阅读说明：本技术 变速冷凝机组、容量自适应调节方法、储存介质和控制器 (Variable-speed condensing unit, capacity self-adaptive adjusting method, storage medium and controller ) 是由 杨继坤 约翰·约瑟夫·希利 于 2019-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于变速冷凝机组的容量自适应调节方法,在该变速冷凝机组包括压缩机,压缩机设定有最大/最小允许运行转速,该方法包括以下步骤：获取反映变速冷凝机组的工作状态的工作参数的数值,将工作参数的数值与工作参数的预定值进行比较,以及基于工作参数的数值与工作参数的预定值的比较结果来调节压缩机的最大允许运行转速和/或最小允许运行转速。此外,本发明还提供了储存有用于适应性调节压缩机的最大/最小允许运行转速的程序的计算机可读介质和包括该计算机可读介质的控制器以及相应的变速冷凝机组。根据本发明的技术方案既能够避免压缩机在冷却容量过大时的频繁启停和能源浪费,又能够在冷却容量过小时及时提高冷却容量。(The invention provides a capacity self-adaptive adjusting method for a variable-speed condensing unit, wherein the variable-speed condensing unit comprises a compressor, and the maximum/minimum allowable operation rotating speed of the compressor is set, and the method comprises the following steps: the method comprises the steps of obtaining a numerical value of an operating parameter reflecting the operating state of the variable-speed condensing unit, comparing the numerical value of the operating parameter with a preset value of the operating parameter, and adjusting the maximum allowable operating speed and/or the minimum allowable operating speed of the compressor based on the comparison result of the numerical value of the operating parameter and the preset value of the operating parameter. In addition, the invention also provides a computer readable medium storing a program for adaptively adjusting the maximum/minimum allowable operating speed of the compressor, a controller comprising the computer readable medium and a corresponding variable speed condensing unit. According to the technical scheme of the invention, not only can frequent starting and stopping and energy waste of the compressor when the cooling capacity is too large be avoided, but also the cooling capacity can be timely improved when the cooling capacity is too small.)

变速冷凝机组、容量自适应调节方法、储存介质和控制器

技术领域

本发明涉及变速冷凝机组领域，更具体地说，本发明涉及一种能够适应性地调节冷凝机组的冷却容量的方法、包括实现该方法的程序的计算机可读介质、包括该计算机可读介质的控制器以及包括该控制器的变速冷凝机组。

背景技术

众所周知，变速冷凝机组常常应用在诸如便利店或超市的展柜或是冷库等冷链中以将所储存物品的温度维持在相对恒定的低温环境中。

在冷凝机组的工作过程中，负载量往往是持续波动的，这种波动可能来自于待冷却的物品数量的变化、环境温度的变化或是工作区域中运行机组的数量变化等因素。这就使得冷凝机组在工作中所提供的冷却容量与负载实际需求的冷却容量不总是相匹配。如果当前的冷却容量与实际需求的冷却容量之间差距较大，则意味着冷凝机组的工作状态是不理想的。例如，在夏季的白天，便利店或超市中的环境温度为25℃以上并且周围有密集的顾客人流，负载量较高，因此实际需要的冷却容量也较高；而在冬季的晚上，环境温度为15℃甚至更低，并且展柜通常还会以帘幕封闭，实际需要的冷却容量相较于前者会大大降低，因此如果在这两种情况下冷凝机组均以同样的冷却容量来运行，则显然是不合适的。

冷凝机组的冷却容量与所需容量之间不匹配带来了不利影响。在所需容量明显减小的情况下，冷凝机组若始终以预设冷却容量运行不仅会造成能源的浪费，而且会因冷藏物品的降温速度变快而导致控制器提前关停压缩机从而使压缩机的单次运行时长缩短。压缩机频繁地在短时间内开启/停止是不利的，这不仅会导致冷藏物品的温度波动大，还容易造成机器的损耗从而缩短机器的使用寿命。相反地，冷凝机组的预设冷却容量明显小于负载需要的冷却容量时，则可能导致冷却性能低或者不能达到储藏物品的期望的冷却温度，并且若不能达到需要的冷却容量，冷凝机组会持续运行，这将容易诱发系统故障甚至带来安全隐患。

发明内容

在本部分中提供本发明的总概要，而不是本发明完全范围或本发明所有特征的全面公开。

针对现有技术的不足，提供一种能够基于负载量的波动适应性调节变速冷凝机组的冷却容量的方法和/或装置将是有必要的。

本发明的一个目的在于提供一种能够使变速冷凝机组的冷却容量随着负载量的波动而自动适应性调节的方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够避免压缩机的频繁启停的自适应调节方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够在需要时及时提高冷凝机组的冷却效率的自适应调节方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够广泛适用于各种变速冷凝机组的容量自适应调节的计算机可读介质。

本发明的另一目的在于提供一种能够以节约成本的方式自动调节变速冷凝机组的冷却容量的适用性强的控制器。

本发明的又一目的在于提供一种节约能源和成本、运行稳定并且冷却性能增强的变速冷凝机组。

为了实现上述目的中的至少一个，本发明提供了基于能够直接或间接反映冷凝机组的工作状态的参数而适应性调节压缩机的最大/最小允许运行转速以实现冷凝机组的容量自适应调节的方法和控制器。

根据本发明的一方面，提供了一种用于变速冷凝机组的容量自适应调节方法，该变速冷凝机组包括压缩机，该压缩机设定有最大允许运行转速和/或最小允许运行转速，该容量自适应调节方法包括以下步骤：

获取反映变速冷凝机组的工作状态的工作参数的数值，

将工作参数的数值与工作参数的预定值进行比较，以及

基于工作参数的数值与工作参数的预定值的比较结果来调节压缩机的最大允许运行转速和/或最小允许运行转速。

由于负载量的波动会导致冷凝机组的工作状态发生变化，通过基于反映冷凝机组的工作状态的参数来调节压缩机的最大/最小允许运行转速，能够直接影响压缩机在单个工作周期中的工作效率进而控制冷凝机组的冷却容量，因此是一种简单有效的容量自适应调节方式。特别地，通过基于反映冷凝机组的工作状态的参数来调节压缩机的最大/最小允许运行转速，在实现容量自适应调节的前提下，能够避免压缩机在冷却容量过大时的频繁启停，又能够在冷却容量过小时及时提高冷却能力。

根据前述方面，该工作参数包括第一参数，该第一参数为压缩机在单个启停周期内的运行时长。

这样，当由于冷凝机组的冷却容量过大时，可以通过压缩机的工作时长短于预定时长而直接判断得出并适时采取降低最大允许运行转速的措施，从而减小冷却容量，避免能量浪费，更避免了压缩机的频繁启停以及因此产生的物品温度波动、机器受损等不利影响。

优选地，工作参数还包括第二参数，该容量自适应调节方法还包括：

实时获取第二参数的数值，

将第二参数的实时值与第二参数的预定值进行比较，以及

基于第一参数的比较结果和第二参数的比较结果两者来调节所述压缩机的最大允许运行转速。

通过上述方法，能够在一经出现变速冷凝机组的冷却容量不足的情况下及时增大冷凝机组的冷却容量并提高其冷却效率(冷却能力)，由此一方面更好地将物品维持在期望的冷却温度下，另一方面还能够避免机器的超时长运行以及可能由此引发的电路故障或安全隐患等。

可选地，第二参数为吸气饱和温度和/或吸气压力。

根据上述方面，由于能够基于负载需求的变化而自动调节冷凝机组的冷却容量，从而减小产品的温度波动并将该温度保持在期望范围内，有利地增强了变速冷凝机组的冷却性能。

另外，根据本发明的方法所涉及的监测参数均属于变速冷凝机组的常规监测参数而不需要额外的监测装置来监测，因此本发明所提供的控制方法是易于实现且节约成本的。

根据本发明的另一方面，提供了一种储存有用于适应性调节压缩机的最大允许运行转速和/或最小允许运行转速的程序的计算机可读介质，其中，该程序被执行时实现如前述方面所述的容量自适应调节方法中的步骤。该计算机可读介质对现有变速冷凝机组的配置和结构没有额外要求，因此具有普遍适用性。

根据本发明的再一方面，提供了一种用于变速冷凝机组的容量自适应调节的控制器，该变速冷凝机组包括压缩机，压缩机设定有最大允许运行转速和/或最小允许运行转速，该控制器包括：

数据采集单元，该数据采集单元用于实时从外部监测装置采集与反映所述变速冷凝机组的工作状态的工作参数相关的数据并将所述数据转换为输入信号；

存储单元，该存储单元包括如前述方面所述的计算机可读介质；

处理单元，该处理单元接收来自数据采集单元的输入信号，并且通过读取并执行存储单元中的程序而基于所述输入信号确定输出信号以用于调节压缩机的最大允许运行转速和/或最小允许运行转速。

根据本发明的又一方面，还提供了一种变速冷凝机组，其中，该变速冷凝机组包括如前述方面所述的控制器。

根据本发明的实施方式，变速冷凝机组的容量自适应调节能够通过仅改进控制程序即可以实现，而无需对现有冷凝机组的组成部件及构造进行改进或调整，因此根据本发明的控制器和变速冷凝机组除了具有如前文所述的容量自适应性调节方法的全部有利效果以外，还具有节约生产制造成本、适用性强等优点，因此具有很强竞争力。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本发明的一个或多个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是变速冷凝机组的示意图。

图2是根据本发明的一种实施方式的使压缩机的最大允许运行转速减小的控制流程图。

图3是根据本发明的一种实施方式的使压缩机的最大允许运行转速增大的控制流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图具体描述本发明的实施方式。本发明的范围不限于所具体描述的实施方式。

图1示出了一种变速冷凝机组100，其包括用于为储存物品提供制冷的制冷回路以及用于为制冷回路提供恒温控制的控制装置。制冷回路主要包括通过管路依次连接的压缩机110、冷凝器120、冷凝风机121、膨胀阀(例如热力膨胀阀，TXV)130及蒸发器140。其中，控制装置包括控制器150和用于控制压缩机110的运转的变频驱动器101，控制器150可分为硬件部分和包含控制程序的软件部分，主要用于根据监测信息提供针对压缩机110、冷凝器风机和膨胀阀等的输出(控制)信号，以用于对这些装置的工作状态进行调控。

变速冷凝机组100的冷却容量很大程度上取决于压缩机110的运行转速，压缩机110的运行转速越大，则冷凝机组100的冷却容量越大，反之亦然。在冷凝机组的理想工作状态下，压缩机110在一个工作周期内以预定转速范围内的运行转速运行预定运行时长t_p并且将物品温度维持在较为恒定的理想的低温环境中，在该状态下，冷凝机组100的冷却容量C₀与负载所需要的冷却容量C_r被认为是相匹配的。其中，预定转速范围包括最大允许运行转速和最小允许运行转速。

在常规冷凝机组的运行中，如果压缩机的转速所能产生的冷却容量未能达到所需要的冷却容量(C₀<C_r)，则控制器会使压缩机加速运转直至达到最大允许运行转速，若仍不能达到所需要的冷却容量(即，仍为C₀<C_r)，压缩机也只能持续以最大允许运行转速运行而不能继续加速。相反地，如果压缩机的转速所产生的冷却容量超出实际需要的冷却容量(C₀>C_r)，则控制器会使压缩机减速直到减速至以最小允许运行转速运行，若以最小允许运行转速运行时的冷却容量仍然过大(即，仍为C₀>C_r)，则控制器会将压缩机关停。若长时间一直处于C₀<C_r的状态，则导致压缩机持续高速运转而所储存的物品仍不能得到有效的冷却；而若开机后持续处于C₀>C_r的状态，则压缩机往往会提前关停以防止物品的冷却温度下降至理想温度范围以下。

为了将冷凝机组的工作状态维持在理想工作状态下，本发明的控制器150被配置成能够基于负载量的波动自动地适应性调节压缩机110的最大允许运行转速和最小允许运行转速，从而使冷凝机组100的冷却容量随着负载量的波动而自动调大或调小，由此一方面确保在冷却容量需求高的情况下冷凝机组仍具备良好的冷却性能，另一方面避免在冷却容量需求低的情况下压缩机的频繁的启闭循环。

控制器150至少包括数据采集单元151、存储单元152和处理单元153。数据采集单元151用于实时从外部的监测装置10获取输入信号并将输入信号传输至处理单元153，其中，监测装置10包括设置在冷凝机组100不同位置处的用于监控和测量各部分的工作状况或工作参数的元件，例如吸气压力传感器、冷凝温度传感器等，其中工作参数可以包括但不限于压缩机单个工作周期内的运行时长t、压缩机的运行转速、吸气压力、吸气饱和温度、蒸发器温度、蒸发压力、冷凝器温度、排气温度等。存储单元152包括存储有控制程序和数据等的计算机可读介质；处理单元153通过执行从存储单元152处读取的控制程序而将与监测到的工作参数有关的输入信号处理为用于调节压缩机110的最大允许运行转速的输出信号(即，基于输入信号确定输出信号)并且将该输出信号传送至相关的执行机构以执行所需的操作。

如在这里所使用的术语“计算机可读介质”指能够存储计算机数据的任何介质。计算机可读介质包括但不限于:存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、电可擦写可编程只读存储器(FFPROM)、闪存、只读光盘、软盘、磁带、其他磁性介质、光学介质或能够存储计算机数据的任何其他装置或介质。

本发明的控制方法主要是通过分析反映冷凝机组100的工作状态的参数来判断是否需要增大或减小压缩机110的最大允许运行转速，当判定需要增大或减小压缩机110的最大允许运行转速时，则根据控制程序中的计算公式计算出需要调节至的最大允许运行转速。其中，工作参数例如可以是压缩机单个周期的工作时长、吸气压力、饱和吸气温度、蒸发温度等等。

图2示出了一种适应性减小压缩机的最大允许运行转速的控制方法。由于如前文所提到的，当冷凝机组100的冷却容量大于负载需要的冷却容量(C₀>C_r)时，压缩机往往会提前停止运转，换言之，压缩机的工作时长能够直观、准确地反应出冷凝机组的冷却容量是否过大。基于该事实，在该实施方式中，可以将压缩机在单个工作周期内的运行时长作为判定是否应当减小压缩机最大允许运行转速的唯一参数。这使得本发明的控制方法将是简单、准确且易于实现的。

如图2所示，该方法包括如下步骤：参数获取步骤S100，获取压缩机110在单个工作周期内的运行时长(对应于根据本发明的第一参数)；比较步骤S102，将运行时长的数值与预定运行时长t_p进行比较；判定步骤S104，判定是否最近连续2次的运行时长t₁和t₂均小于预定运行时长t_p；在判定步骤S104中，如果判定结果为“是”，则执行步骤S106，减小当前最大允许运行转速S0；相反，如果判定结果为“否”，则执行步骤S108，维持当前最大允许运行转速S0不变。

在该实施方式中，“连续2次”仅是示例，其可以是“连续n次”，其中n为大于等于1的任意整数。可以理解，n的取值越小，则意味着调节步骤开始的越快；相反，n的取值越大，则意味着调节步骤开始的越晚。在实际操作中，n可以由用户根据例如负载波动频率、环境状况以及期望的相应频率和效率等自由选择，从而能够针对不同的应用环境和不同的用户需求做出适应性的调整，使得该方法能够适应于在各种工况下工作的变速冷凝机组。

根据本实施方式的方法，当压缩机以减小后的最大允许运行转速运行时，依然能够实现理想的冷却温度，但却避免了不必要的能量浪费，并且可以确保压缩机单个周期的运行时长处于理想范围，由此一方面能够防止物品的冷却温度的频繁波动，另一方面还可以减少对机器的损伤、延长机器的使用寿命。

在此，使用压缩机运行时长作为被监测的工作参数仅是示例，本领域技术人员可以想到能够采用其他反应冷凝机组工作状态的参数(特别是能够反映冷凝机组的冷却容量与负载所需要的冷却容量的差异的参数)进行判断。例如，由于蒸发器温度在一定程度上反映了物品的冷却温度，因此可以预想到基于蒸发器温度来调节压缩机的最大/最小允许运行转速。

进一步，根据本发明的实施方式的控制方法还能够在冷却容量不足的情况下适应性增大压缩机的最大允许运行转速。图3示出了根据本发明的一种适应性增大压缩机最大允许运行转速的控制方法。在冷凝机组100的运行过程中，当实际吸气压力高于设定值时，控制器150会通过变频驱动器101启动压缩机110并且增大压缩机的转速，直到压缩机以最大允许运行转速运行为止。如果实际吸气压力持续高于吸气压力预定值，压缩机会一直运行，甚至超出预定的运行时长，这样则意味着冷凝机组100在预定运行时长内所提供的冷却容量不能满足负载所需要的冷却容量(C₀<C_r)，因此有必要提高压缩机的最大允许运行转速以使冷凝机组更加快速地达到需要的冷却容量C_r。基于以上事实，在图3所示实施方式中，通过结合压缩机的运行时长和吸气压力两个参数的状况来判断是否需要增大压缩机的最大允许运行转速。

具体地，图3所示的控制方法主要包括如下步骤：参数获取步骤S200，获取压缩机的运行时长，并且实时获取吸气压力的数值P(对应于根据本发明的第二参数)；比较步骤S202，将运行时长与预定运行时长t_p进行比较，并且将实时测得的吸气压力的数值P与吸气压力预定值P_p进行比较；判定步骤S204，判断是否当前运行时长t₀大于等于预定运行时长t_p并且当前的吸气压力的数值P大于等于吸气压力预定值P_p；如果判定结果为“是”，则执行步骤S206，增大当前最大允许运行转速S0；相反，如果判定结果为“否”，则执行步骤S208，维持当前最大允许运行转速S0不变。

根据本发明所述的方法，使得当负载量有明显增大、当前冷却容量不足时，可以及时有效地提高压缩机的转速从而增大机组的冷却容量。通过这种调节，一方面能够提高冷凝机组的冷却效率，更好地维持所期望的冷却温度，另一方面还能够避免机器的超时长运行，从而避免可能由此引发的电路故障或安全隐患。

此外，由于压缩机的运行时长、吸气压力以及吸气饱和温度均属于常规的监测参数，不需要在现有冷凝机组的基础上增加额外的监测装置，因此本发明所提供的控制方法是易于实现且节约成本的。

综上所述，根据本发明的控制方法的优点至少包括：能够减少压缩机的不理想的起停循环；节约能量；减少储存物品的冷却温度的波动；调节手段及时且高效；简单易行以及节约成本等。

然而，对于本领域技术人员而言毫无疑问的是，除了采用上述参数作为用于调节压缩机的最大允许运行转速的判定依据以外，还可以设想到采用一个或多个能够直接或间接反映冷凝机组的工作状态的其他参数，比如蒸发温度、冷凝温度、吸气饱和温度等。

此外，除了通过上述调节压缩机最大允许运行转速的方式来实现冷凝机组的容量自适应调节之外，尽管未作详细描述，本发明的方法还可以包括通过调节压缩机最小允许运行转速的方式来实现冷凝机组的容量自适应调节。例如，在压缩机减速至以最小允许运行转速工作时所提供的冷却容量仍大于负载量所需要的冷却容量(压缩机将提前结束运行)的情况下，可以通过适当减小压缩机的最小允许运行转速，来使压缩机在一个工作周期内以更低的转速工作更长的时间。这种调节方式同样既能确保冷凝机组的冷却效率，又能减少能源浪费，而且避免了压缩机频繁的启停循环带来的诸如机器损伤、储存物品温度频繁波动等不利影响。可以设想到，这种控制方式同样可以借助于压缩机运行时长或者是运行时长与其他反映冷凝机组工作状况的参数中的一者或多者的组合来实现。

另外，本领域技术人员应当理解，最大允许运行转速和/或最小允许运行转速的增大或减小的方式可以采用任何合适的方式，例如，可以设想到采用合适的计算等式来将最大允许运行转速增大或减小至适当数值，也可以设想到能够由技术人员根据经验来将最大允许运行转速增大或减小至适当数值，也可以设想到能够通过使最大允许运行转速以预定数值增大或减小来进行调整。

尽管在此已详细描述本发明的具体实施方式，但是应该理解本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本发明的范围内。而且，所有在此描述的元素或结构都可以由其他技术性上等同的元素或结构来代替。