CN101611278B - 控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法和*** - Google Patents

控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法和*** Download PDF

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Abstract

一种控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法，包括起动所述空调***；测量冷凝器周围环境空气的第一温度；测量工作流体的第二温度；计算所述第一温度和所述第二温度之间的差值；以及将所述差值与预定值相比较，其中，如果所述差值大于或等于所述预定值，则起动所述自由冷却模式，以及其中，如果所述差值小于所述预定值，则起动所述冷却模式。

Description

控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法和***
技术领域
本发明涉及空调***。更具体地说，本发明涉及控制具有自由冷却模式和冷却模式的空调***的方法和***。背景技术
在空调***的通常运转期间，空调***以冷却模式运转，其中按已知的方式通过运转压缩机消耗能量来压缩和循环制冷剂，以便冷冻或调节工作流体，如空气或其它二级回路流体(例如，水或乙二醇)。然后，被调节的工作流体能够被用于冰箱、冷冻库、建筑物、汽车及其它带有气候控制环境的空间内。
但是，当外部环境温度低时，存在如下可能，即，在不使用压缩机的情况下，外部环境空气自身可被用于提供对工作流体的冷却。当外部环境空气被空调***用以调节工作流体时，该***被称为以自由冷却模式运转。如上所述，通常，即使当环境外部空气温度低时，空调***也以冷却模式运转。在这种条件下以冷却模式运转提供的是低效率的调节工作流体的手段。相反，在这种条件下以自由冷却模式运转空调***是更有效的。在自由冷却模式下，一个或更多通风的热交换器及泵被起动，以便循环通过空调***的制冷剂被外部环境空气冷却，然后冷却后的制冷剂被用以冷却工作流体。
因此，本发明确定了存在对提高具有自由冷却模式的空调***的效率之方法和***的需要。发明内容
提供了一种控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法。
该方法包括起动所述空调***；测量冷凝器周围环境空气的第一温度；测量工作流体的第二温度；计算所述第一温度和所述第二温度之间的差值；以及将所述差值与预定值相比较，其中，如果所述差值大于或等于所述预定值，则起动所述自由冷却模式，如果所述差值小于所述预定值，则起动所述冷却模式。
提供了一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调***。
该空调***包括：冷凝器；用于测量所述冷凝器周围环境空气的第一温度的第一温度传感器；工作流体；用于容纳一部分所述工作流体的蒸发器；位于所述蒸发器前面的膨胀阀；用于测量所述工作流体的第二温度的第二温度传感器；用于计算所述第一温度和所述第二温度之间的差值的控制器，所述控制器将所述差值与预定值相比较，在所述差值等于或大于所述预定值时，所述控制器起动所述自由冷却模式，在所述差值小于所述预定值时，所述装置起动冷却模式；在所述空调***处于所述自由冷却模式下时将制冷剂从所述冷凝器经过膨胀阀泵送到所述蒸发器的制冷剂泵；在所述空调***处于所述冷却模式下时用于将所述冷凝器流体连通到所述膨胀阀的第一阀，在所述空调***处于所述自由冷却模式下时，所述第一阀用于将所述冷凝器流体连通到所述制冷剂泵；用于在所述空调***处于所述冷却模式下时压缩所述制冷剂的压缩机；以及在所述空调***处于所述自由冷却模式下时用于将所述蒸发器流体连通到所述冷凝器的第二阀，在所述空调***处于所述冷却模式下时，所述第二阀用于将所述蒸发器流体连通到所述冷凝器。
根据如下详细描述、附图及所附的权利要求书，所属技术领域的技术人员将了解和理解本发明的上述及其它特征和优点。附图说明
图1是根据本发明处于冷却模式下的空调***的示例性实施方式。
图2是根据本发明处于自由冷却模式下的空调***的示例性实施方式。
图3示出了根据本发明的、运转具有自由冷却模式和冷却模式的空调***之方法的示例性实施方式。
图4是示出仅使用冷却模式的空调***的温度对时间的曲线图。
图5是示出根据本发明使用自由冷却判定步骤的空调***的温度对时间的曲线图。具体实施方式
本发明针对一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调***。更具体地说，本发明针对用于运转具有自由冷却模式和冷却模式的空调***的方法和***。
参照附图，尤其是参照图1和2，示出了以冷却模式和自由冷却模式运转的空调***10的示例性实施方式，并且总体上用附图标记10标示该空调***。
空调***10包括压缩机12、第一阀14、第一温度传感器16、冷凝器18、制冷剂泵20、第二阀22、膨胀阀24、第二温度传感器26、蒸发器28、控制器30、第三阀32、制冷剂34以及工作流体36。
冷却模式下的空调***10使用压缩机12将制冷剂34从蒸发器28泵送至冷凝器18。但是，自由冷却模式下的空调***10使用制冷剂泵20将制冷剂泵送通过整个***。而冷却模式下的空调***10在运转期间不使用制冷剂泵20，自由冷却模式下的空调***10在运转期间不使用压缩机12。
参照图1，空调***10以已知的方式以冷却模式运转。具体地说，控制器30与第三阀32电连接，从而第三阀32得以调整至适当的位置，以便制冷剂34能够从蒸发器28流到压缩机。控制器30打开压缩机12。控制器30打开冷凝器18中的至少一个风机，以便环境空气流过冷凝器。如果之前空调***10以自由冷却模式运转，则控制器30关闭制冷剂泵20，制冷剂34通过第二阀22从冷凝器18流到膨胀阀24，从而绕过制冷剂泵。压缩机12压缩通过第一阀14流到冷凝器18的制冷剂34，其中在制冷剂与环境外部空气之间存在热交换，并且制冷剂开始冷却。在本发明的一个实施方式中，第一阀14是止回阀。第一温度传感器16测量环境外部空气的温度。冷凝器18包括风机，其用于使外部环境空气与制冷剂34接触，从而来自制冷剂的热量被转移至环境空气。然后，制冷剂34穿过第二阀22，绕过制冷剂泵20，达到膨胀阀24。在本发明的一个实施方式中，第二阀22是止回阀。当膨胀装置24被打开时，受压缩的制冷剂34流到蒸发器28。蒸发器28被配置成使得工作流体36流过蒸发器，使制冷剂34和工作流体之间能够发0热交换。第二温度传感器26测量流出蒸发器28的工作流体36的温度。离开蒸发器28，工作流体36流经第三阀32到达压缩机12。在本发明的一个实施方式中，第三阀32是三通阀。为了本发明的目的，考虑到工作流体36可以是适于允许制冷剂34和工作流体之间的热交换的任意已知类型。例如，工作流体36可以是水或空气。
现参照图2，示出了以自由冷却模式运转的空调***10。当进入自由冷却模式时，控制器30与空调***10的各种元件电连接，将所述元件中的每个置于适当的配置，使得该空调***能够以自由冷却模式运转。例如，控制器30关闭压缩机12并且调整第三阀32，以便制冷剂34从蒸发器28流到冷凝器18，从而绕过压缩机12。另外，控制器30打开冷凝器18中的至少一个风机，以便环境空气流过冷凝器。控制器30还打开制冷剂泵20，以便制冷剂34从冷凝器18持续地流到制冷剂泵。第二阀22是被动止回阀。此阀允许从冷凝器18至膨胀阀24的流体循环，并且禁止其它方式从膨胀阀24到冷凝器18的流体循环。第二阀22的主要功能是在空调***10以自由冷却模式运转时防止制冷剂34回流到制冷剂泵20的入口。制冷剂泵20将制冷剂34从冷凝器18通过膨胀阀24泵送至蒸发器28，其中存在从制冷剂到工作流体36的热交换，其与上述在冷却模式下的方式相同。第二恒温器26测量流出蒸发器28的工作流体36的温度。然后，由于自然的制冷剂迁移，温度高于外部环境空气的制冷剂34流过第三阀32，绕过压缩机12，流到蒸发器28。
参照图3，示出了运转具有冷却模式和自由冷却模式的空调***10的方法的示例性实施方式，并且总体上用附图标记50标示该方法。方法50包括自由冷却条件判定步骤54、将差值与预定值比较步骤66、可用自由制冷量步骤68以及自由冷却条件检查步骤74。
在步骤52空调单元10或者停止，或者以冷却模式运转。有利地，自由冷却条件判定步骤54判定当前条件是否足以以自由冷却模式而非冷却模式运转空调***10，据此，最优化自由冷却模式的使用。
在自由冷却条件判定步骤54中，在步骤56工作流体的循环被起动，以便工作流体经过蒸发器28中的第一开口流入并且经过第二开口流出。接下来，使用一个装置来测量冷凝器18外部周围的外部环境空气的第一温度。在本发明的一个实施方式中，使用第一恒温器16。接下来，使用一个装置来测量流出蒸发器28的工作流体36的温度。在本发明的一个实施方式中，使用第二恒温器26。应当了解，任何能够测量工作流体36和外部环境空气二者温度的装置均可使用。例如，可以预见，适合的装置可以包括但不限于热电耦或电阻温度装置。
然后，在步骤62用控制器30计算第一温度和第二温度之间的差值。在本发明的一个实施方式中，控制器30可以使用软件程序来计算该差值。然后，在步骤64将所计算得到的差值与预定值比较，并在步骤66判定该差值是否大于或等于该预定值，或者该差值是否小于预定值。如果该差值小于该预定值，则冷却模式保持打开(如果空调***10已经处于冷却模式)或者如果空调***已经停止，则冷却模式将被打开。在本发明的一个实施方式中，该预定值约为6摄氏度。但是，如果该差值大于或等于该预定值，则在步骤68进行关于可用自由制冷量是否足以以自由冷却模式运转该***的***检查。如果有充足的制冷量，则空调***10切换到自由冷却模式70。当空调***10切换到自由冷却模式时，空调***如图2中所示地运转。在步骤72，当空调***10以自由冷却模式运转时，则在步骤74，***执行持续检查以查看自由冷却条件是否得以维持。持续被监测的条件包括测量外部环境空气的第一温度、测量流出蒸发器28的工作流体36的第二温度、计算第一温度和第二温度之间的差值，并且将该差值与预定值比较。
空调***10将保持在自由冷却模式下，直到步骤74判定当前条件不再足分。这时，在步骤76空调***10切换到冷却模式，并且如图1中所示地运转。
现参照图4和图5，示出曲线图，其中时间以小时绘在X轴线上，温度以摄氏度绘在Y轴线上。而图5示意根据本发明使用预自由冷却步骤的空调***，图4的空调***不使用预自由冷却步骤。在这两个曲线图中，初始温度为44摄氏度的水回路达到了8摄氏度的最终温度。在图4中，空调***以冷却模式运转6个小时，以便使水回路的温度达到8摄氏度。这样运转所需能量为1080千瓦/时。但是，在图5中，具有预自由冷却步骤的空调***以自由冷却模式运转6小时。随后，该***以冷却模式再运转两个小时。运转图5的空调***所需的能量是468千瓦/时。有利地，可以看出，如本发明所预期的那样，在与配备有预自由冷却步骤的冷却***相关的能量使用大致降低57％。
还应当注意，措词“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”等在此可用于修饰不同的元件。除非具体说明，这些修饰语并不意味着被修饰元件的空间次序、顺序或分级次序。
虽然已经参照一个或更多示例性实施方式描述了本发明，所属技术领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变，并且可用等同物替代其元件。另外，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出许多改型来使特定的情况或材料适于本发明的教导。因此，目的在于，本发明公开并不局限于考虑到的作为最佳模式所揭示的特定实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方式。

Claims (12)

1.一种具有自由冷却模式和冷却模式的空调***，包括：
冷凝器；
第一温度传感器，其用于测量环境外部空气的第一温度；
蒸发器，其与工作流体及制冷剂分开地流体连通；
膨胀阀，其位于所述蒸发器前面；
第二温度传感器，其用于在工作流体流出所述蒸发器时测量所述工作流体的第二温度；
制冷剂泵，其用于在所述空调***处于所述自由冷却模式下时将制冷剂从所述冷凝器经过膨胀阀泵送到所述蒸发器；
在所述空调***处于所述冷却模式下时用于将所述冷凝器流体连通到所述膨胀阀的第二阀，在所述空调***处于所述自由冷却模式下时，所述第二阀用于将所述冷凝器流体连通到所述制冷剂泵；
压缩机，其用于在所述空调***处于所述冷却模式下时压缩所述制冷剂；
在所述空调***处于所述冷却模式下时用于将所述冷凝器流体连通到所述膨胀阀的第一阀，在所述空调***处于所述自由冷却模式下时，所述第一阀用于将所述冷凝器流体连通到所述制冷剂泵；
在所述空调***处于所述自由冷却模式下时用于将所述蒸发器流体连通到所述冷凝器的第三阀，在所述空调***处于所述冷却模式下时，所述第三阀用于将所述蒸发器流体连通到所述冷凝器；以及
控制器，其用于计算所述第一温度和所述第二温度之间的差值，所述控制器将所述差值与预定值相比较，在所述差值等于或大于所述预定值时，所述控制器调整所述第一阀和所述第二阀的位置，打开所述压缩机，并且关闭所述制冷剂泵，在所述差值小于所述预定值时，所述控制器关闭所述压缩机，打开所述制冷剂泵，并且调整所述第二阀和所述第三阀的位置。
2.如权利要求1所述的空调***，其中，所述第三阀是三通阀。
3.如权利要求1所述的空调***，其中，所述第二阀是止回阀。
4.如权利要求1所述的空调***，其中，所述工作流体是水。
5.如权利要求1所述的空调***，其中，所述工作流体是空气。
6.一种控制根据权利要求1的具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法，包括：使工作流体循环流经所述空调***的蒸发器；
测量环境外部空气的第一温度；
测量流出所述蒸发器的所述工作流体的第二温度；
计算所述第一温度和所述第二温度之间的差值；
将所述差值与预定值相比较；
如果所述差值大于或等于所述预定值，则以所述自由冷却模式运转所述空调***；以及
如果所述差值小于所述预定值，则以所述冷却模式运转所述空调***。
7.如权利要求6所述的方法，其中，环境外部空气的所述第一温度在靠近所述空调***的冷凝器处测量。
8.如权利要求6所述的方法，其中，测量所述第一温度包括控制第一温度传感器以确定所述第一温度，测量所述第二温度包括控制第二温度传感器以确定所述第二温度。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述计算步骤通过软件程序执行。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述预定值约为6摄氏度。
11.如权利要求6所述的方法，其中，所述比较步骤在所述空调***的所述冷却模式运转期间执行。
12.如权利要求6所述的方法，其中，在所述空调***不以所述冷却模式或所述自由冷却模式运转时，执行所述比较步骤。
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