CN101326410B - 使用不同制冷剂的多管路制冷系统 - Google Patents
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Abstract
一种多管路的制冷系统包括带有不同制冷剂的多条管路。一控制器选择性地匹配感知的环境空间调节的应用，用于选择性地与多条管路相连接。
Description
【技术领域】
本发明涉及多管路制冷系统，其中不同的制冷剂被用于多管路中，用以提供对环境状况和负载要求的调节运行的能力。
【背景技术】
制冷系统在很多场合下被使用，用以调节环境。尤其地，空调器和加热泵被使用于制冷或者加热进入环境内的空气。环境的制冷和加热负载可以随着外界条件、居住水平、可感和潜在负载需求而变化，并且随着温度以及/或者湿度，环境内的居民可以调节设定点。
多管路制冷系统同样可应用于工业，其中几个独立管路在一单个控制器下运行，用以提供响应于外界负载需求的可感和潜在容量的各个水平，并且其中每个管路可独立地在几个运行体系的一个中运行。
对制冷系统设计者有用的一个选择涉及可用制冷剂的选择。各种制冷剂已被人们熟知，并且每个具有单独属性和特征。因此，不同的制冷剂可以提供不同容量、效率、减湿能力以及安全和毒性级别、与环境兼容性的各种程度等等。
例如，一些制冷剂如R134a，可以在环境温度相对较高的空气调节模式内被最好地利用，一些其它制冷剂如R410A，当环境温度相对较低时可被较好地使用。类似地，对于热泵应用场合，一些制冷剂如R744，可最适用于加热运行，而其它制冷剂如R245fa，可最适用于冷却运行。
在至少一个建议的应用中，循环通过制冷系统的制冷剂成分根据使用精馏塔概念的特定运行模式(参考美国专利6,070,420以及5,848,537)已经被选择性地调节。然而，用于改变和优化制冷剂成分的管路、系统示意图、运行控制等，是过于复杂并且昂贵的。
【发明内容】
在本发明的一个揭示实施例中，制冷系统被提供有平行运行的多条管路。至少两条管路被提供有不同制冷剂，在一个实施例中，制冷系统为一空气调节系统，并且两种制冷剂可被选出在不同环境温度下最好地利用。作为举例，每种制冷剂在指示温度范围中可提供效率好处。一个管路可充有一种制冷剂，其在较高环境温度下最好地被利用，而其它管路可具有在较低环境温度下最好地被利用的一种制冷剂。系统的控制器监控环境温度，并根据感知的环境温度在一顺序中利用两个管路。
众所周知，多管路的控制运行彼此结合的管路，用以最好地解决于一特定环境调节的情况。本发明的控制可操作于感知环境温度，以及最初地使用承担有制冷剂管路，该制冷剂最好地适用于一存在的环境温度范围。一般地，其它管路仅当额外的容量的增加被需要时被连接。因此，最有效地用于特定环境情况的管路提供了空间调节的大小。其它管路被较少地利用并作为“微调”管路。也就是，它被用于补充主管路。万一环境条件改变巨大足以使制冷剂循环通过多条管路制冷系统的另一独立管路而使其更有效，该管路将成为首要的，并且首先被联机用以解决空间调节需要。
在另一个实施例中，对于调节环境的温度范围，类似策略可被执行。例如，一种制冷剂能最大热动地有利于一高温范围，并且另一种制冷剂在低温范围下具有优势。根据感知的调节空间温度，该系统控制确定并优化多路制冷系统的连续运行，在这种控制策略的逻辑延伸内，基于室内和室外温度分别作为独立变量的一个两维图，室内及室外温度能够被用于确定一合适的(例如最高效率的)连续运作。
在再另一个实例中，此制冷系统是具有多管路的热泵。其中热泵多管路中的一条被提供有最有效于制冷情形的制冷剂，另一管路被提供有最有效于制热情形的制冷剂。再者，控制器可操作地初始利用充有最好制冷剂的管路作为用于特定运行的“主”管路。进一步地，当期望同时运行在空气调节模式下多管路系统的一些独立管路以及在热泵模式下的多管路时，例如用于控制湿度，最好制冷剂通过系统控制器被匹配于运行的一特定模式。
在另一个实施例中，既然充有不同制冷剂的管路本质上是不稳定的(或者在相同环境条件下提供不同的容量)，基于最小化许多开始-停止循环(以及关联的损失)以匹配特定容量需求以及考虑充有特定制冷剂的一特定管路的持续运行效率，系统控制利用一运行顺序逻辑，用以全面优化单元性能和稳定性。
而且，一些管路可以提供有单成分制冷剂(“纯物质”制冷剂)，而其它管路可提供有多成分制冷剂的混合物，或者每个管路可以提供有有不同成分组成的制冷剂混合物。在一个实施例中，该混合物可由相同的区别制冷剂成分组成，其在两个管路之间混合了不同成分(比例)。
实施例所揭示的仅仅包括两个管路，容易理解，本发明还可以增加采用额外的管路。本领域的一般技术人员可认知到哪些制冷剂是最好地适用于特定应用。
本发明的这些和其它特征可通过下述的说明和附图更好地被理解。下述为本发明的概要说明。
【附图说明】
图1图示了第一示意图。
图2图示了第二示意图。
【具体实施方式】
图1图示了可用作为空气调节系统的一制冷系统，其包括有以平行方式设置的多个管路50。每个管路50包括将制冷剂传送到冷凝器20、膨胀装置22以及蒸发器24的一压缩机12。为了冷却应用，空气调剂系统中的冷凝器20位于环境的外部用以被调节，而蒸发器24位于作为一内部热交换器。
两个管路50被提供有不同制冷剂。在一个实施例中，控制器100可操作地感测环境温度。一个管路50充有最好地用在较高环境温度中的一种制冷剂，而另一个管路被提供有最好地用在较低环境温度中的制冷剂。控制器100控制两个管路50。基于感测的环境温度，控制器100选择最初利用哪个管路50来满足冷却需求。作为一实施例，环境温度应当稍微有点低，充有最好地用在较低环境温度的制冷剂的管路50最初被引入联机以满足冷却负载。如果额外的冷却需要于满足冷却的需要，其它的管路，其在较低环境温度下“不太适用”，将被启动并用作为调整管路用以全面地满足冷却需求。
相反地，当较高的环境温度被控制器100感测到时，管路以相反的顺序被使用。
因此，本发明提供了利用不同制冷剂的能力用于最有效地和准确地满足冷却应用。应当注意，制冷系统多数时间典型性地运行在局部载荷条件下，因此带有“不太适用”制冷剂的一补充管路将很少地被使用，并且将制冷剂匹配到特定环境条件所获得的好处不会退让。
进一步地，类似策略可以使用于被调节的环境的温度范围。一制冷剂可为热动上最有利于较高温度范围，并且其它制冷剂在较低温度范围具有优势。根据感测的调节空间温度，控制器100确定及优化多管路制冷系统的运行顺序。同样，作为该控制策略的逻辑延伸，室内外温度都能够被用于合适的(例如最有效的)运行顺序的确定，其基于带有室内和室外温度的两维图作为独立变量。明显地，本发明同样延伸到制冷剂在运行在反临界和超临界区域。
在制热应用中，冷凝器20可位于室内并且蒸发器24位于室外，但是关于室内外温度的控制器100的上述逻辑将被保持(虽然可参考于不同性能图)。
同样地，多于两个管路以及多于两个制冷剂可以应用于多管路系统的配置。
图2图示了另一个实施例，其中热泵被用在一多管路系统中。如图所示，其具有一对管路10。当然，不同数量的管路和多于两个不同制冷剂在本发明的保护范围内。每个管路10包括一压缩机12，其将制冷剂传送到一排出管路14。一吸入管路16将制冷剂返回到压缩机12。一四通阀18选择性地将来自排出管路14的制冷剂传送到在制冷(或者空气调节)运行模式下的室外热交换器20，或者传送到在制热(或者热泵)运行模式下的室内热交换器24上。在制冷模式中，四通阀18将制冷剂传送到室外热交换器20，然后传送到膨胀装置22，在然后传送到室内热交换器24，并从其返回通过四通阀18以及吸入管路16到压缩机12。在制热模式下，制冷剂通过系统的流向本质上相反，制冷剂从压缩机12流经四通阀18、室内热交换器24、膨胀装置22、室外热交换器20，并且然后再次流经四通阀18和吸入管路16并返回到压缩机12。这种通常的运行在本领域中已经被熟知。四通阀18被控制于获得制冷运行模式或者制热运行模式。而且，如果膨胀装置不能处理反向流，作为潜在的解决方案，带有相应单向阀的一对单向膨胀装置可以取代之而被使用。
多热泵管路10的一个被提供有制冷情况下最有效的制冷剂，并且其它管路被提供有制热情况下最有效的制冷剂。再次地，控制器100可操作地最初使用包括有特定运行时最好制冷剂的管路。进一步地，类似策略可以同样地被使用于提供湿度的舒适性，而在制冷模式下同时运行热泵管路的一个，在制热模式下运行其它管路，而最好制冷剂通过控制器100被匹配于一特定的运行模式。
同样，既然充有不同制冷剂的管路本质上不稳定的(典型地在相同环境条件下传送不同的容量水平)，通过降低循环损失同时选择管路来最小化，例如，多个启动和停止，一运行顺序可以被开发用于优化单元性能。进一步地，一优化策略可以被开发，其在特定条件下每个管路运行效率以及循环损失同时被评估用于确定最高效率以及单元运行的可靠顺序/控制逻辑。在考虑上述的所有情况下，运行系统的变换器通信反馈以及/或者到控制器100的环境条件，基于主要-次要的基础成为管路之间转换的决定因素。
本发明的一主要方面为在多管路制冷系统中每个管路具有不同的制冷剂，其在系统运行和控制提供放大的容量来满足外部感知和潜在的需要的较宽范围。本发明的教义不限制于一特定系统或者制冷剂，并且，对于本领域一般技术人员而言，本发明的优点可以容易地延伸到其它设计装置中。同样，需要注意，制冷剂可以为各种成分(“纯”物质)的混合物，并且改变这种混合物的一种成分同样可构成不同的制冷剂。
提供一合适的控制用于所有制冷系统成分和设备的运行可同样在本领域一般技术人员的技能内。
虽然本发明揭示了一优选实施例，本领域的一般技术人员可认知到，在本发明的保护范围内可以对本发明做一定修改。正是如此，本发明的真正的保护范围应当为本发明的权利要求。
Claims (32)
1.一种制冷系统，包括：
多个平行的管路，所述管路中的每一个包括压缩机、室外热交换器、膨胀装置以及室内热交换器；以及
使用在多个所述管路中的至少两种不同的制冷剂，
其中每个管路运行通过控制器被控制以获取期望的系统运行，所述控制器选择所述多个管路的启动顺序。
2.如权利要求1所述的制冷系统，其中具有两种不同的制冷剂。
3.如权利要求1所述的制冷系统，其中具有两个平行的管路。
4.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述控制器为多个管路中的每一个管路选择一定数量的接合时间。
5.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述不同的制冷剂包括最适用于较低环境温度的第一制冷剂和最适用于较高环境温度的第二制冷剂，且控制器用于感测环境温度并且基于所述感测环境温度启动所述多个管路，以及选择充有最匹配于所述感测环境温度的制冷剂的管路。
6.如权利要求5所述的制冷系统，其中所述不同的制冷剂同样包括最适用于被调节环境的较高温度范围的第一制冷剂和最适用于被调节环境的较低温度范围的第二制冷剂，且所述控制器利用需求温度范围以基于所述感测的需求温度范围启动所述多个管路，以及选择充有最匹配于所述需求温度范围的制冷剂的管路。
7.如权利要求5所述的制冷系统，其中多个管路可被启动，所述被选择的管路的启动优先于所述多个管路中的任何其它管路的启动。
8.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述不同的制冷剂包括最适于被调节环境的较高温度范围的第一制冷剂和最适于被调节环境的较低温度范围的第二制冷剂，且控制器利用需求温度范围以基于所述需求温度范围启动所述多个管路，以及选择充有最匹配于所述需求温度范围的制冷剂的管路。
9.如权利要求8所述的制冷系统，其中多个管路可被启动，所述被选择的管路启动优先于所述多个管路的任何其它的启动。
10.如权利要求1所述的制冷系统，其中多个管路可被启动，一被选择的管路的启动优先于所述多个管路中的任何其它管路的启动。
11.如权利要求1所述的制冷系统，其中系统运行在制冷模式。
12.如权利要求1所述的制冷系统，其中系统运行在制热模式。
13.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷系统可运行为热泵，并包括流量控制装置，用于在制冷模式下选择性地将制冷剂从所述压缩机最初传送到所述室外热交换器，或者在制热模式下最初传送到所述室内热交换器，并且所述多种制冷剂包括利用在制冷模式下的制冷系统中的第一制冷剂以及利用在制热模式下的制冷系统中的第二制冷剂，并且根据制冷系统是在制冷模式还是在制热模式，所述控制器改变所述管路启动顺序。
14.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述制冷系统可运行为热泵，并包括流量控制装置，用于在制冷模式下选择性地将制冷剂从所述压缩机最初传送到所述室外热交换器，或者在制热模式下最初传送到所述室内热交换器，并且所述多种制冷剂包括利用在制冷模式下的制冷系统中的第一制冷剂以及利用在制热模式下的制冷系统中的第二制冷剂，根据制冷和减湿需要所述控制器启动所有管路。
15.如权利要求1所述的制冷系统，其中第一和第二制冷剂被选出，用以在不同环境条件下提供不同的容量，并且所述控制器感测环境条件，并以一定顺序利用两个管路，用以在感测环境条件下获取期望容量。
16.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述不同的制冷剂从单成分制冷剂和多成分制剂冷混合物中选出。
17.如权利要求1所述的制冷系统，其中所述不同的制冷剂为混合物，其由相同的区别制冷剂成分组成，并且在所述多个管路之间混合了不同成分。
18.一种运行多管路制冷系统的方法，包括以下步骤：
(1)提供平行运行的多个制冷剂管路，共用控制器用于所述多个制冷剂管路并在多个所述制冷剂管路中提供不同的制冷剂；
(2)选择性地运行所述多个管路用于期望的系统运行；
(3)每个管路运行通过控制器被控制，以获取期望的系统运行，其中所述控制器选择所述多个管路的启动顺序。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述不同的制冷剂包括最适用于较低环境温度的第一制冷剂和最适用于较高环境温度的第二制冷剂，且控制器用于感测环境温度并且基于所述感测环境温度启动所述多个管路，以及选择包含有最匹配于所述感测环境温度的制冷剂的管路。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述不同的制冷剂同样包括最适用于被调节环境的较高温度范围的第一制冷剂和最适用于被调节环境的较低温度范围的第二制冷剂，且所述控制器利用需求温度范围以基于所述感测的需求温度范围启动所述多个管路，以及选择充有最匹配于所述需求温度范围的制冷剂的管路。
21.如权利要求20所述的方法，其中多个管路可被启动，所述被选择的管路的启动优先于所述多个管路中的任何其它管路的启动。
22.如权利要求19所述的方法，其中多个管路可被启动，与所述多个管路中的任何其它管路相比，所述被选择的管路，大部分时间被启动。
23.如权利要求18所述的方法，其中所述不同的制冷剂包括最适用于被调节环境的较高温度范围的第一制冷剂和最适用于被调节环境的较低温度范围的第二制冷剂，且所述控制器利用需求温度范围以基于所述感测的需求温度范围启动所述多个管路，以及选择充有最匹配于所述需求温度范围的制冷剂的管路。
24.如权利要求23所述的方法，其中多个管路可被启动，所述被选择的管路的启动优先于所述多个管路中的任何其它管路的启动。
25.如权利要求23所述的方法，其中多个管路可被启动，与所述多个管路中的任何其它管路相比，所述被选择的管路，大部分时间被启动。
26.如权利要求18所述的方法，其中多个管路可被启动，一被选择的管路的启动优先于所述多个管路中的任何其它管路的启动。
27.如权利要求18所述的方法，其中多个管路可被启动，与所述多个管路中的任何其它管路相比，一被选择的管路大部分时间被启动。
28.如权利要求18所述的方法，其中所述制冷系统可运行为热泵，并包括流量控制装置，用于在制冷模式下选择性地将制冷剂从所述压缩机最初传送到所述室外热交换器，或者在制热模式下最初传送到所述室内热交换器，并且所述多种制冷剂包括利用在制冷模式下的制冷系统中的第一制冷剂以及利用在制热模式下的制冷系统中的第二制冷剂，根据制冷和减湿需要所述控制器启动所有管路。
29.如权利要求18所述的方法，其中第一和第二制冷剂被选出，用以在不同环境条件下提供不同的容量，并且所述控制器感测环境条件，并选择性地运行所述多个管路，用以在感测环境条件下获取期望容量。
30.如权利要求18所述的方法，其中系统运行在制冷模式。
31.如权利要求18所述的方法，其中系统运行在制热模式。
32.如权利要求18所述的方法，其中所述制冷系统可运行为热泵，并包括流量控制装置，用于在制冷模式下选择性地将制冷剂从所述压缩机最初传送到所述室外热交换器，或者在制热模式下最初传送到所述室内热交换器，并且所述多个制冷剂包括利用在制冷模式下的制冷系统中的第一制冷剂以及利用在制热模式下的制冷系统中的第二制冷剂。
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