用于基于温度测量控制到蒸发器的制冷剂供应的方法
【专利摘要】在此披露一种用于控制到诸如一个制冷系统、一个空调系统或者一个热泵的一个蒸气压缩系统(1)的一个蒸发器(2)的制冷剂供应的方法。基于流动穿过该蒸发器(2)的空气的一个空气温度T空气并且为了达到一个参考空气温度T空气，参考来控制该膨胀阀(3)的打开程度。将该打开程度设定成所计算的打开程度，与一个扰动信号重叠。监测和分析一个温度信号S2，该温度信号表示离开该蒸发器(2)的制冷剂的温度。在该分析揭示该蒸发器(2)的一个干燥区域正趋近一个最小长度的情况下，减小该膨胀阀(3)的该打开程度。这提供一个安全机构，该安全机构确保防止液态制冷剂穿过该蒸发器(2)。
【专利说明】用于基于温度测量控制到蒸发器的制冷剂供应的方法发明领域
[0001]本发明涉及一种用于控制到一个蒸发器、具体地说到形成一个蒸气压缩系统(诸如制冷系统、空调系统或者热栗)的部分的一个蒸发器的制冷剂供应的方法。根据本发明的方法，到蒸发器的制冷剂供应可以按以下方式控制:在一个已制冷或已加热的体积中提供一个所希望的目标温度，同时防止液态制冷剂进入抽吸管线，并且仅仅基于温度测量。
[0002]发明背景
[0003]蒸气压缩系统(诸如制冷系统、空调系统或者热栗)通常包括至少一个压缩机、至少一个冷凝器、至少一个膨胀装置(例如呈膨胀阀的形式)、以及沿着一个制冷剂路径安排的至少一个蒸发器。制冷剂在制冷剂路径中循环并被交替地膨胀和压缩，并且在这些冷凝器和这些蒸发器中发生热交换。经膨胀的制冷剂以气态制冷剂和液态制冷剂的混合态进入这些蒸发器中。当制冷剂穿过这些蒸发器时，该制冷剂在与跨每个蒸发器的一个第二流体流(诸如空气流)交换热量时蒸发。为了最大范围地利用一个给定蒸发器的潜在制冷能力，希望沿着该蒸发器的整个长度都存在液态制冷剂。另一方面，不希望液态制冷剂穿过蒸发器并进入抽吸管线，因为如果液态制冷剂到达压缩机则可能损坏这些压缩机。因此希望控制到这些蒸发器的制冷剂供应，其方式为使得在一个给定蒸发器中，混合相制冷剂与气态制冷剂之间的边界恰好在该蒸发器的出口处。
[0004]为了获得这点，通常测量和/或计算离开这些蒸发器的制冷剂的过热度。该过热度是离开该蒸发器的制冷剂的温度与离开该蒸发器的制冷剂的露点之差。因此，一个低过热度值指示离开该蒸发器的制冷剂的温度接近该露点，而一个高过热度值指示离开该蒸发器的制冷剂的温度显著高于该露点，并且指示该蒸发器的相当大的一部分因此包含气态制冷剂。在该蒸发器包含气态制冷器的部分中，周围环境与在该蒸发器中流动的制冷剂之间的热传递显著低于该蒸发器包含气态制冷剂和液态制冷剂的混合物的部分中的热传递。因此，该蒸发器的总效率在该蒸发器的相当大的一部分包含气态制冷剂时会降低。接着试图控制到该蒸发器的制冷剂供应，其方式为使得该过热度值被维持在一个小而正的水平。
[0005]为了获得离开该蒸发器的制冷剂的过热度值，正常地测量离开该蒸发器的制冷剂的温度以及压力。在这种情况下所需的压力传感器引入该压力传感器脱落或故障的风险，从而使得不可能测量该过热度值，直到修复该压力传感器为止。此外，该压力传感器引入在该系统中发生泄漏的风险。
[0006]WO 2012/052019 Al描述了一种用于控制到一个蒸发器的制冷剂供应的方法，其中SH = O点可以纯粹地基于一个已测量的温度信号来确定。致动一个部件，诸如一个膨胀阀、一个风扇或者一个压缩机，其方式为使得该蒸发器的一个干燥区域改变。测量和分析表示离开该蒸发器的制冷剂的温度的一个温度信号，例如包括得到一个变化速率信号。接着确定一个温度值，其中所致动的部件与所测量的温度信号之间的一个传递函数的增益从一个最大值下降到一个最小值。所确定的温度值被定义为对应于一个零过热度值(SH=O)。
[0007]发明说明
[0008]本发明的各实施例的一个目的是提供一种用于控制到一个蒸发器的制冷剂供应的方法，其中正常地控制该制冷剂供应以便在一个已制冷或已加热的体积中提供一个预定义的目标温度，同时一个安全机构防止液态制冷剂到达压缩机。
[0009]本发明的各实施例的另一个目的是提供一种用于在一个降温过程中控制到一个蒸发器的制冷剂供应的方法，其中确保一个快速降温，同时防止液态制冷剂到达压缩机。
[0010]根据第一方面，本发明提供一种用于控制到一个蒸气压缩系统的一个蒸发器的制冷剂供应的方法，该蒸气压缩系统包括至少一个蒸发器、至少一个压缩机、至少一个冷凝器、以及被安排在一个制冷剂回路中的至少一个膨胀阀，该方法包括以下步骤:
[0011 ]-获得流动穿过蒸发器的空气的一个温度Ts^，
[0012]-基于所获得的温度!'贺、并且为了达到流动穿过该蒸发器的空气的一个参考空气温度而控制膨胀阀的打开程度，
[0013]-提供一个扰动信号，并且将该膨胀阀的打开程度设定成受控的打开程度，与该扰动信号重叠，
[0014]-监测一个温度信号&，该温度信号表示离开该蒸发器的制冷剂的温度，
[0015]-分析温度信号S2，并且
[0016]-在所述分析揭示该蒸发器的一个干燥区域正趋近一个最小长度的情况下，减小该膨胀阀的打开程度。
[0017]在本文的上下文中，术语“蒸气压缩系统”应当被解释为意指以下任何系统:其中一种流体介质流(诸如制冷剂)循环并且被交替地压缩和膨胀，由此提供对一定体积的制冷或加热。因此，该蒸气压缩系统可以是一个制冷系统、一个空调系统、一个热栗等。
[0018]该蒸气压缩系统包括至少一个蒸发器、至少一个压缩机、至少一个冷凝器、以及至少一个膨胀阀。因此，该蒸气压缩系统可以仅包括每种这些部件中的一个，或者该蒸气压缩系统可以包括任何这些部件中的两个或更多个。例如，该蒸气压缩系统可以包括单个压缩机，或者它可以包括例如被安排在一个压缩机机组中的两个或更多个压缩机。类似地，该蒸气压缩系统可以仅包括一个蒸发器，或者它可以包括两个或更多个蒸发器。在后一种情况下，每个蒸发器可以被安排成为一个单独的已制冷的体积提供制冷。这些单独的已制冷的体积可以例如是一个超市的多个单独的陈列柜。无论如何，每个蒸发器被优选地连接到一个单独的膨胀阀上，该单独的膨胀阀控制到该蒸发器的制冷剂供应，该制冷剂供应独立于到其他蒸发器的制冷剂供应。此外，一个蒸发器单元可以包括单一区段，或者可以包括串联连接或并联连接的两个或更多个区段。
[0019]根据本发明的第一方面的方法与经由相应的膨胀阀控制到单个蒸发器的制冷剂供应有关。然而，可以将这种蒸发器很好地安排在包括一个或多个附加的蒸发器的一个蒸气压缩系统中，在这种情况下分别控制到这些附加的蒸发器的制冷剂供应。
[0020]依照根据本发明的第一方面的方法，首先获得流动穿过该蒸发器的空气的温度!'济。这可以优选地借助于安排在跨该蒸发器的一个通气道中的一个或多个温度传感器来完成。温度可以例如是朝向该蒸发器流动的空气的温度、远离该蒸发器流动的空气的温度、或者朝向该蒸发器流动的空气的温度与远离该蒸发器流动的空气的温度的加权值。这将在以下更详细地描述。无论如何，表示安排在该蒸发器附近的一个已制冷的体积中的主导温度。因此，Tsn反映所制冷的体积的冷却需要。
[0021]接着，基于所获得的温度并且为了达到流动穿过该蒸发器的空气的一个参考空气温度而控制膨胀阀的打开程度。如上所述，!'济反映所制冷的体积中的主导温度，并且因此反映所制冷的体积的冷却需要。参考空气温度是一个目标温度，希望在所制冷的体积中获得该目标温度。因此，通过将所获得的温度与参考空气温度进行比较，可以揭示所制冷的体积中的主导温度是否接近或远离所希望的目标温度。在主导温度远离目标温度的情况下，非常需要进一步的冷却，并且到该蒸发器的制冷剂供应应当达到提供尽可能多的冷却的程度。类似地，在主导温度接近所希望的目标温度的情况下，对进一步冷却的需要略低，并且可以以提供较少的冷却、但相反确保低能量消耗的一种方式来控制到该蒸发器的制冷剂供应。
[0022]因此，在正常情况下，仅仅以确保获得所制冷的体积中的一个所希望的目标温度的一种方式来控制到该蒸发器的制冷剂供应。
[0023]应当注意，增加膨胀阀的打开程度导致到该蒸发器的制冷剂供应增加，并且减小膨胀阀的打开程度导致到该蒸发器的制冷剂供应减少。
[0024]接着，提供一个扰动信号，并且将该膨胀阀的打开程度设定成受控的打开程度，与该扰动信号重叠。因此，膨胀阀的打开程度围绕一个平均值波动，该平均值表示受控的打开程度，即，由所获得的温度指示的打开程度。这些波动由该扰动信号确定，并且可以例如是一个延迟类型或者任何其他合适类型的正弦曲线。这将在以下更详细地描述。在本文的上下文中，术语“扰动信号”应当被解释为意指在一个时间标度上变化的一个信号，该时间标度显著地比该膨胀阀的受控的打开程度在其上变化的时间标度更短。
[0025]接着，监测一个温度信号S2，该温度信号表示离开该蒸发器的制冷剂的温度。这可以例如使用被安排在紧随蒸发器的出口后的制冷剂路径中的一个温度传感器来完成。因此，温度信号S2表示离开该蒸发器的制冷剂的过热度值的一个相对值。分析所监测的温度信号S2。
[0026]最后，在对所监测的温度信号S2进行的分析揭示该蒸发器的一个干燥区域正趋近一个最小长度的情况下减小膨胀阀的打开程度。
[0027]在本文的上下文中，术语“蒸发器的干燥区域”应当被解释为意指该蒸发器仅包含气态制冷剂的一部分。较长长度的一个干燥区域由此指示液态制冷剂在到达蒸发器出口之前很久在该蒸发器中蒸发，而较短长度的一个干燥区域指示液态制冷剂沿着该蒸发器的大部分存在。因此，当蒸发器的干燥区域趋近一个最小长度时，那么混合的液态/气态制冷剂与纯气态制冷剂之间的边界正趋近蒸发器的出口。如上所述，当此边界到达蒸发器的出口时，存在液态制冷剂被允许穿过该蒸发器的风险，并且因此存在液态制冷剂到达压缩机的风险，从而致使损坏该压缩机。因此，当蒸发器的干燥区域趋近一个最小长度时，必须减小到该蒸发器的制冷剂供应以便避免这种情形。
[0028]可以以许多方式确定蒸发器的干燥区域是否正趋近一个最小长度。本发明的发明人已经发现，当蒸发器的干燥区域趋近一个最小长度时，温度信号S2的特性以一种显著的方式改变。因此，当分析温度信号S2时，可以检测到这些改变的迹象。例如，本发明的发明人已经发现，如果膨胀阀的打开程度缓慢增加，那么离开蒸发器的制冷剂的温度将在该膨胀阀的打开程度达到一定水平时突然减小，其中到该蒸发器的制冷剂供应足以将该蒸发器的该干燥区域减小到最小长度。这可以被视为一个“不稳定区域”。如果该打开程度甚至进一步地增加，存在液态制冷剂穿过蒸发器的重大风险。这可以被视为一个“临界区域”。
[0029]因此，分析温度信号S2的步骤可以包括获得温度信号S2的变化速率，并且减小打开程度的步骤可以包括在温度信号S2的变化速率的一个绝对值达到一个最大值(诸如一个总体最大值或一个局部最大值)的情况下减小膨胀阀的打开程度。如上所述，温度信号S2在进入该不稳定区域时突然减小。因此，当温度信号S2的变化速率的绝对值达到最大值时，可以推断已经进入该不稳定区域，并且蒸发器的干燥区域因此正趋近最小长度。实际的最大值不是一个固定值或唯一值，但是可以根据操作点来改变。然而，将达到该信号的一个极值，因为该曲线定义一个鞍点，并且正是此鞍点指示已经进入该不稳定区域。
[0030]在到达不稳定区域之前，信号52遵循一个凹曲线，在该不稳定区域的中间存在一个鞍点，并且从该不稳定区域直到该蒸发器被完全淹没为止，信号S2遵循一个凸曲线。在该曲线的凹部上，信号的变化速率是负数，并且越靠近鞍点变得越小。在该鞍点处，信号32的变化速率达到它的最小值。因此，通过计算信号S2的变化速率的最小值，可以识别代表不稳定区域的中心的鞍点。由于在执行这个过程时膨胀阀是大部分打开的，显然蒸发器的干燥区域趋近它的最小长度。因此，此时必须减小膨胀阀的打开程度以便避免进入临界区域。
[0031]作为一个替代方案，分析温度信号S2的步骤可以包括以下步骤:
[0032]-识别温度信号S2对应于扰动信号的一个分量，
[0033]-将温度信号S2的所识别的分量与初始扰动信号进行比较，并且
[0034]-基于所述比较确定蒸发器的干燥区域是否正趋近一个最小长度。
[0035]温度信号52的分量可以例如是这些温度信号S2的变化，该分量对应于由扰动信号和/或该信号的多个特定频率分量所限定的打开程度的变化。例如，在扰动信号是一个正弦信号的情况下，该分量可以例如是具有与该正弦扰动信号基本上相同的频率或者具有不同频率的一个频率分量。例如，该分量可以是为若干正弦信号的和的一个频率分量。
[0036]通过将温度信号S2的所识别的分量与初始扰动信号进行比较，揭示施加到膨胀阀的打开程度的这些扰动以哪一种方式影响所监测的温度信号&。该比较可以是扰动信号与所识别的分量之间的一个实际比较。可替代地，该比较可以是这两个信号的相应特征(诸如频率和/或幅度)之间的比较。
[0037]本发明的发明人已经发现，施加到该膨胀阀的打开程度的这些扰动影响所监测的温度信号32的方式在进入不稳定区域并且蒸发器的干燥区域因此正趋近一个最小长度时显著地改变。如果在分析温度信号S2期间检测到此类显著改变的迹象，因此可以推断蒸发器的干燥区域正趋近一个最小长度，并且因此必须减小膨胀阀的打开程度以便防止液态制冷剂到达压缩机。
[0038]例如，在扰动信号的所识别的分量是一个主频率的情况下，那么温度信号32可以包含该主频率以及一个或多个另外的频率分量，例如对应于该主频率的谐波。执行温度信号32的一个快速傅里叶变换(FFT)将产生许多参数，这些参数对应于这些另外的频率分量。这些参数的迹象将在到达如上所述的鞍点时(即，在到达不稳定区域时)改变。因此，当检测到这些参数的迹象的改变时，必须减小膨胀阀的打开程度以便避免液态制冷剂到达压缩机。
[0039]将温度信号32的所识别的分量与初始扰动信号进行比较的步骤可以包括确定温度信号S2的所识别的分量的一个畸变。在一些情况下，该分量的畸变可以在进入不稳定区域时显著改变。因此，当检测到此类改变时，可以推断蒸发器的干燥区域正趋近一个最小长度，并且因此必须减小膨胀阀的打开程度以便防止液态制冷剂到达压缩机。该畸变可以例如包括该扰动信号是一个完美的正弦信号，而所识别的分量是该温度信号的一个波动，该温度信号具有可以类似于该正弦扰动信号的频率的一个频率，但并不是一个完美的正弦信号。作为一个替代方案，该畸变可以是为初始扰动信号的频率的乘数的若干频率的组合。
[0040]作为另一个替代方案，分析温度信号32的步骤可以包括识别温度信号32的一个或多个统计分量。这些统计分量可以例如包括该信号的平均值、方差等。或者该统计分量可以包括温度信号S2中的概率分布的其他描述符。例如，当温度信号S2趋近不稳定区域时，温度信号S2的方差增大。类似地，当温度信号S2远离不稳定区域移动时，相应的方差倾向于显著地减小。
[0041]扰动信号可以是一个正弦类型的信号。在这种情况下，膨胀阀的打开程度以一种基本上正弦的方式围绕打开程度值波动，该打开程度值由流动穿过蒸发器的空气的温度
指示。可以在所监测的温度信号S2中识别正弦扰动信号的频率。
[0042]作为一个替代方案，该扰动信号可以是一个延迟类型的信号。在这种情况下，膨胀阀的打开程度以一种延迟类的方式或者作为一个矩形波信号围绕该打开程度值波动，该打开程度值由流动穿过蒸发器的空气的温度指示。
[0043]作为另一个替代方案，该扰动信号可以具有任何其他合适的种类，优选地为一个周期信号，例如一个三角形信号。
[0044]温度可以是朝向蒸发器流动的空气的温度。根据这个实施例，在空气穿过蒸发器并且由此冷却之前，基于在一个已制冷体积中的空气的主导温度来控制膨胀阀的打开程度。可以假设这个温度相对缓慢地变化，因为它代表整个已制冷体积中的温度。
[0045]作为一个替代方案，温度可以是远离蒸发器流动的空气的温度。根据这个实施例，还基于在一个已制冷体积中的空气的主导温度来控制膨胀阀的打开程度。然而，在这种情况下，测量刚刚已穿过蒸发器并且因此刚刚已由蒸发器冷却的空气的温度。因此，这个温度将不仅反映整个已制冷体积中的主导温度，而且还将反映蒸发器的瞬时冷却功率，因为一个高冷却功率将降低这个温度。因此，根据这个实施例，在控制膨胀阀的打开程度时，将蒸发器的瞬时冷却功率考虑在内。
[0046]作为另一个替代方案，温度!'济可以表示朝向蒸发器流动的空气的温度与远离蒸发器流动的空气的温度的加权值。根据这个实施例，在控制膨胀阀的打开程度时也将蒸发器的瞬时冷却功率考虑在内。然而，在这种情况下，对受控的打开程度的影响与在上述实施例中相比更小。
[0047]该方法可以进一步包括在流动穿过蒸发器的空气的温度在一个预限定的上限阈值以上的情况下执行一个降温过程的步骤。如果温度超过预限定的上限阈值，可以假设实际空气温度与目标温度或者参考温度之间的差是相对大的，即，!'济显著高于在这种情况下，可能必须快速地降低实际空气温度Ts^，以便能够在一个合理的时间段内达到在这种情况下这可以通过执行一个降温过程来获得。在本文的上下文中，术语“降温过程”应当被解释为意指施加一个最大、或者至少非常高的冷却功率以便降温或者快速地降低已制冷的体积内的空气温度的一个过程。它可以例如与在初始启动系统时或者在已将多个新产品定位在已制冷体积中时执行一个降温过程有关。
[0048]执行一个降温过程的步骤可以包括以下步骤:
[0049]-将膨胀阀打开到一个最大打开程度，
[0050]-监测一个温度信号&，该温度信号表示离开该蒸发器的制冷剂的温度，
[0051]-分析温度信号S2，并且
[0052]-在所述分析揭示温度信号S2的一个变化速率的绝对值已经达到一个最大值的情况下减小该膨胀阀的打开程度。
[0053]将该膨胀阀打开到一个最大打开程度确保蒸发器被尽可能快地填充，并且由此确保提供一个最大冷却功率。然而，这还包括允许液态制冷剂穿过蒸发器并潜在地到达压缩机的风险。
[0054]因此，如上所述，监测和分析一个温度信号S2，该温度信号表示离开蒸发器的制冷剂的温度。在该分析揭示温度信号S2的一个变化速率的绝对值已经达到一个最大值的情况下，减小膨胀阀的打开程度。
[0055]如上所述，所监测的温度信号S2的变化速率的突然减小指示已经进入不稳定区域，并且蒸发器的干燥区域因此正趋近一个最小长度。因此，这指示存在如果膨胀阀的最大打开程度得以维持则允许液态制冷剂穿过蒸发器的风险，并且因此必须减小膨胀阀的打开程度以便避免这种情形。
[0056]因此，根据这个实施例，提供一个有效的降温过程，同时确保不允许液态制冷剂到达压缩机。
[0057]根据第二方面，本发明提供一种用于在一个降温过程期间控制到一个蒸气压缩系统的一个蒸发器的制冷剂供应的方法，该蒸气压缩系统包括至少一个蒸发器、至少一个压缩机、至少一个冷凝器、以及被安排在一个制冷剂回路中的至少一个膨胀阀，该方法包括以下步骤:
[0058]-将膨胀阀打开到一个最大打开程度，
[0059]-监测一个温度信号&，该温度信号表示离开该蒸发器的制冷剂的温度，
[0060]-分析温度信号S2，并且
[0061]-在所述分析揭示温度信号S2的一个变化速率的绝对值达到一个最大值的情况下减小该膨胀阀的打开程度。
[0062]应当注意，本领域的技术人员将容易认识到，结合本发明的第一方面所描述的任何特征都可以与本发明的第二个方面结合，并且反之亦然。因此，以上列出的这些备注在此是同样可适用的。
[0063]以上已经详细描述了本发明的第二方面的降温过程。
[0064]附图简要说明
[0065]现在将参照附图更详细地描述本发明，在附图中:
[0066]图1是示出随一个膨胀阀的打开程度而变的所监测的温度S2的曲线图，
[0067]图2是用于执行一种根据本发明的第一实施例的方法的一个蒸气压缩系统的一部分的简图，
[0068]图3是用于执行一种根据本发明的第二实施例的方法的一个蒸气压缩系统的一部分的简图，并且
[0069]图4是示出在执行一种根据本发明的一个实施例的方法时膨胀阀的打开程度和蒸气压缩系统的所监测的温度的曲线图。
[0070]附图详细说明
[0071]图1是示出随一个膨胀阀的打开程度而变的离开一个蒸气压缩系统的一个蒸发器的制冷剂的所监测的温度S2的曲线图，该膨胀阀控制到该蒸发器的制冷剂供应。
[0072]可以看出，当膨胀阀的打开程度相对小时，离开蒸发器的制冷剂的所监测的温度S2是相对高的，接近周围空气的温度Te。此外，所监测的温度S2在该膨胀阀的打开程度增加时保持几乎恒定。这指示供应到蒸发器的制冷剂的液态部分在它到达该蒸发器的出口之前很久被蒸发。因此，可以假设离开蒸发器的制冷剂的过热度值是相对高的，并且液态制冷剂穿过该蒸发器的风险是非常低的。
[0073]随着膨胀阀的打开程度进一步增加，所监测的温度52朝向蒸发温度Te显著地且突然地减小，该蒸发温度即，制冷剂在该制冷剂的主导压力下蒸发的温度或者露点。因此，当所监测的温度S2趋近蒸发温度Te时，这是过热度值正趋近于零的指示。这是蒸发器的干燥区域正趋近一个最小长度的指示，并且是液态制冷剂穿过该蒸发器的风险正增加的指示。
[0074]所监测的温度S2突然减小的区域可以被称为一个“不稳定区域”。当监测和分析温度32时，可以例如通过监测该温度信号的变化速率并且识别该变化速率的一个绝对最大值而检测到进入这个区域，因为该变化速率将是大且负的。然而，如上所述，可以以其他方式检测到进入该不稳定区域。
[0075]所监测的温度S2的变化速率再次减小并且温度S2变得非常接近蒸发温度的区域可以被称为一个“临界区域”，因为这是存在液态制冷剂被允许穿过蒸发器的高风险、并且由此存在液态制冷剂可以到达压缩机的风险的区域。
[0076]因此，希望控制膨胀阀的打开程度，其方式为使得不进入该临界区域。根据本发明，这可以通过在检测到进入该不稳定区域时减小膨胀阀的打开程度来获得。当发生这种情况时，如果膨胀阀的打开程度进一步增加，将到达临界区域。因此，如果膨胀阀的打开程度在进入不稳定区域时减小，可以防止进入临界区域。
[0077]应当注意，由于蒸发温度Te取决于制冷剂中的主导压力，正常地将并不足以测量离开蒸发器的制冷剂的温度S2，并且将所测量的温度与一个固定的蒸发温度进行比较。这就是为何在本发明的方法中监测和分析温度信号&，例如得到该温度信号的变化速率以便检测何时进入不稳定区域。
[0078]图2是用于执行一种根据本发明的第一实施例的方法的一个蒸气压缩系统I的一部分的简图。蒸气压缩系统I包括一个蒸发器2，该蒸发器连同一个或多个压缩机(未示出)和一个或多个冷凝器(未示出)被安排在一个制冷剂回路中。一个膨胀阀3也被安排在该制冷剂回路中，以用于控制到蒸发器2的制冷剂供应。
[0079]蒸气压缩系统I进一步包括许多温度传感器。一个第一温度传感器4在蒸发器2的出口后被安排在该制冷剂回路中。因此，第一温度传感器4测量一个温度信号&，该温度信号表示离开蒸发器2的制冷剂的温度。
[0080]一个第二温度传感器5被安排在跨蒸发器2的一个第二空气流中，在该空气到达蒸发器2之前的一个位置处。因此，第二温度传感器5测量一个温度信号S3，该温度信号表示朝向蒸发器2流动的空气的温度。
[0081 ] 一个第三温度传感器6被安排在跨蒸发器2的第二空气流中，在该空气已经通过蒸发器2之后的一个位置处。因此，第三温度传感器6测量一个温度信号S4，该温度信号表示远离蒸发器2流动的空气的温度。
[0082]将由第二温度传感器5测量的温度信号S3和由第三温度传感器6测量的温度信号S4供应给一个传感器选择单元7。传感器选择单元7在控制膨胀阀3时选择是否应用这些温度信号S3和S4中的一个或者应用这两个温度信号S3和S4的一个加权值。该选择可以例如基于传感器5和6的可用性，或者基于安装者的选择。基于该选择，生成一个温度信号，并且!'济表示对应于由选择单元7所执行的选择的一个空气温度。给一个控制单元8供应温度信号Ts^，该控制单兀被安排来控制膨胀阀3的打开程度。
[0083]还给控制单元8供应一个参考空气温度参考空气温度表示流动穿过蒸发器2的空气中所希望的一个参考温度或目标温度。
[0084]控制单元8将温度信号与参考空气温度进行比较，并且基于这个比较计算膨胀阀3的打开程度。选择膨胀阀3的打开程度，其方式为使得该打开程度确保到蒸发器2的制冷剂供应，这引起空气温度趋近参考空气温度因此，控制单元8基于所选择的空气温度并且为了达到参考空气温度而控制膨胀阀3的打开程度。
[0085]还给控制单元8供应由第一温度传感器4测量的温度信号&。由此，当由控制单元8计算膨胀阀3的打开程度时，也可以将离开蒸发器2的制冷剂的温度考虑在内。
[0086]当控制单元8已经计算如上所述的膨胀阀3的打开程度时，控制单元8向所计算的打开程度施加一个扰动信号。在图2中展示的实施例中，该扰动信号是一个延迟类的扰动信号。向膨胀阀3供应产生的信号，并且将膨胀阀3的打开程度控制成所计算的打开程度，与该扰动信号重叠。
[0087]因此，在正常情况下，基于空气温度!'济控制膨胀阀3的打开程度并且由此控制到蒸发器2的制冷剂供应，以便获得参考空气温度但是这与该扰动信号重叠。
[0088]然而，还给一个分析单元9供应由第一温度传感器4测量的温度信号&。分析单元9具体地关于温度信号S2的变化速率来分析温度信号&。给一个安全逻辑单元10供应该分析的结果。安全逻辑单元10监测温度信号S2的变化速率，并且在温度信号S2的变化速率的绝对值达到一个最大值的情况下，安全逻辑单元1向控制单元8发送请求减小膨胀阀3的打开程度的一个信号。响应于这个信号，控制单元8减小膨胀阀3的打开程度。
[0089]如上所述，当离开蒸发器2的制冷剂的温度的变化速率突然减小时，这是已经进入不稳定区域的迹象，并且是如果膨胀阀3的打开程度并未减小，就存在进入临界区域的风险的迹象。因此，安全逻辑单元10以这种方式确保有效地防止允许液态制冷剂穿过蒸发器2并且到达压缩机。
[0090]图3是用于执行一种根据本发明的第二实施例的方法的一个蒸气压缩系统I的一部分的简图。图3的蒸气压缩系统I以一种类似于图2的蒸气压缩系统的操作的方式操作，并且因此在此将不再详细描述蒸气压缩系统I的操作。
[0091]图3的蒸气压缩系统I进一步包括一个第一带通滤波器11，所选择的温度信号!'济连同参考空气温度—起穿过该带通滤波器，到达一个控制单元12。控制单元12可以例如是一个比例积分(PI)调节器。将控制单元12的输出供应给一个求和单元13。
[0092]图3的蒸气压缩系统I还包括一个第二带通滤波器14，由第一温度传感器4测量的温度信号S2在供应给求和单元13之前穿过该第二带通滤波器。
[0093]求和单元13进一步配备有一个参考温度信号S2,#%，该参考温度信号表示用于离开蒸发器2的制冷剂的一个目标温度或参考温度。
[0094]使这些温度信号和S2穿过带通滤波器11和14确保仅应用一个所希望的频带内的温度信号来控制膨胀阀3的打开程度。应当注意，这些带通滤波器11和14可以方便地在这些控制单元12和8中实现。
[0095]基于向其供应的这些信号，求和单元13向控制单元8提供一个输入信号。该输入信号反映所选择的空气温度与由控制单元12提供的参考空气温度之间的比较，以及所测量的温度信号S2与参考温度&,#%之间的比较，这由求和单元13执行。
[0096]基本上如上所述，基于该输入信号，控制单元8计算膨胀阀3的打开程度。向一个求和单元15供应所计算的打开程度。一个扰动单元16生成一个扰动信号并且将这个扰动信号供应给求和单元15。求和单元15接着将膨胀阀3的打开程度限定为与该扰动信号重叠的所计算的打开程度。在图3的实施例中，该扰动信号是一个正弦信号。
[0097]由分析单元9和安全逻辑单元10提供的安全机构基本上如上所述参考图2操作，只是它可以应用检测到已经进入不稳定区域的多种替代性方法。以上已经描述了此类替代性方法。
[0098]图4是示出在执行一种根据本发明的一个实施例的方法时膨胀阀的打开程度和蒸气压缩系统的所监测的温度的曲线图。该蒸气压缩系统可以例如是图2的蒸气压缩系统，或者图3的蒸气压缩系统。
[0099]图4的曲线图示出打开程度17如何随时间而变，以及该蒸气压缩系统中的测量的不同温度如何对打开程度17的这些变化作出反应。应当注意，在图4中，为清楚起见，示出没有重叠的扰动信号的打开程度17。曲线图18表示离开蒸发器的制冷剂的温度，S卩，对应于上述温度信号&。曲线图19表示朝向蒸发器流动的空气的温度，S卩，对应于上述温度信号S3。曲线图20表示远离蒸发器流动的空气的温度，S卩，对应于上述温度信号S4。曲线图21表示蒸发温度，即，制冷剂在蒸发器中蒸发的温度。这个温度根据制冷剂中的主导压力而变化。最后，曲线图22表不参考空气温度
[0100]从图4可以看出，最初这些温度18、19、以及20都是相对高的。具体地说，这些空气温度19、20均显著地比参考空气温度22更高，并且离开蒸发器的制冷剂的温度18显著地比蒸发温度21更高。这是因为以下事实:该蒸气压缩系统在已经关闭一段时间之后最近已经接通，并且指示需要一个较大的冷却效果以便达到参考空气温度22。此外，离开蒸发器的制冷剂的过热度值是相对高的，并且因此液态制冷剂穿过蒸发器的风险是非常低的。
[0101]因此，启动一个降温过程。这包括将膨胀阀打开到一个最大打开程度，同时监测这些不同的温度信号18、19、20。从图4可以清楚看出这致使所测量的空气温度19、20迅速减小。此外，离开蒸发器的制冷剂的温度18减小并且趋近蒸发温度21，S卩，离开该蒸发器的该制冷剂的过热度值朝向零减小。
[0102]不久，离开蒸发器的制冷剂的温度18的变化速率的绝对值达到一个最大值。在图4中可以将此看做温度18的一个突然减小。如上所述，这是已经进入不稳定区域的一个指示，并且因此，响应于该指示，将该膨胀阀的打开程度17减小到一个最小值。由此，终止降温过程，并且进入一个系统识别时期。从图4可以清楚看出在将打开程度17减小到最小值的时候，温度18确实正趋近蒸发温度21。
[0103]在系统识别时期期间，该膨胀阀的打开程度17在该最大值与该最小值之间切换，同时监测这些温度18、19、20。可以看出，每当离开蒸发器的制冷剂的温度18以上述方式突然减小时，打开程度17就从最大值切换到最小值。该系统识别时期的目标之一是识别该系统的当前操作点。
[0104]不久，终止该系统识别时期，并且开始一个正常控制时期。在该正常控制时期期间，基于远离蒸发器流动的空气的温度20并且为了达到参考温度22来控制膨胀阀的打开程度17。然而，还应用一个安全过程，该安全过程例如借助于对温度信号18的变化速率的分析来确保该膨胀阀的打开程度17在检测到已经进入不稳定区域的情况下减小到最小值。在图4展示的情形中，离开蒸发器的制冷剂的温度18在整个正常控制时期期间保持大大超过蒸发温度21。因此，并未进入不稳定区域，不存在液态制冷剂穿过蒸发器的风险，并且因此不应用该安全过程。
【主权项】
1.一种用于控制到一个蒸气压缩系统(I)的一个蒸发器(2)的制冷剂供应的方法，该蒸气压缩系统(I)包括至少一个蒸发器(2)、至少一个压缩机、至少一个冷凝器、以及被安排在一个制冷剂回路中的至少一个膨胀阀(3)，该方法包括以下步骤: -获得流动穿过该蒸发器(2)的空气的一个温度 -基于该获得的温度并且为了达到流动穿过该蒸发器(2)的该空气的一个参考空气温度来控制该膨胀阀(3)的打开程度， -提供一个扰动信号，并且将该膨胀阀(3)的该打开程度设定成受控的打开程度，与该扰动信号重叠， -监测一个温度信号&，该温度信号表示离开该蒸发器(2)的制冷剂的温度， -分析该温度信号&，并且 -在所述分析揭示该蒸发器(2)的一个干燥区域正趋近一个最小长度的情况下，减小该膨胀阀(3)的该打开程度。2.根据权利要求1所述的方法，其中分析该温度信号S2的该步骤包括获得该温度信号S2的变化速率，并且其中减小该打开程度的该步骤包括在该温度信号S2的该变化速率的绝对值达到一个最大值的情况下减小该膨胀阀(3)的该打开程度。3.根据权利要求1所述的方法，其中分析该温度信号S2的该步骤包括以下步骤: -识别该温度信号S2对应于该扰动信号的一个分量， -将该温度信号S2的该识别的分量与初始扰动信号进行比较，并且 -基于所述比较确定该蒸发器(2)的该干燥区域是否正趋近一个最小长度。4.根据权利要求3所述的方法，其中该比较步骤包括确定该温度信号S2的该识别的分量的一个畸变。5.根据权利要求1所述的方法，其中分析该温度信号S2的该步骤包括识别该温度信号S2的一个或多个统计分量。6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该扰动信号是一个正弦类型的信号。7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中该扰动信号是一个延迟类型的信号。8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该温度是朝向该蒸发器(2)流动的空气的温度。9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中该温度是远离该蒸发器(2)流动的空气的温度。10.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中该温度表示朝向该蒸发器(2)流动的空气的温度与远离该蒸发器(2)流动的空气的温度的一个加权值。11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在流动穿过该蒸发器(2)的空气的该温度在一个预限定的上限阈值以上的情况下执行一个降温过程的步骤。12.根据权利要求11所述的方法，其中执行一个降温过程的该步骤包括以下步骤: -将该膨胀阀(3)打开到一个最大打开程度， -监测一个温度信号&，该温度信号表示离开该蒸发器(2)的制冷剂的温度， -分析该温度信号&，并且 -在所述分析揭示该温度信号S2的一个变化速率的绝对值已经达到一个最大值的情况下，减小该膨胀阀(3)的该打开程度。13.—种用于在一个降温过程期间控制到一个蒸气压缩系统(I)的一个蒸发器(2)的制冷剂供应的方法，该蒸气压缩系统(I)包括至少一个蒸发器(2)、至少一个压缩机、至少一个冷凝器、以及被安排在一个制冷剂回路中的至少一个膨胀阀(3)，该方法包括以下步骤:-将该膨胀阀(3)打开到一个最大打开程度， -监测一个温度信号&，该温度信号表示离开该蒸发器(2)的制冷剂的温度， -分析该温度信号S2，并且 -在所述分析揭示该温度信号S2的一个变化速率的绝对值达到一个最大值的情况下，减小该膨胀阀(3)的该打开程度。
【文档编号】F25B49/02GK105874289SQ201480072306
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】罗泽博·伊扎迪-扎马纳巴迪
【申请人】丹佛斯有限公司