壓縮機在冷卻系統中的加載和卸載的製作方法

2023-10-10 06:17:39 1

壓縮機在冷卻系統中的加載和卸載的製作方法
【專利摘要】在冷卻系統中加載和卸載壓縮機的系統和方法。該方法包括：檢測溫度；根據該溫度確定壓縮機是否應開啟/關閉以提供/停止提供冷卻；開啟/關閉壓縮機；以及當壓縮機開啟/關閉時打開/關閉多個閥。
【專利說明】壓縮機在冷卻系統中的加載和卸載
【技術領域】
[0001]本發明涉及壓縮機的循環，具體地是渦旋式壓縮機的迅速循環。
【背景技術】
[0002]壓縮機是冷卻系統(例如，空調機、冷藏機等)的一體部分。壓縮機壓縮製冷劑，製冷劑隨後膨脹並將熱量抽出到環境外。製冷劑被壓縮的量與蒸發的製冷劑可從環境移除的熱量直接相關。壓縮機被開啟或關閉(加載/卸載)以控制製冷劑的壓力和系統的冷卻能力。壓縮機的開啟和關閉對壓縮機造成磨損，這會導致更高的維護成本並減少壓縮機的壽命。當壓縮機被過快地循環開啟和關閉時，磨損增加。因此，壓縮機被控制成具有最少的循環時間(例如，最少開啟三分鐘和最少關閉三分鐘)，以便減少對壓縮機的磨損。這些循環時間降低了嚴格控制系統的冷卻效果的能力(例如，導致過寬的溫度振幅)，並且降低系統的效率(例如，導致增加的能量使用)。

【發明內容】

[0003]在一個實施例中，本發明提供一種在冷卻系統中加載和卸載壓縮機的方法。該方法包括:檢測溫度；根據該溫度確定壓縮機是否應開啟以提供冷卻；使用波點分析(point-on-wave analysis)確定當開啟壓縮機的馬達的影響被最小化時的時間點；以及在大約確定的時間點處開啟壓縮機。
[0004]在另一個實施例中，本發明提供一種在冷卻系統中加載和卸載壓縮機的方法。該方法包括:檢測溫度；根據該溫度確定壓縮機是否應開啟以提供冷卻；開啟壓縮機；以及當壓縮機開啟時打開多個閥。
[0005]在另一個實施例中，本發明提供了一種冷卻系統。冷卻系統包括壓縮機、溫度傳感器、壓縮機入口閥、壓縮機出口閥和控制器。溫度傳感器被構造成提供溫度的指示。壓縮機入口閥聯接到壓縮機的輸入。壓縮機出口閥聯接到壓縮機的輸出。控制器聯接到壓縮機、溫度傳感器、壓縮機入口閥和壓縮機出口閥。控制器也被構造成:從溫度傳感器接收溫度的指示；根據接收自溫度傳感器的溫度的指示確定壓縮機是否應關閉以停止提供冷卻；關閉壓縮機；關閉壓縮機入口閥；以及關閉壓縮機出口閥，其中在壓縮機關閉的同時關閉壓縮機入口閥和壓縮機出口閥以保持穿越壓縮機的製冷劑的壓力。
[0006]通過考慮詳細描述和附圖，本發明的其它方面將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是單個壓縮機冷卻系統的框圖。
[0008]圖2是多個壓縮機冷卻系統的框圖。
[0009]圖3A是不出現有技術冷卻系統的操作的圖表。
[0010]圖3B是示出採用本發明冷卻系統的操作的圖表。【具體實施方式】
[0011]在詳細解釋本發明的任何實施例之前，應當理解，本發明的應用並不限於下列描述中提出或下列附圖中示出的部件的具體構造和布置方式。本發明能夠具有其它實施例，並且能夠以多種方式實踐或實施。
[0012]以下所述示例示出了各種冷卻系統。然而，本發明在諸如熱泵的其它構造中也具
有應用。
[0013]圖1是冷卻系統100 (例如，家用空調)的框圖。系統100包括壓縮機105、冷凝器110、控制器115、膨脹閥120、蒸發器125、溫度傳感器130、第一閥135 (壓縮機入口閥)、第二閥140 (壓縮機出口閥)和第三閥145 (蒸發器閥)。
[0014]控制器115從溫度傳感器130接收溫度的指示。根據該系統，溫度可以是空氣溫度(例如，直冷系統)或冷卻劑溫度(例如，冷卻器水或製冷劑)。
[0015]控制器115確定是否需要冷卻，在需要冷卻時開啟壓縮機105，並且在不需要冷卻時關閉壓縮機105。在一些實施例中，控制器115預期冷卻的需求，在溫度達到開啟設定點之前開啟壓縮機105，並且在達到關閉設定點之前關閉壓縮機105。在一些構造中，控制器使用比例積分微分(PID)控制方案來操作壓縮機105。提交於1994年I月28日的名稱為「Apparatus and Method for Reducing Overshoot in Response to the Setpoint Changeof an Air Conditioning System (響應於空調系統的設定點變化而減少超調量的設備和方法)」的美國專利N0.5，415，346描述了這樣的控制空調系統的操作的方法，該專利的全部內容以引用方式併入本文。在一些實施例中，如下所述，控制器115也使用設計成減小對壓縮機105的磨損的方案來控制壓縮機105。
[0016]當控制器115開啟壓縮機105時，壓縮機105壓縮冷卻系統100中的製冷劑以便為系統100提供冷卻能力。製冷劑通過管系流至冷凝器110，冷凝器110將製冷劑冷凝成液體。製冷劑繼續流向膨脹閥120。膨脹閥120引起製冷劑膨脹並轉化為氣體。該過程隨著製冷劑穿過蒸發器125而發生。當這種情況發生時，在蒸發器125中的製冷劑從蒸發器125周圍的空氣移除熱量，導致空氣(或水)被冷卻。製冷劑接著繼續返回到壓縮機105。
[0017]除了開啟和關閉壓縮機105之外，控制器115還打開(當開啟壓縮機105時)和關閉(當關閉壓縮機105時)第一閥135、第二閥140和第三閥145。由於製冷劑的壓力在整個冷卻系統100內顯著變化，關閉閥135、140和145將製冷劑的壓力圈閉在系統100的區域或區段中。這使得離開壓縮機105的製冷劑能夠在壓縮機開啟時幾乎立即實現其全部壓力，提高了系統100的性能。也可構思其它方案，包括閥135、140和145的打開和關閉的順序、以及閥135、140和145的打開和關閉的定時，使得它們在壓縮機105開啟/關閉之前或之後打開或關閉。
[0018]在一些構造中，溫度傳感器130是恆溫器。恆溫器130提供信號至控制器115(例如，馬達控制器)，根據溫度設定點和死區指示控制器115是否應開啟壓縮機105或關閉壓縮機105。恆溫器130可以具有或者可以不具有使恆溫器130能夠預期待冷卻區域的熱慣性的智能。
[0019]圖2是示例性的大規模冷卻系統200 (例如，用於冷卻商業建築、用於冷卻多個製冷陳列櫃等)的框圖。冷卻系統200包括至少一個壓縮機205、冷凝器210、接收器215 (可選)、控制器220、吸入集管230、多個膨脹閥235、多個蒸發器240、多個入口閥245、以及多個出口閥250。在其中所有壓縮機205 —致地操作(S卩，所有壓縮機205同時開啟和關閉)的一些構造中，在吸入集管230之前使用單個入口閥245和/或在用於壓縮機205的公用管系之後使用單個出口閥250。此外，系統200包括在接收器215和膨脹閥235之間的蒸發器閥255。在一些構造中，使用多個蒸發器閥255，例如定位在每個膨脹閥235之前的蒸發器閥 255。
[0020]一個或多個溫度傳感器可用來檢測由蒸發器240冷卻的區域或冷卻劑的溫度。控制器220從傳感器接收溫度的指示，並且如上文結合冷卻系統100所述根據溫度控制壓縮機 205。
[0021]壓縮機205壓縮冷卻系統200中的製冷劑，以便為系統提供冷卻能力。在具有不止一個壓縮機205的冷卻系統200中，壓縮機205可同時或在不同時間開啟和關閉，以滿足系統所需的要求。在一些構造中，所有壓縮機205具有一個或多個固定容量，並且控制器220按需要將壓縮機205布置或加載到系統中，例如在1991年5月7日提交並且名稱為「Methodof Compressor Staging for a Mult1-Compressor Refrigeration System (布置用於多壓縮機製冷系統的壓縮機的方法)」的美國專利N0.5，123，256中所述，該專利的全部內容以引用方式併入本文中。當壓縮機205關閉時，與壓縮機205相關聯的入口閥245和出口閥250關閉，在蒸發器110和冷凝器125內維持高側壓力和低側壓力。當壓縮機205開啟時，與壓縮機205相關聯的入口閥245和出口閥250打開，並且壓縮機205幾乎立即達到操作壓力。如果在系統200中的所有壓縮機205均關閉，蒸發器閥255也關閉。
[0022]在一些實施例中，控制器220使用設計成減少對壓縮機205的磨損的方案來控制壓縮機105/205。美國專利N0.7，812，563公開了一種被稱為波點(point-on-wave) (POff)切換的技術，該專利的全部內容以引用方式併入本文。POW切換根據將供給目前供應至馬達的其它繞組的交流電壓的一個或多個相的一個或多個波的交流電的各相的各波之間的關係來確定何時對馬達的繞組(即，相)供電(即，開啟)。本發明監測通過精密的直流接觸器(但也可使用交流接觸器)供應至一個或多個壓縮機的一個或多個馬達的繞組的交流電壓的每個相，僅在諸相之間的關係將在壓縮機馬達上導致最少量的應力時才切換接觸器並且對相加電。
[0023]POff切換的使用和使用閥來保持壓力區使得本發明能夠減少或消除冷卻系統壓縮機的循環延遲，增加效率和舒適度。一些現有技術冷卻系統已使用多個小型壓縮機來提高冷卻系統的性能(例如，縮窄溫度控制範圍)。本發明允許使用單個較大的壓縮機，同時實現比使用多個較小的壓縮機所實現的相同或更高的性能水平和效率。
[0024]圖3A示出了現有技術系統的壓縮機的溫度TEMP與設定點的關係以及相關的接通/斷開指示400的圖表。當溫度TEMP高於設定點時，控制器在滿足最小關閉循環時間時開啟壓縮機。相反，當溫度TEMP低於設定點時，控制器在滿足最小開啟循環時間時關閉壓縮機。在圖3A所示圖表中，溫度比循環時間變化得更快。因此，在溫度TEMP升高至設定點以上的時間和控制器開啟壓縮機的時間之間存在延遲。在控制器關閉壓縮機之前，當溫度TEMP下降至死區以下時存在類似的延時AD2。
[0025]由循環時間引起的這些延遲導致壓縮機運行時間比所需的更長(AD2)，從而浪費能量。此外，延遲(AD1和AD2)引起溫度範圍(Λ T1)比所需更大，潛在地造成由冷卻系統冷卻的區域的居住者的不適。[0026]如圖3B所示，通過能夠在任何時間開啟和關閉壓縮機(B卩，沒有循環延遲)，並且在壓縮機關閉時保持壓縮機中的壓力，消除了延遲(AD1和AD2)。事實上，壓縮機可在預期溫度高於/低於設定點/死區(八隊和AD4)時開啟和關閉。這減少了能量使用，並且導致窄得多的溫度範圍(八\與Λ T1),增加了居住者的舒適度。
[0027]本發明的各種特徵和優點在所附權利要求中闡述。
【權利要求】
1.一種在冷卻系統中加載和卸載壓縮機的方法，所述方法包括: 檢測溫度； 根據所述溫度確定所述壓縮機是否應開啟以提供冷卻； 使用波點分析確定當開啟所述壓縮機的馬達的影響被最小化時的時間點；以及 在大約所述確定的時間點處開啟所述壓縮機。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括: 根據所述檢測的溫度確定所述壓縮機是否應關閉以停止提供冷卻； 使用波點分析確定當關閉所述壓縮機的所述馬達的影響被最小化時的第二時間點；以及 在大約所述確定的第二時間點處關閉所述壓縮機。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，還包括當所述壓縮機被關閉時關閉壓縮機入口閥和壓縮機出口閥。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括當所述壓縮機被開啟時打開壓縮機入口閥和壓縮機出口閥。
5.根據權利要求1 所述的方法，其特徵在於，所述冷卻系統為家用空調。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過閉合DC接觸器而施加對所述壓縮機的供電。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括預期將需要冷卻，其中所述壓縮機在達到設定點溫度之前開啟。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述壓縮機是用於所述冷卻系統的多個壓縮機中的一個，並且進行權利要求1的動作以加載所述多個壓縮機中的每一個。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括當所述壓縮機開啟時打開蒸發器閥並且當所述壓縮機關閉時關閉所述蒸發器閥。
10.一種在冷卻系統中加載和卸載壓縮機的方法，所述方法包括: 檢測溫度； 根據所述溫度確定所述壓縮機是否應開啟以提供冷卻； 開啟所述壓縮機；以及 當所述壓縮機開啟時打開多個閥。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述多個閥包括壓縮機入口閥和壓縮機出口閥。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括: 根據所述溫度確定所述壓縮機是否應關閉以停止提供冷卻； 關閉所述壓縮機； 當所述壓縮機關閉時關閉所述多個閥。
13.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述多個閥包括壓縮機入口閥和壓縮機出口閥。
14.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，當所述壓縮機關閉時，通過關閉所述多個閥來保持穿越所述壓縮機的壓力。
15.一種冷卻系統，所述系統包括:壓縮機； 溫度傳感器，所述溫度傳感器被構造成提供溫度的指示； 壓縮機入口閥，所述壓縮機入口閥聯接到所述壓縮機的輸入； 壓縮機出口閥，所述壓縮機出口閥聯接到所述壓縮機的輸出；以及控制器，所述控制器聯接到所述壓縮機、所述溫度傳感器、所述壓縮機入口閥和所述壓縮機出口閥，所述控制器被構造成: 從所述溫度傳感器接收所述溫度的指示， 根據接收自所述溫度傳感器的所述溫度的指示確定所述壓縮機是否應關閉以停止提供冷卻， 關閉所述壓縮機， 關閉所述壓縮機入口閥，以及 關閉所述壓縮機出口閥， 其中關閉所述壓縮機入口閥和所述壓縮機出口閥在所述壓縮機關閉的同時保持穿越所述壓縮機的製冷劑的壓力。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述控制器還被構造成使用波點分析來確定當所述馬達上的影響被最小化時的時間點並且在所述確定的時間點處開啟所述壓縮機。
17.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特徵在於，所述控制器還被構造成: 根據接收自所述 溫度傳感器的所述溫度的指示確定是否應開啟所述壓縮機以提供冷卻， 開啟所述壓縮機， 打開所述壓縮機入口閥，以及 打開所述壓縮機出口閥。
18.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特徵在於，所述壓縮機為渦旋式壓縮機。
19.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特徵在於，所述溫度傳感器為恆溫器。
20.根據權利要求15所述的冷卻系統，其特徵在於，所述冷卻系統包括多個壓縮機，並且所述控制器被構造成進行用於所述多個壓縮機中的每個壓縮機的所述動作。
【文檔編號】F25B1/00GK103827605SQ201280045163
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月25日 優先權日:2011年7月27日
【發明者】D·R·多爾曼 申請人:特靈國際有限公司