專利名稱：具有受控的制冷劑加載量的制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于空氣調(diào)節(jié)和制冷系統(tǒng)。更特別是，本發(fā)明涉及在操作中在空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)內(nèi)控制制冷劑量以實(shí)現(xiàn)所需的最佳系統(tǒng)性能。
背景技術(shù)：
空氣調(diào)節(jié)和制冷系統(tǒng)通常在該系統(tǒng)中利用某種制冷劑加載，以便例如在建筑物內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需冷卻量。對(duì)于實(shí)現(xiàn)所需系統(tǒng)操作并防止系統(tǒng)部件的損壞或故障來說，需要在系統(tǒng)中具有足夠的制冷劑量。
如果空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)具有不足的制冷劑量，其冷卻能力低于所需和所要的溫度，并且不能實(shí)現(xiàn)濕度，或者系統(tǒng)必須操作較長(zhǎng)時(shí)間。另外，膨脹裝置會(huì)出現(xiàn)故障。如果系統(tǒng)過量加載，將減小效率，繼而在壽命期間內(nèi)增加終端用戶的操作成本。另外，增加啟動(dòng)-停止循環(huán)的次數(shù)，由此減小系統(tǒng)和部件的可靠性，并且不利地影響溫度控制。在某些情況下，過量加載可在高環(huán)境溫度狀態(tài)下造成煩人的跳閘，減小系統(tǒng)操作范圍，并且表示出完全喪失終端用戶系統(tǒng)冷卻能力。
傳統(tǒng)配置的一個(gè)缺陷在于給定系統(tǒng)將加載特定的制冷劑量，此特定的制冷劑量與單個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)并且最佳，并且不與操作狀態(tài)的整個(gè)可能的范圍相對(duì)應(yīng)，在該操作狀態(tài)下，系統(tǒng)中的不同制冷劑量會(huì)提供更好的性能和可靠性。
需要一種方法，使得空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)中制冷劑量最佳，從而提供更好的系統(tǒng)性能和可靠性，并且避免部件可能的損壞和故障。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)例如操作狀態(tài)或所需冷卻能力的選擇標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明可以有選擇地控制制冷系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的一個(gè)示例性系統(tǒng)包括連接到空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)上的至少一個(gè)流體導(dǎo)管。至少一個(gè)流體導(dǎo)管連接到系統(tǒng)的低壓側(cè)上。至少一個(gè)輔助制冷劑存儲(chǔ)容器從高壓側(cè)有選擇地接收冷卻劑，或者將制冷劑有選擇地提供到低壓側(cè)上。
在一個(gè)實(shí)例中，存儲(chǔ)容器通常在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)在平衡狀態(tài)下中間壓力下加載制冷劑。同樣，容器可放置在系統(tǒng)隔室的內(nèi)部或外部。
在一個(gè)實(shí)例中，在系統(tǒng)中直接或間接測(cè)量例如壓力和溫度的控制器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作狀態(tài)，并且控制存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)的所選一側(cè)之間的制冷劑傳遞。在一個(gè)實(shí)例中，控制器確定與系統(tǒng)相關(guān)的至少一個(gè)環(huán)境狀態(tài)，例如環(huán)境溫度，并且在控制冷卻劑傳遞過程中使用所確定的環(huán)境狀態(tài)作為參數(shù)。
一個(gè)示例性系統(tǒng)包括與存儲(chǔ)容器相關(guān)的壓力調(diào)節(jié)裝置，以便有選擇地控制存儲(chǔ)容器內(nèi)的壓力。在一個(gè)實(shí)例中，壓力調(diào)節(jié)裝置包括加熱器。
在按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制制冷劑量的一種方法包括提供至少一個(gè)輔助制冷劑存儲(chǔ)容器，并且在輔助存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)之間有選擇地傳遞制冷劑。
在一個(gè)實(shí)例中，該方法包括確定何時(shí)系統(tǒng)中的壓力在所需大小之上，并且將制冷劑從系統(tǒng)高壓側(cè)傳遞到存儲(chǔ)容器，其中制冷劑量與使得系統(tǒng)內(nèi)的壓力更加接近所需大小相對(duì)應(yīng)。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的壓力低于所需大小時(shí)，該方法包括將制冷劑從存儲(chǔ)容器傳遞到系統(tǒng)，其中制冷劑量與使得系統(tǒng)內(nèi)的壓力更加接近所需大小相對(duì)應(yīng)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中明白本發(fā)明的多種特征和優(yōu)點(diǎn)。伴隨著詳細(xì)描述的附圖可以如下說明。


圖1示意表示結(jié)合用于控制系統(tǒng)內(nèi)制冷劑加載量的輔助存儲(chǔ)容器的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)；圖2示意表示本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例；以及圖3示意表示用于圖1和2任一實(shí)施例的示例性特征。
具體實(shí)施例方式
圖1示意表示可以用作制冷系統(tǒng)或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制冷劑系統(tǒng)20。壓縮機(jī)22從壓縮機(jī)抽吸口24抽取冷卻劑，并且將處于壓力下的壓縮氣體提供給壓縮機(jī)排放口26。高溫的壓力氣體流體導(dǎo)管28到冷凝器30，其中氣體散發(fā)熱量并且通常如公知那樣冷凝成液體。液體制冷劑流過導(dǎo)管32到膨脹裝置34。
在一個(gè)實(shí)例中，膨脹裝置34是以公知方式操作的閥，使得液體制冷劑膨脹并且部分蒸發(fā)，并且以冷的低壓制冷劑的形式流入導(dǎo)管36。這種制冷劑接著流過蒸發(fā)器38，其中制冷劑從流過轉(zhuǎn)發(fā)器線圈的空氣中吸收熱量，由此如公知那樣將冷卻空氣提供給所需空間。排出蒸發(fā)器38的制冷劑流過導(dǎo)管40到壓縮機(jī)22的抽吸口24，在壓縮機(jī)中繼續(xù)這種循環(huán)。
系統(tǒng)20在壓縮機(jī)排放口26和膨脹裝置34的入口之間具有高壓側(cè)。低壓側(cè)形成在膨脹裝置34的出口和壓縮機(jī)22的抽吸口24之間。在另一實(shí)例中，節(jié)能器回路以公知方式操作，并且構(gòu)成系統(tǒng)的中間壓力側(cè)。
所示實(shí)例包括輔助制冷劑存儲(chǔ)容器42，該容器有選擇地連接到空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。在此實(shí)例中，第一導(dǎo)管44布置成與導(dǎo)管28有選擇地連通。閥46控制存儲(chǔ)容器42是否與導(dǎo)管28隔離或流體連通。雖然所示實(shí)例包括存儲(chǔ)容器42和導(dǎo)管28之間的連接，也可以使用具有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓側(cè)的一個(gè)或多個(gè)其它部分的連接。
存儲(chǔ)容器42還通過連接導(dǎo)管48有選擇地連接到系統(tǒng)的低壓側(cè)上。閥50有選擇地控制空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的低壓側(cè)和存儲(chǔ)容器42之間的任何流體連通。類似地，在系統(tǒng)中可以選擇多個(gè)不同的位置，將低壓側(cè)連接到存儲(chǔ)容器42上。
根據(jù)特定情況的需要，控制器52控制閥46和50的操作。在此實(shí)例中，控制器52利用從壓力傳感器54和溫度傳感器56獲得的有關(guān)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)特定位置處的制冷劑的壓力和溫度的信息，這些傳感器以公知的方式提供有關(guān)系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的壓力和溫度信息。在此實(shí)例中，壓力傳感器54和溫度傳感器56與液體管線或?qū)Ч?2相關(guān)。其它傳感器配置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。用于最佳加載量確定方法的壓力和溫度傳感器的數(shù)量取決于終端用戶所需的精度等級(jí)，并且可以包括位于系統(tǒng)高側(cè)、低側(cè)或中間側(cè)(例如節(jié)能器回路)上的壓力和溫度傳感器。給出此描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠選擇最適用于滿足其特定需要的配置。
在此實(shí)例中控制器52還使用與該系統(tǒng)相關(guān)的另一操作狀態(tài)。在圖1的視圖中，溫度傳感器58將環(huán)境溫度信息提供給控制器52。示例性控制器使用環(huán)境溫度和系統(tǒng)壓力之間的預(yù)定關(guān)系來確定是否任何制冷劑傳遞有利于使得系統(tǒng)性能最佳。因此，這里描述中所使用的操作狀態(tài)可以是系統(tǒng)內(nèi)部或者外部或環(huán)境的狀態(tài)。
在至少一個(gè)示例性實(shí)施例中控制器52使用的另一操作狀態(tài)包括由于過量加載的系統(tǒng)造成的系統(tǒng)的有關(guān)任何有害的跳閘或停機(jī)(即系統(tǒng)壓力過高)的信息。在此實(shí)例中，如果在所需時(shí)間周期內(nèi)出現(xiàn)所需數(shù)量的系統(tǒng)跳閘，控制器可比較實(shí)際和預(yù)期系統(tǒng)操作參數(shù)，并且確定將某些制冷劑傳遞離開系統(tǒng)。
根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的當(dāng)前壓力和最佳化的所需壓力，控制器52有選擇地控制閥46或50，使得制冷劑在存儲(chǔ)容器42和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的所需側(cè)之間傳遞。例如，在低環(huán)境溫度下，另外的再冷卻和額外能力是不需要的，并且希望的是從空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中安全地去除某些制冷劑，而沒有不利地影響其功能。在這種情況下，控制器52操作閥46，使得制冷劑從系統(tǒng)的高壓側(cè)傳遞到存儲(chǔ)容器42。
在升高的環(huán)境溫度下，系統(tǒng)能力對(duì)于用戶實(shí)現(xiàn)所需冷卻程度很關(guān)鍵，并且重要的是避免可能與減小的再冷卻相關(guān)的膨脹閥的任何故障。在某些溫度下，另外的制冷劑加載可以是需要或有利的。在一個(gè)實(shí)例中，控制器52控制閥50的操作，以便將制冷劑從存儲(chǔ)容器42傳遞到空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的低壓側(cè)，以便調(diào)整這種情況。
在某些升高的環(huán)境溫度和減小的線電壓下，系統(tǒng)可出現(xiàn)煩人的停機(jī)，造成終端用戶完全喪失冷卻能力。在這種情況下，某些制冷劑量可從系統(tǒng)高壓側(cè)傳遞到存儲(chǔ)容器42，以便避免不希望的后果。
在一個(gè)實(shí)例中，控制器52通過所選操作狀態(tài)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相應(yīng)的所需壓力之間預(yù)先確定的關(guān)系進(jìn)行編程。根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)壓力和通過控制器52確定的其它操作狀態(tài)，可以確定是否通過在系統(tǒng)和存儲(chǔ)容器42之間傳遞制冷劑來調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量。得益于此說明書的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到使用何種操作參數(shù)并且使用何種適當(dāng)壓力和操作狀態(tài)關(guān)系將最佳滿足其特定情況的需要。
在一個(gè)實(shí)例中，控制器52以脈沖方式控制閥46和50的操作，以便在制冷劑傳遞過程中重復(fù)開啟和閉合閥，使得系統(tǒng)壓力的變化以受控方式出現(xiàn)，這將不造成操作的中斷，或者系統(tǒng)部件出現(xiàn)任何可能的復(fù)雜情況。在另一實(shí)例中，控制器52調(diào)節(jié)閥的操作，使得在系統(tǒng)和存儲(chǔ)容器41之間的任何傳遞過程中出現(xiàn)穩(wěn)定、受控的制冷劑流動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)例中，存儲(chǔ)容器42包括能夠存儲(chǔ)所選制冷劑并且經(jīng)得起由于從系統(tǒng)中去除制冷劑造成的壓力。在一個(gè)實(shí)例中，存儲(chǔ)容器最初處于真空狀態(tài)。在另一實(shí)例中，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在平衡狀態(tài)下，存儲(chǔ)容器42加載制冷劑。在此實(shí)例中，當(dāng)所有的壓力平衡時(shí)，存儲(chǔ)容器42內(nèi)的制冷劑在與系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑相同的壓力下。
在另一實(shí)例中，存儲(chǔ)容器42有選擇地以高于或低于系統(tǒng)平衡壓力進(jìn)行加載。得益于此說明書的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠選擇存儲(chǔ)容器42內(nèi)的適當(dāng)?shù)某跏技虞d量，以便滿足其特定情況的需要。
在正常系統(tǒng)操作中，系統(tǒng)的低壓側(cè)通常具有低于存儲(chǔ)容器42內(nèi)的制冷劑壓力的壓力?？諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓側(cè)通常將具有高于存儲(chǔ)容器42內(nèi)的制冷劑壓力的壓力。如上所述，這些壓力差有助于將制冷劑在存儲(chǔ)容器42和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間傳遞。
圖2表示與圖1所示相比的可選擇實(shí)施例。在此實(shí)例中，單個(gè)存儲(chǔ)容器42A和42B與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓側(cè)和低壓側(cè)相關(guān)。在此實(shí)例中，兩個(gè)存儲(chǔ)容器42A和42B使用閥59有選擇地連接在一起，閥59通過控制器52控制，可以根據(jù)需要，使得制冷劑在容器之間傳遞。
圖3示意表示本發(fā)明示例性所示的另一特征。在圖3中，存儲(chǔ)容器42具有與其相關(guān)的壓力調(diào)節(jié)裝置60。控制器52控制壓力調(diào)節(jié)裝置60的操作，以便控制容器42內(nèi)的制冷劑壓力。在一個(gè)實(shí)例中，壓力調(diào)節(jié)裝置包括電加熱元件，該元件可用來增加存儲(chǔ)容器42內(nèi)的制冷劑溫度，這造成存儲(chǔ)容器42的壓力增加。這種壓力調(diào)節(jié)裝置可通過有助于制冷劑在空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和存儲(chǔ)容器內(nèi)傳遞的方式控制存儲(chǔ)容器內(nèi)的壓力，以滿足特定情況的需要。
對(duì)于多種環(huán)境和操作狀態(tài)來說，本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以使得空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量以及整個(gè)系統(tǒng)操作最佳。每當(dāng)當(dāng)前系統(tǒng)壓力和基于所觀察的操作狀態(tài)的所需壓力之間的差別在所選誤差帶之外時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量可通過在存儲(chǔ)容器42和系統(tǒng)的所選側(cè)之間傳遞制冷劑來調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)例中，誤差帶取決于傳感器精度、傳感器安裝、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)部件以及制造誤差的可能組合。得益于此說明書的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到在研發(fā)適當(dāng)?shù)目刂品桨笗r(shí)需要考慮何種因素來確定何時(shí)在空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和存儲(chǔ)容器之間傳遞制冷劑。
以上描述是示例性的，而沒有限制含義。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白所披露實(shí)例的變型和改型，而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。給予本發(fā)明法律保護(hù)的范圍可只通過閱讀以下權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑系統(tǒng)，包括位于系統(tǒng)的高壓側(cè)上的至少一個(gè)流體導(dǎo)管；位于系統(tǒng)的低壓側(cè)上的至少一個(gè)流體導(dǎo)管；有選擇地從系統(tǒng)的所選側(cè)接收制冷劑或提供制冷劑到系統(tǒng)的所選側(cè)上的至少一個(gè)輔助制冷劑存儲(chǔ)容器；以及自動(dòng)控制制冷劑在存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)所選一側(cè)之間傳遞的控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在系統(tǒng)操作時(shí)接收或提供制冷劑。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在系統(tǒng)停機(jī)時(shí)接收或提供制冷劑。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制器確定與系統(tǒng)相關(guān)的至少一個(gè)操作狀態(tài)，并且在控制制冷劑傳遞時(shí)使用所確定的操作狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，操作狀態(tài)包括系統(tǒng)的低側(cè)、高側(cè)或中間側(cè)上的壓力或系統(tǒng)的高側(cè)、低側(cè)或中間側(cè)上的溫度中的至少一種。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，操作狀態(tài)包括環(huán)境或室內(nèi)溫度中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制器確定系統(tǒng)內(nèi)與所確定的環(huán)境或室內(nèi)溫度相對(duì)應(yīng)的所需壓力，并且在當(dāng)前系統(tǒng)壓力和所需壓力之間的差別超過所選閾值時(shí)，造成制冷劑在輔助制冷劑存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)的所選一側(cè)之間傳遞。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括位于每個(gè)側(cè)和輔助制冷劑存儲(chǔ)容器之間的至少一個(gè)閥，每個(gè)閥有選擇地將存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)的相應(yīng)側(cè)連接。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括有選擇地與至少一個(gè)高壓側(cè)連接的第一存儲(chǔ)容器和有選擇地與至少一個(gè)低壓側(cè)連接的第二存儲(chǔ)容器。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括與存儲(chǔ)容器相關(guān)以便控制存儲(chǔ)容器內(nèi)的壓力大小的壓力調(diào)節(jié)裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓力調(diào)節(jié)裝置包括有選擇地改變存儲(chǔ)容器內(nèi)溫度的加熱器。
12.一種控制制冷劑系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量的方法，包括提供至少一個(gè)輔助制冷劑存儲(chǔ)容器；以及自動(dòng)有選擇地在輔助制冷劑存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)之間傳遞制冷劑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，包括確定何時(shí)操作狀態(tài)不在所需范圍內(nèi)以及何時(shí)將制冷劑從系統(tǒng)傳遞到存儲(chǔ)容器，其中制冷劑量與使得系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)更加接近所需范圍相對(duì)應(yīng)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，操作狀態(tài)包括系統(tǒng)的低、高或中間側(cè)上的壓力或溫度的至少一種。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，包括將制冷劑從系統(tǒng)的高壓側(cè)傳遞到存儲(chǔ)容器。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，確定何時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的壓力低于所需大小以及何時(shí)將制冷劑從存儲(chǔ)容器傳遞到系統(tǒng)，其中制冷劑量與使得系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)更加接近所需范圍相對(duì)應(yīng)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，包括將制冷劑從存儲(chǔ)容器傳遞到系統(tǒng)的低壓側(cè)。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，包括確定與系統(tǒng)相關(guān)的至少一個(gè)操作狀態(tài)，并且使用所確定的操作狀態(tài)來確定被傳遞的制冷劑的所需量。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，包括確定環(huán)境溫度或室內(nèi)溫度中的至少一種溫度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，包括確定系統(tǒng)內(nèi)的與所確定的環(huán)境溫度相對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)操作狀態(tài)，并且在當(dāng)前操作狀態(tài)和所需操作狀態(tài)之間的差別超過所選閾值時(shí)將制冷劑在存儲(chǔ)容器和系統(tǒng)之間傳遞。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，包括有選擇地控制存儲(chǔ)容器內(nèi)的制冷劑壓力。
全文摘要
一種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括根據(jù)不同的操作狀態(tài)使得制冷劑傳遞到或離開空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)的輔助存儲(chǔ)容器。在一個(gè)實(shí)例中，控制器控制將存儲(chǔ)容器有選擇地連接到系統(tǒng)的高壓側(cè)或低壓側(cè)上的閥的操作。根據(jù)操作狀態(tài)，在需要增加系統(tǒng)制冷劑量時(shí)，制冷劑從存儲(chǔ)容器傳遞到空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的低壓側(cè)上。在系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑量高于所需量時(shí)，制冷劑可從空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高壓側(cè)傳遞到存儲(chǔ)容器，以便使得系統(tǒng)內(nèi)的壓力更加接近所需大小。
文檔編號(hào)F25B39/00GK1875229SQ200480032540
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月7日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯, T·J·多布邁爾 申請(qǐng)人:開利公司