CN112492884B - 多级压缩机的浪涌保护 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却剂系统，该冷却剂系统包括具有多个浪涌检测传感器的多级压缩机。冷凝器连接到该多级压缩机的出口。节能器连接到冷凝器的出口并且具有气体冷却剂出口和液体冷却剂出口。液体冷却剂出口连接到冷却器，且气体冷却剂出口经由可控阀连接到多级压缩机的第二级或后级。控制器通信地耦合到浪涌检测传感器和可控阀。控制器包括非暂时性介质，其存储指令用于引起控制器检测浪涌的发生并限制通过可控阀的流动，直到浪涌已停止为止。

Description

多级压缩机的浪涌保护
技术领域
本公开大体上涉及用于冷却剂系统的多级压缩机，并且更具体地用于用来防止所述多级压缩机中的浪涌(surge)状况的系统。
相关申请的交叉引用
本申请请求享有于2019年7月1日提交的美国临时申请No. 62/869494的优先权。
背景技术
冷却剂系统，诸如用于向建筑或其他结构供应压缩的冷却剂的冷却剂系统，可以采取两级制冷系统的形式。这种系统利用节能器(或闪蒸罐)来在较高的环境温度下实现有效的冷却性能，并保持所期望的排放压力和温度。在这样的系统中，一部分冷却剂在节能器中转变成气体状态，并且气体部分返回到压缩机的后级。
一些现有系统利用固定的开口将气体冷却剂连接至后级。由于气体冷却剂的注入，额外的气体会在压缩机的前级内产生背压。当背压变得过高时，就会发生浪涌。防止浪涌的一种现有方法是包括旁路流路，当检测到浪涌时，该旁路流路将气体冷却剂按路线运送至压缩机的第一级的入口。该解决方案导致整个冷却剂系统内的效率损失。
发明内容
在一个示例性实施例中，冷却剂系统包括：多级压缩机，其包括多个浪涌检测传感器；冷凝器，其连接到该多级压缩机的出口；节能器，其连接到冷凝器的出口并且具有气体冷却剂出口和液体冷却剂出口；液体冷却剂出口连接到冷却器，且气体冷却剂出口经由可控阀连接到多级压缩机的第二级或后级，并且控制器通信地耦合到浪涌检测传感器和可控阀，该控制器包括非暂时性介质，其存储指令用于引起控制器检测浪涌的发生并限制通过可控阀的流动，直到浪涌已停止为止。
在上述冷却剂系统的另一个示例中，压缩机包括多于两级的压缩。
上述冷却剂系统中的任一个的另一示例还包括至少一个另外的节能器，所述节能器具有连接到多级压缩机的第二级或后级的气体冷却剂出口。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，节能器中的每个与至少一个其他节能器流体并联地布置。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，节能器中的每个与至少一个其他节能器流体串联地布置。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，节能器中的每个连接至多级压缩机的对应的第二级或后级，并且其中响应于检测到浪涌而限制通过可控阀的流动包括限制将节能器中的一个连接至引起浪涌的级的阀。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，节能器中的每个连接到多级压缩机的对应的第二级或后级，并且其中响应于检测到浪涌而限制通过可控阀的流动包括限制将节能器中的一个连接至第二级或后级的各个阀。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，非暂时性介质还存储指令，该指令配置为响应于检测到浪涌停止而使控制器打开通过可控阀的流动。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，非暂时性介质还存储指令，该指令配置为在从检测到浪涌起经过了预定时间之后使控制器打开通过可控阀的流动。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，非暂时性存储器还存储用于响应于检测到浪涌已经停止而使控制器打开通过可控阀的流动的指令。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中，限制通过可控阀的流动包括仅限制连接至多级压缩机的引起浪涌的级的可控阀。
在上述冷却剂系统中的任一个的另一示例中还包括至少第二可控阀，并且其中限制通过可控阀的流动包括限制通过可控阀和至少第二可控阀的流动。
用于在基于多级压缩机的冷却剂系统中防止浪涌的示例性方法包括检测浪涌的发生并限制通过将节能器连接至多级压缩机的第二级或后级的至少一个阀的流动，直到浪涌已停止为止。
用于在基于多级压缩机的冷却剂系统中防止浪涌的上述方法的另一示例还包括响应于检测到浪涌已经停止而打开通过阀的流动。
用于在基于多级压缩机的冷却剂系统中防止浪涌的任何上述方法的另一示例中，限制通过阀的流动包括仅限制连接到多级压缩机的引起浪涌的级的阀。
用于在基于多级压缩机的冷却剂系统中防止浪涌的任何上述方法的另一示例中，所述至少一个阀包括多个阀，并且限制通过阀的流动包括限制所述多个阀中的各个阀。
本发明的这些和其他特征可以从下面的说明书和附图中得到最好的理解，以下是简要描述。
附图说明
图1示出了包括多级压缩机的示例性冷却剂系统。
图2示意性地示出了包括多级压缩机的备选示例冷却剂系统。
图3示意性地示出了包括多级压缩机的第二备选示例冷却剂系统。
图4示出了用于控制可控阀的受限状态的反馈环路。
具体实施方式
图1示意性地示出了示例性的建筑冷却系统100。冷却系统100是包括具有上游级112和下游级114的多级压缩机110的闭环系统。在备选的示例中，可以使用三个或更多级的压缩机110，根据特定冷却系统100的特性，在多级压缩机110中可以使用超过两级的额外级。
压缩机110在上游入口116处接收冷却剂并压缩越过压缩机110的冷却剂。出口118通过第一阀132将冷却剂提供给冷凝器120。在冷凝器120中，冷却剂被冷凝成液体状态，并在压缩条件下储存。将来自冷凝器120的冷却剂通过第二阀134提供给节能器140。节能器140将经冷凝的液体冷却剂的一部分闪蒸成气体形式的冷却剂。通过使冷却剂的一部分闪蒸，在状态变化中消耗能量，并且在节能器140中进一步冷却剩余的冷却剂。
冷却剂的闪蒸的部分通过受控阀150提供回压缩机110的第二级114。受控阀150是能够由控制器主动控制并具有多种状态的任何阀，所述多种状态包括完全打开、完全关闭以及在完全打开和完全关闭之间的至少一种过渡状态。冷却剂的非闪蒸的部分通过阀136提供给冷却器160。虽然这里没有明确描述和示出，但是根据任何已知的阀构造，阀132、134、136可以是受控的或被动式的。
受控阀150包括连接到控制器170的控制输出154的控制输入152。控制器170包括处理器和存储器，且连接到压缩机110内的一个或多个传感器以及冷却系统100的剩余部。根据任何已知的浪涌检测工艺，控制器170使用传感器来检测何时在压缩机110内发生浪涌。可以理解，可以通过减少注入到压缩机110的后级114中的气体冷却剂的量来减少或消除浪涌的发生。当由控制器170检测到浪涌时，控制器170在控制输出154处输出信号，且该信号在可控阀150的控制输入152处被接收。该信号引起可控阀150开始限制气体冷却剂到压缩机110的第二级114中的流动。
当阀150限制气体冷却剂的流动时，控制器170继续使用传感器来监测压缩机110中的浪涌状况。一旦浪涌状况降低到合适的水平，控制器170便停止限制可控阀150，并将可控阀150保持就位。在预定的时间量之后，可控阀150被允许重新打开。如果在可控阀150重新打开时发生浪涌状况，则该过程重复，并且阀150再次受到限制。
在一些备选实施例中，可控阀150被控制器170连续地控制为打开或关闭，并且在停止限制和开始重新打开阀150之间没有时间段。此类实施例利用反馈控制环路来在阀150处保持足以防止浪涌的限制量。
在一些实施例中，其中在压缩机110中利用额外的级(例如，三个级或更多级)，也可以使用额外的节能器140。
图2示出了示例性冷却剂系统，其包括具有三个级212、214、216的多级压缩机210。由于存在两个下游级214、216，图2的系统200包括两个节能器240，其中节能器240中的每个彼此流体并联地连接。各个节能器240通过对应的可控阀250连接到下游级214、216中对应的一个。可控阀250中的每个以与图1的示例的可控阀150相同的方式连接到控制器270并由其控制。在备选示例中，具有三级或更多级的多级压缩机可包括单个节能器240。
在一些示例中，控制器270可以确定浪涌在压缩机210内何处发生，并且限制仅与引起浪涌的压缩机级214、216相对应的阀250。在其他示例中，控制器可能受到压缩机210内可用的传感器的限制，并且只能确定正在发生浪涌，而无法确定是哪级214、216正在引起浪涌。在这样的示例中，控制器270同时限制可控阀250，直到浪涌状况消失为止。一旦浪涌状况消失，控制器270就可以等待，或者如在图1的阀的情况下那样参与主动控制。
继续参考图1和图2，图3示意性地示出了包括三级压缩机310的另一种备选的系统300。在图3的示例中，多个节能器340流体串联地连接，其中下游节能器340的气体输出连接到压缩机310的第二级314，且上游节能器340的气体输出连接到压缩机310的第三级316。在图2的系统200中，控制器370连接到可控阀350并控制可控阀350。
继续参考图2和图3，可以理解，虽然各个示例示出了两个节能器240、340，但是该架构可以扩展为包括任意数量的节能器，其中节能器的数量被限制为比压缩机210、310中的级数少一个。在备选示例中，可以将多个节能器连接到压缩机210、310的单个后级，并且节能器的数量不受压缩机210、310中的级数的限制。
继续参考图1-3，图4示出了用于减少和消除图1-3的系统100、200、300中的任何系统中的浪涌状况的反馈环路过程400。最初，在“检测浪涌”步骤410中，控制器检测浪涌。该检测使用压缩机中包含的现有传感器和任何标准浪涌检测方法。
在“开始限制可控阀”步骤420中，当检测到浪涌状况时，控制器开始限制可控阀的打开。如上所述，该限制可以是所有的可控阀，或仅是连接到引起浪涌的压缩机级的可控阀。一旦限制开始，通过(一个或多个)可控阀的流体的量就连续减少，并且在“监测浪涌并检测浪涌结束”步骤430中监测压缩机中的浪涌状况。
在“打开可控阀”的步骤440中，当由控制器检测到浪涌的结束时，控制器通过开始解除限制或打开(一个或多个)可控阀来响应。如前所述，浪涌状况被连续地监测，且当在检测浪涌步骤410中检测到浪涌时反馈环路重复。
通过使用反馈环路，控制器可以将(一个或多个)可控阀保持在理想位置，以允许大部分的气体冷却剂返回到压缩机的后级，同时确保在压缩机内不发生浪涌状况。
还应理解，上述概念中的任何概念可以单独使用，或者与其他上述概念中的任何或所有概念组合使用。尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些修改将落入本发明的范围内。出于该原因，应研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (16)

1.一种冷却剂系统，包括：
多级压缩机，所述多级压缩机包括多个浪涌检测传感器；
冷凝器，所述冷凝器连接到所述多级压缩机的出口；
节能器，所述节能器连接到所述冷凝器的出口并且具有气体冷却剂出口和液体冷却剂出口；所述液体冷却剂出口连接到冷却器，且所述气体冷却剂出口经由可控阀连接到所述多级压缩机的第二级或后级；和
控制器，所述控制器通信地耦合到所述浪涌检测传感器和所述可控阀，所述控制器包括非暂时性介质，所述非暂时性介质存储指令用于引起所述控制器检测浪涌的发生并且限制通过所述可控阀的流动，直到所述浪涌已停止为止。
2.根据权利要求1所述的冷却剂系统，其特征在于，所述压缩机包括多于两个级。
3.根据权利要求2所述的冷却剂系统，其特征在于，所述冷却剂系统还包括至少一个另外的节能器，所述节能器具有连接到所述多级压缩机的第二级或后级的气体冷却剂出口。
4.根据权利要求3所述的冷却剂系统，其特征在于，所述节能器中的每个与至少一个其他节能器流体并联地布置。
5.根据权利要求3所述的冷却剂系统，其特征在于，所述节能器中的每个与至少一个其他节能器流体串联地布置。
6.根据权利要求2所述的冷却剂系统，其特征在于，各个节能器连接到所述多级压缩机的对应的第二级或后级，并且其中响应于检测到浪涌而限制通过所述可控阀的流动包括限制将所述节能器中的一个连接至引起浪涌的级的可控阀。
7.根据权利要求2所述的冷却剂系统，其特征在于，各个节能器连接到所述多级压缩机的对应的第二级或后级，并且其中响应于检测到浪涌而限制通过所述可控阀的流动包括限制将所述节能器中的一个连接至所述第二级或后级的各个可控阀。
8.根据权利要求1所述的冷却剂系统，其特征在于，所述非暂时性介质还存储指令，所述指令配置为响应于检测到所述浪涌停止而引起所述控制器打开通过所述可控阀的流动。
9.根据权利要求1所述的冷却剂系统，其特征在于，所述非暂时性介质还存储指令，所述指令配置为在从检测到所述浪涌起经过预定时间之后引起所述控制器打开通过所述可控阀的流动。
10.根据权利要求1所述的冷却剂系统，其特征在于，所述非暂时性介质还存储指令，用于响应于检测到所述浪涌已经停止而使所述控制器打开通过所述可控阀的流动。
11.根据权利要求1所述的冷却剂系统，其特征在于，限制通过所述可控阀的流动包括仅限制连接至所述多级压缩机的引起所述浪涌的级的可控阀。
12.根据权利要求1所述的冷却剂系统，其特征在于，所述冷却剂系统还包括至少第二可控阀，并且其中限制通过所述可控阀的流动包括限制通过所述可控阀和至少第二可控阀的流动。
13.一种用于在基于多级压缩机的冷却剂系统中防止浪涌的方法，包括：
检测浪涌的发生；并且
限制通过将节能器连接至所述多级压缩机的第二级或后级的至少一个可控阀的流动，直到所述浪涌已停止为止。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括响应于检测到浪涌已经停止而打开通过所述可控阀的流动。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，限制通过所述可控阀的流动包括仅限制连接到所述多级压缩机的引起所述浪涌的级的可控阀。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个可控阀包括多个可控阀，并且限制通过所述可控阀的流动包括限制所述多个可控阀中的各个可控阀。
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