TWI542847B - 用於熱交換器動態控制之系統及方法 - Google Patents

用於熱交換器動態控制之系統及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI542847B
TWI542847B TW103141118A TW103141118A TWI542847B TW I542847 B TWI542847 B TW I542847B TW 103141118 A TW103141118 A TW 103141118A TW 103141118 A TW103141118 A TW 103141118A TW I542847 B TWI542847 B TW I542847B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fluid
global
local
temperature
controller
Prior art date
Application number
TW103141118A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201533412A (zh
Inventor
安德爾斯 尼亞德
克拉斯 柏堤森
阿爾瓦羅 卓金
Original Assignee
阿爾法拉瓦公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 阿爾法拉瓦公司 filed Critical 阿爾法拉瓦公司
Publication of TW201533412A publication Critical patent/TW201533412A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI542847B publication Critical patent/TWI542847B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/34—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/02—Evaporators
    • F25B39/028—Evaporators having distributing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/385—Dispositions with two or more expansion means arranged in parallel on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0273—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/197—Pressures of the evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2117—Temperatures of an evaporator
    • F25B2700/21175—Temperatures of an evaporator of the refrigerant at the outlet of the evaporator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

用於熱交換器動態控制之系統及方法
本發明大體上係關於一種用於動態控制熱交換器之操作的系統。另外，本發明係關於一種用於動態控制熱交換器之操作的方法。
本發明大體上係關於包括熱交換器之系統且尤其係關於呈板式熱交換器形式之熱交換器。不同類型之熱交換器係基於不同技術。對於各種應用(諸如，空調、冷卻系統、熱泵系統等)，一種類型之熱交換器利用流體(諸如，冷卻試劑)之蒸發。因此，熱交換器可用於處置呈液體形式以及蒸發形式之流體的兩相系統中。
在蒸發器為板式熱交換器之狀況下，此板式熱交換器可包含板封裝，其包括數個第一及第二熱交換器板。該等板永久地彼此接合並以某種方式並排配置，使得形成第一流體通路之第一板間隙形成於每一對鄰近的第一熱交換器板與第二熱交換器板之間，且形成第二流體通路之第二板間隙形成於每一對鄰近的第二熱交換器板與第一熱交換器板之間。第一板間隙及第二板間隙彼此分離並以交替次序並排提供於板封裝中。實質上每一熱交換器板至少具有第一孔道及第二孔道，其中第一孔道形成至第一板間隙的第一入口通道，且第二孔道形成自第一板間隙的第一出口通道。板封裝包含用於該等第一板間隙中之每一者的分離空間，該空間封閉於第 二板間隙。
在待用於兩相系統之此一般先前技術板式熱交換器中，將諸如冷卻試劑之第一流體以液體形式引入閥中，但歸因於壓降，當經過閥時該流體在第一入口通道(亦即，第一孔道)的一個末端處膨脹成部分經蒸發流體以用於沿著第一入口通道進一步分佈並在蒸發成蒸發形式期間進一步膨脹至個別第一板間隙中之每一者中。始終存在所供應流體之能量內含物過高的風險，藉以經由其入口通口供應至入口通道之流的部分將遇到入口通道之後端並藉此以相反方向反射。藉此，入口通道中之流動極混亂且難以預測及控制。
另外，冷卻試劑之壓降可隨著自入口至第一入口通道的距離增加，藉以將影響個別板間隙之間的第一流體分佈。
亦已知當第一流體之液滴自第一入口通道進入個別板間隙時必須經歷的角流改變有助於不均勻分佈。
又一影響參數為個別第一板間隙之間的尺寸差異，從而導致每一第一板間隙具有其獨特效率。
亦已知個別第一板間隙之操作及效能取決於其在板封裝中之位置。板封裝之每一側上的最外第一板間隙傾向於表現為不同於板封裝之中部中的彼等。
結果，總的來說極難(若並非不可能)最佳化熱交換器之操作及效率，從而確保在離開蒸發器之出口之前，且尤其在到達配置於蒸發器之出口下游的壓縮機之入口之前完全蒸發供應至熱交換器之蒸發器的所有流體，且亦確保熱交換器在不同工作條件期間藉由高效率及容量起作 用。實際上，總的來說，出現用於蒸發器之不充分蒸發的一個失靈第一板間隙係充分的。舉例而言，若淹沒單一第一板間隙(亦即，其不能蒸發供應至其上之全部流體量)，則液滴將出現於蒸發器之出口下游。大體而言，經完全蒸發意謂經蒸發流體必須已到達過熱狀態，藉以經蒸發流體僅包括乾式經蒸發流體(亦即，經蒸發流體應具有高於當時壓力下之飽和溫度的溫度)。
過熱(其為此項技術中熟知之物理參數)定義為在當時壓力 下目前溫度與飽和溫度之間的溫度差(亦即，當流體中並不剩餘任何液體內含物時)。對於給定流體且對於給定溫度及壓力而言，過熱係獨特的。可在習知曲線圖或表中發現飽和溫度。
不管操作任務如何儘可能接近設定點過熱值地操作熱交換 器之蒸發器之目的對於儘可能高地獲得利用率而言係重要的。因此，此目的具有經濟重要性。另外，此目的對與蒸發器協作之其他組件(諸如，壓縮機)具有影響，此係由於壓縮機通常敏感於液體內含物。當到達壓縮機之入口時，經蒸發流體中剩餘之任何液滴可損害壓縮機。又，藉由儘可能低之過熱操作蒸發器具有經濟利益，此係由於一旦流體已到達過熱狀態，流體經完全乾燥，且另外在溫度增加中並不存在大量增益。
由系統製造商判定上文之設定點過熱以針對接收至壓縮機 中之液體的風險併入一定想要之安全裕度。當蒸發器之負載改變時，上文所論述之問題變得較顯著。舉例而言，事實可為當將空氣調節系統之操作任務自一個溫度改變至另一溫度意謂改變待供應至蒸發器之流體量時。
文件EP2156112B1及WO2008151639A1揭示用於以某種方式 控制至少兩個蒸發器當中之致冷劑分佈，使得以最大可能程度利用空氣加熱式蒸發器之致冷容量的方法。藉由監視蒸發器之共用出口處之致冷劑的過熱實現此方法。另外，藉由變更通過所選擇蒸發器之致冷劑的質量流同時使通過所有蒸發器之致冷劑的總質量流實質上保持恆定來實現此方法。 由為膨脹閥之一個單一閥控制流。因此，兩個文件提供控制複數個空氣加熱式蒸發器之操作的解決方案，在該方法中，將每一蒸發器評估為完整單元且在該方法中鑒於配置於相同電路中之額外蒸發器控制每一單元。
大體而言，熱交換器(且尤其為板式熱交換器)在部分負載 下之效率為日益嚴重之問題。熱交換器之蒸發器如何以不同操作任務執行而非僅以單段操作任務量測受到較多關注。舉例而言，實驗室規模試驗已展示對於給定經接合板式熱交換器，空氣調節系統可僅藉由在部分負載下之經改良蒸發器功能節省其4%至10%之能量消耗。另外，熱交換器系統典型地僅歷時3%之時間以全容量操作，而大部分熱交換器經設計及調諧以用於全容量操作。
本發明之目標為提供一種補救上文所提及之問題的經改良 熱交換器系統。特別言之，其旨在一種熱交換器系統及一種允許無論執行條件如何對流體通路之間的第一流體(諸如，冷卻試劑)之供應進行較好控制，以藉此改良板式熱交換器之效率的方法。
由一種用於動態控制一熱交換器之操作的系統達成此目 標，該系統包括熱交換器、複數個注入器配置、局部感測器配置及控制器，其中該熱交換器包括第一全局出口、第一複數個流體通路，每一流體通路 包括局部入口及局部出口，該熱交換器用於在第一流體之蒸發期間經由該第一複數個流體通路將該第一流體供應至該第一全局出口；該熱交換器進一步包括第二全局出口、第二複數個流體通路，每一流體通路包括局部入口及局部出口，該熱交換器用於經由該第二複數個流體通路將第二流體供應至該第二全局出口；該等第一流體通路及該等第二流體通路配置成彼此分離且並排，以便使得能夠在該第一複數個流體通路中之該第一流體與該第二複數個流體通路中之該第二流體之間進行熱交換；每一注入器配置包括至少一個閥，且每一注入器配置經配置以將該第一流體之流供應至該第一複數個流體通路中之至少一者的該局部入口；該局部感測器配置包括複數個局部溫度感測器，其經配置以量測對應於流動於該第一複數個流體通路之該等局部出口附近的該經蒸發第一流體之局部溫度的溫度值；該控制器經配置以判定自該局部感測器配置所接收之該等所量測溫度值之間的差，且經進一步配置以與該複數個注入器配置之該等閥通信以調整由該等注入器配置中之至少一者所供應的第一流體之局部量以便使該所判定差均等。
鑒於流動於該等局部出口附近之該第一流體，執行局部調整 以便使任何溫度差均等。因此，可將該局部調整之總意圖視為所有第一流體通路應相等地有助於蒸發器之總操作的該意圖。由該本發明系統達成此意圖，其中可監視每一流體通路或流體通路之子集的操作，藉以可調整自每一個別流體通路至該熱交換器之總效能的貢獻。
舉例而言，在已知熱交換器中，若在該全局出口中或自該全局出口之下游中偵測到液體內含物，則調整該全局流動量。然而，全局流 動中存在液體內含物可由一單一流體通路或流體通路之子集中的局部溢流所引起。藉由量測局部溫度並使流動於該等局部出口附近之該第一流體的該等溫度之間的該差均等，僅調整該特定流體通路或導致該液體內含物之通路中的局部流動。
藉由該本發明系統及方法，相比於已知技術，可較有效地利 用該第一複數個流體通路。另外，藉由最佳化該複數個第一流體通路中之該流動，可在該全局出口之下游的該全局流動中達成較高壓力。在一些系統中，當藉由較高壓力饋入時，壓縮機之效率增加。因此，可增強該整個系統之該效率。
該局部感測器配置中之該複數個局部溫度感測器可配置於該第一複數個流體通路之該等局部出口附近。
替代性地，該局部感測器配置中之該複數個局部溫度感測器可配置於該第二複數個流體通路之該等局部出口附近。
術語附近意謂該局部出口周圍，亦即鑒於該第一流體，其可在該局部出口之上游及下游兩者處。該等局部溫度感測器應經定位，使得其在已蒸發該等流之後並在該等流彼此混合以形成全局流之前量測第一流體之流動。
該等局部溫度感測器可配置於具有自該熱交換器之板封裝之外部至內部之延伸的通孔中。替代性地，該等局部溫度感測器可僅配置於該板封裝內部或僅配置於該板封裝外部。
該等局部溫度感測器可經配置以量測關於一或多個流體通路之溫度。替代性地，該等局部感測器感測器可經配置以量測一平均溫度 值。
應理解，量測對應於該經蒸發流體之該局部溫度的溫度值意 謂並不需要直接對或直接關於流動於該等局部出口附近之該第一流體執行該量測。
該控制器可經進一步配置以判定對由並非該等注入器配置 中之該至少一者的另一者所供應之第一流體的該局部量之補償局部調整，使得該複數個第一通路中之第一流體的該全局量保持相同。該控制器可經進一步配置以將該所判定補償局部調整傳達至並非該等注入器配置中之該至少一者的該另一者。
判定該補償局部調整，以便使該複數個第一通路中之第一流 體的該全局量保持不受該等局部調整影響。可替代性地基於由全局感測器配置所量測之值控制該全局量。
該控制器可經配置以藉由至少判定該等所量測溫度值之標 準偏差來判定該差。藉由利用用於判定該局部調整之該標準偏差，減少快速且嚴格之局部調整使得該調整程序變得較平滑並均勻。
應理解，可以許多方式並基於該等所準確量測溫度值或一或 多個所量測溫度值之修改(諸如，均值或調整)判定該差。此外，可基於單一批次之所量測溫度值判定一或多個差。
該第一流體可為致冷劑。該第二流體可包括水。該第二流體 可為鹵水或可僅由水組成。
該系統可經調適使得可經由該系統供應不同類型之第一流 體。舉例而言，該系統可包括用於不同第一流體之該供應的不同截面之流 體通路。
該控制器可為P調節器、PI調節器或PID調節器。此等調 節器類型已熟知於自動控制工程之領域中。該PID調節器可用於相對快速之程序，並在並不導致該系統發生任何自振盪之情況下對諸如所量測溫度及/或壓力值之值作出反應。
應瞭解，其他類型之習知控制器亦可係可行的。
該系統可進一步包括全局感測器配置，其經配置以量測全局溫度及全局壓力，或該第一全局出口之下游處的該經蒸發第一流體之任何液體內含物的存在。另外，該控制器可經配置以與該複數個注入器配置之該等閥或與全局閥通信，以基於自該全局感測器配置所接收之資訊控制待供應至該第一複數個流體通路之該第一流體的該全局量，以便使該熱交換器朝向一設定點過熱值操作。
在本申請案之上下文中，術語「液體內含物」定義為呈液相或混合式液/氣相之流體。其可(例如)呈液滴形式。
該全局感測器配置之目的為判定該經蒸發第一流體中之任何液體內含物的該存在，或判定該經蒸發第一流體之所謂過熱。將該等量測傳輸至該控制器，該控制器又判定對該第一複數個流體通路中之第一流體的該流之全局調整。
因此，可藉由由該局部感測器配置量測局部溫度值來控制該第一複數個流體通路之子集中的該局部流動，且可藉由由該全局感測器配置量測全局溫度及/或壓力值來控制該第一複數個流體通路中之該全局流動。
可將該全局調整描述為以便朝向設定點過熱或朝向該不存 在液體內含物進行操作之調整，而可將該局部調整描述為用於使該熱交換器內之該等溫度差均等的調整。執行兩調整以便最佳化該熱交換器之該效能。該等調整彼此補充但亦可單獨起作用。舉例而言，系統可包括該局部感測器配置，並在無需利用該全局感測器配置及全局調整之情況下對該第一複數個流體通路執行局部調諧。此外，可由並非該全局感測器配置之另一配置執行該全局調整。
在該系統之操作期間，較佳為連續地執行對該系統之局部調 整及全局調整的該兩個程序。因此，連續地調整該局部流動及該全局流動，藉以鑒於當前執行條件及操作任務連續地最佳化該熱交換器。該熱交換器因此變得較可撓並適應於不同執行條件。不管該等執行條件如何，該熱交換器將以一經最佳化方式執行。
可在該控制器中將該兩個程序作為並行循環而執行。
該全局感測器配置可包括全局溫度感測器及全局壓力感測器。基於所量測全局溫度值及所量測全局壓力值，可由該控制器判定該過熱。該兩個全局感測器必須在該系統內並不具有相同位置。然而，該全局感測器配置基本上配置於相同位置處，使得該等全局感測器量測經蒸發第一流體之相同部分可係較佳的。
假如該全局感測器配置經配置以量測全局溫度及全局壓力，則該設定點過熱值可(例如)為用作該系統中之第一流體的該特定流體之該過熱。
替代性地，該過熱值可為如藉由預定安全裕度所調整的用於 該系統之該特定流體的所計算過熱。在該全局感測器配置經配置以替代性地量測該蒸發器中之任何液體內含物的該存在之狀況下，可以「數位」方式處置該設定點過熱值，其中存在任何液體內含物為供應至該所評估流體通路之該流體量過高而不能進行完全蒸發之指示符，或替代性地，並不存在任何液體內含物為供應至該流體通路之該流體量不充分且可增加之指示符。
替代性地，在該全局感測器配置經配置以量測該經蒸發流體 中之任何液體內含物的該存在之狀況下，該全局感測器配置可為至少一個全局溫度感測器。該全局溫度感測器可用於判定如歷時量測週期可見的全局溫度降低傾向，或用於判定如歷時量測週期可見的不穩定全局溫度。全局溫度降低傾向及不穩定全局溫度兩者可用作至該控制器之輸入以確定該經蒸發流體中之任何液體內含物的該存在，此係由於相比於經完全蒸發乾式氣態流體流，該液體內含物(亦即，呈液相或混合式液/氣相之流體流)將在該全局溫度感測器上指示較低溫度。此原理亦適用於該局部溫度感測器，亦即該等局部溫度感測器可經利用以偵測該第一複數個流體通路中之一個流體通路或流體通路之子集中的任何液體內含物之該存在。因此，在一些具體實例中，該局部感測器配置可在並無該全局感測器配置之情況下獨立起作用。
根據另一態樣，本發明係關於一種根據該系統之該等上文所 揭示具體實例中之任一者之系統的用途。
根據另一態樣，本發明係關於一種用於在根據該等上文所揭 示具體實例中之任一者的系統中動態控制一熱交換器之操作的方法，該方 法包括以下步驟：a)由該複數個注入器配置將第一流體供應至該第一複數個流體通路之該等局部入口，並將第二流體供應至該第二複數個流體通路之該等局部入口；b)由該局部感測器配置量測對應於流動於該第一複數個流體通路之該等局部出口附近之該經蒸發流體的該等局部溫度之溫度值；c)將該等所量測溫度值傳輸至該控制器；d)由該控制器判定該等所量測溫度值之間的差；e)由該控制器基於該所判定差來判定對由該複數個注入器配置中之至少一者所供應的流體之該局部量的局部調整以便使該所判定差均等，f)由該控制器與該複數個注入器配置之該等閥通信以根據該所判定局部調整來調整由該複數個注入器配置中之至少一者所供應的第一流體之該局部量。
該方法可進一步包括判定對由並非該等注入器配置中之該至少一者的另一者所供應的第一流體之該局部量的補償局部調整之步驟，以便使該複數個第一通路中之第一流體的該全局量保持不受該等局部調整影響。該方法可進一步包括由該控制器與該複數個注入器配置之該等閥通信以根據該所判定補償局部調整，調整由並非該複數個注入器配置中之該至少一者的該另一者所供應的第一流體之該局部量的步驟。
判定該差之該步驟可包括判定該等所量測溫度值之標準偏差。
該方法可執行於進一步包括全局感測器配置之系統中，該全 局感測器配置包括全局溫度感測器及全局壓力感測器，其中該方法進一步包括以下步驟：g)由該全局感測器配置量測該第一全局出口之下游處的該經蒸發第一流體之全局溫度值及全局壓力值；h)將該所量測全局溫度值及該所量測全局壓力值傳輸至該控制器；i)由該控制器基於該所量測全局溫度值及該所量測全局壓力值判定過熱值；j)由該控制器判定該所判定過熱值與設定點過熱值之間的差或該經蒸發第一流體中之任何液體內含物的該存在；k)由該控制器判定到達該設定點過熱值所要求的對由該複數個注入器配置所供應之第一流體的該量之全局調整，l)由該控制器與該複數個注入器配置之該等閥或與全局閥通信，以根據該所判定全局調整來調整由該複數個注入器配置所供應之第一流體的該全局量。
可並行地執行該等步驟b)至f)及該等步驟g)至l)。
可連續地執行該等步驟b)至f)及該等步驟g)至l)。可在該控制器中將該等步驟b)至f)及該等步驟g)至l)作為並行循環而執行。
關於該系統所揭示之該等所揭示特徵及優勢亦相關於相關該方法之此態樣。為了避免不當之重複，參考上文相關該系統之該態樣。
1‧‧‧熱交換器
3‧‧‧第一流體通路
3a‧‧‧第一流體通路
3b‧‧‧第一流體通路
4‧‧‧第二流體通路
6‧‧‧上部端板
7‧‧‧下部端板
8‧‧‧孔道
9‧‧‧第一入口通道
10‧‧‧第一出口通道
11‧‧‧第二入口通道
12‧‧‧第二出口通道
13‧‧‧全局出口
14‧‧‧壓縮機之入口
15‧‧‧管道系統
16‧‧‧壓縮機之出口
17‧‧‧管道系統
18‧‧‧冷凝器之入口
19‧‧‧冷凝器之出口
22a‧‧‧閥
22b‧‧‧閥
25a‧‧‧注入器配置
25b‧‧‧注入器配置
26a‧‧‧蒸發器入口
26b‧‧‧蒸發器入口
27a‧‧‧噴嘴
27b‧‧‧噴嘴
28‧‧‧全局感測器配置
29‧‧‧局部感測器配置
30a‧‧‧全局壓力感測器
30b‧‧‧全局溫度感測器
31a‧‧‧局部溫度感測器
31b‧‧‧局部溫度感測器
41‧‧‧局部入口
42‧‧‧局部出口
51‧‧‧壓縮機
52‧‧‧冷凝器
53‧‧‧膨脹閥
54‧‧‧蒸發器
55‧‧‧壓力感測器
56‧‧‧溫度感測器
57‧‧‧控制器
71‧‧‧全局入口
72‧‧‧全局出口
73‧‧‧槽形裝置
74‧‧‧第一流體通過第一複數個流體通路之流動
75‧‧‧第二流體通過第二複數個流體通路之流動
76‧‧‧全局出口
80a‧‧‧通口
80b‧‧‧通口
1001-1006‧‧‧步驟
1101-1105‧‧‧步驟
A‧‧‧第一熱交換器板
B‧‧‧第二熱交換器板
P‧‧‧板封裝
現將(例如)參考隨附示意性圖式描述本發明之具體實例，在圖式中： 圖1示意性說明為機械蒸氣壓縮系統之先前技術致冷電路。
圖2示意性說明典型板式熱交換器之側視圖。
圖3示意性說明圖2之板式熱交換器之正視圖。
圖4示意性說明沿著先前技術板式熱交換器之邊緣的橫截面。
圖5說明相關於本發明系統之致冷電路。
圖6說明用於將流體提供至第一複數個流體通路中之注入器配置。
圖7至圖9說明局部感測器配置在本發明之不同具體實例中的定位。
圖10說明用於根據本發明之一個具體實例控制熱交換器中之局部流動的方法。
圖11說明用於控制熱交換器中之全局流動的方法。
熱交換器1可典型地包含為致冷電路中之蒸發器。參見圖 1，為機械蒸氣壓縮系統之先前技術致冷系統典型地包括壓縮機51、冷凝器52、膨脹閥53及蒸發器54。電路可進一步包括配置於蒸發器之出口與壓縮機之入口之間的壓力感測器55及溫度感測器56。當冷卻試劑以具有低壓且具有低溫之蒸發形式進入壓縮機51時，此系統之致冷圈起始。在進入冷凝器52之前由壓縮機51將冷卻試劑壓縮成經高壓且高溫蒸發狀態。冷凝器52藉由將熱傳送至較低溫度媒質(諸如，水或空氣)而將高壓且高溫氣體沈澱成高溫且高壓液體。高溫液體接著進入膨脹閥53，其中膨脹閥允許冷卻試劑進入蒸發器54。
膨脹閥53具有將冷卻試劑自高壓側膨脹至低壓側並精細調 諧流動之功能。為了使較高溫度冷卻，必須限制至蒸發器中之流動以使壓 力保持為較低並允許蒸發回成蒸發形式。可由控制器57基於自壓力感測器55及溫度感測器56所接收之信號操作膨脹閥53。該資訊可用於基於指示流體在離開蒸發器54之後剩餘之任何液體內含物的所謂過熱，指示蒸發器54之總操作。
現轉向圖2至圖4，其中說明呈板式熱交換器1形式之蒸發 器。應理解，熱交換器1可具有任何類型，諸如板式熱交換器、管殼式熱交換器、螺旋形熱交換器等。然而，本發明將在下文中被論述為應用於板式熱交換器1，但本發明並不限於此。
貫穿本申請案，將使用術語局部及全局。如用於局部流動 量、局部溫度、局部入口及局部出口，術語局部係指總系統之子集。舉例而言，第一複數個流體通路中之局部流動量係指第一複數個流體通路之子集中的流動量，諸如第一複數個流體通路中之一個流體通路。另一實例為每一流體通路具有局部入口及局部出口。又一實例為第一流體之局部溫度係指在第一流體中之一定位置處的溫度，諸如流動於第一複數個流體通路中之一個流體通路中的第一流體之溫度。
相反地，術語全局係指總系統。舉例而言，第一流體在第一 複數個流體通路中之全局流動量係指第一流體在蒸發器中之總流動量。因此，藉由增加或降低至相等流動量來藉由調整全局流動量，能調整所有注入器配置。另一實例為熱交換器具有全局出口，意謂來自第一複數個流體通路之子集的局部流動一起來到單一流的出口。又一實例為第一流體之全局溫度係指第一流體流動為單一流之位置處的溫度。
如圖4中所說明，板式熱交換器1包含板封裝P，其由並排 提供之數個熱交換器板A、B形成。在所揭示之具體實例中，熱交換器板包含兩個不同板，其在下文中被稱為第一熱交換器板A及第二熱交換器板B。
以某種方式並排提供熱交換器板A、B，使得第一流體通路 3形成於每一對鄰近第一熱交換器板A與第二熱交換器板B之間，且第二流體通路4形成於每一對鄰近第二熱交換器板B與第一熱交換器板A之間。因此，熱交換器包括第一複數個流體通路3及第二複數個流體通路4。
每一流體通路具有局部入口41及局部出口42。局部入口及 局部出口可又包括至形成流體通路之鄰近熱交換器板對之間的空間之複數個進入口或自該空間之複數個退出口。因此，至流體通路之局部入口意謂至流體通路之一或多個進入口，且自流體通路之局部出口意謂自流體通路之一或多個退出口。
板封裝P進一步包含提供於板封裝P之各別側上的上部端 板6及下部端板7。
如尤其自圖3及圖4顯現，實質上每一熱交換器板A、B具 有四個孔道8。
孔道8中之第一者形成至第一複數個流體通路(包含第一流 體通路3)之第一入口通道9，其實質上延伸通過整個板封裝P(亦即，所有板A、B及上部端板6)。孔道8中之第二者形成自第一複數個流體通路之第一出口通道10，其亦實質上延伸通過整個板封裝P(亦即，所有板A、B及上部端板6)。
孔道8中之第三者形成至第二複數個流體通路(包含第二流 體通路4)之第二入口通道11。孔道8中之第四者形成自第二複數個流體通 路之第二出口通道12。又，此等兩個通道11及12實質上延伸通過整個板封裝P(亦即，所有板A、B及上部端板6)。
現轉向圖5，將論述本發明系統之第一具體實例。系統包括 呈板式熱交換器形式之蒸發器54。蒸發器54包括如上文關於圖2至圖4所揭示地組態之熱交換器板A、B。因此，蒸發器54包括第一複數個流體通路3及第二複數個流體通路4。
在圖5中，第一複數個流體通路由表示為3a及3b之第一流 體通路表示。每一第一流體通路3a、3b具有局部入口及局部出口。蒸發器54具有全局入口及全局出口13。配置流體通路3a、3b，使得可經由流體通路3a、3b將第一流體自全局入口至全局出口13地供應通過蒸發器54。
蒸發器54之全局出口13經由管道系統15連接至壓縮機51 之入口14。壓縮機51之出口16經由另一管道系統17連接至冷凝器52之入口18。冷凝器52之出口19連接至複數個注入器配置25a、25b。在所揭示之具體實例中，每一注入器配置25a、25b包括閥22a、22b及噴嘴27a、27b。
應理解，在其最簡形式中，注入器配置可由提供流體分佈之 閥構成。注入器配置25a、25b連接至蒸發器54之第一複數個流體通路中之第一流體通路3a、3b的一或多個局部入口。因此，提供封閉式循環系統。
參見圖6，複數個注入器配置中之每一注入器配置25a、25b 經配置以將第一流體流動供應至第一流體通路3a、3b之局部入口，以用於在經由其全局出口13離開蒸發器54之前蒸發第一流體。替代性地，注入器配置中之一或多者可經配置以將第一流體流動供應至第一複數個流體通路 中之一個以上第一流體通路的局部入口。
無論注入器配置25a、25b如何配置，較佳的是基本上以與 通過第一複數個流體通路3之流動方向平行之方向引導流。藉此，可避免任何不當之流體流動重新引導。在熱交換器為板式熱交換器之狀況下，此情況意謂與第一及第二熱交換器板之一般平面平行。
在所揭示之具體實例中，注入器配置25a、25b之閥22a、22b 定位於蒸發器54及組成蒸發器之板封裝P的外部，但注入器配置25a、25b之噴嘴27a、27b經配置以經由蒸發器入口26a、26b在板封裝之壁部分中延伸至蒸發器54之內部。
蒸發器入口26a、26b呈自板封裝P之外部延伸至板封裝之 內部且較精確地延伸至第一複數個流體通路之局部入口的通孔形式。可藉由塑膠重塑、藉由切割或藉由鑽孔形成通孔。術語塑膠重塑係指諸如熱鑽孔之非切割塑膠塑形方法。可由切割工具實現切割或鑽孔。亦可藉由雷射或電漿切割實現此操作。
作為替代性具體實例，如上文所提及，每一注入器配置25a、 25b可僅包括控制流動並充當噴嘴之閥。因此，在其最簡單形式中，可省略噴嘴27a、27b藉以可自通孔(未揭示)或管(未揭示)提供流體流動。
圖6中揭示可能待用於本發明系統之蒸發器的入口區域之 橫截面。圖4之具體實例的入口通道9已由第一複數個流體通路3中收納注入器配置25a、25b之每一第一流體通路替換。
應理解，每一注入器配置25a、25b可包括複數個噴嘴，其 中複數個噴嘴具備來自單一閥之流體。亦應理解，每一注入器配置25a、25b 可包括複數個閥。
應理解，注入器配置25a、25b之數目可小於第一流體通路3 之數目。藉此，每一注入器配置可經配置以將其第一流體流動供應至第一流體通路3之一個以上局部入口。可由配置於具有橫跨兩個或兩個以上第一流體通路延伸之直徑的通孔中的每一注入器配置25a、25b使此情況成為可能，藉以同一注入器配置25a、25b可將流體供應至第一複數個流體通路3中之一個以上流體通路。
返回至圖5，本發明系統進一步包括包括局部溫度感測器之 局部感測器配置29。在此圖中，局部溫度感測器由表示為31a及31b之局部溫度感測器表示。
局部溫度感測器31a、31b經配置以量測對應於流動於第一 複數個流體通路3之局部出口附近的經蒸發第一流體之局部溫度的溫度值。術語附近意謂局部出口周圍，亦即鑒於第一流體，其可在局部出口之上游抑或下游處。局部溫度感測器31a、31b應經定位，使得其在已蒸發流之後並在流彼此混合以形成全局流之前量測第一流體之流動。
局部溫度感測器31a、31b可配置於自板封裝P之外部延伸 至板內部的通孔中。替代性地，局部溫度感測器31a、31b可僅配置於板內部或僅配置於板外部。局部溫度感測器31a、31b可配置成彼此分離，或藉由(例如)附接至沿著共用於第一複數個流體通路3之局部出口的出口通道延伸之槽形裝置而彼此連接。
應理解，量測對應於經蒸發流體之局部溫度的溫度值意謂並 不需要直接對或直接關於流動於局部出口附近之第一流體執行量測。將關 於下文論述之圖7至圖9揭示可如何量測溫度之不同具體實例。
局部溫度感測器31a、31b可經配置以量測關於一或多個流 體通路3a、3b之溫度。替代性地，局部感測器感測器31a、31b可經配置以量測平均溫度值。
局部感測器配置29並不需要經配置以量測對應於所有第一 複數個流體通路3中之第一流體之局部溫度的溫度。舉例而言，局部溫度感測器31a、31b可經配置，使得量測對應於流動於第一複數個流體通路3中之每第十對流體通路之局部出口附近的第一流體之局部溫度的溫度。
局部溫度感測器31a、31b連接至控制器57。控制器57經配置以與局部感測器配置29及注入器配置25a、25b之個別閥22a、22b通信。控制器57可為(例如)P調節器、PI調節器或PID調節器。
可藉由局部感測器配置29判定熱交換器內之局部位置處的溫度。局部感測器配置29之目的為判定一個或若干第一流體通路3a、3b之局部出口中或附近的局部溫度，以便使得能夠判定第一複數個流體通路3中之第一流體的流動並執行局部調整。
控制器57經配置以自局部感測器配置29接收所量測局部溫度值。控制器57判定所量測溫度值之間的差。可基於單一批次之所量測溫度值判定一或多個差。
基於所判定差，控制器57判定對由注入器配置25a、25b中之至少一者所供應的第一流體之局部量的局部調整。控制器57可基於自局部感測器配置29所接收的單一批次之所量測溫度值，判定一或多個局部調整。可將不同注入器配置25a、25b調整至不同程度。
可藉由判定自局部感測器配置29所接收之所量測溫度值的 標準偏差判定差。藉由利用用於判定局部調整之標準偏差，能減少快速且嚴苛之局部調整使得調整程序變得較平滑並均勻。
應理解，控制器57並不需要基於所有所接收之所量測溫度 值進行調整。舉例而言，控制器57可基於所選擇數目個所量測溫度值(諸如，對應於鄰近注入器配置之彼等)或數個所量測溫度值之均值，鑒於特定注入器配置判定流動調整。
鑒於流動於局部出口附近之第一流體，執行局部調整以便使 任何溫度差均等。因此，可將局部調整之總意圖視為所有第一流體通路3應相等地有助於蒸發器之總操作的意圖。
舉例而言，在已知熱交換器中，若在全局出口中或全局出口 13之下游中偵測到液體內含物，則調整全局流動量。然而，全局流動中存在液體內含物可由單一流體通路或流體通路之子集中的局部溢流所引起。 藉由量測局部溫度並使流動於局部出口附近之第一流體的溫度之間的差均等，僅調整特定流體通路或導致液體內含物之通路中的局部流動。
若局部感測器31a、31b經配置以直接量測第一複數個流體 通路3之局部出口附近的第一流體，則可借助於局部感測器配置29偵測局部流動中之任何液體內含物存在。若局部溫度感測器31a、31b附近存在任何液體內含物，則液體物質將附接至感測器並自其蒸發。歸因於蒸發，受影響局部溫度感測器31a、31b將量測到小於來自量測經完全蒸發第一流體之局部溫度感測器的溫度值之溫度值。
藉由本發明系統及方法，調整第一流體通路或所量測局部溫 度值較低之通路中的第一流體量，使得供應至其上之所有流體可變得經蒸發，且因此所量測溫度值應朝向其他第一流體通路之所量測局部溫度值增加。
因此，藉由本發明系統及方法，相比於已知技術，可較有效 地利用第一複數個流體通路3。另外，藉由最佳化複數個第一流體通路3中之流動，可在全局出口之下游的全局流動中達成較高壓力。在諸如圖5中所說明之一者的系統中，當藉由較高壓力饋入時能增加壓縮機51之效率。 因此，可增強整個系統之效率。
系統進一步包括全局感測器配置28。在所揭示具體實例中，全局感測器配置28包括全局壓力感測器30a及全局溫度感測器30b。全局感測器配置28可配置於連接蒸發器54之全局出口13與壓縮機51之入口14的管道系統15中，且較精確地在蒸發器之全局出口13中或其下游但在壓縮機51之入口14之前。
兩個全局感測器30a、30b必須在系統內並不具有相同位置。然而，較佳的是全局感測器配置28基本上配置於相同位置處，使得全局感測器30a、30b量測經蒸發第一流體之相同部分。
將全局感測器配置28或其部分配置於蒸發器54之出口通道(未揭示)中亦可係可能的。
全局壓力感測器30a較佳為在連接蒸發器54與壓縮機51之管道系統15的或多或少直線部分中配置於蒸發器54之全局出口13之後。根據經驗，取決於管道系統15之組態，全局壓力感測器30a配置於對應於管道之內徑的至少十倍的管道彎曲之後的距離上，且在對應於大於管道內 徑五倍之管道彎曲之前的距離上可係較佳的。在一些具體實例中，較佳的是全局感測器配置28配置於壓縮機51之入口14附近。
全局壓力感測器30a經配置以量測經蒸發第一流體之全局壓力值(在下文中被標識為所量測全局壓力)。
全局壓力感測器30a可為(例如)介於0巴至25巴之範圍內的4mA至20mA壓力感測器。
全局溫度感測器30b較佳為配置於管道彎曲之後的管道系統15中。較佳的是，相比蒸發器54之全局出口13，溫度感測器30b配置為更接近壓縮機51之入口14。藉由將溫度感測器30b定位於管道彎曲之後，較可能在相接管道彎曲之壁時蒸發經蒸發第一流體中之任何剩餘液體內含物，且藉此迫使其改變流動方向。亦存在由剩餘液體內含物吸收來自周圍過熱流體流之熱所發生之蒸發。
全局溫度感測器30b可為量測流動溫度(被標識為所量測溫度)之標準溫度感測器。
將關於全局壓力及全局溫度之所量測值傳達至經配置以基於所判定過熱在全局層次上調節系統之控制器57。替代性地或另外，控制器57可基於可由全局感測器配置28中所包含之至少一個溫度感測器所執行的液體內含物存在偵測進行調節。
過熱(其為此項技術中熟知之物理參數)定義為在當時壓力下目前溫度與飽和溫度之間的溫度差(亦即，當流體中並不剩餘任何液體內含物時)。對於給定流體且對於給定溫度及壓力而言，過熱係獨特的。可在習知曲線圖或表中發現過熱。
大體而言，所量測溫度愈接近飽和溫度，系統變得愈有效。 亦即，供應至熱交換器之流體量經完全蒸發且未不必要地過熱。
然而，所量測溫度愈接近飽和溫度，未經蒸發流體愈可能淹 沒系統(亦即，蒸發器不能蒸發所供應流體量)。僅僅出於說明性目的，可將過熱視為數位的，存在並無任何液體內含物之完全蒸發抑或存在蒸發器下游之經蒸發流中含有液體內含物之不完全蒸發。
為了最佳化蒸發器之操作，具有儘可能低之過熱係所要的。 然而，由於壓縮機敏感於液體內含物且可藉此損害壓縮機，因此當設計蒸發系統時其常用實踐使用具有某一程度之安全裕度。典型地，先前技術蒸發器之正常安全裕度為5°K(亦即，過熱應至少為5°K)。然而，應理解可選擇另一值之安全裕度。
在其最簡單形式中，應將安全裕度視為由蒸發器之預期使用 所決定的常數。然而，應理解，亦希望使用儘可能低之安全裕度，此係由於儘可能接近飽和溫度地操作蒸發器存在經濟利益。在系統之操作期間，此常數將用作設定點過熱(亦即，目標值)，將朝向該常數動態地控制蒸發器54之操作。
因此調整第一複數個流體通路3中之第一流體的全局量，以 便到達設定點過熱，或以便移除任何液體內含物存在。全局調諧充當基於由局部感測器配置28所量測之值進行控制的熱交換器內之局部流動的局部調諧之可選補充。
因此，全局感測器配置28之目的為判定經蒸發第一流體中 之任何液體內含物存在，或判定經蒸發第一流體之所謂過熱。將量測傳輸 至控制器57，該控制器又判定對第一複數個流體通路3中之第一流體流動的全局調整。
因此，在一個具體實例中，藉由由局部感測器配置29量測 局部溫度值來控制第一複數個流體通路3之子集中的局部流動，並藉由由全局感測器配置28量測全局溫度及/或壓力值來控制第一複數個流體通路3中之全局流動。
可將全局調整描述為以便朝向設定點過熱或朝向不存在液 體內含物進行操作的調整，而可將局部調整描述為用於使熱交換器內之溫度差均等的調整。執行兩調整以便最佳化熱交換器之效能。調整彼此補充但亦可獨立地起作用。舉例而言，系統可包括局部感測器配置29，並在無需利用全局感測器配置及全局調整之情況下對第一複數個流體通路3執行局部調諧。
在系統之操作期間，較佳為連續地執行對系統之局部調整及 (視情況)全局調整。因此，連續地調整局部流動且亦(視情況)調整全局流動，藉以鑒於當前執行條件及操作任務連續地最佳化熱交換器。因此，熱交換器變得較可撓並適應於不同執行條件。不管執行條件如何，熱交換器將以經最佳化方式執行。
可在控制器57中將該兩個程序作為並行循環而執行。
現將參考圖7至圖9揭示局部感測器配置之定位。在此等圖中，高度示意性地說明第一複數個流體通路及第二複數個流體通路兩者。
如先前所提及，局部感測器配置經配置以量測對應於流動於第一複數個流體通路之局部出口附近的經蒸發第一流體之局部溫度的溫度 值。因此，局部感測器配置29之感測器31a、31b可直接或間接量測流動於局部出口附近之經蒸發第一流體。
大體上參看圖7至圖9，由注入器配置25a、25b將第一流體 供應至第一複數個流體通路。由74指示第一流體通過第一複數個流體通路之流動。將第二流體供應至第二複數個流體通路。由75指示第二流體通過第二複數個流體通路之流動。第二流體經由全局入口71進入熱交換器並經由全局出口72退出熱交換器。當流過各別流體通路時，熱傳送於第一流體與第二流體之間。
現將揭示局部感測器31a、31b可如何配置之不同具體實例。
作為第一實例，在圖7中局部溫度感測器31a、31b配置於 第一複數個流體通路之局部出口附近，且局部溫度感測器31a、31b配置於熱交換器之外殼內。在此具體實例中，第一複數個流體通路之局部出口在自熱交換器結束於全局出口76中之共用出口通道中退出。全局出口76對應於圖3之第一出口通道10。局部溫度感測器31a、31b在此具體實例中附接至沿著共用出口通道延伸之槽形裝置73。
作為第二實例，在圖8中局部溫度感測器31a、31b亦配置 於第一複數個流體通路之局部出口附近，但替代性地處於板封裝P之外部且熱交換器之外殼外部的位置中。局部溫度感測器31a、31b配置於位於外殼與共用出口之間的所謂通口80a、80b中。
作為第三實例，在圖9中局部溫度感測器31a、31b配置於 第二複數個流體通路之局部出口附近。因此，局部感測器在此具體實例中並不配置成直接或甚至間接連接至第一流體。然而，本發明人已意識到， 流動於第二複數個流體通路之局部出口附近的第二流體之局部溫度與湧流(floss)於第一複數個流體通路之局部出口附近的第一流體之局部溫度之間存在關係。較精確地，第二複數個流體通路之局部溫度反映第一流體之局部溫度。因此，在此具體實例中，可在控制器中利用第二複數個流體通路處之所量測溫度值以用於判定局部調整，以便使所量測溫度值之間的差均等。
藉由量測第二流體，可簡化量測程序。首先，在第二流體為 水之狀況下，第二複數個流體通路可為感測器提供較友好環境。其次，在並不影響流體之情況下將溫度感測器配置於第二複數個流體通路中可較容易。第三，關於第二流體之所量測溫度值可用於進一步目的，諸如將關於正流出第二流體溫度之資訊提供至使用者。
類似於局部感測器31a、31b當經配置以量測第一流體(亦 即，圖7及圖8)時的配置，可在熱交換器內部或熱交換器之外部執行對第二流體之量測。
應理解，局部感測器配置可經配置以直接或間接量測流體， 諸如藉由對流體流動之導熱管進行量測。
現將參考圖10揭示用於基於局部感測器配置之量測，執行 對熱交換器之局部調整的根據本發明之一個具體實例的方法。熱交換器系統因而具有相同於先前參考圖5所描述之彼系統的一般設計，藉以參考該系統。
作為第一步驟，供應(1001)第一流體及第二流體。由複數 個注入器配置將第一流體供應至第一複數個流體通路3。將第二流體供應至 第二複數個流體通路4。
作為隨後步驟，量測(1002)對應於流動於第一複數個流體通路3之局部出口附近的經蒸發第一流體之局部溫度的溫度值。
作為隨後步驟，將所量測溫度值傳輸(1003)至控制器57。
作為隨後步驟，判定(1004)所量測溫度值之間的差。可(例如)藉由判定所量測溫度值之標準偏差來判定差。
作為隨後步驟，判定(1005)局部調整。局部調整為對由複數個注入器配置中之至少一者所供應的局部流體量之調整，以便使所判定差均等。可基於相同批次之所量測溫度值判定一或多個局部調整。舉例而言，可連同待應用於第二注入器配置及第三注入器配置之第二局部調整判定待應用於第一注入器配置之第一局部調整。
該方法可進一步包括判定對尚未判定局部調整的由其他注入器配置所供應之第一流體的局部量之補償局部調整的步驟。作為上文實例之延續部分，可針對第四注入器配置判定補償局部調整。判定補償局部調整，以便使複數個第一通路中之第一流體的全局量保持不受局部調整影響。替代性地基於由全局感測器配置所量測之值控制全局量。
作為隨後步驟，將局部調整自控制器57傳達(1006)至受影響注入器配置之閥。因此，根據所判定局部調整來調整由彼特定注入器配置所供應之第一流體的局部量。
亦將補償局部調整(若存在)傳達至受影響注入器配置之閥。
可在熱交換器中連續地執行該方法。可進一步與對第一流體 之全局流動量的全局調整並行地執行該方法。
將在下文中參考圖11揭示全局調整方法。系統因而具有相同於先前參考圖5所描述之彼系統的一般設計，藉以參考該系統。
熱交換器之全局出口13下游處的全局感測器配置28在第一流體之全局流動中量測(1101)任何液體內含物之存在或量測全局壓力Pm及全局溫度Tm。由控制器57接收(1102)由全局感測器配置28所產生之信號。控制器可為P調節器、PI調節器或PID調節器。
控制器57評估(1103)所接收信號。
當量測任何液體內含物之存在時，信號在其最簡單形式中可為數位信號：1-並未偵測到液體內含物；0-偵測到液體內含物。較精確地，具有值1之信號指示經蒸發流體具有對應於或高於過熱之所量測溫度。同樣地，具有值0之信號指示經蒸發流體具有低於過熱之溫度。
替代性地，可藉由首先將所量測全局壓力值轉換成飽和溫度且其次藉由比較所量測全局溫度值與所判定飽和溫度確定過熱來判定過熱。
作為隨後步驟，控制器57基於所判定液體內含物或所判定過熱來判定(1104)對由複數個注入器配置所供應之第一流體的合適全局調整。
作為隨後步驟，控制器57與注入器配置之閥或與全局閥通信，以根據所判定全局調整來調整全局流動。全局閥可為配置於注入器配置之上游處的主閥，該閥控制第一流體至所有注入器配置之總供應。
已將本發明描述為應用於為板式熱交換器之熱交換器。然 而，應理解，本發明適用於無論何形式之蒸發器或熱交換器。
注入器配置揭示為配置於自板封裝之外部延伸至個別流體通路中之通孔中。應理解，此情況僅為一個可能具體實例。舉例而言，取決於蒸發器之設計，注入器配置可延伸至任何入口通口或其類似者中。可(例如)由沿著入口通道配置之槽裝置實現此情況。
已大體上基於具有第一及第二板通路及允許兩個流體流動之四個孔道的板式熱交換器描述本發明。應理解，就待處置之板通路之數目、孔道之數目及流體數目而言，本發明亦適用於具有不同組態之板式熱交換器。
應理解，控制器亦可用於其他目的，諸如因而控制致冷劑電路。
本發明不限於所揭示具體實例，但可在上文已部分描述的以下申請專利範圍之範疇內變化並修改本發明。
3a‧‧‧第一流體通路
3b‧‧‧第一流體通路
13‧‧‧全局出口
14‧‧‧壓縮機之入口
15‧‧‧管道系統
16‧‧‧壓縮機之出口
17‧‧‧管道系統
18‧‧‧冷凝器之入口
19‧‧‧冷凝器之出口
22a‧‧‧閥
22b‧‧‧閥
25a‧‧‧注入器配置
25b‧‧‧注入器配置
26a‧‧‧蒸發器入口
26b‧‧‧蒸發器入口
27a‧‧‧噴嘴
27b‧‧‧噴嘴
28‧‧‧全局感測器配置
29‧‧‧局部感測器配置
30a‧‧‧全局壓力感測器
30b‧‧‧全局溫度感測器
31a‧‧‧局部溫度感測器
31b‧‧‧局部溫度感測器
51‧‧‧壓縮機
52‧‧‧冷凝器
54‧‧‧蒸發器
57‧‧‧控制器

Claims (16)

  1. 一種用於動態控制熱交換器之操作的系統，該系統包括熱交換器(1)、複數個注入器配置(25a、25b)、局部感測器配置(29)及控制器(57)，其中該熱交換器(1)包括第一全局出口(13)、第一複數個流體通路(3)，每一流體通路包括局部入口(41)及局部出口(42)，該熱交換器用於在第一流體之蒸發期間經由該第一複數個流體通路(3)將該第一流體供應至該第一全局出口(13)；該熱交換器(1)進一步包括第二全局出口、第二複數個流體通路(4)，每一流體通路包括局部入口及局部出口，該熱交換器用於經由該第二複數個流體通路(4)將第二流體供應至該第二全局出口；該等第一流體通路(3)及該等第二流體通路(4)配置成彼此分離且並排，以便使得能夠在該第一複數個流體通路(3)中之該第一流體與該第二複數個流體通路(4)中之該第二流體之間進行熱交換；每一注入器配置(25a、25b)包括至少一個閥(22a、22b)，且每一注入器配置(25a、25b)經配置以將該第一流體之一流供應至該第一複數個流體通路(3)中之至少一者的該局部入口(41)；該局部感測器配置(29)包括複數個局部溫度感測器(31a、31b)，其經配置以量測對應於流動於該第一複數個流體通路(3)之該等局部出口附近的該經蒸發第一流體之局部溫度的溫度值；該控制器(57)經配置以判定自該局部感測器配置(29)所接收之該等所量測溫度值之間的差，且經進一步配置以與該複數個注入器配置 (25a、25b)之該等閥(22a、22b)通信以調整由該等注入器配置(25a、25b)中之至少一者所供應的第一流體之局部量以便使該所判定差均等。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該局部感測器配置(29)中之該複數個局部溫度感測器(31a、31b)配置於該第一複數個流體通路(3)之該等局部出口附近。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該局部感測器配置中之該複數個局部溫度感測器(31a、31b)配置於該第二複數個流體通路(4)之該等局部出口附近。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該控制器(57)經進一步配置以判定對由並非該等注入器配置(25a、25b)中之該至少一者的另一者所供應的第一流體之該局部量的補償局部調整，使得該第一複數個第一通路(3)中之第一流體的該全局量保持相同，並將該所判定補償局部調整傳達至並非該等注入器配置(25a、25b)中之該至少一者的該另一者。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該控制器(57)經配置以藉由至少判定該等所量測溫度值之標準偏差來判定該差。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一流體為致冷劑且該第二流體包括水。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該控制器(57)為PI調節器或PID調節器。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統進一步包括全局感測器配置(28)，其經配置以量測全局溫度及全局壓力，或該第一全局出口之下游處的該經蒸發第一流體之任何液體內含物的存在；該控制器經配置以與該複數個注入器配置(25a、25b)之該等閥或與全局閥通信，以基於自該全局感測器配置(28)所接收之資訊控制待供應至該第一複數個流體通路(3)之該第一流體的該全局量，以便使該熱交換器(1)朝向設定點過熱值操作。
  9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該全局感測器配置(28)包括全局壓力感測器(30a)及全局溫度感測器(30b)。
  10. 一種如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之系統的用途，其係用於動態控制熱交換器之操作。
  11. 一種用於在如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之系統中動態控制熱交換器之操作的方法，該方法包括以下步驟：a)由該複數個注入器配置將第一流體供應(1001)至該第一複數個流體通路之該等局部入口，並將第二流體供應至該第二複數個流體通路之該等局部入口；b)由該局部感測器配置量測(1002)對應於流動於該第一複數個流體通路之該等局部出口附近之該經蒸發流體的該等局部溫度之溫度值；c)將該等所量測溫度值傳輸(1003)至該控制器；d)由該控制器判定(1004)該等所量測溫度值之間的差； e)由該控制器基於該所判定差來判定(1005)對由該複數個注入器配置中之至少一者所供應的流體之該局部量的局部調整以便使該所判定差均等，f)由該控制器與該複數個注入器配置之該等閥通信(1006)以根據該所判定局部調整來調整由該複數個注入器配置中之至少一者所供應的第一流體之該局部量。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包括以下步驟：判定對由並非該等注入器配置中之該至少一者的另一者所供應之第一流體的該局部量之補償局部調整，以便使該複數個第一通路中之第一流體的該全局量保持不受該等局部調整影響；及由該控制器與該複數個注入器配置之該等閥通信以根據該所判定補償局部調整來調整由並非該複數個注入器配置中之該至少一者的該另一者所供應的第一流體之該局部量。
  13. 如申請專利範圍第11項或第12項之方法，其中判定該差之該步驟包括判定該等所量測溫度值之該標準偏差。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該系統進一步包括全局感測器配置，其包括全局溫度感測器及全局壓力感測器，該方法進一步包括以下步驟：g)由該全局感測器配置量測(1101)該第一全局出口之下游處的該經蒸發第一流體之全局溫度值及全局壓力值；h)將該所量測全局溫度值及該所量測全局壓力值傳輸(1102)至該控 制器；i)由該控制器基於該所量測全局溫度值及該所量測全局壓力值判定(1103)過熱值：j)由該控制器判定(1103)該所判定過熱值與設定點過熱值之間的差或該經蒸發第一流體中之任何液體內含物的該存在；k)由該控制器判定(1104)到達該設定點過熱值所要求的對由該複數個注入器配置所供應之第一流體的該量之全局調整，l)由該控制器與該複數個注入器配置之該等閥或與全局閥通信(1105)，以根據該所判定全局調整來調整由該複數個注入器配置所供應之第一流體的該全局量。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中並行地執行該等步驟b)至f)及該等步驟g)至l)。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中在該控制器中將該等步驟b)至f)及該等步驟g)至l)作為並行循環而連續地執行。
TW103141118A 2013-11-28 2014-11-27 用於熱交換器動態控制之系統及方法 TWI542847B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13194817.6A EP2878912B1 (en) 2013-11-28 2013-11-28 System and method for dynamic control of a heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201533412A TW201533412A (zh) 2015-09-01
TWI542847B true TWI542847B (zh) 2016-07-21

Family

ID=49641680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103141118A TWI542847B (zh) 2013-11-28 2014-11-27 用於熱交換器動態控制之系統及方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20170167810A1 (zh)
EP (1) EP2878912B1 (zh)
JP (1) JP6134068B2 (zh)
CN (1) CN105745510B (zh)
DK (1) DK2878912T3 (zh)
ES (1) ES2593064T3 (zh)
SI (1) SI2878912T1 (zh)
TW (1) TWI542847B (zh)
WO (1) WO2015078661A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114211748A (zh) * 2015-10-30 2022-03-22 速尔特技术有限公司 增材制造系统和方法
SE541066C2 (en) * 2017-06-16 2019-03-26 Climeon Ab System and method for eliminating the presence of droplets in a heat exchanger
CN107804573B (zh) * 2017-11-28 2023-11-10 杭州鲁尔新材料科技有限公司 一种可重复充冷的无源托盘式冷链保温箱
CA3169572C (en) 2018-10-05 2024-03-26 S. A. Armstrong Limited Feed forward flow control of heat transfer system
BR112021006342B1 (pt) * 2018-10-05 2023-10-17 S.A. Armstrong Limited Controle de manutenção e de fluxo automático de trocador de calor
SE542760C2 (en) 2018-12-14 2020-07-07 Climeon Ab Method and controller for preventing formation of droplets in a heat exchanger
EP3680598A1 (de) * 2019-01-08 2020-07-15 Linde GmbH Verfahren zum herstellen eines plattenwärmetauschers sowie plattenwärmetauscher mit thermoelementen oder messwiderständen
JP6934609B2 (ja) * 2019-04-17 2021-09-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱交換器およびそれを用いた冷凍システム
CN112304152B (zh) * 2020-10-26 2023-01-20 广东Tcl智能暖通设备有限公司 换热系统控制方法、装置、设备、系统及存储介质
KR102620053B1 (ko) * 2021-06-24 2024-01-02 한국원자력연구원 열교환기 및 이를 구비하는 원전
CN114111114A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 珠海格力电器股份有限公司 换热器组件及其控制方法和空调系统
CN114608857B (zh) * 2022-03-23 2023-07-21 中国石油大学(华东) 陆基与海上天然气液化用主低温换热器的测试系统及方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2184759A (en) * 1932-07-29 1939-12-26 Servel Inc Heat exchanger
US2171407A (en) * 1936-05-14 1939-08-29 Alco Valve Company Inc Thermostatic control for multipass evaporators
US3977205A (en) * 1975-03-07 1976-08-31 Dravo Corporation Refrigerant mass flow control at low ambient temperatures
JP2645444B2 (ja) * 1988-03-10 1997-08-25 株式会社日阪製作所 乾式プレート蒸発器
US5197537A (en) * 1988-06-20 1993-03-30 Kanto Seiki Co., Ltd. Apparatus for controlling temperature of machine tool
JPH07229655A (ja) * 1994-02-17 1995-08-29 Sanyo Electric Co Ltd 蒸気圧縮式冷凍機の冷媒流量制御装置
DE4430468C2 (de) * 1994-08-27 1998-05-28 Danfoss As Regeleinrichtung einer Kühlvorrichtung
DE19506143C2 (de) * 1995-02-22 1998-01-15 Danfoss As Verfahren zur Regelung der Überhitzungstemperatur des Kältemittels in einer Verdampfereinrichtung einer Kälte- oder Wärmepumpanlage und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP2705721B2 (ja) * 1995-06-09 1998-01-28 川崎重工業株式会社 液化ガス用蒸発装置
JPH1137517A (ja) * 1997-07-14 1999-02-12 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
DE10024888B4 (de) * 2000-05-16 2008-10-16 Gea Wtt Gmbh Plattenwärmeübertrager mit Kältemittelverteiler
JP3527704B2 (ja) * 2000-12-20 2004-05-17 株式会社日阪製作所 プレート式熱交換器
US6415619B1 (en) * 2001-03-09 2002-07-09 Hewlett-Packard Company Multi-load refrigeration system with multiple parallel evaporators
EP2570752B1 (en) * 2003-11-21 2014-12-10 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Carbon dioxide brine production system
JP4529727B2 (ja) * 2005-02-23 2010-08-25 富士電機リテイルシステムズ株式会社 冷媒回路
JP4120680B2 (ja) * 2006-01-16 2008-07-16 ダイキン工業株式会社 空気調和機
CN101765750B (zh) 2007-06-12 2012-03-21 丹福斯有限公司 控制制冷剂分配的方法
CN101821390A (zh) 2007-06-14 2010-09-01 米尔克斯治疗有限责任公司 用于调节靶rna活性的寡核苷酸
JP5200593B2 (ja) * 2008-03-13 2013-06-05 アイシン精機株式会社 空気調和装置
CN102272546B (zh) * 2009-01-06 2014-01-08 丹佛斯钦宝（杭州）热交换器有限公司 换热器、热泵系统和空调系统
US20110113803A1 (en) * 2009-05-14 2011-05-19 Halla Climate Control Corp. Multi-evaporation system
CN201476682U (zh) * 2009-08-19 2010-05-19 俞宏 换热机组的动态流量温度控制系统
JP5206830B2 (ja) * 2011-03-25 2013-06-12 ダイキン工業株式会社 熱交換器
CN202470875U (zh) * 2012-03-16 2012-10-03 武汉钢铁(集团)公司 一种空气分离中的换热器中部温差控制系统
CN102616761A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 瓮福（集团）有限责任公司 一种晶体磷酸生产自动温控系统
CN103398627B (zh) * 2013-08-19 2014-12-10 大连交通大学 一种多源流体余热回收与综合利用系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105745510B (zh) 2017-09-19
JP6134068B2 (ja) 2017-05-24
EP2878912A1 (en) 2015-06-03
EP2878912B1 (en) 2016-08-24
JP2017502238A (ja) 2017-01-19
CN105745510A (zh) 2016-07-06
TW201533412A (zh) 2015-09-01
SI2878912T1 (sl) 2016-11-30
WO2015078661A1 (en) 2015-06-04
US20170167810A1 (en) 2017-06-15
ES2593064T3 (es) 2016-12-05
DK2878912T3 (en) 2016-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI542847B (zh) 用於熱交換器動態控制之系統及方法
TWI542845B (zh) 用於蒸發器動態控制之系統與方法
KR100826889B1 (ko) 항온액 순환장치 및 상기 장치에 있어서의 온도제어방법
US7370485B2 (en) Performance testing apparatus of refrigerating cycle
JP2010112655A (ja) 冷凍装置
CA2907562A1 (en) Refrigeration circuit control system
WO2013004233A1 (en) A method for controlling operation of a vapour compression system in a subcritical and a supercritical mode
JP5473213B2 (ja) 空気調和装置
EP3023711A1 (en) Energy control for vapour injection
WO2013111786A1 (ja) ヒートポンプ装置
EP2959240B1 (en) A heating, ventilation and air conditioning (hvac) system and a method of regulating flow of refrigerant to the falling film evaporator of the hvac system
US11343946B2 (en) Cooling system and refrigerant control method for cooling system
US9494349B2 (en) Apparatus and method for fluid heating and associated systems
JP2010117087A (ja) 冷凍装置
JP2007163075A (ja) 流量制御装置
JP2013130352A (ja) 蒸気加熱装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees