專利名稱：控制從制冷系統(tǒng)的冷凝器中去除熱量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，并尤其是，其涉及一種用于控制從機(jī)械制冷系統(tǒng)的冷凝器去除熱量的方法和裝置，該機(jī)械制冷系統(tǒng)尤其但并不專門是液態(tài)制冷劑制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大功率、液態(tài)制冷劑制冷系統(tǒng)一般采用多個(gè)風(fēng)扇，用來從工作系統(tǒng)的高溫側(cè)或者從這種系統(tǒng)的冷凝器或冷卻塔去除熱量。熱量去除量一般由同時(shí)工作的風(fēng)扇的數(shù)量來決定，但是也可以通過一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇的速度控制或者使得冷卻介質(zhì)通過冷凝器中相對熱的制冷劑或冷卻塔中的水進(jìn)行變速循環(huán)的其他方式來加以改變。此外，從制冷系統(tǒng)高溫側(cè)的熱量去除量會影響處于不同工作狀態(tài)下的整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。
傳統(tǒng)的風(fēng)扇控制器基于系統(tǒng)壓縮機(jī)的排放壓力和溫度及/或周圍空氣溫度來控制風(fēng)扇。傳統(tǒng)的控制器在探測到特定的安全狀態(tài)時(shí)還會關(guān)閉整個(gè)制冷系統(tǒng)。然而，利用這種有限的工作參數(shù)和控制，會經(jīng)常導(dǎo)致冷凝器或冷卻塔風(fēng)扇效率低下以及工作不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此實(shí)施并廣泛描述的，本發(fā)明旨在一種控制冷凝器中制冷劑的冷卻的方法和系統(tǒng)，以使得效率和安全性最大。在優(yōu)選實(shí)施例中，該方法和系統(tǒng)控制冷凝器中的制冷劑的冷卻以及/或膨脹閥位置。
本發(fā)明包括制冷系統(tǒng)，其將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)從膨脹裝置通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)。本發(fā)明還包括冷卻冷凝器中的制冷劑的可變功率冷卻系統(tǒng)，以及監(jiān)控與系統(tǒng)高壓和低壓側(cè)相關(guān)的壓力的控制器，其中，控制器調(diào)節(jié)可變功率冷卻系統(tǒng)，以在保持系統(tǒng)高壓側(cè)和系統(tǒng)低壓側(cè)之間可接受的壓差的同時(shí)通過將冷凝器中制冷劑的冷卻向最大程度增強(qiáng)或保持在最大程度來降低與系統(tǒng)高壓側(cè)相關(guān)的壓力。在本發(fā)明中，控制器也可以監(jiān)控其他狀態(tài)，如靠近壓縮機(jī)入口處的制冷劑的過熱或液體含量，以將施加到壓縮機(jī)上的制冷劑的過熱保持為可接受的大小，并/或確保液態(tài)制冷劑不會施加到壓縮機(jī)。
在另一方面，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)，并且其目的通過一種用于控制制冷系統(tǒng)的方法得以獲得，該方法使制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹裝置之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)。該方法包括監(jiān)控系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)的壓力；監(jiān)控系統(tǒng)低壓側(cè)的制冷劑的過熱；以及周期性地將冷凝器內(nèi)制冷劑的冷卻向有可能的最大程度增強(qiáng)，只要系統(tǒng)低壓側(cè)制冷劑的過熱超過最低閾值并且系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的壓差超過最小閾值即可。以類似的方式，該方法可以包括監(jiān)控施加到壓縮機(jī)的壓力、制冷劑的過熱或液體含量，并周期性增強(qiáng)制冷劑的冷卻，只要這些監(jiān)控狀態(tài)中的一個(gè)或全部不超過可接受水平即可。
應(yīng)理解的是前面的概括性描述和下面的詳細(xì)描述僅是示例和解釋性的，并不為如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的限制。


包括在此以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解并合并于內(nèi)構(gòu)成本說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與描述一同作用為解釋本發(fā)明的原理。
圖1是制冷系統(tǒng)和控制器及其輸入和輸出的示意圖；圖2是從制冷系統(tǒng)中驅(qū)散熱量的液冷式熱交換器的局部示意圖；圖3是控制器的輸入和輸出的示意圖；圖4是示出示例性的控制器如何基于50PSID的吸入油壓差關(guān)閉(shutdown)來定性油吸入壓差項(xiàng)的圖表和曲線；圖5是示出示例性的控制器如何基于44PSIG的吸入壓力關(guān)閉來定性吸入壓力項(xiàng)的圖表和曲線；圖6是示出示例性的控制器如何定性電子膨脹閥位置項(xiàng)的圖表和曲線；圖7是示出示例性的控制器如何定性滑閥變化項(xiàng)的圖表和曲線；
圖8是示出示例性的控制器如何定性滑閥位置項(xiàng)的圖表和曲線；圖9是示出示例性的實(shí)施例如何定性風(fēng)扇變化項(xiàng)的圖表和曲線。
具體實(shí)施例方式
將詳細(xì)參照本發(fā)明示例性實(shí)施例，該實(shí)施例的示例在附圖中示出。遍及附圖，相同的附圖標(biāo)記盡可能標(biāo)示相同的零件。
制冷系統(tǒng)總地以附圖標(biāo)記10標(biāo)示，并在圖1中以示意圖示出。制冷系統(tǒng)10處置制冷劑使之通過箭頭所示的方向的制冷循環(huán)。該系統(tǒng)10包括經(jīng)由制冷回路連接的作為變?nèi)萘繅嚎s機(jī)或壓縮機(jī)系統(tǒng)的壓縮機(jī)12、油水分離器13、冷凝器14、用于冷卻冷凝器14中的制冷劑的變功率冷卻裝置14和16、膨脹閥20以及將熱量帶入系統(tǒng)中的蒸發(fā)器22。變?nèi)萘繅嚎s機(jī)系統(tǒng)可以由一個(gè)變?nèi)萘繅嚎s機(jī)、分段容量壓縮機(jī)和可以為多個(gè)分段容量壓縮機(jī)的多個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)成。
用于冷卻冷凝器的變功率冷卻裝置包括空氣冷卻的冷凝器14和至少一個(gè)變功率冷卻系統(tǒng)，優(yōu)選地是變功率風(fēng)扇16，以將空氣吹過冷凝器14。在所示實(shí)施例中，多個(gè)風(fēng)扇16可以分級，以提供可變化的冷卻能力。在另一實(shí)施例中，變功率冷卻裝置可以包括液冷式冷凝器14a和冷卻液體，該冷卻液體通過圖2概要示出的熱交換器交換熱量。本發(fā)明可以應(yīng)用到包括變功率冷卻系統(tǒng)的各種系統(tǒng)中，以冷卻冷凝器中的制冷劑。
在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10用于直接或間接冷卻空氣。例如，系統(tǒng)可以用于冷卻建筑物空調(diào)系統(tǒng)中所用的水，該系統(tǒng)10處置制冷劑以產(chǎn)生制冷作用。然后，制冷劑可以直接冷卻水或冷卻空氣。本發(fā)明也可以應(yīng)用到熱泵上。
在制冷循環(huán)中，在壓縮機(jī)12處開始，制冷劑被壓縮而形成高溫和高壓的過熱氣體。一些來自壓縮機(jī)的潤滑劑與制冷劑一同流出壓縮機(jī)的出口。被壓縮的制冷劑流向油水分離器，在此，潤滑油與制冷劑分離并返回到壓縮機(jī)。接著，制冷劑運(yùn)行到冷凝器14，該冷凝器可以由吹過它的分級的風(fēng)扇16予以空氣冷卻，或者如圖2所示予以液冷。在原理上，空氣和液體冷卻系統(tǒng)可以相結(jié)合，以提供可變功率的制冷系統(tǒng)。冷凝器14從制冷劑中去除熱量，從而導(dǎo)致制冷劑變成溫?zé)釡囟鹊囊后w。
制冷劑然后運(yùn)行到膨脹閥20，在此，制冷劑被節(jié)流，并膨脹，而變成低壓、冷的飽和氣體。接著，制冷劑運(yùn)行到蒸發(fā)器22。在蒸發(fā)器22，制冷劑對該系統(tǒng)所要予以冷卻的物質(zhì)，一般為空氣或水進(jìn)行冷卻。例如，要被冷卻的水通過將熱量從水傳導(dǎo)到蒸發(fā)器22中的冷的制冷劑而予以冷卻。這種向制冷劑蒸汽傳導(dǎo)熱量使制冷劑溫度升高到制冷劑飽和點(diǎn)之上，確保了制冷劑為干氣(dry gas)，意味著沒有液體存在。然后制冷劑運(yùn)行到壓縮機(jī)12，在此重復(fù)系統(tǒng)循環(huán)。
在圖1所示的系統(tǒng)中，壓縮機(jī)由潤滑油潤滑。在離開壓縮機(jī)的制冷劑中的潤滑油通過油水分離器13分離出壓縮機(jī)，被分離的潤滑油然后通過油水分離器13和壓縮機(jī)12的低壓側(cè)或吸入壓力之間的壓差從油水分離器的貯油槽被迫使回到壓縮機(jī)，其中油水分離器13大致等于壓縮機(jī)12的出口壓力。油通過如圖1中虛線44所示的潤滑油管線運(yùn)行到壓縮機(jī)12。在制冷系統(tǒng)的其他改進(jìn)(未示出)中，壓縮機(jī)中的潤滑油量通過用油泵或其他方法泵油而保持在安全高度上。
虛線45表示了系統(tǒng)高壓部分和低壓部分之間的分界。高壓部分包括壓縮機(jī)出口、油水分離器13、冷凝器14以及膨脹閥的入口側(cè)。低壓部分包括膨脹閥的出口側(cè)、蒸發(fā)器22以及壓縮機(jī)的吸入口。
在圖1所示的系統(tǒng)中，油水分離器和壓縮機(jī)的入口和貯油槽壓力之間的壓差必須足夠大，以迫使?jié)櫥蛷姆蛛x器返回到壓縮機(jī)。如果壓差變得過低，壓縮機(jī)將不能適當(dāng)?shù)貪櫥?，并可能卡住而變成損壞。如下面所解釋的，可以通過控制本發(fā)明系統(tǒng)的其他方面的方式來影響這個(gè)壓差。本發(fā)明的一個(gè)目的是周期性確定這個(gè)壓差，優(yōu)化該壓差，且如果壓差變得過低中斷制冷系統(tǒng)的工作。
也如下面更詳細(xì)描述的，本發(fā)明的另一目的是盡可能高效且成本低地操縱該系統(tǒng)，同時(shí)確保系統(tǒng)的安全性，而免于損壞或危險(xiǎn)。制冷劑在冷凝器處的冷卻區(qū)域增大壓縮機(jī)兩側(cè)的壓差。在該方面，在高壓差下運(yùn)行壓縮機(jī)的能量消耗通常高于以最大功率運(yùn)行冷凝器處的冷卻風(fēng)扇的能量消耗，從而減小壓差。在另一方面，如果在膨脹閥處的制冷劑壓力變得過低，膨脹閥將不能提供向蒸發(fā)器和壓縮機(jī)的所需流量。因此，本發(fā)明的原理是在冷凝器處將制冷劑冷卻到允許的最佳程度，而不會將壓力降低到如下程度，即不能提供油液返回到壓縮機(jī)的所需流動和/或制冷劑通過膨脹閥的所需流動的程度。
設(shè)計(jì)為壓縮氣體的壓縮機(jī)在液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)會受到損壞。理想的是，離開蒸發(fā)器的制冷劑將成為均勻的飽和蒸汽。然而，在實(shí)際中，這幾乎不可能。為了保護(hù)壓縮機(jī)免受液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)所造成的損壞，制冷系統(tǒng)操縱者經(jīng)常制冷劑蒸汽高于飽和溫度5°到10°。這種高于飽和溫度的蒸汽過渡加熱稱為過熱，過熱提供了克服液體進(jìn)入壓縮機(jī)的安全因素。
過熱的效果為其降低制冷系統(tǒng)下側(cè)的壓力。下側(cè)壓力越低，壓縮機(jī)必須做功越大，以將制冷劑泵送到系統(tǒng)高壓側(cè)。盡管過熱對于給壓縮機(jī)提供安全因素來說是必須的，但是較高的過熱降低系統(tǒng)的效率并使其運(yùn)行成本更高。
控制過熱的一種方式為控制制冷劑在膨脹閥中的膨脹。膨脹閥在閥的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間存在較大壓差時(shí)工作最好。為了確保在膨脹閥每一側(cè)保持可接受的壓差，制冷系統(tǒng)的控制器經(jīng)常保持較高的壓縮機(jī)排出壓力。然而，保持較高的排出壓力由于需要大量能量以使壓縮機(jī)在高壓差下工作而成本較高。
在冷凝器14處所提供的制冷劑冷卻量影響制冷劑和系統(tǒng)的熱動力特性。例如，冷凝器14內(nèi)的制冷劑的冷卻區(qū)域減小冷凝器處制冷劑的壓力，并從而減小壓縮機(jī)出口處的壓力。在制冷系統(tǒng)的一種改進(jìn)中，冷凝器14內(nèi)的制冷劑的冷卻用多個(gè)將空氣吹過冷凝器14的風(fēng)扇16予以實(shí)現(xiàn)。冷凝器14內(nèi)的制冷劑的冷卻速率通過將空氣吹過冷凝器14的風(fēng)扇的數(shù)量和/或功率來控制。該系統(tǒng)的其他實(shí)施例可以通過改變一個(gè)或多個(gè)變功率風(fēng)扇的速度或改變在任意給定時(shí)刻工作的房山16的數(shù)量和速度來控制制冷劑的冷卻。在風(fēng)扇速度可變的系統(tǒng)中，可以使用單獨(dú)一個(gè)冷卻風(fēng)扇16，至少用于低功率系統(tǒng)。風(fēng)扇16由系統(tǒng)控制器24控制。如下面詳細(xì)解釋的，控制器24接收來自多個(gè)傳感器的輸入數(shù)據(jù)，并控制冷凝器的冷卻系統(tǒng)。
在具有如圖2所示的液冷式冷凝器的系統(tǒng)中，冷凝器14a由流過熱交換器的液體冷卻?？刂破?4通過調(diào)節(jié)冷卻液體相對于制冷劑的流量或流速來控制自系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)。
系統(tǒng)控制器可以采取各種現(xiàn)有技術(shù)中公知的方式。僅借助于示例，控制器可以為微處理器或編程的集成芯片，以應(yīng)用下面所述的規(guī)則。如圖1所示，控制器24也可以為裝載有軟件程序的計(jì)算機(jī)30。優(yōu)選地是，控制器24接收來自制冷系統(tǒng)中多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)作為輸入，包括直接從系統(tǒng)操縱者輸入，或預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)，或二者。系統(tǒng)控制器24優(yōu)選地為非線性MIMO(多輸入多輸出)型控制器。根據(jù)預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)和所探測的參數(shù)，控制器操縱變功率冷卻裝置14和16，以進(jìn)行對冷凝器14內(nèi)的制冷劑的更強(qiáng)冷卻、更弱冷卻、或保持冷卻?？刂瞥潭热Q于控制器接收的數(shù)據(jù)以及其對數(shù)據(jù)和預(yù)選定的設(shè)定點(diǎn)或類似參數(shù)施加的算法。
制冷系統(tǒng)可以以多種方式控制。一種類型的制冷系統(tǒng)可以包括三個(gè)不同的控制器。一個(gè)控制器控制壓縮機(jī)的輸出，另一個(gè)控制器控制冷凝器中制冷劑的冷卻。在具有電子膨脹閥的系統(tǒng)中，第三控制器可以為單獨(dú)的控制器，或者單個(gè)控制器的多項(xiàng)功能可以結(jié)合到一個(gè)控制多種任務(wù)的控制器中。本發(fā)明可以與系統(tǒng)是否使用一個(gè)或多個(gè)控制器無關(guān)地應(yīng)用于該系統(tǒng)中。
在本發(fā)明一項(xiàng)應(yīng)用中，冷凝器中制冷劑的冷卻由僅僅控制冷凝器中制冷劑的冷卻的控制器控制。在這種類型的系統(tǒng)中，膨脹閥可以為不可調(diào)節(jié)的小孔，以及具有單獨(dú)的控制器的電子膨脹閥，或者基于制冷劑的溫度和/或壓力自調(diào)節(jié)的自調(diào)節(jié)溫度膨脹閥。這種類型的控制器不控制膨脹閥位置，但它可以監(jiān)控它。
控制器24監(jiān)控制冷劑的壓力，以確保存在足夠的壓差，以使得潤滑油從油水分離器返回到壓縮機(jī)。控制器也獲知其正在控制的元件，例如風(fēng)扇和膨脹閥的狀態(tài)。
在圖1所示的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器32和34～40探測各參數(shù)，并向控制器傳送與制冷系統(tǒng)10各個(gè)部件的物理狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。在一些系統(tǒng)中，一些參數(shù)可以通過制冷系統(tǒng)的操縱者輸入，而不是由圖1所示的系統(tǒng)中的傳感器32和34～40輸入。圖1所示的控制器24接收如下信號，其代表傳感器32探測的壓縮機(jī)12入口處的油壓、傳感器34探測到的壓縮機(jī)12低壓端或吸入口處制冷劑的壓力、傳感器35所探測的油水分離器13處潤滑油的壓力、以及傳感器38探測到的壓縮機(jī)載荷。另外，膨脹閥位置由傳感器36探測。壓力探測傳感器可以為壓力變送器，而溫度探測傳感器可以為熱敏電阻，以及其他公知并在現(xiàn)有技術(shù)中使用的壓力或溫度傳感器。
油水分離器13用潤滑油管線44連接到壓縮機(jī)12的低壓側(cè)。油水分離器13壓力和壓縮機(jī)12貯油槽壓力(主要是壓縮機(jī)的入口壓力)之間的壓差迫使?jié)櫥?未示出)進(jìn)入壓縮機(jī)12。傳感器35和32所探測的壓力輸入到控制器中，而控制器計(jì)算壓差。如果對于特定系統(tǒng)壓差變得而潤滑油不能以所需程度返回到壓縮機(jī)，那么控制器將關(guān)閉系統(tǒng)。對于給定系統(tǒng)的最低可接受壓差可以通過測試來確定，然后輸入到控制器中。如下面解釋的，可以通過操縱系統(tǒng)中其他元件來影響壓差，包括在冷凝器處的冷卻程度以及膨脹閥的開度。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中上述壓差的探測以及將該值用作控制參數(shù)確保了充足的潤滑油提供到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)零件上。在另一實(shí)施例中，壓縮機(jī)可以通過壓力潤滑系統(tǒng)潤滑。在這種系統(tǒng)中，可以探測油壓并將其用作控制參數(shù)。
膨脹閥位置如圖1所示可以用傳感器36探測，或是膨脹閥位置可以通過系統(tǒng)操縱者輸入到控制器中，或是由控制器以其他方式得知。對于給定的壓縮機(jī)設(shè)置，操縱膨脹閥位置可以調(diào)節(jié)通過系統(tǒng)10的制冷劑的流量和壓力。如果膨脹閥20開度較寬，那么更多的制冷劑將流過膨脹閥，導(dǎo)致系統(tǒng)低壓側(cè)的壓力增大，而系統(tǒng)高壓側(cè)的壓力降低。關(guān)閉膨脹閥對系統(tǒng)具有相反的影響。當(dāng)膨脹閥開度減小時(shí)，系統(tǒng)高壓側(cè)壓力增大，而低壓側(cè)壓力減小。
由于高壓側(cè)壓力相對于入口壓力增大，壓縮機(jī)12必須利用更大能量來將給定量的制冷劑泵送過系統(tǒng)。制冷劑在冷凝器中的冷卻減小這個(gè)壓力。然而，過大的冷卻可以將膨脹閥處的高壓側(cè)壓力減小到過低的值，導(dǎo)致對于給定開度膨脹閥的制冷劑流量降低。在特定情況下，可變膨脹閥的位置可以響應(yīng)這種狀況而加以改變。如果制冷劑流量過大，那么要進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑的過熱程度變得太低，而液態(tài)制冷劑會進(jìn)入壓縮機(jī)中。增大流量的一種方式是在膨脹閥未處于最大開度位置情況下進(jìn)一步開啟膨脹閥。如果膨脹閥處于最大開度位置，應(yīng)該在冷凝器中執(zhí)行較弱冷卻，即，關(guān)閉風(fēng)扇，以提高高壓側(cè)壓力，從而導(dǎo)致更多的制冷劑流過膨脹閥。從而，操縱膨脹閥是控制壓差和壓縮機(jī)入口處的過熱的一種方式。
在本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮機(jī)負(fù)載響應(yīng)系統(tǒng)所調(diào)節(jié)的空間的制冷需求而予以變化。這一般通過熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)負(fù)載是在給定時(shí)刻使用的可用壓縮機(jī)容量的百分比，在使用螺桿式壓縮機(jī)的系統(tǒng)中，壓縮機(jī)負(fù)載可以稱作滑閥位置。在使用往復(fù)式壓縮機(jī)的系統(tǒng)中，改變壓縮機(jī)負(fù)載的一種方式是調(diào)節(jié)工作氣缸的數(shù)量。從而，在這些類型的系統(tǒng)中，壓縮機(jī)負(fù)載可以表示為工作的氣缸數(shù)量或壓縮機(jī)數(shù)量。壓縮機(jī)負(fù)載可以由系統(tǒng)操縱者直接輸入控制器24中，或者，塔可以由圖1所示的傳感器探測，并且所探測到的數(shù)據(jù)可以由控制器采用。
通過獲知壓縮機(jī)負(fù)載變化，控制器可以預(yù)計(jì)下一步將操縱何部件。如果壓縮機(jī)負(fù)載增大，控制器將預(yù)計(jì)何時(shí)它將增強(qiáng)冷凝器的冷卻，以平衡壓縮機(jī)做功的增大，反之亦然。如果壓縮機(jī)負(fù)載減小，控制器將基于其算法減弱冷凝器的冷卻。通過探測壓縮機(jī)負(fù)載變化，控制器將能夠預(yù)計(jì)如何操縱冷凝器冷卻，并然后在傳感器向控制器告知制冷狀況變化之前操縱冷凝器冷卻。
在本發(fā)明的應(yīng)用中，給定制冷系統(tǒng)的特性由解析或經(jīng)驗(yàn)分析或二者結(jié)合予以確定。然后系統(tǒng)的控制改進(jìn)成應(yīng)用所得到的特性(如預(yù)定的最小安全壓差或可接受的壓縮機(jī)入口壓力)和所探測的工作系統(tǒng)參數(shù)，以控制系統(tǒng)并使其效率最大，同時(shí)在安全范圍內(nèi)工作。從而，一旦設(shè)計(jì)并制造了給定的系統(tǒng)，如特定功率的商用系統(tǒng)，那么就測試系統(tǒng)以確定保持足夠潤滑油從油水分離器返回到壓縮機(jī)所需的在壓縮機(jī)兩側(cè)的最小壓差。如果需要的話，該壓差可以針對不同壓縮機(jī)負(fù)載加以確定。系統(tǒng)中不同點(diǎn)處的探測值的關(guān)系得以確定。對于給定系統(tǒng)，膨脹閥相對所探測的參數(shù)和安全狀況的關(guān)系也可以得以確定。
在標(biāo)定了給定系統(tǒng)之后，根據(jù)輸入到程序中的系統(tǒng)特性和所探測到的參數(shù)設(shè)計(jì)控制(方法)以控制該系統(tǒng)。例如，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)開動時(shí)，變功率冷卻裝置14和16初始設(shè)定為在冷凝器14中制冷劑冷卻的最小量。對于諸如圖1所示系統(tǒng)的帶多個(gè)風(fēng)扇的系統(tǒng)，風(fēng)扇全部關(guān)閉。對于變功率風(fēng)扇，其初始設(shè)定為最低位置。一旦控制器探測到要去除更多熱量的需求，如在控制器24中編程的預(yù)定法則所確定的，控制器將增強(qiáng)由變功率冷卻裝置14和16或14a所提供的冷卻。對于給定的壓縮機(jī)和膨脹閥的負(fù)載位置，這將導(dǎo)致系統(tǒng)高壓側(cè)壓力減小?？刂破魅缓笠宰畲罄鋮s能力操縱冷卻系統(tǒng)，只要壓縮機(jī)和油水分離器處的壓差保持在安全范圍之內(nèi)，并且壓縮機(jī)入口的壓力保持在安全范圍內(nèi)即可。如果壓差減小到對于系統(tǒng)的預(yù)定的安全最小值，或者如果壓縮機(jī)入口壓力達(dá)到預(yù)定的最小程度，那么控制器將保持或減弱冷凝器中的冷卻程度?？刂破髦芷谛詸z查所探測到的值，并控制冷卻提供最大效率。如果壓差或壓縮機(jī)入口壓力在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)變得過低，控制器將關(guān)閉系統(tǒng)。
隨著系統(tǒng)工作，其周期性處理數(shù)據(jù)輸入，并確定系統(tǒng)是否需要增大、減小或維持目前的自冷凝器14的熱量損失速率，以穩(wěn)定制冷系統(tǒng)10，并高效操縱該系統(tǒng)，然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)變功率冷卻裝置14和16。
如圖1所示，控制器用附圖標(biāo)記42電連接到變功率冷卻裝置上，并從而能夠?qū)⒖刂破鬏敵鰝魉偷阶児β世鋮s裝置14和16，而控制由變功率冷卻裝置14和16提供的冷卻量?？刂破鞲鶕?jù)如下算法操縱變功率冷卻裝置14和16，該算法利用上述數(shù)據(jù)輸入，并根據(jù)預(yù)定的一套規(guī)則比較它。預(yù)定規(guī)則旨在將系統(tǒng)參數(shù)保持在可接受程度上，同時(shí)減小壓縮機(jī)12的做功大小。
控制器利用一算法來處理輸入數(shù)據(jù)，并確定輸出。控制器為可以處理多個(gè)輸入和多個(gè)輸出的多輸入多輸出型(MIMO)。輸入和參數(shù)為上面所述那些，而輸出控制用來提供冷凝器中制冷劑冷卻的可變系統(tǒng)。
每個(gè)制冷系統(tǒng)根據(jù)其部件將具有特定的一組參數(shù)，該參數(shù)將產(chǎn)生可接受并高效的結(jié)果。由于帶有給定組部件的每個(gè)系統(tǒng)具有獨(dú)特的工作參數(shù)，因此結(jié)合到控制算法中的預(yù)定規(guī)則將根據(jù)系統(tǒng)特性加以變化。為了確定目標(biāo)工作狀況，給定系統(tǒng)經(jīng)歷測試，以確定對于該系統(tǒng)的安全工作條件。
在本發(fā)明另一種應(yīng)用中，控制器可以控制膨脹閥的位置以及可調(diào)節(jié)的冷卻裝置。通過控制膨脹閥位置，控制器能夠控制流過系統(tǒng)的制冷劑的量。控制膨脹閥的位置將尤其影響制冷劑通過制冷系統(tǒng)的流量以及制冷劑在系統(tǒng)不同階段的壓力和溫度(即，過熱)。從而，本發(fā)明的附加原理當(dāng)應(yīng)用于膨脹閥控制器和可變冷卻裝置時(shí)要提供一種平衡過熱的正確大小的控制器。
在控制器控制冷凝器的可變冷卻裝置和膨脹閥二者的系統(tǒng)中，使用附加的傳感器和控制器輸出。圖1示出膨脹閥以及冷卻裝置控制器的附加輸入和輸出。在圖1中，傳感器32和34～40探測各參數(shù)，并將于制冷系統(tǒng)10各個(gè)部件的物理狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到控制器24。在一些系統(tǒng)中，一些參數(shù)可以由制冷系統(tǒng)的操縱者輸入，而不是如在圖1所示系統(tǒng)中那樣由傳感器32和34～40輸入到控制器中。圖1所示的控制器24接收如下的信號，該信號代表傳感器32所探測的壓縮機(jī)12入口處的油壓；傳感器34所探測的壓縮機(jī)12的低壓端或吸入口處的制冷劑壓力；傳感器35所探測的油水分離器13處的油壓；傳感器37所探測的壓縮機(jī)入口處的制冷劑溫度；傳感器38所探測的壓縮機(jī)負(fù)載；傳感器39所探測的壓縮機(jī)出口處制冷劑的溫度；以及傳感器40所探測的壓縮機(jī)12出口處的制冷劑的壓力。另外，膨脹閥位置由傳感器36探測。壓力探測傳感器可以為壓力變送器，而溫度探測傳感器可以為熱敏電阻，以及其他公知的并在現(xiàn)有技術(shù)中使用的壓力或溫度傳感器。
在控制器控制膨脹閥位置的優(yōu)選系統(tǒng)中，控制器如圖1所示用附圖標(biāo)記43電連接到膨脹閥上，以控制膨脹閥。
在控制器調(diào)節(jié)膨脹閥的情況下，控制器也將監(jiān)視并控制膨脹閥，以使得制冷劑充分膨脹而避免過大或不充分過熱的問題，同時(shí)也使得充足的制冷劑流過系統(tǒng)，以允許系統(tǒng)高效工作并避免過大的壓縮機(jī)出口壓力。
在具有可調(diào)節(jié)膨脹閥的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的初始狀況包括前面描述的那些以及以下的膨脹閥狀態(tài)。膨脹閥最初放置在最大關(guān)閉位置。隨著系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制器如控制器內(nèi)編程的確定規(guī)則所確定的開啟膨脹閥。膨脹閥的設(shè)置優(yōu)選地設(shè)定在如下的節(jié)流面積，該節(jié)流面積至少提供在蒸發(fā)器處產(chǎn)生理想的冷卻所需的制冷劑最小流量，并匹配壓縮機(jī)的輸出。對于在冷凝器處給定流量制冷劑的給定冷卻，限制小孔趨于減小流量并增大壓縮機(jī)兩側(cè)的壓差。如上所述，開啟膨脹閥增大低壓側(cè)壓力并降低高壓側(cè)壓力。這使得壓縮機(jī)由于系統(tǒng)兩側(cè)之間的壓差減小而并不做功很大。提高系統(tǒng)低壓側(cè)壓力大小會減小要進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑的過熱。如果過熱程度下降過低，系統(tǒng)會處于液態(tài)制冷劑傳送到壓縮機(jī)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。
反之亦然。關(guān)閉膨脹閥導(dǎo)致系統(tǒng)高壓側(cè)壓力增高而低壓側(cè)壓力降低。壓差的增大導(dǎo)致壓縮機(jī)工作更困難，以將制冷劑泵送到系統(tǒng)高壓側(cè)。關(guān)閉膨脹閥也增大要進(jìn)入壓縮機(jī)中的制冷劑的過熱量，這是由于系統(tǒng)低壓側(cè)損失壓力而造成的。從而，如果系統(tǒng)具有太大的過熱，控制器將開啟膨脹閥。如果其未具有足夠的過熱，控制器應(yīng)關(guān)閉膨脹閥。
一旦系統(tǒng)工作，控制器周期性處理數(shù)據(jù)并開啟、保持、和關(guān)閉可變膨脹閥，并且操縱用于冷凝器的可變冷卻裝置。控制器將所監(jiān)控的條件與算法相比較，以確定操縱那個(gè)部件。
多個(gè)不同的MIMO控制器可以用于實(shí)施本發(fā)明的原理。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，控制器的算法包括利用模糊邏輯規(guī)則來分析輸入并產(chǎn)生輸出。自系統(tǒng)中每個(gè)部件的數(shù)據(jù)輸入由控制器利用模糊邏輯控制規(guī)則定性。隨著針對每個(gè)值的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)入控制器，控制器將該值定性為各范疇。控制器利用模糊邏輯原則將輸入歸結(jié)為范疇的百分比。例如，如果控制器編程為將針對帶有0標(biāo)稱值的特定參數(shù)的輸入認(rèn)為是小，0.5為中，而1為大，而傳送到控制器的值為0.3，控制器將該值認(rèn)為是小或中，因?yàn)?.3落入0和0.5之間。對于線性模糊輸入組，取代將該值定性為一個(gè)或另一個(gè)范疇內(nèi)，控制器將該值定性為40％小和60％中(由于0.3是0.5，中的值的60％)。同樣，值0.75將定性為50％中和50％大，而0.5的值將定性為0％小、100％中和0％大。
以下是利用帶有其目標(biāo)工作參數(shù)已經(jīng)確定的滑閥的給定螺桿式壓縮機(jī)的系統(tǒng)的示例。循環(huán)的特定狀態(tài)為輸入，并如下定性。油吸入差值、吸入壓力和壓縮機(jī)負(fù)載由控制器定性為三個(gè)范疇小、中或大之一。壓縮機(jī)復(fù)雜內(nèi)的最近變化由控制器定性為三個(gè)范疇未加載、保持和加載之一。膨脹閥(EV)位置由控制器定性為兩個(gè)范疇小或大之一。一旦輸入定性為各范疇或各范疇的百分比，控制器基于與下表中所示相類似的規(guī)則比較定性數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這個(gè)示例中所示的規(guī)則僅用于說明目的，這是由于每個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)需要與每個(gè)系統(tǒng)的工作參數(shù)相適應(yīng)的規(guī)則和理想的輸出。
應(yīng)指出的是陰影項(xiàng)僅在可用的情況下使用。虛線表示由于其他狀況重要性優(yōu)先而在該情況下，未考慮該值。
表10導(dǎo)致制冷劑更弱冷卻的狀況

表11導(dǎo)致制冷劑更強(qiáng)冷卻結(jié)果的狀況


表12導(dǎo)致制冷劑冷卻無變化的狀況

對于每個(gè)規(guī)則，具有最小定量值的參數(shù)值用作輸出的數(shù)值。在計(jì)算每根規(guī)則時(shí)使用最小定性值的原因在于規(guī)則中的所有項(xiàng)一同“與”運(yùn)算。在這種情況下，“與”函數(shù)與取最小函數(shù)相同。當(dāng)計(jì)算輸出設(shè)置時(shí)，由于所有產(chǎn)生相同輸出的規(guī)則一同“或”運(yùn)算，因此使用最大值。在這種情況下“或”函數(shù)與取最大函數(shù)相同。例如，考慮規(guī)則L3表10，如果吸入壓力具有0.4的定性值，而EV位置具有0.5的特征值，那么由于考慮L30.4為最小定量值，0.4將為更弱冷卻的規(guī)則L3的輸出的定量值。自每個(gè)規(guī)則的輸出僅僅與更弱、更強(qiáng)或保持冷卻的相同組的其他規(guī)則的輸出相比較，對于三組規(guī)則中每一組的最高定性值，即，導(dǎo)致更強(qiáng)、更弱或保持冷卻的規(guī)則用于形成加權(quán)平均值。該加權(quán)平均值為控制器的輸出，并控制在從系統(tǒng)去除熱量方面的變化(如果有的話)。
為了解模糊化數(shù)據(jù)，或換句話說，為了使用加權(quán)平均值確定風(fēng)扇級變化，如圖9中曲線所示，使用三角形區(qū)域上的簡單質(zhì)心方法。在使用具有相同功率的多個(gè)風(fēng)扇的系統(tǒng)中，風(fēng)扇變化百分比將由運(yùn)行的風(fēng)扇數(shù)量相乘，100％或更大的結(jié)果將起動一個(gè)風(fēng)扇，而-100％或更小的結(jié)果將關(guān)閉一個(gè)風(fēng)扇。-100％和100％之間的值導(dǎo)致風(fēng)扇無變化。在具有可變風(fēng)扇速度的系統(tǒng)中，風(fēng)扇改變值用于調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度和數(shù)量。
本發(fā)明將由以下示例進(jìn)一步闡明，該示例純粹是本發(fā)明的示例。如果油吸入壓差關(guān)閉壓力為50PSID(D用于油壓和壓縮機(jī)低壓端之間的壓差)，模糊邏輯特征將由圖4～8所示方式確定?？刂破鲗?5PSID或更小的油吸入壓差定性為100％小和0％中，如圖4所示，圖中1表示100％。同樣，參照圖4，當(dāng)油吸入壓差為95PSID時(shí)，控制器將油吸入壓差定性為0％小、100％中和0％大。0％和100％之間的其他值如圖4中曲線所示那樣定性。
類似的模糊邏輯同樣設(shè)計(jì)用于其他參數(shù)。圖5～8示出其他數(shù)值如何來定性制冷系統(tǒng)的遠(yuǎn)不同的參數(shù)。
圖9示出如何解模糊化，或如何利用加權(quán)平均值確定風(fēng)扇級變化。為此，如圖9中曲線所示，使用簡單的三角形區(qū)域質(zhì)心方法。風(fēng)扇變化的百分比由運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)扇數(shù)量相乘。100％或更大的結(jié)果將起動一個(gè)風(fēng)扇，而-100％或更小的結(jié)果將關(guān)閉一個(gè)風(fēng)扇，-100％和100％之間的數(shù)值導(dǎo)致風(fēng)扇無變化。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是本發(fā)明的一些優(yōu)點(diǎn)包括通過提高系統(tǒng)效率使得制冷系統(tǒng)更可靠并成本更低地工作。通過減小系統(tǒng)維持較高壓縮機(jī)排出壓力的需求，壓縮機(jī)不必要消耗維持比必要的較高壓縮機(jī)排出壓力所需的能量。另外，控制器高效地控制自制冷系統(tǒng)的熱量耗散。例如，在通過空氣冷卻去除廢熱的系統(tǒng)中，本發(fā)明使得風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(the number of fan cycling)最快。通過使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最快，制冷系統(tǒng)將快速驅(qū)散熱量，從而使得系統(tǒng)更快速到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。另外，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最快可以減小任一個(gè)風(fēng)扇的風(fēng)扇循環(huán)量，從而延長風(fēng)扇電機(jī)以及電器元件的壽命。風(fēng)扇電機(jī)和電器元件壽命的延長使得整個(gè)系統(tǒng)更可靠，工作更穩(wěn)定。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是可以在不背離本發(fā)明范圍或精髓前提下，在選擇參數(shù)以用作控制器輸入和在本發(fā)明中選擇數(shù)值來定性它們以及在構(gòu)造這個(gè)制冷系統(tǒng)控制器方面可以作出各種修改和變化。作為示例，關(guān)閉參數(shù)可以各個(gè)系統(tǒng)而變化。并且，該系統(tǒng)可以以各種方式驅(qū)散熱量，如通過冷凝器、冷卻塔、或其他空氣或液體冷卻的熱傳導(dǎo)裝置，它們在現(xiàn)有技術(shù)中公知很多種。控制器本身可以為軟件或硬件的形式。制冷系統(tǒng)可以不具有可調(diào)節(jié)的膨脹閥，而是利用固定的那種。
另外，可以理解到一些制冷系統(tǒng)是可逆的，并在現(xiàn)有技術(shù)種稱作熱泵。在可逆系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)工作方式，冷凝器可以作用為蒸發(fā)器，而蒸發(fā)器可以作用為冷凝器。從而，本發(fā)明也可以應(yīng)用在這種系統(tǒng)種的熱傳導(dǎo)部件上，在此，熱傳導(dǎo)部件作用為冷凝器。
本發(fā)明其他實(shí)施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說從說明書的考慮以及在此公開的發(fā)明的實(shí)踐中可以獲知。目的在于說明書和示例僅被認(rèn)為是舉例，而本發(fā)明真正的范圍和精髓由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)，其將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹閥之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)，還包括變功率冷卻系統(tǒng)，以冷卻冷凝器中的制冷劑；以及控制器，其監(jiān)控與系統(tǒng)低壓側(cè)相關(guān)的壓力；并且其中，控制器基于該壓力調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)，同時(shí)保持系統(tǒng)低壓側(cè)可接受的壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器還監(jiān)控壓縮機(jī)的潤滑油壓力以及與回油管線與壓縮機(jī)和控制器相關(guān)的壓差中至少一個(gè)參數(shù)，并且，如果所監(jiān)控的潤滑油壓力或壓差達(dá)到或落于預(yù)定最小水平之下時(shí)，減小或維持變功率冷卻系統(tǒng)的功率。
3.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，當(dāng)與系統(tǒng)低壓側(cè)相關(guān)聯(lián)的壓力接近或落于預(yù)定最小水平之下時(shí)，控制器減小由變功率冷卻系統(tǒng)所提供的冷卻量，或者關(guān)閉制冷系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，還包括傳感器，該傳感器遠(yuǎn)程探測施加到壓縮機(jī)的制冷劑的代表壓力。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器還監(jiān)控壓縮機(jī)是否增大、減小或保持負(fù)載狀態(tài)，并在控制變功率冷卻系統(tǒng)時(shí)利用該監(jiān)控信息。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，變功率冷卻系統(tǒng)包括至少一個(gè)將空氣吹過冷凝器的風(fēng)扇，而變功率冷卻系統(tǒng)通過起動附加風(fēng)扇、關(guān)閉風(fēng)扇或改變風(fēng)扇速度中至少一個(gè)來改變功率。
7.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，變功率冷卻系統(tǒng)包括液冷式熱交換器。
8.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控膨脹閥位置，基于膨脹閥位置預(yù)計(jì)可接受的冷卻量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控冷凝器中制冷劑目前的冷卻水平，并基于冷凝器中制冷劑目前的冷卻水平預(yù)計(jì)可接受的系統(tǒng)最大冷卻量，且相應(yīng)地調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器利用模糊邏輯規(guī)則。
11.一種制冷系統(tǒng)，其將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹閥之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)，該系統(tǒng)包括變功率冷卻系統(tǒng)，以冷卻冷凝器中的制冷劑；以及控制器，其監(jiān)控與系統(tǒng)低壓側(cè)相關(guān)的壓力和用于壓縮機(jī)的潤滑油壓力以及于回油管線和壓縮機(jī)相關(guān)的壓差中至少一個(gè)，并基于監(jiān)控的壓力調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)，同時(shí)保持系統(tǒng)低壓側(cè)可接受的壓力以及于壓縮機(jī)潤滑油相關(guān)的可接受壓力。
12.如權(quán)利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器還監(jiān)控壓縮機(jī)是否增大、減小或保持負(fù)載狀態(tài)，并在控制變功率冷卻系統(tǒng)時(shí)利用該監(jiān)控信息。
13.如權(quán)利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控膨脹閥位置，基于膨脹閥位置和其他監(jiān)控的狀態(tài)信息預(yù)計(jì)可接受的最大冷卻量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求11所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控冷凝器中制冷劑目前的冷卻水平，并基于冷凝器中制冷劑目前的冷卻水平和其他監(jiān)控的狀態(tài)預(yù)計(jì)可接受的系統(tǒng)最大冷卻量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)。
15.一種控制制冷系統(tǒng)的方法，該制冷系統(tǒng)將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹閥之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)，該方法包括監(jiān)控系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)的壓力；以及周期性將冷凝器中制冷劑的冷卻向有可能最大程度增大，只要系統(tǒng)低壓側(cè)超過最小閾值即可。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，還包括監(jiān)控與用于壓縮機(jī)的潤滑油相關(guān)的壓力或壓差；以及基于所監(jiān)控的狀態(tài)參數(shù)周期性調(diào)節(jié)制冷劑的冷卻。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，壓縮機(jī)為具有可變輸出的變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，而該方法還包括以下步驟監(jiān)控壓縮機(jī)是否增大、減小或維持其輸出；以及基于所監(jiān)控的狀態(tài)調(diào)節(jié)冷凝器中制冷劑的冷卻量。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，當(dāng)所監(jiān)控的狀態(tài)處于可接受的閾值之內(nèi)時(shí)，冷凝器中制冷器的冷卻增大到或維持在有可能的最大程度上。
19.一種制冷系統(tǒng)，其將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹閥之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)，該系統(tǒng)包括變功率冷卻系統(tǒng)，以冷卻冷凝器中的制冷劑；以及控制器，其監(jiān)控與系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)相關(guān)的壓力以及施加到壓縮機(jī)的制冷劑的過熱量；其中，控制器調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)，以通過將冷凝器中制冷劑的冷卻向最大程度增強(qiáng)或處于最大程度上而降低與系統(tǒng)高壓側(cè)相關(guān)的壓力，同時(shí)保持系統(tǒng)高壓側(cè)和系統(tǒng)低壓側(cè)之間的可接受壓差以及施加到壓縮機(jī)的制冷劑的可接受過熱量。
20.如權(quán)利要求19所述的制冷系統(tǒng)，其中，還包括可調(diào)節(jié)的限流膨脹裝置，其中，控制器還監(jiān)控可調(diào)節(jié)限流膨脹裝置的設(shè)置，并調(diào)節(jié)該可調(diào)節(jié)限流膨脹裝置，以減小與系統(tǒng)高壓側(cè)相關(guān)的壓力，同時(shí)保持系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的可接受的壓差以及離開蒸發(fā)器的制冷劑的可接受過熱量。
21.如權(quán)利要求19所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控用于壓縮機(jī)的潤滑油壓力或者油水分離器相關(guān)壓力與壓縮機(jī)壓力的差，并且控制器根據(jù)所監(jiān)控的參數(shù)構(gòu)造成執(zhí)行以下中至少一項(xiàng)調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)；進(jìn)一步限制可調(diào)節(jié)限流裝置；或者關(guān)閉壓縮機(jī)。
22.如權(quán)利要求19所述的制冷系統(tǒng)，其中，變功率冷卻系統(tǒng)包括變功率風(fēng)扇。
23.如權(quán)利要求19所述的制冷系統(tǒng)，還包括用于探測施加到壓縮機(jī)的制冷劑的代表壓力和溫度的傳感器。
24.如權(quán)利要求19所述的制冷系統(tǒng)，其中，限流膨脹裝置可調(diào)節(jié)。
25.如權(quán)利要求19所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控壓縮機(jī)是否增大、減小或保持負(fù)載狀態(tài)，并且在控制變功率冷卻裝置時(shí)預(yù)計(jì)壓縮機(jī)負(fù)載狀態(tài)對系統(tǒng)高壓側(cè)的壓力的影響，并分析所預(yù)計(jì)的影響。
26.一種制冷系統(tǒng)，其將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹閥之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)，該系統(tǒng)還包括變功率冷卻系統(tǒng)，以冷卻冷凝器中的制冷劑；以及控制器，其監(jiān)控與系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)相關(guān)的壓力以及施加到壓縮機(jī)的制冷劑的過熱量；其中，控制器調(diào)節(jié)變功率冷卻系統(tǒng)和可調(diào)節(jié)限流膨脹裝置中至少一個(gè)，以降低與系統(tǒng)高壓側(cè)相關(guān)的壓力，同時(shí)保持系統(tǒng)高壓側(cè)和系統(tǒng)低壓側(cè)之間的可接受壓差以及施加到壓縮機(jī)的制冷劑的可接受過熱量。
27.如權(quán)利要求26所述的制冷系統(tǒng)，其中，變功率制冷系統(tǒng)包括至少一個(gè)將空氣吹過冷凝器的風(fēng)扇，而變功率冷卻系統(tǒng)通過以下至少一項(xiàng)改變功率，即起動附加風(fēng)扇、關(guān)閉風(fēng)扇或改變風(fēng)扇速度。
28.如權(quán)利要求26所述的制冷系統(tǒng)，其中，還包括用于探測施加到壓縮機(jī)上的制冷劑的代表壓力和溫度的傳感器。
29.如權(quán)利要求26所述的制冷系統(tǒng)，其中，控制器監(jiān)控壓縮機(jī)是否增大、減小或保持負(fù)載狀態(tài)，并且在控制變功率冷卻裝置和限流膨脹裝置中至少一個(gè)時(shí)預(yù)計(jì)壓縮機(jī)負(fù)載狀態(tài)對系統(tǒng)高壓側(cè)相關(guān)壓力的影響，并分析所預(yù)計(jì)的影響。
30.一種用于控制制冷系統(tǒng)的方法，該制冷系統(tǒng)將制冷劑通過具有高壓側(cè)和低壓側(cè)的閉環(huán)循環(huán)，其中高壓側(cè)從壓縮機(jī)通過冷凝器延伸到限流膨脹裝置，而低壓側(cè)在膨脹閥之間通過蒸發(fā)器延伸到壓縮機(jī)，該方法包括監(jiān)控系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)的系統(tǒng)壓力；監(jiān)控系統(tǒng)低壓側(cè)內(nèi)制冷劑的過熱；以及周期性地將冷凝器內(nèi)制冷劑的冷卻向有可能的最大水平增大，只要系統(tǒng)低壓側(cè)內(nèi)制冷劑的過熱超過最小閾值并且系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的制冷劑壓力超過最小閾值即可。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，還包括如下步驟將冷凝器中制冷劑的冷卻保持在有可能的最大水平只要施加到壓縮機(jī)的制冷劑的過熱和系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的壓差在可接受閾值內(nèi)即可。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，還包括如下步驟當(dāng)系統(tǒng)低壓側(cè)內(nèi)的制冷劑的過熱小于最小閾值時(shí)，增強(qiáng)冷凝器內(nèi)制冷劑的冷卻。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，還包括如下步驟當(dāng)系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的制冷劑壓差低于最小閾值時(shí)，減弱冷凝器內(nèi)制冷劑的冷卻。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，還包括監(jiān)控用于壓縮機(jī)的潤滑油壓力或者監(jiān)控油水分離器處壓力與壓縮機(jī)壓力之間的差；如果潤滑油壓力或壓差小于最小閾值，進(jìn)行減小冷凝器內(nèi)制冷劑的冷去和關(guān)閉壓縮機(jī)中至少一項(xiàng)。
35.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，監(jiān)控過熱包括監(jiān)控蒸發(fā)器和壓縮機(jī)之間的制冷劑的壓力和溫度。
36.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，過熱在蒸發(fā)器和壓縮機(jī)入口之間監(jiān)控。
37.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，壓縮機(jī)是具有可變輸出的變?nèi)萘繅嚎s機(jī)，而該方法包括以下步驟監(jiān)控壓縮機(jī)是否增大、減小和保持其輸出；以及通過調(diào)節(jié)冷凝器中制冷劑的冷卻量來調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)，以抗衡壓縮機(jī)輸出的變化。
38.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，當(dāng)所監(jiān)控的狀態(tài)處于可接受閾值之內(nèi)時(shí)，冷凝器中制冷劑的冷卻增大并維持在有可能的最大水平。
全文摘要
本發(fā)明通過使冷凝器(14)的冷卻最大化并減小壓縮機(jī)(12)所需的做功來提高制冷系統(tǒng)(10)的效率。在空氣冷卻系統(tǒng)中，也通過減小風(fēng)扇循環(huán)來提高風(fēng)扇(16)的穩(wěn)定性。風(fēng)扇控制器(24)將利用考慮以下輸入的算法油壓、壓縮機(jī)吸入壓力、膨脹閥位置、壓縮機(jī)負(fù)載、最近壓縮機(jī)負(fù)載變化、以及目前風(fēng)扇級。該算法利用模糊邏輯，以定性輸入并產(chǎn)生控制系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇(16)的輸出。
文檔編號F25B49/02GK1463352SQ02801784
公開日2003年12月24日 申請日期2002年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月20日
發(fā)明者柯蒂斯·克蘭, 約翰·賈奇 申請人:約克國際公司