CN101755179B - 控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于致冷器系统的下拉控制处理。该下拉控制处理可跳过用于该致冷器系统的容量控制处理，以比该容量控制处理更快地下拉离开致冷液体温度。该下拉控制处理可将预旋叶片维持在完全打开位置，以尽可能快地将离开致冷液体温度下拉到预定的设定值。

Description

控制系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2007年7月17日提交的题为“用于致冷器系统的下拉控制(pull-down control for chiller systems)”的美国临时申请NO.60/950,205的优先权和权益，该临时申请通过引用纳入本申请。
技术领域
本申请总体涉及用于致冷液体系统的控制系统。更具体地，本申请涉及一种将致冷液体系统的离开致冷液体温度(leaving chilledliquid temperature)下拉到预定的设定值(set point)的控制处理。
背景技术
在致冷液体系统中，致冷液体——例如水——在建筑物中循环以从该建筑物去除热量。致冷液体系统中的液体在蒸发器(或致冷器)中使用热交换器被冷却(cooled)，其中该液体被从该液体中吸收热量的制冷剂冷却。致冷液体系统常常在该液体的冰点(freezingpoint)附近几度的温度(运行设定值)下运行。在常规致冷液体系统中，控制系统通常被编程为在蒸发器液体温度一降低到接近或低于该液体冰点的特定温度(切断点(cutout point))时就马上关闭致冷液体系统，以避免冻结管路(tube)和损坏蒸发器。例如，使用水的致冷液体系统可具有35°F的运行设定值和34°F的切断点。
在致冷液体系统中，运行设定值和切断点之间仅1度的差别通常不会在该致冷液体系统的正常或稳态运行期间引起问题。然而，当该致冷液体系统需要在下拉(pull-down)运行期间将液体温度从环境温度(ambient temperature)降低到运行设定值时，运行设定值和切断点之间1度的差别是成问题的。在下拉运行期间，如果蒸发器中的液体温度越过(overshoot)运行设定值而达到切断点，则该致冷液体系统会被控制系统关闭。为了避免这个问题，常规控制系统被编程为在下拉运行期间以下拉响应时间为代价来使越过量最小化。
例如，在使用离心式压缩机的常规致冷液体系统中，在进行“热液体”下拉——即液体温度处于或高于环境温度的下拉——时，该致冷液体系统常常运行在该致冷液体系统的压缩机之电动机(motor)的电流极限，以将离开致冷液体温度(LCHLT)下拉或降低到运行设定值。随着LCHLT渐近地逼近运行设定值，用于该致冷液体系统的容量(capacity)控制器可通过关闭该压缩机的预旋叶片(pre-rotationvanes)来为该系统卸载，以使运行设定值的越过量最小化。当不在该电动机的电流极限运行时，预旋叶片的关闭将是适合的操作，因为如果有必要，致冷液体系统可以更强劲地工作——例如通过提高电动机速度——以更快地下拉LCHLT。然而，当在该电动机的电流极限运行时，该致冷液体系统物理上不能更强劲地工作以下拉LCHLT。由于该致冷液体系统不能更强劲地工作，则LCHLT不能更快地被下拉，从而下拉速度降低。当容量控制器在该电动机处于或接近其相应电流极限时关闭预旋叶片时，预旋叶片的关闭可导致下拉时间延长。
发明内容
本发明涉及一种降低从蒸气(vapor)压缩系统中的热交换器退出(exit)的液体的温度的方法。该方法测量从蒸气压缩系统中的热交换器离开的液体的温度，并且将测得温度与预定温度比较。接着，该方法响应于测得温度高于预定温度这个情况，来测量流控制装置(flowcontrol device)——其被配置为调节到该压缩机的制冷剂流——在该蒸气压缩系统中的位置，并且将测得位置与预定位置比较。该方法还响应于测得位置在预定位置这个情况，来测量该压缩机之电动机的电流，并且将测得电流与预定电流比较。最后，该方法响应于测得供应电流大于预定电流这个情况，来将该流控制装置维持在预定位置。该流控制装置被维持在预定位置这个情况使得测得温度的变化率能够保持基本恒定。
本发明还涉及一种系统，该系统具有以闭环形式连接的压缩机、第一热交换器、膨胀装置和第二热交换器，以及被配置和布置为驱动该压缩机的电动机。该系统还具有被布置在第二热交换器中的盘管(coil)。该盘管包括从冷却负载(cooling load)接收液体的返回连接(return connection)和向冷却负载提供液体的供应连接(supplyconnection)。该系统还具有流控制装置和控制面板；该流控制装置与该压缩机相关联以调节进入该压缩机的流体流；该控制面板被配置为响应于被提供给冷却负载的液体的测得温度高于预定温度这个情况、流控制装置的测得位置在预定位置这个情况、以及该电动机的测得电流大于预定电流这个情况，来向该流控制装置提供输出信号，以将该流控制装置维持在预定位置。该流控制装置被维持在预定位置这个情况使得被提供给冷却负载的液体的测得温度的变化率能够保持基本恒定。
附图说明
图1示出了用于致冷液体系统的一个示例性环境。
图2示出了作为致冷液体系统一部分的一个示例性蒸气压缩系统的立体图。
图3示意性地示出了蒸气压缩系统的一个示例性实施方案。
图4示出了用于下拉致冷液体系统的离开致冷液体温度的一个示例性控制处理。
具体实施方式
图1示出了在用于典型商业设置的建筑物12中用于致冷液体系统10的一个示例性环境。系统10可包括蒸气压缩系统，该蒸气压缩系统被纳入屋顶单元14，可供应可被用来冷却建筑物12的致冷液体。系统10还可包括锅炉(boiler)16和空气分配系统；该锅炉供应可被用来加热建筑物12的加热液体(heated liquid)；该空气分配系统使空气在建筑物12中循环。该空气分配系统可包括空气返回管道(duct)18、空气供应管道20和空气管理机(handler)22。空气管理机22可包括通过导管(conduit)24连接至锅炉16和屋顶单元14的热交换器。根据系统10的运行模式，空气管理机22中的热交换器可接收来自锅炉16的加热液体或来自屋顶单元14的致冷液体。系统10被示为在建筑物12的每一楼层都带有单独的空气管理机，但应意识到，这些部件可由两个或更多个楼层共享。
图2和3示出了可被用在致冷液体系统10中的一个示例性蒸气压缩系统30。蒸气压缩系统30可使制冷剂在由电动机50驱动的压缩机32、冷凝器34、膨胀装置36、以及液体致冷器或蒸发器38中循环。蒸气压缩系统30还可包括控制面板40，该控制面板可包括模数(A/D)转换器42、微处理器44、非易失性存储器46和接口板48。可在蒸气压缩系统30中用作制冷剂的流体的一些实例是：基于氢氟烃(HFC)的制冷剂，例如R-410A、R-407、R-134a或任何其他合适类型的制冷剂。
与压缩机32一起使用的电动机50可由可变速驱动器(variablespeed drive)(VSD)52供能，或者可直接由交流(AC)或直流(DC)电源供能。VSD 52，如果使用的话，从AC电源接收具有特定的固定线电压和固定线频率的AC电能，并且向电动机50提供具有可变电压和频率的电能。电动机50可以是任何类型的、可由VSD 52或直接由AC或DC电源供能的电机(electric motor)。例如，电动机50可以是开关式磁阻电动机(switched reluctance motor)、感应电动机(induction motor)、电子整流永磁电动机(electronicallycommutated permanent magnet motor)或任何其他合适的电动机类型。在一个另外的示例性实施方案中，其他驱动机构——诸如蒸汽或燃气涡轮(steam or gas turbine)或发动机(engine)及关联部件——可被用来驱动压缩机32。
压缩机32压缩制冷剂蒸气，并通过放泄管线(discharge line)将该蒸气输送至冷凝器34。压缩机32可以是离心式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机、摆杆式压缩机、涡旋式压缩机、涡轮式压缩机或任何其他合适的压缩机。被压缩机32输送至冷凝器34的制冷剂蒸气将热量传递至流体，例如水或空气。由于热量传递给了流体，制冷剂蒸气在冷凝器34中冷凝成制冷剂液体。来自冷凝器34的液态制冷剂经由膨胀装置36流至蒸发器38。在图3所示的示例性实施方案中，冷凝器34包括连接至冷却塔(cooling tower)56的热交换器盘管54。
输送至蒸发器38的液态制冷剂从另一流体——其可以是或可以不是与用于冷凝器34的流体类型相同的流体——吸收热量，并且经历相变而成为制冷剂蒸气。在图3所示的示例性实施方案中，蒸发器38包括热交换器盘管58，该热交换器盘管具有连接至冷却负载62的供应管线60S和返回管线60R。液体——例如水、乙二醇(ethyleneglycol)、氯化钙卤水(calcium chloride brine)、氯化钠卤水(sodiumchloride brine)或任何其他适合的液体——经由返回管线60R进入蒸发器38以及经由供应管线60S退出蒸发器38。蒸发器38将管路中的液体的温度降低。热交换器盘管58可包括多个管道束(tubebundle)。蒸气制冷剂退出蒸发器38并且通过抽吸管线回到压缩机32，以完成循环。
在从蒸发器38到压缩机32的输入处，有一个或多个流控制装置64，其控制到压缩机32的制冷剂流。可使用致动器(actuator)来打开流控制装置64，以增加到压缩机32的制冷剂的量，由此增加系统30的容量。类似地，可使用致动器来关闭流控制装置64，以降低到压缩机32的制冷剂的量，由此降低系统30的容量。在一个示例性实施方案中，流控制装置64可以是与离心式压缩机一起使用的预旋叶片或进口导叶(inlet guide vanes)。应理解，被用来调节进入压缩机的制冷剂流的流控制装置的类型可取决于在该系统中使用的压缩机的类型。
系统30可包括用于检测与来自蒸发器38的离开致冷液体温度(LCHLT)相对应的温度的传感器66。传感器66可位于致冷液体流中，在来自蒸发器壳的出口管子(outlet pipe)或供应管线60S处。然而，传感器66可被放置在提供LCHLT准确测量的任何位置。传感器66可以是温度热敏电阻器(temperature thermistor)或任何其他适合的温度传感器。
在一个示例性实施方案中，传感器66是输出与测得温度成比例的电阻(resistance)的温度热敏电阻器。然后，使用连接到电压源的电阻分压器(resistor divider)或任何其他适合的用于产生电压的技术，该热敏电阻器的电阻可被转换为电压信号。然后，来自传感器66的电压信号被传递到控制面板40。输入到控制面板40的电压信号可被A/D转换器42转换为数字信号或字(word)。
图4示出了可以在LCHLT高于预定温度时使用的下拉控制处理的一个示例性实施方案。该下拉控制处理可响应于用于该蒸气压缩系统的启动命令或响应于来自用于该致冷液体系统的容量控制处理或其他控制程序的指令而发动。该下拉控制处理可以是独立的处理或程序，或者其可被纳入更大的控制处理或程序，诸如用于该致冷液体系统的容量控制处理。
该下拉控制处理开始于测量LCHLT(步骤70)，然后将测得的LCHLT与预定的设定值温度比较(步骤72)。该预定的设定值温度可以是用于该致冷液体系统的运行设定值，或得自该运行设定值，也即，运行设定值加上或减去一个偏移量。如果LCHLT不大于预定的设定值温度，则该下拉控制处理执行用于该系统的容量控制处理(步骤74)。
如果LCHLT大于预定的设定值温度，则该下拉控制处理测量或确定流控制装置(FCD)——例如与离心式压缩机一起使用的预旋叶片——的位置(步骤76)，以确定该流控制装置是否在预定位置(步骤78)——例如基本完全打开位置。在其他示例性实施方案中，预定位置可以与该流控制装置的除了完全打开位置以外的其他位置有关，并且相应的比较逻辑可以变为，诸如，如果该流控制装置的位置等于或大于——即更开放于——预定位置的逻辑。如果该流控制装置不在预定位置，则该下拉控制处理执行用于该致冷液体系统的容量控制处理(步骤74)。如果该流控制装置在预定位置，则该下拉控制处理测量该压缩机之电动机的供应电流(步骤80)——例如来自可变速驱动器的电动机电流或输出电流，以确定供应电流是否大于预定的设定值电流(步骤82)。该预定的设定值电流可以基于该电动机的满负荷电流(full load amperage rating)(FLA)，并且可以在约90％FLA和约100％FLA之间。在一个示例性实施方案中，预定的设定值电流可以是约95％FLA。如果供应电流不大于预定的设定值电流，则该下拉控制处理执行用于该致冷液体系统的容量控制处理(步骤74)。然而，如果供应电流大于预定的设定值电流，则该下拉控制处理“跳过(override)”容量控制处理(步骤84)，并继续维持该蒸气压缩系统运行，以维持大约相同的下拉速度。当该下拉控制处理“跳过”容量控制处理时，该流控制装置被维持或保持在完全打开位置，以使得下拉速度能够保持基本恒定，以及避免下拉速度因流控制装置关闭而下降——如果容量控制处理没有“被跳过”则很可能发生流控制装置关闭。在一个示例性实施方案中，当流控制装置保持在打开位置时，可变速驱动器的频率仍可以改变，以向该系统提供一些容量控制，以避免越过LCHLT运行设定值。
在一个示例性实施方案中，容量控制处理可基于LCHLT和其他测得系统参数而产生用于流控制装置和/或可变速驱动器的控制信号。用于流控制装置和可变速驱动器的控制信号可被提供给控制面板40的接口板48。然后，接口板48向流控制装置64提供该控制信号以定位流控制装置64，并且/或者向可变速驱动器52提供该控制信号以控制可变速驱动器52的输出频率和/或电压。在一个示例性实施方案中，容量控制处理可以是具有一系列可由微处理器44执行的指令的计算机程序。在一个示例性实施方案中，容量控制处理确定是否导致流控制装置进一步打开、进一步关闭或维持在当前位置，由此调节制冷剂蒸气流，相应地调节LCHLT。类似地，容量控制处理可以确定是否提高可变速驱动器的频率、降低可变速驱动器的频率或维持可变速驱动器的当前频率。
本申请范围内的实施方案包括如下的程序产品：其包含可机读介质，该可机读介质用于承载或存储有机器可执行指令或数据结构。这样的可机读介质可以是可被通用或专用计算机或其他带有处理器的机器访问的任何可得到的介质。例如，这样的可机读介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置，或者可被用来以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储想要的程序代码、且可被通用或专用计算机或其他带有处理器的机器访问的任何其他介质。当信息通过网络或另一个通信连接(硬线、无线、或硬线无线组合)传递或提供到机器时，该机器会适当地将该连接视为可机读介质。因此，任何这样的连接均被适当地称为可机读介质。以上各项的组合也被包括在可机读介质的范围内。机器可执行指令包括，例如，导致通用计算机、专用计算机或专用处理机执行特定功能或功能组的指令和数据。
尽管仅示出和描述了本发明的特定特征和实施方案，但是本领域技术人员可想到许多修改和改变(例如，各元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例的变更，参数值(例如温度、压力等)的变更，安装布置的变更，所用材料、颜色、定向等的变更)，而在本质上不脱离在权利要求中叙述的主题的新颖教导和优点。任何处理或方法步骤的次序或顺序可根据另外的实施方案而改变或重新排序。因此，应理解，所附权利要求旨在覆盖所有这样的落在本发明真实精神内的修改和改变。此外，为了提供示例性实施方案的简练说明，也许没有描述实际实施方案的所有特征(例如，那些不涉及实施本发明的目前预期的最佳模式的特征，或那些不涉及本发明之实现的特征)。应意识到，在任何这样的实际实施方案的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施决策。这样的开发工作可能是复杂和费时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员仍然是例行的设计、制作和生产行为，而无需过度的实验。

Claims (20)

1.一种降低从蒸气压缩系统中的热交换器退出的液体的温度的方法，该方法包括：
测量从蒸气压缩系统中的热交换器离开的液体的温度；
将测得温度与预定温度比较；
响应于测得温度高于预定温度这个情况，来测量流控制装置——其被配置为调节到该蒸气压缩系统中的压缩机的制冷剂流——的位置；
将测得位置与预定位置比较；
响应于测得位置在预定位置这个情况，来测量该压缩机之电动机的电流；
将测得电流与预定电流比较；以及
响应于测得供应电流大于预定电流这个情况，来将该流控制装置维持在预定位置，其中，该流控制装置被维持在预定位置这个情况使得测得温度的变化率能够保持基本恒定。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于测得温度低于预定温度这个情况，产生用于流控制装置和/或可变速驱动器的控制信号。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于测得位置不同于预定位置这个情况，产生用于流控制装置和/或可变速驱动器的控制信号。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于测得供应电流小于预定电流这个情况，产生用于流控制装置和/或可变速驱动器的控制信号。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于该流控制装置被维持在预定位置这个情况，通过可变速驱动器来改变被提供至该电动机的输出电能。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定温度得自从该蒸气压缩系统中的热交换器离开的液体的运行设定值温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩机包括离心式压缩机，并且所述流控制装置包括预旋叶片。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量电动机的电流包括，测量给该电动机供能的可变速驱动器的输出电流。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定位置是该流控制装置的完全打开位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定电流在该电动机的满负荷电流的90％和该电动机的满负荷电流的100％之间。
11.一种系统，包括：
以闭环形式连接的压缩机、第一热交换器、膨胀装置和第二热交换器；
被配置和布置为驱动该压缩机的电动机；
被布置在第二热交换器中的盘管，该盘管包括从冷却负载接收液体的返回连接和向冷却负载提供液体的供应连接；
流控制装置，其与该压缩机相关联，并且被配置为调节进入该压缩机的流体流；以及
控制面板，其被配置为响应于被提供给冷却负载的液体的测得温度高于预定温度这个情况、该流控制装置的测得位置在预定位置这个情况、以及该电动机的测得电流大于预定电流这个情况，来向该流控制装置提供输出信号，以将该流控制装置维持在预定位置，其中，该流控制装置被维持在预定位置这个情况使得被提供给冷却负载的液体的测得温度的变化率能够保持基本恒定。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括被配置和布置为向该电动机提供电能的可变速驱动器。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制面板被配置为向该可变速驱动器提供输出信号，以通过该可变速驱动器来调节被提供给该电动机的电能。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述电动机的测得电流是该可变速驱动器的输出电流。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述预定位置是该流控制装置的完全打开位置。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述预定电流在该电动机的满负荷电流的90％和该电动机的满负荷电流的100％之间。
17.根据权利要求11所述的系统，还包括被配置和布置为测量与被提供给冷却负载的液体的温度相对应的参数的传感器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述传感器包括温度热敏电阻器。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述压缩机包括离心式压缩机，并且所述流控制装置包括预旋叶片。
20.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制面板包括模数转换器、存储器装置或接口板中的一项或多项。
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