專利名稱：制冷劑控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及使用節(jié)能裝置的制冷系統(tǒng)，例如用于冷凍機應用的那些使用節(jié)能裝置的制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一些制冷空調(diào)系統(tǒng)依賴冷凍機，以降低過程流體(通常為水)的溫度。在這樣的應用中，已冷凍的水可經(jīng)過下游設(shè)備(例如，空氣處理器)，以冷卻其他流體，例如建筑物中的空氣。在典型的冷凍機中，通過蒸發(fā)器來冷卻過程流體，所述蒸發(fā)器通過使制冷劑蒸發(fā)而從該過程流體吸收熱。然后，通過壓縮機來壓縮制冷劑，并且該制冷劑被傳遞至冷凝機。在該冷凝機中，制冷劑通常通過空氣流動來冷卻，并且再冷凝為液體。氣冷式冷凝機通常包括一個冷凝機盤管和一個將氣流引導在盤管上的風扇。在一些常規(guī)設(shè)計中，在冷凍機設(shè)計中使用節(jié)能裝置，以改進性能。在采用閃蒸箱(flash tank)節(jié)能裝置的系統(tǒng)中，已冷凝的制冷劑可被引導至該閃蒸箱，其中液體制冷劑至少部分地蒸發(fā)?？蓮脑撻W蒸箱提取蒸氣，并且將蒸氣重新引導至壓縮機，且將來自閃蒸箱的液體制冷劑引導至蒸發(fā)器，使制冷劑循環(huán)閉合。在該類型的常規(guī)系統(tǒng)中，一個流量控制閥(其可被稱為進給閥)被設(shè)置在冷凝器和閃蒸箱之間的導管中。通常基于閃蒸箱液位(level)以閉環(huán)方式控制進入閃蒸箱中的流動。通常還可基于使離開蒸發(fā)器的制冷劑的過熱以閉環(huán)方式控制排放閥(其用于從閃蒸箱提取液體)。使該制冷劑的過熱指的是加熱到沸點以上。然而，存在通常不能使該制冷劑過熱的其他類型的蒸發(fā)器的應用。將所述蒸發(fā)器與閃蒸箱結(jié)合使用可帶來一定優(yōu)勢。這種類型的蒸發(fā)器可包括殼程蒸發(fā)器(shell-side evaporator)，例如降膜蒸發(fā)器，其中制冷劑被噴射在第二過程流體(例如，水)循環(huán)穿過的管上方。其他具有殼程蒸發(fā)作用的蒸發(fā)器包括滿液式蒸發(fā)器或者降膜蒸發(fā)器設(shè)計和滿液式蒸發(fā)器設(shè)計的混合。制冷劑在所述管的外側(cè)上的蒸發(fā)使第二過程流體冷卻。由于從蒸發(fā)器流出的制冷劑未發(fā)生過熱，尚無基于過熱來調(diào)整閃蒸箱中的液位的常規(guī)技術(shù)。因而，需要一種改進的技術(shù)，用于控制暖通空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑液位和流動，所述暖通空調(diào)系統(tǒng)可利用具有閃蒸箱的管程冷凝器和殼程蒸發(fā)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了響應于所述需求而設(shè)計的一種系統(tǒng)設(shè)計和控制方法。具體而言，該系統(tǒng)可與任何期望類型的制冷系統(tǒng)一起使用，但是尤其適用于冷凍流體(例如水)的應用。 該系統(tǒng)利用管程冷凝器和殼程蒸發(fā)器，例如降膜蒸發(fā)器。該系統(tǒng)還可利用冷凝器和蒸發(fā)器之間的閃蒸箱。冷凝器流出量低溫冷卻可被用于調(diào)整通向閃蒸箱的流入量。然后可通過孔口來控制從閃蒸箱至蒸發(fā)器的流出量，所述孔口在某些實施方案中可以是固定的孔口?？梢詫⑺隹卓谡{(diào)整大小，并且定位用于所述閃蒸箱的流出量的導管，從而在所述閃蒸箱的流出量(從質(zhì)量流量觀點看，其通常將主要包括液體)中提供一些氣體。本發(fā)明還提供用于對進給箱進給管線(feed tank feed line)的多參數(shù)控制，例如基于除了冷凝器輸出低溫冷卻以外的壓縮機容量。一些參數(shù)可有效地提供前饋分量(feed forward component), 如在壓縮機容量的實例中。


圖1示出了商業(yè)暖通空調(diào)制冷(HVAC&R)系統(tǒng)的一個示例實施方案，該系統(tǒng)包括根據(jù)本技術(shù)的多個方面的氣冷式制冷系統(tǒng)。圖2是用于例如圖1中示出的冷凍機應用中的現(xiàn)有技術(shù)的制冷系統(tǒng)的示意圖，以及該制冷系統(tǒng)采用蒸發(fā)器排放過熱，用于閉環(huán)控制閃蒸箱的排放閥；以及圖3是根據(jù)本技術(shù)的示例性HVAC&R系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式圖1描繪了制冷系統(tǒng)的一個示例應用。這樣的系統(tǒng)通常可被應用在HVAC&R領(lǐng)域內(nèi)或者該領(lǐng)域外的多種設(shè)置(setting)中。制冷系統(tǒng)可通過蒸氣壓縮制冷、吸收制冷或熱電冷卻來給數(shù)據(jù)中心、電氣設(shè)備、冷凍箱、冷卻器或其他環(huán)境提供冷卻。然而，在當前考慮的應用中，制冷系統(tǒng)可在民用、商用、輕工業(yè)、工業(yè)和任何其他應用中用于加熱或冷卻一個體積或殼體，例如住宅、建筑物、結(jié)構(gòu)等的應用中。此外，制冷系統(tǒng)可在適合的工業(yè)應用中用于各種流體的基本制冷和加熱。圖1示出了一個示例應用，在該實例中，是用于建筑物環(huán)境管理的可采用熱交換器的HVAC&R系統(tǒng)。建筑物10通過一個包括冷凍機12和鍋爐14的系統(tǒng)來冷卻。如圖所示， 冷凍機12被放置在建筑物10的屋頂，鍋爐14位于地下室中，但是冷凍機和鍋爐可位于建筑物附近的其他設(shè)備室或區(qū)域中。冷凍機12是一個施行制冷循環(huán)以冷卻水的氣冷式設(shè)備或水冷式設(shè)備。冷凍機12被封裝在單個結(jié)構(gòu)內(nèi)，該單個結(jié)構(gòu)包括制冷電路、自由冷卻系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，例如泵、閥和管道系統(tǒng)(piping)。例如，冷凍機12可以是包括自由冷卻系統(tǒng)的單個柜式(single package)屋頂單元。鍋爐14是一個在其中對水進行加熱的閉合容器。來自冷凍機12和鍋爐14的水通過水導管16循環(huán)穿過建筑物10。水導管16通向空氣處理器18，該空氣處理器18位于建筑物10的各個樓層上以及位于建筑物10的不同分區(qū)內(nèi)?？諝馓幚砥?8被聯(lián)接至適于在空氣處理器之間分配空氣并且可接收來自外部入口(未示出)的空氣的管道網(wǎng)路(ductwork) 20。空氣處理器18包括熱交換器，該熱交換器使來自冷凍機12的冷水和來自鍋爐14的熱水循環(huán)，以提供已加熱的空氣或已冷卻的空氣。 空氣處理器18內(nèi)的風扇將空氣抽吸穿過熱交換器，并且將已調(diào)節(jié)的空氣引導至建筑物10 內(nèi)的環(huán)境(例如，房間、隔間、辦公室)，從而將該環(huán)境保持處于指定的溫度。控制設(shè)備(在此示出為包括恒溫器2 可用于指定已調(diào)節(jié)的空氣的溫度?？刂圃O(shè)備22還可被用于控制穿過和來自空氣處理器18的空氣的流動。當然，其他設(shè)備可被包括在系統(tǒng)中，例如用于調(diào)節(jié)水的流動的控制閥，以及用于感測水、空氣等的溫度和壓力的壓力和/或溫度換能器或開關(guān)，等等。此外，控制設(shè)備可包括與別的建筑物控制系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合或相分離的計算機系統(tǒng)，或者甚至可包括遠離該建筑物的系統(tǒng)。圖2是可被用在某些應用中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的示意圖。圖2中示出的系統(tǒng)可與例如節(jié)能螺桿式冷凍機一起使用。該系統(tǒng)采用閃蒸箱節(jié)能裝置FT和直接膨脹(DX)蒸發(fā)器Ε。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，離開冷凝器CO的液體制冷劑穿過入口或進給閥Vi流動至閃蒸箱FT。從閃蒸箱FT，蒸氣流動至壓縮機CP，而液體制冷劑穿過閃蒸箱的離開閥(exit valve) Ve流動至蒸發(fā)器Ε。液體制冷劑在蒸發(fā)器中被蒸發(fā)，已蒸發(fā)的制冷劑又一次流動至壓縮機CP。從壓縮機，制冷劑流動穿過油分離器0S，并且由油分離器OS返回至冷凝器CO。圖2中示出的系統(tǒng)利用了兩個電子膨脹閥和一個閃蒸箱液位(level)傳感器來控制系統(tǒng)中的制冷劑。一個電子膨脹閥控制饋入閃蒸箱內(nèi)的制冷劑，而另一電子膨脹閥控制離開閃蒸箱的制冷劑液體?？梢蚤]環(huán)方式控制在圖2中標為Vi和Ve的這些閥。具體而言， 設(shè)置在閃蒸箱中的閃蒸箱液位傳感器用于控制進給閥Vi的打開和閉合。在所述現(xiàn)有技術(shù)的實施方案中，離開蒸發(fā)器的蒸氣被至少部分地過熱。因此，可基于蒸發(fā)器離開流的過熱以閉環(huán)方式控制閃蒸箱排放閥\。在所述布置中，進給閥Vi響應于閃蒸箱中的高液體液位而被閉合。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，所述布置的問題可能是歧管。例如，如果采用微通道冷凝器，與常規(guī)的管式熱交換器和翅式熱交換器不同，對于冷凝器內(nèi)的制冷劑可用的內(nèi)部體積相對小。因此，冷凝器中制冷劑液體的量的小改變可導致冷凝器性能的大幅改變。在一些情況下，這可導致冷凝器中的額外液體，從而可能造成過度高的冷凝器壓力，有時導致壓縮機過載或令人討厭的切斷(tripping)。這樣的系統(tǒng)的其他缺陷包括以下實施它們需要在閃蒸箱中的一個液位傳感器， 以及需要兩個電子膨脹閥。在相關(guān)聯(lián)的支架管(stand tube)中的液位傳感器可能是昂貴的，并且可能是不可靠的。同樣，電子膨脹閥是昂貴的并且潛在地不可靠。此外，由于可產(chǎn)生不穩(wěn)定運行的兩個閥的控制裝置之間的不期望的交互，可出現(xiàn)潛在問題。所述系統(tǒng)的另一缺陷是它們通常不適用于滿液式蒸發(fā)器或降膜蒸發(fā)器，或者更一般地不適用于殼程蒸發(fā)器。即，由于所述蒸發(fā)器在正常運行條件時基本產(chǎn)生零過熱，所以對閃蒸箱排放閥\的過熱控制是不能實行的。通常，這樣的依賴多個傳感器和膨脹閥的布置要求高水平的精密控制，這會增加系統(tǒng)成本，并且降低可靠性。圖3示出了根據(jù)本技術(shù)的多個方面的示例性制冷系統(tǒng)，該技術(shù)可用在例如圖1示出的布置中。圖3示出了在由控制系統(tǒng)100控制的示例性節(jié)能螺桿式冷凍機中所采用的本發(fā)明的示例性管道系統(tǒng)配置。在此布置中，冷凝器對通過作為中介的閃蒸箱進給閥觀與閃蒸箱26流體連通，所述閃蒸箱進給閥觀用作膨脹閥。蒸氣制冷劑和液體制冷劑的富含液體的混合物穿過孔口 30離開閃蒸箱，進入蒸發(fā)器32。玻璃視窗34被設(shè)置在蒸發(fā)器32中，以允許可視化驗證蒸發(fā)器中的制冷劑液體或富含液體的兩相混合物的液位。同樣，閃蒸箱26 中的液位開關(guān)36提供一個信號至控制系統(tǒng)100，以阻止閃蒸箱的滿溢。閃蒸箱沈?qū)⒅饕菁{蒸氣，而一些液體制冷劑聚集在所述箱的底部附近。截流閥38設(shè)置在從閃蒸箱的離開管線中，并且可于中斷來自閃蒸箱的任何蒸氣流動。同樣，可遠程控制的螺線管閥40設(shè)置在該管線中，其提供制冷劑蒸氣的節(jié)能裝置流至由附圖標記42指示的壓縮機節(jié)能裝置端口。 同樣，截流閥44設(shè)置在冷凝器M的上游，以根據(jù)需要中斷制冷劑至冷凝器的流動。所示出的實施方案的截流閥44設(shè)置在來自將油從制冷劑分離的油分離器46的出口管線中，或者設(shè)置在將所述制冷劑返回至冷凝器之前。最后，另一截流閥48設(shè)置在離開閃蒸箱沈的該混合相的流動管線中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，蒸發(fā)器32 (其為殼程蒸發(fā)器，并且在當前考慮的實施方案中是降膜蒸發(fā)器)產(chǎn)生實質(zhì)上未被過熱的蒸氣，并且該蒸氣流動至系統(tǒng)壓縮機50。 壓縮機還可接收來自閃蒸箱沈的蒸氣的節(jié)能裝置流。同樣，返回至壓縮機的油可由噴射器 52提供，從而將來自蒸發(fā)器32的液體制冷劑和油返回。在示出的實施方案中，溫度傳感器M和壓力換能器56設(shè)置在液體制冷劑流動管線58中，該液體制冷劑流動管線58實現(xiàn)從冷凝器M至閃蒸箱沈的回路。如下面所概括的，這些感測參數(shù)被系統(tǒng)控制器100使用，從而計算對離開冷凝器的液體的低溫冷卻。冷凝器優(yōu)選地是微通道設(shè)計，盡管還可使用常規(guī)圓管盤管。該管道系統(tǒng)進一步包括由圖3中的附圖標記60標示的節(jié)能裝置管線，以將蒸氣流從閃蒸箱沈傳送至壓縮機50 ；以及，導管 62，其將混合相流從閃蒸箱沈傳送至蒸發(fā)器32。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，相比于常規(guī)的管式熱交換器和翅式熱交換器，本文討論的類型的微通道熱交換器可提供顯著優(yōu)勢。它們通常包括一個入口集管(header)或歧管和一個出口集管或歧管，一系列微通道管被放置在所述入口集管或歧管與出口集管或歧管之間，以允許液相制冷劑和/或氣相制冷劑的流動。取決于相對溫度，所述制冷劑經(jīng)歷加熱或冷卻，并且可在所述管中改變相態(tài)(Phase)、被低溫冷卻或被過熱。至于冷凝器 24，氣相制冷劑可被冷凝和被低溫冷卻。在Yanik等人于2008年2月四日提交的序列號為 12/040，612、標題為 “MULTICHANNEL HEAT EXCHANGER WITH DISSIMILAR MULTICHANNEL TUBES”的美國專利申請，Yarmik等人于同一日期提交的序列號為12/040，661、標題為 "MULTICHANNEL HEAT EXCHANGER WITH DISSIMILAR TUBE SPACING” 的美國專利申請，以及 Yanik等人于2008年8月沘日提交的序列號為12/200，471、標題為“MULTICHANNEL HEAT EXCHANGER WITH DISSIMILAR FLOW”的美國專利申請中都描述了所述熱交換器的示例性構(gòu)造，所述美國專利申請以參引的方式納入本公開文本?？刂葡到y(tǒng)100可包括用于感測數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、存儲控制例程等的多個部件?？刂葡到y(tǒng)100還可包括用于操作者與該系統(tǒng)交互(例如，用于核查運行參數(shù)、輸入設(shè)定點和期望的運行參數(shù)、核查錯誤日志和歷史運行，等等)的部件。該控制系統(tǒng)可包括，例如模擬和/或數(shù)字控制電路系統(tǒng)，諸如微處理器、微控制器、編程通用計算機和專用計算機等。該控制系統(tǒng)還包括用于存儲被實施用于控制各種系統(tǒng)部件的程序和控制例程和算法所需要的任何存儲器電路系統(tǒng)，所述系統(tǒng)部件例如為冷凝器和閃蒸箱之間的進給閥?？刂葡到y(tǒng)通常還會控制例如用于節(jié)能裝置管線的閥系統(tǒng)，壓縮機的速度和裝載，等等；存儲器電路系統(tǒng)可存儲用于任何或所有所述參數(shù)的設(shè)定點、實際值、歷史值等。如下面所概括的，控制系統(tǒng)100將收集數(shù)據(jù)，例如冷凝器和閃蒸箱之間的液體制冷劑管線58中的溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)；以及，控制系統(tǒng)運行條件，例如通過調(diào)節(jié)閥觀(其提供制冷劑至閃蒸箱沈)的打開和閉合?？刂葡到y(tǒng)還可基于其他參數(shù)運行，所述其他參數(shù)例如諸如壓縮機容量，其可例如通過監(jiān)控和控制壓縮機的速度來確定?？捎煽刂葡到y(tǒng)用作控制輸入值的其他參數(shù)可包括環(huán)境空氣溫度、冷凝壓力、節(jié)能裝置運行(即，節(jié)能裝置是否在運行以及處于什么速率運行)、蒸發(fā)壓力和風扇運行(與冷凝器M相關(guān)聯(lián)的一個或多個風扇是否運行以及處于什么條件和什么速率運行)。在運行中，上面描述的系統(tǒng)允許在降低成本的同時優(yōu)化冷凍機性能?；趯淠芫€中檢測到的壓力和溫度的分析，閃蒸箱流量閥觀被控制以將來自冷凝器的低溫冷卻保持為一個近似常量。對于微通道冷凝器盤管，可被存儲在微通道冷凝器中的制冷劑的量
8相對小，以及低溫冷卻控制確保在寬范圍的運行條件上的良好運行。出于所述目的而采用的閉環(huán)控制算法可基于系統(tǒng)模型，以二進制方式做出閥觀的打開位置和閉合位置的決定， 或者優(yōu)選地所述閥可被調(diào)節(jié)為在最大流量限制和最小流量限制之間打開。替代地，所述控制可基于預定設(shè)定點，例如通過使用查找表，在該查找表中基于各種低溫冷卻量來確定閥位置。同樣，可采用多維算法和查找表，其中多個參數(shù)(包括冷凝液低溫冷卻)被用于確定閥觀的合適位置?；谶@樣的算法，控制系統(tǒng)輸出合適的控制信號至閥(例如，至控制所述閥位置的一個或多個電氣操作機構(gòu))，以施行對通向閃蒸箱的冷凝液流的期望控制。此外，與圖2中示出的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)類型相比，孔口的使用(具體而言，用于從閃蒸箱至蒸發(fā)器的流動的固定孔口 30，而非電子膨脹閥)降低了系統(tǒng)的成本并且提高了性能。當前考慮，從閃蒸箱抽吸液體制冷劑的閃蒸箱的離開管線(exit line)，位于閃蒸箱中相對低的位置，并且抽吸液體制冷劑和氣態(tài)制冷劑。根據(jù)某些實施方案，所述管線可主要容納液相制冷劑，如以質(zhì)量所計算的。盡管穿過該管線的大多數(shù)質(zhì)量流可能是液相的，但是考慮到所述流將包括氣相制冷劑，應認為，所述氣相制冷劑提供了蒸發(fā)器32中的更好的噴射，改進了管的潤濕(當使用降膜蒸發(fā)器時)，從而提高了蒸發(fā)器性能。所述孔口被調(diào)整大小，從而在正常運行條件下保持閃蒸箱基本為空。穿過所述孔口與液體一起離開閃蒸箱的少量閃蒸氣體確保穩(wěn)定運行。應相信，在兩相流離開閃蒸箱時，出現(xiàn)最優(yōu)的冷凍機性能?？砂l(fā)現(xiàn)所述結(jié)果是令人吃驚的，因為從閃蒸箱流動至蒸發(fā)器的蒸氣通常被認為造成熱電循環(huán)容量和效率的降低。 實際測試似乎示出，來自閃蒸箱的混合有液體的少量氣體流提高了蒸發(fā)器性能和總的冷凍機效率和容量。相反，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)有效地保證了所有液體離開膨脹箱，使得冷凍機性能低于最優(yōu)。應注意，在閃蒸箱和蒸發(fā)器之間的導管中的使用孔口所增加的優(yōu)勢有效地降低了制冷劑注入(charge)。即，清空閃蒸箱的液體從該系統(tǒng)移除大量的制冷劑，其可能是總制冷劑注入的10% -20%的數(shù)量級。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應理解，總制冷劑注入的減少降低了該系統(tǒng)中制冷劑的投資，從而降低了總成本。關(guān)于控制系統(tǒng)100的控制，當前考慮的實施方案采用了基于上面所討論的冷凝器低溫冷卻的比例加積分(PI)控制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應意識到，在所述情況中的低溫冷卻是飽和溫度和在冷凝器中存在的已測量的制冷劑液體溫度之間的差值。如果已測量的低溫冷卻在提供給控制系統(tǒng)100的設(shè)定點以上，閥觀被打開，以從冷凝器吸入更多的液體制冷劑。同樣，如果低溫冷卻在設(shè)定點以下，閥被閉合，以支持冷凝器中更多的液體制冷劑。該系統(tǒng)的一個增加的優(yōu)勢特征是壓縮機速度的使用允許閥快速響應變化的條件。具體而言，壓縮機速度或壓縮機容量或表示這些運行條件的其他參數(shù)有效地提供了前饋分量(component)，該前饋分量允許基于壓縮機速度或容量的增大而事先打開所述閥。增大壓縮機速度通常將增大穿過該系統(tǒng)的制冷劑質(zhì)量流率。因此，如果該閥保持在同一位置， 所述低溫冷卻將增大，但是在系統(tǒng)的溫度響應和壓力響應中可看到時間遲滯。同樣，控制系統(tǒng)可響應于壓縮機速度的減小而閉合所述閥。將所述壓縮機速度或表示壓縮機容量的參數(shù)用作前饋控制分量，允許將閥控制為先于低溫冷卻變化和質(zhì)量流率改變而行動，并且提供改進的控制?？刂品桨傅钠渌蛇x特征可包括比例、積分和差分(PID)控制而非PI控制。 其他變體可包括進一步基于環(huán)境溫度補償、排放壓力調(diào)整等的控制。
在當前考慮的實施方案中，已發(fā)現(xiàn)，用于低溫冷卻約5° F至10° F的固定設(shè)定點提供了寬范圍條件下的良好性能和穩(wěn)定操作。然而，可能的是，通過優(yōu)化對于單獨運行條件的低溫冷卻，進一步增大冷凍機效率或容量。例如，可能期望的是，當節(jié)能裝置關(guān)閉時，在部分負載條件下增大低溫冷卻的量。在高環(huán)境條件(high ambient condition)下，可期望的是降低低溫冷卻，以降低冷凝溫度。如上面注意到的，用于經(jīng)由閥觀對閃蒸箱的控制的可能的輸入可包括環(huán)境空氣溫度、冷凝壓力、壓縮機速度、節(jié)能裝置運行、蒸發(fā)壓力和風扇運行。對低溫冷卻設(shè)定點的調(diào)整通常是相當漸進的(quite gradual)，以阻止上面描述的與低溫冷卻控制的不期望的交互。上面描述的系統(tǒng)還提高了在維修或運輸期間用于制冷劑的制冷劑存儲容量。例如，為了存儲制冷劑，可以閉合閥38和48，以及可以運行壓縮機50。然后壓縮機將制冷劑蒸氣從蒸發(fā)器抽至冷凝器，所述冷凝器將制冷劑冷凝為液體。液體將聚集在閃蒸箱和冷凝器中。一旦制冷劑從蒸發(fā)器中抽光，壓縮機50將被停止，并且排放截流閥44將被閉合，以阻止來自冷凝器的蒸氣回流。該方法允許除了冷凝器之外還將閃蒸箱的全部體積和相關(guān)聯(lián)的管道系統(tǒng)用于制冷劑存儲。存在可采用某些上面描述的新穎性特征的許多其他配置。例如，如果不要求節(jié)能運行，可除去閃蒸箱沈、孔口 30和相關(guān)的節(jié)能裝置管線。閥觀可直接進給蒸發(fā)器。噴射器 52將壓縮機排放氣體用作驅(qū)動流體，或者它可仍然連接至壓縮機上的節(jié)能裝置端口。閥觀的控制可保持基本相同。作為另一實施例，可通過一個用作節(jié)能裝置的熱交換器來更換閃蒸箱節(jié)能裝置。在所述情況下，在冷凝器中冷凝的一部分制冷劑流過一側(cè)，以及其余部分制冷劑流過熱交換器節(jié)能裝置的第二側(cè)。流過第一側(cè)的部分蒸發(fā)，從而冷卻在第二側(cè)的制冷劑流。第一側(cè)的已蒸發(fā)的制冷劑流過節(jié)能裝置管線至系統(tǒng)壓縮機。第二側(cè)的制冷劑在熱交換器節(jié)能裝置中冷卻之后流過閥觀至蒸發(fā)器。閥觀的控制將基本保持相同。將壓縮機速度或其他壓縮機容量控制信號用作變量來控制膨脹閥的位置是一個新穎特征，其具有許多其他應用。該特征基于響應于壓縮機速度的增大而打開膨脹閥，以及響應于壓縮機速度的降低而閉合該閥。所述特征除了改進對控制冷凝器低溫冷卻的閥的控制以外，還可改進對控制吸入過熱的常規(guī)電子膨脹閥的控制。盡管僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征和實施方案，但是在不實質(zhì)上偏離權(quán)利要求中所引用的主題的新穎性和優(yōu)點的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可想到許多改型和改變 (例如，各種元件的尺寸、維度、結(jié)構(gòu)、形狀和比例，參數(shù)值(例如，溫度、壓力等)，安裝布置， 材料的使用，取向等的變化)。根據(jù)替代實施方案，可以改變或重排序任何過程或方法步驟的次序或順序。因而，應理解，隨附的權(quán)利要求旨在包括落入本發(fā)明的真實精神范圍內(nèi)的所有所述改型和改變。此外，為了提供該示例性實施方案的精確描述，可能未描述實際實施方案的所有特征(即，與當前考慮的執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式不相關(guān)的那些特征，或者實現(xiàn)所要求保護的發(fā)明不相關(guān)的那些特征)。應理解，在任何所述實際實施方式的開發(fā)中，如同在任何工程和設(shè)計項目中一樣，可做出許多實施方式的具體決定。所述開發(fā)的努力將是復雜且耗時的，但是對于受益于本公開文本的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，將是不需過度實驗的一種設(shè)計、制作和制造的常規(guī)任務。
權(quán)利要求
1.一種暖通空調(diào)或制冷系統(tǒng)，包括一個冷凝器，被配置為將制冷劑蒸氣冷凝為冷凝液；一個閃蒸箱，被配置為接收所述制冷劑冷凝液，并且使所述制冷劑至少部分蒸發(fā)； 一個蒸發(fā)器，被配置為接收來自所述閃蒸箱的制冷劑，并且使所述制冷劑蒸發(fā)； 一個壓縮機，被配置為接收來自所述蒸發(fā)器的冷凝液蒸氣，并且壓縮所述制冷劑蒸氣， 用于返回至所述冷凝器；一個電氣控制的閃蒸箱進給閥，被放置在所述冷凝器和所述閃蒸箱之間，被配置為控制冷凝液從所述冷凝器至所述閃蒸箱的流動；以及一個控制系統(tǒng)，被聯(lián)接至所述閃蒸箱進給閥，并且被配置為基于所述冷凝液的低溫冷卻來調(diào)節(jié)所述進給閥的打開和閉合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括被放置為感測所述冷凝液的壓力和溫度的壓力傳感器和溫度傳感器，所述控制系統(tǒng)被聯(lián)接至所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，并且被配置為從所述傳感器接收表示壓力和溫度的信號，以及基于所述信號計算冷凝液的低溫冷卻，用于控制所述閃蒸箱進給閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括一個被放置在所述閃蒸箱和所述蒸發(fā)器之間的孔口，用于調(diào)節(jié)冷凝液從所述閃蒸箱至所述蒸發(fā)器的流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述孔口是一個固定孔口。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述孔口是一個可變孔口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置為允許制冷劑的從所述閃蒸箱至所述蒸發(fā)器的流動流，所述流動流包括液相制冷劑和氣相制冷劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中以質(zhì)量計，所述流動流主要是液相制冷劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被聯(lián)接至所述壓縮機，并且檢測或控制表示壓縮機容量的壓縮機的參數(shù)，并且其中對所述閃蒸箱進給閥的控制還基于表示容量的所述壓縮機的參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)是壓縮機速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是殼程蒸發(fā)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是降膜蒸發(fā)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是滿液式蒸發(fā)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是滿液式蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器的混I=I O
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是微通道管冷凝器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是管式和翅式冷凝器。
16.一種暖通空調(diào)或制冷系統(tǒng)，包括一個冷凝器，被配置為將制冷劑蒸氣冷凝為冷凝液；一個閃蒸箱，被配置為接收所述制冷劑冷凝液，并且使所述制冷劑至少部分蒸發(fā)； 一個殼程蒸發(fā)器，被配置為從所述閃蒸箱接收制冷劑，并且使所述制冷劑蒸發(fā)； 一個壓縮機，被配置為從所述蒸發(fā)器接收冷凝液蒸氣，并且壓縮所述制冷劑蒸氣，用于返回至所述冷凝器；一個電氣控制的閃蒸箱進給閥，被放置在所述冷凝器和所述閃蒸箱之間，被配置為控制冷凝液從所述冷凝器至所述閃蒸箱的流動；一個孔口，被放置在所述閃蒸箱和所述蒸發(fā)器之間，被配置為調(diào)節(jié)制冷劑從所述閃蒸箱至所述蒸發(fā)器的流動；一個壓力傳感器，被配置為感測來自所述冷凝器的冷凝液的壓力，并且產(chǎn)生一個表示所述冷凝液的壓力的壓力信號；一個溫度傳感器，被配置為感測來自所述冷凝器的冷凝液的溫度，并且產(chǎn)生一個表示所述冷凝液的溫度的溫度信號；以及一個控制系統(tǒng)，被聯(lián)接至所述壓力傳感器和所述溫度傳感器，并且被配置為接收所述壓力信號和所述溫度信號，以及計算所述冷凝液的低溫冷卻，所述控制系統(tǒng)還被聯(lián)接至所述閃蒸箱進給閥，并且被配置為基于所述冷凝液的低溫冷卻來調(diào)節(jié)所述進給閥的打開和閉I=I O
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是一個微通道管冷凝器，其中所述孔口是一個固定孔口。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是一個管式和翅式冷凝器，以及其中所述孔口是一個固定孔口。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是一個微通道冷凝器，以及其中所述孔口是一個可變孔口。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器是一個管式和翅式冷凝器，以及其中所述孔口是一個可變孔口。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置為允許制冷劑的從所述閃蒸箱至所述蒸發(fā)器的流動流，所述流動流包括液相制冷劑和氣相制冷劑
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中以質(zhì)量計，所述流動流主要是液相制冷劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)被聯(lián)接至所述壓縮機，并且檢測或控制所述壓縮機的表示壓縮機容量的參數(shù)，并且其中對所述閃蒸箱進給閥的控制還基于所述壓縮機的表示容量的所述參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)是壓縮機速度。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是降膜蒸發(fā)器。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是滿液式蒸發(fā)器。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器是滿液式蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器的混I=I ο
28.一種暖通空調(diào)或制冷系統(tǒng)，包括一個冷凝器，被配置為將制冷劑蒸氣冷凝為冷凝液； 一個蒸發(fā)器，被配置為接收制冷劑，并且使所述制冷劑蒸發(fā)；一個壓縮機，被配置為接收來自所述蒸發(fā)器的冷凝液蒸氣，并且壓縮所述制冷劑蒸氣， 用于返回至所述冷凝器；以及一個膨脹閥，被放置在所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間； 其中至少基于所述壓縮機的速度或容量來控制所述膨脹閥的運行。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的系統(tǒng)，其中所述膨脹閥是一個電子膨脹閥。
30.一種暖通空調(diào)或制冷系統(tǒng)，包括一個冷凝器，被配置為將制冷劑蒸氣冷凝為冷凝液； 一個蒸發(fā)器，被配置為接收制冷劑，并且使所述制冷劑蒸發(fā)；一個壓縮機，被配置為接收來自所述蒸發(fā)器的冷凝液蒸氣，并且壓縮所述制冷劑蒸氣， 用于返回至所述冷凝器；以及一個膨脹閥，被放置在所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間； 其中基于冷凝液低溫冷卻來控制所述膨脹閥的運行。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，包括一個控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)被聯(lián)接至所述膨脹閥并且被配置為基于所述冷凝液的低溫冷卻來調(diào)節(jié)所述膨脹閥的打開和閉合，其中所述膨脹閥是一個電子膨脹閥，以及所述冷凝器是一個微通道冷凝器。
全文摘要
提供了一種制冷系統(tǒng)，例如用于冷凍機。該系統(tǒng)使用管程冷凝器(24)(例如，微通道冷凝器)以及殼程蒸發(fā)器(32)(例如，降膜蒸發(fā)器)。閃蒸箱節(jié)能裝置(26)被放置在所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間，并且基于來自所述冷凝器的冷凝液的低溫冷卻來控制所述閃蒸箱的入口閥(28)。離開所述閃蒸箱的蒸氣可經(jīng)由節(jié)能裝置管線(60)被進給至一個系統(tǒng)壓縮機(50)。結(jié)合一些氣相制冷劑的液相制冷劑離開所述閃蒸箱，并且在進入所述蒸發(fā)器之前被引導穿過一個孔口(30)。
文檔編號F25B49/02GK102472543SQ201080033935
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者A·J·格雷比爾, I·費德曼, S·庫蘭卡拉, W·L·考普庫 申請人:江森自控科技公司