CN107429958B - 膨胀阀控制 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于控制制冷系统的方法，所述制冷系统具有压缩机、排热式热交换器、膨胀阀以及使制冷剂串流循环的吸热式热交换器，所述吸热式热交换器与工作流体热连通，所述方法包括：获得膨胀阀位置设定点；使用反馈控制回路来产生受控膨胀阀位置；获得所述系统的操作参数的变化率；使用所述操作参数的所述变化率来产生调整；使用所述调整对所述受控膨胀阀位置进行修改；以及使用所述经修改的受控膨胀阀位置对所述膨胀阀进行控制。
Description
发明背景
本文中所公开的标的大体上涉及控制膨胀阀，且更具体来说，涉及使用超前方法来控制膨胀阀以适应制冷系统中的快速负荷变化。
例如电子膨胀阀的膨胀阀(EXV)用来计量到达蒸发器的制冷剂流量。这些阀通常移动缓慢并且无法跟得上快速装载(在启动时或在快速负荷变化期间)。现有控制方法可依据固定数目的步进(或几个离散数目的步进，例如50％和100％)使膨胀阀预先打开。然而，这种处理会造成低吸入压力故障(在步进的数目与装载速率相比而言过小的情况下)或会造成压缩机溢流(compressor flooding)(在步进的数目与装载速率相比而言过大的情况下)。现有控制方法在负荷减小的情况下不使用将阀预先关闭的措施，此使冷却器暴露于潜在的压缩机溢流。
发明概述
根据本发明的方面，公开了一种用于控制制冷系统的方法，所述制冷系统具有压缩机、排热式热交换器、膨胀阀以及使制冷剂串流循环的吸热式热交换器，所述吸热式热交换器与工作流体热连通，所述方法包括：获得膨胀阀位置设定点；使用反馈控制回路来产生受控膨胀阀位置；获得所述系统的操作参数的变化率；使用所述操作参数的所述变化率来产生调整；使用所述调整对所述受控膨胀阀位置进行修改；以及使用所述经修改的受控膨胀阀位置对所述膨胀阀进行控制。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含所述压缩机的电动机速度。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含进入所述吸热式热交换器的所述工作流体的温度。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含所述压缩机的可变指数值。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含所述排热式热交换器中的液位。
根据本发明的方面，一种制冷系统包含：压缩机；排热式热交换器；膨胀阀；与工作流体热连通的吸热式热交换器；控制器，用以控制所述膨胀阀，所述控制器执行包含以下各项的操作：获得膨胀阀位置设定点；使用反馈控制回路来产生受控膨胀阀位置；获得所述系统的操作参数的变化率；使用所述操作参数的所述变化率来产生调整；使用所述调整对所述受控膨胀阀位置进行修改；以及使用所述经修改的受控膨胀阀位置对所述膨胀阀进行控制。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含所述压缩机的电动机速度。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含进入所述吸热式热交换器的所述工作流体的温度。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含所述压缩机的可变指数值。
除了上文或下文所描述的特征中的一个或多个特征以外，或作为替代例，其它实施方案可包含其中所述操作参数包含冷凝器中的液位。
附图简述
被视为本发明的标的是在说明书结束时在权利要求书中特别指出并清楚地要求。本发明的前述以及其它的特征与优点将从结合附图进行的以下详细描述中显而易见，在附图中：
图1是示例性实施方案中的供暖、通风与空调系统的示意图；
图2示出了示例性实施方案中用于控制膨胀阀位置的控制过程；以及
图3示出了示例性实施方案中的膨胀阀位置与冷却器负荷相对于时间的曲线图。
发明详述
图1是供暖、通风和空调系统(heating，ventilation and air conditioning，HVAC))单元，例如，冷却器10的实施方案的示意图。压缩机16接收蒸气制冷剂14，将制冷剂14供应给排热式热交换器18(例如，冷凝器或气体冷却器)。排热式热交换器18将一股液体制冷剂20输出到膨胀阀22。膨胀阀22向吸热式热交换器12(例如，蒸发器)输出蒸气-液体制冷剂混合物24。吸热式热交换器12使得制冷剂与工作流体44(例如，空气、盐水、水等)热连通，从而使制冷剂呈现蒸气状态，同时冷却工作流体44。
控制器50耦合到膨胀阀22，并且使用自适应过程来控制膨胀阀22的位置。控制器50可使用已知的基于处理器的装置来实施。控制器50自一个或多个传感器52接收传感器信号。传感器52可感测系统10的多种操作参数。这些传感器的实例包含热敏电阻器、压力转换器、RTD、液位传感器、速度传感器等。传感器52能够直接地或间接地监测多种参数，包含但不限于：排放压力、排放与吸入过热、过冷、冷凝器与冷却器制冷剂含量、压缩机速度等。
图2示出了示例性实施方案中用于控制膨胀阀位置的控制过程。图2的控制过程可由控制器50实施，以便以超前方式控制膨胀阀22的位置。控制器50获得基于第一控制回路所产生的控制可变(例如，膨胀阀位置)设定点100。膨胀阀位置设定点100基于系统10的当前状况(例如，过热、冷凝器液位等)来提供膨胀阀的所要打开。反馈控制器102接收膨胀阀位置设定点100与来自输出140的当前受控膨胀阀位置之间的差异，并且产生受控膨胀阀位置。受控膨胀阀位置可由区段104限制，所述区段可基于诸多因素(例如，对物理阀和所述阀的当前位置的限制)来更改受控膨胀阀位置。受控膨胀阀位置接着由输出140使用，以产生膨胀阀22的受控膨胀阀位置。
图2的控制过程还将超前回路用于基于系统的操作参数的变化率来调整受控膨胀阀位置。如图2中所示，在150处获得所述系统的操作参数的变化率。操作参数可与系统10上的负荷或系统10的容量有关。操作参数可以是一个或多个因素，例如，进入吸热式热交换器12的工作流体44的温度变化、压缩机16的电动机速度、压缩机16的可变指数值、排热式热交换器18中的液位等。这些值可由传感器52提供给控制器50，所述控制器计算操作参数的变化率。操作参数的变化率由前馈控制器152所使用，以产生用于修改受控膨胀阀位置的调整。对受控膨胀阀位置的调整可为正或负的(或零)。对受控膨胀阀位置的调整补偿了系统10的操作参数的快速变化。
图3示出了示例性实施方案中的膨胀阀位置与冷却器负荷相对于时间的曲线图。如图3中所示，在预测到增大的负荷后，反馈控制和超前前馈控制的组合允许膨胀阀打开度增大。单独的反馈控制不能预测压缩机上的负荷变化，并且会引起低吸入压力停机。通过预测到负荷增加，前馈控制产生使膨胀阀打开度增大的调整，并且适应增大的压缩机速度。另一方面，当压缩机速度响应于流体流量的减小或负荷的减小而快速地下降时，反馈控制器102会不能预测负荷变化。这将使EXV保持打开并且将导致液体携流效应(1iquidcarryover)和低排放过热。这些均对压缩机可靠性不利。通过预测到负荷减小，前馈控制152产生使膨胀阀打开度减小的调整，并且适应减小的压缩机速度。
实施方案提供了许多益处，包含但不限于：(1)允许冷却器快速地装载和卸载；(2)避免快速装载期间的假性跳脱(nuisance trip)；(3)可靠性通过减少压缩机溢流的机会和液体密封的损耗而达到改善；以及(4)改善冷却器的稳定时间(达到稳态的时间)，因为所使用的预先打开/预先关闭值与实际负荷变化成正比。在一些实施方案中，超前控制仅在需要时(在负荷或其它系统参数有变化期间)起作用。超前控制在操作参数和负荷的变化率的量值超过某一阈值时被启动(开启)，并且在操作参数和负荷的变化率的量值降到某一阈值以下时被停用。应理解，超前控制可始终起作用中，或基于其他条件而启动。
尽管已参考示例性实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解，可作出各种变化，并且可用等效形式取代其要素而不会背离本发明范围。另外，可以作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不背离本发明的基本范围。因此，希望本发明不限于所公开的用于实施本发明的特别实施方案，而是希望本发明能包含在权利要求书范围内的所有实施方案。而且，使用术语“第一”、“第二”等并不表明任何次序或重要性，而实际上，术语“第一”、“第二”等是用来区分一个要素和另一要素。此外，使用术语“一”等并不表明对数量的限制，而是实际上表明至少一个引用项目的存在。
Claims (8)
1.一种用于控制制冷系统的方法，所述制冷系统具有压缩机、排热式热交换器、膨胀阀以及吸热式热交换器，所述压缩机、排热式热交换器、膨胀阀以及吸热式热交换器使制冷剂串流循环，所述吸热式热交换器与工作流体热连通，所述方法包括：
获得膨胀阀位置设定点；
使用反馈控制回路来产生受控膨胀阀位置；
获得所述系统的操作参数的变化率；
使用所述操作参数的所述变化率来产生调整；
使用所述调整对所述受控膨胀阀位置进行修改；以及
使用经修改的所述受控膨胀阀位置对所述膨胀阀进行控制；
其中,所述操作参数包含所述压缩机的电动机速度。
2.如权利要求1所述的方法，其中：
所述操作参数包含进入所述吸热式热交换器的所述工作流体的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其中：
所述操作参数包含所述压缩机的可变指数值。
4.如权利要求1所述的方法，其中：
所述操作参数包含所述排热式热交换器中的液位。
5.一种制冷系统，其包含：
压缩机；
排热式热交换器；
膨胀阀；
与工作流体热连通的吸热式热交换器；
控制器，用以控制所述膨胀阀，所述控制器执行包含以下各项的操作：
获得膨胀阀位置设定点；
使用反馈控制回路来产生受控膨胀阀位置；
获得所述系统的操作参数的变化率；
使用所述操作参数的所述变化率来产生调整；
使用所述调整对所述受控膨胀阀位置进行修改；以及
使用经修改的所述受控膨胀阀位置对所述膨胀阀进行控制；
其中，所述操作参数包含所述压缩机的电动机速度。
6.如权利要求5所述的系统，其中：
所述操作参数包含进入所述吸热式热交换器的所述工作流体的温度。
7.如权利要求5所述的系统，其中：
所述操作参数包含所述压缩机的可变指数值。
8.如权利要求5所述的系统，其中：
所述操作参数包含所述排热式热交换器中的液位。
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