CN103673441B - 并联型制冷机的控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高压缩机的容量控制的精度及效率的并联型制冷机的控制装置及方法。在具备多个管壳式的热交换器及多个压缩机的并联型制冷机的控制装置(50)中，具备推定部(51)，在划分出的内部空间为作为第一流体的入口侧的上游侧空间和作为第一流体的出口侧的下游侧空间时，该推定部(51)基于根据下游侧空间的第二流体的压力值而推定的第二流体的饱和温度与在热交换器的出口处计测的第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，推定上游侧空间的终端温度差，并基于上游侧空间的终端温度差及上游侧空间的第二流体的饱和温度，推定上游侧空间的出口附近的第一流体的温度。

Description

并联型制冷机的控制装置及方法
技术领域
本发明涉及并联型制冷机的控制装置及方法。
背景技术
例如，在一个热交换器对应于两个压缩机而构成制冷机循环的并联型制冷机中，使用如下的技术：将蒸发器和冷凝器形成1通路相向流的配置，在蒸发器及冷凝器的长度方向的中间点(中央)对制冷剂系统进行分隔，将蒸发器及冷凝器分割为低压侧/高压侧，并使分割出的低压侧/高压侧分别与压缩机连接，由此，减少压缩机的压缩比而提高效率(例如，参照专利文献1)。如此具备多个压缩机的并联型制冷功能够发挥压缩机的个数量的制冷能力，因此期待各个压缩机的容量控制或使用逆变器时的转速的控制等个别地控制压缩机的情况。
在专利文献2中，提出了如下的技术：在制冷能力发生变动时，通过基于第一参数和第二参数而决定的转速来控制使压缩机运转的逆变器，从而稳定且高效地使涡轮制冷机运转，该第一参数反映了基于制冷机的输出热量的风量，该第二参数反映了基于蒸发器压力及冷凝器压力的水头。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平10-132400号公报
【专利文献2】日本特开2005-180267号公报
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
然而，在对压缩机个别地进行容量控制时，需要个别地算出作用于各压缩机的负载或各压缩机的能力。交换热量通过流通的冷却水(或冷水)的温度差与其流量之积能够算出，但如上述那样在蒸发器或冷凝器的长度方向的中间点对制冷剂系统进行分隔时，无法采用在中间点设置温度计等而直接计测冷却水温度(或冷水温度)这样的方法。
以往，由于如此无法计测热交换器的中间点的温度，而无法算出作用于各个制冷机的负载，从而无法按压缩机进行压缩机的容量控制(例如，吸入叶片、压缩机转速、HGBP(热气旁通阀))、膨胀阀控制。因此，即使在使用多个压缩机的情况下，无论是哪一个压缩机都进行赋予相同的开度作为膨胀阀开度的精度低的压缩机容量控制，或者进行利用安装在热交换器内的制冷剂的液位水平传感器以液位成为恒定的方式控制的以制冷剂液位为指标的膨胀阀控制，存在无法高效地控制并联型制冷机这样的课题。
发明内容
本发明鉴于这种情况而作出，目的在于提供一种提高压缩机的容量控制的效率的并联型制冷机的控制装置及方法以及程序。
【用于解决课题的手段】
为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。
本发明的第一形态是并联型制冷机的控制装置，该并联型制冷机具备多个管壳式的热交换器及多个压缩机，该管壳式的热交换器具备在内部使第一流体流通的管、在所述管的外部使第二流体流通的壳体、沿着与所述管的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板，所述并联型制冷机的控制装置中，具备推定机构，在划分出的所述内部空间为作为所述第一流体的入口侧的上游侧空间和作为所述第一流体的出口侧的下游侧空间时，所述推定机构基于根据所述下游侧空间的所述第二流体的压力值而推定的所述第二流体的饱和温度与在所述热交换器的出口处计测的所述第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，推定所述上游侧空间的终端温度差，并基于所述上游侧空间的终端温度差及所述上游侧空间的所述第二流体的饱和温度，推定所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
根据这样的结构，在热交换器的内部空间被划分成作为第一流体的入口侧的上游侧空间和作为第一流体的出口侧的下游侧空间的情况下，第一流体当从热交换器的入口流入时，在上游侧空间通过第二流体进行热交换，并在下游侧空间通过第二流体进行热交换，而从出口排出。此时，基于根据下游侧空间的第二流体的压力值而推定的第二流体的饱和温度与在热交换器的出口处计测的第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，来推定上游侧空间的终端温度差，并基于该上游侧空间的终端温度差及上游侧空间的第二流体的饱和温度，来推定上游侧空间的出口附近的第一流体的温度。
由此，能够简便地推定热交换器的上游侧空间与下游侧空间之间(即，热交换器的中间点)的第一流体的温度。而且，即使在例如发生管壳式热交换器的管部分的污染引起的热交换器的传热性能下降的情况下，也能够考虑污染的影响来推定热交换器的中间点的温度。
如此，通过推定热交换器的中间点的温度，能够算出上游侧空间及下游侧空间的各自的负载，通过压缩机的容量控制、基于逆变器的个别的旋转控制、压缩机的吸入叶片与HGBP(热气旁通阀)的独立控制，能实现性能提高和可靠的浪涌回避。而且，由于不需要膨胀阀控制用的水平传感器，因此能实现成本削减。
上述并联型制冷机的控制装置的所述推定机构可以根据作用于所述上游侧空间和所述下游侧空间的负载，来修正所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
在能力比率存在差别时，上游侧空间的终端温度差与下游侧空间的终端温度差不同，因此通过进行修正，能够更准确地推定热交换器的中间温度。
适用了上述并联型制冷机的控制装置的所述热交换器为冷凝器和蒸发器时，所述推定机构可以从所述冷凝器的交换热量中除去向所述压缩机的输入动力，来推定所述蒸发器的交换热量。
冷凝器的交换热量包含压缩机的输入动力的信息，因此通过将其减去，能够准确地推定蒸发器的制冷能力。
本发明的第二形态是并联型制冷机的控制方法，该并联型制冷机具备多个管壳式的热交换器及多个压缩机，该管壳式的热交换器具备在内部使第一流体流通的管、在所述管的外部使第二流体流通的壳体、沿着与所述管的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板，所述并联型制冷机的控制方法中，在划分出的所述内部空间为作为所述第一流体的入口侧的上游侧空间和作为所述第一流体的出口侧的下游侧空间时，基于根据所述下游侧空间的所述第二流体的压力值而推定的所述第二流体的饱和温度与在所述热交换器的出口处计测的所述第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，推定所述上游侧空间的终端温度差，并基于所述上游侧空间的终端温度差及所述上游侧空间的所述第二流体的饱和温度，推定所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
本发明的第三形态是并联型制冷机的控制程序，该并联型制冷机具备多个管壳式的热交换器及多个压缩机，该管壳式的热交换器具备在内部使第一流体流通的管、在所述管的外部使第二流体流通的壳体、沿着与所述管的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板，所述并联型制冷机的控制程序使计算机执行推定处理，该推定处理是：在划分出的所述内部空间为作为所述第一流体的入口侧的上游侧空间和作为所述第一流体的出口侧的下游侧空间时，基于根据所述下游侧空间的所述第二流体的压力值而推定的所述第二流体的饱和温度与在所述热交换器的出口处计测的所述第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，推定所述上游侧空间的终端温度差，并基于所述上游侧空间的终端温度差及所述上游侧空间的所述第二流体的饱和温度，推定所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
【发明效果】
本发明起到能够提高压缩机的容量控制的精度及效率这样的效果。
附图说明
图1是表示本发明的制冷机的制冷剂回路的概略结构的图。
图2是表示本发明的冷凝器的详情的图。
图3是本发明的控制装置的功能框图。
图4是表示负载与温度差的关系的图。
附图符号说明
1、2压缩机
3冷凝器
4蒸发器
5壳体
6分隔板
7冷凝器的下游侧空间
8冷凝器的上游侧空间
10、12管
16壳体
17分隔板
27、29节流机构
18蒸发器的上游侧空间
19蒸发器的下游侧空间
20、21管
50控制装置
51推定部
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的并联型制冷机的控制装置及方法以及程序的一实施方式。
图1示出适用了本实施方式的控制装置的并联型制冷机的制冷剂回路。并联型制冷机具备管壳式的冷凝器3、管壳式的蒸发器4、多个压缩机1、2、节流机构27、29、以及HGBP(热气旁通阀)30、31，该管壳式的冷凝器3具备在内部使冷却水(第一流体)流通的管10、12、在管10、12的外部使气体制冷剂(第二流体)流通的壳体5、沿着与管的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板6，该管壳式的蒸发器4具备在内部使冷水(第一流体)流通的管20、21、在管20、21的外部使气体制冷剂(第二流体)流通的壳体16、沿着与管20、21的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板17。而且，本实施方式的并联型制冷机的制冷剂回路设为使冷却水或冷水从管的一端侧向另一端侧流通的1通路的结构。
冷凝器3具备利用分隔板6对壳体5的内部进行划分而形成的下游侧空间7及上游侧空间8，冷却水以规定温度(例如，32℃)从配设在上游侧空间8内的管10流入，依次经过管10及配设在下游侧空间7内的管12成为规定温度(例如，40℃)而流出。
同样地，蒸发器4具备利用分隔板17对壳体16的内部进行划分而形成的上游侧空间18及下游侧空间19，冷水、盐水等被冷却介质(第一流体)以规定温度(例如，12℃)从配设在上游侧空间18内的管20流入，依次经过管20及配设在下游侧空间19内的管21成为规定温度(例如，6℃)而流出。
图2示出冷凝器3的详情。如图2所示，在管10、12的中间点利用与管10、12正交的分隔板6来划分壳体5时，冷却水从入口室9经过配设在上游侧空间8内的管10内，流通配设在下游侧空间7内的管12内，从出口室13流出。而且，冷凝器3具备对上游侧空间的气体制冷剂的压力进行计测的第一压力计测部PT1和对下游侧空间的气体制冷剂的压力进行计测的第二压力计测部PT2，分别计测到的压力值的信息向控制装置50(参照图3)输出。冷凝器3具备对从冷凝器3的入口室9流入的冷却水的温度进行计测的第一温度计测部32、对从冷凝器3的出口室13流出的冷却水的温度进行计测的第二温度计测部33，在入口处计测到的入口温度计测值及在出口处计测到的出口温度计测值的信息向控制装置50输出。需要说明的是，蒸发器4也与冷凝器3同样地构成。
在制冷负载大的情况下，压缩机1、2由电动机25、26驱动。这样的话，从压缩机1喷出的气体制冷剂进入冷凝器3的下游侧空间7内，向流过管12内的冷却水散热，而冷凝液化。液化后的制冷剂(液体制冷剂)由节流机构29节流而被调整流量，并隔热膨胀而进入蒸发器4的上游侧空间18内，对流过管20内的冷水(被冷却介质)进行冷却而蒸发气化并被吸入压缩机1。
另一方面，从压缩机2喷出的气体制冷剂进入冷凝器3的上游侧空间8内，向流过管10内的冷却水散热，而冷凝液化。该液体制冷剂由节流机构27节流而被调整流量，并隔热膨胀而进入蒸发器4的下游侧空间19内，对流过管21内的冷水(被冷却介质)进行冷却而蒸发气化并被吸入压缩机2。
对具有上述的制冷剂回路的并联型制冷机的控制装置50进行说明。如图3所示，控制装置50具备推定部51。
推定部51基于根据下游侧空间的第二流体的压力值而推定的第二流体的饱和温度与在热交换器的出口处计测的第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，来推定上游侧空间的终端温度差，并基于上游侧空间的终端温度差及上游侧空间的第二流体的饱和温度，来推定上游侧空间的出口附近的第一流体的温度。
以下列举热交换器为冷凝器3的情况为例，来说明具体的推定方法。推定部51假定冷凝器3的下游侧的终端温度差与冷凝器3的上游侧的终端温度差相等的情况，并基于以下的(1)式而假定冷凝器3的中间点的冷却水温度(以Tcwmid′为中间点的冷却水温度(假定值)(℃))。在此，在第一温度计测部32中计测的冷凝器3的入口侧的冷却水的温度即冷却水入口温度(入口温度计测值)(℃)为Tcwin，在第二温度计测部33中计测的冷凝器3的出口侧的冷却水的温度即冷却水出口温度(出口温度计测值)(℃)为Tcwout，基于第一压力计测部PT1而推定的上游侧空间8的气体制冷剂冷凝压力相应的饱和温度(℃)为TTc1，基于第二压力计测部PT2推定的下游侧空间7的气体制冷剂冷凝压力相应的饱和温度(℃)为TTc2。
Tcwmid′＝TTc1-(TTc2-Tcwout)(1)
另外，推定部51根据作用于上游侧空间和下游侧空间的负载，对上游侧空间的出口附近的冷却水或冷水(第一流体)的温度进行修正。具体而言，推定部51通过以下(2)式，算出上游侧空间8的制冷能力比率a′，并通过以下(3)式，算出下游侧空间7的制冷能力比率b′。
a′＝(Tcwmid′-Tcwin)/(Tcwout-Tcwin)(2)
b′＝(Tcwout-Tcwmid′)/(Tcwout-Tcwin)(3)
基于(2)式及(3)式，在冷凝器3的上游侧与下游侧的能力比率为50∶50时，上游侧与下游侧分别成为相同的终端温度差。另一方面，在冷凝器3的上游侧与下游侧的能力比率存在差别时，终端温度差不同，因此在本实施方式中，考虑到这样的能力比率存在差别的情况，进行适当修正(参照以下(4)式及(5)式)。在此，Tcwmid为冷凝器3的中间点的修正后的冷却水温度(℃)，c为基于能力比率之差的修正值(℃)，冷凝器3的出入口的冷却水温度差的计划值为6.44。
Tcwmid＝Tcwmid′+c(4)
c＝(b′-0.5)×3×(Tcwout-Tcwin)/6.44(5)
需要说明的是，上述(5)式中的系数(例如，“3”)是受制冷机的规格或性能所影响的参数，并未限定于此。
冷凝器3的上游侧的修正后的制冷能力比率为a，冷凝器3的下游侧的修正后的制冷能力比率为b时，上游侧及下游侧的制冷能力比率如以下(6)、(7)式那样被修正。
a＝(Tcwmid-Tcwin)/(Tcwout-Tcwin)(6)
b＝(Tcwout-Tcwmid)/(Tcwout-Tcwin)(7)
图4列举出表示终端温度差与负载的关系的图作为一例。图4中，横轴表示负载(％)，纵轴表示终端温度差TDe(℃)。
如图4所示，终端温度差与负载成比例，在例子中，负载为100％时的终端温度差为约1℃。
而且，推定部51优选从冷凝器3的交换热量中除去向压缩机1、2的输入动力，来推定蒸发器4的交换热量。
具体而言，通过(1)通过根据与压缩机1、2连接的电动机25、26的输入的计测值或从与电动机25、26连接的逆变器输入的电流值而推定的电动机输入，基于热平衡，算出蒸发器4的交换热量，(2)根据上游侧与下游侧的冷凝器3的交换热量比，算出蒸发器4的交换热量比，并算出流过蒸发器4的冷水的中间温度，等方法，除去电动机排热量而准确地算出蒸发器4的交换热量。
以下，在热交换器为冷凝器3的情况及为蒸发器4的情况下，说明本实施方式的控制装置50的作用。
在热交换器为冷凝器3的情况下，在推定部51中，基于由冷凝器3的第二压力计测部PT2计测到的下游侧空间7的气体制冷剂的压力值来推定气体制冷剂的饱和温度(例如，41℃)，基于第二温度计测部33在冷凝器3的出口处计测到的冷却水的温度即出口温度计测值(例如，40℃)与上述推定的饱和温度的终端温度差，来推定上游侧空间8的终端温度差(例如，41℃-40℃＝1℃)。基于根据由上游侧空间8的第一压力计测部PT1计测到的上游侧空间8的气体制冷剂的压力值而推定的气体制冷剂的饱和温度(例如，37℃)、及上述推定的上游侧空间8的终端温度差(例如，1℃)，推定上游侧空间的出口附近(即，冷凝器3的中间点)的冷却水的温度(例如，37℃-1℃＝36℃)。
在热交换器为蒸发器4的情况下，在推定部51中，基于由蒸发器4的第二压力计测部计测到的下游侧空间19的气体制冷剂的压力值来推定气体制冷剂的饱和温度(例如，5℃)，基于第二温度计测部在蒸发器4的出口处计测到的冷水的温度即出口温度计测值(例如，6℃)与上述推定的饱和温度的终端温度差，来推定上游侧空间18的终端温度差(例如，6℃-5℃＝1℃)。基于根据由上游侧空间18的第一压力计测部计测到的上游侧空间18的气体制冷剂的压力值而推定的气体制冷剂的饱和温度(例如，8℃)、及上述推定的上游侧空间18的终端温度差(例如，1℃)，来推定上游侧空间的出口附近(即，蒸发器4的中间点)的冷水的温度(例如，8℃+1℃＝9℃)。
基于如此推定的热交换器的中间点的第一流体的温度，控制装置50进行压缩机1、2的容量控制、基于逆变器的压缩机个别的旋转控制、及压缩机1、2的吸入叶片与HGBP(热气旁通阀)30、31的独立控制。
在上述的实施方式的控制装置50中，上述处理的全部或一部分可以另行使用软件进行处理。这种情况下，控制装置50具备CPU、RAM等主存储装置、及记录有用于实现上述处理的全部或一部的程序(例如，控制程序)的计算机可读取的记录介质。然后，CPU读出记录在上述存储介质中的程序，执行信息的加工、运算处理，由此实现与上述的控制装置50同样的处理。
在此，计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。而且，也可以利用通信回线将该计算机程序向计算机配信，接受到该配信的计算机执行该程序。
如以上说明那样，根据本实施方式的并联型制冷机的控制装置50及方法以及程序，在冷凝器3(或蒸发器4)的内部空间被划分成作为冷却水(或冷水)的入口侧的上游侧空间和作为冷却水(或冷水)的出口侧的下游侧空间的情况下，冷却水(或冷水)当从冷凝器3(或蒸发器4)的管10(或20)流入时，与流通上游侧空间的气体制冷剂进行热交换，并在下游侧空间7(或19)内与气体制冷剂进行热交换，从管12(或21)排出。此时，基于根据下游侧空间的气体制冷剂的压力值而推定的气体制冷剂的饱和温度与在冷凝器3(或蒸发器4)的出口处计测的冷却水(或冷水)的温度即出口温度计测值的终端温度差，来推定上游侧空间的终端温度差，并基于该上游侧空间的终端温度差及上游侧空间的气体制冷剂的饱和温度，来推定上游侧空间的出口附近的冷却水(或冷水)的温度。
由此，能够简便地推定冷凝器3(或蒸发器4)的上游侧空间与下游侧空间之间即中间点的冷却水(或冷水)的温度。而且，由于基于终端温度差的设计值与下游侧的终端温度差的实测值来推算中间点的温度，因此即使在发生管壳式热交换器的管部分的污染引起的热交换器的传热性能下降的情况下，也能够考虑污染的影响来推定中间点的温度。
另外，基于在上游侧空间及下游侧空间的各自的空间内计测的制冷剂压力来推定温度，由此，与在各空间设置温度传感器来计测温度的情况相比，能够计测准确的温度。
如此，通过推定热交换器的中间点的温度，能够算出上游侧空间及下游侧空间的各自的负载，通过压缩机的容量控制、基于逆变器的个别的旋转控制、压缩机的吸入叶片与HGBP(热气旁通阀)30、31的独立控制，能实现性能提高和可靠的浪涌回避。而且，由于不需要膨胀阀控制用的水平传感器，因此能实现成本削减。
另外，将冷凝器3与蒸发器4进行比较，冷凝器3能得到更高的精度。这是因为，在冷凝器3的情况下，传热管(管)始终没有浸渍在液体中，但是在蒸发器4的情况下，根据负载的大小的不同而传热管浸渍于液体或未浸渍于液体使得热交换状态变化，从而蒸发器4的终端温度差与负载的关系变化。由此可知，冷凝器3与蒸发器4相比能得到更高的精度。

Claims (4)

1.一种并联型制冷机的控制装置，该并联型制冷机具备多个管壳式的热交换器及多个压缩机，该管壳式的热交换器具备在内部使第一流体流通的管、在所述管的外部使第二流体流通的壳体、沿着与所述管的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板，所述并联型制冷机的控制装置的特征在于，
具备推定机构，
在划分出的所述内部空间为作为所述第一流体的入口侧的上游侧空间和作为所述第一流体的出口侧的下游侧空间时，
所述推定机构基于根据所述下游侧空间的所述第二流体的压力值而推定的所述第二流体的饱和温度与在所述热交换器的出口处计测的所述第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，推定所述上游侧空间的终端温度差，并基于所述上游侧空间的终端温度差及所述上游侧空间的所述第二流体的饱和温度，推定所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
2.根据权利要求1所述的并联型制冷机的控制装置，其特征在于，
所述推定机构根据作用于所述上游侧空间和所述下游侧空间的负载，来修正所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
3.根据权利要求1或2所述的并联型制冷机的控制装置，其特征在于，
在所述热交换器为冷凝器和蒸发器时，
所述推定机构从所述冷凝器的交换热量中除去向所述压缩机的输入动力，来推定所述蒸发器的交换热量。
4.一种并联型制冷机的控制方法，该并联型制冷机具备多个管壳式的热交换器及多个压缩机，该管壳式的热交换器具备在内部使第一流体流通的管、在所述管的外部使第二流体流通的壳体、沿着与所述管的长度方向交叉的方向对内部空间进行划分的分隔板，所述并联型制冷机的控制方法的特征在于，
在划分出的所述内部空间为作为所述第一流体的入口侧的上游侧空间和作为所述第一流体的出口侧的下游侧空间时，
基于根据所述下游侧空间的所述第二流体的压力值而推定的所述第二流体的饱和温度与在所述热交换器的出口处计测的所述第一流体的温度即出口温度计测值的终端温度差，推定所述上游侧空间的终端温度差，并基于所述上游侧空间的终端温度差及所述上游侧空间的所述第二流体的饱和温度，推定所述上游侧空间的出口附近的所述第一流体的温度。
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