CN101605668A - 吸气调节阀和脉宽调节阀的组合操作与控制 - Google Patents

吸气调节阀和脉宽调节阀的组合操作与控制 Download PDF

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Abstract

一种制冷剂系统设有脉宽调节吸气阀和位于绕过脉宽调节吸气阀的管路上的第二阀。该第二阀具有可变开口。这样，当脉宽调节吸气阀循环到关闭位置时，压缩机壳体内的压力被维持在可能的最低水平而与系统操作条件无关。此外，如果脉宽调节吸气阀失效，那么第二阀可继续提供容量控制。

Description

吸气调节阀和脉宽调节阀的组合操作与控制
技术领域
本申请涉及制冷剂系统，该制冷剂系统中设有脉宽调节控制吸气阀以及附加的制冷剂流路和吸气调节阀。吸气调节阀可以打开到的小开度使得当脉宽调节阀关闭时，一些制冷剂仍能渗漏通过吸气调节阀，这样避免在压缩机中由于非常低的吸气压力而产生潜在的有害情况。
背景技术
制冷剂系统是已知的，用于调节二次流体。例如，空调系统对输送到气候受控环境中的空气进行冷却且通常进行除湿。
制冷剂系统通常包括压缩机，压缩机压缩制冷剂并且将制冷剂通过排气管路输送到下游热交换器。制冷剂从该下游热交换器经过膨胀装置，然后到达另一热交换器。制冷剂然后返回压缩机。
经常期望的是减小制冷剂系统提供的容量以匹配受调节环境的所需容量。
一种减小容量的已知方法是使用脉宽调节控制吸气阀。脉宽调节控制吸气阀是在打开位置和关闭位置之间快速循环的阀。当脉宽调节阀关闭时，其阻挡制冷剂流向压缩机，从而基本上消除对制冷剂的压缩。这种对制冷剂流动的阻挡减小了所提供的容量和功率消耗。
关于为了减小输送的容量而将脉宽调节控制用于吸气阀以及将压力减小至可能的最低值的难题在于：当吸气阀处于关闭位置时，为了将其容量减小至最小值，压缩机壳内的压力可能减小到极低的值以有效地接近于完全真空。不期望的是在压缩机壳中具有低于最小预定压力阈值的压力，因为这有时会导致所谓“电晕放电”的不利状况。而且，压缩机马达可能过热，造成排气温度高于规定的安全可靠性极限。“电晕放电”现象可能出现在电端子处，并且可能导致端子的劣化，从而导致压缩机失效。该最小压力通常约为0.5psia。
在过去，这个问题通过设置“漏泄”脉宽调节阀(例如，在杆部具有小开口的阀)，或者在脉宽调节阀的周围安装旁通回路来解决。穿过“漏泄”脉宽调节阀的小开口或者旁通管路中的小开口的尺寸设定为将压缩机吸气室中的压力维持在上文所述的某一最小值以上。然而，由于变化的操作条件，该开口的尺寸也需要根据操作条件的变化而变化以获得最优性能。由于不可能改变固定尺寸限流装置的开口的尺寸，因此导致性能达不到最优。对于所有操作条件，压力都需要高于最小阈值，这对于某些操作条件来说，将导致压缩机以远高于最小容许极限的吸气压力操作的状况。这继而导致较低的系统效率，这是因为压力太高而不能保证在这种“超过设计范围”的条件下的有效操作。因此，对于所有操作条件来说，需要将吸气压力调节到最小容许水平以上。换句话说，在现有技术中，对所有操作条件来说，压力不能被控制到最小容许水平，而使用固定尺寸的限流装置导致压力高于某些操作条件的期望压力，并且在这些情况下导致较低的效率。因此，当吸气阀被脉宽调节到适用于所有操作条件的关闭位置时，期望将压力维持在可能的最低水平。在现有技术系统中，脉宽调节阀的失效也经常导致不能接受的性能。例如，如果脉宽调节阀在关闭位置产生故障，那么由于过热而很可能发生压缩机损坏，并且系统将不输送容量或者几乎不输送容量。另一方面，如果脉宽调节阀在打开位置或任何中间位置产生故障，那么系统也经常是不能接受的，这是因为容量不能再被调节。
发明内容
在本发明的公开实施例中，在制冷剂系统中包括平行于脉宽调节控制吸气阀的第二流路。该第二流路包括单独的吸气调节阀，当脉宽调节控制阀关闭时，该吸气调节阀可以打开到小的且可变的开度。因此，少量的制冷剂可以进入压缩机壳中，压缩机壳将不会处于如上文所述的过低的吸气压力下。另外，通过在脉宽调节阀关闭时控制吸气调节阀(SMV)的开度，压缩机壳内的压力可以维持在恒定的且最理想的最优水平，而与操作条件无关。两个阀都可以是相对小的，因为它们能以较高的制冷剂流率串联地操作。此外，附加的吸气调节阀提供了备用阀，在脉宽调节阀失效的情况下，该附加吸气调节阀可以转变为主阀。在该情况下，脉宽调节阀的失效将不会导致不能接受的系统性能，因为系统容量仍然通过吸气调节阀的开口调整而得到控制。在这种情形下，尽管系统效率可能低于起作用的脉宽调节阀的效率，但是吸气调节阀的操作将仍然允许制冷剂系统提供必要的容量控制。
从所附说明书和附图将会理解本发明的这些和其他特征，附图的下述内容是简要的说明。
附图说明
图1示出包括本发明的制冷剂系统的示意图。
具体实施方式
在图1中图示出了具有密封压缩机22的制冷剂系统20。如已知的，电动机23驱动压缩机泵单元25来压缩制冷剂。如上所述，如果压缩机22的壳21内的吸气压力减小至不能接受的低水平时，电动机23可能遭受有害的“电晕放电”效应。
由压缩机22压缩的制冷剂向下游流至通常用作冷凝器的热交换器24。已经经过热交换器24的制冷剂向下游流至膨胀装置26，然后到达通常用作蒸发器的另一热交换器28。
在蒸发器28的下游，制冷剂分流进入主流管路29和辅流分支管路31。主流管路29经过脉宽调节控制阀32，并返回至压缩机22的吸气口34。经过辅流分支管路31的制冷剂经过吸气调节阀30，并返回至压缩机22的吸气口34。
控制器36控制阀30和32以调节流至压缩机22的制冷剂的量。因此，在期望制冷剂系统20输送的容量减小时，控制器36可以使阀32在打开位置和关闭位置之间快速循环。这样，压缩机可以被连续地操作而不必开启和关闭。连续的压缩机操作允许调节环境内更为紧凑的温度控制。与其他连续容量控制方法(例如可以仅采用吸气调节阀来实现)相比，整体制冷剂系统效率也被改善。当控制器36使阀32(阀32可以例如是在打开位置和关闭位置之间循环的电磁阀)以快速打开和关闭的方式循环时，控制器可以维持阀30打开到某一小开度。如上所述，通常压缩机壳内的压力应当维持在0.5psia至2psia的范围内。因此，上述技术允许制冷剂以非常小的量经过分支管路31进入压缩机22的吸气口34中。这继而确保压缩机壳21内的吸气压力不会过低，具体而言，不会低于预定阈值，使得上述“电晕放电”效应(以及其他效应，例如压缩机过热)不能发生。同时，控制器36可以控制阀30的开口以在操作条件和环境条件变化时改变该开口。因此，控制器可以设有反馈回路以根据操作条件和环境条件改变阀30的开口，从而确保压缩机壳21内的压力刚好在期望安全最小压力以上。这样，本发明在现有技术之上改善了制冷剂系统的性能，所述现有技术由于所有操作条件都使用固定尺寸的制冷剂限流装置的原因而导致在压缩机壳内有时具有过高压力。
另一方面，即使吸气脉宽调节阀32失效，那么控制器36也具有算法检测上述失效并且转换使用吸气调节阀30来控制制冷剂系统容量。吸气调节阀30控制制冷剂系统容量的操作是本领域已知的。此外，由于使用了两个阀30和32，因此每个阀的尺寸可以比所述阀中的每一个阀被单独使用时的尺寸更小。对于当两个阀均需要被完全打开以减小经过阀的压降并且使经过压缩机的制冷剂流量最大时的操作条件来说，两个阀30和32的组合打开截面面积只需要等于将要独立操作的阀的打开截面面积。因此，上文描述的特征允许将本发明有效地且低成本地结合到制冷剂系统中。
应当指出的是，在本发明中可以使用许多不同的压缩机类型。例如，可以采用螺旋压缩机、螺杆压缩机、旋转压缩机、或者往复式压缩机。
利用本发明的制冷剂系统可以用于许多不同的应用，包括但不限于：空调系统、热泵系统、海运集装箱单元、制冷载重拖车单元、以及超市制冷系统。
虽然已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将会认识到某些改进将落入本发明的范围内。为此，应当研究所附权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (16)

1.一种制冷剂系统，包括：
压缩机，所述压缩机具有驱动压缩机泵单元的电动机，该电动机装在压缩机壳内；
在所述压缩机下游的第一热交换器、在所述第一热交换器下游的膨胀装置、在所述膨胀装置下游的第二热交换器、以及制冷剂，该制冷剂从所述压缩机经过所述第一热交换器、经过所述膨胀装置、到达所述第二热交换器、然后通过吸气口返回所述压缩机壳中；以及
制冷剂从所述第二热交换器流至主流管路和分支管路，所述主流管路具有脉宽调节控制阀，所述分支管路具有第二阀，所述第二阀具有可控开口以控制所述压缩机壳内的压力。
2.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于：当所述脉宽调节阀处于关闭位置时，所述第二阀将所述压力控制在0.5psia和2psia之间。
3.根据权利要求1所述的制冷剂系统，其特征在于：所述第二阀是电子控制阀。
4.根据权利要求3所述的制冷剂系统，其特征在于：所述第二阀是吸气调节阀。
5.根据权利要求3所述的制冷剂系统，其特征在于：所述脉宽调节阀是电磁阀。
6.根据权利要求3所述的制冷剂系统，其特征在于：如果确定所述脉宽调节控制阀已经失效，那么所述第二阀能够用作主阀。
7.根据权利要求3所述的制冷剂系统，其特征在于：所述第二阀具有开口，所述开口的尺寸根据系统操作条件来控制。
8.根据权利要求3所述的制冷剂系统，其特征在于：所述第二阀是电子控制阀，所述第二阀的控制器设有指示所述压缩机壳内压力的反馈回路。
9.一种操作制冷剂系统的方法，包括步骤：
a)提供压缩机，所述压缩机具有驱动压缩机泵单元的电动机，该电动机装在压缩机壳内；
b)在所述压缩机下游提供第一热交换器、在所述第一热交换器下游提供膨胀装置、在所述膨胀装置下游提供第二热交换器、以及提供从所述压缩机经过所述第一热交换器、经过所述膨胀装置、到达所述第二热交换器、然后通过吸气口返回所述压缩机壳中的制冷剂；以及
c)使制冷剂从所述第二热交换器流至主流管路和分支管路，所述主流管路具有脉宽调节控制阀，所述分支管路具有第二阀，所述第二阀具有开口，控制该开口以控制所述压缩机壳内的压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：当所述脉宽调节阀处于关闭位置时，所述第二阀将所述压力控制在0.5psia和2psia之间。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述第二阀是电子控制阀。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第二阀是吸气调节阀。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述脉宽调节阀是电磁阀。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：如果确定所述脉宽调节控制阀已经失效，那么所述第二阀能够用作主阀。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第二阀具有开口，所述开口的尺寸根据系统操作条件来控制。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第二阀是电子控制阀，所述第二阀的控制器设有指示所述压缩机壳内压力的反馈回路。
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