专利名称：制冷剂充注量损失和膨胀阀故障的检测的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及空调和制冷系统。本发明尤其涉及空调或制冷系统中的制冷剂充注量损失的检测。此外，本发明还可用于识别膨胀阀的故障。
背景技术：
空调和制冷系统要求系统需含有一定的制冷剂充注量，以便例如获得建筑物内所需的制冷量。如果制冷剂充注量降低至低于某个水平时，则会损坏系统的部件，例如，压缩机。
造成制冷剂充注量不足的典型原因包括在工厂制造或在室外安装的过程中充注量不足，或者通过损坏的部件或松动的连接造成的泄漏。
为了避免中断系统运行，及早的检测出制冷剂充注量的损失是有必要的。特别是在高环境温度的条件下，在全负荷运行时足够的冷量对于末端用户是非常重要的。尽可能早地诊断出膨胀阀故障以避免系统部件的损坏也是明智且关键的。
尽管已经提出了检测制冷剂充注量损失的方案，但是这些方案不是普遍可行的。而且，公知的方法不能尽早提供足够的指示或不够可靠，因为它们经常会被误认为是一些其它系统故障，例如蒸发器气流堵塞，压缩机损坏或分流器的堵塞。运用公知的技术来试图区分上述的故障模式需要彻底的故障诊断。此外，制冷剂充注量损失造成的其它结果，诸如低吸入压力(即因低压开关跳闸)的检测，通常在过程中出现的比较晚，并且运用上述的方法可能不能防止压缩机的损坏。
此外，对制冷剂充注量检测的需要随着使用例如R410A和R744的高压制冷剂的系统的问世变得更为急迫。使用这些制冷剂的系统更容易泄漏。
而且，在制冷剂系统中膨胀阀也会出现故障(例如，由于污染)。这接着会导致不正确的系统运行和其它部件的损坏。此类问题的及时检测对防止大范围的损坏和减少维修是非常有用的。
发明内容
本发明提供了一种系统中制冷剂充注量损失或膨胀阀故障的独特的早期检测。所披露的技术对于防止压缩机损坏和避免关机的延长和昂贵的维修都是很有用的。
本发明利用关于制冷剂系统中的过热值的信息来检测系统中制冷剂的充注量。
一种方法包括确定制冷剂系统中制冷剂过热值。通过确定测定的过热值与预期的过热值之间的差值并将该差值与选定的门限相比较，从而可检测出制冷剂充注量损失。
一种示意性的方法包括基于实际运行的蒸汽温度和饱和蒸汽温度来确定过热值。饱和蒸汽温度和实际运行的蒸汽温度的差值就是过热值。
在一个实施例中，所述的方法包括确定压缩机与蒸发器盘管之间制冷剂的过热值。在另一个实施例中，制冷剂系统包括经济器热交换器和蒸发器热交换器。在这个实施例中，所述的方法包括确定压缩机和蒸发器盘管之间或者压缩机和经济器热交换器之间的制冷剂过热值。
在另一个实施例中，确定排出压缩机的制冷剂的排气温度来证实已确定的过热值。借助过热值与排气温度之间公知的关系可提供确认过热信息的能力，并且因此，可确定该系统中是否发生了制冷剂充注量损失。相似的步骤和技术对于确认膨胀阀的故障也是很有用的。
对于本技术领域的技术人员来说，通过下面对于优选实施例的详细描述，本发明不同的特征和优点将会变得很明显。伴随详细描述的附图如下所述。
附图1用示意图描述了根据本发明实施例设计的制冷剂系统。
附图2用示意图描述了根据本发明另一个实施例设计的另一个制冷剂系统。
具体实施例方式
附图1示意地表示制冷剂系统20，该制冷剂系统可以用于作为空气调节或制冷剂系统。在冷却模式下，压缩机22将低压的制冷剂导入吸入口24中，并把压缩后的气体从排出口26导入管道28中。高温、压缩后的气体通过管道28流入冷凝器30，在冷凝器内气体散热，并且通常如大家所知冷凝成液态。液态制冷剂流经管道32进入膨胀装置34。
膨胀装置34以公知的方式运行，使液态制冷剂膨胀并作为低温低压的制冷剂流入管道36。该制冷剂接着流经蒸发器38，在蒸发器38中制冷剂从流过蒸发器盘管的空气中吸热。随后，冷空气如公知的那样冷却所需空间。排出蒸发器38的制冷剂，流经管道40进入压缩机22的吸入口24，在那里循环继续进行。在一个实施例中，系统20也可以被用作为热泵，在那里如公知的那样与刚才所述的流动正好相反。一些实施例的系统可如公知的那样在双模式下运行和被利用。
在附图1的实施例中，感应器42、44和46将关于系统20内的过热值信息提供给控制器50，这样，控制器50就能够确定出系统中制冷剂量。过热量被膨胀阀34设定为一个常数值(或接近常数值)。当充注量损失发生时，膨胀阀完全打开使更多的制冷剂流入以补偿充注量损失。当制冷剂流失过多时，膨胀阀不能再进一步打开来维持所需的过热。如果能检测出这类情形的出现，则可以在压缩机/系统大范围损坏前采取适当正确的操作来解决问题。
附图1的实施例包括温度感应器42，例如公知的传感器，和压力感应器44，例如公知的传感器，这些传感器位于蒸发器38和压缩机22的吸入口24之间的管道40内或蒸发器盘管38内。因此，控制器50接收系统低压侧关于制冷剂温度和压力的信息，并且更特别地，是正进入压缩机22或正离开蒸发器盘管38或在它们两个位置之间任何位置的制冷剂。
控制器50通过将实际运行的蒸汽温度减去饱和蒸汽温度来确定过热量，该实际运行的蒸汽温度一般是指位于压缩机的入口和蒸发器热交换器的出口之间管路内确定的制冷剂温度。图1中的实际运行的蒸汽温度通过放在蒸发器热交换器38下游的温度感应器42传给控制器50。在这个实施例中，饱和蒸汽温度是由放在蒸发器热交换器内的温度感应器46来确定的，而不是用压力感应器44，在一个实施例中，温度感应器优选地放在蒸发器盘管的中部。
制冷剂系统一般在一个或多个可接受的过热水平范围内运行。在这个实施例中，控制器50被编程来确定在已确定的过热(例如以饱和蒸汽温度和实际运行的蒸汽温度之间的差值为基础)和预定的过热水平之间的差值。当差值超过所选定的门限时，控制器50确定出系统内的制冷剂量过低。
在另一个实施例中，控制器超时检测过热程度来确定过热值的变化。在这个具体实施例中，控制器50用公知的或已预测的温度模式并且能够确定何时过热值开始增大，该增大是由于膨胀装置34不能进一步打开以维持所需的过热水平引起。实施例中的方法能够提供低制冷量的早期指示，这样可采取适当正确的行动来避免压缩机和系统任何潜在的损坏。
附图2描述制冷剂系统20’的另一个实施例。制冷剂系统20’包括确定系统内过热水平的控制器50，用于检测系统中的制冷剂充注量损失。这个实施例系统的运行和附图1实施例的运行相似，其在冷凝器30下游和膨胀装置34上游附加有经济器热交换器60。经济器热交换器一般是公知的。在这个实施例中，主要的制冷剂在流过冷凝器30后流过经济器热交换器60和管道32。另一管道62包括膨胀装置64，并与经济器热交换器60相结合。在制冷剂到达膨胀装置34之前，流经管道62和经济器热交换器的制冷剂有效地吸收流经主要管道32的制冷剂热量。因此，经济器热交换器60在主制冷剂流到达膨胀装置34之前进一步将其冷却。
管道66在某个中间压力下带着制冷剂从经济器热交换器60流到压缩机22的另一个经济器入口68处。在这个实施例中，压力感应器72和温度感应器74与管道66结合来给控制器50提供关于进入压缩机经济器入口68的制冷剂压力和温度的信息。
在经济器热交换器60和压缩机22的经济器入口68之间部分的制冷剂过热值是用感应器70、72和74来确定的，它们的应用方式同附图1中本发明的具体实施例中所应用的感应器42、44和46的方式相似。
如附图1的实施例，控制器50确定系统20’内的过热值并且将该过热值与预定的过热值相比较。当确定的过热值与预定的过热值之间的差值超过了选定的门限时，控制器50就确定出系统中的制冷剂量过低。
通过这些描述，本领域的技术人员将能确定出如何对于特别的系统设计和该系统中使用的特别的制冷剂选择合适的门限。
本发明的方案不仅能对潜在的制冷剂量减少提供指示，而且也能够确定膨胀装置34或64是否出现故障。如上所述，当过热已增加至超过预定值时，这就指示膨胀装置不能再进一步的打开以维持期望的过热水平。有可能在某些环境下，是膨胀装置34或64出现了故障并且不能开得足够宽来适应所需的情况。因此，控制器作出的判断提供了对潜在的膨胀装置故障的指示。
当控制器50确定出过热值超出期望的范围时，在一个实施例中，控制器在显示屏上提供了可视指示。在另一个实施例中，控制器提供了关于制冷量过低判断的可听见的警报或可听见的信号。
在另一个实施例中，控制器50自动关闭系统并提供关于关闭系统理由的指示。
在附图1和图2的实施例中，控制器50可通过确定与压缩机22相关的排气温度来附加检查系统中的制冷剂量。当系统正确运行时，期望的排气温度例如可以基于感应器42、44、72和74给出的信息以及排气压力感应器76给出信息来确定，前面给出的信息是关于进入压缩机的制冷剂压力和温度的信息。压缩机排气温度也可以由使用公知技术的控制器50来确定。压缩机的排气温度是进入压缩机的压力和温度以及压缩机排气压力的函数。如果进入压缩机的蒸汽温度超过了预设的过热值，将会导致排气温度的增加超过期望值，该值是指如果进入的过热在预设范围内的期望值。因此，确定排气温度的期望值和实际值之间的差值来证实由控制器50确定的过热信息。
值得注意的是以上的描述可用于多蒸发器热交换器的情况、多经济器热交换器的情况或同时具备上述两种的情况。在这样的情况下，可以独立地分析每个蒸发器和经济器热交换器部分的制冷剂过热，以确定是制冷剂充注量损失还是膨胀装置故障。
以上的描述实质上是示例性的而不是限制性的。对于本领域的技术人员来说，对公开实施例的变化和改型会变得很明显，而不会脱离本发明的本质。只有通过研究后面的权利要求才能确定本发明的法定保护范围。
权利要求
1.一种用于确定制冷剂系统中的制冷剂充注量损失的方法，其包括自动地确定过热值；和确定该已确定的过热值和期望的过热值之间的差值是否超过选定的门限。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括通过以下方式来确定过热值，即，确定实际运行的蒸汽温度、饱和蒸汽温度，并且确定该饱和温度和该运行温度之间的差值作为过热值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该制冷剂系统包括压缩机和至少一个蒸发器热交换器，并且包括通过确定压缩机和所述至少一个蒸发器热交换器之间的制冷剂温度来确定该实际运行的蒸汽温度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该制冷剂系统包括经济器热交换器，并且包括通过确定该压缩机与至少一个经济器热交换器或至少一个蒸发器热交换器之间的制冷剂温度来确定该实际运行的蒸汽温度。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该制冷剂系统包括至少一个蒸发器热交换器，并且该方法包括通过确定该至少一个蒸发器热交换器内的蒸汽温度来确定该饱和蒸汽温度。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该制冷剂系统包括经济器热交换器，并且该方法包括通过确定至少一个经济器热交换器或至少一个蒸发器热交换器内的蒸汽温度来确定该饱和蒸汽温度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括当该确定的差值超过选定的门限时，确定该制冷剂量低于期望值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该制冷剂系统包括压缩机，并且该方法包括确定排出该压缩机的制冷剂的排气温度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括利用该已确定的排气温度来作为已确定的过热值的确认。
10.一种制冷剂系统，其包括控制器，该控制器用来确定该系统中的过热值并且确定该已确定的过热值和期望的过热值之间的差值是否超过选定的门限。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，当该确定的差值超过选定的门限时，控制器确定制冷剂量低于期望值。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，该控制器通过以下方式来确定过热值，即，确定实际运行的蒸汽温度、饱和蒸汽温度并且将该饱和温度与该实际运行温度之间的差值作为过热值指示。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，包括压缩机和至少一个蒸发器热交换器，并且该控制器通过确定该压缩机和所述至少一个蒸发器热交换器之间的制冷剂温度来确定该实际的蒸汽温度。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，包括经济器热交换器，并且该控制器确定进入该压缩机、至少一个经济器热交换器或所述至少一个蒸发器热交换器的制冷剂的该实际运行的蒸汽温度。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该控制器确定排出该压缩机的制冷剂的排气温度。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，该控制器使用该已确定的排气温度作为该已确定的过热值的证实，该已确定的过热值基于该过热值和该排气温度之间预期的关系。
17.如权利要求13所述的系统，其特征在于，该控制器确定排出压缩机的制冷剂的排气温度。
18.如权利要求12所述的系统，其特征在于，包括经济器热交换器和至少一个蒸发器热交换器，并且该控制器通过确定至少一个经济器热交换器或所述至少一个蒸发器热交换器内的蒸汽温度来确定该饱和蒸汽温度。
19.如权利要求12所述的系统，其特征在于，包括至少一个蒸发器热交换器，并且所述控制器通过确定至少一个蒸发器热交换器内的蒸汽温度来确定该饱和蒸汽温度。
20.一种检测在制冷剂系统中的膨胀阀故障的方法，包括自动地确定过热值；和确定该已确定的过热值与期望的过热值之间的差值是否超出选定的门限。
全文摘要
在制冷剂系统中，将实际的过热值与预期的过热水平相比较。如果实际的过热值超过某个预定的值时，这就意味着制冷剂充注量损失或膨胀装置故障。在一个实施例中，过热值是通过比较饱和蒸汽温度与实际运行蒸汽温度的差值来确定的。可在蒸发器出口、经济器热交换器出口或压缩机排出口附近确定该过热。
文档编号F25B5/00GK1890517SQ200480036577
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月9日 优先权日2003年12月10日
发明者A·利夫森, M·F·塔拉斯, T·J·多布梅尔 申请人:开利公司