個用于帶動制冷劑循環(huán)的流率控制泵10、一個泵流率控制器11、一個壓差探測器12、一個空氣調(diào)節(jié)器(空氣熱交換器)13和一個制冷劑流率控制閥(二通閥)14。
在這種傳統(tǒng)系統(tǒng)中，制冷劑出口溫度探測器7將探測在蒸發(fā)器1中被快速冷卻后排出的制冷劑的溫度(以下稱作“制冷劑出口溫度”)，并將一個表示實測溫度的信號傳送到供熱控制器5。根據(jù)該傳送信號，可以導(dǎo)致供熱控制閥4打開或關(guān)閉，以控制供應(yīng)到蓄熱器2的熱量，從而實現(xiàn)對制冷機的輸出控制。
在上述操作中，當制冷負載降低后，制冷劑流率也在空氣調(diào)節(jié)器的制冷劑流率控制閥(二通閥)14的作用下而降低，以節(jié)約制冷劑泵的能耗。然而，對于這一點，在操作中有一種趨勢是供應(yīng)集管8與返回集管9之間的壓差增大而超過所需值。出于這種原因，壓差通過壓差探測器12探測，而實測壓差信號被傳送到泵流率控制器11以控制流率控制泵10，從而在所用時間均保持最佳的恒定壓差。
然而，應(yīng)當指出，在上述方法中存在下面的缺點①壓差探測器是昂貴的。
②由于壓差要經(jīng)歷快速或頻繁的變化，因此難以實施有效的控制。
③在制冷劑流率受控時，制冷劑出口溫度的變化大于未實施這種控制時的情況。因此，制冷機的輸出控制受到很大影響。這樣，制冷操作很可能趨向于不穩(wěn)定。
④作為③的后果，制冷劑出口溫度易于過低。因此，有制冷劑凍結(jié)的危險。
⑤當冷卻負載顯著降低時，制冷劑流率也通過流率控制閥14的作用而顯著下降。因此，有可能因制冷劑供應(yīng)的減少或停止而導(dǎo)致制冷機功能中斷。
2)一種方法是根據(jù)制冷劑出口與入口間的實測溫差而進行控制這種方法將通過圖5所示的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)而描述。
在圖5中，參考代號1至11、13和14表示與圖4中相同的組成元件。參考代號15表示一個制冷劑出口-入口溫差探測器。與圖4所示系統(tǒng)中通過控制流率控制泵10而在供應(yīng)集管8與返回集管9之間保持最佳壓差不同，在圖5所示系統(tǒng)中，是利用制冷劑出口-入口溫差探測器15探測制冷劑出口與入口溫度之間的差值，探測器15會將一個表示實測溫差的信號傳送到泵流率控制器11，后者則控制變?nèi)菔奖?0，從而改變制冷劑流率以保持溫差恒定。
然而，由于在本方法中制冷劑出口溫度同時用于制冷輸出控制和制冷劑流率控制，因此有以下缺點①制冷輸出控制和制冷劑流率控制是相互依賴的，從而導(dǎo)致系統(tǒng)易于不穩(wěn)定。
②由于根據(jù)一個單一的因素，即制冷劑出口溫度而同時進行兩種不同類型的控制，因此系統(tǒng)的總體控制很可能不精確。
③作為②的后果，制冷劑出口溫度可能降低到這種程度，即導(dǎo)致制冷劑凍結(jié)。
3)一種方法是根據(jù)制冷機輸出控制器的狀態(tài)而改變制冷劑流率在這種方法中，作為示例，制冷劑流率是與吸收式制冷機中的供熱控制閥的打開程度成正比而控制的。供應(yīng)控制閥基于實測制冷劑出口溫度而逐漸控制。當制冷劑出口溫度下降時，供熱控制閥的打開程度降低，與此同時，制冷劑流率下降。然而，由于制冷機輸出不能快速變化，因此存在一種危險，即制冷劑溫度持續(xù)下降到使制冷劑凍結(jié)的程度。
雖然在上述方法中描述的是根據(jù)制冷機的制冷劑出口溫度而進行控制的情況，但還存在一種方法，即根據(jù)實測制冷劑入口溫度而控制供熱控制閥。然而，這種方法也不可靠而且具有一種危險，即因制冷劑入口溫度波動而導(dǎo)致制冷劑凍結(jié)。
考慮到上述傳統(tǒng)控制方法中的缺點，本發(fā)明的一個目的是提供一種制冷或制冷/加熱機控制方法，以平穩(wěn)地實現(xiàn)制冷劑循環(huán)泵的控制。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制冷劑循環(huán)系統(tǒng)控制方法，該系統(tǒng)包括一個制冷劑回路和一個制冷或制冷/加熱機，其中制冷劑回路的一部分經(jīng)過制冷或制冷/加熱機并包含位于相反端的制冷劑入口和制冷劑出口，制冷或制冷/加熱機的輸出是根據(jù)制冷劑回路的制冷劑入口或制冷劑出口處的制冷劑溫度而控制的，該控制方法包括根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度控制制冷劑流入制冷劑回路的流率。
制冷或制冷/加熱機的輸出可以根據(jù)冷劑出口處的制冷劑溫度而控制。
此外，制冷或制冷/加熱機的輸出可以被控制，以使冷劑出口處的制冷劑溫度保持基本恒定，而且在中等-高冷卻負載操作中，制冷劑流率被控制以使冷劑入口處的制冷劑溫度保持基本恒定，而在低冷卻負載操作中，制冷劑流率被控制而保持在一個預(yù)定值。
根據(jù)一個實施例，制冷劑回路經(jīng)過一個熱交換器。在該實施例中，該方法包括探測在熱交換器上游和下游位置處的制冷劑壓差，以及當探測到一個預(yù)定的壓差值時，根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度而取消對制冷劑流率的控制。
通過下面結(jié)合附圖而對本發(fā)明的優(yōu)選實施例所作描述，可以使本發(fā)明的上述以及其它目的、特性和優(yōu)點更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的簡圖，該系統(tǒng)包括一個制冷劑回路和一個吸收式制冷機。
圖2(a)是傳統(tǒng)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻負載與制冷劑流率關(guān)系簡圖。
圖2(b)是傳統(tǒng)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻負載與電能關(guān)系簡圖。
圖2(c)是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻負載與制冷劑流率關(guān)系簡圖。
圖2(d)是實施例的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻負載與電能關(guān)系簡圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的簡圖，該系統(tǒng)包括一個制冷劑回路和一個加熱/制冷機。
圖4是由一個制冷劑回路和一個吸收式制冷機構(gòu)成的傳統(tǒng)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的簡圖。
圖5是另一個傳統(tǒng)制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的簡圖。
下面將通過參考附圖而對本發(fā)明的各實施例進行描述。
圖1所示的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖4和5所示的大致相同并包括一個制冷劑回路和一個吸收式制冷機。吸收式制冷機包含一個蒸發(fā)器1、一個蓄熱器2、一個用于向蓄熱器2供應(yīng)熱量的供熱管3、一個供熱控制閥4和一個供熱控制器5。制冷劑回路包含一個以其一部分經(jīng)過蒸發(fā)器1以快速冷卻制冷劑的制冷劑循環(huán)管6、一個制冷劑出口溫度探測器7、一個供應(yīng)集管8、一個返回集管9、一個用于帶動制冷劑循環(huán)的流率控制泵10、一個泵流率控制器11、一個空氣調(diào)節(jié)器(空氣熱交換器)13和一個制冷劑流率控制閥(二通閥)14。
制冷劑系統(tǒng)還包含一個制冷劑入口溫度探測器7’、一個泵控制器16、一個制冷劑集管旁通閥17、一個旁通閥控制器18、一個制冷劑流率探測器19和一個制冷劑集管壓差探測器20。
如下文所述，上述系統(tǒng)將根據(jù)冷卻負載，即中等-高冷卻負載和低冷卻負載的狀態(tài)而以不同的方式控制。在這一點，假定當制冷機以100％的輸出功率進行操作而制冷劑入口溫度為12.0℃，制冷劑出口溫度下降到7.0℃，即進入與出口溫度差值為5.0℃，此時冷卻負載為100％。
1)中等-高冷卻負載(60至100％)在中等-高冷卻負載下，溫度探測器7’將探測制冷劑入口溫度并將一個表示實測溫度的信號傳送到泵流率控制器16，以控制泵10，從而將制冷劑入口溫度恒定保持在12.0℃。作為示例，當冷卻負載為80％時，如果流率保持與100％冷卻負載下的相同，則制冷劑入口溫度將變?yōu)?1.0℃。然而，隨著溫度探測器7’探測到這個溫度，泵流率控制器16將控制泵10以減小制冷劑的流率，從而將制冷劑入口溫度保持在12.0℃。這樣，制冷劑循環(huán)泵的能耗可以與冷卻負載的變化成正比而作出相應(yīng)的減少。
也就是說，當冷卻負載在60至100％的范圍內(nèi)變化時，通過流率控制可以將制冷劑入口溫度保持在12.0℃，而制冷劑出口溫度保持在7.0℃。
2)低冷卻負載(低于60％)制冷劑循環(huán)泵的能耗與制冷劑流率的立方成正比。當制冷劑流率為60％時，泵的能耗將下降到這樣的級別0.63×100％=21.6％當制冷劑流率低于60％時，節(jié)能效果相對于制冷劑流率的下降而言是一個次要因素；如果制冷劑流率過低，就會有制冷劑凍結(jié)的危險。出于這種原因，當冷卻負載較低，即低于60％時，與追求節(jié)能相反，更重要的是穩(wěn)定性，而制冷劑流率應(yīng)保持在60％的低級別。
在這種情況下，制冷劑流率被制冷劑流率探測器19探測到，而實測流率信號被傳送到制冷劑集管旁通閥控制器18，以控制制冷劑集管旁通閥17，從而將制冷劑流率恒定保持在低級別。
3)在中等-高冷卻負載操作與低冷卻負載操作之間轉(zhuǎn)換的方法在中等-高冷卻負載操作中，制冷劑流率控制閥14的打開程度被控制著位于閥的高打開程度側(cè)，而制冷劑流率根據(jù)冷卻負載而控制。如果冷卻負載降低，則制冷劑流率控制閥14的打開程度減小。流率控制泵10的最小轉(zhuǎn)速設(shè)置為65％的流率。然而，隨著制冷劑流率控制閥14打開程度的減小，制冷劑流率很可能下降到60％以下，而這是不希望出現(xiàn)的。因此，在這種情況下，制冷劑流率被制冷劑流率探測器19探測到，而實測流率信號被傳送到與泵流率控制器16和制冷劑集管旁通閥17相連的控制器18，以將流率控制泵10保持在最小轉(zhuǎn)速，而流過制冷劑流率探測器19的流率變?yōu)?0％。當負載再次增大時，制冷劑集管旁通閥17被操縱著完全關(guān)閉。當流過制冷劑流率探測器19的流率超過60％時，將恢復(fù)前面過程中的控制方法。
4)確保流入空氣調(diào)節(jié)器中的制冷劑的流率
在圖1所示系統(tǒng)中，當連接在供應(yīng)集管8與返回集管9之間的空氣調(diào)節(jié)器的數(shù)量為幾十個或更多時，有限個空氣調(diào)節(jié)器將承受強大的負載，而其它空氣調(diào)節(jié)器將承受低負載，因此制冷劑的流率減小而使供應(yīng)集管8與返回集管9之間的壓差過低，從而導(dǎo)致無法確保制冷劑以足夠的流率流過承受強大負載的空氣調(diào)節(jié)器。為了避免這個問題，壓差被制冷劑集管壓差探測器20探測到，而當壓差下降到一個設(shè)定值以下后，流率控制泵10的轉(zhuǎn)速被固定在一個必須的級別上，以確保制冷劑以足夠的流率流過承受強大負載的空氣調(diào)節(jié)器。
圖2(a)至2(d)分別是根據(jù)傳統(tǒng)控制方法的流率控制操作中的制冷劑流率和電能消耗與冷卻負載之間的關(guān)系(圖2(a)和2(b))以及根據(jù)本發(fā)明的流率控制操作中的制冷劑流率和電能消耗與冷卻負載之間的關(guān)系(圖2(c)和2(d))。
在圖2(a)至2(d)中，橫軸表示冷卻負載(％)，縱軸則在圖2(a)和2(c)中表示流率(％)而在圖2(b)和2(d)中表示電能(％)。
根據(jù)本發(fā)明的控制方法，如圖2(c)所示，控制是這樣進行的，即在低負載區(qū)域(低于60％)，流率恒定保在在大約60％的級別上，而在中等-高負載區(qū)域(60至100％)，制冷劑循環(huán)流率控制泵10將經(jīng)受前面所述的流率控制。因此，同圖2(a)所示的傳統(tǒng)控制方法相比，本發(fā)明的控制方法能夠顯著節(jié)能，這一點可以通過圖2(b)所示的電能消耗與圖2(d)所示的電能消耗相比較而清楚地看出。圖2(d)中的斜對角陰影區(qū)域面積等于節(jié)能總量。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的簡圖，該系統(tǒng)中的幾乎所用元件均與圖1所示系統(tǒng)中的相同，只是附加裝有一個高溫蓄熱器24以及相關(guān)元件以構(gòu)成了一個加熱/制冷機。高溫蓄熱器24包含一個加熱器24’，用以加熱容納在蓄熱器24中的冷凍液R以產(chǎn)生加熱了的冷凍液蒸氣，再將蒸氣供應(yīng)到蒸發(fā)器1并引向制冷劑循環(huán)管6穿過蒸發(fā)器1的部分，從而加熱管中的制冷劑。如圖所示，一個閥V裝于管路中，以引導(dǎo)加熱了的蒸氣從高溫蓄熱器24流向蒸發(fā)器1。當制冷劑循環(huán)管6中的制冷劑應(yīng)當被制冷時，閥被關(guān)閉，以將加熱了的蒸氣引入蓄熱器2中，從而加熱吸收式制冷機中的吸收性液體。由于裝有高溫蓄熱器24的吸收式制冷機或制冷/加熱機對于本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是眾所周知的，因此不再對它們的結(jié)構(gòu)和功能進行詳細描述。
雖然在前面的說明中賦予了溫度、負載、制冷劑流率等特定的數(shù)值，但應(yīng)當指出，這些數(shù)值取決于各種調(diào)件。
應(yīng)當指出，本發(fā)明并不局限于前面的實施例，而是可以作出各種方式的修改。
權(quán)利要求
1．一種制冷劑循環(huán)系統(tǒng)控制方法，該系統(tǒng)包括一個制冷劑回路和一個制冷或制冷/加熱機，其中制冷劑回路的一部分經(jīng)過制冷或制冷/加熱機并包含位于相反端的制冷劑入口和制冷劑出口，制冷或制冷/加熱機的輸出是根據(jù)制冷劑回路的制冷劑入口或制冷劑出口處的制冷劑溫度而控制的，該控制方法包括根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度控制制冷劑流入制冷劑回路的流率。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制冷或制冷/加熱機的輸出是根據(jù)冷劑出口處的制冷劑溫度而控制的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，制冷或制冷/加熱機的輸出被控制，以使冷劑出口處的制冷劑溫度保持基本恒定，而且在中等-高冷卻負載操作中，制冷劑流率被控制以使冷劑入口處的制冷劑溫度保持基本恒定，而在低冷卻負載操作中，制冷劑流率被控制而保持在一個預(yù)定值。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，制冷或制冷/加熱機的輸出被控制，以使冷劑出口處的制冷劑溫度保持基本恒定，而且在中等-高冷卻操作中，制冷劑流率被控制以使冷劑入口處的制冷劑溫度保持基本恒定，而在低冷卻負載操作中，制冷劑流率被控制在一個預(yù)定值。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制冷劑回路經(jīng)過一個熱交換器，該方法包括探測在熱交換器上游和下游位置處的制冷劑壓差，以及當探測到一個預(yù)定的壓差值時，根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度而取消對制冷劑流率的控制。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，制冷劑回路經(jīng)過一個熱交換器，該方法包括探測在熱交換器上游和下游位置處的制冷劑壓差，以及當探測到一個預(yù)定的壓差值時，根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度而取消對制冷劑流率的控制。
7．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，制冷劑回路經(jīng)過一個熱交換器，該方法包括探測在熱交換器上游和下游位置處的制冷劑壓差，以及當探測到一個預(yù)定的壓差值時，根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度而取消對制冷劑流率的控制。
8．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，制冷劑回路經(jīng)過一個熱交換器，該方法包括探測在熱交換器上游和下游位置處的制冷劑壓差，以及當探測到一個預(yù)定的壓差值時，根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度而取消對制冷劑流率的控制。
9．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，制冷劑回路經(jīng)過一個熱交換器，該方法包括探測在熱交換器上游和下游位置處的制冷劑壓差，以及當探測到一個預(yù)定的壓差值時，根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度而取消對制冷劑流率的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制冷劑循環(huán)系統(tǒng)控制方法,該系統(tǒng)包括一個制冷劑回路和一個制冷或制冷/加熱機,其中制冷劑回路的一部分經(jīng)過制冷或制冷/加熱機并包含位于相反端的制冷劑入口和制冷劑出口,制冷或制冷/加熱機的輸出是根據(jù)制冷劑回路的制冷劑入口或制冷劑出口處的制冷劑溫度而控制的,該控制方法包括:根據(jù)制冷劑入口處的制冷劑溫度控制制冷劑流入制冷劑回路的流率。
文檔編號F25D17/00GK1289032SQ00124570
公開日2001年3月28日 申請日期2000年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月21日
發(fā)明者藤本正和, 岡田隆 申請人:株式會社荏原制作所