CN111819406B - 制冷剂泄漏检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于检测制冷系统中的制冷剂泄漏的系统，其中系统控制器配置成：执行泄漏测试循环，泄漏测试循环包括执行将制冷剂加料输送至蒸发器的第一阶段(T1‑T2)，将制冷剂加料传输至冷凝器的第二阶段(T2‑T3)，以及将制冷剂加料输送到蒸发器的第三阶段(T3‑T4)，通过确定从第一测试中的第二阶段的开始(T2)到第一测试中的第三阶段的结束(T4)的时间来确定参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)并设置LDCTREF为该时间，通过确定从第二测试中的第二阶段的开始(T2)到第二测试中的第三阶段的第二结束(T4)的时间来确定第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)并设置LDCT2nd为该时间，确定制冷剂泄漏是否存在，以及传达该确定。

Description

制冷剂泄漏检测系统及方法
技术领域
示例性实施例关于制冷系统的维护的领域，并且更特别地关于用于检测制冷系统中的制冷剂泄漏的系统及方法。
背景技术
存在两种检测制冷单元中的制冷剂泄漏的典型方法。第一种方法可为检测在制冷单元周围的空间中的泄漏气体。由于单元周围的空气移动和气体传感器的位置，该方法可能会受到限制。在室外情况下，此方法可能非常不准确。第二种方法可应用操作参数(诸如单元内的压力和温度)的分析。单元的不准确建模和非稳态操作可能会使此方法不准确且无效，直到耗尽总制冷剂加料的20％之多。
发明内容
公开了一种用于检测制冷系统中的制冷剂泄漏的系统，该制冷系统包括制冷剂加料、蒸发器、冷凝器和系统控制器，其中控制器配置成：执行多个泄漏测试循环，包括第一泄漏测试循环和第二泄漏测试循环，多个泄漏测试循环中的每一个包括执行将制冷剂加料传输至蒸发器的第一阶段，执行将制冷剂加料传输至冷凝器的第二阶段，以及执行将制冷剂加料输送至蒸发器的第三阶段，通过确定从第一泄漏测试循环中的第二阶段的第一开始到第一泄漏测试循环中的第三阶段的第一结束的第一时间来确定参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)并设置LDCTREF为第一时间，通过确定从第二泄漏测试循环中的第二阶段的第二开始到第二泄漏测试循环中的第三阶段的第二结束的第二时间来确定第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)并设置LDCT2nd为第二时间，如果LDCT2nd的持续时间短于LDCTREF，则确定制冷系统中是否存在制冷剂泄漏，以及利用为视觉、听觉和振动中的一种或多种的警报传达制冷剂泄漏的存在。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，第一阶段以控制器使制冷系统离线开始。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，第三阶段以控制使制冷系统在线结束。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，控制器周期性地执行多个泄漏检测测试循环中的一个。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，控制器在非周期性触发事件之后执行多个泄漏检测测试循环中的一个。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，触发事件包括控制器使制冷系统离线用于维护。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，制冷系统包括变速压缩机和电子膨胀阀(EXV)，并且其中第一阶段如由控制器所监测的在时间T1处开始并在时间T2处结束，并且贯穿第一阶段，控制器将压缩机设置为最小输出并将EXV设置为最大打开，并且控制器监测冷凝器和蒸发器中至少一个的压力以确定蒸发器何时利用系统制冷剂加料以及压缩机何时没有系统制冷剂。
除了以上公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，第二阶段如由控制器所监测的在时间T2处开始并在时间T3处结束，并且贯穿第二阶段，控制器将压缩机设置为无输出并将EXV设置为关闭，并且控制器监测冷凝器和蒸发器中至少一个的压力以确定冷凝器何时利用系统制冷剂加料以及蒸发器何时没有系统制冷剂。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，第三阶段如由控制器所监测的在时间T3处开始并在时间T4处结束，并且贯穿第三阶段，控制器将压缩机设置为无输出并将EXV设置为最大打开，并且控制器监测冷凝器和蒸发器中至少一个的压力以确定蒸发器何时利用系统制冷剂加料以及压缩机何时没有系统制冷剂。
除了上述公开的特征中的一个或多个之外，或作为备选，控制器监测蒸发器吸入压力以确定蒸发器何时没有系统制冷剂。
还公开了一种用于检测制冷系统中的制冷剂泄漏的方法，该方法包括上述公开的特征中的一个或多个。
附图说明
以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相似的元件编号相似：
图1示出了所公开的实施例的特征；
图2示出了所公开的实施例的特征；
图3示出了所公开的实施例的特征；
图4示出了所公开的实施例的特征；
图5示出了所公开的实施例的特征；
图6示出了所公开的实施例的特征；
图7示出了所公开的实施例的特征；
图8示出了所公开的实施例的特征；
图9示出了所公开的实施例的特征；以及
图10示出了所公开的实施例的特征。
具体实施方式
本文通过示例而非限制的方式参考附图给出了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
根据实施例，提供了一种检测制冷剂泄漏的途径，该途径基于用于操作制冷回路的自动瞬态过程。在公开的操作模式中，可估计存在于制冷回路内的制冷剂的第一量，其中与典型的商业实践方法相比，该估计相对准确。通过将第一量基准化为制冷剂的正常量，在相同回路中的制冷剂的稍后量的估计可提供对回路中制冷剂的缺失部分的检测。
转到图1，示出了在正常操作模式下的制冷剂回路100，其中该操作模式由控制器102控制。制冷剂回路包括冷凝器104和设置在冷凝器下方的蒸发器108。在操作期间，冷凝器可具有系统中的制冷剂的第一部分，该制冷剂的第一部分包括第一气体部分112和第一液体部分116。同时，蒸发器可具有系统制冷剂的第二部分，该第二部分包括第二气体部分120和第二液体部分124。
带有压缩机132的第一流体路径128将冷凝器与蒸发器流体地连接。在第一路径中，制冷剂可通过压缩机的作用从蒸发器流到冷凝器。为了该公开的目的，压缩机(其为可变容量压缩机)可在最小输出状态136和最大输出状态140之间的范围内操作，并且压缩机也可处于停止或空闲状态142。在一些情况下，若干并联操作的压缩机可能会在相同的制冷剂回路中操作。
带有电子膨胀阀(EXV)152的第二路径148也将冷凝器与蒸发器连接。在第二路径中，制冷剂可通过冷凝器与蒸发器之间的压差的作用而从冷凝器流向蒸发器，并且制冷剂的流动通过EXV的作用而控制。EXV可在最大打开状态160和关闭状态156(分别示为100％关闭和0％打开)之间的范围内操作。EXV可在第一EXV状态164中操作，该状态可为关闭状态160和最大打开状态156之间的许多正常状态之一。
公开的实施例可创建用于估计制冷剂加料的人为瞬态操作模式。这种操作模式可分为多个阶段。如图9中所示，其中T0-T4表示时间，曲线200可表示EXV的操作，曲线204可表示压缩机的操作，曲线208可表示蒸发器中的压力，并且曲线212可表示压缩机中的压力。T0-T1可表示在运行泄漏测试之前系统的操作，并且T1-T4可表示在泄漏测试期间系统的操作。更特别地，T1-T2可表示在泄漏测试的第一阶段期间系统的操作，T2-T3可表示在泄漏测试的第二阶段期间系统的操作，并且T3-T4可表示在泄漏测试的第三阶段期间系统的操作。
参考图1和图9，在正常操作期间，在时间T0和T1之间，压缩机可在第一压缩机状态144下运行，EXV可在第一EXV状态164下操作，蒸发器中的压力PE可大致保持为PE1，且冷凝器中的压力PC可大致保持为PC1。在正常使用期间，制冷剂的流率在所有构件中可基本恒定。
参考图2、图7和图9，在第一阶段期间，最大量的系统制冷剂可输送到蒸发器。特别地，在步骤S100和时间T1处，控制器可开始第一阶段。在步骤S104和时间T1，控制器可使系统离线以便不干扰主动冷却循环。在步骤S108和时间T1处，EXV可打开到最大打开状态156，并且压缩机容量(体积流)可带到最小输出136。在步骤S112处并且在时间T1和时间T2之间(即，贯穿第一阶段)，控制器可监测制冷剂状况。在这段时间期间，控制器还可执行确定是否在蒸发器中设置了最大量的可用制冷剂的步骤S116。在时间T2(其可限定第一阶段的结束)处，冷凝器中的压力可达到PC2，并且蒸发器中的压力可达到PE2，并且在步骤S116处确定可为"是"。此阶段的持续时间可通过检测稳态操作(即，达到蒸发器和冷凝器中的恒定压力值)来确定，或者可基于按照理论确定或先前的实际观察结果的预定持续时间确定(例如两分钟)。在一个实施例中，当系统完全加料且未完全更换时，第一阶段可能需要大约两分钟来完成。
参考图3、图4、图7和图9，在步骤S118和时间T2处，控制器可开始第二阶段，该第二阶段可将制冷剂从蒸发器输送到冷凝器。在步骤S120和T2处，控制器可将EXV置于关闭状态160，并将压缩机置于最小输送状态136，如图3和图9中所示的那样。在步骤S124处并且在时间T2和T2之间(即，贯穿第二阶段)，控制器可监测制冷剂状况。在这段时间期间，控制器可执行确定是否在冷凝器中设置最大可用制冷剂的步骤S128。在时间T3(其可限定第二阶段的结束)处，冷凝器中的压力可达到PC2，并且蒸发器中的压力可达到PE2，并且在步骤S128处确定可为"是"。在一个实施例中，当系统完全加料时，第二阶段可能需要大约三分钟来完成。
在一个实施例中，可监测蒸发器吸入压力以确定蒸发器何时为空。此外，由于压缩机提供恒定的制冷剂体积流，将制冷剂从蒸发器输送到冷凝器所需的时间(当EXV关闭时)可能是存储在蒸发器中的制冷剂量的函数。为了更好地评估在该阶段期间输送的制冷剂量，可通过控制器执行制冷剂密度的实时计算，并且可将其考虑在内以计算输送的制冷剂的质量。
参考图5-图7和图9，在步骤S132和时间T3处，控制器可开始将制冷剂往回输送到蒸发器的第三阶段。在步骤S136和时间T2处，控制器可将压缩机置于停止状态142，并将EXV置于最大打开状态156。在步骤S140处以及在时间T3与T4之间(即，贯穿第三阶段)，控制器可监测制冷剂状况。在这段时间期间，控制器可执行确定是否在蒸发器中设置最大可用制冷剂的步骤S144。在时间T4(其可限定第三阶段的结束)处，冷凝器中的压力可达到PC4，并且蒸发器中的压力可达到PE4，并且在步骤S144处确定可为"是"。在一个实施例中，当系统完全加料时，第三阶段可能需要大约2分钟来完成。
如所指示的那样，在第三阶段开始时，几乎所有可用的制冷剂可存储在冷凝器中，该冷凝器在相对高的压力下可能大部分是液体，而蒸发器可处于相对低的压力下。在此阶段期间，EXV可被认为是固定的几何孔口。由于压力差，冷凝器中存储的所有制冷剂可流到蒸发器。输送时间可为几何形状(即，孔口尺寸)以及输送的制冷剂量的函数。如所示的那样，PE4和PC4在时间T4处可基本相等。
在步骤S148处，控制器可确定T2和T4(即，第二阶段的开始和第三阶段的结束)之间的持续时间。这段时间可表示以下持续时间：(i)在压缩机以最小输出操作且EXV关闭的情况下将制冷剂从蒸发器输送到冷凝器所需的时间，以及(ii)在压缩机停止且EVX处于最大打开状态的情况下将制冷剂从冷凝器往回输送到蒸发器所需的时间。此时间段是泄漏检测循环时间(LDCT)。在步骤S152处，控制器可使制冷剂系统恢复在线。LDCT可基于与每个阶段相对应的输送时间，或者可基于更复杂的函数，该函数将考虑给定输送阶段期间制冷剂密度的变化(由控制器实时计算)。
参考图8和图9，在步骤S180处，通过控制器将第一LDCT测量值设置为参考输送时间(LDCT-REF)。该输送时间基本上对应于蒸发器和冷凝器之间的总制冷剂加料的输送。
在步骤S184处，控制器可在第一测试之后执行泄漏检测测试。在步骤S186处，控制器可确定是否执行定期测试，诸如一天或一周的时间。在步骤S188处，控制器可基于触发事件来确定是否执行非周期性泄漏检测测试。在系统的正常使用期限期间，触发事件可能是由于非关键原因(诸如出于维护目的)使系统离线。执行步骤S186和S188的顺序不是限制性的。只要控制器对于步骤S186和S188确定为"否"，系统就会循环以确定是否执行泄漏检测测试。
在步骤S186或S188处确定为"是"时，控制器可执行泄漏检测测试的步骤S192，该步骤重复第一阶段至第三阶段。参考图8和图9，如果制冷剂泄漏，则在第二阶段期间，冷凝器将在短于T3的时间T3A处达到压力PC3且蒸发器将达到压力PE3。类似地，在泄漏的情况下，在第三阶段期间，冷凝器将在短于T4的时间T4A处达到压力PC4且蒸发器将达到压力PE4。
在步骤S196处，在时间T4处，控制器可将在紧接的前一个循环中确定的LDCT设置为LDCTCUR，并将其与参考时间LDCTREF进行比较。控制器还可对每个记录的LDCT顺序地编号，使得例如第二记录的LDCT可由控制器记录为LDCT2nd。如果LDCTCUR小于LDCTREF，则检测到泄漏。在步骤S200处，如果控制器确定"否"，例如，尚未检测到泄漏，则控制器可往回循环到步骤S184。否则，如果步骤S200的结果为"是"，则在步骤S204处，系统可发出警报，该警报可为视觉、听觉和/或振动的，指示发生了泄漏。在一个实施例中，系统往回循环到步骤S184以继续测试泄漏，当与较早的检测相比时，其结果可指示泄漏率。
检测制冷剂系统中的泄漏的正常方法可能要等到大量制冷剂损失后才能检测泄漏。然而，如图10中所示，所公开的实施例可以例如大约5％的制冷剂损失来检测泄漏。例如，表示LDCTCUR与LDCTREF之比的散布图220可检测到在各天中损失了几个百分比的制冷剂，这如图所示是5个百分点。应当认识到，快速识别损失可使得能够快速修理系统并且可避免中断和系统损坏。
用语"约"旨在包括与基于提交该申请时可用设备的特定量的测量相关联的误差程度。本文使用的用语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所使用，单数形式"一个"、"一种"和"该"旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语"包括"和/或"包含"在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。
虽然已经参考示例性实施例或多个实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，可做出许多改型来使特定情形或材料适于本公开的教导，而不脱离其基本范围。特别地，在检测过程期间可使用其中仅仅一个检测阶段(例如，对应于从蒸发器到冷凝器的输送的仅仅阶段2，或对应于从冷凝器到蒸发器的输送的仅仅阶段3)。因此，旨在使本公开不限于公开为用于执行本公开而构想的最佳模式的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (22)

1.一种用于检测制冷系统中的制冷剂泄漏的系统，所述制冷系统包括制冷剂加料、蒸发器(108)、冷凝器(104)和系统控制器(102)，其中所述控制器配置成：
-执行多个泄漏测试循环，包括第一泄漏测试循环和第二泄漏测试循环，所述多个泄漏测试循环中的每个包括：
·执行将所述制冷剂加料输送到所述蒸发器(108)的第一阶段，
·执行将所述制冷剂加料输送到所述冷凝器(104)的第二阶段，以及
·执行将所述制冷剂加料输送到所述蒸发器(108)的第三阶段，
-通过确定从所述第一泄漏测试循环中的第二阶段的第一开始到所述第一泄漏测试循环中的第三阶段的第一结束的第一时间来确定参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)，并设置所述参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)为所述第一时间，
-通过确定从所述第二泄漏测试循环中的第二阶段的第二开始到所述第二泄漏测试循环中的第三阶段的第二结束的第二时间来确定第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)，并设置所述第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)为所述第二时间，
-如果所述第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)的持续时间短于所述参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)，则确定所述制冷系统中存在制冷剂泄漏，并且
-利用为视觉、听觉和振动中的一种或多种的警报来传达所述制冷剂泄漏的存在。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一阶段以所述控制器(102)使所述制冷系统离线开始。
3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的系统，其特征在于，所述第三阶段以所述控制器(102)使所述制冷系统在线结束。
4.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器(102)周期性地执行所述多个泄漏测试循环中的一个。
5.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器(102)在非周期性触发事件之后执行所述多个泄漏测试循环中的一个。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述触发事件包括所述控制器(102)使所述制冷系统离线用于维护。
7.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的系统，其特征在于，
-所述制冷系统包括变速压缩机(132)和电子膨胀阀(152)，并且其中
-所述第一阶段如由所述控制器(102)所监测的在时间T1处开始并在时间T2处结束，并且
-贯穿所述第一阶段，所述控制器(102)将所述压缩机(132)设置为最小输出并将所述电子膨胀阀(152)设置为最大打开，并且所述控制器(102)监测所述冷凝器(104)和蒸发器(108)中至少一个的压力以确定所述蒸发器何时利用所述系统制冷剂加料以及所述压缩机(132)何时没有系统制冷剂。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
-所述第二阶段如由所述控制器(102)所监测的在时间T2处开始并在时间T3处结束，并且
-贯穿所述第二阶段，所述控制器(102)将所述压缩机(132)设置为无输出并将所述电子膨胀阀(152)设置为关闭，并且所述控制器(102)监测所述冷凝器(104)和蒸发器(108)中至少一个的压力以确定所述冷凝器何时利用所述系统制冷剂加料以及所述蒸发器何时没有系统制冷剂。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
-所述第三阶段如由所述控制器(102)所监测的在所述时间T3处开始并在时间T4处结束，并且
-贯穿所述第三阶段，所述控制器(102)将所述压缩机(132)设置为无输出并将所述电子膨胀阀(152)设置为最大打开，并且所述控制器(102)监测所述冷凝器(104)和蒸发器(108)中至少一个的压力以确定所述蒸发器何时利用所述系统制冷剂加料以及所述压缩机(132)何时没有系统制冷剂。
10.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器(102)监测蒸发器(108)吸入压力以确定所述蒸发器何时没有系统制冷剂。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器(102)监测蒸发器(108)吸入压力以确定所述蒸发器何时没有系统制冷剂。
12.一种用于检测制冷系统中的制冷剂泄漏的方法，所述制冷系统包括制冷剂加料、蒸发器(108)、冷凝器(104)和系统控制器(102)，其中所述控制器：
-执行多个泄漏测试循环，包括第一泄漏测试循环和第二泄漏测试循环，所述多个泄漏测试循环中的每个包括：
·执行将所述制冷剂加料输送到所述蒸发器(108)的第一阶段，
·执行将所述制冷剂加料输送到所述冷凝器(104)的第二阶段，以及
·执行将所述制冷剂加料输送到所述蒸发器(108)的第三阶段，
-通过确定从所述第一泄漏测试循环中的第二阶段的第一开始到所述第一泄漏测试循环中的第三阶段的第一结束的第一时间来确定参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)，并设置所述参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)为所述第一时间，
-通过确定从所述第二泄漏测试循环中的第二阶段的第二开始到所述第二泄漏测试循环中的第三阶段的第二结束的第二时间来确定第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)，并设置所述第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)为所述第二时间，
-如果所述第二泄漏检测循环时间(LDCT2nd)的持续时间短于所述参考泄漏检测循环时间(LDCTREF)，则确定所述制冷系统中存在制冷剂泄漏，并且
-利用为视觉、听觉和振动中的一种或多种的警报来传达所述制冷剂泄漏的存在。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一阶段以所述控制器(102)使所述制冷系统离线开始。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第三阶段以所述控制器(102)使所述制冷系统在线结束。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制器(102)周期性地执行所述多个泄漏测试循环中的一个。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制器(102)在非周期性触发事件之后执行所述多个泄漏测试循环中的一个。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述触发事件包括所述控制器(102)使所述制冷系统离线用于维护。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，
-所述制冷系统包括变速压缩机(132)和电子膨胀阀(152)，并且其中
-所述第一阶段如由所述控制器(102)所监测的在时间T1处开始并在时间T2处结束，并且
-贯穿所述第一阶段，所述控制器(102)将所述压缩机(132)设置为最小输出并将所述电子膨胀阀(152)设置为最大打开，并且所述控制器(102)监测所述冷凝器和蒸发器中至少一个的压力以确定所述蒸发器何时利用所述系统制冷剂加料以及所述压缩机(132)何时没有系统制冷剂。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
-所述第二阶段如由所述控制器(102)所监测的在所述时间T2处开始并在时间T3处结束，并且
-贯穿所述第二阶段，所述控制器(102)将所述压缩机(132)设置为无输出并将所述电子膨胀阀(152)设置为关闭，并且所述控制器(102)监测所述冷凝器和蒸发器中至少一个的压力以确定所述冷凝器何时利用所述系统制冷剂加料以及所述蒸发器何时没有系统制冷剂。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，
-所述第三阶段如由所述控制器(102)所监测的在所述时间T3处开始并在时间T4处结束，并且
-贯穿所述第三阶段，所述控制器(102)将所述压缩机(132)设置为无输出并将所述电子膨胀阀(152)设置为最大打开，并且所述控制器(102)监测所述冷凝器和蒸发器中至少一个的压力以确定所述蒸发器何时利用所述系统制冷剂加料以及所述压缩机(132)何时没有系统制冷剂。
21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制器(102)监测蒸发器吸入压力以确定所述蒸发器何时没有系统制冷剂。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述控制器(102)监测蒸发器吸入压力以确定所述蒸发器何时没有系统制冷剂。
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