CN1091510C - 制冷装置的产冷量调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有若干排汽缸的容积式压缩机，可以单级或多级运行。单级运行可以是单排汽缸或并列的几排汽缸。运行方式之间的转换是由对检测到的输入信号起响应的微信息处理器控制的。在外界温度或冷凝器进入空气温度是100F或以上而进行降温期间，利用吸入调制以限制吸入压力，从而允许向两级运行的转换，并使用一节约器。

Description

制冷装置的产冷量调节方法
本发明涉及一种制冷装置的产冷量调节方法。
运输制冷可以有要求一定温度的负荷，如冰淇淋需要-20°F的温度，一些冻结食品需要0°F的温度，而鲜花、新鲜水果和蔬菜则需要40°F的温度。拖车也可具有一个以上的分隔间以装载需要不同温度的物品。此外，遇到的外界温度可能从-20°F(或以下)到110°F(或以上)。问题在于当外界温度高于100°F和/或冷凝器进口处空气温度高于120°F时，如何降低制冷空间的温度。这主要因为设备通常不是按照可能遇到的非常极端的条件下有效工作来设计的。一般来说，当遇到在高的外界温度下进行降低制冷空间温度的运行时，设备不能将箱温降低至设定点或安全地停止运行。当区域温度高于设定点5°F以上时将进行降温。由于在一次单程旅行中可能遇到的外界温度变化范围较大，所需要的温度负荷也较大，从而可能有一个较宽范围的产冷量。普通转让的美国专利4,938,029；4,986,084和5,062,274公布了根据负荷需要而减少产冷量操作，而美国专利5,016,447公布了一种具有中间级冷却的两级压缩机。在具有多级压缩的往复式制冷压缩机中，可将中间压力气体输送通过曲轴箱油槽。在低温应用中使用这种方法将十分有利于提高效率，然而在中温和高温应用中，将产生若干复杂问题。较高的曲轴箱压力会产生低效的油粘性，增加止推垫圈负载，并增加轴承负载。
这里参考引用1994年11月14日提出的申请号为08/338,076的美国专利申请，它公布了一种具有多排汽缸的压缩机，这些汽缸排在低温运行期间可进行多级工作，而单级或若干并列的单级则可用于中温或高温运行。单级和多级运行之间的转换由一微信息处理器控制，该微信息处理器对检测到的中间级或曲轴箱油槽压力作出响应。多级运行通过使用一节约器而提供了增加的产冷量。通过给第一级设旁路使其返回吸入或通过在第一级里使用吸入断开装置可获得减少产冷量的运行。
为了在高的外界温度下有利于箱子的降温，需要压缩机在两级方式下进行运行，并利用一节约器增加产冷量。在按照08/338,076号的申请专利进行操作时，将遇到高油槽(中间级)压力的限制因素。为了避免高的中间级压力，以及仍然得到使用节约器的好处，对进入压缩机的吸入气体进行节流，或调制，以便人为地降低吸入压力，从而有效地降低在压缩机里的中间级压力。与单级运行相反，这种运行方式的好处是增加了产冷量并降低了吸入功率，这样有助于在高的外界温度下进行降温，而不会因安全原因而停止运行。
本发明的目的是提供一种制冷装置的产冷量调节方法，这种方法在高的外界温度下进行降温时限制进入压缩机的吸入压力。
本发明的另一目的是利用吸入调制方式允许压缩机在较高的蒸发温度下转换到两级运行，该蒸发温度由于限制中间级压力而比目前允许的要高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，提供一种制冷装置的产冷量调节方法，该制冷装置依次包括压缩机，冷凝器，与所述压缩机连接的节约器，膨胀装置和蒸发器，其中，该压缩机具有三排汽缸，一个曲轴箱，与蒸发器连接的吸入管控制流向三排汽缸的质量流量的装置，以及与该冷凝器连接的排放管，所述方法包括以下步骤：
从吸入管提供气体给第一和第二排汽缸；
从曲轴箱提供气体给该三排汽缸中的第三排汽缸；
从第三排汽缸将压缩气体送到排放管；
利用三通阀有选择地使第一和第二排汽缸或与曲轴箱连通或与排放管道连通，从而当所述第一和第二排汽缸与曲轴箱连通时，它们起第一级作用，而第三排汽缸起第二级作用；当第一和第二排汽缸与排放管道连通时，它们起一单级作用，而第三排汽缸起与第一和第二排汽缸并列的一单级作用。
至少检测外界温度和冷凝器进入空气温度中的一个温度；
检测区域温度；
检测区域设定温度；
比较区域温度和区域设定温度，如果检测到的外界的或冷凝器进入空气温度为100°F左右或以上，检测到的区域温度超过区域设定温度5°F或更多，且第一、第二和第三排汽缸以单级方式运行，则执行下列步骤：
减少所述第三排汽缸的产冷量以降低曲轴箱压力；
从单级运行向两级运行转换；
启动节约器，从而增加产冷量，并快速降温。
在所述的方法中，还包括下列步骤：在节约器启动后增加第一和第二排汽缸的产冷量。
在所述的方法中，降低第一和第二排汽缸产冷量的步骤是通过吸入调制方式进行的。
在所述的方法中，还包括以下步骤：检测曲轴箱里的压力；以及利用检测到的压力来控制所述的使第一和第二排汽缸有选择地与曲轴箱或排放管道连通的步骤。
从基本上来说，在既能以单级又能以两级方式运行的一压缩机里，可通过吸入调制方式以降低吸入压力和流向压缩机的制冷剂流量而实现在高的外界温度下进行降温，因此，随着节约器的运行发生从单级向两级运行的转换，从而提供了额外的系统产冷量。
图1是按照本发明所述方法操作的一压缩机的复合的冷却操作范围的图解表示；以及
图2是使用本发明的具有吸入调制方式的压缩机的一制冷系统的示意图。
在图1中，A-B-C-D-E-F-A表示在一复合致冷系统内的、使用R-22的一压缩机的饱和排放温度—饱和吸入温度直角坐标系里的操作范围。B-E线表示单级和两级运行之间的界线。该界线是根据由止推垫圈和轴承负载以及油粘性限定的油槽或中间级压力确定的。特别是，B-C-D-E-B表示单级运行较有效的范围，而A-B-E-F-A表示两级运行较有效的范围。有许多小点的区域H表示按照本发明所述方法的吸入调制方式将有助于降温的操作范围区域。
压缩机10有一吸入管道24和一排放管道26，它们分别与一制冷系统的蒸发器60和冷凝器62连接。节约器70和膨胀装置61安装在蒸发器60和冷凝器62之间。吸入管道24分路连通管道24-1，该管道24-1再分路连通管道24-3、24-4和24-2，其中管道24-3和24-4通向第一级112的多排汽缸，而管道24-2中设有单向阀28并与曲轴箱22连通。第一级112将热的高压致冷气体排入设置有三通阀32的管道30，按照三通阀32的位置，来自管道30的热的高压气体或通过管道26-1提供给排放管道26，或通过管道34提供给曲轴箱。来自曲轴箱的气体通过管道36被吸入第二级114的汽缸排中，气体在那里被压缩，并通过管道26-2输送给排放管道26。
微信息处理器50通过对一个或几个检测到的状态起反应的控制器33控制着三通阀32的位置。压力传感器40检测曲轴箱22内的压力，它是压缩机10运行的主要指示器，而中间级压力等于完全吸入和排放压力乘积的平方根。微信息处理器50接受表示设定温度和被冷却区域温度的区域信息，以及其它的信息，诸如(作为例子的)通过传感器51的压缩机10的进口和出口温度和/或压力，以及外界温度和冷凝器进入空气温度。
微信息处理器50通过控制器33控制三通阀32产生两级或单级运行，当三通阀32连通管道30和34时发生两级运行。管道34通向曲轴箱22。由蒸发器60提供给管道24的气体通过管道24-3和24-4提供给第一级112，气体经压缩后提供给管道30，再经过三通阀32和管道34进入曲轴箱22。然后通过管道36将曲轴箱里的气体抽入第二级114，气体再进一步压缩后通过管道26-2和26进入冷凝器。第二级或高一级排放的气体流由于三通阀而被防止通过管道26-1进入曲轴箱22，而通过管道24-2欲进入曲轴箱22的吸入气体流也由于作用在单向阀28上的曲轴箱22里的背压而被阻止。
当三通阀32连通管道30和26-1时产生并列的单级运行。由蒸发器60提供给管道24的气体通过管道24-3和24-4提供给第一级112，气体被压缩后提供给管道30，然后通过三通阀32，管道26-1和26提供给汽凝器62。在曲轴箱22里的气体是处于吸入压力状态，这样，气体可从管道24通过管道24-2和单向阀28流入曲轴箱22。而来自曲轴箱22的气体被抽入第二级114，在被压缩后通过管道26-2输入共同排放管道26。
一旦压缩机10处于运行状态，微信息处理器50将基本上按照图1所示的适当的操作范围使三通阀32在两级和并列的单级运行之间进行转换。特别是，由压力传感器40检测的压力将与一定值进行比较，以确定究竟是两级还是单级运行适当，以及适当地确定三通阀32的位置。
图2表示利用吸入调制方式进行产冷量控制。吸入管道24-1分成管道24-3和24-4，它们分别通向第一级或低级112的两排汽缸。管道24-1中设置有具有线圈45的无级可变的电磁阀44。阀44起吸入压力调节阀的作用。当需要产冷量调节时，微信息处理器50通过区域信息进行检测，并由微信息处理器50驱动线圈45，使阀44关闭，由此减少从蒸发器60进入管道24-1的制冷剂的质量流量，并减少压缩机产冷量。因为当压缩机10无论以单级或两级方式运行时，进入管道24-1的制冷剂质量流量可以小增量的方式减少，所以这种方法允许较大的产冷量调节。
如通常一样，节约器70安装在冷凝器62和膨胀装置61之间。节约器70基本上是一热交换器，来自冷凝器62的、在管道27里的流体被分离并分别进入两条通道27-1和27-2。第一通道是供液体制冷剂用的，该制冷剂来自冷凝器62，通过管道27和27-1通过节约器70，在那里被进一步冷却，以增加系统产冷量。第二通道也是供液体制冷剂用的，该制冷剂来自冷凝器62，通过管道27和27-2，在管道27-2里通过膨胀装置72被膨胀，从而进一步冷却通过管道27-1经过节约器70的液体制冷剂，而气态制冷剂通过管道27-2从节约器70排出，并提供给压缩机10的管道34。
节约器运行只适用于两级运行。因此，节约器只有当微信息处理器50使控制器75打开常闭的阀74时才可能运行。如上面所讨论的，本发明提出了当冷却空间在上述设定温度之上时的降温问题。限制因素包括：可通过卸下压缩机的负荷而获得的最大的发动机功率输出，发动机冷却剂温度，系统排放压力，以及压缩机排放压力和温度。一般地说，当在图1的H区域内运行时，现有技术中的设备不能降低箱温，或安全地停止运行。当压缩机正常运行时，在与高的外界温度有关的较高蒸发温度下，从单级向两级运行的转换受中间级或曲轴箱压力的限制，而该压力可由传感器40进行检测。在较高外界温度下进行降温期间，通过控制阀44，可有效地降低压缩机10的吸入压力，以及来自发动机的功率和压缩机10的排放温度和压力，这是由于只有较少的气体被压缩，从而造成传感器40检测到较低的曲轴箱压力。由于较低的曲轴箱压力，压缩机10将响应区域设定温度，转换到两级转动。如果区域设定温度在低温范围内，微信息处理器50将试图使压缩机10转换到两级运行，以便尽可能快地降温。一旦压缩机10转移到两级运行，仍将没有不满足区域要求，这样，通过将节约器70引入该系统以提供类似于汽车发动机上的涡轮助推发动机的作用，即可获得额外的系统产冷量。节约器运行将由微信息处理器50驱动执行机构75打开阀74而得到启动。
一旦节约器在降温期间得到启动，通过管道27-1和节约器70的流体借助通过管道27-2，膨胀装置72和节约器70的流体而基本上被过度冷却。提供给管道27-1里的流体的该过度冷却基本上增加了蒸发器60内的冷却能力，并且高于转向进入管道27-2和进入压缩机10的中间级或管道34的流体的、损失的潜在冷却能力的补偿。在管道27-1里的过度冷却的额外冷却能力允许制冷空间的温度较之压缩机10以单级方式运行时更快地降低。为响应区域定值，微信息处理器50将继续试图在设备安全范围内打开电磁阀44，这种增加向压缩机的流量就增加了系统的冷却能力。除了在高的外界温度下进行降温期间向两级运行转换，使用一节约器，以及使用一无级可变的电磁阀控制制冷量外，本发明将如流水号08/338,076所述那样进行运行。

Claims (4)

1.一种制冷装置的产冷量调节方法，该制冷装置依次包括压缩机(10)，冷凝器(62)，与所述压缩机连接的节约器(70)，膨胀装置(61)和蒸发器(60)，其中，该压缩机具有三排汽缸(112，114)，一个曲轴箱(22)，与蒸发器连接的吸入管(24；24-1；24-3；24-4)控制流向三排汽缸的质量流量的装置，以及与该冷凝器连接的排放管(26)，所述方法包括以下步骤：
从吸入管提供气体给第一和第二排汽缸；
从曲轴箱提供气体给该三排汽缸中的第三排汽缸；
从第三排汽缸将压缩气体送到排放管；
利用三通阀(32)有选择地使第一和第二排汽缸或与曲轴箱连通或与排放管道连通，从而当所述第一和第二排汽缸与曲轴箱连通时，它们起第一级作用，而第三排汽缸起第二级作用；当第一和第二排汽缸与排放管道连通时，它们起一单级作用，而第三排汽缸起与第一和第二排汽缸并列的一单级作用。
至少检测外界温度和冷凝器进入空气温度中的一个温度；
检测区域温度；
检测区域设定温度；
比较区域温度和区域设定温度，如果检测到的外界的或冷凝器进入空气温度为100°F左右或以上，检测到的区域温度超过区域设定温度5°F或更多，且第一、第二和第三排汽缸以单级方式运行，则执行下列步骤：
减少所述第三排汽缸的产冷量以降低曲轴箱压力；
从单级运行向两级运行转换；
启动节约器，从而增加产冷量，并快速降温。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：在节约器启动后增加第一和第二排汽缸的产冷量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，降低第一和第二排汽缸产冷量的步骤是通过吸入调制方式进行的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
检测曲轴箱里的压力；以及
利用检测到的压力来控制所述的使第一和第二排汽缸有选择地与曲轴箱或排放管道连通的步骤。
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