专利名称：具有自由冷却泵起动程序的空调系统和方法
具有自由冷却泵起动程序的空调系统和方法
技术领域：
本/>开涉及空调系统。更具体地说，本7>开涉及用于控制具
有自由冷却^^式和冷却^t式的空调系统的方法和系统。
背景技术：
在空调系统的典型操作期间，系统是运行在冷却才莫式，其中能源被运行压缩机而消耗。压缩机用已知的方式压缩制冷剂并使制冷剂流通以冷却或调节(chill or condition )工作流体，工作流体如空气或其^f也二)欠^f盾环;危体(secondary loop fluid, ^口,令ip7jc或乙二醇)。^皮i周节的工作流体然后能被用在水箱、冰拒、建筑、汽车、以及具有气候控制环境的其他场所。然而，当外部环境温度低时，就存在可以用外部环境空气本身来提供对工作流体的冷却而不需要用到压缩机的可能性。当外部空气被空调系统用来调节工作流体时，该系统-皮称为工作在自由冷却才莫式。如上所述，传统上，即使在外部环境空气温度低时，空调系统也运行在冷却模式。在这种情况下运行在冷却模式造成了调节工作流体的低效率手段。相比之下，在这种情况下使空调系统运行在自由的冷却沖莫式则更为有效。在自由冷却模式中， 一个或多个通风换热器和泵被激活，从而由泵使制冷剂流通并且制冷剂被外部环境空气冷却。在这种方式下，制冷剂被外部环境空气冷却，能被用于冷却工作流体，而不需要低效率的压缩才几。因此，已由本公开确定，需要提高具有自由冷却模式的空调系统的效率的方法和系统。
发明内容提供空调系统和控制的方法，其包括用于至少根据穿越泵的
5
提供一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调系统被提供。该系统包括制冷回路、两个压力传感器、控制器、和驻留于控制器的泵开始程序。该制冷回路包括压缩机和泵。第一压力传感器处于泵的入口，而第二压力传感器处于泵的出口。该控制器选择性地凭借压缩机通过将制冷剂流通和压缩经过制冷回路工作在冷却;f莫式，或凭借泵通过将所述制冷剂流通经过制冷回路工作在自由冷却模式。泵开始程序至少根据由控制器从被压力传感器检测到的压力确定的压差使自由冷却制冷剂泵在打开状态和关闭状态之间循环。也提供一种控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调系统的方法也净皮提供。该方法包括将空调系统切换到自由冷却才莫式；启动泵开始程序以使制冷剂泵在打开状态和关闭状态之间循环；及泵开始程序完成后将空调系统保持在自由冷却模式。从以下的详细说明、附图、以及所附的4又利要求，熟悉该技术的人员将体会和理解本公开的上述及其他特点和优点。
图l是根据本公开在冷却模式的空调系统的示范的实施方案；
图2是根据本公开在自由冷却模式的空调系统的示范的实施
方案；图3说明操作根据本公开图1和2的空调系统的方法的示范的实施方案；及图4是说明图3的泵开始程序的图表。
具体实施方式现在参考附图，特别是图1和2，根据本公开空气调节系统("系统"， 一般由参考标号IO指示)的示范的实施方案被示出。系统IO被配置为工作在冷却模式12 (图1)和自由冷却模式14 (图2)。系统10包括用于选择地在冷却和自由冷却模式12、 14之间切换的控制器16。优越之处在于，控制器16包括驻留其上的泵开始程序18，泵开始程序18在启动自由冷却;漠式14期间监测系统10内的压力，
6以减轻泵气蚀(pump cavitation)的情况。在这种方式下，当对比于先前技术时，系统10在自由冷却模式14的启动期间提高泵的可靠性。系统IO还包括制冷回路20，其中包括冷凝器22、泵24、膨胀装置26、蒸发器28、和压缩机30。控制器16 ^皮配置为选4奪性地控制压缩机30 (当在冷却才莫式12时)或者泵24 (当在自由冷却^t式14时)以使制冷剂通过系统IO在流动方向(D)流通。因此，在冷却才莫式12时，系统10控制压缩机30压缩和使制冷剂在流动方向30流通。然而，在自由冷却才莫式14时，系统IO控制泵24以^使制冷剂在流动方向30流通。如此，自由冷却模式14比冷却模式12使用更少的能量，因为自由冷却模式不需要被压缩机30消耗能量。系统10包括压缩机旁路回路32和泵旁3各回路34。压缩机旁路回路32由第一止回阀36-1和由控制器16控制的三通阀36-2所控制。泵旁路回路34包括第二止回阀36-3。在这种方式下，控制器16能根据需要有选择地定位阀36-2以选择性地打开和关闭压缩机旁路回路32。在冷却才莫式12，控制器16控制阀36-3/人而使压缩机旁路回路32 #皮关闭，而泵旁路回路34由通过第二止回阀36-3的制冷剂流净皮自然地打开。在这种方式下，系统10通过流经泵旁路回路34被配置为允许压缩才几30压缩和-使制冷剂30在流动方向30流通。相比之下，当在自由冷却模式14时，控制器16控制阀36-2从而使压缩机旁路回路32是开放的。在这种方式下，系统10通过流经压缩机旁路回路32 ;陂配置为允许泵24驱使制冷剂在流动方向30流通。泵24 —启动，由泵在回路20中引起的压力就关闭止回阀36-3，其关闭旁路回3各34，也关闭止回阀36-2防止制冷剂回流进入压缩才几30。因此，系统10既能在冷却才莫式12也能在自由冷却才莫式14下在与蒸发器28相联系的热交换中调节(如，冷却和/或除湿)工作流体38。工作流体38可以是室内环境空气或二次循环流体，例如但不仅限于冷冻水(chilled water)或乙二醇。在冷却;f莫式12，系统10作为本领域所熟悉的标准的蒸汽压缩空调系统工作，其中经由膨胀装置26的制冷剂的压缩和膨胀被用于调节工作流体38。膨胀装置26可以是任何已知的膨胀装置，例如但不仅限于，固定膨胀装置(例如，喷嘴(orifice))或可控的膨胀装置(如热
7力膨胀阀)。在举例中，其中膨胀装置26是可控的膨胀装置，该膨胀装 置最好由控制器16控制。在自由冷却沖莫式14,系统IO使用利用外部环境空气40的热 去除能力，这是在凭借一个或更多的风扇42在与冷凝器22的热交换关系 中来调节工作流体38的。已由本公开确定，离开冷凝器22的制冷剂能够处于几个不 同状态(即气相、液气相(liquid-gas phase )或液相)之一。当控制器 16将系统10切换到自由冷却模式14时，泵24被供应不同状态的制冷剂， 直到系统在整个回路中达到平衡状态。在整个回路中达到平衡状态的时间 取决于系统10的各个方面。在许多系统10中，平衡状态能在控制器16 启动自由冷却模式14后在自1至3分钟之间内达到。在控制器16启动自由冷却才莫式14后，并在系统10花费时 间达到平衡的期间内，泵24被供应不同状态的制冷剂。不幸的是，当泵 24:f皮供应气或液气相的制冷剂时，泵不能理想地工作。此外，气相和/或 液气相的制冷剂能导致泵24气蚀，它能损坏泵和/或泵用马达(未显示)。关闭泵24将停止来自这种气蚀的潜在损害，但是也会导致 系统IO从冷却模式12容易地切换到自由冷却模式14的能力的阻滞。优 势在于，控制器16包括泵开始程序18，泵开始程序18在从冷却模式12 切换到自由冷却模式14后的时间期限内选择性地使泵24在"打开"状态 和"关闭，，状态之间循环。因此，控制器16操作泵24,在泵开始程序18 期间，以这种方式来建立泵抽的液体吸入和排出气体。系统10包括与控制器16电联系的第一压力传感器44和第 二压力传感器46。第一压力传感器44#1安置在泵24的入口 48-1，而第 二压力传感器46被安置在泵的出口 48-2。控制器16使用由第一和第二 传感器44、 46测量出来的压力，以实时确定泵的压差。此外，控制器16 在泵开始程序18期间根据泵压差使泵24在打开和关闭状态之间循环。泵开始程序18的运作在参考图3的情况下被更详细地说明。 图3阐明控制具有泵开始程序18的系统10的方法50的示范的实施方案，
也是根据本公开的泵开始程序的示范的实施方案。当系统10运行在冷却模式12时，方法50包括第一自由冷 却判断步骤52。在第一自由冷却判断步骤52期间，方法50判断是否环
8境空气的温度40足以使系统10切换到自由冷却模式14。如果自由冷却 是可获得的，方法50在自由冷却切换步骤54将系统10切换到自由冷却 模式14。如果自由冷却是不可获得的，方法50继续在冷却模式12下运 行系统10。应当指出，方法50在此是由当系统IO运行在冷却才莫式12 时在使用中的例子来进行描述。当然，由本^Hf可以预期当系统IO停止 时，对于方法50来找到等同的用法，以致在系统IO从停止状态进入自由 冷却模式14的启动期间泵开始程序18避免泵的气蚀。在自由冷却切换步骤54之后，方法50包括泵启动步骤56， 其中方法50启动泵开始程序18。泵开始程序18包括计数器复位步骤58。 计数器复位步骤58设置第一计数器的Cl、第二计数器C2、及泵状态 (pump —state)至零(0 )。该泵状态是个二进制的状态，其中在状态零 (0)时泵24是未准备好的(defusing)，而在状态一 (1)时泵是待命 的。泵开始程序18还包括第一泵循环步骤60。第一泵循环步骤 60将泵24切换到"打开"状态保持第一预定时间期限。在所示实施方案 中，第一预定时间期限被设定在十(10)秒。然而，如有必要，可以设想 将第 一预定时间期限设定为任何更长或更短的时间期限。当由第一泵循环步骤60将泵24循环到"打开"状态，控制 器16在比较步骤62期间不断地比较泵压差(DP)与预定的压差阈值 (DP-threshold)。如在此所使用，泵压差(DP )是由笫一和第二传感器 44、 46测量出来的压力之差。如果在第一比较步骤62中DP大于DP-threshold,则程序 18使泵24在"打开"状态保持第二预定时间期限64-1。在所示实施方案 中，第二预定时间期限64-:M皮i殳置为四(4)秒。然而，如有必要，可以 设想把第二预定时间期限设置为任何更长或更短的时间期限。在第二预定时间期限64-l后，程序18包括第一计数器递增 步骤66。第一计数器递增步骤66将第一计数器Cl和第二计数器C2的每 一个增加一 (1 )单位。如果在第二比较步骤68中第二计数器C2大于第二负荷常数 (L2),则程序18将泵状态设置为一 (1)并退出程序18以运行在自由
9冷却才莫式步骤70，从而使系统IO工作在自由冷却才莫式14。第二负荷常数L2 M于系统10的大小的。此外，第二负荷 常数L2小于第一负荷常数(L1 )，笫一负荷常数也M于系统10的大小 的。第一和第二负荷常数L1和L2是基于泵24的各种变量的。如果在第二比较步骤68中第二计数器C2小于或等于第二负 荷常数(L2)，则程序18返回第一泵循环步骤60并重复该程序。然而，如果在第一比较步骤62中DP等于或小于 DP-threshold，则程序18将泵24切换到"关闭"状态保持第二预定时间 期限64-2。在所示的实施方案中，第二预定时间期限64-2也^皮设置在四 (4)秒。应当承认，第二预定时间期限64-1和64-2只是以举例方式 被设定在四(4 )秒。当然，根据本公开可以设想将第二预定时间期限64-1 和64-2设置为多于或少于四(4)秒。此外，既用于泵24的"打开"状 态(即64-1 )又用于泵24的"关闭，，状态(即64-2 )的第二期预定时间 期限是以彼此相等的举例方式被说明的。然而，也可以设想将第二期预定 时间期限64-1和64-2 -波设成彼此相同或不同。在第二预定时间期限64-2之后，程序18包括第二计数器递 增步骤72。第二计数器递增步骤72将第一计数器Cl增加一 (1 )单位， 但是将第二计数器C2设置为零(0)。如果在第三比较步骤74中第一计数器C1大于第一负荷常数 (Ll),则程序18把泵状态设置为零(0)并从程序18退出以运行在自 由冷却才莫式步骤70，如此以致使系统10工作在自由冷却才莫式14。如果在第三比较步骤74中第一计数器Cl小于或等于第一负 荷常数(L1),则程序18返回第一泵循环步骤60并重复该程序。在这种方式下，程序18;波配置为使泵24循环打开和关闭， 直到制冷剂在系统IO里达到平衡状态。在平衡状态下，在系统10中的制 冷剂主要是以液相^皮提供给泵24。还应当指出的是，在泵开始程序18期间，方法50使系统10 工作，从而控制器16关闭压缩机30并打开压缩机旁路32。 一旦泵24已 经启动，在回路20中由泵引起的压力自动关闭在泵旁路34上的止回阀 36-3和在压缩才几30上的止回阀36-1。
10
当完成泵开始程序18后，方法50在自由冷却步骤70使系 统10工作在自由冷却^^式14，泵24在该处被维持在"打开"状态。当工作在自由冷却才莫式14，在一些实施方案中，方法50可 包括第二自由冷却判断步骤76。在第二自由冷却判断步骤76期间，方法 50判断是否环境空气的温度40足以使系统IO保持在自由冷却模式14。 如果自由冷却是可获得的，方法50保持系统10在自由冷却;^莫式14。如 果自由冷却是不可获得的，方法50在冷却切换步骤78将系统10切换到 冷却模式12。图4是说明在泵开始程序18之前、期间、及之后穿越泵24 的压差的图表。在所示的实施方案中，预定压差阈值(PD-threshold)祐L 设置在35千帕斯卡(kPa),第一负荷常数(Ll )被设置在20,第二负 荷常数(L2)被设置在4。但是，应该认识到，本公开不局限于预定压差 阈值、第一负荷常数(Ll)或笫二负荷常数(L2)的本示范的实施方案。从时间零(0)开始，系统10在步骤52已判断可获得足够 的自由冷却能力，并在步骤54切换到自由冷却模式14，因此图4始于方 法50的步骤56。如同所示，程序18在第一泵循环步骤60将泵24切换到"打 开"状态保持约十(10)秒。然后，程序18处理使泵24在"打开"和"关 闭"状态之间循环如上所述的第一和第二预定时间期限60、 64-1、 64-2。 一旦程序18判断泵24符合条件，方法50移至运行在自由冷却模式步骤 70并使系统10工作在自由冷却模式14。因此，具有泵开始程序18的本公开的系统10和方法50能 被用于从冷却模式12容易地切换到自由冷却模式14，同时减轻泵24在
统IO和方法50防止由于泵的气蚀引起的对泵24的损害。应当注意的是，术语"第一"、"第二"、"第三"、"较 高的"、"较低的"等可在此被用于中修饰各种元素。除非特别声明，这 些修饰语对被修饰元素并不意味着的空间、次序、或等级。虽然本公开已参考一个或多个示范的实施方案被描述，这将 被本领域的技术人员理解，可能作出各种变化和可能用等同物来取代其中 元素，而都没有离开本公开的范围。此外，按照该公开的教示而不背离其
ii范围可能作出许多修改，以适应某一特定情况或材料。因此，其意图是， 本公开不被局限于作为设想的最佳模式披露的特定实施方案，而在于该公 开将包括落入附加的权利要求的范围内的所有实施方案。
权利要求
1.一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调系统，其包括制冷回路，其具有压缩机和泵；第一压力传感器，其位于所述泵的进口；第二压力传感器，其位于所述泵的出口；控制器，用于选择性地由所述压缩机将制冷剂流通和压缩通过所述制冷回路而运行于所述冷却模式，或由所述泵将所述制冷剂通过所述制冷回路而运行于所述自由冷却模式；及泵开始程序，其驻留在所述控制器，所述泵开始程序至少根据压差使所述泵在打开和关闭状态之间循环，所述压差由所述控制器从由所述第一和第二压力传感器检测出的压力来确定。
2. 如权利要求1所述的空调系统，其中当所述控制器从所述空调系 统的停止状态切换到所述自由冷却模式时，所述泵开始程序使所述泵在所 述打开和关闭状态之间循环。
3. 如权利要求1所述的空调系统，其中当所述控制器从所述冷却模 式切换到所述自由冷却模式时，所述泵开始程序使所述泵在所述打开和关 闭状态之间循环。
4. 如权利要求1所述的空调系统，其中所述泵开始程序至少根据所 述压差与预定压差阈值的比较使所述泵在所述打开和关闭状态之间循环。
5. 如权利要求1所述的空调系统，其中所述制冷回路进一步包括与 所述制冷剂和工作流体热交换联系的蒸发器。其中所述工作流体包括室内环境其中所述工作流体包括二次循环 其中所述制冷回路进一 步包括膨 其中所述膨胀装置是固定的膨胀 其中所述膨胀装置是可控的膨胀
6. 如权利要求5所述的空调系统， 空气。
7. 如权利要求5所述的空调系统， 流体。
8. 如权利要求1所述的空调系统， 胀装置。
9. 如权利要求8所述的空调系统， 装置。
10. 如权利要求8所述的空调系统，装置。
11. 如权利要求10所述的空调系统，其中所述可控的膨胀装置是由所述控制器控制。
12. —种控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调系统的方法，所述方法包括步骤切换所述空调系统到所述自由冷却模式；启动泵开始程序，以使冷却剂泵在打开状态和关闭状态之间循环；及在完成所述泵开始程序后使所述空调系统保持在自由冷却模式。
13. 如权利要求12所述的方法，其中启动所述泵开始程序包括根据穿越所述泵的压差与阈压的比较使所述制冷剂泵在所述打开和关闭状态之间循环。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述循环步骤包括使所述制冷剂泵循环至所述打开状态保持第一预定时间；如果所述压差大于所述阈压，使所述制冷剂泵在所述打开状态保持第二预定时间；及如果所述压差小于所述阈压，使所述制冷剂泵循环至所述关闭状态保持第二预定时间。
15. 如权利要求14所述的方法，其中如果所述压差大于所述阈压的所述第二预定时间等于如果所述压差小于所述阈压的所述第二预定时间。
16. 如权利要求14所述的方法，其中所述启动所述泵开始程序包括将第一计数器C1、第二计数器C2及泵状态设置为零状态。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述泵状态是二进制状态，该状态。
18. 如权利要求16所述的方法，其中，如果所述压差大于所述阈压，所述循环步骤进一步包括索引所述第一计数器C1 一个单位；索引所述第二计数器C2 —个单位；比较所述第二计数器C2与第二负荷常数L2;如果所述第二计数器C2小于所述第二负荷常数L2，重复所述循环步骤；和如果所述第二计数器C2大于所述第二负荷常数L2，完成所述泵开始程序，以使所述空调系统;故保持在所述自由冷却才莫式。
19. 如权利要求16所述的方法，其中，如果所述压差小于所述阁压，所述循环步骤进一步包括索引所述第 一计数器Cl 一个单位；设置所述第二计数器C2为零；比较所述第一计数器Cl与第一负荷常数L1;如果所述笫一计数器C1小于所述第一负荷常数L1，重复所述循环步骤；和如果所述第一计数器C1大于所述第一负荷常数Ll,完成所述泵开始程序，以使所述空调系统被保持在所述自由冷却模式。
20. 如权利要求12所述的方法，其中所述切换空调系统到自由冷却模式的步骤包括从所述冷却模式或从所述空调系统的停止状态切换到所述自由冷却模式。
全文摘要
提供了一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调系统。该系统包括制冷回路、两个压力传感器、控制器及驻留在控制器的泵开始程序。制冷回路包括压缩机和泵。第一压力传感器处于泵的进口，而第二压力传感器处于泵的出口。控制器选择性地凭借压缩机通过将制冷剂流通和压缩经过所述制冷回路工作在冷却模式，或凭借泵通过将所述制冷剂流通经过所述制冷回路工作在自由冷却模式。泵开始程序至少根据由控制器从被压力传感器检测出的压力确定的压差使所述泵在打开和关闭状态之间循环。
文档编号F25B41/00GK101688713SQ200680056912
公开日2010年3月31日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者J·古, J·谢塞, P·德佩奇 申请人:开利公司