CN107850363B - 恒温膨胀阀和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种操作制冷系统的方法。所述方法包括：启动蒸发器加热器(306)；监测所述制冷系统(308)内的压差；当所述压差达到预定值(310)时，停用所述蒸发器加热器(312)；以及在停用所述蒸发器加热器之后，启动一个或多个蒸发器风扇(314)以致使恒温膨胀阀打开。

Description

恒温膨胀阀和控制方法
背景技术
本文公开的主题总体上涉及恒温膨胀阀，并且更具体地，涉及制冷系统中的恒温膨胀阀的控制和操作。
在典型的制冷系统中，高压液体制冷剂在并入于冷凝器和蒸发器之间的液体制冷剂管线中的膨胀阀中膨胀。然后，将从膨胀阀排出的低压低温制冷剂引导通过蒸发器以吸收热量，并且因此冷却蒸发器周围的空间。调节膨胀阀以将流动到蒸发器中的制冷剂的速率控制为足以维持蒸发器的期望温度。更具体地说，恒温膨胀阀与蒸发器中制冷剂的蒸发速率成比例地计量进入蒸发器的制冷剂的流量，并响应于离开蒸发器的制冷剂的温度和蒸发器中的压力。以这种方式，恒温膨胀阀可以将离开蒸发器的制冷剂控制在预定的过热度。
通常，制冷剂的过热度是制冷剂蒸汽中所含热量高于其在现有压力下的沸点(饱和温度)下热含量的量度(即，离开蒸发器盘管的制冷剂蒸汽的热含量超过其离开蒸发器时的制冷剂压力下通常可预期的蒸汽的热含量)。通过确保从蒸发器(即，蒸发器出口)进入抽吸管线的制冷剂的状态处于期望的过热水平，制冷系统的性能可以是有效的，并且可以防止液体返回到压缩机。
恒温膨胀阀通常包括弹簧偏压的计量阀，其调节通过膨胀端口到达蒸发器的液体制冷剂的流量。装有挥发性物质的恒温感温包被定位成在蒸发器的出口处与制冷系统的抽吸管线呈热交换关系。恒温感温包借助毛细管与恒温膨胀阀上包括的隔膜致动器互连，其中隔膜致动器与恒温膨胀阀的计量阀机械地互连。蒸发器温度的升高将增加通过抽吸管线的蒸发气体的温度(即，增加其过热度)，而恒温感温包又感测所述温度。恒温感温包吸收热量，并且其中的挥发性物质增加其压力，且因此致使隔膜致动器打开膨胀阀的计量阀，并因此成比例地增加制冷剂的流量。在蒸发器冷却时，从蒸发器排出的制冷剂的温度将降低，这又被恒温感温包感测到，从而导致恒温膨胀阀的计量阀至少部分地关闭，并阻塞至少一部分流向蒸发器的制冷剂。
发明内容
根据一个实施方案，提供了一种操作制冷系统的方法。所述方法包括：启动蒸发器加热器；监测所述制冷系统内的压差；当所述压差达到预定值时，停用所述蒸发器加热器；以及在停用所述蒸发器加热器之后，启动一个或多个蒸发器风扇以致使恒温膨胀阀打开。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，另外的实施方案可以包括在蒸发器的输入侧和输出侧之间监测所述压差。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括预定值是50psi。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方式可以包括在启动所述蒸发器加热器之前，确定制冷系统未能起动。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括确定制冷系统未能起动是基于检测到的压缩机的电流消耗。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，另外的实施方案可以包括在恒温膨胀阀打开之后，起动制冷系统的压缩机。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括在起动压缩机之后，起动冷凝器并且然后起动蒸发器。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，另外的实施方案可以包括在启动蒸发器加热器之后，启动一个或多个冷凝器风扇。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括当压差达到预定值时，停用一个或多个冷凝器风扇。
根据另一个实施方案，一种制冷系统包括：压缩机；冷凝器，其具有一个或多个冷凝器风扇；蒸发器，其具有蒸发器加热器和一个或多个蒸发器风扇；恒温膨胀阀；以及流体连接压缩机、冷凝器、蒸发器和恒温膨胀阀的流体路径；以及控制器。控制器被配置为启动蒸发器加热器、监测流体路径内的压差、当压差达到预定值时停用蒸发器加热器并启动一个或多个蒸发器风扇以致使恒温膨胀阀打开。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括：控制器被配置为在启动蒸发器加热器之前确定压缩机未能起动。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括：控制器监测压缩机的电流消耗以确定压缩机未能起动。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或者作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括：控制器被配置为在恒温膨胀阀打开之后执行压缩机的起动尝试。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括：控制器还被配置为在起动压缩机之后起动冷凝器，并且然后起动蒸发器。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括：控制器被配置为在启动蒸发器加热器之后启动一个或多个冷凝器风扇。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括：控制器被配置为当压差达到预定值时停用一个或多个冷凝器风扇。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括在蒸发器的输入侧和输出侧之间监测压差。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括预定值是50psi。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，制冷系统的另外的实施方案可以包括至少一个传感器，所述传感器被配置来感测流体路径内的压差。
根据另一个实施方案，提供了一种操作制冷系统的方法。所述方法包括：确定制冷系统未能起动、增加制冷系统内的恒温膨胀阀系统的感温包的温度、增加制冷系统中的蒸发器的入口侧处的抽吸压力、打开恒温膨胀阀并起动制冷系统的压缩机。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括：增加温度包括启动蒸发器加热器。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，另外的实施方案可以包括：增加抽吸压力包括启动一个或多个冷凝器风扇。
除了上述特征中的一个或多个之外或作为替代方案，另外的实施方式可以包括：监测制冷系统内的压差，以及当压差达到预定值时，启动一个或多个蒸发器风扇以致使恒温膨胀阀打开。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，另外的实施方案可以包括在蒸发器的输入侧和输出侧之间监测压差。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括预定值是50psi。
除了上述特征中的一个或多个之外，或作为替代方案，另外的实施方案可以包括确定制冷系统未能起动是基于检测到的压缩机的电流消耗。
除了上述特征中的一个或多个之外，或者作为替代方案，另外的实施方案可以包括在起动压缩机之后，起动冷凝器并且然后起动蒸发器。
本公开的实施方案的技术效果包括具有恒温膨胀阀的制冷系统，所述恒温膨胀阀可以被机电地操纵，使得制冷系统可以在关闭之后容易地重新起动。
除非另有明确说明，否则上述特征和要素可以各种组合方式组合，而无排他性。这些特征和要素以及其操作根据以下描述和附图将变得更显而易见。然而，应理解，以下描述和附图本质上旨在是说明性和解释性的，而非限制性的。
附图简述
在说明书结尾处特别指出并明确要求保护本主题。本公开的前述和其他特征以及优点从结合附图进行的以下具体实施方式是显而易见的，在附图中：
图1是根据本公开的示例性实施方案的制冷系统的示意图；
图2是根据本公开的示例性实施方案的系统的压力、温度和时间的曲线示意图；以及
图3是根据本公开的示例性实施方案的用于操作制冷单元的过程。
具体实施方式
如本文所示和所述，将呈现本公开的各种特征。各种实施方案可以具有相同或类似的特征，并且因此相同或类似的特征可以用相同的参考符号来标记，但具有不同的第一数字，所述第一数字指示示出所述特征的图。因此，例如，图X中所示的元件“a”可以被标记为“Xa”，而图Z中的类似特征可以被标记为“Za”。虽然类似的参考符号可以一般意义使用，但将描述各个实施方案，并且各个特征可以包括如本领域技术人员将理解的变化、更改、修改等，无论是明确描述还是本领域技术人员原本将理解。
图1是根据示例性实施方案的制冷系统的示意图。制冷系统100包括通过流动路径108流体连接的压缩机102、冷凝器104和蒸发器106。位于冷凝器104和蒸发器106之间的是恒温膨胀阀组件110。流动路径108中的流体(例如冷却剂或制冷剂)的流动可以由恒温膨胀阀组件110控制。冷凝器104和蒸发器106可以包括一个或多个风扇。在一些实施方案中，蒸发器106的风扇可以是高速风扇。
恒温膨胀阀组件110包括沿着流动路径108在蒸发器106的输入侧114处的阀112。恒温膨胀阀组件110还包括沿着流动路径108在蒸发器106的输出侧118处的传感器感温包116。基于如由传感器感温包116感测的已经通过蒸发器106的流体的温度，阀112计量流体到蒸发器106的流量。例如，如果由传感器感温包116感测的流体高于预定温度，则阀112将被打开以允许流体通过蒸发器106，从而冷却蒸发器106。如果流体被感测到低于预定温度，则阀112将关闭以防止蒸发器106过度冷却。另外，如图1所示，蒸发器加热器120可以热连接到蒸发器106并且被配置为防止蒸发器106的过度冷却。
由于恒温膨胀阀组件110的温度比较和依赖性，可能存在这样的情况，即当期望打开阀112时，阀112可能不打开。例如，在使用期间，阀112可以被关闭，以便防止制冷系统的过度冷却。然而，当制冷系统100在使用后被关闭时，阀112可保持关闭。当阀被关闭时，制冷系统100中的压力可能不能够均衡。然后，当制冷系统100尝试重新起动时，由于高压所致，压缩机102可能消耗高电流来运行。这可能导致启动安全特征，从而阻止制冷系统100起动。
本领域技术人员应认识到，图1中所示的示意图和配置仅仅是一个示例，并且其他部件或配置是可能的。例如，制冷系统可以包括控制器、接收器、过滤器、干燥器、附加阀、换热器、传感器、指示器等，而不脱离本公开的范围。
本公开的实施方案被配置为，即使当系统内的压力在恒温膨胀阀组件上不相等时也能够起动制冷系统。在一些实施方案中，蒸发器加热器被用来将蒸发器盘管中的饱和温度升高到回风温度以上。然后，在移除热量之后打开蒸发器风扇，饱和压力迅速降低，并且恒温膨胀阀组件的热感温包温度保持温暖，从而产生感测的高过热，导致恒温膨胀阀组件的阀打开。当阀打开时，通过使制冷剂流回到蒸发器中并降低压差来降低排放压力。因此，制冷系统可以在不拉动太多电流的情况下起动。
转到图2，示出了温度-压力-时间曲线图。在该曲线图中，在左侧纵轴上示出压力，在右侧纵轴上示出温度，并且时间从时间零点开始，并且向图2的右侧增加。曲线图200表示在制冷系统的压缩机试图起动但未能起动的T0处开始的时间段。当系统中的压差太高而不能使恒温膨胀阀组件的阀打开时，可能会发生这种情况。根据图2中所示的示例，所示过程是在未能起动之后自动起动制冷系统的一个示例。例如，可以对类似于图1所示系统的系统执行关于图2所描述的过程。
在图2中，线202表示蒸发器的出口处(例如，在图1的输出侧118处)的流体随时间而变的排放压力或压力。例如，这可能是感温包处的压力。线204表示感温包处(例如，在图1的感温包116处)随时间而变的温度。线206表示蒸发器的入口处(例如，在图1的输入侧114处)的抽吸压力或压力。
如上所述，在T0处，制冷系统的压缩机试图起动，但未能起动。然后，在时间T1处，打开蒸发器加热器(例如，图1的蒸发器加热器120)。另外，在时间T1处，打开冷凝器的风扇。如图2所示，在时间T1处，在排放压力202和抽吸压力206之间存在压差ΔP1。
在时间T1和时间T2之间，抽吸压力206可能增加，排放压力可能稍微降低和/或达到平稳状态，并且感温包处的温度可能显著增加。感温包中的温度增加可能是风扇和加热器运行的结果。例如，加热器可以加热蒸发器内的流体的温度，并且冷凝器风扇可以将更多的加热的空气吹过蒸发器并吹向感温包。因此，蒸发器中的饱和温度可以升高到回风温度以上，即在出口处。
在时间T2处，形成临界压差。例如，在时间T2，在排放压力202和抽吸压力206之间可以存在压差ΔP2。如所示，压差ΔP2小于时间T1处的压差ΔP1。当压差(例如压差ΔP2)达到预定压差时，关闭蒸发器加热器和冷凝器风扇。在一些实施方案中，预定压差可以是50psi，但可以依据系统的需要将压差设定为任何值。同时，打开蒸发器风扇。此外，在时间T2处，感温包温度204远高于回风温度。
在关闭加热器和冷凝器风扇并且打开蒸发器风扇后，饱和压力迅速下降，而感温包温度保持温暖。这导致感测的高过热，所述感测的高过热导致恒温膨胀阀在时间T2处打开。如时间T2之后所示，开口通过使流体回流到蒸发器中并保持不同的低压(例如处于或低于预定压差ΔP2)来降低排放压力202。在恒温膨胀阀打开的情况下，制冷系统的压缩机可以在时间T3处容易地起动。
现在转到图3，示出了根据本公开的过程300。过程300可以与关于图2所描述的过程类似，并且可以用类似于图1所示的制冷系统或其变型来执行。
当压缩机试图起动但未能起动时，所述过程开始(步骤302)。如上所述，这可能在关闭后试图重新起动压缩机时发生，并且系统内的压差导致恒温膨胀阀组件的阀关闭并且不能打开。本领域技术人员应认识到，对于某些系统而言，在压缩机关闭之后的时间段期间可能出现这种情况。在一些示例中，所述时间段可以是十二小时或更少，并且在一些其他系统中其可以是六小时或更少。该时间段是关闭后随时间推移而获得的自然平衡的结果。然而，如果系统在该时间段内试图启动，则系统中剩余的压力可能会阻止阀打开，并且因此阻止压缩机起动。
确定压缩机未能起动(步骤304)。为了确定系统是否未能起动，可以监视由压缩机消耗的电流。如果压缩机的消耗超过了预定电流，则可指示，做出了尝试，但压缩机未能起动。这样，超过预定水平的起动时的电流消耗可触发过程300的剩余步骤。
当在起动时确定压缩机未能起动时，可以操纵制冷系统的恒温膨胀阀。例如，为了强制恒温膨胀阀打开，可以打开蒸发器的加热器和冷凝器的风扇(步骤306)。这个过程可能会加热恒温膨胀阀组件的感温包附近的温度，并可能进一步改变跨越蒸发器的压差。当步骤306的部件运行时，可以监测跨越蒸发器的压差(步骤308)。
当确定压差达到预定值(步骤310)时，可以关闭蒸发器加热器和冷凝器风扇(步骤312)。在一些实施方案中，可监测压差直到存在50psi的差值。
替代地，在步骤308/310处，替代监测压差，可能经过预定的时间量。也就是说，当蒸发器加热器和冷凝器风扇(步骤306)被操作达预定的时间量时，所述部件可以自动关闭(替代性步骤312)。
同时，或在步骤312之后不久，可以打开蒸发器风扇(步骤314)。因此，恒温膨胀阀组件的感温包可能感测导致恒温膨胀阀打开的高过热度。可以重复起动尝试(步骤316)。如果起动尝试失败(步骤316)，则所述过程可以返回到步骤302/304。
在压缩机起动之后(步骤316)，可以执行额外的步骤作为过程300的一部分。例如，在压缩机起动之后，可以启动冷凝器，并且然后可以启动蒸发器。在一些实施方案中，交错或分段起动可使每次部件起动分开预定的时间量。
如本领域技术人员应认识到，控制器可以配置有制冷系统以执行过程300，如上所述。也就是说，在图1中，制冷系统100可以包括处理器或如本领域已知的其他控制装置来控制所述系统。控制器可以被配置为压缩机102的一部分、冷凝器104的一部分和/或蒸发器106的一部分，或者可以与制冷系统100的部件分开，但与其通信。
这样的控制器可以与一个或多个传感器或可以使得能够执行所述过程的其他装置通信。这样的控制器系统在本领域中是已知的并且本文中未示出或进一步描述。然而，应认识到，控制器系统可以被配置来执行过程300的步骤和/或实施关于图2所描述的过程和/或其变型。
有利地，本文所述的实施方案提供了一种制冷系统，所述制冷系统被配置为在起动尝试失败之后容易地重新起动。此外，有利地，本文公开的实施方案允许恒温膨胀阀的机电操纵以均衡系统压力。此外，有利地，本文公开的实施方案可以减少起动尝试失败之后起动压缩机所需的电流量。此外，有利地，本文所公开的实施方案可以实现跨越压缩机的压力比的均衡，并降低冷凝器压力，以给予压缩机在较轻的负载下起动的机会。
此外，有利地，本领域技术人员应认识到，所述系统、方法和过程可以用于其他目的。例如，本文描述的系统、方法和过程可以用于改善压缩机的可靠性。例如，对于压缩机的每次起动，对于压缩机的使用寿命，或者对于某些其他时间段或其他指定的起动时间，可以跨越压缩机降低系统内的压力(例如，三角压力)。这样，本文描述的实施方案不需要用于失败的起动，而是可以用于出于任何期望目的控制系统内的压差。
虽然已结合仅有限数量的实施方案详细描述了本公开，但应容易理解，本公开不限于这类所公开的实施方案。相反，本公开可以被修改以并入任何数量的前面未描述但与本公开的精神和范围相称的变化、更改、替换、组合、子组合或等效布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施方案，但应理解，本公开的各方面可以仅包括所述实施方案中的一些实施方案。
例如，尽管仅示出和描述了制冷系统的一个简单配置，但本领域技术人员应认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将其他部件和/或特征添加到系统。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用所述部件的配置。此外，尽管以步骤和/或时间的特定顺序进行描述，但本领域技术人员应认识到，这些仅仅是示例，并且所述过程可以依据采用所述过程的需要和配置而变化。
因此，本公开不应被视为受先前描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (30)

1.一种操作制冷系统的方法，其包括：
启动蒸发器加热器；
监测所述制冷系统内的压差；
当所述压差达到预定值时，停用所述蒸发器加热器；以及
在停用所述蒸发器加热器之后，启动一个或多个蒸发器风扇以致使恒温膨胀阀打开。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在蒸发器的输入侧和输出侧之间监测所述压差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定值是50 psi。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定值是50 psi。
5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其还包括在启动所述蒸发器加热器之前，确定所述制冷系统未能起动。
6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述制冷系统未能起动是基于检测到的压缩机的电流消耗。
7.根据前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其还包括在所述恒温膨胀阀打开之后，起动所述制冷系统的压缩机。
8.根据权利要求7所述的方法，其还包括在起动所述压缩机之后，起动冷凝器并且然后起动蒸发器。
9.根据前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其还包括在启动所述蒸发器加热器之后，启动一个或多个冷凝器风扇。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括当所述压差达到所述预定值时，停用所述一个或多个冷凝器风扇。
11.一种制冷系统，其包括：
压缩机；
冷凝器，其具有一个或多个冷凝器风扇；
蒸发器，其具有蒸发器加热器和一个或多个蒸发器风扇；
恒温膨胀阀；
流体连接所述压缩机、所述冷凝器、所述蒸发器和所述恒温膨胀阀的流体路径；以及
控制器，其被配置来：
启动所述蒸发器加热器；
监测所述流体路径内的压差；
当所述压差达到预定值时，停用所述蒸发器加热器；以及
启动所述一个或多个蒸发器风扇以致使所述恒温膨胀阀打开。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制器被配置为在启动所述蒸发器加热器之前确定所述压缩机未能起动。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器监视所述压缩机的电流消耗以确定所述压缩机未能起动。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的系统，其中所述控制器被配置来在所述恒温膨胀阀打开之后执行所述压缩机的起动尝试。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述控制器还被配置为在起动所述压缩机之后起动所述冷凝器并且然后起动所述蒸发器。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中所述控制器被配置为在启动所述蒸发器加热器之后启动所述一个或多个冷凝器风扇。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置为当所述压差达到所述预定值时停用所述一个或多个冷凝器风扇。
18.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中在所述蒸发器的输入侧和输出侧之间监测所述压差。
19.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中所述预定值是50 psi。
20.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置来感测所述流体路径内的压差。
21.一种操作制冷系统的方法，其包括：
确定所述制冷系统未能起动；
增加所述制冷系统内的恒温膨胀阀系统的感温包处的温度；
增加所述制冷系统中的蒸发器的入口侧处的抽吸压力；
打开恒温膨胀阀；以及
起动所述制冷系统的压缩机。
22.根据权利要求21所述的方法，其中增加所述温度包括启动蒸发器加热器。
23.根据权利要求21所述的方法，其中增加所述抽吸压力包括启动一个或多个冷凝器风扇。
24.根据权利要求22所述的方法，其中增加所述抽吸压力包括启动一个或多个冷凝器风扇。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其还包括监测所述制冷系统内的压差，以及当所述压差达到预定值时，启动一个或多个蒸发器风扇以致使所述恒温膨胀阀打开。
26.根据权利要求25所述的方法，其中在所述蒸发器的输入侧和输出侧之间监测所述压差。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述预定值是50 psi。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述预定值是50 psi。
29.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中确定所述制冷系统未能起动是基于检测到的所述压缩机的电流消耗。
30.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其还包括在起动所述压缩机之后，起动冷凝器并且然后起动所述蒸发器。
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