CN108291758B - 用于制冷系统的节能型装置控制 - Google Patents

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Abstract

提供了用于操作制冷单元的方法和系统。该方法和系统包括测量制冷单元的第一特性，基于第一测量特性计算压缩机中间级压力，基于第一测量特性和计算的压缩机中间级压力确定是否满足第一比较和第二比较，以及当满足第一比较和第二比较时打开节能器电磁阀。

Description

用于制冷系统的节能型装置控制
背景技术
本文公开的主题总体涉及制冷系统，且更具体地，涉及用于制冷系统的节能型装置控制。
运输易腐物品的特殊困难在于，此类物品必须取决于所述物品而被维持在一定的温度范围内，以减少或防止物品腐败或相反地因冷冻而造成损坏。运输制冷单元用于在运输货物的空间内维持适当的温度。运输制冷单元可以在控制器的控制下运行。控制器确保运输制冷单元使运输货物的空间内维持特定的环境（例如热环境）。
发明内容
根据一个实施方案，提供了一种操作制冷单元的方法。该方法包括测量制冷单元的第一特性，基于第一测量特性计算压缩机中间级（middle stage）压力，基于第一测量特性和计算的压缩机中间级压力确定是否满足第一比较和第二比较，以及当满足第一比较和第二比较时打开节能器电磁阀。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：第一特性包括多个特性。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：第一特性包括闪蒸罐压力、压缩机吸入压力和排出口压力。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：基于压缩机吸入压力和排出口压力将压缩机中间级压力计算为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
，其中k1、k2、k3为已知参数。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：第一特性包括闪蒸罐压力，第一比较包括将计算的压缩机中间级压力与利用第一压力常数修改的临界压力进行比较，以及第二比较包括将闪蒸罐压力与临界压力进行比较。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：监测第二特性，基于第二特性确定是否满足第三比较或第四比较，以及当满足第三比较或第二比较时，关闭节能器电磁阀。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：第二特性是以下中的至少一个：（i）闪蒸罐压力超过利用第一压力常数修改的临界压力的时间和（ii）闪蒸罐压力。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：如果闪蒸罐压力超过利用第一压力常数修改的临界压力的所述时间超过预定时间，则满足第三比较。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：如果闪蒸罐压力超过利用第二压力常数修改的临界压力，则满足第四比较。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该方法的另外的实施方案可以包括：在关闭节能器电磁阀之后，确定是否应当再次打开节能器电磁阀。
根据另一实施方案，提供了一种制冷单元。该制冷单元包括：被配置成测量制冷单元的第一特性的至少一个传感器；被配置成基于第一特性计算压缩机中间级压力的控制器，该控制器被进一步配置成基于第一特性和计算的压缩机中间级压力来确定是否满足第一比较和第二比较；以及被配置成当满足第一比较和第二比较时打开的节能器电磁阀。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：第一特性包括多个特性。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括闪蒸罐，其中第一特性包括闪蒸罐压力、压缩机吸入压力和排出口压力。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：基于压缩机吸入压力和排出口压力将压缩机中间级压力计算为：
Figure 530483DEST_PATH_IMAGE001
，其中k1、k2、k3为已知参数。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括闪蒸罐，其中第一特性包括闪蒸罐压力，第一比较包括将计算的压缩机中间级压力与利用第一压力常数修改的临界压力进行比较，并且第二比较包括将闪蒸罐压力与临界压力进行比较。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：控制器被配置成确定是否满足第三比较或第四比较，并且其中节能器电磁阀被配置成当满足第三比较或第二比较时关闭。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：控制器被配置成监测第二特性，其中第二特性是以下中的至少一个：（i）闪蒸罐压力超过利用第一压力常数修改的临界压力的时间和（ii）闪蒸罐压力。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：如果闪蒸罐压力超过利用第一压力常数修改的临界压力的时间超过预定时间，则满足第三比较。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：如果闪蒸罐压力超过利用第二压力常数修改的临界压力，则满足第四比较。
除上述特征中的一个或多个特征以外，或作为替代方案，该制冷单元的另外的实施方案可以包括：控制器被进一步配置成确定在关闭节能器电磁阀之后是否应当再次打开节能器电磁阀。
本公开的实施方案的技术效果包括控制制冷单元的方法以改进对制冷单元的节能模式的使用。另外的技术效果包括制冷单元，其被配置成改进对制冷单元的节能模式的使用。另外的技术效果包括计算压缩机中间级压力并使用这种计算的压缩机中间级压力来确定何时以节能模式来操作制冷单元。
除非另有明确说明，否则前述特征和元件可以各种组合方式进行组合，而无有排他性。根据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更为显而易见。然而，应理解，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性的而非限制性的。
附图说明
在说明书结尾处特别指出并明确要求保护本主题。本公开的前述和其它特征以及优点从结合附图进行的以下具体描述中显而易见，在附图中：
图1A是具有制冷单元和货舱的牵引车挂车系统的示例性实施方案的示意图；
图1B是用于图1A的牵引车挂车系统的货舱的制冷单元的示例性实施方案的示意图；
图2是根据本公开的一个实施方案制冷单元的示意图；
图3是根据本公开的非限制性实施方案的操作制冷单元的方法的流程。
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。各个实施方案可以具有相同或类似的特征，并因此而言，相同或类似的特征可以用相同的参考标号进行标记，但在前面加上不同的第一数字，该数字指示所示特征所属的附图。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”。虽然类似的参考标号可以以一般意义使用，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应理解的变化、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的那样。
图1A所示的是牵引车挂车系统100的实施方案的示意图。牵引车挂车系统100包括牵引车102，该牵引车包括操作员厢或驾驶室104并且还包括发动机，该发动机充当牵引车挂车系统100的驱动系统。挂车106联接到牵引车102。挂车106是冷藏挂车106，并且包括顶壁108、正相对的底壁110、相对的侧壁112以及前壁114，其中前壁114最靠近牵引车102。挂车106在与前壁114相对的后壁116处还包括一个或多个门（未示出）。挂车106的壁限定货舱。挂车106被构造成通过使用位于挂车106上或位于其旁边的制冷单元120将位于货舱内的货物118维持在选定的温度下。如图1A所示，制冷单元120位于前壁114处或附接到前壁114。
现参照图1B，更详细地示出制冷单元120。制冷单元120包括压缩机122、冷凝器124、膨胀阀126、蒸发器128和蒸发器风扇130。压缩机122可操作地连接到驱动压缩机122的制冷发动机132。制冷发动机132以诸如直接轴驱动、带传动、一个或多个离合器等多种方式中的一种连接到压缩机，和/或经由发电机连接到压缩机。制冷剂管路123流体地连接制冷单元120的部件。
借助制冷单元120使气流循环进入并穿过挂车106的货舱。回风气流（returnairflow）134从挂车106的货舱通过制冷单元入口136流入制冷单元120，并经由蒸发器风扇130流过蒸发器128，由此将回风气流134冷却至选定的或预定的温度。冷却的回风气流134（现被称为送风气流138）通过制冷单元出口140供应到挂车106的货舱中，在一些实施方案中，制冷单元出口位于挂车106的顶壁108附近。送风气流138冷却挂车106的货舱中的货物118。应当理解的是，当例如外部温度非常低时，制冷单元120还可以反向操作以加温挂车106。
如图1A所示，制冷单元120被定位在框架142中并被容纳在可进入的壳体144中，其中框架142和/或壳体144固定到前壁114的外侧，使得制冷单元120被定位在前壁114和牵引车102之间。
本领域的技术人员将理解的是，图1A和图1B的系统和配置仅为示例性的，并仅作为说明性和描述性目的提供。本发明不限于此。例如，虽然示出了牵引车挂车配置，但系统可以用于其它挂车配置中，用于各种卡车配置中和/或用于其它系统和配置中。
现转到图2，示出了根据本公开的非限制性实施方案的制冷单元220。制冷单元220包括可以是涡旋式压缩机的压缩机222；然而，诸如往复式或螺杆式压缩机的其它压缩机也是可能的，而不限制本公开的范围。马达（未示出）可以用于驱动压缩机222。例如，马达可以是由同步发电机、商用供电业务、外部发电系统（例如，船载）、发电机等驱动的集成式电力驱动马达。压缩机222可以是多级压缩装置。
在操作中，离开压缩机222的高温、高压制冷剂蒸气被引导至冷凝器224，冷凝器可以包括多个冷凝器盘管翅片和管，其接收通常由冷凝器风扇吹送的空气。如图所示，冷凝器224可以包括中间冷却器223和气体冷却器225。通过经冷凝器224去除热量，制冷剂变成高压/低温状态。
制冷剂可以从冷凝器224的气体冷却器225流动到闪蒸罐246。高压膨胀装置248可以位于气体冷却器225和闪蒸罐246之间。闪蒸罐246可以流体地连接到蒸发器228并连接到压缩机222的一部分。电子蒸发器膨胀阀250可以位于闪蒸罐246和蒸发器228之间。然后，制冷剂可以从蒸发器228流回到压缩机222，以形成完整的制冷剂回路。
如上所示和所述，压缩机222可以是多级压缩机。如图2所示，压缩机222包括第一级252和第二级254。制冷单元220可以包括位于闪蒸罐246和压缩机222的第二级254之间的节能器电磁阀258。当节能器电磁阀258起作用时，节能器电磁阀258可以打开以允许制冷剂穿过闪蒸罐246而进入压缩机第二级254。如本文所述，可以响应于闪蒸罐246的压力和计算的中间级压力来控制节能器电磁阀258。计算的中间级压力可以是压缩机222的第二级254上游的节能器管路256内的压力。节能器电磁阀258可以位于节能器管路256上，并且控制通过节能器管路256的流体流。如图所示，中间冷却器223的输出端可以连接到节能器电磁阀258的输出端。
制冷单元220中的许多点可以通过控制器260和位于整个制冷单元220中的各个相关联的传感器（未示出）来监测和控制。控制器260可以包括微处理器和相关联的存储器。控制器260的存储器可以包括操作员和/或所有者预先选择的用于制冷单元220内的各种操作参数的期望值，包括但不限于制冷单元220内的各个位置的温度设定点、压力限制、电流限制、发动机速度限制以及与制冷单元220有关的任何各种其它期望的操作参数或限制。在一个实施方案中，控制器260可以包括包含微处理器和存储器的微处理器插板，以及可以包含模数转换器的输入/输出（I / O）插板。I / O插板可以从系统中的各个点，即从各个传感器接收温度输入和压力输入，接收AC电流输入、DC电流输入、电压输入和湿度等级输入。另外，I / O插板可以包括驱动电路或场效应晶体管（“FET”）和继电器以从控制器260接收信号或电流，并继而控制制冷单元220中的各种外部或外围装置。
在通过控制器260监测的示例性传感器和/或感测器之中，可以存在回风空气温度传感器，其根据蒸发器回风空气温度向控制器260输入可变电阻值。环境空气温度传感器可以向控制器260提供环境空气温度值（例如，在冷凝器224的前面或上游检测到的环境空气温度值）。压缩机吸入温度传感器可以根据压缩机吸入温度向控制器260输入可变电阻值。压缩机排出温度传感器可以检测压缩机222内部的压缩机排出温度。蒸发器出口温度传感器和蒸发器出口压力感测器可以检测蒸发器228的出口温度值和蒸发器出口压力。压缩机吸入压力感测器可以根据压缩机222的压缩机吸入值向控制器260提供可变电压。压缩机排出压力感测器可以根据压缩机222的压缩机排出值向控制器260提供可变电压。另外，直流传感器和交流电传感器可以检测由压缩机222汲取的电流。传感器可以被配置成读取闪蒸罐246上的压力。
控制器260的一个功能可以是控制例如打开和/或关闭节能器电磁阀258。控制器260可以控制节能器电磁阀258以确保制冷单元220尽可能地以节能模式操作，以便从制冷单元220获得增加的能力和效率。确保优化的节能模式操作的一种解决方案是应用专用和特定的开关逻辑，以通过打开节能器电磁阀258而迫使系统进入节能模式；然而，该解决方案可能产生使高密度制冷剂注入压缩机222中的风险，这对系统的部件而言可能是有害的。
在一些制冷系统中，可能存在两种条件使系统能够以节能模式运行。这两个条件是（i）压缩机中间级压力应当低于制冷剂的临界压力，以及（ii）高压膨胀装置248和电子蒸发器膨胀阀250能够将闪蒸罐246中的压力维持在与节能器管路256中的压力相等的压力下。基于这两个条件，本文所述的实施方案提供了一种节能器电磁阀（诸如节能型电磁阀）控制过程。该控制过程包括测量系统内的各种压力，计算或预测压缩机中间级压力，以及限定用以确定打开或关闭节能型电磁阀以及因此以节能模式操作的标准。
现转到图3，示出了根据本公开的非限制性实施方案的控制制冷单元的流程。流程300可以由具有闪蒸罐的制冷单元采用，并且在一些实施方案中按如上所示和所述进行配置。流程300可以是可以由处理器或其它处理装置执行的操作例程或其它程序或程序设计。流程300结合对制冷单元内的各个位置或地点处的压力的读取或测量，并且还涉及可以在处理器或其它装置上处理的计算。
在流程300开始时，在框302处，节能器电磁阀可以处于关闭状态。在操作中，在框304处，对制冷单元内进行一个或多个读数或测量。例如，可以测量闪蒸罐内的压力Pft、压缩机吸入压力Psuc和排出口处的压力Pdis。这些值可以传送给处理器或其它控制装置或控制器，或由处理器或其它控制装置或控制器读取。
然后，在框306处，控制器可以预测压缩机的中间级下的压力Pmid。中间级压力Pmid可以基于压缩机吸入压力Psuc和排出压力Pdis。该计算可以部分地基于制冷单元的设计和配置，并且在一些实施方案中可以基于压缩机的设计和/或配置。例如，在非限制性实施方案中，给定多个常数和/或已知参数（例如，k1、k2、k3），中间级压力Pmid可以利用以下等式来计算：
Figure 282539DEST_PATH_IMAGE001
。
之后，在框308处，控制器可以对各种已知/计算值进行比较，以确定制冷单元是否应当以节能模式操作。例如，可以将计算的中间级压力Pmid与已知和/或预定值进行比较，该已知和/或预定值被配置成使制冷单元能够以节能模式进行操作。此外，可以将闪蒸罐压力Pft与已知和/或预定值进行比较。
例如，如图3的框308处所示，可以将中间级压力Pmid与作为制冷剂的临界压力Pcrit的值进行比较。此外，也可以将闪蒸罐的压力Pft与制冷剂的临界压力Pcrit进行比较。在一些实施方案中，如图所示，中间级压力Pmid比较可能需要利用第一压力常数dP1对制冷剂的临界压力Pcrit进行修改。因此，在图3的示例性实施方案中，在框308处，控制器可以进行以下比较：第一比较C1：Pmid<（Pcrit- dP1）和第二比较C2：Pft<Pcrit。如果确定不满足第一比较C1或第二比较C2，则节能器电磁阀将保持关闭，并且不会进入节能模式。如果是这种情况，流程300将返回到开始302，并且将循环或重复框304至框308以监测何时满足第一比较C1和第二比较C2。
这样，当确定满足第一比较C1和第二比较C2两者时，流程300将继续到框310，并且将开打节能器电磁阀。如图所示，节能器电磁阀被称为节能型电磁阀，但本领域技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以使用其它节能器电磁阀。
接下来，在框312处，如果节能器电磁阀打开一段时间，其中如果闪蒸罐压力Pft大于预定值，则将关闭节能器电磁阀。因此，在框312处，控制器将进行以下比较：第三比较C3：t [Pft>（Pcrit- dP1）]> t1和第四比较C4：Pft>（Pcrit+ dP2）。
在第三比较C3中，控制器正在跟踪闪蒸罐压力Pft大于基于制冷剂的临界压力Pcrit的压力阀的时间，并将其与预定时间t1进行比较。在第四比较C4中，控制器正在监测闪蒸罐压力Pft，并且确保闪蒸罐中的压力Pft不超过如利用第二压力常数dP2修改的基于制冷剂的临界压力Pcrit的压力值。
如果确定既不满足第三比较C3也不满足第四比较C4，则将维持节能模式，并且节能器电磁阀将保持打开。然而，如果确定满足第三比较C3或满足第四比较C4，则流程300将继续到框314，并且将关闭节能器电磁阀。一旦关闭节能器电磁阀并退出节能模式，流程300将在框302处再次开始，并且将测量压力Pft、Psuc和Pdis且将计算中间级压力Pmid（框304、框306），并且在框308处将在第一比较C1和第二比较C2中对这些值进行比较。
有利的是，本文所述的实施方案提供了一种具有改进的节能模式操作和/或使用的制冷单元。例如，根据各个实施方案，有利地，通过将预测的或计算的压缩机中间级压力引入到用于确定何时打开或关闭节能器电磁阀的标准中来提供了一种改进的节能型电磁阀控制。如本文所提供的节能器电磁阀控制允许系统在应当时以节能模式操作，并且还省略了对特殊开关逻辑的使用。此外，有利地，本文所述的实施方案避免了损坏制冷单元的压缩机的风险。此外，本文提供的实施方案可以确保制冷单元或系统将以优化的能力和/或效率操作。
虽然已经结合仅有限数量的实施方案详细地描述了本公开，但是应容易理解的是，本公开并不限于这些公开的实施方案。相反，本公开可以被修改以并入有此前未描述但与本公开的范围相称的许多变型、更改、替换、组合、子组合或等效布置。另外，虽然已描述了本公开的各个实施方案，但是应当理解的是，本公开的各个方面可以仅包括所述实施方案中的一些。
例如，虽然本文所述的各个实施方案包括特定部件和/或部件的布置，但在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用其它部件和/或其替换物。此外，虽然本文以步骤的特定顺序描述了流程，但本领域技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的范围的情况下，该流程可以包括附加和/或可替代步骤，且进一步地，所述步骤可以按任何顺序执行和/或同时执行。
因此，本公开不被视为受前面描述的限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (18)

1.一种用于操作制冷单元的方法，所述方法包括：
测量制冷单元的第一特性；
基于所述第一特性计算压缩机中间级压力；
基于所述第一特性和所计算的压缩机中间级压力来确定是否满足第一比较和第二比较；以及
当满足所述第一比较和所述第二比较时打开节能器电磁阀，
其中所述第一特性包括闪蒸罐压力，所述第一比较包括将所述计算的压缩机中间级压力与利用第一压力常数修改的临界压力进行比较，并且所述第二比较包括将所述闪蒸罐压力与所述临界压力进行比较。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一特性包括多个特性。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一特性还包括压缩机吸入压力和排出口压力。
4.如权利要求3所述的方法，其中基于所述压缩机吸入压力和所述排出口压力将所述压缩机中间级压力计算为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中k1、k2、k3为已知参数。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括：
监测第二特性；
基于所述第二特性确定是否满足第三比较或第四比较；以及
当满足所述第三比较或满足所述第四比较时关闭所述节能器电磁阀。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第二特性为以下中的至少一个：（i）闪蒸罐压力超过利用第一压力常数修改的临界压力的时间和（ii）所述闪蒸罐压力。
7.如权利要求6所述的方法，其中如果所述闪蒸罐压力超过利用所述第一压力常数修改的所述临界压力的时间超过预定时间，则满足所述第三比较。
8.如权利要求6所述的方法，其中如果所述闪蒸罐压力超过利用第二压力常数修改的所述临界压力，则满足所述第四比较。
9.如权利要求5所述的方法，其还包括：在关闭所述节能器电磁阀之后，确定是否应当再次打开所述节能器电磁阀。
10.一种制冷单元，其包括：
至少一个传感器，其被配置成测量所述制冷单元的第一特性；
控制器，其被配置成基于所述第一特性计算压缩机中间级压力，所述控制器被进一步配置成基于所述第一特性和所计算的压缩机中间级压力来确定是否满足第一比较和第二比较；
节能器电磁阀，其被配置成当满足所述第一比较和所述第二比较时打开；以及
闪蒸罐，
其中所述第一特性包括闪蒸罐压力，所述第一比较包括将所述计算的压缩机中间级压力与利用第一压力常数修改的临界压力进行比较，并且所述第二比较包括将所述闪蒸罐压力与所述临界压力进行比较。
11.如权利要求10所述的制冷单元，其中所述第一特性包括多个特性。
12.如权利要求11所述的制冷单元，其中所述第一特性还包括压缩机吸入压力和排出口压力。
13.如权利要求12所述的制冷单元，其中基于所述压缩机吸入压力和所述排出口压力将所述压缩机中间级压力计算为
Figure 922924DEST_PATH_IMAGE001
，其中k1、k2、k3为已知参数。
14.如权利要求10所述的制冷单元，其中所述控制器被配置成确定是否满足第三比较或第四比较，并且其中所述节能器电磁阀被配置成在满足所述第三比较或满足所述第四比较时关闭。
15.如权利要求14所述的制冷单元，其中所述控制器被配置成监测第二特性，其中所述第二特性为以下中的至少一个：（i）闪蒸罐压力超过利用第一压力常数修改的临界压力的时间和（ii）所述闪蒸罐压力。
16.如权利要求15所述的制冷单元，其中如果所述闪蒸罐压力超过利用所述第一压力常数修改的所述临界压力的时间超过预定时间，则满足所述第三比较。
17.如权利要求15所述的制冷单元，其中如果所述闪蒸罐压力超过利用第二压力常数修改的所述临界压力，则满足所述第四比较。
18.如权利要求14所述的制冷单元，其中所述控制器被进一步配置成确定在所述节能器电磁阀关闭之后是否应当再次打开所述节能器电磁阀。
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