CN103842749B - 用于控制冷却设备中的气体压力的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种监测冷却回路中排热换热器中的气体压力的方法。在排热换热器中，由控制单元来控制压力，所述控制单元控制至少一个阀。确定与一个或多个压缩机的最大容量相比的冷却回路中的一个或多个压缩机的当前容量。在给定环境和／或给定操作条件下最大容量可以是额定容量，或其可以是最大容量。如果所述一个或多个压缩机的当前容量至少处于对应于最大容量的预设百分比的水平，则确定由压缩机容量达到所述水平的时间点流逝的时间段。如果确定的时间段具有比预设时间段长的持续时间，则断定冷却介质处于气体回路操作模式。以容易的方式检测气体回路操作模式允许操作者或控制器以使得冷却介质被使得脱离气体回路操作模式的方式调节冷却设备的操作，由此提高冷却设备的能量效率。

Description

用于控制冷却设备中的气体压力的方法

技术领域

本发明涉及用于控制冷却设备的排热热交换器中的气体压力的方法。本发明还涉及根据本发明的方法操作的控制单元，以及具有这种控制单元的设备或车间。

背景技术

在包括排热热交换器的冷却设备中，例如气体冷却器中，当在气体冷却器的出口处测量到的压力错误和／或测量的温度错误超过正常预期的值时，气体冷却器的控制可能不成功。图1是对数P-h曲线，其示出稍微过高的压力(△p的上限)的读出是如何可以导致控制器将排热热交换器(例如气体冷却器)的出口处压力和／或温度记录在图1的点B的理想曲线处而物理状态或实际条件如图1的点A处示出。

图1示出在气体冷却器的出口处测量的压力错误和／或温度错误超过正常期望值时气体冷却器控制不成功如何影响冷却设备的效率。连续的线标记的连续的循环表示实际的运行循环，同时虚线标记的循环表示通过控制器感知的循环。两个循环要求几乎相同的用于压缩的每重量单位制冷剂的能量的量，同时每重量单位制冷剂的有用的冷却容量在实际运行循环中比控制器感知的循环中低得多。

因此，尽管认为冷却设备在理想条件附近操作，但是实际上，它以极为能量低效率或无效率的方式操作或运行。这种问题通常被称为气体回路操作(gas loop operation)并且可以在如图1所示的对数P-h图中的等温线接近水平的情况下发生。

W02007022778也描述了“气体回路操作”的现象，在此通过参考将整个W02007022778并入。具体参照(但不排除其它部分)W02007022778的第5页4-9行以及图4，该部分公开了：除了跨临界冷却循环，图4示出两个等温线34、36。应该注意到，由于等温线34的低且几乎水平的坡度或斜度，在点3处气体冷却器压力的下降将点4移动至右边一个大的量，使得蒸发器内能够获得的用于释放的比焓下降一个大的量。因为压缩机14增加的比焓下降小的量，因此最终的COP下降大的量。相反，由于等温线34的陡峭的斜度气体冷却器压力在点3处的升高将点3移动至左边一个小量，使得蒸发器内可获得的用于释放的比焓增大小的量。因为通过压缩机14增加的比焓也增加小的量，因此最终的COP几乎不改变。

气体回路操作将冷却容量减小至几乎为零。将导致控制器将压缩机的容量增大至100％，在几分钟之后，控制器将提高气体冷却器的参考值。

DE102006019082公开一种用于车辆的冷却设备。该设备包括状态检测单元(9、9a、13、13a、12、14-16、18、19、21、22)，用于检测制冷剂回路的内部压力超过预设压力的条件。当检测到制冷剂的内部压力超过预设压力时，该设备控制压力减小单元，压力减小单元用于在检测到该条件时减小制冷循环的低压侧制冷剂的压力。当状态检测单元检测到陔状态时，例如启动包括冷却回路的压缩机的压力减小单元以便减小冷却回路的低压侧的压力。DE102006019082没有教导并且不能够检测可能的气体回路操作模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测气体回路操作和用于从气体回路操作恢复的方法。本发明的目的还在于提供一种限制气体回路操作的控制单元和具有这种控制单元的设备。

根据本发明的第一方面，提供一种监测冷却回路中排热换热器中的气体压力的方法，所述方法包括以下步骤：

-由控制单元来控制排热换热器中的压力，所述控制单元控制至少一个阀，

-确定与冷却回路中的一个或多个压缩机的最大容量相比的冷却回路中的一个或多个压缩机的当前容量，

-如果所述一个或多个压缩机的当前容量至少处于对应于最大容量的预设百分比的水平，则确定从压缩机容量达到所述水平的时间点流逝的时间段，

-如果确定的时间段具有比预设时间段长的持续时间，则断定冷却介质处于气体回路操作模式。在本文中，术语“冷却回路”应该解释为表示交替压缩和膨胀制冷剂的制冷剂路径。为此，压缩机、排热换热器、膨胀装置以及耗热换热器布置在制冷剂路径中。压缩机可以是单压缩机的形式或两个或多个压缩机的机组(rack)的形式。排热换热器可以是冷凝器或气体冷却器的形式，这依赖于冷却回路是亚临界地操作还是跨临界地操作。耗热换热器可以是蒸发器。

制冷剂在被供给至排热换热器之前在压缩机中被压缩。在排热换热器中，利用穿过排热换热器的第二流体流以使得经由制冷剂路径流过排热换热器的制冷剂的温度降低的方式发生热交换。在排热换热器是冷凝器的情形中，进入排热换热器的气态制冷剂被至少部分地冷凝。在排热换热器是气体冷却器的情形中，进入排热换热器的气态制冷剂保持气态，但是制冷剂的温度被降低。在任何情况下，冷却回路能够经由排热换热器提供对封闭容积的加热。

然后制冷剂被供给至膨胀装置，在膨胀装置处制冷剂在被供给耗热换热器之前被膨胀。在耗热换热器中，利用穿过耗热换热器的第二流体流以使得经由制冷剂路径流过耗热换热器的制冷剂的温度升高的方式发生热交换。在耗热换热器是蒸发器的情形中，进入耗热换热器的液体制冷剂在耗热换热器中被至少部分地蒸发。而且，被蒸发的制冷剂可以被进一步加热，在这种情况下过热的制冷剂离开耗热换热器。在任何情况下，冷却回路能够经由耗热换热器提供对封闭容积的冷却。制冷剂随后返回至压缩机并重复循环。

根据本发明第一方面的方法，确定与最大容量相比较的冷却回路中一个或多个压缩机的当前容量。在本文中，术语“容量”应该被解释为意味着压缩机提供的功。可以用压缩机消耗的电能或功率、通过压缩机压缩并排出的制冷剂的量、冷却设备上的冷却负载或任何其他合适的方式表示容量。

可以测量当前压缩机容量。备选地，关于当前压缩机容量的信息可以固有地存在于压缩机控制器中，在这种情况下该信息仅通过压缩机控制器提供。

最大容量可以是一个或多个压缩机的额定容量，额定容量是压缩机设计供给的最大功。作为替换，最大容量可以是冷却回路的多种操作条件限定的容量极限，例如室外温度、室内温度、冷却设备的设计、安装位置、被冷却货物和／或设备的期望温度等。例如，冷却设备在某种意义上可以过大，使得压缩机潜在地能够提供比任何时候将需要的容量高得多的冷却容量以便满足冷却设备的冷却负载。在这种情况下最大容量可以是额定容量的特定百分率，例如是额定容量的75％、额定容量的80％、额定容量的90％等。有利地，最大容量可以是冷却设备上的冷却负载处于最大水平时要求的压缩机容量。

如果确定一个或多个压缩机的当前容量至少处于与最大容量的预设百分率对应的水平，则调查这种水平是何时达到的，并且调查压缩机容量已经在该水平或该水平以上多久。换句话说，调查一个或多个压缩机是否正在相对高的容量、在上面限定的最大容量或接近上面限定的最大容量操作，以及是否已经这样操作了一定时间。如果压缩机正在连续的时间段期间在高容量水平操作，则这表明冷却设备正低效率地或无效率地操作，并且冷却介质可能处于气体回路操作模式。

因此，如果确定的时间段具有比预设时间段长的持续时间，则断定冷却介质处于气体回路操作模式。

因此，根据本发明第一方面的方法允许以容易的方式识别气体回路条件或状态。这又允许调节冷却设备的操作，以使得冷却介质脱离气体回路操作模式。而且，因为压缩机容量必须在高水平持续至少预设时间段，因此确保高容量的短暂的峰值不会起反作用。这是有利的，因为这种短暂的峰值可能是波动的结果，而不是表明气体回路操作模式。

该方法还可以包括如下步骤：如果断定冷却介质处于气体回路操作模式，增大排热换热器内部冷却介质的压力。

如图1所示，当排热换热器(气体冷却器)中的压力增大时，冷却介质的压力和焓移至等温曲线具有更显著或更明确的坡度的区域。由此，冷却设备的操作离开气体回路操作模式。

冷却介质的压力可以增大5-20巴，例如7-15巴，例如8-10巴，例如大约10巴，或大约5巴，或大约20巴。

替换地，冷却介质的压力可以增大1％-15％，例如增大2％-12％，例如增大5％-10％，例如增大大约7％，或大约5％，或大约10％。

增大压力的步骤可以导致压力增大，这引起一个或多个压缩机的当前容量下降至最大容量的95％以下，可以下降至最大容量的90％以下，甚至可下降至最大容量的80％以下。根据本实施例，压力增大将冷却介质移出气体回路操作模式，并由此压缩机的操作被移离极高的容量水平。

该方法还可以包括如下步骤：如果能够断定冷却介质不再处于气体回路操纵模式则减小排热换热器内的冷却介质的压力。根据本实施例，只要需要就仅仅保持排热换热器内的冷却介质的增大的压力以便将冷却介质移离气体回路操作模式。一旦已经达到此目的，则再次降低压力，并且冷却设备返回至正常操作。

依赖于最大容量的哪一个百分比被决定作为一个或多个压缩机的相对高的容量或全容量，冷却介质的压力增大的持续时间可以不同。例如，如果最大容量的百分比被决定为90％，则当前容量下降至最大容量的90％以下时压力的增大将终止。

一个或多个压缩机的最大容量的预设百分比可以是最大容量的至少80％，可以是最大容量的至少90％，甚至可以在一个或多个压缩机的最大容量的95％至100％之间，甚至更可以是最大容量的100％。在任何情况下，在能够断定冷却介质处于气体回路操作模式之前，一个或多个压缩机的当前容量应该非常靠近最大容量持续相当长的时间段。

一定的持续时间的预设时间段可以是至少一分钟，优选是至少两分钟，可以是至少三分钟，甚至可以是至少四分钟，并且甚至更可以是至少五分钟，可以是最多15分钟。

冷却设备的一个或多个压缩机在被决定作为最大容量或接近最大容量的容量操作的持续时间可以依赖于安装位置、室外和室内温度、被冷却货物和／或设备的期望温度等而不同。因此，在某些条件下，较短的时间段足以断定冷却介质处于气体回路操作模式，并且在其他条件下需要较长的时间段来断定冷却介质处于气体回路操作模式。

可以对于冷却回路的全部压缩机共同地确定一个或多个压缩机的当前容量。根据本实施例，一起确定全部压缩机的总容量并且总容量与最大的总容量比较。因此，如果冷却设备包括一个以上的压缩机，则确定整个冷却设备的容量的总和以获得全部压缩机的容量。

作为替换，可以对于冷却回路的每个压缩机单独地确定一个或多个压缩机的当前容量。根据本实施例，确定每个压缩机的容量并且每个压缩机的容量与该压缩机的最大容量进行比较。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种用于监测包括一个或多个压缩机的冷却回路的排热换热器中的压力的控制单元，

所述控制单元包括压力测量单元和容量确定单元，分别用于测量排热换热器内的冷却介质的压力和用于确定一个或多个压缩机的容量，并且

所述控制单元还包括用于测量从一个时间点已经流逝的时间段的计时器，所述时间点是压缩机的当前容量达到最大容量的预设百分比的时间点，所述计时器与容量确定单元通信用于通过根据本发明第一方面的方法确定所述冷却介质是否处于气体回路操作模式。

根据本发明第二方面的控制单元适于通过根据本发明第一方面的方法确定冷却回路的冷却介质是否处于气体回路操作模式。因此前面给出的评述可同等地应用于此。

根据本发明的第三方面，本发明提供了具有包括一个或多个压缩机的冷却回路的设备，所述设备还包括至少一个排热换热器和用于控制排热换热器中的压力的控制器，并且

所述设备还包括至少一个阀，用于调节排热换热器内的压力，并且设备还包括压力测量单元和容量确定单元，用于分别测量排热换热器内的冷却介质的压力和确定一个或多个压缩机的容量，并且

所述设备还包括计时器，用于测量从一个时间点已经流逝的时间段，所述时间点是压缩机的当前容量达到最大容量的预设百分比的时间，所述计时器与所述容量确定单元通信用于通过根据本发明第一方面的方法确定所述冷却介质是否处于气体回路操作模式，

气体回路操作模式是一种操作模式，在该操作模式中，在气体冷却器的出口处测得的压力的错误和／或温度的错误超过正常期望的值。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1是示出冷却介质的气体回路操作模式的对数P-h图，和

图2是示出增大气体冷却器中的冷却介质的压力的效果的对数P-h图。

具体实施方式

图1是示出冷却设备中的冷却介质的气体回路操作模式的对数P-h图。冷却设备跨临界地操作，即在排热换热器内在热交换期间没有相变发生。图1示出当冷却介质在等温曲线相对平的区域内操作时，压力的小的变化导致焓的大的变化。因此，离开气体冷却器的冷却介质的压力的测量值可以导致控制器认为冷却介质处于最佳操作点B。然而，由于测量值的小的误差(△p)，冷却介质实际上可能处于效率极低的或非常无效率的操作点A。结果，冷却设备没有以最佳的方式运行。因为这没有被控制器记录，因此冷却设备的操作继续是无效率的或低效率的。这种情形有时候称为气体回路操作(gas loop operation)。

图2是与图1的曲线图类似的对数P-h图。图2也示出以上参照图1描述的气体回路操作模式。在图2中，离开气体冷却器的冷却介质的压力的测量值的小误差(△p)可导致控制器认为冷却介质处于最佳操作点A，而实际上冷却介质处于非常无效率的或效率极低的操作点B。

然而，将气体冷却器中压力水平提高△P显著地改变了这种状态或情况，因为操作点因此移动至等温曲线的更陡峭的区域。因此，由图2可以清楚地知道，离开气体冷却器的冷却介质的压力的测量值的小误差(△p)仅导致焓的小的差异。换句话说，在操作点A’或在操作点B’处操作冷却设备对冷却设备的效率没有明显的影响。因此，可以看到，提高气体冷却器内冷却介质的压力使得冷却介质离开气体回路操作模式。

Claims (22)

1.一种用于监测冷却回路中的排热换热器中的气体压力的方法，所述方法包括以下步骤：

-由控制单元来控制排热换热器中的压力，所述控制单元控制至少一个阀，

-确定与冷却回路中的一个或多个压缩机的最大容量相比较的冷却回路中的所述一个或多个压缩机的当前容量，

-如果所述一个或多个压缩机的当前容量至少处于对应于最大容量的预设百分比的水平，则确定从压缩机容量达到所述水平的时间点流逝的时间段，

-如果确定的时间段具有比预设时间段长的持续时间，则断定冷却介质在等温曲线相对平的区域内操作，且压力的小的变化导致焓的大的变化，由此冷却介质的压力的测量值导致控制器认为冷却介质处于最佳操作点，而由于压力的测量值的小的误差，冷却介质实际上处于效率低的操作点，从而冷却介质处于气体回路操作模式。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括进一步的步骤：如果断定该冷却介质处于气体回路操作模式，则增大排热换热器内部的冷却介质的压力。

3.根据权利要求2所述的方法，其中冷却介质的压力被增大5-20巴。

4.根据权利要求2所述的方法，其中冷却介质的压力被增大1％-15％。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，增大压力的步骤导致压力增大，由此引起所述一个或多个压缩机的当前容量下降到最大容量的95％以下。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，增大压力的步骤导致压力增大，由此引起所述一个或多个压缩机的当前容量下降到最大容量的90％以下。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，增大压力的步骤导致压力增大，由此引起所述一个或多个压缩机的当前容量下降到最大容量的80％以下。

8.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，还包括如下步骤：如果能够断定冷却介质不再处于气体回路操作模式，则减小排热换热器内部的冷却介质的压力。

9.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个压缩机的最大容量的预设百分比是最大容量的至少80％。

10.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个压缩机的最大容量的预设百分比是最大容量的至少90％。

11.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个压缩机的最大容量的预设百分比在所述一个或多个压缩机的最大容量的95％至100％之间。

12.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个压缩机的最大容量的预设百分比是最大容量的100％。

13.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中一定持续时间的预设时间段是至少一分钟。

14.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中一定持续时间的预设时间段是至少两分钟。

15.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中一定持续时间的预设时间段是至少三分钟。

16.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中一定持续时间的预设时间段是至少四分钟。

17.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中一定持续时间的预设时间段是至少五分钟。

18.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中一定持续时间的预设时间段是至多15分钟。

19.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中对于冷却回路的所有压缩机共同地确定所述一个或多个压缩机的当前容量。

20.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中对于冷却回路的每个压缩机单独地确定所述一个或多个压缩机的当前容量。

21.一种控制单元，用于监测包括一个或多个压缩机的冷却回路的排热换热器内的压力，

所述控制单元包括压力测量单元和容量确定单元，所述压力测量单元和容量确定单元分别用于测量排热换热器内的冷却介质的压力和用于确定所述一个或多个压缩机的容量，并且

所述控制单元还包括用于测量从时间点已经流逝的时间段的计时器，所述时间点是压缩机的当前容量达到最大容量的预设百分比的时间，所述计时器与容量确定单元通信以通过根据权利要求1-20中的任一项所述的方法确定所述冷却介质是否处于气体回路操作模式。

22.一种设备，具有包括一个或多个压缩机的冷却回路，所述设备还包括至少一个排热换热器和用于控制排热换热器中的压力的控制器，并且

所述设备还包括至少一个阀，所述至少一个阀用于调节排热换热器内的压力，并且所述设备还包括压力测量装置和容量确定单元，所述压力测量装置和容量确定单元分别用于测量排热换热器内的冷却介质的压力和确定一个或多个压缩机的容量，并且

所述设备还包括计时器，所述计时器用于测量从时间点已经流逝的时间段，所述时间点是压缩机的当前容量达到最大容量的预设百分比的时间，所述计时器与容量确定单元通信以通过根据权利要求1-20中的任一项所述的方法确定所述冷却介质是否处于气体回路操作模式。