TWI281307B - System and method for variable speed operation of a screw compressor - Google Patents

Description

I28J307 九、發明說明： c發明所属技術領域j 發明領域 一般而言，本發明係有關螺旋式壓縮機的操作。更特 5別言之，本發明有關螺旋式壓縮機的變速操作，該螺於气 壓縮機係連接至一藉由變速驅動器供電的發動機，該變迷 驅動器可提供發動機一大於發動機額定電壓及頻率的輪入 電壓及頻率。

L iltr H 10 發明背景 該螺旋式壓縮機的容量係基於進入螺旋式壓縮機的氣 體里以及壓縮氣體之螺旋或轉子的旋轉速度。過去，螺旋 式壓縮機的轉子速度係受限於驅動螺旋式壓縮機轉子的感 應發動機之最大額定輸出速度。這種單一速度的螺旋式壓 15縮機係具有基於螺旋式壓縮機轉子速度的單一輸出容量。 為要得到大於感應發動機最大額定速度的轉子速度且對應 地增加螺旋式壓縮機輸出容量，發動機與螺旋式壓縮機轉 子之間必需連接一齒輪箱（gearing arrangement)。不過，採 用齒輪箱以增加螺旋式壓縮機的轉子速度會導致壓縮機系 2〇統的效能降低且增加壓縮機系統的成本及維護。此外，該 螺旋式壓縮機仍只有一個輸出容量，因為仍用單一速度(儘 管較快)驅動該等轉子。 其次，已發展出數種使螺旋式壓縮機具有可變容量之 技術。在一技術中，螺旋式壓縮機係包含一滑動閥（slide 1281307 valve)藉以得到可變容量。操作該滑動閥以便從壓縮機排氣 口轉移一部份被轉子壓縮的氣體。常常將被滑動閥轉移的 氣體返回壓縮機吸氣入口。儘管加入滑動閥可提供可變輸 出容量的螺旋式壓縮機，使用滑動閥仍有數項缺點。第一， 5滑動閥為氣體提供一洩漏通道，從而減少壓縮機的效能。 其次，螺旋式壓縮機加入滑動閥涉及複雜的加工製程從而 對應地增加成本。最後，螺旋式壓縮機的最大轉子速度及 容莖係基於發動機的最大額定速度且要求齒輪箱能彳寻到大 於額定發動機速度的轉子速度。 10 另一用於使螺旋式壓縮機具有可變容量之技術係包含 連接螺旋式壓縮機的發動機至一變速驅動器。該變速驅動 器可改變供給發動機的頻率及/或電壓藉以改變發動機的 輸出速度，隨後，改變轉子速度藉以得到螺旋式壓縮機的 可變輸出容量。不過，大部份的變速驅動器無法提供大於 15輸入電壓的輸出電壓。這種變速驅動器輸出電壓的限制將 發動機的最大速度限制成一對應至以線壓操作的發動機速 度的速度。如上述，為要得到較大的壓縮機轉子速度，發 動機與轉子之間必需加上一齒輪箱以增加驅動壓縮機轉子 的發動機之輸出轉迷。 20目此’亟須—種用於《式壓縮機變速操作的系統及 技術’即使不包含滑動閥也可增加轉子速度而不需使用齒 輪箱。 t發明内容1 發明概要 ，1281307 本發明之一具體貫施例係一 輸出容量的方法。本方法係包含以下步二機 =電:及頻率至該發動機。該發動機之預設額 10 15 頻率產生—動機之賴輪岐度。其次，將一螺 旋核縮機連接至該發動機。該螺旋式_機有—預設輸 出谷篁，其係因應以發動機預設輸出速度的操作。操作: 變速驅動⑼提供-大於該鶴機展額1作電壓及頻X 率的電壓及頻率至該發動機。該發動機由於供給至該發動 機的電壓及解大於贿動機之賊歓工作電壓及頻率 而產生-大於《動機預設輸出速度的輸出速度。最後， 以發動機產生的速度(其係大於該發動機之預設輸出速度） 驅動該螺旋式壓縮機，藉此可得到大於螺旋式壓縮機預設 輸出容量的輸出容量。 本發明另一具體實施例係針對一種壓縮系統，其係包 含一具有一預設額定工作電壓及頻率的發動機、_連接至 该發動機以驅動該發動機的變速驅動器、以及一連接至古亥 發動機的螺旋式壓縮機。該發動機係經組態成可因應預設 20額定工作電壓及頻率的操作而產生一預設輸出速度。該變 速驅動器係經組態成可提供一可變輪出電壓及可變輪出頻 率至該發動機。該可變輸出電壓及可變輸出頻率的範圍是 在一小於預設額定工作電壓及頻率的輪出電壓及輪出頻率 與一大於預設額定工作電壓及頻率的輸出電壓及輪出頻率 7 ,12^1307 之間。該螺旋式壓縮機係經組態成可因應該發動機之預設 輸出速度的驅動而提供一預設輸出容量。該發動機可因應 以一大於預設額定工作電壓及頻率的供給電壓及頻率的操 作而產生'^大於預設輸出速度的輸出速度’且該螺旋式壓 ^ 5 縮機係因應以大於發動機預設輸出速度的發動機輸出速度 的驅動而提供一大於預設輸出容量的輸出容量。 . 本發明優點之一是在於··以減少氣體洩漏及增加轉子 密封的方式增加轉子速度使螺旋式壓縮機的操作更有效 率〇 10 本發明另一優點是在於··可增加一感應發動機之效 能、速度、及馬力。 本發明另一優點是在於··在未滿載的情況下仍可增加 系統效能。 本發明另一優點是在於：可增加壓縮機的容量。 15 本發明另一優點是在於：發動機與壓縮機之一組態可 用各種輸入電壓及頻率。 、下敕佳具體實施例之詳細說明 ，結合用例子圖解 本毛月原理之附圖，可更加明白本發明的其他特性及優點。 圖式簡單說％ ^圖示思性圖解本發明之一般性系統組態。 弟圖$意性圖解用於本發明的變速驅動器之一具體 實施例。 第圖不意性圖解可用本發明的冷柬系統。 第4圖-立 °不意性圖解可用本發明的冷凍系統之另一具體 8 .1281307 實施例。 以上各圖中相同或類似元件儘可能以相同元件符號表 0 【實施方式】 5 較佳實施例之詳細說明 第1圖示思性圖解本發明之一般性系統組態。一交流電 源102供電給一變速驅動器（VSD)1〇4，其係供電給一驅動一 螺旋式壓縮機108的發動機1〇6。該交流電源1〇2係從現場的 父流電網或配電系統提供單相或多相（例如，三相）、固定電 10壓、及固定頻率的交流電至變速驅動器1〇4。該交流電源 102可根據對應的交流電網供給2〇〇v、230 V、380 V、460 V、或600 V的交流電壓或線壓，5〇沿或6〇 Hz的線頻，至 變速驅動器104較佳。 該變速驅動器1〇4係由交流電源1〇2得到一具有特定 15固定線壓及固定線頻的交流電且以想要電壓及想要頻率提 供交流電至該發動機1〇6,想要電壓及想要頻率兩者均可改 變以滿足特定的要求。較佳地，該變速驅動器1〇4可提供 交流電至發動機106，該交流電可能具有比發動機106額定 電壓及頻率高的電壓及頻率以及低的電壓及頻率。第2圖示 20 意性圖解變速驅動器104—具體實施例中之某些元件。該 變速驅動器104可有3個階段：轉換器階段202、直流鏈pc link)階段204、變頻器（inverter)階段206。該轉換器2〇2係將 出自交流電源102的固定線頻、固定線壓交流電轉換為直流 電。該直流鏈204過濾出自轉換器202的直流電且提供數個 9 1281307 能量儲存元件，例如電容及/或電感。最後，該變頻器2〇6 將出自直流鏈204的直流電轉換為發動機1〇6用之可變頻 率、可變電壓交流電。 轉換器202、直流鏈204、變頻器2〇6的特定組態對本發 5明不具關鍵性，只要變速驅動器1〇4可提供適當的輸出電 壓及頻率至發動機106即可。例如，該轉換器2〇2可為一耦 合至昇壓式DC/DC轉換為的二極體或整流二極體整流器 (thyristor rectifier)以提供一昇壓直流電壓至直流鏈2〇4藉 以付到大於麦速驅動為104輸入電壓的變速驅動器輸 10出電壓。在另一實施例中，該轉換器202可為一具有數個絕 緣閘極雙載子電晶體(IGBT)的脈波寬度已調變之昇壓型整 流器，以提供一昇壓直流電壓至直流鏈2〇4藉以得到大於變 速驅動器104輸入電壓的變速驅動器1〇4輸出電壓。在本 發明的較佳具體實施例中，該變速驅動器1〇4可提供至少 15兩倍於提供至變速驅動器1〇4的固定電壓及固定頻率的輸 出電壓及頻率。此外，應瞭解，變速驅動器1〇4可加入與 第2圖元件不同的元件，只要變速驅動器1〇4可提供發動機 106適當的輸出電壓及頻率即可。 變速驅動器104在發動機106啟動期間可防止大峰值 20電流(inrush CUI^nt)到達發動機1〇6。變速驅動器1〇4的變 頻器206可提供發動機106功率因數為丨。最後，變速驅動器 104能夠調整供給至發動機1〇6的輸出電壓及輸出頻率，以 致用各種國外及國内的電網即可操作該變速驅動器1〇4而 不必為了不同電源而更改發動機106或螺旋式壓縮機1〇8。 10 l28l3〇7 發動機106為一能以變速驅動的感應發動機較佳。 應發動機可具備任一適當的磁極排列，包含兩極、四核、 <六極。該感應發動機係用於驅動一螺旋式壓縮機1〇8。_ 螺旋式壓縮機1〇8有一可變輸出容量，其係取決於驅動螺旋 5式壓縮機108轉子的發動機106之輸出速度。換言之，發動 機106的輸出速度可控制螺旋式壓縮機108的輸出容量。％ 如’發動機的較低輸出速度導致壓縮機有較低的輪出容 量’而發動機的較高輸出速度導致壓縮機有較高的輪出容 量。在本發明一具體實施例中，本發明的系統及方法可用 10 於冷凍或冷凍機系統以增加該冷凍或冷凍機系統的容量。 第3圖係概括性圖解加入冷凍或冷凍機系統的本發明系統 之^一具體貫施例。 如第3圖所示，HVAC(空氣調節系統），冷凍或液體冷 凍機系統300係包含該螺旋式壓縮機1〇8、一冷凝器3〇4、一 15蒸發器306、以及一控制面板308。該控制面板308可包含各 種不同的元件，例如類比/數位(A/D)轉換器、微處理器、非 揮發性記憶體、與一界面板，藉以控制該冷凍系統3〇〇的操 作。該控制面板308也可用來控制變速驅動器1〇4、發動機 106、以及螺旋式壓縮機108的操作。習知冷凍系統3〇〇係包 20含許多其他未圖示於第3圖的特性。刻意省略此等特性以簡 化圖解說明。 螺旋式壓縮機108在一吸氣入口得到冷;東劑蒸氣且在 螺旋式壓縮機1〇8的嚙合轉子中壓縮該冷凍劑蒸氣。隨後， 該螺旋式壓縮機108排出壓縮蒸氣通過一排氣管線。如上 11 1281307 述，螺旋式壓縮機1〇8輸出容量係基於該螺旋式壓縮機108 的轉子速度，轉子速度則取決於被變速驅動器104驅動的 發動機106的輸出速度。被壓縮機108傳送至冷凝器304的冷 凍劑蒸氣開始與一流體(例如，空氣或水)有熱交換關係，且 5 由於與該流體有熱交換關係而經受相變成為一冷凍劑液 體。壓縮液態蒸氣冷凍劑從冷凝器304流過一膨脹裝置（未 圖示）至一蒸發器306。 蒸發器306中之液態蒸氣冷凍劑開始與第二流體（例 如，空氣或水)有熱交換關係，可降低第二流體的溫度。由 10 於與該第二流體有熱交換關係而蒸發器306中之冷凍劑液 體經受相變成為一冷;東劑液體。蒸發器306中之蒸氣冷;東劑 流出蒸發器306且由一吸氣管線(suction line)返回至螺旋式 壓縮機108而完成循環。應瞭解，如果冷凍劑在冷凝器304 與蒸發器306中可獲致適當的相變，冷凝器304與蒸發器306 15 的任何適當組態都可用於系統300。 本發明增加螺旋式壓縮機108的容量及效能，係藉由以 大於螺旋式壓縮機的額定速度的速度操作螺旋式壓縮機 108且螺旋式壓縮機108中不加上滑動閥。當以大於發動機 額定電壓及頻率的電壓及頻率在恆定磁通或恆定伏特/赫 2〇茲模態中操作時，螺旋式壓縮機108的最大工作速度係與發 動機106的最大工作速度有關。當螺旋式壓縮機108以大於 額定速度的速度操作時，該螺旋式壓縮機1〇8在轉子之間提 供較大的密封且減少氣體洩漏，從而增加壓縮機效能。此 外’螺旋式壓縮機中淘汰滑動閥以致通過排除氣體的可能 12 1281307 洩漏通道而進一步增加效能。 螺旋式壓縮機108連接至從變速驅動器1〇4供電的發動 機106致使除了可用較大的速度及容量以外，還可用較低的 速度及容量操作該螺旋式壓縮機108。由於變速驅動器1〇4 5可提供發動機106經降低的輸入頻率及電壓，可降低發動機 106的輸出速度，導致螺旋式壓縮機1〇8轉子速度降低且對 應地減少螺旋式壓縮機108的輸出容量。 此外，對於恆定的扭矩負載，例如螺旋式壓縮機，以 大於發動機的額定速度的速度在恆定磁通或恆定伏特/赫 10茲模態中操作發動機106可提供更有效率的發動機操作。在 驅動恆定扭矩負載時，當輸入至發動機1〇6的電壓及頻率增 加時，發動機106所汲取的電流保持相對不變。由於發動機 電流保持相對不變，所以發動機106的損耗保持相對不變。 因此，發動機106的輸出馬力增加，同時發動機1〇6所汲取 15的發動機電流及發動機1〇6的對應損耗大體保持不變，相較 於用額定電壓及頻率驅動的相同發動機106,可提供更大的 發動機效能。 用於增加發動機106馬力及效能且增加螺旋式壓縮機 108容量的本發明一具體實施例係包含連接該發動機1〇6至 20 一變速驅動器1〇4,其係能夠提供該發動機1〇6—大於發動 機額定電壓及頻率的輸入電壓及輸入頻率。在一實施例 中，發動機106可額定為對應的線壓及線頻且變速驅動器 104可提供一大於線壓及線頻的輸出電壓及輸出頻率至發 動機106。替換地，發動機1〇6可額定為對應的線頻及小於 13 1281307 對應線壓的電壓，而變速驅動器104可提供一大體等於線 壓的輸出電壓及一大於線頻的輸出頻率。在這兩種配置 中，發動機106都得到一大於發動機額定電壓及頻率的輸入 電壓及輸入頻率。 5 此外，由於變速驅動器104可提供一可變輸入電壓及 可變輸入頻率至發動機106,可根據系統的特定要求以各種 不同位準操作該發動機106及螺旋式壓縮機1〇8。較佳地， 一控制面板、微處理器、或控制器可提供控制訊號至變速 驅動器104以控制變速驅動器1〇4(以及發動機1〇6,可能 10的話）的操作藉以根據控制面板所收到的特定感測器讀數 而提供發動機106與螺旋式壓縮機1〇8用之最佳操作設定 值。例如，在第3圖的冷凍系統300中，該控制面板3〇8可調 整變速驅動器104的輸出電壓及頻率以因應冷凍系統3〇〇 狀態的變化，即，控制面板308可因應壓縮機108負載狀態 15的增減而增減變速驅動器104的輸出電壓及頻率藉此得到 發動機106的想要工作速度以及壓縮機1 〇8的想要輪出容 量。 第4圖係圖解加上本發明的冷;東系統之一特定具體實 施例。該冷凍系統400為一使用R-134a冷凍劑的液體冷;東機 20系統，可使冷凍液體循環至裝置中之不同位置。該冷;東系 統400係包含以下主要元件··兩個或更多用由一個或更多變 速驅動器406供電的對應發動機404驅動的螺旋式壓縮機 402 ; —冷凝器系統4〇8 ; 一蒸發器系統410 ;節能器 412(economizer);與一控制面板（未圖示）。冷凍系統4〇〇也 14 ,128,1307 件及特性。此等元件係刻意 ^4圖所圖不之冷_物係包含兩個壓縮機他可 “束劑壓縮於兩個並聯的冷料迴路。每_個冷;東劑迴 路的7L件純據對躺冷_轉在元件符⑸上“ H)每-螺旋式壓縮機4G2均為—有⑽體積比的習知迴轉螺 旋式壓縮機，其係將冷凍劑氣體吸入轉子螺紋，壓縮冷凍 劑氣體，並且通過排氣埠排出冷凍劑氣體。螺旋式壓縮機 402有公轉子及母轉子，係經加工密合使各個公轉子的凸 塊(lobe)與母轉子的凹槽⑴饥〇之間的間隙極小。在一具體 15實施例中，該等轉子為一5+7公轉子凸塊的組合。轉子直徑 ‘==區別。例如，第—冷_迴路的壓賴的元件㈣ 為402_卜在另—具體實施例中，每—冷㈣迴路可包含一 個以上並聯的壓縮機術。在另_具體實施例中，冷^统 400可包含額外幾個並聯於額外冷;東劑迴路的壓縮機術。 可為145.3毫米、136.4毫米、及124毫米，全都有約14的 L/D(長度/直徑比）。 在一具體實施例中，螺旋式壓縮機402之外殼為灰口鑄 鐵(gray cast iron)且等級為30用以改良洩漏抗性、改良加 20 工、增加消音效果、以及降低成本。螺旋式壓縮機402的吸 氣及排氣連接物件均軸向配置且可為300等級之ANSI連接 物件。螺旋式壓縮機402的軸承可為ABEC 1等級ISO型式之 滾動軸承。對於徑向負載，螺旋式壓縮機402可使用圓柱滾 子軸承(cylindrical roller bearing)。對於推擠或軸向負載， 15 ,1281307 螺旋式壓縮機402可使用角接觸軸承（angular contact bearing)。在一具體實施例中，螺旋式壓縮機402主體加入 一用於過濾冷凍劑的3微米完全過濾器（absolute filter)且可 從外面存取用以更換。最後，螺旋式壓縮機402可具備一外 5 置型合成消音器（external hybrid muffler)，其係由40號標準 管線構成且包含一用於調整200 Hz壓縮機的排氣唧取頻率 (discharge pumping frequency)的反應式區域與一包含帶有 Kevlar外殼(可吸收較高頻率之噪音）之玻璃纖維的被動式 區域。消音器可為長25英吋、直徑6英吋。在另一具體實施 10 例中，消音器可只有一反應式區域且長約18英吋。 每一螺旋式壓縮機402的機械式螺旋機制或轉子均用 由對應變速驅動器406供電的對應發動機404驅動。在一具 體實施例中，發動機404為一標準四極、138 VAC、60 Hz、 68.1馬力的感應發動機。使用一變速驅動器406，發動機404 15 可在最大電壓/頻率為VAC/200 Hz的線壓/線頻態模中操 作，該最大電壓/頻率為發動機404額定電壓及頻率的倍 數。該變速驅動器406係經設計成可供發動機4〇4可用昇麗 電壓及頻率在上述線壓/線頻態模中操作以提供大於額定 馬力的馬力。變速驅動器406可提供電壓至發動機4〇4，頻 2〇率範圍約為20至200 Hz。作用於發動機4〇4的負載大體為恆 定的扭矩螺旋式壓縮機負載。發動機404提供約169.3 kW(227馬力）至負載，效能約為93.5%。吸進壓縮機4〇2的氣 體可供冷卻發動機404。 在一替代性的具體實施例中，單一變速驅動器 16 Ί281307 (VSD)406可供電給多個發動機4〇4。供電給多個發動機4〇4 的單一變速驅動器406可用一個或兩個輸入交流至直流的 轉換器、一用於每一轉換器的對應直流鏈、以及多個用於 每一直流鏈的直流至交流的變頻器模組以提供用於每一對 5應壓縮機發動機4〇4的專用輸出模組。對於一些有2個或3 個的壓縮機、只有一個轉換器及直流鏈的冷凍系統4〇〇的具 體實施例可使用該單一變速驅動器406，而有4個壓縮機的 冷凍系統400組態在單一變速驅動器4〇6中可使用兩個轉 換器以及兩個直流鏈。變速驅動器4〇6可提供電壓至發動 10機404，頻率範圍約在20至200 Hz之間。如上述，可藉由保 持直流鏈電壓於約621 VDC以對應至交流電源或線壓而從 變速驅動器406得到發動機404的昇壓電壓。在常態分布電 壓不為480 VAC的情形時，變速驅動器406可加上一自動變 壓器（autotransformer)以調整輸入電壓為480 VAC用以進一 15 步用變速驅動器406昇壓。 一分離式冷卻系統係用於冷卻變速驅動器406。丙二 醇·水混合液之鹽水迴路(brine loop)可較佳地冷卻變速驅動 器406。儘管丙二醇-水混合液較佳，應瞭解，任何適當的 鹽水或冷卻液體(例如乙二醇乙醚-水混合液）可用於變速驅 20 動器的冷卻系統迴路。可用周遭空氣冷卻從變速驅動器冷 卻系統出來的溫鹽水。冷凝器系統408中可配置一些管子或 線圈用於冷卻變速驅動器。 在以線壓/線頻方式操作的感應發動機_變速驅動器的 前一後的組合中，以高於主要頻率操作該螺旋式壓縮機 17 ,1231307 402能產生較高的整體效能。有此較高效能係因以額定發動 機標示電壓及頻率操作發動機404且以大於額定速度操作 無滑動閥的螺旋式壓縮機402。淘汰滑動閥可減少洩漏且改 良可靠性。以較高速度操作增加壓縮機4〇2的密封能力且能 ’ 5 改良壓縮機效能。 可用變速驅動器406裝載/卸載壓縮機402以改變發動 . 機404的速度，從而改變壓縮機402的速度，以及壓縮機4〇2 的負載。裝載及卸載壓縮機402在壓縮機402的最小及最大 速度點之間為無限可變。壓縮機402的最小負載點係對應至 10以約20Hz提供對應輸入電壓至發動機4〇4的變速驅動器 406 〇 如上述，變速驅動器406改變發動機4〇4(以及壓縮機 402)的速度可因應從控制面板收到的控制訊號而得到壓縮 機402的想要容量。該控制面板使用一模糊邏輯控制常式 15 (fuzzy logic control routine)以判定變速驅動器4〇6的適當 工作速度以及嚙合壓縮機402的適當數目，藉以得到用於特 疋糸統f月况的隶佳糸統操作。隨後，該控制面板送出適當 控制訊號至變速驅動器406以調整變速驅動器輸出。該模 糊邏輯控制#式收到作為輸入的離開冷卻液體溫度 20 (leaving chilled liquid temperature，LCHLT)誤差，此係於蒸 發器410處測量的LCHLT與預設設定點的差額，以&lchlt 誤差率，此係LCHLT誤差在取樣期間的變化率。此外，該 控制面板也可使用另-控制算式判定何時應裝载及卸載壓 縮機402，該控制算式係監視作為輸入值的壓縮機4〇2的排 18 •1281307 氣壓力（discharge pressure)、發動機電流、壓縮機402的吸氣 壓力（suction pressure)、以及發動機溫度。 冷凍系統400的冷凝器系統408為一空氣冷卻的冷凝 器，其係用周遭空氣冷卻出自壓縮機的熱冷凍劑氣體藉以 5 去過熱(desuperheat)、冷凝、及過冷(subcool)離開冷凝器系 統408的冷凍劑。冷凝器系統408包含多個分開的銅管 (copper tubing)線圈用於每一冷凍劑迴路，該銅管係外面平 滑且内面強化過，銅管四周則帶有銘_片。換言之，冷凝 器系統408中每一冷凍劑迴路自有一組線圈。可將該等線圈 10 構造成“V”或“W”形的組態。多個風扇基於從控制面板收到 的控制指令移動空氣通過該等線圈以因應特定的系統情況 而調節速度及風扇數。該冷凝器風扇組合件可為用6極、2 馬力發動機驅動之900毫米、3片式Crowley風扇。替換地， 該冷凝器風扇組合件可為用6極、1.5馬力發動機驅動的3〇 15英11寸、Revcor向前吹風金屬葉輪（forwani-swept metal impeller)。該冷凝器系統408也用來冷卻系統400中之油液。 冷凝器系統408有些銅管專門用於冷卻油液且由分開的油 路(oil circuit)接收油液。且將冷卻於冷凝器系統4〇8的油液 送回壓縮機402。 20 在一替代性的具體實施例中，冷凍系統400的冷凝器系 統408可為一水冷式冷凝器，取代空冷式冷凝器。如上述， 流入每一冷凍劑迴路冷凝器線圈的冷凍劑蒸氣，通過連接 至冷卻塔的管線，開始與水有熱交換關係。冷凝器系統4〇8 中之冷凍劑蒸氣因與水有熱交換關係而經受相變成為冷;東 19 •1281307 劑液體。 冷凍系統400的蒸發器系統410有多個用於每一冷凍劑 迴路的分離式線圈或管線。冷凍劑係通過每一迴路的管線 而循環且四周有用於冷卻負載的待冷卻液體。蒸發器系統 5 410有數個接收被冷卻負載加溫的液體且提供冷卻液體至 冷卻負載的管線連接物件。但第二液體，水較佳，可為任 何其他適當的第二液體，例如乙烯、氣化鈣鹽水、或氯化 鈉鹽水，係經由返回管線流入蒸發器系統410且經由供給管 線流出蒸發器系統410。在蒸發器系統410分離式冷凍劑迴 10 路的線圈中之液體冷凍劑開始與第二液體有熱交換關係而 冷卻第二液體溫度。蒸發器系統410線圈中之冷凍劑液體係 因與第二液體有熱交換關係而經受相變成為冷凍劑蒸氣。 蒸發器系統410線圈中之蒸氣冷凍劑流出蒸發器系統410且 由吸氣管線返回至冷凍劑迴路的對應壓縮機402以完成該 15 循環。 替換地，蒸發器系統410可為一滿溢式（flooded)蒸發 器。滿溢式蒸發器為一殼管式熱交換機，殼面上有冷凍劑 且管内流動待冷卻之液體。冷;東劑迴路可藉由使用蒸發器 殼中之隔板及擋板在蒸發器系統410中保持分開。該蒸發器 20 系統410可包含一熱交換機線圈較佳，其係有連接至冷卻負 載之一供給管線與一返回管線。在蒸發器410内熱交換機線 圈可包含多束管束(tube bundle)。 對於R-134a冷凍劑，冷凍系統400的管線通常需要較大 尺寸，以較高流動率唧取冷凍劑藉以實現用R-22冷凍劑的 20 J281307 相同容量。冷凍系統400加上一節能器412於每一冷凍劑迴 路内用以增加系統容量及效能。在壓縮機4〇2處於一特定壓 力時，該節能器412係由一連接至一埠的冷凝槽（flashtank) 饋入，且提供額外容量/效能增益。此外，藉由通過改變轉 5子速度卸載壓縮機402，即使是在卸載操作期間，該節能器 412仍有效，因為節能器埠決不會暴露於壓縮機4〇2的吸氣 壓力（這會降低效此）’因此應提供額外的效能及容量至極小 負載（在合理範圍内）。對於極小負載，可使用電磁閥 (solenoid valve)關閉節能器的饋入以降低發動機的負載。此 10外，會用冷凝槽分開因部份膨脹壓力而源自液體的氣體。 氣體會由冷凝槽頂端饋入節能器412。該冷凝槽為一簡單的 直式槽，帶有出於冷凝器408的伸縮饋入閥以提供部份膨脹 的液體-氣體之液體混合液。液體通過第二伸縮流出閥由冷 凝槽流至蒸發器410。 15 儘管以上係參考較佳具體實施例說明本發明，熟諳此 藝者應瞭解，可對本發明做成各種改變及取代元件之等價 物，而不脫離本發明之範疇。此外，可對本發明的教導内 容做成許多修改以適應特殊情況或材料而不脫離本發明主 要範彆。因此，希望本發明不受限於以實施本發明的最佳 杈式揭不之特定具體實施例，而是希望本發明涵蓋落入本 I明申請專利範圍範缚内的所有具體實施例。 【圖式簡單說^明】 第1圖示意性圖解本發明之一般性系統組態。 第2圖不意性圖解用於本發明的變速驅動器之一具體 21 ,1281307 實施例。 第3圖示意性圖解可用本發明的冷凍系統。 第4圖示意性圖解可用本發明的冷凍系統之另一具體 實施例。 22 J281307 【主要元件符號說明】 102…交流電源 104…變速驅動器(VSD) 106…發動機 108···螺旋式壓縮機 202…轉換器 204…直流鏈 206…變頻器 300…冷;東系統 304···冷凝器 306…蒸發器 308···控制面板 400…冷；東系統 402···螺旋式壓縮機 404"·發動機 406…變速驅動器 408…冷凝器系統 410…蒸發器系統 412···節能器 23

Claims (1)

1. "[2813〇1941〇579〇號專利申請案申請專利範圍修正本 95.11.08 十、申請專利範圍： 1. 一種增加螺旋式壓縮機之輸出容量的方法，該方法係包 含以下步驟： 5 提供一發動機，其係具有一預設額定工作電壓及頻 率，其中該發動機之預設額定工作電壓及頻率產生該發 動機之一預設輸出速度； 提供一變速驅動器，其係能夠供給一大於該發動機 之預設額定工作電壓及頻率的電壓及頻率至該發動機； 10 連接一螺旋式壓縮機至該發動機，該螺旋式壓縮機 係因應以該發動機預設輸出速度的操作而有一預設輸 出容量； 操作該變速驅動器以供給一大於該發動機之預設 額定工作電壓及頻率的電壓及頻率至該發動機，該發動 15 機由於供給至該發動機的電壓及頻率大於該發動機之 預設額定工作電壓及頻率而產生一大於該發動機預設 輸出速度的輸出速度；且 以大於該發動機預設輸出速度的發動機產生輸出 速度驅動該螺旋式壓縮機藉以從該螺旋式壓縮機得到 20 一大於螺旋式壓縮機之預設輸出容量的輸出容量。 2. 如申請專利範圍第1項之方法更包含一步驟：在一恆定 磁通操作模態中操作該發動機。 3. 如申請專利範圍第1項之方法更包含一步驟：把該變速 驅動器之輸出電壓昇壓成該變速驅動器之輸入電壓的 24 •1281307 至少兩倍。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該發動機之預設額 定工作電壓大體等於至該變速驅動器的輸入電壓。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該發動機之預設額 5 定工作電壓小於一輸入至該變速驅動器的電壓。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含一步驟：從該螺 旋式壓縮機淘汰一用於容量控制的滑動閥。 7. —種壓縮系統，其係包含： 一發動機，其係具有一預設額定工作電壓及頻率， 10 該發動機係經組態成可因應以該預設額定工作電壓及 頻率的操作而產生一預設輸出速度； 一變速驅動器，其係連接至該發動機以供電給該發 動機，該變速驅動器係經組態成可供給一可變輸出電壓 及可變輸出頻率至該發動機，該可變輸出電壓及可變輸 15 出頻率的範圍是在一小於該預設額定工作電壓及頻率 的輸出電壓及輸出頻率與一大於該預設額定工作電壓 及頻率的輸出電壓及輸出頻率之間； 一螺旋式壓縮機，其係連接至該發動機，該螺旋式 壓縮機係經組態成可因應以該發動機預設輸出速度的 20 驅動而提供一預設輸出容量；且 其中該發動機係因應以一大於該預設額定工作電 壓及頻率的供給電壓及頻率的操作而產生一大於該預 設輸出速度的輸出速度，且該螺旋式壓縮機因應以一大 於該發動機預設輸出速度的發動機輸出速度的驅動而 25 128.1307 提供一大於該預設輸出容量的輸出容量。 8.如申請專利範圍第7項之壓縮系統，其中該變速驅動器 係經組態成可提供一大於一輸入至該變速驅動器的電 壓之輸出電壓至該發動機。 5 9.如申請專利範圍第8項之壓縮系統，其中該變速驅動器 係經組態成可提供一至少兩倍於該輸入至變速驅動器 的電壓之輸出電壓至該發動機。 10.如申請專利範圍第9項之壓縮系統，其中該發動機之預 設額定工作電壓大體等於該至變速驅動器的輸入電壓。 10 11.如申請專利範圍第7項之壓縮系統，其中該發動機之預 設額定工作電壓小於一至該變速驅動器的輸入電壓。 12.如申請專利範圍第7項之壓縮系統，其中該變速驅動器 供給一輸出電壓及輸出頻率至該發動機使得該發動機 可在一悝定磁通的操作模態中操作。 15 13.如申請專利範圍第7項之壓縮系統，其中該螺旋式壓縮 機係因應以一大於該發動機預設輸出速度的發動機輸 出速度的驅動而增加轉子的密封。 14. 如申請專利範圍第7項之壓縮系統，其中該螺旋式壓縮 係經組態成可省略一滑動閥以減少該螺旋式壓縮機的 20 氣體洩漏。 15. —種冷;東機系統，其係包含： 一第一冷凍劑迴路，該第一冷凍劑迴路包含一第一 壓縮機，一第一冷凝器配置與一第一蒸發器配置，該等 係經連接成在一封閉冷凍劑迴路中； 26 1284307 一第二冷凍劑迴路，該第二冷凍劑迴路包含一第二 壓縮機，一第二冷凝器配置與一第二蒸發器配置，該等 係經連接成在一封閉冷凍劑迴路中； 一第一發動機，其係連接至該第一壓縮機以驅動該 5 第一壓縮機，該第一發動機具有一預設額定工作電壓及 頻率，該第一發動機係經組態成可因應提供至該第一發 動機的第一發動機預設額定工作電壓及頻率而以一預 設速度驅動該第一壓縮機，且該第一壓縮機因應以該預 設速度的驅動而具有一預設容量； 10 一第二發動機，其係連接至該第二壓縮機以驅動該 第二壓縮機，該第二發動機具有一預設額定工作電壓及 頻率，該第二發動機係經組態成可因應提供至該第二發 動機的第二發動機預設額定工作電壓及頻率而以一預 設速度驅動該第二壓縮機，且該第二壓縮機因應以該預 15 設速度的驅動而具有一預設容量； 至少一變速驅動器，係連接至該第一發動機與該第 二發動機以供電給該第一發動機與該第二發動機；該至 少一變速驅動器係經組態成可供給一可變輸出電壓及 可變輸出頻率至該第一發動機與該第二發動機，該可變 20 輸出電壓及可變輸出頻率的範圍是在一小於該第一發 動機及第二發動機的預設額定工作電壓的輸出電壓及 輸出頻率與一大於該第一發動機及第二發動機的預設 額定工作電壓及頻率的輸出電壓及輸出頻率之間； 其中該第一發動機以一大於該預設速度的速度驅 27 J281307 動該第一壓縮機，其係因應一大於該第一發動機的預設 額定工作電壓及頻率、由該至少一變速驅動器供給的輸 出電壓及輸出頻率；該第一壓縮機提供一大於該預設輸 出容量的輸出容量，其係因應以一大於該預設輸出速度 5 的輸出速度驅動該第一發動機；且 其中該第二發動機以一大於該預設速度的速度驅 動該第二壓縮機，其係因應一大於該第二發動機的預設 額定工作電壓及頻率的從該至少一變速驅動器供給的 輸出電壓及輸出頻率；該第二壓縮機提供一大於該預設 10 輸出容量的輸出容量，其係因應以一大於該預設輸出速 度的輸出速度驅動該第二發動機。 16. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該第一壓縮 機與該第二壓縮機均為螺旋式壓縮機。 17. 如申請專利範圍第16項之冷凍機系統，其中該第一螺旋 15 式壓縮機與該第二螺旋式壓縮機各因應以一大於該預 設速度的速度的驅動而增加轉子密封。 18. 如申請專利範圍第16項之冷凍機系統，其中該第一螺旋 式壓縮機與該第二螺旋式壓縮機係經組態成可省略一 滑動閥以減少該第一螺旋式壓縮機與該第二螺旋式壓 20 縮機的氣體洩漏。 19. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該至少一變 速驅動器係包含： 一第一變速驅動器，其係連接至該第一發動機以供 電給該第一發動機；且 28 1284307 一第二變速驅動器，其係連接至該第二發動機以供 電給該第二發動機。 20. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該至少一變 速驅動器包含一單一變速驅動器，其係具有一連接至該 5 第一發動機的第一變頻器段與一連接至該第二發動機 的第二變頻器段。 21. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該第一發動 機與該第二發動機的預設額定工作電壓及頻率為138 VAC及 60 Hz。 10 22.如申請專利範圍第21項之冷凍機系統，其中該至少一變 速驅動器係經組態成可供給一460 VAC的輸出電壓與一 200 Hz的輸出頻率至該第一發動機與該第二發動機。 23. 如申請專利範圍第21項之冷凍機系統，其中由該至少一 變速驅動器供給的可變輸出頻率的範圍是在約20 Hz至 15 約200 Hz之間。 24. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該第一壓縮 機與該第二壓縮機各包含一消音器系統。 25. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該第一冷凝 器配置與該第二冷凝器配置各包含一組合式冷凝器系 20 統的一部份。 26. 如申請專利範圍第25項之冷凍機系統，其中該組合式冷 凝器系統係空氣冷卻。 27. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該第一蒸發 器配置與該第二蒸發器配置各包含一組合式蒸發器系 29 •1284307 統。 28. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，更包含一變速驅 動器冷卻系統以冷卻該至少一變速驅動器。 29. 如申請專利範圍第28項之冷凍機系統，其中該變速驅動 5 器冷卻系統包含乙二醇與水混合液之一鹽水迴路。 30. 如申請專利範圍第28項之冷凍機系統，其中該變速驅動 器冷卻系統包含丙乙醇與水混合液之一鹽水迴路。 31. 如申請專利範圍第30項之冷凍機系統，其中該變速驅動 器冷卻系統中之第一冷凝器配置、該第二冷凝器配置、 10 以及鹽水迴路各包含一組合式冷凝器系統之一部份。 32. 如申請專利範圍第31項之冷凍機系統，其中該組合式冷 凝器系統係空氣冷卻。 33. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中： 該第一冷凍劑迴路包含一第一節能器；且 15 該第二冷凍劑迴路包含一第二節能器。 34. 如申請專利範圍第32項之冷凍機系統，其中該第一節能 器與該第二節能器各包含一冷凝槽。 35. 如申請專利範圍第15項之冷凍機系統，其中該第一冷凍 劑迴路與該第二冷凍劑迴路各循環R-134a冷凍劑。 30 ,I28J307 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 102…交流電源 ' 104…變速驅動器(VSD) ， 106…發動機 108…螺旋式壓縮機 八、本案若有化學式時，請揭示最能顢示發明特徵的化學式： 4