CN1286747A - 调整压缩机循环长度的设备 - Google Patents

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Abstract

为调整冷却系统的运行,发送来自能量值传感器如自动调温器或自动调压器的值,然后,如果该值许可对压缩机运行的呼叫,就进行呼叫。把最后的压缩机关机—呼叫—时间(T0－T2)存储在一个存储器(61)中,如果该关机—呼叫—时间(T0－T2)小于短间隔(T2－T3),就延迟压缩机(41)以便允许压缩机均衡化。压缩机被再次延迟关机—呼叫—时间(T0－T2)的一个百分比。压缩机的开机时间(T1－T2)也要测量,并且如果开机了一段实际间隔,就让压缩机短暂地停顿一个短的时间间隔(T3－T4),由此提升了效率。

Description

调整压缩机循环长度的设备
本申请要求1997年1月23日递交的美国临时申请60/035，888的35 USC 119(e)意义下的优先权益。
本专利文献揭示的一部份包含要进行版权保护的材料。该版权的所有者不反对任何人以传真方式复制本专利文献或专利所揭示的内容，因为它出现在专利局或商标局的专利文件或记录内，但其它的所有方面都将受到版要的保护。
发明领域
本发明一般地涉及在产生制冷介质过程中消耗电源的装置，该制冷介质是用于在要求降低温度的区域内降低温度。
本发明特别地适用于在冷藏和空调单元中降低能耗。
本发明的目的是降低产生制冷介质的机电设备(压缩机)的电消耗，如果这种介质是气体或液体的，则它分布于要制冷或冷藏的区域内。在受控的环境内，要完成所耗电能的降低而又不能产生引起温度波动的不期望的副效应，而在安装本发明之前，这种效果是不能达到的。
发明背景
使用压缩机的空调/冷却/冷藏系统(这里称为‘冷藏系统’或‘冷却系统’)在起动阶段是非常低效的。在达到优化运行环境之前，冷藏系统的平均净BTU输出要低于它的额定能力。一个冷藏系统的优化运行环境中只有在该系统的所有组件在达到它们的设计运行温度之后才能达到。这在压缩机起动之后这占据大量的时间，因为必须克服每个装置的热惯性，此时这些装置刚关机，并且要比它在运行时的温度要热得多。一个冷藏系统的某些部件包括：
    a)压缩机
    b)致冷剂一介质(通常是致冷气体)
    c)热一交换器：
    蒸发器(用于从要冷却的区域吸收热的热交换器，并将热传递到致冷剂介质)，以及
    冷凝器，此热交换器用于将致冷剂一介质中的热释放到外部
环境中
    d)致冷剂一介质管道
    e)在具有热质量和惯量的受控空间内的项目(Item)。
    本发明通过压缩机的循环控制增加了冷藏系统的净BTU输
出，通过智能地增加压缩机运行循环间的延迟(循环数已被实验
所证明且位于合理的限制内)，产生了更长且更有效的(更高的净
BTU)输出循环。
    与冷藏系统相关的，众所周知，冷却系统的输出能力通常是
由以下所决定的：
    a)系统可能遇到的最坏的情形(设计载荷)
    b)预期的将来的扩展
 c)由于老化期望的系统输出的降级。
在任何时候对冷却系统的要求都要低于其冷却能力，冷却系统被特大化(over-sized)了，在一个典型的正常的设计系统内，这种特大化的环境存在大约85％的时间，并导致冷却系统以一种低效的、耗能的方式循环其压缩机。
本发明也可以解决另一种系统情形，即压缩机被小型化了，且从来都没有被关掉。除了关掉压缩机，好象没有方法来节省能源，本发明就是针对这种情况的。在一预定的持续运行时间后，停止压缩机的工作一段预定时间，然后再重新启动，对于本技术领域内的人来说，这好象会导致温度的波动，但实际上，本发明的实验已经显示，这要比把门打开一段同样的循环时间的影响更小。在受控的空间内使用了项目的热惯量和热存储，间接地作为一个容器种类来吸收这些热传递。
实验已经证明，扩展压缩机的关机时间且随后加长开机时间会提高效率，但是仍然有一些要解决的限制。在一个正常大小的冷却系统(正处于循环中)中，如果扩展关机时间超过了一定的限制，就会引起热波动，而且也没有更好地起到节能的效果。随后，本发明将使得压缩机在关掉较预定时间更长的时间后，其扩展的关机时间不会产生任何影响。
本发明的目标
本发明致力于：
    A)通过调制压缩机的运行循环，降低冷却/冷藏系统的
电消耗，
    B)提供压缩机逆-短-循环控制以便增强压缩机的寿
命，并且进一步地降低电的消耗。
通过使用计算机技术，本发明能检测到施加给压缩机的热动力负载，而不必需要任何附加的传感器，同时本发明也能以这样一种方式警示压缩机的循环模态，即使系统的冷却能力更紧密地匹配系统的要求。更有效的性能与需求比可以更有效地使用每一个压缩机的循环，并由此而降低电消耗。
在工业中短循环一个压缩机的影响是众所同知的，短循环可以导致放松(undo)对压缩机的压力以及由于被锁定的转子的环境而造成的比正常的电需求要大得多的要求，这种转子的环境通常是由于压缩机内的非压力均衡化而造成的。这种环境通过是在压缩机时停止工作时且随后再启动时由于不充分的时隙引起的。短循环的另一个因素是在电机的绕组上的过热的累积，这是由于压缩机的重复的快速启动造成的，为此，本发明结合了一个逆-短-循环算法，作为其程序的一部份。
因此，可以认为本发明是一个节能装置，它可以用于制冷能量值传感器(自动调温器或自动调压器)要求型控制系统。但它并不仅限于这样的应用，也可以用于能量管理系统。本发明将可用于新的或创新的及原始设备制造商的安装。本发明的另一个优点是安装简单而不需要编程或调整。
附图的简要描述图1A是使用自动调温器控制的一个典型冷藏系统的图形表述；
图1B是使用压力控制的一个典型冷藏系统的图形表述；
图2是一个典型安装的布线图；
图3是电气示意图；
图3A是图3的另一个实施例；
图4是使用本发明和不使用本发明的相对于负载特性的系统图表；
图5在使用本发明及不使用本发明的情况下，对于给定负载时压缩机循环模式的图表，描绘了循环减少的特性；
图6是使用本发明和不使用本发明的情况下，压缩机循环模式的图表，它说明的是，当压缩机不正常循环时，本发明对压缩机循环的最大工作时间影响；
图7是使用本发明及不使用本发明时压缩机循环的图表，该图显示了逆-短-循环的影响。
附图的详细描述
图1A描述了一个包含了本发明的冷却系统，图中用2表示。该系统包括一个压缩机，其通过高压管6将高压气体泵送到冷凝器8。风扇10由电动机12推动，且驱动空气14通过冷凝器8来冷却冷凝器线圈9和其中的气体，使该气体冷凝成液体并放出冷凝的热量，通过压缩机的长度，大量的热量丢失给冷却气14，这将会降低离开冷凝器的介质的温度和热量，使所述的介质变成一种液态，液态的介质由压力驱动，通过液体管道16离开冷凝器8。
液体介质在液体管道16中流动到蒸发器18，在此由电动机22驱动的风扇20驱动热空气以便由蒸发器18来冷却。来自液体管道16的液体介质在蒸发器18中从空气24中吸收热量，然后该介质蒸发，吸收了蒸发热，并沿着低压气体管道26退出，返回到压缩机4，再次通过高压气体管道6驱动它进行循环。
能量值传感器，通过关闭电流源30和风扇电机22间的继电器29，自动调温器28控制风扇电机22。如果不使用本发明，自动温器28将同时关闭电流32与压缩机间的继电器31，以便电流能流过继电器31并触发功率压缩机4。
但是本发明的控制设备中断连接36(其向继电器31提供电压)，由此防止了压缩机4开机。这会导致一个延迟，这个延迟按照下面给出的程序进行控制。
在图1B中，控制设备34(Thermomi$erTM)设置在压缩机4与能量值传感器(自动调压器40)间的线路39上。在冷藏单元上，自动调压器一般地作为温度等同传感器使用的，利用程序提供合适的延迟来增加效率。
图2是说明本发明的连接到冷却电路的控制单元34的典型安装布线图。图2显示了一个控制电路电源42，在本实施例中可以是230、115或24伏交流电压，取决于它所附的哪种接触44a、b或c。线44-46向控制单元34提供控制电路电源。
把同一电压施加给已有的自动调温器28或自动调压器40，控制线路36或39将向压缩机电流接触器继电器31提供控制电压，但被切断以便黄线48和蓝线49把控制单元34插进该线路来防止压缩机运行，直到一段合适的延迟为止。
图3是控制单元34的更为详细的电路图。AC电源通过白线44和棕线46提供给变压器47，然后是整流器50(包含四个环形二极管，用于将交流变成直流)。大约14伏的直流电压从平滑电容器56的两端输出到跨接旁路电容器58两端的电压调整器57到BS-1的管脚1，BS-1通过电压调整芯片63和电源复位芯片64将12伏的直流电压分布到控制电路60、它的微控制器芯片61和存储器62。发光二极管(LED)101指示样式状态。LED 102指示是否一个能量值传感器正在呼叫压缩机。光隔离器(optoisoloator)104通过一个很宽范围的可用呼叫电压上提供一个传感器呼叫到控制器，使该单元很好地适用于各种冷却系统。
尽管如图3所示地测试了本单元，本发明者还构造了一个使用更少的芯片的单元。费用不同，但是这此些单元在电气方面是一致的，在此，单一的芯片替代了芯片61和62，而去掉了芯片63和64。见图3A。通过相应地组件制造商的说明可以制造出各种等价物。应明白，随着新的芯片设计的可用性及性能，构造控制器的最佳方式也会随着变化。
控制器34按照本说明书后的名为‘COOLING ROUTINE’(冷却进程)的计算机程序来运行。
该程序包含一个180秒的逆-短-循环延迟来避免在压缩机关机的180秒内启动它。借助于允许在压缩机内的压力均衡，由于锁定转子的环境，这对于减少压缩机上的不适当的压力来说时间上是足够的，并且也比正常的电气要求大得多。一个180秒的停顿减少了在电机绕组内的过热累积，其中热量是由压缩机的重复快速启动引起的。在压缩机启动之前，一个逆一短一循环算法测试了程序常数MINOFFTIME下的关机时间。
如果压缩机的关机时间大于1小时，该压缩机在接到冷却呼叫后立即启动，计数器复位，且新的计数开始。
如果关机时间不大于一小时，则延迟就计算为最后关机时间的10％，并从该传感器呼叫继续对该间隔进行倒数计秒。一旦倒数计秒结束，压缩机继电器触发该压缩机，一个新的时间计数起动。
压缩机持续运行直到：
传感器呼叫结束，启动一个新的关机时间计数；或
一个实际的运行时间后，足以使空间冷却到均衡状态，如一个小时，此时在再次启动压缩机之前，压缩机短暂地停机，但足以使压缩机压力均衡和压缩机的电机冷却，如6分钟的停机时间。
图4绘出了以下两者之间的差异：
标准压缩机开机/关机循环，以及
包含有本发明的压缩机开机/关机循环，
是在三个不同的负载条件下：负载A，B，C完成的。
该图也表明了压缩机相对于各种温度或压力(取决于冷却系统)的响应是由一个自动调温器或自动调压器控制的。
不使用本发明T1，T6和T11表示对应于压缩机启动时的点的温度或压力曲线上的点。T3、T8和T13对应于当压缩机停止时的温度或压力值。
利用本发明T2，T7和T12对应于新的温度或压力压缩机启动点。T4，T9和T14对应于压缩机停止点之前的各自的更长的间隔。T0-T1，T5-T6和T10-T11是从最后压缩机关机到要求冷却时的一点的时间间隔，在此称为关机-呼叫-时间。
T0-T2，T5-T7和T10-T12是本发明所要求的新的关机间隔(off-interval)，包括本发明扩展的关机间隔T1-T2，T6-T7及T11-T12。
图5描绘了不包含本发明的、一个通常的冷却系统的7个循环上的负载影响(上部)。在图5的底部可以看出，对于本发明，仅在5个开机循环(on-cycle)上就处理了同一负载，减少了开机时间。温度漂移出高点是无关紧要的且很短。该图形也表明压缩机对温度或冷却介质压力(取决于能量值传感器是一个自动调温器或一个自动调压器)的响应。
在此，T1表示不包含本发明时，沿着温度或压力曲线的压缩机开机点，T2表示包含本发明时新的开机点且包括扩展关机时间T1-T2，T3对应于不包含本发明的温度或压力曲线的关机点，而T4是包含本发明的。
图6绘出一个饱和负载。如果不使用本发明，压缩机连续地运行。本发明让压缩机每隔54分钟(T2-T3，T5-T6，等等)休息6分钟，以便冷却下来，在短的关机时间内节能。在该休息时间时期内，温度(没有画出)并没有受到多大的影响。
图7画出了一个没有本发明的短循环启动。T1-T2间隔太短而不能均衡压缩机压力或冷却电机的线圈。一个严重而耗电的电负载，它容易烧毁电机的线圈。
利用本发明，此短压缩机关机时间(T1-T2)被扩展了T2-T3，直到足够的3分钟(T1-T3)，导致了电机上一个容易的启动负载。
在本次提供的最佳实施例中上述的时间值都是最优化的，但应明白，本发明的各种优点也可以通过上述时间值和百分比的各种变形而得到。
以下3页是受到版权保护的计算机程序。IF DWNCNTFLAG=TRUE THEN ZEROCNTRCOOLOUT=NOT OFF＇LED1=ON ＇rev.1＇LED2=OFF＇rev.1＇led1=off＇rev.2led1=call4coolin ^1＇rev2 reverses led blink during anti short cyclepulsout 1,5000      ＇pulses ledMULTCNT=FALSEGOSUB COUNTUP        ＇counts up during comtressor off timeGOTO MAIN＇**************************main test*********************************＇this loop is jumped to when there is a need for coolingMAINTEST：IF COUNTER＞MAXOFFTIME THEN STARTNOW ＇rev2--if greater than 1 hr. startIF MULTCNT=FALSE THEN MULTIPLY       ＇tests for delay calculationIF MAXCOUNTER＞MAXONTIME THEN OFFCYCLE ＇rev2--tests for long on-timeIF COUNTER=0 THEN COOLON     ＇if delay has expired,start compressorGOSUB COUNTDWN            ＇counts down when in delay modeGOTO MAIN＇********************************************************************＇calculates delay timeMULTIPLY：MULTCNT=TRUEIF COUNTER＞MULTLIM THEN MULTIPLY2 ＇this makes sure that the result can notexceed 65535PERCOUNTER=COUNTER*PERCENT_DELAY/100COUNTER=PERCOUNTERGOTO MAINMULTIPLY2：PERCOUNTER=COUNTER/100 * PERCENT_DELAYCOUNTER=PERCOUNTERGOTO MAINCOOLON：COOLOUT=NOT_ONrem LED1=OFFrem LED2=ONled1=onGOSUB MAXTIMECOUNT ＇rev2GOTO MAINZEROCNTR：DWNCNTFLAG=FALSECOUNTER=0GOTO MAINCOUNTUP：IF MINOFFFLAG=FALSE AND COUNTER＞MINOFFTIME THEN SETMINOFFFLAG＇rev2COUNTER=COUNTER+COUNT MAX 65534RETURNSETMINOFFFLAG：MINOFFFLAG=TRUEGOTO COUNTUP：COUNTDWN：DWNCNTFLAG=TRUELED1=COUNTCOUNTER=COUNTER-COUNTCOUNTER=COUNTER MIN 0PAUSE 50RETURNMAXTIMECOUNT：＇rev2MAXCOUNTER=MAXCOUNTER+COUNT＇rev2RETURN＇rev2OFFCYCLE：＇rev2COOLOUT=NOT_OFF ＇rev2COUNTER=OFFTIME ＇rev2MAXCOUNTER=0 ＇rev2led1=OFF ＇rev2GOTO MAIN ＇rev2STARTNOW：＇rev2 causes compressor on by putting counter to 0 and multcntCOUNTER=0 ＇true.this fools the program into thinking that the unitMULTCNT=TRUE ＇went thru a normal cycle.GOTO MAINTEST ＇rev2

Claims (17)

1、一种调整冷却系统的运行的方法，包括步骤：
测量一个压缩机控制电路的关机-呼叫-时间；
检测来自能量值传感器的压缩机呼叫，以及
防止压缩机运行一段时间间隔，该间隔是关机-呼叫-时间的函数。
2、按照权利要求1的方法，其中防止压缩机的运行，直到关机-呼叫-时间超过了一个预定值，该值允许实际的压缩机压力均衡化。
3、按照权利要求1的方法还包括步骤：
把最后测量的关机-呼叫-时间存储在一个存储器中；
计算该关机-呼叫-时间的百分比；以及
在该延迟之后运行该压缩机。
4、按照权利要求1的方法还包括步骤：
测量压缩机运行时间的一个开机循环；
在该开机循环已经扩展了一个实际的开机时间间隔后，停止压缩机的运行；以及
其中中断压缩机运行的步骤是针对一个停顿间隔的所测量的关机时间，其中停顿间隔很短但却足够用；
压缩机均衡化，
压缩机电机冷却，以及
由于一个停顿间隔而提高功效，该间隔很短，在该时间间隔期间，空间的温度是由任意冷却的对象和空间内的流体的热惯性来保持。
5、一种调整冷却系统运行的方法，包括步骤：
从一个能量值传感器检测一个值；
从所述值确定是否该值许可对压缩机运行的呼叫；
当许可时产生一个呼叫；
在来自先前关闭的压缩机呼叫之前测量一个关机-呼叫-时间；
将最后测量的关机-呼叫-时间存储在一个存储器中；
如果该关机-呼叫-时间小于一个短循环间隔，则延迟该压缩机的运行，其中该短循环间隔将使得实际的压缩机压力平均化；
计算该关机-呼叫-时间的百分比；
防止压缩机运行一段等于该百分比的间隔；
在该间隔之后运行该压缩机；
测量压缩机运行时间的一个开机循环；
在该开机循环已经扩展一个实际的间隔、而该间隔足以使空间的温度均衡后，中断该压缩机的运行；以及
防止压缩机运行一段预定的停顿间隔，其中该停顿间隔很短，便足以使得：
压缩机均衡化；
压缩机电机冷却，以及
在该停顿间隔内通过节省能源而提高了效率，
在该停顿间隔内在该空间内的任何被冷却的物体或流体的热惯性基本上维持了该空间内的温度。
6、按照权利要求5的方法，其中基本上使用下面的一套优化值：
短循环间隔是3分钟；
百分比是10％；
实际间隔是54分钟；以及
停顿间隔是6分钟。
7、在一个冷却系统中包括一个压缩机，一个冷却介质和一个热交换器，改进包括：
一个能量值传感器；
装置：
  用于检测该能量值传感器，
  用于控制该压缩机，以及
  防止能量值传感器运行该系统压缩机。
8、按照权利要求7的设备，其中该控制装置包括：
在一个电源线内的中断，其中该电源线位于：
  该能量值传感器与压缩机之间；以及
  用于交换地桥接所述中断的装置。
9、按照权利要求8的设备，其中用于检测能量值传感器的装置包括：
响应一个能量值由该能量值传感器接通的火线(hot wire)，其中在该能量值处该空间要求更多地制冷；以及
切换装置，用于通过一个电压触发该火线。
10、按照权利要求9的设备，其中通过一个电压触发火线的切换装置是一个用于检测电压输入的宽范围的电子线路。
11、按照权利要求10的设备，其中电压输入的宽范围介于交流24伏与240伏之间。
12、按照权利要求10的设备，其中该电子线路包括一个光隔离器。
13、按照权利要求10的设备，其中该电子线路包括一个微控制器。
14、按照权利要求13的设备，其中的改进作为一种装置：
用于增加每个压缩机循环的运行时间，以及由此
用于改进电气应用和用于降低压缩机的整个运行时间。
15、按照权利要求7的设备，其中该能量值传感器是自动调温器。
16、按照权利要求7的设备，其中该能量值传感器是自动调压器。
17、按照权利要求8的设备，其中该切换装置是处于正常的关闭位置，以便于，如果控制器的电源失效，该冷却系统仍可以运行。
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