CN107683395B - 冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

除其他事项之外，本发明描述了一种制冷设备，该制冷设备包括压缩机、冷凝器、和蒸发器，该制冷设备还包括阀，该阀互连在从该冷凝器到该蒸发器的流中。该阀被控制器操作性地控制为第一打开状态和第二关闭状态。该控制器被配置成用于根据以下各项中的至少一项来操作该阀：在该压缩机被切换至开启阶段之前的0‑180秒的时间段，将该阀打开，并且在该压缩机被切换至关断阶段之前关闭该阀。

Description

冷却系统及其控制方法

技术领域

本披露涉及一种冷却系统及其控制方法。具体地，本披露涉及一种具有阀的冷却系统，该阀可以在冷却系统的冷凝器与蒸发器之间的路径上被关闭。

背景技术

如今家用制冷机中使用的大多数压缩机冷却系统使用毛细管来降低从冷凝器流至蒸发器的制冷剂的压力。进一步地，许多这些冷却系统没有持续地运行、而是循环性地开启和关断。然后，压缩机开启阶段之后是压缩机关断阶段。在这些系统中，典型地具有两种类型的效率损失。

-在压缩机关断阶段期间与通过毛细管从冷凝器流至蒸发器的制冷剂蒸气相关的效率损失。由于在压缩机关断期间无法阻止蒸气流动通过毛细管，因此将会发生这种效率损失直到压力均衡。

-在压缩机开启阶段期间与蒸发器压力和冷凝器压力变化相关的效率损失。通过毛细管的制冷剂质量流速是蒸发器压力和冷凝器压力的函数。当蒸发器与冷凝器之间的压力差大时，流速大，反之亦然。这意味着，不幸的是，通过毛细管的质量流速不总是与系统最佳的流速相对应。压缩机开启阶段开始时的压力差小于压缩机开启阶段结束时的压力差。这意味着通过毛细管的制冷剂流速在压缩机开启阶段开始时低于在压缩机开启阶段结束时。不幸的是，对于系统而言通过毛细管的最佳流速以相反的方式变化。换言之，相比于在压缩机开启阶段结束时，典型地更好的是在压缩机开启阶段开始时流速较高。

为了减小在压缩机关断阶段期间由于制冷剂迁移导致的损失，可以与毛细管串联安装开/关阀，用于在压缩机处于关断阶段期间(即，当压缩机未运行时)阻止制冷剂流过毛细管。在这样的系统中，制冷系统可以使用位于从冷凝器到蒸发器的路径上的开/闭阀，以防在压缩机关断阶段期间制冷剂从制冷系统的冷凝器迁移到蒸发器。该阀在压缩机关断阶段期间被设定为关闭状态而在压缩机开启阶段期间被设定为打开状态。由此，可以消除或至少减小由制冷剂迁移导致的能量损失。

图1描绘了如上所述的制冷系统/冷冻系统。进一步地，在一些制冷系统中，在压缩机关断期间使用处于关闭状态的阀导致压缩机将必须抵抗冷凝器与蒸发器之间的压力差而启动。为了减少对增大的启动转矩的需求，可以在启动压缩机之前的预定时间段将阀打开。这可以均衡压力差并且可以由此减小所需的启动转矩。在专利US8,161,763中描述了这样的制冷系统。

一直期望改进制冷系统的性能并且提供更高效的制冷系统。因此，需要一种改进的制冷设备以及在制冷机中使用的冷却系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的制冷设备。

此目的和其他目的是通过在所附权利要求书中所述的冷却系统、制冷机/或冷冻机、和方法来实现的。

如发明人已经认识到的，通过在压缩机开启阶段之前的短时间段打开在冷凝器与蒸发器之间的路径中的阀和/或在压缩机关断阶段之前的短时间段关闭该阀，能够在该压缩机开启阶段的第一部分期间获得增大的流体质量流并且在该压缩机开启阶段的最后部分期间获得减小的流体质量流。由此可以节省能量，因为质量流更好地适应毛细管的最佳工作条件。可以预期的是在运行短压缩循环时间段的产品中、以及在具有大型热质量蒸发器和冷凝器的产品中，能量节省更大。

在具有多个蒸发器、并且仅允许制冷剂在该时间循环通过一个蒸发器(或不在蒸发器中)循环的冷却系统中，可以预期能量节省更大。这样的系统可以例如用于组合式冷冻制冷机中，在该冷冻制冷机中，一个蒸发器被安排用于冷冻柜并且另一个蒸发器被安排用于制冷柜，并且不同的蒸发器并联安排。这是因为在具有并联蒸发器的冷却系统中，在运行该冷冻蒸发器之后，制冷剂典型地在制冷蒸发器中被全部清空，反之亦然。在这样的情景中，预期在启动压缩机之前打开该阀显著地提高蒸发器在压缩机循环的开启阶段的第一部分期间的效率。

为了获得大的能量节省，相对于压缩机的启停，该阀的打开/关闭偏差的时间段的正确是重要的。对于压缩机的启动，尤其如此。因此，如发明者已经认识到的，例如US 8,161,763中所描述，如果在启动压缩机之前打开该阀并且时间段对于使冷凝器与蒸发器中的压力基本等同而言足够长，将会有显著的能量损失，因为蒸气阶段中的制冷剂将被允许从(暖的)冷凝器迁移到(冷的)蒸发器以便均衡或至少显著地减小启动该压缩机将必须抵抗的压力。这在具有短压缩机循环的冷却系统中是尤其低效的，在短压缩机循环中，压缩机的启停频率是高的。

根据一个实施例，提供了一种冷却系统，该冷却系统包括压缩机、冷凝器、和蒸发器，其中循环制冷剂。该冷却系统还包括阀，该阀互连在从该冷凝器到该蒸发器的制冷剂流中。该阀被控制器操作性地控制为在该压缩机处于开启阶段时进入第一打开状态、并且在该压缩机处于关断状态时进入第二关闭状态。该控制器被适配成用于控制该阀根据以下各项中的至少一项进行操作：

-在该压缩机被切换至开启阶段之前的0-180秒的时间段，将该阀打开；并且

-在该压缩机被切换至关断阶段之前关闭该阀。因此，获得的是可以减少循环能量损失。

根据一些实施例，当该控制器被适配成用于在该压缩机被切换至开启阶段之前打开该阀时，该时间段被设定为在该压缩机被切换至开启阶段之前的5-120秒。具体地，该时间段被设定为在该压缩机被切换至开启阶段之前的10-80秒。

根据一些实施例，当该控制器被适配成用于在该压缩机被切换至开启阶段之前打开该阀时，该时间段被设定为在该压缩机被切换至开启阶段之前的如下时间：该时间与所有液体制冷剂从该冷凝器流到该蒸发器所需的时间相对应。

根据一些实施例，当该控制器被适配成用于在该压缩机被切换至关断阶段之前关闭该阀时，该时间段被设定为在该压缩机被切换至关断阶段之前的10-60秒。

根据一些实施例，该冷却系统设有至少两个并联连接的蒸发器。然后，该阀可以被适配成是关闭的或打开的，以便允许制冷剂仅流到这些并联的蒸发器之一。然后，该控制器还可以被适配成用于控制该阀和该压缩机执行一系列压缩机循环，其中，该阀被控制用于在至少两个相继的压缩机开启阶段内将该制冷剂流引导至同一个蒸发器。在这种具有相继的压缩机开启阶段、伴随着制冷剂流过同一蒸发器的配置中，针对所述至少两个相继压缩机开启阶段中的最后一个开启阶段的等待时间段可以被设定为比针对所述至少两个相继压缩机开启阶段中的第一个开启阶段的等待时间段更短。

本发明还涉及一种用于控制根据以上内容的冷却系统的方法以及一种包括根据以上内容的冷却系统的制冷机/冷冻机。

附图说明

现在将通过非限制性实例并参考附图来更详细描述本发明，在附图中：

-图1展示了常规的制冷系统，

-图2a和图2b展示了制冷设备或类似装置的不同的冷却系统配置，

-图3是流程图，展示了控制冷却系统时进行的一些步骤，并且

-图4展示了控制器。

具体实施方式

在图2a中，展示了用于制冷设备的冷却系统10。该制冷设备可以是任何冷却装置。具体地，该制冷设备可以是制冷机或冷冻机或组合式制冷机/冷冻机。冷却系统10包括压缩机12、冷凝器14、和蒸发器16。冷却系统10还包括阀18、开关20、和控制器22。冷却系统10还包括毛细管26(或如膨胀阀等类似装置)。冷却装置10还可以典型地包括过滤器24、并且还可以包括未在图2a中示出的其他部件。

压缩机12驱动制冷剂循环，由此冷凝器14变热而蒸发器16变冷。为了减少由于热的制冷剂从热的冷凝器迁移到冷的蒸发器而关闭压缩机时可能发生的能量损失，可以在从冷凝器14到蒸发器16的路径上设置阀18。当压缩机处于关断阶段时，阀18操作为关闭的，由此防止了制冷剂从冷凝器迁移到蒸发器。当压缩机处于开启阶段时，阀是打开的，由此允许制冷剂在制冷系统10中循环。阀18的打开和关闭可以由控制器22控制。控制器22还可以被适配成用于控制压缩机12的ON/OFF开关20，由此开启和关断压缩机12。

图2b中描绘了冷却系统的另一个配置。图2b中描绘的冷却系统基本上包括了与图2a中的冷却回路相同的部件，并且省略了此类相同部件的附图标记。图2b中的冷却系统包括平行设置的两个蒸发器16a和16b。控制器在这里被配置成用于关闭阀或打开阀，使得在冷却回路中循环的制冷剂仅循环通过蒸发器16a或16b中的一者。蒸发器16a可以例如是用于冷却组合式制冷机/冷冻机的冷冻柜的蒸发器，并且蒸发器16b可以例如是用于冷却组合式制冷机/冷冻机的冷冻柜的蒸发器。这是通过控制三通阀18a获得的，该三通阀可以被设定在关闭位置、允许制冷剂循环通过蒸发器16a的打开位置、或允许制冷剂循环通过蒸发器16b的打开位置。蒸发器16a和16b各自分别与相应的毛细管26a和26b相关联。毛细管26a和26b在阀18a的下游与相应的蒸发器16a和16b串联安排。单向阀17可以进一步被设置在蒸发器16b的下游。

在图3中描绘了用于控制阀18(或18a)为打开状态或关闭状态的示例性控制程序。首先，该程序以步骤300开始。在开始步骤300中，压缩机12被关掉，并且阀18是关闭的。接着，在步骤301中，阀18是打开的以便准备启动压缩机。在步骤301中打开阀18之后，在步骤303中等待一段时间。可以根据一些实施例在303中预先设定时间段并且将其存储在控制器22中。可以由控制器22的内部计时器对在步骤303中等待的时间段进行计时。步骤303中的时间段可以被设定成用于使由通过毛细管26的非最佳流体质量流导致的能量损失最小化。在一些实施例中，在启动压缩机12之前的0-180秒，将阀18打开。在一些实施例中，在启动压缩机12之前的5-120秒，将阀18打开。在一些实施例中，在启动压缩机12之前的10-80秒，将阀18打开。在一些实施例中，该时间段被设定为与冷凝器中的液体制冷剂离开冷凝器所花费的时间相对应的时间。换言之，该时间段被设定为与直到气体开始从冷凝器迁移到蒸发器所花费的时间相对应。

接着，在步骤305中，压缩机12被启动。然后，在步骤307中，压缩机12运行压缩机开启阶段的持续时间。在步骤309中，在压缩机被关掉之前，阀18是关闭的。然后，在步骤311中，从阀18是关闭的直到压缩机被关掉都存在等待时间段。在一些实施例中，步骤311中的等待时间可以是0-60秒。在一些实施例中，步骤311中的等待时间可以是5-50秒。在一些实施例中，步骤311中的等待时间可以是10-40秒。然后，在步骤313中，关掉压缩机。然后，在步骤315中，压缩机处于关断阶段，完成了压缩循环。然后，可以通过返回至步骤301开始新的压缩循环。

在上述示例性程序中，控制器22被配置成用于使用打开阀18与启动压缩机12之间的时间偏差(即，等待时间段)以及关闭阀18与停止压缩机12之间的时间偏差(即，等待时间段)两者。然而，设想的是，在一些实施例中，这些时间偏差偏差之一被设定为0秒，使得仅有一个时间偏差(在启动或停止压缩机之前打开/关闭阀的等待时间段)。

此外，设想的是，时间偏差对于不同的压缩循环可以是不同的。例如，如果冷却系统是如图2b中所描绘的具有平行蒸发器的系统。控制器可以被配置成用于在不同的压缩循环中以不同的时间偏差运行一系列压缩循环。例如，控制器可以被配置成用于运行制冷剂循环通过制冷蒸发器的一系列两个或三个或更多个压缩机循环、之后再运行制冷剂循环通过冷冻蒸发器的压缩机循环(然后可以在下一个系列中重复这种模式)。在这样一系列压缩机循环中的每个压缩机循环中，可以配置并且采用相应的等待时间段的具体设置。

例如，在第一压缩机循环中，制冷剂循环通过制冷蒸发器，然后，在打开压缩机之前的80秒打开阀，并且在关掉压缩机之前的20秒关闭阀。在第二压缩机循环中，制冷剂循环通过制冷蒸发器，然后，在打开压缩机之前的70秒打开阀，并且在关掉压缩机之前的20秒关闭阀。在第三压缩机循环中，制冷剂循环通过制冷蒸发器，然后，在打开压缩机之前的70秒打开阀，并且在关掉压缩机之前的0秒关闭阀。在第四压缩机循环中，制冷剂循环通过冷冻蒸发器，然后，在打开压缩机之前的60秒打开阀。

取决于具体应用的具体需要，可以采用其他的压缩机循环系列以及相应的等待时间段的其他设置。在一些实施例中，在这样的压缩机循环系列中，等待时间段在开始时被设定得较长。因此，当控制器开始一系列的压缩机循环时，在这样的压缩机循环系列中，相比于最后一个压缩机循环，第一压缩机循环的等待时间段可以更长。

进一步地，可以使用合适的硬件和/或软件来实现控制器22。图4中描绘了示例性控制器。硬件可以包括一个或许多个可以被安排成用于执行存储在可读存储介质402中的软件的处理器401。可以通过单个专用的处理器、单个的共用处理器、或多个单独的处理器(其中的一些处理器可以被共用或分布)来实现处理器。而且，处理器或者可以但并不限制地包括数字信号处理器(DSP)硬件、ASIC硬件、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、和/或其他存储介质。处理器22被适配成用于使用界面403发送和接收来自其他实体(例如开关20和阀18)的信号。控制器22可以具体地被配置成用于实施在此所描述的控制程序。

使用本文中阐述的方法和设备提供了可以在冷冻机/制冷机中使用的更高效的制冷系统。

Claims (8)

1.一种冷却系统(10)，该冷却系统包括压缩机(12)、冷凝器(14)、和蒸发器(16)，其中循环制冷剂，该冷却系统还包括互连在从该冷凝器到该蒸发器的制冷剂流中的阀(18)，该阀被控制器(22)操作性地控制为在该压缩机处于开启阶段时进入第一打开状态、在该压缩机处于关断状态时进入第二关闭状态，其中，该控制器被适配成用于控制该阀：

-在该压缩机被切换至开启阶段之前的10-80秒的时间段，将该阀打开，

其中，该控制器被适配成用于在该压缩机被切换至开启阶段之前打开该阀，其中，该时间段被设定为在该压缩机被切换至开启阶段之前的如下时间：该时间与所有液体制冷剂从该冷凝器流到该蒸发器所需的时间相对应。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，当该控制器被适配成用于在该压缩机被切换至关断阶段之前关闭该阀时，其中，该时间段被设定为在该压缩机被切换至关断阶段之前的10-60秒。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的冷却系统，该冷却系统包括并联连接的至少两个蒸发器(16a，16b)。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，该阀被适配成是关闭的或打开的，以便允许制冷剂流至这些并联的蒸发器之一。

5.根据权利要求4所述的冷却系统，其中，该控制器被适配成用于控制该阀和该压缩机执行一系列压缩机循环，其中，该阀被控制用于在至少两个相继的压缩机开启阶段内将该制冷剂流引导至同一个蒸发器。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其中，针对所述至少两个相继压缩机开启阶段中的最后一个开启阶段的等待时间段比针对所述至少两个相继压缩机开启阶段中的第一个开启阶段的等待时间段更短。

7.一种制冷机或冷冻机，包括根据权利要求1-6中任一项所述的冷却系统。

8.一种用于控制冷却系统(10)的方法，该冷却系统包括压缩机(12)、冷凝器(14)、和蒸发器(16)，其中循环制冷剂，该冷却系统还包括互连在从该冷凝器到该蒸发器的制冷剂流中的阀(18)，该阀被控制器(22)操作性地控制为在该压缩机处于开启阶段时进入第一打开状态、在该压缩机处于关断状态时进入第二关闭状态，其中，该方法包括控制该阀：

-在该压缩机被切换至开启阶段之前的10-80秒的时间段，将该阀打开(301)，

其中，该控制器被适配成用于在该压缩机被切换至开启阶段之前打开该阀，其中，该时间段被设定为在该压缩机被切换至开启阶段之前的如下时间：该时间与所有液体制冷剂从该冷凝器流到该蒸发器所需的时间相对应。

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