專利名稱：制冷劑系統(tǒng)中的回油控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在各種運(yùn)行條件下保證油從各種系統(tǒng)組件回流到壓縮機(jī)并防止壓縮機(jī)中的油被泵送出去而導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞的多種方法。
背景技術(shù)：
通過制冷劑的循環(huán)可以制冷或供熱。制冷劑被壓縮機(jī)壓縮，并且接著通過一系列的熱交換器、連接管道和膨脹裝置。
有許多不同的制冷劑循環(huán)的構(gòu)造和配置。其中之一就是使用多回路制冷劑系統(tǒng)。多回路制冷劑系統(tǒng)具有至少兩個回路來為共同的區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)，每一個回路包括壓縮機(jī)和與之相關(guān)的熱交換器、連接管道和膨脹裝置。通過對于包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器的每一回路進(jìn)行控制，在被冷卻或加熱的環(huán)境中保持要求的溫度。
當(dāng)所需的冷卻總量正好大于一個回路所能輸出的冷卻總量時，多回路系統(tǒng)的油就容易被泵出。在這種情況下，該系統(tǒng)必須頻繁地關(guān)閉以補(bǔ)償由于兩個回路的同時運(yùn)行而供應(yīng)過多的冷空氣。頻繁的開關(guān)會造成油從壓縮機(jī)中被泵出，過量的油進(jìn)入熱交換器使系統(tǒng)效率降低并可能導(dǎo)致壓縮機(jī)的損壞。
另一種在多回路或單回路系統(tǒng)中都存在的可導(dǎo)致油被泵出的情況是流過蒸發(fā)器的質(zhì)量流量較低。當(dāng)質(zhì)量流量低到某一特定水平時，蒸汽不能將油帶回壓縮機(jī)，結(jié)果也會導(dǎo)致油被泵出。由于進(jìn)入壓縮機(jī)的過熱蒸汽過多，上述問題會更加嚴(yán)重，因?yàn)楦叩倪^熱量會導(dǎo)致制冷劑從油中蒸發(fā)，使得油的粘性增加，并且造成油“粘”在熱交換器內(nèi)管的表面。因此，在上述情況下需要增強(qiáng)油的回流。
用于多回路系統(tǒng)的控制部件分別控制所有回路或部分回路以提供冷卻。在現(xiàn)有技術(shù)中，一旦達(dá)到足夠的冷卻量控制部件就會間斷地關(guān)閉所有回路?，F(xiàn)有技術(shù)中可選擇的是，當(dāng)整個系統(tǒng)需要較少的冷卻量時，控制部件會有時關(guān)閉一部分回路而保持其他回路的運(yùn)行。
本發(fā)明旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中控制模式的問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明披露的具體實(shí)施例中，提供了控制制冷劑循環(huán)運(yùn)行的算法，并解決壓縮機(jī)中油被泵出的問題。如果所需的制冷量正好高于由單個運(yùn)行的回路能夠滿足的冷卻能力，則將采用兩個回路進(jìn)行工作。但是，隨著兩個回路的運(yùn)行，所輸送的冷氣量會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需求。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，兩個回路會頻繁地啟動/關(guān)閉循環(huán)。這樣會導(dǎo)致油在啟動時被泵出，而油在機(jī)組重新啟動時沒有足夠的時間返回到壓縮機(jī)中。在第一方法實(shí)施例中，如果兩個回路都以節(jié)約模式運(yùn)行并且頻繁關(guān)閉，則控制器將決定其中的一個回路以非節(jié)約模式運(yùn)行，如果關(guān)閉次數(shù)仍然過多，則兩個回路都以非節(jié)約模式運(yùn)行。如果關(guān)閉次數(shù)還是過多，則控制器使得其中的一個回路以旁通模式運(yùn)行并且另外的回路以非節(jié)約模式運(yùn)行。如果關(guān)閉次數(shù)還是過多，兩個回路都采用旁通模式(運(yùn)行的卸載模式)。如果關(guān)閉次數(shù)仍舊過多，則僅一個回路“脫機(jī)”而保持另一回路繼續(xù)運(yùn)行。這樣，兩個回路間斷地連機(jī)工作。運(yùn)行中的回路也可以從一個回路替換為另一個回路。此外，還可以確定在兩個回路的每一個回路中的運(yùn)行模式。這種技術(shù)可以應(yīng)用到多于一個回路的系統(tǒng)中。
另一個實(shí)施例的主題在于，在較低的質(zhì)量流量下運(yùn)行(例如熱泵運(yùn)行)。在這種情況下，可能出現(xiàn)油被泵出的情況，這是因?yàn)闊峤粨Q器管中的制冷劑質(zhì)量流量太小以至于不能輸送油。當(dāng)該系統(tǒng)以卸載模式(最小的質(zhì)量流量)運(yùn)行時，這一問題更加突出。本發(fā)明的解決方案是，對于控制器而言，通過切換為更大負(fù)載運(yùn)行模式或通過阻塞冷凝盤管或減小風(fēng)扇速度來提高流過蒸發(fā)器部分的質(zhì)量流量，以使得該系統(tǒng)在最大可獲得的質(zhì)量流量下間斷地運(yùn)行。
又一個實(shí)施例的主題在于，由于過多的過熱量(superheat)進(jìn)入到壓縮機(jī)中而導(dǎo)致油被泵出。在從蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)吸入口的長管路中這一問題最突出，(在蒸發(fā)器出口和壓縮機(jī)入口之間蒸汽獲得過熱量)。在這種情況下，特別是如果還是在低質(zhì)量流量下運(yùn)行，油會積聚在管的這一部分中，并且隨著過熱量的增多，油粘性也會迅速增大，并且制冷劑從油中蒸發(fā)出來。為了防止上述情況發(fā)生，可以監(jiān)視過熱量和吸入壓力(只有吸入壓力和吸入過熱量確定質(zhì)量流量)。接著，如果控制器判定對于給定質(zhì)量流量的過熱量過大，膨脹裝置例如電子膨脹裝置(EXV)將開啟以減少進(jìn)入到壓縮機(jī)中的過熱量。
本發(fā)明的上述和其他特征將會通過以下的詳細(xì)說明和附圖得到更好的理解。下面是對附圖的簡要描述。


圖1是本發(fā)明回路的示意圖。
圖2是第一實(shí)施例的流程圖。
圖3是第二實(shí)施例的流程圖。
圖4是第三實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性描述了制冷劑回路19，該回路具有的控制部件20控制著兩個獨(dú)立的回路22和23。雖然本發(fā)明的一些內(nèi)容特別涉及多回路系統(tǒng)(特別是附圖2的算法)。但是，附圖3和附圖4中的算法也可以用在具有單一回路的制冷劑循環(huán)中。雖然顯示了雙回路系統(tǒng)，但是也可以使用附加的回路。
如附圖1所示，每一個回路22和23都包括向冷凝器26輸送制冷劑的壓縮機(jī)24，該冷凝器接著向經(jīng)濟(jì)器熱交換器28輸送制冷劑。分流管路29通過經(jīng)濟(jì)器膨脹裝置30將制冷劑從冷凝器26的下游分流。通過分流管路29的流體與從冷凝器流到經(jīng)濟(jì)器熱交換器28的主流方向相同，但如果二者是逆流的關(guān)系則更好。但是為了更容易說明，這里只給出了二者以相同的流動方向通過經(jīng)濟(jì)器熱交換器28的示例。在分流管路29中，經(jīng)濟(jì)器熱交換器28的下游是經(jīng)濟(jì)器截流閥32。在主制冷劑流中經(jīng)濟(jì)器熱交換器28的下游是膨脹裝置34。制冷劑經(jīng)過膨脹裝置34進(jìn)入到蒸發(fā)器36中，并返回壓縮機(jī)24的吸入口。蒸發(fā)器風(fēng)扇38和冷凝器風(fēng)扇38分別向冷凝器26和蒸發(fā)器36輸送空氣。對于制冷劑循環(huán)，冷凝器26在室外而蒸發(fā)器36在室內(nèi)。在控制部件20的控制下，傳感器40感應(yīng)蒸發(fā)器36下游制冷劑的狀態(tài)并且相應(yīng)地控制膨脹裝置34。卸載閥42如公知的那樣，有選擇性地將經(jīng)濟(jì)器返回管路與抽吸管路相連。當(dāng)然，其他卸載閥的位置按常規(guī)設(shè)置。
如圖所示，兩個回路22和23設(shè)置用于共同調(diào)節(jié)環(huán)境。但環(huán)境中的負(fù)載會隨時間而改變。在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)減少負(fù)載后，公知的控制器定時地關(guān)閉回路22和23中的一個或兩個。在這種情況下，如果關(guān)閉的次數(shù)過多的話，則在隨后的每一次啟動中油都可能隨制冷劑離開壓縮機(jī)24而不再返回壓縮機(jī)24。如果壓縮機(jī)缺少油，那么壓縮機(jī)內(nèi)部的移動部件很可能因?yàn)榈貌坏綕櫥a(chǎn)生一系列的損壞。特別是在當(dāng)過多地關(guān)閉回路22和23中的一個或兩個時，油很可能完全被從壓縮機(jī)24中泵出而不再返回到壓縮機(jī)中，并且導(dǎo)致壓縮機(jī)缺油。油會沉淀并殘存在熱交換器(特別是蒸發(fā)器)和連接管路中。
本發(fā)明的第一實(shí)施例旨在解決上述問題。在附圖2的流程圖中，第一步是限定過量的壓縮機(jī)關(guān)閉次數(shù)，如果由控制部件20檢測到關(guān)閉次數(shù)超過這一數(shù)值，接著采取的措施是降低其中一個回路的制冷能力而不再關(guān)閉一個或兩個壓縮機(jī)。而壓縮機(jī)只有在制冷能力過大或不需要全部的制冷能力時才關(guān)閉。這樣通過減少其中一個回路的制冷能力，就不再需要啟動/關(guān)閉壓縮機(jī)。如一個實(shí)施例，回路22通過關(guān)閉經(jīng)濟(jì)器閥32使其結(jié)束節(jié)約模式的運(yùn)行。這就降低了回路22和23復(fù)合系統(tǒng)的制冷能力，減少了關(guān)閉其中任一個回路的需要。如果初始的制冷能力的減少不夠充分，過量制冷能力仍然存在，那么另一回路23也可以以非節(jié)約模式運(yùn)行。如果關(guān)閉次數(shù)還是太多，那么回路22或回路23中的一個將通過開啟其中一個旁通閥42來轉(zhuǎn)到旁通模式運(yùn)行。如果，此時還是需要進(jìn)行多次的關(guān)閉，那么兩個回路都會以旁通模式運(yùn)行。節(jié)約模式和旁通模式的同時運(yùn)行給每一臺壓縮機(jī)提供了可以卸載和減少制冷能力另外的方法。
如果關(guān)閉次數(shù)還是超過合理的數(shù)值，那么回路22或回路23的壓縮機(jī)就會周期性地停機(jī)。但是，控制裝置會對停機(jī)的回路進(jìn)行間歇地轉(zhuǎn)換以保證兩個回路都可以周期性的聯(lián)機(jī)。這樣，總的關(guān)機(jī)次數(shù)由兩個回路共同分擔(dān)，而不是讓一個回路一直循環(huán)，而讓另一回路持續(xù)運(yùn)行。這一構(gòu)思還可以應(yīng)用到三個或更多的回路中。
如圖3所示，當(dāng)系統(tǒng)以較低質(zhì)量流量運(yùn)行時，另一個關(guān)于回油的問題包括如何確定回路是否以低于可允許的最低質(zhì)量流量運(yùn)行。例如，如果本例是因?yàn)榛芈诽幱谛遁d模式或因?yàn)榫哂休^低的抽吸壓力，那么將采取校正的系統(tǒng)控制措施以減少上述情況。一種解決這一問題的方法是間歇地以較高的質(zhì)量流量運(yùn)行系統(tǒng)，或通過轉(zhuǎn)換到更多負(fù)載模式在最高可利用質(zhì)量流量運(yùn)行。另一種方法是通過阻塞冷凝器26中的盤管，減少風(fēng)機(jī)38向冷凝器的送風(fēng)量，提高蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)38的送風(fēng)量或潛在地切斷一些蒸發(fā)器回路，來提高通過蒸發(fā)器的質(zhì)量流量?？偟臉?gòu)思也是提高通過至少一部分蒸發(fā)器回路的質(zhì)量流量來提高回到壓縮機(jī)的回油量。這一實(shí)施例是根據(jù)附圖1中的雙回路系統(tǒng)闡述的，但是，在單回路系統(tǒng)或兩個以上的回路系統(tǒng)中也同樣具有上述優(yōu)點(diǎn)。
附圖4給出了監(jiān)測吸入過熱量或飽和吸入溫度的方法。如果查明吸入過熱量或飽和吸入溫度中的任一值變化，使得油的粘性危險地升高而不能確保適量的油回流，那么由控制部件20打開主膨脹裝置34以減少過熱量或提高飽和吸入溫度。這也可以在單回路系統(tǒng)或多于兩個回路的系統(tǒng)中使用。如公知的，對于給定的制冷劑或油的類型，在制冷劑的蒸發(fā)區(qū)域的油—制冷劑混合物的粘度是由制冷劑溫度和壓力確定的。
上述針對控制頻繁開/閉、低質(zhì)量流量運(yùn)行和油的高粘度的三項(xiàng)不同的發(fā)明可以同時使用或分別使用。其結(jié)果是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能都得到了提高并且可以防止壓縮機(jī)的損壞。
本發(fā)明披露了優(yōu)選的實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會意識到適當(dāng)?shù)母男投荚诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。由于這個原因，研究下面的權(quán)利要求可以確定本發(fā)明實(shí)際的內(nèi)容和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑循環(huán)的運(yùn)行方法，包括如下步驟(1)提供制冷劑循環(huán)，該循環(huán)包括至少兩個在操作上分開的制冷劑回路，并提供用于所述回路運(yùn)行的控制裝置，所述回路可以以不同的制冷能力來運(yùn)行；(2)確定對于所述循環(huán)的負(fù)載，并根據(jù)所述負(fù)載來確定是否關(guān)閉所述至少兩個回路中的一個或兩個回路，并根據(jù)所確定的結(jié)果關(guān)閉所述回路；(3)監(jiān)測所述回路的關(guān)閉次數(shù)，并將所述的監(jiān)測次數(shù)與預(yù)定值比較；(4)如果所述監(jiān)測的關(guān)閉次數(shù)超過所述的預(yù)定值，將所述回路中至少一個回路切換為低制冷能力模式；(5)確定所述制冷劑循環(huán)是否處于低質(zhì)量流量模式，并且如果所述確定結(jié)果發(fā)現(xiàn)所述制冷劑循環(huán)處于低質(zhì)量流量模式，則將采取控制步驟以提高流經(jīng)所述回路的質(zhì)量流量；(6)監(jiān)測從蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)的吸入管路的狀態(tài)，并且如果所述監(jiān)測的狀態(tài)顯示對于在所述回路中油從其他位置返回所述壓縮機(jī)中存在潛在的問題，則改變所述監(jiān)測的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述回路具有經(jīng)濟(jì)器循環(huán)，并且步驟4)包括關(guān)閉至少一個所述回路的經(jīng)濟(jì)器運(yùn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述回路包括卸載回路，并且步驟4)包括使得至少一個所述回路以卸載的運(yùn)行模式運(yùn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟5)中制冷劑的質(zhì)量流量周期性的增大以保證油返回到所述壓縮機(jī)中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述監(jiān)測的狀態(tài)是監(jiān)測吸入過熱量，并且用于控制吸入過熱量的所述膨脹閥根據(jù)所述監(jiān)測到的吸入過熱量。
6.一種制冷劑循環(huán)的運(yùn)行方法，包括如下步驟(1)提供制冷劑循環(huán)，該循環(huán)包括至少兩個在操作上分開的制冷劑回路，并提供用于所述回路運(yùn)行的控制裝置，所述回路可以以不同的制冷能力來運(yùn)行；(2)確定對于所述循環(huán)的負(fù)載，并根據(jù)所述負(fù)載來確定是否關(guān)閉所述至少兩個回路中的一個或兩個回路，并根據(jù)所確定的結(jié)果關(guān)閉所述回路；(3)監(jiān)測所述回路的關(guān)閉次數(shù)，并將所述的監(jiān)測次數(shù)與預(yù)定的最大值比較；和(4)如果所述監(jiān)測的關(guān)閉次數(shù)超過所述的預(yù)定值，將所述回路中至少一個回路切換為低制冷能力模式。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在所述回路具有一個經(jīng)濟(jì)器循環(huán)，并且步驟4)包括關(guān)閉至少一個所述回路的經(jīng)濟(jì)器運(yùn)行。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述回路包括卸載回路，并且步驟4)包括使得至少一個所述回路以卸載的運(yùn)行模式運(yùn)行。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在步驟4)后，如果監(jiān)測次數(shù)仍然超過所述的預(yù)定次數(shù)，則接著關(guān)閉所述回路中的一個，而且隨時間變化關(guān)閉所述至少兩個回路中的不同的回路。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，包括確定所述制冷劑循環(huán)流量是否低的步驟，并且如果所述確定的結(jié)果發(fā)現(xiàn)所述制冷劑循環(huán)處于低質(zhì)量流量模式，則將采取控制步驟以提高流經(jīng)所述回路的質(zhì)量流量。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，包括以下步驟，監(jiān)測從蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)的吸入管路的狀態(tài)，并且如果所述監(jiān)測的狀態(tài)顯示對于在所述回路中油從其他位置返回所述壓縮機(jī)中存在潛在的問題，則改變所述監(jiān)測的狀態(tài)。
12.一種制冷劑循環(huán)的運(yùn)行方法，包括如下步驟(1)提供具有一質(zhì)量流量的制冷劑循環(huán)；(2)確定在所述循環(huán)中制冷劑流動的流量是否低；(3)如果所述確定的結(jié)果發(fā)現(xiàn)制冷劑循環(huán)以低質(zhì)量流量模式運(yùn)行，則將采取控制步驟以提高流經(jīng)所述回路的制冷劑的質(zhì)量流量。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中在步驟5)中制冷劑的質(zhì)量流量被周期性的提高以確保油返回到所述壓縮機(jī)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述質(zhì)量流量的提高是通過阻塞冷凝器的盤管來獲得的。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述質(zhì)量流量的提高是通過減少流過冷凝器的空氣流來獲得的。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述質(zhì)量流量的提高是通過提高流過蒸發(fā)器的空氣流來獲得的。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述質(zhì)量流量的提高是局部的，并且是通過關(guān)斷與蒸發(fā)器相連的多個蒸發(fā)器回路中的至少一些來獲得的。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的制冷劑循環(huán)包括多個可分別控制的制冷劑回路。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，包括以下步驟，監(jiān)測從蒸發(fā)器返回所述壓縮機(jī)的吸入管路的狀態(tài)，和如果所述監(jiān)測的狀態(tài)顯示對于在所述回路中油從其他位置返回所述壓縮機(jī)中存在潛在的問題，則改變所述監(jiān)測的狀態(tài)。
20.一種制冷劑循環(huán)的運(yùn)行方法，包括如下步驟(1)提供包括壓縮機(jī)和蒸發(fā)器的制冷劑循環(huán)；(2)確定在蒸發(fā)器蒸汽部分和壓縮機(jī)吸入口之間任何點(diǎn)的油-制冷劑混合物狀態(tài)；和(3)如果所述確定的狀態(tài)顯示在所述回路中油從其他位置返回所述壓縮機(jī)存在潛在的問題，則改變所述確定的狀態(tài)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，所述油-制冷劑的所述確定的狀態(tài)是粘性的，并且所述的膨脹閥調(diào)節(jié)根據(jù)所述確定的吸入過熱量來控制吸入過熱量。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述油-制冷劑的所述確定的狀態(tài)和至少一個蒸發(fā)器風(fēng)扇速度的調(diào)節(jié)、或蒸發(fā)器盤管的阻塞、或改變蒸發(fā)器回路的數(shù)量都可以用于實(shí)現(xiàn)步驟(3)中的所述改變。
全文摘要
多種控制算法可降低壓縮機(jī)回油不充分的可能性。其中一種算法在多回路制冷劑系統(tǒng)中是實(shí)用的。如果壓縮機(jī)開/閉循環(huán)的次數(shù)過多，控制裝置將減少其中一個回路的制冷能力。通過降低制冷能力，控制裝置將會減少回路中的壓縮機(jī)開/閉循環(huán)的次數(shù)。這樣，油會繼續(xù)在回路中循環(huán)，并可以更有效地返回到壓縮機(jī)中。另一個影響油回流到壓縮機(jī)中的問題是低質(zhì)量流量的制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)。本發(fā)明披露了多種不同的提高制冷劑質(zhì)量流量的方法，以保證油回流到壓縮機(jī)中。如果影響油回流的原因是因?yàn)樵谡舭l(fā)器的蒸汽部分或吸入管路中油的粘性過高，則就采取措施來降低油的粘性?？偟膩碚f，本發(fā)明披露了三種不同的算法來保證油以更適當(dāng)?shù)牧髁糠祷氐綁嚎s機(jī)中，這三種算法可以獨(dú)立使用也可結(jié)合使用。本發(fā)明提高了系統(tǒng)和壓縮機(jī)的穩(wěn)定性和性能，同時也避免了壓縮機(jī)的損壞。
文檔編號F25B31/00GK1890512SQ200480036575
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月10日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯, T·J·多布梅爾 申請人:開利公司