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      用于控制一種制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器裝置中制冷劑的過熱溫度的一種方法,以...的制作方法

      文檔序號:6277581閱讀:342來源:國知局
      專利名稱:用于控制一種制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器裝置中制冷劑的過熱溫度的一種方法,以 ...的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及用于控制一種制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器裝置中制冷劑的過熱溫度的一種方法,在所說制冷系統(tǒng)或熱泵系統(tǒng)中,所說蒸發(fā)器裝置、一個壓縮機裝置、一個冷凝器和一個可控膨脹閥裝置按序設置在一個閉合制冷回路中,并根據期望值與實際值的比較結果控制所說的過熱溫度,所說過熱溫度的期望值自動地根據與所說制冷劑溫度的一組采樣值的周期確定函數的基準值的差值而改變,從而實現對所說過熱溫度的穩(wěn)定控制。
      在德國專利DE-3713869C2中公開了這樣的一種方法和裝置。在該文獻中,過熱溫度期望值與具體的工作狀態(tài),例如制冷輸出、過冷、蒸發(fā)溫度等自動匹配,而與制冷劑的種類無關。這種匹配由于過熱溫度的變化率以及當過熱溫度下降到或超出預定的極限值時使過熱溫度期望值發(fā)生急劇的變化而受到影響。
      過熱溫度可以用蒸發(fā)器裝置出口端制冷劑溫度,即蒸汽溫度,與該蒸發(fā)器裝置入口端的制冷劑溫度的差值表示,或者直接用該蒸發(fā)器裝置出口端制冷劑的溫度與該制冷劑蒸發(fā)溫度的差值(實際的過熱溫度)表示。
      蒸發(fā)器裝置出口端的制冷劑溫度取決于蒸發(fā)器中制冷劑充灌的程度和環(huán)境溫度,如空氣溫度;而所說的蒸發(fā)器裝置入口端制冷劑的溫度是由該蒸發(fā)器裝置的壓力決定的。實際上,該蒸發(fā)器裝置出口端的壓力常被用來作為制冷劑蒸發(fā)溫度的一種量度。
      所以當蒸發(fā)溫度變化時,過熱溫度的測量信號及其變化率也發(fā)生變化。在制冷或者熱泵系統(tǒng)中蒸發(fā)器裝置入口端制冷劑溫度不穩(wěn)定的情況下,即使當離開該蒸發(fā)器裝置的制冷劑蒸汽具有相當高的過熱溫度時,過熱溫度也是不穩(wěn)定的。在用于超級市埸的制冷系統(tǒng)中,目前的作法通常是將幾個蒸發(fā)器裝置連接到一個有幾級壓縮機接口的壓縮機裝置上。這意味著可以隨意地改變蒸發(fā)器輸出壓力。而且,在根據德國專利DE-3713869C2所公開的方法中,可以把過熱溫度設定到一個過高的值,從而使得制冷劑不能最佳地充滿所說的蒸發(fā)器裝置以及效率極低。此外,在所說的過熱溫度瞬時、快速變動的情況下或者由于在已知的方法中使用的差示裝置電路接收到瞬時電干擾信號的情況下,即使當期望值正在變化時所說的變動或干擾脈沖已經重新消失,所說的期望值仍然會發(fā)生很大的變化。
      因此,為了以足夠的精確性和速度確定所說的過熱溫度變化的速率,在該公開文獻中使用的數字差示裝置電路需要多個采樣值。而這又要求為此使用一個具有大存貯量的微處理器。
      本發(fā)明的目的是提供確保在蒸汽壓力可能發(fā)生較大波動的制冷系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)中所說的蒸發(fā)器裝置有最佳的制冷劑充注量以及確保其過熱溫度達到最佳值的一種方法和用于實施該方法的一種裝置。
      就該方法而言,本發(fā)明技術方案的特征在于所說的函數表征了所說的蒸發(fā)器裝置出口端制冷劑溫度的一組采樣值相對于這些采樣值的平均值的變化性。
      這種變化性或者擴散性是蒸發(fā)器出口端制冷劑溫度穩(wěn)定性的一種量度。制冷劑溫度的穩(wěn)定性越高,能夠選擇的所說的過熱溫度期望值就越低。制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)的工作效率也相應地較高。在這種情況下將蒸發(fā)器裝置出口端制冷劑蒸汽溫度變化的期望值確定為基準值。
      可取的是,已經對表征在所說的蒸發(fā)器裝置中制冷劑蒸發(fā)溫度的一組采樣值相對于與所說的基準值疊加的那些采樣值的平均值的變化的一種函數的幅值進行了處理。實際上,當所說的制冷劑蒸發(fā)溫度非常不穩(wěn)定時,即它的變化性增加時,對該函數進行處理可使在所說蒸發(fā)器裝置出口端的蒸汽溫度變化的基準值或者期望值增大。同時,當所說的蒸發(fā)溫度更加劇烈地變動時,所說的蒸汽溫度要承受更大的變化。
      可以對表征蒸發(fā)溫度變化的函數的幅值用一個因子進行加權。按照這種方式,所說的蒸發(fā)溫度的不穩(wěn)定性被認為與所說的蒸汽溫度的不穩(wěn)定性不同。這個因子可以取為,例如0.5。
      可取的是,在用一個因子加權處理之后,對所說的與所說的基準值疊加的過熱溫度的期望值進行處理。這種疊加處理方法的其他優(yōu)點在于如果所說的過熱溫度期望值上升,因而所說的過熱溫度上升,則允許蒸發(fā)器出口端的蒸汽溫度有更大的變化。
      在經過一個PI功能塊處理后,可以使所說的過熱溫度的期望值依賴于所說的偏差。因此該偏差的急劇變化不會使過熱溫度的期望值產生劇烈變化,而只是逐漸地影響所說的過熱溫度的期望值。
      如果所說的采樣值的函數至少與一個標準偏差近似是有利的。根據一種統(tǒng)計方法,可以容易地周期性地測得這樣一個標準偏差。
      可取的是,所說的采樣值的函數是標準偏差S=1n-1&Sigma;i=1n(x&OverBar;-xi)2]]>式中n是在預定的時間內單個采樣值xi(i=1,2….,n)的數量,x是該采樣值xi的算術平均值。當有適當大量的采樣值時,該標準偏差,也被稱作“均方根偏差”或者“二次標準偏差”,是測量該采樣值,也就是具體溫度(蒸發(fā)溫度或者蒸汽溫度)變化的一種非常精確的度量。
      然而,對于所說近似標準偏差的函數,下式也是成立的S=1n&Sigma;i=1n|x&OverBar;-xi|]]>式中n是在預定時間內單個采樣值xi(i=1,2,...,n)的數量,x是該采樣值xi的算術平均值。一般來說,實際上該近似標準偏差精度已經足夠,而且和標準偏差相比用較少的計算量就可以較快地確定它。
      在這種情況下,如果根據下式來求出所說的第i個標準偏差Si,就可以進一步提高工作效率和計算速度,Si=(n-1)&CenterDot;Si-1+|x&OverBar;-xi|n]]>式中所說的第i個平均值xi根據下式求出x&OverBar;i=(n-1)&CenterDot;x&OverBar;i-1+xin]]>可取的是,用于實施該方法的裝置包含一個微處理器,所說的蒸發(fā)器裝置中制冷劑蒸發(fā)溫度的測量值和在該蒸發(fā)器裝置出口端制冷劑溫度以及所說的基準值以數字方式輸送給該微處理器,而且該微處理器也可以控制膨脹閥裝置。
      在下文中參照優(yōu)選實施例的附圖更加詳細地描述本發(fā)明及其改進。在附圖中,

      圖1是用于實施本發(fā)明方法的一種設備的制冷回路方框簡圖。該制冷回路方框簡圖是以一種制冷系統(tǒng)為例的,圖2是用于實施本發(fā)明方法的一種設備的另一個實施例,該實施例以一個制冷系統(tǒng)為例,和圖3是圖1中所示設備中包含的一個功能塊的實施例。
      根據圖1,包含在一個閉合制冷回路中的制冷系統(tǒng)各部分依次是由一個蒸發(fā)器或者至少兩個并聯(lián)的蒸發(fā)器構成的蒸發(fā)器裝置1,由一個壓縮機或者由幾個并聯(lián)壓縮機構成的壓縮機裝置2,一個冷凝器,包含一個或多個膨脹閥的可控膨脹閥裝置4,其中每一個膨脹閥串聯(lián)在蒸發(fā)器裝置1中的一個蒸發(fā)器上。利用位于所說的蒸發(fā)器裝置1入口端的一個傳感器5可以測量所說的制冷劑的溫度T1,由此得到所說的蒸發(fā)溫度。還可以測量蒸發(fā)器裝置出口的蒸汽壓力,以獲得蒸發(fā)溫度T1。另一個傳感器6測量所說的蒸發(fā)器裝置1的出口溫度,從而得到蒸發(fā)了的制冷劑的蒸汽溫度T2。一個加法器7求出所說的溫度T1和T2的差值,從而得到該制冷劑蒸汽的過熱溫度Tü。在一個加法器8中比較該過熱溫度Tü和該過熱溫度的一個期望值W2。該比較的結果作為控制差值通過一個PID元件9輸送到所說的膨脹閥裝置4的一個控制輸入端。因此,可以控制該過熱溫度使之與所說的期望值W2相同。
      把所說的蒸發(fā)器裝置1出口端制冷劑的蒸汽溫度T2的測量值輸送到以處理器形式構成的功能塊10中,在該功能塊中,根據下列函數求出所說的標準偏差SS=1n-1&Sigma;i=1n(x&OverBar;-xi)2----(1)]]>式中n是單個采樣值xi(i=1,2,...,n)的數量,x是所說的制冷劑蒸汽溫度T2的采樣值xi的算術平均值。該標準偏差是所說采樣值相對于一個算術平均值的變化的一種量度,因而也是所說制冷劑蒸汽溫度穩(wěn)定性的一種高精確度的量度。
      所說的標準偏差,除了可以用公式(1)求出,用下式也可以近似地求出該標準偏差S=1n&Sigma;i=1n|x&OverBar;-xi|----(2)]]>對于確定所說的制冷劑蒸汽溫度T2的變化,該近似標準偏差實際上就已足夠,而且它可以更容易地確定該蒸汽溫度T2的變化,即用更少的計算量、更快地求出。
      把所說的制冷劑蒸汽溫度T2的標準偏差S輸送到另外一個加法器11,并利用該加法器11比較該標準偏差S和它的一個期望值Ws,該控制差值d作為所說的過熱溫度Tü的期望值W2通過一個PI元件12輸送到所說的加法器8。
      和功能塊10一樣,在另外一個功能塊13中所說的標準偏差S是由所說的傳感器5測量的所說的制冷劑的蒸發(fā)溫度T1得到的,但是該標準偏差S需要用一個約為0.5的常因子K0加權。在另一個加法器14中,從與一個處理器的功能塊13出口端輸出的所說制冷劑蒸發(fā)溫度T1的加權標準偏差與在一個P-元件15中用一個約為0.1的常因子K加權的該過熱溫度的期望值W2疊加。在另一個加法器16中,所說的加法器14的輸出變量與由一個基準值信號發(fā)生器17產生的相對于所說的蒸發(fā)器出口端或者制冷劑蒸汽溫度T2的標準偏差S的基準值W1疊加,從而在該加法器16的出口端輸出由溫度T2確定的所說的標準偏差的期望值Ws。
      然而,就原理而論,元件12到16并不是必不可少的。因此,下文將研究在圖1說明的控制裝置中沒有元件12到16時的工作模式。
      在這種情況下,所說的期望值Ws與所說的基準值W1恒對應,所說的期望值W2與所說的差值d對應。如果所說的溫度T2變動很大,在功能塊10的出口端就會輸出一個相應較大的標準偏差S(T2),以及相應地輸出一個大的差值d和過熱溫度Tü的一個大的期望值W2。因此,通過用所說的膨脹閥裝置4對制冷劑的流量進行合適的節(jié)流調節(jié),就可以升高所說的過熱溫度Tü。這可以降低所說的蒸發(fā)器裝置1的放大作用影響,因而,可以降低所說的蒸發(fā)器輸出端溫度T2的變動幅度。當所說的蒸發(fā)器輸出端溫度T2的穩(wěn)定性提高時,所說的標準偏差S(T2)也下降了,最終所說的差值d消失并且該輸出端溫度T2獲得了極大的穩(wěn)定。因此,可以控制所說的過熱溫度Tü,從而使所說的標準偏差S(T2)和所說的期望值W2=W1=常數相等,所說常數最好約為1。
      如果期望所說的輸出溫度或者蒸汽溫度T2具有更高的穩(wěn)定性,可以輔加使用功能塊13,而且乘以所說的加權因子K0的標準偏差可以由所說的輸入端溫度T1得出,并且該標準偏差可以通過所說的加法器16與所說的基準值W1相加,該標準偏差要么沒有對所說的過熱溫度期望值W2在P-元件15中加權因子K;要么還對所說的過熱溫度期望值W2在P-元件15中加權因子K。如果沒有來自經過所說的P-元件15的該過熱溫度期望值W2的反饋,加權標準偏差K0·S(T1)使所說的期望值Ws增加,從而當從d=0的穩(wěn)定狀態(tài)開始,輸入溫度或者蒸發(fā)溫度T1的不穩(wěn)定性逐漸增加時,該過熱溫度期望值W2下降,因此,所說的膨脹閥裝置開啟度增加而使所說的過熱溫度Tü下降。
      經過P-元件15的所說的過熱溫度期望值W2的反饋的加入,就是用約為0.1的傳輸因子K加權的該過熱溫度期值W2與所說的加權標準偏差K0·S(T1)或者所說的基準值W1相加,使得當該過熱溫度期望值W2增大時,所說的標準偏差S(T2)的期望值Ws會更快地增大,從而抵消該過熱溫度期望值W2的過快增加。這有助于提高所說的溫度T2和所說的過熱溫度Tü的穩(wěn)定性。
      如果另外使用一個PI-元件12,可以抵消由所說的差值d的快速變化引起的所說的過熱溫度期望值W2的快速變化。這有助于溫度T1和T2的穩(wěn)定性。
      在圖1所示的控制裝置中,元件7到17可以是模擬結構或者數字結構。這使得所說的功能塊10和13可以做成兩個獨立的處理器或者一個單一的數字式處理器;當采用數字結構時,就需使用合適的模擬-數字轉換器和數字-模擬轉換器。
      圖2說明了圖1中所示的控制元件7到16用微處理器18代替的一個純數字結構,該微處理器18具有用于把所說的測量溫度T1和T2輸送到該微處理器18之前先數字化的模擬-數字轉換器19和20,還有一個用于控制所說的膨脹閥裝置4的該微處理器18的輸出信號的數字-模擬轉換器21。在所說的兩個模擬-數字轉換器19和20處,僅僅能夠交替地提供一個模擬-數字轉換器,該模擬-數字轉換器被交替地轉換到所說的傳感器5和6。所說的微處理器18包括一個中央處理單元、一個主存儲器和一個用于接收所說的測量值的輸入緩沖寄存器,然后從該輸入緩沖寄存器取回這些測量值從而由所說的中央處理單元進行處理。該中央處理單元通過所說的分時多通道方法執(zhí)行所有元件7到16的功能。以上所說的基準值信號發(fā)生器17是在數字結構的情況下。然而,另一方面,它可以是模擬結構;如果需要的話,可以在所說的基準值信號發(fā)生器17和所說的微處理器18之間使用一個模擬-數字轉換器。
      為了獲得根據公式(2)中所說的近似標準偏差,功能塊10和13中的任一個都可以按照圖3中舉例說明的功能塊10那樣構造,而功能塊13僅需另加一個具有所說的轉換因子K0的P-元件(圖中未繪出)。
      在該實施例中,首先將所說的測量溫度T2經過一個具有延遲時間或者時間常數τ(“P”是拉普拉斯算子σ+jω)的一次延遲器22輸送到一個減法器23的輸入端,其次,將該測量溫度T2直接輸送到減法器23的另一個輸入端。該減法器23的輸出變量E經過一個絕對值發(fā)生器24輸送到另一個具有相同的時間常數τ的一次延遲器25。于是,在所說的延遲器25的輸出端就產生了該測量溫度T2根據公式(2)所得到的標準偏差S。例如,所說的延遲器22和25可以是一個具有時間常數τ=RC的初級RC-元件,該RC-元件具有一個一次平滑濾波器的功能。所說的減法器23可以由一個差值放大器簡單地構成。絕對值發(fā)生器24可以是一個雙路整流器。時間常數τ可以是,例如約為150秒。另外,所說的溫度T1和T2的采樣值的時間周期可以是1秒左右,在每秒鐘開始時,就有一個新的測量值被采樣。
      功能塊22到25可以利用所說的微處理器18用純數字形式來實現。
      根據公式(2)的確定近似標準偏差比根據公式(1)確定所說標準偏差可取,因為后者需要更復雜的電路、更大的存貯能力和更長的計算時間。在所說的微處理器18以數字式實現的情況下,n個采樣值全部被貯存在存貯器中,每秒鐘加入一個新的采樣值,同時刪除一個最先存入的測量值,并重新計算所有的和值。一般來說,對于實時操作來說,這樣一個功能塊就太慢了。另一方面,根據公式(2)確定所說的近似標準偏差需要更少的計算步驟和更少的存貯能力,因此,這種方法更快,并且只用更少的工作量就可以實現。
      如果能允許使用更復雜的電路,除了根據公式(1)的所說的二次標準偏差或者根據公式(2)的所說的一次標準偏差,也可以根據下式計算一個三次標準偏差S=1n-1&Sigma;i=1n(x&OverBar;-xi)33----(3)]]>
      權利要求
      1.用于控制一個制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)(1-4)的一個蒸發(fā)器裝置(1)中制冷劑的過熱溫度(Tü)的一種方法,在該制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)中,所說的蒸發(fā)器裝置(1),一個壓縮機裝置(2),一個冷凝器(3)和一個可控膨脹閥裝置(4)按序設置在一個閉合回路中,并根據對期望值和實際值之間的比較結果控制所說的過熱溫度(Tü),該過熱溫度(Tü)的期望值(W2)自動地依賴于與所說的制冷劑的溫度(T1;T2)的一組(n個)采樣值(xi)的周期確定函數(S)的基準值(W1)的差值(d)變化,從而實現對該過熱溫度(Tü)的穩(wěn)定控制,其特征在于所說的函數(S)表征了在所說的蒸發(fā)器裝置(4)出口端制冷劑溫度(T2)的一組(n個)采樣值(xi)相對于該采樣值(xi)的平均值(x)的變化。
      2.按權利要求1所述的方法,其特征在于表征在所說的蒸發(fā)器裝置(1)中制冷劑的蒸發(fā)溫度(T1)的一組(n個)采樣值(xi)相對于該采樣值的一個平均值(x)的變化率的函數(S)的幅值與所說的基準值(W1)疊加。
      3.按權利要求2所述的方法,其特征在于表征所說的蒸汽溫度(T1)的變化的函數幅值用一個因子(k0)加權。
      4.按權利要求2或3所述的方法,其特征在于所說的過熱溫度期望值(W2)在用一個因子(K)加權后與所說的基準值(W1)疊加。
      5.按權利要求1至4中任一項所述的方法,其特征在于所說的過熱溫度(Tü)的期望值(W2)在經過一個PI-函數處理后,依賴于所說的差值(d)。
      6.按權利要求1至5中任一項所述的方法,其特征在于所說的采樣值(xi)的函數(S)至少與一個標準偏差(S)近似。
      7.按權利要求1至6任一項所述的方法,其特征在于所說的采樣值的函數是標準偏差S=1n-1&Sigma;i=1n(x&OverBar;-xi)2]]>式中n是在一個預定周期內單個采樣值xi(i=1,2,...n)的數量,x是該采樣值xi的算術平均值。
      8.按權利要求6所述的方法,其特征在于所說的函數是近似標準偏差S=1n&Sigma;i=1n|x&OverBar;-xi|]]>式中n是在一個預定周期內單個采樣值xi(i=1,2…,n)的數量,x是該采樣值xi的算術平均值。
      9.按權利要求7或8所述的方法,其特征在于所說的第i個標準偏差Si由下面公式求出Si=(n-1)&CenterDot;Si-1+|x&OverBar;-xi|n]]>式中所說的第i個平均值xi由下面公式求出x&OverBar;i=(n-1)&CenterDot;x&OverBar;i-1+xin]]>
      10.實施如權利要求1至9中任一所述方法的一種裝置,其特征在于它包含一個微處理器(18),在所說的蒸發(fā)器裝置(1)中制冷劑蒸發(fā)溫度(T1)的測量值、在該蒸發(fā)器裝置(1)出口端的制冷劑溫度(T2)的測量值以及所說的基準值(W1)以數字形式輸送到該微處理器,而且該微處理器控制著所說的膨脹閥裝置(4)。
      全文摘要
      在用于控制一個制冷系統(tǒng)或者熱泵系統(tǒng)(1—4)的一個蒸發(fā)器裝置(1)中制冷劑的過熱溫度(T
      文檔編號G05D23/19GK1175996SQ96192071
      公開日1998年3月11日 申請日期1996年2月19日 優(yōu)先權日1995年2月22日
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