CN108603708B - 具有阀门的制冷设备 - Google Patents

Abstract

一种制冷设备，所述制冷设备包括制冷剂；压缩机(301)、冷凝器(302)、膨胀装置(304)和蒸发器(305)，压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器流体连接以形成制冷循环；可控制的阀门(303)，被配置为控制所述制冷剂从所述冷凝器(302)到所述蒸发器(305)的流动；至少一个传感器(330)，被配置为测量制冷剂的性质；以及控制器(300)，被配置为确定存储在所述制冷循环的包括所述冷凝器(302)的部分中的制冷剂量，并且基于所确定的所述制冷剂量控制所述可控制的阀门(303)。

Description

具有阀门的制冷设备

技术领域

本发明涉及一种制冷设备和一种运行制冷设备的方法，还涉及一种运行所述制冷设备的方法。

背景技术

例如，制冷设备可被用作冷却诸如水、消费饮品(诸如柠檬水或啤酒)、或其他流体的流体冷却器。这样的流体冷却器广泛地应用于工业、家用电器、饮品店、例如快餐店的餐馆、餐饮业等。通过流体冷却器制冷的流体通常应该被分配在例如玻璃杯中。在这些行业中，使用包含制冷容器的流体冷却器是已知的，该制冷容器包括经过制冷容器内部的管道，该管道内装有制冷剂。以这样的方式，诸如水的冷却液体可存储在制冷容器内；并且流过管道的制冷剂可冷却该水。可通过浸在被冷却的水中的另一个管道供给消费饮品。此外，为了对设施的多个部分进行冷却，冷却液体有时通过管道循环，例如，这样的管道可沿装有消费饮品的管道设置，装有消费饮品的管道从制冷容器延伸到龙头和/或从消费饮品的容器延伸到制冷容器。此外在其他的家用和/或工业应用中，可同时地使用多个冷却应用。

GP1247580公开了一种制冷系统，包括压缩机、冷凝器、流体管线和冷却单元，其中，冷却单元包括环状的制冷剂腔室，该制冷剂腔室内装有制冷剂。

DE102012204057进一步公开了一种热交换器，为了在将制冷剂输送到冷凝器之前调节制冷剂的温度，该热交换器包括填充有从蒸发器出来的制冷剂的腔。

发明内容

需要一种改进的和更有效的冷却系统。为了解决该问题，在第一方面，根据所附权利要求1提供了一种用于制冷流体的制冷设备，所述设备包括：

制冷剂；

压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器，所述压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器流体连接以形成制冷循环；

可控制的阀门，被配置为控制制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动；

至少一个传感器，被配置为测量制冷剂的性质；

控制器，被配置为从所述至少一个传感器接收关于所测量的所述性质的信息，根据所述信息确定存储在所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量，并且基于所确定的所述制冷剂量控制所述可控制的阀门。

上文定义的设备可非常有效地使用可用的制冷剂量。基于存储在制冷循环的包括冷凝器的部分中的制冷剂量，通过控制阀门可高精度地控制制冷剂量。在具体的应用中，制冷剂量可以被保持在很少的水平，或者可以被保持在接近预设的设定点的水平，同时可以在冷凝器中的液相制冷剂耗尽之前控制阀门关闭，从而改善制冷设备的运行。

在所述设备的具体实施例中，测量的性质可以是温度或压力，或温度和压力的组合。可以测量除温度或压力之外的一种或多种性质代替温度和/或压力，或者除温度和/或压力之外还测量一种或多种性质。可提供不同的传感器测量不同的性质。

在进一步地实施例中，所述至少一个传感器可以包括第一传感器，该第一传感器被配置为测量所述制冷循环的第一部分中的制冷剂的第一性质，所述制冷循环的所述第一部分是从所述膨胀装置的出口到所述压缩机的入口的部分，并且所述第一部分包括所述蒸发器。所述第一部分可以对应于所述制冷循环的低压部分，其中，所述第一部分中的压力低于所述制冷循环的第二部分中的压力。

在又一个实施例中，所述至少一个传感器还可以包括第二传感器，该第二传感器被配置为测量所述制冷循环的第二部分中的制冷剂的第二性质，所述制冷循环的所述第二部分是从所述压缩机的出口到所述膨胀装置的入口的部分，并且包括所述冷凝器。所述第二部分可以对应于所述制冷循环的高压部分，其中，所述第二部分中的压力高于所述制冷循环的所述第一部分中的压力。

在具体的优选地实施例中，所述控制器还被配置为接收关于所述压缩机在工作时的容量的信息，并且还基于所述关于所述压缩机在工作时的容量的信息确定所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的所述制冷剂量。该信息例如可以用于估计压缩机排出制冷剂的速度。该信息可以包括关于压缩机消耗的电流的信息和/或关于压缩机的已知的设置的信息，这提供了确定压缩机的工作容量(working capacity)的简单方式。

根据所述设备的另一个实施例，所述控制器可被配置为计算所述压缩机的制冷剂排量和经过所述膨胀装置的制冷剂吞吐量(throughput)，并且基于所述制冷剂排量和所述制冷剂吞吐量计算所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的所述制冷剂量。该计算可以基于第一部分中的压力和第二部分中的压力执行。可以直接地测量这些压力，或可替代地，从一个或多个其他的测量的性质计算这些压力。

根据所述设备的又一个实施例，如果所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量超过第一预设阈值，则所述控制器被配置为控制所述可控制的阀门打开以允许所述制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动，并且如果所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量低于第二预设阈值，则所述控制器被配置为控制所述可控制的阀门关闭以阻止制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动。这样允许将制冷剂的量(诸如该部分内的制冷剂的总质量)保持在某些预设范围内。该方式可避免在冷凝器中聚集不必要的大量制冷剂。此外，可避免冷凝器的排空。

根据另一个优选的实施例，所述第一传感器可被配置为测量所述蒸发器内的制冷剂的所述第一性质或者测量从所述蒸发器到所述压缩机的通道中的制冷剂的所述第一性质，以及，所述设备还可包括第三传感器，该第三传感器被配置为测量从所述膨胀装置到所述蒸发器的入口的通道中的制冷剂的第三性质；其中，所述控制器被配置为基于所述第一性质和所述第三性质确定过热情况，并且也基于所确定的过热情况控制所述可控制的阀门。例如，可以通过比较测量的第一性质和测量的第三性质检测过热情况。

所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分可以是从所述压缩机的出口延伸到所述膨胀装置的入口并且包括所述冷凝器的部分。所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分也可以具有其他定义，例如可以是冷凝器和冷凝器的延伸至可控制的阀门的输出管线，或者冷凝器和冷凝器的延伸至膨胀装置的输出管线。

根据另一个实施例，所述可控制的阀门可形成所述膨胀装置的至少一部分，这样允许使用具有膨胀功能的阀门。

在本发明的第二方面中，通过根据权利要求14的运行制冷设备的方法也可以实现上文定义的目的。所述方法包括：

提供制冷剂；

提供压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器，将压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器流体连接以形成制冷循环；

提供可控制的阀门，该可控制的阀门被配置为控制制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动；

提供至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为测量制冷剂的性质；

根据所测量的性质确定存储在所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量，并且基于确定的制冷剂量控制所述可控制的阀门。

本领域技术人员将理解上文描述的特征可以以任何被认为有用的方式组合。此外，关于系统的描述的修改和变型同样可应用于方法和计算机程序产品，并且关于方法的描述的修改和变型同样可应用于系统和计算机程序产品。

附图说明

在下文中，将参照附图通过实施例阐明本发明的各方面，附图是图解并且可能没有按比例绘制，在整个附图中相似的项可用相同的附图标记表示。

图1示出了相关制冷设备的简图；

图2A示出了用于制冷流体的热交换器的局部打开视图；

图2B示出了图2A的热交换器的横截面；

图3示出了制冷设备的第一实施例；

图4示出了制冷设备的第二实施例；

图5示出了运行制冷设备的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更加详细地描述本公开的示例性实施方式。然而，应当理解的是，此处所描述的细节仅作为示例提供，以帮助理解本发明而不限制本公开的范围。技术人员将能够找到在由所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围内的替代实施例。

图1示出了能够冷却流体的常规冷却系统或制冷设备的简图。在运行中，制冷剂在制冷循环中循环经过设备。图1的制冷系统包括蒸发器151、压缩机157、冷凝器161和膨胀装置171。蒸发器151可以是本领域已知的任何蒸发器，同样地，压缩机157、冷凝器161和膨胀装置171可以是本领域已知的。

图1的制冷系统还可包括流体输入管158和流体输出管170，流体输入管158和流体输出管170可通过在蒸发器151内的管159流体连接。在运行中，可使待冷却流体流经管159，从而使待冷却流体和可流经蒸发器的管172的制冷剂交换热量。在某些实施例中，管159和管172都浸在蒸发器151内的容器中，该容器(未示出)内装有诸如水的液体，使得通过该液体发生热量交换。在某些其他的实施例中，管159可被装有待冷却流体的容器代替，并且管172设置在该容器内。在某些其他的实施例中，管172可被装有制冷剂的容器代替，并且管159设置在该容器内。蒸发器也可以具有其他实施方式。

制冷系统还可包括吸入管线155，吸入管线155的一端可以流体连接到蒸发器151的管172，并且吸入管线155被布置为允许从蒸发器151流出的制冷剂流向压缩机157。吸入管线155的另一端可操作地连接到压缩机157。压缩机157可被布置为使制冷剂从蒸发器151经过吸入管线155流动到压缩机157。压缩机157可被布置为压缩从吸入管线155接收的制冷剂。制冷系统还可包括将压缩机157流体连接到冷凝器161的排出管线159，并且排出管线159被布置为允许被压缩的制冷剂从压缩机157流动到冷凝器161。冷凝器161可被布置为冷凝从压缩机接收的被压缩的制冷剂。冷凝器161可以是本领域已知的任何合适的冷凝器。

在某些实施例中，蒸发器151可以被布置为装有待冷却液体，并且制冷剂可以流经位于蒸发器内的管，以装有制冷剂的管穿过待冷却液体的方式而制冷液体。

在某些实施例中，蒸发器151可以被布置为装有制冷剂，并且待冷却液体可以流经位于蒸发器内的管，以装有待冷却液体的管穿过制冷剂的方式而被制冷，图2A示出了以这种方式工作的蒸发器的示例。

图2A示出了用于制冷流体的热交换器的局部打开视图，该热交换器能够作为制冷循环中的蒸发器。热交换器包括用于容纳制冷剂的容器201。容器201具有腔室203，腔室203具有用于将制冷剂输入腔室203的入口211和用于将制冷剂从腔室203内输出的出口209。管207对应于图1的管159并且用于输送待冷却流体经过蒸发器。当流经管159时，待冷却流体通过管159的壁与腔室203内的制冷剂交换热量。用于待冷却流体的流体输入管258和流体输出管270也在图中示出。管207可被布置为围绕容器201或者腔室203的内壁205的至少一个圈。然而，管207可被布置为以线圈形状围绕内壁205的多个圈。多个圈可以是任何合适的数目使得管被布置为占据内部空间203的体积的预设的量。但是不限于此。例如，管可被布置为占据内部空间的体积的至少三分之二。可选地，管可具有任何尺寸。

在图2A中示出的示例中，容器具有环形或“甜甜圈”形状。这允许用管207有效地填充腔室203，不会在管207中产生强烈的弯折。吸入管线209将腔室连接到压缩机157以及管211将腔室流体连接到膨胀装置。然而，蒸发器不限于本发明上下文中的任何具体的形状。

图2B示出了图2A的用于制冷流体的热交换器的一部分在纵向方向上的横截面。示出了管207围绕内壁205以若干绕组经过内部空间203。内部空间203可被液态制冷剂填充到图2B中附图标记220所示的水平面，内部空间203的剩余部分可被气态制冷剂(即，制冷剂以其气态形式)填充。液态制冷剂的水平面220可根据应用的需要选择。

可希望蒸发器中具有尽可能多的制冷剂，因为以这种方式待冷却液体可更有效地被制冷。另一方面，可希望蒸发器的外部具有尽可能少的制冷剂，因为制冷剂在蒸发器外部的部分对冷却待冷却流体没有贡献。

图3示出能够在制冷循环中循环制冷剂的冷却系统的简图。冷却系统包括压缩机301、冷凝器302、可控制的阀门303、膨胀装置304和蒸发器305。这些组件301、302、303、304、305流体连接以形成制冷循环。压缩机、冷凝器、阀门、膨胀装置和蒸发器的许多不同的实施方式在本领域是已知的。例如，阀门303和膨胀装置304可以以膨胀阀的形式结合。

在下文中，将更详细地描述蒸发器305。在图3中应注意到，压缩机301、冷凝器302、阀门303和膨胀装置304绘制为符号以指示可使用任何合适的装置。然而，蒸发器305已经被更加详细地绘制以示出其的某些方面。虽然如此，应理解的是，示出的蒸发器305仅是示例并且可被其他合适类型的蒸发器代替，诸如这里公开的其它类型的蒸发器。

图3中示出的蒸发器305具有容器323，容器323具有由容器壁318的内表面328界定的内部空间326。在示例性实施例中，可选的隔离层319覆盖容器壁318以提供热量隔离。容器323包括输入制冷剂到内部空间326内的入口324和输出制冷剂到内部空间326外的出口325。为了提供蒸发器的功能，制冷剂在内部空间326中保持在压力下并且部分地处于液相313和部分地处于气相314。管部310设置在内部空间326内。管部310的外表面可直接接触制冷剂313、314以允许有效的热量交换。管部310的第一端308固定到容器323的第一孔口，管部310的第二端309固定到容器323的第二孔口，通过第一孔口和第二孔口使流体能够流入和/或流出管部310。可以设置更多这样的管部和孔口，以允许例如多种流体在各自的管中被冷却。示出了管部310的一部分浸在液态制冷剂313中。此外，示出了管的一部分在液态制冷剂的水平面之上，被气态制冷剂314包围。在使用中，液态制冷剂313由于制冷剂313与管部310内的流体之间的热量交换而蒸发。

图3中示出的容器323不具有环形形状(参见图2A)，而具有矩形形状。管310在腔室326内蜿蜒。在其他方面，蒸发器的功能可类似于图2A和图2B中示出的蒸发器的功能。孔口可封闭管端308、309使得没有制冷剂能够通过孔口进入或离开内部空间，并且没有其它流体能够从容器323的外部经过孔口进入内部空间326。然而，流体替换流进和流出管部310是可能的。进一步的，容器323的入口324和出口325连接到管311、312以将制冷剂从膨胀装置304输送进入内部空间326以及从内部空间326输送到压缩机301中。所示的入口324位于液态制冷剂的水平面之下。然而，在其他实施例中，入口324也可位于液态制冷剂的水平面之上。出口325也可位于内部空间326的顶部，或者至少位于内部空间内的液态制冷剂的水平面之上。这样，可防止液态制冷剂到达压缩机301。然而，在替代实施方式中出口也可位于液态制冷剂的水平面之下。应注意到，在使用时，液态制冷剂的水平面会发生变化，并且当气态制冷剂的气泡向上移动时，液态制冷剂会遍布整个容器323。

如上所述，蒸发器305可被任何其他合适类型的蒸发器代替。在下文中，描述了如何通过可控制的阀门303控制流经制冷循环的制冷剂的流量。这种思想也可应用于具有其他类型的蒸发器的制冷设备。在图3中示出的构造中，该可控制的阀门303被布置在冷凝器302和膨胀装置304之间。此外，传感器330设置在压缩机301的入口处，以测量进入压缩机301的制冷剂的性质。该性质例如可以为温度或者压力。

阀门303可被控制在打开和关闭位置之间，其中，在打开位置，制冷剂能够从冷凝器302经过膨胀装置304流到蒸发器305，在关闭位置，制冷剂不能够从冷凝器302流到蒸发器305。

设备还包括控制器300。该控制器例如可以包括合适的微控制器或处理器(未示出)，以及存储器(也未示出)，存储器用于存储具有指令的软件程序，微控制器或处理器被配置为执行该指令。控制器300也可以具有其他实施方式，例如通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或专用电子电路。

传感器330以有线或者无线方式可操作地连接到控制器300，使得传感器330将表示测量性质的值规律地发送到控制器300。控制器300接收关于测量性质的信息并使用该信息控制阀门303。此外，压缩机301将关于其当前工作容量的信息发送到控制器300，控制器300接收该信息。这通过图3中的虚线或断开线表示。从传感器330接收到的关于性质的信息例如可以被用于确定制冷循环的第一部分中的压力，该第一部分包括蒸发器305，并且该第一部分从膨胀装置304的出口延伸到压缩机301的入口。控制器300可以使用关于压缩机301的工作容量的信息来估计压缩机301的出口和入口之间的压力差。利用制冷循环的第一部分中的压力和上述压力差，控制器300可以计算出制冷循环的第二部分中的压力的估计值，第二部分包括冷凝器302，第二部分从压缩机301的出口延伸到膨胀装置304的入口。所述压力差也可用于计算通过膨胀装置304的制冷剂的流量。因此，流进冷凝器302内的制冷剂的流量的估计值和从冷凝器302内流出的制冷剂的流量的估计值都可被计算出。这使得能够估计冷凝器302内的制冷剂的量(或制冷循环的第二部分内的制冷剂的量)。

控制器300可以被编程有冷凝器302内的制冷剂的量(或制冷循环的第二部分内的制冷剂的量)的设定点。如果估计的制冷剂的量高于设定点，则控制器300可发出控制命令以打开阀门303。如果估计的制冷剂的量低于设定点，则控制器300可发出控制命令以关闭阀门303。在某些实施例中，如果估计的制冷剂的量接近设定点，则控制器300可控制阀门处于完全关闭位置或完全打开位置之间的位置，使得阀门具有小的或中间的开度。

图4示出了能够在制冷循环中循环制冷剂的冷却系统的简图。制冷系统包括蒸发器405、压缩机421、冷凝器403、控制器400、阀门401和膨胀装置414。也示出了第一压力传感器402、第一温度传感器404、第二压力传感器406和第二温度传感器408。与图2A-2B或图3中所示的类似形式，蒸发器405可以包括容器415，容器415具有流体输入管418和流体输出管419。可选地，蒸发器405可以是本领域已知的任何其他的合适的蒸发器。

制冷系统还可以包括吸入管线412。吸入管线412的一端流体连接到蒸发器405的出口，并且被布置为允许制冷剂流出蒸发器405流向压缩机421。吸入管线412的另一端还可以可操作地连接到压缩机421，压缩机421可被布置为使制冷剂从蒸发器405经过吸入管线412流到压缩机421，压缩机421可被布置为压缩从吸入管线412接收的制冷剂。制冷系统还可包括排出管线409，排出管线409将压缩机421流体连接到冷凝器403并且被布置为允许被压缩的制冷剂从压缩机421流到冷凝器403，冷凝器403可被布置为冷凝从压缩机421接收的被压缩的制冷剂。冷凝器403可以是本领域已知的任何合适的冷凝器。

制冷系统还可以包括将冷凝器403流体连接到可控制的阀门401的液体管线411。制冷系统还可以包括将阀门401流体连接到蒸发器405的管线431。阀门401可以包括阀门构件430，阀门构件430可移动以打开和关闭阀门。阀门401可以是电磁阀、球阀或任何其他合适的阀门。阀门401的阀门构件430可被布置为由控制器400控制在打开位置和关闭位置之间。阀门401的打开位置可允许制冷剂从冷凝器403经过膨胀装置414流到蒸发器405。阀门401的关闭位置可防止制冷剂从冷凝器403流到蒸发器405。膨胀装置414流体连接在阀门401和蒸发器405之间。膨胀装置414例如可以包括毛细管。膨胀装置414可以是膨胀阀。阀门401也可以提供膨胀装置的功能，并且因此膨胀装置414可与阀门401一体化，膨胀装置414可以是任何类型的合适的膨胀装置。

第一压力传感器402和第一温度传感器404分别被布置为测量吸入管线412中的压力和温度。第二压力传感器406和第二温度传感器408可分别被布置为测量排出管线409中的压力和温度。第一压力传感器402和第一温度传感器404可被布置为测量吸入管线412的任意点的压力和温度。优选地，第一压力传感器402和第一温度传感器404被布置为测量吸入管线412靠近压缩机421的点处的压力和温度。作为可选地，第一压力传感器402和/或第一温度传感器404分别被布置为测量膨胀装置和蒸发器之间的管线431中的压力和温度。第二压力传感器406和第二温度传感器408可被布置为测量排出管线409的任意点的压力和温度。优选地，第二压力传感器406和第二温度传感器408被布置为测量排出管线409靠近冷凝器403的点处的压力和温度。作为可选地，第二压力传感器406和/或第二温度传感器408分别被布置为测量冷凝器403的液体管线411中的压力和温度。第一压力传感器402和第二压力传感器406可以是任何合适类型的压力传感器，并且第一压力传感器402和第二压力传感器406可以以任何合适的方式分别连接到吸入管线412和排出管线409，以允许分别测量经过吸入管线412的流体的压力和经过排出管线409的流体的压力。第一温度传感器404和第二温度传感器408可以是任何合适类型的温度传感器，并且第一温度传感器404和第二温度传感器408可以以任何合适的方式分别连接到吸入管线412和排出管线409，以允许分别测量经过吸入管线412的流体(制冷剂)的温度和经过排出管线409的流体(制冷剂)的温度。

可使用的压力传感器的示例是压力变送器(Pressure Transmitter，PT)，其将压力转换为线性电输出信号。压力变送器的示例性实施方式可包括封装在油膜中的压阻式芯片。温度传感器的示例是负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)热敏电阻。压力传感器和温度传感器的这些示例在本领域中是已知的。其他类型的压力传感器和温度传感器也可用于这里公开的不同实施方式中。

第一压力传感器402、第一温度传感器404、第二压力传感器406和/或第二温度传感器408可通过有线或者无线方式连接到控制器400，使得控制器400可规律地接收表示由第一温度传感器404测量的第一温度的信号、表示由第二温度传感器408测量的第二温度的信号、表示由第一压力传感器402测量的第一压力的信号和/或表示由第二压力传感器406测量的第二压力的信号。

基于由第一温度传感器404测量的第一温度、由第二温度传感器408测量的第二温度、由第一压力传感器402测量的第一压力和/或由第二压力传感器406测量的第二压力，控制器400可通过对应的控制信号控制阀门401在打开位置和关闭位置之间(或者中间位置)。

控制器400可基于由第一压力传感器402测量的第一压力确定吸入管线412处的制冷剂的密度，例如通过使用用作制冷剂的具体物质的饱和值的热力学表。控制器400也可基于由第一温度传感器404测量的第一温度确定压缩机421的吸入管线412处的制冷剂的密度，例如通过使用热力学表。

控制器400还可接收其他输入，例如关于压缩机421当前工作的容量(功率)的信息。压缩机421可包括气缸。可启动或停用压缩机421的部分气缸以控制压缩机的容量。控制器400还可接收压缩机421工作的速度的信息(例如，每单位时间内的转数)、启动或停用的气缸的数量等。此外，控制器400可以接收关于压缩机421在一次循环中转移的制冷剂的体积的信息。控制器400也可以接收或计算压缩机421已经运行的时间。基于压缩机421在一次循环中转移的制冷剂的体积、时间间隔的长度和压缩机421工作的速度(每单位时间内的转数)，控制器可计算压缩机421在给定时间间隔内转移的制冷剂的体积。可替代地使用其他方式确定已经通过压缩机421的制冷剂的体积。例如，基于压缩机421的特定设置可确定每秒的制冷剂排量。为此，可使用将压缩机的不同设置映射到不同排气容量的查找表。

控制器400可基于压缩机421转移的制冷剂的体积和吸入管线412处制冷剂的质量密度计算进入冷凝器403的制冷剂的质量流量。

控制器400可使用所有或一些其他输入以控制阀门401在打开和关闭的位置之间。

控制器400可基于经过膨胀装置414的制冷剂的吞吐量计算流出冷凝器463的制冷剂的质量流量。该吞吐量可通过测试或者膨胀装置414的设计获知。该吞吐量取决于冷凝器403到阀门401和膨胀装置414的液体管线411和从膨胀装置414到蒸发器405的管线431之间的压力差。这些压力的估计值是通过传感器402、404、406、408的测量值获得的压力。

控制器400还可接收关于冷凝器403的风扇的容量的信息和关于上述风扇的工作表面(即，制冷剂流动经过的冷凝器403内的管的表面)的信息。这可提供关于制冷剂在冷凝器403内的冷凝速率的信息。

控制器400可计算流进冷凝器403的制冷剂的质量流量和流出冷凝器403的制冷剂的质量流量。控制器400可通过计算压缩机421的排量来计算进入冷凝器403的制冷剂的质量流量。这可基于压缩机421的工作容量来计算。压缩机421的工作容量可从压缩机421的当前设置及其规格确定。例如，可使用查找表根据压缩机421的当前设置确定与每单位时间的排气体积相关的工作容量。每单位时间的排气质量可基于每单位时间的排气体积和排出的制冷剂的质量密度计算。

此外，基于膨胀装置414两侧的制冷剂的压力和膨胀装置414的性质，控制器400可计算流出冷凝器403的制冷剂的质量流量。例如，每单位时间内流过膨胀装置414的制冷剂的体积可在将压力差映射到每单位时间内的体积的查找表中进行查找。

制冷剂的质量密度可基于压力或温度从热力学查找表中确定。热力学表提供了制冷剂在饱和条件下的温度、压力和质量密度等之间的关系。由于热力学表允许从测量的温度确定压力，并且从测量的压力确定温度，因此使用的传感器402、404、406、408可以是温度传感器或压力传感器。通过使用温度和压力传感器，可提高精度和/或可通过控制器400检测特殊情况，例如泄漏或过热。

通过持续跟踪流入冷凝器403的质量和流出冷凝器403的质量，冷凝器403内的制冷剂的质量可通过加上流入冷凝器403的质量和减去流出冷凝器403的质量计算。

控制器400可基于冷凝器403内的制冷剂的质量控制阀门401打开或关闭。如果冷凝器403中的制冷剂的质量超过第一预设阈值，则控制器400可打开阀门401以允许制冷剂从冷凝器403流向蒸发器405。如果冷凝器中的制冷剂的质量低于第二预设阈值，则控制器400可关闭阀门401以阻止制冷剂从冷凝器403流向蒸发器405。这里，第一预设阈值可大于(或等于)第二预设阈值。

在某些实施例中，冷却系统可包括第三温度传感器420，第三温度传感器420被布置为测量管线431处的温度，管线431从膨胀装置414到蒸发器405的入口407。如果通过第三温度传感器420测量的温度相较于通过第一温度传感器404(在本示例中位于蒸发器405的出口处)测量的温度增加，这表明了在冷凝器403的液体管线411中的制冷剂可能不是液体而是气体。在这种情况下，控制器400可被配置为关闭阀门401。另外，如果检测到过热，控制器400可被配置为将表示冷凝器403内的制冷剂的质量的值重设为缺省值(例如零或在冷凝器403内给定的压力条件下基于气态制冷剂的质量密度的数值)。这样允许获得冷凝器403内的制冷剂的质量的明确的初始值。

控制器400可基于压缩机421消耗的电流(例如利用变压器)计算压缩机421的工作容量。该电流可以很好地表示压缩机421的工作容量。电流值可通过合适的查找表映射到工作容量的值。在其他的实施例中，传感器420可设计为压力传感器(参见下文)。

图5示出了控制器300或400在运行期间可执行的步骤的流程图。方法开始于步骤501。在步骤502中，控制器300或400计算制冷循环的第一部分中的制冷剂的密度，例如计算压缩机301、421的吸入点处的制冷剂的密度。更具体地，可以计算邻近压缩机301、421吸入点的制冷剂的密度。例如，通过传感器330、402、404测量的吸入压力512和/或吸入温度513可以作为相关的输入值。计算时可以参考饱和值的表511。

在步骤503中，控制器300、400计算制冷循环的第二部分中的制冷剂的密度，具体的，计算邻近冷凝器302、403的出口的冷凝点处的制冷剂的密度。压缩机301、421的排气压力514可以作为相关的输入值。此外，冷凝器302、403的出口处的液态制冷剂的温度515可以作为相关的输入值。为此，温度传感器408可位于冷凝器403的液体管线411中。

在步骤504中，计算进入冷凝器302、403的制冷剂的质量流量。该计算基于在压缩机301、421的吸入点处计算的密度，并且基于压缩机301、421的关于每单位时间内的排气体积的容量。

在步骤505中，计算离开冷凝器302、403的制冷剂的质量流量。该计算基于在给定的在膨胀装置304、414之前和之后的压力的条件下膨胀装置304、414已知的每单位时间内的吞吐量。

在步骤506中，计算冷凝器302、403内的制冷剂的量。例如，可使用制冷循环的第二部分内的制冷剂的量代替冷凝器302、403内的制冷剂的量。该制冷剂的量可通过从某时刻t之前的制冷剂的量开始计算，加上从t到t+Δt的时间间隔内由压缩机301、421转移的制冷剂的量，并且减去从t到t+Δt的时间间隔内已经通过膨胀装置304、414的制冷剂的量，其中Δt是持续时间，Δt例如可以是在0.01秒到1秒的范围内。制冷剂的量的初始值可在工厂中用制冷剂填充制冷设备时确定。此外，在过热的情况下，例如，冷凝器302、403内的制冷剂的量可以重置为零。应注意的是，在步骤502、503和504中使用的测量的压力和/或温度涉及从t到t+Δt的时间间隔。

在步骤507中，控制阀门303、401的位置，诸如将阀门303、401控制在关闭或打开的位置(可选地，可支持中间的位置)。为此，将冷凝器302、403中确定的制冷剂的量与设定点516进行比较。设定点516的值可以是制冷设备的设计参数。如果冷凝器302、403中的制冷剂的量低于系统的设定点，则控制阀门303、401处于关闭的位置。如果冷凝器302、403的出口处的制冷剂的量高于系统的设定点，则控制阀门303、401处于打开的位置。更复杂的控制算法也是可能的。例如，可使用不同的阈值以触发阀门303、401的关闭和打开。

在步骤508中，确定是否应该继续进程。如果确定进程已经完成了，例如如果制冷设备已关闭，则进程结束在步骤510中。否则，延时509可被应用，以使控制器300、400可空闲一段时间。该空闲时间段的持续时间可以是Δt减去计算花费的进程时间。在延时之后，从步骤502重复进程。

现将参考图4解释数值示例。所提到的值仅是示例。

首先计算系统的设定点。设定点被计算作为冷凝器403的液体管线411中的冷凝容积的目标百分比，该冷凝容积是指将被液态制冷剂填充的容积。例如，设定点可表示为冷凝器403的容积的百分比。冷凝器403内用于制冷剂的空间体积可以是已知的，或者可基于冷凝器403的工作条件计算出。冷凝器403内用于制冷剂的容积可以以任何合适的方式计算。此外，可计算液体管线411中的制冷剂的密度。在该示例中，冷凝器403的容积是0.8立方分米。例如，冷凝器403的液体管线处的制冷剂的密度可确定为487.8克/升。例如，将填充液态制冷剂的冷凝容积的百分比选择为4％。根据冷凝器403的液体管线411处的制冷剂的质量密度，以及填充液态制冷剂的冷凝容积的目标百分比，可计算出在冷凝器403的液体管线411处的相应的液态制冷剂的目标质量，并将该目标质量作为系统的设定点。在这种情况下，液态制冷剂的目标质量是0.8立方分米乘以0.04乘以487.8克/升，这等于15.6克的设定值。

例如，控制器400可被配置为测量压缩机421每1/10秒的运行情况，以及计算每1/10秒进入冷凝器403的质量流量。当然，可以替代地使用其他合适的时间间隔。控制器400从传感器402接收吸入管线412中的压力值和/或从(压力)传感器420接收管线431中的压力值，或通过计算(查找表)和使用热力学表确定吸入管线412处制冷剂的密度。控制器也可接收表示吸入管线412(传感器404)处的温度和/或管线431(温度传感器420)处的温度的信号，并且使用热力学表的参考值确定吸入管线412处的制冷剂的密度。

在具体实施例中，吸入管线412中的温度可以是3摄氏度。在吸入管线412处的制冷剂的密度可以是11.9克每升。该密度可在热力学表中查找。控制器400使用关于压缩机421运行的容量的信息计算压缩机421的排气量。例如，压缩机421每转的排气量是17.9立方厘米。

可计算由压缩机421转移的制冷剂的体积，例如，以压缩机421每转的排量，乘以压缩机421的每秒的转数，乘以计算使用的时间间隔的长度。在示例中，压缩机421的每秒的转数为51，并且时间间隔的长度为0.1秒。然后由压缩机421转移的制冷剂的体积为每转17.9立方厘米乘以每秒51转乘以0.1秒，结果由压缩机转移的制冷剂的体积等于91.26立方厘米。

将由压缩机421转移的制冷剂的体积乘以在吸入管线412处的制冷剂的密度的结果作为制冷剂进入冷凝器403的质量流量。

控制器400可以每1/10秒或以其他合适的间隔测量在冷凝器403的出口管线411处的运行情况，并且可以计算出从冷凝器403流出的质量流量。控制器400可利用液体管线411中的制冷剂和从膨胀装置414到蒸发器405的管线431中的制冷剂之间的压力差计算冷凝器403的质量流量。

在先前估计的冷凝器403的液体管线中的制冷剂的量的基础上，通过加上由压缩机421转移的制冷剂的质量并且减去已经经过膨胀装置414的制冷剂的质量，可更新冷凝器403的液体管线中的制冷剂的总量。

控制器400基于存储在冷凝器403的液体管线411中的制冷剂的质量控制阀门401。在该示例中，设定点是15.60克，并且控制器400打开和关闭阀门401以为了保持冷凝器中的制冷剂的量接近15.6克。

这里描述的示例和实施方式用于说明而不是限制本发明。在不脱离权利要求的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计可替代的实施方式。位于权利要求中的括号内的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。在权利要求或说明书中描述为单独实体的项可实现为组合所描述项的特征的单个硬件或软件项。

Claims (11)

1.一种用于制冷流体的制冷设备，包括：

制冷剂；

压缩机(301)、冷凝器(302)、膨胀装置(304)和蒸发器(305)，所述压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器流体连接以形成制冷循环；

可控制的阀门(303)，被配置为控制制冷剂从所述冷凝器(302)到所述蒸发器(305)的流动；

至少一个传感器(330)，被配置为测量制冷剂的性质，所述性质包括温度和压力中的至少一种；

控制器(300)，被配置为从所述至少一个传感器接收关于所测量的所述性质的信息，根据所述信息确定存储在所述制冷循环的包括所述冷凝器(302)的部分中的制冷剂量，并且基于所确定的所述制冷剂量控制所述可控制的阀门(303)；

所述控制器(300)被配置为计算所述压缩机(301)的制冷剂排量和经过所述膨胀装置(304)的制冷剂吞吐量，并且基于所述制冷剂排量和所述制冷剂吞吐量计算所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的所述制冷剂量；

如果所述制冷循环的包括所述冷凝器(302)的部分中的制冷剂量超过第一预设阈值，则所述控制器(300)被配置为控制所述可控制的阀门(303)打开，以允许制冷剂从所述冷凝器(302)到所述蒸发器(305)的流动，并且如果所述制冷循环的包括所述冷凝器(302)的部分中的制冷剂量低于第二预设阈值，则所述控制器(300)被配置为控制所述可控制的阀门(303)关闭，以阻止所述制冷剂从所述冷凝器(302)到所述蒸发器(305)的流动。

2.根据权利要求1所述的设备，

其中，所述至少一个传感器包括：

第一传感器(402、404)，被配置为测量所述制冷循环的第一部分中的制冷剂的第一性质，所述制冷循环的所述第一部分是从所述膨胀装置的出口到所述压缩机的入口的部分，并且所述第一部分包括所述蒸发器。

3.根据权利要求2所述的设备，

其中，所述至少一个传感器还包括：

第二传感器(406、408)，被配置为测量所述制冷循环的第二部分中的制冷剂的第二性质，所述制冷循环的所述第二部分是从所述压缩机的出口到所述膨胀装置的入口的部分，并且所述第二部分包括所述冷凝器。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器(300)还被配置为接收关于所述压缩机(301)在工作时的容量的信息，并且还基于所述关于所述压缩机(301)在工作时的容量的信息确定所述制冷剂量。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述信息包括关于所述压缩机(301)消耗的电流的信息或者关于所述压缩机(301)的设置的信息。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器(300)被配置为基于在所述压缩机(301)的吸入管线处的制冷剂的质量密度和所述压缩机的工作容量计算所述排量，所述压缩机的工作容量以每单位时间内的排气体积来表示。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器(300)被配置为基于流进所述膨胀装置(304)的制冷剂的压力和流出所述膨胀装置(304)的制冷剂的压力之间的差值计算所述制冷剂吞吐量。

8.根据权利要求2所述的设备，

其中，所述第一传感器(402、404)被配置为测量所述蒸发器内的或者从所述蒸发器到所述压缩机的通道中的制冷剂的所述第一性质，以及，

其中，所述设备还包括第三传感器(420)，被配置为测量从所述膨胀装置到所述蒸发器的入口(407)的通道中的制冷剂的第三性质；

其中，所述控制器被配置为基于所述第一性质和所述第三性质确定过热情况，并且还基于所确定的过热情况控制所述可控制的阀门。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述制冷循环的包括所述冷凝器(302)的部分是从所述压缩机(301)的出口延伸到所述膨胀装置(304)的入口并且包括所述冷凝器(302)的部分。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可控制的阀门(303)是所述膨胀装置(304)的至少部分。

11.一种运行制冷设备的方法，所述方法包括：

提供制冷剂；

提供压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器，将所述压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器流体连接以形成制冷循环；

提供可控制的阀门，该可控制的阀门被配置为控制制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动；

提供至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为测量制冷剂的性质，所述性质包括温度和压力中的至少一种；

根据所测量的性质确定存储在所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量(506)，并且基于所确定的制冷剂量控制所述可控制的阀门(507)；

计算所述压缩机的制冷剂排量和经过所述膨胀装置的制冷剂吞吐量，并且基于所述制冷剂排量和所述制冷剂吞吐量计算所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的所述制冷剂量；

如果所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量超过第一预设阈值，则控制所述可控制的阀门打开，以允许制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动，并且如果所述制冷循环的包括所述冷凝器的部分中的制冷剂量低于第二预设阈值，则控制所述可控制的阀门关闭，以阻止所述制冷剂从所述冷凝器到所述蒸发器的流动。

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