CN101432583B - 用于管理空调单元中的制冷剂容量的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在空调单元中管理制冷剂容量的装置，包括冷却回路，通过该冷却回路，从压缩机出来的制冷剂流流经冷凝器，又流经蒸发器，从压缩机和冷凝器之间的第一终端延伸至蒸发器和冷凝器之间的第二终端的热回收回路，热回收单元位于热回收回路的第一和第二终端之间，第一阀位于冷凝器和第一终端之间，第二阀位于第一终端和热回收单元之间，第三阀位于冷却容量回路上，所述冷却容量回路在冷凝器和蒸发器之间的冷却回路上有第一端，并且在蒸发器上有第二端，第四阀位于热容量回路上，所述热容量回路在热回收回路上有第一端，并且在蒸发器上有第二末端，以及逻辑单元，其用于感测饱和温度，并根据饱和温度来开启和关闭阀，以管理制冷剂容量。

Description

用于管理空调单元中的制冷剂容量的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于管理在热回收模式下运行的空调系统中的制冷剂容量(charge)的装置，以及使用这种装置的方法。
背景技术
在典型的空调系统中，制冷剂流从压缩机流经冷凝器盘管，并且在返回一个或多个压缩机之前流经蒸发器。从而形成回路，这里的回路是作为冷却回路。当空调装置处于冷却模式时，制冷剂在冷却回路中循环。通过“冷却模式”，这意味着制冷剂在冷却回路中循环来冷却蒸发器盘管周围的空气。经常，热回收回路会并行设置于冷却回路。热回收回路使用热回收单元。热回收单元是由一系列被水包围的盘管形成的。当被加热的制冷剂流经盘管时，热量就通过从制冷剂到周围水之间的热转移被转移或回收了。在热回收模式期间，制冷剂流经热回收回路。典型地，在冷却模式期间，关闭一个阀或多个阀来阻止制冷剂流经热回收回路。相反地，在热回收模式期间，关闭一个阀或多个阀来阻止制冷剂流经冷却回路。
由于在冷却模式和加热模式下空调系统设置有不同的需求，因此就存在不同数量的制冷剂循环于系统中的需求。具体地，在冷却模式期间，需要更大量的制冷剂流经冷却回路。相反地，在加热模式期间，需要更少量的制冷剂流经热回收回路。因此，所需要的是用于控制在冷却模式和热回收模式中所需的不同量的制冷剂的方法，该方法不会降低系统的运行，而是利用储藏在不需要的制冷剂中的能量来使在任一模式下系统的运行都达到最优化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在空调系统以热回收模式运行时管理制冷剂容量的装置和使用这种装置的方法。
根据本发明，用于管理空调单元中的制冷剂容量的装置包括：冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；热回收回路，从压缩机和冷凝器之间的第一终端延伸至蒸发器和冷凝器之间的第二终端；热回收单元，位于热回收回路的第一和第二终端之间；第一阀，位于冷凝器和第一终端之间；第二阀，位于第一终端和热回收单元之间；第三阀，位于冷却容量回路上，该冷却容量回路具有在冷凝器和蒸发器之间的冷却回路上的第一端，以及在蒸发器上的第二端；第四阀，位于热容量回路上，该热容量回路具有在热回收回路上的第一端以及在蒸发器上的第二端；以及逻辑单元，用于感测饱和温度，并根据饱和温度来开启和关闭阀，以管理制冷剂容量。
根据本发明，用于管理空调装置中的制冷剂容量的方法包括这些步骤：设置空调系统，所述空调系统包括：冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；热回收回路，从压缩机和冷凝器之间的第一终端延伸至蒸发器和冷凝器之间的第二终端；热回收单元，位于热回收回路的第一和第二终端之间；第一阀，位于冷凝器和第一终端之间；第二阀，位于第一终端和热回收单元之间；第三阀，位于冷却容量回路上，该冷却容量回路具有在冷凝器和蒸发器之间的冷却回路上的第一端以及在蒸发器上的第二端；第四阀，位于热容量回路上，该热容量回路具有在热回收回路上的第一端以及在蒸发器上的第二端；以及逻辑单元，用于感测饱和温度，并根据饱和温度来开启和关闭阀，以管理制冷剂容量。
根据本发明，用于管理空调装置中的制冷剂容量的装置包括冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；热回收回路，从压缩机和冷凝器之间的第一终端延伸至蒸发器和冷凝器之间的第二终端；多个制冷剂控制装置，用于调节制冷剂流经冷却回路、热回收回路、冷却容量回路、和热容量回路的流量；和逻辑单元，用于感测饱和温度，并根据饱和温度来控制制冷剂控制装置，以管理制冷剂容量。
根据本发明，用于管理空调单元中的制冷剂容量的方法包括这些步骤：设置空调系统的步骤，所述空调系统包括：冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；热回收回路，从压缩机和冷凝器之间的第一终端延伸至蒸发器和冷凝器之间的第二终端；多个制冷剂控制装置，用于调节制冷剂流经冷却回路、热回收回路、冷却容量回路、和热容量回路的流量；和逻辑单元，用于感测饱和温度，并根据饱和温度来控制制冷剂控制装置，以管理制冷剂容量，以及利用该逻辑单元来控制多个制冷剂控制装置，以管理制冷剂容量的步骤。
本发明的一个或更多具体实施例的详细内容将结合下面的附图和说明书进行阐述。本发明的其它的特征、目的和优点根据说明书和附图以及权利要求书变得显而易见。
附图说明
图1是本发明的空调系统的示意图。
不同附图中的相同的引用数字和标记表示相同的元件。
具体实施方式
因此本发明的教导在于提供一种空调装置及用于这种装置的方法，其中加入了一系列的阀，阀的操作用来使处于冷却模式和热回收模式中系统的制冷剂容量都最优化。
参照附图1，其示出了本发明的装置的示意图。空调单元10是由冷却回路形成的。冷却回路包括与冷凝器盘管21和蒸发器36相串联的一个或多个压缩机23。在冷却模式期间，制冷剂被从压缩机23吸出，环绕流经冷凝器盘管21和蒸发器36，并回到压缩机23。与冷却回路相并联配置的是热回收回路。热回收回路包括热回收单元。热回收回路有连接在压缩机23和冷凝器盘管21之间的第一端或终端，其另一端在冷凝器盘管21和蒸发器36之间的一点与冷却回路相连。在所示的实施例中，热回收回路的第二端与冷却回路在传感器节点41上相连。正如下面将更充分地描述那样，在传感器节点41处，本发明的空调单元10恰好在制冷剂流入蒸发器36之前感测到制冷剂的压力和温度。
在一个优选实施例中，本发明利用了至少四个阀的定位，以使空调单元的运行能够根据本发明的方法进行，对这些阀位置的选择在下面进行更充分的描述。虽然以四个阀作为参考进行描述，但是本发明并不局限于此。相反地，本发明包括任意数量的阀，或制冷剂流控制装置，这些阀或控制装置就象下面所描述的那样，被布置和操作来影响制冷剂流。第一阀位于冷凝器盘管21和热回收回路的第一终端之间。第二阀位于热回收回路的第一终端和热回收单元25之间。作为第一和第二阀31，35分别放置的结果，本发明的空调装置10可以在冷却模式或热回收模式下运行。在冷却模式中，第二阀35是关闭的，而此时第一阀31是开启的。由于这种构造，制冷剂可以自由地流动并在冷却回路中循环。相反地，在热回收模式中，第二阀是开启的，而此时第一阀是关闭的。在这样的构造中，制冷剂从压缩机23循环经过热回收单元25以及在回到压缩机23之前还经过蒸发器36。
除了所提及的两个阀31，35，还另外设置了两个阀33，37。第三阀33如此设置，以使形成冷却容量回路，具有位于冷凝器盘管21和传感器节点41之间的冷却回路上的第一端。并且向下延伸至终止在蒸发器36附近的第二端，以使制冷剂可以流入蒸发器36中。同样，第四阀37位于热容量回路上，该热容量回路具有在热回收单元25和传感器节点41之间的热回收回路上的第一端，和终止在蒸发器上或附近的第二端，以使制冷剂可以流入蒸发器36中。
最后，还设置了与传感线51相连接的逻辑单元27。传感线51将在传感器节点41上测量到的压力和温度数据传送至逻辑单元27。正如下面所描述的，根据通过传感线51提供给逻辑单元27的压力和温度的测量值，逻辑单元27控制第一、第二、第三和第四阀31，35，33，37的开启和关闭。如上所述，压力和温度测量值是在传感器节点41处获得的。从这些测量值中计算出饱和温度。具体地，计算出的饱和温度应该等于离开(leaving)冷凝器的液体压力减去离开冷凝器的实际制冷剂温度。饱和温度与本发明的空调装置10的过冷却设定点相比较。
如上所述，当在冷却模式中时，关闭第二阀35并开启第一阀31，以允许制冷剂在整个冷却回路中循环。如果逻辑单元确定出计算的饱和温度低于过冷却设定点时，打开第四阀37。由于打开了第四阀37，储藏在热回收单元中的热容量通过接近蒸发器36的热容量回路的入口点而流入冷却回路中。这种附加的热容量的注入用于提高计算的饱和温度。允许计算出的饱和温度上升直到近似等于所期望的过冷却设定点，在这个时候，第四阀37再一次关闭。相反地，如果计算出的饱和温度超过了所期望的过冷却设定点时，开启第二阀35。因此，包含在循环于冷却回路中的制冷剂里的一部分容量被虹吸出去，进入热回收单元25中。第二阀35保持开启，直到足够的热量被回收，这样计算出的饱和温度降回至大约等于过冷却设定点的点上。
正如上面所指出的，在热回收模式中，第二阀35是开启的，此时第一阀31是关闭的。再一次，逻辑装置27通过传感器节点41上的压力和温度的测量值计算出饱和温度。例如，计算出的饱和温度低于所期望的过冷却设定点时，打开第三阀33以回收储藏在冷凝器盘管中的容量。第三阀33保持开启直到足够的容量被回收以将计算出的饱和温度提高至接近等于过冷却设定点的温度。相反地，例如逻辑单元27计算出的饱和温度超过了过冷却设定点时，开启第一阀31以将容量(charge)储藏于冷凝器盘管21中，直到计算出的饱和温度降至接近等于过冷却设定点的温度。
逻辑单元27可以是任何计算装置，可以是模拟的也可以是数字的，能够接收输入的数据(例如压力和温度数据)并根据上述数据计算出饱和温度。逻辑单元27还另外具有能够发出输出信号的结构，以指示第一，第二，第三和第四阀31，35，33，37的开启和关闭。
已经描述了本发明的一个或更多具体实施例。然而可以理解的是，在不违背发明的精神和范围的情况下，可以进行多种修改。相应地，其它的具体实施例也在所附权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种用于在空调单元中管理制冷剂容量的装置，其特征在于，所述装置包括：
冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；
热回收回路，从所述压缩机和所述冷凝器之间的第一终端延伸至所述蒸发器和所述冷凝器之间的第二终端；
所述第二终端与冷却回路在传感器节点上相连；
热回收单元，位于所述热回收回路的所述第一终端和第二终端之间；
第一阀，位于所述冷凝器和所述第一终端之间；
第二阀，位于所述第一终端和所述热回收单元之间；
第三阀，位于冷却容量回路上，该冷却容量回路具有在所述冷凝器和传感器节点之间的冷却回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端；
第四阀，位于热容量回路上，该热容量回路具有在所述热回收单元和传感器节点之间的热回收回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端；
以及逻辑单元，逻辑单元与传感线相连，传感线将传感器节点上测量得到的压力和温度数据传送至逻辑单元，由此计算出饱和温度，逻辑单元根据所述饱和温度来开启和关闭所述第一、第二、第三、第四阀，以管理所述制冷剂容量。
2.一种用于管理空调单元中的制冷剂容量的方法，其特征在于，所述方法包括：
设置空调系统的步骤，所述空调系统包括：
冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；
热回收回路，从所述压缩机和所述冷凝器之间的第一终端延伸至所述蒸发器和所述冷凝器之间的第二终端；
所述第二终端与冷却回路在传感器节点上相连；
热回收单元，位于所述热回收回路的所述第一和第二终端之间；
第一阀，位于所述冷凝器和所述第一终端之间；
第二阀，位于所述第一终端和所述热回收单元之间；
第三阀，位于冷却容量回路上，该冷却容量回路具有在所述冷凝器和传感器节点之间的冷却回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端；
第四阀，位于热容量回路上，该热容量回路具有在所述热回收单元和传感器节点之间的热回收回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端；以及
逻辑单元，逻辑单元与传感线相连，传感线将传感器节点上测量得到的压力和温度数据传送至逻辑单元，由此计算出饱和温度，逻辑单元根据所述饱和温度来开启和关闭所述第一、第二、第三、第四阀，以管理所述制冷剂容量，以及
利用所述逻辑单元根据所述饱和温度来开启和关闭所述第一、第二、第三、第四阀以管理所述制冷剂容量的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述的开启和关闭所述第一、第二、第三、第四阀还包括附加步骤：
启动冷却模式；
当饱和温度低于过冷却设定点时，打开所述第四阀；
当饱和温度高于过冷却设定点时，打开所述第二阀。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述启动所述冷却模式包括开启所述第一阀和关闭所述第二阀。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述的开启和关闭所述第一、第二、第三、第四阀包括附加步骤：
启动热回收模式；
当饱和温度低于过冷却设定点时，打开所述第三阀；以及
当饱和温度高于过冷却设定点时，打开所述第一阀。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述的启动所述热回收模式包括开启所述第二阀和关闭所述第一阀。
7.一种用于管理空调单元中的制冷剂容量的装置，其特征在于，所述装置包括：
冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；
热回收回路，从所述压缩机和所述冷凝器之间的第一终端延伸至所述蒸发器和所述冷凝器之间的第二终端；
热回收单元，位于所述热回收回路的所述第一终端和第二终端之间；
所述第二终端与冷却回路在传感器节点上相连；
多个制冷剂控制装置，用于调节制冷剂经由所述冷却回路、所述热回收回路、冷却容量回路和热容量回路的流动，其中，所述冷却容量回路具有在所述冷凝器和传感器节点之间的冷却回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端，所述热容量回路具有在所述热回收单元和传感器节点之间的热回收回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端；
和逻辑单元，逻辑单元与传感线相连，传感线将传感器节点上测量得到的压力和温度数据传送至逻辑单元，由此计算出饱和温度，逻辑单元根据所述饱和温度来控制所述制冷剂控制装置，以管理所述制冷剂容量。
8.如权利要求7所述的装置，另外还包括位于所述热回收回路上的热回收单元。
9.如权利要求7所述的装置，其中，所述多个制冷剂控制装置包括多个阀。
10.一种用于管理空调单元中的制冷剂容量的方法，其特征在于，所述方法包括：
设置空调系统的步骤，所述空调系统包括：冷却回路，制冷剂通过该冷却回路从压缩机流经冷凝器以及流经蒸发器；热回收回路，从所述压缩机和所述冷凝器之间的第一终端延伸至所述蒸发器和所述冷凝器之间的第二终端；热回收单元，位于所述热回收回路的所述第一终端和第二终端之间；所述第二终端与冷却回路在传感器节点上相连；多个制冷剂控制装置，用于调节制冷剂经由所述冷却回路、所述热回收回路、冷却容量回路和热容量回路的流动，其中，所述冷却容量回路具有在所述冷凝器和传感器节点之间的冷却回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端，所述热容量回路具有在所述热回收单元和传感器节点之间的热回收回路上的第一端以及在所述蒸发器上的第二端；和逻辑单元，逻辑单元与传感线相连，传感线将传感器节点上测量得到的压力和温度数据传送至逻辑单元，由此计算出饱和温度，逻辑单元根据所述饱和温度来控制所述制冷剂控制装置，以管理所述制冷剂容量，
以及利用所述逻辑单元来控制所述多个制冷剂控制装置以管理所述制冷剂容量的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述利用所述逻辑单元来控制所述多个制冷剂控制装置包括附加的步骤：
启动冷却模式；
当饱和温度低于过冷却设定点时，运行所述多个制冷剂控制装置中的一个以使制冷剂能够流过所述热容量回路；以及
当饱和温度高于过冷却设定点时，运行所述多个制冷剂控制装置中的一个以使制冷剂能够流过所述热回收回路。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述的利用所述逻辑单元来控制所述多个制冷剂控制装置包括附加步骤：
启动热回收模式；
当饱和温度低于过冷却设定点时，运行所述多个制冷剂控制装置中的一个以使制冷剂能够流过所述热容量回路；以及
当饱和温度高于过冷却设定点时，运行所述多个制冷剂控制装置中的一个以使制冷剂能够流过所述冷却回路。
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