[发明专利]暖通空调系统的过热控制

说明书

技术领域

本发明申请涉及制冷的过热控制，以增强系统的性能和提高压缩机的可 靠性。

背景技术

在空调、热泵和冷藏系统中，离开蒸发器的制冷剂的过热需要受到严格 控制。制冷剂通常是在过热状态离开蒸发器，即其实际温度高于相应的饱和 温度(过热实际上是被定义为这两个温度的差额)。某一(正的)过热通常 被要求确保很少或根本没有液体制冷剂进入压缩机，以及系统运行稳定。如 果大量的液体制冷剂进入压缩机，一个被称为“水浸”的不良状况将出现。

另一方面，众所周知，为保证制冷系统的最高性能(效率和能力)，离 开蒸发器的制冷剂要保持接近零的过热值。此外，通过降低抽吸过热，返回 压缩机的油也有所改善，因为油的粘度伴随过热的降低而减小。这就是事实， 因为更多的制冷剂是在较低的过热值下被稀释在油中。相反地，由于过热值 增加，制冷剂从油中蒸发掉，使油的粘度增大，及使油更容易停滞在蒸发器 出口或在将蒸发器连接到压缩机的管道内。当然，改进油的回路是制冷系统 设计者的一个目标，因为其通过防止油被阻留在蒸发器和相关的管道内而增 强压缩机的可靠性和提高系统的性能。

众所周知，降低过热至可能的最低值是所期望的，然而直到今天，大部 分制冷系统至多运行于6-120°F范围内的过热值。因温度传感器测量偏差导 致测量误差的可能性，刻度定位和分辨率；系统元件制造上的变率；周遭环 境对系统运作的影响；负荷需求的波动和相关的瞬态现象，这些同时发生于 制冷系统内，往往就成为进一步降低过热的实际阻碍。

也正如众所周知，通常情况下，蒸发器下游的制冷剂的温度(和相关的 过热值)被利用来控制系统运行，或是提供安全可靠的压缩机运作，或是防 止膨胀设备失灵，例如热力膨胀阀，或是两者兼而有之。

正如上文所述，由于相关的可靠性问题，压缩机内重大的水浸状况是我 们所不希望的。因此，制冷系统的设计者已在使用足够过热以在整个工作条 件的范围内消除任何水浸隐患的方面做错了。不受控制的水浸导致压缩机能 力和效率的大幅下降，也可能对压缩机造成严重损害。

本发明可以在一个很低的过热下运作，甚至可能在压缩机入口(或蒸发 器出口)有轻微的水浸，但对压缩机的可靠性无任何不利影响，以及可以在 更高的系统效率和能力下运作。同时，本发明确保将没有大量的液体制冷剂 进入压缩机泵元件。

发明内容

一个本发明所揭露的实施例中，制冷剂的温度是在压缩机内测量。最好 于制冷剂进入压缩元件前已经过一些预热之后测量温度。这种预热，例如， 可以是消散到制冷剂的电机热，或是周围环境的供热，而制冷剂从蒸发器转 移至压缩机。因此，离开蒸发器的制冷剂的过热值可降至理想值，接近零值。 另一方面，虽然数量有限的液体可以进入压缩机的壳体，但是在压缩过程开 始之前，额外的热量传输将确保没有液体制冷剂进入压缩机壳体内的压缩元 件。因此，压缩机的可靠性将不会受到损害。过热值，举例来说，可以通过 其饱和温度减去实际的制冷剂温度而被计算出。制冷剂的温度通常是由位于 制冷系统内的温度传感器或连接到管道的“禁区”即压缩机壳体的温度传感 器等等决定，从而在围绕和直接接触制冷剂的金属部件的温度的基础上推断 制冷剂的温度。比如，在本领域内，位于压缩机壳体的内部或外部的传感器， 可在工厂安装或添加到压缩机。制冷剂的饱和温度可以通过各种传感器确 定，包括设在制冷系统换热器(无论是内部或外部)两相区的温度传感器或 测量制冷剂压力的压力传感器。众所周知，饱和温度可以从制冷剂的压力测 量推断出。

举个例子，也是所揭露的实施例之一，将吸入制冷剂输送到深入包含压 缩机泵机组(压缩元件)和电机的密封壳体之中的全封闭或半封闭的压缩机 是已知的。这样的压缩机的一个已知应用中，至少一部分的制冷剂最初流过 电机，以冷却电机。当制冷剂冷却电机时，热量传递到制冷剂。在该实施例 中，用以控制膨胀装置的制冷剂温度确定于制冷剂冷却电机后已吸收一些热 量的位置和当制冷剂接近压缩机泵机组时。采取压缩机壳体内此位置的这一 制冷剂温度，使蒸发器的过热降到最小，同时，使蒸发器性能提高和压缩机 运作可靠。