專利名稱：結(jié)合微通道熱交換器的制冷劑系統(tǒng)的壓力尖峰減小的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的發(fā)明涉及控制器，其可在瞬態(tài)狀況下操作以減小在結(jié)合微通道熱交換器的制冷劑回路中的壓力尖峰。特別地，所公開的發(fā)明涉及控制器，其可在瞬態(tài)狀況下操作以減小結(jié)合微通道冷凝器或氣體冷卻器的制冷劑回路中的壓力尖峰。
背景技術(shù)：
近年來，許多關(guān)注和設(shè)計工作集中在制冷劑系統(tǒng)中熱交換器的高效且持久操作。 熱交換器技術(shù)中的一個相對較近的進步是發(fā)展和應(yīng)用平行流或所謂的微通道或迷你通道， 熱交換器(這些術(shù)語貫穿全文可互換地使用)，作為室內(nèi)和/或室外熱交換器。這些微通道熱交換器設(shè)有多個平行熱交換管，通常具有非圓形的形狀，制冷劑在這些平行熱交換管之間以平行方式分布和流動。熱交換管通常結(jié)合多個通道且大體上基本垂直于入口、中間和出口歧管中制冷劑流動方向定向，入口、中間和出口歧管與熱交換管成流連通。傳熱增強翅片通常安置于熱交換管之間且剛性地附連到熱交換管。采用微通道熱交換器的主要原因涉及其優(yōu)良的性能，高度緊湊型，結(jié)構(gòu)剛度，減小的制冷劑充注量和增強的抗腐蝕性。微通道熱交換器提供有益結(jié)果，至少部分地是因為其內(nèi)部流通道具有相當小的水力直徑。但是，與常規(guī)類型的熱交換器相比，也存在與微通道熱交換器相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)涉及微通道熱交換器的小水力直徑和內(nèi)部體積的顯著減小。一個挑戰(zhàn)在于微通道冷凝器或氣體冷卻器易于受啟動或其它瞬態(tài)狀況(諸如操作模式變化)下的壓力尖峰的影響。當在此制冷劑系統(tǒng)中出現(xiàn)壓力尖峰時，它們可導(dǎo)致有害的停機且最終導(dǎo)致不能控制待調(diào)節(jié)空間中的環(huán)境參數(shù)，諸如溫度和濕度。

發(fā)明內(nèi)容
制冷劑系統(tǒng)包括至少一個壓縮機，其壓縮制冷劑且將制冷劑向下游遞送到散熱熱交換器。散熱熱交換器為微通道熱交換器。制冷劑從散熱熱交換器向下游傳遞到膨脹裝置， 從膨脹裝置通過蒸發(fā)器且從蒸發(fā)器回到該至少一個壓縮機。控制器操作至少一個壓縮機和 /或膨脹裝置以減小在瞬態(tài)狀況下的壓力尖峰。還公開了操作這樣的系統(tǒng)的方法。通過下文的說明書和附圖，本發(fā)明的這些和其它特征能被最好地理解，下面為附圖的簡要描述。


圖IA示出了結(jié)合本發(fā)明的回路。圖IB示出了本發(fā)明的另一實施例。
圖2A示出了示例性微通道熱交換器。圖2B為示例性微通道熱交換器的另一視圖。圖3為關(guān)于膨脹閥的本發(fā)明的另一實施例。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的壓力尖峰減小的曲線圖。
具體實施例方式在圖IA中示出了制冷劑系統(tǒng)50，其結(jié)合壓縮機組52，壓縮機組52被示出具有串軸壓縮機M和56。應(yīng)了解圖1所示的制冷劑系統(tǒng)50為基本制冷劑系統(tǒng)，且結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種選擇和特征的制冷劑系統(tǒng)同樣受益于本發(fā)明。盡管示出了串軸壓縮機， 具有單個壓縮機的制冷劑系統(tǒng)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。同樣，可采用多于兩個串軸壓縮機。壓縮機M和56可為能在若干速度操作的壓縮機或可結(jié)合其它的卸載裝置?？刂破?8通過操作來控制壓縮機M和56。作為實例，兩個壓縮機都可為雙速壓縮機或多速壓縮機，諸如具有電子控制馬達的壓縮機，其可由脈沖寬度調(diào)制或其它技術(shù)來提供動力和控制以在若干不同速度操作。另一方面，兩個壓縮機中的僅一個可設(shè)有這樣的速度控制。由壓縮機組52壓縮的制冷劑遞送到散熱熱交換器26。散熱熱交換器沈為微通道冷凝器或氣體冷卻器，如將在下文中更好地描述的那樣。在散熱熱交換器26的下游，制冷劑穿過膨脹裝置60。膨脹裝置60可為電子膨脹裝置，其能被控制以在接收到來自控制器 58的命令之后打開到任意數(shù)量的變化位置。膨脹裝置60也可為熱力膨脹裝置，而不是電子膨脹裝置。旁通管線62可繞開膨脹裝置以提供繞膨脹裝置60的制冷劑路徑。在系統(tǒng)停機時，旁通管線62可允許在膨脹裝置60兩側(cè)之間的壓力均衡，這能減小在啟動或操作模式變化時的壓力尖峰。但是，旁通管線62也可設(shè)有閥，諸如電磁閥64，其可受到控制移動以打開旁通管線。在膨脹裝置60的下游為蒸發(fā)器66且制冷劑從蒸發(fā)器66返回到壓縮機組52。示出傳感器P與控制器58通信。此傳感器可加強系統(tǒng)操作以通過提供排放壓力的瞬間量值的直接指示而額外地減少由于壓力尖峰導(dǎo)致的有害停機的可能性。傳感器P為制冷劑系統(tǒng)50中的壓力傳感器(或其它類型的傳感器)的任意數(shù)量位置的示例。如果傳感器P傳感到過于高的壓力(或其它不合需要的狀況)，該控制器可確定關(guān)掉制冷劑系統(tǒng) 50是明智的，諸如通過停止一個或兩個壓縮機M和56。這種停機對于防止損壞制冷劑系統(tǒng)50而言可為重要的。但是，如上文所提到的那樣，在瞬態(tài)狀況下，常常可能會發(fā)生“有害停機“。本發(fā)明的實施例針對排除或顯著地減少這種有害停機的發(fā)生。如在圖2中所示的那樣，微通道熱交換器沈包括入口 21，入口 21流體地連接到入口 /出口歧管28的入口腔室23且向其遞送制冷劑。在離開歧管28的入口腔室23之后， 制冷劑傳遞到第一熱交換管組25且到相對的中間歧管四的第一中間腔室27。從歧管四的第一中間腔室27，制冷劑通過第二熱交換管組11返回到歧管觀的中間腔室13。從歧管觀的中間腔室13，制冷劑穿過第三熱交換管組15回到中間歧管四的第二中間腔室17。 從歧管四的第二中間腔室17，制冷劑通過另一個熱交換管組19到歧管28的出口腔室16。 如圖所示的那樣，隔板43將歧管28和29分別分成腔室23、13、16和27、17。此外，翅片18 定位于熱交換管組25、11、15與19之間。應(yīng)當注意的是四流程熱交換器配置為示例性的， 且不同數(shù)量的流程可結(jié)合在相同的熱交換器構(gòu)造中。所有這些布置在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如圖2B所示的那樣，管組的熱交換管通常包括由分隔壁101分開的多個小制冷劑通道100。這些通道通常具有小于3mm且優(yōu)選地小于1.5mm的水力直徑。通道可為任意數(shù)量的形狀，諸如矩形，三角形，梯形，卵形或圓形且術(shù)語“直徑”并不意味著圓形截面。控制器58可通過操作來采取任意數(shù)量步驟來減小壓力尖峰，諸如在系統(tǒng)啟動時可能發(fā)生的壓力尖峰。此外，控制器可采取步驟來減小在其它瞬態(tài)狀況下的尖峰，諸如在冷卻與除濕之間的操作模式變化?？刂破骺稍趦蓚€串軸壓縮機M或56中僅一個操作且另一壓縮機關(guān)掉的情況下來啟動制冷劑系統(tǒng)50。這將顯著地減小壓力尖峰。如在圖IB中所示的那樣，在圖IA系統(tǒng)中的壓縮機可為諸如實施例200中所示的壓縮機，其中壓縮機202具有入口管線205和出口管線206。旁通或卸載管線204使得部分或完全壓縮的制冷劑的至少一部分選擇性地回到吸入管線205。如已知的那樣，某種閥或其它控制零件控制此制冷劑的返回。如果利用這樣的壓縮機，壓縮機能在瞬態(tài)狀況期間至少部分卸載地運行以減小被壓縮制冷劑的體積且因此解決壓力尖峰問題。具有卸載零件的一種已知類型的壓縮機為渦旋式壓縮機，其中兩個渦旋元件由背壓力保持在一起。由控制器減小背壓力來允許兩個渦旋構(gòu)件移動遠離彼此且允許部分壓縮的制冷劑返回到吸入位置。在圖IB中示出的壓縮機的實例為高度示意性的且將涵蓋上文所述的壓縮機或任何其它類型的壓縮機。卸載或旁通管線無需在壓縮機外殼外部且此旁通管線或通路可完全定位于壓縮機外殼內(nèi)，在上文的渦旋式壓縮機實例中就是如此。如果壓縮機54/56之一為結(jié)合卸載零件之一的壓縮機，控制器能在僅此壓縮機操作且例如20-70%卸載，諸如脈沖寬度調(diào)制卸載的情況下，啟動制冷劑系統(tǒng)。變速壓縮機也可在啟動時以減小的速度諸如20-40 Hz操作且然后逐漸地斜坡向上到完全操作速度或所需操作速度。如果壓縮機之一為多步或多速度壓縮機，該系統(tǒng)能以卸載模式或較低速度啟動且然后逐漸地斜坡上升到完全/所需操作速度或所需加載狀況。 另外，壓縮機馬達可設(shè)有功率電子器件，其允許減慢地啟動。同樣，通過以較低速度來操作壓縮機，被壓縮制冷劑的流量將被減小且因此也將減小所造成的壓力尖峰的量值。為了減小壓力尖峰，通常不具備任何卸載能力的常規(guī)壓縮機能通過一系列較短的開/關(guān)順序循環(huán)來啟動，充分短以防止壓力積聚到高于可容許的閾值。以循環(huán)開/關(guān)模式來運行壓縮機將減小平均制冷劑流量且同樣減小所形成的壓力尖峰的量值。一般而言，優(yōu)選地，系統(tǒng)在30秒與2分鐘之間的時間間隔內(nèi)返回到正常/所需操作，取決于環(huán)境狀況和熱負荷需求。膨脹裝置能通過操作作為單獨步驟或組合壓縮機控制來減小壓力尖峰。作為實例，制冷劑旁通或泄放通路62可實際上為通過膨脹裝置主體60的孔口。這樣的系統(tǒng)是已知的。在制冷劑旁路管線62上的電磁閥64能在啟動或其它瞬態(tài)之后打開持續(xù)較短時段 (例如，15秒-1分鐘)以便防止壓力積聚。電磁閥也能在正常操作期間打開，其將允許膨脹裝置尺寸減小。通過打開旁通管線，有效地增加膨脹裝置中的限制大小。因此，通過打開電磁閥和通過旁通管線的額外制冷劑路徑，顯著地減小在整個制冷劑系統(tǒng)上的制冷劑流量限制，且也將減小壓力尖峰。
或者，如圖3所示的那樣，小電加熱器76能與熱力膨脹閥感溫包74相關(guān)聯(lián)。熱力膨脹裝置的感溫包74有效地服務(wù)方式是從蒸發(fā)器下游的位置提供關(guān)于過熱量或蒸發(fā)器出口溫度的反饋。在圖示實施例中，感溫包74通過線75提供壓力反饋回到閥72。來自感溫包74的壓力增加傾向于打開閥72。因此，通過提供加熱器76且在預(yù)期瞬態(tài)狀況之前接通加熱器，該閥打開且減小限制量。最后，可利用電子膨脹裝置，且電子膨脹裝置通過控制以在啟動時處于更開放狀況，同樣允許在啟動之前制冷劑遷移且在啟動期間降低液壓阻力，從而減小壓力峰值量值。 電子膨脹裝置設(shè)有電子控制器，其實現(xiàn)對閥定位和因此限制量的精確控制。同樣，通過提供適當控制，能驅(qū)動電子膨脹裝置到一位置使得在瞬態(tài)狀況期間減小限制且也減小所造成的壓力尖峰。利用這些控制組合，能記錄顯而易見的壓力尖峰減小且在圖4中示出。雖然圖4 并未示出實驗室結(jié)果，認為其準確地說明了根據(jù)本申請操作的系統(tǒng)將如何起作用。如在圖 4中所示的那樣，在實施減輕措施之前，壓力尖峰遠高于實施減輕措施之后。如在圖4中能看出的那樣，造成壓力超過閾值的壓力尖峰將造成該單元停機。如圖所示的那樣，在停機之后的壓力等于在停機之前的壓力。在實施了減輕措施之后，雖然仍存在壓力尖峰，但峰值壓力從不到達不可接受的水平。因此，在減弱了壓力尖峰之后，該單元繼續(xù)如預(yù)期那樣操作， 雖然在操作期間在排放側(cè)上的壓力高于在該單元啟動之前的壓力。該控制器也可具有反饋環(huán)路來防止壓力積聚超過閾值。舉例而言，該控制器可基于例如從壓力傳感器獲得的反饋來調(diào)整壓縮機速度或膨脹閥開口或接合第二壓縮機的時間間隔或脈沖寬度調(diào)制壓縮機循環(huán)的“關(guān)”部分的持續(xù)時間。舉例而言，如果如由壓力傳感器所確定的排放壓力快速地升高或接近不可接受的上限，那么壓縮機速度被減小，或者增加電子膨脹閥的打開率，或者也可增加在啟動第二壓縮機之間的時間間隔。該控制器也可具有自我學習特征，在這種情況下，例如如果在啟動壓縮機的第一次啟動時壓力閾值被超過，那么然后在隨后啟動時，控制器將控制卸載系統(tǒng)特征中的任意特征使得壓力尖峰將不超過可容許的閾值。而且，在某些狀況下，該系統(tǒng)可更傾向于超過壓力閾值，例如在高周圍狀況下啟動時可能發(fā)生，在這種情況下系統(tǒng)壓力在停止時將高于在較低周圍狀況時的壓力。在此情況下，舉例而言，控制器將提供啟動時更高程度的卸載來進一步最小化在排放壓力中的尖峰。利用本發(fā)明的制冷劑系統(tǒng)能用于許多不同的應(yīng)用中，包括(但不限于)空調(diào)系統(tǒng)， 熱泵系統(tǒng)，海運集裝箱單元、制冷卡車拖車單元和超市制冷系統(tǒng)。盡管公開了本發(fā)明的實施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)認識屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的某些修改。因此，應(yīng)研究下文的權(quán)利要求來確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑系統(tǒng)，包括至少一個壓縮機，所述壓縮機壓縮制冷劑且將制冷劑向下游遞送到散熱熱交換器，所述散熱熱交換器下游的膨脹裝置和所述膨脹裝置下游的蒸發(fā)器，所述散熱熱交換器為微通道熱交換器；以及控制器，其用于操作所述至少一個壓縮機和所述膨脹裝置中的至少一個以減小在瞬態(tài)狀況下的壓力尖峰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述微通道熱交換器包括具有小于3mm水力直徑的多個平行流通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述控制器操作所述至少一個壓縮機以減小在瞬態(tài)狀況下的壓力尖峰。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述至少一個壓縮機為變速壓縮機或多速壓縮機之一，且至少在瞬態(tài)操作的一部分期間與正常操作期間相比以更慢的速度操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述壓縮機通常以更慢的速度操作持續(xù) 30秒至2分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述壓縮機在所述瞬態(tài)狀況下以一系列開關(guān)循環(huán)操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述至少一個壓縮機能以卸載方式操作， 且所述控制器操作所述至少一個壓縮機以在所述瞬態(tài)狀況下至少部分地卸載。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置也通過操作以在所述瞬態(tài)狀況期間處于更開放的狀況下。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述瞬態(tài)狀況為制冷劑系統(tǒng)啟動。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述至少一個壓縮機包括至少兩個壓縮機，且在瞬態(tài)狀況下的所述操作包括關(guān)掉所述至少兩個壓縮機中的至少一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述控制器操作所述膨脹裝置以減小壓力尖峰。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置為電子膨脹裝置且受到控制以在所述瞬態(tài)狀況的至少部分期間處于更開放的狀況。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述膨脹裝置為熱力膨脹裝置，且加熱器與用于所述熱力膨脹裝置的感溫包相關(guān)聯(lián)且在所述瞬態(tài)狀況下操作以向所述感溫包施加熱。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，提供旁通管線用于供制冷劑在瞬態(tài)狀況期間繞過所述膨脹裝置，且在所述旁通管線上提供閥，且所述閥在所述瞬態(tài)狀況下打開。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，發(fā)生所述膨脹裝置在瞬態(tài)狀況下的所述控制持續(xù)15秒至1分鐘。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，傳感器傳感在制冷劑系統(tǒng)內(nèi)的狀況，且如果所述狀況指示是不合需要的狀況則可通過操作與所述控制器組合來停止所述制冷劑系統(tǒng)的操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，向所述控制器提供來自所述制冷劑系統(tǒng)的反饋，且所述控制器使用所述反饋來改變其在所述瞬態(tài)狀況下操作所述制冷劑系統(tǒng)的方式。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制冷劑系統(tǒng)，其中，所述控制器利用所述反饋來學習所述控制器的未來操作的參數(shù)以實現(xiàn)所述壓力尖峰的更好減小。
19.一種在瞬態(tài)狀況下控制制冷劑系統(tǒng)的方法，其包括以下步驟(a)從至少一個壓縮機傳遞制冷劑通過微通道熱交換器，且從所述微通道熱交換器通過膨脹裝置，從所述膨脹裝置通過蒸發(fā)器且然后返回到所述至少一個壓縮機；以及(b)控制所述至少一個壓縮機和所述膨脹裝置中的至少一個以實現(xiàn)在瞬態(tài)狀況期間壓力尖峰的減小。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述瞬態(tài)狀況為啟動狀況。
全文摘要
制冷劑系統(tǒng)包括至少一個壓縮機(54,56)，其壓縮制冷劑且將制冷劑向下游遞送到散熱熱交換器(26)。散熱熱交換器為微通道熱交換器。制冷劑從散熱熱交換器向下游傳遞到膨脹裝置(60)，從膨脹裝置通過蒸發(fā)器(66)且從蒸發(fā)器回到所述至少一個壓縮機?？刂破?58)操作至少一個壓縮機和膨脹裝置以減小在瞬態(tài)狀況下的壓力尖峰。
文檔編號F25B49/02GK102575890SQ201080049504
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者利夫森 A., F. 塔拉斯 M. 申請人:開利公司