СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХЛАДАГЕНТА Российский патент 2011 года по МПК F25B49/02 

Область техники

Изобретение относится к способу регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной системе, типа холодильной установки, содержащей по меньшей мере два испарителя. В частности, оно касается способа регулирования распределения хладагента между по меньшей мере двумя испарителями с таким расчетом, чтобы можно было использовать в как можно более полной мере холодопроизводительность испарителей.

Предшествующий уровень техники

Иногда оказывается необходимым разработать такую испарительную компрессионную систему, в которой два или более испарителей были бы включены по жидкостному контуру в параллель между компрессором и общим выходом. Так обстоит дело, например, во многих холодильных установках, в состав которых входят две или более раздельные холодильные камеры, в частности, в домашних холодильниках, имеющих холодильную и морозильную камеры. В соответствии с другим вариантом два или более испарителей могут быть помещены в один и тот же охлаждаемый объем, например, бок о бок друг с другом. В качестве примера такой конструкции можно привести систему кондиционирования воздуха. В случае такого параллельного жидкостного соединения двух или более испарителей необходимо обеспечить распределение между ними всего хладагента. Желательно, чтобы при распределении принимались в расчет различные индивидуальные особенности испарителей. В число этих особенностей могут входить собственные температурные уставки, тепловые нагрузки, кпд и пр.

Был предпринят ряд попыток для достижения нужного распределения хладагента в одной из испарительных компрессионных систем описанного выше типа. Так, в документе DE 19547744 раскрыта холодильная установка, содержащая компрессор и два испарителя, которые имеют параллельное жидкостное соединение с ним. Расход хладагента через оба испарителя регулируют с помощью электромагнитного клапана. Управление работой клапана осуществляется на основе измерений температур внутри двух раздельных камер, каждая из которых охлаждается одним из испарителей. Таким образом, в каждый испаритель поступает нужное количество хладагента, что позволяет получить надлежащее гистерезисное управление соответствующей холодильной камерой. Недостаток описанного способа регулирования состоит в том, что требуется наличие отдельного датчика температуры для каждого испарителя. Другой недостаток заключается в том, что невозможно гарантировать максимально возможное использование потенциальной холодопроизводительности каждого испарителя. Еще один недостаток - непригодность этого способа для систем, в которых испарители помещены в один и тот же охлаждаемый объем, например, в системе кондиционирования воздуха.

В докуменнте US 6546843 описана машина для получения и раздачи холодных напитков или напитков со льдом, содержащая ряд емкостей для напитка. Каждая емкость снабжена испарителем для холодильного контура и смесителем. Испарители соединены с одним и тем же компрессором с помощью соединительных клапанов и клапанов с контролируемым отключением. Расход хладагента к каждому из испарителей регулируется исходя из температуры, измеренной в каждой из емкостей. Управление работой клапанов, регулирующих потоки текучей среды к отдельным испарителям, может осуществляться последовательно. Приходится помещать датчик температуры в каждую из емкостей; кроме того, данная система страдает и другими указанными выше недостатками.

Краткое изложение сущности изобретения

Таким образом, целью данного изобретения является разработка способа регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей два или более испарителей, который был бы пригоден для использования в испарительной компрессионной установке с двумя или более испарителями, помещенными в один и тот же охлаждаемый объем.

Другая цель изобретения стоит в разработке способа регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей два или более испарителей, в соответствии с которым можно было бы уменьшить количество необходимых узлов испарительной компрессионной установки по сравнению с подобными испарительными компрессионными установками, известными из предшествующего уровня техники.

Еще одна цель изобретения - разработка способа регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей два или более испарителей, в соответствии с которым можно было использовать потенциальную холодопроизводительность каждого испарителя с большей эффективностью, нежели при работе с подобными испарительными компрессионными установками, известными из предшествующего уровня техники.

В соответствии с первым аспектом изобретения указанные выше и иные цели достигаются благодаря разработке способа регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей компрессор, конденсатор, по меньшей мере, два испарителя, включенных по жидкостному контуру в параллель между компрессором и общим выходом, и средства для регулирования расхода хладагента через каждый из испарителей, каковой способ включает в себя следующие этапы:

а) контролируют перегрев (ПГ) хладагента на общем выходе,

b) изменяют распределение расхода хладагента через испарители таким образом, чтобы изменялся массовый расход хладагента через первый испаритель при поддержании практически постоянным суммарного массового расхода хладагента через все испарители,

c) когда происходит значительное изменение ПГ выявляют параметр регулирования на основе изменения расхода хладагента через первый испаритель, достигнутого на этапе b),

d) повторяют этапы от а) до с) для каждого из оставшихся испарителей, и

e) производят регулировку расхода хладагента через каждый из испарителей на основе выявленных параметров регулирования.

В данном описании термин «испарительная компрессионная установка» следует понимать как обозначающий любую установку, в которой имеют место циркуляция потока хладагента и его попеременные сжатие и расширение, в результате чего происходит охлаждение или нагрев некоторого объема. Так, например, в качестве испарительной компрессионной установки может использоваться холодильная система, система кондиционирования воздуха, тепловой насос и пр.

Можно использовать как один компрессор, так и два и более компрессоров, образующих, например, компрессорную стойку.

Испарительная компрессионная установка содержит, по меньшей мере, два испарителя, включенных параллельно, предпочтительно таким образом, чтобы они обеспечивали охлаждение одного и того же охлаждаемого объема. Под распределением хладагента понимается распределение потоков имеющегося хладагента между испарителями.

Изменение распределения потоков хладагента через испарители производится при одновременном контроле ПГ. Указанное изменение осуществляют так, чтобы расход хладагента через некоторый выбранный испаритель, называемый здесь первым, изменялся особым контролируемым образом. Поскольку суммарное количество имеющегося хладагента не изменяется, следует предусмотреть изменение массового расхода хладагента через остальные испарители с целью компенсировать контролируемое изменение массового расхода через первый испаритель. Однако взаимное распределение между остальными испарителями поддерживается практически постоянным.

В случае значительного изменения ПГ выявляют некоторый параметр регулирования. Этот параметр будет иметь существенное значение для реакции в поведении первого испарителя на осуществленное изменение. Таким образом, с помощью параметра регулирования приобретается информация о работе и эксплуатационных характеристиках этого конкретного испарителя. Предположим, например, что N - количество испарителей, тогда

Распределение_{1, новое} = Распределение_{1, старое} + Δ

и

Распределение_{i, новое} = Распределение_{i, старое} - Δ/(N-1) при i≠1

Значительное изменение ПГ может представлять собой, например, его резкое увеличение или уменьшение. В частности, если массовый расход через первый испаритель увеличивается, то значительное уменьшение ПГ произойдет, когда массовый расход достаточно велик для того, чтобы жидкий хладагент мог непрерывно поступать через испаритель. Таким образом, когда обнаруживается подобное уменьшение ПГ, происходит выявление параметра регулирования, который предоставляет при этом информацию о работе первого испарителя во время действия этого события. В идеальном случае работой испарительной компрессионной установки следует управлять таким образом, чтобы в каждый из испарителей поступало ровно такое количество испарителя, которого было бы достаточно для обеспечения ситуации, когда смешанная газожидкостная фаза хладагента будет присутствовать по всей длине испарителя без возможности при этом прохождения жидкого хладагента через испаритель. Если удается добиться такого режима, будут получены оптимальные эксплуатационные характеристики каждого из испарителей и, кроме того, можно будет оптимизировать суммарные эксплуатационные характеристики испарительной компрессионной установки без возрастания при этом суммарного энергопотребления системы. С одной стороны, наличие большого количества газообразного хладагента в испарителе нежелательно, так как это оказывает отрицательное влияние на коэффициент теплопередачи хладагента, вследствие чего не обеспечивается оптимальное использование потенциальной холодопроизводительности испарителя. С другой стороны, нежелательна циркуляция жидкого хладагента через испаритель, поскольку это чревато повреждением компрессора. Кроме того, следствием этой циркуляции является неэффективное использование потенциальной холодопроизводительности хладагента, так как охлаждение происходит как результат того, что хладагент претерпевает фазовое превращение. Для того чтобы добиться максимально возможного использования потенциальной холодопроизводительности каждого из испарителей, главной задачей является обеспечение практически одинаковой степени наполнения для всех испарителей. После того как эта задача будет выполнена, далее следует добиться того, чтобы смешанная фаза хладагента присутствовала по всей длине каждого испарителя. Этого можно достичь, например, путем соответствующей регулировки количества имеющегося хладагента.

При повторении этапов от а) до с), применительно к каждому из испарителей, получают описанные выше параметры регулирования для каждого из них. Учитывая, что для каждого испарителя удается получить отдельную информацию, появляется возможность использовать эту информацию для такой регулировки распределения хладагента, при которой будут приниматься в расчет индивидуальные характеристики каждого испарителя. Соответственно, можно выбрать такое распределение хладагента, которое позволило бы добиться максимально возможного использования потенциальной холодопроизводительности каждого из испарителей. Сказанное представляет собой очень важное преимущество способа, поскольку благодаря этому удается снизить суммарное энергопотребление испарительной компрессионной установки без ухудшения при этом эксплуатационных показателей системы.

Следует также иметь в виду, что индивидуальные параметры регулирования каждого из испарителей определяются с использованием одной и той же измерительной аппаратуры, другими словами, нет необходимости в монтаже комплекта соответствующих датчиков для каждого из испарителей. В результате удается поддерживать на минимальном уровне количество компонентов, а следовательно, и исходные производственные затраты.

Этап b) может включать в себя постепенное увеличение массового расхода хладагента через первый испаритель. Этого можно добиться, например, путем постепенного открытия клапана, имеющего жидкостное соединение с испарителем. В соответствии с этим вариантом осуществления происходит постепенное увеличение массового расхода хладагента с одновременной постепенной компенсацией этого увеличения посредством снижения массового расхода через каждый из остальных испарителей до того, как произойдет значительное изменение ПГ. Как говорилось выше, такое значительное изменение ПГ в данном случае представляет собой, предпочтительно, значительное уменьшение ПГ, чему способствует возможность циркуляции жидкого хладагента через первый испаритель.

Выявляемый параметр регулирования может представлять собой разницу в величине раскрытия, например, как сказано выше, в величине раскрытия клапана. Таким образом, в рассматриваемом случае выявляемый параметр регулирования дает информацию о том, насколько возрос массовый расход хладагента через первый испаритель в процессе его постепенного увеличения. Предпочтительно, чтобы выявленный таким образом параметр регулирования предоставлял информацию о том, насколько можно увеличить степень раскрытия до того, как жидкий хладагент пройдет через испаритель.

В соответствии с одним из альтернативных вариантов параметр регулирования может представлять собой длительность временного интервала, истекшего до возникновения значительного изменения ПГ. Этого можно добиться следующим образом. Резко увеличивают массовый расход хладагента через первый испаритель, например, путем полного раскрытия клапана, имеющего жидкостное соединение с первым испарителем. Одновременно с этим включают специальный таймер, и когда произойдет значительное изменение ПГ, предпочтительно значительное уменьшение ПГ, вызванное возможностью циркуляции жидкого хладагента через испаритель, определяют временной интервал, истекший с момента возрастания массового расхода. Предпочтительно, чтобы выявленный таким образом параметр регулирования давал информацию о том, сколько времени проходит с полного раскрытия клапана до прохождения жидкого хладагента через испаритель.

Способ может дополнительно включать в себя этап повторения этапов от а) до е). В соответствии с этим вариантом осуществления производят неоднократную регулировку распределения потоков хладагента, благодаря чему удается сохранять оптимальное распределение. Этапы от а) до е) можно повторять с заданными временными интервалами, например, регулярно каждый час, каждые 15 минут, каждые 5 минут и т.д., в зависимости от ожидаемых изменений условий работы испарительной компрессионной установки. Можно осуществлять даже непрерывное повторение этапов.

В соответствии с другим вариантом осуществления повторение этапов способа может быть инициировано с помощью регулятора перегрева. Согласно этому варианту регулятор перегрева может быть выполнен таким образом, чтобы он мог выявлять признаки, указывающие на то, что подача хладагента через испарители не является оптимальной. Может оказаться, например, что регулятору перегрева трудно поддерживать величину ПГ на практически постоянном уровне. Он может обнаружить, например, что величина ПГ демонстрирует колебания или циклические изменения, то есть возрастает разброс величин ПГ. Такая ситуация может свидетельствовать о том, что, по меньшей мере, в одном из испарителей создается возможность циркуляции через него жидкого хладагента, по меньшей мере, с некоторой периодичностью. Такая возможность прохождения жидкого хладагента через один из испарителей вызывает резкое уменьшение ПГ, так что, когда жидкий хладагент перестает циркулировать через испаритель, величина ПГ снова резко возрастает. Подобную проблему можно устранить, выполнив регулировку распределения хладагента между испарителями. Соответственно, было бы предпочтительно, чтобы регулятор перегрева мог «выдать запрос» на регулировку, то есть инициировать выполнение этапов способа, если возникнет описанная выше ситуация. Это можно рассматривать как выдачу регулятором перегрева запроса на некоторый алгоритм адаптации распределения. В порядке альтернативы можно предусмотреть, чтобы регулятор перегрева инициировал выполнение этапов способа, если имеет место некоторое известное изменение рабочих условий. Так, например, если происходит изменение циркулирующего через испарители потока вторичной текучей среды (в частности, потока воздуха в случае, когда в качестве испарительной компрессионной установки выступает система кондиционирования воздуха), то регулятор перегрева может инициировать выполнение этапов способа с целью регулировки распределения хладагента, при этом известно, что происходит регулировка, направленная на компенсацию таких изменений. Следует отметить, что не обязательно требуется, чтобы были известны точные значения таких изменений. Может оказаться достаточным, что известно просто о наличии существенных изменений. В данном случае инициирование выполнения этапов способа можно рассматривать как часть стратегии «прямой подачи».

Этап а) может включать в себя контроль температуры Т хладагента на общем выходе. В соответствии с этим вариантом осуществления информация, относящаяся к работе одного из испарителей, может быть получена с помощью единственного датчика температуры, помещенного на общем выходе.

В порядке альтернативы или дополнения этап а) может включать в себя контроль давления Р хладагента на общем выходе. Величина этого давления может быть получена путем измерения температуры хладагента на каком-либо общем выходе испарителей. В соответствии с другим вариантом возможно непосредственное измерение давления.

Способ может дополнительно включать в себя следующие этапы:

- сравнивают выявленные параметры регулирования для каждого из испарителей и

- в случае, когда выявленный параметр регулирования какого-либо испарителя существенно отличается от выявленных параметров регулирования остальных испарителей, генерируют сигнал предупреждения оператору об отказе.

Если параметр регулирования одного из испарителей существенно отличается от параметра(ов) регулирования второго испарителя (остальных испарителей) или если он просто существенно отличается от ожидаемого, это может служить признаком того, что этот испаритель функционирует ненадлежащим образом. Так, например, он может быть неисправным, загрязненным или требуется его размораживание. В любом случае сигнал предупреждения оператору об отказе привлечет его внимание, так что он сможет приступить к выяснению причины разницы в выявленных параметрах регулирования и принять при необходимости соответствующие меры для решения любой проблемы.

Таким образом, способ может дополнительно включать в себя этап инициирования размораживания испарителя с существенно отличающимся параметром регулирования после генерации сигнала предупреждения об отказе. Инициирование этого этапа может осуществить вручную оператор, установивший, что генерированный сигнал предупреждения об отказе вызван необходимостью размораживания данного испарителя. В соответствии с другим вариантом инициирование может быть произведено автоматически, например, в случае, когда разница в параметрах регулирования удовлетворяет некоторым критериям, которые обычно указывают на необходимость размораживания. При этом появляется возможность выполнения частичного размораживания испарительной компрессионной установки посредством временного перекрытия подачи хладагента в соответствующий испаритель при одновременном поддержании в рабочем режиме остальных испарителей, предпочтительно так, чтобы суммарные эксплуатационные показатели испарительной компрессионной установки не ухудшались или чтобы их ухудшение было лишь незначительным. В результате удастся выполнить размораживание без неблагоприятных последствий для функционирования системы.

Этап е) может выполняться путем регулировки подачи хладагента через каждый из испарителей в соответствии с распределением, определяемым через выявленные параметры регулирования. В соответствии с этим вариантом распределение хладагента можно регулировать таким образом, чтобы массовый расход хладагента, подаваемого в какой-либо испаритель, работа которого относительно сильно отличается от оптимальной, подлежал более эффективной регулировке, чем массовый расход того испарителя, работа которого относительно близка к оптимальной. В результате этого отрегулированное распределение хладагента позволяет с большей надежностью обеспечить оптимальное использование потенциальной холодопроизводительности всех испарителей.

В порядке альтернативы или дополнения этап е) может включать в себя:

- выбор одного из испарителей с самым низким или самым высоким выявленным параметром регулирования,

- регулировку доли суммарного массового расхода хладагента, циркулирующего через выбранный испаритель, путем ее изменения на некоторую фиксированную величину, и

- регулировку долей суммарного массового расхода хладагента, распределяемого в остальные испарители, таким образом, чтобы компенсировать регулировку массового расхода хладагента, подаваемого в выбранный испаритель.

В соответствии с этим вариантом осуществления идентифицируют испаритель, работа которого отличается от работы остальных испарителей наиболее существенным образом. Затем выполняют регулировку массового расхода хладагента, подаваемого в идентифицированный испаритель, таким образом, чтобы работой всех испарителей можно было управлять с большей однородностью. В данном контексте термин «фиксированная величина» означает, что процентную долю имеющегося хладагента, который поступает в идентифицированный испаритель, регулируют, изменяя ее на некоторую фиксированную величину, то есть на некоторое фиксированное количество процентов.

Для того чтобы обеспечить поддержание суммарного массового расхода хладагента через все испарители на практически постоянном уровне, массовый расход хладагента через каждый из остальных испарителей регулируют таким образом, чтобы компенсировать изменение массового расхода хладагента через идентифицированный испаритель. Целесообразно производить указанную регулировку так, чтобы практически обеспечивалось неизменное взаимное распределение между остальными испарителями.

В соответствии со вторым аспектом изобретения упомянутые выше и иные цели достигаются благодаря разработке способа регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей компрессор, конденсатор, по меньшей мере два испарителя, включенных по жидкостному контуру в параллель между компрессором и общим выходом, и средства для регулирования расхода хладагента через каждый из испарителей, каковой способ включает в себя следующие этапы:

a) контролируют перегрев ПГ хладагента на общем выходе,

b) изменяют распределение расхода хладагента через испарители таким образом, чтобы массовый расход хладагента через первый испаритель изменялся на заданную величину при поддержании практически постоянным суммарного массового расхода хладагента через все испарители,

c) выявляют некоторый параметр регулирования на основе изменения массового расхода хладагента через первый испаритель, достигнутого на этапе b), каковой параметр регулирования отражает изменение ПГ, происшедшее в результате изменения в распределении хладагента,

d) повторяют этапы от а) до с) для второго испарителя/каждого из оставшихся испарителей и

e) выполняют регулировку расхода хладагента через каждый из испарителей на основе выявленных параметров регулирования.

Разумеется, для специалиста в данной области совершенно очевидно, что любой признак, описанный применительно к первому аспекту изобретения, может быть в равной степени отнесен к его второму аспекту, и наоборот.

Способ по второму аспекту изобретения очень близок к способу в соответствии с его первым аспектом, поэтому мы не будем обсуждать здесь признаки, которые были уже рассмотрены выше, а будем лишь ссылаться на приведенное ранее описание.

В соответствии со способом по второму аспекту изобретения этапы b) и с) выполняют следующим образом. Вначале выполняют изменение массового расхода хладагента через первый испаритель на некоторую заданную величину, то есть некоторым известным и контролируемым образом. Этого можно добиться, увеличивая или уменьшая массовый расход хладагента через первый испаритель на некоторую заданную величину. В соответствии с другим вариантом можно изменять расход хладагента через первый испаритель некоторым известным и контролируемым образом, например, соблюдая некоторый синусоидальный характер изменения. В ходе этой процедуры изменяют также массовый расход хладагента через каждый из остальных испарителей таким образом, чтобы компенсировать изменение массового расхода через первый испаритель, в результате чего массовый расход испарителя через все испарители будет поддерживаться на практически постоянном уровне. Кроме того, на этом этапе осуществляется контроль ПГ.

После того как выполнено описанное выше изменение распределения хладагента, приступают к выявлению параметра регулирования. Такой параметр отражает изменение ПГ, происшедшее в результате изменения распределения хладагента. Выявление параметра регулирования может быть выполнено следующим образом. Если температуру хладагента измеряют как функцию по длине испарителя, то будет обнаружено, что температура хладагента практически постоянна в тех частях испарителя, где хладагент присутствует в жидкой фазе или в смешанной жидкостно-газовой фазе. В том месте испарителя, где заканчивается смешанная фаза и начинается чисто газообразная, температура хладагента начинает повышаться, причем это повышение продолжается до подхода к выходу испарителя. На начальной стадии наклон температурной кривой является относительно крутым, однако, приближение температуры хладагента к температуре окружающего воздуха происходит асимптотически, то есть уменьшение наклона происходит в зависимости от места по ходу движения через испаритель.

Таким образом, если точка, в которой заканчивается смешанная фаза и начинается газообразная, находится относительно близко к выходу испарителя, то следует ожидать, что изменение в подаче хладагента, а следовательно, и в положении указанной точки будет оказывать относительно существенное влияние на температуру хладагента на выходе. С другой стороны, если указанная точка находится относительно далеко от выхода, то следует ожидать несколько меньшего и, возможно, даже незначительного воздействия на температуру хладагента на выходе. Таким образом, измеренная разница в температуре хладагента на общем выходе будет служить источником информации о том, насколько близко к выходу расположена точка, в которой заканчивается смешанная фаза и начинается газообразная. Поскольку желательно, чтобы эта точка находилась как можно ближе к выходу без создания возможности для циркуляции жидкого хладагента через испаритель, измеренная разница температур является вполне подходящим параметром регулирования.

Этап е) может включать в себя определение того из испарителей, который служит причиной наиболее значительного изменения ПГ, и такую регулировку подачи хладагента через испарители, чтобы доля суммарного количества хладагента, подаваемого в указанный испаритель, регулировалась в большей степени, чем при регулировке(ах) доли суммарного количества хладагента, подаваемого во второй испаритель/остальные испарители. Желательно регулировать распределение таким образом, чтобы все испарители обуславливали практически одинаковые изменения ПГ. Можно допустить, что испаритель, обуславливающий наиболее значительное изменение ПГ, ведет себя иначе, нежели остальные. Поэтому можно ожидать, что при такой регулировке распределения хладагента, когда долю хладагента, подаваемого в этот испаритель, регулируют в наибольшей степени, будет получено распределение, обуславливающее более однородное поведение испарителей. Так, например, как говорилось выше, тот испаритель, наполнение которого очень близко к максимальному, то есть в котором точка, где начинается чисто газообразная фаза, находится очень близко к концу испарителя, будет оказывать существенное воздействие на температуру хладагента на общем выходе в случае, когда изменяется массовый расход хладагента, подаваемого в этот испаритель. Кроме того, именно этот испаритель работает в режиме, который наиболее близок к возможной циркуляции жидкости через него. Таким образом, благодаря такой регулировке распределения хладагента, при которой в этот испаритель поступает меньший массовый расход и при которой массовый расход через остальные испарители увеличивают с целью компенсации этого явления, удается добиться того, чтобы наполнение идентифицированного испарителя стало более близким к наполнению остальных испарителей. В результате отрегулированное распределение окажется более близким к оптимальному. Кроме того, снижается риск появления возможности циркуляции жидкого хладагента через один из испарителей.

Способ может дополнительно включать в себя этапы сравнения параметров регулирования, полученных для каждого из испарителей, и определения на основе этого сравнения того из испарителей, наполнение которого ближе всего к максимальному, причем этап е) может выполняться таким образом, чтобы доля суммарного количества хладагента, подаваемого в указанный испаритель, регулировалась в большей степени, чем при регулировке(ах) доли суммарного количества хладагента, подаваемого во второй испаритель/остальные испарители. Как уже говорилось ранее, в данном случае испаритель, наполнение которого ближе всего к максимальному, должен быть предпочтительно отрегулирован таким образом, чтобы в него поступала меньшая доля суммарного количества хладагента.

Этап сравнения параметров регулирования может включать в себя сравнение знаков изменения ПГ для каждого из испарителей. Можно ожидать, что если первый испаритель характеризуется высокой степенью наполнения, то есть точка, где заканчивается смешанная фаза и начинается газообразная, находится относительно близко к выходу испарителя, то изменение ПГ, происходящее в результате изменения распределения хладагента, выполненного на этапе b), будет в наибольшей степени обусловлено влиянием изменения массового расхода через первый испаритель. С другой стороны, если степень наполнения первого испарителя несколько меньше, то можно ожидать, что изменение ПГ будет в наибольшей степени обусловлено совместным воздействием изменений массовых расходов через остальные испарители. Соответственно, если массовый расход хладагента через первый испаритель таков, что его следствием может явиться положительное изменение ПГ, когда изменение ПГ в наибольшей степени обусловлено влиянием первого испарителя, и если измеренное изменение ПГ является фактически положительным, то изменение массового расхода через первый испаритель будет, вероятно, оказывать существенное воздействие на результирующее измеренное значение ПГ. Если же, с другой стороны, измеренное изменение ПГ оказывается отрицательным, то следует ожидать, что совместное воздействие остальных испарителей будет более значительным, чем влияние первого испарителя. Таким образом, знак изменения ПГ дает информацию о том, насколько значительным является воздействие на измеряемое значение ПГ для данного испарителя. Таким образом, благодаря сравнению знаков изменений ПГ по каждому из испарителей удается получить информацию о значимости в этом отношении каждого из испарителей по сравнению со значимостью других испарителей.

В соответствии с одним из альтернативных вариантов, в качестве параметра регулирования можно использовать градиент изменения ПГ или амплитуду ПГ. Это может оказаться полезным, например, в тех случаях, когда массовый расход через первый испаритель изменяется по синусоидальному закону.

Способ может дополнительно включать в себя этап повторения этапов от а) до е). Этого можно добиться, например, повторяя этапы от а) до е) через заданные временные интервалы. В порядке альтернативы этапы способа можно инициировать с помощью регулятора перегрева.

Этап а) может включать в себя контроль температуры Т хладагента на общем выходе и/или включать в себя контроль давления Р хладагента на общем выходе. Давление Р хладагента на общем выходе можно получить посредством измерения температуры хладагента на общем выходе испарителей, или же оно может измеряться непосредственно.

Способ может дополнительно включать в себя следующие этапы:

- сравнивают выявленные параметры регулирования для каждого из испарителей и

- в случае, когда выявленный параметр регулирования какого-либо испарителя существенно отличается от выявленных параметров регулирования остальных испарителей, инициируют генерацию сигнала предупреждения оператору об отказе.

Способ может дополнительно включать в себя этап инициирования размораживания испарителя с существенно отличающимся параметром регулирования после генерации сигнала предупреждения об отказе.

Предлагаемое изобретение может найти применение в холодильных установках самых разнообразных типов, включая такие установки, которые сконструированы централизованными, а также установки, которые сконструированы децентрализованными. В данном описании выражение «установки, сконструированные централизованными» следует понимать как относящееся к таким установкам, в которых имеются один или более центрально расположенных компрессоров, обеспечивающих подачу хладагента на ряд объектов, подлежащих охлаждению. В качестве примеров подобных установок можно назвать те, которые применяются обычно в супермаркетах, или некоторые промышленные холодильные установки.

Подобным же образом, выражение «установки, сконструированные децентрализованными» следует понимать как относящееся к таким установкам, в которых имеются один или более компрессоров, обеспечивающих подачу хладагента на один объект, подлежащий охлаждению. В качестве примеров подобных установок можно назвать охлаждающие контейнеры, системы кондиционирования воздуха и пр.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более детальное описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой схематический вид испарительной компрессионной установки, используемой в рамках способа согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

фиг.2 - график, иллюстрирующий зависимость температуры хладагента от положения по длине испарителя;

фиг.3 - схематический вид одной из частей испарительной компрессионной установки, содержащей два испарителя;

фиг.4 - графики, иллюстрирующие изменение температуры хладагента на общем выходе испарителей испарительной компрессионной установки во времени, а также в результате резкого раскрытия клапана, соединенного с одним из испарителей;

фиг.5 - графики, иллюстрирующие изменение температуры хладагента на общем выходе испарителей испарительной компрессионной установки во времени в результате резкого раскрытия клапана, соединенного с одним из испарителей.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлен схематический вид испарительной компрессионной установки 1 типа холодильной системы. Эта установка содержит компрессор 2, конденсатор 3, клапан 4 и ряд испарителей 5 (из них показаны три), соединенных таким образом, что они формируют холодильный контур. Испарители 5 включены в параллель между клапаном 4 и общим выходом 6, который имеет жидкостное соединение с компрессором 2, а конденсатор 3 включен последовательно между компрессором 2 и клапаном 4.

В качестве клапана 4 использован такой клапан, который может обеспечить подачу хладагента в каждый из испарителей 5 в соответствии с заранее заданным соотношением.

На общем выходе 6 или непосредственно за этим выходом предпочтительно помещают температурный датчик (не показан) для измерения температуры хладагента в этой точке. Таким образом, в точке расположения температурного датчика хладагент, который прошел через различные испарители 5, претерпел еще одно перемешивание, так что измерению подвергается температура именно этого перемешанного хладагента. Соответственно, обычно нельзя ожидать, что информация, относящаяся к работе или эксплуатационным показателям отдельного испарителя 5, сможет быть выведена из результатов такого измерения. Однако, как говорилось выше, предлагаемый способ как раз позволяет фактически сделать это.

На фиг.2 приведены схематический вид отдельного испарителя 5 и график зависимости температуры хладагента от положения по длине этого испарителя. В испарителе 5 находится хладагент в жидкой фазе 7 и в газообразной фазе 8. Часть испарителя 5, показанная с хладагентом в жидкой фазе 7, а также в газообразной фазе 8, должна рассматриваться как часть испарителя 5, содержащая хладагент в смешанной фазе.

В точке 9 смешанная фаза заканчивается и остается чисто газообразная фаза 8. Действие этой последней продолжается вплоть до достижения конца испарителя 5. Воздействие такой ситуации на температуру хладагента происходит следующим образом.

Как четко видно в верхней части фиг.2, температура хладагента поддерживается практически постоянной на уровне T_r в той зоне, где в испарителе 5 присутствует хладагент в смешанной фазе. По достижении точки 9 начинается повышение температуры хладагента. Вблизи от этой точки указанное повышение демонстрирует относительно большую крутизну, однако, по мере отхода от точки 9 повышение температуры замедляется и имеет место ее асимптотическое приближение к температуре окружающего воздуха Т_а.

Как можно видеть на фиг.2, если точка 9 отстоит довольно далеко от конца испарителя 5, регулирование массового расхода хладагента через испаритель 5 с целью плавного смещения точки 9 не будет оказывать сколько-нибудь существенного влияния на температуру хладагента на конце испарителя. Однако, если точка 9 будет находиться очень близко к концу испарителя, то температура хладагента еще не достигнет уровня Т_а, так что регулирование массового расхода хладагента через испаритель 5 с целью плавного смещения точки 9 окажет воздействие на температуру хладагента на конце испарителя.

На фиг.3 приведен схематический вид части испарительной компрессионной установки, содержащей два испарителя 5, включенных по жидкостному контуру в параллель между клапаном 4 и общим выходом 6. Кроме того, на этом чертеже иллюстрируется воздействие, оказываемое на температуру хладагента на общем выходе 6, когда распределение хладагента между испарителями изменяют таким образом, чтобы сместить положение точки 9, в которой заканчивается смешанная фаза и начинается действие чисто газообразной фазы 8.

Как можно видеть на фиг.3, наполнение испарителя 5b ближе к максимальному, чем в испарителе 5а. Если массовый расход хладагента, подаваемого в испаритель 5а, изменяется настолько, что точка 9 смещается на величину Δl, например, из точки 9а в точку 9b, то температура хладагента на общем выходе 6 изменится на величину ΔT. Как показано на графике 10а, в данном случае величина ΔТ оказывается сравнительно небольшой, поскольку точка 9 находится относительно далеко от конца испарителя 5. Подобным же образом, если массовый расход хладагента, подаваемого в испаритель 5b, изменяется настолько, что точка 9 смещается на ту же величину Δl, например, из точки 9с в точку 9d, то величина ΔT, как показано на графике 10b, будет несколько больше. Соответственно, изменение массового расхода хладагента через испаритель 5b на некоторую величину приведет к более сильному воздействию на ПГ на общем выходе 6, чем изменение массового расхода хладагента через испаритель 5а на ту же величину. Таким образом, благодаря контролю температуры хладагента на общем выходе 6 в процессе изменения подачи хладагента в испарители некоторым контролируемым образом удастся получить информацию о том, наполнение какого из испарителей наиболее близко к уровню максимального наполнения, и о том, наполнение какого испарителя дальше от этого уровня.

На фиг.4 приведены графики, иллюстрирующие изменение температуры хладагента на общем выходе испарителей испарительной компрессионной установки во времени, а также в зависимости от степени раскрытия клапана, соединенного с одним из испарителей. Верхний график демонстрирует изменение степени раскрытия клапана во времени. Как можно видеть, вначале поддерживается некоторая постоянная, относительно небольшая степень раскрытия клапана. Однако в какой-то момент начинается постепенное увеличение степени раскрытия. В соответствии с одним из вариантов осуществления способа согласно изобретению это постепенное увеличение должно продолжаться до тех пор, пока не будет выявлено значительное изменение ПГ.

На нижнем графике показано изменение температуры хладагента на общем выходе во времени в течение того же временного интервала. Можно видеть, что в то время как степень раскрытия клапана поддерживается на некотором постоянном, относительно низком уровне, температура хладагента на общем выходе остается практически постоянной на относительно высоком уровне. Кроме того, температура остается на этом уровне и в начале увеличения степени раскрытия клапана. Однако, когда степень раскрытия достигает определенного уровня, происходит резкое снижение температуры. Это свидетельствует о том, что степень раскрытия клапана достигла уровня, при котором стала возможной циркуляция жидкого хладагента через испаритель, вследствие чего происходит существенное снижение температуры хладагента на общем выходе, а следовательно, и величины ПГ. В этих условиях выявляют разницу между практически постоянной степенью раскрытия и степенью раскрытия, имеющей место в настоящий момент. Впоследствии это разница в степени раскрытия может использоваться в качестве параметра регулирования, так как она дает информацию о том, насколько можно увеличить степень раскрытия клапана до того, как через испаритель пройдет жидкость, а значит, и информацию, относящуюся к степени наполнения данного испарителя.

На фиг.5 приведены графики, иллюстрирующие изменение температуры хладагента на общем выходе испарителей испарительной компрессионной установки во времени в результате резкого раскрытия клапана, соединенного с одним из испарителей. На верхнем графике показано изменение во времени степени раскрытия клапана. Как можно видеть, вначале поддерживается некоторая постоянная, относительно небольшая степень раскрытия клапана. Однако в какой-то момент происходит резкое раскрытие клапана на полную величину. В соответствии с одним из вариантов осуществления способа согласно изобретению далее ведут наблюдение за поведением установки до тех пор, пока не будет выявлено значительное изменение ПГ.

На нижнем графике демонстрируется изменение во времени температуры хладагента на общем выходе в течение того же временного интервала. Можно видеть, что в то время как степень раскрытия клапана поддерживается на некотором постоянном, относительно низком уровне, температура хладагента на общем выходе остается практически постоянной на относительно высоком уровне. Кроме того, температура остается на этом уровне и при резком раскрытии клапана. Однако по прошествии некоторого временного интервала происходит резкое снижение температуры. Это свидетельствует о том, что стала возможной циркуляция жидкого хладагента через испаритель как и в ситуации, описанной выше. В этих условиях определяют время, прошедшее с момента резкого раскрытия клапана, и используют его в качестве параметра регулирования. Такой параметр регулирования вполне пригоден, поскольку он дает информацию о том, насколько близко находится хладагент в жидкой фазе к концу данного испарителя, а следовательно, и информацию, относящуюся к степени наполнения этого испарителя.

Способ регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, как например холодильная установка, система кондиционирования, содержащей по меньшей мере два испарителя. Распределение хладагента задает, каким образом имеющееся в наличии количество хладагента будет распределено по испарителям. При постоянном контроле перегрева хладагента на общем выходе испарителей изменяют распределение расхода хладагента через испарители таким образом, чтобы управляемо изменять массовый расход хладагента через первый испаритель. При этом отслеживают изменения перегрева и используют его для получения информации о работе первого испарителя в виде параметра регулирования. Такие действия повторяют для каждого из оставшихся испарителей и выполняют регулировку расхода хладагента через каждый из испарителей на основе выявленных параметров регулирования. Выявленное изменение может проявляться в значительном изменении ПГ. В альтернативном варианте параметр регулирования может отражать изменение ПГ, имеющее место в результате изменения распределения потоков хладагента. Технический результат заключается в уменьшении узлов испарительной установки и повышении эффективности. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей компрессор, конденсатор, по меньшей мере два испарителя, включенных по жидкостному контуру в параллель между компрессором и общим выходом, и средства для регулирования расхода хладагента через каждый из испарителей, включающий следующие этапы:
a) контролируют перегрев (ПГ) хладагента на общем выходе,
b) изменяют распределение расхода хладагента через испарители таким образом, чтобы изменялся массовый расход хладагента через первый испаритель при поддержании практически постоянным суммарного массового расхода хладагента через все испарители,
c) в случае значительного изменения ПГ выявляют параметр регулирования на основе изменения расхода хладагента через первый испаритель, достигнутого на этапе b),
d) повторяют этапы от а) до с) для второго испарителя/каждого из оставшихся испарителей и
e) выполняют регулировку расхода хладагента через каждый из испарителей на основе выявленных параметров регулирования.

2. Способ по п.1, в котором этап b) включает в себя постепенное увеличение массового расхода хладагента через первый испаритель.

3. Способ по п.2, в котором этап постепенного увеличения массового расхода хладагента предусматривает постепенное раскрытие клапана, имеющего жидкостное соединение с указанным испарителем.

4. Способ по п.3, в котором выявляемый параметр регулирования представляет собой разницу в величине раскрытия.

5. Способ по п.1, в котором параметр регулирования представляет собой длительность временного интервала, истекшего до получения значительного изменения ПГ.

6. Способ по любому из пп.1-5, дополнительно включающий в себя этап повторения этапов от а) до е).

7. Способ по п.6, в котором этапы от а) до е) повторяют с заданными временными интервалами.

8. Способ по п.6, в котором повторение этапов способа инициируют с помощью регулятора перегрева.

9. Способ по любому из пп.1-5 или 7, 8, в котором этап а) включает в себя контроль температуры Т хладагента на общем выходе.

10. Способ по любому из пп.1-5 или 7, 8, в котором этап а) включает в себя контроль давления Р хладагента на общем выходе.

11. Способ по п.10, в котором давление Р хладагента на общем выходе получают путем измерения температуры хладагента на общем входе испарителей.

12. Способ по любому из пп.1-5, 7, 8 или 11, дополнительно включающий в себя следующие этапы:
сравнивают выявленные параметры регулирования для каждого из испарителей и
в случае, когда выявленный параметр регулирования какого-либо испарителя существенно отличается от выявленных параметров регулирования остальных испарителей, инициируют генерацию сигнала предупреждения оператору об отказе.

13. Способ по п.12, дополнительно включающий в себя этап инициирования размораживания испарителя с существенно отличающимся параметром регулирования после генерации сигнала предупреждения об отказе.

14. Способ по любому из пп.1-5, 7, 8, 11 или 13, в котором этап е) выполняют путем регулировки подачи хладагента через каждый из испарителей в соответствии с распределением, заданным с помощью выявленных параметров регулирования.

15. Способ по любому из пп.1-5, 7, 8, 11 или 13, в котором этап е) включает в себя
выбор одного из испарителей с самым низким или самым высоким выявленным параметром регулирования,
регулировку доли суммарного массового расхода хладагента, циркулирующего через выбранный испаритель, путем ее изменения на некоторую фиксированную величину, и
регулировку долей суммарного массового расхода хладагента, подаваемого в остальные испарители, таким образом, чтобы компенсировать регулировку массового расхода хладагента, подаваемого в выбранный испаритель.

16. Способ регулирования распределения хладагента в испарительной компрессионной установке, содержащей компрессор, конденсатор, по меньшей мере два испарителя, включенных по жидкостному контуру в параллель между компрессором и общим выходом, и средства для регулирования расхода хладагента через каждый из испарителей, включающий в себя следующие этапы:
a) контролируют перегрев (ПГ) хладагента на общем выходе,
b) изменяют подачу хладагента через испарители таким образом, чтобы массовый расход хладагента через первый испаритель изменялся на заданную величину при поддержании практически постоянным суммарного массового расхода хладагента через все испарители,
c) выявляют некоторый параметр регулирования на основе изменения массового расхода хладагента через первый испаритель, достигнутого на этапе b), данный параметр регулирования отражает изменение ПГ, происшедшее в результате изменения в распределении хладагента,
d) повторяют этапы от а) до с) для второго испарителя/каждого из оставшихся испарителей и
e) выполняют регулировку подачи хладагента через каждый из испарителей на основе выявленных параметров регулирования.

17. Способ по п.16, в котором этап е) включает в себя определение того из испарителей, который служит причиной наиболее значительного изменения ПГ, и такую регулировку подачи хладагента через испарители, чтобы доля суммарного количества хладагента, подаваемого в указанный испаритель, регулировалась в большей степени, чем при регулировке(ах) доли суммарного количества хладагента, подаваемого во второй испаритель/остальные испарители.

18. Способ по п.16, дополнительно включающий в себя этапы сравнения параметров регулирования, полученных для каждого из испарителей, и определения на основе этого сравнения того из испарителей, наполнение которого ближе всего к максимальному, причем этап е) выполняют таким образом, чтобы доля суммарного количества хладагента, подаваемого в указанный испаритель, регулировалась в большей степени, чем при регулировке(ах) доли суммарного количества хладагента, подаваемого во второй испаритель/остальные испарители.

19. Способ по п.18, в котором этап сравнения параметров регулирования включает в себя сравнение знаков изменения ПГ для каждого из испарителей.

20. Способ по любому из пп.16-19, дополнительно включающий в себя этап повторения этапов от а) до е).

21. Способ по п.20, в котором этапы от а) до е) повторяют через заданные временные интервалы.

22. Способ по п.20, в котором этапы способа инициируют с помощью регулятора перегрева.

23. Способ по любому из пп.16-19 или 21, 22, в котором этап а) включает в себя контроль температуры Т хладагента на общем выходе.

24. Способ по любому из пп.16-19 или 21, 22, в котором этап а) включает в себя контроль давления Р хладагента на общем выходе.

25. Способ по п.24, в котором давление Р хладагента на общем выходе получают посредством измерения температуры хладагента на общем входе испарителей.

26. Способ по любому из пп.16-19, 21, 22 или 25, дополнительно включающий в себя следующие этапы:
сравнивают выявленные параметры регулирования для каждого из испарителей и,
в случае, когда выявленный параметр регулирования какого-либо испарителя существенно отличается от выявленных параметров регулирования остальных испарителей, инициируют генерацию сигнала предупреждения оператору об отказе.

27. Способ по п.26, дополнительно включающий в себя этап инициирования размораживания испарителя с существенно отличающимся параметром регулирования после генерации сигнала предупреждения об отказе.