控制制冷机和冷冻机单元以减少能量消耗的系统和方法与流程

本申请总体涉及制冷机和冷冻机单元，并且更具体地涉及一种减少能量消耗量的用于控制制冷机或冷冻机单元的至少一个风机、热源和/或除霜周期的控制系统。

背景技术：

制冷机用于许多环境中，诸如商业环境或家庭环境。通常，制冷机用于通过提供食物产品可储存在其中的冷却环境而储存和维持食物产品。制冷系统通常包括食物产品放置于其中的冷藏柜和用于冷却冷藏柜中的空气和产品的制冷组件。制冷组件通常包括蒸发器组件和冷凝器组件，其分别形成制冷剂环路或回路的一部分。制冷剂用于将热量从冷藏柜内的空气传送至围绕冷藏柜的周围环境。制冷剂在蒸发器组件中吸收热量，然后在冷凝器组件中放出吸收的热量。

制冷机还可包括位于门内以及门框周围的热源，以基本上防止由于湿润或富含水分的周围空气而形成冷凝。如果制冷机包括玻璃门，那么热源还可放置于玻璃门内以防止冷凝阻碍通过玻璃板进行查看。此外，有时霜或冷凝物可积聚于蒸发器组件的蒸发器盘管上，这降低了制冷组件的效率。除霜周期通常用于从蒸发器盘管移除冷凝物。一旦冷凝物已从蒸发器移除，则冷凝物可被转移至其可在那里积聚的冷凝盘。有利的是，制冷单元消耗尽可能少的能量，尤其因为对制冷单元而言重要的是符合联邦规定的能量消耗限值或获得具体类型的最大日常能量消耗的能源认证。因此，希望提供一种用于减少制冷单元消耗的能量的控制系统和方法。

技术实现要素：

在一个方面，公开了一种用于控制制冷系统的系统。该系统包括冷却室、选择性地被启用以提供热量的至少一个热源、至少一个传感器，和控制器。传感器检测围绕冷却室的环境空气的温度和相对湿度。控制器与至少一个热源和至少一个传感器通信。控制器包括用于基于温度和相对湿度计算露点温度的逻辑。控制器还包括用于基于环境空气的露点温度和相对湿度中的至少一者选择操作区域的逻辑，其中操作区域代表围绕冷却室的环境条件。控制器还包括用于基于操作区域确定至少一个热源是否启用的逻辑。

在另一方面，公开了一种用于控制制冷系统的方法。制冷系统包括冷却室和选择性地启用以提供热量的至少一个热源。该方法包括通过传感器检测围绕冷却室的环境空气的温度和相对湿度。传感器与控制器通信。该方法还包括基于温度和相对湿度通过控制器计算露点温度。该方法还包括基于环境空气的露点温度和相对湿度中的至少一者通过控制器选择操作区域，其中该操作区域代表围绕冷却室的环境条件。最后，该方法包括基于操作区域通过控制器确定至少一个热源是否启用。控制器与至少一个热源通信。

在另一方面，制冷装置包括室和用于冷却该室的制冷回路。至少一个传感器提供指示围绕冷却室的环境空气的温度和相对湿度的输出。控制器与至少一个传感器通信并且配置成基于环境空气的温度和相对湿度确定露点温度。控制器还被配置成基于环境空气的露点温度和/或相对湿度中的至少一者从多种操作模式中识别一种操作模式。控制器被配置成使得操作模式至少部分地限定以下各项中的至少一项：(i)与室的通道门相关的至少一个热源是否和/或如何启用，(ii)除霜周期之间的时间，或(iii)蒸发器风机如何启用。

一个或多个实施例的细节在附图和以下说明中进行阐述。根据本说明书、附图和权利要求，其他特征、目标和优点将显而易见。

附图简要说明

图1为制冷系统和用于控制该制冷系统的操作的控制器的示意图；

图2为存储于图1中所示的控制器的存储器中的示例性湿度图的图示；

图3为示出图1中所示热源的操作的图表；

图4为示出制冷系统的除霜操作逻辑的操作的图表；

图5为示出图1中所示蒸发器风机的操作的图表；和

图6为示出图1中所示电冷凝盘加热器的操作的图表。

具体实施方式

参照图1，示出了制冷系统10的示意图。制冷系统10包括压缩机12、冷凝器14、膨胀装置16和蒸发器18。冷凝器14可包括冷凝器盘管11和空气循环风机25，并且蒸发器18可包括蒸发器盘管21和空气循环风机22。位于制冷系统内的制冷剂流体可进入蒸发器18。制冷剂流体相比于围绕蒸发器18的区域更冷，该区域示出为冷却室20。冷却室20可用于储存需要冷却或冷冻的物品，诸如但不限于食物产品。蒸发器风机22可位于冷却室20内，并且用于引导冷却空气23遍及冷却室20。当在蒸发器18中时，制冷剂流体可吸收冷却室20内的热量。然后，制冷剂流体可蒸发并变成汽化的制冷剂，汽化的制冷剂被迫入压缩机12中。压缩机12将汽化的制冷剂压缩成经压缩的汽化制冷剂。然后，经压缩的汽化制冷剂可传送至冷凝器14。如图1可见，进气24可穿过或越过冷凝器14的冷凝器盘管11。冷凝器风机25可位于冷凝器组件内，并且用于促使冷凝器之上的空气到达制冷剂换热器以促进热量的排出。当在冷凝器14中时，经压缩的汽化制冷剂可冷却并被液化变回制冷剂流体。

蒸发器18还可包括蒸发器排水盘17和热源19。收集于蒸发器排水盘17中的冷凝水通过通道27到达位于冷却室20外的冷凝盘13。冷凝盘13可包括被示出为加热元件的至少一个热源15。热源15可用于蒸发收集于蒸发器排水盘17中并流到冷凝盘13的由蒸发器18产生的液体冷凝物。此外，热源19可提供用于对蒸发器18进行除霜。热源15和19可例如为加热元件或经由压缩机12的一个或多个阀控制的热气排放回路。

继续参照图1，冷却室20可包括门26，门向用户提供对冷却室20的通道。可设置开关34以产生指示门26被打开或关闭的信号，并且温度传感器36可放置于冷却室内并产生指示冷却室20内的空气的温度的信号。门框可围绕门26。门26和/或门框28可分别包括被示出为加热元件的至少一个热源30、32。然而，热源30、32还可以替代地为其它类型的热源，例如，由光源(未示出)产生的红外线热，或经由压缩机12的阀控制的热气排放制冷剂回路。如果门26包括玻璃门板(未示出)，那么应当理解的是，热源还可放置于玻璃门板内。热源30可选择性地通电或启用以加热门26，从而基本上防止由于环境空气内的湿气或高含量的水汽而形成冷凝物。类似地，热源32可选择性地通电以加热门框，从而也基本上防止形成冷凝物。

应当领会的是，虽然图1示出了热源30、32分别放置于门26和门框内，但是应当领会的是，热源30、32实质上仅为示例性的，本公开不应限于门或门框加热器。实际上，可使用选择性地启用以防止由于环境空气内的湿气或水汽而在制冷系统10的部件上形成冷凝物的任何类型的热源。

还可设置环境空气传感器40，并在制冷系统10位于其中的周围环境中将其放置于冷却室20的外部。环境空气传感器40可用于产生指示围绕冷却室20的环境空气的干球温度(DB温度)以及相对湿度(RH)两者的信号。尽管讨论了DB温度，但是应当理解的是，环境空气传感器40还可用于产生指示湿球温度(WB)或露点温度(DP)的信号。此外，尽管示出了单个传感器，但是应当领会的是，也可使用分开的传感器来产生指示环境空气的DB温度(或另选地，替代地WB或DP温度)和相对湿度的信号。温度传感器42还可位于蒸发器18的蒸发器盘管上或其附近(未示出)。

控制器50可提供用于控制制冷系统10的各种操作。控制器50可涉及诸如在片上系统中的专用集成电路(ASIC)、电子电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、包括执行代码的硬件或软件的处理器(共享、专用或分组)，或上述项的一些或全部的组合，或可为其一部分。控制器50与压缩机12、热源15、蒸发器风机22、冷凝器风机25、热源19、热源30、热源32、开关34、温度传感器36、相对湿度传感器40和温度传感器42通信。

控制器50可基于从开关34、温度传感器36、温度传感器42和相对湿度传感器40接收的信号来控制压缩机12、蒸发器风机22、冷凝器风机25和热源15、30、32的启用，这在下文更详细地描述。控制器50还可基于从开关34和相对湿度传感器40接收的信号来调整制冷系统10的除霜周期之间的时间间隔，这在下文更详细地说明。具体地，除霜操作可通过以下方式来执行：启用热源19以移除已积聚于蒸发器18的蒸发器盘管21上的冷凝物或蒸发已积聚于冷凝盘17中的液体冷凝物。

控制器50包括控制逻辑或电路，该控制逻辑或电路用于基于从相对湿度传感器40接收的信号来确定围绕冷却室20的环境空气的露点。具体地，控制器50从相对湿度传感器40接收指示环境空气的DB温度以及相对湿度的信号作为输入。然后，控制器50可基于保存于控制器50的存储器52内的露点计算器54来确定周围环境的相应露点。露点计算器54可另选地实施为查找表。参照图1和图2两者，位于程序存储器52中的露点计算器54可代表图2中示出的示例性湿度图60。如下文所说明的，控制器50包括控制逻辑，该控制逻辑用于使用露点计算器54基于围绕冷却室20的环境空气的DB温度(或另选地，WB温度)和相对湿度来确定环境空气的露点温度(DP温度)。控制器50还可使用露点计算器54来确定相对湿度传感器40测量的环境空气是否落入具体操作区域中，这也在下文更详细地描述。

现转向图2，示出了湿度图60，其中湿度图60的x轴表示DB温度，并且湿度图60的y轴表示绝对湿度或湿度比以及DP温度。在如图2所示的实施例中，湿度图60包括英制单位的测量值。例如，温度以华氏度(°F)来测量，焓以英热单位(BTUs)每磅(BTU/lb)来测量，并且湿度比以每磅干空气的水分磅数来测量。然而，应当理解的是，在另一实施例中，湿度图60还可使用国际单位制(SI)来测量。

围绕冷却室20的环境空气的DP温度可基于由相对湿度传感器40(图1)测量的环境空气的DB温度和相对湿度来确定。例如，如图2中可见，从相对湿度传感器40收集的环境空气的示例性测量被标绘在湿度图60上。环境空气的测量包括约75.2°F(24℃)+/-1.8°F的DB温度和约55.6％的相对湿度，并且在湿度图60上标绘为点P。例如，在图2所示的实施例中，点P包括58.3°F(14.6℃)的DP温度。一旦点P被计算并且位于湿度图60上，那么可确定具体操作区域。本领域的普通技术人员将容易认识到，虽然点P被描述为基于DB温度和相对湿度进行计算，但是点P也可基于湿球温度和相对湿度来确定。

继续参照图2，湿度图60被划分或分段成具体操作区域。在所示的实施例中，有三个具体操作区域，示出为区域1、区域2和区域3。操作区域代表围绕冷却室20(图1)的环境条件。每个操作区域由预定范围的DP温度和预定范围的相对湿度限定。

区域1表示具有相对较低水平的湿度和相对较冷温度的环境条件。区域1的环境条件可见于世界上的较不湿润地区，诸如，例如内华达州的拉斯维加斯(Las Vegas,Nevada)。在如图2所示的非限制性实施例中，区域1包括小于约62.6°F(17℃)的预定范围的DP温度和小于约68.9％的预定范围的相对湿度。区域2表示适中的环境条件。例如，在所示的实施例中，区域2包括从约62.6°F至约65.6°F(18.6℃)的预定范围的DP温度和从约68.9％至约80.1％预定范围的相对湿度。区域3表示具有相对较高水平的湿度和相对较暖DP温度的环境条件。区域3的环境条件可见于世界上的较湿润地区，诸如，例如佛罗里达州的基韦斯特(Key West,Florida)。在如图2所示的非限制性实施例中，区域3包括大于约65.6°F的预定范围的DP温度和大于约80.1％的范围的相对湿度。

应当领会的是，会发生季节变化，这使得DP温度和/或相对湿度改变区域。例如，在具有较冷、较干燥条件的季节期间，DP温度和/或相对湿度可位于湿度图60的区域1内。然而，在另一季节期间，同样的DP温度和/或相对湿度可位于湿度图60的区域2中。DP温度和/或相对湿度还可在较热、较湿润的季节期间位于湿度图60的区域3内。还应当领会的是，DP温度和/或相对湿度可在单日内移动至另一操作区域。

点P可位于区域1、区域2或区域3内。例如，在所示的实施例中，点P落入区域1内。如下文更详细描述的，控制器50(图1)可基于点P在湿度图60内的位置(即，基于点P是否落入区域1、区域2或区域3内)启用蒸发器风机22和热源15、30、32。应当领会的是，虽然点P可用于确定区域1、区域2和区域3内的操作，但是具体操作区域可替代地仅基于相对湿度来确定，这在下文详细地解释。因此，控制器50(图1)可基于仅相对湿度启用蒸发器风机22和热源15、30、32。

还应当领会的是，计算热源15、30、32打开的总时间量和相对于压缩机12的启用而言热源30、32的启用时间可减少或基本上消除门26和/或门框28上的冷凝，并且可减少制冷系统10的能量消耗量。控制器50还可基于湿度图60内点P的位置或相对湿度来调整制冷系统10的除霜周期之间的时间间隔。计算热源19的启用时间和总打开时间可减少或基本上消除蒸发器18和/或冷凝盘17上的冷凝，并且可减少制冷系统10的能量消耗量。此外，计算冷凝盘13的热源15的启用时间和总打开时间可减少制冷系统10的能量消耗量。尽管图2示出了区域1、区域2和区域3的具体值，但是应当理解的是，这些值实质上仅为示例性的，也可使用其它值和范围。实际上，本领域的普通技术人员将容易认识到，区域1-3的值可基于制冷机或冷冻机单元的具体应用被调整。

在一些条件期间，控制器50可能够基于相对湿度传感器40(图1)测量的相对湿度来确定围绕冷却室20(图1)的环境条件是否落入具体操作区域之一内。具体地，如湿度图60中所见，如果相对湿度超出约80.1％，那么无论DB温度是多少，制冷系统10都将在区域3内操作。因此，应当领会的是，如果相对湿度达到阈值(例如，80.1％)，那么控制器50可不需要DB温度(或，另选地，WB温度)来确定具体操作区域。

参照图1至图3，控制器50可包括控制逻辑或电路，该控制逻辑或电路用于基于点P是否位于区域1、区域2或区域3内启用热源30、32。可替代地，控制器50可包括控制逻辑或电路，该控制逻辑或电路用于在相对湿度落入区域3内的情况下启用热源30、32。例如，在一种方式中，如果点P落入区域1内，那么热源不启用，因此没有能量供应至热源30、32。如果点P落入区域2内，那么热源30、32可启用，使得热源30、32打开并与压缩机12一起循环。此外，可以控制相对于压缩机12的启用而言热源30、32的启用，使得热源30、32在启用压缩机12之前启用计算的时间间隔。可替代地，热源30、32的启用可相对于压缩机12的启用延迟计算的时间间隔。压缩机的循环在下文更详细地描述。最后，如果点P和/或相对湿度RH落入区域3内，那么热源30、32可一直启用(即，热源15、30、32始终打开)。此外，应当领会的是，每个热源30、32可独立地控制，并且在区域2的操作期间计算的时间间隔还可彼此独立地确定。

控制器50包括控制逻辑，该控制逻辑用于使压缩机12循环打开和关闭以将冷却室20内的空气维持在恒定的设定值温度。具体地，控制器50可首先接收由温度传感器36产生的指示冷却室20的温度的信号。控制器50然后可启用或停用压缩机12以将冷却室20的温度维持在恒定的设定值温度。

参照图1至图2和图4，控制器50可包括控制逻辑或电路，该控制逻辑或电路用于基于从开关34接收的指示门26打开的信号以及点P是否落入区域1、区域2或区域3内(或相对湿度是否落入区域3内)来调整制冷系统10的除霜周期之间的时间间隔。例如，在一种方式中，如果点P落入区域1内，并且如果从开关34接收的信号指示门26自从最后除霜周期后已打开五次或更少，那么控制器50可以以第一预定系数延长除霜周期之间的间隔。例如，在一个实施例中，第一预定系数可为系数1.87。因此，如果除霜周期之间的当前间隔为四小时，那么控制器50将把除霜周期之间的间隔延长至约7.5小时。

如果点P落入区域2内，并且如果从开关34接收的信号指示门26自从最后除霜周期后已打开超过五次，那么控制器50可以以第二预定系数延长除霜周期之间的当前间隔。例如，在一个实施例中，第二预定系数可为系数1.5。最后，如果点P和/或相对湿度落入区域3内，并且如果从开关34接收的信号指示门26自从最后除霜周期后已打开超过五次，那么控制器50可以以第三预定系数减少除霜周期之间的当前间隔。例如，在一个实施例中，第三预定系数可为系数0.75。

在一个实施例中，位于蒸发器18的蒸发器盘管上或附近(未示出)的温度传感器42可用于确定何时终止除霜操作，从而停用热源19。例如，除霜操作可在由温度传感器42测量的蒸发器18的温度达到预定温度时终止。例如，在一种方式中，预定温度为约38°F(3.3℃)。一旦热源19停用，则控制器50可确定被称为滴水时间(drip time)的时间间隔。在滴水时间期间，液体冷凝物可从蒸发器18转移至冷凝盘13。滴水时间的长度可基于具体操作区域进行调整(即，缩短或延长)。

参照图1至图2和图5，蒸发器风机22可在压缩机12启用之前或之后启用，以使冷却空气在整个冷却室20中循环流通。此外，蒸发器风机22可在压缩机12之前或之后停用。在一个实施例中，控制器50包括控制逻辑或电路，该控制逻辑或电路用于一旦压缩机12关掉，则延迟蒸发器风机22的停用。具体地，控制器50可基于点P是否落入区域1、区域2或区域3内(或相对湿度是否落入区域3内)来调整延迟蒸发器风机22的停用。例如，在一种方式中，如果点P落入区域1内，那么蒸发器风机22可持续运行以防止在蒸发器18上形成霜，从而减少除霜的需求。如果点P落入区域2内，那么对停用蒸发器风机22的延迟可保持不变。最后，如果点P和/或相对湿度落入区域3内，那么对停用蒸发器风机22的延迟可减小。

参照图1至图2和图6，热源15可基于点P是否落入区域1、区域2或区域3内(或相对湿度是否落入区域3内)而启用，以蒸发流至冷凝盘13的液体冷凝物。例如，在一种方式中，如果点P落入区域1内，那么热源15可持续关闭。如果点P落入区域2内，那么热源15可持续打开，或可替代地，热源15可循环打开和关闭。最后，如果点P和/或相对湿度落入区域3内，那么热源15可持续打开。

因此，根据上述描述显而易见的是，区域1、区域2和区域3中的每一者可用于识别制冷装置(例如，制冷机单元或冷冻机单元)的不同操作模式，其中操作模式基于环境空气的露点温度和/或相对湿度中的至少一者。控制器50配置成使得识别的操作模式至少部分地限定以下各项中的至少一项：(i)与制冷装置的室的通道门相关的至少一个热源是否和/或如何启用，(ii)除霜周期之间的时间，或(iii)蒸发器风机如何启用。在一些情况下，操作模式可限定所有这三者。

总体参照附图，公开的系统提供了一种用于操作制冷系统10的相对简单、经济有效的方式，这可导致减少在具体操作条件期间的能量消耗量。因此，包括公开的控制器50和制冷系统10的制冷机或冷冻机单元现可能够符合联邦规定的能量消耗限值或各类型的最大日常能量消耗的能源认证。

应清楚理解的是，上述描述旨在仅作为图示和示例，而非旨在进行限制，其它改变和变型是可能的。