CN101688713B - 具有自由冷却泵起动程序的空调***和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调***。该***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。
Description
【技术领域】
本公开涉及空调***。更具体地说，本公开涉及用于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***的典型操作期间，***是运行在冷却模式，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他二次循环流体(secondary loop fluid，如冷却水或乙二醇)。被调节的工作流体然后能被用在冰箱、冰柜、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***用来调节工作流体时，该***被称为工作在自由冷却模式。
如上所述，传统上，即使在外部环境空气温度低时，空调***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***运行在自由的冷却模式则更为有效。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机。
因此，已由本公开确定，需要提高具有自由冷却模式的空调***的效率的方法和***。
【发明内容】
提供空调***和控制的方法，其包括用于至少根据穿越泵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的泵开始程序。
提供一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调***，其包括：制冷回路，其具有依次串联的冷凝器、制冷剂泵、膨胀装置、蒸发器和压缩机；压缩机旁路回路；泵旁路回路；第一压力传感器，其位于制冷剂泵的进口；第二压力传感器，其位于制冷剂泵的出口；控制器，用于选择性地由压缩机将制冷剂流通和压缩通过制冷回路而运行于冷却模式，或由制冷剂泵将制冷剂通过制冷回路而运行于自由冷却模式；及泵开始程序，其驻留在控制器，泵开始程序至少根据压差使制冷剂泵在打开和关闭状态之间循环，压差由控制器从被第一和第二压力传感器检测出的压力确定。控制器选择性地打开和关闭压缩机旁路回路且选择性地打开和关闭泵旁路回路。在冷却模式下，控制器使压缩机旁路关闭并使泵旁路回路打开，从而使压缩机工作且使制冷剂泵不工作。在自由冷却模式下，控制器使压缩机旁路打开并使泵旁路回路关闭，从而使压缩机不工作且使制冷剂泵工作。
也提供一种控制具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法也被提供。该方法包括将空调***切换到自由冷却模式；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***保持在自由冷却模式。
从以下的详细说明、附图、以及所附的权利要求，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。
【附图说明】
图1是根据本公开在冷却模式的空调***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***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***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***(“***”，一般由参考标号10指示)的示范的实施方案被示出。***10被配置为工作在冷却模式12(图1)和自由冷却模式14(图2)。
***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在启动自由冷却模式14期间监测***10内的压力， 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，***10在自由冷却模式14的启动期间提高泵的可靠性。
***10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被配置为选择性地控制压缩机30(当在冷却模式12时)或者泵24(当在自由冷却模式14时)以使制冷剂通过***10在流动方向(D)流通。因此，在冷却模式12时，***10控制压缩机30压缩和使制冷剂在流动方向30流通。然而，在自由冷却模式14时，***10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。
***10包括压缩机旁路回路32和泵旁路回路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。
在冷却模式12，控制器16控制阀36-3从而使压缩机旁路回路32被关闭，而泵旁路回路34由通过第二止回阀36-3的制冷剂流被自然地打开。在这种方式下，***10通过流经泵旁路回路34被配置为允许压缩机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，***10通过流经压缩机旁路回路32被配置为允许泵24驱使制冷剂在流动方向30流通。泵24一启动，由泵在回路20中引起的压力就关闭止回阀36-3，其关闭旁路回路34，也关闭止回阀36-2防止制冷剂回流进入压缩机30。
因此，***10既能在冷却模式12也能在自由冷却模式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。
在冷却模式12，***10作为本领域所熟悉的标准的蒸汽压缩空调***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 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。
在自由冷却模式14，***10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***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***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***10的各个方面。在许多***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启动自由冷却模式14后，并在***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被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***10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。
***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被安置在泵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***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***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 境空气的温度40足以使***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***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***10。
应当指出，方法50在此是由当***10运行在冷却模式12时在使用中的例子来进行描述。当然，由本公开可以预期当***10停止时，对于方法50来找到等同的用法，以致在***10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C1、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)是由第一和第二传感器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64-1被设置为四(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64-1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C1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 冷却模式步骤70，从而使***10工作在自由冷却模式14。
第二负荷常数L2是基于***10的大小的。此外，第二负荷常数L2小于第一负荷常数(L1)，第一负荷常数也是基于***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也被设置在四(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被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C1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(L1)，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模式步骤70，如此以致使***10工作在自由冷却模式14。
如果在第三比较步骤74中第一计数器C1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被配置为使泵24循环打开和关闭，直到制冷剂在***10里达到平衡状态。在平衡状态下，在***10中的制冷剂主要是以液相被提供给泵24。
还应当指出的是，在泵开始程序18期间，方法50使***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和在压缩机30上的止回阀36-1。
当完成泵开始程序18后，方法50在自由冷却步骤70使***10工作在自由冷却模式14，泵24在该处被维持在“打开”状态。
当工作在自由冷却模式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***10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***10在自由冷却模式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***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)被设置在35千帕斯卡(kPa)，第一负荷常数(L1)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(L1)或第二负荷常数(L2)的本示范的实施方案。
从时间零(0)开始，***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***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***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在制冷剂处于气态和/或气液混合状态时间期间的运行。如此，本公开的***10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 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。
Claims (18)
1.一种具有冷却模式和自由冷却模式的空调***，其包括：
制冷回路，其具有依次串联的冷凝器、制冷剂泵、膨胀装置、蒸发器和压缩机；
压缩机旁路回路；
泵旁路回路；
第一压力传感器，其位于所述制冷剂泵的进口；
第二压力传感器，其位于所述制冷剂泵的出口；
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，或由所述制冷剂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制冷剂泵在打开和关闭状态之间循环，所述压差由所述控制器从被所述第一和第二压力传感器检测出的压力确定，
其中，所述控制器选择性地打开和关闭所述压缩机旁路回路且选择性地打开和关闭所述泵旁路回路，
在所述冷却模式下，所述控制器使所述压缩机旁路回路关闭并使所述泵旁路回路打开，从而使压缩机工作且使制冷剂泵不工作，
在所述自由冷却模式下，所述控制器使所述压缩机旁路回路打开并使所述泵旁路回路关闭，从而使压缩机不工作且使制冷剂泵工作。
2.如权利要求1所述的空调***，其中当所述控制器从所述空调***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制冷剂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***，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制冷剂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***，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制冷剂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***，其中所述蒸发器与所述制冷剂和工作流体成热交换联系。
6.如权利要求5所述的空调***，其中所述工作流体包括室内环境空气。
7.如权利要求5所述的空调***，其中所述工作流体包括二次循环流体。
8.如权利要求1所述的空调***，其中所述膨胀装置是固定的膨胀装置。
9.如权利要求1所述的空调***，其中所述膨胀装置是可控的膨胀装置。
10.如权利要求9所述的空调***，其中所述可控的膨胀装置是由所述控制器控制。
11.一种控制如权利要求1所述的具有冷却模式和自由冷却模式的空调***的方法，所述方法包括步骤：
切换空调***到自由冷却模式；
响应于将所述空调***切换至所述自由冷却模式，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
使所述空调***在完成所述泵开始程序后保持在自由冷却模式。
12.如权利要求11所述的方法，其中启动所述泵开始程序包括：
根据所述制冷剂泵两侧间的压差与预定压差阈值的比较使所述制冷剂泵在所述打开和关闭状态之间循环。
13.如权利要求12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期限；
如果所述压差大于所述预定压差阈值，使所述制冷剂泵在所述打开状态保持第二预定时间期限；及
如果所述压差小于所述预定压差阈值，使所述制冷剂泵循环至所述关闭状态保持所述第二预定时间期限。
14.如权利要求13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。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述泵状态是二进制状态，该二进制状态包括所述制冷剂泵是未准备好的所述零状态和所述制冷剂泵是待命的一状态。
16.如权利要求15所述的方法，其中，如果所述压差大于所述预定压差阈值，所述循环步骤进一步包括：
增加所述第一计数器C1一个单位；
增加所述第二计数器C2一个单位；
比较所述第二计数器C2与第二负荷常数L2，所述第二负荷常数L2是基于所述空调***的大小和所述制冷剂泵的各种变量确定的；
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，将所述泵状态设置为一状态并完成所述泵开始程序，以使所述空调***被保持在所述自由冷却模式。
17.如权利要求15所述的方法，其中，如果所述压差小于所述预定压差阈值，所述循环步骤进一步包括：
增加所述第一计数器C1一个单位；
设置所述第二计数器C2为零；
比较所述第一计数器C1与第一负荷常数L1，所述第一负荷常数L1是基于所述空调***的大小和所述制冷剂泵的各种变量确定的，且述第一负荷常数L1大于述第二负荷常数L2；
如果所述第一计数器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L1，将所述泵状态设置为零状态并完成所述泵开始程序，以使所述空调***被保持在
所述自由冷却模式。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述切换空调***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***的停止状态切换到所述自由冷却模式。
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