CN110573810A - 具有吸入管线液体分离器的蒸气压缩系统 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于控制蒸气压缩系统(1)的方法。该蒸气压缩系统(1)包括喷射器(6)以及被布置在吸入管线中的液体分离装置(10)。液位传感器(18)被布置在该液体分离装置(10)中。借助于该液位传感器(18)来监测该液体分离装置(10)中的液位。在该液体分离装置(10)中的液位高于预定阈值水平的情况下，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数以便增大从该液体分离装置(10)到该喷射器(6)的次级入口(15)的制冷剂的流量和/或减小从该(这些)蒸发器(9)到该液体分离装置(10)的液态制冷剂的流量。

Description

具有吸入管线液体分离器的蒸气压缩系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制蒸气压缩系统的方法，该蒸气压缩系统具有被布置在吸入管线中的液体分离器。本发明的方法确保了蒸气压缩系统以节能方式进行操作，而没有液态制冷剂到达压缩机的风险。
背景技术
在如制冷系统、空调系统、热泵等蒸气压缩系统中，流体介质(比如，制冷剂)交替地通过一个或多个压缩机进行压缩以及通过一个或多个膨胀装置进行膨胀，并且在一个或多个排热换热器(例如，呈冷凝器或气体冷却器的形式)中以及一个或多个吸热换热器(例如，呈蒸发器的形式)中发生流体介质与周围环境之间的热交换。
当制冷剂穿过被布置在蒸气压缩系统中的蒸发器时，制冷剂至少部分地蒸发，同时与周围环境或者与跨蒸发器的次级流体流进行热交换，其方式为使得由穿过蒸发器的制冷剂吸收热量。制冷剂与周围环境或次级流体流之间的热传递在沿着蒸发器的包含液态制冷剂的部分是最有效的。因此，期望按以下方式操作蒸气压缩系统，该方式为使得在蒸发器的尽可能大的部分中、优选地沿着整个蒸发器存在液态制冷剂。
然而，如果液态制冷剂到达压缩机单元，则存在该压缩机单元的(多个)压缩机受损的风险。为了避免这种情况，必须按以下方式操作蒸气压缩系统，该方式为使得不允许液态制冷剂穿过蒸发器，或者必须确保将穿过蒸发器的任何液态制冷剂从吸入管线移除并由此防止其到达压缩机单元。为此，液体分离装置有时被布置在吸入管线中。
EP 2 718 642 B1披露了一种多蒸发器制冷回路，该多蒸发器制冷回路至少包括压缩机、冷凝器或气体冷却器、第一节流阀、液汽分离器、限压阀、液位感测装置、至少一个蒸发器、以及吸入接收器。在制冷回路中，包括吸入端口的至少一个喷射器与第一节流阀并行地被包括。该制冷系统被适配成用于将冷的液体从吸入接收器驱动到喷射器的吸入端口。每当吸入接收器中的液态制冷剂的液位高于设定最大液位时，可以基于由液位感测装置产生的最大液位信号打开从吸入接收器到喷射器的吸入端口的管线中的第一控制阀。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于以节能方式控制蒸气压缩系统、而没有液态制冷剂到达压缩机单元的风险的方法。
本发明提供了一种用于控制蒸气压缩系统的方法，该蒸气压缩系统包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元、排热换热器、喷射器、接收器、至少一个膨胀装置、以及至少一个蒸发器，该蒸气压缩系统进一步包括被布置在该蒸气压缩系统的吸入管线中的液体分离装置以及被布置在该液体分离装置中的液位传感器，该液体分离装置包括连接到该压缩机单元的入口上的气体出口和连接到该喷射器的次级入口上的液体出口，该方法包括以下步骤：
-借助于该液位传感器来监测该液体分离装置中的液位，以及
-在该液体分离装置中的液位高于预定阈值水平的情况下，调整该蒸气压缩系统的控制参数以便增大从该液体分离装置到该喷射器的次级入口的制冷剂的流量和/或减小从该(这些)蒸发器到该液体分离装置的液态制冷剂的流量。
根据本发明的方法用于控制蒸气压缩系统。在本文的上下文中，术语“蒸气压缩系统”应当被解释为意指以下任何系统：其中流体介质流(比如制冷剂)循环并且被交替地压缩和膨胀，由此提供对一定体积的制冷或加热。因此，该蒸气压缩系统可以是制冷系统、空调系统、热泵等。
该蒸气压缩系统包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元、排热换热器、喷射器、接收器、至少一个膨胀装置、以及至少一个蒸发器，该压缩机单元包括一个或多个压缩机。每个膨胀装置被布置成用于向蒸发器供应制冷剂。该排热换热器可以例如呈冷凝器的形式或呈气体冷却器的形式，在该冷凝器中制冷剂至少部分地冷凝，在该气体冷却器中制冷剂被冷却、但是保持呈气态或跨临界状态。该(这些)膨胀装置可以例如呈(多个)膨胀阀的形式。
该蒸气压缩系统进一步包括被布置在该蒸气压缩系统的吸入管线中、即该制冷剂路径的将该(这些)蒸发器的(多个)出口和该压缩机单元的入口互连的部分中的液体分离装置。该液体分离装置包括连接到该压缩机单元的入口上的气体出口、以及连接到该喷射器的次级入口上的液体出口。因此，该液体分离装置从(这些)蒸发器的(这些)出口接收制冷剂，并且将所接收的制冷剂分离成液态部分和气态部分。该制冷剂的液态部分被供应到该喷射器的次级入口，并且该制冷剂的气态部分的至少一部分可以被供应到该压缩机单元的入口。不排除该制冷剂的一部分或全部的气态部分可以与该制冷剂的液态部分一起被供应到该喷射器的次级入口。然而，该制冷剂的液态部分不被供应到该压缩机单元的入口。因此，该液体分离装置确保防止离开该(这些)蒸发器并进入该吸入管线的任何液态制冷剂到达该压缩机单元。
液位传感器被布置在液体分离装置中。因此，可以借助于液位传感器来测量液体分离装置中的液位。
因而，根据本发明的方法，借助于液位传感器来监测液体分离装置中的液位。这提供了对已经积聚在液体分离装置中的液态制冷剂的量的测量，并且可以进一步提供与液位是增大、减小还是保持基本上恒定相关的指示。在液位增大并且接近液体分离装置的气体出口的情况下，存在液态制冷剂经由液体分离装置的气体出口从液体分离装置流向压缩机单元的入口的风险。这应该被避免。
因此，在该液体分离装置中的液位高于预定阈值水平的情况下，调整该蒸气压缩系统的控制参数以便增大从该液体分离装置到该喷射器的次级入口的制冷剂的流量和/或减小从该(这些)蒸发器到该液体分离装置的液态制冷剂的流量。
增大从液体分离装置到喷射器的次级入口的制冷剂的流量将使得更多的液态制冷剂从液体分离装置转移到喷射器的次级入口，由此减小液体分离装置中的液位。
减小从该(这些)蒸发器到液体分离装置的液态制冷剂的流量将使得更少的液态制冷剂从该(这些)蒸发器转移到液体分离装置，并且这可以允许从液体分离装置到喷射器的次级入口的制冷剂的当前流量从液体分离装置中移除足够的液态制冷剂以减小液体分离装置中的液位。
因而，根据本发明，在检测到液体分离装置中的液位高于预定阈值水平的情况下，采取措施以便确保液体分离器中的液态制冷剂的净量减小或至少防止其进一步增大。由此，有效地防止液态制冷剂到达压缩机单元，同时允许液态制冷剂沿着该(这些)蒸发器的整个长度存在，由此允许蒸气压缩系统以节能的方式操作。
调整该蒸气压缩系统的控制参数的步骤可以包括调整在该蒸气压缩系统中占主导的压力和/或温度。压力可以是在制冷剂路径的相关位置上(例如，在接收器内部、排热换热器的出口处、吸入管线中、或在制冷剂路径的任何其他相关部分中)占主导的制冷剂压力。类似地，温度可以是在制冷剂路径的相关位置上(例如，在排热换热器的出口处、吸入管线中、或在制冷剂路径的任何其他相关部分中)占主导的制冷剂温度。替代性地，温度可以是环境温度或跨排热换热器的次级流体流的温度。
因而，调整该蒸气压缩系统的控制参数的步骤可以包括减小在该接收器内占主导的压力。当在该接收器内占主导的压力减小时，跨该喷射器的压力差(即，离开该排热换热器并进入该喷射器的初级入口的制冷剂与离开该喷射器并进入该接收器的制冷剂之间的压力差)增大。这提高了该喷射器驱动该喷射器中的次级制冷剂流、即经由该次级入口进入该喷射器的制冷剂流的能力。由此，增大了从该液体分离装置到该喷射器的次级入口的制冷剂的流量。此外，减小在接收器内占主导的压力还减小了压力差，在该压力差下，喷射器必须提高喷射器中的次级制冷剂流，由此甚至进一步提高喷射器驱动次级制冷剂流的能力。
在该接收器内占主导的压力可以例如通过增大被分配用于压缩从该接收器的气体出口接收的制冷剂的压缩机容量来减小。
替代性地或另外，调整该蒸气压缩系统的控制参数的步骤可以包括增大离开该排热换热器并且进入该喷射器的初级入口的制冷剂的压力。增大离开该排热换热器的制冷剂的压力也将增大跨该喷射器的压力差，从而使得从该液体分离装置到该喷射器的次级入口的制冷剂的流量增大，如以上所描述。
离开该排热换热器的制冷剂的压力可以例如通过减小该喷射器的初级入口的开度来增大。可替代地或另外，离开该排热换热器的制冷剂的压力可以通过减小跨该排热换热器的次级流体流(例如，通过减小驱动跨该排热换热器的次级空气流的风扇的速度、或通过调整驱动跨该排热换热器的次级液体流的泵)来增大。
替代性地或另外，调整该蒸气压缩系统的控制参数的步骤可以包括减小在该蒸气压缩系统的吸入管线中占主导的压力。当在该吸入管线中占主导的压力减小时，穿过该(这些)蒸发器的制冷剂的压力也减小。由此制冷剂的露点也减小，从而使得制冷剂的较大部分在穿过该(这些)蒸发器时蒸发。因此，穿过该(这些)蒸发器的液态制冷剂的量减小。
替代性地或另外，调整该蒸气压缩系统的控制参数的步骤可以包括增大离开该排热换热器并且进入该喷射器的初级入口的制冷剂的温度。当离开排热换热器的制冷剂的温度增加时，喷射器的出口处的制冷剂的气液比增大。这增大了制冷剂回路中的制冷剂的总流量，该制冷剂回路包括压缩机单元、排热换热器、喷射器、接收器、以及被布置在接收器的气体出口与压缩机单元的入口之间的旁通阀。这增大了从初级入口到出口穿过喷射器的制冷剂的流量，由此改进了喷射器驱动喷射器中的次级制冷剂流、即经由次级入口进入喷射器的制冷剂流的能力。因此，增大了从该液体分离装置到该喷射器的次级入口的制冷剂的流量。
离开该排热换热器的制冷剂的温度可以例如通过减小跨该排热换热器的次级流体流(例如，通过减小驱动跨该排热换热器的次级空气流的风扇的速度、或通过调整驱动跨该排热换热器的次级液体流的泵)来增大。
调整该蒸气压缩系统的控制参数的步骤可以包括防止该(这些)蒸发器中的至少一些在满液状态下进行操作。当防止该(这些)蒸发器中的至少一些在满液状态下进行操作时，必须预期从该(这些)蒸发器供应到该吸入管线并由此供应到该液体分离装置的液态制冷剂的总量减小。特别地，当该(这些)蒸发器之前在满液状态下进行操作时，就是这种情况。例如，可以防止所有蒸发器在满液状态下进行操作。在这种情况下，不再允许液态制冷剂穿过任何蒸发器，即，没有液态制冷剂进入该吸入管线并由此进入该液体分离装置，并且不管从该液体分离装置到该喷射器的次级入口的制冷剂的流量如何，该液体分离装置中的液态制冷剂的量都不增大。
可以例如通过以下方式来防止该(这些)蒸发器在满液状态下进行操作：增大离开该(这些)蒸发器的制冷剂的过热量的设定点值或下限，并且随后依据增大的设定点值或下限来控制对该(这些)蒸发器的制冷剂供应。
离开蒸发器的制冷剂的过热量是离开该蒸发器的制冷剂的温度与离开该蒸发器的制冷剂的露点之间的温差。因此，高过热量值指示供应到该蒸发器的所有液态制冷剂在其到达该蒸发器的出口之前被充分蒸发。如以上所描述，这导致该蒸发器中的相对较差的热传递。然而，只有气态制冷剂穿过该蒸发器。类似地，零过热量指示沿着该蒸发器的整个长度存在液态制冷剂，即，该蒸发器在满液状态下进行操作。因此，选择过热量值的正设定点将防止该蒸发器在满液状态下进行操作。
作为替代方案，可以通过减小该(这些)膨胀装置的最大可允许开度来防止该(这些)蒸发器在满液状态下进行操作。这将限制对该(这些)蒸发器的制冷剂供应，由此减小穿过该(这些)蒸发器、进入该吸入管线并被供应到该液体分离装置的液态制冷剂的量。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，在附图中：
图1是依据根据本发明第一实施例的方法控制的蒸气压缩系统的图解视图，
图2是依据根据本发明第二实施例的方法控制的蒸气压缩系统的图解视图，并且
图3是依据根据本发明第三实施例的方法控制的蒸气压缩系统的图解视图。
具体实施方式
图1是依据根据本发明第一实施例的方法控制的蒸气压缩系统1的图解视图。蒸气压缩系统1包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元2、排热换热器5、喷射器6、接收器7、呈膨胀阀形式的膨胀装置8、蒸发器9、以及液体分离装置10，该压缩机单元包括多个压缩机3、4(其中的三个被示出)。
所示压缩机3中的两个连接到液体分离装置10的气体出口11上。因此，离开蒸发器9的气态制冷剂可以经由液体分离装置10来供应到这些压缩机3。第三压缩机4连接到接收器7的气体出口12上。因此，气态制冷剂可以从接收器7被直接供应到这个压缩机4。
在制冷剂路径中流动的制冷剂由压缩机单元2的压缩机3、4进行压缩。压缩的制冷剂被供应到排热换热器5，在该排热换热器处发生热交换，其方式为使得从制冷剂排出热量。
离开排热换热器5的制冷剂被供应到喷射器6的初级入口13，之后被供应到接收器7。制冷剂在穿过喷射器6时经历膨胀。由此，制冷剂的压力减小，并且被供应到接收器7的制冷剂处于液气混合态。
在接收器7中，制冷剂被分离成液态部分和气态部分。制冷剂的液态部分经由接收器7的液体出口14和膨胀装置8被供应到蒸发器9。在蒸发器9中，制冷剂的液态部分至少部分地蒸发，同时发生热交换，其方式为使得由制冷剂吸收热量。
蒸发器9可以在满液状态下进行操作，即，以沿着蒸发器9的整个长度存在液态制冷剂的这种方式进行操作。因此，穿过蒸发器9并进入吸入管线的制冷剂中的一些可以呈液态。
离开蒸发器9的制冷剂被接收在液体分离装置10中，在该液体分离装置处，该制冷剂被分离成液态部分和气态部分。制冷剂的液态部分经由液体分离装置10的液体出口16被供应到喷射器6的次级入口15。至少一些气态制冷剂可以经由液体分离装置10的气体出口11被供应到压缩机单元2的压缩机3。然而，不排除至少一些气态制冷剂经由液体分离装置10的液体出口16被供应到喷射器6的次级入口15。
因此，液体分离装置10确保防止穿过蒸发器9的任何液态制冷剂到达压缩机单元2的压缩机3、4。相反，这种液态制冷剂被供应到喷射器6的次级入口15。
接收器7中的制冷剂的气态部分可以被供应到压缩机4。此外，接收器7中的一些气态制冷剂可以经由旁通阀17被供应到压缩机3。打开旁通阀17增大可供用于压缩从接收器7的气体出口12接收的制冷剂的压缩机容量。
液位传感器18被布置在液体分离装置10中。由此，可以借助于液位传感器18来监测液体分离装置10中的液位。
因而，根据本发明的方法，借助于液位传感器18来监测液体分离装置10中的液位，并且将检测到的液位与预定阈值水平进行比较。
当液体分离装置10中的液位高于预定阈值水平时，这指示了液体分离装置10中的液位接近液体分离装置10的气态出口11。这可以最终使得液态制冷剂经由液体分离装置10的气态出口11流向压缩机单元2。这是所不期望的，因为它可能对压缩机3、4造成损坏。
因此，在液体分离装置10中的液位高于预定阈值水平的情况下，调整蒸气压缩系统1的控制参数以便增大从液体分离装置10到喷射器6的次级入口15的制冷剂的流量和/或减小从蒸发器9到液体分离装置10的液态制冷剂的流量。由此确保了从液体分离装置10到喷射器6的次级入口15的制冷剂的流量足以移除由蒸发器9产生的液态制冷剂，并且避免了液态制冷剂在液体分离装置10中的积聚。
从液体分离装置10到喷射器6的次级入口15的制冷剂的流量可以例如通过减小在接收器7内占主导的压力、通过增大离开排热换热器5并且进入喷射器6的初级入口13的制冷剂的压力、和/或通过增大离开排热换热器5并且进入喷射器6的初级入口13的制冷剂的温度来增大。这已经在上文详细描述。
从蒸发器9到液体分离装置10的液态制冷剂的流量可以例如通过防止蒸发器9在满液状态下进行操作或通过减小在吸入管线中占主导的压力来减小。这已经在上文详细描述。
图2是依据根据本发明第二实施例的方法控制的蒸气压缩系统1的图解视图。图2的蒸气压缩系统1与图1的蒸气压缩系统1非常相似，并且因此将不在此对其进行详细描述。
在图2的蒸气压缩系统1中，压缩机单元2中仅示出两个压缩机3。两个压缩机3都连接到液体分离装置10的气体出口11上。因此，来自接收器7的气态制冷剂可以仅经由旁通阀17被供应到压缩机单元2。
图3是依据根据本发明第三实施例的方法控制的蒸气压缩系统1的图解视图。图3的蒸气压缩系统1非常类似于图1和图2的蒸气压缩系统1，并且因此将不在此对其进行详细描述。
在图3的蒸气压缩系统1的压缩机单元2中，一个压缩机3被示出为连接到液体分离装置10的气体出口11上，并且一个压缩机4被示出为连接到接收器7的气体出口12上。第三压缩机19被示出为设置有三通阀20，该三通阀允许压缩机19选择性地连接到液体分离装置10的气体出口11或接收器7的气体出口12上。由此，压缩机单元2的压缩机容量的部分可以在“主压缩机容量”(即，当压缩机19连接到液体分离装置10的气体出口11上时)与“接收机压缩机容量”(即，当压缩机19连接到接收器7的气体出口12上时)之间变换。由此，通过操作三通阀20、由此增大或减小可供用于压缩从接收器7的气体出口12接收的制冷剂的压缩机容量的量，可以调整在接收器7内占主导的压力并且因此调整从液体分离装置10到喷射器6的次级入口15的制冷剂的流量。
此外，图3的蒸气压缩系统1包括并行地流体布置在制冷剂路径中的三个膨胀装置8a、8b、8c和三个蒸发器9a、9b、9c。膨胀装置8a、8b、8c中的每一个被布置成用于控制到蒸发器9a、9b、9c中的一个的制冷剂流量。

Claims (7)

1.一种用于控制蒸气压缩系统(1)的方法，该蒸气压缩系统(1)包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元(2)、排热换热器(5)、喷射器(6)、接收器(7)、至少一个膨胀装置(8)、以及至少一个蒸发器(9)，该蒸气压缩系统(1)进一步包括被布置在该蒸气压缩系统(1)的吸入管线中的液体分离装置(10)以及被布置在该液体分离装置(10)中的液位传感器(18)，该液体分离装置(10)包括连接到该压缩机单元(2)的入口上的气体出口(11)和连接到该喷射器(6)的次级入口(15)上的液体出口(16)，该方法包括以下步骤：
-借助于该液位传感器(18)来监测该液体分离装置(10)中的液位，以及
-在该液体分离装置(10)中的液位高于预定阈值水平的情况下，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数以便增大从该液体分离装置(10)到该喷射器(6)的次级入口(15)的制冷剂的流量和/或减小从该(这些)蒸发器(9)到该液体分离装置(10)的液态制冷剂的流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数的步骤包括调整在该蒸气压缩系统(1)中占主导的压力和/或温度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数的步骤包括减小在该接收器(7)内占主导的压力。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数的步骤包括增大离开该排热换热器(5)并且进入该喷射器(6)的初级入口(13)的制冷剂的压力。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数的步骤包括减小在该蒸气压缩系统(1)的吸入管线中占主导的压力。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数的步骤包括增大离开该排热换热器(5)并且进入该喷射器(6)的初级入口(13)的制冷剂的温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调整该蒸气压缩系统(1)的控制参数的步骤包括防止该(这些)蒸发器(9)中的至少一些在满液状态下进行操作。
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