一种用于控制蒸气压缩系统的油接收器中的压力和油位的方法与流程

本发明涉及一种用于控制阀安排的方法，该阀安排使蒸气压缩系统的油接收器与至少一个油分离器互连。根据本发明，阀安排是根据在一个或多个油分离器内占主导的压力与在油接收器内占主导的压力之间的压力差进行控制的。

背景技术：

蒸气压缩系统(例如，制冷系统、空调系统或热泵)通常包括沿着制冷剂路径被安排的至少一个压缩机、排热换热器(例如，呈冷凝器或气体冷却器的形式)、膨胀装置(例如，呈以膨胀阀的形式)、以及蒸发器。由此，在制冷剂路径中流动的制冷剂被一个或多个压缩机交替地压缩并且被膨胀装置膨胀。在排热换热器和蒸发器中发生热交换，其方式为使得从流经排热换热器的制冷剂中排出热量，并且流经蒸发器的制冷剂吸收热量。由此，蒸气压缩系统可以经由蒸发器中发生的热交换对封闭的体积提供冷却、或经由排热换热器中发生的热交换对封闭的体积提供加热。

通常，压缩机需要润滑(例如，以油的形式)以便适当地运行。这在蒸气压缩系统的运行期间引入了风险，即一些油与经压缩的制冷剂一起离开压缩机。为了避免油与制冷剂一起被传输到整个蒸气压缩系统中，一个或多个油分离器可以安排在相对于一个或多个压缩机下游的制冷剂路径中。在一个或多个油分离器中，油与经压缩的制冷剂分离，并且制冷剂被传递到排热换热器中，而油保留在一个或多个油分离器中。

一个或多个油分离器可以进一步连接到油接收器上，油在回到一个或多个压缩机之前可以被收集在油接收器中。在这种情况下，油从一个或多个油分离器到油接收器的流动可以通过阀安排来控制。

使一个或多个油分离器与油接收器互连的阀安排可以被控制，其方式为，当希望从一个或多个油分离器向油接收器供油时，执行阀安排的打开/关闭顺序，并且打开/关闭顺序的打开持续时间限定阀安排的有效开度。在现有技术的一些蒸气压缩系统中，打开/关闭顺序的打开持续时间被选择为基本上固定的值，该值被期望在大多数操作条件下提供阀安排的合适操作。但是，打开持续时间没有响应于操作条件的改变进行调节。占主导的操作条件在阀安排的打开/关闭顺序的给定打开持续时间中可以对从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动产生影响。因此，打开时间的基本上固定的持续时间可能导致不准确地控制经由阀安排从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动。

技术实现要素：

本发明的实施例的目的是提供一种用于控制阀安排的方法，该阀安排使蒸气压缩系统的油接收器与至少一个油分离器互连，该方法提供改进对穿过阀安排的流体流动的控制的准确度。

本发明的实施例的另一个目的是提供一种用于控制阀安排的方法，该阀安排使蒸气压缩系统的油接收器与至少一个油分离器互连，该方法提供对穿过阀安排的流体流动的准确控制，而无论占主导的操作条件如何。

本发明提供了一种用于控制阀安排的方法，该阀安排使油接收器与至少一个油分离器互连，阀安排、一个或多个油分离器、以及油接收器安排在蒸气压缩系统中，蒸气压缩系统进一步包括沿着制冷剂路径被安排的至少一个压缩机、排热换热器、膨胀装置、以及蒸发器，其中，每个油分离器连接到一个或多个压缩机的出口上并且油接收器连接到一个或多个压缩机中的每一个的油供应入口上，该方法包括以下步骤：

-获取在一个或多个油分离器内占主导的压力与在油接收器内占主导的压力之间的压力差，

-基于获取的压力差得到阀安排的打开/关闭顺序的打开持续时间，并且

-根据得到的打开持续时间控制阀安排。

根据本发明的方法是用于控制阀安排的方法。在本文的上下文中，术语‘阀安排’应当被解释为意指包括一个或多个阀的安排，并且可以通过适当地控制阀安排的阀来控制穿过阀安排的流体流动。

阀安排使油接收器与至少一个油分离器互连。因此，可以通过适当地控制阀安排的一个或多个阀来控制一个或多个油分离器与油接收器之间的流体流动。在阀安排使油接收器与两个或更多个油分离器互连的情况下，可以向每个油分离器提供单独的阀，由此允许分开地控制油分离器中的每一个与油接收器之间的流体流动。

阀安排、一个或多个油分离器、以及油接收器安排在蒸气压缩系统中。蒸气压缩系统进一步包括沿着制冷剂路径被安排的至少一个压缩机、排热换热器、膨胀装置、以及蒸发器。每个油分离器连接到压缩机的出口上并且油接收器连接到压缩机中的每一个的油供应入口上。因此，一个或多个油分离器安排在相对于一个或多个压缩机下游的制冷剂路径中，并且可以用上文描述的方式使与经压缩的制冷剂一起离开一个或多个压缩机的油在一个或多个油分离器中与制冷剂分离。油可以随后经由油接收器和一个或多个压缩机的油供应入口回到一个或多个压缩机中。制冷剂从一个或多个油分离器供应到排热换热器。

在本文的上下文中，术语‘蒸气压缩系统’应当被解释为意指以下任何系统：其中流体介质流(诸如制冷剂)循环并且交替地压缩和膨胀，由此提供对一定体积的制冷或加热。因而，蒸气压缩系统可以例如是制冷系统、空调系统、或热泵。

根据本发明的方法，获取在一个或多个油分离器内占主导的压力与在油接收器内占主导的压力之间的压力差。由于阀安排使油接收器与一个或多个油分离器互连，所以获取的压力差表示跨阀安排的压力差。

接下来，基于获取的压力差得到阀安排的打开/关闭顺序的打开持续时间。在本文的上下文中，术语‘打开/关闭顺序’应当被解释为意指阀安排的一个或多个阀根据特定操作模式交替性地打开和关闭的顺序。当希望允许从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动时，可以启动打开/关闭顺序，并且当不再希望此类流体流动时，可以停止打开/关闭顺序。

因此，一个或多个阀在指定的打开时间打开、接着在指定的关闭时间关闭、在指定的打开时间打开、等等。打开持续时间相对于关闭持续时间在打开/关闭顺序运行时限定一个或多个阀的有效开度。因而，打开/关闭顺序的打开持续时间对从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动有影响，其方式为，打开持续时间减少使得流体流动减少，并且打开持续时间增加使得流体流动增加。

在油接收器内主导的压力和/或在一个或多个油分离器内占主导的压力可以响应于操作条件的改变而显著地变化。例如，周期性变化可以对在油接收器和/或一个或多个油分离器内占主导的压力有显著影响。例如在一些地区，压力差在冬季期间可以约为5巴，但是在夏季期间可以高达100巴。此外，占主导的压力水平可以对从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动有显著影响。例如，对于阀安排的打开/关闭顺序的给定打开时间、以及由此阀安排的给定有效开度，跨阀安排的较大压力差相比于稍低的压力差可以被期望用于提供从一个或多个油分离器到油接收器的更高的流体流动。因此，在一些操作条件下，特定持续时间的打开时间可能不足以提供油接收器中的油位，充足的油位确保向一个或多个压缩机有适当的油供应，而相同的打开持续时间在不同操作条件下可能导致油接收器溢流。

因而，用打开/关闭顺序的固定打开时间来操作阀安排可能导致非常不准确地控制穿过阀安排、即从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动。这是非常不希望的。

因此，本发明的优势是，阀安排的打开/关闭顺序的打开持续时间是基于在一个或多个油分离器内占主导的压力与在油接收器内占主导的压力之间的压力差得到的。由此获取的是，打开/关闭顺序的打开持续时间总是将占主导的操作条件考虑在内，包括作为周期性变化的结果出现的压力条件。结果是，无论占主导的操作条件如何，阀安排都可以操作用于准确地获取从一个或多个油分离器到油接收器的适当的流体流动。

最后，根据得到的打开持续时间控制阀安排，即用具有与得到的打开持续时间对应的打开持续时间的打开/关闭顺序来控制阀安排。因此，以将占主导的操作条件考虑在内的方式操作阀安排，并且由此准确地控制从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动。此外，由于流体流动的准确控制，可以确保油接收器中的油位总是充足的以确保向一个或多个压缩机的油供应而没有油接收器发生溢流的风险。

获取压力差的步骤可以包括测量在一个或多个油分离器内占主导的压力和在油接收器内占主导的压力，并且从测得的压力得到压力差。根据这种实施例，在一个或多个油分离器内占主导的压力和在油接收器内占主导的压力分别直接测得。作为替代方案，压力中的至少一个可以用另一种方式获得，例如通过从另一个测得的参数得到压力。

得到压力差的步骤可以包括基于在油接收器内占主导的压力测得值估计在油接收器内占主导的当前压力。在一些情况下，从借助于压力传感器完成测量在油接收器内占主导的压力直到测得压力值实际上被控制器接收，可能存在延迟，例如大约1-2秒。在油接收器内占主导的压力在快于这个的时间标度上可以变化。在这种情况下，在油接收器内占主导的压力在测得压力值被控制器接收的时间点上可以基于测得压力值被估计。

作为替代方案，测得压力值可以直接使用。

得到打开持续时间的步骤可以包括选择持续时间，该持续时间随压力差增大而减小。如上所述，在打开/关闭顺序的给定打开持续时间，跨阀安排的高压力差相比于低压力差可能引起更高的流体流动。因此，为了获取穿过阀的给定流体流动，在小压力差下应该选择长的打开持续时间，并且在大压力差下应选择短的打开持续时间。

得到打开持续时间的步骤可以包括查阅曲线图或查找表。在这种情况下，曲线图或查找表可以凭经验提供，或可以通过理论计算提供。

作为替代方案，得到打开持续时间的步骤可以包括使用以下类型的公式计算持续时间：

其中，δt是打开持续时间，k是常数，ρd是被接收在油接收器中的流体的密度，ρu是离开一个或多个油分离器的流体的密度，并且δp是获取的压力差。

根据这种实施例，打开持续时间随压力差的平方根倒数变化。

经由阀安排从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动，可以是油的形式、气态制冷剂的形式、或油与气态制冷剂的混合物的形式。例如，当一个或多个油分离器中的油位超过某一液位时流体可以主要是油的形式，并且当一个或多个油分离器中的油位较低时，即当仅有少量油已经被收集到油分离器中时，流体可以主要是气态形式。

在流体主要是气态制冷剂的形式的情况下，离开一个或多个油分离器的流体的密度与被接收在油接收器中的流体的密度不同。由此，项不是恒定的，但分别取决于一个或多个油分离器中以及油接收器中的流体的实际密度。但是，在流体主要是油的形式的情况下，密度可以假定为恒定的，并且由此，项可以用另一个常数替代。因而，在这种情况下，打开持续时间可以使用以下类型的公式得到：

假定使用者指定与一些典型操作条件相对应的打开/关闭顺序的打开持续时间。指定的持续时间应该现在与其他操作条件相对应地按比例变化，该指定的持续时间将用以下方程式中的质数标记出来。

在穿过阀安排的流体流动主要是油的形式的情况下，按比例变化的持续时间可以计算为：

这可以例如是当一个或多个油分离器中仍有油的情况，该一个或多个油分离器经由阀安排连接到油接收器上。

在穿过阀安排的流体流动主要是气态制冷剂的形式的情况下，按比例变化的持续时间可以计算为：

这可以例如是当没有或几乎没有油留在一个或多个油分离器中时的情况，该一个或多个油分离器经由阀安排连接到油接收器上。

在大量气体溶解在油中的情况下，由于当其穿过阀安排时压力下降，因此当穿过阀安排时，很可能除气。在这种情况下，具有溶解的气体的油进入阀安排，但气体和油的混合物离开阀安排。因此，以上公式适用于这种情况，因为密度变化大，即ρu远大于ρd，并且ρd应该在这种情况下被选择成混合物的散装密度。

根据替代性实施例，打开持续时间可以使用另一个类型的公式计算。例如，打开时间可以随压力差线性减少。

根据一个实施例，蒸气压缩系统可以包括至少两个油分离器，在这种情况下，阀安排可以被安排用于分别控制从油分离器中的每一个到油接收器的流体流动，并且方法可以进一步包括选择油分离器中的一个的步骤，并且控制阀安排的步骤可以包括根据得到的打开持续时间控制使选择的油分离器与油接收器互连的阀。

根据这种实施例，至少两个油分离器安排在相对于一个或多个压缩机下游的蒸气压缩系统中，并且从这些油分离器中的每一个到油接收器的流体流动可以分别控制并且独立于从其他一个或多个油分离器到油接收器的流体流动控制。此外，当希望建立从油分离器到油接收器的流体流动时，可以选择流体应该从哪个油分离器被递送。

选择油分离器中的一个的步骤可以包括以下步骤：

-获取油分离器中的每一个油分离器中的油位，

-获取油接收器中的油位，并且将油接收器中的油位与预定阈值进行比较，

-在油接收器中的油位低于阈值的情况下，选择具有最高油位的油分离器，并且

-在油接收器中的油位超过阈值的情况下，选择具有最低油位的油分离器。

在油接收器中的油位低的情况下，存在油位变得不足以确保向一个或多个压缩机供应油的风险。因此，在这种情况下，希望向油接收器提供来自一个或多个油分离器的大量油。因此，选择具有最高油位的油分离器，因为这种油分离器最有可能能够向油接收器主要供应油。

另一方面，在油接收器中的油位高的情况下，存在油接收器溢流的风险。因此，在这种情况下，希望向油接收器提供来自一个或多个油分离器的少量油。因此，选择具有最低油位的油分离器，因为这种油分离器最有可能能够以气态制冷剂形式或以油和气态制冷剂的混合物形式供应流体。向油接收器供应的气态制冷剂可以经由溢流系统从油接收器容易地移除。此外，流体的气态部分可以用于调节在油接收器内占主导的压力。

作为替代方案，蒸气压缩系统可以包括仅一个油分离器，并且阀安排可以被安排用于控制从那个油分离器到油接收器的流体流动。

方法可以进一步包括控制将油从油接收器供应到压缩机中的每一个的步骤。这可以例如借助于使油接收器与一个或多个压缩机互连的合适的阀安排获取。

从油接收器到一个或多个压缩机的油供应可以例如基于从安排在一个或多个压缩机中的一个或多个液位开关接收到的控制输入来控制。在这种情况下，在一个或多个液位开关透露一个或多个压缩机内的油位正在接近最小可接受液位的情况下，油可以从油接收器供应到一个或多个压缩机。

作为替代方案，从油接收器到一个或多个压缩机的油供应可以基于在连接到一个或多个压缩机上的抽吸管线中占主导的压力与在油接收器内占主导的压力之间的压力差来控制。这可以例如以与从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动受控制的方式非常相似的方式完成。例如，使油接收器与一个或多个压缩机互连的阀安排的打开/关闭顺序的打开持续时间可以使用上文描述的公式得到。

因此，控制将油从油接收器供应到压缩机中的每一个的步骤可以包括以下步骤：

-获取在油接收器内占主导的压力与一个或多个压缩机的抽吸压力之间的压力差，

-基于获取的压力差得到使油接收器与一个或多个压缩机互连的阀安排的打开/关闭顺序的打开持续时间，并且

-根据得到的打开持续时间控制使油接收器与一个或多个压缩机互连的阀安排。

这与上文描述的控制从一个或多个油分离器到油接收器的流体流动非常相似。因而，根据这种实施例，无论占主导的操作条件如何，将油从油接收器供应到一个或多个压缩机可以被准确地控制。

方法可以进一步包括以下步骤：

-通过打开阀安排的至少一个阀持续预定持续时间，将流体脉冲从油分离器供应到油接收器，

-响应于供应的流体脉冲，监控在油分离器内占主导的压力，并且

-基于监控的压力确定油或气体是否从油分离器供应到油接收器。

根据这种实施例，通过打开阀安排的至少一个阀持续预定持续时间，将流体脉冲从油分离器最初供应到油接收器。预定持续时间可以例如是以上文描述的方式得到的适当的打开时间。

在已经供应流体脉冲之后，监控在油分离器内占主导的压力。在从油分离器供应到油接收器的流体主要是油的形式的情况下，对在油接收器内占主导的压力的预期影响是有限的。换言之，如果流体主要是油的形式，则在油接收器内占主导的压力将响应于供应的流体脉冲而保持基本上恒定。

另一方面，在从油分离器供应到油接收器的流体主要是气态制冷剂的形式的情况下，可以预期在油接收器内占主导的压力会显著增加。

因而，如果在油接收器内占主导的压力响应于供应的流体脉冲而保持基本上恒定，则可以推断供应的流体主要是油的形式。相似地，如果在油接收器内占主导的压力响应于供应的流体脉冲而显著地增加，则可以推断供应的流体主要是气态制冷剂的形式。

因此，以这种方式可以确定是否将油或气体从给定油分离器供应到油接收器。这可以进一步用于确定油分离器内的油位，因为将油收集在其中的油分离器最有可能向油接收器供应油，而没有将油或仅将少量油收集在其中的油分离器最有可能向油接收器供应气体或供应油和气体的混合物。

附图说明

现在将参考附图进一步详细地描述本发明，在附图中

图1是依据根据本发明的实施例的方法控制的蒸气压缩系统的图解视图，

图2展示了包括一个油分离器的蒸气压缩系统的一部分，

图3展示了包括两个油分离器的蒸气压缩系统的一部分，并且

图4是展示了打开持续时间随压力差变化的曲线图，该压力差依据根据本发明的实施例的方法得到。

具体实施方式

图1是依据根据本发明的实施例的方法控制的蒸气压缩系统1的图解视图。

蒸气压缩系统1包括：沿着制冷剂路径被安排的多个压缩机2(示出了其中四个、被安排在压缩机机组中)、排热换热器3、高压阀4、接收器5、膨胀阀6、以及蒸发器7。蒸气压缩系统1进一步包括两个油分离器8、油接收器9、以及使油分离器8与油接收器9互连的阀安排10。

在制冷剂路径中流动的制冷剂被压缩机2压缩并且被供应到油分离器8。一些油可以与经压缩的制冷剂一起离开压缩机2，并且制冷剂与油在油分离器8中分离。制冷剂被供应到排热换热器3，而油被收集在油分离器8中。

在排热换热器3中，在制冷剂与环境或跨排热换热器3的次级流体流之间发生热交换，其方式使得热量从制冷剂排出。

制冷剂从排热换热器3被传递穿过高压阀4并且进一步到接收器5。在接收器5中，气态制冷剂与液态制冷剂分离。制冷剂的液态部分被传递到膨胀阀，而制冷剂的气态部分直接被供应到压缩机2b中的一个。这种压缩机2b可以被称为接收器压缩机2b。

制冷剂在穿过膨胀阀6时在供应到蒸发器7之前经受膨胀。由此，供应到蒸发器7的制冷剂处于气态和液态混合状态。在蒸发器7中，制冷剂的气态部分至少部分地被蒸发，同时与周围环境或与跨蒸发器7的次级流体流发生热交换，其方式为使得由制冷剂吸收热量。

最终，离开蒸发器7的制冷剂被供应至剩余的三个压缩机2a。这些压缩机2a可以被称为主压缩机2a。

收集在油分离器8中的油可以经由阀安排10供应到油接收器9，其方式将参考图2和图3在下文进一步详细描述。此外，通过适当地控制使油接收器与压缩机2互连的阀11，供应到油接收器9的油可以回到压缩机2。这也将参考图2和图3在下文进一步详细描述。

溢流阀12使油接收器9与接收器5互连。由此，从油分离器8供应到油接收器9的气态制冷剂可以经由溢流阀12和接收器5回到制冷剂路径。

图2展示了蒸气压缩系统的一部分，该蒸气压缩系统可以例如与图1展示的蒸气压缩系统1相似。图2的蒸气压缩系统包括仅一个油分离器8。

如上所述，离开压缩机2的经压缩的制冷剂可能与来自压缩机2的一些油一起被供应到油分离器8。制冷剂与油在油分离器8中分离，并且制冷剂被供应到排热换热器而油被收集在油分离器8中。

当希望将收集的油从油分离器8供应到油接收器9时，获取在油分离器8内占主导的压力与在油接收器9内占主导的压力之间的压力差。这可以例如通过使用适当的压力传感器测量在油分离器8内占主导的压力和在油接收器9内占主导的压力、并且从测得的压力值得到压力差来完成。

接着，基于获取的压力差得到使油分离器8与油接收器9互连的阀安排10的打开/关闭顺序的打开持续时间，并且根据得到的打开持续时间控制阀安排10。如上所述，这允许阀安排10被准确地控制以获取希望的从油分离器8到油接收器9的流体流动，而无论占主导的操作条件如何。由此，可以获取油接收器9中的适当的油位，该适当的油位确保可以向压缩机2提供充足的油供应，而没有油经由溢流阀12供应到接收器5的风险。

此外，无论何时需要都可以经由阀11将油从油接收器9供应到压缩机2。阀11可以例如基于来自安排在压缩机2中的液位传感器的控制输入来控制。在这种情况下，当对应的液位传感器指示压缩机2中的油位正在接近最小液位时，可以打开阀11。

作为替代方案，可以用与控制阀安排10(使油分离器8与油接收器9互连)相似的方式来控制阀11。在这种情况下，获取在油接收器9内占主导的压力与相关压缩机2的抽吸压力之间的压力差，并且基于获取的压力差得到相关阀11的打开/关闭顺序的打开持续时间。由此，无论占主导的操作条件如何，将油供应到压缩机2可以被准确地控制。

图3展示了蒸气压缩系统的一部分，该蒸气压缩系统可以例如与图1展示的蒸气压缩系统1相似。蒸气压缩系统在这种情况下包括两个油分离器8，每个油分离器经由阀安排10的单独的阀连接到油接收器9上。使油接收器9与压缩机2互连的阀安排10和阀11可以基本上以上文参考图2描述的方式来控制。

但是，由于图3展示的蒸气压缩系统包括两个油分离器8，因此，用于控制阀安排10的方法可以进一步包括选择应该将流体从哪个油分离器8供应到油接收器9。这可以例如用以下方式完成。

当希望向油接收器9供油时，获取每一个油分离器8中的油位、以及油接收器9中的油位。将油接收器9中的油位与预定阈值进行比较。

在油接收器9中的油位低于阈值的情况下，选择具有最高油位的油分离器8，并且随后操作阀安排10，其方式为允许流体从选择的油分离器8流到油接收器9，但不从其他油分离器8流到油接收器9。在油接收器9中的油位低的情况下，存在不能确保向压缩机2供应充足的油的风险，并且因此有必要确保相对大量的油被供应到油接收器9。因此，选择具有最高油位的油分离器8，因为这种油分离器8最有可能向油接收器9主要供应油。

另一方面，在油接收器9中的油位超过阈值的情况下，选择具有最低油位的油分离器8，并且随后操作阀安排10，其方式为允许流体从选择的油分离器8流到油接收器9，但不从其他油分离器8流到油接收器9。在油接收器9中的油位高的情况下，存在油将经由溢流阀12供应到接收器的风险。因此，选择具有最低油位的油分离器8，因为这种油分离器8最有可能向油接收器9主要供应气态制冷剂或油和气态制冷剂的混合物。由此，油接收器9中的油位不会显著地增加。

图4是展示了打开持续时间随压力差变化的曲线图，该压力差依据根据本发明的实施例的方法得到。打开时间在压力差增大时减小。更具体地，打开时间随压力差的平方根倒数变化。