本發(fā)明涉及用于估算制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)中(以下被稱為RVCS，例如，在制冷系統(tǒng)中或在基于熱泵的加熱系統(tǒng)中等等)的制冷劑充注損耗的方法和系統(tǒng)。

具體地，本發(fā)明涉及用于包括制冷劑的RVCS系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)，該制冷劑在環(huán)路中在低壓側(cè)與高壓側(cè)之間循環(huán)。該系統(tǒng)的低壓側(cè)在膨脹閥與壓縮機的吸入側(cè)之間形成用于制冷劑的體積。高壓側(cè)在壓縮機的排放側(cè)與膨脹閥之間形成用于制冷劑的體積。高壓側(cè)包括排熱換熱器，例如，呈在使用過程中變暖的氣體冷卻器或冷凝器的形式。高壓側(cè)進一步包括接收器從而提供用于制冷劑的存儲空間。低壓側(cè)包括在使用過程中變冷的蒸發(fā)器。

發(fā)明背景

例如在超級市場和冷藏庫中的制冷系統(tǒng)通常以低速率損耗其制冷劑充注。典型的數(shù)字是在每年總充注10％至30％的比率上。這最終由于缺乏制冷劑而導致故障。

為了補償損耗的制冷劑并且為了避免故障，典型地限定了固定的維護間隔。

制冷劑部分地呈液體形式，并且部分地呈蒸氣形式。在蒸發(fā)器和排熱換熱器中的液體的量取決于運行狀態(tài)并且部分地取決于溫度、壓力和負載而顯著變化。

制冷劑在正常運行過程中遷移。多數(shù)RVCS系統(tǒng)因此將包括接收器，該接收器存儲一定量的制冷劑來適應在該設(shè)備的其他部分中的充注的變化。這使得在正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下幾乎不可能估算充注。

類似的考慮適用于其他在技術(shù)上類似的系統(tǒng)，例如，在用于家用加熱的熱泵系統(tǒng)中和在空調(diào)系統(tǒng)中等等。本文中，使用術(shù)語RVCS系統(tǒng)涵蓋任何種類的基于壓縮機和制冷劑的系統(tǒng)，其中通過使用壓縮機和制冷劑使熱能在熱側(cè)與冷側(cè)之間交換。這種系統(tǒng)有時被稱為制冷劑蒸氣壓縮系統(tǒng)。

在市場中對于早期檢測低充注狀態(tài)存在極大興趣，這使得應可以在故障實際發(fā)生之前安排再充注。這可以減少故障量并且防止對緊急維護呼叫的需要。

在再填充過程中，維護人員用粗略估算量的制冷劑對系統(tǒng)進行再填充?，F(xiàn)行實踐非常不精準，并且典型地專注于避免對系統(tǒng)過量填充，因為如果液體制冷劑從蒸發(fā)器逸出則可能引起高成本的壓縮機崩潰。

發(fā)明說明

為了改善RVCS系統(tǒng)并且尤其為了能夠改善維護間隔、為了改善維護和再填充程序的質(zhì)量、并且為了減少故障的風險，本發(fā)明在第一方面中提供一種方法，該方法包括：

●提供水平傳感器，該水平傳感器被配置成用于提供接收器水平，該接收器水平表明在該接收器中存在的制冷劑的量；

●提供水平模型，該水平模型被配置成用于基于選自由包括至少制冷劑溫度的一組運行參數(shù)中的參數(shù)來提供排熱換熱器估算，該排熱換熱器估算表明在該排熱換熱器中存在的制冷劑的量；并且

●基于該接收器水平和該排熱換熱器估算來估算制冷劑從該RVCS系統(tǒng)的損耗。

在第二方面中，本發(fā)明提供一種控制器，該控制器用于以上描述類型的RVCS系統(tǒng)并且包括處理器，該處理器以一組指令來運行，從而變得被配置成用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法。

在第三方面中，本發(fā)明提供一種RVCS系統(tǒng)、尤其是制冷系統(tǒng)、并且尤其是具有多個冷卻單元或裝架的制冷系統(tǒng)，該多個冷卻單元或裝架通過來自壓縮機或包括多個壓縮機的壓縮機機組的制冷劑供應而單獨冷卻。根據(jù)本發(fā)明的第三方面的RVCS系統(tǒng)配備有根據(jù)本發(fā)明的第二方面的控制器。

以下，主要參照制冷系統(tǒng)對本發(fā)明進行描述。然而，任何所披露的特征和方面總體上都可應用于具有例如充注有碳氟化合物制冷劑的類型的RVCS系統(tǒng)，這些碳氟化合物制冷劑例如但不限于諸如R22的氟氯烴化合物(HCFC)、或諸如R134a、R410A和R407C的氫氟烴(HFC)、或諸如R600a和R1270的碳氫化合物(HC)、或二氧化碳。

通過執(zhí)行已知為抽空的程序，可以獲得在該RVCS的多數(shù)部件內(nèi)部的制冷劑的可復現(xiàn)量。在此，可復現(xiàn)應被理解的意義為在重復程序時在這些部件內(nèi)部的制冷劑的量將基本上相同。其制冷劑的量將不可復現(xiàn)的僅有部件是排熱換熱器和接收器。因此，在執(zhí)行抽空程序之后在接收器中的制冷劑的量的變化加上在排熱換熱器中的制冷劑的量的變化對應于制冷劑從RVCS的損耗。

在接收器中的制冷劑的量可以借助于水平傳感器來確定，從而留下排熱換熱器作為該系統(tǒng)在充注方面具有高度不確定性的僅有部分。通過本發(fā)明，這是通過使用排熱換熱器的模型進行估算來克服的。在接收器中的水平與在排熱換熱器中的估算量之和對于無泄露的設(shè)備而言預期保持恒定并且當存在泄漏時隨時間下降。通過建立基線(即，通過從水平傳感器建立信號并且通過在充注之后直接(優(yōu)選地在充注之后少于一天或一個小時)從水平模型提供排熱換熱器估算)，就可以充分精確地估算充注損耗的量，從而高度改善維護間隔的定時并且確保更加準確的制冷劑添加量。

該方法可以應用于估算維護間隔，或者該方法可以應用于估算充注特定RVCS系統(tǒng)所需的制冷劑的量。這將使得維護人員能夠在維護系統(tǒng)時攜帶必需量，并且與迄今為止相比將可以允許維護人員將更多制冷劑填充到系統(tǒng)中，迄今為止量被非常粗略且不精確地估算并且因此該量被減少以便將安全措施包括在內(nèi)來避免由于過量填充而損壞壓縮機。

所提及的包括在環(huán)路中循環(huán)的制冷劑的RVCS系統(tǒng)可以是普通的制冷系統(tǒng)，例如，包括多個壓縮機和/或多個排熱換熱器和/或多個接收器和/或多個膨脹閥和/或多個蒸發(fā)器的大型系統(tǒng)。該系統(tǒng)例如可以用于冷藏庫，或者該系統(tǒng)可以形成RVCS系統(tǒng)的一部分(空調(diào)系統(tǒng)或基于熱泵的加熱系統(tǒng))。壓縮機例如可以是往復式壓縮機或渦旋式壓縮機。

該系統(tǒng)因此可以包括一個或多個低壓側(cè)以及一個或多個高壓側(cè)。

排熱換熱器可以是傳統(tǒng)的冷凝器，其中呈氣態(tài)的制冷劑被冷卻并且變成液體，或者該排熱換熱器可以是例如來自基于CO₂的系統(tǒng)的已知類型的氣體冷卻器。

在一個實施例中，該方法包括為系統(tǒng)中的不同排熱換熱器應用不同的水平模型。

該低壓側(cè)可以包括多個不同的部件，包括蒸發(fā)器，進入該蒸發(fā)器中的制冷劑膨脹并因此變冷。該蒸發(fā)器被定位在一個或多個膨脹閥與該一個或多個壓縮機的吸入側(cè)之間。

該高壓側(cè)包括被定位在該壓縮機的排出與該膨脹閥之間的一個或多個排熱換熱器和一個或多個接收器。該高壓側(cè)可以包括多個附加部件。

該水平傳感器可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的適用于在RVCS系統(tǒng)中水平指示的任何種類的傳統(tǒng)傳感器。該水平傳感器典型地將液體水平轉(zhuǎn)換成可以被控制器讀取的電信號，例如，0伏特至10伏特，并且該水平傳感器可以優(yōu)選地直接定位在接收器內(nèi)部。

被配置成用于提供排熱換熱器估算的水平模型尤其可以是至少制冷劑的溫度的函數(shù)、并且還有可能是其他參數(shù)(例如，壓力)的函數(shù)，例如，在系統(tǒng)中的不同位置處的壓力之間的壓力差的函數(shù)。

水平模型將估算在排熱換熱器中的液體制冷劑的量。

可應用于亞臨界操作中的一個可能的模型將排熱換熱器劃分成三段：在區(qū)域1中，在邊界0至1之間，來自壓縮機的熱蒸氣被冷卻至露點。在區(qū)域2中，在邊界1至2之間，制冷劑被冷凝為液體。在區(qū)域3中，在邊界2至3之間，液體制冷劑被進一步冷卻，還參見圖4。

對于這種模型的實踐估算公式是：

其中h_i是在邊界i處的制冷劑的質(zhì)量比焓，ρ_L是液體密度，ρ_g是蒸氣密度，T_i是在邊界i處的溫度，T_amb是第二流體的溫度，α_i是代表區(qū)域i的熱傳遞系數(shù)，并且ζ_i是填充有蒸氣的區(qū)域i的體積的分數(shù)(其在區(qū)域1中等于一，并且在區(qū)域3中等于零)。焓和密度可以借助于流體模型來計算。模型的結(jié)果是在排熱換熱器內(nèi)部的制冷劑的質(zhì)量相對于當冷凝器將完全填充有液體制冷劑時將在內(nèi)部的質(zhì)量。在排熱換熱器內(nèi)部的總制冷劑質(zhì)量可以因而通過將結(jié)果乘以排熱換熱器的內(nèi)部體積并且乘以液體密度來獲得。

熱傳遞對于所討論的排熱換熱器是特定的，并且可以通過實驗發(fā)現(xiàn)。在以下表格中，提供了熱傳遞系統(tǒng)的實例。

該方法可以具體地應用在具有多個排熱換熱器的系統(tǒng)中。該方法因此可以包括針對每個排熱換熱器提供特定的單獨的水平模型的步驟，該特定的單獨的水平模型被配置成用于提供表明在這些排熱換熱器中特定一者中存在的制冷劑的量的排熱換熱器估算。為此目的，每個模型可以取決于排熱換熱器的特定類型來使用不同的熱傳遞系數(shù)。

該系統(tǒng)尤其可以被操作成，在估算制冷劑損耗之前使得以可復現(xiàn)的方式在該低壓側(cè)與該高壓側(cè)之間分布制冷劑。抽空是在控制著制冷劑進入該一個或多個蒸發(fā)器的流動的閥門關(guān)閉并且壓縮機將低壓側(cè)中的壓力減少而充分低于正常運行壓力并且由此將低壓側(cè)中存在的所有制冷劑蒸發(fā)的時候。因此在低壓側(cè)中存在的制冷劑的量將是可復現(xiàn)的。這導致圖2中描繪的一些制冷劑估算設(shè)想。

可以通過計算機可控閥來控制防止制冷劑流動到該一個或多個蒸發(fā)器中，從而使得可以通過使用微處理器來執(zhí)行估算制冷劑損耗的整個過程，該微處理器被配置成用于控制水平傳感器、溫度傳感器、可控閥和壓縮機的運行或者接收來自該水平傳感器、該溫度傳感器、該可控閥或該壓縮機的信號。

在估算制冷劑損耗之前，在排熱換熱器與接收器之間的第一液體管線和在接收器與膨脹閥之間的第二液體管線填充有呈液體形式的制冷劑。這應用于一些可用制冷劑，但例如不應用于遍布高壓側(cè)典型地呈蒸氣形式的CO₂。該第一液體管線和該第二液體管線例如可以填充有液體制冷劑，而壓縮機的排放側(cè)與排熱換熱器之間的排放管線填充有氣態(tài)的制冷劑。

可以基于制冷劑的估算損耗給操作者或維護人員傳達警示?？梢詫⒕緜鬟_為直接來自前述微處理器的信號。

可以提供可比較的制冷劑水平或泄露水平。作為實例，該方法可以包括將估算與從良好運作的系統(tǒng)獲得的估算(例如，當系統(tǒng)是新的時獲得的估算)進行對比。通過將制冷劑從RVCS系統(tǒng)的估算損耗與可比較的系統(tǒng)泄露速率進行對比，該方法可以提供泄露速率隨時間的增加或者提供對系統(tǒng)降級的指示，并且該方法因此可以包括對整個系統(tǒng)或系統(tǒng)中的特定部件的期望剩余壽命的指示(例如，被提供為整數(shù)，例如在某一范圍內(nèi)的數(shù)字)。

可比較的系統(tǒng)泄漏速率可以是對制冷劑從系統(tǒng)的損耗的平均值。

該組運行參數(shù)可以由以下各項構(gòu)成：在該排熱換熱器中的制冷劑的溫度、在該排熱換熱器中的壓力、在該壓縮機處的吸入壓力、流經(jīng)該排熱換熱器的第二流體的溫度、以及在該蒸發(fā)器處的溫度。

通過將總水平與預期水平進行對比來估算損耗，其中該總水平構(gòu)成該接收器水平與該排熱換熱器估算之和。

該接收器水平可以以特定單位來提供，并且其中該水平模型提供對比例常數(shù)的估算，該比例常數(shù)被配置成用于將在該排熱換熱器中的制冷劑中的量轉(zhuǎn)換成該特定單位。

該方法可以包括估算在排放管線中的制冷劑的量的步驟，該排放管線連接該壓縮機與冷凝器。

尤其可以例如在壓縮機運行時并且優(yōu)選地通過微處理器完全自動而沒有人為干涉地實時估算制冷劑從RVCS系統(tǒng)的損耗。

該方法可以進一步包括基于估算損耗來改變在該RVCS系統(tǒng)中的制冷劑充注水平的步驟。

發(fā)明詳細說明

以下，將參照多個實施例并且參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，在附圖中：

圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)；

圖2展示了制冷劑可以如何分布在RVCS的部件內(nèi)部并且相繼獲得的采樣如何導向?qū)χ评鋭p耗量以及對制冷劑損耗速率的估算；

圖3展示了該方法可以如何實施；并且

圖4展示了冷凝器模型的基礎(chǔ)。

應該理解的是，詳細說明和具體實例雖然表明了本發(fā)明的實施例，但是僅以展示的方式給出，因為從該詳細說明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和修改。

圖1展示了包括壓縮機2的RVCS系統(tǒng)1，該壓縮機具有吸入側(cè)3和排放側(cè)4。制冷劑在環(huán)路中在由壓縮機和這一個或多個閥7分開的低壓側(cè)5與高壓側(cè)6之間循環(huán)。該壓縮機可以是往復式壓縮機、渦旋式壓縮機、螺桿式壓縮機或?qū)τ赗VCS系統(tǒng)已知的任何其他類型的壓縮機，或者該壓縮機可以由包括多個串聯(lián)聯(lián)接或并聯(lián)聯(lián)接的壓縮機的機組構(gòu)成。

該系統(tǒng)包括從環(huán)境吸收熱能并且使制冷劑蒸發(fā)的一個或多個蒸發(fā)器8。該系統(tǒng)進一步包括將來自制冷劑的熱能排至周圍環(huán)境的排熱換熱器9。

該系統(tǒng)進一步包括用于存儲制冷劑的接收器10。該接收器有時被稱為閃蒸罐或簡單地被稱為罐。技術(shù)人員將意識到該系統(tǒng)可以含有任何數(shù)量的蒸發(fā)器、排熱換熱器、接收器、膨脹閥、壓縮機，并且該系統(tǒng)可以進一步含有例如用于防止?jié)駳饣騼鼋Y(jié)、用于測量溫度和壓力、或者用于控制制冷劑在不同的蒸發(fā)器、排熱換熱器、接收器、膨脹閥和壓縮機之間的分布的多個附加部件。

該系統(tǒng)可以以亞臨界或超臨界循環(huán)來運行。制冷劑以壓縮且熱的狀態(tài)離開壓縮機的壓力側(cè)。在排熱換熱器中，制冷劑冷卻。通常的實踐是在亞臨界運行中將排熱換熱器稱為冷凝器(意味著在排熱換熱器內(nèi)部形成液體)或者在超臨界運行中稱為氣體冷卻器(意味著在氣體冷卻器內(nèi)部的制冷劑處于超臨界狀態(tài))。經(jīng)壓縮的制冷劑繼續(xù)行至接收器，該接收器作用為儲罐起作用。制冷劑從該接收器繼續(xù)行至膨脹閥，制冷劑在此膨脹。然后制冷劑進入蒸發(fā)器，制冷劑在此蒸發(fā)。

水平傳感器11與接收器和控制器12相關(guān)聯(lián)。傳感器感測駐留在接收器中的例如呈液體形式的制冷劑的水并且產(chǎn)生表明水平的L信號。該信號被傳達至控制器。

溫度傳感器感測在排熱換熱器中的制冷劑的溫度，并且產(chǎn)生表明溫度的T信號。該信號被傳達至控制器。具體地，可以確定入口處的溫度(T₀)和出口處的溫度(T₃)以及壓力。在內(nèi)部邊界處的溫度(T₁和T₂)可以由壓力和由流體模型推出，還參照圖4。最后，可以使用第二流體的溫度(T-環(huán)境)。在制冷系統(tǒng)中，這可以是針對冷卻排熱換熱器所應用的空氣、水、鹽水或制冷劑的溫度。

控制器含有微處理器并且具有數(shù)據(jù)存儲能力。微處理器以一組指令來運行，該組指令包括水平模型，該水平模型被配置成用于基于制冷劑的溫度來提供表明在排熱換熱器中存在的制冷劑的量的排熱換熱器估算?？刂破魇褂媚Ｐ鸵约癓信號和T信號來提供對制冷劑水平的估算，并且控制器基于該水平來計算制冷劑從系統(tǒng)的損耗。

控制器包括通信接口，該通信接口被配置成用于在達到對于制冷劑水平的極限值時或在達到對于制冷劑損耗的極限值時分派維護指示。該通信接口例如可以通過互聯(lián)網(wǎng)、通過SMS、通過可聽或可讀警示信號等分派維護指示。維護指示可以包括有待在所宣布的維護過程中添加的制冷劑的估算量。

通信接口進一步允許將初始啟動信號傳達至控制器。這種啟動信號是在RVCS是新的時(即，當制造了完全空的系統(tǒng)并且當其剛剛被填充以確切已知量的制冷劑時)輸入的。一旦接收到啟動信號，控制器就使用模型以及L信號和T信號來提供對制冷劑水平的估算。這種估算被標記為零基線估算，其被認為代表完全充注好的系統(tǒng)。

通信接口進一步允許維護人員在以額外的制冷劑充注該系統(tǒng)的修復工作或維護之處之后將維護信號傳達至控制器。一旦接收到維護信號，控制器就使用模型以及L信號和T信號來提供對制冷劑水平的估算。這種估算被標記為維護基線估算，其被認為代表估算的完全充注好的系統(tǒng)。

在一個實施例中，控制器貫穿系統(tǒng)的壽命地在確定對于制冷劑從RVCS的損耗的估算時將估算與零基線估算和/或與維護基線估算進行對比。

圖3展示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的功能，并且圖4展示了冷凝器的模型的基礎(chǔ)，還參照之前對模型的描述