專利名稱：制冷劑充注量損失和膨脹閥故障的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及空調(diào)和制冷系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及空調(diào)或制冷系統(tǒng)中的制冷劑充注量損失的檢測。此外，本發(fā)明還可用于識別膨脹閥的故障。
背景技術(shù)：
空調(diào)和制冷系統(tǒng)要求系統(tǒng)需含有一定的制冷劑充注量，以便例如獲得建筑物內(nèi)所需的制冷量。如果制冷劑充注量降低至低于某個水平時，則會損壞系統(tǒng)的部件，例如，壓縮機。
造成制冷劑充注量不足的典型原因包括在工廠制造或在室外安裝的過程中充注量不足，或者通過損壞的部件或松動的連接造成的泄漏。
為了避免中斷系統(tǒng)運行，及早的檢測出制冷劑充注量的損失是有必要的。特別是在高環(huán)境溫度的條件下，在全負荷運行時足夠的冷量對于末端用戶是非常重要的。盡可能早地診斷出膨脹閥故障以避免系統(tǒng)部件的損壞也是明智且關(guān)鍵的。
盡管已經(jīng)提出了檢測制冷劑充注量損失的方案，但是這些方案不是普遍可行的。而且，公知的方法不能盡早提供足夠的指示或不夠可靠，因為它們經(jīng)常會被誤認為是一些其它系統(tǒng)故障，例如蒸發(fā)器氣流堵塞，壓縮機損壞或分流器的堵塞。運用公知的技術(shù)來試圖區(qū)分上述的故障模式需要徹底的故障診斷。此外，制冷劑充注量損失造成的其它結(jié)果，諸如低吸入壓力(即因低壓開關(guān)跳閘)的檢測，通常在過程中出現(xiàn)的比較晚，并且運用上述的方法可能不能防止壓縮機的損壞。
此外，對制冷劑充注量檢測的需要隨著使用例如R410A和R744的高壓制冷劑的系統(tǒng)的問世變得更為急迫。使用這些制冷劑的系統(tǒng)更容易泄漏。
而且，在制冷劑系統(tǒng)中膨脹閥也會出現(xiàn)故障(例如，由于污染)。這接著會導致不正確的系統(tǒng)運行和其它部件的損壞。此類問題的及時檢測對防止大范圍的損壞和減少維修是非常有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)中制冷劑充注量損失或膨脹閥故障的獨特的早期檢測。所披露的技術(shù)對于防止壓縮機損壞和避免關(guān)機的延長和昂貴的維修都是很有用的。
本發(fā)明利用關(guān)于制冷劑系統(tǒng)中的過熱值的信息來檢測系統(tǒng)中制冷劑的充注量。
一種方法包括確定制冷劑系統(tǒng)中制冷劑過熱值。通過確定測定的過熱值與預期的過熱值之間的差值并將該差值與選定的門限相比較，從而可檢測出制冷劑充注量損失。
一種示意性的方法包括基于實際運行的蒸汽溫度和飽和蒸汽溫度來確定過熱值。飽和蒸汽溫度和實際運行的蒸汽溫度的差值就是過熱值。
在一個實施例中，所述的方法包括確定壓縮機與蒸發(fā)器盤管之間制冷劑的過熱值。在另一個實施例中，制冷劑系統(tǒng)包括經(jīng)濟器熱交換器和蒸發(fā)器熱交換器。在這個實施例中，所述的方法包括確定壓縮機和蒸發(fā)器盤管之間或者壓縮機和經(jīng)濟器熱交換器之間的制冷劑過熱值。
在另一個實施例中，確定排出壓縮機的制冷劑的排氣溫度來證實已確定的過熱值。借助過熱值與排氣溫度之間公知的關(guān)系可提供確認過熱信息的能力，并且因此，可確定該系統(tǒng)中是否發(fā)生了制冷劑充注量損失。相似的步驟和技術(shù)對于確認膨脹閥的故障也是很有用的。


對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過下面對于優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明不同的特征和優(yōu)點將會變得很明顯。伴隨詳細描述的附圖如下所述。
附圖1用示意圖描述了根據(jù)本發(fā)明實施例設(shè)計的制冷劑系統(tǒng)。
附圖2用示意圖描述了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例設(shè)計的另一個制冷劑系統(tǒng)。
具體實施例方式
附圖1示意地表示制冷劑系統(tǒng)20，該制冷劑系統(tǒng)可以用于作為空氣調(diào)節(jié)或制冷劑系統(tǒng)。在冷卻模式下，壓縮機22將低壓的制冷劑導入吸入口24中，并把壓縮后的氣體從排出口26導入管道28中。高溫、壓縮后的氣體通過管道28流入冷凝器30，在冷凝器內(nèi)氣體散熱，并且通常如大家所知冷凝成液態(tài)。液態(tài)制冷劑流經(jīng)管道32進入膨脹裝置34。
膨脹裝置34以公知的方式運行，使液態(tài)制冷劑膨脹并作為低溫低壓的制冷劑流入管道36。該制冷劑接著流經(jīng)蒸發(fā)器38，在蒸發(fā)器38中制冷劑從流過蒸發(fā)器盤管的空氣中吸熱。隨后，冷空氣如公知的那樣冷卻所需空間。排出蒸發(fā)器38的制冷劑，流經(jīng)管道40進入壓縮機22的吸入口24，在那里循環(huán)繼續(xù)進行。在一個實施例中，系統(tǒng)20也可以被用作為熱泵，在那里如公知的那樣與剛才所述的流動正好相反。一些實施例的系統(tǒng)可如公知的那樣在雙模式下運行和被利用。
在附圖1的實施例中，感應(yīng)器42、44和46將關(guān)于系統(tǒng)20內(nèi)的過熱值信息提供給控制器50，這樣，控制器50就能夠確定出系統(tǒng)中制冷劑量。過熱量被膨脹閥34設(shè)定為一個常數(shù)值(或接近常數(shù)值)。當充注量損失發(fā)生時，膨脹閥完全打開使更多的制冷劑流入以補償充注量損失。當制冷劑流失過多時，膨脹閥不能再進一步打開來維持所需的過熱。如果能檢測出這類情形的出現(xiàn)，則可以在壓縮機/系統(tǒng)大范圍損壞前采取適當正確的操作來解決問題。
附圖1的實施例包括溫度感應(yīng)器42，例如公知的傳感器，和壓力感應(yīng)器44，例如公知的傳感器，這些傳感器位于蒸發(fā)器38和壓縮機22的吸入口24之間的管道40內(nèi)或蒸發(fā)器盤管38內(nèi)。因此，控制器50接收系統(tǒng)低壓側(cè)關(guān)于制冷劑溫度和壓力的信息，并且更特別地，是正進入壓縮機22或正離開蒸發(fā)器盤管38或在它們兩個位置之間任何位置的制冷劑。
控制器50通過將實際運行的蒸汽溫度減去飽和蒸汽溫度來確定過熱量，該實際運行的蒸汽溫度一般是指位于壓縮機的入口和蒸發(fā)器熱交換器的出口之間管路內(nèi)確定的制冷劑溫度。圖1中的實際運行的蒸汽溫度通過放在蒸發(fā)器熱交換器38下游的溫度感應(yīng)器42傳給控制器50。在這個實施例中，飽和蒸汽溫度是由放在蒸發(fā)器熱交換器內(nèi)的溫度感應(yīng)器46來確定的，而不是用壓力感應(yīng)器44，在一個實施例中，溫度感應(yīng)器優(yōu)選地放在蒸發(fā)器盤管的中部。
制冷劑系統(tǒng)一般在一個或多個可接受的過熱水平范圍內(nèi)運行。在這個實施例中，控制器50被編程來確定在已確定的過熱(例如以飽和蒸汽溫度和實際運行的蒸汽溫度之間的差值為基礎(chǔ))和預定的過熱水平之間的差值。當差值超過所選定的門限時，控制器50確定出系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量過低。
在另一個實施例中，控制器超時檢測過熱程度來確定過熱值的變化。在這個具體實施例中，控制器50用公知的或已預測的溫度模式并且能夠確定何時過熱值開始增大，該增大是由于膨脹裝置34不能進一步打開以維持所需的過熱水平引起。實施例中的方法能夠提供低制冷量的早期指示，這樣可采取適當正確的行動來避免壓縮機和系統(tǒng)任何潛在的損壞。
附圖2描述制冷劑系統(tǒng)20’的另一個實施例。制冷劑系統(tǒng)20’包括確定系統(tǒng)內(nèi)過熱水平的控制器50，用于檢測系統(tǒng)中的制冷劑充注量損失。這個實施例系統(tǒng)的運行和附圖1實施例的運行相似，其在冷凝器30下游和膨脹裝置34上游附加有經(jīng)濟器熱交換器60。經(jīng)濟器熱交換器一般是公知的。在這個實施例中，主要的制冷劑在流過冷凝器30后流過經(jīng)濟器熱交換器60和管道32。另一管道62包括膨脹裝置64，并與經(jīng)濟器熱交換器60相結(jié)合。在制冷劑到達膨脹裝置34之前，流經(jīng)管道62和經(jīng)濟器熱交換器的制冷劑有效地吸收流經(jīng)主要管道32的制冷劑熱量。因此，經(jīng)濟器熱交換器60在主制冷劑流到達膨脹裝置34之前進一步將其冷卻。
管道66在某個中間壓力下帶著制冷劑從經(jīng)濟器熱交換器60流到壓縮機22的另一個經(jīng)濟器入口68處。在這個實施例中，壓力感應(yīng)器72和溫度感應(yīng)器74與管道66結(jié)合來給控制器50提供關(guān)于進入壓縮機經(jīng)濟器入口68的制冷劑壓力和溫度的信息。
在經(jīng)濟器熱交換器60和壓縮機22的經(jīng)濟器入口68之間部分的制冷劑過熱值是用感應(yīng)器70、72和74來確定的，它們的應(yīng)用方式同附圖1中本發(fā)明的具體實施例中所應(yīng)用的感應(yīng)器42、44和46的方式相似。
如附圖1的實施例，控制器50確定系統(tǒng)20’內(nèi)的過熱值并且將該過熱值與預定的過熱值相比較。當確定的過熱值與預定的過熱值之間的差值超過了選定的門限時，控制器50就確定出系統(tǒng)中的制冷劑量過低。
通過這些描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能確定出如何對于特別的系統(tǒng)設(shè)計和該系統(tǒng)中使用的特別的制冷劑選擇合適的門限。
本發(fā)明的方案不僅能對潛在的制冷劑量減少提供指示，而且也能夠確定膨脹裝置34或64是否出現(xiàn)故障。如上所述，當過熱已增加至超過預定值時，這就指示膨脹裝置不能再進一步的打開以維持期望的過熱水平。有可能在某些環(huán)境下，是膨脹裝置34或64出現(xiàn)了故障并且不能開得足夠?qū)拋磉m應(yīng)所需的情況。因此，控制器作出的判斷提供了對潛在的膨脹裝置故障的指示。
當控制器50確定出過熱值超出期望的范圍時，在一個實施例中，控制器在顯示屏上提供了可視指示。在另一個實施例中，控制器提供了關(guān)于制冷量過低判斷的可聽見的警報或可聽見的信號。
在另一個實施例中，控制器50自動關(guān)閉系統(tǒng)并提供關(guān)于關(guān)閉系統(tǒng)理由的指示。
在附圖1和圖2的實施例中，控制器50可通過確定與壓縮機22相關(guān)的排氣溫度來附加檢查系統(tǒng)中的制冷劑量。當系統(tǒng)正確運行時，期望的排氣溫度例如可以基于感應(yīng)器42、44、72和74給出的信息以及排氣壓力感應(yīng)器76給出信息來確定，前面給出的信息是關(guān)于進入壓縮機的制冷劑壓力和溫度的信息。壓縮機排氣溫度也可以由使用公知技術(shù)的控制器50來確定。壓縮機的排氣溫度是進入壓縮機的壓力和溫度以及壓縮機排氣壓力的函數(shù)。如果進入壓縮機的蒸汽溫度超過了預設(shè)的過熱值，將會導致排氣溫度的增加超過期望值，該值是指如果進入的過熱在預設(shè)范圍內(nèi)的期望值。因此，確定排氣溫度的期望值和實際值之間的差值來證實由控制器50確定的過熱信息。
值得注意的是以上的描述可用于多蒸發(fā)器熱交換器的情況、多經(jīng)濟器熱交換器的情況或同時具備上述兩種的情況。在這樣的情況下，可以獨立地分析每個蒸發(fā)器和經(jīng)濟器熱交換器部分的制冷劑過熱，以確定是制冷劑充注量損失還是膨脹裝置故障。
以上的描述實質(zhì)上是示例性的而不是限制性的。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對公開實施例的變化和改型會變得很明顯，而不會脫離本發(fā)明的本質(zhì)。只有通過研究后面的權(quán)利要求才能確定本發(fā)明的法定保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于確定制冷劑系統(tǒng)中的制冷劑充注量損失的方法，其包括自動地確定過熱值；和確定該已確定的過熱值和期望的過熱值之間的差值是否超過選定的門限。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括通過以下方式來確定過熱值，即，確定實際運行的蒸汽溫度、飽和蒸汽溫度，并且確定該飽和溫度和該運行溫度之間的差值作為過熱值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該制冷劑系統(tǒng)包括壓縮機和至少一個蒸發(fā)器熱交換器，并且包括通過確定壓縮機和所述至少一個蒸發(fā)器熱交換器之間的制冷劑溫度來確定該實際運行的蒸汽溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該制冷劑系統(tǒng)包括經(jīng)濟器熱交換器，并且包括通過確定該壓縮機與至少一個經(jīng)濟器熱交換器或至少一個蒸發(fā)器熱交換器之間的制冷劑溫度來確定該實際運行的蒸汽溫度。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該制冷劑系統(tǒng)包括至少一個蒸發(fā)器熱交換器，并且該方法包括通過確定該至少一個蒸發(fā)器熱交換器內(nèi)的蒸汽溫度來確定該飽和蒸汽溫度。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該制冷劑系統(tǒng)包括經(jīng)濟器熱交換器，并且該方法包括通過確定至少一個經(jīng)濟器熱交換器或至少一個蒸發(fā)器熱交換器內(nèi)的蒸汽溫度來確定該飽和蒸汽溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括當該確定的差值超過選定的門限時，確定該制冷劑量低于期望值。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該制冷劑系統(tǒng)包括壓縮機，并且該方法包括確定排出該壓縮機的制冷劑的排氣溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括利用該已確定的排氣溫度來作為已確定的過熱值的確認。
10.一種制冷劑系統(tǒng)，其包括控制器，該控制器用來確定該系統(tǒng)中的過熱值并且確定該已確定的過熱值和期望的過熱值之間的差值是否超過選定的門限。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，當該確定的差值超過選定的門限時，控制器確定制冷劑量低于期望值。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，該控制器通過以下方式來確定過熱值，即，確定實際運行的蒸汽溫度、飽和蒸汽溫度并且將該飽和溫度與該實際運行溫度之間的差值作為過熱值指示。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括壓縮機和至少一個蒸發(fā)器熱交換器，并且該控制器通過確定該壓縮機和所述至少一個蒸發(fā)器熱交換器之間的制冷劑溫度來確定該實際的蒸汽溫度。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括經(jīng)濟器熱交換器，并且該控制器確定進入該壓縮機、至少一個經(jīng)濟器熱交換器或所述至少一個蒸發(fā)器熱交換器的制冷劑的該實際運行的蒸汽溫度。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，該控制器確定排出該壓縮機的制冷劑的排氣溫度。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，該控制器使用該已確定的排氣溫度作為該已確定的過熱值的證實，該已確定的過熱值基于該過熱值和該排氣溫度之間預期的關(guān)系。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，該控制器確定排出壓縮機的制冷劑的排氣溫度。
18.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括經(jīng)濟器熱交換器和至少一個蒸發(fā)器熱交換器，并且該控制器通過確定至少一個經(jīng)濟器熱交換器或所述至少一個蒸發(fā)器熱交換器內(nèi)的蒸汽溫度來確定該飽和蒸汽溫度。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個蒸發(fā)器熱交換器，并且所述控制器通過確定至少一個蒸發(fā)器熱交換器內(nèi)的蒸汽溫度來確定該飽和蒸汽溫度。
20.一種檢測在制冷劑系統(tǒng)中的膨脹閥故障的方法，包括自動地確定過熱值；和確定該已確定的過熱值與期望的過熱值之間的差值是否超出選定的門限。
全文摘要
在制冷劑系統(tǒng)中，將實際的過熱值與預期的過熱水平相比較。如果實際的過熱值超過某個預定的值時，這就意味著制冷劑充注量損失或膨脹裝置故障。在一個實施例中，過熱值是通過比較飽和蒸汽溫度與實際運行蒸汽溫度的差值來確定的?？稍谡舭l(fā)器出口、經(jīng)濟器熱交換器出口或壓縮機排出口附近確定該過熱。
文檔編號F25B5/00GK1890517SQ200480036577
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