用于控制冷卻設(shè)備中的氣體壓力的方法
【專利摘要】公開一種監(jiān)測冷卻回路中排熱換熱器中的氣體壓力的方法。在排熱換熱器中，由控制單元來控制壓力，所述控制單元控制至少一個閥。確定與一個或多個壓縮機的最大容量相比的冷卻回路中的一個或多個壓縮機的當前容量。在給定環(huán)境和／或給定操作條件下最大容量可以是額定容量，或其可以是最大容量。如果所述一個或多個壓縮機的當前容量至少處于對應于最大容量的預設(shè)百分比的水平，則確定由壓縮機容量達到所述水平的時間點流逝的時間段。如果確定的時間段具有比預設(shè)時間段長的持續(xù)時間，則斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式。以容易的方式檢測氣體回路操作模式允許操作者或控制器以使得冷卻介質(zhì)被使得脫離氣體回路操作模式的方式調(diào)節(jié)冷卻設(shè)備的操作，由此提高冷卻設(shè)備的能量效率。
【專利說明】用于控制冷卻設(shè)備中的氣體壓力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制冷卻設(shè)備的排熱熱交換器中的氣體壓力的方法。本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的方法操作的控制單元，以及具有這種控制單元的設(shè)備或車間。
【背景技術(shù)】
[0002]在包括排熱熱交換器的冷卻設(shè)備中，例如氣體冷卻器中，當在氣體冷卻器的出口處測量到的壓力錯誤和/或測量的溫度錯誤超過正常預期的值時，氣體冷卻器的控制可能不成功。圖1是對數(shù)？4曲線，其示出稍微過高的壓力(八？的上限)的讀出是如何可以導致控制器將排熱熱交換器(例如氣體冷卻器)的出口處壓力和/或溫度記錄在圖1的點8的理想曲線處而物理狀態(tài)或?qū)嶋H條件如圖1的點八處示出。
[0003]圖1示出在氣體冷卻器的出口處測量的壓力錯誤和/或溫度錯誤超過正常期望值時氣體冷卻器控制不成功如何影響冷卻設(shè)備的效率。連續(xù)的線標記的連續(xù)的循環(huán)表示實際的運行循環(huán)，同時虛線標記的循環(huán)表示通過控制器感知的循環(huán)。兩個循環(huán)要求幾乎相同的用于壓縮的每重量單位制冷劑的能量的量，同時每重量單位制冷劑的有用的冷卻容量在實際運行循環(huán)中比控制器感知的循環(huán)中低得多。
[0004]因此，盡管認為冷卻設(shè)備在理想條件附近操作，但是實際上，它以極為能量低效率或無效率的方式操作或運行。這種問題通常被稱為氣體回路操作(職8 100？ 01)61-81:1011)并且可以在如圖1所示的對數(shù)？4圖中的等溫線接近水平的情況下發(fā)生。
[0005]102007022778也描述了“氣體回路操作”的現(xiàn)象，在此通過參考將整個102007022778并入。具體參照(但不排除其它部分002007022778的第5頁4-9行以及圖4，該部分公開了:除了跨臨界冷卻循環(huán)，圖4示出兩個等溫線34、36。應該注意到，由于等溫線34的低且?guī)缀跛降钠露然蛐倍龋邳c3處氣體冷卻器壓力的下降將點4移動至右邊一個大的量，使得蒸發(fā)器內(nèi)能夠獲得的用于釋放的比焓下降一個大的量。因為壓縮機14增加的比焓下降小的量，因此最終的⑶？下降大的量。相反，由于等溫線34的陡峭的斜度氣體冷卻器壓力在點3處的升高將點3移動至左邊一個小量，使得蒸發(fā)器內(nèi)可獲得的用于釋放的比焓增大小的量。因為通過壓縮機14增加的比焓也增加小的量，因此最終的⑶？幾乎不改變。
[0006]氣體回路操作將冷卻容量減小至幾乎為零。將導致控制器將壓縮機的容量增大至100 %，在幾分鐘之后，控制器將提高氣體冷卻器的參考值。
[0007]02102006019082公開一種用于車輛的冷卻設(shè)備。該設(shè)備包括狀態(tài)檢測單元〈9、如、13、13112、14-1638.194122),用于檢測制冷劑回路的內(nèi)部壓力超過預設(shè)壓力的條件。當檢測到制冷劑的內(nèi)部壓力超過預設(shè)壓力時，該設(shè)備控制壓力減小單元，壓力減小單元用于在檢測到該條件時減小制冷循環(huán)的低壓側(cè)制冷劑的壓力。當狀態(tài)檢測單元檢測到陔狀態(tài)時，例如啟動包括冷卻回路的壓縮機的壓力減小單元以便減小冷卻回路的低壓側(cè)的壓力。02102006019082沒有教導并且不能夠檢測可能的氣體回路操作模式。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢測氣體回路操作和用于從氣體回路操作恢復的方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種限制氣體回路操作的控制單元和具有這種控制單元的設(shè)備。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種監(jiān)測冷卻回路中排熱換熱器中的氣體壓力的方法，所述方法包括以下步驟:
[0010]-由控制單元來控制排熱換熱器中的壓力，所述控制單元控制至少一個閥，
[0011]-確定與冷卻回路中的一個或多個壓縮機的最大容量相比的冷卻回路中的一個或多個壓縮機的當前容量，
[0012]-如果所述一個或多個壓縮機的當前容量至少處于對應于最大容量的預設(shè)百分比的水平，則確定從壓縮機容量達到所述水平的時間點流逝的時間段，
[0013]-如果確定的時間段具有比預設(shè)時間段長的持續(xù)時間，則斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式。在本文中，術(shù)語“冷卻回路”應該解釋為表示交替壓縮和膨脹制冷劑的制冷劑路徑。為此，壓縮機、排熱換熱器、膨脹裝置以及耗熱換熱器布置在制冷劑路徑中。壓縮機可以是單壓縮機的形式或兩個或多個壓縮機的機組(rack)的形式。排熱換熱器可以是冷凝器或氣體冷卻器的形式，這依賴于冷卻回路是亞臨界地操作還是跨臨界地操作。耗熱換熱器可以是蒸發(fā)器。
[0014]制冷劑在被供給至排熱換熱器之前在壓縮機中被壓縮。在排熱換熱器中，利用穿過排熱換熱器的第二流體流以使得經(jīng)由制冷劑路徑流過排熱換熱器的制冷劑的溫度降低的方式發(fā)生熱交換。在排熱換熱器是冷凝器的情形中，進入排熱換熱器的氣態(tài)制冷劑被至少部分地冷凝。在排熱換熱器是氣體冷卻器的情形中，進入排熱換熱器的氣態(tài)制冷劑保持氣態(tài)，但是制冷劑的溫度被降低。在任何情況下，冷卻回路能夠經(jīng)由排熱換熱器提供對封閉容積的加熱。
[0015]然后制冷劑被供給至膨脹裝置，在膨脹裝置處制冷劑在被供給耗熱換熱器之前被膨脹。在耗熱換熱器中，利用穿過耗熱換熱器的第二流體流以使得經(jīng)由制冷劑路徑流過耗熱換熱器的制冷劑的溫度升高的方式發(fā)生熱交換。在耗熱換熱器是蒸發(fā)器的情形中，進入耗熱換熱器的液體制冷劑在耗熱換熱器中被至少部分地蒸發(fā)。而且，被蒸發(fā)的制冷劑可以被進一步加熱，在這種情況下過熱的制冷劑離開耗熱換熱器。在任何情況下，冷卻回路能夠經(jīng)由耗熱換熱器提供對封閉容積的冷卻。制冷劑隨后返回至壓縮機并重復循環(huán)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法，確定與最大容量相比較的冷卻回路中一個或多個壓縮機的當前容量。在本文中，術(shù)語“容量”應該被解釋為意味著壓縮機提供的功。可以用壓縮機消耗的電能或功率、通過壓縮機壓縮并排出的制冷劑的量、冷卻設(shè)備上的冷卻負載或任何其他合適的方式表示容量。
[0017]可以測量當前壓縮機容量。備選地，關(guān)于當前壓縮機容量的信息可以固有地存在于壓縮機控制器中，在這種情況下該信息僅通過壓縮機控制器提供。
[0018]最大容量可以是一個或多個壓縮機的額定容量，額定容量是壓縮機設(shè)計供給的最大功。作為替換，最大容量可以是冷卻回路的多種操作條件限定的容量極限，例如室外溫度、室內(nèi)溫度、冷卻設(shè)備的設(shè)計、安裝位置、被冷卻貨物和/或設(shè)備的期望溫度等。例如，冷卻設(shè)備在某種意義上可以過大，使得壓縮機潛在地能夠提供比任何時候?qū)⑿枰娜萘扛叩枚嗟睦鋮s容量以便滿足冷卻設(shè)備的冷卻負載。在這種情況下最大容量可以是額定容量的特定百分率，例如是額定容量的75%、額定容量的80%、額定容量的90%等。有利地，最大容量可以是冷卻設(shè)備上的冷卻負載處于最大水平時要求的壓縮機容量。
[0019]如果確定一個或多個壓縮機的當前容量至少處于與最大容量的預設(shè)百分率對應的水平，則調(diào)查這種水平是何時達到的，并且調(diào)查壓縮機容量已經(jīng)在該水平或該水平以上多久。換句話說，調(diào)查一個或多個壓縮機是否正在相對高的容量、在上面限定的最大容量或接近上面限定的最大容量操作，以及是否已經(jīng)這樣操作了一定時間。如果壓縮機正在連續(xù)的時間段期間在高容量水平操作，則這表明冷卻設(shè)備正低效率地或無效率地操作，并且冷卻介質(zhì)可能處于氣體回路操作模式。
[0020]因此，如果確定的時間段具有比預設(shè)時間段長的持續(xù)時間，則斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式。
[0021]因此，根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法允許以容易的方式識別氣體回路條件或狀態(tài)。這又允許調(diào)節(jié)冷卻設(shè)備的操作，以使得冷卻介質(zhì)脫離氣體回路操作模式。而且，因為壓縮機容量必須在高水平持續(xù)至少預設(shè)時間段，因此確保高容量的短暫的峰值不會起反作用。這是有利的，因為這種短暫的峰值可能是波動的結(jié)果，而不是表明氣體回路操作模式。
[0022]該方法還可以包括如下步驟:如果斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式，增大排熱換熱器內(nèi)部冷卻介質(zhì)的壓力。
[0023]如圖1所示，當排熱換熱器(氣體冷卻器)中的壓力增大時，冷卻介質(zhì)的壓力和焓移至等溫曲線具有更顯著或更明確的坡度的區(qū)域。由此，冷卻設(shè)備的操作離開氣體回路操作模式。
[0024]冷卻介質(zhì)的壓力可以增大5-20巴，例如7-15巴，例如8-10巴，例如大約10巴，或大約5巴，或大約20巴。
[0025]替換地，冷卻介質(zhì)的壓力可以增大1% -15%，例如增大2% -12%，例如增大5% -10%，例如增大大約7%，或大約5%，或大約10%。
[0026]增大壓力的步驟可以導致壓力增大，這引起一個或多個壓縮機的當前容量下降至最大容量的95%以下，可以下降至最大容量的90%以下，甚至可下降至最大容量的80%以下。根據(jù)本實施例，壓力增大將冷卻介質(zhì)移出氣體回路操作模式，并由此壓縮機的操作被移離極高的容量水平。
[0027]該方法還可以包括如下步驟:如果能夠斷定冷卻介質(zhì)不再處于氣體回路操縱模式則減小排熱換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)的壓力。根據(jù)本實施例，只要需要就僅僅保持排熱換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)的增大的壓力以便將冷卻介質(zhì)移離氣體回路操作模式。一旦已經(jīng)達到此目的，則再次降低壓力，并且冷卻設(shè)備返回至正常操作。
[0028]依賴于最大容量的哪一個百分比被決定作為一個或多個壓縮機的相對高的容量或全容量，冷卻介質(zhì)的壓力增大的持續(xù)時間可以不同。例如，如果最大容量的百分比被決定為90%，則當前容量下降至最大容量的90%以下時壓力的增大將終止。
[0029]一個或多個壓縮機的最大容量的預設(shè)百分比可以是最大容量的至少80%，可以是最大容量的至少90%，甚至可以在一個或多個壓縮機的最大容量的95%至100%之間，甚至更可以是最大容量的100%。在任何情況下，在能夠斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式之前，一個或多個壓縮機的當前容量應該非?？拷畲笕萘砍掷m(xù)相當長的時間段。[0030]一定的持續(xù)時間的預設(shè)時間段可以是至少一分鐘，優(yōu)選是至少兩分鐘，可以是至少三分鐘，甚至可以是至少四分鐘，并且甚至更可以是至少五分鐘，可以是最多15分鐘。
[0031]冷卻設(shè)備的一個或多個壓縮機在被決定作為最大容量或接近最大容量的容量操作的持續(xù)時間可以依賴于安裝位置、室外和室內(nèi)溫度、被冷卻貨物和/或設(shè)備的期望溫度等而不同。因此，在某些條件下，較短的時間段足以斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式，并且在其他條件下需要較長的時間段來斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式。
[0032]可以對于冷卻回路的全部壓縮機共同地確定一個或多個壓縮機的當前容量。根據(jù)本實施例，一起確定全部壓縮機的總?cè)萘坎⑶铱側(cè)萘颗c最大的總?cè)萘勘容^。因此，如果冷卻設(shè)備包括一個以上的壓縮機，則確定整個冷卻設(shè)備的容量的總和以獲得全部壓縮機的容量。
[0033]作為替換，可以對于冷卻回路的每個壓縮機單獨地確定一個或多個壓縮機的當前容量。根據(jù)本實施例，確定每個壓縮機的容量并且每個壓縮機的容量與該壓縮機的最大容量進行比較。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供一種用于監(jiān)測包括一個或多個壓縮機的冷卻回路的排熱換熱器中的壓力的控制單元，
[0035]所述控制單元包括壓力測量單元和容量確定單元，分別用于測量排熱換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)的壓力和用于確定一個或多個壓縮機的容量，并且
[0036]所述控制單元還包括用于測量從一個時間點已經(jīng)流逝的時間段的計時器，所述時間點是壓縮機的當前容量達到最大容量的預設(shè)百分比的時間點，所述計時器與容量確定單元通信用于通過根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法確定所述冷卻介質(zhì)是否處于氣體回路操作模式。
[0037]根據(jù)本發(fā)明第二方面的控制單元適于通過根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法確定冷卻回路的冷卻介質(zhì)是否處于氣體回路操作模式。因此前面給出的評述可同等地應用于此。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了具有包括一個或多個壓縮機的冷卻回路的設(shè)備，所述設(shè)備還包括至少一個排熱換熱器和用于控制排熱換熱器中的壓力的控制器，并且
[0039]所述設(shè)備還包括至少一個閥，用于調(diào)節(jié)排熱換熱器內(nèi)的壓力，并且設(shè)備還包括壓力測量單元和容量確定單元，用于分別測量排熱換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)的壓力和確定一個或多個壓縮機的容量，并且
[0040]所述設(shè)備還包括計時器，用于測量從一個時間點已經(jīng)流逝的時間段，所述時間點是壓縮機的當前容量達到最大容量的預設(shè)百分比的時間，所述計時器與所述容量確定單元通信用于通過根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法確定所述冷卻介質(zhì)是否處于氣體回路操作模式，
[0041]氣體回路操作模式是一種操作模式，在該操作模式中，在氣體冷卻器的出口處測得的壓力的錯誤和/或溫度的錯誤超過正常期望的值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0043]圖1是示出冷卻介質(zhì)的氣體回路操作模式的對數(shù)Ρ-h圖，和
[0044]圖2是示出增大氣體冷卻器中的冷卻介質(zhì)的壓力的效果的對數(shù)P_h圖。【具體實施方式】
[0045]圖1是示出冷卻設(shè)備中的冷卻介質(zhì)的氣體回路操作模式的對數(shù)？4圖。冷卻設(shè)備跨臨界地操作，即在排熱換熱器內(nèi)在熱交換期間沒有相變發(fā)生。圖1示出當冷卻介質(zhì)在等溫曲線相對平的區(qū)域內(nèi)操作時，壓力的小的變化導致焓的大的變化。因此，離開氣體冷卻器的冷卻介質(zhì)的壓力的測量值可以導致控制器認為冷卻介質(zhì)處于最佳操作點8。然而，由于測量值的小的誤差(八0，冷卻介質(zhì)實際上可能處于效率極低的或非常無效率的操作點八。結(jié)果，冷卻設(shè)備沒有以最佳的方式運行。因為這沒有被控制器記錄，因此冷卻設(shè)備的操作繼續(xù)是無效率的或低效率的。這種情形有時候稱為氣體回路操作(職8 100？
[0046]圖2是與圖1的曲線圖類似的對數(shù)？4圖。圖2也示出以上參照圖1描述的氣體回路操作模式。在圖2中，離開氣體冷卻器的冷卻介質(zhì)的壓力的測量值的小誤差(八0可導致控制器認為冷卻介質(zhì)處于最佳操作點八，而實際上冷卻介質(zhì)處于非常無效率的或效率極低的操作點8。
[0047]然而，將氣體冷卻器中壓力水平提高厶？顯著地改變了這種狀態(tài)或情況，因為操作點因此移動至等溫曲線的更陡峭的區(qū)域。因此，由圖2可以清楚地知道，離開氣體冷卻器的冷卻介質(zhì)的壓力的測量值的小誤差(八0僅導致焓的小的差異。換句話說，在操作點八’或在操作點8’處操作冷卻設(shè)備對冷卻設(shè)備的效率沒有明顯的影響。因此，可以看到，提高氣體冷卻器內(nèi)冷卻介質(zhì)的壓力使得冷卻介質(zhì)離開氣體回路操作模式。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)測冷卻回路中的排熱換熱器中的氣體壓力的方法，所述方法包括以下步驟: -由控制單元來控制排熱換熱器中的壓力，所述控制單元控制至少一個閥， -確定與冷卻回路中的一個或多個壓縮機的最大容量相比較的冷卻回路中的所述一個或多個壓縮機的當前容量， -如果所述一個或多個壓縮機的當前容量至少處于對應于最大容量的預設(shè)百分比的水平，則確定從壓縮機容量達到所述水平的時間點流逝的時間段， -如果確定的時間段具有比預設(shè)時間段長的持續(xù)時間，則斷定冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括進一步的步驟:如果斷定該冷卻介質(zhì)處于氣體回路操作模式，則增大排熱換熱器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中冷卻介質(zhì)的壓力被增大5-20巴。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中冷卻介質(zhì)的壓力被增大1%-15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的方法，增大壓力的步驟導致壓力增大，由此引起所述一個或多個壓縮機的當前容量下降到最大容量的95%以下，可以下降到最大容量的90%以下，甚至可以下 降到最大容量的80%以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項所述的方法，還包括如下步驟:如果能夠斷定冷卻介質(zhì)不再處于氣體回路操作模式，則減小排熱換熱器內(nèi)部的冷卻介質(zhì)的壓力。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中所述一個或多個壓縮機的最大容量的預設(shè)百分比是最大容量的至少80%，可以是最大容量的至少90%，甚至可以在所述一個或多個壓縮機的最大容量的95%至100%之間，甚至更可以是最大容量的100%。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中一定持續(xù)時間的預設(shè)時間段是至少一分鐘，優(yōu)選至少兩分鐘，可以至少三分鐘，甚至可以至少四分鐘，并且甚至更可以是至少五分鐘，可以至多15分鐘。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其中對于冷卻回路的所有壓縮機共同地確定所述一個或多個壓縮機的當前容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項所述的方法，其中對于冷卻回路的每個壓縮機單獨地確定所述一個或多個壓縮機的當前容量。
11.一種控制單元，用于監(jiān)測包括一個或多個壓縮機的冷卻回路的排熱換熱器內(nèi)的壓力， 所述控制單元包括壓力測量單元和容量確定單元，所述壓力測量單元和容量確定單元分別用于測量排熱換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)的壓力和用于確定所述一個或多個壓縮機的容量，并且 所述控制單元還包括用于測量從時間點已經(jīng)流逝的時間段的計時器，所述時間點是壓縮機的當前容量達到最大容量的預設(shè)百分比的時間，所述計時器與容量確定單元通信以通過根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項所述的方法確定所述冷卻介質(zhì)是否處于氣體回路操作模式。
12.—種設(shè)備，具有包括一個或多個壓縮機的冷卻回路，所述設(shè)備還包括至少一個排熱換熱器和用于控制排熱換熱器中的壓力的控制器，并且所述設(shè)備還包括至少一個閥，所述至少一個閥用于調(diào)節(jié)排熱換熱器內(nèi)的壓力，并且所述設(shè)備還包括壓力測量裝置和容量確定單元，所述壓力測量裝置和容量確定單元分別用于測量排熱換熱器內(nèi)的冷卻介質(zhì)的壓力和確定一個或多個壓縮機的容量，并且 所述設(shè)備還包括計時器，所述計時器用于測量從時間點已經(jīng)流逝的時間段，所述時間點是壓縮機的當前容量達到最大容量的預設(shè)百分比的時間，所述計時器與容量確定單元通信以通過根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項所述的方法確定所述冷卻介質(zhì)是否處于氣體回路操作模 式。
【文檔編號】F25B49/00GK103842749SQ201280049297
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月7日
【發(fā)明者】肯尼恩·邦克·馬德森, 弗雷德·施密特 申請人:丹佛斯公司