CN101506595A - 带有脉冲宽度调制吸入阀的串排复缸压缩机 - Google Patents

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CN101506595A CNA2006800555494A CN200680055549A CN101506595A CN 101506595 A CN101506595 A CN 101506595A CN A2006800555494 A CNA2006800555494 A CN A2006800555494A CN 200680055549 A CN200680055549 A CN 200680055549A CN 101506595 A CN101506595 A CN 101506595A
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Abstract

制冷系统配备有串排复缸压缩机。串排复缸压缩机包括至少两个并联运行并具有至少一个公用歧管的压缩机。控制装置可以使压缩机同时运行或者以某种预定的顺序运行以控制制冷系统容量。串排复缸压缩机中的至少一个在吸入管线上配备有脉冲宽度调制控制装置。这样，能够精确地控制由压缩机压缩的制冷剂的量以准确地满足被调节空间的热负荷要求。

Description

带有脉冲宽度调制吸入阀的串排复缸压缩机
技术领域
本发明涉及制冷系统，包括串排复缸压缩机和在通向至少一个串排复缸压缩机的吸入管线上的脉冲宽度调制控制装置。
背景技术
制冷HVAC&R系统通常包括压缩机，该压缩机将压缩后的制冷剂从压缩机排放口输送到冷凝器，然后将制冷剂从冷凝器传送到膨胀装置、蒸发器，最终穿过闭环回路返回到压缩机吸入口。制冷系统的热负荷需求可以变化并且通常取决于室内外的运行环境、被调节空间内产生的热负荷以及新鲜空气循环的要求。有时，需要更高的系统冷却容量，因此需要更大的制冷剂流量在整个制冷系统中循环。有时，较低的冷却容量以及较小的制冷剂流量可以足以将被调节空间维持在适宜范围内。为了提供有效手段对制冷剂流量进行控制，某些制冷系统利用串排复缸压缩机以通过断开一个串排复缸压缩机提供卸载能力以使系统容量与被调节空间内的热负荷相匹配。在这样的系统中，两个或更多个压缩机可以同时将压缩后的制冷剂输送到下游的热交换器，如冷凝器。通常，单个排放管线与串排复缸压缩机的排放口连通。然后这些排放管线汇集成与冷凝器相连的单个排放歧管。同样，单个吸入管线与串排复缸压缩机的吸入口相连通。这些吸入管线从与从蒸发器出口延伸的管线相连的单个吸入歧管露出。另一方面，串排复缸压缩机系统是已知的，其中分开的冷凝器与每个压缩机相关联，而压缩机仍然与同一蒸发器相连。类似地，串排复缸压缩机系统可以与分开的蒸发器相连，并仍与同一冷凝器相连通。当压缩机或蒸发器与分开的且可能有不同的运行特点的室内外环境相关联时，通常使用后两种配置。
根据系统热负荷，典型的串排复缸压缩机系统的控制装置会操作一个或几个压缩机。因此，能控制压缩机以提供系统容量中的不连续的阶段。而且，正如所知的，串排复缸压缩机装置可以包含压力和油平衡管线以防止油从压缩机排出并提高可靠性。
一种更好的控制制冷系统容量的方法是采用脉冲宽度调制控制装置对制冷系统压缩机控制。通过这样的控制，吸入脉冲宽度调制阀以预定的速率在开启和关闭位置之间循环以防止然后允许制冷剂流向压缩机。因为阀在开启和关闭位置之间循环，这样实际上就消除了节流或任何其他损耗。这样，能够把压缩机压缩的制冷剂的量精确地调整为需要的容量，同时维持了系统的有效运行。虽然脉冲宽度调制控制装置在制冷系统中是已知的，但是它们并未结合到串排复缸压缩机系统中。
发明内容
在本发明公开的实施例中，两个或更多串排复缸压缩机在制冷系统中运行。通向两个压缩机中的至少一个的吸入管线配备有具有脉冲宽度调制控制装置的吸入阀。于是，该压缩机提供的容量能够被精确地调整为待调节环境中的热负荷需求。在一个实施例中，仅一个压缩机配备有这种由脉冲宽度调制控制的吸入阀。在另一个实施例中，吸入脉冲宽度调制阀设置在通向每个压缩机的歧管上。
在不同的实施例中，压缩机将制冷剂输送至分开的冷凝器，但仍与单个蒸发器相连；或从分开的蒸发器接收制冷剂，但仍将压缩后的制冷剂传送给单个冷凝器。在其他实施例中，串排复缸压缩机制冷系统可能配备有节能循环装置和/或旁路特征以实现对供应容量更灵活的控制。
本发明的这些和其他特征可以从下文的说明书和附图的简要描述中得以最佳的理解。
附图说明
图1示出了第一示意性制冷系统。
图2示出了第二示意图。
图3示出了第三示意图。
图4示出了第四示意图。
图5示出了图1示意图的容量图。
图6示出了第五示意图。
图7示出了第六示意图。
具体实施方式
图1示出了具有两个压缩机22和24的制冷系统20，所述两个压缩机22和24串联运行以将制冷剂压缩并输送至公用排放歧管28。单个冷凝器30从公用排放歧管28接收制冷剂并将制冷剂输送至膨胀装置32。蒸发器34置于膨胀装置32的下游。来自于蒸发器34的制冷剂进入公用吸入歧管26并返回至压缩机22和24.正如本领域已知的，系统的控制装置38操作驱动压缩机22和24中的一个或两个从而为制冷系统20提供所需的容量。压缩机22和24的大小可以相同，或也可以不同。串排复缸压缩机制冷系统的控制和运行是本技术领域所熟知的，因此没有必要进行深一步的描述。创新性在于配备有具有由控制装置38或专用的控制器进行控制的脉冲宽度调制控制装置的吸入阀36。因此，就所知的那样，控制装置38使阀36以预定的速率在开启(正常情况下为全开位置)和关闭(正常情况下为全关或近似全关的位置)位置之间循环以控制流向压缩机22和24的制冷剂流量。这样，无论在某个特定的时刻有多少压缩机在运行，都能够对输送至压缩机22和24的制冷剂的量进行精确的调整以获得精确的容量值。由于脉冲宽度调制阀36在开启和关闭位置之间循环，所以存在与阀36相关联的最小节流或其他损耗。阀36处于开启位置的循环速率和时间间隔由输送至被调节环境的容量、可靠性要求、允许的适宜范围参数变化以及制冷系统热惯性决定。虽然示出了两个串排复缸压缩机，但制冷系统具有三个、四个甚至更多的串排复缸压缩机也是已知的。因此本发明提供了一种有用且有效的手段以从串排复缸压缩机的配置来获得精确调整的制冷系统容量，同时使被调节空间的温度和湿度变化最小，提高了用户舒适度并降低动力消耗。
图2示出了另一个实施例220，其中串排复缸压缩机122和124再次将制冷剂输送至公用排放歧管28和下游冷凝器30。该系统配置的不同之处在于制冷剂分流至两个分开的膨胀装置132，和两个分开的蒸发器134A和134B。在蒸发器用于不同的被调节/制冷区域并具有不同的运行特点时，通常提供这样的布置。因此，没有公用吸入歧管将制冷剂输送至每个压缩机122和124。在这个实施例中，仅有一个压缩机，压缩机122，具有吸入脉冲宽度调制阀136，所述吸入脉冲宽度调制阀136安装在通向所述压缩机的吸入管线上，并由脉冲宽度调制控制装置138控制。如上所述，控制装置138可以是独立控制装置或集成到制冷系统220的系统控制装置中。此外，当需要对制冷系统220(尤其是蒸发器134A)的输送容量进行精确的调整时，压缩机122将运行，因为它能够通过相关的脉冲宽度调制吸入阀136提供精确的制冷剂流量控制。再者，尽管图2中示出仅两个串排复缸压缩机，仅其中一个具有相关的脉冲宽度调制阀，但更多的串排复缸压缩机并且其中多个具有相关的脉冲宽度调制阀也属于本发明的范畴。
图3还示出了另一个实施例221，其中每个压缩机22和24将制冷剂输送至分开的冷凝器230和232，但仍从同一蒸发器34接收制冷剂。当冷凝器将热量排放到不同的环境(例如，室内和室外)并且具备不同的运行特点时，通常采用这样的布置。冷凝器230和232将制冷剂输送到单独的膨胀装置233，然后制冷剂在返回到蒸发器34和公用吸入歧管26之前汇合。此外，脉冲宽度调制阀36安装于通向串排复缸压缩机22和24的吸入管线上并且控制流经制冷系统221的制冷剂流量，不管有多少压缩机处于运行状态。与图2实施例相似，如果需要的话(见下文中的进一步解释)，脉冲宽度调制阀36只与压缩机22或压缩机24中的一个相关联并且控制流经该特定压缩机和相关冷凝器的制冷剂流量。再者，该实施例可以扩展到任意数目的串排复缸压缩机。
图4示出了制冷系统222。该系统与图1中的系统有些相似；然而，脉冲宽度调制阀136位于公用吸入歧管26的下游，并位于仅将制冷剂输送到压缩机122的吸入管线上。有了这种布置，希望在任意时刻仅运行压缩机122和124中的一个，因为当起动用于阀136的脉冲宽度调制控制装置时，两个压缩机122和124的压缩机油槽将会有相当大的压差。否则，会发生压缩机间交叉泄露、油被抽空和可靠性问题。此外，压缩机122能够精确控制制冷系统222的容量。任意数量的串排复缸压缩机也可以包括具有此布置的相关的脉冲宽度调制阀。
由图1中的脉冲宽度调制阀调整的制冷系统容量在图5中示出。如在该图中所示，如果需要满容量，则两个串排复缸压缩机一起运行并且脉冲宽度调制阀全开。当容量要求降低时，脉冲宽度调制阀将在开启和关闭位置之间循环。当要求进一步降低容量时，阀处于关闭位置的时间要长于处于开启位置的时间。当容量要求足够低时，串排复缸压缩机中的一个被关闭，脉冲宽度调制阀周期再次改变至大部分时间处于开启位置。当容量要求再进一步降低时，系统继续在一个压缩机关闭的情况下运行，并且脉冲宽度调制阀循环周期加以调整，从而脉冲宽度调制阀在更长时间处于关闭位置。控制器关闭一个压缩机的最合适的时间被确定且主要基于系统容量要求，同时还可以被进一步调节以考虑系统有效性和可靠性。虽然图5示出了图1示意图中的脉冲宽度调制阀位置的调节过程，同时其也能以相似的方式应用于其他附图中所示的本发明的其他实施例。
图6示出了系统300的能被并入上述任何示意图的改进特性。串排复缸压缩机302和304与上述实施例相似，并且压缩机302包括带有脉冲宽度调制控制装置305的相关联脉冲宽度调制阀303。然而，本布置在容量控制方面提供了更多的灵活性。冷凝器306从串排复缸压缩机302和304接收制冷剂，并将其输送至液体管线。一部分制冷剂从冷凝器306下游的液体管线分流，并且分流的制冷剂通过节能膨胀装置310(在此处制冷剂膨胀至更低的压力和温度)并流入节能热交换器312与主回路中循环的制冷剂相互进行热传递。正如已知的，通过分流管线308的制冷剂过冷了液态管线314内的流入主膨胀装置(未示出)的制冷剂。这为进入蒸发器的制冷剂(同样未示出)提供了更大的热势并由此提高了制冷系统的冷却能力和/或效率。这种节能循环装置在本领域中是已知的。尽管来自于分流管线308和液体管线314的流示出为以同样的方向通过节能热交换器312，但这仅仅是为了使说明简单起见。实际过程中，它们优选地以逆流布置流动。然后来自分流管线308的制冷剂流经带有截止阀318的返回管线316和蒸汽注入管线320。如本领域所知，蒸汽注入管线320将从管线316返回的制冷剂注入到节能压缩机302的中间压缩点。应该注意的是，如果节能膨胀装置310配备有截止关闭性能，截止阀318就不是必须的。
此外，如图5所示，如果压缩机304也是节能型的，用阴影表示的返回管线330，也能将制冷剂返回至第二压缩机304。应该注意的是，压缩机302和304不必非得共用同一节能分支部件(如节能热交换器312)和节能膨胀装置310。
旁路阀322可以开启以选择性地将部分压缩后的制冷剂中的至少一部分从压缩机302，旁通穿过蒸汽注入管线320和旁通管线324，返回到吸入管线。通常地(非总是)，旁路功能在非节能运行模式下使用。而且，压缩机304也可配备有旁路功能。此外，使用旁路用于压缩机卸载在本技术领域是已知的。然而，将旁路和/或节能功能加入到串排复缸压缩机系统允许对提供的容量进行更为灵活的控制，所述串排复缸压缩机系统包括带有脉冲宽度调制控制装置的至少一个压缩机。由于节能和旁路功能提供了容量控制的两个额外的不连续阶段，脉冲宽度调制技术为制冷系统在节能阶段(当节能回路接合时)和旁路阶段(当起动旁路功能时)内运行提供精确控制。由此，在被调节空间提供高度精确控制和实现制冷系统操作效率的提高。再者，多个串排复缸压缩机也能装备有节能和旁路特征(无论是否共用节能分支部件如节能热交换器和节能膨胀装置)且与脉冲宽度调制控制装置相关联。还有，节能和旁路功能不需要互相结合。例如，仅节能特征或仅旁路特征能与特定的压缩机相关联。此外，如本领域所知，当阀处于关闭位置以防止压缩机真空运行时，也许需要提供穿过脉冲宽度调制阀的小泄漏(或围绕阀的小旁路)。
应该指出的是，虽然本发明仅以两个串排复缸压缩机进行说明，但是如所属技术领域所知的那样，多于两个的串排复缸压缩机能以串联的配置连接到一起。而且，上图所示的每个压缩机能代表一组串联地连接在一起且具有嵌套布置的压缩机。在这种嵌套布置中，任何压缩机都能配备有脉冲宽度调制阀。例如，两级嵌套的串排复缸压缩机系统，结合两个压缩机组422和424以及吸入调制阀436，在图7中示出。同样应该指出的是，通常，脉冲宽度调制阀能与系统中任意压缩机或任意类型的压缩机相关联，如旋涡式压缩机、回旋式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机等等。此外，所述制冷系统能为单回路配置或多回路布置的一部分。在多回路配置中，仅仅单个回路配备有带有吸入脉冲宽度调制阀的多个串排复缸压缩机，或者多个回路包含串排复缸压缩机以及相关联的吸入脉冲宽度调制阀。
尽管已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员会认识到某些修改仍属本发明的范畴。因此，应该研究下列权利要求以确定本发明的实际范畴和内容。

Claims (39)

1.一种制冷系统，包括：
并联运行的至少两个压缩机，以将制冷剂压缩并向下游输送给至少一个冷凝器、置于所述至少一个冷凝器下游的至少一个膨胀装置、以及置于所述至少一个膨胀装置下游的至少一个蒸发器；以及
制冷剂穿过至少一个吸入管线从所述至少一个蒸发器返回到所述至少两个压缩机，吸入阀设置在所述蒸发器和所述至少两个压缩机中的至少一个之间，所述吸入阀配备有有脉冲宽度调制控制装置以控制输送至所述至少两个压缩机中的所述至少一个的制冷剂的量。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的至少两个具有至少一个公用歧管。
3.根据权利要求2所述的制冷系统，其中，所述至少一个公用歧管为吸入歧管。
4.根据权利要求2所述的制冷系统，其中，所述至少一个公用歧管为排放歧管。
5.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的至少两个将制冷剂输送至单个冷凝器。
6.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，单个膨胀装置从所述至少两个压缩机中的至少两个接收制冷剂。
7.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，单个蒸发器将制冷剂输送至吸入歧管，所述吸入歧管将制冷剂返回至所述至少两个压缩机中的至少两个。
8.根据权利要求7所述的制冷系统，其中，所述吸入阀设置于所述吸入歧管上，从而调节流至所述至少两个压缩机中的至少两个的制冷剂流量。
9.根据权利要求7所述的制冷系统，其中，所述吸入阀置于所述吸入歧管的下游并位于将制冷剂输送至所述至少两个压缩机中的至少一个的管线上。
10.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述冷凝器中的至少两个分开地从所述至少两个压缩机接收制冷剂。
11.根据权利要求10所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的每个都配备有分开的膨胀装置。
12.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，有至少两个蒸发器，所述至少两个蒸发器分开地将制冷剂返回至所述至少两个压缩机。
13.根据权利要求12所述的制冷系统，其中，配备有至少两个膨胀装置，且所述至少两个膨胀装置分开地将制冷剂传送至所述至少两个蒸发器。
14.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述至少两个压缩机中的至少一个配备有旁路功能。
15.根据权利要求14所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个配备有旁路功能，并且所述至少一个压缩机与所述吸入阀相关联。
16.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个配备有节能循环装置。
17.根据权利要求16所述的制冷系统，其中所述至少两个压缩机中的至少一个配备有节能循环装置，并且所述至少一个压缩机与所述吸入阀相关联。
18.根据权利要求16所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中多于一个配备有节能循环装置并且这些节能压缩机共用节能分支部件中的至少一个。
19.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个为压缩机组，并且所述吸入阀与组中的至少一个压缩机相关联。
20.根据权利要求1所述的制冷系统，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个选自一组旋涡式压缩机、回旋式压缩机、螺杆式压缩机和往复式压缩机。
21.一种制冷系统的运行方法，包括以下步骤：
提供并联运行的至少两个压缩机，以将制冷剂压缩并向下游输送到至少一个冷凝器，位于所述至少一个冷凝器下游的至少一个膨胀装置；
提供位于所述至少一个膨胀设备下游的至少一个蒸发器；并且
将制冷剂从所述至少一个蒸发器穿过至少一个吸入管线返回到所述至少两个压缩机，吸入阀设置在所述蒸发器和所述至少两个压缩机中的至少一个之间，并利用所述吸入阀上的脉冲宽度调制控制装置以控制输送至所述至少两个压缩机中的所述至少一个的制冷剂的量。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少两个有至少一个公用歧管。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述至少一个公用歧管为吸入歧管。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，至少一个公用歧管为排放歧管。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少两个将制冷剂输送至单个冷凝器。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，单个膨胀装置从所述两个压缩机中的至少两个接收制冷剂。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，单个蒸发器将制冷剂输送至吸入歧管，所述吸入歧管将制冷剂返回至所述至少两个压缩机中的至少两个。
28.根据权利要求27所述的所述方法，其中，所述吸入阀设置于所述吸入歧管上，从而调节流至所述至少两个压缩机中的至少两个的制冷剂流量。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述吸入阀设置于所述吸入歧管的下游和将制冷剂输送至所述至少两个压缩机中至少一个的管线上。
30.根据权利要求21所述的方法，其中，所述冷凝器中的至少两个分开地从至少所述至少两个压缩机接收制冷剂。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述至少两个压缩机的每个都配备有分开的膨胀装置。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，有至少两个蒸发器，所述至少两个蒸发器分开地将制冷剂返回到所述至少两个压缩机。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所配备的至少两个膨胀装置分别地将制冷剂送至所述至少两个蒸发器。
34.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个配备有旁路功能。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个配备有旁路功能，并且所述至少一个压缩机与所述吸入阀相关联。
36.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个配备有节能循环装置。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个配备有节能循环装置，并且所述至少一个压缩机与所述吸入阀相关联。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中多于一个配备有节能循环装置，并且这些节能压缩机共用相关节能分支部件中的至少一个。
39.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个压缩机中的至少一个为压缩机组，并且所述吸入阀与组中至少一个压缩机相关联。
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