CN1289032A - 制冷剂循环系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷剂循环系统控制方法,该系统包括一个制冷剂回路和一个制冷或制冷/加热机,其中制冷剂回路的一部分经过制冷或制冷/加热机并包含位于相反端的制冷剂入口和制冷剂出口,制冷或制冷/加热机的输出是根据制冷剂回路的制冷剂入口或制冷剂出口处的制冷剂温度而控制的,该控制方法包括:根据制冷剂入口处的制冷剂温度控制制冷剂流入制冷剂回路的流率。

Description

制冷剂循环系统控制方法

本发明涉及诸如空调设备等所用的制冷剂循环系统，特别是装有制冷机或制冷/加热机以调节制冷剂温度的制冷剂循环系统。

迄今为止，一种所谓的恒流系统被广泛采用。在这样的系统中，系统输出是根据施加在系统上的负载变化而以这样的方式控制的，即制冷机或制冷/加热机的输出被调节而制冷剂流保持恒定。

因此，在这种系统中，虽然制冷/加热机的热量消耗能够减小，但驱动一个制冷剂循环泵所需的能耗却保持不变。考虑到需要降低泵的能耗，曾经提出了各种流率控制方法用以控制制冷剂循环泵的输出。以下是这些提出方法的一些实例。

1)一种方法是根据制冷剂集管间的实测压差而进行流率控制：

下面将通过图4而描述这种方法，图中显示了一个传统的制冷剂循环系统。

该制冷剂循环系统包括一个制冷剂回路和一个吸收式制冷机。吸收式制冷机包含一个蒸发器1、一个蓄热器2、一个用于向蓄热器2供应热量的供热管3、一个供热控制阀4和一个供热控制器5。制冷剂回路包含一个以其一部分经过蒸发器1以快速冷却制冷剂的制冷剂循环管6、一个制冷剂出口温度探测器7、一个供应集管8、一个返回集管9、一个用于带动制冷剂循环的流率控制泵10、一个泵流率控制器11、一个压差探测器12、一个空气调节器(空气热交换器)13和一个制冷剂流率控制阀(二通阀)14。

在这种传统系统中，制冷剂出口温度探测器7将探测在蒸发器1中被快速冷却后排出的制冷剂的温度(以下称作“制冷剂出口温度”)，并将一个表示实测温度的信号传送到供热控制器5。根据该传送信号，可以导致供热控制阀4打开或关闭，以控制供应到蓄热器2的热量，从而实现对制冷机的输出控制。

在上述操作中，当制冷负载降低后，制冷剂流率也在空气调节器的制冷剂流率控制阀(二通阀)14的作用下而降低，以节约制冷剂泵的能耗。然而，对于这一点，在操作中有一种趋势是供应集管8与返回集管9之间的压差增大而超过所需值。出于这种原因，压差通过压差探测器12探测，而实测压差信号被传送到泵流率控制器11以控制流率控制泵10，从而在所用时间均保持最佳的恒定压差。

然而，应当指出，在上述方法中存在下面的缺点：

①压差探测器是昂贵的。

②由于压差要经历快速或频繁的变化，因此难以实施有效的控制。

③在制冷剂流率受控时，制冷剂出口温度的变化大于未实施这种控制时的情况。因此，制冷机的输出控制受到很大影响。这样，制冷操作很可能趋向于不稳定。

④作为③的后果，制冷剂出口温度易于过低。因此，有制冷剂冻结的危险。

⑤当冷却负载显著降低时，制冷剂流率也通过流率控制阀14的作用而显著下降。因此，有可能因制冷剂供应的减少或停止而导致制冷机功能中断。

2)一种方法是根据制冷剂出口与入口间的实测温差而进行控制：

这种方法将通过图5所示的制冷剂循环系统而描述。

在图5中，参考代号1至11、13和14表示与图4中相同的组成元件。参考代号15表示一个制冷剂出口-入口温差探测器。与图4所示系统中通过控制流率控制泵10而在供应集管8与返回集管9之间保持最佳压差不同，在图5所示系统中，是利用制冷剂出口-入口温差探测器15探测制冷剂出口与入口温度之间的差值，探测器15会将一个表示实测温差的信号传送到泵流率控制器11，后者则控制变容式泵10，从而改变制冷剂流率以保持温差恒定。

然而，由于在本方法中制冷剂出口温度同时用于制冷输出控制和制冷剂流率控制，因此有以下缺点：

①制冷输出控制和制冷剂流率控制是相互依赖的，从而导致系统易于不稳定。

②由于根据一个单一的因素，即制冷剂出口温度而同时进行两种不同类型的控制，因此系统的总体控制很可能不精确。

③作为②的后果，制冷剂出口温度可能降低到这种程度，即导致制冷剂冻结。

3)一种方法是根据制冷机输出控制器的状态而改变制冷剂流率：

在这种方法中，作为示例，制冷剂流率是与吸收式制冷机中的供热控制阀的打开程度成正比而控制的。供应控制阀基于实测制冷剂出口温度而逐渐控制。当制冷剂出口温度下降时，供热控制阀的打开程度降低，与此同时，制冷剂流率下降。然而，由于制冷机输出不能快速变化，因此存在一种危险，即制冷剂温度持续下降到使制冷剂冻结的程度。

虽然在上述方法中描述的是根据制冷机的制冷剂出口温度而进行控制的情况，但还存在一种方法，即根据实测制冷剂入口温度而控制供热控制阀。然而，这种方法也不可靠而且具有一种危险，即因制冷剂入口温度波动而导致制冷剂冻结。

考虑到上述传统控制方法中的缺点，本发明的一个目的是提供一种制冷或制冷/加热机控制方法，以平稳地实现制冷剂循环泵的控制。

根据本发明，提供了一种制冷剂循环系统控制方法，该系统包括一个制冷剂回路和一个制冷或制冷/加热机，其中制冷剂回路的一部分经过制冷或制冷/加热机并包含位于相反端的制冷剂入口和制冷剂出口，制冷或制冷/加热机的输出是根据制冷剂回路的制冷剂入口或制冷剂出口处的制冷剂温度而控制的，该控制方法包括：根据制冷剂入口处的制冷剂温度控制制冷剂流入制冷剂回路的流率。

制冷或制冷/加热机的输出可以根据冷剂出口处的制冷剂温度而控制。

此外，制冷或制冷/加热机的输出可以被控制，以使冷剂出口处的制冷剂温度保持基本恒定，而且在中等-高冷却负载操作中，制冷剂流率被控制以使冷剂入口处的制冷剂温度保持基本恒定，而在低冷却负载操作中，制冷剂流率被控制而保持在一个预定值。

根据一个实施例，制冷剂回路经过一个热交换器。在该实施例中，该方法包括：探测在热交换器上游和下游位置处的制冷剂压差，以及当探测到一个预定的压差值时，根据制冷剂入口处的制冷剂温度而取消对制冷剂流率的控制。

通过下面结合附图而对本发明的优选实施例所作描述，可以使本发明的上述以及其它目的、特性和优点更加清楚。

图1是根据本发明一个实施例的制冷剂循环系统的简图，该系统包括一个制冷剂回路和一个吸收式制冷机。

图2(a)是传统制冷剂循环系统中的冷却负载与制冷剂流率关系简图。

图2(b)是传统制冷剂循环系统中的冷却负载与电能关系简图。

图2(c)是根据本发明一个实施例的制冷剂循环系统中的冷却负载与制冷剂流率关系简图。

图2(d)是实施例的制冷剂循环系统中的冷却负载与电能关系简图。

图3是根据本发明另一个实施例的制冷剂循环系统的简图，该系统包括一个制冷剂回路和一个加热/制冷机。

图4是由一个制冷剂回路和一个吸收式制冷机构成的传统制冷剂循环系统的简图。

图5是另一个传统制冷剂循环系统的简图。

下面将通过参考附图而对本发明的各实施例进行描述。

图1所示的制冷剂循环系统的结构与图4和5所示的大致相同并包括一个制冷剂回路和一个吸收式制冷机。吸收式制冷机包含一个蒸发器1、一个蓄热器2、一个用于向蓄热器2供应热量的供热管3、一个供热控制阀4和一个供热控制器5。制冷剂回路包含一个以其一部分经过蒸发器1以快速冷却制冷剂的制冷剂循环管6、一个制冷剂出口温度探测器7、一个供应集管8、一个返回集管9、一个用于带动制冷剂循环的流率控制泵10、一个泵流率控制器11、一个空气调节器(空气热交换器)13和一个制冷剂流率控制阀(二通阀)14。

制冷剂系统还包含一个制冷剂入口温度探测器7’、一个泵控制器16、一个制冷剂集管旁通阀17、一个旁通阀控制器18、一个制冷剂流率探测器19和一个制冷剂集管压差探测器20。

如下文所述，上述系统将根据冷却负载，即中等-高冷却负载和低冷却负载的状态而以不同的方式控制。在这一点，假定当制冷机以100％的输出功率进行操作而制冷剂入口温度为12.0℃，制冷剂出口温度下降到7.0℃，即进入与出口温度差值为5.0℃，此时冷却负载为100％。

1)中等-高冷却负载(60至100％)：

在中等-高冷却负载下，温度探测器7’将探测制冷剂入口温度并将一个表示实测温度的信号传送到泵流率控制器16，以控制泵10，从而将制冷剂入口温度恒定保持在12.0℃。作为示例，当冷却负载为80％时，如果流率保持与100％冷却负载下的相同，则制冷剂入口温度将变为11.0℃。然而，随着温度探测器7’探测到这个温度，泵流率控制器16将控制泵10以减小制冷剂的流率，从而将制冷剂入口温度保持在12.0℃。这样，制冷剂循环泵的能耗可以与冷却负载的变化成正比而作出相应的减少。

也就是说，当冷却负载在60至100％的范围内变化时，通过流率控制可以将制冷剂入口温度保持在12.0℃，而制冷剂出口温度保持在7.0℃。

2)低冷却负载(低于60％)：

制冷剂循环泵的能耗与制冷剂流率的立方成正比。当制冷剂流率为60％时，泵的能耗将下降到这样的级别：

0.6³×100％=21.6％

当制冷剂流率低于60％时，节能效果相对于制冷剂流率的下降而言是一个次要因素；如果制冷剂流率过低，就会有制冷剂冻结的危险。出于这种原因，当冷却负载较低，即低于60％时，与追求节能相反，更重要的是稳定性，而制冷剂流率应保持在60％的低级别。

在这种情况下，制冷剂流率被制冷剂流率探测器19探测到，而实测流率信号被传送到制冷剂集管旁通阀控制器18，以控制制冷剂集管旁通阀17，从而将制冷剂流率恒定保持在低级别。

3)在中等-高冷却负载操作与低冷却负载操作之间转换的方法：

在中等-高冷却负载操作中，制冷剂流率控制阀14的打开程度被控制着位于阀的高打开程度侧，而制冷剂流率根据冷却负载而控制。如果冷却负载降低，则制冷剂流率控制阀14的打开程度减小。流率控制泵10的最小转速设置为65％的流率。然而，随着制冷剂流率控制阀14打开程度的减小，制冷剂流率很可能下降到60％以下，而这是不希望出现的。因此，在这种情况下，制冷剂流率被制冷剂流率探测器19探测到，而实测流率信号被传送到与泵流率控制器16和制冷剂集管旁通阀17相连的控制器18，以将流率控制泵10保持在最小转速，而流过制冷剂流率探测器19的流率变为60％。当负载再次增大时，制冷剂集管旁通阀17被操纵着完全关闭。当流过制冷剂流率探测器19的流率超过60％时，将恢复前面过程中的控制方法。

4)确保流入空气调节器中的制冷剂的流率：

在图1所示系统中，当连接在供应集管8与返回集管9之间的空气调节器的数量为几十个或更多时，有限个空气调节器将承受强大的负载，而其它空气调节器将承受低负载，因此制冷剂的流率减小而使供应集管8与返回集管9之间的压差过低，从而导致无法确保制冷剂以足够的流率流过承受强大负载的空气调节器。为了避免这个问题，压差被制冷剂集管压差探测器20探测到，而当压差下降到一个设定值以下后，流率控制泵10的转速被固定在一个必须的级别上，以确保制冷剂以足够的流率流过承受强大负载的空气调节器。

图2(a)至2(d)分别是根据传统控制方法的流率控制操作中的制冷剂流率和电能消耗与冷却负载之间的关系(图2(a)和2(b))以及根据本发明的流率控制操作中的制冷剂流率和电能消耗与冷却负载之间的关系(图2(c)和2(d))。

在图2(a)至2(d)中，横轴表示冷却负载(％)，纵轴则在图2(a)和2(c)中表示流率(％)而在图2(b)和2(d)中表示电能(％)。

根据本发明的控制方法，如图2(c)所示，控制是这样进行的，即在低负载区域(低于60％)，流率恒定保在在大约60％的级别上，而在中等-高负载区域(60至100％)，制冷剂循环流率控制泵10将经受前面所述的流率控制。因此，同图2(a)所示的传统控制方法相比，本发明的控制方法能够显著节能，这一点可以通过图2(b)所示的电能消耗与图2(d)所示的电能消耗相比较而清楚地看出。图2(d)中的斜对角阴影区域面积等于节能总量。

图3是根据本发明另一个实施例的制冷剂循环系统的简图，该系统中的几乎所用元件均与图1所示系统中的相同，只是附加装有一个高温蓄热器24以及相关元件以构成了一个加热/制冷机。高温蓄热器24包含一个加热器24’，用以加热容纳在蓄热器24中的冷冻液R以产生加热了的冷冻液蒸气，再将蒸气供应到蒸发器1并引向制冷剂循环管6穿过蒸发器1的部分，从而加热管中的制冷剂。如图所示，一个阀V装于管路中，以引导加热了的蒸气从高温蓄热器24流向蒸发器1。当制冷剂循环管6中的制冷剂应当被制冷时，阀被关闭，以将加热了的蒸气引入蓄热器2中，从而加热吸收式制冷机中的吸收性液体。由于装有高温蓄热器24的吸收式制冷机或制冷/加热机对于本技术领域的专业人员来说是众所周知的，因此不再对它们的结构和功能进行详细描述。

虽然在前面的说明中赋予了温度、负载、制冷剂流率等特定的数值，但应当指出，这些数值取决于各种调件。

应当指出，本发明并不局限于前面的实施例，而是可以作出各种方式的修改。

Claims (9)

1．一种制冷剂循环系统控制方法，该系统包括一个制冷剂回路和一个制冷或制冷/加热机，其中制冷剂回路的一部分经过制冷或制冷/加热机并包含位于相反端的制冷剂入口和制冷剂出口，制冷或制冷/加热机的输出是根据制冷剂回路的制冷剂入口或制冷剂出口处的制冷剂温度而控制的，该控制方法包括：

根据制冷剂入口处的制冷剂温度控制制冷剂流入制冷剂回路的流率。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制冷或制冷/加热机的输出是根据冷剂出口处的制冷剂温度而控制的。

3．根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，制冷或制冷/加热机的输出被控制，以使冷剂出口处的制冷剂温度保持基本恒定，而且在中等-高冷却负载操作中，制冷剂流率被控制以使冷剂入口处的制冷剂温度保持基本恒定，而在低冷却负载操作中，制冷剂流率被控制而保持在一个预定值。

4．根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，制冷或制冷/加热机的输出被控制，以使冷剂出口处的制冷剂温度保持基本恒定，而且在中等-高冷却操作中，制冷剂流率被控制以使冷剂入口处的制冷剂温度保持基本恒定，而在低冷却负载操作中，制冷剂流率被控制在一个预定值。

5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制冷剂回路经过一个热交换器，该方法包括：

探测在热交换器上游和下游位置处的制冷剂压差，以及

当探测到一个预定的压差值时，根据制冷剂入口处的制冷剂温度而取消对制冷剂流率的控制。

6．根据权利要求2所述的方法，其特征在于，制冷剂回路经过一个热交换器，该方法包括：

探测在热交换器上游和下游位置处的制冷剂压差，以及

当探测到一个预定的压差值时，根据制冷剂入口处的制冷剂温度而取消对制冷剂流率的控制。

7．根据权利要求3所述的方法，其特征在于，制冷剂回路经过一个热交换器，该方法包括：

探测在热交换器上游和下游位置处的制冷剂压差，以及

当探测到一个预定的压差值时，根据制冷剂入口处的制冷剂温度而取消对制冷剂流率的控制。

8．根据权利要求4所述的方法，其特征在于，制冷剂回路经过一个热交换器，该方法包括：

探测在热交换器上游和下游位置处的制冷剂压差，以及

当探测到一个预定的压差值时，根据制冷剂入口处的制冷剂温度而取消对制冷剂流率的控制。

9．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，制冷剂回路经过一个热交换器，该方法包括：

探测在热交换器上游和下游位置处的制冷剂压差，以及

当探测到一个预定的压差值时，根据制冷剂入口处的制冷剂温度而取消对制冷剂流率的控制。

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