CN104583691B - 用于控制冷却器系统的方法 - Google Patents

用于控制冷却器系统的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104583691B
CN104583691B CN201380044626.6A CN201380044626A CN104583691B CN 104583691 B CN104583691 B CN 104583691B CN 201380044626 A CN201380044626 A CN 201380044626A CN 104583691 B CN104583691 B CN 104583691B
Authority
CN
China
Prior art keywords
evaporator
compressor
secondary fluid
variable speed
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201380044626.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104583691A (zh
Inventor
简·普林斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Danfoss AS filed Critical Danfoss AS
Publication of CN104583691A publication Critical patent/CN104583691A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104583691B publication Critical patent/CN104583691B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/70Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • F24F11/85Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers using variable-flow pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/70Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air
    • F24F11/83Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air by controlling the supply of heat-exchange fluids to heat-exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022Compressor control arrangements
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1919Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/62Control or safety arrangements characterised by the type of control or by internal processing, e.g. using fuzzy logic, adaptive control or estimation of values
    • F24F11/63Electronic processing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/19Calculation of parameters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/02Compressor control
    • F25B2600/025Compressor control by controlling speed
    • F25B2600/0253Compressor control by controlling speed with variable speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/13Pump speed control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2117Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21171Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator
    • F25B2700/21172Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator at the inlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2117Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21171Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator
    • F25B2700/21173Temperatures of an evaporator of the fluid cooled by the evaporator at the outlet
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

披露了一种用于控制冷却器系统(1)的方法,该冷却器系统(1)包括一个蒸汽压缩系统形式的初级侧、和一个次级侧。该次级侧包括一个可变速度泵(8)以用于提供次级流体流经过该初级侧的蒸发器(5),其方式为在该蒸发器(5)中在该初级则的制冷剂与该次级侧的流体之间发生热交换,该次级侧进一步包括一个安排在该次级流体流中的温度传感器(9,10)。该方法包括以下步骤:通过该温度传感器(9,10)对该次级流体流的温度进行监测,并且基于这个所监测的温度对该压缩机容量以及该可变速度泵(8)的速度进行控制,以便获得一个预定设定点温度,其方式为使该冷却器系统(1)的闭环增益K=Kp.Ke保持基本恒定,其中Kp是该压缩机容量控制器的增益并且Ke是该蒸发器(5)的增益。

Description

用于控制冷却器系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制冷却器系统的方法。更具体地讲,本发明涉及一种用于对冷却器系统的温度控制的闭环增益进行控制的方法。与根据现有技术的方法控制的冷却器系统的能量消耗相比,在根据本发明的方法对冷却器系统进行控制时,可以减少该冷却器系统的能量消耗。
背景技术
在冷却器系统中,热量从一个次级流体流中被移除。该次级流体流可以是液体流,例如水流或盐水流。作为一个替代方案,在热交换过程中该次级流体流可以冷凝。即,例如该冷却器系统是一个泵送有CO2的系统的情况,在这种情况下该次级流体是CO2
一个冷却器系统包括一个通常是蒸汽压缩系统形式的初级侧,和一个包含次级流体流的次级侧。典型地在初级侧的蒸发器中初级侧中流动的制冷剂与次级侧中流动的次级流体之间发生热交换。
该次级流体流通常是通过一个泵驱动的。为确保在高冷却需求情况下可获得充分的冷却能力,该泵通常在所有情况下都以其最高水平运行,在没有冷却需求的情况下也是如此。由此,泵的能量消耗比较高。
US 6,871,509披露了一种带有初级侧和次级侧的冷却器系统。该初级侧是以蒸汽压缩系统的形式的,该蒸汽压缩系统包括一个压缩机、一个冷凝器、一个膨胀装置和一个蒸发器。该次级侧提供了穿过该蒸发器的水的流动,其方式为在初级侧的制冷剂与次级侧的水之间发生热交换。因此,蒸发器从在次级环路中循环的水中吸收热量。提供一个泵以用于驱动水流经过蒸发器。在该冷却器系统被启用时,泵开始使水循环经过蒸发器。因此,该泵是以全速运行、或者根本不运行。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供一种用于控制冷却器系统的方法,在该方法中该系统的能量消耗与现有技术的方法相比是减小的。
本发明的实施例的另一个目的是提供一种用于控制冷却器系统的方法,在该方法中可以减少该系统的能量消耗,同时确保可获得所希望的冷却能力。
本发明提供一种用于控制冷却器系统的方法,该冷却器系统包括一个初级侧和一个次级侧,该初级侧包括:一个带可变容量的压缩机、一个热排出热交换器、一个膨胀装置、和一个安排在制冷剂路径中的蒸发器;并且该次级侧包括一个可变速度泵以用于提供经过蒸发器的次级流体,其方式为使得在蒸发器中在初级侧的制冷剂与该次级侧的流体之间发生热交换,该次级侧进一步包括安排在该次级流体流中的一个温度传感器,该方法包括以下步骤:
-通过该温度传感器对该次级流体流的温度进行监测,
-根据所监测到的温度对该压缩机容量以及该可变速度泵的速度进行控制,以便获得一个预定设定点温度,
其中,控制该压缩机容量和该可变速度泵的速度的方式为使该冷却器系统的闭环增益K=Kp·Ke保持基本恒定,其中Kp是该压缩机容量控制器的增益并且Ke是蒸发器的增益。
本发明涉及一种用于控制冷却器系统的方法。更具体地讲,本发明的方法是用于对冷却器的温度控制的闭环增益进行控制的。
在本文的上下文中,术语‘冷却器系统’应解释为是指一个包括初级侧和次级侧的系统,其中该初级侧由于在该初级侧中的流动的流体与在该次级侧中的流动的流体之间的热交换而从该次级侧中移除热量。该初级侧优选是蒸汽压缩系统的形式,即制冷剂在其中被交替地压缩和膨胀的系统。该次级侧的流体可以有利地用于对许多位置提供冷却,例如,需要空调的大量房间或超级市场中的大量制冷柜。
该初级侧包括一个带可变容量的压缩机、一个热排出热交换器、一个膨胀装置和一个安排在制冷剂路径中的蒸发器。因此,该初级侧是蒸汽压缩系统的形式,在该初级侧中,制冷剂被交替地在压缩机中压缩和在膨胀装置中膨胀,并且在热排出热交换器中和在蒸发器中发生热交换。
该压缩机具有可变容量。因此,该压缩机例如可以是一个可变速度压缩机。在这种情况下,该压缩机的速度可以是通过连续方式或者通过阶梯方式而可变的。作为一个替代方案,该压缩机可以是安排在压缩机组中的两个或更多个压缩机的形式。在这种情况下,可以通过对适当数量的压缩机进行开启或关闭来改变压缩机容量。作为另一个替代方案,该压缩机可以是螺杆式压缩机的形式。在这种情况下,可以通过改变螺杆式压缩机的滑动件的位置来改变该压缩机容量。可替代地,可以通过任何其他适合的方式来获得该压缩机的可变容量。
热排出热交换器从压缩机接收被压缩的制冷剂。在热排出热交换器中,在初级系统中流动的制冷剂与环境之间发生热交换的方式是将热量从制冷剂被转移到环境中。热排出热交换器可以是一个冷凝器,在这种情况下,制冷剂在穿过这个热排出热交换器时被至少部分地冷凝。作为一个替代方案,热排出热交换器可以是一个气体冷却器,在这种情况下气态制冷剂在热排出热交换器中被冷却,但不发生相变。在穿越临界(transcritically)运行的蒸汽压缩系统中通常使用气体冷却器,例如将CO2用作制冷剂的蒸汽压缩系统。
制冷剂在该膨胀装置中膨胀。该膨胀装置可以例如是一个例如具有可变开放度的膨胀阀的形式。作为一个替代方案,该膨胀装置可以是一个固定孔口。
该蒸发器从膨胀装置中接收膨胀的制冷剂。在该蒸发器中,在初级侧中流动的制冷剂与次级侧的流体之间发生热交换的方式是将热量从次级流体转移到制冷剂中。制冷剂在穿过蒸发器时被至少部分地蒸发。该蒸发器可以是单个蒸发器的形式,其包括一个单一蒸发器盘管或并列安排的两个或更多个蒸发器盘管。作为一个替代方案,该蒸发器可以包括在制冷剂路径中并列安排的两个或更多个蒸发器。
该次级侧包括一个可变速度泵,该可变速度泵用于提供经过该蒸发器的次级流体流。由于该泵的速度是可变的,经过蒸发器的次级流体流的速度也是可变的。由此有可能控制该蒸发器中发生的热交换,并且由此控制该冷却器系统的冷却能力。
在次级系统中流动的流体可以是一种液体,例如水或盐水。作为一个替代方案,该流体可以至少部分地是气态的。即,例如在冷却器系统是一个泵送有CO2的系统的情况,在这种情况下,CO2在该次级系统中循环。
在该次级流体流中安排一个温度传感器。由此可以测量该次级流体的温度。可以将该温度传感器安排在该蒸发器的出口开口处或者在该出口开口附近。在这种情况下,该温度传感器对离开蒸发器的次级流体的温度进行测量,即已经与制冷剂发生热交换发生之后。作为一个替代方案,可以将该温度传感器安排在蒸发器的入口开口处或者在该入口开口附近。在这种情况下,该温度传感器对进入该蒸发器的次级流体的温度进行测量,即在与制冷剂发生热交换之前。作为另一个替代方案,该冷却器系统可以包括安排在次级流体流中的两个温度传感器,其中,一个温度传感器是安排在蒸发器的入口开口处,一个温度传感器是安排在蒸发器的出口开口处。
本发明的方法包括通过温度传感器对次级流体的温度进行监测的步骤。如以上所述,所监测到的温度可以是离开该蒸发器的流体的温度或者是进入该蒸发器的流体的温度。
接下来,根据所监测的温度来对压缩机容量和可变速度泵的速度进行控制,以便获得一个预定设定点温度。因此,执行一个反馈控制,其中该次级流体的温度是控制参数,并且控制是通过改变该压缩机容量以及该可变速度泵的速度来进行的,从而由此改变经过蒸发器的次级流体流。
对压缩机容量以及可变速度泵的速度进行控制的方式为使该冷却器系统的闭环增益保持基本恒定。在本文的上下文中,术语‘基本恒定’应解释为是指该闭环增益保持恒定或保持在一个小范围之内。
该冷却器系统的闭合增益K被限定为压缩机容量控制器的增益与蒸发器的增益的乘积,即K=Kp·Ke,其中Kp是压缩机容量控制器的增益并且Ke是蒸发器的增益。压缩机容量控制器的增益Kp反映该冷却器系统的控制器响应于这个受控的所监测的温度的变化将如何强有力地调节该压缩机容量。类似地,蒸发器增益Ke反映了考虑经过蒸发器的次级流体的流量与冷却能力之间的联系,响应于冷却能力的变化,使所监测的温度如何变化。
如以上所述,由于泵的速度是可变的,所以对经过蒸发器的次级流体流进行控制是可能的。因此,在冷却需求低时,可以选择低的泵速度,由此减少该泵的能量消耗。此外,当冷却需求较高时,可以选择较高的泵速度,由此确保可获得所希望的冷却能力。因此,减少了该冷却器系统的总的能量消耗,并且确保了始终可获得所希望的冷却能力。
应用可变速度泵具有的一个问题是,经过蒸发器的流量强烈影响蒸发器增益Ke。此外,在压缩机容量改变,该可变速度泵的速度也同时改变时,存在着压缩机容量的变化与可变速度泵的速度的变化彼此抵消的风险。由此,次级流体的温度将不改变,而失去这个控制信号。这些问题是通过对压缩机容量以及可变速度泵的速度以使这个闭环增益保持基本恒定的方式来进行控制而解决的。
如以上所述,在对可变速度泵的速度进行控制时,控制了经过蒸发器的次级流体流。因此,在以下讨论的是次级流体流的控制而不是泵速度的控制。应该指出,具有泵特性知识的本领域技术人员能从流体流量容易地计算出泵的速度。
可以使用一个控制器,例如比例(P)控制器或比例积分(PI)控制器来确定冷却能力,其中将这个受控温度用作输入。这个控制器将具有一个增益Kp。例如,如果该控制器是比例(P)控制器,它可以根据以下方程来运行:
Q=Kp·(T1-T设定点),
其中,Q是压缩机传送的冷却能力,T1是所监测的温度,并且T设定 是用于所监测的温度的一个设定点温度。
如以上所述,闭环增益K必须保持恒定。例如可以通过该蒸汽压缩系统的使用者来提供准确的恒定值K,并且该值可以被选择为适合于所讨论的冷却器。K值因此取决于冷却器的设计,包括冷却器的尺寸,以及该系统上的负载的响应时间。
蒸发器增益Ke是该系统的物理特性,即该增益不是使用者限定的,因此必须对其进行计算。即,这例如是在蒸发器的物理模型的基础上得出的。一旦已经以此方式计算出Ke,该控制器增益Kp就可以被计算为K/Ke
可以使用第一热力学定律来对蒸发器建模。单位时间从次级流体中移除的热量数量一定等于压缩机传送的冷却能力,即:
其中,是经过蒸发器的次级流体的流量,Cp是次级流体的比热,T2是进入蒸发器的次级流体温度,T1是离开该蒸发器的次级流体温度,并且Q是压缩机传送的冷却能力。
此时,蒸发器增益Ke可以计算如下:
以此方式计算Ke,Kp被计算为Kp=K/Ke
应该指出,在以上的实例中、以及在以下的实例中,假设所测量的温度是离开蒸发器的次级流体的温度T1。然而,可以产生其中所测量的温度是进入蒸发器的次级流体的温度T2的类似的实例。进行相应的计算是在本领域技术人员的技能之内。
例如,在基于离开该蒸发器的次级流体的温度来控制该冷却器系统并且该流量是与冷却能力成比例时,那么该次级流体的单位质量的冷却能力将不改变,并且离开蒸发器的流体的温度将不受冷却能力的影响。换言之,改变该压缩机容量的控制作用将不影响这个受控的温度。根据以上Ke的定义,这对应于基本为零的蒸发器增益Ke,并且因此对应于基本为零的闭环增益K=kp·Ke。这意味着该控制器将失效。以下对其进行解释。
如果经过蒸发器的次级流体的流量被选择为与压缩机传送的冷却能力成比例,则:
其中,n是一个常量。
在这种情况下,当计算该蒸发器增益Ke时,Ke=0。因此,这个控制作用(即改变该冷却能力)dQ将对于所控制的温度dT1不产生影响,并且因此温度T1不受控制。
可以根据该冷却器系统的冷却能力来控制该可变速度泵的速度。该冷却器系统的冷却能力取决于压缩机容量。一个良好的近似是假设在冷却能力与压缩机容量之间存在线性对应。在这种情况下,可以根据压缩机容量来控制可变速度泵的速度。根据这个实施例,基于次级流体的监测的温度来控制该压缩机容量,并且然后基于该压缩机容量来控制该可变速度泵的速度。
用于获得这的一个可能性是使经过蒸发器的次级流体的流量与冷却能力的平方根成比例,即:
其中,a是一个使用者限定的常量,该常量可以例如是从在最大冷却能力时所希望的流量来确定的。
在这种情况下,蒸发器增益Ke可以被计算为:
K e = - 1 2 · a · C p · Q
控制该可变速度泵的速度的步骤可以包括:在冷却能力低于一个预定阈值时,以一个最小恒定速度运行该可变速度泵,而在该冷却能力高于这个预定阈值时,根据冷却器系统的冷却能力来改变这个可变速度泵的速度。
有时希望的是保持次级流体经过蒸发器的某些流动,甚至在冷却能力低时也是如此。为了确保这种流动,可以在低冷却能力时,即在冷却能力低于这个预定阈值时,使该可变速度泵以最低速度运行。在冷却能力达到该阈值时,根据冷却器系统的冷却能力逐渐增大该可变速度泵的速度。有利地是可以选择这个最小速度,其方式为使该可变速度泵的速度以连续的方式变化。这可以通过将对应于该阈值的这个速度选择作为最小值来获得。
根据这个实施例,在冷却能力低于这个预定阈值时,流量恒定,由此其导数等于零。由此,蒸发器增益Ke变为:
由于比热Cp恒定,以及流量恒定,在这种情况下该蒸发器增益Ke也恒定。
可以控制该压缩机容量和可变速度泵的速度,其方式为蒸发器增益Ke保持处于基本恒定水平。如以上所述,蒸发器增益Ke的恒定水平应为非零,因为蒸发器的零增益将导致失去控制信号。
这样的一个实例可以将流量选择为:
其中,A和B是使用者限定的常量,这些常量例如是由最大冷却能力时所希望的流量、以及该流量响应于冷却能力变化的所希望的变量来确定的。
于是:
于是Ke可以被计算为:
K e = - A C p
因为比热Cp以及A均为恒定,在这种情况下Ke也恒定。此外,因为蒸发器增益Ke恒定,控制器增益Kp也将恒定。以此方式来控制冷却器系统可能是有利的,因为由此不必在每次该冷却能力改变时计算Kp。由此,在实际控制器中的实施变得简单,并且该程序将执行得更快。
作为一个替代方案,可能允许改变蒸发器增益Ke,只要压缩机容量控制器的增益Kp也以使得闭环增益K保持基本恒定的方式改变即可。
本发明的一个优点是,不仅在泵以固定速度模式运行时,而且还在该泵以可变速度模式运行时,包括在从固定速度模式到可变速度模式的过渡期间,都可以使闭环增益K保持恒定。实现这是因为恒定速度模式中使用的控制器增益Kp以及可变速度模式中使用的控制器增益Kp均被计算为在这些模式中的每一个模式中都与蒸发器增益Ke相匹配,其方式为在过渡出现时获得同一个闭环增益K。
监测次级流体流的温度的这个步骤可以包括监测离开该蒸发器的流体温度,即在已经与蒸发器中的制冷剂发生热交换之后,该次级流体的温度。作为一个替代方案,可以监测进入该蒸发器的流体的温度。
该压缩机可以是一个可变速度压缩机,并且可以通过控制该可变速度压缩机的速度来执行对该压缩机容量进行控制的步骤。作为一个替代方案,压缩机可以是包括两个或更多个压缩机的压缩机组的形式,并且可以通过开启或关闭压缩机来执行对该压缩机容量进行控制的步骤。
该次级流体可以是一种液体,例如水或盐水。作为一个替代方案,该次级流体可以至少部分地是气态的,并且次级流体在穿过该蒸发器时可以至少部分地被冷凝。即,这例如是泵送有CO2的系统的情况,在这种情况下该次级流体是CO2
该方法可以进一步包括基于可变速度泵的速度来估算该次级流体流的流量的步骤。例如,可以假设该流量与可变速度泵的速度成比例。
附图说明
现在参见附图更详细地说明本发明,在附图中
图1是一个被适配成按照根据本发明的实施例的一种方法来控制的冷却器系统的简图,
图2是展示了经过蒸发器的次级流体流量根据冷却能力变化的曲线图,
图3是展示了根据本发明的实施例的方法的流程图,并且
图4是展示了根据本发明的实施例的方法的框图。
具体实施方式
图1是冷却器系统1的简图。冷却器系统1包括一个初级侧和一个次级侧。该初级侧包括一个压缩机2、一个热排出热交换器3、一个膨胀阀形式的膨胀装置4、和一个沿制冷剂路径6安排的蒸发器5。制冷剂在制冷剂路径6中流动,并且被交替地在压缩机2中压缩和在膨胀装置4中膨胀。在热排出热交换器3中和在蒸发器5中发生热交换。因此,冷却器系统1的初级侧形成一个蒸汽压缩系统。
压缩机2是包括多个压缩机的压缩机组的形式,示出了其中的四个。
次级侧包括一个具有在其中流动的次级流的次级流体路径7和用于驱动该次级流体流的一个可变速度泵8。该次级流体路径7引导该次级流体经过蒸发器5。由此,在制冷剂路径6中流动的制冷剂与在次级流体路径7中流动的次级流体之间发生热交换。发生热交换的方式是使热量从次级流体转移到制冷剂。
在次级流体路径7中在蒸发器5的一个出口开口处安排了一个第一温度传感器9。因此,第一温度传感器9对离开蒸发器5的次级流体的温度进行测量,即在已经与制冷剂发生热交换之后。
类似地,在次级流体路径7中在蒸发器5的一个入口开口处安排了一个第二温度传感器10。因此,第二温度传感器10对进入蒸发器5的次级流体的温度进行测量,即在与制冷剂发生热交换之前。
次级流体路径7优选是一个闭环,该闭环对经过一个或更多个热源(未示出)的次级流体进行引导。这个或这些热源例如可以是安排在一个或多个房间中的空调单元的形式或者是超级市场中的一个或多个制冷柜的形式。在次级流体穿过这个或这些热源时,次级流体被加热。在次级流体随后穿过该蒸发器5时,由于与制冷剂的热交换该次级流体被冷却。由此,热量经由该次级流体从这个或这些热源被转移到冷却器系统1的初级侧。
可以根据本发明的一个实施例所述的方法来控制图1的冷却器系统1。为此,由该第一温度传感器9提供的一个温度信号和/或由该第二温度传感器10提供的一个温度信号被用作一个控制器的输入。基于这个或这些温度信号,该控制器为该压缩机2以及为该泵8提供控制信号。然后控制该压缩机容量以及可变速度泵8的速度,其方式为使得该冷却器系统1的闭环增益保持基本恒定。这将在以下进一步详细地说明。
图2是展示了经过蒸发器的次级流体的流量11根据本发明的实施例控制的冷却器系统的冷却能力变化而变化的曲线图。被控制的冷却器系统例如可以是图1中示出的冷却器系统。由于流量11是通过可变速度泵的速度确定的,图2的曲线11提供了关于选择用于给定的冷却能力的可变速度泵的速度的信息,以便实现使得该冷却器系统的闭环增益保持基本恒定。
处于低冷却能力时,流量11保持最小恒定水平,直到达到该冷却能力的一个预定阈值。由此确保了次级流体流始终流经蒸发器,即使冷却能力非常低也是如此。处于较高冷却能力时,流量11遵循一个凸起曲线而逐渐增大,直到在最大冷却能力时达到最大流量。
斜曲线12表示冷却能力与流量之间的比例关系,当处于该斜曲线时,如以上说明的,蒸发器增益Ke以及闭环增益K=Kp·Ke基本为零。因此,控制变得基本是不可能的。
图3是展示了根据本发明的实施例来控制冷却器系统的方法的流程图。受到控制的这个冷却器系统例如可以是图1展示的冷却器系统。
该过程在步骤13开始,该系统在步骤14被初始化。在步骤15,计算一个控制器增益Kp以便产生一个基本恒定的闭环增益。这是基于压缩机容量以及次级流体的流量做到的。步骤15的输出是控制器增益Kp,这个增益被提供给该控制器。
在步骤16,执行该控制器,即计算该压缩机容量以及次级流体流的流量,并且这些计算出的设置被对应地提供到压缩机和可变速度泵。压缩机容量例如可以是通过对可变速度压缩机的速度进行调节,或者通过开启或关闭一个压缩机组的多个单独压缩机来设置的。
最后,该过程回到步骤15以便继续计算这些设定值并且根据这些计算出的设定值来设置该压缩机容量和泵速度。
图4是展示了根据本发明的实施例来控制冷却器系统的方法的框图。次级流体的温度(T)例如是由图1示出的这些温度传感器中的一个传感器来测量的,并且被提供到一个增益计算器17和一个控制器18。基于这个提供的温度值(T),并且基于表示一个可变速度泵的泵速度(ω)和可变容量压缩机的压缩机容量(Q)的反馈信号,该增益计算器17计算该控制器的增益(Kp),并且将这个计算出的增益(Kp)提供到该控制器18。
基于计算出的增益(Kp)并且基于温度值(T),该控制器18计算用于可变速度泵8的速度(ω)和用于压缩机2的容量(Q)的设定值。这些计算出的设定值被对应地提供到可变速度泵8和压缩机2,并且是根据这些计算出的设定值来调节该泵8的速度以及压缩机2的容量的。此外,这些计算出的设定值被提供到该增益计算器17,并且用作计算该控制器的增益(Kp)的基础。
该增益计算器17所执行的控制器增益(Kp)的计算,以及控制器18所执行的这些设定值的计算的执行方式是使该冷却器系统的闭环增益保持基本恒定。由此确保可以改变这个可变速度泵8的速度,由此在冷却能力低时节省能量,而不会有失去该控制信号的风险。

Claims (8)

1.一种用于控制冷却器系统(1)的方法,该冷却器系统(1)包括一个初级侧和一个次级侧,该初级侧包括:一个带可变容量的压缩机(2)、一个热排出热交换器(3)、一个膨胀装置(4)、以及一个安排在制冷剂路径(6)中的蒸发器(5),并且该次级侧包括一个可变速度泵(8)以用于将一个次级流体流提供经过该蒸发器(5),其方式为在该蒸发器(5)中在该初级侧的制冷剂与该次级侧的流体之间发生热交换,该次级侧进一步包括一个安排在该次级流体流中的温度传感器(9,10),该方法包括以下步骤:
-通过该温度传感器(9,10)对该次级流体流的温度进行监测,
-基于该所监测的温度,对该压缩机容量以及该可变速度泵(8)的速度进行控制,以便获得一个预定设定点温度,
其中,控制该压缩机容量以及该可变速度泵(8)的速度的方式为使该冷却器系统(1)的闭环增益K=Kp·Ke保持基本恒定,其中Kp是该压缩机容量控制器的增益并且Ke是该蒸发器(5)的增益。
2.根据权利要求1所述的方法,其中该可变速度泵(8)的速度是根据该冷却器系统(1)的冷却能力来控制的。
3.根据权利要求2所述的方法,其中对该可变速度泵(8)的速度进行控制的这个步骤包括:当该冷却能力低于一个预定阈值时以一个最小恒定速度运行该可变速度泵(8),并且当该冷却能力高于该预定阈值时,根据该冷却器系统(1)的冷却能力来改变该可变速度泵(8)的速度。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法,其中控制该压缩机容量以及该可变速度泵(8)的速度的方式为使该蒸发器(5)的增益Ke保持一个基本恒定水平。
5.根据权利要求1所述的方法,其中监测该次级流体流的温度的步骤包括对离开该蒸发器(5)的流体温度进行监测。
6.根据权利要求1所述的方法,其中该压缩机(2)是一个可变速度压缩机,并且其中对该压缩机容量进行控制的这个步骤是通过控制该可变速度压缩机的速度来执行的。
7.根据权利要求1所述的方法,其中该次级流体是一种液体。
8.根据权利要求1所述的方法,进一步包括基于该可变速度泵(8)的速度对该次级流体流的流量进行估算的步骤。
CN201380044626.6A 2012-08-31 2013-07-12 用于控制冷却器系统的方法 Expired - Fee Related CN104583691B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201200544 2012-08-31
DKPA201200544 2012-08-31
PCT/DK2013/050239 WO2014032672A1 (en) 2012-08-31 2013-07-12 A method for controlling a chiller system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104583691A CN104583691A (zh) 2015-04-29
CN104583691B true CN104583691B (zh) 2016-09-28

Family

ID=48876982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380044626.6A Expired - Fee Related CN104583691B (zh) 2012-08-31 2013-07-12 用于控制冷却器系统的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10107531B2 (zh)
EP (1) EP2890940B1 (zh)
CN (1) CN104583691B (zh)
IN (1) IN2015DN00707A (zh)
WO (1) WO2014032672A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11274861B2 (en) 2016-10-10 2022-03-15 Johnson Controls Technology Company Method and apparatus for isolating heat exchanger from the air handling unit in a single-packace outdoor unit
EP3619480B1 (en) 2017-05-01 2023-10-25 Danfoss A/S A method for controlling suction pressure based on a most loaded cooling entity
JP6972358B2 (ja) * 2018-08-17 2021-11-24 三菱電機株式会社 フリークーリングシステム
US11761685B1 (en) 2019-03-05 2023-09-19 Booz Allen Hamilton Inc. Open cycle thermal management system with a vapor pump device and recuperative heat exchanger
RU193484U1 (ru) * 2019-08-29 2019-10-31 Антон Юрьевич Дымов Двухконтурный чиллер с двумя компрессорами в каждом контуре
JP7014988B1 (ja) * 2020-12-02 2022-02-02 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
US20220333832A1 (en) * 2021-04-16 2022-10-20 Calvary Applied Technologies, LLC Apparatus and methods for increasing energy efficiency of pumped refrigerant cooling systems

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4689967A (en) * 1985-11-21 1987-09-01 American Standard Inc. Control and method for modulating the capacity of a temperature conditioning system
US4274264A (en) * 1980-02-01 1981-06-23 Owens Service Corporation Chiller control
US4327559A (en) * 1981-03-02 1982-05-04 Honeywell Inc. Transport and chiller energy minimization for air conditioning systems
JPS59103104A (ja) 1982-12-03 1984-06-14 Toshiba Corp プロセス制御方法
US5000009A (en) * 1990-04-23 1991-03-19 American Standard Inc. Method for controlling an electronic expansion valve in refrigeration system
US5600960A (en) * 1995-11-28 1997-02-11 American Standard Inc. Near optimization of cooling tower condenser water
US5793022A (en) * 1996-09-12 1998-08-11 Applied Materials, Inc. Adaptive temperture controller and method of operation
US5946926A (en) * 1998-04-07 1999-09-07 Hartman; Thomas B. Variable flow chilled fluid cooling system
US6085532A (en) * 1999-02-05 2000-07-11 American Standard Inc. Chiller capacity control with variable chilled water flow compensation
US6666042B1 (en) * 2002-07-01 2003-12-23 American Standard International Inc. Sequencing of variable primary flow chiller system
US6871509B2 (en) 2002-10-02 2005-03-29 Carrier Corporation Enhanced cooling system
CN101142455B (zh) 2005-03-18 2010-12-08 丹佛斯公司 用于控制制冷系统的方法
US7966839B2 (en) * 2005-06-30 2011-06-28 Caterpillar Inc. Method and system for controlling a compressor for an HVAC module
EP2153138B1 (en) 2007-05-10 2011-01-05 Carrier Corporation Refrigerating system and method for controlling compressor sets in such a refrigerating system
US8375733B2 (en) * 2009-08-18 2013-02-19 Polyscience Low-noise fan control for refrigeration cycle
US8794020B2 (en) * 2009-09-10 2014-08-05 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus
JP5380226B2 (ja) * 2009-09-25 2014-01-08 株式会社日立製作所 空調給湯システム及びヒートポンプユニット
US8473080B2 (en) 2010-05-10 2013-06-25 Johnson Controls Technology Company Control of cooling towers for chilled fluid systems
BR112013008728B1 (pt) * 2010-10-15 2020-10-27 Toshiba Carrier Corporation aparelho de fonte de calor
EP2630422B1 (en) * 2010-10-20 2015-09-23 Danfoss A/S A method for controlling a supply of refrigerant to an evaporator
US9038404B2 (en) * 2011-04-19 2015-05-26 Liebert Corporation High efficiency cooling system
US9688116B2 (en) * 2011-09-23 2017-06-27 Ford Global Technologies, Llc Method for operating a vehicle climate control system
US8875529B2 (en) * 2011-09-23 2014-11-04 Ford Global Technologies, Llc Method for transitioning between vehicle climate control system modes
EP2806228B1 (en) * 2012-01-18 2020-06-03 Mitsubishi Electric Corporation Air conditioner

Also Published As

Publication number Publication date
CN104583691A (zh) 2015-04-29
EP2890940B1 (en) 2018-01-10
EP2890940A1 (en) 2015-07-08
IN2015DN00707A (zh) 2015-06-26
WO2014032672A1 (en) 2014-03-06
US20150184885A1 (en) 2015-07-02
US10107531B2 (en) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104583691B (zh) 用于控制冷却器系统的方法
Banasiak et al. Development and performance mapping of a multi-ejector expansion work recovery pack for R744 vapour compression units
CN105074361B (zh) 蒸气压缩系统及用于控制蒸气压缩系统的方法
US11680738B2 (en) CO2 refrigeration system with high pressure valve control based on coefficient of performance
CN108139132B (zh) 用于控制有可变接收器压力设定点的蒸气压缩系统的方法
Rasmussen et al. Non-linear and adaptive control of a refrigeration system
US20060162358A1 (en) Superheat control by pressure ratio
US9719700B2 (en) Method for matching refrigeration load to compressor capacity
EP3023712A1 (en) A method for controlling a vapour compression system with a receiver
CN108603709B (zh) 一种用于根据可变温度设定点来控制蒸汽压缩系统的风扇的方法
JP6405675B2 (ja) 冷却装置
Elliott et al. Model-based predictive control of a multi-evaporator vapor compression cooling cycle
Al-Badri et al. A control method using adaptive setting of electronic expansion valve for water chiller systems equipped with variable speed compressors
Elliott et al. A model-based predictive supervisory controller for multi-evaporator HVAC systems
EP2000754B1 (en) Method for estimating the thermal load of a circuit for a service fluid at outlet from a refrigerating machine
US20160069599A1 (en) Method for controlling a vapour compression system connected to a smart grid
JP6536061B2 (ja) 冷却装置
CN110546441B (zh) 基于最大负荷冷却实体来控制抽吸压力的方法
EP3628940B1 (en) A method for controlling a vapour compression system based on estimated flow
CN107003053B (zh) 用于控制到蒸发器的制冷剂供应的包括计算参考温度的方法
Shafiei et al. Modeling supermarket refrigeration systems for supervisory control in smart grid
JP7098513B2 (ja) 環境形成装置及び冷却装置
JP2002318014A (ja) 冷凍機における膨張弁の制御方法及び制御装置
Ramesh et al. Optimization of Energy Consumption in DXAC using MATLAB/SIMULINK for Improved Performance and Thermal Comfort

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160928

Termination date: 20190712