CN100443824C

CN100443824C - 制冷剂***中的回油控制

Info

Publication number: CN100443824C
Application number: CNB2004800365753A
Authority: CN
Inventors: A·利夫森; M·F·塔拉斯; T·J·多布梅尔
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: CN1890512A; HK1102447A1; US20050126193A1; US6925822B2; EP1706680A2; WO2005062759A3; WO2005062759A2; EP1706680A4

Abstract

多种控制算法可降低压缩机回油不充分的可能性。其中一种算法在多回路制冷剂***中是实用的。如果压缩机开/闭循环的次数过多，控制装置将减少其中一个回路的制冷能力。通过降低制冷能力，控制装置将会减少回路中的压缩机开/闭循环的次数。这样，油会继续在回路中循环，并可以更有效地返回到压缩机中。另一个影响油回流到压缩机中的问题是低质量流量的制冷剂在***中循环。本发明披露了多种不同的提高制冷剂质量流量的方法，以保证油回流到压缩机中。

Description

制冷剂***中的回油控制

技术领域

本发明涉及在各种运行条件下保证油从各种***组件回流到压缩机并防止压缩机中的油被泵送出去而导致压缩机损坏的多种方法。

背景技术

通过制冷剂的循环可以制冷或供热。制冷剂被压缩机压缩，并且接着通过一系列的热交换器、连接管道和膨胀装置。

有许多不同的制冷剂循环的构造和配置。其中之一就是使用多回路制冷剂***。多回路制冷剂***具有至少两个回路来为共同的区域进行调节，每一个回路包括压缩机和与之相关的热交换器、连接管道和膨胀装置。通过对于包括压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器的每一回路进行控制，在被冷却或加热的环境中保持要求的温度。

当所需的冷却总量正好大于一个回路所能输出的冷却总量时，多回路***的油就容易被泵出。在这种情况下，该***必须频繁地关闭以补偿由于两个回路的同时运行而供应过多的冷空气。频繁的开关会造成油从压缩机中被泵出，过量的油进入热交换器使***效率降低并可能导致压缩机的损坏。

另一种在多回路或单回路***中都存在的可导致油被泵出的情况是流过蒸发器的质量流量较低。当质量流量低到某一特定水平时，蒸汽不能将油带回压缩机，结果也会导致油被泵出。由于进入压缩机的过热蒸汽过多，上述问题会更加严重，因为高的过热量会导致制冷剂从油中蒸发，使得油的粘性增加，并且造成油“粘”在热交换器内管的表面。因此，在上述情况下需要增强油的回流。

用于多回路***的控制部件分别控制所有回路或部分回路以提供冷却。在现有技术中，一旦达到足够的冷却量控制部件就会间断地关闭所有回路。现有技术中可选择的是，当整个***需要较少的冷却量时，控制部件会有时关闭一部分回路而保持其他回路的运行。

本发明旨在解决上述现有技术中控制模式的问题。

发明内容

在本发明披露的具体实施例中，提供了控制制冷剂循环运行的算法，并解决压缩机中油被泵出的问题。如果所需的制冷量正好高于由单个运行的回路能够满足的冷却能力，则将采用两个回路进行工作。但是，随着两个回路的运行，所输送的冷气量会远远大于需求。因此，在现有技术中，两个回路会频繁地启动/关闭循环。这样会导致油在启动时被泵出，而油在机组重新启动时没有足够的时间返回到压缩机中。在第一方法实施例中，如果两个回路都以节约模式运行并且频繁关闭，则控制器将决定其中的一个回路以非节约模式运行，如果关闭次数仍然过多，则两个回路都以非节约模式运行。如果关闭次数还是过多，则控制器使得其中的一个回路以旁通模式运行并且另外的回路以非节约模式运行。如果关闭次数还是过多，两个回路都采用旁通模式(运行的卸载模式)。如果关闭次数仍旧过多，则仅一个回路“脱机”而保持另一回路继续运行。这样，两个回路间断地连机工作。运行中的回路也可以从一个回路替换为另一个回路。此外，还可以确定在两个回路的每一个回路中的运行模式。这种技术可以应用到多于一个回路的***中。

另一个实施例的主题在于，在较低的质量流量下运行(例如热泵运行)。在这种情况下，可能出现油被泵出的情况，这是因为热交换器管中的制冷剂质量流量太小以至于不能输送油。当该***以卸载模式(最小的质量流量)运行时，这一问题更加突出。本发明的解决方案是，对于控制器而言，通过切换为更大负载运行模式或通过阻塞冷凝盘管或减小风扇速度来提高流过蒸发器部分的质量流量，以使得该***在最大可获得的质量流量下间断地运行。

又一个实施例的主题在于，由于过多的过热量(superheat)进入到压缩机中而导致油被泵出。在从蒸发器出口到压缩机吸入口的长管路中这一问题最突出，(在蒸发器出口和压缩机入口之间蒸汽获得过热量)。在这种情况下，特别是如果还是在低质量流量下运行，油会积聚在管的这一部分中，并且随着过热量的增多，油粘性也会迅速增大，并且制冷剂从油中蒸发出来。为了防止上述情况发生，可以监视过热量和吸入压力(只有吸入压力和吸入过热量确定质量流量)。接着，如果控制器判定对于给定质量流量的过热量过大，膨胀装置例如电子膨胀装置(EXV)将开启以减少进入到压缩机中的过热量。

在本发明的一方面中，提供了一种制冷剂循环的运行方法，包括如下步骤：

(1)提供制冷剂循环，该循环包括至少两个在操作上分开的制冷剂回路，并提供用于所述回路运行的控制装置，所述回路可以以不同的制冷能力来运行；

(2)确定对于所述循环的负载，并根据所述负载来确定是否关闭所述至少两个回路中的一个或两个回路，并根据所确定的结果关闭所述回路；

(3)监测所述回路的关闭次数，并将所述的监测次数与预定值比较；

(4)如果所述监测的关闭次数超过所述的预定值，将所述回路中至少一个回路切换为低制冷能力模式；

(5)确定所述制冷剂循环是否处于低质量流量模式，并且如果所述确定结果发现所述制冷剂循环处于低质量流量模式，则将采取控制步骤以提高流经所述回路的质量流量；

(6)监测从蒸发器返回所述压缩机的吸入管路的状态，并且如果所述监测的状态显示对于在所述回路中油从其他位置返回所述压缩机中存在潜在的问题，则改变所述监测的状态。

本发明的上述和其他特征将会通过以下的详细说明和附图得到更好的理解。下面是对附图的简要描述。

附图说明

图1是本发明回路的示意图。

图2是第一实施例的流程图。

图3是第二实施例的流程图。

图4是第三实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性描述了制冷剂回路19，该回路具有的控制部件20控制着两个独立的回路22和23。虽然本发明的一些内容特别涉及多回路***(特别是附图2的算法)。但是，附图3和附图4中的算法也可以用在具有单一回路的制冷剂循环中。虽然显示了双回路***，但是也可以使用附加的回路。

如附图1所示，每一个回路22和23都包括向冷凝器26输送制冷剂的压缩机24，该冷凝器接着向节约器热交换器28输送制冷剂。分流管路29通过节约器膨胀装置30将制冷剂从冷凝器26的下游分流。通过分流管路29的流体与从冷凝器流到节约器热交换器28的主流方向相同，但如果二者是逆流的关系则更好。但是为了更容易说明，这里只给出了二者以相同的流动方向通过节约器热交换器28的示例。在分流管路29中，节约器热交换器28的下游是节约器截流阀32。在主制冷剂流中节约器热交换器28的下游是膨胀装置34。制冷剂经过膨胀装置34进入到蒸发器36中，并返回压缩机24的吸入口。蒸发器风扇38和冷凝器风扇38分别向冷凝器26和蒸发器36输送空气。对于制冷剂循环，冷凝器26在室外而蒸发器36在室内。在控制部件20的控制下，传感器40感应蒸发器36下游制冷剂的状态并且相应地控制膨胀装置34。卸载阀42如公知的那样，有选择性地将节约器返回管路与抽吸管路相连。当然，其他卸载阀的位置按常规设置。

如图所示，两个回路22和23设置用于共同调节环境。但环境中的负载会随时间而改变。在现有技术中，当减少负载后，公知的控制器定时地关闭回路22和23中的一个或两个。在这种情况下，如果关闭的次数过多的话，则在随后的每一次启动中油都可能随制冷剂离开压缩机24而不再返回压缩机24。如果压缩机缺少油，那么压缩机内部的移动部件很可能因为得不到润滑而产生一系列的损坏。特别是在当过多地关闭回路22和23中的一个或两个时，油很可能完全被从压缩机24中泵出而不再返回到压缩机中，并且导致压缩机缺油。油会沉淀并残存在热交换器(特别是蒸发器)和连接管路中。

本发明的第一实施例旨在解决上述问题。在附图2的流程图中，第一步是限定过量的压缩机关闭次数，如果由控制部件20检测到关闭次数超过这一数值，接着采取的措施是降低其中一个回路的制冷能力而不再关闭一个或两个压缩机。而压缩机只有在制冷能力过大或不需要全部的制冷能力时才关闭。这样通过减少其中一个回路的制冷能力，就不再需要启动/关闭压缩机。如一个实施例，回路22通过关闭节约器阀32使其结束节约模式的运行。这就降低了回路22和23复合***的制冷能力，减少了关闭其中任一个回路的需要。如果初始的制冷能力的减少不够充分，过量制冷能力仍然存在，那么另一回路23也可以以非节约模式运行。如果关闭次数还是太多，那么回路22或回路23中的一个将通过开启其中一个旁通阀42来转到旁通模式运行。如果，此时还是需要进行多次的关闭，那么两个回路都会以旁通模式运行。节约模式和旁通模式的同时运行给每一台压缩机提供了可以卸载和减少制冷能力另外的方法。

如果关闭次数还是超过合理的数值，那么回路22或回路23的压缩机就会周期性地停机。但是，控制装置会对停机的回路进行间歇地转换以保证两个回路都可以周期性的联机。这样，总的关机次数由两个回路共同分担，而不是让一个回路一直循环，而让另一回路持续运行。这一构思还可以应用到三个或更多的回路中。

如图3所示，当***以较低质量流量运行时，另一个关于回油的问题包括如何确定回路是否以低于可允许的最低质量流量运行。例如，如果本例是因为回路处于卸载模式或因为具有较低的抽吸压力，那么将采取校正的***控制措施以减少上述情况。一种解决这一问题的方法是间歇地以较高的质量流量运行***，或通过转换到更多负载模式在最高可利用质量流量运行。另一种方法是通过阻塞冷凝器26中的盘管，减少风机38向冷凝器的送风量，提高蒸发器风机38的送风量或潜在地切断一些蒸发器回路，来提高通过蒸发器的质量流量。总的构思也是提高通过至少一部分蒸发器回路的质量流量来提高回到压缩机的回油量。这一实施例是根据附图1中的双回路***阐述的，但是，在单回路***或两个以上的回路***中也同样具有上述优点。

附图4给出了监测吸入过热量或饱和吸入温度的方法。如果查明吸入过热量或饱和吸入温度中的任一值变化，使得油的粘性危险地升高而不能确保适量的油回流，那么由控制部件20打开主膨胀装置34以减少过热量或提高饱和吸入温度。这也可以在单回路***或多于两个回路的***中使用。如公知的，对于给定的制冷剂或油的类型，在制冷剂的蒸发区域的油-制冷剂混合物的粘度是由制冷剂温度和压力确定的。

上述针对控制频繁开/闭、低质量流量运行和油的高粘度的三项不同的发明可以同时使用或分别使用。其结果是***的稳定性和性能都得到了提高并且可以防止压缩机的损坏。

本发明披露了优选的实施例，但本领域普通技术人员会意识到适当的改型都在本发明的范围内。由于这个原因，研究下面的权利要求可以确定本发明实际的内容和范围。

Claims

1、一种制冷剂循环的运行方法，包括如下步骤：

2、如权利要求1所述的方法，其中所述回路具有节约器循环，并且步骤4)包括关闭至少一个所述回路的节约器运行。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述回路包括卸载回路，并且步骤4)包括使得至少一个所述回路以卸载的运行模式运行。

4、如权利要求1所述的方法，其中在步骤5)中制冷剂的质量流量周期性的增大以保证油返回到所述压缩机中。

5、如权利要求1所述的方法，其中所述监测的状态是监测吸入过热量，并且所述膨胀阀根据所述监测到的吸入过热量来控制吸入过热量。

6、一种制冷剂循环的运行方法，包括如下步骤：

(3)监测所述回路的关闭次数，并将所述的监测次数与预定的最大值比较；和

(4)如果所述监测的关闭次数超过所述的预定值，将所述回路中至少一个回路切换为低制冷能力模式。

7、如权利要求6所述的方法，其中在所述回路具有一个节约器循环，并且步骤4)包括关闭至少一个所述回路的节约器运行。

8、如权利要求6所述的方法，其中所述回路包括卸载回路，并且步骤4)包括使得至少一个所述回路以卸载的运行模式运行。

9、如权利要求6所述的方法，其中在步骤4)后，如果监测次数仍然超过所述的预定次数，则接着关闭所述回路中的一个，而且随时间变化关闭所述至少两个回路中的不同的回路。

10、如权利要求6所述的方法，包括确定所述制冷剂循环流量是否低的步骤，并且如果所述确定的结果发现所述制冷剂循环处于低质量流量模式，则将采取控制步骤以提高流经所述回路的质量流量。

11、如权利要求6所述的方法，包括以下步骤，监测从蒸发器返回所述压缩机的吸入管路的状态，并且如果所述监测的状态显示对于在所述回路中油从其他位置返回所述压缩机中存在潜在的问题，则改变所述监测的状态。

12、一种制冷剂循环的运行方法，包括如下步骤：

(1)提供具有一质量流量的制冷剂循环；

(2)确定在所述循环中制冷剂流动的流量是否低；

(3)如果所述确定的结果发现制冷剂循环以低质量流量模式运行，则将采取控制步骤以提高流经所述回路的制冷剂的质量流量。

13、如权利要求12所述的方法，其中在步骤(3)中制冷剂的质量流量被周期性的提高以确保油返回到所述压缩机。

14、如权利要求12所述的方法，其中所述质量流量的提高是通过阻塞冷凝器的盘管来获得的。

15、如权利要求12所述的方法，其中所述质量流量的提高是通过减少流过冷凝器的空气流来获得的。

16、如权利要求12所述的方法，其中所述质量流量的提高是通过提高流过蒸发器的空气流来获得的。

17、如权利要求12所述的方法，其中所述质量流量的提高是局部的，并且是通过关断与蒸发器相连的多个蒸发器回路中的至少一些来获得的。

18、如权利要求12所述的方法，其中所述的制冷剂循环包括多个可分别控制的制冷剂回路。

19、如权利要求12所述的方法，包括以下步骤，监测从蒸发器返回所述压缩机的吸入管路的状态，和如果所述监测的状态显示对于在所述回路中油从其他位置返回所述压缩机中存在潜在的问题，则改变所述监测的状态。

20、如权利要求12所述的方法，其中，该制冷剂循环包括压缩机和蒸发器，该方法还包括如下步骤：

(1)确定在蒸发器出口部分和压缩机吸入口之间任何点的油-制冷剂混合物状态；和

(2)如果所述确定的状态显示在所述回路中油从其他位置返回所述压缩机存在潜在的问题，则改变所述确定的状态。

21、如权利要求20所述的方法，所述油-制冷剂的所述确定的状态是粘性的，并且根据所述确定的吸入过热量来调节用于控制吸入过热量的膨胀阀。

22、如权利要求20所述的方法，其中所述油-制冷剂的所述确定的状态和至少一个蒸发器风扇速度的调节、或蒸发器盘管的阻塞、或改变蒸发器回路的数量都可以用于实现步骤(2)中的所述改变。