CN103827605A - 压缩机在冷却系统中的加载和卸载 - Google Patents

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Abstract

在冷却系统中加载和卸载压缩机的系统和方法。该方法包括：检测温度；根据该温度确定压缩机是否应开启/关闭以提供/停止提供冷却；开启/关闭压缩机；以及当压缩机开启/关闭时打开/关闭多个阀。

Description

压缩机在冷却系统中的加载和卸载
技术领域
本发明涉及压缩机的循环，具体地是涡旋式压缩机的迅速循环。
背景技术
压缩机是冷却系统（例如，空调机、冷藏机等）的一体部分。压缩机压缩制冷剂，制冷剂随后膨胀并将热量抽出到环境外。制冷剂被压缩的量与蒸发的制冷剂可从环境移除的热量直接相关。压缩机被开启或关闭（加载/卸载）以控制制冷剂的压力和系统的冷却能力。压缩机的开启和关闭对压缩机造成磨损，这会导致更高的维护成本并减少压缩机的寿命。当压缩机被过快地循环开启和关闭时，磨损增加。因此，压缩机被控制成具有最少的循环时间（例如，最少开启三分钟和最少关闭三分钟），以便减少对压缩机的磨损。这些循环时间降低了严格控制系统的冷却效果的能力（例如，导致过宽的温度振幅），并且降低系统的效率（例如，导致增加的能量使用）。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种在冷却系统中加载和卸载压缩机的方法。该方法包括：检测温度；根据该温度确定压缩机是否应开启以提供冷却；使用波点分析(point-on-wave analysis)确定当开启压缩机的马达的影响被最小化时的时间点；以及在大约确定的时间点处开启压缩机。
在另一个实施例中，本发明提供一种在冷却系统中加载和卸载压缩机的方法。该方法包括：检测温度；根据该温度确定压缩机是否应开启以提供冷却；开启压缩机；以及当压缩机开启时打开多个阀。
在另一个实施例中，本发明提供了一种冷却系统。冷却系统包括压缩机、温度传感器、压缩机入口阀、压缩机出口阀和控制器。温度传感器被构造成提供温度的指示。压缩机入口阀联接到压缩机的输入。压缩机出口阀联接到压缩机的输出。控制器联接到压缩机、温度传感器、压缩机入口阀和压缩机出口阀。控制器也被构造成：从温度传感器接收温度的指示；根据接收自温度传感器的温度的指示确定压缩机是否应关闭以停止提供冷却；关闭压缩机；关闭压缩机入口阀；以及关闭压缩机出口阀，其中在压缩机关闭的同时关闭压缩机入口阀和压缩机出口阀以保持穿越压缩机的制冷剂的压力。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1是单个压缩机冷却系统的框图。
图2是多个压缩机冷却系统的框图。
图3A是示出现有技术冷却系统的操作的图表。
图3B是示出采用本发明冷却系统的操作的图表。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明的应用并不限于下列描述中提出或下列附图中示出的部件的具体构造和布置方式。本发明能够具有其它实施例，并且能够以多种方式实践或实施。
以下所述示例示出了各种冷却系统。然而，本发明在诸如热泵的其它构造中也具有应用。
图1是冷却系统100（例如，家用空调）的框图。系统100包括压缩机105、冷凝器110、控制器115、膨胀阀120、蒸发器125、温度传感器130、第一阀135（压缩机入口阀）、第二阀140（压缩机出口阀）和第三阀145（蒸发器阀）。
控制器115从温度传感器130接收温度的指示。根据该系统，温度可以是空气温度（例如，直冷系统）或冷却剂温度（例如，冷却器水或制冷剂）。
控制器115确定是否需要冷却，在需要冷却时开启压缩机105，并且在不需要冷却时关闭压缩机105。在一些实施例中，控制器115预期冷却的需求，在温度达到开启设定点之前开启压缩机105，并且在达到关闭设定点之前关闭压缩机105。在一些构造中，控制器使用比例积分微分(PID)控制方案来操作压缩机105。提交于1994年1月28日的名称为“Apparatus andMethod for Reducing Overshoot in Response to the Setpoint Change of an AirConditioning System（响应于空调系统的设定点变化而减少超调量的设备和方法）”的美国专利No.5,415,346描述了这样的控制空调系统的操作的方法，该专利的全部内容以引用方式并入本文。在一些实施例中，如下所述，控制器115也使用设计成减小对压缩机105的磨损的方案来控制压缩机105。
当控制器115开启压缩机105时，压缩机105压缩冷却系统100中的制冷剂以便为系统100提供冷却能力。制冷剂通过管系流至冷凝器110，冷凝器110将制冷剂冷凝成液体。制冷剂继续流向膨胀阀120。膨胀阀120引起制冷剂膨胀并转化为气体。该过程随着制冷剂穿过蒸发器125而发生。当这种情况发生时，在蒸发器125中的制冷剂从蒸发器125周围的空气移除热量，导致空气（或水）被冷却。制冷剂接着继续返回到压缩机105。
除了开启和关闭压缩机105之外，控制器115还打开（当开启压缩机105时）和关闭（当关闭压缩机105时）第一阀135、第二阀140和第三阀145。由于制冷剂的压力在整个冷却系统100内显著变化，关闭阀135、140和145将制冷剂的压力圈闭在系统100的区域或区段中。这使得离开压缩机105的制冷剂能够在压缩机开启时几乎立即实现其全部压力，提高了系统100的性能。也可构思其它方案，包括阀135、140和145的打开和关闭的顺序、以及阀135、140和145的打开和关闭的定时，使得它们在压缩机105开启/关闭之前或之后打开或关闭。
在一些构造中，温度传感器130是恒温器。恒温器130提供信号至控制器115（例如，马达控制器），根据温度设定点和死区指示控制器115是否应开启压缩机105或关闭压缩机105。恒温器130可以具有或者可以不具有使恒温器130能够预期待冷却区域的热惯性的智能。
图2是示例性的大规模冷却系统200（例如，用于冷却商业建筑、用于冷却多个制冷陈列柜等）的框图。冷却系统200包括至少一个压缩机205、冷凝器210、接收器215（可选）、控制器220、吸入集管230、多个膨胀阀235、多个蒸发器240、多个入口阀245、以及多个出口阀250。在其中所有压缩机205一致地操作（即，所有压缩机205同时开启和关闭）的一些构造中，在吸入集管230之前使用单个入口阀245和/或在用于压缩机205的公用管系之后使用单个出口阀250。此外，系统200包括在接收器215和膨胀阀235之间的蒸发器阀255。在一些构造中，使用多个蒸发器阀255，例如定位在每个膨胀阀235之前的蒸发器阀255。
一个或多个温度传感器可用来检测由蒸发器240冷却的区域或冷却剂的温度。控制器220从传感器接收温度的指示，并且如上文结合冷却系统100所述根据温度控制压缩机205。
压缩机205压缩冷却系统200中的制冷剂，以便为系统提供冷却能力。在具有不止一个压缩机205的冷却系统200中，压缩机205可同时或在不同时间开启和关闭，以满足系统所需的要求。在一些构造中，所有压缩机205具有一个或多个固定容量，并且控制器220按需要将压缩机205布置或加载到系统中，例如在1991年5月7日提交并且名称为“Method ofCompressor Staging for a Multi-Compressor Refrigeration System（布置用于多压缩机制冷系统的压缩机的方法）”的美国专利No.5,123,256中所述，该专利的全部内容以引用方式并入本文中。当压缩机205关闭时，与压缩机205相关联的入口阀245和出口阀250关闭，在蒸发器110和冷凝器125内维持高侧压力和低侧压力。当压缩机205开启时，与压缩机205相关联的入口阀245和出口阀250打开，并且压缩机205几乎立即达到操作压力。如果在系统200中的所有压缩机205均关闭，蒸发器阀255也关闭。
在一些实施例中，控制器220使用设计成减少对压缩机205的磨损的方案来控制压缩机105/205。美国专利No.7,812,563公开了一种被称为波点(point-on-wave)(POW)切换的技术，该专利的全部内容以引用方式并入本文。POW切换根据将供给目前供应至马达的其它绕组的交流电压的一个或多个相的一个或多个波的交流电的各相的各波之间的关系来确定何时对马达的绕组（即，相）供电（即，开启）。本发明监测通过精密的直流接触器（但也可使用交流接触器）供应至一个或多个压缩机的一个或多个马达的绕组的交流电压的每个相，仅在诸相之间的关系将在压缩机马达上导致最少量的应力时才切换接触器并且对相加电。
POW切换的使用和使用阀来保持压力区使得本发明能够减少或消除冷却系统压缩机的循环延迟，增加效率和舒适度。一些现有技术冷却系统已使用多个小型压缩机来提高冷却系统的性能（例如，缩窄温度控制范围）。本发明允许使用单个较大的压缩机，同时实现比使用多个较小的压缩机所实现的相同或更高的性能水平和效率。
图3A示出了现有技术系统的压缩机的温度TEMP与设定点的关系以及相关的接通/断开指示400的图表。当温度TEMP高于设定点时，控制器在满足最小关闭循环时间时开启压缩机。相反，当温度TEMP低于设定点时，控制器在满足最小开启循环时间时关闭压缩机。在图3A所示图表中，温度比循环时间变化得更快。因此，在温度TEMP升高至设定点以上的时间和控制器开启压缩机的时间之间存在ΔD1的延迟。在控制器关闭压缩机之前，当温度TEMP下降至死区以下时存在类似的延时ΔD2。
由循环时间引起的这些延迟导致压缩机运行时间比所需的更长(ΔD2)，从而浪费能量。此外，延迟(ΔD1和ΔD2)引起温度范围(ΔΤ1)比所需更大，潜在地造成由冷却系统冷却的区域的居住者的不适。
如图3B所示，通过能够在任何时间开启和关闭压缩机（即，没有循环延迟），并且在压缩机关闭时保持压缩机中的压力，消除了延迟(ΔD1和ΔD2)。事实上，压缩机可在预期温度高于/低于设定点/死区(ΔD3和ΔD4)时开启和关闭。这减少了能量使用，并且导致窄得多的温度范围(ΔΤ2与ΔΤ1)，增加了居住者的舒适度。
本发明的各种特征和优点在所附权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种在冷却系统中加载和卸载压缩机的方法，所述方法包括：
检测温度；
根据所述温度确定所述压缩机是否应开启以提供冷却；
使用波点分析确定当开启所述压缩机的马达的影响被最小化时的时间点；以及
在大约所述确定的时间点处开启所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述检测的温度确定所述压缩机是否应关闭以停止提供冷却；
使用波点分析确定当关闭所述压缩机的所述马达的影响被最小化时的第二时间点；以及
在大约所述确定的第二时间点处关闭所述压缩机。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括当所述压缩机被关闭时关闭压缩机入口阀和压缩机出口阀。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述压缩机被开启时打开压缩机入口阀和压缩机出口阀。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却系统为家用空调。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过闭合DC接触器而施加对所述压缩机的供电。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括预期将需要冷却，其中所述压缩机在达到设定点温度之前开启。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩机是用于所述冷却系统的多个压缩机中的一个，并且进行权利要求1的动作以加载所述多个压缩机中的每一个。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述压缩机开启时打开蒸发器阀并且当所述压缩机关闭时关闭所述蒸发器阀。
10.一种在冷却系统中加载和卸载压缩机的方法，所述方法包括：
检测温度；
根据所述温度确定所述压缩机是否应开启以提供冷却；
开启所述压缩机；以及
当所述压缩机开启时打开多个阀。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个阀包括压缩机入口阀和压缩机出口阀。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述温度确定所述压缩机是否应关闭以停止提供冷却；
关闭所述压缩机；
当所述压缩机关闭时关闭所述多个阀。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个阀包括压缩机入口阀和压缩机出口阀。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述压缩机关闭时，通过关闭所述多个阀来保持穿越所述压缩机的压力。
15.一种冷却系统，所述系统包括：
压缩机；
温度传感器，所述温度传感器被构造成提供温度的指示；
压缩机入口阀，所述压缩机入口阀联接到所述压缩机的输入；
压缩机出口阀，所述压缩机出口阀联接到所述压缩机的输出；以及
控制器，所述控制器联接到所述压缩机、所述温度传感器、所述压缩机入口阀和所述压缩机出口阀，所述控制器被构造成：
从所述温度传感器接收所述温度的指示，
根据接收自所述温度传感器的所述温度的指示确定所述压缩机是否应关闭以停止提供冷却，
关闭所述压缩机，
关闭所述压缩机入口阀，以及
关闭所述压缩机出口阀，
其中关闭所述压缩机入口阀和所述压缩机出口阀在所述压缩机关闭的同时保持穿越所述压缩机的制冷剂的压力。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制器还被构造成使用波点分析来确定当所述马达上的影响被最小化时的时间点并且在所述确定的时间点处开启所述压缩机。
17.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征在于，所述控制器还被构造成：
根据接收自所述温度传感器的所述温度的指示确定是否应开启所述压缩机以提供冷却，
开启所述压缩机，
打开所述压缩机入口阀，以及
打开所述压缩机出口阀。
18.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征在于，所述压缩机为涡旋式压缩机。
19.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征在于，所述温度传感器为恒温器。
20.根据权利要求15所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括多个压缩机，并且所述控制器被构造成进行用于所述多个压缩机中的每个压缩机的所述动作。
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