CN101033895A - 制冷循环装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制冷循环装置的控制方法，所述制冷循环装置至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器，其特征在于，设有将所述膨胀装置旁路的旁路流路和设置在所述旁路流路上的旁路阀；在从所述压缩装置启动的时刻开始的规定时间期间使所述旁路阀的开度小于目标开度。

Description

制冷循环装置的控制方法
本申请是中国发明专利申请号为200510118687.X、申请日为2005年11月4日、题为“制冷循环装置的控制方法和使用该方法的制冷循环装置”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有回收动力的膨胀装置的制冷循环装置的控制方法和使用该方法的制冷循环装置。
背景技术
例如特开昭51-65456号公报和特开昭56-112896号公报公开了设有膨胀装置来代替减压器、将膨胀时的压力能量作为动力进行回收从而提高COP的制冷循环装置。上述制冷循环装置所用的膨胀装置是由利用高压(压缩装置出口～散热器～膨胀装置入口的压力)与低压(膨胀装置出口～蒸发器～压缩装置入口的压力)之间的压差来旋转的结构构成的。另外，普通的制冷循环装置在停止时，高压和低压相等，而在压缩装置启动后才产生高压与低压的压差。
然而，由于在上述现有技术中采用的是利用高压与低压的压差使膨胀装置旋转来回收动力的结构，存在着在不容易产生压差的启动时刻，膨胀装置的运动不稳定、制冷循环装置的启动耗费时间的问题。
发明内容
本发明解决了上述问题，其目的在于在具有膨胀装置的制冷循环装置上，迅速在膨胀装置的前后端产生压差，从而提高制冷循环装置的启动性能。
为此，本发明的制冷循环装置的控制方法是，在至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器的制冷循环装置中，设有将膨胀装置旁路的旁路流路和设置在旁路流路上的旁路阀；在从压缩装置启动的时刻开始的规定时间期间使所述旁路阀的开度小于目标开度。根据本实施方式，在压缩装置启动时，可以在短时间内在膨胀装置的前后端产生压差，不会造成膨胀装置运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
本发明的另一种制冷循环装置的控制方法是，在至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器的制冷循环装置中，设有将流入膨胀装置的制冷剂减压的预减压器；从压缩装置启动的时刻开始的规定时间期间使所述预减压器的开度小于目标开度。根据本实施方式，在压缩装置启动时，可以在短时间内在膨胀装置的前后端产生压差，不会造成膨胀装置运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
本发明的又一种制冷循环装置的控制方法是，在至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器的制冷循环装置中，设有将膨胀装置旁路的旁路流路、设置在旁路流路上的旁路阀和对在压缩装置启动时在膨胀装置的前后端所产生的压差的大小进行判断的启动压差判断装置；当启动压差判断装置判断压差小于规定值时，从压缩装置启动的时刻开始的规定时间是旁路阀的开度小于目标开度的时间。根据本实施方式，即使当压缩装置启动时膨胀装置的前后端的压差小时，也可以在短时间内在膨胀装置的前后端产生压差，不会造成膨胀装置运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
本发明的再一种制冷循环装置的控制方法是，在至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器的制冷循环装置中，设有使流入膨胀装置的制冷剂减压的预减压器、和对在压缩装置启动时在膨胀装置的前后端所产生的压差的大小进行判断的启动压差判断装置；当启动压差判断装置判断压差小于规定值时，从压缩装置启动的时刻开始的规定时间是预减压器的开度小于目标开度的时间。根据本实施方式，即使当压缩装置启动时膨胀装置的前后端的压差小时，也可以在短时间内在膨胀装置的前后端产生压差，不会造成膨胀装置运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
使用本发明的控制方法的制冷循环装置在压缩装置启动时，可以在短时间内在膨胀装置的前后端产生压差，不会造成膨胀装置运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
根据本发明的制冷循环装置的控制方法，可以在具有回收动力的膨胀装置的制冷循环装置上使膨胀装置的前后迅速产生压差，从而提高制冷循环装置的启动性能。
附图说明
图1是本发明的第1实施例的制冷循环装置的结构图。
图2是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
图3是本实施例的制冷循环装置的控制方法的流程图。
图4是本发明的第2实施例的制冷循环装置的结构图。
图5是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
图6是本发明的第3实施例的制冷循环装置的结构图。
图7是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
图8是本实施例的制冷循环装置的控制方法的流程图。
图9是本发明的第4实施例的制冷循环装置的结构图。
图10是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
具体实施方式
下面参考附图说明本发明的实施例。不过，所述的实施例并非是对本发明的限制。
实施例1
图1是本发明的第1实施例的制冷循环装置的结构图，图2是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
图1的制冷循环装置由充入了作为制冷剂的二氧化碳制冷剂的制冷剂回路A和利用流体所流过的流体回路B所构成。制冷剂回路A包括由电动机1驱动的压缩装置2、作为利用侧热交换器的散热器3的制冷剂流路、通过发电机4回收动力的膨胀装置5、以及作为热源侧热交换器的蒸发器6等。流体回路B包括作为利用流体输送装置的供水泵7、散热器3的流体流路、以及热水箱8等。
在本实施例中，设有将热源流体(例如外部空气)吹向蒸发器6的作为热源流体输送装置的送风装置9、作为测量外部空气温度的热源流体温度测量装置的外部空气温度测量装置10、作为测量在散热器3中与制冷剂进行热交换的利用流体(例如水)的温度的利用流体温度测量装置的进水温度测量装置11、判断压缩装置2启动时的压差是否小的启动压差判断装置12、和作为根据启动压差判断装置12或其它信号来计算和/或操作送风装置9的转速的热源流体输送量操作装置的送风装置转速操作装置13。
下面说明上述结构的制冷循环装置的运转动作。
在制冷剂回路A中，由压缩装置2压缩二氧化碳制冷剂直至其压力超过临界压力。该被压缩的制冷剂成为高温高压的状态，在流过散热器3的制冷剂回路时，向流过散热器3的流体回路的水散热后冷却。然后，制冷剂在膨胀装置5中被减压成为低温低压的气液二相的状态。由膨胀装置5所回收的膨胀时的压力能量被传给发电机4、转换为电能。由膨胀装置5减压的制冷剂被提供给蒸发器6。在蒸发器6中，制冷剂被由送风装置9所送入的外部空气所加热，成为气液二相或者气体状态。流出蒸发器6的制冷剂被再次吸入压缩机2。
在流体回路B中，利用流体(例如水)由供水泵7从热水箱8的底部被送入至散热器3的流体回路，并由流过散热器3的制冷剂回路的制冷剂加热成为高温流体(例如热水)。该高温流体从热水箱8的顶部流出并贮存起来。通过反复进行上述循环，本发明的制冷循环装置可作为热水机来利用。
在此，当制冷循环装置启动时、以及通过蒸发器6与制冷剂进行热交换的外部空气的温度(外部空气温度)高时、或通过散热器3与制冷剂进行热交换的水的温度(进水温度)低时，在膨胀装置5的前后端难以产生压差，使膨胀装置5的运转不稳定，从而造成振动或噪音的产生、以及启动时耗费时间。尤其在膨胀装置5为涡旋形式的情况下，制冷剂会从转子涡轮和定子涡轮间的间隙处泄漏，使制冷剂无法充分膨胀，从而使产生振动以及噪音、启动时耗费时间的可能性很高。
但在本实施例的制冷循环装置中，当启动压差判断装置12判断启动时的压差小时，能适当地控制送风装置转速操作装置13。
即，如图2的时序图所示，在启动压缩装置2后，使送风装置9停止规定时间(T)后启动，并在经过规定时间(T)后使送风装置9的转速为由压缩装置2的运转频率等所决定的目标转速。因此，可以加快蒸发器6的压力(即低压)的降低，以较短的时间使膨胀装置5的前后端产生压差。从而不会造成膨胀装置5运转的不稳定，可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
下面，根据图3所示的本发明的制冷循环装置的控制方法的流程图，说明具体的控制方法。
在制冷循环装置启动时，取得从外部空气温度测量装置10得到的测量值(外部空气温度Ta)(步骤100)。从进水温度测量装置11取得测量值(进水温度Tw)(步骤110)。将预先存储在ROM等中的预定的外部空气温度(预定Ta)与在步骤100所取得的外部空气温度进行比较，和/或将预先存储在ROM等中的预定的进水温度(预定Tw)与在步骤110所取得的进水温度进行比较(步骤120)。
在外部空气温度高于预定的外部空气温度、和/或进水温度低于预定的进水温度的情况下，在压缩装置2启动后经过了规定时间(T)后，启动送风装置9(步骤130)。而在其它情况下，按照通常的启动方法，在启动压缩装置2后，直接启动送风装置9(步骤140)。
在上述的本实施例的制冷循环装置的控制方法中，即使当外部空气温度高或进水温度低时，也可以加快蒸发器6的压力(即低压)的降低，以较短的时间使膨胀装置5的前后端产生压差。因此，不会造成膨胀装置5运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
另外，由于启动压差判断装置12根据外部空气温度和进水温度来判断启动时的压差，即使不使用昂贵的压力传感器等也可以廉价地判断膨胀装置5的前后端的压差是否小。
还有，在本实施例中采用的是使送风装置9停止规定时间(T)的结构，但采用使送风装置9在规定时间(T)期间的转速低于目标转速的结构也可以获得同样的效果。另外，也可以根据外部空气温度以及进水温度来改变规定时间(T)。
另外，虽然在本实施例中的判断启动时膨胀装置5的前后端的压差是否小的启动压差判断装置12是根据外部空气温度以及进水温度来进行判断的，但也可以是根据其它的测量值、例如设置于膨胀装置5的前后端的压力传感器的测量值、测量散热器3或蒸发器6的温度的温度传感器的测量值来判断的结构。还可以不依赖于启动压差判断装置12的判断，而在启动时使送风装置9恒定地停止规定时间(T)。
实施例2
图4是本发明的第2实施例的制冷循环装置的结构图，图5是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
在图4的本实施例的制冷循环装置中，与图1的第1实施例中相同的结构要素用相同的符号标记并省略其说明，而仅就本实施例与第1实施例不同的结构及其动作进行说明。
在本实施例中，不设置第1实施例的送风装置转速操作装置13，而代之以泵转速操作装置14，作为根据启动压差判断装置12或其它信号来计算、操作供水泵7的转速的利用流体输送量操作装置。
在本实施例的制冷循环装置中，当由启动压差判断装置12判断启动时的压差小时，适当地控制泵转速操作装置14。
即，如图5的时序图所示，在启动压缩装置2后，使供水泵7停止规定时间(T)后起动，并在经过规定时间(T)后使供水泵7的转速为由散热器3的出口处的水温(热水温度)等所决定的目标转速。因此，可以加快散热器3的压力(即高压)的升高，以较短的时间使膨胀装置5的前后端产生压差。因此，不会造成膨胀装置5运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
虽然在本实施例中采用的是使供水泵7在规定时间(T)期间停止的结构，但采用使供水泵7在规定时间(T)期间内的转速低于目标转速的结构也可以获得同样的效果。另外，也可以根据外部空气温度以及进水温度来改变规定时间(T)。
另外，虽然在本实施例中判断启动时膨胀装置5的前后端的压差是否小的启动压差判断装置12是根据外部空气温度以及进水温度来进行判断的，但也可以是根据其它的测量值、例如设置于膨胀装置5的前后端的压力传感器的测量值以及测量散热器3或蒸发器6的温度的温度传感器的测量值来判断的结构。还可以是在启动时恒定地使供水泵7停止规定时间(T)的结构。
在上述的实施例1和实施例2中以热水机为例进行了说明。但本发明并不限于热水机，也可以是空调器等。另外，虽然说明了由发电机4对膨胀装置5在膨胀时的压力能量进行电气回收的结构，但也可以是用一根轴将压缩装置2与膨胀装置5连接起来，利用回收的能量来辅助驱动压缩装置2的结构。
实施例3
图6是本发明的第3实施例的制冷循环装置的结构图，图7是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
图6的制冷循环装置是在制冷剂回路中充入作为制冷剂的R410A而构成的，其中制冷剂回路包括由电动机21驱动的压缩装置22、切换制冷运行和供暖运行的第1四通阀23、热源侧热交换器24、第2四通阀25、通过一根轴与压缩装置22和电动机21连接以回收动力的膨胀装置27、和利用侧热交换器28。
该制冷循环装置还设有将膨胀装置27旁路的旁路流路31、用于调节流入膨胀装置27的制冷剂流量的旁路阀32、和作为测量外部空气温度的热源流体温度测量装置的外部空气温度测量装置40。
另外，在本实施例中，还设有作为将热源流体(例如外部空气)吹向热源侧热交换器24的热源流体输送装置的热源侧送风装置29、作为将利用流体(例如室内空气)吹向利用侧热交换器28的利用流体输送装置的利用侧送风装置30、作为利用流体温度测量装置的室内温度测量装置41、判断制冷循环装置启动时的压差是否小的启动压差判断装置42、测量压缩装置22所输出的制冷剂的温度的输出温度测量装置43、和作为根据启动压差判断装置42或输出温度测量装置43的信号来计算和/或操作旁路阀32的开度的旁路阀开度操作装置44。
在本实施例中，制冷循环装置由室外机C和室内机D构成；压缩装置22、第1四通阀23、热源侧热交换器24、膨胀装置27、热源流体温度测量装置40、以及旁路阀开度操作装置44等主要结构要素容纳在室外机C中，而利用侧热交换器28、利用侧送风装置30、利用流体温度测量装置41则容纳在室内机D中。
下面说明上述结构的制冷循环装置运行时的动作。
首先说明制冷运行。由压缩装置22压缩的呈高温高压状态的制冷剂经切换为图中的实线方向的第1四通阀23流入热源侧热交换器24。热源侧热交换器24起到散热器的作用，制冷剂被由热源侧送风装置29送入的热源流体(例如外部空气)所冷却。接着，制冷剂在经过切换为图中的实线方向的第2四通阀25后、由预减压器26减压至使其为适当密度的中间压力、并流入膨胀装置27。然后，制冷剂由膨胀装置27减压成为低温低压的气液二相状态。由膨胀装置27所回收的膨胀时的压力能量通过所连接的轴来辅助驱动压缩装置22。
然后，将由膨胀装置27所减压了的制冷剂提供给利用侧热交换器28。利用侧热交换器28起到蒸发器的作用，制冷剂被由利用侧送风装置30送入的利用流体(例如室内空气)所加热，成为气液二相或者气体状态。流出利用侧热交换器28的制冷剂被再次吸入压缩装置22。通过反复进行这样的循环，本实施例的制冷循环装置可以使设置有室内机C的室内制冷。
其次说明供暖运行。由压缩装置22压缩的呈高温高压状态的制冷剂经切换为图中的虚线方向的第1四通阀23流入利用侧热交换器28。利用侧热交换器28起到散热器的作用，制冷剂被由利用侧送风装置30送入的利用流体(例如室内空气)所冷却。接着，制冷剂在经过切换为图中的虚线方向的第2四通阀25后、由预减压器26减压至使其为适当密度的中间压力、并流入膨胀装置27。然后，制冷剂由膨胀装置27减压成为低温低压的气液二相状态。由膨胀装置27所回收的膨胀时的压力能量通过所连接的轴来辅助驱动压缩装置22。
然后，将由膨胀装置27所减压了的制冷剂提供给热源侧热交换器24。热源侧热交换器24起到蒸发器的作用，制冷剂被由热源侧送风装置29送入的热源流体(例如外部空气)所加热，成为气液二相或者气体状态。流出热源侧热交换器24的制冷剂被再次吸入压缩装置22。通过反复进行这样的循环，本实施例的制冷循环装置可以使设置有室内机C的室内加热。
通常，当制冷循环装置启动时、或当制冷运行时室内空气的温度(室内温度)或供暖运行时外部空气的温度(外部空气温度)高时、或当制冷运行时外部空气的温度(外部空气温度)或供暖运行时室内空气的温度(室内温度)低时，在膨胀装置27的前后端难以产生压差，使膨胀装置27的运转不稳定，从而造成振动或噪音的产生、以及启动时耗费时间。
但在本实施例的制冷循环装置中，当由启动压差判断装置42判断启动时的压差小时，适当地控制旁路阀开度操作装置44。
即，如图7的时序图所示，在启动压缩装置22后，使旁路阀32的开度在规定时间(T)期间比正常运转时的开度更为闭合(小)，并在经过规定时间(T)后使旁路阀32的开度变为目标开度。因此，可以以较短的时间使膨胀装置27的前后端产生压差。因此，不会造成膨胀装置27运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
下面根据图8所示的本发明的制冷循环装置的控制方法的流程图，说明具体的控制方法。
在制冷循环装置启动时，取得从外部空气温度测量装置40得到的测量值(外部空气温度Ta1)(步骤200)。取得从室内温度测量装置41得到的测量值(室内温度Ta2)(步骤210)。然后确定运行模式是否为制冷模式(步骤220)。如果运行模式为制冷模式则进入步骤230，如果为加热模式则进入步骤240。
在制冷运行模式的情况下，将预先存储在ROM等中的预定的外部空气温度(预定的Ta1)与在步骤200所取得的外部空气温度进行比较、和/或将预先存储在ROM等中的预定的室内温度(预定的Ta2)与在步骤210所取得的室内温度进行比较(步骤230)，当外部空气温度低于预定的外部空气温度、和/或室内温度高于预定的室内温度时进入步骤250。而在其它情况下则进入步骤260。
在加热运行模式的情况下，将规定的外部空气温度(预定的Ta1)与在步骤200所取得的外部空气温度进行比较、和/或将预定的室内温度(预定的Ta2)与在步骤210所取得的室内温度进行比较(步骤240)，当外部空气温度高于预定的外部空气温度、和/或室内温度低于预定的室内温度时进入步骤250。而在其它情况下则进入步骤260。
在制冷运行模式下当外部空气温度低于预定的外部空气温度、和/或室内温度高于预定的室内温度时、或者、在加热运行模式下当外部空气温度高于预定的外部空气温度、和/或室内温度低于预定的室内温度时，在压缩装置22启动后的规定时间(T)期间内补偿旁路阀32的开度，使其比正常运行时控制的开度(例如在本实施方式的情况下对应于输出温度Td的目标开度)更为闭合(步骤250)。而在其它情况下，使旁路阀32的开度为正常运行时控制的目标开度，不进行目标开度的补偿(步骤260)。
在上述的本实施例的制冷循环装置的控制方法中，即使当制冷运行时的室内温度或供暖运行时的外部空气温度高时、或者当制冷运行时的外部空气温度或供暖运行时的室内温度低时，也可以以较短的时间使膨胀装置27的前后端产生压差，因此不会造成膨胀装置5运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
另外，由于启动压差判断装置42根据外部空气温度以及水温来判断启动时的压差，所以无需昂贵的压力传感器即可以廉价地判断膨胀装置27的前后端的压差是否小。
另外，也可以根据外部空气温度、室内温度来改变修正旁路阀32的目标开度的修正值以及规定时间(T)。
另外，虽然在本实施例中的判断启动时膨胀装置27的前后端的压差是否小的启动压差判断装置42是根据外部空气温度、室内温来判断的结构，但也可以是根据其它的测量值、例如设置于膨胀装置27的前后端的压力传感器的测量值以及测量热源侧热交换器24或利用侧热交换器28的温度的温度传感器的测量值来判断的结构。还可以是不依赖于启动压差判断装置42的判断，而在启动时在规定时间(T)期间恒定地使旁路阀32的开度为较闭合的结构。
实施例4
图9是本发明的第4实施例的制冷循环装置的结构图，图10是本实施例的制冷循环装置的控制方法的时序图。
在图9的本实施例的制冷循环装置中，与图6的第3实施例中相同的结构要素用相同的符号标记并省略其说明，而仅就本实施例与第3实施例不同的结构及其动作进行说明。
本实施例的制冷剂回路包括压缩装置22、第1四通阀23、热源侧热交换器24、第2四通阀25、对流入膨胀装置27的制冷剂预减压的预减压器26、膨胀装置27、和利用侧热交换器28。
在本实施例中不设置第3实施例的旁路阀开度操作装置44，而代之以根据启动压差判断装置42或输出温度测量装置43的信号计算和/或操作预减压器26的开度的预减压器开度操作装置45。
在本实施例的制冷循环装置中，当启动时的压差由启动压差判断装置42判断为小时，适当地控制预减压器开度操作装置45。
即如图10的时序图所示，在启动压缩装置22后，使预减压器26的开度在规定时间(T)期间比正常运行时的开度更为闭合(小)，并在经过规定时间(T)后使预减压器26的开度变为目标开度。因此，可以以较短的时间使膨胀装置27的前后端产生压差。因此，不会造成膨胀装置27运转的不稳定，从而可以防止振动以及噪音，并使制冷循环装置迅速启动。
还有，也可以根据外部空气温度、室内温度来改变修正预减压器26的目标开度的修正值以及规定时间(T)。
另外，虽然在本实施例中的判断启动时膨胀装置27的前后端的压差是否小的启动压差判断装置42是根据外部空气温度、室内温来判断的结构，但也可以是根据其它的测量值、例如设置于膨胀装置27的前后端的压力传感器的测量值以及测量热源侧热交换器24或利用侧热交换器28的温度的温度传感器的测量值来判断的结构。还可以在启动时恒定地使预减压器26的开度在规定时间(T)期间较为闭合。
在上述的实施例3和实施例4中以空调器为例进行了说明。但本发明并不限于空调器，也可以是热水机等。另外，虽然说明了将膨胀装置27在膨胀时的压力能量通过所连接的轴来对压缩装置22进行辅助驱动的结构，但也可以是利用发电机来进行电气回收的结构。
本发明的制冷循环装置的控制方法和使用该方法的制冷循环装置可以提高具有膨胀装置的热水机、空调器、车用空调机的启动性能。

Claims (2)

1.一种制冷循环装置的控制方法，所述制冷循环装置至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器，其特征在于，设有将所述膨胀装置旁路的旁路流路和设置在所述旁路流路上的旁路阀；在从所述压缩装置启动的时刻开始的规定时间期间使所述旁路阀的开度小于目标开度。
2.一种制冷循环装置的控制方法，所述制冷循环装置至少包括压缩装置、热源侧热交换器、执行动力回收的膨胀装置、和利用侧热交换器，其特征在于，设有将流入所述膨胀装置的制冷剂减压的预减压器；在从所述压缩装置启动的时刻开始的规定时间期间使所述预减压器的开度小于目标开度。
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