CN1677016A - 制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种制冷系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、分别检测吸入压缩机的制冷剂的温度和压力以及从压缩机排出的制冷剂压力的传感器，包括输入通道和连接在输入通道中的流量控制阀的液体注入系统，和用来根据传感器传送的检测值，估计压缩机排出的气体制冷剂的温度，并根据估计温度向流量调节阀送出控制液体制冷剂注入量指令的控制装置，从而可以将从压缩机排出的气体的温度控制为设定值，而不论工作状态如何。

Description

制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷系统，尤其涉及通过向压缩机中注入液体制冷剂来控制从压缩机中排放的制冷剂的温度的技术。

背景技术

制冷系统包括用来压缩制冷剂的压缩机、用来冷凝压缩制冷剂的冷凝器、用来降低冷凝的制冷剂的压力的减压装置和用来蒸发减压的制冷剂以冷却冰箱或类似装置中的空气的蒸发器。

在这种制冷系统中，需要防止压缩机排出的气体制冷剂的温度(此温度在下文中被称作“排出气体温度”)超过设定温度，以防止制冷剂变质和制冷剂中含有的制冷机油的粘度降低。因此，排出气体温度由排出气体温度传感器检测，如果检测到的温度不低于设定温度，则在液体注入装置的压缩冲程中，液体制冷剂被注入压缩机中的制冷剂中(例如，参见JP-A-09-159288)。

另外，由于被吸入压缩机的制冷剂的压力低，并且制冷剂的密度低，所以从压缩机排出的气体制冷剂的热容量小。因此，在非稳态条件，例如压缩机开始工作的情况下，气体制冷剂的温度被降低，因为从压缩机排出的气体制冷剂与管路等类似装置接触，它们在气体制冷剂到达气体传感器之前吸收了气体制冷剂的热量。结果，在气体传感器检测的温度和实际的排出气体温度之间产生温差，直到管路和类似装置的温度升高至稳态条件下的温度。

然而，与JP-A-09-159288中披露的制冷系统相似，在根据排出气体温度传感器的检测值将液体制冷剂注入压缩机的这种控制情况下，在控制开始时会产生延迟，从而排出气体温度将可能超过设定温度。

发明内容

本发明的目的是控制排出气体温度至设定温度，而不论制冷系统的操作状态如何。

为此目的，本发明提供了一种制冷系统，包括吸取制冷剂以压缩制冷剂的压缩机、用来冷凝压缩机排出的制冷剂的冷凝器、用来降低冷凝的制冷剂的压力的减压装置、用来蒸发减压的制冷剂的蒸发器、用来向压缩机注入液体制冷剂的液体注入装置、分别用于检测吸入压缩机的制冷剂的温度和压力以及从压缩机排出的制冷剂的压力的传感器，以及依靠传感器传送的检测值控制液体制冷剂注入量的控制装置，其中，控制装置根据传感器传送的检测值，估计从压缩机排出的气体制冷剂的温度，并根据估计温度发出控制液体制冷剂注入量的指令。

也就是说，输入压缩机的能量与从压缩机输出的能量相等，因此从压缩机排出的气体制冷剂的温度(排出气体温度)可通过吸入压缩机的制冷剂的温度(输入气体温度)和压力(输入气体压力)以及排出压缩机的气体制冷剂的压力(排出气体压力)获得。

这里，注意到，即使在制冷负荷突然变化的非稳态条件下，对于输入气体温度、输入气体压力和排出气体压力，传感器的检测值基本上等于实际值，因此，排出气体温度可从输入气体温度、输入气体压力和排出气体压力通过计算准确地估计出来。此外，通过根据估计的排出气体温度计算液体制冷剂的注入量，液体制冷剂的适当的量可被计算出来。因此，如果估计的排出气体温度超过设定温度，通过控制液体制冷剂的注入量，即使在非稳态条件下，液体制冷剂仍能以适当的量被注入。

在此情况下，在稳态条件下，制冷负荷被稳定地保持时，传感器检测出的排出气体温度基本上等于实际值，因此，需要执行控制，以使液体制冷剂以基于传感器检测值的量被注入压缩机。更具体而言，提供了用来检测排出压缩机的气体制冷剂温度的温度传感器，如果传感器检测值和估计温度之间的偏差小于设定值，则根据温度传感器的检测值控制注入压缩机的液体制冷剂的注入量，但如果偏差超过设定值，则根据估计温度控制液体制冷剂的注入量。

因此，根据本发明，排出气体温度可被控制到设定值，而不论操作条件如何。

通过以下结合附图对本发明的实施例的说明，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是应用本发明的第一个实施例的制冷系统的系统的示意图；

图2是解释注入液体制冷剂至压缩机的控制的流程图；

图3是说明应用本发明的第二个实施例的制冷系统的系统示意图。

具体实施方式

(第一个实施例)

参见图1和图2，下文将解释应用本发明的制冷系统的第一个实施例。参见图1，它是描述本发明第一个实施例的制冷系统的系统示意图，将对应用于冰箱中的制冷系统的实施例进行说明，但本发明不限于此实施例，它可被用在冷冻装置、空调系统或类似装置中。

参见图1，用在冰箱中的制冷系统，包括向其内吸入制冷剂以压缩制冷剂的涡旋式压缩机(下文简称“压缩机”)10、用来冷凝和液化压缩机10排出的气体制冷剂的冷凝器12、作为减压装置用来减压被冷凝器12液化的制冷剂的膨胀阀14和用来蒸发被膨胀阀14减压的制冷剂的蒸发器16等。此外，制冷剂管路18通过膨胀阀14将冷凝器12连接至蒸发器16。需要注意，除涡旋式压缩机之外的任何类型的压缩机均可被用作压缩机10。

用来检测被吸入压缩机10的制冷剂的温度(下文简称为“输入气体温度”)的输入气体温度传感器24和用来检测被吸入压缩机10的制冷剂的压力(下文简称为“输入气体压力”)的输入气体压力传感器27被设置在压缩机10的注入侧。此外，用来检测从压缩机10排出的气体制冷剂的压力(下文简称为“排出气体压力”)的排出气体压力传感器28被设置在压缩机10的排出侧。

压缩机10通过液体注入回路作为液体注入装置被注入液体制冷剂。液体注入回路包括从制冷剂管路18分出并连接到压缩机10的中压段的注入管路20，和连接到注入管路20中的作为流量调节装置的流量调节阀22。在压缩机的中压段中，制冷剂处于压缩冲程，也就是被压缩，因此液体制冷剂通过注入管路20被注入这个阶段中。需要注意，作为流量调节装置，可以使用多个固定流速调节器(例如可更换的毛细管)和能够逐步调整流速的电磁阀。此外，控制单元26被设置用来向流量调节阀22发出与输入气体温度传感器24、输入气体压力传感器27和排出气体压力传感器28传送的检测值相应的指令。

下文将解释组成上述制冷循环的制冷系统的基本操作。吸入压缩机的制冷剂被压缩，然后被排出。所述排出的液体制冷剂与例如大气中的空气进行热交换，以在冷凝器12中被冷凝。所述冷凝的制冷剂通过制冷剂管路18导入膨胀阀14，以便被减压。被减压的制冷剂通过二级制冷剂(例如，空气)在蒸发器16中被蒸发。被蒸发的制冷剂被返回至压缩机10。通过蒸发器16中的制冷剂冷却的二级制冷剂被导入冰箱。需要注意，用来冷却冰箱内部的制冷循环的操作已被解释，除了制冷剂的流动通过四通选择阀被反方向引导之外，用来加热热负荷的制冷循环的操作基本上与上述操作类似。

参见图2，根据本发明，在制冷系统起动时，向压缩机10注入的例子中，向压缩机10中注入液体制冷剂的控制操作将被解释。图2显示了控制注入液体制冷剂至压缩机10中的流程图。图中显示的控制程序被装在控制单元26中。

如图2所示，获得传感器的检测值(S102)。更具体而言，获得由输入气体温度传感器24检测的输入气体温度T1、由输入气体压力传感器27检测的输入气体压力P1和由排出气体压力传感器28检测的排出气体压力P2。排出气体温度T2从输入气体温度T1、输入气体压力P1和排出气体压力P2通过计算被估计出来(S104)。所述排出气体的估计温度T2与设定的排出气体温度T0进行比较(S106)。需要注意，设定温度T0被预先确定，以防止制冷剂变质和制冷剂中含有的制冷机油的粘度降低，并设定在例如90至110摄氏度的范围中。

在步骤106中，如果排出气体的温度T2不低于设定温度T0，则确定排出气体的温度T2应当被降低，因此作为液体制冷剂的注入量的液体注入量Q(kg/sec)通过排出气体的估计温度T2和设定温度T0之间的差值被计算出来(S108)。对应所述计算出的液体注入量Q(kg/sec)的指令被传送给流量控制阀22(S110)。流量控制阀22根据传送的指令被调整至预定的打开程度，从而使液体制冷剂从制冷剂管路18注入压缩机10的中压段。需要注意：在步骤106中，如果排出气体温度T2低于设定温度T0，则液体注入量Q(kg/sec)可根据排出气体温度T2和设定温度T0之间的偏差被减少(S107)。

为了解释排出气体温度T2的估计原理，考虑压缩机10的能量守恒。也就是说，对压缩机10的输入能量和压缩机10输出的输出能量必须是相等的，因此能量守恒能通过例如下述方程(公式)(1)表示。因此，从公式(1)中看出，除了排出气体的温度T2处，在步骤104中的值均可被测量出来。作为选择，它们可由压缩机10的规格预先确定。因此，排出气体的温度T2可通过公式(1)获得。

<输入气体的焓>×<制冷剂循环量(kg/sec)>+<压缩需要的能量>-<排出气体的焓>×<制冷剂循环量(kg/sec)>＝<通过液体注射注入的液体制冷剂的焓>×<液体注入量Q(kg/sec)>(1)

公式(1)中的参数可通过如下计算获得：

<输入气体的焓>可从入口温度T1、吸入压力P1和制冷剂的物理性质通过计算得到。具体而言，通过将入口温度T1和吸收压力P1代入例如根据物理属性确定的摩尔图(例如，如R410之类的制冷剂)获得。摩尔图展示了制冷循环中焓和压力之间关系。

<制冷剂循环量(kg/sec)>可从输入气体体积(m³/sec)、容积效率(％)和输入气体密度(kg/m³)获得。需要注意：输入气体密度是通过输入气体温度T1、输入气体压力P1和制冷剂的物理属性计算出来的。此外，容积效率是被实际吸入压缩机10的制冷剂的体积变化指数，它是由制冷剂的泄漏或类似情况引起的，并且由压缩机10的规格决定。

<压缩需要的能量>可通过压缩机10的整体绝热压力效率(％)、输入气体温度T1、输入气体压力P1和压缩机的规格计算出来。需要注意：整体绝热压力效率(％)可由压缩机10的规格决定。此外，代替计算，其可利用测量装置测量注入压缩机10的功率来获得。

<排出气体的焓>可从输入气体压力P1、排出气体温度T2获得。在步骤S104中，排出气体温度T2是通过计算估计出的值。

<通过液体注射注入的液体制冷剂的焓>可由注入压缩机10的液体制冷剂的温度和液体制冷剂的物理属性计算出来。需要注意：注入的液体制冷剂的温度可从排出压力P2获得。做为选择，它可通过温度传感器测得。

<液体注入量Q(kg/sec)>在压缩机的启动时刻被初始化为0，但在制冷系统的工作过程中，在步骤S110中计算出的直接液体注入量Q(kg/sec)可被使用。在本实施例中，对于输入气体温度T1、输入气体压力P1和排出气体压力P2，因为即使在压缩机启动时或类似的非稳态情况下，它们在检测值和实际值之间显示了基本相同的值，所以实际的排出气体温度T2可根据输入气体温度T1、输入气体压力P1和排出气体压力P2估计(推测)。因此，通过控制液体注入量Q，即使在非稳态条件下，液体制冷剂仍可被精确地注入。此外，通过根据估计的气体温度T2计算液体注入量Q，适当注入量的液体制冷剂可被注入至压缩机10中。

也就是说，在此实施例中，可以在制冷循环的工作过程中，根据估计的排出气体温度T2执行预定的控制以控制液体注入量Q(kg/sec)。因此，在排出气体到达如温度传感器之类的测量部分的过程中，即使当排出气体的温度通过与其接触的部件(包括管路)的热吸收被降低时，排出气体温度也能被适当地控制，因此可以防止因制冷气体的过热引起的制冷剂和制冷机油变质。因此，压缩机10的滑动部分的润滑可以被保证，从而可以防止压缩机10被卡住。此外，由于温度传感器本身在检测中的延迟的影响不会产生。

这里需要注意：在制冷系统工作过程中，代替根据估计的排出气体温度控制液体注入量Q(kg/sec)，在输入温度T1、输入压力P1和排出压力P2逐渐变化的同时，测量排出气体温度T2，这样获得的测量值可被存储在控制单元26的存储器中作为数据表。此外，在制冷系统的工作过程中，通过对照表上的输入温度T1、输入压力P1和排出压力P2以估计出排出气体温度T2，液体注入量Q(kg/sec)可被控制。

在制冷系统的工作过程中，代替根据估计的排出气体温度T2控制液体注入量Q(kg/sec)，可以使用数据表，其上存有根据逐渐变化的输入气体温度T1、输入气体压力P1和排出气体压力P2获得的排出气体温度T2的测量值，所述数据表被存在控制单元26的存储器中。此外，在制冷系统工作过程中，已经被检测的输入气体温度T1、输入气体压力P1和排出气体压力P2与数据表进行对照，以估计排出气体温度T2，根据此温度，液体注入量Q(kg/sec)可被控制。

除了本实施例之外，可以考虑在压缩机中，就在压缩冲程的下游，结合温度传感器，以降低控制中的延迟。然而，它应结合到压缩机10的耐压密封容器中，相应地，导致复杂的结构或密封能力的降低，致使压缩机10的可靠性变差。考虑此点，根据本实施例，即使不设置温度传感器，压缩机10的排出气体温度仍可估计出来。

此外，在本实施例中，虽然说明了使用R410(重量比R32：50％/R125：50％)的结构，但是各种制冷剂均可以被使用。然而需要注意，R410A的润滑性与例如含氯原子的R22或R12相比不高，与R404A(重量比R125：44％/R143a：52％/R134a：4％)相比具有易升温的倾向。因此，通过在使用R10A的制冷系统中应用本发明，本发明进一步地展示了它的技术效果和优势。

(第二实施例)

以下将参照图3说明应用本发明的第二个实施例，参见图3，它是说明本发明该实施例中的制冷系统的系统示意图。第二个实施例的结构基本上与第一个实施例的相同，但是，在第二实施例中，稳态条件和非稳态条件被测定，然后根据测定的结果，液体注入量的控制模式被转换。

参见图3，与图1显示的第一个实施例相比，排出温度传感器30被设置在制冷系统中压缩机10的排出侧。在第二个实施例中，排出气体温度T3的检测值被送入控制单元26。此外，与第一个实施例相似，排出气体温度T2也由控制单元26估计，以获得排出气体温度T2和T3之间的温差。如果所述获得的温差小于预定值，那么确定制冷系统处于稳态。因此，根据排出温度传感器30测出的排出气体温度T3，液体注入量Q(kg/sec)可被控制。需要注意，稳态条件是指制冷系统稳定地工作，也就是，例如排出气体温度基本上等于与排出气体接触的管路或类似装置的温度。

此时，如果排出气体温度T2和T3之间的温差不小于预定值，那么确定制冷系统处于非稳态。因此，从输入气体温度T1、输入气体压力P1和排出气体压力P2通过计算估计排出气体的实际温度T2，如第一个实施例所述，基于估计的温度T2，液体注入量Q(kg/sec)可被控制。

也就是说，当制冷系统处于稳态时，作为检测值的排出气体温度T3，与排出气体温度T2相比，有更大可能性接近实际排出气体温度，因此优选执行基于排出气体温度T3的控制。同时，当制冷系统处于非稳态时，作为估计值的排出气体温度T2，与排出气体温度T3相比，有更大可能性接近实际排出气体温度，因此第一个实施例中描述的预测控制被优先执行。

根据该实施例，即使存在制冷系统从稳态条件至非稳态条件，或从非稳态条件至稳态条件的状态重复变换，由于液体制冷剂能精确地以适当的量注入压缩机10，所以可以进一步防止排出气体温度超过设定温度T0。

虽然本发明以第一个和第二个实施例的形式进行了说明，但本发明并不限于这些实施例。例如，虽然压缩机启动的时候被作为非稳态的例子，但是本发明也能被用在制冷机的盖被打开或关闭的情况下。也就是，本发明可被应用在由于制冷负荷相对突然地变化而引起被吸入压缩机10的制冷剂的压力和温度变化的情况下。

此外，在多个压缩机10被包括在制冷系统中的情况下，或构造其中包括多个制冷系统的多系统的情况下，由于任一压缩机的重复启动或停止，或工作的制冷系统的数量的增加或减少，而引起通过循环的制冷剂的量突然变化，通过应用本发明，可以进一步防止排出气体温度超过设定温度T0。

本领域的技术人员还可进一步理解，虽然上述描述基于本发明的实施例，但是本发明并不限于此，各种改变和改进可以被做出，而不脱离本发明的精神和附加的权利要求的范围。

Claims (5)

1.一种制冷系统，包括：

压缩机，其用于吸取制冷剂以便压缩制冷剂；

冷凝器，其用来冷凝从压缩机排出的制冷剂；

液体注入装置，其用来向压缩机注入液体制冷剂；

传感器，其分别用于检测吸入压缩机的制冷剂的温度和压力以及从压缩机排出的制冷剂的压力；

控制装置，所述控制装置依靠传感器传送的检测值控制被注入压缩机的液体制冷剂的注入量，其中，所述控制装置根据传感器传送的检测值，估计从压缩机排出的气体制冷剂的温度，并根据估计温度向液体注入装置发出控制液体制冷剂注入量的指令。

2.一种制冷系统，包括

压缩机，其用于吸取制冷剂以便压缩制冷剂；

冷凝器，其用来冷凝从压缩机排出的制冷剂；

减压装置，其用来降低被冷凝的制冷剂的压力；

蒸发器，其用来蒸发被减压的制冷剂；

液体注入装置，其用来向压缩机注入液体制冷剂；

传感器，其分别用于检测吸入压缩机的制冷剂的温度和压力以及从压缩机排出的制冷剂的压力；

控制装置，所述控制装置用于控制注入压缩机的液体制冷剂的注入量，其中，所述控制装置根据传感器传送的检测值，估计从压缩机排出的制冷剂的温度，并根据估计温度向液体注入装置发出控制液体制冷剂注入量的指令。

3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：所述控制装置包括用来比较估计温度和设定温度的装置，和计算装置，如果估计温度高于设定温度，所述计算装置根据估计温度计算液体制冷剂的注入量。

4.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于：所述液体注入装置包括供液体制冷剂流过的注入通道，以及在该注入通道中连接的流量调节装置，所述流量调节装置用于根据从控制部分发送的指令来改变液体制冷剂的注入量。

5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于：提供用来检测排出压缩机的气体制冷剂温度的附加的温度传感器，如果第二传感器的检测值和所估计的温度之间的偏差小于设定值，则控制装置根据所述温度传感器的检测值控制液体制冷剂的注入量，但如果所述偏差不小于设定值，则控制装置根据估计温度控制液体制冷剂的注入量。

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