CN111684218B - 暖通空调系统、以及运行蒸气压缩系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种暖通空调(HVAC)系统(10)，包括：膨胀装置(36)，所述膨胀装置布置在蒸气压缩系统(14)的冷凝器(34)与蒸发器(38)之间；以及控制面板(40)，所述控制面板通信地联接至所述膨胀装置(36)。所述控制面板(40)被配置成：基于所述蒸气压缩系统(14)的参数确定所述冷凝器(34)的液体制冷剂液位设定点；响应于确定所述冷凝器(34)中的当前液体制冷剂液位(82)大于确定的所述冷凝器(34)的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述膨胀装置(36)的开度的第一控制信号；以及响应于确定所述冷凝器(34)中的当前液体制冷剂液位(82)小于确定的所述冷凝器(34)的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置(36)的开度的第二控制信号。

Description

暖通空调系统、以及运行蒸气压缩系统的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月29日提交的题为“REDISTRIBUTING REFRIGERANTBETWEEN AN EVAPORATOR AND A CONDENSER OF A VAPOR COMPRESSION SYSTEM(重新分配蒸气压缩系统的蒸发器与冷凝器之间的制冷剂)”的美国临时申请序列号62/611,769的优先权和权益，所述美国临时申请出于所有目的通过引用以其全文结合在此。
背景技术
本申请总体上涉及冷却器系统，并且更具体地涉及在蒸气压缩系统中重新分配制冷剂充注量以提高效率和可靠性。
冷却器系统和其他类型的蒸气压缩系统利用通常被称为制冷剂的工作流体，所述工作流体响应于经受与蒸气压缩系统的运行相关联的不同温度和压力而在蒸气、液体及其组合之间改变相态。在水冷式冷却器系统内，制冷剂被横穿延伸经过蒸发器的导管(例如，沸腾管)的相对温暖的水蒸发，并且制冷剂被横穿延伸经过冷凝器的导管(例如，冷凝管)的冷却剂冷凝。在传统的冷却器设计中，冷凝器中的液体制冷剂液位被控制为固定值，而蒸气压缩系统的其余部分(例如，蒸发器)中的液体制冷剂液位通常基于冷凝器中的这个固定液体制冷剂液位而波动。
发明内容
在本披露内容的一个实施例中，一种暖通空调(HVAC)系统包括冷凝器、蒸发器和压缩机，所述冷凝器、蒸发器和压缩机流体地联接在一起以形成所述HVAC系统的蒸气压缩系统。所述HVAC系统包括：膨胀装置，所述膨胀装置布置在所述蒸气压缩系统中的所述冷凝器与所述蒸发器之间；以及控制面板，所述控制面板通信地联接至所述膨胀装置。所述控制面板被配置成：基于所述蒸气压缩系统的参数确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，其中，所述参数包括所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位；响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位大于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述膨胀装置的开度的第一控制信号；以及响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位小于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置的开度的第二控制信号。
在本披露内容的另一实施例中，一种运行蒸气压缩系统的方法包括基于所述蒸气压缩系统的参数确定所述蒸气压缩系统的冷凝器的液体制冷剂液位设定点，其中，所述参数包括所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位。所述方法包括响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位大于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述膨胀装置的开度的第一控制信号。所述方法还包括响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位小于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置的开度的第二控制信号。
在本披露内容的另一实施例中，一种HVAC系统包括冷凝器、蒸发器和压缩机，所述冷凝器、蒸发器和压缩机流体地联接在一起以形成所述HVAC系统的蒸气压缩系统。所述HVAC系统包括：膨胀装置，所述膨胀装置布置在所述蒸气压缩系统中的所述冷凝器与所述蒸发器之间；以及控制面板，所述控制面板通信地联接至所述膨胀装置。所述控制面板被配置成：基于所述蒸气压缩系统的参数确定所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，其中，所述参数包括所述蒸发器中的当前液体制冷剂液位；响应于确定所述蒸发器中的当前液体制冷剂液位小于确定的所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述膨胀装置的开度的第一控制信号；以及响应于确定所述蒸发器中的当前液体制冷剂液位大于确定的所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置的开度的第二控制信号。
附图说明
图1是根据本披露内容的一方面的可以在商业环境中利用暖通空调(HVAC)系统的建筑物的实施例的透视图；
图2是根据本披露内容的一方面的HVAC系统的实施例的透视图；
图3是根据本披露内容的一方面的图2的HVAC系统的实施例的示意图；
图4是根据本披露内容的一方面的图2的HVAC系统的实施例的示意图；
图5是根据本披露内容的一方面的基于蒸气压缩系统的运行参数来动态地控制HVAC系统的冷凝器的液体制冷剂液位的过程的实施例的流程图；以及
图6是根据本披露内容的一方面的基于蒸气压缩系统的运行参数来动态地控制HVAC系统的蒸发器的液体制冷剂液位的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
如所提及的，在许多传统的冷却器设计中，冷凝器中的制冷剂液位被控制为预定的固定值。然而，目前认识到的是，冷却器的效率基本上取决于蒸发器的性能，并且蒸发器的性能基本上取决于存在于蒸发器中的液体制冷剂的量。即，蒸发器的运行条件(例如，温度、压力、制冷剂量)决定了在冷却器运行期间在蒸发器的下部部分或溢流部分中存在的液体制冷剂液位。进而，蒸发器中的液体制冷剂液位决定了如何用液体制冷剂有效地覆盖蒸发器的沸腾管，使得期望的热传递能够发生。例如，当蒸发器中的液体制冷剂液位太低时，则布置在蒸发器的溢流部分中的一部分沸腾管可能未被液体制冷剂有效地覆盖(例如，基本上被淹没)，从而导致蒸发器和冷却器的性能达不到最佳。另外，当冷却器蒸发器中的液体制冷剂液位太高时，则未被充分蒸发的液体制冷剂可能开始从蒸发器的蒸气制冷剂出口“携带”，从而导致冷却器的运行和可靠性问题。
另外，当将冷凝器中制冷剂液位控制为固定值时，蒸发器中的液体制冷剂液位取决于冷凝器中的液体制冷剂液位。即，通常，随着冷凝器中的液体制冷剂液位降低，蒸发器中的液体制冷剂液位升高。这样，当冷凝器中的液体制冷剂液位太高时，蒸发器中可能没有足够的液体制冷剂来有效地覆盖蒸发器的溢流部分中的沸腾管，从而导致蒸发器和冷却器的性能下降。另外，已经认识到的是，当冷凝器中的液体制冷剂液位太高时，则压缩机可能消耗高于最小功率需求来冷却负载。然而，当冷凝器中的液体制冷剂液位太低时，则制冷剂蒸气可能会夹带有被输送至蒸发器的液体制冷剂，从而导致蒸发器和冷却器二者的相当大的效率损失。夹带有被输送至蒸发器的液体制冷剂的制冷剂蒸气也可能导致冷却器的一个或多个部件在正常或额定运行参数范围之外运行。
考虑到上述内容，当前的实施例涉及用于在冷却器系统的蒸发器与冷凝器之间连续地重新分配制冷剂充注量以便提高运行期间的冷却器效率和可靠性的系统和方法。更具体地，当前的实施例使得能够在冷却器的蒸发器与冷凝器之间连续地重新分配液体制冷剂，而不会导致从蒸发器的蒸气制冷剂出口携带大量液体或在冷凝器的液体制冷剂出口夹带大量气体。更具体地，不是控制冷却器以在冷凝器或蒸发器中提供固定的液体制冷剂液位，而是当前的实施例涉及控制冷却器系统以在冷凝器或蒸发器中提供可变的或动态的液体制冷剂液位，所述可变的或动态的液体制冷剂液位基于冷却器系统的运行参数而变化。通过动态地改变冷凝器中的液体制冷剂的量，蒸发器中的液体制冷剂的量也间接地动态地改变，从而大大提高冷却器的效率。
如所提及的，冷凝器或蒸发器的液体制冷剂液位设定点具有动态值，所述动态值由冷却器的控制电路基于冷却器系统在运行期间的一个或多个参数来确定。例如，所监测的参数可以包括压缩机功率、蒸发器接近温度、液体过冷、排放过热、其他被测量的(例如，温度、压力、流量、功率)或基于直接测量的冷却器参数计算出的合适的冷却器参数、以及其组合。这样，冷却器系统的控制电路可以确定并且动态地调节冷凝器或蒸发器的液体制冷剂液位设定点，使得能够在不降低可靠性的情况下提高冷却器效率。例如，可以调节冷凝器中的液体制冷剂液位设定点，以增加冷却器的效率(例如，降低压缩机功率消耗)，而不会由于液体携带或气体夹带问题而降低可靠性。在某些实施例中，液体制冷剂液位设定点可以由控制电路基于数学模型来确定，可以是基于测试各种状态先验的，或者可以基于数学建模和测试的组合。
现在转到附图，图1是用于典型商业环境的建筑物12中的暖通空调(HVAC)系统10的环境的实施例的透视图。HVAC系统10可以包括蒸气压缩系统14，所述蒸气压缩系统供应可以用于冷却建筑物12的冷却液体。HVAC系统10还可以包括供应温暖液体以对建筑物12供暖的锅炉16、以及使空气循环通过建筑物12的空气分配系统。空气分配系统还可以包括空气回流管道18、空气供应管道20和/或空气处理机22。在一些实施例中，空气处理机22可以包括通过导管24连接到锅炉16和蒸气压缩系统14的热交换器。空气处理机22中的热交换器可以接收来自锅炉16的加热液体或来自蒸气压缩系统14的冷却液体，这取决于HVAC系统10的操作模式。HVAC系统10被示出为在建筑物12的每个楼层上具有单独的空气处理机，但是在其他实施例中，HVAC系统10可以包括在两个或更多个楼层之间可以共享的空气处理机22和/或其他部件。
图2和图3是可以在HVAC系统10中使用的蒸气压缩系统14的实施例。蒸气压缩系统14可以使制冷剂循环通过以压缩机32开始的回路。所述回路还可以包括冷凝器34、(多个)膨胀阀或(多个)膨胀装置36、以及液体冷却器或蒸发器38。在某些实施例中，根据本披露内容，蒸发器38可以是降膜式蒸发器(例如，混合降膜式蒸发器)或溢流式蒸发器。蒸气压缩系统14可以进一步包括控制面板40(例如，控制器)，所述控制面板具有模数(A/D)转换器42、微处理器44、非易失性存储器46和/或接口板48。
可以在蒸气压缩系统14中用作制冷剂的流体的一些示例是基于氢氟烃(HFC)的制冷剂(例如R-410A、R-407、R-134a、氢氟烯烃(HFO))、“天然”制冷剂(像氨(NH3)、R-717、二氧化碳(CO2)、R-744)、或者烃基制冷剂、水蒸气、具有低全球变暖潜势(GWP)的制冷剂或任何其他合适的制冷剂。在一些实施例中，蒸气压缩系统14可以被配置成有效地使用在一个大气压下具有约19摄氏度(66华氏度或以下)的标准沸点的制冷剂(相对于诸如R-134a等中压制冷剂，也称为低压制冷剂)。如本文所使用的，“正常沸点”可以指在一个大气压下测量的沸点温度。
在一些实施例中，蒸气压缩系统14可以使用变速驱动装置(VSD)52、马达50、压缩机32、冷凝器34、膨胀阀或膨胀装置36和/或蒸发器38中的一者或多者。马达50可以驱动压缩机32并且可以由变速驱动装置(VSD)52供电。VSD 52从交流(AC)电源接收具有特定的固定线路电压和固定线路频率的AC电力，并且向马达50提供具有可变电压和频率的电力。在其他实施例中，马达50可以直接由AC或直流(DC)电源供电。马达50可以包括可以由VSD供电或直接由AC或DC电源供电的任何类型的电动马达，诸如开关磁阻马达、感应马达、电子换向永磁马达或另一合适的马达。
压缩机32压缩制冷剂蒸气并通过排放通道将蒸气输送至冷凝器34。在一些实施例中，压缩机32可以是离心式压缩机。由压缩机32泵送至冷凝器34的制冷剂蒸气可以将热量传递到冷凝器34中的冷却用流体(例如，水或空气)。作为与冷却用流体进行热传递的结果，制冷剂蒸气可以在冷凝器34中冷凝成制冷剂液体。出于降低制冷剂液体的温度和压力的目的，来自冷凝器34的制冷剂液体可以流动经过膨胀装置36到达蒸发器38。在图3所展示的实施例中，冷凝器34是水冷式的并且包括连接到冷却塔56的管束54，所述冷却塔将冷却用流体供应到冷凝器。
输送到蒸发器38的制冷剂液体可以吸收来自另一冷却用流体的热量，所述另一冷却用流体可以是或可以不是与冷凝器34中使用的相同的冷却流体。蒸发器38中的制冷剂液体可能经历从制冷剂液体到制冷剂蒸气的相变。如图3的所展示的实施例中所示，蒸发器38可以包括具有连接到冷却负载62的供应管线60S和回流管线60R的管束58。蒸发器38的冷却用流体(例如，水、乙二醇、氯化钙盐水、氯化钠盐水或任何其他合适的流体)经由回流管线60R进入蒸发器38，并且经由供应管线60S离开蒸发器38。蒸发器38可以经由与制冷剂进行热传递来降低管束58中的冷却用流体的温度。蒸发器38中的管束58可以包括多个管和/或多个管束。在任何情况下，制冷剂蒸气离开蒸发器38并且通过抽吸管线返回到压缩机32以完成循环。
图4是具有结合在冷凝器34与膨胀装置36之间的中间回路64的蒸气压缩系统14的示意图。中间回路64可以具有直接流体连接至冷凝器34的入口管线68。在其他实施例中，入口管线68可以间接流体联接至冷凝器34。如图4的所展示的实施例中所示，入口管线68包括定位在中间容器70上游的第一膨胀装置66。在一些实施例中，中间容器70可以是闪蒸罐(例如，闪蒸式中间冷却器)。在其他实施例中，中间容器70可以被配置成热交换器或“表面式节能器”。在图4的所展示的实施例中，中间容器70用作闪蒸罐，并且第一膨胀装置66被配置成降低从冷凝器34接收的制冷剂液体的压力(例如，使其膨胀)。在膨胀过程期间，液体的一部分可能蒸气化，并且因此中间容器70可以用来将蒸气与从第一膨胀装置66接收的液体分离。另外地，由于制冷剂液体在进入中间容器70时经历压降(例如，归因于在进入中间容器70时经历体积的迅速增大)，中间容器70可以提供制冷剂液体的进一步膨胀。中间容器70中的蒸气可以通过压缩机32的抽吸管线74、或通过离心式压缩机由压缩机32汲取。在其他实施例中，中间容器中的蒸气可以被汲取到压缩机32的中间级(例如，不是抽吸级)。由于在膨胀装置66和/或中间容器70中膨胀，在中间容器70中收集的液体可以与离开冷凝器34的制冷剂液体相比处于更低的焓。来自中间容器70的液体然后可以在管线72中流过第二膨胀装置36到达蒸发器38。
蒸气压缩系统14包括在安装时引入系统中的制冷剂充注量，并且此制冷剂充注量在运行期间作为制冷剂液体、制冷剂蒸气及其混合物分布在整个蒸气压缩系统14中。再次参照图3，在运行期间，所展示的蒸气压缩系统14中的液体制冷剂的大部分被布置在冷凝器34或蒸发器38中。这样，可以理解的是，对于这样的实施例，减少冷凝器34中存在的液体制冷剂80的量(如冷凝器34的液体制冷剂液位82所指示的)通常增加了蒸发器38中存在的液体制冷剂81的量(如蒸发器38的液体制冷剂液位84所指示的)，反之亦然。通过进一步的示例，参照图4，液体制冷剂的大部分被布置在冷凝器34中，在中间容器70中或蒸发器38中。可以理解的是，对于这样的实施例，中间容器70中的液体制冷剂的量可以被控制为固定的液体制冷剂液位。这样，对于图4的蒸气压缩系统14，降低液体制冷剂液位82通常也升高了蒸发器38的液体制冷剂液位84，反之亦然。图3的蒸气压缩系统14包括传感器83(例如，液体液位传感器)，所述传感器被配置成测量冷凝器34中的液体制冷剂液位82，如以下所讨论的。如所提及的，在其他实施例中，蒸发器38还可以包括类似的液体制冷剂液位传感器。
如所提及的，在许多传统的冷却器设计中，冷凝器34中的液体制冷剂液位82被控制为预定的固定值。然而，蒸气压缩系统14的性能基本上取决于冷凝器34与蒸发器38之间的液体制冷剂的分布。特别地，当蒸发器38中的液体制冷剂液位(如液体制冷剂液位84所指示的)太低时，则管束58的沸腾管(例如，布置在蒸发器38的溢流区段中)可能不能被液体制冷剂有效地覆盖，从而限制了可以从负载62传递的热量。另外，当蒸发器38中的液体制冷剂液位84太高时，则未充分蒸发的液体制冷剂可能从蒸发器的蒸气制冷剂出口86携带到压缩机32的蒸气入口88，从而降低了蒸气压缩系统14的效率并且可能损坏压缩机32。当冷凝器34中的液体制冷剂液位82太低时，则制冷剂蒸气可能不期望地夹带在被输送至蒸发器38的入口90的液体制冷剂中，从而大大降低了蒸发器38和蒸气压缩系统14的效率。此外，当冷凝器34中的液体制冷剂液位82太高时，则蒸发器38中的液体制冷剂液位84可能不足以有效地覆盖管束58的沸腾管(布置在蒸发器38的溢流部分92中)。
考虑到上述内容，当前的实施例涉及系统和方法，所述系统和方法用于在冷却器系统的蒸发器与冷凝器之间连续地重新分配一定量的液体制冷剂，以便提高运行期间的冷却器效率，并且限制(例如，阻止、防止)上述液体携带和气体夹带问题。更具体地，控制面板40可以监测蒸气压缩系统14的参数和状态，并且基于系统14的参数和状态提供升高或降低冷凝器34或蒸发器38中的液体制冷剂液位82的合适的控制信号。这样，控制面板40可以基于所监测的系统14的参数和状态确定冷凝器34或蒸发器38中的液体制冷剂液位设定点，并且可以提供升高或降低液体制冷剂液位82的合适的控制信号(例如，提供至膨胀装置36和66、至压缩机32)，以达到确定的液体制冷剂液位设定点。如所提及的，冷凝器34或蒸发器38的液体制冷剂液位设定点具有在运行期间由控制面板40基于蒸气压缩系统14的一个或多个参数和/或HVAC系统10的其他部分的一个或多个参数确定的动态值。例如，这些参数可以包括蒸气压缩系统14的测量参数(例如，温度、压力、流量、功率)和/或基于HVAC系统10的测量参数计算出的参数、及其组合。
特别地，在某些实施例中，蒸气压缩系统14的参数可以包括蒸发器接近温度，所述蒸发器接近温度被定义为离开蒸发器38的管束58的液态水的温度与蒸发器38中的液体制冷剂81的温度之间的差异。所展示的蒸气压缩系统14包括布置在蒸发器38中的第一传感器94(例如，温度传感器)，所述第一传感器被配置成测量蒸发器中的液体制冷剂81的温度；并且包括第二传感器96(例如，温度传感器)，所述第二传感器被配置成测量离开管束58的液态水的温度。可以注意到的是，在其他实施例中，蒸发器38可以另外地或替代性地包括液体液位传感器，并且蒸气压缩系统14的参数可以包括蒸发器38的液体液位，如以下所讨论的。传感器94和96以及以下描述的传感器通信地联接至控制面板40，以向控制面板40的微处理器44提供蒸气压缩系统14的测量参数，使得控制面板40可以基于这些测量参数来修改冷凝器34或蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点。通常，期望的是蒸发器接近温度尽可能地小，以减少能量消耗并提高冷却器效率。当蒸发器接近温度超过预定的蒸发器接近温度阈值(例如，2°F、3°F、5°F)时，所述阈值可以指示负载62对冷却需求的增加，于是，控制面板40可以降低冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或升高蒸发器38中的液体制冷剂液位设定点)，以增加输送至蒸发器38的液体制冷剂的量。
在某些实施例中，蒸气压缩系统14的参数可以包括蒸气压缩系统14中的液体过冷量，所述液体过冷量被定义为离开冷凝器34的制冷剂的测量温度与计算出的饱和温度之间的差异。例如，在所展示的实施例中，蒸气压缩系统14包括定位在冷凝器34的液体制冷剂出口100附近的温度和压力传感器98，并且控制面板40可以基于冷凝器34的液体制冷剂出口100附近的液体制冷剂的测量压力确定制冷剂的饱和温度，然后将此饱和温度与冷凝器34的液体制冷剂出口100处的液体制冷剂的测量温度进行比较，以确定过冷量。通常，期望的是过冷量在蒸气压缩系统14的运行期间基本上恒定。这样，当控制面板40确定蒸气压缩系统14中的过冷量减小到低于预定的最小过冷阈值时，所述控制面板可以升高冷凝器34中的制冷剂液体液位设定点(或降低蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)，以将过冷量恢复到大于或等于最小过冷阈值。当控制面板40确定过冷量增加到高于预定的最大过冷阈值时，所述控制面板可以降低冷凝器34中的制冷剂液体液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)，以将过冷量减少到小于或等于预定的最大过冷阈值，从而减少能量消耗并且提高蒸气压缩系统14的效率。
在某些实施例中，蒸气压缩系统14的监测参数可以包括蒸气压缩系统14中的排放过热量，所述排放过热量被定义为离开压缩机32的制冷剂的测量温度与计算出的饱和温度之间的差异。例如，在某些实施例中，蒸气压缩系统14包括定位在压缩机32的制冷剂出口104附近的传感器102(例如，温度和压力传感器)，并且控制面板40可以基于在压缩机32的制冷剂出口104附近测量的制冷剂压力来确定制冷剂的饱和温度。然后，控制面板40将计算出的饱和温度与同样由传感器102收集的测量的制冷剂温度进行比较。通常，期望的是在蒸气压缩系统14的运行期间排放过热量基本恒定。此外，当前认识到的是，当制冷剂液体开始不期望地从蒸发器38携带至压缩机32时，排放过热显著下降。这样，当控制面板40确定排放过热量已经减小到低于预定的排放过热阈值(例如，较低的排放过热阈值)时，控制面板40可以升高冷凝器34中的制冷剂液体液位设定点(或降低蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)，以减少蒸发器38中的液体制冷剂的量，从而减少(例如，阻止、防止)制冷剂液体携带至压缩机32。类似地，当控制面板40确定排放过热量已经增加到高于预定的排放过热阈值(例如，排放过热阈值上限)时，控制面板40可以降低冷凝器34中的制冷剂液体液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)，例如，以将排放过热保持在预定的最小排放过热阈值与预定的最大排放过热阈值之间。在其他实施例中，传感器106(例如，液体制冷剂传感器、液体携带传感器)可以另外地或替代性地被定位在蒸发器38的蒸气制冷剂出口86附近，并且被配置成检测液体制冷剂的存在，作为液体制冷剂携带的指示。
在某些实施例中，蒸气压缩系统14的监测参数可以包括由蒸气压缩系统14的压缩机32消耗的功率量。由于压缩机32的运行占蒸气压缩系统14所消耗的总功率的大部分，因此通常期望使压缩机32的功率消耗最小化、以使系统14的效率最大化。这样，在某些实施例中，可以基于在蒸气压缩系统14的运行期间压缩机32的功率消耗来确定蒸气压缩系统14的运行效率的度量。因此，在某些实施例中，控制面板40可以以压缩机32消耗的功率最小化的方式控制冷凝器34或蒸发器38的液体制冷剂液位设定点，同时还减少(例如，阻止、防止)携带至压缩机32的制冷剂液体和/或在输送至蒸发器38的制冷剂中所夹带的制冷剂蒸气。
在某些实施例中，控制面板40可以基于本文讨论的蒸气压缩系统14的参数中的至少一个或其组合来改变冷凝器34或蒸发器38的液体制冷剂液位设定点。例如，蒸气压缩系统14的一个实施例可以使冷凝器34或蒸发器38中的液体制冷剂液位82改变为比冷凝器34或蒸发器38的内部制冷剂体积多2％、多5％、多8％、或者多10％或更多。通过具体示例，当蒸气压缩系统14启动时，冷凝器34的内部制冷剂体积的大约50％首先填充有液体制冷剂时，在运行期间，取决于蒸气压缩系统14的参数和状态，冷凝器34的内部制冷剂体积的大约40％与大约60％之间的体积可以在不同时间填充有液体制冷剂。
控制面板40基于运行期间的蒸气压缩系统14的参数和状态的组合来升高冷凝器34的制冷剂液体液位设定点(或降低蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。例如，在某些实施例中，响应于确定冷凝器34中的液体制冷剂液位82低于预定的最小冷凝器液体制冷剂液位，控制面板40升高冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或降低蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。特别地，可以选择预定的最小冷凝器液体制冷剂液位，以防止冷凝器34中的液体制冷剂液位82下降足够低，以允许大量的制冷剂蒸气被夹带在离开冷凝器34的液体制冷剂80中。在某些实施例中，响应于确定液体制冷剂开始从蒸发器38携带至压缩机32，控制面板40也升高冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或降低蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。如所提及的，控制面板40可以藉由布置在压缩机32的出口附近的传感器102和/或藉由布置在蒸发器38与压缩机32之间的液体制冷剂传感器106来确定液体携带的发生。在某些实施例中，响应于确定蒸气压缩系统14的过冷低于预定的最小液体过冷阈值，控制面板40也升高冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或降低蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。
控制面板40还基于运行期间的蒸气压缩系统14的参数和状态的组合来降低冷凝器34的制冷剂液体液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。例如，在某些实施例中，控制面板40可以通过将冷凝器34的制冷剂液体液位设定点降低到相对最小值(或将蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点升高到相对最大值)来最大化蒸气压缩系统14的效率，其中，这个最小值/最大值足以防止上述的液体制冷剂携带或气体夹带在液体制冷剂中的问题。在某些实施例中，响应于确定蒸发器接近温度大于预定的最大蒸发器接近温度，控制面板40也降低冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。例如，蒸发器接近温度的增加可以指示负载62的增加的冷却需求，并且降低冷凝器34中的制冷剂液体液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)以适应这种增加的需求，同时仍能避免上述的液体携带和气体夹带问题。在某些实施例中，响应于确定蒸气压缩系统14的过冷大于预定的最大液体过冷阈值，控制面板40也降低冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)。在某些实施例中，控制面板40也降低冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点(或升高蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点)，以减少压缩机32的功率消耗。例如，通过将冷凝器34中的液体制冷剂液位设定点降低到相对最小值(或将蒸发器38中的制冷剂液体液位设定点升高到相对最大值)，则不会导致上述的液体携带或气体夹带问题，控制面板40可以减少压缩机32的功率消耗，从而提高蒸气压缩系统14和HVAC单元10的效率。特别地，据信当前披露的控制策略可以将蒸气压缩系统的运行效率提高大约5％与10％之间，表示运行成本大大节省。
图5是展示了基于运行期间蒸气压缩系统的参数来动态地控制蒸气压缩系统14的冷凝器34的液体制冷剂液位82的过程120的实施例的流程图。所展示的过程120可以作为计算机可读指令存储在非易失性存储器46中，并且由控制面板40的微处理器44或另一合适的处理或控制电路执行。在其他实施例中，根据本披露内容，过程120的所展示的步骤可以被跳过、重复或以其他顺序执行。
所展示的过程120开始于控制面板40确定(方框122)蒸气压缩系统14的参数。如所讨论的，蒸气压缩系统14可以包括通信地联接至控制面板40的任意数量的合适的传感器，包括液体液位传感器、温度传感器、压力传感器等。特别地，控制面板40从冷凝器34的液体液位传感器83接收指示冷凝器34中的当前制冷剂液体液位82的测量值。另外，如所讨论的，控制面板40可以基于从蒸气压缩系统14的各传感器接收的测量结果来确定蒸气压缩系统14的任何合适的参数，比如过冷、排放过热、以及蒸发器接近温度。
所展示的过程120继续到控制面板40基于在方框122中确定的蒸气压缩系统14的参数来确定(方框124)蒸气压缩系统14的冷凝器34的液体制冷剂液位设定点。
即，基于冷凝器34中的当前制冷剂液体液位82和确定的蒸气压缩系统14的运行参数，控制面板40可以确定应升高或降低冷凝器34中的液体制冷剂液位82。如所提及的，除了减少液体携带和气体夹带之外，控制面板40可以将蒸气压缩系统14的功率消耗最小化至相对最小，同时仍然满足负载62的冷却需求。特别地，如所提及的，控制面板40确保液体制冷剂液位82不下降到低于预定的最小制冷剂液位阈值，以防止气体夹带问题。
所展示的过程120继续到基于在方框124中确定的液体制冷剂液位设定点和在方框122中确定的测量的液体制冷剂液位82，控制面板40发送(方框126)信号以修改蒸气压缩系统14的运行，从而升高或降低冷凝器34中的液体制冷剂液位82。特别地，控制面板40可以提供增大或减小压缩机的速度的控制信号、和/或提供增大或减小通过膨胀装置36和66的流量的控制信号，以修改冷凝器34中的液体制冷剂液位82。如箭头128所指示的，控制面板40可以重复方框122、124和126的步骤，以基于蒸气压缩系统14的变化参数以及负载62的变化冷却需求，连续监测和修改冷凝器34中的液体制冷剂液位82。
图6是展示了基于运行期间蒸气压缩系统14的参数来动态地控制蒸气压缩系统14的蒸发器38的液体制冷剂液位84的过程130的实施例的流程图。所展示的过程130可以作为计算机可读指令存储在非易失性存储器46中，并且由控制面板40的微处理器44或另一合适的处理或控制电路执行。在其他实施例中，根据本披露内容，过程130的所展示的步骤可以被跳过、重复或以其他顺序执行。
所展示的过程130开始于控制面板40确定(方框132)蒸气压缩系统14的参数。如所讨论的，蒸气压缩系统14可以包括通信地联接至控制面板40的任意数量的合适的传感器，包括液体液位传感器、温度传感器、压力传感器等。特别地，控制面板40从蒸发器38的液体液位传感器接收指示蒸发器38中的当前制冷剂液体液位84的测量值。另外，如所讨论的，控制面板40可以基于从蒸气压缩系统14的各传感器接收的测量结果来确定蒸气压缩系统14的任何合适的参数，比如过冷、排放过热、以及蒸发器接近温度。
所展示的过程130继续到控制面板40基于在方框132中确定的蒸气压缩系统14的参数来确定(方框134)蒸气压缩系统14的蒸发器38的液体制冷剂液位设定点。即，基于蒸发器38中的当前制冷剂液体液位84和确定的蒸气压缩系统14的运行参数，控制面板40可以确定应升高或降低蒸发器38中的液体制冷剂液位84。如所提及的，除了减少液体携带和气体夹带之外，控制面板40可以将蒸气压缩系统14的功率消耗最小化至相对最小，同时仍然满足负载62的冷却需求。特别地，如所提及的，控制面板40确保冷凝器34中的液体制冷剂液位82不下降到低于预定的最小制冷剂液位阈值，以减轻、减少或防止气体夹带问题。
所展示的过程130继续到基于在方框134中确定的液体制冷剂液位设定点和在方框132中确定的经测量的液体制冷剂液位84，控制面板40发送(方框136)信号以修改蒸气压缩系统14的运行，以升高或降低蒸发器38中的液体制冷剂液位84。特别地，控制面板40可以提供增大或减小压缩机32的速度的控制信号、和/或提供增大或减小通过膨胀装置36和66的流量的控制信号，以修改蒸发器38中的液体制冷剂液位84。如箭头138所指示的，控制面板40可以重复方框132、134和136的步骤，以基于蒸气压缩系统14的变化参数和负载62的变化冷却需求，连续监测和修改蒸发器38中的液体制冷剂液位84。
本披露内容的技术效果包括使得能够制造具有控制电路的蒸气压缩系统，所述控制电路被配置成动态地调节冷凝器或蒸发器中的液体制冷剂液位设定点，以能够提高冷却器效率而不会降低可靠性。例如，由于液体从蒸发器携带到压缩机或气体夹带在从冷凝器输送至蒸发器的液体制冷剂中，因此可以调节液体制冷剂液位设定点，以增加冷却器的效率(例如，降低压缩机功率消耗)，而不会降低可靠性。根据本披露内容，冷凝器或蒸发器的液体制冷剂液位设定点可以由控制电路基于数学模型来确定，可以是基于各种状态测试的先验，或者可以基于数学建模和测试的组合。
尽管仅展示和描述了某些特征和实施例，但本领域的技术人员可以想到许多修改和变化(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、取向等的变化)而实质上无需脱离权利要求中所述的主题的新颖性教示和优点。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。因此，应当理解，所附权利要求意图涵盖落入本发明的真实精神内的所有此类修改和变化。此外，为了提供对示例性实施例的简要描述，可能没有描述实际实施方式的所有特征(即，与当前预期的用于执行本发明的最佳模式无关的那些特征，或者与实现所保护发明无关的那些特征)。应该理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，可能作出大量实施方式特定的决定。这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露内容中受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作，而无需过多实验。

Claims (20)

1.一种暖通空调(HVAC)系统，包括：
冷凝器、蒸发器和压缩机，所述冷凝器、所述蒸发器和所述压缩机流体地联接在一起以形成所述暖通空调系统的蒸气压缩系统；
膨胀装置，所述膨胀装置布置在所述蒸气压缩系统中的所述冷凝器与所述蒸发器之间；
控制面板，所述控制面板通信地联接至所述膨胀装置，其中，所述控制面板被配置成：
基于所述蒸气压缩系统的参数确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，其中，所述参数包括所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位；
响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位大于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述膨胀装置的开度的第一控制信号；以及
响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位小于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置的开度的第二控制信号。
2.如权利要求1所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
确定所述蒸气压缩系统的蒸发器接近温度，其中所述蒸发器接近温度被定义为离开所述蒸发器的管束的液态水的温度与所述蒸发器中的液体制冷剂的温度之间的差异；以及
响应于所述蒸发器接近温度大于预定最大蒸发器接近温度而降低所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
3.如权利要求1所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
确定所述蒸气压缩系统的过冷量；以及
响应于所述过冷量大于预定的最大过冷阈值，降低所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
4.如权利要求3所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
响应于所述过冷量小于预定的最小过冷阈值，升高所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
5.如权利要求1所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
确定所述蒸气压缩系统的排放过热；以及
响应于所述排放过热小于预定的最小排放过热阈值，升高所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
6.如权利要求5所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
响应于所述排放过热大于预定的最大排放过热阈值，降低所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
7.如权利要求1所述的暖通空调系统，包括液体携带传感器，所述液体携带传感器布置在所述蒸气压缩系统的所述蒸发器与所述压缩机之间，并且通信地联接至所述蒸气压缩系统的所述控制面板，其中，所述控制面板被配置成：
响应于所述液体携带传感器检测所述蒸气压缩系统的所述蒸发器与所述压缩机之间液体携带，升高所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
8.一种运行蒸气压缩系统的方法，所述方法包括：
基于所述蒸气压缩系统的参数确定所述蒸气压缩系统的冷凝器的液体制冷剂液位设定点，其中，所述参数包括所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位；
响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位大于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述蒸气压缩系统的膨胀装置的开度的第一控制信号；以及
响应于确定所述冷凝器中的当前液体制冷剂液位小于确定的所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置的开度的第二控制信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中，确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点包括：
测量所述蒸气压缩系统的蒸发器接近温度，其中所述蒸发器接近温度被定义为离开所述蒸气压缩系统的蒸发器的管束的液态水的温度与所述蒸发器中的液体制冷剂的温度之间的差异；以及
响应于所述蒸发器接近温度大于预定最大蒸发器接近温度而降低所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
10.如权利要求8所述的方法，其中，确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点包括：
测量离开所述冷凝器的液体制冷剂的温度和压力；
基于测量的离开所述冷凝器的液体制冷剂的压力，确定所述液体制冷剂的计算出的饱和温度；以及
基于测量的离开所述冷凝器的液体制冷剂的温度与所述液体制冷剂的计算出的饱和温度之间的差异，确定所述蒸气压缩系统的过冷量。
11.如权利要求10所述的方法，其中，确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点包括：
响应于所确定的过冷量大于预定的最大过冷阈值，降低所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点；以及
响应于确定的过冷量小于预定的最小过冷阈值，升高所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
12.如权利要求8所述的方法，其中，确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点包括：
测量离开所述蒸气压缩系统的压缩机的制冷剂的温度和压力；
基于测量的离开所述压缩机的制冷剂的压力，确定所述制冷剂的计算出的饱和温度；以及
基于测量的离开所述压缩机的制冷剂的温度与所述制冷剂的计算出的饱和温度之间的差异，确定所述蒸气压缩系统的排放过热。
13.如权利要求12所述的方法，其中，确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点包括：
响应于所述排放过热小于预定的最小排放过热阈值，升高所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点；以及
响应于所述排放过热大于预定的最大排放过热阈值，降低所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
14.如权利要求8所述的方法，其中，确定所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点包括：
响应于检测所述蒸气压缩系统的蒸发器与压缩机之间液体携带，升高所述冷凝器的液体制冷剂液位设定点。
15.一种暖通空调(HVAC)系统，包括：
冷凝器、蒸发器和压缩机，所述冷凝器、所述蒸发器和所述压缩机流体地联接在一起以形成所述暖通空调系统的蒸气压缩系统；
膨胀装置，所述膨胀装置布置在所述蒸气压缩系统中的所述冷凝器与所述蒸发器之间；
控制面板，所述控制面板通信地联接至所述膨胀装置，其中，所述控制面板被配置成：
基于所述蒸气压缩系统的参数确定所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，其中，所述参数包括所述蒸发器中的当前液体制冷剂液位；
响应于确定所述蒸发器中的当前液体制冷剂液位小于确定的所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，提供增大所述膨胀装置的开度的第一控制信号；以及
响应于确定所述蒸发器中的当前液体制冷剂液位大于确定的所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，提供减小所述膨胀装置的开度的第二控制信号。
16.如权利要求15所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
确定所述蒸气压缩系统的蒸发器接近温度，其中所述蒸发器接近温度被定义为离开所述蒸发器的管束的液态水的温度与所述蒸发器中的液体制冷剂的温度之间的差异；以及
响应于所述蒸发器接近温度大于预定最大蒸发器接近温度而升高所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点。
17.如权利要求15所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
确定所述蒸气压缩系统的过冷量；以及
响应于所述过冷量大于预定的最大过冷阈值，升高所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点。
18.如权利要求17所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
响应于所述过冷量小于预定的最小过冷阈值，降低所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点。
19.如权利要求15所述的暖通空调系统，其中，为了确定所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点，所述控制面板被配置成：
确定所述蒸气压缩系统的排放过热；
响应于所述排放过热小于预定的最小排放过热阈值，降低所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点；以及
响应于所述排放过热大于预定的最大排放过热阈值，升高所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点。
20.如权利要求15所述的暖通空调系统，包括液体携带传感器，所述液体携带传感器布置在所述蒸气压缩系统的所述蒸发器与所述压缩机之间，并且通信地联接至所述蒸气压缩系统的所述控制面板，其中，所述控制面板被配置成：
响应于所述液体携带传感器检测所述蒸气压缩系统的所述蒸发器与所述压缩机之间液体携带，降低所述蒸发器的液体制冷剂液位设定点。
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