专利名称：用于确定制冷剂低充注量的方法和控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于识别制冷剂系统中的制冷剂低充注量的简单方法 和控制器。
背景技术：
制冷剂系统用于对环境进行调节，该系统包括空调装置或热泵。在 常规的制冷剂系统中，制冷剂借助密封连接件在多个部件之间流通。随 时间延长，并且由于各种原因， 一部分的制冷剂可能从密闭系统中泄漏 出去。这可能导致制冷剂的充注量比所希望的充注量低。当制冷剂的充注量变低时，对于系统而言，实现其功能(例如向环 境提供冷却空气)变得更困难。额外的负荷施加在压缩机上，并且压缩 机可能出现故障，或者该系统不能充分地对将要输送到环境中的空气进 行调节。这样，已经提出了各种方法来识别制冷剂系统中的制冷剂低充注 量。 一种简单方法关注从蒸发器输送到压缩机的制冷剂是否具有过高程 度的过热。高程度的过热数值意味着制冷剂的低充注量。然而，借助现今的制冷剂系统，基于感测到的高程度的过热的过热 度，可以对使得制冷剂输送到蒸发器的膨胀阀进行电子控制，控制器对 膨胀阀进行调节以便使得过热度降低。这种控制器掩饰了低的充注量。因此，所希望的是，在复杂的制冷剂系统中提供一种有用的能够识 另寸制冷剂的低充注量的方法。发明内容在本发明的所-坡露的实施例中， 一种方法和一种被编程为便于实施 该方法的控制器关注到制冷剂系统中的不同的标准变量。已知的是，并 且对于各种诊断目的而言，在制冷剂系统中的不同位置处可获得压力和 温度的读数。在本发明中，这些标准读数用于确定制冷剂的质量流率。 制冷剂的质量流率可以按多种方式中的任一种方式来计算，并且采用标 准变量中的不同的标准变量来进行计算。借助对这些质量流率计算结果 中的两种计算结果进行比较，该方法确定出该计算结果是否处于彼此之 间的误差容限内。在低充注量的情况下，多种质量流率计算结果可能是 不准确的，并且彼此之间是不同的。当识别到计算获得的质量流率中存 在显著差异时，控制器将该系统识别为低充注量。
参照以下的具体实施方式
和附图，可更好地理解本发明的这些和其它的特征，在附图中图1是用于实施本发明的制冷剂系统的示意图；和 图2是本发明的流程图。
具体实施方式
图1示出了制冷剂系统20，其包括用于压缩制冷剂并将制冷剂输送 到冷凝器24的压缩机22。风扇26驱动空气以便流过冷凝器，并且在空调模式中，空气流使得热量从在冷凝器中的制冷剂排散出去。膨胀装置 28位于冷凝器24的下游。在复杂的系统中，该膨胀装置可以是基于接 近(approaching)压缩机22的制冷剂的过热温度借助闭环反馈回路以 电子方式来控制的。具有风扇32的蒸发器位于膨胀装置28的下游，风扇32用于使得 空气流过蒸发器30并流入待进行空气调节的环境中。借助传感器50获 得接近蒸发器的空气的温度读数，借助传感器52获得已经过(pass over)蒸发器的空气的温度读数，借助传感器54获得接近蒸发器的制冷 剂的温度读数，借助传感器56获得蒸发器下游的制冷剂的温度读数，得接近压缩机22的制冷剂的温度读数，并且(借助传感器62和借助传 感器64)获得压缩机下游的制冷剂的压力和温度的读数。这些读数已经 可以由现今的许多制冷剂系统来获得，并且可用于各种诊断用途。对于流经膨胀阀28的制冷剂的制冷剂质量流率(flowrate)可以借 助已知的7>式例如以下/^式来计算
制冷剂质量流率是在膨胀阀两侧的压力差( )和阀开度的百分比 (%)的函数。"是阀的特征常数。借助该已确定的阀特征，如果压力差可以测量的话，则可定量确定(meter)制冷剂质量流率。对于制冷剂流动调节而言可采用恒定压力差的阀，并且在这种情况下，不必测量在该阀两侧的压力差。其它类型的调节阀需要直接测量或间接估算在阀两侧的压力差以便进行流率计算。图1示出了监控蒸发器工作的四个传感器(50、 52、 54、 56)。对于逆流热交换器的传热公式为其中e =传热率，w空气的质量流率，kg/s 制冷剂的质量流率，kg/s =干空气的比热，J/kgK r〃"/。"f =空气温度(传感器50、 52) ， 。C=由入口和出口空气;R态确定的显热比 " =在蒸发器的入口和出口处的制冷剂蒸气的比焓，J/kg 制冷剂的焓"U可以借助温度和压力的测量由制冷剂特性来确 定。在SHR (显热比)和空气质量流率已知的情况下，制冷剂流率可借 助公式(2)和(3)来求解获得制冷剂质量流率还可以借助由制造商提供的压缩机模型来估算。以气侧:<formula>formula see original document page 8</formula>制冷剂侧:
下给出了一个三参数的模型，以便近似获得压缩机的体积流率的理论模 型(5)其中a, b， c是由制造商热量计数据估算得到的常数 Pj》是压缩机的压力比，该比率是排气压力d传感器62)相对于吸气压力(p,传感器58)的比率。上述体积流率可借助依据以下公式的制冷剂密度来获得"M《p (6)其中，P是制冷剂的密度。对于本领域的普通技术人员而言，制冷剂流率还可借助不同类型的 公式(5)来计算得到。依据公式(6)的压缩机模型估算得到的制冷剂流率应当近似于在 正常状态下借助公式(1 ) - (4)中任一种计算获得的数值。在低的充注 量状态下，将出现这两个流率数值之间的较大差异。因此，报警指标定义为两个流率数值之间的差别或余数(0):0+,, _'",.2| (7)当该余数数值超过预定门限时，作出"低充注量"的决定。对估算 得到的余数数值长时间的跟踪，这也有助于预计充注量的逐渐泄漏。这种技术可以扩展到具有多个蒸发器的更复杂系统，又称为多空调 系统。范围扩展的低充注量指标被看作压缩机流率和流经各个蒸发器的总流率"、K (8) 其中，l是该系统中的蒸发器的索引编号，"^是流经产蒸发器的制 冷剂空气流率。因此，本发明采用了现有的传感器以便提供低充注量的指示。尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解某些变型也落在本发明的范围内。因此，应当研究以下的4又利要求以便确定本发明的实际保护范围和内容。
权利要求
1.一种制冷剂系统，其包括用于压缩制冷剂并将制冷剂向下游输送到冷凝器的压缩机，制冷剂从所述冷凝器流向膨胀装置，并且从所述膨胀装置流向蒸发器，制冷剂从所述蒸发器流回到所述压缩机；和用于控制所述制冷剂系统的控制器，该控制器由多个传感器提供多个系统变量，并且该控制器在操作上借助至少两种方法基于系统变量来计算质量流率，并且该控制器在操作上对所述两种方法计算得到的所述质量流率彼此比较，并且如果所述两个质量流率的计算结果的差别超过预定量，则指示在所述制冷剂系统中的制冷剂的低充注量。
2. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于，所述两种方法中 的至少一种方法是基于压缩机模型并且关注所述压缩机两侧的压力比 来计算得到的。
3. 如权利要求2所述的制冷剂系统，其特征在于，所述两种方法中 的另 一种方法是借助获得所述膨胀装置两侧的压力差并利用公式来计算质量流率从而计算得到的。
4. 如权利要求2所述的制冷剂系统，其特征在于，所述两种方法中的另一种方法是借助关注基于蒸发器的传热率的公式从而计算得到 的。
5. 如权利要求2所述的制冷剂系统，其特征在于，所述至少一种方 式利用以下公式<formula>formula see original document page 2</formula>其中<formula>formula see original document page 2</formula>，并且，a， b, c是由制造商热量计数据估算得到的常数，户,-^是压缩 机两侧的排气压力相对于吸气压力的压力比。
6. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于，所述两种方法中的至少一种方法利用膨胀装置两侧的压力比，和以下公式<formula>formula see original document page 3</formula>其中，上迷^数值是在膨胀阀两侧的压力差，上述符号％是膨胀装置开 度的百分比，"是膨胀装置的特征常数。
7. 如权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于，所述两种方法中的至少一种方法利用以下/>式<formula>formula see original document page 3</formula> 其中'""=空气的质量流率，kg/s "!,=制冷剂的质量流率，kg/s=千空气的比热，J/kgK 7'〃"/。"f=(进入和离开所述蒸发器的)空气温度，°C s朋-由进入和离开所述蒸发器的空气状态确定的显热比 =进入和离开所述蒸发器的制冷剂蒸气的比焓，J/kg。
8. —种用于制冷剂系统的控制器，其包括用于控制制冷剂系统的控制器，该控制器由多个传感器提供多个系 统变量，并且该控制器在操作上借助至少两种方法基于系统变量来计算 质量流率，并且该控制器在操作上对所述两种方法计算得到的所述质量 流率彼此比较，并且如果所述两个质量流率的计算结果的差别超过预定 量，则指示在所述制冷剂系统中的制冷剂的低充注量。
9. 如权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述两种方法中的至 少一种方法是基于压缩机模型并且关注所述压缩机两侧的压力比来计 算得到的。
10. 如权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述两种方法中的 另一种方法是借助获得所述膨胀装置两侧的压力差并利用公式来计算 质量流率从而计算得到的。
11. 如权利要求9所述的控制器，其特征在于，所述两种方法中的 另一种方法是借助关注基于蒸发器的传热率的公式从而计算得到的。
12. 如权利要求9所述的控制器，其特征在于，所迷至少一种方式 利用以下公式<formula>formula see original document page 4</formula>其中并且，a, b, c是由制造商热量计数据估算得到的常数，《=》是压縮厂jw机两侧的排气压力相对于吸气压力的压力比。
13. 如权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述两种方法中的 至少一种方法利用膨胀装置两侧的压力比，和以下公式<formula>formula see original document page 4</formula>其中，上述知数值是在相关膨胀阀两侧的压力差，上述符号％是相关膨胀装置开度的百分比，"是相关膨胀装置的特征常数。
14. 如权利要求8所述的控制器，其特征在于，所迷两种方法中的 至少一种方法利用以下/^式<formula>formula see original document page 4</formula>其中=空气的质量流率，kg/s 制冷剂的质量流率，kg/s cp'=干空气的比热，J/kgKr,!"/。w =(进入和离开所述蒸发器的)空气温度，。C S朋=由进入和离开所述蒸发器的空气状态确定的显热比 /MA;=进入和离开所迷蒸发器的制冷剂蒸气的比焓，J/kg。
15. —种确定制冷剂的低充注量的方法，其包括 提供用于压缩制冷剂并将制冷剂向下游输送到冷凝器的压缩机，制冷剂从所述冷凝器流向膨胀装置，并且从所述膨胀装置流向蒸发器，制 冷剂从所述蒸发器流回到所迷压缩机；和控制所述制冷剂系统，并且由多个传感器提供多个系统变量，并且 该控制器在操作上借助至少两种方法基于系统变量来计算质量流率，并 且该控制器在操作上对所述两种方法计算得到的所述质量流率彼此比 较，并且如果所述两个质量流率的计算结果的差别超过预定量，则指示 在所述制冷剂系统中的制冷剂的低充注量。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述两种方法中的至 少一种方法是基于压缩机模型并且关注所述压缩机两侧的压力比来计 算得到的。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述两种方法中的另 一种方法是借助获得所述膨胀装置两侧的压力差并利用公式来计算质 量流率从而计算得到的。
18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述两种方法中的另一种方法是借助关注基于蒸发器的传热率的公式从而计算得到的。
19. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述两种方法中的至 少 一种方法是借助获得所迷膨胀装置两侧的压力差并利用公式来计算 质量流率从而计算得到的。
20. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述两种方法中的至少一种方法是借助关注基于蒸发器的传热率的公式从而计算得到的。
全文摘要
本发明涉及一种制冷剂系统，以及一种用于识别制冷剂的充注量偏低的方法和一种被编程为便于实施该方法的控制器。使用至少两种方法来计算制冷剂流经该系统的质量流率。对两个计算获得的质量流率进行比较，并且如果识别到计算获得的质量流率差异大于预定量时，将该系统识别为该系统中的制冷剂的充注量过低。
文档编号F25B41/00GK101166941SQ200580048972
公开日2008年4月23日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年1月5日
发明者A·M·芬, M·法扎德, P·康, P·萨德夫 申请人:开利公司