用于基于过热设定点控制的过冷控制的设备和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本公开内容是2013年11月13日提交的美国专利申请第14/078, 734号的部分继 续申请。本申请要求2012年11月21日提交的美国临时申请第61/729, 037号的权益。上 述申请的全部公开内容通过引用合并到本文中。
技术领域
[0003] 本公开内容涉及冷却系统，并且更具体地涉及膨胀阀控制系统。
【背景技术】
[0004] 本部分提供不一定是现有技术的、与本公开内容相关的背景信息。
[0005] 冷却系统在流体要被冷却的大量不同的应用中具有适用性。流体可以是诸如空气 的气体或诸如水的液体。示例应用是用于冷却人们所在的空间诸如在办公室以及数据中心 中的采暖、通风、空调（HVAC)系统。数据中心可以指具有诸如计算机服务器的电子装置集 合的房间。
[0006] 在图1中示出了可以在例如计算机房间使用的空调50。空调50包括冷却回路51 和机柜52。冷却回路51设置在机柜52中，并且包括蒸发器54、空气移动装置56、压缩机 58、冷凝器60以及膨胀阀62。蒸发器54、压缩机58、冷凝器60和膨胀阀62以使冷却流体 (例如，相变制冷剂）循环的闭合回路连接。蒸发器54可以包括具有多个冷却板（slab)的 V形盘管组件以提供增强的冷却能力。蒸发器54接收冷却流体并且对穿过蒸发器54中的 开口的空气进行冷却。空气移动装置56(例如，风扇或鼠笼式鼓风机）从机柜52中的入口 (未示出）吸取空气并使其穿过蒸发器54。经冷却的空气从蒸发器54导出并且从机柜52 中的增压室64出来。
[0007] 压缩机58使冷却流体循环通过冷凝器60、膨胀阀62、蒸发器54并返回到压缩机 58。压缩机58可以是例如涡旋式压缩机。涡旋式压缩机可以是定速、数字或变速压缩机。 涡旋式压缩机通常包括两个偏移螺旋盘。第一螺旋盘是固定盘或涡旋部。第二螺旋盘是绕 动祸旋部。冷却流体在祸旋式压缩机的入口处被接收，在偏移螺旋盘之间被捕获，被压缩， 并且在中心（或出口）排向冷凝器60。冷凝器60可以是对从压缩机58接收的冷却流体进 行冷却的微通道冷凝器。膨胀阀62可以是电子膨胀阀并且可以使从冷凝器60出来的冷却 流体膨胀，例如从液体到气体。
[0008] 可以调节膨胀阀62的位置（或膨胀阀的开度百分比）来控制压缩机58的吸入过 热值。压缩机的吸入过热值等于压缩机吸入温度减去压缩机饱和吸入温度。可以使用压缩 机吸入压力来确定压缩机饱和吸入温度。可以基于来自连接在蒸发器54与压缩机58之间 的相应传感器的信号来确定压缩机吸入温度和压缩机吸入压力。过热值指处于气态的冷却 流体的温度被加热高于压缩机饱和吸入温度的量。
[0009] 可以使用过热值来调整（或调节）膨胀阀62的位置。可以通过比例、积分、微分 (PID)控制模块来执行膨胀阀62的位置（或开度百分比）控制。PID控制模块控制过热值 以匹配恒定的预定过热设定点。这确保了压缩机稳定性并且提高了压缩机效率。
【发明内容】
[0010] 该部分提供了本公开内容的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公 开。
[0011] 提供了一种系统，其包括设定点模块、求和器、控制模块以及膨胀阀模块。设定点 模块被配置成通过基于（i)返回空气温度设定点或供应空气温度设定点以及（ii)室外环 境温度调节过热设定点来间接地控制冷凝器的过冷。求和器被配置成确定过热设定点与压 缩机的过热水平之间的误差。控制模块被配置成基于误差生成控制信号。膨胀阀模块被配 置成基于控制信号电子控制膨胀阀的状态。
[0012] 在另一方面，提供了一种方法，其包括：通过基于（i)返回空气温度设定点或供应 空气温度设定点以及（ii)室外环境温度调节过热设定点，间接地控制冷凝器的过冷；确定 过热设定点与压缩机的过热水平之间的误差；基于误差生成控制信号；以及基于控制信号 电子控制膨胀阀的状态。
[0013] 在另一方面，提供了一种系统，并且该系统包括误差模块，该误差模块被配置成对 过热信号与过热设定点之间的差进行积分以生成误差信号，其中过热信号指示压缩机的吸 入过热值。比较模块被配置成将误差信号与第一预定阈值进行比较，以基于该比较生成第 一比较信号。零交叉模块被配置成将第一计数值与第二预定阈值进行比较，以生成第二比 较信号。第一计数值是基于过热信号与过热设定点之间的至少一个比较来生成的。设定点 模块被配置成基于第一比较信号和第二比较信号来调节过热设定点。
[0014] 在另一方面，提供了一种系统，并且该系统包括边界计数器、边界模块、设定点模 块以及控制模块。边界计数器被配置成：在压缩机的过热信号超过预定限制时，使第一计数 值递增。边界模块被配置成：将第一计数值与第一预定阈值进行比较，以生成第一比较信 号。设定点模块被配置成：基于第一比较信号调节过热设定点。控制模块被配置成：基于过 热设定点调节膨胀阀的位置。
[0015] 在另一方面，提供了一种系统，并且该系统包括不稳定模块、排放模块以及设定点 模块。不稳定模块被配置成：确定压缩机的不稳定吸入过热条件是否存在，以及生成不稳定 信号。排放模块被配置成：将压缩机的排放压力与预定压力进行比较，以生成第一比较信 号。设定点模块被配置成：基于不稳定信号和第一比较信号来调节过热设定点。
[0016] 根据本文中提供的描述，另外的适用性领域将变得明显。本
【发明内容】
中的描述和 具体示例仅意在用于说明的目的，而并非意在限制本公开内容的范围。
【附图说明】
[0017] 本文中所描述的附图仅用于说明所选择的实现方式而并非所有可能的实现方式 的目的，而且并非意在限制本公开内容的范围。
[0018] 图1是现有技术空调的透视图；
[0019] 图2是根据本公开内容的一个方面的结合有冷却控制模块的多级冷却系统的示 意图；
[0020] 图3是根据本公开内容的一个方面的过热设定点调整系统的功能性框图；
[0021] 图4是根据本公开内容的一个方面的图2的结合有不稳定模块的冷却控制模块的 一部分的功能性框图；
[0022] 图5是示出根据本公开内容的一个方面的过热设定点调整方法的逻辑流程图；
[0023] 图6是根据本公开内容的一个方面的过热设定点调节系统的功能性框图；以及
[0024] 图7是示出根据本公开内容的一个方面的过热设定点调节方法的逻辑流程图。
[0025] 贯穿附图中的几个图，相应的附图标记表示相应的部分。
【具体实施方式】
[0026] 现在参照附图更全面地描述示例实现方式。
[0027] 空调系统可以包括冷凝器（或室外盘管）、膨胀阀、蒸发器（或室内盘管）以及压 缩机。可以将膨胀阀的位置（或开度百分比）调节成使压缩机的过热值保持在预定（或调 节的）过热设定点处。由于空调系统的室内操作条件的变化，可以引起空调系统的不稳定 操作。在本文中所公开的示例防止不稳定条件出现，并且如果出现不稳定条件，则示例使空 调系统稳定化。这种不稳定防止以及稳定化是通过对过热设定点的调整和/或调节来提供 的。
[0028] 空调系统的室内操作条件可能例如由于在要求温度和/或除湿设定的改变而变 化。操作条件改变、冷凝器及蒸发器的容量的相对尺寸、以及在蒸发器中的冷却流体的装载 (charge)过低（小于第一预定装载）或者在蒸发器中的冷却流体的装载过高（大于第二预 定装载）可能导致不稳定操作。冷却流体的装载可以指冷却流体的量或质量。可以在蒸发 器中存在例如低装载的冷却流体的情况下保持过热值，以避免压缩机的高排放（输出）压 力。在压缩机的排放压力大于预定压力时，可以关闭压缩机。在蒸发器中存在高装载的冷 却流体的情况下保持过热值可能导致来自冷凝器的过冷的损失。过冷的损失可能导致不稳 定的压缩机操作。不稳定的压缩机操作可能导致不稳定的空调系统操作。
[0029] 下面公开的实现方式包括使处于各种操作条件下的压缩机的过热值稳定。实现方 式包括管理蒸发器与冷凝器之间的冷却流体装载以得到稳定操作。这包括基于某些参数 (例如，压缩机吸入压力、压缩机入口温度以及压缩机排放压力）来调节过热设定点。上述 参数依赖于操作条件。因此，实现方式提供了过热设定点的动态调整以用于膨胀阀位置控 制。实现方式使得压缩机的过热设定点能够被稳定成合适的设定点，可以实时地（或者在 相关空调系统的操作期间）确定该合适的设定点。如果检测到不稳定的过热条件，则执行 过热设定点调整以根据当前设定对过热设定点进行重置，以使蒸发器与冷凝器之间的装载 重新平衡，这稳定了过热值和系统操作。
[0030] 图2示出冷却系统100的示意图。冷却系统100可以是变频空调系统，并且包括 具有上游（或第一）冷却回路104的上游冷却级102和具有下游冷却回路108的下游（或 第二）冷却级106。冷却回路104、108经由冷却控制模块109来控制。虽然示出了两个冷 却回路，但是可以包括不同数量的冷却回路。上游冷却回路104包括第一蒸发器110、第一 膨胀阀112、第一冷凝器114、第一压缩机116以及第二压缩机118。下游冷却回路108包 括第二蒸发器120、第二膨胀阀122、第二冷凝器124、第三压缩机126以及第四压缩机128。 蒸发器110、120具有各自的蒸发器风扇130、132。冷凝器114、124具有各自的冷凝器风扇 134、136。
[0031] 冷却控制模块109可以生成冷凝器风扇信号CONDI、C0ND2,蒸发器风扇信号 EVAP1、EVAP2，膨胀阀信号EXP 1、EXP2，以及压缩机信号PWM1、PWM2、PUMP3、PUMP4，从而控制 风扇 130、132、134、136，膨胀阀112、122以及压缩机116、118、126、128。
[0032] 冷却控制模块109可以基于来自各个传感器的信号来控制风扇130、132、134、 136,膨胀阀112、122和/或压缩机116、118、126、128。例如，传感器可以包括环境温度传 感器150,吸入压力传感器152、154,排出压力（head pressure)传感器156、158和/或压 缩机入口（或蒸发器出口）温度传感器160、162。环境温度传感器150可以是室外环境温 度传感器，并且生成环境温度信号T A。吸入压力传感器152、154生成吸入压力信号SUC1、 SUC2并且检测压缩机116、118、126、128所接收的流体的压力。排出压力传感器156、158生 成排出压力（或排放压力）信号HEADUHEAD2并且检测从压缩机116、118、126、128出来的 流