专利名称：具有多区监控与诊断的供暖、通风、空调及制冷系统的制作方法
具有多区监控与诊断的供暖、通风、空调及制冷系统技术领域：
本申请涉及一种供暖、通风、空调和制冷(HVAC&R，暖通空调制冷) 系统，在该系统中经调节温湿度的空气被传到多个气候控制区，且其中针对 与各个气候控制区相关的系统组件设置有监控和诊断测试程序。
背景技术：
众所周知的制冷系统在许多应用中#1利用，例如空调、制冷和热泵系统， 以调节(保持温度和湿度)被传入气候受控环境的空气。也可以采用其它第 二流体(不是空气)，例如水或乙二醇。 一个提供经调节温湿度的空气给多个 不同的气候控制区的单一 的制冷系统，在现代暖通空调制冷领域中并非是不 寻常的应用。例如，气候控制区可能是一个单一建筑物内不同的房间或办公 室或保持在不同温度下的不同冷冻室。每个气候控制区通常都能够单独控制 以便特定区的住户能够得到需要的温度和/或湿度以及新鲜空气量。
在这样一个复杂的制冷系统中，很难诊断出发生故障的系统组件。因为 一个单 一 的制冷系统为不同的气候控制区提供舒适，所以许多区都可能与正 常运作的设备有关，与此同时任何一个气候控制区也可能与出故障的组件有 关。如果这样的问题不能及时发现和隔离，出故障的或破损的组件可能会导 致二次系统的其它组件遭受损害。此外， 一个区中的出故障的设备可能会影 响其它区中的系统组件的运行而给气候控制区的住户造成不适。通常情况下， 这种出故障的元件可能与内部的制冷回路(如阀或换热器)有关，或者可能 是一个外部的空气端元件(如阻尼器或空气端节热器)。
一些多区系统具有与各个区相关的专门的制冷回路元件，如换热器或阀， 还有空气端元件，如阻尼器或节热器。这些元件可能发生故障，在故障排除 过程中及时有效地确认故障的根源，是 一 项艰巨的任务。
发明内容
在本发明所揭示的一个实施例中，定期地(例如，在每个系统关机时) 一个控制单元将分别单步调试每个区并且评估各个区的元件。在评估过程中， 制冷阀、空气阻尼器、空气端节热器等在开启和关闭位置之间切换(如开启 的和关闭的)。相应的操作参数上的变化被观察，例如制冷剂的吸气压力、饱 和吸气温度、供气温度、区域温度。如果元件坏了，那么被感应的状况不会 发生变化。另一方面，如果元件工作正常，那么相应的操作参数上的阶跃变 化将^皮记录。
虽然在系统刚关闭之前执行这个系统检查也许是最方便的，但是在正常 运行过程中，或者当某一 区域被关闭或开始连接到线路上时也可能执行一个
类似的检查。
举一个例子，空气阻尼器可能被关闭以使空气流停止进入空调环境区。 如果阻尼器工作正常，应当能观察到循环通过与这个区相关的换热器的制冷 剂随后发生的吸气压力(或其它相关的操作参数)的减小。在另一个例子中， 正常运作的制冷剂流量控制装置，例如隔离阀，可能被封闭，因此，饱和吸 气温度应当降低且排气温度通常应当上升。还可发现其它的系统操作特点。 如果与一个单一区域相关的制冷回路被停用，并且空气端节热器被打开使得
只有外面的空气进入该区域，那么区域温度和外界温度应当彼此接近。有关 相似元件的功能和性能测试的许多其它例子对于所属领域的普通技术人员而 言应当是显 而易见的。
对各个元件诊断的频率和次序可在某种程度上基于某一元件的可靠性或 该元件在正常系统运作上的重要程度。在其中一个所揭示的实施例中，建议 这样的诊断检查每天至少进行一次。如果关键部件的性能退化被监测和记录 一段时间，那么它可以构成预测工具软件的基础。本发明特别强大，因为没 有任何额外的系统组件需要任何额外支出。所有需要的只是在主控制器的逻 辑上的软件修改。
通过诊断所收集的信息可经由诸如因特网的媒介信息传输到远程维护位置。
本发明的这些及其它特征能从下述说明书和图示中得到最好的说明，以 下是筒要说明。
图1是本发明的第一回路原理图。
图2是本发明的第二回路原理图。
图3显示的是至少一个操作参数的预期变化。具体实施例
图1显示的是具有压缩机22的制冷系统20 ，压缩才几22压縮制冷剂并把 制冷剂传到冷凝器24。膨胀装置26设置在冷凝器24的下游位置，且蒸发器 28设置在膨胀装置26的下游位置，这两个下游位置都是就贯穿系统的制冷 剂流而言。空气驱动器如风扇30吹动蒸发器28上方的空气，并将空气传入 一个共同的供气管道38中，供气管道38通向单独的管道40和42,管道40 和42将经调节温湿度的空气传入单独的气候控制区44和46。众所周知，温 度传感器48设置在每个气候控制区内以感应该区的空气温度。同样，湿度或 二氧化碳传感器(未显示)可设置在单独的供气管道40和42内或在气候控 制区44和46内。阻尼器50由一个主要的系统控制器34 (或一个与主要的 系统控制器34相连的单独控制器)控制以调整位于单独的供气管道40和42 中的开口从而控制传入各个气候控制区44和46的经调节温湿度的空气数量， 正如大家所知。如图所示，控制器34通过如因特网的i某介将信息传达给远程 监测(且可能维修)站点36。进一步如图所示，传感器32和/或33可感应 制冷系统内的状况。这样的状况可以是，例如，压力或温度。更进一步如图 所示，空气端节热器45将来自外部环境的通过新鲜空气管道52的空气与从 空调空间返回的通过回风管道200的空气混合。众所周知，回风管道200使 来自区A和/或B及位于蒸发器28上方的空气再循环。空气端节热器，如 节热器45，在本领域中是周知的，其安装在蒸发器28和室内空气过滤媒体
7(未显示)的上游位置，这是就室内空气流而言的，并且其作用是把新鲜的 室外空气与从空调空间返回的空气混合。
控制器34将周期性地通过各种步骤循环检查与各个气候控制区相关的 元件的功能和可靠运行。举一个例子，与气候控制区46相关的阻尼器50的 开口可加以调整(相对于当前的位置开启或关闭)以让更多或更少的空气传 到气候控制区46。供给气候控制区46且由例如温度传感器48感应的空气的 温度应该可以改变。此外，由于传入空调环境和流过蒸发器28的空气量变化， 由例如传感器32和33感应的制冷剂状况也将发生变化。供给气候控制区46 的较少的空气应符合由传感器32测量的较低的饱和吸气温度或吸气压力以 及由温度传感器48测量的较低的供气温度。如果这没有发生，那么阻尼器 50就出故障了。当然，相关的传感器也可能出故障，但这不太可能发生，且 通常可能通过其它方式来确定，例如通过与系统中其它的传感器相比或通过 比较由控制器34的传感器测量到的和预期的电信号水平。
同样，空气端节热器的开口可加以调整(开启或关闭)以控制外部空气 的数量。如果空气端节热器45全开(阻尼器50可能同时被关闭以利于稳定 过程)，同时制冷系统压缩机22关闭，那么由位于与气候控制区46相通的管 道42内的温度传感器48感应到的供气温度应当接近由温度传感器53感应到 的外界空气温度。如果这没有发生，那么就表明空气端节热器45出故障了。 出故障的或其中一个温度传感器48和53可通过一个单独的程序确认，如上 所述。显然， 一个空气端节热器也可与每个气候控制区相连。
一个更为复杂的系统60在图2中加以说明。不同的膨胀装置126，蒸发 器128和蒸发器风扇130与不同的气候控制区144， 146和147相关。不同的 温度传感器148感应供给这些气候控制区的空气的温度。不同的传感器(例 如温度或压力传感器)132设置在从各个蒸发器128引出的吸入管路上。这 个更为复杂的系统将允许更高程度的控制，因为它也有献身于特定气候控制 区的制冷剂端元件。因此，隔离和诊断一个故障元件变得更加难。然而，一 个拟议的诊断程序将允许发现和确定与各个制冷剂端元件相关的问题，例如 各自的蒸发器128、膨胀装置126、或风扇130 (除了空气端元件以外，如上所述)。该方法将遵照在前实施例的逻辑。举一个例子，与其中一个蒸发器相 关的制冷剂分支可能被关闭，且空气仍然传到相关的温度控制区。由相关的
温度传感器148测量的在这个区的空气温度应当增加，同时由传感器132测 量的对应的制冷剂温度或压力也应当增加，如果这没有发生那么相应的隔离 工具例如膨胀阀126或吸入阀62不会正常工作。在另一个例子中， 一个供气 阻尼器150可从其原始位置调整，并且由温度传感器148测量的相应的供气 温度或由相关的传感器132测量的制冷剂温度或压力应当相应做出反应(例 如当阻尼器关闭时降低)。如果这没有发生，那么，正在讨论的供气阻尼器 150发生了故障。为简单起见，回风管道及混合新鲜空气和回风的节热器管 从图2中略去。然而，它们也可能#:纳入制冷系统60的设计并以如上所述的 类4以方式加以测试。
图3显示的是一个有关操作参数的阶跃变化的例子，当釆取任何一个如 上所述的诊断步骤时该阶跃变化预计可能发生。平直的虚线将表明当测试的 系统元件出现故障时感测的结果。虽然图3显示向上的阶跃变化，但在某些 情况下向下的阶跃变化也是可能的(取决于采取的行动的关系和相应的操作 特点)。显然，如本领域所周知，只有少数几个例子是上面提及的情况，并不 涉及所有的多区系统组件和相关的操作参数。所有这些系统的配置和操作特 点都在本发明范围内，且同样可以通过本发明获益。
因此本发明提供一种筒单而强大的工具来确定在一个多区制冷系统中发 生故障的元件。该系统控制器单步调试多个气候控制区的系统组件，依次改
当与同 一个参数的预期变化相比，如果在相应操作参数上所观察到的变化在 公差范围之外，确定是否是考虑中的元件发生故障。假使任何一个元件被确 定是故障元件，可能发出一个警告信号，可能产生一张维修票或者可能脱开 制冷系统的某一分支。诊断检查之后，每个元件都可能被置于其原始位置。 针对特定元件的诊断程序的周期由其重要和可靠程度来确定。如果相应参数 的阶跃变化记录并存储在数据库中，那么可观察到该元件经过一段时间后发 生的退化并且可以以预测的方式做出这个特定元件何时需要预防性维修或置 换的判断。在这种情况下，维修可安排在方便的时间，且空调空间的住户的舒适将不受到影响。最后，其它通过媒介(不是因特网)，例如一个安全网路、 局域网、广域网等的信息可以用来把信息传输到远程位置。
尽管本发明的优选实施例已经被揭露，但所属领域的普通技术人员应当 能够认识到某些修改将包含在本发明的范围内。出于这个原因，应当对下列 权利要求加以研究以确定本发明的真正范围和内容。
权利要求
1、一种制冷系统，其包括压缩机，用于压缩制冷剂并把制冷剂传给第一换热器，制冷剂从所述第一换热器进入膨胀装置，然后进入至少一个第二换热器；至少一个空气驱动装置，用于驱动位于所述至少一个第二换热器上方的空气进入至少一个空气管道，所述至少一个空气管把经调节温湿度的空气传入多个气候控制区，每个所述气候控制区具有单独的空气处理元件和制冷系统元件中的至少一个；和所述制冷系统的控制器，所述控制器被编程为定期对每个所述气候控制区中的所述空气处理和制冷系统元件中的至少一个进行诊断测试。
2、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述至少一个空气管 道包括一个单一的管道，所述单一的管道将空气传入多个气候控制区。
3、 根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于与各个所述气候控制 区相关的所述空气处理元件包括至少一个供气阻尼器。
4、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于与所述气候控制区中 的至少 一个相关的所述空气处理元件包括一个空气端节热器。
5、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述至少一个第二换 热器包括多个蒸发器，通过与所述多个蒸发器相关的各个空气驱动装置，各 个所述气候控制区拥有经调节温湿度的空气。
6、 根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于所述多个蒸发器和所 述多个空气驱动装置包含在由所述控制器执行的所述诊断步骤中。
7、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于温度传感器感应传入 所述多个气候控制区的空气的温度，且所述感应到的温度在所述诊断步骤前 后进行比较以确认发生故障的元件。
8、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于制冷状况在每个所述 诊断步骤前后纟皮感应以确定系统组件是否发生故障。
9、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述控制器通过因特 网向建立在所述诊断测试基础上的远程位置提供信息。
10、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于多个元件依次被测试。
11、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述受测试的元件 返回到其原始状态。
12、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述诊断测试的频 率至少取决于所述元件的重要和可靠程度。
13、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于所述测试至少一天 进行一次。
14、 根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于信息被记录和保存 一段时间以确定元件退化。
15、 一种运行制冷系统的方法，其包括下列步骤提供一个压缩机用于压缩制冷剂并把制冷剂传给第 一换热器，制冷剂从 所述第一换热器进入膨胀装置，然后进入至少一个第二换热器；提供至少一个空气驱动装置，用于驱动位于所述至少一个第二换热器上 方的空气进入至少一个空气管道，所述至少一个空气管把经调节温湿度的空 气传入多个气候控制区，每个所述气候控制区具有单独的空气处理元件和制 冷系统元件中的至少 一个；和通过对每个所述气候控制区中的所述至少一个空气处理和制冷系统元件 定期进行诊断测试而控制所述制冷系统。
16、 根据权利要求15所述的方法，其特征在于与所述气候控制区中的至少一个相关的所述空气处理元件包括一个空气端节热器。
17、 根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述至少一个第二换热 器包括多个蒸发器，通过与所述多个蒸发器相关的各个空气驱动装置，各个 所述气候控制区拥有经调节温湿度的空气。
18、 根据权利要求10所述的方法，其特征在于温度传感器感应传入所 述多个气候控制区的空气的温度，且所述感应到的温度在所述诊断步骤前后 进行比较以确认发生故障的元件。
19、 根据权利要求10所述的方法，其特征在于制冷状况在每个所述诊 断步骤前后^皮感应以确定系统组件是否发生故障。
20、 根据权利要求10所述的方法，其特征在于通过因特网向建立在所 述诊断测试基础上的远程位置提供信息。
21、 根据权利要求15所述的方法，
22、 根据权利要求15所述的方法， 到其原始状态。
23、 根据权利要求15所述的方法， 少取决于所述元件的重要和可靠程度。
24、 根据权利要求15所述的方法， 一次。
25、 根据权利要求15所述的方法， 时间以确定元件退化。其特征在于多个元件依次被测试。 其特征在于所述受测试的元件返回其特征在于所述诊断测试的频率至其特征在于所述测试至少一天进行其特征在于信息被记录和保存一段
全文摘要
本发明公开一种多区暖通空调制冷系统，其控制程序能为与各个气候控制区相关的空气处理元件和制冷元件依次提供诊断测试。所述控制改变相应元件的原始位置，且由此产生于相关操作参数上的变化被感测到。如果实际变化在与预期变化相关的公差范围之外，那么正在考虑的元件被确认发生了故障。针对某一元件的诊断程序的周期性通常由其重要和可靠程度确定。如果相应的操作参数上的变化被记录和保存在数据库中，那么所述元件的退化经过一段时间可观察到并且可以预测出某一元件何时需要预防性维修或置换。
文档编号F24F3/00GK101529171SQ200680056177
公开日2009年9月9日 申请日期2006年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申请人:开利公司