专利名称：高温气冷型冷气机及其运转控制方法
技术领域：
本发明涉及一种高温气冷型冷气机及其运转控制方法，尤指一种在高温气冷型冷气机机外温度骤降提供保护措施，使其冷凝器内部的热交换量缓和变化，以维护高温气冷型冷气机运转效率及确保使用安全的相关技术。
背景技术：
按高温气冷型冷气机是一种运用在天车上的气冷式冷气机，由于天车的工作场所属于高温环境，因此在运输过程中经常性地来往于热区与冷区(指环境温度而言)，由于前述高温气冷型冷气机安装在天车上所设的冷房，因此对于高温气冷型冷气机而言，其工作环境亦经常性地在热区与冷区之间变换，然而环境温度的经常改变，对于冷气机的运转效率是相当大的考验，特别是热区与冷区的极大温差时，对于运转效率的考验将更加严峻。
请参阅图7所示，为高温气冷型冷气机内部结构的示意图，其与一般冷气机的基本架构大致相同，包括一压缩机70、一蒸发器71、一膨胀阀72及一冷凝器73，该压缩机70、蒸发器71、膨胀阀72与冷凝器73之间分别以一冷媒管路701、702、703相互连接；此外，蒸发器71与冷凝器73在其相对位置上分别设有一蒸发器风扇710及一冷凝器风扇730，通过送风以提高蒸发器71与冷凝器73内部热交换的效率。此外，前述蒸发器71上设有一冷媒低压保护装置75，该冷凝器73的出口处则设有一冷媒高压保护装置76，其二者为冷气机内部的保护机制，当蒸发器71入口的压力过低或冷凝器73出口压力过高时，将分别启动该冷媒低压保护装置75、冷媒高压保护装置76而作出紧急停机处置，确保系统安全。但由于高温气冷型冷气机特殊的工作环境，在实际运用时，前述保护措施将有误动作之虞，主要原因来自于冷凝器73内部热交换量的骤变所造成。以实际的运作状况而言，当天车在热区停留作业时，热区温度可能高达70°C，其代表天车上安装的高温气冷型冷气机的工作环境温度亦为70°C，尽管冷气机的设计仍可满足冷却的要求，然而一旦天车与其上的高温气冷型冷气机快速地由热区移动至冷区，则冷房外的环境温度骤降，造成冷凝器73的冷却能力突然大增，而蒸发器71内的冷媒压力与冷房能力亦将出现骤变，请参阅图8、图9所示，其显示天车上的冷气机在67°C的热区运转时，其蒸发器71内的冷媒压力与冷房能力分别为O. 9kg/cm2-g及8343kcal/hr,当天车快速移往28°C的冷区时，其蒸发器71内的冷媒压力急骤下降至-O. 21kg/cm2-g，而冷房能力也从原来的8343kcal/hr下降至6497. 4kcal/hr，直到振荡流动结束才恢复至冷区工作的正常运转压力与冷房能力。一般而言，冷媒热交换器热量交换的骤变，会使热交换器管内的冷媒气液两相流空泡比(void fraction)及流量产生变化，出口流量将呈现冲击反应(Surge Phenomena),并造成振荡流动(如图10所示)，尤其在冷气机系统中，冷凝器73的冷却能力骤增时，冷凝器73出口的液态流量将突然减少，因而导致蒸发器71入口压力的降低，必须等到前述振荡流动结束后，冷气机内的各部元件才会提升至冷区工作的正常运转压力与流量。在冷气机的保护机制中，蒸发器71入口的压力突然降低，将会被判定为出现漏媒现象，进而启动冷媒低压保护装置75使系统跳机而停止运转，此种现象造成的结果，轻则降低了冷气机运转的效率，严重时将引发安全性问题。由上述可知，天车上所设的高温气冷型冷气机，因经常来回于温度悬殊的热区与冷区，当移动速度快速时，将造成冷媒热交换量的骤变，其可能造成保护措施的误动作而停机，以致影响冷气机的运转效率，甚至衍生安全性问题，故有进一步检讨，并谋求可行解决方案的必要。
发明内容
因此，本发明主要目的在于提供一种高温气冷型冷气机的运转控制方法，针对高温气冷型冷气机机外温度骤降时提供保护措施，使其冷媒热交换量的变化趋于缓和，以确保冷气机的运转效率及使用安全。为达成前述目的采取的主要技术手段令前述方法包括有 监测冷气机外的即时机外温度；判断即时机外温度在一单位时间内的温度变化率；当单位时间与温度变化率的比值高于一设定值时，即对冷凝器的风扇执行风量管制，令风扇降低其风量并运转一段时间后解除风量管制；利用前述方法，可因应高温气冷型冷气机外环境温度的改变，动态调整冷凝器内冷媒的热交换量，使冷媒热交交换量趋于缓和，藉以避免造成蒸发器内冷媒压力降低而误启动保护性停机，从而可确保运转效率与使用安全。前述对冷凝器风扇执行风量管制的技术手段系对该风扇的马达执行变频(降频)控制。前述对冷凝器风扇执行风量管制的技术手段系在该风扇与冷凝器之间设置风门，利用调整风门的开启程度以达调整(降低)风量的目的。前述方法进一步包括一冷媒低压保护暂时解除步骤，其持续监测蒸发器内的冷媒压力，在执行风量管制后，若该冷媒压力仍接近一设定值时，即暂时解除冷气机的冷媒低压保护停机措施，以维护运转效率。本发明又一目的在提供一种高温气冷型冷气机，其包括一压缩机、一蒸发器、一膨胀阀、一冷凝器及一运转控制装置，该压缩机、蒸发器、膨胀阀与冷凝器之间以冷媒管路相互连接；该蒸发器与冷凝器在其相对位置上分别设有一蒸发器风扇及一冷凝器风扇，又蒸发器的入口处设有一冷媒低压保护装置；又前述运转控制装置包括一温度感测模块，邻近于冷凝器风扇，用以侦测冷气机外的即时机外温度；—控制器模块，具有多个输入端及输出端，其中一输入端与前述温度感测模块连接，以取得即时机外温度资讯；控制器模块一输出端连结一风量管制手段；以前述高温气冷型冷气机可由温度感测模块检测其机外的环境温度，并在其变化率大于一设定值时，降低冷凝器风扇产生的风量，以此使冷凝器内冷媒的热交换量变化趋于缓和，以避免造成蒸发器内冷媒压力降低而误启动保护性停机，从而可确保运转效率与使用安全。 前述风量管制手段是指控制器模块与冷凝器风扇的马达连接，并以变频方式控制马达运转。前述风量管制手段是在冷凝器风扇与冷凝器之间设一风门，该风门启闭由控制器丰吴块控制。前述高温气冷型冷气机进一步包括有一压力感测模块，设于蒸发器上，用以检测蒸发器内的冷媒压力；控制器模块则以一输出端与蒸发器上的低压冷媒低压保护装置连接；当降低冷凝器风扇的风量后，蒸发器内的冷媒压力仍接近启动冷媒低压保护装置的设定值时，即由控制器模块延迟或暂时解除冷媒低压保护装置的保护功能，避免因冷凝器内热交换量变化仍大而误启动停机保护。
图I为本发明第一较佳实施例的系统架构示意图；图2为本发明第二较佳实施例的系统架构示意图；
图3为本发明一较佳实施例的工作流程图；图4为本发明又一较佳实施例的工作流程图；图5为本发明一实验曲线特性图；(冷房外温度骤降后对冷媒压力的影响)图6为本发明又一实验曲线特性图；(显示执行运转控制后对冷房能力的改善结果)图7为现有高温气冷型冷气机的系统架构示意图；图8为现有高温气冷型冷气机一实验曲线特性图；(冷房外温度骤降后对冷媒压力的影响)图9为现有高温气冷型冷气机又一实验曲线特性图；(显示冷房突然丧失原有能力的状态)图10为显示冷凝器内的振流动现象示意图。附图标记说明10_压缩机；101、102、103_冷媒管路；11-蒸发器；110-蒸发器风扇；12_膨胀阀；13_冷凝器；130_冷凝器风扇；15_冷媒低压保护装置；16_冷媒高压保护装置；17_风门；20_温度感测模块；21_温度检测器；22_信号转换器；30_压力感测模块；40_控制器模块；70_压缩机；701、702、703_冷媒管路；71_蒸发器；710_蒸发器风扇；72-膨胀阀；73-冷凝器；730-冷凝器风扇；75-冷媒低压保护装置；76-冷媒高压保护装置。
具体实施例方式关于本发明高温气冷型冷气机的基本架构，请参阅图I所示，其包括一压缩机10、一蒸发器11、一膨胀阀12及一冷凝器13，该压缩机10、蒸发器11、膨胀阀12与冷凝器13之间分别以一冷媒管路101 103相互连接；蒸发器11与冷凝器13在其相对位置上分别设有一蒸发器风扇110及一冷凝器风扇130 ;此外，前述蒸发器11上设有一冷媒低压保护装置15，该冷凝器13的出口处则设有一冷媒高压保护装置16。以上所述者为一般冷气机系统的基本架构，本发明主要系进一步设有一运转控制装置，该运转控制装置包括有一温度感测模块20，用以侦测冷气机外的即时机外温度；本实施例中，该温度感测模块20包括一温度检测器21及一信号转换器22，该温度检测器21设于冷凝器风扇130前，当冷凝器风扇130将机外空气抽入而对冷凝器13送风散热时，该温度检测器21遂可由冷凝器130送风时即时测得机外的温度，再通过信号转换器22转换成可辨识的信号后送出；—压力感测模块30，设于蒸发器11上，用以检测蒸发器11内的冷媒压力；一控制器模块40，具有多个输入端及输出端，各输入端分别与前述温度感测模块20的信号转换器22及压力感测模块30连接，此外，控制器模块40各输出端则分别与冷凝器风扇130的马达控制电路及冷媒低压保护装置15连接；其中，控制器模块40通过温度感测模块20取得即时机外温度资讯，另通过压力感测模块30取得蒸发器11内的冷媒压力值；在本实施例中，该控制器模块40采用变频方式控制冷凝器风扇130的马达控制电路，以调整风扇转速及送风量。以现有电源规格为例，马达控制电路在常态下若是令冷凝器风扇130以60Hz运转，若须改变其风量时，即在一短时间(如3秒)内降为低频，并以低频运转一段时间，然后再缓慢升频至60Hz。而改变冷凝器风扇130风量的技术手段，除了前述对冷凝器风扇130作变频(降
频)控制外，亦采用机构方式来达成，如图2所示，本发明的高温气冷型冷气机内在冷凝器风扇130与冷凝器13之间设有一可控制通过风量大小的风门17，该风门17则连结并受控于该控制器模块40，常态下，该风门17全开状态，当控制器模块40欲管制冷凝器风扇130的风量时，则驱动风门17适度关闭，使通过风门17的风量变小而达成管制风量的目的。由上述可知，本发明高温气冷型冷气机的系统架构，至于其运转控制装置的工作流程，请配合图3所示，并详如以下所述系统开机后，由控制器模块40通过温度感测模块20取得即时的机外温度(301)；判断机外即时温度在一单位时间At内温度变化AT的速率是否大于一设定值(302)，具体的判断标准是单位时间At与温度变化AT的比值(AT/At)是否大于设定值，假设该设定值为O. 5°C/秒，当AT/At>0.5°C/秒时即执行风量管制(303);所称的风量管制是减少冷凝器风扇130对冷凝器13的送风量，具体的技术手段系如前述将冷凝器风扇130降频运转或以风门17限制对冷凝器13的送风量。接着维持该低风量状态一段时间(304)；根据机外即时温度是否骤升以判断高温气冷型冷气机是否由冷区返回热区(305)，若否，则继续步骤(304)，若是，即立即解除该风量管制(306);解除风量管制的方式分为两种，若通过令冷凝器风扇130降频运转以减少风量时，则令频率缓缓回升至原始值(如60Hz);又若采取风门17管制送风量时，则令风门17重新开启。请参阅图4所示，为前述运转控制装置另一工作流程，其包括以下步骤系统开机后，由控制器模块40通过温度感测模块20取得即时的机外温度(401)；判断机外即时温度在一单位时间At内温度变化AT的速率是否大于一设定值(402)；若是，则分别解除冷媒低压保护装置15的低压保护(403)，并执行风量管制(404)；接着判断风量管制时间是否结束(405);若是，则判断蒸发器内冷媒压力是否过低(406)，若是，即延长解除低压保护(407)，并回到前一步骤，判断蒸发器内冷媒压力是否依然过低(406)，若蒸发器内冷媒压力恢复正常，则恢复冷媒低压保护装置15的低压保护功能(408)。
由上述流程可知，本发明另一工作流程系在机外即时温度变化速度大于设定值时，即同时解除冷媒低压保护，并启动风量管制，当风量管制结束后，再判断蒸发器内冷媒压力是否过低，如果冷媒压力持续过低，则延长解除冷媒低压保护，待冷凝器13内冷媒的振荡流动通过后，再恢复冷媒低压保护装置15的保护功能，由此在前述风量管制措施执行后仍无法克服蒸发器11内冷媒压力过低的问题时，暂时解除冷媒低压保护装置15的保护功能，以防止保护性跳机遭误启动，确保冷气机能正常运转。以下系高温气冷型冷气机采用前述运转控制方法的后的实际结果主要系令安装有前述高温气冷型冷气机的天车由67°C的热区快速移往28°C时，控制器模块40在3秒内将冷凝器风扇130降频至25Hz，并运转2分钟，而于10分钟内再缓缓升频至其60Hz，藉此使振荡流动缩小，而蒸发器11内的冷媒压力最低值被控制在
O.45kg/cm2-g(请参阅第五、六图所示)，而未低于冷区正常运转下，蒸发器11内冷媒的正常压力，如此一来，亦可解决冷房突然丧失原有能力的问题，并得维持或高于热区运转时所 具备的冷房能力。
权利要求
1.一种高温气冷型冷气机的运转控制方法，其特征在于，包括有 监测冷气机外的即时机外温度； 判断即时机外温度在一单位时间内的温度变化率； 当单位时间与温度变化率的比值高于一设定值时，即对冷凝器风扇执行风量管制，令风扇降低其风量并运转一段时间后解除风量管制。
2.如权利要求I所述的高温气冷型冷气机的运转控制方法，其特征在于，前述对冷凝器风扇执行风量管制的技术手段对该风扇的马达执行变频控制。
3.如权利要求I所述的高温气冷型冷气机的运转控制方法，其特征在于，前述对冷凝器风扇执行风量管制的技术手段在该风扇与冷凝器之间设置风门，利用调整风门的开启程度以调整风量。
4.如权利要求I至3中任一项所述的高温气冷型冷气机的运转控制方法，其特征在于，当单位时间与温度变化率的比值高于设定值而执行风量管制时，亦同时解除冷媒低压保护停机措施，并持续监测蒸发器内的冷媒压力，若风量管制结束后，冷媒压力仍接近一设定值时，即持续解除冷气机的冷媒低压保护停机措施，并监测蒸发器内的冷媒压力，直至冷媒压力恢复正常再恢复冷媒低压保护。
5.一种高温气冷型冷气机，其特征在于，包括一压缩机、一蒸发器、一膨胀阀、一冷凝器及一运转控制装置，该压缩机、蒸发器、膨胀阀与冷凝器之间以冷媒管路相互连接；该蒸发器与冷凝器在其相对位置上分别设有一蒸发器风扇及一冷凝器风扇，蒸发器的入口处设有一冷媒低压保护装置；该运转控制装置包括 一温度感测模块，邻近于冷凝器风扇，用以侦测冷气机外的即时机外温度； 一控制器模块，具有多个输入端及输出端，其一输入端与前述温度感测模块连接，以取得即时机外温度资讯；控制器模块输出端则与冷凝器风扇的马达连接；
6.如权利要求5所述的高温气冷型冷气机，其特征在于，控制器模块与冷凝器风扇的马达连接，并以变频方式控制马达运转。
7.如权利要求5所述的高温气冷型冷气机，其特征在于，在冷凝器风扇与冷凝器之间设有一风丨I，该风门启闭由控制器t旲块控制。
8.如权利要求5至7中任一项所述的高温气冷型冷气机，其特征在于，该高温气冷型冷气机进一步包括有一压力感测模块，该压力感测模块设于蒸发器上，并与控制器模块的输入端连接；控制器模块以一输出端与蒸发器上的低压冷媒低压保护装置连接。
9.如权利要求8所述的高温气冷型冷气机，其特征在于，该温度感测模块包括一温度检测器及一信号转换器，温度检测器设于冷凝器风扇与冷凝器之间，温度检测器输出端与信号转换器连接，该信号转换器与控制器模块连接。
全文摘要
本发明关于一种高温气冷型冷气机及其运转控制方法，主要取得并监测高温气冷型冷气机的即时机外温度，而在机外温度骤降时，即启动一保护措施以调节冷凝器的风扇风量，并使该风量维持一段时间后再缓慢回升；利用前述方法可使高温气冷型冷气机由一热区快速移至一冷区时，其冷凝器内部的热交换量得缓和变化，以避免蒸发器压力骤降所造成的保护性停机，藉此维护高温气冷型冷气机的运转效率及确保使用安全。
文档编号F24F11/02GK102865645SQ20111019069
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者伍复宗, 陈信旭, 沈明兴, 陈信杰 申请人:中国钢铁股份有限公司