TW538226B - Method and apparatus for controlling the removal of heat from the condenser in a refrigeration system - Google Patents

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背景 本發明係有關冷卻系統，特別係有關一種控制由機械 冷凍系統特別但未排除液體激冷器冷凍系統之冷凝器移除 熱里之方法及裝置。 大容量液體激冷器冷凍系統典型使用多數風扇來由 操作系統的高溫側、或由此種系統之冷凝器或冷卻水塔移 除熱量。移除的熱量通常係由一次操作的風扇數目決定， 仁T藉或多風扇之速度控制改變，或以其它方式，提供 冷媒循裱通過冷凝器的相對較熱冷凍機或冷卻水塔水之變 化循環而改變。此外，由冷凍系統高溫側移除的熱量對於 於不同操作條件下整體系統的操作效率有影響。 習知風扇控制器係基於系統壓縮機的排放壓力及溫 度及/或周圍空氣溫度控制風扇。習知控制器也於感測到安 全問題時關機整個冷凍系統。但使用如此有限的操作參數 及控制，經常導致冷凝器或冷卻水塔風扇的操作無效率且 不穩定。 發明概述 為了達成本發明之優點及目的，如此處具體表示及廣 義說明，本發明係針對一種控制冷凝器冷凍劑的冷卻俾最 大化效率及女全性之方法及系統。較佳具體實施例中，方 法及系統控制冷凝器之冷凍劑的冷卻及/或膨脹閥位置。 本發明包括一種冷凍系統，其循環冷凍劑通過密閉迴 路，該密閉迴路具有一高壓側由壓縮機、延伸通過冷凝器、 至限流知脹I置，以及具有一低壓側其係延伸於膨脹閥間 4 :…—f…· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、? 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） 538226 五、發明説明（2 ) 經由瘵發器至壓縮機。本發明進一步 /匕栝一種控制冷凝哭 之冷滚劑之可變容量冷卻系統，以及一監視系統之高_ 及低壓㈣力之控制器，其中該控制器調整可變容量 系統俾降低系統高壓側相關遂力，該控制器經由择加、人戈 器冷束劑的冷卻朝向或於最高程度，·同時維持系^高= 與系統低壓侧間可接受的壓力差異。於本發明’控制哭也 可監控其它條件例如壓縮機入口附近冷凌劑的㈣或:含 量，維持施加於壓縮機之冷凍劑之超熱於可接受數量，及/ 或確保液體冷凍劑未施用至壓縮機，。 另一方面，本發明之優勢及目的可經由一種方法達 成，-種控制冷滚系統之方法，該冷康系統循環冷;東劑通 過密閉迴路，該密閉迴路具有一高壓側由一壓縮機、延伸 通過一冷凝器、延伸至限流膨脹閥，，以及一低壓側其係延 伸於膨脹閥、通過蒸發器至壓縮機間，該方法包括監視系 統高壓側及低壓侧之系統壓力，監視系統低壓側冷凍劑之 超熱，以及只要於系統低壓側冷凍劑冬超 >熱超過最小臨限 值’則定期增加冷凝器中冷凍劑的冷卻朝向最大可能程 度，以及系統高壓側與低壓侧間之冷凍劑壓力差異超過最 小6¾限值。以類似方式，該方法可包括監視施加於壓縮機 之油壓力、超熱、或冷凍劑之液體含量、以及定期增加冷 凍劑之冷卻，只要前述一或多種被監控的條件未超過可接 ,受程度即可。 需了解前文概略說明及後文詳細說明僅供舉例說明 之用而非限制本發明。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ----- (請先閲讀背面之注意事项再填寫本頁) ·、^τ— 538226 五、發明説明（3 ) 明之且組成本發明之一部分’附圖舉例說明本發 ^體貫施例連同敘述部分用來解說本發明之原理。 示意圖；凌系統及控制器帶有其輪入端及輸出端之 第2圖為由冷凍系統、^ ^ 部分·、、、里之^核交換器之 ^圖為控制器之輸入端及輸出端之示意圖； 之^4圖為圖表及線圖顯轉例控制器如何基㈣咖 由差異關機而決定油抽取差異項特徵； 第5圖為圖表及線圖顯示範例控制器如何基於μ 抽取=力關機而決定壓力項特徵； ' 膨 第6圖為圖表及線圖顯示範例控制器如何決 脹閥位置項特徵； 、 變 位 化項圖為圖表及線圖顯示範例控制器如何決定滑閥 置項圖為圖表及線圖顯示範例控制器如何決定滑閥 第9圖為圖表及線圖顯示範例控制器如何決定風焉 化項特徵。 、 將參照本發明之範例具體實施例說明其細節，此 例係於附圖中舉例說明。儘可能於各圖間使用相同的： 編號來表示相同部件。 、多 本紙張尺度適财關緖準（CNS) M規格⑽χ297公楚） 538226 A7 五、發明説明（4 ) 冷凍系統概略以參考編號丨〇表示且 给1闽、人土 / 不思圖顯示於 弟1圖。冷凍糸統10係以箭頭指千古6帝 則貝才曰不方向處理冷凍劑通過冷凍 週期。系統10透過冷凍劑迴路的連結包括—壓縮機12其 為可變容量壓縮機或壓縮機系統，一油分離器13、—冷凝 器14、-可變容量冷卻裝置14及16用以冷卻冷凝器的^東 =，-膨脹閥20及-蒸發器22俾將熱量帶進系統。可變容 置壓縮機系統可由-可變容量壓縮機、—分級容量壓縮 機、或多數可分級壓縮機組成。 ' 冷卻冷凝器用之可變容量冷卻裝置包括氣冷式冷凝 器14以及至少一可變容量冷卻系統，較好為可變容量風扇 16將空氣吹過冷凝器14。該具體實施例中，多數風扇财 級而提供可變冷卻容量。其它具體實施例中，可變容量冷 卻裝置包括液冷式冷凝器14a以及冷卻液體，其透過熱交換 器交換熱，概略如第2圖所示。本發明可應用至多數系統， 其包括一可變容量冷卻系統俾冷卻冷凝器的冷凍劑。 一具體實施例中，系統10用以直接或間接冷卻空氣。 例如系統可用以急冷建築物空調系統使用的水。系統1〇有 冷凍劑來冷卻。冷凍劑隨後直接急冷水或冷卻空氣。本發 明也可應用至熱幫浦。 於冷凍循環，始於壓縮機12，冷凍劑被壓縮而形成高 溫高壓超熱氣體。部分來自壓縮機的潤滑劑連同冷康劑流 出壓縮機出口。經壓縮的冷凍劑流至油分離器，於該處潤 滑油與冷凍劑分離且返回壓縮機。其次，冷凍劑前進至冷 凝器14，冷凝器可為氣冷式，利用分級風扇16吹送空氣通 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 538226

五、發明説明（5 ) 過冷凝ilH，如第戰示；或液冷式，如第所示。理 論上氣冷及液冷系統可組合而提供可變容量冷卻系統。冷 凝器14由冷㈣ 1移除熱，讓冷康劑轉成溫熱溫度液體/ 然後冷嶋進至膨脹閥2〇,於該處冷;東劑被節流而 膨脹且改變成低壓的冷飽和氣體。其次，冷;東劑前進至基 發器22。於蒸發器22，冷應用於冷卻之系統典型為 空氣或水提供冷卻。舉例言之，欲急冷的水藉由於_ 22將熱量由水轉移i冷的冷凍劑而被急《。如轉熱至冷 涞劑蒸氣，將冷;東劑溫度升高至高於冷㈣飽和點，確保 冷束劑為乾氣體’表示並無任何液體存在。然後冷康劑 進至壓縮機12，於該處重覆系統循環。 於第1圖所示系統，壓縮機係藉潤滑油潤滑。離開 縮機的冷凍劑之油係藉油分離器13而由冷凍劑分離出。 後分離的油從油分離器的油池利用油分離器13(壓力約 於壓縮機12出口壓力）與壓縮機低壓側或抽取壓力間的 力差異而被驅趕返回壓縮機12。油係經由油線（第丨圖以 線44顯示）前進至壓縮機12。於冷凍系統之其它變化（圖， 未顯示），壓縮機之油量可藉由使用由幫浦泵送油或若干其 它方法而維持於安全高度。 虛線45表示系統1〇之高壓部與低壓部間的區隔。高 部包括壓縮機出口、油分離器13、冷凝器14、及膨脹閥 口側。低壓部包括膨脹閥出口侧，蒸發器22及壓縮機12拍 取入口。 於第1圖所示系統，油分離器壓力與壓縮機入口或浔 m 壓 然 等 壓 虛 中 壓 入 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇χ297公楚） 五、發明説明（6 ) 池[力間之差塵需夠大俾將油從分離器驅趕返回塵縮機。 若壓力差異過低，則壓縮機無法適當潤滑可能卡住、或受 損。容後詳述，此種差壓受本發明系統其它各方面之控制 方式影響。本發明之一目的係定期決定墨力差異，調整壓 力差異為最理想化，若差壓過則關斷冷;東系統的操作。 。容後詳述，本發明之另一目的係儘可能有效且廉價地 操作系統，同時確保系統安全不會受損或發生危險。冷滚 劑於冷凝器冷卻，傾向於降低跨壓縮機的壓力差異。就此 方面而言，於高壓力差異運轉壓、縮機的能量成本通常係高 於於冷.凝器以最大容量運轉冷卻風扇的能量成本，因而可 減小其間差異。它方面，苦冷凍劑於膨脹閥之壓力變過低， 則膨脹閥無法提供所需流至蒸發器及壓縮機。因此本發明 原理係於冷凝器冷卻冷凍劑至容許的最理想程度，而未降 低壓力至無法提供所需油流回壓縮機的流動、及/或所需冷 凍劑流經膨脹閥的流動。 <计用於壓縮氣體的壓縮機於液體冷凍劑進入壓縮 機時可能受損。理想上，由蒸發器送出的冷束劑需為均一 飽和蒸氣。但實際上幾乎無法達成。為了維持壓縮機不會 因為液體冷凍劑進入壓縮機内部而受損，冷凍系統操作員 經常確保冷凍劑蒸氣高於飽和溫度rF至15卞。如此將蒸氣 過度加熱至高於飽和溫度稱作超熱。超熱提供防止液體進 入壓縮機的安全因素。 超熱效果為超熱降低冷凍系統低溫側壓力。低溫側壓 力愈低，則壓縮機泵送冷束劑至系統高壓側需要做功愈 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇χ297公釐） 9 及 可 538226 五、發明説明（ =雖_熱為提供壓縮機的安全因素所需，但較高超熱 牛低糸統效率而造成系統操作較為昂貴。 制超熱之方式係控制冷凍劑於膨脹閥的膨 服。膨脹闕於閥的高壓側與低壓側間有大的壓力差異時效 果良好。$了確保膨脹間的兩邊有可接受的壓力差異，冷 /東系^控制器經常維持高I縮機出口壓力。但因於高壓力 " 而要大里此里來操作壓縮機，故維持高排放壓力 代價昂貴。 於冷凝H 14提供之冷;㈣冷卻量影響冷㈣及系統 …力予f生貝。舉例吕之，於冷凝器14冷卻冷滚劑容易 造成於冷凝器之冷凍劑壓力降低，因而降低壓縮機出口壓 力於冷/東系統之-變化例，於冷束劑於冷凝器Η的冷卻 係以多數風扇16吹送空氣通過冷凝器14達成。冷;東劑於冷 凝器14之冷卻速率受到吹送空氣跨冷凝器14之風扇數目 /或容量控制。系統之其它具體實施例可藉由改變一或多q 變容量風扇速度、或藉由變更於任何指定時間作動的風扇 16數目及速度而控制冷;東劑的冷卻。於風扇速度為可變之 系統中，至少用於較低容量系統可使用單一冷卻風扇Μ。 風扇16係藉系統控制器24控制。容後詳述，控制器以接收 來自多數感應器的輸入資料，以及控制冷凝器之冷卻系統。 於如第2圖所示帶有液冷式冷凝器系統中，冷凝器14& 係藉液體流經熱交換器而冷卻。控制器24係藉由調節冷卻 液體相對於冷凍劑的流量或流速而控制來自系統的傳熱。 系統控制器可呈多種業界已知形式。舉例言之，控制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .、tr· 538226 A7 '---------B7 五、發明說明(7^ -~~~ I為彳政處理器或積體晶片經程式規劃而應用下述法則。 如弟1圖所示，控制器24也可為載有軟體程式之電腦3〇。較 好控制器24接收來自冷凌系統若干來源的資料作為輸入， j =來源包括來自系統操作員的直接輸人、或預先決定的 二或一者。系統控制器24較好為非線性mjm〇(多重輸 入夕重輸出）型控制器。依據預先決定的設定點以及感應參 數而定，控制器操控可變容量冷卻裝置14及16俾從事:凍 劑於冷凝器U的較多冷卻、較少冷卻、或維持冷卻。㈣ 私度係依據控制器接收的資料以及應用至資料及預先選定 设定點等參數的演繹法則決定。 冷凍系統可以多種方式控制。一型冷凍系統包括三種 不同控制器。一種控制器控制壓縮機的輸出，另一種控制 器控制冷;東劑於冷凝器的冷卻。於帶有電子膨脹閥系統 I ’第三控制器可控制膨脹閥位置。達成此等功能的控制 器可為各別控制器，或各別控制器之數種功能可組合於一 部控制器而其控制多項工作。本發明可應用至冷康系統而 與系統係使用一部或多部控制器無關。 本發明之一項應用中，冷凍劑於冷凝器之冷卻係由控 制器控制，其只控制冷凍劑於冷凝器的冷卻。此型系統中， 膨脹閥可為非調整式孔口、帶有分開控制器電子膨服闕、 或自我調整式熱膨脹閥，該膨脹閥係基於冷凍劑溫度及/ 或壓力而自我調整。此型控制器不會控制膨脹閥位置但可 監視膨騰闕位置。 控制器24監視冷凍劑壓力，俾確保有足夠壓力差異來 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚）

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11 538226 A7 _____B7 五、發明説明（9) ^ ' 讓油從油分離器返回壓縮機。控制器也知曉其控制的各項 元件例如風扇及膨脹閥狀態。 第1圖所示系統之較佳具體實施例中，感應器32_4〇感 應芩數，以及傳輸有關冷凍系統1〇各個元件實體條件相關 資料給控制器24。若干系統中，某些參數可由冷凍系統操 作員輸入，而非如第1圖系統藉感應器32-4〇輸入控制器。 第1圖所示控制器24接收感應器32感應的壓縮機12入口由 壓力之代表信號、感應器34感應的壓縮機12低壓端或抽取 入口之冷凍劑壓力、感應器35感應的於油分離器13的油 壓、以及感應器3 8感應的壓縮機負載等代表信號。此外， 膨脹閥位置係由感應器36感測。壓力偵測感應器可為壓力 換能裔’溫度感應感應器可為熱敏電阻，以及其它業界眾 所周知且使用的壓力或溫度感應器。 油分離器13以油管線44連接至壓縮機12低壓側。油分 離13壓力與壓縮機油池壓力（大致為壓縮機入口壓力）間 之壓力差異驅使潤滑油（圖中未顯示）進入壓縮機12内部。 感應為35及感應器32感應的壓力被輸入控制器，控制器計 异壓力差異。若對特定系統而言，壓力差異過低，油無法 返回壓縮機至要求程度，則控制器將關斷系統。指定系統 可接X的最低壓力差異可透過測試決定然後輸入控制器。 容後詳述，壓力差異受到系統其它元件操作的影響，包括 冷凝器冷卻程度以及膨脹閥的開啟程度的影響。 本發明之較佳具體實施例中，前述壓力差異的感應以 及使用壓力差異值作為控制參數，確保提供足量油給壓縮 12 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 538226 A7 B7 _ 五、發明説明（1〇) " 機工作部件。其它具體實施例中，壓縮機可藉加壓潤滑系 統潤滑。此種系統中，可感應油壓且用作為控制參數。 膨脹閥位置可如第i圖以感應器36感應，或膨脹閥位 置可由系統操作員輸入系統、或以其它方式讓控制器知曉 月❼脹閥位置。對指定壓縮機設定值而言，操縱膨脹閥位置， 可调整冷凍劑通過系統丨〇的流量及壓力。若膨脹閥2〇開口 大’則車父多冷凍劑流過閥，造成系統低壓側的壓力升高， 而系統高壓側的壓力下降。關閉膨脹閥則對系統1〇具有相 反衫響。當閥門開口縮小時，系統高壓側壓力升高，而低 壓側壓力下降。 隨著高壓側的壓力相對於入口壓力升高，壓縮機12必 須使用較多能量來泵送指定量的冷凍劑通過系統。於冷凝 器的冷凍劑冷卻則會降低此種壓力。但冷凍劑過度冷卻可 旎降低膨脹閥高壓侧壓力至過低值，結果導致對指定開口 而言，膨脹閥之冷凍劑流量較低。某些情況下，可變膨脹 閥位置回應於此種條件而改變。若冷凍劑流量過高，則即 將進入壓、、宿枝：的冷，東劑之超熱程度過低，可能造成液態冷 凍劑流入壓縮機。若膨脹閥非處於最大開啟位置，另一種 i曰加流里之方式係進一步開啟閥門。若膨脹閥已經於最大 開啟位置，則於冷凝器需減少冷卻換言之關閉風扇來升高 同[侧壓力’如此造成更多冷珠劑流經膨服闊。如此，操 縱膨脹閥為控制壓縮機入口之壓力差異及超熱之一種方 式。 本叙明系統之較佳具體實施例中，壓縮機之負載量係 本紙張尺度適财關家標準（咖 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •、ν"_ ㈣226 五 11 等 、發明説明 回應於系統空調空間的冷凌雲 過值严哭、“广東而求改k。典型此項目的係透 容旦二：、115機負載量為指定時間可利用之壓縮機 參比。於使用螺桿i縮機系統’壓縮機負載量可 載之方式係狗…―、、錢糸、、先、交更壓縮機負 ，、一正作動的〉飞缸數目。如此此等類型系統 壓縮機負載可以作動的汽缸數、 機、备# n < 1目俄要又曰表不。壓縮 一二”糸統操作員直接輸入控制器24,或可如ρ圖所 不糟感應态感應’而感應資料由控制器加以運用。 控制器知曉壓縮機負載變化，控制器可預測其次必須 呆控的元件為何者元件。若壓縮機負載增高，則控制預 期何時需增加冷凝器的冷卻來平衡壓縮機工作量的辦加。、 反之亦為真。若壓縮機負载減少，則控制器將基於:演嗶 _減少冷凝器的冷卻。經由感應I縮機負載變化，控制 益可在感應器將冷;東劑條件變化報告給控制器之前，預測 如何彳呆控以及然後操控冷凝器的冷卻。 …本舍明之應用中，指定冷滚系統之各項特性係藉分析 或貫驗分析或二者的組合決定。然後系統控制可應用該 特性（例如預定最低安全壓力差異、或可接受的壓縮機入 麗力）以及感應得知的工作系統參數俾控制系統，將系統 率杧至取冋，同時於安全範圍操作。如此一旦設計且製作 #曰疋系、、克{列如特殊容量商用系統，系統經測試俾決定於 壓縮機需要的最小壓力差異，俾便維持枝量油從油分: 器返回壓縮機。若有所需，可對I縮機的不同負載而決定 塵力差^ 0決定於系統各點感測數值間之闕係。也可對—

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、一叮 538226 五 、發明説明 12 疋系統決疋膨脹閥相對於感應參數及安全條件之關係。 ，曰於才又準—指定系統後，根據輸入程式的特性以及感應 传的參數設計控制程式來控制系統。例如根據本發明^系 ==時’好料㈣量冷卻裝置14及16設定為於冷凝 ”東劑冷卻量為最低。用於有多數風扇的系統，例如 二圖所示系統，風扇全部關閉。用於可變容量風扇，最初 :疋於其最低位置。一旦控制器感應得需要移除更大熱 置，則控制器如預先程式規劃於控制器24的預定法則，增 加可變容量冷卻裝置14及16或Ha提供的冷卻。如此對壓縮 機以及膨脹閥的指定負載位置而言，將造成系統高壓側的 壓2降低。然後只要壓縮機及分離器的壓力差異維持於安 全範圍’以及壓縮機入口維持於安全範圍以内，則控制器 係以最大冷卻容量操作冷卻系統。若遂力差異降至系統的 預定安全最下限、或㈣縮機人σ壓力達到預定最低程 度’則控制器將維持或降低冷凝器的冷卻程度。控制器定 期檢討感應數值’控制冷卻而提供最大效率。若麼力差旦 或I縮機入口麼力變過低經過一段時間，則控制器將關閉 系統。 於系統運作日寸’系統自動處理輸入的資料，判定系統 是否需要增加、減少或維持冷凌劑於冷凝器14之目前熱耗 損速率俾穩定冷滚系統10，據此有效操縱系統然後調整可 變容量冷卻裝置14及16。 控制器係電連接至可變容量冷卻裝置，如第i圖以參 考編號42顯示’如此可傳遞控制器輸出至可變容量冷卻裝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公嫠）

538226 五、發明説明（13) 置14及16，控制可變容量冷卻裝置14及16提供的冷卻量。 控制器根據演繹法則，使用前述輸入資料，根據法則預定 、、且口比對刼控可變容量冷卻裝置丨4及丨6。預定法則意圖將 系統參數維持於可接受的程度，同時減少壓縮機12之工作 量° 控制器使用演繹法則處理輸入資料，並決定輸出。控 制器為多重輸入多重輸出類型（MIM〇)，其可處理多重輸入 以及多重輸出。輸入及參數係如前文所述，輸出控制可變 系統用來提供冷凍劑於冷凝器的冷卻。 各個冷凍系統依據其組成元件而定具有特定參數集 合，而將獲得可接受且有效的結果。由於具有指定組成元 件集合的各個系統有獨特的操作參數，故攙混於控制演繹 法則之預疋法則將根據系統的特徵改變。為了決定目標操 作條件，測試指定系統，決定該系統的安全操作條件。 本發明之另一項應用中，控制器可控制膨脹閥位置及 可凋整之冷卻裝置位置。經由控制膨脹閥位置，控制器可 控制流經系統的冷凍劑數量。控制膨脹閥位置將影響冷凍 劑流經冷凍系統的流量、以及於系統各個階段之冷凍劑壓 力及溫度（亦即超熱）。如此當應用至膨脹閥及可變冷卻裝 置之控制器時，本發明之另一原理係提供可平衡適量超熱 的控制器。 ^ 於控制杰、控制冷凝器及膨脹閥之可變冷卻裝置系統 中，使用額外控制器的感應器及輸出。第1圖顯示膨脹閥及 冷卻裝置控制器之額外輸入及輸出,圖中，感應器32肩 G張尺錢财關家鮮（〇^7^格（2歡297公楚) ~~~ ---^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

538226 A7 B7 五、發明説明（14 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 感應參數以及傳送有關冷凍系統1〇各個組成元件之物理條 件相關資料給控制器24。若干系統中，部分參數係由冷凍 系統操作員輸入，而非如第！圖所示系統由感應器32-4〇輸 入控制。第1圖所示控制器24接收可代表下列訊息的信 號：感應器32、感應壓縮機12入口油壓，感應器34感應壓 縮機32之低壓端以及抽取入口之冷凍劑壓力，感應器”感 應油分離器13之油壓，感應器37感應於壓縮機入口之冷凍 劑溫度，感應器38感應壓縮機負載，感應器39感應壓縮機 出口冷凍劑溫度，以及感應器4〇感應壓縮機12出口冷凍劑 壓力。此外，膨脹閥位置係藉感應器36感應。壓力偵測感 應器可為壓力換能器，溫度偵測感應器可為熱敏電阻，以 及其它業界眾所周知以及使用之壓力或溫度感應器。 於較佳系統中，控制器控制膨脹閥位置，如第1圖以 參考編號43所示，控制器電連接至膨脹閥俾控制之。 若控制器調整膨脹閥，則控制器也監視及控制膨脹 閥’瓖冷康劑足量膨脹以防止過量或非足量超熱問題，同 時也允歧量冷;東劑流㈣統，讓系統有效操動而防止遷 縮機出口壓力過大。 於帶有調整式膨脹閥系統中，系統最初條件包括前述 條件以及後述膨脹閥條件。膨脹閥初步置於最緊閉位置。 隨著系統的運轉，控制器依據程式規劃於控制器的決定法 則而決^開啟閥門。膨脹_設定較好係設定於下述孔口 大小’該孔口大小可提供蒸發器需要的冷卻以及匹配壓缩 機輸出量所需冷㈣彳的最減量。限财小可減低流 本紙張尺度翻巾ϋϋ家標準（CNS) Α4規格⑵QX297公爱〉 17 538226 A7 ____B7 五、發明説明（15) 量，對於冷凝器之冷凍劑指定流量的特定冷卻而言，可提 南跨塵細機的壓力差異。如前述，膨脹閥開口可提高低壓 側壓力’而降低高壓側壓力。如此讓壓縮機工作量不會因 系統兩端間壓力差異的減小而變過大。提高系統低壓側的 壓力，可減少即將進入壓縮機的冷凍劑超熱數量。若超熱 程度降至過低，則系統可能有將液態冷㈣送入壓縮機的 風險。 反之亦為真。關閉閥，造成系統高壓側壓力升高，低 壓側壓力下降。壓力差異的增加造成壓縮機更難以泵送冷 凍劑至系統兩壓侧。關閉閥門，也因系統低壓側喪失壓力， 而造成即將進入壓縮機的冷凍劑超熱量增加。如此若系統 超熱過大，則控制器須開啟閥門。若系統超熱不足，則控 制器應關閉閥門。 一旦系統操動，控制器定期處理資料，以及開啟、維 持、以及關閉可變膨脹閥，同時操動冷凝器之可變容量冷 卻I置。控制裔比較監測得的條件與演繹法則而判定是否 應操控某個組成元件。 多種不同ΜΙΜΟ控制裝置可用於控制本發明之原理。 較佳具體實施例中，控制器演繹法則包括使用模糊邏輯法 則來分析輸入以及產生輸出。由系統各個組成元件輸入的 資料係由控制器使用模糊邏輯控制法則決定特徵。當各數 值貝料輸入進入控制器時，控制器決定數值特徵分成多 類。控制器使用模糊邏輯法則，將輸入分成多種類別百分 比。若控制器經程式規劃而考慮某種參數輸入，以名目值〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐〉 18 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -、可| 538226 五、發明説明 16 為小/ 〇.5為中以及1為大’則傳輸給控制器之值為0.3，由 於3係位於G至G.5之間H统無法決定該值為小或為中。 並非=數值分成一類或它類，控制器將對線性模糊輸入集 。决疋σ亥值特徵為4〇%小以及6〇%中（因為U中間值的 6〇%)。同理〇·75之值判定為50%中及50%大，0·5之值決定 為〇%小、1〇〇〇/0中及0〇/〇大。 以下為使用指定螺桿壓縮機，滑閥之目標操作袁數已 經決定之系統範例。某㈣期狀隸輸人且決定特徵如 後。油抽取差異值、抽取壓力、及壓縮機負載由控制器決 定為以下三個類別之—：小、中或大。最後壓縮機負載變 ，由控制器決定為以下三個類別之—：卸載、維持、及載 何。膨脹閥（EV)位置係由控制器分成兩類之一亦即小 大。—旦輸入被分成多類或各類別之百分比，則控制器签 於類似下表顯示的法則而比對各項特徵資料。當铁本；：:示法則僅供舉例說明之用，各別系統需要調整法則：配 口各項系統的操作參數以及預定輸出。 註：引線項目僅於存在時使用。虛線表示該值因其它 條件具有凌駕於其上之重要性故於本例不考慮。 或 基 本紙張尺度適财_家鮮（⑽）Α4規格（210X297公釐）

……-磬… (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂—

538226 五、發明説明

— if: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •、一吓| 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐）

20 538226 A7 —---__ 五、發明説明（18) " — 用於各項法則，具有最小特徵值之參數值係用作為輸 出值。當計异各法則係將法則中之全部項數加總時，使用 最小特徵值。AND函數與本例之最小函數相同。當計算輸 出組合日守，由於可獲得相同輸出的全部法則皆進行OR函數 計算，故係使用最大值。OR函數於本例也是最大值函數。 例如考慮表10的法則L3。若抽取壓力真有特徵值〇·4，膨脹 閥位置之特徵值0·5，則因〇·4為Ε3考慮之最小特徵值，故 則L3之特徵值輸出較少冷卻。各法則之輸出只對有較 ^、較多或維持冷卻之相同集合的其它法則輸出做比對。 各項輸出之最高特徵值超過三組法則，換言之由較大、較 少、或維持冷卻所得法則用來形成加權平均。此加權平均 為控制器的輸出，控制由系統移除熱量的變化（若有）。 為了將資料去模糊化，換言之使用加權平均來決定風 扇階段變化，如第9圖所示，於矩形區使用簡單質量中心方 法於使用有相同谷置之多數風扇系統，風扇變化百分比 乘以風扇運轉次數。結果為1〇〇%或以上將啟動一風扇，而 結果為100%或以下將關閉一風扇。-丨〇〇%至i〇〇%間之值將 導致風扇無變化。於具有可變風扇速度系統，風扇變化值 用來調整風扇速度及數目。 將進一步藉下列實例歸類本發明，本發明純粹係作為 發明範例。若油抽取差異壓力之關閉塵力為50 PSID(D表示 油壓與壓縮機低壓端間的壓力差異），則將以第4_8圖所示 方式決定模糊邏輯特徵。控制器將油抽取差異壓力65 pSID 或以下決定為100%小及0%中，如第4圖所示，此處i表示 21 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 538226 五、發明説明（19) 1〇〇/° °再度芩照第4圖，若油抽取差異壓力為95 PSID，則 控制器將油抽取差異壓力之特徵決定為〇%小，i 〇〇%中及 0 /〇大其匕介於〇%至100%間之值係如第4圖線圖決定特 徵。 ' 類似模糊邏輯法則也用於其它參數。第5-8圖顯示其它 值如何決定冷凍系統之不同參數。 苐9圖&員示如何解決模糊化、或使用加權平均來決定 風扇階段變化。為了達成此項目的，可使用如第9圖所示， 於矩形區之簡單質量中心方法。風扇變化百分比乘以風扇 轉數。結果為或以上將啟動—風扇，結果為1〇〇%或 以下將關閉一風扇。_丨0 〇 %至i 〇 〇 %中間數值將導致風扇無 變化。 訂 ^热aa技藝人士顯然易知本發明之若干優點將讓冷凍 系、'先更可提南系統效率因而操作上更價廉。經由減低 系統維持高壓縮機輸出壓力需求，壓縮機無需因維持不必 要的高壓縮機出口壓力而耗用能源。此外，控制器可有效 控制冷;東系統的熱排放。例如於藉空氣冷卻驅逐廢熱之系 統，树明可將風扇週轉速度增至最高。經由讓風扇轉數 增至最高，冷陳系統可快速排除熱量，如此允許系統更快 速達到穩態。此外，讓風扇數目增至最大，可減少任一風 扇的轉數’如此延長風扇馬達以及電U件的使用壽命。 如此風扇馬達及電氣㈣壽命延長將讓整個系統更可靠， 操作上更穩定。 熟諳技藝人士顯然易知可對用作控制器輸入的參數 本紙張尺度適用標準(CNS) A4規 22 538226 A7 -----——___ 67_____五、發明説明（20) 選擇，以及選用來決定本發明特徵及構成本冷康系統控制 |§數值的選擇上做出多項修改及變化而未悍離本發明之範 圍或精髓。舉例言之，參數的關閉將因系統而異。又系統 可以多種方式排除熱量，例如冷凝器、冷卻水塔、或其它 業界已知之氣冷式或液冷式傳熱裝置。控制器本身可呈軟 體或硬體形式。冷滚系統不具有調整式膨脹闕反而可使用 固定式膨脹閥。 此外，需了解若干冷㈣統為可逆，而於業界稱作為 熱幫浦。於可史系統中，冷凝器可作為蒸發器，依據系統 操作方式決疋，瘵發器可作為冷凝器，如此本發明可應用 至傳熱組成元件用作為冷凝器之系統中之傳熱組成元件。 其它本發明之具體實施例對業界人士由考慮本發明 說明書及貫務將顯然自明。預期說明書及實例僅視為舉例 說明之用，本發明之真諦及精髓係如如下申請專利範圍指 示0 本紙張尺度適用中國國家標準（娜）A4規格（21〇x297公釐） 23 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可| 538226 A7 B7 五、發明説明（21 元件標號對照 10.. .冷康系統 13…油分離器 16.. .可變容量風扇 22.. .蒸發器 30…電腦 42.. .電連接 44.. .油管線 12.. .壓縮機 14，14a...冷凝器 20.. .膨脹閥 24.. .系統控制器 32-40...感應器 43.. .電連接 45…劃分 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .、訂— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 24

Claims (1)

1. ^38226 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1 •一種冷康系統，該冷凍系統循環冷凍劑通過密閉迴 路’該密閉迴路具有一高壓側由一壓縮機、延伸通過 冷凝器、至限流膨脹閥，以及一低壓側其係由膨脹閥、 延伸通過蒸發器、至壓縮機，該冷凍系統進一步包含： 一可變容量冷卻系、統，其係用以於冷凝器冷卻冷凍 劑；以及 一控制器，其監視系統·低壓側相關壓力；以及 其中該系統係基於壓力調整可變容量冷卻系統，闾 時維持系統低壓侧於可接受之壓力。 2 ·如申请專利範圍第1項之冷;東系統，其中該控制器進一 步監視壓縮機之潤滑询壓力(以及返回油管線與壓縮機 間之壓力差異中之一者，若監測得之潤滑油壓力或壓 力差異達到或降至低於預定最低程度，則控制器減^少 或維持、可變容量冷卻系統容量。 3·如申請專利範圍第1項之冷凍系統、，其中當系統低壓側 相關的壓力趨近於或降至替於預定最低程度日^，控制 器減低可變容量冷卻系統提供的冷卻量，或關閉冷卻 糸統。 - 4·如申明專利範圍第1項之冷/東系统’進一步包含/感應器 其係用以偵測施加於壓縮機之代表性冷柬劑壓力。 5. 如申請專利範圍第1項之冷凍系統，其中該控制器也監 視壓縮機長否提高、降低或維持载荷狀態以及當控制 可變容量冷卻系統時使用監測得的資訊。 6. 如申請專利範圍第i項之冷凍系統，其中該可變容量冷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 538226 申請專利範固 部系統包含至少一風扇吹送空氣跨越冷凝器；以及可 變容量冷卻系統係經由啟動另一'風扇、闕閉一風扇、 改變一風扇速度而改變窨量。 r 7_如申請專利範圍第1項之冷凍系統，养中，該可變容 冷卻系統包括液冷式熱笨換器。 8邊如申請專利範圍第1項之冷凌系统，其中、該控制器 監視膨脹閥位置，基於膨脹閥位置預期可接受的最大/ 々部畺’以及據此調節可變冷卻系統。 訂 9.如申請專利範圍第i項之冷滚系統，其中該控制器監視 冷凍劑於冷凝器的目前冷卻程度，基於冷凍劑於冷凝 器的目前冷卻程度預期系統允許可接受的最大冷卻 4以及據此調整可變容量玲卻率統。 ’ I 〇·如申明專利範圍第i項之冷凍系統，其中該控制器係使 用模糊邏輯法則。 II · 一種冷凍系統’該冷凍系統循環冷凍劑通過密閉迴 路4在閉迴路熹有一高壓側由一壓縮機、延伸通過 冷凝器、至限流膨脹閥，以及一低壓侧其係由膨脹閥、 L伸通過蒸發器、至壓縮機，該冷滚系統進一步包含： 一可變容量冷卻系統，其係用以於冷凝器冷卻冷凍 劑；以及 一控制裔，其監視系統低壓側相關壓力以及壓縮機 的潤滑油壓力以及返回彳由管線相關壓力及壓縮機壓力 間之壓力差異中之至少一者，基於監測的壓力調整可變 容量冷卻，同時維持系統低壓側於可接受壓力、以及壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公楚〉 六、申請專利範園 細機潤滑油相關之可接受壓力。 塗鈿機是否提高、降低或維持载荷狀態以及當控 制可變容量冷卻系統時使用監測得.的資訊。 如：請專利範圍第1L項之冷凍系統，其中該控制器監 視膨脹間位置，基於膨脹閥位置以及其它監測得的條 件資訊_可接相最妨卻量，1轉此調節可變 冷卻系統。 申月專利範圍第11項之冷凍系統，其中該控制器監 視冷”於冷凝器的目前冷輕度，基於冷4劑發冷 t器的目前冷卻程度預期系，統允許可接受的最大二卻 量’以及據此調整可變容量冷卻系統。 y 1 5. -種控制-冷㈣統之方法，該冷“職環冷束劑 通過岔閉迴路，該密閉迴路具有一高壓侧#一壓縮 機 '延伸通過冷凝器、至限流膨脹閥，以及一低壓側 其係由膨脹閥、延伸通過蒸發器、至壓縮機，該方法 包含： 於系統低壓側監視系統壓力；以及 、要糸、、先低壓侧之壓力超過最低臨限值，則定期增 加冷/東劑於冷凝器的冷卻朝向最大可能程度。 16·如申請專利範圍第丨5項之方法，進一步包含：、 監視壓縮機潤滑油壓力或湘關壓力差異；以及 基於監測得的條件參數定期調整冷凍劑冷卻。< 17.如申请專利範圍第15項之方法，其中該壓龠機為具有 可變輸出之可變 下列步驟： 容量壓縮機 以及該方法進一步包含 監視壓縮機是否增加 基於監測得的條件， 、減少或維持其輪出；Μ及 調整冷凍劑於冷凝器的冷卻 係親圍第15項之方法，其中當監測得的條件 升σ 1的5品限值時’冷滚劑於冷凝器的冷卻係提 升或維持於最大可能程度。 -種t凍系統，該冷凍系統循環冷凍劑通過密閉迴 、·、t f山閉迴路具有—高壓側由丄壓縮機、延伸通過 、 '至限机恥脹调，以及一低壓側其係由膨脹閥、 延伸通過蒸發ϋ、至壓縮機，該冷料統進_步包含: 可义谷里冷部系統，其係用以於冷凝器冷卻冷凍 劑；以及 ^ 4工制杰，其係用以控制系統高壓側與低壓侧之相 關魘力以及控制施加於壓縮機之冷凍劑之超熱數量； 八中忒控制裔經由增加冷凍劑於冷凝器的冷卻朝 向最高程度或於最高程度而調整冷卻系統之可變容量 俾降低關聯系、統$壓側壓力，同時維持系統高壓側與系 統低壓侧間於可接受的壓力差異、以及施加於壓縮機之 冷凍劑超熱於可接受數量。 2〇·如申請專利範圍第19項之冷凍系統，其進一步包含： 一調整式限流膨脹閥， 其中該控制器也監視調整式限流膨脹閥的設定

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   六、申請專利範圍 值’以及调整調整式限流膨脹閥俾降低系統相關高壓側 壓力’同時維持系統高壓側與系統低壓側間於可接受的 ——Γ:·Γ!,囔…： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I力差〃以及移開蒸發器之冷束劑之超熱於可接受數 量。 21·如宁請專利範圍第丄9項之令充，其中讓控制器監 視壓縮機之潤滑油壓力、或油分離器與壓縮機壓力間 之相關【力差異，以及控制莽、係配置成可進行下列至 少一項：調整可變容量冷卻裝置進一步f艮制調整式限、 流裝置，或依據監測得的參數而闞閉壓縮機。 士申吻專利範固第19項 < 冷;東系統，其中轉可變容量 冷卻裝置包含可變容量夙扇，?、 、可I 23.0.申請專利範圍第19項之冷康系統，進一步包含感應 器，其係用以偵測施加於壓縮機之冷凍劑之代表性盛 力及溫度。 24.如申請專利範圍第i 9項之冷康系、统，其中該限流膨脹 閥為可調整式P 2 5 ·如申請專利範圍第丨9項之冷涑系統，其中該控制器監 視壓縮機是否提高、降低或維持負載狀態，以及預斯 壓縮機負載狀態對系統高霉側相關屬力的影響，以及 分析控制可變容量冷卻裝置時的預期影響。， 26· —種冷凍系統，該冷;東系統循環冷凍劑通過密閉迴 路’該密閉迥路具有一高壓側由_壓縮機、延伸通過 冷凝器、至限流膨脹閥，以及一低塵側其係由膨脹閥、 延伸通過蒸發器、至壓縮機，該冷象系統進一步包含： 本紙張尺度適用中國國家標準（_) A4規格（210X297公釐） 538226 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 可變容量冷卻系統，其係用以於冷凝器冷卻冷凉; 劑；以及 θ扛制器，其係用以控制系統高壓侧與低」S側之相 哥1力以及控制施加於壓縮機之冷凍劑之超熱數量； /、中，亥控制器調整可變容量冷卻系統以及調整式 限机知脹閥中之至少一者俾降、低系統高靨侧相關 力、同日寸維待系統高壓側與系統低壓侧間於可接受的α 力差異、以及施咖於壓縮機之冷東劑超熱於可接受數量。 ， 士申明專利範圍第26項之冷凍系統，其中該可變容量 丨Ρ系、’先包含至少一風曷吹送空氣跨冷凝器「以及該 可艾谷！冷卻系統藉由啟動另一風扇、、關閉一風扇 /變更一風扇速度中之至少一者而變更容量。 28. ^申讀寻利範圍第26項之冷㈣統，進一步包㈣ 裔’其係用以偵測施加於壓縮機之冷；東劑之代表性 力及溫度/。 29. 如！請專利範圍第26項之冷康系統，其中糊器監 視t縮機疋否提面、降低或維持負载狀態，以及預期 c、、、佰機負载狀輯泉統高壓側相關壓力的.響，以 分析當控制可變容量冷鄭裝置與限流膨脹裝置中之 少一者時的預期影響。） ， 30. -種控制-冷:東系統之方法，該冷康系統循環冷康 通過密閉迴路，該密閉迴路具有_(壓側由一 機、延伸通過冷凝器、至限流膨脹閥，以及一低動 壓 壓 或 應 壓 及 至 劑 壓縮 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^τ· 本紙張尺度適财關家標A4規格(21〇iJ^J7 30 538226 A8 B8 C8 、 _________ D8 六、申請專利範圍 其係由膨脹閥，、延伸通過蒸發器、至壓縮機，該方法 包含： . ) . 於系統低壓側監視系統壓力；以及 只要系統低壓側冷凍劑之轉熱,超過最低臨限值，以 及系統高壓侧與低壓側間冷凍劑壓力差異超過最低臨 限值’則定期升高冷凝器之冷凍劑冷卻朝向最大可能程 度。 ' ' 31 ·如申請專利範圍第3 〇項之方法，進一步包含下述步 驟·只要施加於壓縮機之冷凍劑超熱以及系統高壓與 低壓侧間之壓力差異維持於可接受的臨限值，則維持 冷凍劑於冷凝器之冷卻至最大可能程度。 32.如申請專利範圍第3〇項之方法，進一步包含,下述步 驟：當冷;東劑於系統低壓端之超熱係低於最低臨限值 時’減少冷凍财於冷凝器之冷卻。 3 3.如申明專利範圍第3 0項之方法，進一步包含下述步 驟：當系統之高壓侧與低壓側間之冷東劑壓力差異小 於最低臨限值時，降低冷凍劑於冷凝器的冷卻。 34·如申請專利範圍第3〇項之方法，進一步包含: 監視壓縮機之濁滑油羞異0或監祝油分離器與壓縮 機壓力間的壓力差異；， 、 若潤滑油壓力或壓力差異小於最低臨限偯，，則進行- 減少冷;東劑於冷凝器之冷卻以及關閉壓縮機中之至少 一項。 35.如申請專利範圍第3〇項之方法，其中監視超熱包括監 準規格⑵。X297公釐------- ·· — — — f請先閱讀背面之注意事^再填窝本頁〕 、τ 538226

   、申請專利範圍 視蒸發器與冷凝器間之冷康劑之壓力以及溫度。 36.t申請專利範圍第3G項之方法，其中該超熱係於_ 态與壓縮機入口間監測。 …毛 可變輸出之可變容量壓縮機，其中該方法進— 下列步驟：. ^ ^ ^ 監視壓縮機是否增高、降低或維持其输出；以及 凋正々凍系統’俾經由調整冷凍劑於冷凝器之冷卻 量而反向平衡壓縮機之輸出變化。 38.如申請專利範圍第3()項之方法，其中當監測得的條件 係於可接受的臨限值範圍以内時，冷滚劑於冷凝器的 y..... — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 冷卻係提高至且維持於最大可能程度 •、一-T· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 32