CN1082699A - 带有分离式传感器装置的热泵控制系统 - Google Patents

带有分离式传感器装置的热泵控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空调器、加热泵和致冷装置用的电子 控制系统,采用了微处理机和数字式控制阀门。由于 使用了分离式传感器,有可能对致冷剂进行精确地测 量,从而消除了因系统动态变化而引起的误差,故本 系统能在更低的最小过热状态下,在更高的效率下运 行工作。

Description

本发明涉及空调器、热泵和致冷设备的电子控制系统。更确切地说,本发明涉及使用数字电路的装置和方法,用来控制通过致冷系统的致冷剂流量,以便获得最佳的效率和延长元器件的使用寿命。
空调器系统,热泵系统和致冷设备均需要使用相当大量的电能。每年,愈来愈多的住户和商业大楼将安装大量的空调器系统和热泵系统。由于电能的需求量上升,以及电能价格变得更加昂贵,人们迫切期待提高致冷循环系统的效率。
已经呈现出很有前途的一种方法是测量通过系统的致冷剂。致冷剂因在通常称为蒸发器螺旋管的热交换器汽化而引起冷却。对通过限流管(有时称为调节阀)进入蒸发器螺旋管的致冷剂进行测量。理想的情况是,致冷系统应该测定出刚好足够的致冷剂进入蒸发器螺旋管中,当致冷剂汽化时,在遍及螺旋管的整个长度内,致冷剂均吸取热量。由于系统的动态特性的变化,温度自动调节器的设定值的改变,以及阳光、风力等负荷方面的变化,其最佳性能特性不总是容易实现的。
例如,当蒸发器螺旋管的周围的温度较高时,致冷剂很快地从液态转化成气态,此时,不可能有足够液态的致冷剂注入到整个的螺旋管中。当这种情况发生时,效率遭受损失,因为,实际上有一部分蒸发器螺旋管没有起作用。相反地,如果蒸发器螺旋管周围的温度较低时,没有足够的热量让所有的致冷剂从液态汽化到气态。当这种情况发生时,液态致冷剂可能进入压缩机中,降低了效率,有可能损害压缩机。普通的致冷系统均使用一些不同类型的控制方案,用来测量进入蒸发器螺旋管中的致冷剂。虽然取得了某些成功,但仍有大量尚须解决的问题。
本发明的目的是,通过采用微处理机控制系统和数字式控制阀门,致力于解决这类问题。由于使用了分离式传感器,有可能对致冷剂进行精确的测量,从而,可以消除因系统动态变化而引起的上述麻烦的误差,这种控制系统能在至今难以达到的低温条件下保持高效率的工作状态。
本发明的结果是,获得了一种高效率和较适用的现代化的空调器系统和热泵系统。因为可以精确地控制致冷剂的流量,使液态致冷剂进入压缩机的可能性大大减少,其结果是延长了压缩机的使用寿命。
参考附图,并通过下面的详细说明,可以更完整地理解本发明的目的和优点。
图1表示基本的致冷循环系统的示意图;
图2表示本发明提出的致冷控制系统的优选实施例在热泵中使用的示意图;
图3a和3b表示压缩机过热温度和压缩机排出温度之间的关系的曲线图;
图4表示本发明采用的分离式传感器装置的示意图;
图5与图4相似,表示现有技术的温度传感器装置的示意图;
图6表示为减小辐射热的影响而本发明所采用的环境温度传感器的优选设置方式的剖视图;
图7表示在各种室外环境温度下压缩机排出温度和压缩机过热温度之间的关系的曲线图,推荐出最大系统效率下工作的过热范围;
图8表示在冷却状态下压缩机排出温度和室外空气温度之间的关系的曲线图;
图9表示在加热状态下压缩机排出温度和室内空气温度之间的关系的曲线图;
图10表示本发明提出的调节阀设定值的校正速率和室外空气温度之间的函数关系的曲线图;
图11表示按本发明提出的优选方式,根据温度误差以步数或增量形式改变调节阀设定值的示意图。
本发明提出了为获得最优性能的致冷循环系统而采用的装置和方法,该系统可使用于空调器、加热泵和致冷设备中。本致冷循环系统采用了含有独特的传感器和电子控制调节阀的微信息处理器控制系统,以便最优地控制系统的过热状态。为了详细地说明本发明的基本原理,将叙述一种具有加热和冷却功能的加热泵系统。该类加热泵系统可适用于加热和冷却商业大楼或公寓楼,不过本发明的基本原理不局限于商业大楼或公寓楼的加热和冷却,它能适用于所有泵式的热交换器系统。
然而,在详细介绍本发明的优选实施例之前,结合附图1所示基本冷却系统,先对致冷循环系统进行简要的评述。
致冷循环系统是利用汽化冷却效应以降低温度或对周围环境进行“空调”,为实现上述的冷却,让高压的致冷剂(通常处于液态)释放到低压区域,使致冷剂膨胀,变成一种低温的气态和液态的混合物。通常,这低压区域包括一个蒸发器螺旋管,例如蒸发器螺旋管10。处于蒸发器螺旋管10中的致冷剂混合物一旦受到要求冷却区域的高温空气的影响,致冷剂吸取周围空气的热量从液态汽化成气态,因而冷却了周围空气。为了循环周围的空气,并迫使空气加速与蒸发器螺旋管接触,以增加热交换效果,经常使用风扇或鼓风机(图中未示出)。因为在蒸发器螺旋管中的致冷剂是处于低压状态,故致冷剂能够蒸发或汽化,在从液态转化为气态的过程中,汽化的潜热是从周围空气中吸取的。
通常,致冷剂释放到低压的蒸发器螺旋管中去的过程是由限流管或限流阀来测量的,限流阀又称为调节阀12。目前,许多不同种类的调节装置正在使用着,从简单的非调节的毛细管到电子控制的调节阀,例如宽脉冲调制阀。
倘若能够源源不断地提供在蒸发器螺旋管中膨胀的高压状态的致冷剂,又若这些致冷剂能安全地排放到大气层中,那致冷系统仅要求一个蒸发器螺旋管就能工作。然而,由于几乎不存在很易得到的能够被使用的高压状态的致冷剂源,也不允许致冷剂排向大气层,因而基本致冷系统也包括一套回收系统,将蒸发器螺旋管出口处收集致冷剂,重新加以压缩,使致冷剂再处以高压状态,并使致冷剂冷凝成液态,再一次地被使用。
这种基本致冷循环系统能将来自蒸发器螺旋管出口处的气态致冷剂送入压缩机14,该压缩机压缩气态致冷剂,使致冷剂处于高压和高温,这种仍处于气态的高压和高温的致冷剂被输入到除热系统,在那里,高压的气态致冷剂被冷凝成液态。
通常,这种除热系统包括另一个称为冷凝器螺旋管16。由于将冷凝器螺旋管设置在比高压致冷剂的温度更低的环境温度下,因而从致冷剂中吸取热量,使致冷剂充分地冷却,转变成液态。来自冷凝器螺旋管输出口的液态致冷剂可以存入备用的液态贮存箱18中,此后,液态致冷剂又重新回到调节阀中,开始再一次地循环。
在蒸发器螺旋管中,致冷剂从液态蒸发成气态的过程不是瞬间发生的。当致冷循环系统正在工作时,如果检测一下蒸发器螺旋管10的内部,人们将会发现,在进口处(靠近调节阀端)一部分致冷剂是处于气态,而另一部分致冷剂是处于液态。当致冷剂穿过蒸发器螺旋管时,极大部分的致冷剂被汽化成或蒸发成气态,极少量的致冷剂仍处于液态。
在某个部位(可能是在螺旋管的内部,也可能是在螺旋管出口处以外的通向压缩机的那条管道上),致冷剂终于被完全地蒸发成气态。该部位被称为干透区,干透区是十分重要的,因为它标志着在该区的致冷剂可能已把温度升高到饱和温度或汽化温度以上。这种把温度上升到饱和温度以上的现象称为过热现象。
为了理解过热现象,人们必须认识到,在一个密封系统中,例如在蒸发器螺旋管中,在压力恒定的情况下,只要在系统中仍然存在着液体的话,其汽化的液体仍然保持着恒定的汽化温度。当然,汽化温度与压力有关,其服从于热力学定律。然而,一旦所有的液态致冷剂都汽化完了,这时,气态致冷剂能够吸收外加的热量,将其温度提高到汽化温度以上。
当气态致冷剂与液态致冷剂相互接触时,通常称为处于饱和状态。在饱和状态下,气态致冷剂的温度与汽化温度相同。一旦所有的液态致冷剂汽化完了,只要加上外加的热量,蒸汽的温度就上升到汽化温度以上,那时,蒸汽被说成过热。采用过热术语是用来表示蒸汽温度和饱和温度(汽化点的温度)之间的温度差。
通过测量蒸发器螺旋管排出的致冷剂的过热现象,有可能得到正在工作着的致冷系统的效率状况。例如,如果没有出现过热,表明 致冷剂在蒸发器螺旋管中没有完全汽化。这时,在蒸发器螺旋管出口处存在着高密度液态致冷剂,意味着它有可能进入压缩机,将大大降低压缩机的效率,甚至损坏压缩机。
另一方面,极度的过热表明了蒸发器螺旋管需要被提供更多的致冷剂,也标志着效率的降低。致冷控制系统的一个设计目标是精确地计量出合理的致冷剂量,以致在使用着的蒸发器螺旋管的整个长度范围内没有流入过量的、可能以液态进入压缩机的致冷剂。
已叙述了致冷循环系统的基本原理,现在将叙述本发明的优选实施例。虽然本发明能采取多种的形式,现以图2的加热泵系统进行详细描述。
参考图2,符号20表示整个的加热泵系统,该系统包括:室内机组22,房内机组或温度自动调节器23和室外机组24。室内机组又包括室内螺旋管或称热交换器26和室内风扇28。室内风扇最好由变速电动机30来驱动。使用合适的管形构件来固定室内风扇和螺旋管,以致让风扇迫使室内的空气以一定的速率通过室内螺旋管,其速率可由变速电动机的转速来调定。
室外机组包括室外螺旋管或热交换器32和由电动机36驱动的室外风扇34。室外机组最好有一个保护罩,可将室外螺旋管和室外风扇围封起来,以便让风扇吸取室外的环境空气使其通过室外螺旋管,加速热交换过程。室外机组还装有压缩机38。
图2所说明的系统是所谓的“热泵系统”,因为,只要简单地转换一下室内螺旋管和室外螺旋管的功能,该系统既可用于冷却,也可用于加热,使用一只四通转换阀40,就可做到上述的转换。参考图2,当四通转换阀设置在冷却位置时(如图所示),室内螺旋管当作蒸发器螺旋管来使用,而室外螺旋管当作冷凝器螺旋管来使用。当四通转换阀接到加热位置(交错位置)时,螺旋管的功能即被转化,室内螺旋管当作冷凝器,而室外螺旋管当作蒸发器。
除了室内螺旋管,室外螺旋管和压缩机之外,本系统还使用一种电子控制调节阀42。在本发明的优选实施例中,调节阀是一种可连续变化的(或增量变化的)步进马达式的调节阀,该阀门可用电子仪器来调节,能在很宽范围内调节管口的尺寸或阀门的口径,从全开到全关。虽然能用不同类型的电子控制调节阀来实现本发明的控制系统,如宽脉冲调制式阀门可作为一个实例,但本发明的优选实施例推荐使用步进马达式调节阀,因为该阀门可稳定地和安全地工作。当需要调节管口尺寸时,步进马达式调节阀才需要移动或旋转。在常用的工作程序中,上述的调节工作也仅进行数次(例如,每小时几次)。相反地,宽脉冲调制式阀门在整个工作程序中是不断地转动的。
本发明提出的控制系统是一种微处理机为基础的系统,该系统可以从各种传感器中采集数据,根据采集到的数据,又可确定调节阀的正确设定值。更具体地说,本发明的优选实施例使用了三个微处理机为基础的控制元件44,45和46。控制元件44是和室外机组24 相连接,控制元件46是和室内机组22相连接。另外,房内机组或温度自动控制调节器23也可包括微处理机为基础的控制元件45。最好是,由一条适用的通信连接线路,例如并联的或串联的通信连接线路,将所有三个微处理机为基础的控制元件连接在一起。室外控制元件44主要用于数据收集,而室内控制元件46主要用于:系统循环运行的开、关,调节室内风扇的速度,控制调节阀,除霜故障检测的启动、终止、执行系统的判断功能。
要获得调节阀的正确设定值并不像先前已叙述的那么简单。通常是根据蒸发器螺旋管内的过热情况来控制调节阀。如上所述,过热是系统效率的一种量度,所以可用来作为控制参数。过热又是一个差额参数,表示了温度的差异,或者表示了致冷剂温度高于饱和温度或汽化温度的温度增量。正因为过热是差额参数,为了确定其值,要求测得二个数值。
应用热力学定律,只要知道蒸发器螺旋管出口处的压力和温度,就能计算出过热值。和温度传感器相比,压力传感器是十分昂贵的,所以,大多数普通的控制系统都是通过测量二个不同部位处(例如,在蒸发器螺旋管的入口处和出口处)的温度来确定过热。普通的控制系统不使用压力传感器,其假定了在二个温度测量部位处的压力是相同的(常常是不正确的假设)。将二个测得的温度相减,即可推算出过热值。
这种传统的测试技术,虽然简单,但不精确。如上所述,在正常的致冷循环期间,蒸发器螺旋管内产生干透区的部位会随意地移动,因而大大地降低了通用的温度-温度测量方法的可靠性。
举例说明如下,假定干透区产生在蒸发器螺旋管的中部,离出口端温度传感器的上段较远,在这种情况下,将测得较高的过热值,因为出口端温度传感器正读出从螺旋管中部到出口端之间已可能提高了温度的过热蒸汽的温度。相反地,如果干透区发生在出口端温度传感器的下段,那末,将测得不过热的结果,在这种情况下,温度传感器将显示出蒸汽处于饱和状态。
在普通的致冷系统中,温度传感器被安置在蒸发器螺旋管的二个固定的地方,例如螺旋管的进口端和出口端。当采用这种普通的系统时,图3a和图3b表示出过热量与流过调节阀的致冷剂量或致冷剂流量的函数关系。在低的流量下,仅能输入少量的致冷剂,干透区较早产生,过热值较大。在某个高流量速率下,干透区没有产生,系统处于饱和状态,过热值为零。由于系统的波动和干透区的变动,存在着一个不稳定区域,如图3a中所表示的A区,在该区域内,过热值是无法测准的。为此,为避开这个稳定区,普通的控制系统选定一个最小的稳定过热值(图3a中的Tmin),该值是避开这不稳定区的。例如,这最小的稳定过热值大约是10°-20°F,典型的不稳定区相对应的过热值大约为5°F左右。
图3b是获得最小稳定过热值Tmin的另一种描述方式。该图表示压缩机的排出温度随压缩机的过热量而变化的曲线。两个座标轴 均以华氏温度表示。曲线是通过实验测试方法绘制而成,以长方形框点或数据点显示在图3b上。在高于5°F的过热温度下,曲线表现为一条具有平缓上升斜率(大约0.9)的直线。相反地,在过热温度低于5°F时,数据值分布在很宽的压缩机排出温度范围内(比较数据值m和n)。另外,在这个区域里,曲线的斜率是十分陡斜的(斜率约15.2)。根据这些实验测得的数据,最小的稳定过热值Tmin应设置在拐角处或拐点处,在那里,斜率是在平缓和斜之间变化。最好是把系统设计在Tmin或略大于Tmin的过热值下运行,以避开由A表示的不稳定区。
不稳定区域的主要影响是迫使普通的控制系统必须在较高的预定过热值下运行,这一点是可以做到的,只要让出口端传感器在整个正常工作中不设置在变动的干透区附近。由于是一种固定式的温度传感器,故没有一种方便的办法来探测干透区的变动位置。通过在较高过热温度下建立一个闭合控制回路,普通的测量系统定可避开这种干透区。在通用的方法中,上述的方法是低效率的,但这也是不得已的。
本发明的控制系统是以测量不易受变动的干透区影响的现象为基础,因而,它就排除了这种固有的不可预测性。本系统所使用的第一个温度传感器是用来显示系统的工作温度,而第二个传感器是用来显示所设系统的环境温度。在图4中已详细地说明了这一点。为了加以比较,在图5中详细介绍了现有技术的控制系统。图4和图5都阐述了设置在外部环境52中的致冷系统50。二个致冷系统均包含有蒸发器螺旋管10,调节阀12,压缩机14和冷凝器螺旋管16。如图所示,本发明(图4)的第一温度传感器54是设置在致冷系统50中,但第二个温度传感器56是设置在外部环境52中,以便使它与致冷系统50分开。相反的,现有技术控制系统(附图5)是将二个温度传感器均设置在致冷系统中(即,设置在蒸发器螺旋管10的相对两端)。
如图2(也如图4)所示,在本发明提出的优选实施例中,所设置的第一个温度传感器54是用来测量离开压缩机时的高压致冷剂的排出温度。另一个传感器的位置可以加以选择,但本发明推荐的温度传感器的位置会得到准确、可重复的结果,这可能是部分地起因于如下的事实,由于干透区的任何变动产生的温度偏差所引起的压缩机排出温度的波动被完全抑制住了。
第二个温度传感器56最好设置在空气流通的路径处,用来测量围绕冷凝器螺旋管16的或强迫通过冷凝螺旋管16的环境空气温度。这环境空气温度提供了一个稳定的基准温度,实际上,该温度是与致冷系统中的任何工作波动隔绝的或分离的。
由于将温度测量与系统隔绝或分离,故本发明的系统能在比普通的系统更低的最小稳定过热设定值下工作。在本发明提出的优选实施例中,该系统可在5°F标定过热值下工作,这恰好是在图3表示的稳定区(A区)的范围内,因为所测得的变量是与干透区变动而 引起的波动分离的,故本发明能在上述的低过热温度下稳定工作。
环境空气温度传感器的放置位置是十分重要的。在冷却状态下,由于冷凝器螺旋管被放置在室外,环境空气温度传感器应设置在不会受到直射阳光的地方。这是可以做到的,只要把环境空气温度传感器装在一个与空气流相通而又能遮住直射阳光的管子中或匣子中。
图6叙述了一种防护环境空气温度传感器的方法。如图所示,传感器56设置在管子58中,该管子是安装在室外机组24的壳体的侧壁处。该管子能使传感器56免受直射的阳光,又与大气和壳体的内部相通,在室外风扇34的驱使下,环境空气将流过传感器56。实际上,由风扇34产生的流动的空气流不存在任何因阳光辐射能造成的壳体被加热所引起的辐射热效应和传导热效应,其结果是,能精确地测得在风扇34驱使下通过室外螺旋管32的环境空气温度。
在加热状态下,环境空气温度传感器是用来测量横穿过室内螺旋管的空气温度。如果需要的话,安装在系统温度自动调节器内的温度传感器60能用来提供这方面的信息。通常,没有必要考虑室内空气温度传感器的安放部位,因为系统温度自动调节器一般都设置在不会过分受到直射阳光影响的地方。虽然系统温度自动调节器通常都能用作加热工作状态下的环境温度传感器,但如果需要的话,也可将一个单独的温度传感器安装在空气回路管道处,用来测量穿过室内螺旋管26的环境空气温度。
虽然,由压缩机排出温度和环境空气温度不能直接得出与过热等量的数值,但它们确实能得到一个过热的征兆值。这是因为致冷剂的饱和温度和升了温的蒸汽温度之间的差值,即过热,归根到底是决定于系统内的温度(例如,压缩机排出温度)和根据系统给以温度要求的环境。实际上,测定过热温度的目的是为了获得一个调节阀孔的正确设定值。业已发现,使用一个系统指示温度和一个环境指示温度(例如压缩机排出温度和环境空气温度)能够得到较好的结果,它比依赖于两个相关的系统指示温度的常规系统所得到的结果更精确,重复性更好。
为了将系统温度测量值和环境温度测量值转换成调压阀设定值,可以采取计算法或查表法。为了把已测得的环境温度变换成压缩机排出温度设定值,本发明提出的优选实施例是使用一条直线或使用一次方程式y=mx+b,如图8和图9中所示。根据实验值m(直线的斜率)和b(y轴上的截距),可以计算过热(△T)和压缩机排出温度设定值之间关系。这些实验值随系统的情况而变化的,可选用一个典型的系统,在不同的环境温度下,正常工作范围内,通过简单的温度测量,就能测得这些实验值。在理想情况下,能选出那些代表最高工作效率的数据值。图7表示了一个典型系统的数据,其中包含了本发明所建议的数值或推荐的工作范围。在测得足够的数据值以后,就可绘制出与图8和图9相似的一条直线图,即可确定出斜率m和y轴上的截距b,此后,根据环境温度测量值,计算出正确的系统温度设定值。
本发明提出的优选实施例更倾向于使用一次方程式的计算方法,而不是查表法。在许多使用的器件中,步进马达式调节阀的设定值是与计算法相适应的速率下加以校正的。当然,在那些需要通过更频繁的计算控制调节阀的使用场合,或者在直线近似法不能满足要求的情况下,可以采用查表法。
调节阀的设定值是过热(△T)的间接函数,代表了所要求的稳定状态的目标设定值。通常,调节阀的设定值需要经常校正,但不是连续不断的校正。本发明提供的控制系统使用了一种经改进的积分式控制方法,在系统要求的响应时间内改变调节阀的设定值。根据室外温度,在一种速率或一种频率下校正调节阀的设定值。根据设置点的实际温度和由上述介绍的y=mx+b的计算法得出的设定值温度的差值或偏差,以增量或步数的方式校正调节阀的设定值。
图10表示本发明提出的调节阀设定值的校正速度或校正时间随室外空气温度而变化的情况。由图10曲线所示,调节阀校正速度(以分计)与室外空气温度成反比关系。当室外温度高时,将更频繁地校正调节阀设定值,当室外温度低时,进行校正的次数减少,当然要以满足不同室外温度下的系统响应时间为条件。
图11表示本发明优选的方法,根据实际的系统温度和所要求的系统温度的差值或偏差,以步数或增量的方式来改变调节阀设定值。再重申一遍,本发明优选的调节阀是一种步进马达式调节阀,它能够在不连续的增量或步数的情况下进行调节。如图11中的曲线所示,当偏差小时,以较小的步数(例如,小于10°F偏差时,为1步或2步)来改变调节阀;当偏差大时,以较大的步数(例如10°F-20°F偏差时,为4步;20°F-30°F偏差时,为8步;30°F以上偏差时为12步)来改变调节阀。
如上所述,本发明的控制方法与普通的致冷循环控制方法有显著的差别。通过使用分离式温度测量方法(压缩机的排出温度和环境空气温度),能够将热泵或空调器的致冷循环系统控制到前所未有的精确程度。系统能在普通系统难以达到的较低最小过热状态下运行工作,并达到前所未有的高效率。
本发明仅根据上述提到的热泵实施例来加以叙述的,当然,本发明也能应用于许多形式的空调器系统和致冷系统。因此,本发明的基本原理将不局限于所述的装置,在不偏离所附权利要求书所述的本发明构思的情况下,本发明容许进行某些变更和改变。

Claims (11)

1、一种控制热泵系统的致冷剂循环的方法,该系统包括:室内热交换器、室外热交换器和能把致冷剂输入室内热交换器让其从设置有热泵系统的环境中吸取热量的调节阀,所述方法包括下列步骤:
在热泵系统内预先确定的位置处测量第一参数值,即致冷剂温度;
测量第二参数值,即装有室外热交换器的环境温度;
使用第一和第二参数值来控制调节阀,因而控制输入蒸发器的致冷剂调节量。
2、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,上述的热泵系统包含一台压缩机,是用来压缩在室内热交换器中已吸取热量的致冷剂的,并在高压状态下排出致冷剂,
通过测量排出的致冷剂的温度,完成测量第一参数值的步骤。
3、按照权利要求1所述的方法,其特征在于,上述的热泵系统包含室外热交换器,它是一台冷凝器,是为了在致冷剂通过调节阀进入室内热交换器之前,用来冷却致冷剂的。
通过测量冷凝器附近的环境空气温度完成测量第二参数值的步骤。
4、一种控制热泵系统的致冷剂调节量的控制系统,包括:室内热交换器、室外热交换器和能把致冷剂输入室内热交换器,让其从设置有热泵系统的环境中吸取热量的调节阀,上述系统还包括:
在热量方面与上述热泵系统相连接的第一传感器,用来测量第一参数值,即致冷剂的温度;
在热量方面与上述热泵系统相分离的第二传感器,用来测量第二参数值,即设置有室外热交换器的环境温度;
在电路方面与上述的第一和第二传感器及调节阀相连接的信息处理机,它可根据上述的第一和第二参数值来控制调节阀,从而控制输入室内热交换器的致冷剂调节量。
5、按照权利要求4所述的控制系统,其特征在于,上述的热泵系统还包括一台压缩机,是用来压缩在室内热交换器中已吸取热量的致冷剂的,并在高压状态下排出致冷剂。
上述的第一传感器包括一个在热量方面与上述的热泵系统相连接的温度传感器,用来测量由压缩机输出的致冷剂排出温度。
6、按权利要求4所述的控制系统,其特征在于,上述的室外热交换器包括一个冷凝器,是为了在致冷剂通过调节阀进入上述蒸发器之前,用来冷却致冷剂的。
上述的第二传感器包括一个温度传感器,用来测量冷凝器附近的环境空气温度。
7、按照权利要求4所述的控制系统,其特征在于,上述的热泵系统包括了一台使用者能调试的温度自动调节器。
8、一种控制热泵系统的制冷剂调节量的控制系统,上述热泵系统应用致冷剂循环回路,经由这个循环回路,致冷剂被增压并从第一测定点的环境中吸取热量,把热量排放到第二测定点的环境中,这种加热泵系统包括:设置在上述的第一测定点的第一热交换器,设置在上述的第二测定点的第二热交换器,使致冷剂增压并使致冷剂流过上述循环回路的压缩机,上述控制系统包括:
和上述的压缩机、第一热交换器和第二热交换器相连接的换向阀,用来有选择性地在加热状态和冷却状态之间改变工作状态,在加热状态中,致冷剂直接从上述的第一热交换器流向上述的第二热交换器,而在冷却状态中,致冷剂直接从上述的第二热交换器流向上述的第一热交换器,
把上述第一和第二热交换器相连接的调节阀,用来测量上述热交换器之间的致冷剂流量,
在热量方面与上述热泵系统分离的第一传感器,用来测量第一参数值,即上述第一测定点的环境温度;
在热量方面与上述加热泵系统分离的第二传感器,用来测量第二参数值,即上述第二测定点的环境温度;
在热量方面与上述热泵系统相连接的第三传感器,用来测量第三参数值,即致冷剂的温度;
在电路方面与上述的第一、第二、第三传感器和调节阀相连接的信息处理机,按如下方式控制上述的调节阀:
在上述的加热状态中,根据第一和第三参数值控制上述的调节阀,以便控制输入到第二热交换器中的致冷剂调节量;
在上述的冷却状态中,根据第二和第三参数值控制上述的调节阀,以便控制输入到第一热交换器中的致冷剂调节量。
9、按照权利要求8所述的控制系统,其特征在于,上述的第一传感器是一个与使用者可调试的温度自动调节器相连接的温度传感器。
10、按照权利要求8所述的控制系统,其特征在于,上述的第三传感器是一个温度传感器,在热量方面它与紧靠于压缩机处的致冷剂回路相连接。
11、按照权利要求8所述的控制系统,其特征在于,上述的第三传感器是一个温度传感器,用来测量从压缩机输出的致冷剂的排出温度。
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IT (1) IT1272505B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100557348C (zh) * 2003-10-17 2009-11-04 Lg电子株式会社 控制热泵系统中过热度的设备和方法
WO2010140056A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Ace Action Limited Energy saving device and method for cooling and heating apparatus
CN101338835B (zh) * 2007-07-03 2013-05-08 株式会社不二工机 用于冷暖系统的电动阀
CN110053778A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 南京航空航天大学 一种离心转台上冷却介质的供给和调温系统

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5475986A (en) * 1992-08-12 1995-12-19 Copeland Corporation Microprocessor-based control system for heat pump having distributed architecture
US5440895A (en) * 1994-01-24 1995-08-15 Copeland Corporation Heat pump motor optimization and sensor fault detection
US5628201A (en) * 1995-04-03 1997-05-13 Copeland Corporation Heating and cooling system with variable capacity compressor
US5623834A (en) * 1995-05-03 1997-04-29 Copeland Corporation Diagnostics for a heating and cooling system
EP0762064A1 (de) * 1995-09-08 1997-03-12 Fritz Ing. Weider Durchsatzregelung für das Kältemittel einer Wärmepumpe und Verfahren
US6148628A (en) * 1999-03-26 2000-11-21 Carrier Corporation Electronic expansion valve without pressure sensor reading
US6318100B1 (en) * 2000-04-14 2001-11-20 Carrier Corporation Integrated electronic refrigerant management system
KR100717444B1 (ko) * 2003-10-20 2007-05-14 엘지전자 주식회사 멀티 에어컨 및 에어컨 제어방법
DE102004024663A1 (de) * 2004-05-18 2005-12-08 Emerson Electric Gmbh & Co. Ohg Steuereinrichtng für eine Kälte- oder Klimaanlage
US7739882B2 (en) * 2006-02-28 2010-06-22 Dometic, LLC Variable speed control
WO2008024110A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 Carrier Corporation Improved oil return in refrigerant system
US7784296B2 (en) * 2007-03-08 2010-08-31 Nordyne Inc. System and method for controlling an air conditioner or heat pump
US20080307819A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Pham Hung M Refrigeration monitoring system and method
EP2633196B1 (en) * 2010-10-28 2022-06-15 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor seal assembly
CN105135871B (zh) 2012-02-20 2018-06-01 艾默生电气公司 提供用于在结构中使用的热量
US9534820B2 (en) 2013-03-27 2017-01-03 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for controlling vapor compression systems
US10975868B2 (en) 2017-07-07 2021-04-13 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor with floating seal
US11692548B2 (en) 2020-05-01 2023-07-04 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor having floating seal assembly
US11578725B2 (en) 2020-05-13 2023-02-14 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor having muffler plate
US11655818B2 (en) 2020-05-26 2023-05-23 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor with compliant seal
US11767846B2 (en) 2021-01-21 2023-09-26 Copeland Lp Compressor having seal assembly

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2112344A (en) * 1935-08-09 1938-03-29 Johnson Service Co Refrigerating system
US2060589A (en) * 1935-10-02 1936-11-10 Johnson Service Co Refrigeration
US4112703A (en) * 1976-12-27 1978-09-12 Borg-Warner Corporation Refrigeration control system
FR2394769A1 (fr) * 1977-01-05 1979-01-12 Messier Fa Procede et dispositif de regulation pour thermopompe
US4244182A (en) * 1977-12-20 1981-01-13 Emerson Electric Co. Apparatus for controlling refrigerant feed rate in a refrigeration system
US4448038A (en) * 1979-10-01 1984-05-15 Sporlan Valve Company Refrigeration control system for modulating electrically-operated expansion valves
US4333317A (en) * 1980-08-04 1982-06-08 General Electric Company Superheat controller
JPS58120054A (ja) * 1982-01-09 1983-07-16 三菱電機株式会社 空気調和装置
US4467613A (en) * 1982-03-19 1984-08-28 Emerson Electric Co. Apparatus for and method of automatically adjusting the superheat setting of a thermostatic expansion valve
JPS5995350A (ja) * 1982-11-22 1984-06-01 三菱電機株式会社 容量制御型冷凍サイクルの制御装置
JPS59170653A (ja) * 1983-03-17 1984-09-26 株式会社東芝 空気調和機
DE3466798D1 (en) * 1983-08-06 1987-11-19 Vaillant Joh Gmbh & Co Refrigerant flow control for a heat pump
US4523435A (en) * 1983-12-19 1985-06-18 Carrier Corporation Method and apparatus for controlling a refrigerant expansion valve in a refrigeration system
US4523436A (en) * 1983-12-22 1985-06-18 Carrier Corporation Incrementally adjustable electronic expansion valve
JPS60140075A (ja) * 1983-12-28 1985-07-24 株式会社東芝 冷凍サイクルの制御方法
US4745767A (en) * 1984-07-26 1988-05-24 Sanyo Electric Co., Ltd. System for controlling flow rate of refrigerant
JPS6136671A (ja) * 1984-07-26 1986-02-21 三洋電機株式会社 冷媒流量制御装置
JPH0686960B2 (ja) * 1985-01-30 1994-11-02 株式会社日立製作所 冷媒流量制御装置
JPS61197967A (ja) * 1985-02-26 1986-09-02 株式会社ボッシュオートモーティブ システム 冷房サイクル
KR900003052B1 (ko) * 1986-03-14 1990-05-04 가부시기가이샤 히다찌 세이사꾸쇼 냉동장치의 냉매유량 제어장치
JPH0754207B2 (ja) * 1986-11-25 1995-06-07 日本電装株式会社 冷凍サイクル装置
JPS63163739A (ja) * 1986-12-26 1988-07-07 株式会社不二工機製作所 冷凍システムの制御方法
US4848100A (en) * 1987-01-27 1989-07-18 Eaton Corporation Controlling refrigeration
US4893480A (en) * 1987-03-13 1990-01-16 Nippondenso Co., Ltd. Refrigeration cycle control apparatus
DE3713869A1 (de) * 1987-04-25 1988-11-03 Danfoss As Regelgeraet fuer die ueberhitzungstemperatur des verdampfers einer kaelte- oder waermepumpanlage
JPH0252957A (ja) * 1988-08-18 1990-02-22 Sanyo Electric Co Ltd 冷凍装置
US4848099A (en) * 1988-09-14 1989-07-18 Honeywell Inc. Adaptive refrigerant control algorithm
US5000009A (en) * 1990-04-23 1991-03-19 American Standard Inc. Method for controlling an electronic expansion valve in refrigeration system
US5077983A (en) * 1990-11-30 1992-01-07 Electric Power Research Institute, Inc. Method and apparatus for improving efficiency of a pulsed expansion valve heat pump

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100557348C (zh) * 2003-10-17 2009-11-04 Lg电子株式会社 控制热泵系统中过热度的设备和方法
CN101338835B (zh) * 2007-07-03 2013-05-08 株式会社不二工机 用于冷暖系统的电动阀
WO2010140056A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-09 Ace Action Limited Energy saving device and method for cooling and heating apparatus
CN110053778A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 南京航空航天大学 一种离心转台上冷却介质的供给和调温系统
CN110053778B (zh) * 2019-03-26 2022-04-08 南京航空航天大学 一种离心转台上冷却介质的供给和调温系统

Also Published As

Publication number Publication date
ITMI931805A1 (it) 1995-02-06
JPH06185815A (ja) 1994-07-08
US5311748A (en) 1994-05-17
IT1272505B (it) 1997-06-23
ES2071580B1 (es) 1998-07-01
KR100349296B1 (ko) 2002-11-07
IL106402A (en) 1996-01-31
KR940004281A (ko) 1994-03-14
ES2071580R (zh) 1998-01-16
ITMI931805A0 (it) 1993-08-06
ES2071580A2 (es) 1995-06-16

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