1.本发明涉及一种用于控制蒸气压缩系统的方法，该蒸气压缩系统具有接收器和接收器压缩机，该接收器压缩机直接流体连接至接收器的气体出口。根据本发明的方法有效地确保了无论现行操作条件如何，接收器压缩机都能在最佳时间停止和启动。
背景技术：
2.诸如制冷系统、空调系统或热泵等蒸气压缩系统通常包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元、排热换热器、膨胀装置和蒸发器，压缩机单元包括一个或多个压缩机。由此，在制冷剂路径中流动的制冷剂在被供应至排热换热器之前被压缩机单元的(多个)压缩机压缩。当通过排热换热器时，制冷剂与周围环境或流经排热换热器的辅助流体之间发生热交换，其方式为使得热量从制冷剂排出。然后制冷剂通过膨胀装置，在该膨胀装置处制冷剂经受膨胀然后被供应至蒸发器。被供应至蒸发器的制冷剂呈气态制冷剂和液态制冷剂的混合物的形式。在通过蒸发器时，制冷剂的液态部分蒸发，同时制冷剂与周围环境或流经蒸发器的辅助流体流之间发生热交换，其方式为使得由制冷剂吸收热量。
3.在一些蒸气压缩系统中，接收器被布置在排热换热器与膨胀装置之间的制冷剂路径中。在接收器中，制冷剂被分离成气态部分和液态部分。制冷剂的液态部分经由液体出口以上述方式被供应至膨胀装置。制冷剂的气态部分可以经由气体出口被供应至压缩机单元。在这种情况下，气态制冷剂可以经由旁通阀被供应至将蒸发器的出口与压缩机单元互连的吸入管线。替代性地，气态制冷剂可以被直接供应至专用的接收器压缩机，该接收器压缩机不从蒸发器接收制冷剂。与将气态制冷剂经由旁通阀供应至吸入管线或将其供应至膨胀装置相比，将气态制冷剂供应至接收器压缩机更具能效，因为由此不会引入压降，从而将制冷剂压缩到期望的压力水平所需的能量更低。因此，期望的是尽可能地将气态制冷剂从接收器供应至接收器压缩机。
4.然而，当离开接收器的气态制冷剂的流量低时，可能不足以维持接收器压缩机稳定操作，由此致使接收器压缩机反复停止和启动，从而导致接收器压缩机过度磨损。在这种情况下，更期望应用旁通阀。
5.因此，当离开接收器的气态制冷剂的流量低并因此接收器压缩机停止时，在可以假定离开接收器的气态制冷剂的流量已经增加到足以确保接收器压缩机稳定操作的水平时，应当做出启动接收器压缩机的决定。如果接收器压缩机启动但离开接收器的气态制冷剂的流量仍然太低，则这将导致接收器压缩机发生不期望的反复启动和停止。另一方面，如果即使离开接收器的气态制冷剂的流量实际上足以确保接收器压缩机稳定操作，但接收器压缩机仍保持停止，则蒸气压缩系统以低于可以达到的能效的方式操作。
6.可能难以建立离开接收器的气态制冷剂的流量足以确保接收器压缩机稳定操作的确切时间点，并且可以指示该确切时间点的可测量参数值取决于可变的环境操作条件，比如环境温度、压力条件等。因此，接收器压缩机通常直到无可置疑地确定可以以稳定的方式操作时才启动。因此，将存在如下时间段：即使本可以应用接收器压缩机并且蒸气压缩系
统因此本可以以更具能效的方式操作，但接收器压缩机停止并且来自接收器的气态制冷剂被供应至旁通阀。
7.ep3581 860a1(对应于us 2019/0376728a1)披露了一种制冷系统，该制冷系统包括接收器、气体旁通阀、并联压缩机和控制器。控制器被配置成响应于过程变量的值越过切换设定点而从操作气体旁通阀切换到操作并联压缩机，以控制接收器中的气体制冷剂的压力，该切换设定点取决于由制冷系统产生的气体制冷剂的量。
8.发明描述
9.本发明的实施例的目的是提供一种用于控制蒸气压缩系统的方法，该方法允许无论现行操作条件如何都能准确地确定启动或停止接收器压缩机的合适的切换点。
10.本发明提供了一种用于控制蒸气压缩系统的方法，该蒸气压缩系统包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元、排热换热器、接收器、膨胀装置以及蒸发器，压缩机单元包括至少两个压缩机，膨胀装置被布置为控制对蒸发器的制冷剂供应，这些压缩机中的至少一个是流体连接至蒸发器的出口的主压缩机，并且这些压缩机中的至少一个是流体连接至接收器的气体出口的接收器压缩机，该蒸气压缩系统进一步包括旁通阀，该旁通阀将接收器的气体出口与主压缩机/多个主压缩机流体互连，该方法包括以下步骤：
[0011]-测量或导出旁通阀两侧的压力差，
[0012]-至少基于旁通阀两侧的压力差并使用流体模型导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率，
[0013]-基于接收器压缩机的最小排量体积并使用考虑到现行操作条件的流体模型导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率，
[0014]-将导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率与导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率进行比较，以及
[0015]-在导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率超过导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，启动接收器压缩机并关闭旁通阀。
[0016]
因此，本发明提供了一种用于控制蒸气压缩系统的方法。在本发明上下文中，术语“蒸气压缩系统”应当被解释为意指流体介质流(比如制冷剂)循环并且被交替地压缩和膨胀，由此提供一定体积的制冷或加热的任何系统。因此，蒸气压缩系统可以是制冷系统、空调系统、热泵等。
[0017]
因此，蒸气压缩系统包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元、排热换热器、接收器、膨胀装置以及蒸发器。膨胀装置被布置为控制对蒸发器的制冷剂供应。压缩机单元包括至少两个压缩机。这些压缩机中的至少一个是主压缩机，该主压缩机流体连接至蒸发器的出口，并且这些压缩机中的至少一个是接收器压缩机，该接收器压缩机流体连接至接收器的气体出口。蒸气压缩系统进一步包括旁通阀，该旁通阀将接收器的气体出口与主压缩机/多个主压缩机流体互连。
[0018]
因此，在制冷剂路径中流动的制冷剂在被供应至排热换热器之前被压缩机单元的压缩机压缩。当制冷剂通过排热换热器时，制冷剂与周围环境或流经排热换热器的辅助流体流之间发生热交换，其方式为使得热量从制冷剂排出。排热换热器可以是冷凝器的形式，在这种情况下，制冷剂在通过排热换热器时被至少部分地冷凝。作为替代方案，排热换热器可以是气体冷却器的形式，在这种情况下，通过排热换热器的制冷剂被冷却、但保持呈气态
或跨临界状态。
[0019]
离开排热换热器的制冷剂可能经由高压阀或喷射器被供应至接收器。在接收器中，制冷剂被分离成液态部分和气态部分。制冷剂的液态部分经由液体出口离开接收器、并且经由膨胀装置被供应至蒸发器。在膨胀装置中，制冷剂经历膨胀，，并且供应至蒸发器的制冷剂处于气态制冷剂和液态制冷剂的混合状态。在蒸发器中，制冷剂的液态部分至少部分地蒸发，同时制冷剂与周围环境或流经蒸发器的辅助流体流之间发生热交换，其方式为由制冷剂吸收热量。最后，离开蒸发器的制冷剂被供应至主压缩机/多个主压缩机。
[0020]
接收器中的制冷剂的气态部分可以经由气体出口离开接收器，并且直接供应至接收器压缩机/多个接收器压缩机或经由旁通阀供应至主压缩机/多个主压缩机。
[0021]
在根据本发明的方法中，在开始时测量或导出旁通阀两侧的压力差。可以例如通过测量接收器中的现行压力和吸入压力(即主压缩机/多个主压缩机的入口处的现行压力)直接测量压力差。作为替代方案，可以仅测量接收器中的现行压力，并且可以基于测量到的接收器压力以及吸入压力的参考压力值导出旁通阀两侧的压力差。作为另一替代方案，可以分别从接收器中的现行压力和吸入压力的参考压力值导出压力差。
[0022]
接下来，至少基于旁通阀两侧的压力差并使用流体模型导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率。通过旁通阀的制冷剂的质量流率是对需要从接收器中移除的气态制冷剂的量的准确计量。因此，通过旁通阀的制冷剂的质量流率是用于确定离开接收器的气态制冷剂的量是否足以确保接收器压缩机稳定操作的适当参数。
[0023]
有利地，使用流体模型导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率，因为由此在导出质量流率时考虑了制冷剂在现行操作条件(包括旁通阀两侧的压力差)下的行为。由此无论现行操作条件如何都能获得通过旁通阀的制冷剂的质量流率的准确值。
[0024]
在本发明上下文中，术语“流体模型”应被解释为意指将制冷剂的行为描述为相关操作条件(比如环境温度、压力条件等)的函数的模型。流体模型可以例如将制冷剂的多个不同的相关属性(比如密度、压力、温度等)指定为相关环境操作条件的函数。
[0025]
接下来，基于接收器压缩机的最小排量体积并使用考虑到现行操作条件的流体模型导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率。
[0026]
压缩机通常被设计成具有一定的最小容量，超过该容量，压缩机就能够以稳定的方式操作。最小容量被定义为对环境条件的变化不敏感的气态介质的最小排量体积。然而，借助于压缩机以给定体积排量排出的质量流量取决于气态介质的多个特性，例如气态介质的密度。这些特性可能响应于操作条件(比如环境温度、压力条件等)的变化而变化。由此与给定体积排量(比如压缩机的最小排量体积)相对应的质量流量也取决于现行操作条件。然而，通过使用考虑到现行操作条件的流体模型，可以导出在现行操作条件下与接收器压缩机的最小排量体积相对应的制冷剂的最小质量流率。由此，导出的最小质量流率指示确保接收器压缩机能够以稳定方式操作的最低质量流率。
[0027]
接下来，将导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率与导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率进行比较。由于导出的通过旁通阀的质量流率和导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率两者都是考虑到现行操作条件的质量流率，所以这两者是可以直接比较的。因此，如果制冷剂被供应至接收器压缩机而非旁通阀，则比较结果可以容易地揭示通过旁通阀的当前质量流率是否足以确保接收器压缩机稳定操作。
[0028]
最后，在导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率超过导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，启动接收器压缩机并关闭旁通阀。因此，如果结果是当前通过旁通阀的制冷剂的质量流量实际上足以确保接收器压缩机稳定操作，则气态制冷剂被供应至接收器压缩机而非旁通阀。
[0029]
由于启动接收器压缩机和关闭旁通阀的决定是基于对导出的质量流量值的比较做出的(如上所述)，因此提供了考虑到现行操作条件的用于决定的准确基础。由此确保了无论现行操作条件如何，一旦合适就应用接收器压缩机。
[0030]
该方法可以进一步包括以下步骤：在导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率低于导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，保持接收器压缩机停止并允许旁通阀打开。
[0031]
根据该实施例，在比较结果揭示要从接收器移除的气态制冷剂的量不足以确保接收器压缩机稳定操作的情况下，接收器压缩机不启动，并且允许旁通阀保持打开，即来自接收器的气态制冷剂继续供应至旁通阀而非接收器压缩机。由此有效地防止了接收器压缩机不期望的反复启动和停止。
[0032]
该方法可以进一步包括以下步骤：在导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率超过导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，通过操作接收器压缩机控制接收器中的现行压力；以及在导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率低于导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，通过操作旁通阀的开度控制接收器中的现行压力。
[0033]
根据该实施例，例如借助于设定点控制策略，通过适当地操作接收器压缩机或通过适当地操作旁通阀的开度控制接收器中的现行压力。当离开接收器的气态制冷剂的质量流率足以确保接收器压缩机稳定操作时，借助于接收器压缩机例如通过控制接收器压缩机的容量控制接收器中的现行压力。另一方面，当离开接收器的气态制冷剂的质量流率不足以确保接收器压缩机稳定操作时，借助于旁通阀例如通过适当地调节旁通阀的开度控制接收器中的现行压力。
[0034]
导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率的步骤可以进一步基于旁通阀的开度。
[0035]
根据该实施例，基于旁通阀两侧的压力差以及旁通阀的开度导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率。旁通阀的开度越大，可以通过旁通阀的质量流率就越高。因此，在导出通过旁通阀的质量流率时，旁通阀的开度是重要参数。
[0036]
导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率的步骤可以包括对在现行操作条件下制冷剂的密度进行建模。
[0037]
根据该实施例，在导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率时所应用的流体模型包括将制冷剂的密度作为相关操作条件(例如环境温度、压力条件等)的函数的模型。制冷剂的密度对诸如环境温度等环境条件相对敏感。此外，在从体积流率导出质量流率时，制冷剂的密度是重要的，因此在导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率时，对制冷剂在给定操作条件下的密度的准确估计是重要的。
[0038]
例如，可以使用以下形式的方程导出通过旁通阀的质量流率：
[0039]
[0040]
其中，是通过旁通阀的质量流率，kv是阀特定的调谐参数，od
旁通阀
是旁通阀的开度，ρ是制冷剂的密度，并且δp是旁通阀两侧的压力差。至少密度ρ可以借助于流体模型来建模。
[0041]
类似地，导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的步骤可以包括对制冷剂在现行操作条件下的密度进行建模。这与上文描述的实施例类似。
[0042]
例如，可以使用以下形式的方程导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率：
[0043][0044]
其中，是操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率，v
min
是压缩机特定的最小排量体积，ρ
入口
是制冷剂在接收器压缩机的入口处的密度，并且eff
vol
是接收器压缩机的容积效率。至少密度ρ
入口
可以借助于流体模型来建模。
[0045]
在导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率时所应用的流体模型可以与在导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率时所应用的流体模型相同。
[0046]
导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的步骤可以包括导出与接收器压缩机的排量体积相对应的质量流率，该排量体积使得接收器压缩机的预期占空比在50％与150％之间、比如在60％与120％之间、比如大约80％。
[0047]
在本发明上下文中，术语“接收器压缩机的占空比”应当被解释为意指在操作期间接收器压缩机运行的时间分数。
[0048]
因此，根据该实施例，如果预期通过旁通阀的制冷剂的质量流率足以允许接收器压缩机运行至少50％的时间，就假定通过旁通阀的制冷剂的质量流率足以确保接收器压缩机稳定操作。预期占空比是接收器压缩机的预期启动和停止的合适度量标准，因此基于该参数确定是否启动接收器压缩机是适当的。
[0049]
应当注意，在本发明上下文中，接收器的占空比恰好为100％应当被解释为意指该占空比恰好匹配压缩机可以在不停止的情况下达到的物理最小值。因此，高于100％的占空比应当被解释为意指相应地高于该物理最小值的占空比。例如，120％的占空比意指压缩机的负载下降低于0％不会导致压缩机停止。
[0050]
流体模型可以限定制冷剂的压力、温度与比容和/或密度之间的相关性。特别地，流体模型可以在制冷剂的露点线处限定这样的相关性。在将体积流量转换成质量流量(反之亦然)时，这些参数是重要的。因此，限定上述参数之间的相关性的流体模型适于导出在操作旁通阀和操作接收器压缩机之间切换的准确切换点。
[0051]
现行操作条件可以包括环境温度。环境温度对制冷剂具有显著影响，特别是制冷剂在沿制冷剂路径的多个不同位置处的温度、压力和密度方面。因此，在导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率时，考虑环境温度是重要的。
[0052]
例如，接收器中确保蒸气压缩系统适当操作所需的压力与环境温度密切相关。接收器中的现行压力还影响制冷剂的密度以及旁通阀两侧的压力差，因此环境温度也以间接的方式影响这些参数。
[0053]
此外，环境温度影响进入接收器的蒸气量，由此间接影响来自接收器的气体出口的质量流率。
[0054]
替代性地或附加地，在导出通过旁通阀的质量流率时和/或在导出操作(多个)接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率时，可以考虑吸入压力，即进入(多个)主压缩机的制冷剂的压力。例如，吸入压力可以作为输入参数值而应用到用于此目的流体模型。
附图说明
[0055]
现在将参考附图进一步详细地描述本发明，在附图中：
[0056]
图1是依据根据本发明的实施例的方法进行控制的蒸气压缩系统的图解视图，以及
[0057]
图2是展示了根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
[0058]
图1是依据根据本发明的实施例的方法进行控制的蒸气压缩系统1的图解视图。蒸气压缩系统1包括被布置在制冷剂路径中的压缩机单元、排热换热器5、高压阀6、接收器7、膨胀阀8以及蒸发器9，该压缩机单元包括至少两个压缩机3、4(示出了其中的两个)。压缩机3是流体连接至蒸发器9的出口的主压缩机，并且压缩机4是流体连接至接收器7的气体出口10的接收器压缩机。
[0059]
在制冷剂路径中流动的制冷剂在被供应至排热换热器5之前由压缩机3、4进行压缩。在排热换热器5中，在流过排热换热器5的制冷剂与周围环境或流经排热换热器5的辅助流体流之间发生热交换，其方式为使得热量从制冷剂排出。
[0060]
离开排热换热器5的制冷剂通过高压阀6，制冷剂在该高压阀中经历膨胀然后被供应至接收器7。在接收器7中，制冷剂被分离成液态部分和气态部分。制冷剂的液态部分经由液体出口11离开接收器7并且被供应至膨胀装置8，制冷剂在该膨胀装置中经历膨胀然后被供应至蒸发器9。由此，被供应至蒸发器9的制冷剂呈气液混合状态。
[0061]
在蒸发器9中，流过蒸发器9的制冷剂与周围环境或流经蒸发器9的辅助流体流之间发生热交换，其方式为使得热量被制冷剂吸收，同时制冷剂的液态部分至少部分地蒸发。最后，离开蒸发器9的制冷剂被供应至主压缩机3。
[0062]
接收器7中的制冷剂的气态部分可以经由气体出口10离开接收器。气态制冷剂可以被直接供应至接收器压缩机4，或者气态制冷剂可以经由旁通阀12被供应至主压缩机3。由此，可以通过适当地控制接收器压缩机4的容量或通过适当地控制旁通阀12的开度来调节接收器7中的现行压力。
[0063]
当依据根据本发明的实施例的方法控制图1的蒸气压缩系统1时，确保了仅当接收器7中的气态制冷剂的可用量足以确保接收器压缩机4稳定操作时，接收器压缩机4才操作。此外，通过考虑现行操作条件，在操作旁通阀12和操作接收器压缩机4之间切换的决定是基于准确的基础。由此确保了每当合适时便应用接收器压缩机4。这可以例如以下文参考图2所描述的方式实现。
[0064]
图2是展示了根据本发明的实施例的方法的流程图。该过程在步骤3处开始。在步骤14，例如通过直接测量或通过从一个或多个其他测量参数导出压力差获得旁通阀两侧的压力差δp。
[0065]
在步骤15，导出通过旁通阀的制冷剂的质量流率。质量流率是基于所获得的旁通
阀两侧的压力差、并且可能基于诸如旁通阀的开度等其他相关参数导出的。此外，质量流率是使用流体模型导出的，并且由此考虑了制冷剂在给定操作条件下的预期行为。由此，导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率非常准确，并且提供了对气态制冷剂的可用量的准确计量。
[0066]
在步骤16，导出操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率。最小质量流率是基于接收器压缩机的最小排量体积，即基于接收器压缩机必须排出以便以稳定方式且没有过多次启动和停止进行操作的最小体积导出的。此外，最小质量流率是使用考虑到现行操作条件的流体模型导出的。由此，导出的最小质量流率提供了对于确保在现行操作条件下接收器压缩机稳定操作而需要可用的质量流率的非常准确的计量。
[0067]
在步骤17，将导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率与导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率进行比较，以便确定当前可用的气态制冷剂的量是否足以确保接收器压缩机稳定操作。
[0068]
因此，在步骤17揭示导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率超过导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，可以推断出气态制冷剂的可用量足以确保接收器压缩机稳定操作。因此，当是这种情况时，过程前进到步骤18，在该步骤中关闭旁通阀并且启动接收器压缩机。由此，离开接收器的制冷剂被供应至接收器压缩机而非旁通阀，并且蒸气压缩系统以具备能效的方式操作。
[0069]
在步骤17的比较结果揭示导出的通过旁通阀的制冷剂的质量流率不超过导出的操作接收器压缩机所需的制冷剂的最小质量流率的情况下，可以推断出气态制冷剂的可用量不足以确保接收器压缩机稳定操作。因此，当是这种情况时，过程前进到步骤19，在该步骤中旁通阀保持打开并且接收器压缩机保持在停止状态。由此，离开接收器的制冷剂被供应至旁通阀而非接收器压缩机，，并且防止了由于可用气态制冷剂的量不足而导致接收器压缩机反复停止和启动。
[0070]
最后，在步骤20，根据步骤17的比较结果，通过适当地控制接收器压缩机的容量或者通过适当地控制旁通阀的开度来控制接收器中的现行压力。