蒸汽压缩系统技术方案

本发明专利技术涉及一种蒸汽压缩系统。该蒸汽压缩系统包括热交换器，所述热交换器具有连接到供制冷剂通过以调节受控区域的一组路径的进口总管。所述进口总管将所述制冷剂划分到不同路径中。进入所述进口总管的所述制冷剂的量受控于阀。所述蒸汽压缩系统还包括用于测量所述一组路径的每个路径中的所述制冷剂的温度的一组传感器，并且包括控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器基于所述一组传感器的至少一个传感器的测量结果和所述热交换器所要求的热容量来确定所述阀的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蒸汽压缩系统，并且更具体地涉及一种用于控制适合控制多区蒸汽压缩系统的所述蒸汽压缩系统的系统和方法。
技术介绍
蒸汽压缩系统(VCS)在低温环境和高温环境之间移动热能，以便执行冷却或加热操作以及改进居住者的舒适性。例如，热量可以从室内空间移向室外空间，以便在冷却操作中降低室内温度；或者热量可以从室外空间移向室内空间，以便在加热操作中提升室内温度。一般不直接测量热负荷或(例如，由通入建筑物中的热空气)将热能移动到空间中的速率，但其效果随着室内空间温度或区域温度的改变而被检测。为了控制区域温度，操作VCS来调节由系统设置的冷却或加热容量以抵消负荷，使得区域温度在期望的区域温度附近。热交换器的热容量为热能被热交换器接受或拒绝的速率。多区蒸汽压缩系统(MZ-VCS)包括单个压缩机，该压缩机连接到布置在一个或多个室内区域中的多个热交换器。这样的室内热交换器的加热或冷却容量通过在“开”与“关”操作模式之间工作循环的每个热交换器进行调节。当控制制冷剂流量的进口阀闭合时，或者替代地，当将制冷剂泵送通过系统的压缩机停止时，使热交换器关停，使得热交换器不执行冷却或加热。当进口阀打开以及当压缩机操作时，热交换器开启，使得室内区域中的热交换器以其完全的热容量进行操作。控制器决定如何基于区域温度与期望区域温度之间的差异在模式之间切换。然而，切换热交换器开与关的动作(尤其是在区域热交换器可以彼此独立地切换开与关的MZ-VCS中)会导致已知是低效的系统输出(诸如区域温度和热交换器温度)的持续的周期性变化，并且减少居住者的舒适性。从而，本领域需要有一种控制系统和方法来顺畅地控制热交换器(诸如MZ-VCS的热交换器)的热容量。对于设计有划分制冷剂流的多个平行制冷剂流动路径的热交换器而言，顺畅地控制热交换器的热容量甚至是更具挑战性的。划分热交换器内的制冷剂流降低了各个路径内的制冷剂质量的流动速率，允许热交换器内的制冷剂的运输时间更长，由此，为热交换提供更多的机会，借此增加系统效率。然而，普遍认识到，在多路径热交换器的多个路径之中均匀分布的制冷剂难以布置。例如，理论上均等划分的制冷剂更多地流入一个路径中而非流向其它路径，造成热交换器的热管理复杂化。诸多常规方法旨在解决制冷剂分布不均的问题。例如，一种方法使用特别设计的总管将制冷剂分布到多个路径，使得每个路径中的制冷剂是均匀的，例如参见美国2011/0017438和美国2013/0312944。另一方法使用复杂的分布器，包括总管和多个可控阀，以通过主动计量每个路径上允许的制冷剂量来实现均匀的制冷剂分布，例如参见美国8,794,028和美国8,689,582。然而，所有这些方法都增加VCS的成本，并非总是实现最佳效果。从而，本领域需要有一种低成本方法来控制不需要额外的昂贵分布器的多路径热交换器中的制冷剂流。
技术实现思路
本专利技术的一些实施方式的目的是提供一种用于控制适合控制多区蒸汽压缩系统(MZ-VCS)的蒸汽压缩系统(VCS)的操作的系统和方法。一些实施方式的另一目的是提供一种用于控制热交换器以渐近地递送所述热交换器所要求的热容量而无需诱发振荡或极限循环的系统和方法。一些实施方式的另一目的是提供一种用于控制热交换器的热容量而无需诸如额外阀的新的致动器的系统和方法。本专利技术的一些实施方式基于以下认识，即之前考虑的多路径热交换器中的制冷剂不均分布的问题可以转化为优点。为此，代替使用昂贵的方案来解决制冷剂分布不均的问题，本专利技术的一些实施方式使用不均匀的分布来更好地控制所述热交换器，并且提供一种用于控制适合控制MZ-VCS的VCS的系统和方法。例如，本专利技术的一些实施方式基于以下认识，即具有单个热交换器的所述VCS基于压缩机的温度来控制所述热交换器的单个阀，以实现较低但非零的过热温度。然而，对于MZ-VCS，这样的控制是不切实际的，因为单个压缩机存在多个进口阀，并且调整所述压缩机温度不会实现独立的区域冷却控制。因此，需要有一种替代途径来控制所述热交换器的所述阀。不幸的是，所述阀的热容量与开口之间的关系对扰动是敏感的。因此，一些实施方式旨在控制所述阀的开口，容许基于对应热交换器中的制冷剂的温度使制冷剂进入所述热交换器。由于通过所述热交换器的所述制冷剂的物理状态，仅可以测量所述制冷剂的过热温度和过冷温度。然而，在横跨所述热交换器的单个路径中具有所述制冷剂的过热温度或过冷温度的区域仅对应于由所述阀的不同开口形成的热容量的值的分数，这使温度感测成为低效控制变量。然而，在多路径热交换器中，制冷剂的流速对于每个路径而言是不同的。意识到，该优先流动样式是可重复的并且能用沿着各个路径放置的传感器测量。多路径热交换器内的制冷剂质量的分布不均导致不同路径的过热点或过冷点不同。由此，不同路径中的不同传感器可以测量覆盖阀位置整个范围的冷却容量的不同值的过热。进一步意识到，通过使用单个膨胀阀来将每路温度渐近地调整到以特定方式确定的设定点，可以顺畅地控制总体热交换器的热容量。另外，意识到，通过指定选定路径设定点温度作为随时间变化的局部区域温度与系统蒸发温度或系统冷凝温度的函数，每个室内热交换器的热容量可以独立于诸如热负荷的不可测量的扰动进行确定。因此，在本专利技术的一些实施方式中，多区蒸汽压缩系统中的热交换器的热容量通过利用多路径热交换器中的制冷剂分布来控制。温度传感器测量路径温度，并且膨胀阀开口被确定为将路径温度驱动至设定点。以这种方式，热交换器容量可以顺畅地控制而无需引入额外的致动器。从而，本专利技术的一个实施方式公开了一种蒸汽压缩系统(VCS)，其包括：热交换器，所述热交换器具有连接到用于使制冷剂通过以调节受控区域的一组路径的进口总管，其中所述进口总管将所述制冷剂划分成不同路径；一组传感器，所述一组传感器用于测量所述一组路径的每个路径中的所述制冷剂的温度；阀，所述阀用于控制进入所述进口总管的所述制冷剂的量；以及控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器基于所述一组传感器中的至少一个传感器的测量结果和所述热交换器所要求的热容量来确定所述阀的位置。另一实施方式公开了一种蒸汽压缩系统，其包括：热交换器，所述热交换器具有连接到用于使制冷剂通过以调节受控环境的一组路径的进口总管，其中所述一组路径至少包括第一路径和第二路径，并且其中所述进口总管将所述制冷剂划分成所述第一路径和所述第二路径；一组传感器，所述一组传感器用于测量所述一组路径中的所述制冷剂的温度，其中所述传感器至少包括用于测量所述第一路径的温度的第一传感器并且包括用于测量所述第二路径的温度的第二传感器；阀，所述阀用于控制进入所述进口总管的所述制冷剂的量；以及处理器，所述处理器用于基于所述热交换器所要求的热容量在所述第一传感器和所述第二传感器之间进行选择，并且用于基于选定传感器的测量结果和所要求的热容量来调整所述阀的位置。又一实施方式公开了一种蒸汽压缩系统，其包括：室外热交换器；用于调节一组区域的一组室内热交换器，每个室内热交换器调节对应区域并且包括使制冷剂通过的一组路径、用于测量所述一组路径中的所述制冷剂的温度的一组传感器以及用于控制进入所述每个室内热交换器的所述制冷剂的量的阀；监控器，所述监控器用于基于所述对应区域所要求的温度来确定每个室内热交换器所要求的热容量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽压缩系统，该蒸汽压缩系统包括：热交换器，所述热交换器具有连接到一组路径的进口总管，所述一组路径供制冷剂通过以调节受控区域，其中所述进口总管将所述制冷剂划分到不同路径中；一组传感器，所述一组传感器用于测量所述一组路径中的每个路径中的所述制冷剂的温度；阀，所述阀用于控制进入所述进口总管的所述制冷剂的量；以及控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器基于所述一组传感器中的至少一个传感器的测量结果和所述热交换器所要求的热容量来确定所述阀的位置。

【技术特征摘要】
2015.06.03 US 14/729,1631.一种蒸汽压缩系统，该蒸汽压缩系统包括：热交换器，所述热交换器具有连接到一组路径的进口总管，所述一组路径供制冷剂通过以调节受控区域，其中所述进口总管将所述制冷剂划分到不同路径中；一组传感器，所述一组传感器用于测量所述一组路径中的每个路径中的所述制冷剂的温度；阀，所述阀用于控制进入所述进口总管的所述制冷剂的量；以及控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器基于所述一组传感器中的至少一个传感器的测量结果和所述热交换器所要求的热容量来确定所述阀的位置。2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其中，所述控制器包括：监控器，所述监控器用于基于所述受控区域所要求的温度来确定所要求的热容量；以及容量控制器，所述容量控制器用于确定通过所述一组路径中的至少一个路径的所述制冷剂的设定点温度，并且用于调整所述阀的位置，以减小所述路径中的所述制冷剂的设定点温度与测量温度之间的误差。3.根据权利要求2所述的蒸汽压缩系统，其中，所述容量控制器从所述一组路径中选择所述路径，用于基于所要求的热容量来控制所述阀的位置。4.根据权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其中，所述控制器从用于测量所述一组路径中的路径上的所述制冷剂的温度的所述一组传感器中选择传感器，所述控制器使用将所要求的热容量映射到用于所选定传感器的设定点温度的设定点函数来确定用于所选定传感器的设定点温度，并且所述控制器调整所述阀的位置，以减小所选定传感器的设定点温度与测量结果之间的误差。5.根据权利要求4所述的蒸汽压缩系统，其中，所述设定点函数将所述热交换器的热容量的空间分割成一组区域，所述一组传感器中的每个传感器均有一个区域，使得所要求的热容量由所述设定点函数映射到对应区域的所选定传感器的设定点温度。6.根据权利要求4所述的蒸汽压缩系统，其中，所述设定点函数被界定在蒸发温度与区域温度之间或被界定在冷凝温度与区域温度之间，并且其中所述处理器响应于所述蒸发温度、所述冷凝温度或所述区域温度的改变来更新所述设定点函数。7.根据权利要求4所述的蒸汽压缩系统，其中，所述设定点函数为在所述一组传感器中的每个传感器的饱和点处切换的连续函数。8.根据权利要求4所述的蒸汽压缩系统，其中，所述容量控制器包括反馈控制器，其中基于所选定传感器来选择所述反馈控制器的增益，使得所述一组传感器中的不同传感器与不同的增益关联。9.根据权利要求1所述的蒸汽压缩系统，其中，所述热交换器为室内热交换器，并且其中所述蒸汽压缩系统包括室外热交换器和多个室内热交换器。10.一种蒸汽压缩系统，该蒸汽压缩系统包括：热交换器，所述热交换器具有连接到一组路径的进口总管，所述一组路径供制冷剂通过以调节受控环境，其中所述一组路径至少包括第一路径和第二路径，并且其中所述进口总...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·伯恩斯，S·A·博托夫，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP