用于空调／制冷系统的控制系统技术方案

一种适用于变速压缩机，以微处理机为基础的空调／制冷系统，测量压缩机加速度以及从其输出的制冷剂的温度或压力，确定制冷剂温度或压力变化率指出压缩机处于骤变，就减小压缩机加速度。当压缩机恒速工作时，制冷剂过热量维持在第一预定值，当压缩机加速时，增加至较高的第二预定值。该系统通过测量和比较起始和后续周期之间的压缩机输出功率和在压缩机处的制冷剂温度或压力变化率，能判断压缩机故障，且能辨别压缩机驱动部件或压力部件的故障。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于空调/制冷系统的控制系统。最近形成的有关环境的国际立法，保证地球减少变暖和减少臭氧，已命令消除氟里昂，包括其用于几十亿美元的空调/制冷工业。替代的制冷剂具有更有利的环境指数，例如R134A(一种R12替代物，广泛用于汽车工业)已推荐用于传统的空调/制冷系统，但是招来显著的输入功率损失和对于给定部件尺寸的能力损失的代价，以及其他问题，例如润滑剂的不相容性。目前大多数空调和制冷装置，特别是那些小容量家用和汽车空调器，是利用相对低压缩比(例如4/1)的容积式压缩机装置。这些一般以恒速运转的装置用高压制冷剂中间贮罐或储存装置施加压力负荷而高压制冷剂在作为蒸发器的热交换器中作后续膨胀(和冷却)。这些系统循环地起动和停止均维持储存罐的压力。当冷却荷载减少时，只要求少量制冷剂，开关循环时间变得较长。这种设计事实上存在的缺陷是能效启动时比稳态运转时显著地小，在所有工作状况下频繁地循环，对可靠性来说是有害的。由于中间贮罐的贮存和排放，可以认为需要的冷量是可变的，事实上这种工作类型所能接受的荷载变化的能力多少受到某些限止。可在较现代的系统中看到对这种类型所作出的后续改进，这些系统调制压缩机，也调制蒸发器和冷凝器的风扇以获得更接近于均匀地工作以及多少扩大了工作范围和提高了效率。这些系统具体地采用固定的或变化的活塞式、涡卷式或斜盘式压缩机，可从文献中找到许多这样的例子。已公开的最新技术，使用比常规R12和R22流体的比容更高的制冷剂。这些常运用小型高速离心式压缩机的系统，系统要求较高压缩比但与正常遇到的情况不同的是要求很低的绝对压力。美国专利5，065，590说明这种系统，在该专利中提到的典型调制系统，通过热气体旁路(效率低)或通过压缩机旁路改变压缩机速度(限止最大至最小荷载范围，而比最佳效率小)来控制荷载变化和环境情况的变化。然而，这些方案及其他在此未特别说明的方案其工作效率和最佳性能都受到限止，功率消耗和工作范围事实上都决定于所用预编输入资料(查阅表)它们不仅与压缩机的机械约束条件，制造偏差，机械状况，工作特性曲线，和限定的参数有关，而且与制冷剂流体的热动力学和气体动力学参数有关。因为已有技术存在的问题和缺陷，因此本专利技术的目的是提供一种空调/制冷系统能用对环境无害的制冷剂而无已有技术系统所有的效率损失问题。本专利技术的另一个目的是提供一种在整个荷载范围内具有高效率的空调/制冷剂控制系统。本专利技术还有另一个目的是提供一种空调/制冷系统，能配用以下压缩机，例如单级离心压缩机，两级离心压缩机，轴向/离心压缩机或混流组合压缩机，能在一个速度范围内从中等荷载至大荷载范围内实现调节，且能对中等荷载至低荷载范围内循环启动和关闭。本专利技术的还有一个目的提供一种用于空调/制冷系统的控制系统，使得在稳态和荷载变化时，能无骤变地工作。本专利技术另一个目的是提供一种空调/制冷控制系统，使得压缩机从停止状态至满荷载的加速时间最短。本专利技术还有另一个目的是提供一种空调/制冷系统，其有能力在同一系统中使用其他制冷剂。本专利技术还有一个目的是提供一种用于空调/制冷系统的控制系统其包括一个内在的检测故障和/或损坏的部件诊断能力。本专利技术还有另一个目的是提供一种空调/制冷控制系统，其在稳态和瞬时工作时，通过控制过热程度使得循环效率最大。本专利技术在各方面均能实现对该领域的技术人员清楚的上述和其它目的，本专利技术采用对环境无害的制冷剂，并配有一变速离心压缩机或其他类型的压缩机。本专利技术提供一种独特的控制方案，使得空调/制冷系统在满负荷范围内都具有最大效率，并保持换用对环境有利的工作流体时否则将要损失的那部分效率。这里所述新的空调/制冷系统配用的对环境无害制冷剂与多数常规的制冷系统相比，具有较高的比容，较高的压缩比和较低的绝对压力。低的绝对压力就允许关键部件用复合材料制造。该控制系统最好用在空调/制冷系统中该系统包括1)一台电力驱动的封闭的变速压缩机，可以是单级离心压缩机，两级离心压缩机，轴向/离心组合压缩机，或混流压缩机;2)一台感应电机，或永磁电机，或可变磁阻电机以及与其配合的脉宽调节转换器，该转换器不但用作功率源，还用作传感器;3)一个电动调节的止回/流量控制阀;4)带变速风扇的冷凝器;5)需要时用于循环的过滤器/干燥器/中间贮罐组件;6)电子驱动膨胀阀;7)带变速风扇的蒸发器。本专利技术之一指的是控制制冷系统的方法，该系统具有一种工作流体以及依次为，蒸发器，变速离心压缩机，冷凝器和膨胀阀。本专利技术的方法包含的步骤是加速压缩机旋转;测量压缩机加速度;测量在压缩机处的工作流体的温度或压力;在任一压缩机加速度值时确定工作流体的温度或压力的变化率;如果工作流体的温度或压力变化率显示压缩机骤变就减小压缩机加速度;重复这些步骤，直至压缩机停止加速。压缩机的起始加速度最好是一个预定的最大值。工作流体的温度和压力可在压缩机内或下游附近测量。由于压缩机骤变可出现在压缩机速度增加和减小两种情况下，在两个方向控制加速度是重要的。这样，这里所指的增加或减小加速度是指加速度的绝对值，因此包含正或负的加速度。本专利技术包括用于控制制冷系统的装置，该系统具有工作流体以及，依次为一个蒸发器，一台变速离心压缩机，一个冷凝器和一个膨胀阀。这种装置包括用于测量压缩机加速度的一个传感器和用于测量在压缩机处的工作流体的温度或压力的传感器。一台控制微处理机用于确定压缩机在任一加速度值时的工作流体的温度或压力的变化率，以及，如果工作流体的温度或压力变化率指出压缩机骤变，就减小压缩机的加速度。在另一方面，本专利技术是一种控制制冷系统的方法，该系统具有工作流体，以及依次是一个蒸发器，一台变速离心压缩机，一个冷凝器和一个膨胀阀。该方法包括的步骤是使压缩机以恒速运行;当压缩机以恒速运行时，保持在蒸发器和压缩机之间的工作流体的过热量为第一预定值;使压缩机加速旋转;当压缩机正在加速时增加蒸发器和压缩机之间的工作流体的过热量至大于第一预定值的第二预定值，并保持过热量在第二预定值上;当压缩机回到恒定工作速度时，减小工作流体的过热量至第一预定值。最好调整膨胀阀来改变系统中工作流体的流量，在压缩机加速期间，可通过调节流过膨胀阀的工作流体的流量来增加工作流体的过热量。蒸发器也包括一个调节风扇，以便改变工作流体的换热量，在压缩机加速期间，通过调节在蒸发器处工作流体的热交换量，使工作流体的过热量增加。在与此有关的方面中，本专利技术包括用于控制制冷系统的装置，该系统具有一种工作流体以及依次为一个蒸发器，一台变速离心压缩机，一个冷凝器和一个膨胀阀，其包括用于确定何时压缩机工作为恒定的传感器以及一台控制微处理机，当压缩机工作为恒速时，用于维持蒸发器和压缩机之间工作流体的过热量在第一预定值。还具有一个传感器用于确定压缩机旋转何时加速，以及一台控制微处理机当压缩机加速时用于增加蒸发器和压缩机之间工作流体的过热量至大于第一预定值的第二预定值，并维持过热量在第二预定值上。还有一个方面，本专利技术包括在有工作流体的制冷系统中检测变速离心压缩机的方法。在起始周期内，使压缩机加速，然后测量压缩机的加速度;测量压缩机的输入功率;测量在压缩机处的工作流体的温度或压力的变化率。重复这些步骤，在不同加速度值时重复这些步骤以便采集许多测量数据。于是将起始周期内的加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制制冷系统的方法，该系统具有一种工作流体以及，依次为一个蒸发器，一台变速离心压缩机，一个冷凝器和一个膨胀阀，包括：ａ）使所述压缩机加速旋转；ｂ）测量所述压缩机加速度；ｃ）在所述压缩机处，测量工作流体的温度或压力；ｄ）在所述压缩机任一加速度确定所述工作流体的温度或压力的变化率；ｅ）如果所述工作流体的温度或压力的所述变化率指出，压缩机骤变，减小所述压缩机加速度；ｆ）重复步骤（ｂ）至（ｅ）直至所述压缩机停止加速。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JW包威尔，
申请(专利权)人：埃科艾尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]