用于控制制冷剂压差的系统和方法与流程

本公开涉及一种压缩机系统和操作压缩机系统的方法，以控制气流和膨胀阀开口从而确保用于冷却压缩机系统的部件的足够的制冷剂压差。

背景技术：

用于某些压缩机的冷却系统利用压缩机系统内的压差来为压缩机系统的部件(例如压缩机马达或逆变器)提供冷却。压差可能需要保持在阈值处或保持在阈值以上以确保冷却系统正常地运行。在某些压缩机系统中，压差可能会基于环境温度、制冷器系统中的蒸发器处的水温以及压缩机系统的运行参数而变化。

技术实现要素：

本公开涉及一种压缩机系统和操作压缩机系统的方法，以控制气流和膨胀阀开口从而确保用于冷却压缩机系统的部件的足够的制冷剂压差。

制冷剂压差(例如，压缩机系统的压缩机内的中间压力与压缩机系统的液体管线之间的压力差)可以用于为压缩机系统的部件(例如马达、逆变器、轴承等)提供冷却。在一些压缩机系统中，制冷剂压差必须保持在阈值处或保持在阈值以上以适当地冷却这些部件。

通过调节压力比目标和冷却设定值，可以调节压缩机系统的运行以通过控制气流和膨胀装置的孔径来确保维持足以进行冷却的制冷剂压差。

在实施例中，控制压缩机系统的方法包括基于压缩机系统的压缩机内的中间压力和冷却压差阈值来确定压力目标。该方法还包括基于压力目标和压缩机系统的液体管线内的液体管线压力来确定压力比设定值。该方法包括以基于所确定的压力比设定值确定出的速度运行冷凝器鼓风机。该方法还包括基于压力目标和压缩机系统中的液体管线压力来确定过冷设定值；以及基于所确定的过冷设定值来运行膨胀装置。

在实施例中，基于压缩机的吸入压力和压缩机的排出压力来确定中间压力。

在实施例中，确定压力比设定值包括：将压力目标与液体管线压力进行比较；当压力目标超过液体管线压力时，将压力比设定值设置为当前的压力比乘以压力目标与液体管线压力的比的乘积；当液体管线压力达到或超过压力目标时，将压力比设定值设置为当前的压力比。

在实施例中，确定所述速度包括参考使压力比与冷凝器鼓风机的速度关联的数学模型。在实施例中，该方法还包括应用平滑函数来控制压力比设定值的变化率。

在实施例中，该方法还包括将所确定的压力比设定值与压力比极限进行比较，并且当所确定的压力比设定值超过压力比极限时将压力比设定值设置为压力比极限。

在实施例中，确定过冷设定值包括：基于压力目标和液体管线压力来确定液体压差；基于液体压差来确定过冷偏移量；基于过冷偏移量和当前的过冷值来确定过冷设定值。

在实施例中，确定过冷偏移量包括参考使过冷偏移量与液体压差关联的数学模型。在实施例中，该方法还包括应用平滑函数来控制过冷设定值的变化率。

在实施例中，基于过冷设定值来运行膨胀装置包括基于过冷设定值设置膨胀装置的孔径尺寸。

在实施例中，压缩机系统包括：压缩机；冷凝器；膨胀装置，该膨胀装置通过液体管线流体地连接到冷凝器；在压缩机系统的液体管线处的液体管线压力传感器；蒸发器；鼓风机，该鼓风机被配置为驱动冷凝器上的气流；以及控制器。控制器被配置为：基于压缩机内的中间压力和冷却压差阈值来确定压力目标；基于压力目标和由液体管线压力传感器测量的液体管线压力来确定压力比设定值；控制鼓风机以基于所确定的压力比设定值确定出的速度运行；基于压力目标和压缩机系统中的液体管线压力来确定过冷设定值；以及控制膨胀装置基于过冷设定值运行。

在实施例中，膨胀装置是可控制的电子膨胀阀。在实施例中，处理器被配置为通过设置可控制的电子膨胀阀的孔径尺寸来控制膨胀装置基于过冷设定值运行。

在实施例中，处理器还被配置为基于由吸入压力传感器测量的吸入压力和由排出压力传感器测量的排出压力来确定压缩机内的中间压力。

在实施例中，控制器被配置为通过以下操作确定压力比设定值：将压力目标与液体管线压力进行比较；当压力目标超过液体管线压力时，将压力比设定值设置为当前的压力比乘以压力目标与液体管线压力的比的乘积；当液体管线压力达到或超过压力目标时，将压力比设定值设置为当前的压力比。

在实施例中，控制器被配置为通过以下操作确定过冷设定值：基于压力目标和液体管线压力来确定液体压差；基于液体压差来确定过冷偏移量；以及基于过冷偏移量和当前的过冷值来确定过冷设定值。

附图说明

图1示出了根据实施例的压缩机系统。

图2示出了根据实施例的控制压缩机系统的方法的流程图。

图3示出了根据实施例的用于确定压力比设定值的示例性方法的流程图。

图4示出了根据实施例的用于确定过冷设定值的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及一种压缩机系统和操作压缩机系统的方法，以控制气流和膨胀阀开口从而确保用于冷却压缩机系统的部件的足够的制冷剂压差。

图1示出了根据实施例的压缩机系统100。压缩机系统100包括流体地连接到彼此的压缩机102、冷凝器104、膨胀装置106和蒸发器108。压缩机系统100还包括控制器110。压缩机系统100还包括压缩机102的吸入口114处的吸入压力传感器112、压缩机102的排出口118处的排出压力传感器116以及液体管线传感器120，该液体管线传感器120相对于穿过压缩机系统100的工作流体的流动沿着液体管线122定位在冷凝器104和膨胀装置106之间。冷却管线126可以从液体管线122延伸到压缩机102和/或压缩机系统100的其他部件。

压缩机102是压缩压缩机系统100的工作流体的压缩机。压缩机102可以是例如离心压缩机或任何其他合适类型的压缩机。压缩机102可以包括马达。在实施例中，压缩机102的马达被配置为由压缩机系统100的工作流体冷却。在实施例中，压缩机102的马达的冷却可能会受到压缩机系统100内的压差的影响。在实施例中，可以通过将来自液体管线122的工作流体经由冷却管线126引入到压缩机102的部件中来提供冷却。被引入到压缩机102的这些部件中的工作流体膨胀，从而吸收热量并冷却压缩机102的部件，然后所述工作流体与压缩机系统100的其他工作流体汇合并被压缩机102压缩。压缩机102在吸入口114处接收工作流体，并且被压缩的工作流体在排出口118处离开压缩机102。被压缩的工作流体然后到达冷凝器104。压缩机102可以具有由排出口118处的压力除以吸入口114处的压力确定的压力比。

冷凝器104包括热交换器。冷凝器104从压缩机102接收被压缩的工作流体，并且工作流体在冷凝器104处通过热交换器排热。在冷凝器104处的排热使工作流体冷凝成液体。冷凝器104可以与周围环境热连通，并向该周围环境排热。一个或多个鼓风机124可以在冷凝器104上提供气流。一个或多个鼓风机可以由控制器110控制以提供可变的气流。在实施例中，一个或多个鼓风机在某一值下运行，所述值对应于可以由一个或多个鼓风机124提供的气流的百分比。一个或多个鼓风机可以影响冷凝器104内的工作流体的热传递。冷凝器104处的热传递影响冷凝器104处的压力，并且可以影响吸入口114处的吸入压力和压缩机的压力比。受一个或多个鼓风机124的运行影响的冷凝器104处的热传递也可以影响液体管线122处的液体管线压力。

液体管线122在冷凝器104和膨胀装置106之间提供流体连接。一个或多个液体管线传感器120可以沿着液体管线122定位。一个或多个液体管线传感器120包括压力传感器以测量液体管线122内的流体的压力。压力传感器可以是用于测量液体管线122内的流体的压力的任何合适的压力传感器。在实施例中，一个或多个液体管线传感器120还包括温度传感器。

冷却管线126可以在液体管线122与压缩机系统100的待被冷却的部件之间提供流体连接。冷却管线126可以将来自液体管线122的一些工作流体输送到压缩机系统100的待被冷却的部件，例如压缩机102的马达和/或逆变器。可以使来自冷却管线126的工作流体膨胀，从而在压缩机系统100的待被冷却的部件处吸收热量。对于压缩机102的部件而言，来自冷却管线126的工作流体的膨胀可以是压缩机102的中间压力的膨胀。

膨胀装置106是被配置为减小工作流体的压力的装置。因此，一部分工作流体被转化为气态形式。膨胀装置106可以是例如膨胀阀、节流孔或用于减小诸如工作流体的制冷剂的压力的其他合适的膨胀器。在实施例中，膨胀装置106包括多个节流孔。在实施例中，膨胀装置106的多个节流孔具有不同的尺寸。膨胀装置106可以是具有可变孔径的可控膨胀装置。在实施例中，膨胀装置106是电子膨胀阀。膨胀装置106可以由控制器110控制，以例如通过基于来自控制器110的信号控制膨胀阀的孔径尺寸或控制使用中的节流孔的数量和尺寸来调节膨胀装置106对工作流体的流动和膨胀的影响。

蒸发器108接收来自膨胀装置106的工作流体。蒸发器108包括热交换器，在该热交换器中工作流体可以吸收热量，例如吸收来自待提供给建筑物的气流的热量以冷却所述气流。压缩机系统100可以是hvacr系统的一部分。hvacr系统可以是例如风冷冷水机。该气流与蒸发器108中的工作流体进行热交换，这使气流中的热量被吸收并使工作流体蒸发。

控制器110是可以可操作地至少联接到吸入压力传感器112、排出压力传感器116、一个或多个液体管线传感器120、膨胀装置106以及一个或多个鼓风机124的控制器。控制器110可以可操作地联接到吸入压力传感器112、排出压力传感器116以及一个或多个液体管线传感器120，使得控制器110从以上每个传感器接收压力读数。控制器110还可以可操作地连接到一个或多个液体管线传感器120，使得控制器110接收液体管线温度。控制器110可以可操作地联接到膨胀装置106，使得控制器110可以向膨胀装置106提供命令。控制器110可以可操作地连接到一个或多个鼓风机124，使得控制器110可以向一个或多个鼓风机124提供命令。控制器110可以包括一个或多个处理器和一个或多个存储器。

控制器110可以被配置为基于压缩机102内的中间压力和冷却压差阈值来确定压力目标。在实施例中，压力目标可以是压缩机102中的中间压力与冷却压差阈值之和。在实施例中，冷却压差阈值是存储在控制器110的存储器中的值。

控制器110可以被配置为确定压缩机102中的中间压力。在实施例中，控制器110被配置为基于由112测量的吸入压力和由116测量的排出压力来确定中间压力。在实施例中，控制器110通过对由112测量的吸入压力和由116测量的排出压力的乘积取平方根来确定压缩机102中的中间压力。

控制器110可以被配置为基于压力目标和由一个或多个液体管线传感器120测量的液体管线压力来确定压力比设定值。压力比设定值可以是期望的压力比。压力比可以由压缩机102的排出压力除以压缩机102的吸入压力来限定。冷凝器104上的气流可以影响冷凝器104中的、从压缩机102的排出口118接收的工作流体的冷凝以及影响冷凝器104内的压力。冷凝器104上的气流因此可以影响压缩机102的排出压力和压力比。在实施例中，通过将压力目标与由一个或多个液体管线传感器120测量的液体管线122中的压力进行比较来确定压力比设定值，并且当压力目标超过液体管线122中的压力时，将压力比目标设定为当前压力比乘以压力目标与液体管线122中的压力的比。当液体管线122中的压力超过压力目标时，压力比设定值可以维持在当前水平。

控制器110可以被配置为控制一个或多个鼓风机以基于所确定的压力比设定值确定的速度运行。对鼓风机的控制可以是任何合适的控制环，所述控制环用于控制来自一个或多个鼓风机124的气流以实现所确定的压力比设定值。在实施例中，用于控制气流的控制环是闭环控制。在实施例中，用于控制气流的控制环包括比例积分微分(pid)控制环。

控制器110可以被配置为基于压力目标和压缩机系统中的液体管线压力来确定过冷设定值。过冷设定值是可以用作膨胀装置106的控制参数的设定值。膨胀装置106控制液体管线122的流出量，并目因此过冷设定值和膨胀装置106的相应控制可以影响压缩机系统100中的压差。在实施例中，控制器110被配置为通过确定液体压差来确定过冷设定值，所述液体压差是基于压力目标和由一个或多个液体管线传感器120测量的液体管线122内的实际压力之间的差来确定的。压差可以被转换为用于过冷的温度偏移量。然后可以将温度偏移量应用于当前的过冷值以获得过冷设定值。控制器110可以被配置为基于过冷设定值来控制膨胀装置106，例如通过调节膨胀装置106内的孔径尺寸。对膨胀阀106的控制可以通过任何合适的控制环来实现，以基于过冷设定值来控制膨胀装置106。在实施例中，对膨胀装置106的控制可以参考由一个或多个液体管线传感器120测量的液体管线温度。在实施例中，用于控制膨胀装置106的控制环是闭环控制。在实施例中，用于控制膨胀装置106的控制环包括pid控制环。

图2示出了根据实施例的控制压缩机系统的方法200的流程图。确定压力目标202。接收液体管线压力204。确定压力比设定值206，并且基于压力比设定值来运行冷凝器鼓风机208。另外，确定过冷设定值210，并且基于过冷设定值来运行膨胀装置212。

确定压力目标202。压力目标可以是维持一个或多个压缩机系统部件的冷却的压力水平，所述一个或多个压缩机系统部件例如是至少部分地使用压缩机系统的工作流体进行冷却的压缩机马达、逆变器、或任何其他部件。可以基于用于向一个或多个压缩机系统部件提供冷却的压差来确定压力目标。压力目标可以基于压缩机内的中间压力和冷却压差阈值。在实施例中，通过将最小压缩机冷却压差值加到压缩机内的中间压力来确定压力目标。可选地，在实施例中，基于测得的吸入压力和排出压力来确定中间压力218。最小压缩机冷却压差值可以是存储在存储器中的值。可以基于压缩机系统的部件的冷却需求来确定冷却压差阈值。在实施例中，冷却压差阈值可以是基于压缩机的一个或多个运行参数计算出的值。在实施例中，可以基于使冷却所需的压力与压缩机的一个或多个运行参数关联的数学模型来确定冷却压差阈值。

接收液体管线压力204。液体管线压力可以是由沿着液体管线定位的压力传感器测量的值，所述压力传感器例如如图1所示和以上所述的沿着液体管线122的一个或多个液体管线传感器120。

确定压力比设定值206。压力比设定值可以基于在202处确定的压力目标和在204处接收的液体管线压力。压力比可以由压缩机系统的压缩机的排出压力除以压缩机的吸入压力来限定。压缩机系统的冷凝器上的气流可以影响排出压力，并且因此影响压力比。因此，压力比设定值可以用于控制冷凝器上的气流、压缩机排出口处的压力以及液体管线压力。继而，这影响了液体管线压力和中间压力之间的差，并因此影响了提供给压缩机系统的部件的冷却。在实施例中，可以通过比较压力目标和液体管线目标来确定压力比设定值，并基于该比较来确定压力比设定值，如图3所示和以下所述。

基于压力比设定值运行冷凝器鼓风机208。冷凝器鼓风机的基于压力比设定值的运行208可以通过用于冷凝器鼓风机气流的控制环实现，该控制环包括作为变量的压力比设定值。在实施例中，可以参考使压力比设定值与气流关联的数学模型来根据压力比设定值运行冷凝器鼓风机208。在实施例中，根据控制环来调节冷凝器鼓风机的转动速度。在实施例中，用于控制气流的控制环是闭环控制。在实施例中，用于控制气流的控制环包括比例积分微分(pid)控制环。

确定过冷设定值210。过冷设定值可以是用于控制压缩机系统的膨胀装置的过冷值。膨胀装置可以控制压缩机系统的液体管线的流出量，因此膨胀装置可以控制压缩机系统的液体管线压力。例如，当冷却系统依赖于液体管线和压缩机内的中间压力之间的压差时，液体管线压力可以影响一个或多个压缩机系统部件是否可以被这种冷却系统冷却。过冷设定值可以基于过冷值和偏移量，该偏移量是基于在202处确定的压力目标和在204处接收的液体管线压力计算出的。在实施例中，可以通过确定液体压差、确定过冷偏移量并将该过冷偏移量加到当前的过冷值来确定过冷设定值，如图4所示和以下所述。

基于过冷设定值运行膨胀装置212。膨胀装置的根据过冷设定值的运行212可以通过包括作为变量的过冷设定值的控制环实现。膨胀装置可以是例如图1所示和以上所述的膨胀装置106。膨胀装置可以具有可控的孔径尺寸。在实施例中，膨胀装置是电子膨胀阀。在实施例中，基于过冷设定值来控制膨胀装置的孔径尺寸212。在实施例中，参考使膨胀装置位置与过冷设定值关联的数学模型来运行膨胀装置。基于过冷设定值的控制可以参考当前的液体管线温度。在实施例中，可以由温度传感器测量液体管线温度。在实施例中，用于控制膨胀装置的控制环是闭环控制。在实施例中，用于控制膨胀装置的控制环包括pid控制环。

可选地，方法200可以包括接收吸入压力214、接收排出压力216、和/或确定压缩机218中的中间压力。在实施例中，可以从压缩机的吸入端口处的压力传感器接收吸入压力，例如图1中所示并且如上所述的吸入压力传感器112。在实施例中，可以从压缩机的排出端口处的压力传感器接收排出压力，例如图1中所示并且如上所述的排出压力传感器116。在实施例中，基于在214处接收的吸入压力和在216处接收的排出压力中的一个或多个来确定中间压力218。在实施例中，通过对在214处接收的吸入压力和在216处接收的排出压力的乘积取平方根来确定中间压力218。在实施例中，在218处确定的中间压力用于确定压力目标202。

在运行期间，方法200可以迭代，例如通过从运行冷凝器鼓风机208和运行膨胀装置212返回到接收吸入压力214、接收排出压力216或返回到确定压力目标202来进行迭代。达代可以是连续的、周期性的或基于一定条件而触发的，所述条件诸如是压缩机系统的运行情况的变化、压缩机系统的部件温度的变化或周围环境条件的变化。

图3示出了根据实施例的用于确定压力比设定值的示例性方法的流程图。在图3所示的实施例中，当接收液体管线压力204时，将在202处确定的压力目标与在204处接收的液体管线压力进行比较302。

当在302处的比较中发现在202处确定的压力目标超过在204处接收的液体管线压力时，基于当前压力比乘以压力目标与液体管线压力的比的乘积来确定压力比设定值304。在实施例中，用于确定压力比设定值的公式为：

当发现在204处接收的液体管线压力超过在202处确定的压力目标时，可以使压力比设定值维持在当前的压力比处306。

一旦基于在302处的比较在304或306处建立了压力比设定值，就可以基于压力比设定值204来控制208冷凝器鼓风机，如上所述。

图4示出了根据实施例的用于确定过冷设定值的示例性方法的流程图。在202处确定目标压力并在204处接收液体管线压力之后，确定液体压差402，确定过冷偏移量404，并将该过冷偏移量加到当前的过冷值406。

确定液体压差402。液体压差是可以以压力为单位的值，例如kpa。液体压差可以是在202处确定的目标压力与在204处接收的液体管线压力之间的差。在实施例中，通过从在202处确定的目标压力中减去在204处接收的液体管线压力来确定液体压差402。

基于在402处确定的液体压差来确定过冷偏移量404。过冷偏移量可以是以°f、℃或k为单位的温度值。在实施例中，使用函数将在402处确定的液体压差转换为过冷偏移量。在实施例中，参考了使液体压差与过冷偏移量关联的数学模型。在实施例中，参考了使液体压差与过冷偏移量关联的查找表。在实施例中，在404处确定的过冷偏移量与在402处确定的液体压差成比例。

将过冷偏移量加到当前的过冷值406。通过在406处将过冷偏移量加到当前的过冷值而确定出的过冷设定值然后可以用于控制如上所述的膨胀装置212。

多个方面

应当理解，方面1-10中的任一方面可以与方面11-16中的任一方面相结合。

方面1.一种控制压缩机系统的方法，包括：

基于所述压缩机系统的压缩机内的中间压力和冷却压差阈值来确定压力目标；

基于所述压力目标和所述压缩机系统的液体管线内的液体管线压力来确定压力比设定值；

以基于所确定的压力比设定值确定出的速度运行冷凝器鼓风机；

基于所述压力目标和所述压缩机系统中的所述液体管线压力来确定过冷设定值；以及

基于所确定的过冷设定值来运行膨胀装置。

方面2.根据方面1所述的方法，其中，基于所述压缩机的吸入压力和所述压缩机的排出压力来确定所述中间压力。

方面3.根据方面1-2中任一项所述的方法，其中，确定所述压力比设定值包括：

将所述压力目标与所述液体管线压力进行比较；

当所述压力目标超过所述液体管线压力时，将所述压力比设定值设置为当前的压力比乘以所述压力目标与所述液体管线压力的比的乘积；

当所述液体管线压力达到或超过所述压力目标时，将所述压力比设定值设置为当前的压力比。

方面4.根据方面3所述的方法，其中，确定所述速度包括参考使压力比与冷凝器鼓风机的速度关联的数学模型。

方面5.根据方面3-4中任一项所述的方法，还包括应用平滑函数来控制所述压力比设定值的变化率。

方面6.根据方面3-5中任一项所述的方法，还包括将所确定的压力比设定值与压力比极限进行比较，并且当所确定的压力比设定值超过所述压力比极限时将所述压力比设定值设置为所述压力比极限。

方面7.根据方面1-6中任一项所述的方法，其中，确定所述过冷设定值包括：

基于所述压力目标和所述液体管线压力来确定液体压差；

基于所述液体压差来确定过冷偏移量；

基于所述过冷偏移量和当前的过冷值来确定所述过冷设定值。

方面8.根据方面7所述的方法，其中，确定所述过冷偏移量包括参考使所述过冷偏移量与所述液体压差关联的数学模型。

方面9.根据方面7-8中任一项所述的方法，还包括应用平滑函数来控制所述过冷设定值的变化率。

方面10.根据方面7-9中任一项所述的方法，其中，基于所述过冷设定值来运行所述膨胀装置包括基于所述过冷设定值设置所述膨胀装置的孔径尺寸。

方面11.一种压缩机系统，包括：

压缩机；

冷凝器；

膨胀装置，所述膨胀装置通过液体管线流体地连接到所述冷凝器；

所述压缩机系统的液体管线处的液体管线压力传感器；

蒸发器；

鼓风机，所述鼓风机被配置为驱动所述冷凝器上的气流；以及

控制器，所述控制器被配置为：

基于所述压缩机内的中间压力和冷却压差阈值来确定压力目标；

基于所述压力目标和由所述液体管线压力传感器测量的液体管线压力来确定压力比设定值；

控制所述鼓风机以基于所确定的压力比设定值确定出的速度运行；

基于所述压力目标和所述压缩机系统中的所述液体管线压力来确定过冷设定值；以及

控制所述膨胀装置基于所述过冷设定值运行。

方面12.根据方面11所述的压缩机系统，其中，所述膨胀装置是可控电子膨胀阀。

方面13.根据方面12所述的压缩机系统，其中，处理器被配置为通过设置所述可控电子膨胀阀的孔径尺寸来控制所述膨胀装置基于所述过冷设定值运行。

方面14.根据方面11-13中任一项所述的压缩机系统，还包括位于所述压缩机的吸入口处的吸入压力传感器和位于所述压缩机的排出口处的排出压力传感器，并且其中，处理器还被配置为基于由所述吸入压力传感器测量的吸入压力和由所述排出压力传感器测量的排出压力来确定所述压缩机内的中间压力。

方面15.根据方面11-14中任一项所述的压缩机系统，其中，所述控制器被配置为通过以下操作确定压力比设定值：

将所述压力目标与所述液体管线压力进行比较；

当所述压力目标超过所述液体管线压力时，将所述压力比设定值设置为当前的压力比乘以所述压力目标与所述液体管线压力的比的乘积；以及

当所述液体管线压力达到或超过所述压力目标时，将所述压力比设定值设置为当前的压力比。

方面16.根据方面11-15中任一项所述的压缩机系统，其中，所述控制器被配置为通过以下操作确定过冷设定值：

基于所述压力目标和所述液体管线压力来确定液体压差；

基于所述液体压差来确定过冷偏移量；以及

基于所述过冷偏移量和当前的过冷值来确定所述过冷设定值。

在所有方面中，本申请公开的示例均应被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求指定而不是由前述描述指定；并且在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都旨在包含在本发明中。