CN103814443B - 用于吸收式制冷器的倾斜监测器及压力控制器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自动化控制装置。该自动化控制装置用于监测吸收式冷却系统或制冷器的位置角，且所述冷却系统或制冷器在导管系统内循环制冷剂、吸收剂和扩散剂，该装置包含一壳体，位于壳体内的具有处理器的控制器，与控制器进行通信的用于测量制冷器倾斜角的传感器，以及连接到控制器的压力计数器，该压力计数器用于计数冷却系统中所引入的压力增量。这种倾斜监控控制方法防止系统压力过大，从而避免因氢气泄漏、火灾和爆炸所造成的人身和财产损害。

Description

用于吸收式制冷器的倾斜监测器及压力控制器

相关申请的交叉引用

本申请于2012年3月8日提出的申请号为13/415,380的美国专利申请的优先权，该申请要求了于2011年3月8日提出的申请号为61/450,508的美国临时专利申请的优先权，所述申请的全部内容以引用方式并入本申请。

技术领域

本发明总体涉及倾斜控制装置，具体涉及一种大型休闲车用的(RecreationalVehicle,RV)制冷器的运行控制，该运行控制基于对冷却系统的倾斜和压力状态的检测。

背景技术

气体吸收式制冷器对位置角(position angle)非常敏感。这给车用制冷器带来了一大难题。为确保大型休闲车用制冷器的正常运行，带有制冷器的休闲车需要保持水平。这是由于气体吸收式制冷装置依赖重力来实现制冷剂(氨水溶液)经过蒸发器和吸收器部件下落至平衡室(leveling chamber)的循环。在这些部件中的倾斜角通常为3至5度(3°-5°)。如果RV制冷器试图在倾斜角大于5度(5°)时运行，该倾斜角度导致向下经过吸收器的流动被减慢或停止，并且造成制冷剂在吸收器的下部“积聚”。

当大量的制冷剂与沸腾器(boiler)相距过远，未能从被加热部件吸收热量时，在车辆严重倾斜时的运行会导致该冷却系统中的沸腾器部件过热。这种系统压力显然是不需要的。在极端情况下，被加热部件的温度持续上升，直至系统破裂，制冷剂和氢气被释放到车辆中。由于氢气的高挥发性，因而其会给人身和财产造成伤害的危险。

因此，有必要改进大型休闲车用制冷器的运行控制，使其能监测制冷器或其吸收系统的至少一部分的倾斜情况，以安全地控制其运行，从而防止该系统因压力过大而破裂。

发明内容

本申请所公开的位置角和压力监测及运行控制系统的设计克服了前述的现有RV制冷系统的有关缺陷。

一种用于RV制冷器的新控制装置使用电子控制器来连续地监测制冷器的位置角，从而使得该控制装置能够监测制冷器在通电时处在极端位置角的时间，该极端位置角可能会在冷却系统或制冷器中的沸腾器部件和其他部件产生压力(stress)。

在本发明的一个方面，提供了用于监测吸收式冷却系统或制冷器位置角的自动化控制装置。本发明的此类冷却系统或制冷器可以采用在导管系统内循环制冷剂、吸收剂和扩散剂的形式。该装置可以包含壳体，在壳体内的具有处理器的控制器，与控制器进行通信的用于测量制冷器的倾斜角的传感器，以及连接到控制器的压力计数器，该计数器用于计数引入到冷却系统中的压力增量。

在本发明的另一方面，该控制器从传感器处接收表示与冷却系统或制冷器的倾斜角信息有关的信号和数据，且该处理器分析上述信号，并指示压力计数器按制冷系统或制冷器处于倾斜状态(off level)的比例增加数值。在本发明的又一方面，用于制冷器的自动化控制装置包括封闭的流体吸收式冷却系统，该冷却系统具有用于加热可流动的制冷剂和吸收剂的混合物的热源。该系统可以包含扩散剂。

该装置可以包括用于测量制冷器倾斜角的传感器，用于记录引入到冷却系统中的压力量的压力记录器，以及用于接收来自传感器的信号的控制器。该控制器可以与处理器进行通信，所述处理器执行指令以用于：(i)分析来自压力记录器的信号和数据，确定表示该信号和数据中的至少一个的条件；(ii)对比该条件与一组条件分类，以及(iii)根据该分类中的至少一个所指定的时间来限制该制冷器的运行时间。

在又一方面，本发明提供了用于控制吸收式冷却系统或制冷器运行的方法，该方法包括下列步骤：(1)提供与控制器进行通信的传感器，该传感器用于测量冷却系统或制冷器的倾斜角，该控制器包括处理器；(2)提供连接到控制器的压力计数器；以及(3)当冷却系统或制冷器处于倾斜状态时，通过处理器指示压力计数器响应于接收自传感器的信号而增加计数。

在再一方面，该系统可以包括连接到控制器的用户界面，以便用户可以访问和控制该装置。

本发明的目的之一是提供一种用于基于RV制冷器相对于水平面的位置角来控制RV制冷器运行的改进的系统和方法。依据下文的描述，本发明的目的和优势将非常明显。

附图说明

通过查看本发明附图可以获知本发明的包括其结构和运行的详细信息，其中：

图1系本发明的制冷器正面的平面图，其显示了该制冷器的外壳；

图2系本发明的制冷器背面的平面图，其显示该吸收式冷却和导管系统；

图3A-3C分别显示了本发明的冷却系统倾斜5、10、15度的情形；

图4系本发明的自动化控制装置的功能框图。

具体实施方式

本发明涉及RV制冷器20的电子控制装置10，其能够持续监测运行中制冷器的位置角，记录制冷器在不同倾斜角运行的时间量，并且当超过安全倾斜角所对应的安全运行时间时，防止该制冷器的进一步运行。但应当理解的是，该控制装置10可以连同任何吸收式冷却系统或制冷器的监测一起使用，而该吸收式冷却系统或制冷器可能在运行过程中发生位置角的变化。本文所描述的是本发明在RV制冷器中的商业性应用。

典型的RV制冷器包括吸收系统30，其类似于图2所示的系统。此类制冷器使用三种物质：氨、氢气和水。在标准大气压条件下，氨是沸点为-33℃的气体，但单压吸收式制冷器被加压到使得氨为液体的程度。该循环是封闭的，其中全部氢、水和氨被收集，并且无休止地重复使用。

冷却循环始于液氨在室温下进入蒸发器34。液氨与氢在该蒸发器中相混合。氢的分压力用于调节总压力，这反过来调节蒸气压，进而调节氨的沸点。氨在蒸发器中沸腾，提供所需的冷却。接下来的三个步骤用于分离气态氨和氢。该方法在本领域是公知的，本领域技术人员能理解下文描述的是用于实现气体分离的方法的示例。

首先，在吸收器35中，气体混合物进入上升串管36(an uphill series of tubes)的底部，并且在该管的顶部水被加入进来。氨溶解在水中，生成氨水溶液和氢的混合物。氢被收集在该吸收器的顶部，而氨水溶液被收集在底部。

第二步是分离氨和水。对该溶液加热，以从水中蒸馏出氨。在所示的例子中使用了气体燃烧器32。当然也可以使用电或其他类型的热源。在加热该混合物后，部分水仍然以蒸汽和气泡的形式与氨混合在一起。该部分水蒸汽和气泡在被称为分离器37的最后分离步骤中被干燥，这可以通过将其通过上升串弯管来实现，该上升串弯管带有微小的障碍物来刺破气泡，从而允许所收集的水回漏至靠近燃烧器的区域。

第三步，纯氨气进入冷凝器38。在这种热交换器中，热氨气被冷却至室温，因而冷凝成液体，从而允许重新开始整个循环。

氢气一直是优选的扩散剂，因为它是最轻的气体，仅具有一个原子和大致相同的质量。因此，氢气的分压很小，且易于计算，且该分压能够调节封闭系统的整体压力，并且随着氢元素在系统中的相位变化以及溶解，氢是可预测的。然而，氢气极其危险，这是因为当系统破裂时，氢气会引起火灾或爆炸。

除了作为本申请主题的新型监测装置外，申请人还已经创造并开发了一种新型制冷单元，该制冷单元使用氦替代氢作为扩散剂或“充气”气体来消除火灾和爆炸的风险。因此可以认识到，本申请的倾斜监测控制系统10也可用于控制该关联申请中所述的制冷单元。

参考图4，显示了自动化控制装置10的功能图。本领域技术人员可以理解，该装置可以被修改以使得另一实施例中的检测和控制可以经由射频(RF)或其他已知替换方式远程地设置在车辆中。在本发明的一个商业性实施例中，这些部件被电连接到RV制冷器，并被保持在壳体12内，其类似于图1所示的示例性实施例。倾斜传感器50被内置在控制器52的电子电路中，该传感器能在制冷器运行时，测量该制冷器的倾斜角，而该控制器通过表示该倾斜角的信号来接收该信息。

当RV制冷器运行在极端倾斜状态下时(图3)，沸腾器32能够达到异常高温，这反过来会向冷却系统引入压力，例如，在被加热的沸腾器部件附近引入压力。参考图3A-3C，偏离垂直方向的小倾斜仅仅会引起少量的压力，这是由于沸腾器的温度仅略有上升。

图3A显示系统倾斜5度(5°)，这是相对较小的偏离水平的倾斜，其向系统引入被认为是可以容忍的适中的压力。然而，偏离垂直方向上的较大倾斜会引起更大的压力，这是因为沸腾器的温度可达到远远高于正常运行时的温度值。究其原因，在于吸收式冷却系统依靠重力运行。当系统不是水平时，制冷剂转移到导管系统的最低点，导致系统的其他部位干燥，因而特别容易受到加热器或燃烧器所增加热量的影响。

图3B显示系统倾斜10度(10°)；而图3C显示系统倾斜15度(15°)。例如，在后面的图中，制冷剂更容易流入系统的左下角。因为在燃烧器部件中吸收热量的制冷剂较少，这种情况相比其他情形，可能会在系统中引入更大的压力。为了监测所引入的压力，控制器使用压力计数器54，该计数器54记录被引入该冷却系统中的压力。

如图4所示，该控制器监测倾斜传感器，并且然后该控制器根据读取的数值将该位置确定为五(5)个分类中的一个，该分类的示意图如图4中56所示。第一分类是“水平”或区域1。“水平”被定义为垂直方向到偏离垂直方向正负5度(5°)。当制冷器在“水平”位置上运行时，冷却系统中不会引入压力，并且压力计数器/记录器54不会增加。

第二分类是区域2。“区域2”被定义为倾斜5到10度(5°-10°)。当制冷器在“区域2”位置上运行时，冷却系统被引入少量压力，并且压力计数器会缓慢增加，表明该冷却系统在当前倾斜角的压力超过极限前，能够运行很长时间。在制造或安装过程中，作为该系统特定机械部件的属性的压力参数被编程到该控制器中。

第三分类是区域3。“区域3”被定义为倾斜10到15度(10°-15°)。当制冷器在“区域3”位置上运行时，冷却系统被引入适量压力，并且压力计数器会迅速增加，表明该冷却系统在当前倾斜角的压力超过极限前，能够运行的时间较短。

第四分类是区域4。“区域4”被定义为倾斜15到20度(15°-20°)。当制冷器在“区域4”位置上运行时，冷却系统被引入较大压力，并且压力计数器会更快地增加，表明该冷却系统在当前倾斜角的压力超过极限前，能够运行的时间更短。

第五类是区域5。“区域5”被定义为倾斜大于20度(20°)。当制冷器在“区域5”位置上运行时，冷却系统被引入非常大的压力，并且压力计数器以最快的速度增加，表明该冷却系统在当前倾斜角的压力超过极限前，能够运行的时间非常短。

在区域2位置上运行一段时间后再在区域3位置上运行，这会导致当制冷器处于区域3时，压力计数器增加的速度更快。一旦该制冷器回到水平位置(区域1)，压力计数器停止增加。考虑到所引入的压力本质上永远存在，该压力计数器会记录并保持已增加的数值，并且如果且当该制冷器将来再次在倾斜位置上运行时，该压力计数器将恢复到停止前的数值。这使得能够记录系统上以及沸腾器部件相邻区域的累计压力，以便在这些部件在磨损或发生破裂前被予以替换。例如，在安装新沸腾器的情况下，针对新沸腾器的压力计数器需重新设置。

该控制器包含诊断模式，其可以通过用户界面60进行访问，该诊断模式允许经授权的服务技术人员来监测倾斜传感器的状态以及压力计数器的内容。该用户界面60仅用于说明，其可以包括本领域技术人员所使用的LED和触摸板。该接口可以被远程放置或置于车辆的控制台内。

为了促进对本发明原理的理解，本说明书描述了具体的实施例。但是应该能够理解的是，本说明书是描述性的而非限于其文字描述，并且没有限制本发明范围的目的。本申请所描述的组件、元件、流程或设备的任何修改和进一步改进，以及本申请所描述的本发明原理的所有进一步应用均应当被认为是本发明相关技术领域的技术人员通常所能够想到的。

Claims (10)

1.一种用于制冷器的自动化控制装置，该制冷器具有封闭的流体吸收式冷却系统，该冷却系统具有用于加热可流动的制冷剂和吸收剂混合物的热源，所述系统包含扩散剂，所述装置包括：

传感器，用于测量所述制冷器的倾斜角；

压力计数器/记录器，用于计数和记录引入到所述冷却系统的累计压力值；

控制器，用于接收来自所述传感器的信号，所述控制器与处理器进行通信，所述处理器执行指令以用于：

(i)分析来自所述压力记录器的所述累计压力值，以确定条件；

(ⅱ)对比所述条件与一组条件分类；以及

(iii)根据由所述分类中的至少一个所指定的时间来限制所述制冷器的运行时间。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述制冷剂是氨，所述吸收剂是水，且所述扩散剂是氢或氦。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述热源是气体燃烧器。

4.一种自动化控制装置，用于监测吸收式冷却系统或制冷器的倾斜角，且所述冷却系统或制冷器在导管系统内循环制冷剂、吸收剂和扩散剂，所述装置包括：

壳体；

具有处理器的控制器，其位于所述壳体内；

传感器，与所述控制器进行通信，用于测量所述制冷器的倾斜角；及

压力计数器/记录器，其被连接到所述控制器，用于计数并记录引入到所述冷却系统中的累计压力值，

其中，所述控制器从所述传感器处接收表示与所述冷却系统或制冷器的倾斜角有关信息的信号和数据，所述处理器分析所述信号，并指示所述压力计数器按所述制冷系统或制冷器处于倾斜状态的比例增加所述累计压力值。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述制冷剂是氨，所述吸收剂是水，且所述扩散剂是氢或氦。

6.如权利要求4所述的装置，其中，所述装置还包括热源，所述热源是气体燃烧器。

7.如权利要求4所述的装置，其中，所述控制器包括用户界面，该用户界面用于访问有关所述传感器和所述压力计数器的信息。

8.如权利要求4所述的装置，其中，所述压力计数器使用区域来评估，其中每个所述区域包括倾斜5度的增量。

9.一种用于控制吸收式冷却系统或制冷器运行的方法，包括下列步骤：

提供与控制器进行通信的传感器，该传感器用于测量冷却系统或制冷器的倾斜角，所述控制器包含处理器；

提供连接到所述控制器的压力计数器；以及

当所述冷却系统或制冷器处于倾斜状态时，通过所述处理器从所述传感器处接收信号并指示所述压力计数器按所述制冷系统或制冷器处于倾斜状态的比例而增加计数。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述冷却系统或所述制冷器包括导管系统、包含在所述导管系统内的制冷剂、吸收剂和扩散剂，并且所述扩散剂是氢或氦。