CN101078569A - 满液式冰水机 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种满液式冰水机，其具有一压缩机、一冷凝器、一冷媒流量控制阀、一蒸发器以及一控制器。压缩机更具有一温度侦测器，而冷凝器上则具有一压力侦测器。冷媒流量控制阀连接于冷凝器与蒸发器之间，用以控制进入蒸发器的冷媒流量。控制器根据冷凝压力值计算而得一压缩机目标吐出温度，并比较压缩机目标吐出温度与压缩机上的温度侦测器所量测的一压缩机实际吐出温度，以决定冷媒流量控制阀的一开度。此外，一种满液式冰水机蒸发器的冷媒液面控制方法也同时揭露。

Description

满液式冰水机

技术领域

本发明涉及一种满液式冰水机，特别是涉及一种具有自动控制冷媒液面高度的满液式冰水机。

背景技术

随着科技的日渐进步，人们对于日常生活舒适性的要求也日益的提高。舒适生活环境的基本要求即在于舒适的室内温度，以使人体能在这样的环境下舒适地工作与休息。此外，对于食物的保存与制造亦常常需要提供较低的温度。

因此，冷冻空调的技术也日益的进步。对于大型的中央空调设备，通常使用由马达、压缩机、热交换器与冷媒膨胀装置等组成的冰水机，以将冰水降温后，由冰水循环系统送入送风机或空调箱将空气降温，再由风管将冷风送至需要冷气的处所。而冰水机耗能一般也为整个中央空调系统之最。所以，冰水机的效率高低乃攸关到整体中央空调的运转效率。如何能提高冰水机的工作效率，将可有效地节约所需的能源。

冰水机若以压缩机的型式区分，可分为离心式、螺旋式、往复式及涡卷式等。若以冷凝器区分则可分为水冷式、气冷式及蒸发冷却式等。若以蒸发器作为区分则又可分为直膨式(direct expansion type)及满液式(flooded type)等等。

其中，满液式冰水机的效率较优于直膨式冰水机的效率，因此目前已渐渐成为中央空调所使用的冰水机的较佳选择。

然而，当满液式冰水机于运作时，其冷媒液位控制是一项很重要的关键技术。不管在满载、卸载、负载变动状态下，蒸发器内冷媒液面，正好覆盖最上排的铜管，将有助于冷媒与水能够在饱和蒸发温度条件下做热交换，使其具有最高的效率。若冷媒液面过高时，不但能力与效率不会增加，反而担心会有液态回流，造成压缩机损坏。

部分习知的满液式冰水机采用电子式膨胀阀加液位感测器来做液位控制。虽然，在满载标准的条件下，可以很精确地来控制冷媒目标液位，使蒸发器内的冷媒液面刚好浸泡到最上排铜管。然而，实际运转时，因负载的变化关系，压缩机具有不同的运转模式，例如是在双机满载、双机卸载、单机满载、单机卸载等情况下来运转。因此，在实际运转时，不同的运转情形往往导致原先设定的目标液面，也需要被做些微修正的状况，如果仍以单一目标液位来控制膨胀阀时，在某些运转情形下，冷媒液面并无法覆盖到最上排铜管，不但不能发挥最大效率，同时也失去了满液式冰水机的意义。

因此，部分习知的满液式冰水机虽采用液位感测器，量测目标值与实际液位高度之差，进而控制所需的冷媒液面高度。然而，在实际操作的情况下，由于负载变化，使得压缩机必须调节输出容量，其将造成液面无法达到目标高度，以致于不能充分发挥热交换器的最大效率。

由此可见，上述现有的满液式冰水机在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决的道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的满液式冰水机，便成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的满液式冰水机存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的满液式冰水机，能够改进一般现有的满液式冰水机，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的满液式冰水机存在的缺陷，而提供一种新型结构的满液式冰水机，所要解决的技术问题是使其利用量测冷凝器的压力，推估压缩机吐出温度，进而控制冷媒流量，以确保蒸发器的冷媒液面高度，从而更加适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种新型结构的满液式冰水机，所要解决的技术问题是使其利用价格较为便宜且具有高可靠度的温度侦测器量测压缩机出口温度，以控制冷媒流量并确保蒸发器的冷媒液面高度，进而取代价格昂贵的液位感测器，有效降低满液式冰水机的制造成本，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，提供一种新型结构的满液式冰水机，所要解决的技术问题是使其利用温度侦测器量测压缩机出口温度，以避免液态回流的情况发生，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种满液式冰水机，至少包括：一压缩机，其上具有一温度侦测器；一冷凝器，连接该压缩机，该冷凝器上具有一压力侦测器；一冷媒流量控制阀，连接于该冷凝器；一蒸发器，连接于该冷媒流量控制阀；以及一控制器，连接于该冷媒流量控制阀、该冷凝器上的该压力侦测器以及该压缩机上的该温度侦测器，从该压力侦测器获得一冷凝器压力值，并根据该冷凝压力值计算而得一压缩机目标吐出温度，比较该压缩机目标吐出温度与该压缩机上的该温度侦测器所量测的一压缩机实际吐出温度，以决定该冷媒流量控制阀的一开度。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的满液式冰水机，其中所述的冷媒流量控制阀包括一电子式膨胀阀。

前述的满液式冰水机，其中所述的控制器包括一可程式控制器。

前述的满液式冰水机，其中所述的压缩机目标吐出温度是为一压缩机预估吐出温度加上一预定温度差而得。

前述的满液式冰水机，其中所述的压缩机预估吐出温度是由查对照表而得，该对照表是预先储存于该控制器的一记忆体中。

前述的满液式冰水机，其中所述的压缩机预估吐出温度是由一计算公式计算而得，该计算公式是预先储存于该控制器的一记忆体中。

前述的满液式冰水机，其中所述的计算公式是为TD＝f(Pc)＝b0+b1Pc，其中Pc为该压力侦测器所量测而得的该冷凝器压力值，且b0：2.00-4.00，以及b1：4.00-6.00。

前述的满液式冰水机，其中所述的计算公式是为TD＝f(Pc，Pe)＝a0+a1Pc+a2Pe，其中Pc为该压力侦测器所量测而得的该冷凝器压力值，而Pe为该蒸发器上的一压力侦测器所量测而得的一蒸发器压力值，且a0：6.00-9.00，a1：4.00-6.00，以及a2：-2.00--0.50。

前述的满液式冰水机，其中当所述的压缩机实际吐出温度低于该压缩机预估吐出温度时，该控制器启动一液态回流保护程序。

前述的满液式冰水机，其中当所述的压缩机实际吐出温度低于该压缩机目标吐出温度时，该控制器调降该冷媒流量控制阀的该开度。

前述的满液式冰水机，其中当所述的压缩机实际吐出温度高于该压缩机目标吐出温度时，该控制器调升该冷媒流量控制阀的该开度。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：

为了达到上述目的，本发明提供了一种满液式冰水机，包含有一压缩机、一冷凝器、一冷媒流量控制阀、一蒸发器以及一控制器。其中压缩机上具有一温度侦测器，而冷凝器上则具有一压力侦测器。冷媒流量控制阀连接于冷凝器与蒸发器之间，用以控制进入蒸发器的冷媒流量。

控制器则连接冷媒流量控制阀、冷凝器上的压力侦测器以及压缩机上的温度侦测器，并从压力侦测器获得一冷凝器压力值，根据冷凝压力值计算而得一压缩机目标吐出温度，比较压缩机目标吐出温度与压缩机上的温度侦测器所量测的一压缩机实际吐出温度，以决定冷媒流量控制阀的一开度。

其中，冷媒流量控制阀较佳地是为电子式膨胀阀，而控制器较佳地则是为可程式控制器。而压缩机目标吐出温度则较佳地是为一压缩机预估吐出温度加上一预定温度差而得。此压缩机预估吐出温度可经由查询一预先储存于控制器的记忆体中的一对照表来决定。此压缩机预估吐出温度亦可经由预先储存于控制器的记忆体中的一计算公式来决定。

上述的计算公式可以仅为与冷凝器压力值相关的一公式，例如是TD＝f(Pc)＝b0+b1Pc，其中Pc为压力侦测器所量测而得的冷凝器压力值，且b0：2.00-4.00，以及b1：4.00-6.00。上述的计算公式亦可以为与冷凝器压力值与蒸发器压力值相关的一公式，例如是TD＝f(Pc，Pe)＝a0+a1Pc+a2Pe，其中Pc为压力侦测器所量测而得的冷凝器压力值，而Pe为蒸发器上的一压力侦测器所量测而得的一蒸发器压力值，且a0：6.00-9.00，a1：4.00-6.00，以及a2：；-2.00--0.50。

此外，当压缩机实际吐出温度低于压缩机预估吐出温度时，控制器更可以启动一液态回流保护程序。一般而言，当压缩机实际吐出温度低于压缩机目标吐出温度时，控制器调降冷媒流量控制阀的开度。当压缩机实际吐出温度高于压缩机目标吐出温度时，控制器调升冷媒流量控制阀的开度。

另外，为了达到上述目的，本发明另提供了一种满液式冰水机蒸发器的冷媒液面控制方法。此满液式冰水机蒸发器的冷媒液面控制方法包含有下列步骤，首先量测满液式冰水机的冷凝器的一饱和冷凝压力，并根据饱和冷凝压力，以获得一压缩机目标吐出温度。量测压缩机的一压缩机实际吐出温度并与压缩机目标吐出温度比较，以调整一冷媒流量控制阀的一开度。其中压缩机目标吐出温度较佳地亦是为一压缩机预估吐出温度加上一预定温度差而得。

此满液式冰水机蒸发器的冷媒液面控制方法，更可利用预先储存一对照表于满液式冰水机的控制器的记忆体中，并用以计算压缩机预估吐出温度。或者利用预先储存一计算公式于满液式冰水机的控制器的记忆体中，并用以计算压缩机预估吐出温度。

上述的计算公式可以仅为与冷凝器压力值相关的一公式，例如是TD＝f(Pc)＝b0+b1Pc，其中Pc为冷凝器压力值，且b0：2.00-4.00，以及b1：4.00-6.00。上述的计算公式亦可以为与冷凝器压力值与蒸发器压力值相关的一公式，例如是TD＝f(Pc，Pe)＝a0+a1Pc+a2Pe，其中Pc为冷凝器压力值，而Pe为蒸发器压力值，且a0：6.00-9.00，a1：4.00-6.00，以及a2：-2.00--0.50。

一般而言，当压缩机实际吐出温度低于压缩机目标吐出温度时，调降冷媒流量控制阀的开度，且当压缩机实际吐出温度高于压缩机目标吐出温度时，调升冷媒流量控制阀的开度。

本发明的满液式冰水机蒸发器的冷媒液面控制方法，更可以包括一初始运转步骤与一液态回流保护步骤。初始运转步骤是使用于启动满液式冰水机时，先调降冷媒流量控制阀的开度，以避免液态回流造成压缩机产生液压缩的现象。而液态回流保护步骤则是在压缩机实际吐出温度低于压缩机预估吐出温度时，再次启动初始运转步骤，以避免液态回流造成压缩机产生液压缩的现象。

经由上述可知，本发明有关于一种满液式冰水机，其具有一压缩机、一冷凝器、一冷媒流量控制阀、一蒸发器以及一控制器。压缩机更具有一温度侦测器，而冷凝器上则具有一压力侦测器。冷媒流量控制阀连接于冷凝器与蒸发器之间，用以控制进入蒸发器的冷媒流量。控制器根据冷凝压力值计算而得一压缩机目标吐出温度，并比较压缩机目标吐出温度与压缩机上的温度侦测器所量测的一压缩机实际吐出温度，以决定冷媒流量控制阀的一开度。

借由上述技术方案，本发明满液式冰水机至少具有下列优点：

本发明的满液式冰水机与冷媒液面控制方法可以利用侦测压缩机的出口温度与冷凝器的饱和冷凝压力，进行蒸发器的冷媒液面高度的控制。因此，本发明的满液式冰水机与冷媒液面控制方法可以利用价格较为便宜且具有高可靠度的温度侦测器量测压缩机出口温度，以取代价格昂贵的液位感测器，有效降低满液式冰水机的制造成本，同时更可以有效地避免液态回流的情况发生。因此，本发明的满液式冰水机与不仅可增加满液式冰水机的冷却效率，提升中央空调系统的效率，且同时可延长满液式冰水机的使用寿命。

综上所述，本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的满液式冰水机具有增进的多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是为本发明的满液式冰水机的冷媒液面高度的控制流程图。

图2是为本发明的满液式冰水机的一较佳实施例示意图。

110～180：步骤             210：压缩机

212：温度侦测器            220：冷凝器

222：压力侦测器            230：电子式膨胀阀

240：蒸发器                242：压力侦测器

250：控制器                252：记忆体

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的满液式冰水机其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明的满液式冰水机，是利用价格便宜且具有高可靠度的温度侦测器，来量测压缩机出口温度，以控制冷媒流量并确保蒸发器的冷媒液面高度，不仅可有效地降低满液式冰水机的制造成本，亦可以有效避免满液式冰水机液态回流的情况发生。以下将以图示及详细说明清楚说明本发明的精神，如熟悉此技术的人员在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

请参阅图1所示，是为本发明的满液式冰水机的冷媒液面高度的控制流程图。而图2则是为本发明的满液式冰水机的一较佳实施例示意图。

请同时参阅图1与图2所示，步骤110是启动满液式冰水机，而步骤120则是为初始运转的保护步骤。当启动满液式冰水机后，满液式冰水机进行初始运转，其调降并限制冷媒流量，以避免产生液态回流的情况，进而保护压缩机的使用寿命。

接下来进入步骤130，即进行饱和冷凝压力的量测，也就是利用图2中的压力侦测器222量测冷凝器(condenser)220的压力。其亦可以同时利用压力侦测器242，以量测蒸发器(evaporator)240的压力。其中压力侦测器亦可以利用温度侦测器量测饱和温度，藉以换算相对应的压力值，其亦不脱离本发明的精神。

接着步骤140计算并推估目标吐出温度，也就是推估压缩机的吐出温度。本发明的满液式冰水机的冷媒液面高度的控制是藉由量测蒸发器240与冷凝器220的工作压力后，利用查对照表或计算公式的方式，以推估压缩机210的出口温度。

以下将详细说明本发明的查对照表与计算公式的压缩机出口温度推估方式。

对照表一：

参见对照表一，对照表一是由压焓图(pressure-enthalpy图；PH图)上的等熵线所推估而成。例如当量测而得的冷凝器220的压力Pc＝6.5Kg/cm2，并量测而得蒸发器240的压力Pe＝2.0Kg/cm2时，经由该饱和蒸气点绘制冷媒的等熵线与压力线Pc＝6.5Kg/cm2相交，可求出理论吐出温度TD＝31.7℃，其可做为压缩机210吐出温度控制的下限温度值，称之为压缩机预估吐出温度，以有效的防止液态冷媒回流到压缩机210。经由详细的绘制不同压力的等熵线，即可求得在不同压力的情况下的理论吐出温度TD值，以作为压缩机210的吐出温度控制的标准。将这些推知的理论吐出温度TD值分别输入控制器250，例如是一可程式控制器的记忆体252中。本发明的满液式冰水机可在压力侦测器222、242分别量测而得冷凝机220与蒸发器240的压力后，经由查对照表推估压缩机210吐出温度，再与步骤150经由压缩机210上的温度侦测器212所量得的实际压缩机210的吐出温度进行比较，以于步骤160控制冷媒流量阀的开度，例如是一电子式膨胀阀230，进而调整蒸发器240的冷媒液面高度，使满液式冰水机的效率因而提升。

步骤170，当压缩机的吐出温度小于此下限吐出温度时，则启动液态回流保护，步骤180。而当压缩机的吐出温度不小于此下限吐出温度时，则继续进行压力的量测与比较压缩机210的实际吐出温度，以进行冷媒流量阀的开度控制。

如上所述，本发明的满液式冰水机的控制器250除了可以利用查对照表的方式推估压缩机210的吐出温度，其亦可以利用公式计算的方式，以推估压缩机210的吐出温度，进而连续地控制冷媒流量阀的开度。

首先，将对照表一中的各个压力数据与推估目标温度代入理论吐出温度方程式：

TD＝f(Pc，Pe)＝a0+a1Pc+a2Pe………公式(1)

并经由线性回归的计算，可求得：

a0：6.00-9.00

a1：4.00-6.00

a2：-2.00--0.50

此计算值与查对照表法的误差仅约在±2％之内。观察其中的数据又可发现|a2|约小于或等于0.5|a1|，Pe约等于0.28Pc，例如某一实施例，当Pe＝2.5kg/cm2时，Pc约等于9.0kg/cm2。

所以|a2×Pe|约等于0.14|a1×Pc|，则理论吐出温度方程式TD可简化为：

TD＝f(Pc)＝b0+b1Pc………公式(2)

然|a2×Pe|亦有可能比0.14|a1×Pc|更小，在经过另一次的线性回归计算后可得，其中：

b0：2.00-4.00

b1：4.00-6.00

此计算值与查对照表法的误差约仅在±4.5％之内。

因此，在实际应用上，本发明的满液式冰水机更可仅需量测饱和冷凝压力Pc，即可求得理论吐出温度TD，并以此理论吐出温度TD做为压缩机吐出温度控制的下限值(T)，并与实际压缩机210的吐出温度比较，以控制冷媒流量阀的开度。由于本发明的压缩机210的吐出温度可进一步简化成为仅与饱和冷凝压力相关，故亦可仅将理论吐出温度与饱和冷凝压力制成对照表，输入控制器250的记忆体252中，以用来计算压缩机预估吐出温度。

实际上运转时，为安全与有效地控制蒸发器240内的冷媒液面高度，更可以设定一吐出温度上限值(T+Δt)做为压缩机目标吐出温度。而吐出温度下限值(T)，即是压缩机预估吐出温度，来作为步骤170的压缩机实际吐出温度是否低于下限吐出温度的判断标准，以做为保护液态回流的控制温度。其中，Δt则是为一预定的温度差，可依据不同机型、不同运算条件适度调整的，其最适较佳值为0-6.0℃，以稳定地确保蒸发器240内的冷媒液面高度，可有效地高于铜管的高度。

本发明的满液式冰水机，可仅利用量测冷凝器220的冷凝压力，即可推估压缩机吐出温度，并利用此预估压缩机吐出温度为保护液态回流的下限温度控制，加上一预定的温度差(Δt)作为压缩机目标吐出温度的控制标准温度，以进行蒸发器240的冷媒液面控制，不仅可有效地简化满液式冰水机的冷媒液面控制，更可以降低满液式冰水机的制造成本，同时并免产生液态回流的情况，有效提升冰水机的冷却效率，以达到节约能源的目的，且更可以提高冰水机的使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1、一种满液式冰水机，其特征在于其至少包括：

一压缩机，其上具有一温度侦测器；

一冷凝器，连接该压缩机，该冷凝器上具有一压力侦测器；

一冷媒流量控制阀，连接于该冷凝器；

一蒸发器，连接于该冷媒流量控制阀；以及

一控制器，连接于该冷媒流量控制阀、该冷凝器上的该压力侦测器以及该压缩机上的该温度侦测器，从该压力侦测器获得一冷凝器压力值，并根据该冷凝压力值计算而得一压缩机目标吐出温度，比较该压缩机目标吐出温度与该压缩机上的该温度侦测器所量测的一压缩机实际吐出温度，以决定该冷媒流量控制阀的一开度。

2、根据权利要求1所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的冷媒流量控制阀包括一电子式膨胀阀。

3、根据权利要求1所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的控制器包括一可程式控制器。

4、根据权利要求1所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的压缩机目标吐出温度是为一压缩机预估吐出温度加上一预定温度差而得。

5、根据权利要求4所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的压缩机预估吐出温度是由查对照表而得，该对照表是预先储存于该控制器的一记忆体中。

6、根据权利要求4所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的压缩机预估吐出温度是由一计算公式计算而得，该计算公式是预先储存于该控制器的一记忆体中。

7、根据权利要求6所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的计算公式是为TD＝f(Pc)＝b0+b1Pc，其中Pc为该压力侦测器所量测而得的该冷凝器压力值，且b0：2.00-4.00，以及b1：4.00-6.00。

8、根据权利要求6所述的满液式冰水机，其特征在于其中所述的计算公式是为TD＝f(Pc，Pe)＝a0+a1Pc+a2Pe，其中Pc为该压力侦测器所量测而得的该冷凝器压力值，而Pe为该蒸发器上的一压力侦测器所量测而得的一蒸发器压力值，且a0：6.00-9.00，a1：4.00-6.00，以及a2：-2.00--0.50。

9、根据权利要求4所述的满液式冰水机，其特征在于其中当该压缩机实际吐出温度低于该压缩机预估吐出温度时，该控制器启动一液态回流保护程序。

10、根据权利要求1所述的满液式冰水机，其特征在于其中当该压缩机实际吐出温度低于该压缩机目标吐出温度时，该控制器调降该冷媒流量控制阀的该开度。

11、根据权利要求1所述的满液式冰水机，其特征在于其中当该压缩机实际吐出温度高于该压缩机目标吐出温度时，该控制器调升该冷媒流量控制阀的该开度。