專利名稱：用于冷卻系統(tǒng)的有效運行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
空調(diào)器和冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
此發(fā)明涉及關(guān)于在運行期間存在大溫度變化時冷卻系統(tǒng)或空調(diào)的有效操縱以消 耗少許多的能量。從每次啟動空調(diào)器的壓縮機的運轉(zhuǎn)周期開始，就會極大地耗費能量。因 此，尤其是在室溫存在較大變化以及頻繁變化時，不必要地耗費過多的能量。恒溫器非常 頻繁地自動開關(guān)。壓縮機的啟動也同樣很頻繁，進而比實際需要耗費更多的能量。為了在 溫度非常頻繁變化期間避免這樣的過大能量消耗，在現(xiàn)有技術(shù)中，開發(fā)了一種使用具有變 頻壓縮機的空調(diào)器的系統(tǒng)。但是，該技術(shù)太復(fù)雜、難以修理，除此之外，其成本也很昂貴。為 解決這樣的問題，本發(fā)明描述了一種用于控制使用常規(guī)壓縮機的系統(tǒng)的平均冷卻容量的方 法。性能大致相同，但技術(shù)要簡單得多，修理和維護更容易，且更廉價。新發(fā)明的該系統(tǒng)可 與VRV(可變冷媒流量)式或多風(fēng)機盤管(multi-fancoil)式空調(diào)系統(tǒng)一起使用。

發(fā)明內(nèi)容
一種通過使用能控制平均冷卻能力的系統(tǒng)來有效運行冷卻系統(tǒng)的方法。該方法描 述了通過構(gòu)造冷卻系統(tǒng)的組件的特定布置的回路(circuit)而根據(jù)預(yù)設(shè)時間段或預(yù)設(shè)差 動室溫交替地控制將致冷劑“注入”和“停止注入”蒸發(fā)器，上述組件為壓縮機、冷凝器、膨 脹閥、蒸發(fā)器、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器、電磁閥和/或三通閥。該方法允許與利用逆變器來控制空 調(diào)系統(tǒng)的那些系統(tǒng)大致等同地有效控制空調(diào)的運行。本發(fā)明公開了一種以更簡單的技術(shù)、 更易于修理或維護、更便宜且還能應(yīng)用于可變冷媒流量(VRV)式或多風(fēng)機盤管式冷卻系統(tǒng) 來控制冷卻系統(tǒng)的方法。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)冷卻回路。圖2示出了如何將電磁閥Vl和V4添加到標準冷卻回路中。圖3示出了將電磁閥V2添加到冷卻回路中。圖4示出了如何用三通閥TWVl代替電磁閥以執(zhí)行相同功能。圖5是示出了經(jīng)過數(shù)個運行時間段將系統(tǒng)控制在50%的平均容量的示圖。圖6是示出了經(jīng)過數(shù)個運行時間段將系統(tǒng)控制在75%的平均容量的示圖。圖7是示出了經(jīng)過0. 5°C的偏差或差動室溫對系統(tǒng)的平均容量的控制的示圖。圖8示出了代替圖3中的回路的電磁閥V4的蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器(EPR)的使用。圖9示出了在系統(tǒng)中作為整體使用的能均化冷卻容量的回路的布置，其包括分支 回路，分支回路具有串聯(lián)布置以在VRV式或多風(fēng)機盤管式空調(diào)系統(tǒng)中使用的電磁閥、膨脹 閥、蒸發(fā)器以及蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器。圖10示出了壓縮機、冷凝器以及圖9的整個回路如何被串聯(lián)布置。
圖11示出了圖10的回路而具有電磁閥VO，該電磁閥的入口連接在冷凝器2與共 用接管Hl之間，而另一端連接至膨脹閥R0，該膨脹閥的出口連接至共用接管H2與壓縮機1 之間以協(xié)助冷卻壓縮機。
具體實施方式
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的回路，其中，致冷劑從壓縮機1被壓縮流入 冷凝器2，經(jīng)過膨脹閥3，并被注入蒸發(fā)器4，然后流回壓縮機1以使得回路完整。為連接本 發(fā)明的回路以通過控制系統(tǒng)的平均容量改善冷卻系統(tǒng)的控制，按圖2和圖3所示的操作。如圖2所示，將電磁閥Vl加在冷凝器2與膨脹閥3之間，而將電磁閥V4安置在蒸 發(fā)器4與壓縮機1之間。根據(jù)致冷劑的流動方向來安裝電磁閥Vl和V4。圖3示出了還插 入了電磁閥2，以使得該電磁閥的入口連接在電磁閥Vl與冷凝器2之間，而其出口連接至膨 脹閥5，該膨脹閥的出口連接在電磁閥V4與壓縮機1之間?？刂剖峭ㄟ^控制電磁閥的打開和關(guān)閉來執(zhí)行的。電磁閥Vl和V4同時打開和關(guān)閉， 但與電磁閥2相反。上述運行如下當電磁閥Vl和V4 “打開”時，電磁閥V2 “關(guān)閉”。壓縮 機1壓縮致冷劑以使其流過冷凝器2，流至電磁閥Vl，進一步流入膨脹閥3，并使得致冷劑完 全注入蒸發(fā)器4，流過電磁閥V4，然后流回壓縮機1以使得回路完整。這是壓縮機使用最大 電能的“滿載”條件。但是，在電磁閥Vl和V4 “關(guān)閉”時，電磁閥V2將“打開”，此時不會將 致冷劑注入蒸發(fā)器4。這是使用最小電能的“空載”條件。分別通過預(yù)設(shè)計時器和/或恒溫 器來控制運行時間段或差動室溫，交替執(zhí)行上述運行。電磁閥V2 “打開”以允許最小量的致冷劑流入膨脹閥5，但只足以允許冷卻壓縮機 1。事實是在此“空載”條件下，系統(tǒng)的過熱非常大，且會損壞壓縮機。由此，需要將注入致 冷劑的量和頻率優(yōu)化為最小，但也能冷卻壓縮機。另一方面，太多的致冷劑反過來會損壞壓 縮機。因此，通過在系統(tǒng)中總是注入致冷劑，控制是可能的，但也是可變的，其中，必須盡可 能地將“空載”條件下的致冷劑的量優(yōu)化為最小。使用計時器或恒溫器通過控制系統(tǒng)使得電磁閥“打開”和“關(guān)閉”來實現(xiàn)的冷卻系 統(tǒng)的運行控制，進而能控制將致冷劑注人或停止注入蒸發(fā)器。這使得能控制空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的 致冷劑的流動。通過對于每個預(yù)定時段交替改變“打開”和“關(guān)閉”電磁閥的時段或持續(xù)時 間，實現(xiàn)了控制空調(diào)系統(tǒng)的運行的能力。例如，如圖5所示，對于20秒的每個時段，電磁閥Vl和V4“打開”，并持續(xù)10秒將 致冷劑注入蒸發(fā)器。該條件將系統(tǒng)設(shè)定為“滿載”。當電磁閥Vl和V4 “關(guān)閉”時，系統(tǒng)然后 處于“空載”條件。因此，按照如下方式對致冷劑的流速進行均化20秒的時段，持續(xù)20秒注入致冷劑，相當于100%的流速。20秒的時段，持續(xù)10 秒注入致冷劑，相當于50%的流速。因此，在50%的流速下，將系統(tǒng)的平均容量控制為50%。同樣，如圖6所示，20秒的整個時段中持續(xù)15秒注入致冷劑，使得流速為75%，且 平均容量為75%。圖7示出了在將室溫設(shè)定為24°C時，具有用于恒溫器控制電磁閥的“打開”和“關(guān) 閉”的0. 5°C的預(yù)設(shè)差動室溫。此過程為在開始時，電磁閥V2“關(guān)閉”，而電磁閥Vl和V4“打 開”，壓縮機因此在“滿載”條件下運行。當室溫降低到24°C時，控制系統(tǒng)使得電磁閥Vl和V4 “關(guān)閉”。且V2 “打開”而使得壓縮機處于“空載”條件。只有在室溫上升到M.5°C，電 磁閥V2才“關(guān)閉”，且電磁閥Vl和V4才“打開”，以讓壓縮機返回到“滿載”條件。因此，系 統(tǒng)交替地“打開”和“關(guān)閉”以保持室溫僅在0. 5°C的范圍內(nèi)波動。從而，通過控制冷卻系統(tǒng)中的致冷劑的流速，能夠通過冷卻系統(tǒng)所謂的“平均容 量”來有效控制該系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運行使得所有時間的運行不存在壓縮機停止運行的時間點，因此，在運 行時間期間的任何時候都不存在壓縮機的啟動。這與使用逆變器的系統(tǒng)截然不同，且因不 需要啟動壓縮機不會出現(xiàn)電泳而節(jié)省了能量。在運行期間，通過控制每個運行時段中在“滿 載”與“空載”條件之間運行的平均流速使得冷卻系統(tǒng)的容量得到了很好的控制，從而符合 要求。結(jié)果是控制并優(yōu)化能量的利用而符合要求，其中，在“滿載”條件期間，能耗最大，而 在“空載”條件期間，能耗最小。能類似于確定冷卻系統(tǒng)的平均容量來確定運行的平均值。 這有助于所消耗的平均電能等于運行實際需要的電能。不存在沒必要的能量過度使用。因 此，本發(fā)明與使用逆變器的系統(tǒng)類似地運行，但能耗更小、簡單得多且更易于修理或維護。如圖4所示，移除圖3中回路的電磁閥Vl和V2，將三通閥TWVl放置在適當位置， 使得該三通閥的入口連自冷凝器2，使三通閥的第一出口連接至膨脹閥3，而使其第二出口 連接至膨脹閥5。圖4的冷卻系統(tǒng)的控制執(zhí)行如下電磁閥V4和三通閥TWVl的第一出口同時“打 開”和“關(guān)閉”，但與三通閥TWVl的第二出口相反。因此，在步驟1中，電磁閥V4和三通閥 TffVl的第一出口“打開”。致冷劑自壓縮機1被壓縮，流過冷凝器2，經(jīng)過三通閥TWVl的第 一出口進入膨脹閥3，并被完全推入蒸發(fā)器4，然后回到壓縮機1以使得回路完整。這是系 統(tǒng)以“滿載”運行的情況，且以最高水平消耗能量。在不同情況下，當電磁閥V4 “關(guān)閉”時，且三通閥TWVl的第一出口也“關(guān)閉”，三通 閥TWVl的第二出口 “打開”，并使得最少量的致冷劑流過而到達膨脹閥5并流回壓縮機1。 此時，蒸發(fā)器4中不存在致冷劑。冷卻系統(tǒng)因此在“空載”條件下運行，其中，壓縮機使用最 少的電能。上述系統(tǒng)根據(jù)如圖3所示的預(yù)設(shè)時段或預(yù)設(shè)差動室溫的節(jié)律而交替運行。圖8示出了使用蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器(EPR)代替圖3所示回路的電磁閥V4，以調(diào)節(jié)致 冷劑的蒸發(fā)溫度(對空調(diào)器而言，用于蒸發(fā)致冷劑的溫度大約為5°C )。為調(diào)節(jié)蒸發(fā)器4中 的致冷劑的壓力，電磁閥Vl和V2相反地“打開”和“關(guān)閉”。在第一步驟中，電磁閥Vl “打 開”，而電磁閥V2 “關(guān)閉”。這使得冷卻系統(tǒng)在“滿載”條件下運行。當電磁閥Vl “關(guān)閉”時， 電磁閥V2 “打開”并讓系統(tǒng)在“空載”條件下運行。隨著電磁閥V2 “打開”，最少量的致冷 劑流入膨脹閥5以冷卻壓縮機1。上述系統(tǒng)以與圖3相同的方式，根據(jù)運行的預(yù)設(shè)時段或預(yù) 設(shè)差動室溫交替運行。圖9、圖10以及圖11示出了將具有本發(fā)明中描述的均化能力的發(fā)明冷卻系統(tǒng)應(yīng)用 于VRV式或多風(fēng)機盤管式的方法，其中，可將一個冷凝單元連接至兩個風(fēng)機盤管單元或更 多。每個單元根據(jù)每個單元的負載按照如下方式獨立運行圖9中，許多風(fēng)機盤管并聯(lián)連接，每個分支回路并聯(lián)連接，其中，每個分支回路由 根據(jù)致冷劑的流向串聯(lián)布置的組件組成。在1號分支回路中，致冷劑經(jīng)由電磁閥Vl流入將 致冷劑完全注入蒸發(fā)器El的膨脹閥R1，并經(jīng)由蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器EPRl流出。對于2號分支 回路，致冷劑經(jīng)由電磁閥V2流入將致冷劑完全注入蒸發(fā)器E2的膨脹閥R2，并經(jīng)由蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器EPR2流出。對于η號分支回路，致冷劑經(jīng)由電磁閥Vn流入將致冷劑完全注入蒸 發(fā)器En的膨脹閥Rn，并經(jīng)由蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器EPRn流出。分支回路平行布置，其中，致冷劑 從被稱為接頭(Header) 1、Η1的共用接管流入到達電磁閥Vn側(cè)。致冷劑從蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器 EPRn流出而匯入被稱作接頭2、Η2的共用接管。如圖10所示，壓縮機1的入口連接至共用接管Η2，而冷凝器2連接在來自壓縮機 1的接管與共用接管Hl之間，由此使得主回路完整。根據(jù)圖11，電磁閥VO的入口連接在共 用接管Hl與冷凝器2之間，其中，該電磁閥的出口連接至膨脹閥RO，而膨脹閥RO的出口連 接在共用接管Η2與壓縮機1之間。因此，多風(fēng)機盤管式空調(diào)系統(tǒng)裝配有能在控制下均化冷 卻能力以保持溫度的控制系統(tǒng)。上述運行開始于壓縮機1將來自所有蒸發(fā)器的致冷劑完全壓縮到冷凝器2中，致 冷劑在電磁閥Vn處于“打開”的所有時間流入共用接管Η1，并分流到每個分支回路中。每 個分支回路與其分支回路獨立運行。每個風(fēng)機盤管的尺寸取決于分配的“負載”，而不必對 所有分支回路相同。每個膨脹閥Rn的尺寸相同，且足以將致冷劑完全注入蒸發(fā)器Εη，其為 分支回路的“滿載”運行的容量。通過將蒸發(fā)器En內(nèi)的壓力調(diào)整為恒定來獲得預(yù)設(shè)蒸發(fā)溫 度而使得蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器EPRn發(fā)揮作用。例如，空調(diào)器將蒸發(fā)溫度設(shè)定為大約5°C。主回 路的運行為所有分支回路運行的總合。壓縮機1的容量因此而等于所有風(fēng)機盤管在“滿載” 條件下的容量之和。冷凝器2的尺寸必須足夠大，以冷卻壓縮機1 “滿載”條件下運行的熱 量與壓縮機1本身熱量的總熱量。根據(jù)預(yù)設(shè)運行時段或預(yù)設(shè)差動室溫(DT)控制每個分支回路中電磁閥Vn的“打開” 和“關(guān)閉”，每個分支回路的運行可以是獨立的。但是，每個分支回路的獨立性會導(dǎo)致過熱， 并會損壞壓縮機1。在出現(xiàn)過熱時，電磁閥VO因此必須“打開”以經(jīng)由膨脹閥RO注入最適 量的致冷劑，從而有效冷卻壓縮機1，并防止壓縮機1被損壞(但是，如果最適量必然為過多 也將損壞壓縮機)?？晒┻x擇地，將電磁閥VO總是控制為“打開”，其中，使用極少量的致冷 齊U，且易于調(diào)整致冷劑。結(jié)果，通過只使用一個冷凝單元和至少一個壓縮機單元便能控制每個分支回路的 平均容量。因此，VRV式或多風(fēng)機盤管式空調(diào)系統(tǒng)能使用此系統(tǒng)的平均冷卻容量來控制該 系統(tǒng)，而且比逆變器壓縮機更簡單、更易于修理和維護且更便宜。 應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對上述描 述進行修改。因此，以上描述包含的所有內(nèi)容均應(yīng)被解釋為描述性和說明性而非限制性的。 還應(yīng)理解的是，以下權(quán)利要求旨在涵蓋本文所描述的本發(fā)明的所有一般和具體特征，且作 為語言實體的本發(fā)明范圍的所有陳述應(yīng)屬于權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于通過根據(jù)致冷劑的流動如下布置冷卻回路的組件而有效控制冷卻系統(tǒng)或 空調(diào)器的方法壓縮機(1)、冷凝器O)、第一電磁閥(VI)、第一膨脹閥(3)、蒸發(fā)器、第 二電磁閥(V4)，其中，致冷劑被壓縮機壓縮而流入冷凝器，并經(jīng)由電磁閥(VI)、膨脹閥(3)、 蒸發(fā)器⑷以及電磁閥(V4)流出，然后流回壓縮機(1)，并且其中所述第二電磁閥(V4)的 使用是可選的；將第三電磁閥(V2)和第二膨脹閥(5)添加到所述回路中，其中所述電磁閥(V2)的入 口連接在冷凝器(2)與電磁閥(Vl)之間，而所述電磁閥(V2)的出口連接至膨脹閥(5)，膨 脹閥(5)的出口連接至電磁閥(V4)與壓縮機(1)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于有效控制冷卻系統(tǒng)或空調(diào)器的方法，其中，冷卻系統(tǒng)的 運行在“滿載”條件或“空載”條件下都是可能的，其中，所述“滿載”條件的運行包括步驟壓縮來自壓縮機(1)的致冷劑以使其流入冷凝器O)，流出至處于“打開”位置的所述 第一電磁閥(VI)，并流入膨脹閥(3)，以將所述致冷劑完全注入蒸發(fā)器0)，并經(jīng)由處于“打 開”位置的第二電磁閥(V4)流出，然后流回壓縮機(1)，同時所述第三電磁閥(V2)處于“關(guān) 閉”位置；以及其中，所述“空載”條件的運行包括步驟壓縮來自壓縮機(1)的致冷劑以使其流入冷凝器O)，流出至處于“打開”位置的所述 第三電磁閥(V2)，并且流入所述第二膨脹閥(5)，以將足以冷卻的最小適量的致冷劑注入 壓縮機⑴；而所述第一和第二電磁閥(VI和V4)處于“關(guān)閉”位置，且沒有致冷劑流入蒸發(fā) 器G)，從而實現(xiàn)“空載”條件；其中，根據(jù)通過定時器或者恒溫器的預(yù)設(shè)時間段或預(yù)設(shè)差動室溫控制電磁閥的“打開” 和“關(guān)閉”。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于有效控制冷卻系統(tǒng)或空調(diào)器的方法，其中在所述冷卻回 路中，使用三通閥(TWVl)代替所述第一電磁閥(Vl)和所述第三電磁閥(V2)，且其中所述三 通閥(TWVl)的入口連自所述冷凝器O)，所述三通閥的第一出口連接至第一膨脹閥(3)，其 第二出口連接至第二膨脹閥(5)，通過連接至膨脹閥(3)的所述第一出口和電磁閥(V4)同 時“打開”和”關(guān)閉”而與連接至所述第二膨脹閥(5)的第二出口相反來執(zhí)行運行，其中，由 定時器或恒溫器來控制所述組件的打開和關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器(EPR)替代所述第二電磁閥 (V4)或在所述第二電磁閥(V4)之外被額外使用，其位置能夠在所述第二電磁閥(V4)之前 或之后以與控制致冷劑的注入的系統(tǒng)相連。
5.一種用于有效控制冷卻系統(tǒng)或空調(diào)器的方法，其中，根據(jù)致冷劑的流向來構(gòu)造分支 回路，該分支回路由串聯(lián)布置的電磁閥(Vn)、膨脹閥(to)、蒸發(fā)器(En)和蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器 (EPRn)組成，且其中，多個分支回路并聯(lián)連接以使得主回路讓致冷劑從第一共用接管(Hl) 流入電磁閥(Vn)的每個入口，并從每個蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器(EPfoi)流出，流入第二共用接管 (H2)，以流回壓縮機從而被壓縮到冷凝器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于有效控制冷卻系統(tǒng)或空調(diào)器的方法，進一步被修改為附 加的電磁閥(VO)的入口連接在冷凝器與所述第一共用接管(Hl)之間，而出口連接至膨脹 閥(RO)，所述膨脹閥的出口連接至所述第二共用接管0 )與壓縮機之間，其中，每個分支回路通過使用定時器或恒溫器打開和關(guān)閉電磁閥來啟動和結(jié)束致冷劑的注入而獨立運行 并得以控制，其中，所述回路被應(yīng)用于可變冷媒流量(VRV)式或多風(fēng)機盤管式冷卻系統(tǒng)或 空調(diào)系統(tǒng)。
7. —種通過根據(jù)致冷劑的流動如下布置冷卻回路的組件構(gòu)造的用于有效控制冷卻 系統(tǒng)或空調(diào)器的系統(tǒng)壓縮機(1)、冷凝器(2)、第一電磁閥(VI)、第一膨脹閥(3)、蒸發(fā)器 (4)、第二電磁閥(V4)，其中，致冷劑被壓縮機壓縮而流入冷凝器，并經(jīng)由電磁閥(VI)、膨脹 閥(3)、蒸發(fā)器⑷以及電磁閥(V4)流出，并流回壓縮機(1)，其中所述第二電磁閥(V4)的 使用是可選的；將第三電磁閥(V2)和第二膨脹閥(5)添加到所述回路中，其中所述電磁閥(V2)的入 口連接在冷凝器(2)與電磁閥(Vl)之間，而所述電磁閥(V2)的出口連接至膨脹閥(5)，膨 脹閥(5)的出口連接至電磁閥(V4)與壓縮機(1)之間；添加定時器和/或恒溫器以控制所述電磁閥的“打開”和“關(guān)閉”。
全文摘要
一種用于通過利用能控制平均冷卻能力的系統(tǒng)來有效運行冷卻系統(tǒng)的方法。所述方法描述了通過構(gòu)造冷卻系統(tǒng)的組件的特定布置的回路而根據(jù)預(yù)設(shè)時間段或預(yù)設(shè)差動室溫控制將致冷劑交替地“注入”和“停止注入”蒸發(fā)器，所述組件為壓縮機、冷凝器、膨脹閥、(多個)蒸發(fā)器、蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)器、電磁閥、和/或三通閥。所述系統(tǒng)發(fā)揮作用以與使用逆變器控制空調(diào)系統(tǒng)的那些系統(tǒng)或多或少類似地控制空調(diào)的運行，但技術(shù)簡單得多、更易于修理和維護，且便宜得多，除此之外，還能應(yīng)用于可變冷媒流量(VRV)式或多風(fēng)機盤管式冷卻系統(tǒng)。
文檔編號F25B41/04GK102052733SQ200910209099
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者瑪麗·克利昂卡努特 申請人:瑪麗·克利昂卡努特