CN1463352A - 控制从制冷系统的冷凝器中去除热量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明通过使冷凝器(14)的冷却最大化并减小压缩机(12)所需的做功来提高制冷系统(10)的效率。在空气冷却系统中，也通过减小风扇循环来提高风扇(16)的稳定性。风扇控制器(24)将利用考虑以下输入的算法：油压、压缩机吸入压力、膨胀阀位置、压缩机负载、最近压缩机负载变化、以及目前风扇级。该算法利用模糊逻辑，以定性输入并产生控制系统冷却风扇(16)的输出。

Description

控制从制冷系统的冷凝器中 去除热量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种制冷系统，并尤其是，其涉及一种用于控制从机械制冷系统的冷凝器去除热量的方法和装置，该机械制冷系统尤其但并不专门是液态制冷剂制冷系统。

背景技术

大功率、液态制冷剂制冷系统一般采用多个风扇，用来从工作系统的高温侧或者从这种系统的冷凝器或冷却塔去除热量。热量去除量一般由同时工作的风扇的数量来决定，但是也可以通过一个或多个风扇的速度控制或者使得冷却介质通过冷凝器中相对热的制冷剂或冷却塔中的水进行变速循环的其他方式来加以改变。此外，从制冷系统高温侧的热量去除量会影响处于不同工作状态下的整个系统的工作效率。

传统的风扇控制器基于系统压缩机的排放压力和温度及/或周围空气温度来控制风扇。传统的控制器在探测到特定的安全状态时还会关闭整个制冷系统。然而，利用这种有限的工作参数和控制，会经常导致冷凝器或冷却塔风扇效率低下以及工作不稳定。

发明内容

为了实现本发明的优点并根据本发明的目的，如在此实施并广泛描述的，本发明旨在一种控制冷凝器中制冷剂的冷却的方法和系统，以使得效率和安全性最大。在优选实施例中，该方法和系统控制冷凝器中的制冷剂的冷却以及/或膨胀阀位置。

本发明包括制冷系统，其将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧从膨胀装置通过蒸发器延伸到压缩机。本发明还包括冷却冷凝器中的制冷剂的可变功率冷却系统，以及监控与系统高压和低压侧相关的压力的控制器，其中，控制器调节可变功率冷却系统，以在保持系统高压侧和系统低压侧之间可接受的压差的同时通过将冷凝器中制冷剂的冷却向最大程度增强或保持在最大程度来降低与系统高压侧相关的压力。在本发明中，控制器也可以监控其他状态，如靠近压缩机入口处的制冷剂的过热或液体含量，以将施加到压缩机上的制冷剂的过热保持为可接受的大小，并/或确保液态制冷剂不会施加到压缩机。

在另一方面，本发明的优点得以实现，并且其目的通过一种用于控制制冷系统的方法得以获得，该方法使制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀装置之间通过蒸发器延伸到压缩机。该方法包括监控系统高压侧和低压侧的压力；监控系统低压侧的制冷剂的过热；以及周期性地将冷凝器内制冷剂的冷却向有可能的最大程度增强，只要系统低压侧制冷剂的过热超过最低阈值并且系统高压侧和低压侧之间的压差超过最小阈值即可。以类似的方式，该方法可以包括监控施加到压缩机的压力、制冷剂的过热或液体含量，并周期性增强制冷剂的冷却，只要这些监控状态中的一个或全部不超过可接受水平即可。

应理解的是前面的概括性描述和下面的详细描述仅是示例和解释性的，并不为如权利要求所限定的本发明的限制。

附图说明

包括在此以提供本发明的进一步理解并合并于内构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一同作用为解释本发明的原理。

图1是制冷系统和控制器及其输入和输出的示意图；

图2是从制冷系统中驱散热量的液冷式热交换器的局部示意图；

图3是控制器的输入和输出的示意图；

图4是示出示例性的控制器如何基于50PSID的吸入油压差关闭(shutdown)来定性油吸入压差项的图表和曲线；

图5是示出示例性的控制器如何基于44PSIG的吸入压力关闭来定性吸入压力项的图表和曲线；

图6是示出示例性的控制器如何定性电子膨胀阀位置项的图表和曲线；

图7是示出示例性的控制器如何定性滑阀变化项的图表和曲线；

图8是示出示例性的控制器如何定性滑阀位置项的图表和曲线；

图9是示出示例性的实施例如何定性风扇变化项的图表和曲线。

具体实施方式

将详细参照本发明示例性实施例，该实施例的示例在附图中示出。遍及附图，相同的附图标记尽可能标示相同的零件。

制冷系统总地以附图标记10标示，并在图1中以示意图示出。制冷系统10处置制冷剂使之通过箭头所示的方向的制冷循环。该系统10包括经由制冷回路连接的作为变容量压缩机或压缩机系统的压缩机12、油水分离器13、冷凝器14、用于冷却冷凝器14中的制冷剂的变功率冷却装置14和16、膨胀阀20以及将热量带入系统中的蒸发器22。变容量压缩机系统可以由一个变容量压缩机、分段容量压缩机和可以为多个分段容量压缩机的多个压缩机构成。

用于冷却冷凝器的变功率冷却装置包括空气冷却的冷凝器14和至少一个变功率冷却系统，优选地是变功率风扇16，以将空气吹过冷凝器14。在所示实施例中，多个风扇16可以分级，以提供可变化的冷却能力。在另一实施例中，变功率冷却装置可以包括液冷式冷凝器14a和冷却液体，该冷却液体通过图2概要示出的热交换器交换热量。本发明可以应用到包括变功率冷却系统的各种系统中，以冷却冷凝器中的制冷剂。

在一个实施例中，系统10用于直接或间接冷却空气。例如，系统可以用于冷却建筑物空调系统中所用的水，该系统10处置制冷剂以产生制冷作用。然后，制冷剂可以直接冷却水或冷却空气。本发明也可以应用到热泵上。

在制冷循环中，在压缩机12处开始，制冷剂被压缩而形成高温和高压的过热气体。一些来自压缩机的润滑剂与制冷剂一同流出压缩机的出口。被压缩的制冷剂流向油水分离器，在此，润滑油与制冷剂分离并返回到压缩机。接着，制冷剂运行到冷凝器14，该冷凝器可以由吹过它的分级的风扇16予以空气冷却，或者如图2所示予以液冷。在原理上，空气和液体冷却系统可以相结合，以提供可变功率的制冷系统。冷凝器14从制冷剂中去除热量，从而导致制冷剂变成温热温度的液体。

制冷剂然后运行到膨胀阀20，在此，制冷剂被节流，并膨胀，而变成低压、冷的饱和气体。接着，制冷剂运行到蒸发器22。在蒸发器22，制冷剂对该系统所要予以冷却的物质，一般为空气或水进行冷却。例如，要被冷却的水通过将热量从水传导到蒸发器22中的冷的制冷剂而予以冷却。这种向制冷剂蒸汽传导热量使制冷剂温度升高到制冷剂饱和点之上，确保了制冷剂为干气(dry gas)，意味着没有液体存在。然后制冷剂运行到压缩机12，在此重复系统循环。

在图1所示的系统中，压缩机由润滑油润滑。在离开压缩机的制冷剂中的润滑油通过油水分离器13分离出压缩机，被分离的润滑油然后通过油水分离器13和压缩机12的低压侧或吸入压力之间的压差从油水分离器的贮油槽被迫使回到压缩机，其中油水分离器13大致等于压缩机12的出口压力。油通过如图1中虚线44所示的润滑油管线运行到压缩机12。在制冷系统的其他改进(未示出)中，压缩机中的润滑油量通过用油泵或其他方法泵油而保持在安全高度上。

虚线45表示了系统高压部分和低压部分之间的分界。高压部分包括压缩机出口、油水分离器13、冷凝器14以及膨胀阀的入口侧。低压部分包括膨胀阀的出口侧、蒸发器22以及压缩机的吸入口。

在图1所示的系统中，油水分离器和压缩机的入口和贮油槽压力之间的压差必须足够大，以迫使润滑油从分离器返回到压缩机。如果压差变得过低，压缩机将不能适当地润滑，并可能卡住而变成损坏。如下面所解释的，可以通过控制本发明系统的其他方面的方式来影响这个压差。本发明的一个目的是周期性确定这个压差，优化该压差，且如果压差变得过低中断制冷系统的工作。

也如下面更详细描述的，本发明的另一目的是尽可能高效且成本低地操纵该系统，同时确保系统的安全性，而免于损坏或危险。制冷剂在冷凝器处的冷却区域增大压缩机两侧的压差。在该方面，在高压差下运行压缩机的能量消耗通常高于以最大功率运行冷凝器处的冷却风扇的能量消耗，从而减小压差。在另一方面，如果在膨胀阀处的制冷剂压力变得过低，膨胀阀将不能提供向蒸发器和压缩机的所需流量。因此，本发明的原理是在冷凝器处将制冷剂冷却到允许的最佳程度，而不会将压力降低到如下程度，即不能提供油液返回到压缩机的所需流动和/或制冷剂通过膨胀阀的所需流动的程度。

设计为压缩气体的压缩机在液态制冷剂进入压缩机时会受到损坏。理想的是，离开蒸发器的制冷剂将成为均匀的饱和蒸汽。然而，在实际中，这几乎不可能。为了保护压缩机免受液态制冷剂进入压缩机所造成的损坏，制冷系统操纵者经常制冷剂蒸汽高于饱和温度5°到10°。这种高于饱和温度的蒸汽过渡加热称为过热，过热提供了克服液体进入压缩机的安全因素。

过热的效果为其降低制冷系统下侧的压力。下侧压力越低，压缩机必须做功越大，以将制冷剂泵送到系统高压侧。尽管过热对于给压缩机提供安全因素来说是必须的，但是较高的过热降低系统的效率并使其运行成本更高。

控制过热的一种方式为控制制冷剂在膨胀阀中的膨胀。膨胀阀在阀的高压侧和低压侧之间存在较大压差时工作最好。为了确保在膨胀阀每一侧保持可接受的压差，制冷系统的控制器经常保持较高的压缩机排出压力。然而，保持较高的排出压力由于需要大量能量以使压缩机在高压差下工作而成本较高。

在冷凝器14处所提供的制冷剂冷却量影响制冷剂和系统的热动力特性。例如，冷凝器14内的制冷剂的冷却区域减小冷凝器处制冷剂的压力，并从而减小压缩机出口处的压力。在制冷系统的一种改进中，冷凝器14内的制冷剂的冷却用多个将空气吹过冷凝器14的风扇16予以实现。冷凝器14内的制冷剂的冷却速率通过将空气吹过冷凝器14的风扇的数量和/或功率来控制。该系统的其他实施例可以通过改变一个或多个变功率风扇的速度或改变在任意给定时刻工作的房山16的数量和速度来控制制冷剂的冷却。在风扇速度可变的系统中，可以使用单独一个冷却风扇16，至少用于低功率系统。风扇16由系统控制器24控制。如下面详细解释的，控制器24接收来自多个传感器的输入数据，并控制冷凝器的冷却系统。

在具有如图2所示的液冷式冷凝器的系统中，冷凝器14a由流过热交换器的液体冷却。控制器24通过调节冷却液体相对于制冷剂的流量或流速来控制自系统的热传导。

系统控制器可以采取各种现有技术中公知的方式。仅借助于示例，控制器可以为微处理器或编程的集成芯片，以应用下面所述的规则。如图1所示，控制器24也可以为装载有软件程序的计算机30。优选地是，控制器24接收来自制冷系统中多个数据源的数据作为输入，包括直接从系统操纵者输入，或预定的设定点，或二者。系统控制器24优选地为非线性MIMO(多输入多输出)型控制器。根据预定的设定点和所探测的参数，控制器操纵变功率冷却装置14和16，以进行对冷凝器14内的制冷剂的更强冷却、更弱冷却、或保持冷却。控制程度取决于控制器接收的数据以及其对数据和预选定的设定点或类似参数施加的算法。

制冷系统可以以多种方式控制。一种类型的制冷系统可以包括三个不同的控制器。一个控制器控制压缩机的输出，另一个控制器控制冷凝器中制冷剂的冷却。在具有电子膨胀阀的系统中，第三控制器可以为单独的控制器，或者单个控制器的多项功能可以结合到一个控制多种任务的控制器中。本发明可以与系统是否使用一个或多个控制器无关地应用于该系统中。

在本发明一项应用中，冷凝器中制冷剂的冷却由仅仅控制冷凝器中制冷剂的冷却的控制器控制。在这种类型的系统中，膨胀阀可以为不可调节的小孔，以及具有单独的控制器的电子膨胀阀，或者基于制冷剂的温度和/或压力自调节的自调节温度膨胀阀。这种类型的控制器不控制膨胀阀位置，但它可以监控它。

控制器24监控制冷剂的压力，以确保存在足够的压差，以使得润滑油从油水分离器返回到压缩机。控制器也获知其正在控制的元件，例如风扇和膨胀阀的状态。

在图1所示的系统的优选实施例中，传感器32和34～40探测各参数，并向控制器传送与制冷系统10各个部件的物理状态相关的数据。在一些系统中，一些参数可以通过制冷系统的操纵者输入，而不是由图1所示的系统中的传感器32和34～40输入。图1所示的控制器24接收如下信号，其代表传感器32探测的压缩机12入口处的油压、传感器34探测到的压缩机12低压端或吸入口处制冷剂的压力、传感器35所探测的油水分离器13处润滑油的压力、以及传感器38探测到的压缩机载荷。另外，膨胀阀位置由传感器36探测。压力探测传感器可以为压力变送器，而温度探测传感器可以为热敏电阻，以及其他公知并在现有技术中使用的压力或温度传感器。

油水分离器13用润滑油管线44连接到压缩机12的低压侧。油水分离器13压力和压缩机12贮油槽压力(主要是压缩机的入口压力)之间的压差迫使润滑油(未示出)进入压缩机12。传感器35和32所探测的压力输入到控制器中，而控制器计算压差。如果对于特定系统压差变得而润滑油不能以所需程度返回到压缩机，那么控制器将关闭系统。对于给定系统的最低可接受压差可以通过测试来确定，然后输入到控制器中。如下面解释的，可以通过操纵系统中其他元件来影响压差，包括在冷凝器处的冷却程度以及膨胀阀的开度。

在本发明优选实施例中上述压差的探测以及将该值用作控制参数确保了充足的润滑油提供到压缩机运转零件上。在另一实施例中，压缩机可以通过压力润滑系统润滑。在这种系统中，可以探测油压并将其用作控制参数。

膨胀阀位置如图1所示可以用传感器36探测，或是膨胀阀位置可以通过系统操纵者输入到控制器中，或是由控制器以其他方式得知。对于给定的压缩机设置，操纵膨胀阀位置可以调节通过系统10的制冷剂的流量和压力。如果膨胀阀20开度较宽，那么更多的制冷剂将流过膨胀阀，导致系统低压侧的压力增大，而系统高压侧的压力降低。关闭膨胀阀对系统具有相反的影响。当膨胀阀开度减小时，系统高压侧压力增大，而低压侧压力减小。

由于高压侧压力相对于入口压力增大，压缩机12必须利用更大能量来将给定量的制冷剂泵送过系统。制冷剂在冷凝器中的冷却减小这个压力。然而，过大的冷却可以将膨胀阀处的高压侧压力减小到过低的值，导致对于给定开度膨胀阀的制冷剂流量降低。在特定情况下，可变膨胀阀的位置可以响应这种状况而加以改变。如果制冷剂流量过大，那么要进入压缩机的制冷剂的过热程度变得太低，而液态制冷剂会进入压缩机中。增大流量的一种方式是在膨胀阀未处于最大开度位置情况下进一步开启膨胀阀。如果膨胀阀处于最大开度位置，应该在冷凝器中执行较弱冷却，即，关闭风扇，以提高高压侧压力，从而导致更多的制冷剂流过膨胀阀。从而，操纵膨胀阀是控制压差和压缩机入口处的过热的一种方式。

在本发明的系统的优选实施例中，压缩机负载响应系统所调节的空间的制冷需求而予以变化。这一般通过热敏电阻来实现。压缩机负载是在给定时刻使用的可用压缩机容量的百分比，在使用螺杆式压缩机的系统中，压缩机负载可以称作滑阀位置。在使用往复式压缩机的系统中，改变压缩机负载的一种方式是调节工作气缸的数量。从而，在这些类型的系统中，压缩机负载可以表示为工作的气缸数量或压缩机数量。压缩机负载可以由系统操纵者直接输入控制器24中，或者，塔可以由图1所示的传感器探测，并且所探测到的数据可以由控制器采用。

通过获知压缩机负载变化，控制器可以预计下一步将操纵何部件。如果压缩机负载增大，控制器将预计何时它将增强冷凝器的冷却，以平衡压缩机做功的增大，反之亦然。如果压缩机负载减小，控制器将基于其算法减弱冷凝器的冷却。通过探测压缩机负载变化，控制器将能够预计如何操纵冷凝器冷却，并然后在传感器向控制器告知制冷状况变化之前操纵冷凝器冷却。

在本发明的应用中，给定制冷系统的特性由解析或经验分析或二者结合予以确定。然后系统的控制改进成应用所得到的特性(如预定的最小安全压差或可接受的压缩机入口压力)和所探测的工作系统参数，以控制系统并使其效率最大，同时在安全范围内工作。从而，一旦设计并制造了给定的系统，如特定功率的商用系统，那么就测试系统以确定保持足够润滑油从油水分离器返回到压缩机所需的在压缩机两侧的最小压差。如果需要的话，该压差可以针对不同压缩机负载加以确定。系统中不同点处的探测值的关系得以确定。对于给定系统，膨胀阀相对所探测的参数和安全状况的关系也可以得以确定。

在标定了给定系统之后，根据输入到程序中的系统特性和所探测到的参数设计控制(方法)以控制该系统。例如，当根据本发明的系统开动时，变功率冷却装置14和16初始设定为在冷凝器14中制冷剂冷却的最小量。对于诸如图1所示系统的带多个风扇的系统，风扇全部关闭。对于变功率风扇，其初始设定为最低位置。一旦控制器探测到要去除更多热量的需求，如在控制器24中编程的预定法则所确定的，控制器将增强由变功率冷却装置14和16或14a所提供的冷却。对于给定的压缩机和膨胀阀的负载位置，这将导致系统高压侧压力减小。控制器然后以最大冷却能力操纵冷却系统，只要压缩机和油水分离器处的压差保持在安全范围之内，并且压缩机入口的压力保持在安全范围内即可。如果压差减小到对于系统的预定的安全最小值，或者如果压缩机入口压力达到预定的最小程度，那么控制器将保持或减弱冷凝器中的冷却程度。控制器周期性检查所探测到的值，并控制冷却提供最大效率。如果压差或压缩机入口压力在预定时间段内变得过低，控制器将关闭系统。

随着系统工作，其周期性处理数据输入，并确定系统是否需要增大、减小或维持目前的自冷凝器14的热量损失速率，以稳定制冷系统10，并高效操纵该系统，然后相应地调节变功率冷却装置14和16。

如图1所示，控制器用附图标记42电连接到变功率冷却装置上，并从而能够将控制器输出传送到变功率冷却装置14和16，而控制由变功率冷却装置14和16提供的冷却量。控制器根据如下算法操纵变功率冷却装置14和16，该算法利用上述数据输入，并根据预定的一套规则比较它。预定规则旨在将系统参数保持在可接受程度上，同时减小压缩机12的做功大小。

控制器利用一算法来处理输入数据，并确定输出。控制器为可以处理多个输入和多个输出的多输入多输出型(MIMO)。输入和参数为上面所述那些，而输出控制用来提供冷凝器中制冷剂冷却的可变系统。

每个制冷系统根据其部件将具有特定的一组参数，该参数将产生可接受并高效的结果。由于带有给定组部件的每个系统具有独特的工作参数，因此结合到控制算法中的预定规则将根据系统特性加以变化。为了确定目标工作状况，给定系统经历测试，以确定对于该系统的安全工作条件。

在本发明另一种应用中，控制器可以控制膨胀阀的位置以及可调节的冷却装置。通过控制膨胀阀位置，控制器能够控制流过系统的制冷剂的量。控制膨胀阀的位置将尤其影响制冷剂通过制冷系统的流量以及制冷剂在系统不同阶段的压力和温度(即，过热)。从而，本发明的附加原理当应用于膨胀阀控制器和可变冷却装置时要提供一种平衡过热的正确大小的控制器。

在控制器控制冷凝器的可变冷却装置和膨胀阀二者的系统中，使用附加的传感器和控制器输出。图1示出膨胀阀以及冷却装置控制器的附加输入和输出。在图1中，传感器32和34～40探测各参数，并将于制冷系统10各个部件的物理状态相关的数据传送到控制器24。在一些系统中，一些参数可以由制冷系统的操纵者输入，而不是如在图1所示系统中那样由传感器32和34～40输入到控制器中。图1所示的控制器24接收如下的信号，该信号代表：传感器32所探测的压缩机12入口处的油压；传感器34所探测的压缩机12的低压端或吸入口处的制冷剂压力；传感器35所探测的油水分离器13处的油压；传感器37所探测的压缩机入口处的制冷剂温度；传感器38所探测的压缩机负载；传感器39所探测的压缩机出口处制冷剂的温度；以及传感器40所探测的压缩机12出口处的制冷剂的压力。另外，膨胀阀位置由传感器36探测。压力探测传感器可以为压力变送器，而温度探测传感器可以为热敏电阻，以及其他公知的并在现有技术中使用的压力或温度传感器。

在控制器控制膨胀阀位置的优选系统中，控制器如图1所示用附图标记43电连接到膨胀阀上，以控制膨胀阀。

在控制器调节膨胀阀的情况下，控制器也将监视并控制膨胀阀，以使得制冷剂充分膨胀而避免过大或不充分过热的问题，同时也使得充足的制冷剂流过系统，以允许系统高效工作并避免过大的压缩机出口压力。

在具有可调节膨胀阀的系统中，系统的初始状况包括前面描述的那些以及以下的膨胀阀状态。膨胀阀最初放置在最大关闭位置。随着系统运转，控制器如控制器内编程的确定规则所确定的开启膨胀阀。膨胀阀的设置优选地设定在如下的节流面积，该节流面积至少提供在蒸发器处产生理想的冷却所需的制冷剂最小流量，并匹配压缩机的输出。对于在冷凝器处给定流量制冷剂的给定冷却，限制小孔趋于减小流量并增大压缩机两侧的压差。如上所述，开启膨胀阀增大低压侧压力并降低高压侧压力。这使得压缩机由于系统两侧之间的压差减小而并不做功很大。提高系统低压侧压力大小会减小要进入压缩机的制冷剂的过热。如果过热程度下降过低，系统会处于液态制冷剂传送到压缩机内的风险。

反之亦然。关闭膨胀阀导致系统高压侧压力增高而低压侧压力降低。压差的增大导致压缩机工作更困难，以将制冷剂泵送到系统高压侧。关闭膨胀阀也增大要进入压缩机中的制冷剂的过热量，这是由于系统低压侧损失压力而造成的。从而，如果系统具有太大的过热，控制器将开启膨胀阀。如果其未具有足够的过热，控制器应关闭膨胀阀。

一旦系统工作，控制器周期性处理数据并开启、保持、和关闭可变膨胀阀，并且操纵用于冷凝器的可变冷却装置。控制器将所监控的条件与算法相比较，以确定操纵那个部件。

多个不同的MIMO控制器可以用于实施本发明的原理。在一个优选实施例中，控制器的算法包括利用模糊逻辑规则来分析输入并产生输出。自系统中每个部件的数据输入由控制器利用模糊逻辑控制规则定性。随着针对每个值的数据输入进入控制器，控制器将该值定性为各范畴。控制器利用模糊逻辑原则将输入归结为范畴的百分比。例如，如果控制器编程为将针对带有0标称值的特定参数的输入认为是小，0.5为中，而1为大，而传送到控制器的值为0.3，控制器将该值认为是小或中，因为0.3落入0和0.5之间。对于线性模糊输入组，取代将该值定性为一个或另一个范畴内，控制器将该值定性为40％小和60％中(由于0.3是0.5，中的值的60％)。同样，值0.75将定性为50％中和50％大，而0.5的值将定性为0％小、100％中和0％大。

以下是利用带有其目标工作参数已经确定的滑阀的给定螺杆式压缩机的系统的示例。循环的特定状态为输入，并如下定性。油吸入差值、吸入压力和压缩机负载由控制器定性为三个范畴：小、中或大之一。压缩机复杂内的最近变化由控制器定性为三个范畴：未加载、保持和加载之一。膨胀阀(EV)位置由控制器定性为两个范畴：小或大之一。一旦输入定性为各范畴或各范畴的百分比，控制器基于与下表中所示相类似的规则比较定性数据。当然，这个示例中所示的规则仅用于说明目的，这是由于每个单独的系统需要与每个系统的工作参数相适应的规则和理想的输出。

应指出的是阴影项仅在可用的情况下使用。虚线表示由于其他状况重要性优先而在该情况下，未考虑该值。

表10导致制冷剂更弱冷却的状况

模糊控制规则
									输入		L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7
油吸入差值		小	中	--	中	中	大	中
									吸入压力		--	--	小	中	中	中	大
EEV位置		--	小	大	大	大	大	大
									最近压缩机负载变化		--	未加载	--	未加载	加载	加载	未加载
压缩机负载
输出
									风扇变化		更弱	更弱	更弱	更弱	更弱	更弱	更弱

  表11导致制冷剂更强冷却结果的状况

模糊控制规则
					输入		M1	M2	M3

油吸入差值		中	大	大
					吸入压力		--	--	大
EEV位置		小	小	大
					最近压缩机负载变化		加载	--	未加载
压缩机负载
输出
					冷却变化		更强	更强	更强

   表12导致制冷剂冷却无变化的状况

模糊控制规则
										输入		L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8
油吸入差值		中	中	大	大	中	中	大	大
										吸入压力		--	中	中	中	大	大	大	大
EEV位置		小	大	大	大	大	大	大	大
										最近压缩机负载变化		保持	保持	未加载	保持	保持	加载	保持	加载
压缩机负载
输出
										冷却变化		保持	保持	保持	保持	保持	保持	保持	保持

对于每个规则，具有最小定量值的参数值用作输出的数值。在计算每根规则时使用最小定性值的原因在于规则中的所有项一同“与”运算。在这种情况下，“与”函数与取最小函数相同。当计算输出设置时，由于所有产生相同输出的规则一同“或”运算，因此使用最大值。在这种情况下“或”函数与取最大函数相同。例如，考虑规则L3表10，如果吸入压力具有0.4的定性值，而EV位置具有0.5的特征值，那么由于考虑L30.4为最小定量值，0.4将为更弱冷却的规则L3的输出的定量值。自每个规则的输出仅仅与更弱、更强或保持冷却的相同组的其他规则的输出相比较，对于三组规则中每一组的最高定性值，即，导致更强、更弱或保持冷却的规则用于形成加权平均值。该加权平均值为控制器的输出，并控制在从系统去除热量方面的变化(如果有的话)。

为了解模糊化数据，或换句话说，为了使用加权平均值确定风扇级变化，如图9中曲线所示，使用三角形区域上的简单质心方法。在使用具有相同功率的多个风扇的系统中，风扇变化百分比将由运行的风扇数量相乘，100％或更大的结果将起动一个风扇，而-100％或更小的结果将关闭一个风扇。-100％和100％之间的值导致风扇无变化。在具有可变风扇速度的系统中，风扇改变值用于调节风扇速度和数量。

本发明将由以下示例进一步阐明，该示例纯粹是本发明的示例。如果油吸入压差关闭压力为50PSID(D用于油压和压缩机低压端之间的压差)，模糊逻辑特征将由图4～8所示方式确定。控制器将65PSID或更小的油吸入压差定性为100％小和0％中，如图4所示，图中1表示100％。同样，参照图4，当油吸入压差为95PSID时，控制器将油吸入压差定性为0％小、100％中和0％大。0％和100％之间的其他值如图4中曲线所示那样定性。

类似的模糊逻辑同样设计用于其他参数。图5～8示出其他数值如何来定性制冷系统的远不同的参数。

图9示出如何解模糊化，或如何利用加权平均值确定风扇级变化。为此，如图9中曲线所示，使用简单的三角形区域质心方法。风扇变化的百分比由运转的风扇数量相乘。100％或更大的结果将起动一个风扇，而-100％或更小的结果将关闭一个风扇，-100％和100％之间的数值导致风扇无变化。

对本领域技术人员明显的是本发明的一些优点包括通过提高系统效率使得制冷系统更可靠并成本更低地工作。通过减小系统维持较高压缩机排出压力的需求，压缩机不必要消耗维持比必要的较高压缩机排出压力所需的能量。另外，控制器高效地控制自制冷系统的热量耗散。例如，在通过空气冷却去除废热的系统中，本发明使得风扇转速(the number of fan cycling)最快。通过使风扇转速最快，制冷系统将快速驱散热量，从而使得系统更快速到达稳定状态。另外，使风扇转速最快可以减小任一个风扇的风扇循环量，从而延长风扇电机以及电器元件的寿命。风扇电机和电器元件寿命的延长使得整个系统更可靠，工作更稳定。

对本领域技术人员来说明显的是可以在不背离本发明范围或精髓前提下，在选择参数以用作控制器输入和在本发明中选择数值来定性它们以及在构造这个制冷系统控制器方面可以作出各种修改和变化。作为示例，关闭参数可以各个系统而变化。并且，该系统可以以各种方式驱散热量，如通过冷凝器、冷却塔、或其他空气或液体冷却的热传导装置，它们在现有技术中公知很多种。控制器本身可以为软件或硬件的形式。制冷系统可以不具有可调节的膨胀阀，而是利用固定的那种。

另外，可以理解到一些制冷系统是可逆的，并在现有技术种称作热泵。在可逆系统中，根据系统工作方式，冷凝器可以作用为蒸发器，而蒸发器可以作用为冷凝器。从而，本发明也可以应用在这种系统种的热传导部件上，在此，热传导部件作用为冷凝器。

本发明其他实施例对于本领域技术人员来说从说明书的考虑以及在此公开的发明的实践中可以获知。目的在于说明书和示例仅被认为是举例，而本发明真正的范围和精髓由所附的权利要求书限定。

Claims (38)

1.一种制冷系统，其将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀阀之间通过蒸发器延伸到压缩机，还包括：

变功率冷却系统，以冷却冷凝器中的制冷剂；以及

控制器，其监控与系统低压侧相关的压力；并且

其中，控制器基于该压力调节变功率冷却系统，同时保持系统低压侧可接受的压力。

2.如权利要求1所述的制冷系统，其中，控制器还监控压缩机的润滑油压力以及与回油管线与压缩机和控制器相关的压差中至少一个参数，并且，如果所监控的润滑油压力或压差达到或落于预定最小水平之下时，减小或维持变功率冷却系统的功率。

3.如权利要求1所述的制冷系统，其中，当与系统低压侧相关联的压力接近或落于预定最小水平之下时，控制器减小由变功率冷却系统所提供的冷却量，或者关闭制冷系统。

4.如权利要求1所述的制冷系统，其中，还包括传感器，该传感器远程探测施加到压缩机的制冷剂的代表压力。

5.如权利要求1所述的制冷系统，其中，控制器还监控压缩机是否增大、减小或保持负载状态，并在控制变功率冷却系统时利用该监控信息。

6.如权利要求1所述的制冷系统，其中，变功率冷却系统包括至少一个将空气吹过冷凝器的风扇，而变功率冷却系统通过起动附加风扇、关闭风扇或改变风扇速度中至少一个来改变功率。

7.如权利要求1所述的制冷系统，其中，变功率冷却系统包括液冷式热交换器。

8.如权利要求1所述的制冷系统，其中，控制器监控膨胀阀位置，基于膨胀阀位置预计可接受的冷却量，并相应地调节变功率冷却系统。

9.如权利要求1所述的制冷系统，其中，控制器监控冷凝器中制冷剂目前的冷却水平，并基于冷凝器中制冷剂目前的冷却水平预计可接受的系统最大冷却量，且相应地调节变功率冷却系统。

10.如权利要求1所述的制冷系统，其中，控制器利用模糊逻辑规则。

11.一种制冷系统，其将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀阀之间通过蒸发器延伸到压缩机，该系统包括：

变功率冷却系统，以冷却冷凝器中的制冷剂；以及

控制器，其监控与系统低压侧相关的压力和用于压缩机的润滑油压力以及于回油管线和压缩机相关的压差中至少一个，并基于监控的压力调节变功率冷却系统，同时保持系统低压侧可接受的压力以及于压缩机润滑油相关的可接受压力。

12.如权利要求11所述的制冷系统，其中，控制器还监控压缩机是否增大、减小或保持负载状态，并在控制变功率冷却系统时利用该监控信息。

13.如权利要求11所述的制冷系统，其中，控制器监控膨胀阀位置，基于膨胀阀位置和其他监控的状态信息预计可接受的最大冷却量，并相应地调节变功率冷却系统。

14.如权利要求11所述的制冷系统，其中，控制器监控冷凝器中制冷剂目前的冷却水平，并基于冷凝器中制冷剂目前的冷却水平和其他监控的状态预计可接受的系统最大冷却量，并相应地调节变功率冷却系统。

15.一种控制制冷系统的方法，该制冷系统将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀阀之间通过蒸发器延伸到压缩机，该方法包括：

监控系统高压侧和低压侧的压力；以及

周期性将冷凝器中制冷剂的冷却向有可能最大程度增大，只要系统低压侧超过最小阈值即可。

16.如权利要求15所述的方法，其中，还包括：

监控与用于压缩机的润滑油相关的压力或压差；以及

基于所监控的状态参数周期性调节制冷剂的冷却。

17.如权利要求15所述的方法，其中，压缩机为具有可变输出的变容量压缩机，而该方法还包括以下步骤：

监控压缩机是否增大、减小或维持其输出；以及

基于所监控的状态调节冷凝器中制冷剂的冷却量。

18.如权利要求15所述的方法，其中，当所监控的状态处于可接受的阈值之内时，冷凝器中制冷器的冷却增大到或维持在有可能的最大程度上。

19.一种制冷系统，其将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀阀之间通过蒸发器延伸到压缩机，该系统包括：

变功率冷却系统，以冷却冷凝器中的制冷剂；以及

控制器，其监控与系统高压侧和低压侧相关的压力以及施加到压缩机的制冷剂的过热量；

其中，控制器调节变功率冷却系统，以通过将冷凝器中制冷剂的冷却向最大程度增强或处于最大程度上而降低与系统高压侧相关的压力，同时保持系统高压侧和系统低压侧之间的可接受压差以及施加到压缩机的制冷剂的可接受过热量。

20.如权利要求19所述的制冷系统，其中，还包括：可调节的限流膨胀装置，其中，控制器还监控可调节限流膨胀装置的设置，并调节该可调节限流膨胀装置，以减小与系统高压侧相关的压力，同时保持系统高压侧和低压侧之间的可接受的压差以及离开蒸发器的制冷剂的可接受过热量。

21.如权利要求19所述的制冷系统，其中，控制器监控用于压缩机的润滑油压力或者油水分离器相关压力与压缩机压力的差，并且控制器根据所监控的参数构造成执行以下中至少一项：调节变功率冷却系统；进一步限制可调节限流装置；或者关闭压缩机。

22.如权利要求19所述的制冷系统，其中，变功率冷却系统包括变功率风扇。

23.如权利要求19所述的制冷系统，还包括用于探测施加到压缩机的制冷剂的代表压力和温度的传感器。

24.如权利要求19所述的制冷系统，其中，限流膨胀装置可调节。

25.如权利要求19所述的制冷系统，其中，控制器监控压缩机是否增大、减小或保持负载状态，并且在控制变功率冷却装置时预计压缩机负载状态对系统高压侧的压力的影响，并分析所预计的影响。

26.一种制冷系统，其将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀阀之间通过蒸发器延伸到压缩机，该系统还包括：

变功率冷却系统，以冷却冷凝器中的制冷剂；以及

控制器，其监控与系统高压侧和低压侧相关的压力以及施加到压缩机的制冷剂的过热量；

其中，控制器调节变功率冷却系统和可调节限流膨胀装置中至少一个，以降低与系统高压侧相关的压力，同时保持系统高压侧和系统低压侧之间的可接受压差以及施加到压缩机的制冷剂的可接受过热量。

27.如权利要求26所述的制冷系统，其中，变功率制冷系统包括至少一个将空气吹过冷凝器的风扇，而变功率冷却系统通过以下至少一项改变功率，即：起动附加风扇、关闭风扇或改变风扇速度。

28.如权利要求26所述的制冷系统，其中，还包括用于探测施加到压缩机上的制冷剂的代表压力和温度的传感器。

29.如权利要求26所述的制冷系统，其中，控制器监控压缩机是否增大、减小或保持负载状态，并且在控制变功率冷却装置和限流膨胀装置中至少一个时预计压缩机负载状态对系统高压侧相关压力的影响，并分析所预计的影响。

30.一种用于控制制冷系统的方法，该制冷系统将制冷剂通过具有高压侧和低压侧的闭环循环，其中高压侧从压缩机通过冷凝器延伸到限流膨胀装置，而低压侧在膨胀阀之间通过蒸发器延伸到压缩机，该方法包括：

监控系统高压侧和低压侧的系统压力；

监控系统低压侧内制冷剂的过热；以及

周期性地将冷凝器内制冷剂的冷却向有可能的最大水平增大，只要系统低压侧内制冷剂的过热超过最小阈值并且系统高压侧和低压侧之间的制冷剂压力超过最小阈值即可。

31.如权利要求30所述的方法，其中，还包括如下步骤：将冷凝器中制冷剂的冷却保持在有可能的最大水平只要施加到压缩机的制冷剂的过热和系统高压侧和低压侧之间的压差在可接受阈值内即可。

32.如权利要求30所述的方法，其中，还包括如下步骤：当系统低压侧内的制冷剂的过热小于最小阈值时，增强冷凝器内制冷剂的冷却。

33.如权利要求30所述的方法，其中，还包括如下步骤：当系统高压侧和低压侧之间的制冷剂压差低于最小阈值时，减弱冷凝器内制冷剂的冷却。

34.如权利要求30所述的方法，其中，还包括：

监控用于压缩机的润滑油压力或者监控油水分离器处压力与压缩机压力之间的差；

如果润滑油压力或压差小于最小阈值，进行减小冷凝器内制冷剂的冷去和关闭压缩机中至少一项。

35.如权利要求30所述的方法，其中，监控过热包括监控蒸发器和压缩机之间的制冷剂的压力和温度。

36.如权利要求30所述的方法，其中，过热在蒸发器和压缩机入口之间监控。

37.如权利要求30所述的方法，其中，压缩机是具有可变输出的变容量压缩机，而该方法包括以下步骤：

监控压缩机是否增大、减小和保持其输出；以及

通过调节冷凝器中制冷剂的冷却量来调节制冷系统，以抗衡压缩机输出的变化。

38.如权利要求30所述的方法，其中，当所监控的状态处于可接受阈值之内时，冷凝器中制冷剂的冷却增大并维持在有可能的最大水平。

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