CN100513936C - Hvac监控和过热计算器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与空调系统连接的监控系统。该监控系统包括与空调单元的温度一起，检测空调系统的吸入温度和吸入压力的主监控器。另外，该监控系统包括远程传感装置，它放置在建筑中，监控和将返回空气温度和相对温度传输至主监控器。然后，利用收集的数据，计算与其效率有关的空调系统的过热状态。

Description

HVAC监控和过热计算器系统

技术领域

本发明涉及与包括远程传感单元的空调单元连接的监控装置。本发明的一个实施例设计用于监控空调单元的过热温度，以便评价其工作效率。

背景技术

空调单元在许多今日的住宅和商业建筑中是很平常的。一般，这些系统使用充满诸如氟利昂一类的导热制冷剂的导管。该导管受到将热从建筑内部传至外部的至少二种热交换。该导管将高压，低温液体制冷剂输送至膨胀阀，在膨胀阀中制冷剂的压力降低，从而降低制冷剂的温度。然后，这个低压低温的制冷剂导向蒸发器。一般，蒸发器为作为热交换器的一个螺旋管系统。更具体地说，在蒸发器中的流体暴露在通过该建筑循环的温暖的返回空气中，这样，将温暖的返回空气的热传至蒸发器中的制冷剂。现在冷却的空气以在本领域已知的各种方法引导通过该建筑，在该建筑中，被引入的冷却的空气被大气温暖，接着返回蒸发器。蒸发过程将蒸发器中的制冷剂从液体改变为蒸气。蒸气通入压缩机，该压缩机用蒸气工作，以提高蒸气的压力和温度。然后，从压缩机出来的高温高压蒸气通至冷凝器，冷凝器将变成蒸气的制冷剂转换成低温液体。冷凝器很象蒸发器，在蒸发器中，许多螺旋管形成热交换器。与冷凝器相邻的风扇将周围空气吹过在螺旋管中的变成蒸气的高温高压制冷剂，这样将各种制冷剂的热能输送至废气，将变成蒸气的制冷剂转换回液体，完成制冷剂回路。

空调系统的蒸发器设计成将液体制冷剂转换成蒸气，使得在蒸发器的出口或低压侧只包含变成蒸气的制冷剂。更具体地说，希望保持蒸发器效率将液体制冷剂改变为蒸气，使得蒸发器低压端的温度为制冷剂的饱和温度的工作条件。本领域的技术人员知道，制冷剂的饱和温度取决于使用制冷剂的零件的各种性质，并且一般认为是制冷剂从蒸气改变为液体的温度。

空调系统经常不在最高效率下工作。例如，在从蒸发器出来前，液体制冷剂可能蒸发太快，使得蒸发器的一部分包含过热的制冷剂蒸气。由于在温暖的返回空气和蒸发器中的流体和/或蒸气之间的传热减小，这个条件使总的空调系统的效率降低。另外，如果传热不足以在所有制冷剂达到蒸发器出口前，使所有制冷剂沸腾，则流体可能通至压缩机中，这对压缩机的总的工作不利。

为了保持最优的冷却效率，经常使用技术人员去周期性地监控和维护空调系统。通常通过监控空调单元的过热温度来评价效率。如本领域技术人员知道那样，过热温度等于系统的吸入温度减去饱和吸入温度。吸入温度为系统低压侧的温度，通常但不是经常在蒸发器的出口测量。饱和吸入温度为蒸发器低压端压力的函数。更具体地说，可以监控蒸发器出口的压力，并且可根据系统中的制冷剂的形式，计算饱和吸入温度。

本领域的技术人员认为，希望有单元中的最优的过热状态。该状态为蒸发器低压端的制冷剂温度。如果过热温度太高，则不能最大限度地使用螺旋管，这时，流体蒸发太快和不能得到有效的传热。另外，如果过热温度太低，在螺旋管中的冷却液不能有效地蒸发，然后，制冷剂可能输送至压缩机，这对压缩机零件是有害的。过热状态为零是理想的，因为这表示系统的吸入温度等于制冷剂从液体改变为蒸气的温度，这样就表示在制冷剂回路的适当地方，液体制冷剂有效地转换为蒸气制冷剂。然而，经验丰富的技术人员知道，由于任何空调系统的效率不高，这个状态不容易达到，使得一般要使用每一个空调单元的可接受的过热范围。

先前技术的装置监控空调系统的吸入温度和吸入压力。它们也经常监控空调制冷剂回路周围的其他温度，以评价系统的效率。然而，先前技术的监控器通常为一件式单元，使得技术人员必需判断，将温度和/或压力传感器放置在那里。另外，通常需要在各个位置的多个读数。在先前技术中，这些测量是由技术人员逐次地进行的。这个过程对技术人员是费时的，并且造成过热计算中的不精确，因为在数据收集过程中，由于时间的推移，测量值可能改变。

发明内容

本发明的一个方面提供了与空调单元连接的监控系统。本发明的一个实施例包括放置在空调系统的返回空气流内的远程的传感单元。这样，空调器技术人员可以有效地和实际上同时地监控系统的二个位置，而不需在二个位置之间运动。这样，整个工作可以更有效，精确，花费较少时间和使用较少金钱。本发明的一个实施例包括带有至少三个与它通讯的传感器的监控器。温度和压力传感器与空调器的蒸发器的低压或出口侧连接。另外，设置了一个单元温度传感器，用于监控在建筑外面的空调系统的温度。另外，设置一个远程传感单元，它包括放置在建筑内，空调系统的返回空气流内的温度/相对湿度探头。该远程传感单元还可包括监控制冷剂回路周围的其他温度的辅助温度探头。

从该远程传感单元收集的数据，通过无线电波或其他类似形式的通讯方法，引导至主监控器。然后，利用监控器计算与系统的过热状态有关的数据。然后，使用从远程传感单元来的温度和相对湿度数据与单元温度读数，与过热计算比较，以提供与空调系统效率低有关的诊断，使得可以进行修理或调整。

因而本发明的一个方面提供监控空调系统的饱和压力，吸入温度和单元温度，同时远程监控其他系统参数的装置。更具体地说，本发明的一个实施例为由电池供电的手持监控器。该监控器包括线路连接口，这些线路再与各种温度或压力传感装置连接。该监控器还包括使用者接口用于开始和停止监控活动，输入和输出数据与监控数据。本发明的一个实施例利用多个按钮进行这些操作。另外，可采用显示系统过热状态，用户代码，日期，时间，压力读数，温度读数，致冷剂常数等的屏幕。监控器包括从远程传感单元接收数据的天线。虽然，使用手持单元作为一个优选的监控装置但经验丰富的技术人员知道，在不偏离本发明的范围的条件下，可以使用任何形式的监控单元。一个实施例的监控单元具有足够的计算机处理能力，以便连同其他条件一起，计算过热状态。这样，本领域技术人员知道，可以使用各种计算机系统，或者另一种方案是，监控器可以为数据收集机构，它在测试结束时与另一个系统连接，以进行将来的分析。

本发明的再一个方面提供了一种远程传感单元。监控系统的这个部分包括监控空调系统的温暖的返回空气的温度和相对湿度的探头。由该探头收集的数据通至远程传感单元。

远程传感单元还可包括与另一个温度探头连接的辅助温度探头插孔。最后，该远程传感单元包括将收集的数据送至主监控器的传输天线。该远程传感单元放置要评价的建筑内，使得不需要获得在那个位置的实地测量，可以收集返回空气温度和湿度的实时信息。这样，技术人员可从外面或另一个遥远的位置监控空调系统的其他状态。这样，节省了技术人员在各个位置周围走动完成任务的时间，有利于过热计算的精确性。

虽然，迄今表示了将各种探头和传感器与各种监控器连接的导电线路，但本领域技术人员知道，还可以使用传感器，通过其他方法，例如通过无线电传输，将收集的数据传输至相应的监控器。更具体地说，本领域技术人员知道，可以使用传输传感装置，使传感器保留在原位。这样，当技术人员进入工作场地时，可以远程起动这些静态传感器。在诸如大量使用空调系统的高层建筑物一类的大规模建筑的场所，容易看到本发明的这个实施例的优点。遥远放置的传感器或与空调系统作成一个整体的传感器是有利的，因为技术人员可以不进入建筑物即可监控需要的数据。另外，为了得到相同的结果，与许多数据收集步骤一起，需要放置许多传感器。本发明的这个实施例的传感器可通过光，光纤线路，激光，电气线路，无线电传输，微波传输或任何其他可远距离地将数据从传感器传输至监控单元的类似形式的传输机构传输数据。虽然设计成放置在建筑中和在完成测试后取出，如上所述的远程传感单元可以永久地放置在建筑内，使得技术人员不需进入建筑以获得数据。更具体地说，远程传感单元设计成制造费用较低廉，这样可以与空调系统作成一个整体。当技术人员回到建筑中时，利用主监控器开始接下去的数据传输。另一种方案是，这个检测单元可以带有允许它将信息传输至远程站和从远程站接收信息的其他零件。在这个实施例中，可以利用该装置经常地监控空调系统，使得当无论何时一产生问题，技术人员就可确定系统的问题。更具体地说，可以利用远程监控器收集数据，并通过埋设线，无线电波，激光，卫星等将数据送至建筑物内或另一位置上的监控站。

本发明的另一个方面提供了容易使用的监控单元。更具体地说，本发明的一个实施例容易与空调系统连接，减少监控时间和除去通常由技术人员作的判断请求。本发明的一个实施例的温度传感器和压力传感器容易与空调系统的导管连接。本发明的一个实施例使用容易与空调单元的导管或外面部分连接的磁化接头。本发明的一个实施例的单元温度探头包括连接在一般安装在建筑外面的空调单元的壳体上的C形夹子。

本发明的系统还节省时间，使得在大约7分钟内可以得到过热状态的任何可接受的读数。在工作中，本发明的一个实施例分析在预先确定的时间上，工作的空调系统的状态。然后，通过硬线路或无线电信号，由监控系统收集数据，使得可以快速和精确地得到过热状态和对任何问题的可能的诊断。

最后，系统可以产生相对于空调系统效率低的可能性的诊断，使得技术人员不需要作与空调系统修理有关的判断请求。例如，制造商可通过改变各种参数一例如风扇的速度或效率，压缩机的工作，除去冷凝器或蒸发器中的阻塞，系统中的制冷剂量和膨胀阀的工作，来改变空调系统的效率。过去，技术人员必需利用尝试方式改变系统，以试图使系统效率最大。本发明可提供诊断功能，使技术人员可缩小在空调系统内可能的问题的范围，并迅速进行修理。

本发明的再一个方面是提供容易制造的监控系统。更具体地说，本发明的实施例由普通材料，传感器和显示器构成，使得该单元的制造较便宜。另外，该系统的优选实施例设计成由电池供电，使得它是完全自给的，这样不需要电源线。显然，也可使用硬线路，给系统或零件供电。

本发明的再一个方面提供可与任何空调系统一起使用的监控系统。先前技术的监控系统要求技术人员输入的与要测试的空调系统有关的各种参数。例如，技术人员必需确定与每一个空调系统有关的合适参数，该参数与模型形式和制造商有关。然后，将这些常数输入单元中，并与得到的各种温度和压力读数一起，用于得到过热计算和任何系统误动作诊断。本发明不需要输入这种零件数据，并且不论制造商如何，可以与任何形式的空调系统一起使用。这样，本发明可以在任何形式的空调系统的任何位置使用，这是所希望的，因为可消除进入制造商或型号特定参数中的误差的概率。

本发明的说明不是，或不应认为是本发明的全部范围的代表。在“发明的说明”以及附图和“优选实施例”各节中，以各种详细程度说明本发明，但在“发明的说明”一节中包括或没有包括的元件，零件等不是对本发明的范围的限制。本发明的其他方面从结合附图的“优选实施例”一节中将会更清楚。

附图说明

包括在和构成说明书的一部分的附图表示本发明的实施例，它与上面给出的本发明的一般说明和下面给出的附图的详细说明一起，用于说明这些实施例的原理。

图1为与空调单元的简图连接的所示的本发明的说明；

图2为本发明的监控器的正视图；

图3为与各种温度和压力传感装置连接的本发明的监控器的正视图；和

图4为与本发明的温度/湿度探头连接的远程传感单元的正视图。

为了帮助理解本发明，下面提供了附图中出现的零件一览表及其标号。

标号           零件

2              空调系统

4              监控器

6              远程传感单元

8              接收天线

10             导管

12             高压高温液体

14             冷凝器

16             膨胀阀

18             低压低温液体

20             蒸发器

22             返回空气

23             冷却空气

24             空气导管

26             低压热蒸气

28             压缩机

30             高温高压蒸气

32             风扇

34             废气

36             吸入压力管路

37             辅助压力管路

38             蒸发器的低压出口侧

39                    蒸发器的高压进入侧

40                    吸入压力探头

42                    吸入温度传感器

44                    吸入温度线路

46                    单元温度传感器

48                    单元温度线路

50                    探头

52                    显示器

54                    过热显示器

54                    使用者接口

56                    诊断

58                    致冷剂类型

60                    按钮

62                    C形夹子

64                    探头线路

66                    传输天线

68                    辅助温度探头插孔

70                    探头座。

应当了解，附图不是必需按比例的。在一些情况下，对理解本发明不是必需的或是使其他细节难以理解的具体细节可以省略。还应理解，本发明不是必需局限在所示的具体实施例。

具体实施方式

图1～4表示用于普通家用或工业空调系统2的监控装置。更具体地说，本发明的实施例使用检测和存储沿着空调系统2取的各种位置上的压力和温度读数的手持监控装置4和测试制冷的建筑内的至少一个温度的远程传感单元6。该远程传感单元6和手持监控单元4中的每一个分别包括发送和接收数据的天线。该远程传感单元6放置在该建筑内，将监控的有关温度的实时信号直接送至监控器4的接收天线8，使技术人员可以迅速地确定空调系统2的状态，系统2中诊断的故障和如果有故障，评价修正这些缺陷的适当措施。监控装置4不需手动地在空调系统2上的多个位置收集数据，允许技术人员确定多个温度和压力读数，这样，本发明比先前技术系统节省时间和钱，并且更精确。

图1为与本发明的一个实施例的监控装置4一起，表示普通的空调系统2的简图。空调系统2一般包括输送制冷剂—例如氟利昂的导管10。高温高压液体12制冷剂开始从冷凝器14通过导管10至膨胀阀16。然后，制冷剂通过膨胀阀16，降低液体制冷剂的压力和温度。这个低压低温液体18再通过蒸发器20，暴露在从该建筑中的空气导管来的温暖的返回空气流22中。与蒸发器20中的流体比较，温暖的返回空气流22的温度较高，使得当空气与蒸发器20中的制冷剂热连通时，产生传热，使进入蒸发器下游的导管24中的空气23冷却。在蒸发器20中，由于传热过程，液体制冷剂沸腾，并完全改变为蒸气相。然后，这个低压热蒸气26通至压缩机28，压缩机28将蒸气压缩成高温高压蒸气30，通至冷凝器14，完成制冷剂回路。压缩机14中的高温高压蒸气30暴露在由风扇32产生的相对较冷的空气中，开始从冷凝器14中的蒸气传热。在冷凝器14中，蒸气冷凝成高压高温液体12。在排出高温废气34的室外中心加热单元上通常使用风扇32，从而从建筑中除去热。

在预先确定的位置上，所示的监控单元21与空调系统2连接。根据本发明的实施例，吸入压力管路36与监控单元4和蒸发器38的低压侧连接，以便利用压力传感器40监控空调系统2的吸入压力。如上所述，吸入压力与在空调效率计算中使用的系统吸入温度有关。另外，吸入温度探头42通过吸入温度线路44与监控系统4连接。该吸入温度探头42检测在蒸发器38的低压侧的制冷剂的温度。在确定空调系统2的过热状态时，这二个读数是关键的。另外，设有与将信息送入监控器4的单元温度线路48连接的部分温度传感器46。另外，远程传感单元6与检测该建筑的返回空气流22的温度和相对湿度的探头50连接。在使用空调的过程中，该探头最终与蒸发器20中的低压低温液体18接触。这些读数通过无线波送至监控系统4。然而，本领域技术人员知道，在不偏离本发明的范围的条件下，可以使用其他的通讯方法。

图2表示本发明的一个实施例的监控器4。在所示的实施例中，设有监控器4，它包括显示器52，使用者接口54，多个连接传感器线路36和44的口，和接收天线8。显示器52可以包括与空调系统54的过热状态的信息，与空调系统有关的任何问题的建议诊断56，使用的致冷剂58等有关的信息。监控器4的使用者接口54可包括数据输入和数据处理的多个按钮60。在本发明的一个实施例中使用的传感器线路包括吸入温度线路44，单元温度线路48和吸入压力线路36。监控单元4设计成利用电池电力工作，最好为可重新充电的镍金属氢化物电池。当技术人员外出在野外时，这种电池可以快速重新充电。监控器4还设计成可与远程传感单元一起使用，以便在大约7分钟内快速计算空调系统的状态。

另外，可以设置辅助压力线路37，与制冷剂回路上的任何位置连接。本发明的一个实施例检测与蒸发器(见图1的39)的进口或高处的温度有关的数据。收集的数据通过辅助压力线路37送至监控器4。

图3表示与温度传感装置连接的本发明的一个实施例的监控器4。更具体地说，本发明的一个实施例包括有选择地与制冷剂导管连接的磁化的吸入温度传感器42。另外，可以设置使用C形夹子62，与一般放在要制冷的建筑外面的空调单元连接的单元温度传感器46。然而，本领域技术人员知道，在不偏离本发明的范围的条件下，对于任何一种形式的传感器。可以使用任何形式的连接方法。所述实施例的吸入压力管路36可与空调单元的压力分接头连接。从所有三个传感器输出的数据和从远程传感单元接收的数据由监控器4收集。

图4表示本发明的一个实施例的远程传感单元6。更具体地说，本发明的实施例包括远程传感单元6，它又包括检测温度和相对湿度的探头50，该探头通过探头线路64与传感装置6连接。从探头50得到的数据，通过传输天线64，从远程传感单元6传输至主监控器。远程传感单元6还可包括连接各种其他温度探头的辅助温度探头插孔68。另外，为了减小损坏的可能性，可以设置探头座70，使得在使用后可以安全地存放探头50。

图1～4简要地说明使用的一个方法。工作时，技术人员将远程传感单元6放在建筑内，将温度探头50放在空调系统2的返回空气流22内。然后，技术人员将吸入压力温度传感器42和吸入压力传感器40与建筑外面的制冷剂导管10连接。再将与这些传感器36和44有关的线路与监控器4连接。技术人员可将单元温度传感器46通过单元温度线路48与空调系统2连接。然后接通监控系统并将致冷剂形式输入监控器4。更具体地说，各种空调单元使用不同形式的致冷剂。一般每一种致冷剂都带有一个与材料性质和致冷剂材料常数有关的给定的数。然后，技术人员可输入要进行的测试形式或类似形式的参数，并开始监控工作。在大约7分钟内，当空调运转时，可得到实时的过热计算，使技术人员可以评价空调系统2的状态。在本发明的一个实施例中，在监控器装置4的显示器52上也输出诊断56，其给出为了进行修理空调系统2需要作出的改变的指南。例如，可以加入或除去制冷剂，可以改变压缩机28的设定，可以改变风扇32的速度，可以更换膨胀阀16等。本发明的这个方面允许使用者有小的或没有错误，使得可以使用经验较少的技术人员来进行必要的工作，这可节省时间和金钱。

这里所述的本发明的实施例由普通材料，例如塑料、金属、橡胶等制成，使用液晶或发光二极管显示器。更具体地说，系统的所有零件都是技术上熟知的，例如温度传感器，天线，压力分接头，温度探头和RF放送器，使得可以购买现用的零件和稍作改变或不改变即装配。另外，监控器的壳体可由塑料模制使得可形成任何形状或尺寸。因此，本发明制造较便宜。

虽然详细说明了本发明的各种实施例，但本领域技术人员知道，可对这些实施例作改进和改变。然而，应理解，这种改进和改变都在权利要求书提出的本发明的范围和精神内。

Claims (14)

1.一种空调系统监控和过热计算装置，它包括：

吸入温度传感器；

吸入压力传感器；

单元温度传感器，其与位于结构的外部的空调系统的壳体相互连接；

具有传输信息到手持监控器的能力的远程传感装置，该手持监控器也与吸入温度传感器，吸入压力传感器和单元温度传感器进行通讯；和

其中该手持监控器使用从吸入温度传感器，吸入压力传感器，单元温度传感器和远程传感装置收集的至少一些数据，并输出空调系统的过热状态。

2.如权利要求1所述的装置，其特征为，远程传感装置包括可以放置在空调系统的返回空气流中的至少一个探头。

3.如权利要求2所述的装置，其特征为，远程传感装置利用一线路与至少一个探头连接。

4.如权利要求2所述的装置，其特征为，该至少一个探头可以检测返回空气的温度和相对湿度中的至少一个。

5.如权利要求1所述的装置，其特征为，远程传感装置利用无线电波将数据传输至监控装置。

6.如权利要求1所述的装置，其特征为，远程传感装置包括连接传感装置的至少一个辅助连接口。

7.一种空调系统监控和过热计算装置，它包括：

第一温度传感装置；

压力传感装置；

第二温度传感装置，其监控位于结构外部的空调系统的部分的温度；

具有传输信息能力的远程传感装置；

用至少单向通信与第一温度传感装置，压力传感装置和第二温度传感装置和远程传感装置通讯的监控装置；和

其中监控装置使用从第一温度传感装置，压力传感装置，第二温度传感装置和远程传感装置收集的至少一些数据，并至少输出空调系统的过热状态。

8.如权利要求7所述的装置，其特征为，远程传感装置与至少一个探头连接。

9.如权利要求7所述的装置，其特征为，远程传感装置利用无线电波与监控装置通讯。

10.如权利要求7所述的装置，其特征为，远程传感装置包括与传感装置连接的至少一个辅助连接口。

11.如权利要求7所述的装置，其特征为，远程传感装置放置在空调系统的返回空气流中。

12.一种监控空调系统效率的方法，它包括：

放置第一温度传感器；

放置压力传感器；

放置第二温度传感器到位于结构的外部的空调的壳体上；

将第一温度传感器，第二温度传感器，和压力传感器与监控装置连接；

定位与监控装置通讯的远程传感单元；

使用监控装置，直接从第一温度传感器、第二温度传感器和压力传感器得到温度和压力读数；

利用监控装置从远程传感单元接收温度数据；和

使用从第一温度传感装置、压力传感装置、第二温度传感装置和远程传感装置收集的至少一些数据来得到空调系统的过热状态。

13.如权利要求12所述的方法，其特征为，远程传感单元包括邻近空调系统的返回空气流定位的检测探头。

14.如权利要求13所述的方法，其特征为，该检测探头可检测返回空气流的相对湿度和温度的至少一个。

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