CN1946977B - 适应性的除霜方法 - Google Patents

Abstract

在具有电除霜加热器的制冷装置的除霜循环之间的霜积聚时间段是基于在先前的除霜循环过程中用于从蒸发器盘管上除去冰所消耗的能量来计算的。以这样的方式，可以顾及到供应给该加热器的电压电平的变化，并且可以更准确地控制在除霜循环之间积聚在盘管上冰的程度。

Description

适应性的除霜方法

技术领域

本发明总体上涉及控制蒸发器盘管的除霜，尤其涉及运输用制冷系统的蒸发器盘管的适应性除霜方法。

背景技术

运载对于温度敏感的货物的运输车辆包括一被调节的空间，该空间的温度控制在预定温度范围内。温度控制单元可编程为便于将该被调节的空间冷却或加热到热力设定值。

当该温度控制单元在冷却模式中容易使得霜积聚在蒸发器盘管上。这种形式的霜或最终形成的冰显著地降低该机组的效率，并且因此通常需要实施除霜循环以便除去冷凝物/冰。可借助使得流经该系统的制冷剂流反向以便使得热的流体流经蒸发器盘管从而实现除霜循环。也可使用电阻式加热器来实现除霜循环。在每次周期性的除霜循环之后，温度控制单元返回到冷却模式的工作中，直到积聚的冷凝物需要再次进行除霜循环。

总体而言，所希望的是使得冷却循环的时间最大化，并且使得除霜循环的时间最小化。也就是说，由于除霜所用的时间代表了该被调节的空间没有被冷却的时间，并且由于在除霜之后不仅需要弥补该被调节的空间被加热而且需要冷却在除霜循环之后本身被加热的蒸发器盘管，因此优选的是尽可能长时间地等待才启动除霜循环。然而，由于霜在蒸发器盘管上的积聚所导致的效率损失会最终使得必需启动该除霜循环。这样，对于任何特定的机组而言，可以通过在启动除霜循环之前确定有多少冷凝霜积聚从而优化除霜循环的时间。总体而言，由于状况和参数比较稳定(即，固定的被调节空间温度、固定的压缩机运行状况、和对于电阻式加热器的固定电压)，因此霜的积聚的优化直接与运行时间相关，并且一旦稳定下来，可在最后一次除霜循环起压缩机运行一预定时间之后简单地且非常规律地启动该除霜循环。

然而，在一些应用场合中，霜积聚间隔的运行参数不一定是恒定的。例如，在冷藏集装箱装载在运输船只上的情况下，集装箱的有效荷载货物需要在装载之后立即冷却下来；在集装箱内的湿度水平可能依据货物的特征而改变或依据为了使得货物通风而引入到集装箱中的空气的温度和湿度而改变；并且冷却的强度和蒸发器盘管的温度可能依据昼夜循环、天气、或沿航行路线的气候变化所引起的冷却负荷而改变。

长期以来已经认识到，通过观察系统所需的除霜时间、并将该时间与先前确定的理想时间进行比较、并基于该除霜时间小于或大于该理想时间以便使得霜积聚间隔调节成较长或较短，从而实现适应于运行参数的改变。

然而，在一些应用场合中，所述运行参数不一定是恒定的。例如，在冷藏集装箱装载在运输船只上的情况下，该集装箱由船只系统提供电力，由于不同数量的发电机组周期性地联机或脱机，因此不能总是以固定电平提供电力。由于功率随船只供电的电压的平方而变化，因此由电阻式加热器提供的热量在给定的时间段内明显地变化。这又使得除霜所需的时间被缩短或延长。

发明内容

简单地说，依据本发明的一个方面，冷凝物积聚间隔是作为在先除霜间隔的函数并且基于在除霜循环中加热器所用的瓦数来计算的。以这样的方式，可以顾及到变化的热量或电压的影响，以便由此使得冷凝物积聚间隔的选择优化，并且由此提高该系统的效率。

依据本发明的另一方面，提供了以下的技术方案：周期性地感测供应给蒸发器加热器元件的电压，以便可以计算出在除霜循环时间段内瓦数的增加和累积。由在除霜过程中所用的总能量，可以计算出冰融化的量。该数值随后可用于计算用于下一个除霜循环的积聚间隔。

依据本发明的另一方面，冻结的冷凝物的当前积聚率可基于在除霜循环过程中融化的冰的量和压缩机自在先除霜循环起运行的时间来计算。随后，新的积聚间隔可基于冷凝物的当前积聚率和预定的最大可允许的冻结冷凝物的质量来计算。

附图说明

在以下的附图中描述了本发明的优选实施例；在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出其它的各种变型和替代结构，在附图中：

图1是依据本发明的一实施例的制冷装置的示意图；

图2A和2B是以依据本发明的干蒸发器盘管除霜能量为特征的方法的流程图；和

图3A和3B是依据本发明的示意性除霜循环控制方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，其中示出了制冷设备的蒸发式循环部分，其包括蒸发器盘管11、压缩机12、冷凝器13、和膨胀装置14，所有这些部件均在一常规回路中，制冷剂以常规方式经该回路循环。

设置有蒸发器风扇16，以用于使得来自该温度受控制的空间的空气移动经过蒸发器盘管11并返回到该温度受控制的空间内。回风温度传感器17设置成便于感测从该温度受控制的空间返回到蒸发器盘管11的空气流的实际温度。该温度优选为保持在回风设定值温度或接近回风设定值温度，并且如下所述该温度用于控制过程。

已知的是，蒸发式循环机组的运行使得冷凝水形成在蒸发器盘管11上，冷凝水冻结并易于积聚在蒸发器盘管上，这导致冷却流经该盘管的空气的有效性下降。因此设置有一电阻式加热器18以便周期性地接通，以便融化形成在蒸发器盘管11上的冰。该电阻式加热器18从电源19获得电力，该电源的电压电平往往是变化的，由此还使得在每一除霜循环之间以及在任一个除霜循环中电阻式加热器18的瓦数明显变化。为此，电压传感器21设置在从电源19引出的电线上，以便周期性地感测电压电平。实际上，在除霜循环运行过程中每秒都感测该电压并且计算电阻式加热器18的瓦数。该系统的控制是由基于中央处理器的控制器20来维持的，该控制器接受来自电压传感器21、回风温度传感器17、蒸发器风扇16的输入以及来自装接到蒸发器盘管11上的除霜终止温度传感器22的输入。除霜终止温度传感器22的功能是测量蒸发器盘管的温度以便确定除霜循环何时完成。

在正常运行中，除霜循环在其开始之后的一时间段内是连续的。另一方面，冷却循环往往是开和关的循环，该控制器20按需要使得压缩机12工作和停机，以便使得在该受控空间中实现所需温度。然而，应当理解，当除霜循环开始时，冷却循环停止。因此，在除霜循环运行过程中，不仅供应给受控空间的空气没有被冷却，而且蒸发器盘管11还被加热。由电阻式加热器18传递给蒸发器盘管11的热量不仅包括使得形成在蒸发器盘管上的冰融化所需的热量，而且还包括传递给蒸发器盘管11本身的热量。该热量称为干盘管除霜能量，并且是对于干的蒸发器盘管进行除霜所需的能量或者是当蒸发器盘管上没有冰时完成除霜过程所需的能量。在回风设定值温度从10℃到-25℃的温度范围内，体现干盘管除霜能量函数为特征的过程(即以千瓦时为单位的受控空间的温度的函数)如图2A和2B所示。除霜终止设定值任意地设定为18℃，对于这种系统而言这是合理的常用的数值。这些数值在方框23中建立。如方框24所示，机组随后在冷却模式中运行，直到回风控制温度等于回风设定值温度，此后在方框26中启动该除霜模式，直到除霜终止控制温度(即除霜终止温度传感器22的实际温度)大于除霜终止设定值温度。在方框27中，该机组随后以冷却模式运行，直到回风控制温度等于回风设定值温度。

如方框28所示，随后通过首先将干盘管除霜能量设定为零并且再向加热元件18提供电力从而启动干盘管除霜过程，直到除霜终止控制温度大于除霜终止设定值温度。以瓦秒单位的干盘管除霜能量随后在每秒中积分并且记录。在方框29中，回风控制温度和干盘管除霜能量被存储以便进行迭代。

回风设定值温度随后降低5℃，并且重复相同的过程以获得对于该温度的数据。如方框31所示，在以5℃间隔降低到-25℃的过程中继续该过程。

如方框32所示，所获得的数据随后被记录以便后续应用。在方框33中，对于回风控制温度与干盘管除霜能量之间关系的函数执行线性回归，并且结果被记录以便后续应用。干盘管除霜能量函数的斜率和节距随后被记录，并且在方框34中，干盘管除霜能量作为回风控制温度的线性函数被存储。

现参照图3A和3B，其中示出了适应性除霜循环控制方法。首先，接通电力，并且在方框36中，获得压缩机自最后一次除霜起的运行时间、压缩机最后一次运行的时间、霜积聚间隔、和当前日期和时间的数据。如方框37所示，如果压缩机自最后一次除霜起的运行时间小于24小时，则程序推进到方框39。如果其大于24小时，则如方框38所示设定数值，霜积聚间隔被任意地设定为3小时。

在方框39中，向压缩机和蒸发器风扇提供电力以便开始冷却循环，以一秒递增的方式记录压缩机运行时间。如方框41所述，如果压缩机自最后一次除霜操作的运行时间小于霜积聚间隔，则程序返回到方框39。如果其大于霜积聚间隔，则程序移动到方框42，其中启动除霜或除冰过程。

如方框43所示，在除霜过程中，对于每一秒的运行而言，感测电压并且计算出瓦数。这一直持续，直到除霜终止控制温度大于除霜终止设定值温度，如方框44所示，并且所获得的数据用于计算下一个霜积聚间隔，如方框46所示。在此，首先借助使用在图2A和2B中所示的步骤所确定的干盘管除霜能量函数来计算得到干盘管除霜能量。随后从方框43中已经计算出的总除霜能量中减去干盘管除霜能量，以便获得从蒸发器盘管上除去冻结的冷凝物所需的净除霜能量。接着，基于冰的比热、冰的融化热、和回风控制温度来计算由该净除霜能量融化的冰的量，回风控制温度已经在执行除霜过程之前被记录。接下来，基于融化的冰的量和压缩机运行时间可计算冻结的冷凝物积聚的当前速率。最后，通过假定冷凝物积聚的当前速率以及预定的最大可允许的冻结冷凝物重量，可计算得到新的霜积聚间隔。

示例

为了描述计算新的霜积聚间隔的过程，以下将通过示例给出该过程的及其使用的参数：

 

参数	应用场合特定的？	数值
			缺省的霜积聚间隔	是	180分钟
最大可允许的冻结的冷凝物	是	9kg
			干盘管除霜能量函数	是	0.9kW-hr-(0.0190回风控制温度℃)
除霜终止设定值	是	18℃
			蒸发器加热元件瓦数	是	3.167kW460VAC
水的融化热	否	0.09266kW-hr/kg
			冰的比热	否	0.0005813kW-hr/kg/℃

接通电源：

如果假定当前时间减去压缩机最后一次运行时间大于24小时，则当前霜积聚间隔＝180分钟，压缩机运行时间此刻＝0。

开始循环：

在压缩机运行了霜积聚间隔之后(在该示例中首次运行180分钟)，开始除霜过程。设定除霜能量＝0，并且向蒸发器加热元件提供能量。假定在除霜过程开始之前回风控制温度被记录为-3.0℃。

对于在除霜过程中的每一秒，测量向蒸发器加热元件提供的电压。为了简化该示例，假定在该除霜过程中该电压是恒定的480VAC；因此加热器的瓦数是恒定的。然而，本申请要求保护的是，以足够的频率来计算即时的瓦数，以便在除霜过程中在加热器电源变化的情况下在一时间间隔内可实施一种对于功率积分的有效方法。这样，以足够的精度可测量出在除霜过程中所引入的总能量，从而实现有用地估算积聚的冻结冷凝物，计算方式如下。

由于电阻式加热元件的加热功率随供应的电压的平方而改变，并且如果在该示例中加热器的瓦数是在460VAC时为3.167kW，这样在480

VAC时瓦数为(3.167kW)×((480×480)/(460×460))，或3.448kW。如果假定除霜过程持续1260秒(21分钟)，除霜能量为(3.448×1260)kW-秒，或1.207kW-hr。

依据上述的干盘管除霜能量函数，计算出干盘管除霜能量为(0.9kW-hr-(0.0190x-3.0))，或0.957kW-hr。因此，用于从蒸发器盘管上除去冻结冷凝物的净除霜能量为(1.207-0957)kW-hr，或0.25kW-hr。

假定用于从蒸发器盘管上除去冻结冷凝物的该净除霜等于将冰的温度从-3.0℃升高到0.0℃所需的能量以及融化该冰所需的能量。本领域的普通技术人员应当理解，回风控制温度必需高于当除霜过程启动时冻结冷凝物的实际温度，但该事实被忽略并且如果这样做的话不会实质上减小本发明所述方法的有效性。

因此，冻结冷凝物的量可由以下公式给出：

kg冰＝净除霜能量/((0.0℃-回风控制温度)x冰的比热)+(融化热)

在该示例中为(0.25)/((3.0x0.0005812)+0.09266)，或2.648kg。在回风控制温度大于0.0℃的情况下，冷凝物假定处于0.0℃或接近0.0℃，并且因此比热所占的项可忽略。

在先的霜积聚间隔是180分钟；因此，积聚率是(2.648kg/180min)，或0.0147kg每分钟。

最大积聚依据机组制造商的实验和观察来进行预定。该积聚量被偏置以便实现稍微偏离最优的短的霜积聚间隔，以便防止出现不可接受的大的冷凝物积聚的更不利的情况。下一个霜积聚间隔应当刚好足以在该示例中积聚9kg的冻结冷凝物。以当前的积聚率，9kg的冷凝物积聚需要612分钟，因此霜积聚间隔设定10小时12分钟，压缩机自除霜的运行时间重新设定为0，并且重复该循环，但是该时间具有新的积聚间隔。

以上描述本发明的一个或多个实施例。然而应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出各种变型。例如，可加入现有技术中已知的或者以后开发出来的附加特征。因此，其它的实施例也落入后附权利要求限定的范围内。

Claims (11)

1.一种确定在制冷装置的第一除霜循环和第二除霜循环之间的积聚间隔的方法，该制冷装置具有蒸发器盘管和在除霜循环过程中用于向该蒸发器盘管提供热量的电除霜加热器，该方法包括以下步骤：

在第一除霜循环过程中，周期性地感测在所述第一除霜循环过程中供应给该加热器的电压；

对于每一感测的电压，计算并记录在该周期中所用的能量；

将所述所用的能量全部相加以便获得在第一除霜循环过程中所用的总能量；和

应用所述所用的总能量以便确定积聚间隔，其包括计算在第一除霜循环过程中冰融化的量；并且基于在第一除霜循环过程中冰融化的量计算冻结的冷凝物的当前积聚率，并且基于冻结的冷凝物的所述当前积聚率以及预定的最大可允许的冻结冷凝物重量，计算所述积聚间隔。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定该积聚间隔的所述步骤包括计算在第一除霜循环过程中所用的干盘管除霜能量的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定该积聚间隔的所述步骤包括一附加步骤，即，从所述所用的总能量中减去所述所用的干盘管除霜能量以便获得用于从所述蒸发器盘管上除去冻结的冷凝物的净除霜能量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算冰融化的量的所述步骤是基于从温度受控的空间返回到所述蒸发器盘管的空气的感测温度来实现的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算冻结的冷凝物的所述当前积聚率的所述步骤是基于在第一除霜循环过程中融化的冰的量以及压缩机自该第一除霜循环起的运行时间从而实现的。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，周期性地感测该电压的步骤在每秒实施。

7.一种用于制冷装置的控制系统，该制冷装置具有蒸发器盘管和在除霜循环过程中用于向该蒸发器盘管提供热量的电除霜加热器，该控制系统包括以下部件：

用于周期性地感测在除霜循环过程中供应给该加热器的电压的感测装置；

第一计算装置，其用于计算在每一所述周期中所用的能量并且用于将所述能量全部相加以便获得在该除霜循环过程中该除霜加热器所用的总能量；和

第二计算装置，其用于基于所述所用的总能量来计算到下一个除霜循环的积聚间隔，包括用于确定在该循环过程中冰融化的量的装置、用于确定冻结的冷凝物的当前积聚率的装置、和基于冻结的冷凝物的所述当前积聚率以及预定的最大可允许的冻结冷凝物重量来计算所述积聚间隔的装置。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述第一和第二计算装置容纳在一控制器内。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，该控制系统包括用于感测从温度受控的空间返回到所述蒸发器盘管的空气温度的温度传感器。

10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，该控制器接受来自所述温度传感器的输入。

11.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述当前积聚率的确定是根据该除霜循环过程中冰融化的量和压缩机在该除霜循环之后的运行时间来实现的。

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