CN110173936B - 用于控制蒸发器内的液体水平的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法，浸没式冷却器具有包括至少一个压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器的组件。根据一方面，定位在系统中的多个传感器测量多个第一组参数信息值以及控制器基于所述测量值计算多个第二组参数信息值并进一步基于所述第二组参数信息值将虚拟制冷剂水平确定为控制信号。基于确定的虚拟制冷剂水平，控制器控制关于用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区的膨胀阀的操作(打开/关闭/保持)，借此控制蒸发器中的期望制冷剂水平和油。

Description

用于控制蒸发器内的液体水平的方法及其系统
技术领域
本发明一般涉及浸没式冷却器控制系统的领域，更特别地，本发明涉及用于控制浸没式冷却器系统的蒸发器内的液体制冷剂的水平的方法和系统。
背景技术
浸没式冷却器是其中蒸发器为壳管式热交换器的冷却器，其中制冷剂在蒸发器的壳体侧且待冷却的水/液体在蒸发器的管侧。在浸没式冷却器系统中，压缩机压缩制冷剂气体且冷凝器接收压缩的制冷剂气体并将其冷凝成液体制冷剂。来自冷凝器的液体制冷剂通过膨胀设备，从而在到达蒸发器之前将制冷剂液体的压力降低。蒸发器将壳体内的液体制冷剂蒸发并将其返回至压缩机的吸入口以重复过程。
膨胀设备可以包括用以调节冷凝器和蒸发器之间的制冷剂的流动的阀门(例如，电子膨胀阀(EXV))。系统中的膨胀阀用作许可制冷剂从冷凝器的高压制冷剂液体膨胀为低压制冷剂液体的主流控制。低压制冷剂液体然后进入蒸发器的壳体中，其中与管中的水的热交换使得低压制冷剂液体变成低压制冷剂蒸汽。由于来自被冷却的水的热使得制冷剂沸腾，蒸发器壳体填充以制冷蒸汽，且制冷剂的液体水平下降。为了对此进行补偿，电子膨胀阀(EXV)打开以将额外制冷剂馈送至蒸发器。因此，期望知道液体制冷剂水平如何变化，以将液体制冷剂水平保持在适当水平，从而使得液体制冷剂继续覆盖热交换器。过高的水平使得液体制冷剂回涌而过低的水平使得性能降级。这些状况都造成异常操作以及安全跳闸。已知液体制冷剂回涌造成排气含油。也被熟知的是，当油进入蒸发器时，油与制冷剂混合并使得系统效率和能力降级。这在蒸发器管变得涂有油时发生，产生热屏障。传热效率减缓并大幅度地降低冷却效果。根据美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)，名称为“Effects of Oil on boiling of Replacement Refrigerants Flowing Normal to aTube Bundle,Part I:R-123 and Part II:R-134a”的研究示出，在即使增加少量油遍及各种热载荷的情况下，传热显著降低。即使以百分之一至百分之二的油，传热系数从其无油基线降低至三分之一。在大量的油成分(百分之五至百分之十五)下，(传热的)百分之四十至百分之五十的降低发生。
参考图2，示出使用用于确定蒸发器中的制冷剂水平的通常已知的系统。如图2中所示，传感器(202)提供输入且膨胀阀EXV使用这些输入确定并控制蒸发器(200)内部的制冷剂水平。适于蒸发器(200)的水平计量器(201)调整传感器。由于将传感器(202)安装至蒸发器上，产生大量问题。此外，在使用输入以确定蒸发器内的液体水平(203)时此类调整要求精度。此外，被熟知的是，制冷剂水平传感器(202)的成本高且要求额外的水平腔室(201)。此外，要求额外的人力、处理、电气线束、可编程通信恒温器(PCT)的安装、供电变压器等。
因此，需要克服一个或多个上述缺陷。
发明内容
相应地，本发明的方面公开一种用于控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法。浸没式冷却器包括串联布置的至少一个压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器。该方法包括以下步骤：使用定位于浸没式冷却器中的多个传感器测量多个第一组参数；通过具有与所述多个传感器通信的至少一个处理器的控制器使用第一组参数的测量值计算多个第二组参数；通过控制器基于第二组参数值确定虚拟制冷剂水平作为控制信号；以及通过关于用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区基于所述确定的虚拟制冷剂水平控制所述膨胀阀的操作来控制蒸发器中的期望制冷剂水平。
根据实施例，该方法还包括以预定义间隔监控浸没式冷却器的操作的步骤。
在所述实施例中，在浸没式冷却器的启动时预定义间隔为2-5分钟，且在浸没式冷却器的连续操作期间预定义间隔为10-60秒。
在所述实施例中，预定义的目标制冷剂水平在20％-35％的范围内。
在所述实施例中，当所述确定的虚拟制冷剂水平在死区中时，所述控制器调用所述控制信号保持所述膨胀阀。在所述实施例中，控制期望制冷剂水平的步骤包括在虚拟制冷剂水平高于死区时关闭膨胀阀以及在虚拟制冷剂水平低于死区时打开膨胀阀。
根据实施例，该方法还包括以下步骤：当存在由于所述蒸发器中的余油导致排气过热度降低时，通过将虚拟制冷剂水平增大为高于死区来调用所述控制信号以关闭所述膨胀阀；卸载蒸发器以使得油返回至油分离器；以及通过将虚拟制冷剂水平减小为低于死区来调用所述控制信号以打开所述膨胀阀，从而增大排气过热度。
在所述实施例中，所述第一组参数包括：吸入压力、排气压力、出水温度、排气温度以及电流。
在所述实施例中，所述第二组参数包括：压力比、排气过热度、满载电流、载荷因子、EXV乘数以及排气过热度因子。
在所述实施例中，当所述吸入压力降低并达到预定义的低吸入压力设定点时，所述控制器调用所述控制信号以打开所述膨胀阀，直至所述吸入压力高于所述预定义的低吸入压力设定点。
在所述实施例中，通过控制器，基于第一参数测量值计算预定义的低吸入压力设定点。
根据另一方面，本发明公开一种用于控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的系统。浸没式冷却器包括串联布置的至少一个压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器。所述系统包括：被配置用于测量并输入多个第一组参数信息值的多个感测装置；被配置用于基于所述测量值计算多个第二组参数信息值并基于所述计算值确定虚拟制冷剂水平作为控制信号的控制器；以及被配置用于关于预定义的目标制冷剂水平基于控制器确定的所述确定的虚拟制冷剂水平控制所述膨胀阀的操作的控制装置。
在所述另一方面，所述控制装置包括用于处理控制所述膨胀阀的操作的模糊逻辑的至少一个处理器以及感测装置包括定位于浸没式冷却器中的多个传感器。
附图说明
从以下描述结合附图，本发明的特定示例性实施例的以上以及其他方面、特征和优势将更显而易见，其中：
图1示出作为本发明的示例实施例的标准浸没式水冷冷却器的制冷剂回路的系统示意图；
图2示出根据传统现有技术的具有制冷剂水平传感器和水平腔室的制冷剂系统的蒸发器；
图3示出根据本发明的一个实施例的冷却器的控制器；
图4示出根据本发明的方面的用于控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法的流程图；
图5为示出根据本发明的实施例的在虚拟制冷剂水平分别高于、低于或在死区中的情况下电子膨胀阀在打开、关闭以及保持位置的操作的图；
图6示出根据本发明的方面的用于控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法的逻辑示意图，包括图6A-图6C；
图7示出根据本发明的在第一回路的冷却器的启动期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较；
图8示出根据本发明的在第二回路的冷却器的启动期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较；
图9示出根据本发明的在第一回路的冷却器的操作期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较；
图10示出根据本发明的在第二回路的冷却器的操作期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较；
图11示出根据本发明的用于使用虚拟制冷剂水平的油检测和恢复的图。
本领域技术人员将领会到，为简单和清楚起见示出图中的元件，且图中的元件可以不按照比例画出。例如，图中的元件的一些的尺寸可相对于其他元件被夸大以助于改进对本发明的各种示例性实施例的理解。
遍及附图，应注意到，类似的附图标记用于描绘相同或相似元件、特征以及结构。
具体实施方式
通常，本发明提供一种用于控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法，浸没式冷却器具有组件，包括串联布置的至少一个压缩机、冷凝器、膨胀阀EXV以及蒸发器。根据一方面，定位于浸没式冷却器中的多个传感器测量多个第一组参数信息值，以及控制器基于所述测量值计算多个第二组参数信息值并进一步基于所述第二组参数值确定虚拟制冷剂水平作为控制信号。基于确定的虚拟制冷剂水平，控制器关于用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区控制膨胀阀的操作(打开/关闭/保持)以及借此控制蒸发器中的期望制冷剂水平和油。
根据本发明，第一组参数包括但不限于吸入压力、排气压力、出水温度、排气温度和电流。吸入压力为在压缩机的输入处测量的制冷剂压力，排气压力为在压缩机的出口处测量的制冷剂压力，出水温度为在蒸发器的出口处测量的水温，排气温度为在压缩机的出口处测量的制冷剂温度，以及电流为压缩机的输入电流。
根据本发明，第二组参数包括但不限于压力比、排气过热度、满载电流、载荷因子、EXV乘数以及排气过热度因子。
压力比(PR)为排气压力和吸入压力的比值且由以下等式确定：
PR＝DP/SP (1)
其中，PR为排气压力和吸入压力的压力比；
DP为在压缩机的排气点处测量的排气压力，以kPa为单位；
SP为在压缩机的吸入点处测量的吸入压力，以kPa为单位。
排气过热度(DSH)通过排气温度和饱和排气温度之间的差获得并通过以下等式确定：
DSH＝DT-Saturated DT (2)
其中，DSH为排气过热度，以°F为单位；
DT为在冷却器的排气线上测量的排气温度，以°F为单位；
饱和DT为在测量排气压力下用于R134a制冷剂的饱和排气温度，以°F为单位。
载荷因子(LF)为出水温度和满载电流之间的比值并通过以下等式确定：
LF＝LWT/FLA (3)
其中，LF为载荷因子；
LWT为在蒸发器的出口处测量的水温，以°F为单位；
FLA-满载电流，指示压缩机以其的％运行，以％为单位。
膨胀阀(EXV)乘数为EXV容量的和与排气过热度、吸入压力以及出水温度的和的比值并通过以下等式确定：
EXV Mult＝(A+B)/(DSH+SP+LWT) (4)
其中，EXV乘数为EXV乘数因子；
A为指示EXV处于最大打开位置时的容量的常数值；
B为指示EXV处于最小打开位置时的容量的常数值；
DSH为排气过热度，以°F为单位；
SP为在压缩机的吸入点处测量的吸入压力，以kPa为单位；
LWT为在蒸发器的出口处测量的水温，以°F为单位。
排气过热度因子(DSHF)为被乘以至DSH以控制排气过热度的改变的效果的因子并通过以下等式确定：
DSHF＝DSH*C (5)
其中，DSHF为排气过热度因子；
DSH为排气过热度，以°F为单位；
C为常数。
根据本发明的一方面，控制器基于第二组参数值计算虚拟制冷剂水平作为控制信号。基于确定的虚拟制冷剂水平，控制器关于用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区控制膨胀阀的操作，从而控制蒸发器中的期望制冷剂水平/油。虚拟制冷剂水平通过以下等式确定：
VrRefLv1＝D-(PR+LF+EXVMULT+DSHF+E) (6)
其中，VrRefLvl为虚拟制冷剂水平；
D为取决于冷却器的TR中的容量的常数；
PR为在等式1中获得的压力比；
LF为在等式3中获得的载荷因子；
EXVMULT为在等式4中获得的EXV乘数因子；
DSHF为在等式5中获得的排气过热度因子；
E为取决于冷却器的TR中的容量的常数。
从以下详细描述，本发明的其它方面、优点以及突出特征对于本领域技术人员变得显而易见。以下详细描述结合附图公开本发明的示例性实施例。
提供参考附图的以下描述以助于对如权利要求及其等同限定的本发明的示例性实施例的全面理解。以下描述包括各种具体细节以助于理解，但这些细节应被视为仅示例性的。相应地，本领域的普通技术人员将意识到可做出对本文中描述的实施例的各种变化和修改而不偏离本发明的范围和精神。此外，为清楚和简洁起见，省略已知功能和构造的描述。
以下描述和权利要求书中使用的术语和词语并不限于书本含义，其仅被发明人用于实现对本发明的清楚且一致的理解。相应地，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的示例性实施例的以下描述被提供以仅用于说明目的而不用于限制如所附权利要求及其等同限定的本发明的目的。
本专利文档中的用于描述本公开的原理的以下论述的附图以及各种实施例仅作为举例说明而不应被解释为限制本公开的范围。本领域技术人员理解，可以在任意适当布置的环境中实施本公开的原理。用于描述各种实施例的术语为示例性的。应理解，术语被提供以仅助于对说明书的理解，且其使用和定义不会限制本发明的范围。术语第一、第二等被用于区分具有相同术语学的对象，且并非意在表示时间顺序，除非另有明确规定。集合被定义为包括至少一个元素的非空集合。
参考图1，图1示出标准浸没式水冷冷却器的制冷剂回路的系统示意图，作为本发明的示例性实施例。如图1中看到的，制冷系统(100)具有包括与膨胀阀(150)串联布置的至少一个压缩机(110)、冷凝器(130)、用于蒸发制冷剂的蒸发器(140)的组件。系统(100)还包括油分离器(120)。根据一方面，本发明公开操作冷却器系统(100)的膨胀阀(150)以更好地维持对于最佳冷却器系统操作效率的蒸发器(140)中的期望液体制冷剂水平的方法。制冷剂(液体或气体)通过阀门的流动取决于冷凝器和蒸发器中的压力以及阀门的几何结构和位置。理想地，定位阀门以使得膨胀设备中的液体流动的阻力与优化至蒸发器的流动所需的阻力匹配。此外，制冷剂回路可以包括一个或多个处理器以及定位在回路中的各种组件处的多个传感器。处理器和传感器操作性地连接以检索各种参数信息用于处理。
参考图3，图3示出根据本发明的一个实施例的冷却器的控制器。控制器(310)可以包括但不限于与定位在系统的各种组件处的所述多个传感器通信的至少一个处理器。冷却器控制器(310)可以至少从压缩机和蒸发器检索信息但不限于吸入压力(320)、出水温度(330)、排气压力(340)、排气温度(350)以及电流(360)。吸入压力为在压缩机的输入处测量的制冷剂压力，排气压力为在压缩机的出口处测量的制冷剂压力，出水温度为在蒸发器的出口处测量的水温，排气温度为在压缩机的出口处测量的制冷剂温度，以及电流为压缩机的输入电流。基于作为冷却器控制器的输入的这些信息值，控制器能够计算包括虚拟制冷剂水平的其它参数，这些其它参数可进一步操作膨胀设备中的膨胀阀以控制冷却器系统中从冷凝器至蒸发器的制冷剂的流动。
参考图4，图4示出根据本发明的一方面的控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法。该方法包括使用定位在浸没式冷却器中的多个传感器测量多个第一组参数(410)的步骤。第一组参数包括但不限于吸入压力、排气压力、出水温度、排气温度以及电流。此外，步骤包括通过具有与所述多个传感器通信的至少一个处理器的控制器，使用第一组参数的测量值计算多个第二组参数(420)。此外，该方法包括基于第二组参数值确定虚拟制冷剂水平作为控制信号(430)和通过关于用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区基于确定的虚拟制冷剂水平控制膨胀阀的操作来控制蒸发器中的期望制冷剂水平(440)的步骤。
参考图5，图5示出根据本发明的实施例的在虚拟制冷剂水平在死区中的情况下处于保持位置的电子膨胀阀的操作。在死区中，膨胀阀部分地打开/关闭。控制器在所述确定的虚拟制冷剂水平在死区中时调用/发送控制信号以保持所述膨胀阀。根据本发明，如果确定的虚拟制冷剂水平高于死区，控制器调用/发送控制信号以关闭膨胀阀(450)(参考图4)，以及如果确定的虚拟制冷剂水平低于死区，控制器调用/发送控制信号以打开膨胀阀(460)(参考图4)。死区由控制器确定并取决于预定义的目标制冷剂水平。蒸发器中的目标制冷剂水平被确定在20％-35％的范围中。
根据实施例，该方法还包括以预定义间隔监控浸没式冷却器的操作的步骤。
在所述实施例中，预定义间隔在浸没式冷却器的启动时为2-5分钟，以及预定义间隔在浸没式冷却器的连续操作期间为10-60秒。
此外，根据本发明的一方面，控制的方法还包括以下步骤：当存在由于所述蒸发器中的余油导致的排气过热度降低时，通过将虚拟制冷剂水平增大为高于死区来调用所述控制信号以关闭所述膨胀阀；卸载蒸发器以使得油返回至油分离器；以及此后通过将虚拟制冷剂水平减小为低于死区来调用所述控制信号以打开所述膨胀阀，从而增大排气过热度。
根据本发明，在压缩机的启动期间，EXV打开预设百分比。EXV在取决于时间集合的固定间隔中处于启动状况下。在启动后，EXV根据虚拟制冷剂水平打开和关闭。EXV打开和关闭的比率是可设定的。在运行期间，EXV基于虚拟制冷剂水平操作。如果虚拟制冷剂水平在死区中，电子膨胀阀保持。死区由预定义的目标制冷剂水平范围限定，在预定义的目标制冷剂水平范围中，膨胀阀不起作用除非虚拟制冷剂水平的读数接触到上限或下限范围。制冷剂水平的控制像安装有制冷剂水平传感器的冷却器一样工作。本发明在不存在用于测量蒸发器内部的制冷剂水平的物理水平传感器的情况下随着存在机制而变化。
此外，在蒸发器中的排气含油期间的电子膨胀阀和冷却器操作，其中在排气过热度很靠近跳变点时冷却器控制器对冷却器卸载。关闭电子膨胀阀以及在卸载状况下的运行确保在运行一些时间后油返回至油分离器(图1的120)。
此外，在吸入压力降低时的电子膨胀阀的操作，吸入压力达到低吸入压力设定点的水平，EXV绕开标准逻辑并开始打开，直至吸入压力高于低吸入压力设定点。此操作使得冷却器能够在水流降低或已在系统中存在制冷剂气体泄漏时操作。
在所述实施例中，通过控制器，基于第一参数测量值计算预定义的低压力设定点。
参考图6，图6示出根据本发明一方面的与控制不具有水平传感器的浸没式冷却器(600)的蒸发器内的液体的水平的方法相关联的逻辑示意图。以以下方式解释逻辑：当冷却器启动时，可以说处于“正常模式”，以及控制器检查自冷却器已被激活的第一预定时间段是否达到，如果达到，可以说操作在“自动模式”(步骤601)或冷却器继续操作在“正常模式”，如步骤602指示。
如步骤603中所示，如果冷却器处于“自动模式”，控制器测量多个第一组参数，取至少三个读数的平均值，然后继续到步骤604。
如步骤604中所示，控制器基于第一组参数的计算的平均值确定多个第二组参数，然后继续到步骤605。
如步骤605中所示，控制器确定制冷剂目标水平是否已被定义，以及如果制冷剂目标水平已被定义则继续到步骤607，或如果制冷剂目标水平尚未被定义则继续到步骤606。
如步骤606中所示，控制器定义制冷剂目标水平，然后返回至步骤605。
如步骤607中所示，控制器基于所述确定的第二组参数值确定虚拟制冷剂水平，然后继续到步骤608。
如步骤608中所示，控制器确定死区是否已被定义，以及如果死区已被定义则继续到步骤610，或如果死区尚未被定义则继续到步骤609。
如步骤609中所示，控制器定义死区，然后返回至步骤608。
如步骤610中所示，控制器确定虚拟制冷剂水平是否高于制冷剂目标水平并在死区中，以及如果虚拟制冷剂水平高于制冷剂目标水平并在死区中则继续到步骤614，或如果虚拟制冷剂水平不高于制冷剂目标水平则继续到步骤611。
如步骤611中所示，控制器确定虚拟制冷剂水平是否低于制冷剂目标水平并在死区中，以及如果虚拟制冷剂水平低于制冷剂目标水平并在死区中则继续到步骤614，或如果虚拟制冷剂水平不低于制冷剂目标水平则继续到步骤612。
如步骤612中所示，控制器确定虚拟制冷剂水平是否高于死区，以及如果高于则继续到步骤615，或如果虚拟制冷剂水平不高于死区则继续到步骤613。
如步骤613中所示，控制器确定虚拟制冷剂水平是否低于死区，以及如果低于则继续到步骤617，或如果虚拟制冷剂水平不低于死区则返回到步骤603。
如步骤614中所示，控制器保持膨胀阀并确定自保持膨胀阀以来是否已过去第二预定时间段，以及如果已经达到第二时间段则返回至步骤603，以及如果尚未达到第二时间段则返回至步骤614。
如步骤615中所示，控制器关闭膨胀阀并确定自关闭膨胀阀以来是否已经过去第三预定时间段，以及如果已经达到第三时间段则继续到步骤616，以及如果尚未达到第三时间段则返回至步骤615。
如步骤616中所示，控制器确定是否存在由于蒸发器中的余油导致的排气过热度的降低以及冷却器是否已经卸载，以及如果存在排气过热度的降低且冷却器已经卸载则返回至步骤615，或如果不存在排气过热度的降低则返回至步骤603。
如步骤617中所示，控制器打开膨胀阀并确定自打开膨胀阀以来是否已经过去第四预定时间段，以及如果已经达到第四时间段则继续到步骤618，以及如果尚未达到第四时间段则返回至步骤617。
如步骤618中所示，控制器确定是否存在蒸发器中的排气过热度的升高，以及如果存在排气过热度的升高则返回至步骤617，或如果不存在排气过热度的升高则继续到步骤619。
如步骤619中所示，控制器监控吸入压力是否高于预定义低压力设定点，以及如果高于则返回至步骤603，以及如果吸入压力不高于预定义低压力设定点则返回至步骤617。
根据实施例，步骤603包括确定吸入压力是否低于预定义低压力设定点，以及如果吸入压力低于设定点，继续到步骤617，以及如果低吸入压力不低于设定点则返回至603。
在所述实施例中，第一时间段为至少2-5分钟而第二、第三以及第四时间段为大约10-60秒。
在所述实施例中，通过控制器，基于第一参数测量值计算预定义低压力设定点。
实验过程
具有160TR容量双回路螺杆压缩机的水冷冷却器举例而言被用于进行测试。两个制冷回路为相等容量(80TR)的具有安装于其间的管板以分离两个回路的独立回路。蒸发器和冷凝器为具有安装在每个回路中的冷却器的蒸发器中的水平传感器的浸没式。安装物理水平传感器以比较具有根据本发明公开的虚拟水平传感器以及本领域中公知的物理水平传感器的系统的性能。膨胀设备为电子膨胀阀。
在如本发明公开的控制器的软件中配置利用虚拟制冷剂水平检测的冷却器。也配置物理水平传感器。EXV的控制基于如本发明中公开的虚拟制冷剂水平。对冷却器的两条制冷回路进行此控制。冷却器此刻在100％的AHRI状况下运行且比较两个回路的参数，一个回路具有如本发明中公开的控制系统以及一个回路具有冷却器的现有技术中已知的传统物理传感器。进行比较以确定冷却器的两个回路相同地执行且可被用于进一步比较。两个回路的压缩机被独立地启动。在冷却器的启动期间比较虚拟制冷剂水平和真实制冷剂水平的值。然后冷却器在不同操作状况下并以不同负荷百分比运行，并比较真实制冷剂水平和虚拟制冷剂水平的值。
进一步检查油检测和恢复的操作，EXV被手动地有力打开。超出EXV的要求打开EXV导致液体制冷剂进入压缩机，从而导致从油分离器至蒸发器的排气含油状况。在油在蒸发器中累积之后，EXV的控制移位至自动模式。
表1示出在100％的AHRI状况下采取的冷却器的两个回路的读数。两个回路的EXV均受它们的虚拟制冷剂水平控制。从该表可以看出，冷却器的两个回路示出指示冷却器的两个回路表现相当且可被用于进一步实验中的比较的相似读数。
Figure GDA0003472964530000111
按照AHRI标准550/590(I-P)-2018，已在100％的负荷状况下采取以上读数。
图7示出根据本发明的在第一回路的冷却器的启动期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较。EXV的控制基于虚拟制冷剂水平。从图中可以看出，在前3分钟内，真实和虚拟制冷剂水平的值彼此不匹配。虚拟制冷剂水平示出高于真实制冷剂水平的值。当螺杆压缩机启动时，其滑块在启动时被卸载至最小百分比。在启动期间EXV被打开至固定值。此时间段持续3分钟。在2分钟之后，压缩机滑块缓慢地向前移动且取决于负荷需求对压缩机加载。虚拟制冷剂水平的值在此时间段期间较高。由于EXV在此时间段期间以固定百分比打开，虚拟制冷剂水平的较高值不影响系统。EXV的调制在此启动时间段完成之后开始。直至虚拟和真实制冷剂水平彼此匹配。
图8示出根据本发明的在第二回路的冷却器的启动期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较。可在启动的前3分钟期间的真实和虚拟制冷剂水平的变化中观察到可重复性。
参考图9，图9示出根据本发明的在第一回路的冷却器的操作期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较。冷却器的操作状况以及百分比负荷改变。从图中可以看出，在压缩机的不同操作状况以及不同的百分比负荷下，真实和虚拟制冷剂水平彼此匹配。
参考图10，图10示出根据本发明的在第二回路的冷却器的操作期间的真实和虚拟制冷剂水平的比较。可在第二回路的真实和虚拟制冷剂水平的值中观察到可重复性。
参考图11，图11示出根据本发明的使用虚拟制冷剂水平的用于油检测和恢复的图。为了在蒸发器中创建油的状况，电子膨胀阀完全打开至100％。手动地打开EXV导致蒸发器中的制冷剂的高水平。这导致液体制冷剂回涌。蒸发器中的油的一个效果是可在图中看出的低排气过热度。在创建此状况后，EXV被移位至由冷却器的控制器控制的自动模式。控制器检测蒸发器中的油并对冷却器卸载。这反映在降低至67％的FLA的值中。控制器还增大虚拟制冷剂水平。虚拟制冷剂水平的增大导致电子膨胀阀被关闭至60％。控制器维持此状况，直至控制器检测到油从蒸发器充分地移除且冷却器被加载至100％。虚拟制冷剂水平也下降，导致电子膨胀阀打开至72％。在排气过热度的值增大至180F时，可看出油从蒸发器移除的效果。
优点
1、基于虚拟制冷剂水平的EXV的操作大幅降低成本，因为移除了整个水平传感器和水平传感器组件。
2、EXV操作被简化，确保冷却器的更稳定的操作。
3、在排气含油状况下的EXV操作确保油自动返回而无需任何外部干扰。
4、低吸入压力EXV操作确保冷却器能够在蒸发器中的较少水流动的情况下或制冷剂气体泄漏的情况下操作。
已经在用于膨胀设备中的阀门布置的控制逻辑的上下文中描述本发明，该控制逻辑控制冷却器系统中的制冷剂从冷凝器至蒸发器的流动，借此控制蒸发器中的液体制冷剂的水平。然而，本发明的控制逻辑可被用在任意类型的制冷系统中以控制热交换器壳体(例如，冷凝器壳体或蒸发器壳体)或接收器(例如，节热器罐)中包含的液体的水平。为了在其它类型的制冷系统中使用控制逻辑，可以对隶属函数以及被控制逻辑使用的传感器信息做出一些改变以考虑应用控制逻辑的系统的特定配置。已经在控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的上下文中描述本发明，然而本方法和系统可以适于不同的制冷剂系统。
在本发明的实施例的前述详细描述中，出于提高本公开效率的目的，各种特征被一起组合在单个实施例中。所公开的方法不应被解释为反映本发明的声称实施例要求比每个权利要求中列举的示例性特征更多的特征的发明。相反，如随后权利要求反映的，本发明的主题在于比单个公开的实施例的所有特征少。因此，随后权利要求据此并入本发明的方面、实施例的详细描述中，其中每个权利要求独立存在作为单独实施例。
应理解，以上描述为说明性的而非限制性的。以上描述意在覆盖如可包括在如所附权利要求中定义的本发明的精神和范围内的所有替代例、修改和等同。在回顾以上描述时，许多其他实施例对于本领域技术人员将是是显而易见的。因此应参考所附权利要求以及此类权利要求对其享有权利的等同的所有范围确定本发明的范围。在所附权利要求中，术语“包括”被用作相应术语“包含”的简明英语等同。
命名
TR-制冷的吨 EXV Mult-EXV乘数
EXV-电子膨胀阀 DSHF-排气过热度因子
FLA：满载安培数 VrRefLvl-虚拟制冷水平
SV：螺线管阀门 EXV Mult-EXV乘数
SP：吸入压力 A-电流
DP：排气压力 PR-压力比
LWT-出水温度 DSH-排气过热度
DT-排气温度 VrAct-真实制冷剂水平
LF-载荷因子

Claims (12)

1.一种控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的方法，浸没式冷却器包括串联布置的至少一个压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，所述方法包括以下步骤：
使用定位在所述浸没式冷却器中的多个传感器测量多个第一组参数；
通过具有与所述多个传感器通信的至少一个处理器的控制器，使用第一组参数的测量值计算多个第二组参数；
通过所述控制器，基于第二组参数值确定虚拟制冷剂水平作为控制信号；以及
通过关于用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区基于确定的虚拟制冷剂水平控制所述膨胀阀的操作，控制所述蒸发器中的期望制冷剂水平；
其中当所述确定的虚拟制冷剂水平在所述死区中时，所述控制器调用所述控制信号以保持所述膨胀阀。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以预定义间隔监控所述浸没式冷却器的操作的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述浸没式冷却器的启动时所述预定义间隔为2-5分钟，以及在所述浸没式冷却器的连续操作期间所述预定义间隔为10-60秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定义的目标制冷剂水平在20%至35%的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中控制期望制冷剂水平的步骤包括：当所述虚拟制冷剂水平高于所述死区时关闭所述膨胀阀，以及当所述虚拟制冷剂水平低于所述死区时打开所述膨胀阀。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
当存在由于所述蒸发器中的余油导致的排气过热度的降低时，通过将所述虚拟制冷剂水平增大为高于所述死区来调用所述控制信号以关闭所述膨胀阀；
卸载所述蒸发器以将油返回至油分离器；以及
通过将所述虚拟制冷剂水平减小为低于所述死区来调用所述控制信号以打开所述膨胀阀，从而增大排气过热度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一组参数包括吸入压力、排气压力、出水温度、排气温度和电流。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二组参数包括压力比、排气过热度、满载电流、载荷因子、EXV乘数以及排气过热度因子。
9.根据权利要求7所述的方法，其中当所述吸入压力降低并达到预定义的低吸入压力设定点时，所述控制器调用所述控制信号以打开所述膨胀阀，直至所述吸入压力高于所述预定义的低吸入压力设定点。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过所述控制器，基于第一参数测量值计算所述预定义的低吸入压力设定点。
11.一种用于控制不具有水平传感器的浸没式冷却器的蒸发器内的液体的水平的系统，所述浸没式冷却器包括串联布置的至少一个压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，所述系统包括：
多个感测装置，被配置用于测量并输入多个第一组参数信息值；
控制器，被配置用于基于测量值计算多个第二组参数信息值以及基于所述第二组参数信息值确定虚拟制冷剂水平作为控制信号；以及
控制装置，被配置用于关于预定义的目标制冷剂水平基于由所述控制器确定的虚拟制冷剂水平控制所述膨胀阀的操作；
其中当所述确定的虚拟制冷剂水平在用于维持预定义的目标制冷剂水平的死区中时，所述控制器调用所述控制信号以保持所述膨胀阀。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制装置包括具有用于处理控制所述膨胀阀的操作的模糊逻辑的至少一个处理器的控制器，以及所述感测装置包括多个传感器。
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