CN107923677A - 用于冷却装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

除了其他方面，本发明描述了一种用于控制冷却装置的方法和设备。该冷却装置包括制冷剂流体在流体路径中循环的回路，其中，该回路包括压缩机和设置在该压缩机下游的冷凝器。流体膨胀装置设置在该冷凝器的下游，并且蒸发器设置在该流体膨胀装置与该冷凝器之间。该回路进一步包括设置在该冷凝器与该流体膨胀装置之间的流体路径中的阀。该方法包括在该压缩机的工作周期期间控制阀开度以提供在该回路中循环的制冷剂流体的可变流体质量流，其中，该阀开度被控制为在该压缩机的工作周期期间减小。

Description

用于冷却装置的控制方法

技术领域

本披露涉及一种用于控制冷却装置的方法。具体地，本披露涉及一种用于控制如冷冻机或冰箱等冷却装置的控制方法。

背景技术

如冰箱和冷冻机或空调等冷却装置通常使用连接到冷却流体循环经过的闭合回路上的封闭式压缩机将热量从制冷系统内部传递到外部环境。该压缩机具有促进这个制冷系统内部冷却气体流动的功能、并且能够引起冷却气体发生蒸发和冷凝的点之间的压力差。这能够发生热传递过程和产生低温。为了引起制冷回路中的压力差，根据制冷系统的大小，使用称为毛细管或膨胀阀的装置。对于家用系统，通常使用毛细管，而在较大的系统中，通常使用膨胀阀。

毛细管通常根据压缩机的固定容量设置大小，并且在某一特定升温下提供最佳性能。在US 8,627,626中，描述了一种用于提高系统性能的系统和方法。根据US 8,627,626，这是通过使封闭式可变容量压缩机的电子系统被配置为控制控制阀的流量来实现的，从而使流经流体膨胀装置的流体始终保持与该流体膨胀装置的标称膨胀容量处于同一水平。因此，控制阀被设置成可以基于来自可变容量压缩机的输入信号而脉动。

一直期望改进冷却装置的操作并且降低冷却装置操作成本。因此，需要改进冷却装置的控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制如冰箱、冷冻机或空调等冷却装置的改进方法。

此目的和其他目的至少部分地通过在所附权利要求中阐述的方法和冷却装置来达到的。

如发明人已经认识到的，在蒸发温度和冷凝温度不恒定的冷却周期中的每一时刻，最佳膨胀在理论上是可行的。这可以被称为瞬态。换言之，具体毛细管的最优化仅可以在某些工作状况下实现，即，可以在相应的环境温度下，在固定的高和低饱和压力下可能是最佳的。这意味着，可能的是，能量效率可以通过质量流被控制的动态灵活膨胀过程来获得。

在阀被设置在冷凝器和蒸发器之间的流动路径中的情况下，阀的开度可以用于动态控制在冷却装置中循环的制冷剂的质量流。在阀是在打开状态和关闭状态间可控的阀的情况下，该阀可以以最佳脉冲比脉动，从而提供最佳流量。然而，阀还可以是允许直接控制质量流而非使阀脉动的类型。

根据一个实施例，提供了一种用于控制冷却装置的方法。该冷却装置包括制冷剂流体在流体路径中循环的回路，其中，该回路包括压缩机和设置在该压缩机下游的冷凝器。流体膨胀装置设置在该冷凝器的下游，并且蒸发器设置在该流体膨胀装置与该冷凝器之间。该回路进一步包括设置在该冷凝器与该流体膨胀装置之间的流体路径中的阀。该方法包括在压缩机工作周期(on-cycle)内，控制阀的开度以提供在该回路中循环的制冷剂流体的可变质量流，其中，通过减小该阀的开度，控制流体质量流在该压缩机的工作周期期间减小。

根据一个实施例，该阀是可控制为打开状态或关闭状态的阀。根据一个实施例，通过使该阀脉动来控制该流体质量流。具体地，该阀开度的减小可以通过减少阀脉冲周期期间的打开时间(即，脉冲率)来实现。

压缩机可以是定速压缩机，或在一些实施例中，可以是变速压缩机。

根据一个实施例，在第一个时间段内，控制阀打开得更大。根据一些实施例，阀的开度在压缩机的工作周期内的每一个随后的时间段内减小或保持恒定。

根据一个实施例，待使用流体质量流,将压缩机的工作周期内的每一个时间段内待使用的阀开度存储在冷却装置的存储器中。在使用脉冲阀的情况下，可以存储脉冲比。根据一些实施例，针对冷却装置的不同工作状况，设定不同的阀开度。存储的阀开度可以存储在数据表中。根据一个替代的实施例，时间函数用于控制阀的开度。该冷却装置的工作状况可以例如为以下各项中的至少一项：该冷却装置的环境温度；环境与柜体内部空气之间的温度差；该冷却装置的冷凝温度与蒸发温度间的温度差以及压缩机功率。在时间函数用于控制阀的开度的情况下，这样的时间函数可以是时间与下列工作状况参数中的一个或多个向组合的函数。

该阀在压缩机的工作周期期间的开度可以是预先确定的、并且在压缩机启动之前或启动时被设定。例如，在压缩机工作周期期间的脉冲比及其变化可以在压缩机启动时已经被设定。

本发明还涉及一种如冰箱和冷冻机或空调等冷却装置，该冷却装置具有被配置为根据以上控制方法操作的控制器。

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是冷却装置的视图，

-图2是与图1相似并且被设有抽吸管线热交换器的视图，

-图3是控制冷却装置时进行的一些步骤的视图，

-图4是压缩机工作周期中的恒定脉冲比的视图，

-图5是展示了压缩机工作周期的不同时间段内的不同脉冲比的视图，并且

-图6是控制器的视图。

具体实施方式

在图1中描绘了冷却装置10。冷却装置10通常可以为冰箱或冷冻机，但还可以为空调。冷却装置10包括压缩机12、冷凝器14和蒸发器16。冷却装置10还包括阀18和控制器22。冷却装置10还包括膨胀阀26。膨胀阀26可以是毛细管或类似装置。

压缩机12，通常是定速压缩机，但还可以是变速压缩机，驱动制冷剂循环，由此冷凝器14变热而蒸发器16变冷。进一步，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，在从冷凝器14到蒸发器16的路径上设置阀18。当压缩机处于关闭(OFF)状态时，可以控制阀18关闭，由此防止了在压缩机12不运行时，制冷剂从冷凝器迁移到蒸发器。当压缩机12处于开启(ON)状态时，阀是打开的，由此允许在压缩机12运行时，制冷剂在冷却装置10中循环。阀18的打开和关闭可以由控制器22控制。

进一步，可以使用不同的传感器28提供可以被控制器22使用的传感器信号。这样的传感器的非限制性实例可以是：

-温度传感器，用于检测环境和柜体空气温度。

-功率传感器，如电流传感器或其他类型的可以用来确定冷却装置功率的传感器。

在图2中描绘了与图1中类似的冷却装置。在图2中，该冷却装置设有吸入管热交换器(SLHX)。

为了提供一种对冷却装置10的能量高效控制，可以控制阀18以提高系统中的能量性能。这是通过控制该阀提供循环制冷剂的动态受控质量流来实现的。在阀18是被控制为打开或关闭状态的阀的情况下，阀18可以被脉动(即，打开的和关闭)以控制质量流。图4描绘了恒定的脉冲比。该脉冲比随后将对应于特定的质量流。该脉冲比是阀打开的时间除以阀打开和关闭(脉冲周期)的时间。这随后将对应于阀处于打开状态的时间的百分比。

在图3中示出了可以在冷却装置10中执行的一些步骤。

首先，冷却装置处于初始状态300，状态300通常为冷却装置10的稳定状态。接下来，在步骤301中，压缩机被启动、并且运行一段时间(运行时间RT)。当确定压缩机运行时间(RT)时，可以使用不同的方法。例如，在系统的某一冷却能力下，RT主要通过借助于恒温器得到的柜体中的空气温度的设定点、以及可以预定义的总循环时间来确定。较长的循环时间导致柜体的空气温度波动更大。然而，最终，这种波动的平均值通常等于设定点值。

另一个确定RT的方法是所谓的“切入”和“切出”。在此，切入温度和切除温度被预定义。这决定了如上所述的波动。简言之，当柜体空气达到该切入温度时，压缩机启动，并且当柜体空气达到切出温度时，压缩机关闭。应当注意的是，如果冷却能力发生改变，RT也将相应地发生改变。因此，当脉冲比发生改变时，RT也会发生轻微改变。

压缩机运行的时间，即，运行时间，在步骤303中被划分为多个时间段。使用短的时间段可以产生更为准确的脉冲速率最优化。然而，其取决于关闭和打开阀的时间。时间段的总数或时间段的长度响应于压缩机的运行时间的长度而可以被选择、或者可以是固定的数目或具有固定的长度。在此给出的图仅出于说明性目的，并且控制不被这些实例所限制。而是，应该为每个具体实现方式选择合适的数目。

在压缩机的运行期间，通过控制阀在打开状态和关闭状态间转换，因此，使阀18脉动。阀打开和关闭的速率优选较高、但也受到所使用的阀的类型和以上阐述的其他因素的限制，换言之，阀的脉冲周期(打开时间+关闭时间)较短。脉冲比，即，阀打开时的每个脉冲的时间，控制着冷却系统中的流量。每个时间段的脉冲比设定为存储在控制器中或控制器可以从中读取值的存储器中的值。在一些实施例中，针对不同的环境温度，脉冲比的值不同。其他参数也可以用于控制控制脉冲比的值。例如，冷却装置的环境温度值；环境与柜体内部空气之间的温度差；冷却装置的冷凝温度与蒸发温度之间的温度差、以及压缩机功率中的一个或多个可以用来控制所使用的脉冲比。在步骤305中，脉冲比被设定为在压缩机运行时间期间减小。为冷却系统所存储的值可以例如为图5中所例示的。

根据一个替代性实施例，时间函数用于控制流体质量流。在时间函数用于控制流体质量流的情况下，这样的时间函数可以是时间与冷却系统环境温度、环境与柜体内部空气之间的温度差、冷却装置的冷凝温度与蒸发温度间的温差以及压缩机功率中的一个或多个相组合的函数。

如已经认识到的，可能有利的是，在蒸发温度下降时和在冷凝压力上升时，在压缩机的运行时间(即，开启状态/工作周期)期间不提供恒定的质量流，当冷冻机或冰箱的柜体内的空气温度变得更冷时，可能如此。当压缩机刚启动时，最大流量需要阀完全打开。随后，在处于冷却周期中的压缩机的运行时间期间，可以有利地减小质量流。根据一些实施例，阀的开度在压缩机的运行时间开始时高于压缩机的运行时间结束时。因此，控制质量流在压缩机的运行时间开始时最大，在压缩机的运行时间结束时最小。根据一些实施例，阀的开度在压缩机的整个运行时间内减小，从而使得对于增加的时间段，阀的开度(在脉冲阀的情况下，为脉冲比)是恒定的或减小。在具有脉冲阀的冷却装置中，这意味着在压缩机的工作周期期间，阀关闭的时间段越来越长。

根据一些实施例，在每一个时间段，使用预定义的脉冲比。预定义的脉冲比可以存储在冷却装置的存储器/库中、或者变为冷却装置被适配成自动内插和外推的多项式。在特定的工作状况下，系统通过使用从库中得到的脉冲比运行。所使用的脉冲比可以是存储在存储器中的最接近的工作状况的预定义值、或者是两个或多个工作状况的若干个值的插值。因此，如果实际工作状况与存储在存储器中的预定义值不匹配，可以进行内插或外推。根据一些实施例，在压缩机启动时的同一时刻之前或时预先确定在一个压缩机工作时间周期期间使用的脉冲比集。因此，一旦压缩机运行，脉冲比响应于除了自压缩机启动以来的时间外的任何输入信号而保持不变。

为特定时间存储的脉冲比响应于不同的参数而可以不同。可以控制特定时刻的脉冲比的这样的参数可以是以下参数中的一个或多个：

-环境温度

-柜体温度

-压缩机功率

-时间段序列数或自压缩机启动以来的时间

-冷凝器温度

-冷凝器压力

-蒸发器温度

-蒸发器压力

在图5中描绘了示例性数据表。在图5中描绘的示例性表中，脉冲比仅取决于自压缩机启动以来的时间、以及环境温度。然而，如以上所述的，其他参数可以用于设定脉冲比。如图5中可以看出的，起始脉冲比通常可以随着环境温度的上升而减小。进一步地，脉冲比通常将被设定为随着自压缩机启动以来的时间而减小。内插/外推可以用于确定在不具有预定脉冲比的时间时的值。作为替代方案，使用所用的最新脉冲比，直到达到具有预定义脉冲比的时间。应当注意的是，脉冲比是纯粹示例性的，并且对于不同的结构和系统可以使用不同的值。

步骤305中的阀控制将引起冷却系统以存储在存储器/库中的不同脉冲比及其对应的时长运行。这意味着，在压缩机的工作周期期间，正常的冷却过程在可变脉冲率下运行。这与蒸发器和冷凝器的瞬态特性相适应，以实现系统性能的改进。

接着，在步骤307中，使压缩机停机。随后，在步骤309中，压缩机处于关闭阶段，直到压缩机在步骤301中再次启动。在压缩机关闭时间期间，阀可以在整个关闭期内或部分关闭期期间处于关闭状态或打开状态。

进一步，环境状况不论何时改变，在某一预期的柜体温度下，控制器可以被适配成使用库中的其他值。由此，能够将冷却装置放置于不同环境温度下、并且冷却装置仍具有最优化的能量消耗。

用于控制流体质量流的所有上述步骤可以由控制器22执行。控制器22可以使用来自压缩机的指示压缩机的启动和关闭时间定时信号作为输入信号。在一些实施例中，压缩机的启动和关闭时间将由控制器22本身决定/预定义。还可以为控制器22提供不同的温度信号以便能够确定环境温度发生改变时或冷却装置的柜体与和环境空气之间的温度差何时发生改变时以及还有蒸发器或冷凝器的温度何时发生。来自蒸发器和冷凝器的压力传感器的压力信号也可以被提供给控制器22。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6中描绘了示例性控制器22。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的信号。

在以上内容中，已经描述了阀是通过以不同比率使阀脉动来在阀的打开状态与关闭状态之间控制的阀。然而，还设想了阀可以是其他类型。具体地，阀可以是能够被控制让受控的可变质量流通过的调节阀。

Claims (13)

1.一种用于控制冷却装置(10)的方法，该冷却装置包括制冷剂流体在流体路径中循环的回路，其中，该回路包括压缩机(12)和设置在该压缩机下游的冷凝器(14)，流体膨胀装置(26)位于该冷凝器下游并且蒸发器(16)设置在该流体膨胀装置与该压缩机之间，该回路进一步包括设置在该冷凝器与该流体膨胀装置之间的流体路径中的阀(18)；该方法包括

-在该压缩机的工作周期期间，控制该阀的开度以提供在该回路中循环的制冷剂流体的可变质量流，其中，该阀的开度被控制为在该压缩机的工作周期期间减小。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该阀是可控制为打开状态或关闭状态的阀。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过使该阀脉动来控制该流体质量流。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，该阀在阀脉冲周期期间的打开时间，即脉冲比，在该压缩机的工作周期期间减小。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，该压缩机是定速压缩机。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，该压缩机是变速压缩机。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，该脉冲比在构成该压缩机工作周期的一系列时间段中的第一个时间段最高。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，该脉冲比在该压缩机的工作周期中的每个后续时间段内减小或保持恒定。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的方法，其中，将该压缩机的工作周期中的每一个时间段的脉冲比存储在该冷却装置的存储器中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，针对该冷却装置的不同工作状况，将该脉冲比设定为不同。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，该冷却装置的脉冲比响应于以下各项中的一项或多项而设定：该冷却装置的环境温度；环境与柜体内部空气之间的温度差；该冷却装置的冷凝温度与蒸发温度之间的温度差；冷凝器温度；冷凝器压力；蒸发器温度；蒸发器压力；以及压缩机功率。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的方法，其中，该脉冲比是预先确定的、并且在该压缩机的工作周期之前或开始时被设定。

13.一种冷却装置，包括控制器，该控制器被适配为执行权利要求1至12中任一项所述的方法。