專利名稱:具有多個電源及基于時間的選擇邏輯的hvac/r系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及具有多個電源及基于時間的選擇邏輯的HVAC/R系統(tǒng)。
背景技術:
供暖、通風、空調(diào)和制冷(HVAC/R)系統(tǒng),諸如在住宅和商業(yè)建筑中使用的那些,一般由從AC市電電源(諸如AC電網(wǎng)電源)接收的交流(AC)電力供電。在一些地區(qū),AC電網(wǎng)電源的成本基于負荷而晝夜變化。通常,較高的電力成本出現(xiàn)在需求最高的時段。在一年中最炎熱的季節(jié),電力需求通常在下午和傍晚當較多HVAC/R系統(tǒng)正在使用時最高。在一年中最寒冷的季節(jié),供暖需求在早晨和傍晚最高。因此,電力需求和成本在一天中不同時段和一年中不同時段會變化。
發(fā)明內(nèi)容
一種供暖、通風、空調(diào)以及制冷(HVAC/R)系統(tǒng),可以被配置成從多個可用的電源中汲取電力,從而最小化運行HVAC/R系統(tǒng)的總成本。電源可包括AC電網(wǎng)電源、光伏電源、 便攜式機電發(fā)電機、直流(DC)源,如電池,以及其他源。當主電源,如AC電網(wǎng)電源較為昂貴時,或當AC電力容量不足或不可用的時候,替換電源,例如包括一個或多個電池的直流電源,可為HVAC/R系統(tǒng)的繼續(xù)運行提供足夠的電力。此外,所述系統(tǒng)還具有電源控制器,所述電源控制器具有基于可用性和時間數(shù)據(jù)選擇電源的集成邏輯。在一個實施例中,一種HVAC/R系統(tǒng)包括交流電源;被配置成為HVAC/R系統(tǒng)提供電力的直流電源;一個或多個三相發(fā)動機;一個或多個單相發(fā)動機;電連接于交流電源和直流電源、并被配置成為三相發(fā)動機提供三相電力、為單相發(fā)動機提供單相電力的變頻驅動器(VFD);以及與交流電源和直流電源通信的控制器,所述控制器進一步包括24小時制時鐘,并被配置成監(jiān)測交流電源容量、直流電源容量,并減少在所選時鐘時間期間提供的AC 電力。在另外的實施例中,一種空調(diào)系統(tǒng)包括冷凝器;一個或多個蒸發(fā)器;交流電源; 被配置成選擇性地為所述空調(diào)系統(tǒng)提供電力的直流電源;電連接于直流電源、并被配置成為變速冷凝器發(fā)動機提供電力的VFD ;被配置成控制到該一個或多個蒸發(fā)器的致冷劑流量的脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥;以及與交流電源和直流電源通信的控制器,其中所述控制器還包括24小時制時鐘,并被配置成監(jiān)測交流電源容量、直流電源的充電狀態(tài),并減少在所選時鐘時間期間提供的AC電力。在進一步的實施例中,一種在空調(diào)系統(tǒng)中冷卻空氣的方法包括提供電力系統(tǒng),該電力系統(tǒng)在不存在AC電源時和/或在被選擇的時段期間和/或在交流電源上的峰值負荷期間,從AC電源切換到備用電池電源;當空調(diào)系統(tǒng)正用備用電池電源時,電子控制冷凝器發(fā)動機的速度,以提高空氣冷卻效率;以及利用脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)控制致冷劑的流量。在另外的實施例中,一種用于為HVAC/R系統(tǒng)供電的系統(tǒng),包括直流電力總線;多個電源;變頻驅動器;用于存儲直流電力的裝置,所述裝置電連接于直流電力總線;用于控制變頻驅動器的裝置,所述裝置電連接于直流電力總線;用于從所述多個電源中進行選擇并為所述變頻驅動器提供電力的裝置,所述裝置電連接于直流電力總線;以及用于產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)的裝置,所述裝置電連接到所述用于從所述多個電源中進行選擇并為所述變頻驅動器提供電力的裝置。在另外的實施例中,一種控制HVAC/R電力供給系統(tǒng)的方法,包括接收指示交流電源的容量的數(shù)據(jù);接收指示直流電源的容量的數(shù)據(jù);接收指示HVAC/R系統(tǒng)的電力負荷的數(shù)據(jù);接收時間數(shù)據(jù);從多個電源中選擇可用的電源,該選擇是基于所選電源相比于其它可用電源的相對成本的;以及指示VFD控制器從所選電源汲取電力。
圖I是示出具有可再充電DC電源備份的HVAC/R電力供給系統(tǒng)的實施例的示意性框圖;圖2是示出集成整流器的實施例的示意圖;圖3是示出電源升壓單元的實施例的示意圖;圖4是包含脈沖控制閥的HVAC/R系統(tǒng)的各元件的示意圖;圖5是示出具有可再充電DC電源的HVAC/R電力供給系統(tǒng)的實施例的示意性框圖,所述HVAC/R電力供給系統(tǒng)利用光伏電源和具有基于時間的邏輯的電源控制器;以及圖6是示出對于具有基于時間的邏輯的控制器(例如電源控制器)的示例性邏輯的流程圖。
具體實施例方式一個實施例涉及用于控制外殼內(nèi)的溫度的供暖、通風、空調(diào)以及制冷(HVAC/R)系統(tǒng),所述外殼例如是住宅、商業(yè)建筑或偏遠設施。在這個實施例中,所述HVAC/R系統(tǒng)在正常狀況下由來自于電力電網(wǎng)的交流(AC)電源供電,而且還連接到一個或多個替代電源,如光伏電源和直流(DC)電源,如電池。所述HVAC/R系統(tǒng)使用一個或多個三相發(fā)動機和一個或多個單相發(fā)動機來運行,從而最有效地提供供暖和制冷。為提高效率,提供了一個或多個變頻驅動器(VFD),所述變頻驅動器被配置成為三相發(fā)動機提供三相電力以及為單相發(fā)動機提供單相電力。在一個實施例中,所述交流電首先被轉換成直流電以便為VFD供電。三相發(fā)動機,例如HVAC/R系統(tǒng)中的壓縮機發(fā)動機,如果運行它們的電力特性可控,則可以被更有效得多地并以較少的磨損操作。例如,在一個實施例中,當啟動三相電動機時,驅動電力的頻率可被調(diào)整以避免瞬態(tài)電流尖峰和對發(fā)動機的不必要的磨損。多個VFD 能夠接收DC電力并輸出調(diào)整的(例如,頻率受控的)AC電力到多個電動機。通過改變至電動機的電力的頻率,VFD可更有效地控制該電動機的速度。這里描述的系統(tǒng)可利用HVAC/R 系統(tǒng)中的VFD,以通過提供對HVAC/R系統(tǒng)部件的速度和輸出的控制來提高該系統(tǒng)的效率。 例如,如果受控溫度的環(huán)境需要稍微冷卻,則更有效的是,在降低的速度下運行HVAC/R系統(tǒng)部件(例如壓縮機發(fā)動機)來滿足實際需求,而不是在全速下運行它。能夠調(diào)整諸如上面提到的那些的HVAC/R部件的速度也防止了系統(tǒng)的不必要的循環(huán)并在整體上允許更精細地控制環(huán)境。
由于不同HVAC/R系統(tǒng)部件及它們單獨的電力需求的多樣性,經(jīng)常在HVAC/R系統(tǒng)中提供多于一個的VFD更有利。進一步地,可提供VFD控制器來總體控制多個VFD以最大化HVAC/R系統(tǒng)性能和效率。傳統(tǒng)的交流電源,例如,AC電網(wǎng)電源,在一天和一年內(nèi)的不同時段,具有每一電力單位(例如,每千瓦-時)可變的成本。此外,AC電網(wǎng)電源可能根據(jù)電力供給需要的地點, 天氣和其它變量而可能是不可靠的。光伏電源通過利用半導體將太陽輻射轉化為DC電力從而產(chǎn)生電力,半導體展示出光伏效應,即在暴露于太陽輻射下的材料中產(chǎn)生電壓(或相應的電流)。光伏電源通常構造為包括多個含有光伏材料的單元的面板。目前用于光伏電源的材料的例子包括單晶硅,多晶硅,非晶硅,碲化鎘,銅銦硒化物/硫化物。光伏電源通常包括幾個部件,諸如含有許多獨立光伏電池的面板,將產(chǎn)生的DC電流轉化為AC電流的逆變器,連接到面板來存儲過多產(chǎn)生的電力的電池,控制電荷去往任何連接的電池的電荷控制器,和監(jiān)測光伏電源的輸出的傳感器。因此,一個實施例是包含電源控制器的HVAC/R電力供給系統(tǒng),所述電源控制器可基于例如可用性、每個可用電源的每電力單位的即時成本以及一天中的時間,從多個電源中進行選擇。電源控制器,可以是獨立的,或者被嵌入另一 HVAC/R部件中,例如VFD控制器, 當多個電源可用時,所述電源控制器可以通過精確控制用于HVAC/R部件的供電電源,來提高整個系統(tǒng)效率。該實施例還包括時鐘,該時鐘可提供一天中的時間和一年中的時間數(shù)據(jù)。 此外,無論交流電源的狀況如何,該實施例還可以為HVAC/R系統(tǒng)部件提供不間斷的電力。 這樣的實施例可包含光伏電源和直流電源,例如,直流電池,兩者可以以節(jié)省成本的方式被單獨地或組合地選擇以便為HVAC/R系統(tǒng)供電??商鎿Q地,例如,當交流電源容量不足以滿足HVAC/R系統(tǒng)負荷時,光伏電源和直流電源可以單獨地或組合地用于補充HVAC/R可用的電力。圖I是示出具有DC電源145的HVAC/R電力供給系統(tǒng)100的實施例以及HVAC/R 系統(tǒng)的部件的示意性框圖。AC電源105由例如AC電網(wǎng)電源提供AC電力。AC電源105電連接到整流器125。整流器是將周期性改變方向的AC電力轉化為電流沿僅一個方向流動的DC電力的電氣設備。整流器可由固體二極管,真空二極管,汞弧閥以及其它本領域熟知的部件制造。在一些實施例中,整流器125包括能將來自例如AC電源105的AC輸入電壓改變成交變輸出電壓的組合式變壓器。后面將結合圖2更詳細描述具有組合式變壓器的整流器實施例。在優(yōu)選的實施例中,濾波器120(或平滑電路)電連接到整流器的輸出,以便從整流后的AC電源105得到平穩(wěn)的DC電流。有很多現(xiàn)存的平滑DC電流的方法,包括,例如將存儲電容器或平滑電容器電連接到整流器125的DC輸出。濾波器120也和DC電力總線115電連接來向其它HVAC/R電力供給系統(tǒng)100部件提供濾波后的DC電力。DC電力總線115電連接到HVAC/R電源系統(tǒng)100的部件,以便為那些部件提供電力。DC電力總線115可包括一個或多個導體,例如導線或電纜,其能夠傳導以及傳送電力和其它電信號。DC電力總線115可以是具有物理連接體的多根導線交織,使得總線可連接到部件并擴大到滿足HVAC/R電力供給系統(tǒng)100的電力需求。DC電力總線的某些實施例可包括處于不同電壓的子總線,例如高壓DC子總線和低壓DC子總線。通過這種方式,單個DC 電力總線可根據(jù)連接到DC電力總線115的不同部件的需要來提供在不同電壓電平的DC電力。在該實施例中,DC電力總線115電連接到DC電源145以便其可以被再充電。DC電源 145可以是,例如,一個電池或相互電連接的多個電池。如果使用多個電池,它們可以串聯(lián)或并聯(lián)連接產(chǎn)生與單個電池單元的電壓不同的合成電壓。如圖I中所示,為了限制流向DC電源145的充電電流的量,可在電力總線115和DC電源145間設置電流限制電路或電池充電控制器130。充電控制器130根據(jù)DC電源145的規(guī)范限制對DC電源145充電的電流,使得在充電時DC電源145不被損壞。另外,電池充電控制器130可調(diào)整DC電源145以便更長地持續(xù)工作。DC電源145可包括一個或多個電池,例如汽車電池。一般地,這種電池具有相對低的電壓,例如12伏或24伏。雖然可將電池串接來增高電壓,但優(yōu)選具有更少電池或更低電壓的DC電源220。相應地,DC電源145可連接到電源升壓單元190。升壓電壓可利用DC 到AC逆變器,通過DC到DC轉換來獲得。DC到AC逆變器是將DC電力轉換為AC電力的電氣設備。如本領域中眾所周知的,通過使用合適的變壓器,開關和控制電路,所得到的AC電流可處于任何電壓和頻率。逆變器通常用于從諸如太陽能電池板或電池那樣的DC源提供 AC電力。在圖I中,DC電源145是低壓電源,例如12伏的汽車電池。DC電源145電連接到包括DC到AC逆變器140的電源升壓單元190。逆變器140將從DC電源145的低壓電流轉換到更高電壓輸出的AC電流。電源升壓單元190還包括整流器135。逆變器140電連接到整流器135,其將高壓AC電流轉換回DC電流,但處于比初始的DC電源145電壓高的電壓。例如,利用電源升壓單元190將來自DC電源145的12伏電流轉換為300伏DC電流。 下面參考圖3進一步描述電源升壓單元的實施例。電源升壓單元190也連接到DC電力總線115來為HVAC/R系統(tǒng)部件提供高壓DC電力。同樣的過程也可用于為DC電源145的電壓降壓,其中,例如,DC電源是高電壓源并且需要低壓DC。降低電壓的過程是一樣的,除了將DC電流逆變?yōu)锳C的步驟將降低而不是升高被供給電流的電壓以外。AC電力也可利用變壓器被選擇性地升壓或降壓,變壓器是通過感應耦合的導體將電能從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路的裝置。第一或初級導體中變化的電流在變壓器的芯中產(chǎn)生變化的磁通量,并且因此產(chǎn)生通過次級導體的變化的磁場。該變化的磁場在次級導體中感應出電壓。如果負荷連接到次級導體,則電流將在次級導體中流動并且電能將從初級電路通過變壓器傳輸?shù)截摵?。通過適當選擇每個導體的匝數(shù)比,變壓器可以選擇性地升高或降低AC電壓。DC電力總線115也電連接到變頻驅動器(VFD)控制器150。VFD控制器150電連接到多個VFD 155a和155b,并且VFD控制器包括向該多個VFD提供電力和控制信號的電子器件,以便例如接通或關斷它們或在工作期間調(diào)整它們的驅動頻率。VFD控制器150可從傳感器(未不出)接收信號,例如溫度傳感器,并可包括用于控制VFD 155a和155b的其它編程邏輯。VFD控制器150還可以從產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)的裝置接收信號,例如,所述裝置為時鐘裝置(未示出),或可以具有集成軟件或硬件,或其組合,從而產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)。在其它實施例中,VFD控制器150可包括安裝在遠程位置中的固定控制面板(未示出),并且用于手動控制多個VFD。VFD控制器150還可監(jiān)視電力總線210上的電流負荷,并改變VFD (155a和 155b)的電流汲取來避免任何危險的過流狀況。在替代實施例中,VFD控制器150可能需要 AC電力,因此它可電連接到與DC電力總線115電連接的逆變器(未示出)。在另一個實施例中,VFD可提供AC電力給需要AC工作電力的控制器(未示出)。在進一步的實施例中,VFD控制器可直接從AC電源105接收AC電力。VFD控制器150可包括微處理器或包含軟件和硬件的計算系統(tǒng),其被構造為完成前述操作。每個VFD控制AC電動機,例如壓縮機發(fā)動機165和鼓風機185的轉速。如本領域中眾所周知的,VFD通過控制被供給到發(fā)動機的電力的頻率來控制發(fā)動機的速度。VFD有時可代替地稱為可調(diào)頻率驅動器(AFD),變速驅動器(VSD),AC驅動器,微驅動器或逆變驅動器。由于電壓隨頻率變化,這些有時被稱為變壓變頻(VVVF)驅動器。在圖I所示的實施例中,多個VFD (155a和155b)電連接到HVAC/R系統(tǒng)的分離的部件。由于HVAC/R系統(tǒng)的不同的元件,例如壓縮機發(fā)動機165和鼓風機185可能具有不同的運行要求,例如最優(yōu)速度和電流汲取,提供多個VFD以分別處理那些電需求是方便的;然而,多個VFD不是必需的。進一步地,多個VFD是優(yōu)選的,因為它們能根據(jù)HVAC/R系統(tǒng)需要來改變不同發(fā)動機元件的速度。 例如,當HVAC/R系統(tǒng)在制冷模式時,其中制冷需求最小,多個VFD可以降低鼓風機185的速度并減小壓縮機發(fā)動機165的速度來適應降低了的制冷需求。這不僅有利地降低了整體電力消耗,還減少了對HVAC/R系統(tǒng)部件的不必要的磨損。VFD,例如VFD 155a,也可電連接到相位改變模塊170,該相位改變模塊電連接到另一個HVAC/R元件,例如冷凝器風扇175。在該實施例中,冷凝器風扇175具有單相發(fā)動機,它和VFD 155a的多相輸出不兼容,VFD 155a 的多相輸出是同一電路上的壓縮機發(fā)動機165所必需的。然而,由于壓縮機發(fā)動機165與冷凝器風扇175—般是同時工作的,通過VFD 155a給二者提供電流是方便的。相位改變模塊170將多相VFD輸出電流轉變成單相電流來有效地操作冷凝器風扇175。在一些實施例中,相位改變模塊170可包括多個串聯(lián)電容器和與該多個串聯(lián)電容器并聯(lián)的至少一個電容器。在其它實施例中,多個VFD電連接到DC電力總線115并且分別被,例如本地控制面板控制,而不需要VFD控制器150。圖2是示出集成整流器200的實施例的示意圖。整流器200包括組合式變壓器 220,整流電路225和濾波器230。在該實施例中,整流器200能接收230伏AC信號和110 伏AC信號,并被構造為產(chǎn)生30伏DC輸出信號。低電壓DC信號可用來對DC電源(未示出)充電。相應地,在一些實施例中,整流器例如整流器200可直接地電連接到DC電源, 例如電池,使得低電壓DC輸出能對DC電源充電。變壓器220在輸入側包括3個抽頭205、 210和215。為產(chǎn)生110伏AC信號,頂端的兩個抽頭,205和210,電連接到變壓器220??商鎿Q地,為產(chǎn)生230伏AC信號,最外端的兩個抽頭,205和215,電連接到變壓器220。變壓器220降低輸入電壓來產(chǎn)生更低的輸出電壓用于整流電路225。在該實施例中,整流電路 225是四個二極管的橋式整流器。其它整流器結構也可被使用。濾波器230然后平滑來自整流電路225的DC輸出信號。如圖2所示,濾波器230是單個電容器。在其它實施例中, 可以使用本領域公知的替換濾波器。圖3是示出電源升壓單元的實施例的示意圖,所述電源升壓單元例如是圖I中的電源升壓單元190。電源升壓單元300包括兩個12伏DC到120伏AC逆變器310和311, 整流器315和316,以及濾波器320。電源升壓單元300從DC電源305,例如電池或串聯(lián)的電池接收24伏DC電力信號,并輸出300伏DC電力。每個逆變器310和311均被構造為接收12伏DC輸入并輸出120伏AC信號。整流器315和316均整流相應的AC信號,產(chǎn)生約 150伏的DC輸出。整流器315和316串聯(lián)連接,并因此共同產(chǎn)生約300伏的組合DC信號。 在圖3所示的實施例中,整流器315和316均是和電容器并聯(lián)的四個二極管的橋式整流器。其它整流器結構也可被使用。另外,濾波器320跨接整流器輸出。濾波器320構造為改善 DC輸出信號的質量。如圖3所示,濾波器320是單個電容器。在其它實施例中,可以使用替換濾波器,這是本領域中公知的。圖4是包括脈沖控制閥410的HVAC/R系統(tǒng)400的元件的示意圖。致冷劑通過制冷管路420在系統(tǒng)中循環(huán)。壓縮機發(fā)動機165壓縮在制冷管路420中循環(huán)的致冷劑并且然后將其傳輸?shù)嚼淠?05,在此壓縮的致冷劑被冷卻和液化。冷凝器風扇175通過強迫空氣在附著到冷凝器405的冷卻翼(未示出)上方來幫助冷卻壓縮的致冷劑。壓縮機發(fā)動機 165電連接到VFD 155a,其為壓縮機發(fā)動機提供三相AC電力。VFD 155a還電連接到相位改變模塊170,相位改變模塊將三相AC電力轉換成單相AC電力用于冷凝器風扇175??偲饋碚f,壓縮機發(fā)動機165,冷凝器405,冷凝器風扇175和相位改變模塊170構成圖I中的冷凝器單元160。在致冷劑在冷凝器單元405中被冷卻和凝結之后,其被傳送到脈沖控制閥 410。脈沖控制閥410控制致冷劑從冷凝器405流向蒸發(fā)器415。傳統(tǒng)的蒸發(fā)器被設計成在完全致冷劑流動下工作,并且在較低流量、和波動流量時效率低。然而,VFD供電的壓縮機發(fā)動機165根據(jù)系統(tǒng)冷卻需要調(diào)整驅動頻率時可能導致到冷凝器和蒸發(fā)器的可變致冷劑流量。為了獲得最佳系統(tǒng)性能,脈沖控制閥410不論VFD 155a的動作如何都用于產(chǎn)生最佳的致冷劑流量。這種致冷劑控制在由可變的壓縮機速度產(chǎn)生的較低致冷劑流量下尤其重要。脈沖控制閥410可以是諸如美國專利No. 5,675,982和No. 6,843,064中描述的機械閥,或者是美國專利No. 5,718,125中描述的電氣操作閥,這里通過引用整體并入這些專利的描述。蒸發(fā)器415蒸發(fā)壓縮的致冷劑,由此從其周圍的空氣抽取熱量。蒸發(fā)器415可另外具有金屬翼(未示出)以增加其熱交換效率。圖5是示出具有可再充電DC電源的HVAC/R電力供給系統(tǒng)500的實施例的示意性框圖,其利用光伏電源505、具有基于時間的邏輯的電源控制器520以及時鐘530。圖5是圖I的系統(tǒng)增加了光伏電源505、另外的傳感器510和515、另外的控制器520以及時鐘530 的系統(tǒng)。光伏電源505是將太陽福射如環(huán)境光轉換為電能的電氣設備。典型地,光伏電力發(fā)電機是包括當暴露在太陽輻射下時產(chǎn)生電壓的光伏電池的一個或多個面板。光伏電源可以是便攜式的(例如附著在拖車上)或可以永久安裝在地面上或永久固定在護罩或外殼上。光伏電源輸出DC電力;然而,在一些實施例中,光伏電源可連接到將DC輸出轉換為AC 的逆變器,或可以具有整體式逆變器。連接到逆變器的光伏電源可以在多種電壓和瓦特數(shù)下輸出單相或多相AC電力。光伏電源可具有基于系統(tǒng)尺寸(例如面板的個數(shù))和環(huán)境狀況(例如直接光對間接光)變化的電力輸出(通常以瓦數(shù)評定)。光伏電源的實施例在本領域中是眾所周知的。光伏電源505電連接到DC電力總線115。在替換實施例中,光伏電源505可包括整體式逆變器并代替地連接到整流器125。在其它實施例中,其中例如光伏電源505具有非常有限的容量,光伏電源505可直接連接到充電控制器130且僅用于為DC電源145提供充電電流。AC容量傳感器510電連接到AC電源105。AC容量傳感器既可以是主動感測類型的,其通過感測在連接點可用的瞬時功率來工作;也可以是被動類型的,由此對應于電力輸出容量的信號被發(fā)送到AC容量傳感器。另外,如本領域中公知的其它感測方法也可被使用。美國專利No. 7,227,749中描述了有用的開關和傳感部件以及電路,通過引用將該專利并入此處。AC容量傳感器510還電連接到電源控制器520,其將在下面被更詳細地描述。DC容量傳感器515電連接到DC電源145和光伏電源505。DC容量傳感器既可以是主動感測類型的,其通過感測DC電源145的瞬時容量以及光伏電源505的瞬時輸出來工作;也可以是被動類型的,由此DC電源145和光伏電源505均將對應于其電力輸出容量的信號發(fā)送到DC容量傳感器515。對于DC電源,例如電池,電源容量一般基于電源的瞬時電壓。例如,當電池端子兩端的測量電壓降低時,計算的DC電源容量也降低。然而,如本領域中公知的其它感測方法也可被使用。另外,DC容量傳感器515還電連接到電源控制器520, 其將在下面被更詳細地描述。電源控制器520電連接到DC電力總線115,所述DC電力總線115將其電連接到多個電源,如光伏電源505及交流電源105。電源控制器520還電連接到一個或多個電力容量傳感器,如AC容量傳感器510及DC容量傳感器515。在這個實施例中,電源控制器520還電連接到時鐘530和VFD控制器150。所述電源控制器520從連接到其的傳感器,如AC容量傳感器510和DC容量傳感器515,接收電力輸出容量數(shù)據(jù);從VFD控制器150接收電力負荷數(shù)據(jù);以及從時鐘530接收時間數(shù)據(jù)。時鐘530可以是軟件或硬件或兩者的組合,其被配置成輸出時間數(shù)據(jù)。在一些實施例中,時鐘530輸出對應于一天中的時間而不涉及一年中的時間的時間數(shù)據(jù)。在其他實施例中,時鐘530輸出一天和一年中的時間數(shù)據(jù)兩者(如,日歷日期)。所述時鐘可以是單獨的硬件,如被設計為以固定間隔輸出時鐘數(shù)據(jù)的邏輯電路,或是被設計成實現(xiàn)上述的軟件。盡管在該實施例中時鐘530被示為與電力供給單元525的其他部件分離,但是其可以容易地并入電力供給單元525的其他元件的硬件和軟件中,如電源控制器520和VFD控制器150。時鐘以及以固定間隔產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)的方法的實施例在本領域內(nèi)是眾所周知的。電源控制器520接收容量、負荷、和時間數(shù)據(jù),并基于編程邏輯計算電源分配。在簡單的實施例中,在設計的夜間時段期間,當光伏電源505不可用時,電源控制器520可能指示VFD控制器150從AC電源105進行汲取,并在設計的白天時段期間,當光伏電源505可用時,指示VFD控制器150從光伏電源505進行汲取。因為夜間和白天時段在一年中是變化的,時鐘530的實施例還可另外提供年時間數(shù)據(jù)以相應地改變白天和夜間時段。例如,電源控制器520可接收對應于時間(如,早上11:21)和日期(2011年I月18日)的數(shù)據(jù),其指示此時是白天時段,并且電源控制器520應該嘗試從光伏電源505汲取電力。電源控制器520還從VFD控制器150接收負荷數(shù)據(jù),并指示VFD控制器150選擇性地從一個或多個可用電源汲取電力,以使系統(tǒng)效率最優(yōu)化。例如,如果光伏電源505可用,且其輸出足以滿足HVAC/R部件的瞬時需求,則僅從所述電源汲取電力將是最有效和經(jīng)濟的。然而,如果負荷超出了光伏電源505的輸出容量,則電源控制器520利用AC電源105或DC電源220來補充電力,以便不使光伏電源505過載。應注意,在其他實施例中,其他電源可以是可用的。所述電源控制器520可以利用在一年及一天中的特定時間段內(nèi)每個電源的每電力單位的成本來被編程,例如,在夏天“高峰”時段內(nèi)AC電網(wǎng)電源的每千瓦-時的成本。相應地,在一年及一天中的不同時段內(nèi),所述電源控制器520可以改變對可用電源的選擇以避免使用較為昂貴的電源。例如,在白天峰值時段,AC電源,如AC電網(wǎng)電源,可能與光伏電源或DC電源或者甚至如便攜式AC發(fā)電機的替換AC電源相比,明顯更為昂貴。應注意,盡管存儲的DC電力從其本身汲取不需要成本,但是它仍需要成本來進行充電,這將是成本比較邏輯中所用的。也就是說,如果在夜間為DC電源145充電并且在第二天使用該容量,其花費每千瓦-時O. 01美元,則每傳遞的千瓦-時的O. 01美元的花費將被用于成本比較邏輯。此外,更為復雜的成本建模可以考慮在固定間隔內(nèi)設備(如用于DC電源145的電池, 或用于光伏電源的面板)的成本,以給出更為適當?shù)谋容^。此外,盡管光伏電源可安裝在本地,但是從光伏電源所產(chǎn)生的電力可從設備供應商租用,使得所消耗的電力具有真實成本, 盡管電力的產(chǎn)生是“免費的”。相應地,在峰值時間段內(nèi),所述電源控制器520選擇從光伏電源505和DC電源145等替換的可用電源汲取電力,以便使每一傳遞的電力單位的成本最小化。所述電源控制器還可以被編程以避免在一天中的特定時間段從DC電源145進行汲取,或者僅在一天中的特定時間段選擇性地為DC電源145充電。例如,由于在夜間時段內(nèi)光伏電源505的不可用性,所述電源控制器520可以被編程以避免在傍晚時段從DC電源 145汲取電力,從而為夜間時段存儲容量,即使所述DC電源是相對“較為便宜的”電源。在其他實施例中,所述充電控制器130可以與時鐘530電連接,并被編程以便在一天中的特定時間段(如,夜間時段)僅對DC電源145充電。正如通過這些實例可以看出的, 增加基于時間的邏輯來選擇電源,可大大改進整個系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。在其他實施例中,所述電源控制器520可并入VFD控制器150中。在這種實施例中,所述VFD控制器150能夠從AC容量傳感器510、DC容量傳感器505以及時鐘530接收數(shù)據(jù),使得它可以根據(jù)HVAC/R系統(tǒng)和其他邏輯(如,基于時間的邏輯)所需的負荷來調(diào)節(jié)從每個電源所汲取的電力。電源控制器520可包括微處理器或包含軟件和硬件的計算系統(tǒng),其被構造為完成前述操作。美國專利No. 7,630,856中描述了控制器特征和功能的例子,通過引用在此并入該專利的相關部分。圖6是示出用于控制器,例如圖5中的電源控制器520的示例性邏輯的流程圖,其利用基于時間的邏輯。在圖6所示的實施例中,所述電源控制器被編程以持續(xù)地使HVAC/R 系統(tǒng)所使用的每電力單位的成本最小化。這種策略并非是所要求的,但可以是優(yōu)選的,其中期望最小化成本。在狀態(tài)605,所述電源控制器從AC容量傳感器,如圖5所示的傳感器510,接收容量數(shù)據(jù)。接下來,在狀態(tài)610,所述電源控制器從DC容量傳感器,如圖5所示的傳感器515, 接收容量數(shù)據(jù)。然后,在狀態(tài)615,所述電源控制器從VFD控制器,如圖5所示的控制器150, 接收負荷數(shù)據(jù)。最后,在狀態(tài)620,所述電源控制器從時鐘,如圖5所示的時鐘530,接收時間數(shù)據(jù)。在決定狀態(tài)625,所述電源控制器通過例如基于每個電源的容量確定哪個電源可用并且然后將針對每個可用電源的每電力單位的成本進行比較來確定最便宜的可用電源。 在確定最便宜的可用電源后,所述電源控制器在狀態(tài)630指示所述VFD從所選的電源汲取電力。隨后,所述電源控制器循環(huán)回到在狀態(tài)605的數(shù)據(jù)收集模式。盡管上面的詳細描述已經(jīng)示出、描述并指出了應用于多種實施例的新穎特征,但是應理解,在不脫離本發(fā)明的精神的情況下,本領域技術人員可對示出的設備和過程的形式和細節(jié)進行各種省略、替代和改變。如將認識到的,本發(fā)明可在不提供這里所列的所有特征和益處的形式內(nèi)來具體實施,因為一些特征可以與其它特征分開地使用或實施。
權利要求
1.一種供暖、通風、空調(diào)以及制冷(HVAC/R)系統(tǒng),包括交流(AC)電源;直流電源,其被配置成為HVAC/R系統(tǒng)提供電力;一個或多個三相發(fā)動機;一個或多個單相發(fā)動機;變頻驅動器(VFD),其電連接到所述交流電源和直流電源,并被配置成為三相發(fā)動機提供三相電力以及為單相發(fā)動機提供單相電力;以及與所述交流電源和直流電源通信的控制器,其中所述控制器進一步包括24小時制時鐘,并被配置用于監(jiān)測交流電源容量、直流電源容量,以及減少在所選時鐘時間期間提供的 AC電力。
2.如權利要求I所述的HVAC/R系統(tǒng),所述一個或多個三相發(fā)動機中的每一個驅動壓縮機。
3.如權利要求2所述的HVAC/R系統(tǒng),進一步包括鏈接到VFD的電子控制器,其被配置用于控制vro。
4.如權利要求2所述的HVAC/R系統(tǒng),進一步包括至少一個冷凝器、至少一個蒸發(fā)器、引導致冷劑從壓縮機到該至少一個冷凝器和從該至少一個冷凝器到該至少一個蒸發(fā)器的管道、以及連接到所述管道的脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥,該閥用于控制到該一個或多個蒸發(fā)器的致冷劑流量。
5.如權利要求4所述的HVAC/R系統(tǒng),所述脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥是機械閥。
6.如權利要求4所述的HVAC/R系統(tǒng),所述脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥是電子閥。
7.如權利要求I所述的HVAC/R系統(tǒng),所述單相發(fā)動機驅動冷凝器風扇。
8.如權利要求I所述的HVAC/R系統(tǒng),進一步包括相位改變模塊,所述相位改變模塊連接在所述VFD和所述一個或多個單相發(fā)動機之間,該相位改變模塊包括多個串聯(lián)電容器和與該多個串聯(lián)電容器并聯(lián)的至少一個電容器。
9.如權利要求I所述的HVAC/R系統(tǒng),進一步包括相位改變模塊,其被配置為調(diào)節(jié)三相電力輸出以輸入到單相發(fā)動機。
10.如權利要求9所述的HVAC/R系統(tǒng),所述相位改變模塊包括多個串聯(lián)的電容器。
11.一種空調(diào)系統(tǒng),包括冷凝器;一個或多個蒸發(fā)器;交流(AC)電源;直流電源,其被配置成選擇性地為所述空調(diào)系統(tǒng)提供電力;變頻驅動器(VFD),其電連接到所述直流電源,并被配置成為變速冷凝器發(fā)動機提供電力;脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥,其被配置用于控制到該一個或多個蒸發(fā)器的致冷劑流量;以及與所述交流電源和直流電源通信的控制器,其中所述控制器進一步包括24小時制時鐘,并被配置用于監(jiān)測交流電源容量、直流電源的充電狀態(tài),以及減少在所選時鐘時間期間提供的AC電力。
12.如權利要求11所述的空調(diào)系統(tǒng),所述脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥是機械閥。
13.如權利要求11所述的空調(diào)系統(tǒng),所述脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥是電子閥。
14.如權利要求11所述的空調(diào)系統(tǒng),所述變頻驅動器被配置成還為單相發(fā)動機提供單相電力。
15.如權利要求14所述的空調(diào)系統(tǒng),所述單相發(fā)動機包括冷凝器風扇發(fā)動機。
16.如權利要求11所述的空調(diào)系統(tǒng),進一步包括鏈接到VFD的電子控制器,用于控制所述 VFD。
17.如權利要求16所述的空調(diào)系統(tǒng),所述電子控制器還鏈接到所述脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥,用于控制所述空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的致冷劑流量。
18.—種在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)冷卻空氣的方法,包括提供電力系統(tǒng),該電力系統(tǒng)在不存在交流(AC)電源時和/或在被選擇的時段期間和/ 或在交流電源上的峰值負荷期間,從AC電源切換到備用電池電源;當空調(diào)系統(tǒng)正用備用電池電源時,電子控制冷凝器發(fā)動機的速度,以提高空氣冷卻效率;以及利用脈沖狀態(tài)工作的致冷劑流量控制閥在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)控制致冷劑的流量。
19.如權利要求18所述的方法,其中所述致冷劑的流量被控制在預定的流量范圍內(nèi)。
20.如權利要求18所述的方法,其中電子控制冷凝器發(fā)動機的速度包括為所述冷凝器發(fā)動機提供三相電力。
21.—種用于為HVAC/R系統(tǒng)供電的系統(tǒng),包括直流(DC)電力總線;多個電源;變頻驅動器;用于存儲DC電力的裝置,所述裝置電連接于DC電力總線;用于控制變頻驅動器的裝置,所述裝置電連接于DC電力總線;用于從所述多個電源中進行選擇并為所述變頻驅動器提供電力的裝置,所述裝置電連接于DC電力總線;以及用于產(chǎn)生時間數(shù)據(jù)的裝置,所述裝置電連接到所述用于從所述多個電源中進行選擇并為所述變頻驅動器提供電力的裝置。
22.如權利要求21所述的系統(tǒng),所述用于存儲DC電力的裝置是一個或多個電池。
23.如權利要求21所述的系統(tǒng),所述用于控制變頻驅動器的裝置是電路,所述電路被配置用于接收直流輸入并輸出交流,其中所輸出的交流的頻率是可變的。
24.如權利要求21所述的系統(tǒng),還包括用于控制所述用于存儲DC電力的裝置的充電的>j-U ρ α裝直。
25.如權利要求24所述的系統(tǒng),所述用于控制充電的裝置是電路,所述電路被配置成響應于所述用于存儲DC電力的裝置的充電容量來改變充電電流。
26.如權利要求21所述的系統(tǒng),所述用于從所述多個電源中進行選擇的裝置是電路, 所述電路被配置成從所述多個電源中的一個或多個汲取電力并引導該電力到變頻驅動器。
27.如權利要求21所述的系統(tǒng),還包括用于感測DC電源的DC容量的裝置。
28.如權利要求21所述的系統(tǒng),所述多個電源中的至少一個為交流電源。
29.如權利要求28所述的系統(tǒng),還包括用于感測所述交流電源的交流(AC)容量的裝置。
30.一種用于控制HVAC/R電力供給系統(tǒng)的方法,所述方法包括接收指示交流(AC)電源的容量的數(shù)據(jù);接收指示直流(DC)電源的容量的數(shù)據(jù);接收指示HVAC/R系統(tǒng)的電負荷的數(shù)據(jù);接收時間數(shù)據(jù);從多個電源中選擇可用的電源,該選擇是基于所選電源相比于其它可用電源的相對成本的;以及指示VFD控制器從所選電源汲取電力。
31.如權利要求30所述的方法,其中所述多個電源中的至少一個是光伏電源。
32.如權利要求30所述的方法,其中所述多個電源中至少一個是DC電池。
33.如權利要求30所述的方法,其中所述多個電源中至少一個是AC電網(wǎng)電源。
34.如權利要求30所述的方法,其中所述時間數(shù)據(jù)包括一天中的時間和日歷日期。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有多個電源及基于時間的選擇邏輯的HVAC/R系統(tǒng)。一種供暖、通風、空調(diào)以及制冷系統(tǒng)包括一個或多個變頻驅動器(VFD),所述變頻驅動器由一個或多個變頻驅動控制器控制,所述變頻驅動器被配置成為一個或多個三相發(fā)動機提供三相電力以及為一個或多個單相發(fā)動機提供單相電力。所述系統(tǒng)還包括電源控制器,所述電源控制器被配置成基于一個或多個電源的可用性及時間從多個電源中進行選擇,以使運行系統(tǒng)的經(jīng)濟效率最大化。
文檔編號F24F1/00GK102607106SQ20121005681
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月21日 優(yōu)先權日2011年1月24日
發(fā)明者K·哈利利, P·薩爾基相, U·羅肯費勒, W·哈海 申請人:羅基研究公司