CN101611275A - 用于控制空调系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有制冷模式和自由制冷模式的空调系统。该系统具有：制冷回路，其具有压缩机和泵；吸入压力传感器，其用于测量压缩机的吸入压力；排出压力传感器，其用于测量压缩机的排出压力；控制器，其用于选择性地通过用压缩机使制冷剂在制冷回路中循环和压缩而运转于制冷模式，或者通过用泵使制冷剂在制冷回路中循环而运转于自由制冷模式；以及驻留在控制器的回收制冷剂序列，该回收制冷剂序列配置成当控制器从制冷模式切换至自由制冷模式时，将制冷回路的不用于自由制冷模式的部分中的制冷剂泵至制冷回路的用于自由制冷模式的剩余部分。

Description

用于控制空调系统的方法和系统
技术领域
本公开涉及空调系统。具体而言，本公开涉及用于控制具有自由制冷模式和制冷模式的空调系统的方法和系统。
背景技术
在空调系统的典型运转的期间，系统运行于制冷模式(coolingmode)，在该制冷模式中，能量消耗在使压缩机运转上。压缩机以公知的方式压缩制冷剂(refrigerant)并使其循环，以冷却或调节工作流体(working fluid)，例如空气或者其它次级回路流体(secondary loopfluid)(例如，冷却水或乙二醇)。然后，调节过的工作流体可以用于冰箱、冷冻机(freezer)、建筑物、机动车以及其它带有气候控制的环境(climate controlled environment)的空间。
然而，当外界周围的温度较低时，存在着无需接合压缩机而可以利用外界周围的空气自身以向工作流体提供制冷的可能性。当空调系统使用外界周围的空气来调节工作流体时，该系统被认为运转于自由制冷模式(free-cooling mode)。
如上所述，传统上，即使当周围外界的空气的温度较低时，空调系统也运行于制冷模式。在这些条件下运行于制冷模式提供了调节工作流体的低效方法。相反，在这些条件下将空调系统运行于自由制冷模式更高效。在自由制冷模式中，启动一个或多个通风的热交换器(ventilated heat exchanger)和泵，使得制冷剂被泵循环且被外界周围的空气冷却。如此，被外界周围的空气冷却的制冷剂可以被用来冷却工作流体，且无需低效的压缩机。
相应地，本公开确定了存在着对改善空调系统的效率的方法和系统的需求，其中，该空调系统具有自由制冷模式。
发明内容
一种具有制冷模式和自由制冷模式的空调系统。该系统具有：制冷回路，其具有压缩机和泵；吸入压力传感器(suction pressure sensor)，其用于测量压缩机的吸入压力；排出压力传感器(discharge pressuresensor)，其用于测量压缩机的排出压力；控制器，其用于选择性地通过用压缩机使制冷剂在制冷回路中循环和压缩而运转于制冷模式，或者通过用泵使制冷剂在制冷回路中循环而运转于自由制冷模式；以及驻留在控制器的回收制冷剂序列(recover-refrigerant sequence)，该回收制冷剂序列配置成当控制器从制冷模式切换至自由制冷模式时，将制冷回路的不用于自由制冷模式的部分中的制冷剂泵至制冷回路的用于自由制冷模式的剩余部分。
提供了一种控制具有制冷模式和自由制冷模式的空调系统的方法。该方法包括：切换空调系统至自由制冷模式；启动回收制冷剂序列，以从制冷回路的在自由制冷模式的期间不被使用却在制冷模式的期间被使用的部分回收制冷剂；以及在回收制冷剂序列完成之后，将空调系统保持于自由制冷模式。
本领域的技术人员将从以下的详细描述、附图和所附的权利要求中领会和理解本公开的上述及其它的特征和优点。
附图说明
图1是根据本公开的处于制冷模式的空调系统的一个示范性的实施例；
图2是根据本公开的处于自由制冷模式的空调系统的一个示范性的实施例；以及
图3示意了根据本公开的使图1和图2的空调系统运转的方法的一个示范性的实施例；
图4示意了根据本公开的制冷剂回收序列的一个示范性的实施例的曲线图。
具体实施方式
现在，参照附图，尤其是图1和图2，显示了根据本公开的空调系统(“系统”)的一个示范性的实施例，该空调系统通常用参考数字10标记。系统10配置成运转于制冷模式12(图1)和自由制冷模式14(图2)。
系统10包括用于在制冷模式12和自由制冷模式14之间选择性地切换的控制器16。有利的是，控制器16包括驻留于其的制冷剂回收序列(“序列”)18，该序列在从制冷模式12至自由制冷模式14的切换期间监视系统10中的压力。如此，系统10从系统10的用于制冷模式12却不用于自由制冷模式14的构件处回收制冷剂。这允许泵在自由制冷模式14的启动期间运转，并改善泵的可靠性。
系统10还包括制冷回路20，该制冷回路20包括冷凝器(condenser)22、泵24、膨胀装置(expansion device)26、蒸发器(evaporator)28以及压缩机30。控制器16配置成选择性地控制压缩机30(当处于制冷模式12时)或泵24(当处于自由制冷模式14时)，以使制冷剂沿着流方向(D)在系统10中循环。因此，当处于制冷模式12时，系统10控制压缩机30压缩制冷剂并使制冷剂沿着流方向D循环。然而，当处于自由制冷模式14时，系统10控制泵24以使制冷剂沿着流方向D循环。如此，由于自由制冷模式不需要压缩机30所消耗的能量，因而自由制冷模式14比制冷模式12使用较少的能量。此外，系统10包括吸入压力传感器49和排出压力传感器51。
系统10包括压缩机旁通回路(by-pass loop)32和泵旁通回路34。系统10包括一个或多个阀36-1、36-2以及36-3。在本公开的一个实施例中，阀36-3是三通阀。阀36被控制器16以公知的方式控制。因此，控制器16可以如所期望地将阀36选择性地定位以选择性地打开和关闭旁通回路32、34。
在制冷模式12中，控制器16控制阀36，使得压缩机旁通回路32关闭而泵旁通回路34打开。如此，系统10配置成允许压缩机30压缩制冷剂并使制冷剂以流过泵旁通回路34的方式沿着流方向D循环。
相反，当处于自由制冷模式14时，控制器16控制阀36，使得压缩机旁通回路32打开而泵旁通回路34关闭。如此，系统10配置成允许泵24使制冷剂以流过压缩机旁通回路32的方式沿着流方向D循环。
因此，系统10在制冷模式12和自由制冷模式14中均可以通过与蒸发器28的热交换连通来调节(即，制冷和/或除湿)工作流体38。工作流体38可以是周围室内的空气或次级回路流体，例如为冷却水或乙二醇，但不限于此。
制冷模式12中，系统10作为本领域公知的标准的蒸汽压缩空调系统而运转，在该空调系统中，经过膨胀装置26的制冷剂的压缩和膨胀被用来调节工作流体38。膨胀装置26可以为任何公知的可控膨胀装置，例如但不限于热膨胀阀。
在自由制冷模式14中，系统10利用室外周围的空气40的热移除容量来调节工作流体38，该室外周围的空气40通过一个或多个风扇42而与冷凝器22呈热交换的关系。
虽然在本文中将系统10描述为常规的空调(制冷)系统，但本领域的技术人员将认识到通过添加换向阀(reversing valve)(未显示)，以使冷凝器22(即室外热交换器)在制热模式中起到蒸发器的作用，而蒸发器28(即室内热交换器)在制热模式中起到冷凝器的作用，从而使系统10也可以配置成热泵系统以提供制热和制冷。
本公开确定了离开冷凝器22的制冷剂可以为几个不同的相位中的一个，即气相、液气相或液相。当控制器16将系统10切换至自由制冷模式14时，泵24被供给不同相位的制冷剂直到系统达到全回路均衡的状态。
在控制器16启动自由制冷模式14之后和系统10达到均衡的期间，泵24被供给不同相位的制冷剂。遗憾的是，当泵24被供给气相或者液气相的制冷剂时，泵不如所期望地运行。此外，气相和/或液气相的制冷剂可能导致泵24空化(cavitate)，这可能损坏泵和/或泵马达(未显示)。
关闭泵24将阻止来自这样的空化的潜在损坏，但也将导致延缓系统10从制冷模式12容易地切换至自由制冷模式14的能力。有利的是，控制器16包括序列18，在系统10切换出制冷模式12并进入自由制冷模式14的期间，该序列18起作用以从系统10的在自由制冷模式14的期间不被使用的构件处回收制冷剂。
系统10包括与控制器16电连通的第一压力传感器44、第二压力传感器46、吸入压力传感器49以及排出压力传感器51。第一压力传感器44定位于泵24的入口48-1，第二压力传感器46定位于泵的出口48-2。控制器16使用由第一和第二传感器44、46测量出的压力以实时地确定泵的压力差。此外，在从制冷模式12至自由制冷模式14的切换期间，控制器16使压缩机30运转，调整膨胀装置26和阀36的位置，并监视由第三压力传感器49记录的压力。
参照图3，更详细地描述序列18的操作。图3示意了根据本公开的在序列18中控制具有回收制冷剂的系统10的方法50的一个示范性的实施例。
当系统10运转于制冷模式12时，方法50包括第一自由制冷确定步骤54。在第一自由制冷确定步骤54的期间，方法50确定周围空气40的温度是否足以使系统10切换至自由制冷模式14。如果是这样，那么，方法50随后执行自由制冷容量检查步骤56，在该步骤中，检查系统10以确定是否有足够的容量以使操作系统10运转于自由制冷模式14。如果是这样，那么，方法50随后执行序列18。
序列18包括系统抽空步骤60和低压均衡步骤62。起初，在序列18的期间，阀36-3处于与制冷模式12一致的位置，泵24关闭且将压缩机30关闭。
在抽空步骤60中，膨胀装置26关闭且将压缩机30打开。当吸入压力传感器49所测量出的压力大于吸入压力阈值时，压缩机30保持打开。当吸入压力传感器49所测量出的压力小于吸入压力阈值时，压缩机30关闭。在吸入压力传感器49和排出压力传感器51之间存在着压力差(“DP”)。
在均衡序列62中，将压缩机30关闭。当DP大于阈值压力差(“DP-阈值”)时，膨胀装置26在最小比率打开。在本公开的一个实施例中，膨胀装置26定位于全打开位置的约10％处。当DP小于DP-阈值时，膨胀装置26随后将关闭。
现在，参考图4，显示了示意根据本公开的序列18的一个示范性的实施例的曲线图。可以看出，系统10在自由制冷容量检查步骤56中运行约8秒钟，此时启动序列18。在序列18中，起初，阀36-3处于与制冷模式12一致的位置，泵24关闭且将压缩机30关闭。在抽空步骤60的期间，膨胀装置26关闭，将压缩机30打开直到DP等于约1500kPa。随后启动均衡序列62，其中，当DP大于DP-阈值时，膨胀装置26在最小比率打开。在图示的实施例中，可以看出，当DP接近DP-阈值时，膨胀装置26的打开百分比率降低至约3％的打开率的值。
有利的是，本公开确定了序列18确保有足够的液态形式的压缩制冷剂以使泵24运转。这改善了当系统10切换进入自由制冷模式14时的泵24的可靠性。
在执行了序列18之后，方法50在自由制冷切换步骤64切换系统10进入自由制冷模式14。
应当认识到，本文中通过系统10运转于制冷模式12时的所使用的示例来描述方法50。当然，本公开也考虑了当系统10停机时为方法50找到同等的使用，使得序列18在系统10从停机状态进入自由制冷模式14的启动期间避免泵的空化。
在自由制冷切换步骤64之后，方法50包括灌泵步骤66。在通过步骤66灌注泵24后，方法50在步骤68运行于自由制冷模式14。系统10继续运行于自由制冷模式14，直到控制器16确定在第二容量确定步骤70缺少系统容量，或者确定在泵保护步骤72泵24正在缓和(defusing)或空化。如果确定这些情况中的某一种即将出现，那么，方法50在制冷模式切换步骤74切换系统10进入制冷模式12。
还应当注意，术语“第一”、“第二”、“第三”、“上面的”、“下面的”等在本文中可以被用来修饰不同的部件。除非特别声明，这些修饰不意味着针对被修饰的部件的空间的、连续的、或分层的排序。
虽然参照一个或多个示范性的实施例而描述了本公开，但本领域的技术人员应当理解在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种变化，并且，可以用等同物来代替其中的部件。此外，在不脱离其范围的情况下，可以进行多种修改以使具体的情形或材料适应本公开的教导。因此，旨在本公开不限于作为所考虑的最佳模型而被公开的具体实施例，而是本公开将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种具有制冷模式和自由制冷模式的空调系统，其特征在于，包括：
制冷回路，其具有压缩机和泵；
吸入压力传感器，其用于测量所述压缩机的吸入压力；
排出压力传感器，其用于测量所述压缩机的排出压力；
控制器，其用于选择性地通过用所述压缩机使制冷剂在所述制冷回路中循环和压缩而运转于制冷模式，或者通过用所述泵使所述制冷剂在所述制冷回路中循环而运转于自由制冷模式；以及
驻留在所述控制器的回收制冷剂序列，所述回收制冷剂序列配置成当所述控制器从制冷模式切换至自由制冷模式时，将所述制冷回路的不用于自由制冷模式的部分中的制冷剂泵至所述制冷回路的用于自由制冷模式的剩余部分。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述制冷回路还包括三通阀，所述控制器调整所述三通阀的对准，使得当所述控制器从制冷模式切换至自由制冷模式时，将所述制冷回路的不用于自由制冷模式的所述部分中的制冷剂泵至所述制冷回路的用于自由制冷模式的剩余部分。
3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述回收制冷剂序列配置成当所述吸入压力达到吸入压力阈值时，关闭所述压缩机。
4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述制冷回路还包括膨胀装置，所述回收制冷剂序列配置成将所述膨胀装置保持在预定的位置，直到横跨所述压缩机的压力差达到阈值压力差。
5.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，当空调系统处于关闭状态时，启动所述回收制冷剂序列。
6.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，当空调系统运转于制冷模式时，启动所述回收制冷剂序列。
7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述制冷回路还包括与所述制冷剂和工作流体呈热交换连通的蒸发器。
8.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述工作流体包括周围室内的空气。
9.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述工作流体包括次级回路流体。
10.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于，所述膨胀装置是可控膨胀装置。
11.根据权利要求10所述的空调系统，其特征在于，所述可控膨胀装置由所述控制器控制。
12.一种控制具有制冷模式和自由制冷模式的空调系统的方法，该方法包括以下步骤：
切换空调系统至自由制冷模式；
启动回收制冷剂序列，以从制冷回路的在自由制冷模式的期间不被使用却在制冷模式的期间被使用的部分回收制冷剂；以及
在所述回收制冷剂序列完成之后，将空调系统保持于自由制冷模式。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，启动所述回收制冷剂序列还包括：
关闭膨胀装置；
调整三通阀的对准，以便于从制冷回路的在自由制冷模式的期间不被使用的部分回收所述制冷剂；以及
启动压缩机，直到所述压缩机的吸入压力等于吸入压力阈值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，启动所述回收制冷剂序列还包括将所述膨胀装置保持在预定的位置，直到横跨所述压缩机的压力差达到阈值压力差。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述保持步骤包括将所述膨胀装置的对准调整至全打开位置的约10％处的位置。
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