对向节能制冷循环中的压缩机中的制冷剂注入的控制
阅读说明：本技术 对向节能制冷循环中的压缩机中的制冷剂注入的控制 (Control of refrigerant injection into a compressor in an economized refrigeration cycle ) 是由 埃里克·维南迪 雷米·迪克斯 保罗·基亚拉蒙特 卢卡·马佐拉纳 于 2021-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及对向节能制冷循环中的压缩机中的制冷剂注入的控制。在制冷循环中执行控制向制冷循环中的压缩机中的注入的方法。制冷循环包括至少节能器热交换器、排热热交换器、第一膨胀设备和被配置用于压缩制冷剂的压缩机。压缩机包括用于压缩的装置、抽吸口、排放口和注入口,排放口经由排放管线连接至排热热交换器,注入口连接至用于压缩的装置。节能器热交换器包括：具有连接至排热热交换器的输入和连接至第一膨胀设备的输出的第一路径；以及具有经由节能器阀连接至排热热交换器的输入和经由注入管线连接至压缩机的注入口的输出的第二路径。该方法包括：使用基于节能器热交换器中的制冷剂的过热水平的第一操作模式来调节节能器阀。(The present invention relates to control of refrigerant injection into a compressor in an economized refrigeration cycle. A method of controlling injection into a compressor in a refrigeration cycle is performed in the refrigeration cycle. The refrigeration cycle includes at least an economizer heat exchanger, a heat rejection heat exchanger, a first expansion device, and a compressor configured to compress a refrigerant. The compressor comprises means for compression, a suction port, a discharge port connected to the heat rejecting heat exchanger via a discharge line, and an injection port connected to the means for compression. The economizer heat exchanger includes: a first path having an input connected to the heat rejection heat exchanger and an output connected to the first expansion device; and a second path having an input connected to the heat rejection heat exchanger via an economizer valve and an output connected to an injection port of the compressor via an injection line. The method comprises the following steps: the economizer valve is adjusted using a first mode of operation based on a superheat level of refrigerant in the economizer heat exchanger.)
技术领域
本专利申请涉及一种用于控制向制冷循环中的压缩机中的制冷剂注入的方法，其中，制冷循环包括注入压缩机和节能器。
背景技术
具有制冷循环的制冷系统在本领域中是众所周知的。在普通的制冷循环中，制冷剂通过制冷系统循环，其中制冷剂在制冷系统的不同部分中经历热力学性质的变化。制冷剂是流体，即分别是液体或蒸汽或气体。制冷剂的示例可以是人造制冷剂，例如碳氟化合物。然而，在最近的应用中，作为非人造制冷剂的二氧化碳CO2的使用已变得越来越重要，原因是二氧化碳对环境无害。制冷剂的热力学性质的变化可以例如包括温度、压力、体积或焓的变化，其中有时一种性质的变化也可以影响至少一种其他性质，或者其中在一些情况下至少一种性质可能会在其他性质改变时保持不变。热力学性质的变化可以伴随制冷剂的至少一部分的相变，例如从液体到蒸汽的相变，反之亦然。
在制冷系统中使用制冷剂以在制冷循环中传输热。因此，通常通过制冷剂容易将热从制冷循环中的一点传输至制冷循环中的另一点。例如，制冷循环中的这些点可以由热交换器表示。在第一热交换器中，制冷剂可以从源接受热。源可以是例如应当控制其温度的房间的空气。制冷剂在被传输至第二热交换器之后，可以例如通过将热传递至废气而在第二热交换器中排放热。
如今，制冷系统对于控制温度或气候条件尤为重要。制冷系统的特定类型是压缩制冷系统，有时被称为蒸汽压缩制冷系统(VCRS)。
如本文所使用的，制冷循环包括至少用于压缩制冷剂的压缩机。压缩制冷剂可以驱动循环。此外，这种制冷循环通常包括热交换器，在热交换器中可以从经压缩的制冷剂中提取热。从经压缩的制冷剂中提取热有时被称为排热，因为热是从制冷系统中排放的。因此，该热交换器通常被称为排热热交换器。此外，这种制冷循环通常包括膨胀设备，在膨胀设备中，降低了制冷剂的压力并由此降低了制冷剂的温度。膨胀设备可以是例如阀特别是膨胀阀或者计量设备。此外，这种制冷循环通常包括另一热交换器，其可以用于接收来自源的热。其他热交换器通常被称为吸热热交换器。吸热热交换器与压缩机流体连通，使得制冷剂被引导至压缩机以关闭循环。
在一些制冷循环中，压缩机被用于驱动制冷循环。这种压缩机通常包括抽吸口和排放口以及用于压缩的装置。抽吸口被配置用于接收来自制冷循环中的制冷剂。例如，可以从吸热热交换器接收制冷剂。抽吸口与压缩室流体连通持续至少第一时间实例，以将制冷剂提供至用于压缩的装置。在用于压缩的装置中，制冷剂将被压缩到期望的压力。压缩通常会增加制冷剂的压力。这可能伴随制冷剂的温度的升高。在压缩机可以是涡旋压缩机的情况下，用于压缩的装置可以由涡旋压缩机的涡旋组形成。
用于压缩的装置与压缩机的排放口流体连通持续至少第二时间实例，以将经压缩的制冷剂提供至排放口。在排放口处，经压缩的制冷剂可以以期望的排放压力或期望的排放温度从压缩机排放。
在一些制冷循环中，压缩机可以是注入压缩机。除了压缩机的上述特征之外，注入压缩机还包括注入口。注入口与用于提供制冷剂的源流体连通。源可以是例如节能器。此外，注入口与压缩机的用于压缩的装置流体连通持续至少第三时间实例。在注入口与用于压缩的装置流体连通的情况下，制冷剂从源被提供至压缩机的用于压缩的装置。从源被提供至用于压缩的装置的制冷剂可以被称为附加制冷剂、所注入的制冷剂或新鲜制冷剂。在大多数应用中，所注入的制冷剂处于蒸汽状态。然而，在特定情况下，例如在其中需要降低压缩机中的制冷剂的温度的情况下，除蒸汽制冷剂外还注入液态制冷剂可能是有益的。
一般而言，以所谓的性能系数(COP)表示的系统的效率取决于排热热交换器中的制冷剂与吸热热交换器中的制冷剂的温度或压力之间的温度差或压力差。然而，注入条件，如压力和温度，对系统的效率有直接影响。因此，仅基于排热热交换器中的制冷剂的温度来控制制冷剂系统可能导致运行效率低下或由制冷系统提供的冷却的波动。因此，在本领域中需要改善制冷系统的效率。
发明内容
通过根据本发明的用于控制向制冷循环的压缩机中的注入的方法克服了这种需要。
一般而言，本发明涉及一种用于基于节能器中的制冷剂的过热水平来控制向制冷循环的压缩机中的注入的方法。该方法可以包括不同的操作模式。在本发明的一些实施方式中，这些操作模式之一可以建立根据本发明的方法的默认操作模式，而在特定系统条件下可以使用其他操作模式。在这种情况下，根据本发明的方法提供了一种在合适的操作模式之间切换的方法。可替选地，在本发明的其他实施方式中，该方法不建立默认模式，而是可以基于所确定的系统参数从多个合理的操作模式中选择合适的操作模式。
在制冷循环中执行根据本发明的控制向制冷循环中的压缩机中的注入的方法，制冷循环包括至少节能器阀、排热热交换器、第一膨胀设备和被配置用于压缩制冷剂的压缩机。压缩机包括用于压缩的装置、抽吸口、排放口和注入口。排热热交换器可以设置在压缩机的排放口的下游。排放口与排热热交换器之间的连接可以被称为排放管线。第一膨胀设备可以设置在排热热交换器的下游且在压缩机的抽吸口的上游。此外，制冷循环可以包括设置在第一膨胀设备的下游且在压缩机的抽吸口的上游的吸热热交换器。
注入口连接至用于压缩的装置持续至少特定时间实例。用于压缩的装置被配置用于从压缩机的抽吸口和/或注入口接收制冷剂。此外，用于压缩的装置压缩制冷剂。此外，用于压缩的装置可以被配置用于将经压缩的制冷剂提供至压缩机的排放口。
在优选实施方式中，压缩机可以是涡旋压缩机，并且用于压缩的装置可以由涡旋压缩机的涡旋组形成。
节能器包括节能器热交换器，节能器热交换器包括第一路径和第二路径，用于在第一路径中的制冷剂与第二路径中的制冷剂之间进行热交换。第一路径具有连接至排热热交换器的输入以及连接至第一膨胀设备的输出。第二路径具有经由节能器阀连接至排热热交换器的输入以及经由注入管线连接至压缩机的注入口的输出。优选地，节能器的第一路径和第二路径具有逆向的流动方向。然而，第一路径和第二路径具有相对流动方向的其他流动也是可能的。例如，第一路径和第二路径被定向成沿平行流动方向或沿交叉流动方向也是可能的，其中，第一路径中流动的定向垂直于第二路径中流动的定向。此外，提到的流动类型的任何组合都是可能的。由于本发明涉及对制冷剂系统的制冷剂循环中的制冷剂的控制，因此在整个申请中使用术语“连接”来描述经由该连接来实现流体连通的连接。换句话说，该连接实现所连接的实体之间的制冷剂的交换。
根据本发明，该方法包括：通过使用第一操作模式来调节节能器阀，第一操作模式基于节能器热交换器中的制冷剂的过热水平。该方法还可以包括确定节能器热交换器中的制冷剂的过热水平。例如，过热水平可以在排热热交换器的第二路径的输出处确定。
调节可以包括基于节能器热交换器中的制冷剂的过热水平来计算节能器阀的开度，并且将开度设置为计算出的值。贯穿本申请，任何时候提及计算开度，也可以包括将开度设置为计算出的值。
第一操作模式可以被称为过热控制模式。该操作模式基于以下发现：在节能器处最小过热的情况下达到制冷循环效率的最大值。可以用与沸点相比的温度升高来测量过热。例如，过热值5开尔文将是指与饱和点相比温度升高5开尔文。饱和点也可以被称为沸点。期望的过热值取决于所使用的制冷剂。在典型的CO2制冷循环中，5开尔文的值是在节能器中过热的目标值，因为较低值可能导致不稳定或者可能导致液滴注入到压缩机中，这将降低循环效率。具有相同的目标过热值5开尔文的其他优选的制冷剂为R717(氨)、R290(丙烷)和R32。
可以基于在节能器的第二路径的输出处测量的温度和在节能器阀的下游测量的饱和温度来计算过热水平(SH)。也可以被称为沸点温度的所述饱和温度可以被直接或间接地测量。直接温度测量的示例是测量节能器阀与节能器的第二路径的入口之间的温度。间接温度测量的示例是测量所述位置处的压力并且根据压力确定温度。使用所述温度值，可以通过SH＝T出口–T饱和来计算过热水平，其中T出口为在节能器的第二路径的出口处测量的温度，并且T饱和为饱和温度。
第一操作模式可以被称为过热控制模式，并且可以包括将节能器阀的开度设置为通过使用第一操作模式计算出的值，以使在节能器热交换器的第二路径的输出处的制冷剂的过热水平保持在第一预定设置点。预定设置点可以由制造商或相应制冷系统的操作者设置。在一些实施方式中，计算出的开度的值可以为预先计算的值。此外，可以通过反馈控制器例如PID控制器来更新该预先计算的值。
在优选实施方式中，可以使用不同的操作模式来控制节能器阀。例如，第一操作模式，可以被称为过热控制模式，可以是控制注入控制的默认操作模式。可以提供至少两个附加的操作模式。在这两个附加的操作模式中，可以为第二操作模式，其可以被称为排放管线温度(DLT)控制模式以及第三操作模式，其可以被称为节能器热交换器压力(EHXP)控制模式或注入压力控制模式。
根据本发明的至少一些实施方式，可以确定系统参数并且可以基于所确定的系统参数从第一操作模式切换至第二操作模式和第三操作模式中的任一个。本领域技术人员将理解，还可以基于所确定的系统参数从第二操作模式和第三操作中的任何一个切换回至第一操作模式。另外，可以从第二操作模式直接切换至第三操作模式，反之亦然。因此，系统参数的确定可以允许操作模式之间的任何切换。系统参数可以包括制冷循环中的制冷剂的任何温度或压力以及过热水平。优选地，使用在节能器热交换器的第二路径的输出处的制冷剂的过热水平、注入管线中的制冷剂的压力以及从压缩机排放的制冷剂的温度。在大多数应用中，节能器的第二路径中的制冷剂的压力和注入管线中的制冷剂的压力基本相同。为了本申请的目的，这些系统参数可以互换使用。
第二操作模式可以被称为排放管线温度控制模式。第二操作模式的目的是防止压缩机中的制冷剂的温度超过阈值，这将对制冷系统有害。这可以通过除了注入液体制冷剂之外还注入蒸汽制冷剂来执行。由于液体注入可能导致压缩机的功能故障，因此期望使液态注入保持尽可能低。
在优选实施方式中，该方法还可以包括确定注入管线中的制冷剂的压力和确定排放管线中的制冷剂的温度的步骤。注入管线中的制冷剂的压力和排放管线中的制冷剂的温度可以是系统参数的示例，系统参数的确定可以实现操作模式之间的切换。
基于所确定的压力和所确定的温度，可以确定是否要继续通过使用第一操作模式来调节节能器阀，或者是否要执行以下中的一个：通过使用第二操作模式来调节节能器阀或者通过使用第三操作模式来调节节能器阀。从而，通过使用第二操作模式来调节节能器阀是基于排放管线中的制冷剂的温度，并且通过使用第三操作模式来调节节能器阀是基于注入管线中的制冷剂的压力。
第二操作模式，其可以被称为DLT控制模式，可以包括调节节能器阀，以使排放管线中的制冷剂的温度保持低于第二预定设置点。第二预定设置点可以由制造商或相应制冷系统的操作者设置。这样的预定设置点可以通过反馈控制器例如PID控制器来更新。
第三操作模式可以被称为注入压力控制模式。在压缩机处的制冷剂的排放温度处于控制之下但是压缩机内部压力升高的情况下，可以使用该模式。因此，与将期望达到过热目标所需的程度相比，需要将节能器阀关闭至较高的程度。限制制冷剂向压缩机中的注入并且从而降低压缩机内部的压力是必要的。
第三操作模式，其可以被称为EHXP操作模式，可以包括调节节能器阀，以使注入管线中的制冷剂的压力保持在第三预定设置点之下。第三预定设置点可以由制造商或相应制冷系统的操作者设置。这样的预定设置点可以通过反馈控制器例如PID控制器来更新。
在一些优选实施方式中，可以基于第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式中的两个或更多个的组合来执行上述调节。
在优选实施方式中，如果确定了注入管线中的制冷剂的压力低于第一阈值，则调节可以包括关闭节能器阀。第一阈值可以被称为在节能器处用于向压缩机中注入的最小注入压力。最小注入压力可以取决于压缩机的操作条件。另外，最小注入压力可以对应于由制造商或制冷系统的操作者预定的设置点。
如果注入管线中的制冷剂的压力低于最小注入压力，则需要关闭节能器阀并且从而防止制冷剂被注入到压缩机中。否则，在应当将制冷剂注入到用于压缩的装置中的点处，注入管线中的压力可能低于用于压缩的装置中的压力。因此，这可能导致制冷剂从压缩机通过注入管线的不期望的反向流动。
此外，调节可以包括：如果确定了注入管线中的制冷剂的压力高于第一阈值并且低于第二阈值，则将节能器阀的开度设置为通过使用第一操作模式、第二操作模式、或两者的组合计算出的值。第二阈值可以被称为在针对第一操作模式和第二操作模式的节能器处的最大注入压力。
此外，调节可以包括：如果确定了注入管线中的制冷剂的压力高于第二阈值并且低于第三阈值，则将节能器阀的开度设置为通过使用至少第一操作模式和第三操作模式的组合计算出的值。
此外，调节可以包括：如果确定了注入管线中的制冷剂的压力高于第三阈值并且低于第四阈值，则将节能器阀的开度设置为通过使用第三操作模式计算出的值，并且如果确定了注入管线中的制冷剂的压力高于第四阈值，则关闭节能器阀并且停止压缩机的操作。第四阈值可以被称为最大注入压力。由于过高的注入压力可能会损害压缩机的操作或压缩机本身，因此第四阈值可以对应于防止压缩机内部的压力升高超过第四阈值的安全条件。
在又一优选实施方式中，如果排放管线中的制冷剂的所确定的压力高于第一阈值但低于第二阈值，则将节能器阀设置为通过使用第一操作模式或第二操作模式计算出的值可以包括：如果排放管线中的制冷剂的温度低于第五阈值，则将节能器阀的开度设置为根据节能器热交换器中的制冷剂的过热水平计算出的值。第五阈值可以被称为用于实现过热和温度控制的排放温度阈值。低于第五阈值，在注入管线中的制冷剂的压力低于第二阈值的情况下，仅制冷剂的过热值被用于计算节能器阀的开度。该操作的目的是通过达到过热目标值来优化过热值。
此外，设置节能器阀的开度可以包括：如果排放管线中的制冷剂的温度高于第五阈值并且低于第六阈值，则将节能器阀的开度设置为根据节能器热交换器中的制冷剂的过热水平以及从压缩机排放的制冷剂的所确定的温度计算出的值。第六阈值可以被称为警报排放管线温度阈值。第五阈值和第六阈值定义其中执行第一操作模式和第二操作模式的组合的过渡区域。
此外，设置节能器阀的开度可以包括：如果排放管线中的制冷剂的温度高于第六阈值并且低于第七阈值，则将节能器阀的开度设置为根据从压缩机排放的制冷剂的所确定的温度计算出的值。另外，设置节能器阀的开度可以包括：如果确定了排放管线中的制冷剂的温度高于第七阈值，则关闭节能器阀并且停止压缩机的操作。第七阈值可以被称为最大排放管线温度阈值。该阈值可以定义温度点，高于该温度点，向压缩机中注入制冷剂将对压缩机有害。因此，如果排放管线温度超过第七阈值，则关闭节能器阀并且停止注入。优选地，也停止压缩机的操作。
在又一优选实施方式中，如果排放管线中的制冷剂的所确定的压力高于第二阈值但低于第三阈值，则将节能器阀的开度设置为通过使用第三操作计算出的值可以包括：如果排放管线中的制冷剂的所确定的温度低于第八阈值，则将节能器阀的开度设置为根据注入管线中的制冷剂的所确定的压力以及过热值计算出的值。从而，执行第一操作模式和第三操作模式的组合。
此外，设置节能器阀的开度可以包括：如果排放管线中的制冷剂的所确定的温度高于第八阈值并且低于第九阈值，则将节能器阀的开度设置为根据注入管线中的制冷剂的所确定的压力、从压缩机排放的制冷剂的所确定的温度以及过热值计算出的值。从而，可以执行所有三种操作模式的组合。
此外，设置节能器阀的开度可以包括：如果排放管线中的制冷剂的所确定的温度高于第九阈值，则关闭节能器阀并且停止压缩机的操作。
在至少一些实施方式中，第八阈值可以等于第五阈值。同样，第九阈值可以等于第七阈值。
在另一优选实施方式中，如果排放管线中的制冷剂的所确定的压力高于第三阈值但低于第四阈值，则将节能器阀的开度设置为通过使用至少第三操作模式计算出的值可以包括：如果排放管线中的制冷剂的所确定的温度低于第十阈值，则将节能器阀的开度设置为根据节能器热交换器处的制冷剂的所确定的压力计算出的值。
此外，设置节能器阀的开度可以包括：如果排放管线中的制冷剂的所确定的温度高于第十阈值并且低于第十一阈值，则将节能器阀的开度设置为根据节热器热交换器处的制冷剂的所确定的压力、排放管线中的制冷剂的所确定的温度以及过热值计算出的值。
另外，设置节能器阀的开度可以包括：如果排放管线中的制冷剂的所确定的温度高于第十一阈值，则关闭节能器阀并且停止压缩机的操作。
在至少一些实施方式中，第十阈值可以等于第五阈值。另外，第十一阈值可以等于第七阈值。
在本发明的可替选实施方式中，用于控制向压缩机中的注入的方法可以不使用默认操作模式，但是可以替代地确定系统参数并且基于所确定的系统参数来确定合适的控制操作模式。
根据本发明，在制冷循环中执行根据本发明的控制向制冷循环中的压缩机中的注入的可替选方法，制冷循环包括至少节能器、排热热交换器、第一膨胀设备和被配置用于压缩制冷剂的压缩机。压缩机包括用于压缩的装置、抽吸口、排放口和注入口。排热热交换器可以设置在压缩机的排放口的下游。排放口和排热热交换器之间的连接可以被称为排放管线。第一膨胀设备可以设置在排热热交换器的下游且在压缩机的抽吸口的上游。此外，制冷循环可以包括设置在第一膨胀设备的下游且在压缩机的抽吸口的上游的吸热热交换器。
注入口连接至用于压缩的装置持续至少特定时间实例。用于压缩的装置被配置用于从压缩机的抽吸口和/或注入口接收制冷剂。此外，用于压缩的装置压缩制冷剂。此外，用于压缩的装置可以被配置用于将经压缩的制冷剂提供至压缩机的排放口。
在优选实施方式中，压缩机可以是涡旋压缩机，并且用于压缩的装置可以由涡旋压缩机的涡旋组形成。
节能器包括节能器热交换器，节能器热交换器包括第一路径和第二路径，用于在第一路径中的制冷剂与第二路径中的制冷剂之间交换热。第一路径具有连接至排热热交换器的输入和连接至第一膨胀设备的输出。第二路径具有经由节能器阀连接至排热热交换器的输入和经由注入管线连接至压缩机的注入口的输出。由于本发明涉及制冷剂系统的制冷循环中的制冷剂的控制，因此贯穿申请使用术语“连接”来描述经由该连接实现流体连通的连接。换句话说，该连接实现在所连接的实体之间的制冷剂的交换。
根据本发明，该方法包括：确定注入管线中的制冷剂的压力以及确定从压缩机的排放口排放的制冷剂的温度。该确定可以由一个或更多个传感器执行。
此外，该方法包括：基于所确定的压力和所确定的温度，选择以下中的一个：用于基于节能器热交换器中的制冷剂的过热水平来调节节能器阀的第一操作模式；用于基于注入管线中的制冷剂的温度来调节节能器阀的第二操作模式；以及用于基于注入管线中的制冷剂的压力来计算节能器阀的第三操作模式。另外，该方法包括：通过使用所选择的操作模式来调节节能器阀。
贯穿本申请描述的阈值在至少一些实施方式中可以独立于制冷系统的操作条件。然而，在其他实施方式中，阈值中的至少一个可以取决于制冷系统的操作条件。例如，第三阈值可以取决于排热热交换器中的制冷剂的压力、吸热热交换器中的制冷剂的压力或环境温度中的至少一个。在这种情况下，执行根据本发明的方法的控制器可以包括用于基于制冷系统的操作条件来自适应地调整第三阈值的逻辑。由于第三阈值可以是最大注入压力，因此第三阈值对制冷系统的操作条件的依赖性可以改善控制的灵活性，可以导致更高的COP和提高的压缩机的可靠性，并且还可以保护压缩机免受故障的影响。
附图说明
以下描述和附图详细阐述了上述系统的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示其中可以采用各种实施方式的原理的各种方式中的一些，并且所描述的实施方式旨在包括所有这些方面及其等同内容。
在附图中，贯穿不同的附图，相同的参考标号通常指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。
在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各种实施方式，在附图中：
图1示出了对向节能制冷循环中的压缩机中的制冷剂注入进行示例性制冷系统控制的示意图；
图2示出了制冷剂注入对最佳排热热交换器压力的影响的图。
图3示出了针对本发明的示例性实施方式的排放温度相对于注入压力的图；
图4a、图4b示出了作为可以与本发明结合使用的控制器的输入和输出的框图；
图5示出了根据本发明的实施方式的控制向压缩机中的注入的方法的流程图；
图6示出了根据本发明的另一实施方式的控制向压缩机中的注入的可替选方法的流程图；
图7示出了控制向压缩机中的注入的方法的优选实施方式的决策图，其中，决策图涉及调节向压缩机中的注入的量；
图8示出了进一步详细说明图7的步骤310的决策图；
图9示出了进一步详细说明图7的步骤314的决策图；以及
图10示出了进一步详细说明图7的步骤318的决策图。
具体实施方式
下面参照附图进行详细描述，附图通过说明的方式示出可以实践本发明的具体细节和实施方式。
词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施方式或设计不必被解释为比其他实施方式或设计优选或有利。
图1示出了制冷系统1的示意图，制冷系统1用于对向制冷系统1的压缩机2中的制冷剂注入进行基于节能器的控制。制冷系统1包括压缩机2，压缩机2包括抽吸口2a、排放口2b和注入口2c、在压缩机2的下游的排热热交换器3、在排热热交换器3的下游的第一膨胀设备4、以及在第一膨胀设备4的下游且在压缩机2的上游的吸热热交换器7。
此外，制冷系统1包括第二膨胀设备6和闪蒸(flash)罐5。闪蒸罐5和第二膨胀设备6设置在第一膨胀设备4与吸热热交换器7之间。详细地，闪蒸罐5设置在第一膨胀设备4的下游与第二膨胀设备6的上游，第二膨胀设备6设置在吸热热交换器7的上游。从而，可以降低制冷剂的压力和温度。
在图1中描绘的制冷系统1中，闪蒸罐5包括两个分离室5a、5b。然而，闪蒸罐将液体制冷剂和蒸汽制冷剂分离在同一容积中也是可能的。
两个分离室5a、5b包括用于收集蒸汽或闪气体的室5a和用于收集液体的室5b。液体收集室5b包括至少一个出口。闪蒸罐5与第二膨胀设备6之间的连接经由闪蒸罐5的液体收集室5b的至少一个出口中的至少一个建立。
闪蒸罐5的蒸汽收集室5a包括至少一个出口。蒸汽收集室5a的至少一个出口经由旁通路径8和旁通阀9连接至压缩机2的抽吸口。
尽管在图1中描绘了闪蒸罐5和旁路管线8，但是本领域技术人员将理解，对于制冷系统而言，闪蒸罐5不是必需的。在至少一些实施方式中，不使用闪蒸罐或使用没有旁通管线的闪蒸罐5。
制冷系统1包括节能器热交换器11。节能器热交换器包括两个路径——第一路径11a和第二路径11b，第一路径11a连接至排热热交换器3和第一膨胀设备4，第二路径11b经由节能器阀13连接至排热热交换器3并且经由注入管线12连接至压缩机2的注入口2c。在图1中描绘的示例中，节能器的第一路径和第二路径具有逆向流动方向。
在图1中描绘的节能器热交换器11中，第一路径11a和第二路径11b彼此接近，使得可以在两个路径之间进行热交换。由于第二路径11b中的制冷剂被节能器阀13膨胀，因此与第一路径11a中的制冷剂相比，第二路径11b中的制冷剂具有较低的温度。因此，热从第一路径11a的制冷剂交换至第二路径11b的制冷剂。该过程是过冷却过程，其降低了第一路径11a中的制冷剂的热量，并且从而也可以降低第一路径11a中的制冷剂的温度。
此外，制冷系统1包括控制器10，控制器10用于调节至少节能器阀13。另外，控制器10还可以用于控制第一膨胀设备4、闪蒸罐5、第二膨胀设备6、旁通阀9和压缩机2中的任何一个。控制器10的操作基于节能器热交换器11中的制冷剂的过热水平。此外，控制器10还可以使用系统参数，例如，注入管线12中的制冷剂的压力或从压缩机2排放的制冷剂的温度。
图1通过虚线容易指示用于交换控制信号的连接。尽管图1示出了控制器10与节能器阀13、第一膨胀设备4、第二膨胀设备6、压缩机2和闪蒸罐5之间的虚线，但是本领域技术人员将理解示出这些虚线仅出于说明目的。控制器10可以连接至制冷循环的前述部件中的任何子集。关于控制器10与闪蒸罐5之间的连接，应当注意，控制器10可以连接至在闪蒸罐5内的传感器，其中，该传感器可以是压力传感器。此外，在一些示例中，在制冷系统中可以采用多个控制器。这些多个控制器中的每一个都可以控制膨胀设备、压缩机和闪蒸罐中的任何子集，如之前关于控制器10所描述的。
图2示出了制冷剂注入对最佳排热热交换器压力的影响的图。详细地，图2描绘了取决于排热热交换器中的制冷剂的压力(pc)的性能系数(COP)。从而，实线50表示针对具有关闭的注入阀(即，没有向压缩机的用于压缩的装置中的制冷剂注入)的制冷系统的COP的曲线。
虚线55表示针对具有至少部分地打开的注入阀(即，具有向压缩机的用于压缩的装置中的制冷剂注入)的同一制冷系统的COP的示例性曲线。示出曲线之间的差异用于说明性目的。
在制冷系统中，为了达到更高的COP，要控制操作条件。在没有制冷剂注入的情况下，COP取决于排热热交换器中的制冷剂的温度。然而，制冷剂的注入对系统的效率有直接影响。这种影响取决于注入条件，例如所注入的制冷剂的压力或所注入的制冷剂的温度。可以看出，注入不仅改善了整体COP。注入还将COP的最大值转移至排热热交换器中的制冷剂的较低压力。各个曲线的最大值表示最佳的排热热交换器压力。当向压缩机中的制冷剂注入被使用时，该最佳压力较低。
图3示出了针对本发明的示例性实施方式的排放温度相对于注入压力的图。压力p对应于制冷剂被注入到压缩机的注入口中的压力。该压力可以在节能器的第二路径中或在注入管线中测量，并且可以被称为注入压力。温度T对应于从压缩机的排放口排放的制冷剂的温度。该温度可以在排放口处或在排放口与排热热交换器之间的连接管线中测量，并且可以被称为排放管线温度DLT。
在温度-压力图中，描绘了不同的区域70、71、72、73、74、75。这些区域基于特定的压力和温度阈值，并且指示针对三种操作模式中的每种操作模式或其组合的压力和温度范围。
在注入压力p0以下，不执行向压缩机中的注入。在这种情况下，注入压力对于有效注入会太低。相反，压力可能如此低，以致于来自注入管线的制冷剂将不会被注入到压缩机中，但是可能发生从压缩机通过排放管线的不期望的反向流动。P0可以被称为用于注入的最小的压力。
另外，对于高于pmax的压力也不会执行注入。如果压力将超过pmax，制冷剂将以如此高的压力注入，以至于可能损坏压缩机或者将降低制冷循环的效率。类似地，对于超过最大温度值Tmax的温度将不执行注入。
在压力级p0与pmax之间，基于三种操作模式或其组合执行注入。从而，将第一操作模式表示为过热控制模式。对于从p0一直到p1的压力范围和低于T1的温度范围执行第一操作模式。温度-压力图中的相应区域是区域70。
第二操作模式被表示为排放管线温度控制模式，并且对于从p0一直到p1的压力范围以及T2与Tmax之间的温度范围执行第二操作模式。温度-压力图中的相应区域是区域72。
在71处，对于p0至p1和T1至T2，执行过热控制模式和排放管线温度控制模式的组合。
第三操作模式被表示为注入压力控制模式，并且对于从p2一直到pmax的压力范围和低于T1的温度范围执行第三操作模式。温度-压力图中的相应区域是区域74。
在73处，对于p1至p2并且低于T1的排放管线温度，执行过热控制模式和注入压力控制模式的组合。
此外，对于高于T1的排放管线温度以及p1与pmax之间的注入压力，在区域75中执行所有三种操作模式的组合。
本领域技术人员将理解，压力级pi和温度级Ti是出于说明性的目的。这些级的特定值取决于对其应用了控制操作的系统。
图4a、图4b示出了作为可以与本发明结合使用的控制器的输入和输出的框图。
在图4a中，由框“CTRL”表示的控制器接收节能器的第二路径中的制冷剂的过热值作为输入，并且至少控制节能器阀，节能器阀被表示为节能器热交换器阀“EHXV”。另外，控制器还可以控制压缩机CMP的操作。在图4a中，压缩机CMP的输出箭头被示出为虚线，以便说明控制器可以执行节能器阀控制，或者执行节能器阀控制和压缩机控制两者。
在图4b中，控制器接收过热值作为输入，并且控制节能器阀以及可选地控制压缩机。此外，控制器接收注入管线中的制冷剂的压力(表示为节能器热交换器压力“EHXP”)和排放管线中的制冷剂的温度(表示为排放管线温度“DLT”)作为附加输入。
图5示出了根据本发明的实施方式的控制向压缩机中的注入的方法100的流程图。方法100可以由制冷循环中的控制器，例如，如图1中描绘的控制器10执行。在整个流程图中，实线表示对于本发明是必不可少的步骤，然而虚线指示在本发明的优选实施方式中执行的步骤。
方法100包括确定102注入管线12中的制冷剂的压力的步骤。确定注入管线中的制冷剂的压力可以包括确定注入管线12的任一部分、节能器热交换器11b的第二路径中的压力、或者在节能器热交换器11b的第二路径的出口处的压力。
此外，方法100包括确定104排放管线14中的制冷剂的温度的步骤。由于排放口2b和排放管线14处的制冷剂的温度相似，因此确定压缩机2的排放口2b处的制冷剂的温度也可以通过测量排放管线14中的制冷剂的温度来执行。
另外，该方法包括：通过使用第一操作模式来调节106节能器阀13。第一操作模式可以对应于过热控制模式。调节106节能器阀13可以包括确定108是否要继续通过使用第一操作模式来调节节能器阀或者是否要执行第二操作模式和第三操作模式中的一个。从而，第一操作模式可以建立控制器的默认操作。第二操作模式可以对应于排放管线温度控制模式并且第三操作模式可以对应于注入压力控制模式。
基于确定108，方法100可以包括：继续110通过使用第一操作模式来调节106节能器阀，或者通过使用第二操作模式来调节112节能器阀，或者通过使用第三操作模式来调节114节能器阀。
图6示出了根据本发明的可替选实施方式的控制向压缩机中的注入的方法200的流程图。方法200可以由制冷循环中的控制器，例如，如图1中的描绘的控制器10执行。
方法200包括确定202注入管线12中的制冷剂的压力的步骤。确定注入管线中的制冷剂的压力可以包括确定注入管线12的任一部分、节能器热交换器11b的第二路径中的压力、或者在节能器热交换器11b的第二路径的出口处的压力。
此外，方法200包括确定204排放管线14中的制冷剂的温度的步骤。由于在排放口2b处和在排放管线14中的制冷剂的温度相似，因此确定压缩机2的排放口处的制冷剂的温度也可以通过测量排放管线14中的制冷剂的温度来执行。
另外，方法200包括选择206第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式中的一个的步骤。从而，第一操作模式可以对应于过热控制模式，第二操作模式可以对应于排放管线温度控制模式，并且第三操作模式可以对应于注入压力控制模式。
此外，方法200包括通过使用所选择的操作模式来调节208节能器阀13。
图7示出了控制向压缩机中的注入的方法的优选实施方式的决策图300，其中，决策图300涉及调节向压缩机中注入的量。通过调节所谓的节能器阀或被称为EHXV(参照图1中的参考标号13)的节能器热交换器阀来控制向压缩机中注入的量。决策可以由控制器例如控制器10执行。
该方法开始于步骤302，在步骤302，接收注入管线中的制冷剂的所确定的压力。在图7中，注入管线中的制冷剂的压力被称为p。
在步骤304处，确定注入压力p是否低于第一阈值。在压力小于第一阈值的情况下，该方法在步骤306处继续，在步骤306中，关闭节能器阀EHXV。否则，该方法在步骤308处继续。
在步骤308处，确定注入压力p是否大于或等于第一阈值并且小于第二阈值。在注入压力大于或等于第一阈值并且小于第二阈值的情况下，该方法在步骤310处继续，在步骤310中，打开节能器阀EHXV。在此，根据节能器热交换器中的制冷剂的过热值SH或排放管线中的制冷剂的温度DLT中的至少一个来计算节能器阀EHXV的开度。如关于图8将更详细地描述的，可以基于过热值、排放管线温度或两者的组合来计算开度，这取决于排放管线温度的值。在注入压力不大于或等于第一阈值并且小于第二阈值的情况下，该方法在步骤312处继续。
在步骤312处，确定注入压力p是否大于或等于第二阈值并且小于第三阈值。在注入压力大于或等于第二阈值并且小于第三阈值的情况下，该方法在步骤314处继续，在步骤314中，打开节能器阀EHXV。在此，根据至少过热值SH、注入压力P来计算节能器阀EHXV的开度。如关于图9将更详细地描述的，可以基于注入压力、排放管线温度或两者的组合来计算开度，这取决于排放管线温度的值。另外，考虑过热值用于计算也是可以的。在注入压力不大于或等于第二阈值并且小于第三阈值的情况下，该方法在步骤316处继续。
在步骤316处，确定注入压力p是否大于或等于第三阈值并且小于第四阈值。在注入压力大于或等于第三阈值并且小于第四阈值的情况下，该方法在步骤318处继续，在步骤318中，打开节能器阀EHXV。在此，根据至少注入压力P来计算节能器阀EHXV的开度。如关于图10将更详细地描述的，也可以考虑排放管线温度或过热值用于开度的计算，这取决于排放管线温度的值。在注入压力不大于或等于第三阈值并且小于第四阈值的情况下，该方法在步骤320处继续，在步骤320中，关闭节能器阀EHXV并且关停压缩机。
在该方法到达步骤306、310、314、318或者320中的任一个的情况下，该方法可以通过确定或接收注入压力p而再次在步骤302处继续。在这种情况下，该方法可以确定或接收针对注入压力p的更新值。
图8示出了决策图，该决策图更详细地描述了用于基于图7的决策图的步骤310来确定节能器阀EHXV的开度的方法400。
在步骤310之后，方法400在步骤402处接收针对排放管线中的制冷剂的温度的所确定的值。
在步骤404处，确定排放管线温度DLT是否低于第五阈值。在温度小于第五阈值的情况下，该方法在步骤406处继续，在步骤406中，根据节能器中的制冷剂的过热水平来计算节能器阀EHXV的开度。这是指第一操作模式，也称为过热控制模式。参照图3，步骤406可以是指针对位于区域70中的压力和温度执行的操作。否则，该方法在步骤408处继续。
在步骤408处，确定排放管线温度DLT是否大于或等于第五阈值并且小于第六阈值。在温度大于或等于第五阈值并且小于第六阈值的情况下，该方法在步骤410处继续，在步骤410中，根据节能器中的制冷剂的过热水平和排放管线中的制冷剂的温度DLT来计算节能器阀的开度。从而，可以执行过热控制和排放管线控制模式的组合。参照图3，步骤410可以是指针对位于区域71中的压力和温度执行的操作。在排放管线温度不大于或等于第五阈值并且小于第六阈值的情况下，该方法在步骤412处继续。
在步骤412处，确定排放管线温度DLT是否大于或等于第六阈值并且小于第七阈值。在温度大于或等于第六阈值并且小于第七阈值的情况下，该方法在步骤414处继续，在步骤414中，根据排放管线DLT中的制冷剂的温度来计算节能器阀EHXV的开度。从而，基于排放管线控制模式来执行操作。参照图3，步骤414可以是指针对位于区域72中的压力和温度执行的操作。在排放管线温度不大于或等于第六阈值并且小于第七阈值的情况下，该方法在步骤416处继续，在步骤416中，关闭节能器阀EHXV并且关停压缩机。
在该方法到达步骤406、410、414或者416中的任一个的情况下，该方法可以通过确定或接收排放管线温度而再次在步骤402处继续。在这种情况下，该方法可以确定或接收针对排放管线温度的更新值。
图9示出了更详细地描述了用于基于图7的决策图的步骤314来确定节能器阀EHXV的开度的方法500的决策图。
在步骤314之后，方法500在步骤502处接收针对排放管线中的制冷剂的温度的所确定的值。
在步骤504处，确定排放管线温度DLT是否低于第八阈值。在温度小于第八阈值的情况下，该方法在步骤506处继续，在步骤506中，根据注入管线中的制冷剂的压力以及过热值来计算节能器阀EHXV的开度。从而，执行过热控制模式和注入压力控制模式的组合。参照图3，步骤506可以是指针对位于区域73中的压力和温度执行的操作。否则，该方法在步骤508处继续。
在步骤508处，确定排放管线温度DLT是否大于或等于第八阈值并且小于第九阈值。在温度大于或等于第八阈值并且小于第九阈值的情况下，该方法在步骤510处继续，在步骤510中，根据过热值、注入管线中的制冷剂的压力以及排放管线DLT中的制冷剂的温度来计算节能器阀的开度。从而，执行所有三种操作模式的组合。参照图3，步骤510可以是指针对位于区域75中的压力和温度执行的操作。在排放管线温度不大于或等于第八阈值并且小于第九阈值的情况下，该方法在步骤512处继续，在步骤512中，关闭节能器阀EHXV并且关停压缩机。
在一些实施方式中，第八阈值等于第五阈值，并且第九阈值等于第七阈值。
在该方法到达步骤506、510或者512中的任一个的情况下，该方法可以通过确定或接收排放管线温度而再次在步骤502处继续。在这种情况下，该方法可以确定或接收针对排放管线温度的更新值。
图10示出了更详细地描述了用于基于图7的决策图的步骤318来确定节能器阀EHXV的开度的方法600的决策图。
在步骤318之后，方法600在步骤602处接收针对排放管线中的制冷剂的温度的所确定的值。
在步骤604处，确定排放管线温度DLT是否低于第十阈值。在温度小于第十阈值的情况下，该方法在步骤606处继续，在步骤606中，根据注入管线中的制冷剂的压力来计算节能器阀EHXV的开度。从而，执行注入压力控制模式。参照图3，步骤606可以是指针对位于区域74中的压力和温度执行的操作。否则，该方法在步骤608处继续。
在步骤608处，确定排放管线温度DLT是否大于或等于第十阈值并且小于第十一阈值。在温度大于或等于第十阈值并且小于第十一阈值的情况下，该方法在步骤610处继续，在步骤610中，根据过热值、注入管线中的制冷剂的压力以及排放管线DLT中的制冷剂的温度来计算节能器阀的开度。从而，执行所有三种操作模式的组合。参照图3，步骤610可以是指针对位于区域75中的压力和温度执行的操作。在排放管线温度不大于或等于第十阈值并且小于第十一阈值的情况下，该方法在步骤612处继续，在步骤612中，关闭节能器阀EHXV并且关停压缩机。
在一些实施方式中，第十阈值等于第五阈值并且第十一阈值等于第七阈值。
在该方法到达步骤606、610或者612中的任一个的情况下，该方法可以通过确定或接收排放管线温度而再次在步骤602处继续。在这种情况下，该方法可以确定或接收针对排放管线温度的更新值。
在一些实施方式中，基于关于图7至图10描述的相关方法来执行控制操作的操作。在这种情况下，如果第八阈值等于第五阈值并且第九阈值等于第七阈值以及第十阈值等于第五阈值并且第十一阈值等于第七阈值，一个到达关于图2描述的区域70至75，其中，第一阈值对应于p0，第二阈值对应于p1，第三阈值对应于p2，第四阈值对应于pmax，第五阈值对应于T1，第六阈值对应于T2，并且第七阈值对应于Tmax。因此，在区域70中执行作为过热控制模式的第一操作模式，在区域72中执行作为排放管线温度控制模式的第二操作模式，并且在区域74中执行作为注入压力控制模式的第三操作模式，而在区域71中执行第一控制模式和第二控制模式的组合，在区域73中执行第一操作模式和第三操作模式的组合，以及在区域75中执行所有三种操作模式的组合，并且关闭节能器膨胀阀，同时在区域70至75之外关停压缩机。
上面已经描述的内容包括一个或更多个实施方式的示例。当然，不可能出于描述上述实施方式的目的而描述每个可以想到部件或方法的组合，但是本领域的普通技术人员可以认识到，各种实施方式的许多另外的组合和排列也是可能的。因此，所描述的实施方式旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的改变、修改和变型。
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