CN104321599A - 用于蒸气压缩系统的控制器和用于控制蒸气压缩系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统的控制器。该系统包括用于一种制冷剂在压缩机(2)、冷凝器(3)和蒸发器(4)间循环的一个回路。一个膨胀阀(5)控制该制冷剂进入该蒸发器(4)中的流动并且由此控制该冷藏空间的冷却。该控制系统被适配成基于在该回路中该蒸发器(4)与该压缩机(2)之间的第一温度(T1)以及在该冷藏空间内确定的第二温度(T2)来控制该膨胀阀(5)。

Description

用于蒸气压缩系统的控制器和用于控制蒸气压缩系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于蒸气压缩系统的控制器，该蒸气压缩系统是用于将冷藏空间冷却。该系统包括用于供制冷剂在压缩机、冷凝器及蒸发器之间循环的一个回路。提供了一个膨胀阀来控制该制冷剂进入该蒸发器中的流动并且由此控制该冷藏空间的冷却。

背景技术

蒸气压缩系统，例如制冷系统、空调系统或者热泵，通常包含安装在制冷剂回路中的一个压缩机、一个冷凝器、一个膨胀装置和一个蒸发器。制冷剂在该制冷剂回路中循环、并被交替地膨胀和压缩，并且在该冷凝器和蒸发器中发生了热交换。膨胀后的制冷剂以气液混合态制冷剂进入该蒸发器中。当该制冷剂穿过该蒸发器时，它在与经过该蒸发器的第二流体流(例如空气流)进行热交换的同时蒸发。为了最大范围地利用该蒸发器的潜在制冷能力，希望沿着该蒸发器的整个长度都存在液态制冷剂。另一方面，不希望液态制冷剂穿过该蒸发器而进入抽吸管线，因为如果液态制冷剂到达压缩机则可能损坏该压缩机。因此希望的是以一种方式来控制给该蒸发器的制冷剂供应以使得该压缩机不受损并且同时充分利用该蒸发器的能力。

为了达到该目的，典型地使用一个压力传感器来测量压力以获得该制冷剂的蒸发温度、并且使用一个温度传感器来测量离开该蒸发器的制冷剂的出口温度。传统地，基于在所讨论的压力下这个蒸发温度与该出口温度之间的温度差来控制该膨胀阀。

因此，有必要在上述控制中采用一种压力传感器。因为这样的压力传感器可能脱落或发生故障，因此可能无法获得蒸发温度，这可能进一步阻碍对于给该蒸发器的制冷剂供应的控制，直至该压力传感器恢复正常。

US 2004/0068999披露了一种用于制冷系统的膨胀阀的控制器。传感器可以记录在制冷系统中不同位置处的被冷却介质和制冷剂的各个选定温度和压力。所测量的压力和温度在该控制器中被用于控制制冷剂到该蒸发器中的注入，以维持稳定的运行条件。

发明内容

本发明的多个实施例的目的是提供一种用于控制蒸气压缩系统的控制器以及一种控制此类系统的方法。

本发明的多个实施例的进一步的目的是提供一种控制器并且提供一种控制此类系统的方法，该控制器允许获得受控的冷却并且因此获得更具能效的冷却。

本发明的实施例的更进一步的目的是提供一种能够实现从蒸气压缩系统中省略压力传感器的控制器和一种控制此类系统的方法。

根据第一方面，本发明提供了一种用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统的控制器，该系统包括：用于供制冷剂在压缩机、冷凝器和蒸发器之间循环的一个回路；以及一个膨胀阀，该膨胀阀用于控制该制冷剂进入该蒸发器中的流动并且由此控制该冷藏空间的冷却，其特征在于，该控制器被适配成基于该回路中该蒸发器与该压缩机之问的第一温度以及在该冷藏空间内确定的第二空气温度来控制该膨胀阀。

在本文的上下文中，术语“蒸气压缩系统”应被理解为是指以下任何系统：一种流体介质流(如制冷剂)在该系统循环并被交替地压缩和膨胀，由此提供一定体积的制冷或者加热。因此，该蒸气压缩系统可以是一种制冷系统、空调系统、热泵等等。

该控制器被适配成基于在不同位置确定的温度来控制该膨胀阀在此是指该控制器被适配成与安排在该回路中以及该冷藏空间中的多个传感器进行通信、并利用来自这些传感器的读数来控制该膨胀阀并因此确定其打开程度。

该控制器可包括一种数据输入，例如，来自数据总线的读数、从安排在该冷藏空间中和该蒸发器之后的回路中的多个独立温度传感器获得的数据流。该控制器还可以具有用于读取该传感器输入的多个单独的的数据端口。

这些传感器可以是典型地用于传统冰箱、空调系统、热泵或冷冻库中的此类型的传统温度传感器。

该第一温度是在该蒸发器和该压缩机之间确定的。它可以是离开该蒸发器的制冷剂的温度，即该第一温度可以在该蒸发器出口处进行测量。

该第二空气温度是在冷藏空间内确定的。因此，该第二温度可以被确定为已经穿过了蒸发器的第二介质的温度，在该蒸发器内发生了与该制冷剂的热交换。

该第二温度可以在该冷藏空间内测量。作为一个替代方案，该控制器可以被适配成基于一个第三空气温度与一个预选的偏离值之间的温度差来估算该第二温度。该第三温度可以在该蒸发器之前的空气流中测量，并且该预选的偏离值可以在该控制器中设定。

基于这两个温度，该控制器被适配成用于控制该膨胀阀，并且该控制器因此可以基于此来控制该阀的打开和关闭。

这样控制器的一个优点是不需要压力传感器，因此节省了压力传感器的成本。此外，安装工作可以更容易。然而，该控制器也可以用在结合有压力传感器的蒸气压缩系统中。在这些情况下，如果该压力传感器发生故障，该控制器可以通过应用一种基于第一温度和第二温度的控制策略作为后备使用。

该控制器可以被适配成用于控制该膨胀阀以在该冷藏空间中获得一个选定的目标温度。当达到该目标温度时，该控制器可以被适配成关闭该膨胀阀并由此停止制冷剂的循环。然而，也可以使用低于该目标温度的一个温度作为该膨胀阀的关闭温度。

为了确保该冷藏空间内的温度不超过该目标温度，该控制器可以被适配成基于在该冷藏空间中确定的空气温度来初始化对该膨胀阀的控制。该空气温度可以与该目标温度相等、或者可以相对于该目标温度进行选择以确保该目标温度不被超过。因此，这些初始化空气温度可以例如基于该冷藏空间的大小、用于确定该空气温度的传感器的位置、有待存储在该冷藏空间内的物品的敏感度等等进行选择。

当该第一温度是在蒸发器与压缩机之间确定的制冷剂的温度并且第二温度是在该冷藏空间内确定时，该控制器可以被适配成基于该第一温度与第二温度之差来控制该阀，因为该第一温度与第二温度之差可以看成是所需冷却的一种表达。

当该膨胀阀被关闭一段时间例如几分钟之后，该第一温度可能变得高于该第二温度。这一点的发生可能是由于蒸发器中的残留制冷剂可以将空气冷却，而导致制冷剂被该空气升温可能比该第二温度的变化更快。因此，该第一温度可能比该第二温度变化得快，从而该第一温度可能变得比该第二温度高。为了降低该第一温度，该膨胀阀将必须被打开，并且为了达到这一目的，该控制器可以被适配成当该第一温度高于该第二温度时打开该膨胀阀。

为了避免该膨胀阀以非常短的时间间隔被连续被打开和关闭，该控制器可以被适配成当该第一温度与第二温度之差在一个预定义的关闭值之上时关闭该阀。该预定义的关闭值可以被看作是确保该膨胀阀不以非常短的时间间隔被连续被打开和关闭的一种滞后。

在替代性实施例中，如果该第一温度与第二温度之差是在一个预定义的打开值之上，该阀可以被打开。该预定义的打开值因此可以被看作是确保该膨胀阀不以非常短的时间问隔被连续被打开和关闭的一种滞后。此外，当该第一温度低于该第二温度时，该阀可以被关闭。

作为一个进一步的替代方案，该控制策略可以结合有该第一温度T1和第二温度T2的变化率Roc，其中，当温度上升时变化率Roc为正并且当温度下降时变化率为负。

在一个实施例中，如果第一温度T1和第二温度T2的变化率Roc均为正、并且如果第一温度T1高于T1.0加上一个预定义的打开常数，该膨胀阀可以被打开，其中，T1.0被定义为在之前关闭该膨胀阀时该第一温度T1的值。

如果第一温度T1和第二温度T2的变化率Roc均为负、并且如果第一温度T1低于第二温度T2减去一个预定义的关闭常数，该膨胀阀可以相应地被关闭。

在该蒸气压缩系统的启动过程中，该第一温度和第二温度可以相等或者至少仅相差一个小范围，因为没有制冷剂被循环。因此，如果该阀在启动过程中被完全打开以确保该冷藏空间的充分冷却，则可能是有利的。类似的，在该阀关闭了更长时间之后将其完全打开可能是有利的，因为在这样一个时间段之后，该第一温度和第二温度可能相等或者至少仅相差一个小范围。

因此，该控制器可以被适配成基于与该阀打开的持续时间相关的信息来控制该膨胀阀。该控制器可以储存关于该膨胀阀的控制过程中该持续时间的信息。作为替代方案，该持续时间可以用一个分开的监视单元来监视，该监视单元被适配成用于确定该膨胀阀的打开时间。该控制器可以被适配成通过基于该持续时间改变该阀的打开程度来控制该膨胀阀。

因此，如果监视显示该膨胀阀被打开了更长时间段，该膨胀阀的打开程度可以被增大。此外，如果监视显示该膨胀阀已被关闭了更长时间段或者如果该膨胀阀已被打开了短的时间段，则打开程度可以被减小。该打开和/或关闭的持续时间的预选阀值可以在该控制器中设定。

该控制器可以使用不同的控制策略运行。举例而言，启动过程中的控制策略可以是将该膨胀阀完全打开，如上文所描述的。随后，可以基于所确定的该第一温度和第二温度来打开和关闭该膨胀阀。

如上所述基于第一温度与第二温度之差来实施膨胀阀的打开和关闭的一种控制策略在初始化阶段可以是相关的。在这个阶段的过程中，可以对打开期和关闭期的持续时问进行监视。

在监视了打开期和关闭期的持续时间之后，该控制策略可转换到一个注入阶段，在该注入阶段中，该控制器可以被适配成通过基于该持续时间改变该阀的打开程度来控制该膨胀阀。

在一个实施例中，如果在该注入阶段中的打开期的持续时间大于在该初始化阶段中打开期的持续时间和关闭期的持续时间之和，该膨胀阀的打开程度可以被增大。因此，该膨胀阀的调节可以表示为该打开期的持续时间与在该初始化阶段中打开期的持续时间和关闭期的持续时间之和之间的关系。

根据第二方面，本发明提供了一种用于控制将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统的膨胀阀的方法，该系统包括一个用于供制冷剂在压缩机、冷凝器和蒸发器之间循环的回路，该方法包含以下步骤：

-测量在该回路中该蒸发器与该压缩机之间的第一温度，

-确定该冷藏空间内的第二空气温度，并且

-基于该第一温度和第二温度来控制该膨胀阀。

应该理解的是，技术人员容易认识到，结合本发明第一方面所描述的任何特征都可以与本发明的第二个方面相结合，反之亦然。

根据本发明第一方面的控制系统非常适合于执行根据本发明第二方面的这些方法步骤。因此，以上关于该控制器给出的论述也同样适用于该方法。

根据第三方面，本发明提供了一种用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统，该系统包括一个用于供制冷剂在压缩机、冷凝器和蒸发器之间循环的回路，该系统进一步包括一个膨胀阀和一个根据本发明第一方面的控制系统，该膨胀阀用于控制该制冷剂进入该蒸发器的流动并且由此控制该冷藏空间的冷却。

应该理解的是，技术人员容易认识到，结合本发明第一方面和第二方面描述的任何特征都可以与本发明的第三方面相结合，反之亦然。

附图说明

现在将参照附图进一步说明本发明的实施例，在附图中：

图1展示了一种蒸气压缩系统，

图2展示了该控制方法在启动阶段的一部分，

图3展示了该控制方法的在初始化阶段一部分，

图4展示了该控制方法的在注入阶段一部分，并且

图5展示了在控制过程中的温度变化。

具体实施方式

应该理解的是，该详细说明和具体实例虽然指明了本发明的实施例，但是仅以展示的方式给出，因为从该详细说明中，本领域普通技术人员将了解在本发明的精神和范围内的各种变化和修改。

图1展示了一种用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统1。该系统1包括一个供制冷剂在压缩机2、冷凝器3和蒸发器4之间循环的回路。该系统1还包括一个膨胀阀5，该膨胀阀用于控制该制冷剂进入该蒸发器的流动并且由此控制该冷藏空间的制冷。

该系统1包括一个控制器6，该控制器被适配成基于该回路中蒸发器4与压缩机2之间的第一温度T1和在该冷藏空间内确定的第二温度T2来控制该膨胀阀5。该第二温度T2可以在该冷藏空间内测量。

然而，作为直接测量T2的一个替代方案，控制器6可以被适配成基于第三空气温度T3与一个预选偏离值之间的温度差来估计出该第二温度T2。该第三温度T3可以在蒸发器4之前的空气流中测量，并且该预选偏离值可以在该控制器6中设定。

如图1所示，系统1可进一步结合有一个电动机7和一个风扇8。

图2至4展示了用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统1的膨胀阀5的控制方法的不同阶段。

该系统的控制器被适配成基于该回路中蒸发器与压缩机之间的第一温度T1和在冷藏空间内确定的第二温度T2来控制该膨胀阀。

图2展示了启动阶段的一个实施例。在所展示的实施例中，初始测量第三温度T3。该第三温度T3是在该冷藏空间中、在蒸发器之前的气流中测量的。随后，将这个温度与针对该冷藏空间的一个预选的目标温度进行比较。

如果该第三温度T3在该目标温度以上，如显示为Y(是)，则可以通过完全打开该膨胀阀来启动(详见图3)初始化阶段。随后，在确定该第一温度和第二温度的基础上，该膨胀阀可以被打开和关闭，并且可以监视该打开程度。如果第三温度T3不在该目标温度以上，如显示为N(否)，则该膨胀阀的打开程度将不被改变，并且将在一个预选的时间段之后再次测量该第三温度T3。

在监视了打开期和关闭期的持续时间并且计算出该膨胀阀的打开程度之后，该控制策略可以转换到一个注入阶段，其中，该控制器可以被适配成基于该持续时间来通过改变该阀的打开程度而控制该膨胀阀(详见图4)。

图3展示了该初始化阶段的一个实施例，其中该膨胀阀的打开程度最初被设定为100％。通过测量该蒸发器与压缩机之间的第一温度T1并且确定该冷藏空间内的第二温度T2来确定该第一温度和第二温度。

如果第一温度T1高于第二温度T2，如显示为Y，则该膨胀阀被打开，并且再次测量该第一温度和第二温度。如果该第一温度T1低于该第二温度T2减去一个预选的关闭值，如显示为N，则膨胀阀被关闭。如果不是(N)，则以预选的时间间隔测量该第一温度和第二温度。

因此，该膨胀阀是通过使用一种控制策略被控制的，在该控制策略中，该膨胀阀的打开和关闭是基于第一温度与第二温度之间的差异来实施的。在该阶段，对打开期和关闭期的持续时间进行监视。

图4展示了在初始化阶段之后应用的注入阶段的一个实施例，其中打开期和关闭期的持续时间被监控。

在注入阶段中应用的控制策略允许该控制器基于所监视的持续时间通过改变该阀的打开程度来控制该膨胀阀。

举例而言，如果注入阶段中的打开期的持续时问大于在初始化阶段中打开期的持续时间和关闭期的持续时间之和，则该膨胀阀的打开程度可以被增大(参见图2)。因此，该膨胀阀的调节可以表示为该打开期的持续时间与在该初始化阶段中打开期的持续时间和关闭期的持续时间之和之间的关系。

另外，如果该第三温度T3不是(N)低于一个预选目标温度与一个预选偏离值之差，则该打开程度可以被调整，如图4底部所示。然而，该第三温度T3的查看可以平行于并且因此独立于基于第一温度T1和第二温度T2的测量和/或确定的这个控制策略来运行，由此对打开程度的调整可以在该膨胀阀关闭之后进行。与此并行，该膨胀阀可以基于对该第三温度T3的查看而被关闭。

图5展示了在控制过程中温度变化的一个实例。上面的温度曲线T3展示了在冷藏空间内、在蒸发器之前的空气流中测量的空气温度。T1是在蒸发器与压缩机之间确定的第一温度。T2是在冷藏空间内确定的第二空气温度。在本实施例中，T2是已经经过了该蒸发器的第二介质的温度，在该蒸发器中发生了与该制冷剂的热交换。

该控制器被适配成用于控制该膨胀阀以在该冷藏空间内获得一个选定的目标温度。在本实施例中，该控制器被适配成基于第一温度T1与第二温度T2之差来控制该阀。

为了降低第一温度T1，该膨胀阀将必须被打开，并且为了达到这一目的，该控制器被适配成在该第一温度高于该第二温度时打开该阀。作为展示第一温度T1的这条曲线的每一个波峰9来实施该膨胀阀的打开。

为了避免该膨胀阀以非常短的时间间隔被连续被打开和关闭，该控制器被适配成当第一温度T1与第二温度T2之差在预定义的关闭值ΔT之上时关闭该膨胀阀。该预定义的关闭值可以被视为确保该膨胀阀不以非常短的时间间隔被连续打开和关闭的一种滞后。作为展示第一温度T1的这条曲线的每一个波谷10来实施该膨胀阀的关闭。

Claims (17)

1.用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统的控制器，该系统包括用于一种制冷剂在压缩机、冷凝器和蒸发器之间循环的一个回路以及一个膨胀阀，该膨胀阀用于控制该制冷剂进入该蒸发器中的流动并且由此控制该冷藏空间的冷却，其特征在于，该控制器被适配成基于在该回路中该蒸发器与该压缩机之间的一个第一温度以及在该冷藏空间内确定的一个第二温度来控制该膨胀阀。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，该控制器被适配成基于该第一温度与该第二温度之差来控制该阀。

3.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，当该第一温度高于该第二温度高时，该阀被打开。

4.根据以上权利要求中的任一项所述的控制器，其中，当该第一温度与该第二温度之差在预定义的关闭值之上时，该阀被关闭。

5.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，当该第一温度与该第二温度之差在预定义的打开值之上时，该阀被打开。

6.根据权利要求1至2中任一项或权利要求5所述的控制器，其中，如果该第一温度低于该第二温度，该阀被关闭。

7.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，如果该第一温度和该第二温度的变化率Roc均为正，并且该第一温度高于之前测量的第一温度加上一个预定义的打开常数时，该阀被打开。

8.根据权利要求1至2中任一项或权利要求7所述的控制器，其中，如果该第一温度和该第二温度的变化率Roc均为负，并且该第一温度低于该第二温度减去一个预定义的关闭常数时，该阀被关闭。

9.根据以上权利要求中任一项所述的控制器，其中，该阀打开的持续时间被确定，并且其中该阀的打开程度基于该持续时间而被改变。

10.根据以上权利中任一项所述的控制器，其中，该控制器被适配成基于在该冷藏空间内确定的空气温度来初始化对该膨胀阀的控制。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的控制器，其中，该控制器被适配成基于一个第三空气温度与一个预选的偏离值之间的温度差来估计该第二温度，其中该第三温度是在该蒸发器之前的空气流中测量的。

12.用于控制将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统的膨胀阀的方法，该系统包括用于一种制冷剂在压缩机、冷凝器和蒸发器之间循环的一个回路，该方法包括以下步骤：

-测量在该回路中该蒸发器与该压缩机之间的一个第一温度，

-确定该冷藏空间内的一个第二空气温度，并且

-基于该第一温度和该第二温度来控制该膨胀阀。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，基于该第一温度与该第二温度之间的温度差来控制该膨胀阀。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，基于在该冷藏空间内确定的空气温度来初始化对该膨胀阀的控制。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，将该第二温度估计为一个第三空气温度与一个预选的偏离值之间的温度差，其中该第三温度是在该蒸发器之前的空气流中测量的。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，进一步包括一个确定该膨胀阀打开的持续时间以及基于该持续时间来控制该阀的打开程度的步骤。

17.用于将冷藏空间冷却的蒸气压缩系统，该系统包括用于一种制冷剂在压缩机、冷凝器和蒸发器之间循环的一个回路，该系统进一步包括一个膨胀阀以及一个根据权利要求1至11中任一项所述的控制系统，该膨胀阀用于控制该制冷剂进入该蒸发器中的流动并且由此控制该冷藏空间的冷却。