專利名稱：用于低速操作的變速壓縮機(jī)馬達(dá)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于變速壓縮機(jī)馬達(dá)的控制器，其中壓縮機(jī)可以 在極低速度下長時間操作，同時始終保持充分潤滑。
背景技術(shù)：
致冷劑系統(tǒng)用于許多應(yīng)用中以便調(diào)節(jié)環(huán)境。特別是，空氣調(diào)節(jié)器 和熱泵用來冷卻和/或加熱進(jìn)入環(huán)境的空氣。環(huán)境的冷卻或加熱負(fù)載會 隨著環(huán)境情況、居住程度、敏感和潛在負(fù)載要求的情況變化而變化， 并且溫度和/或濕度設(shè)定點(diǎn)通過環(huán)境的居住者調(diào)節(jié)。
在改善致冷劑系統(tǒng)效率中廣泛應(yīng)用的特征是用于壓縮機(jī)馬達(dá)的變 速驅(qū)動器的使用。通常，壓縮機(jī)不需要在全速下操作，例如在致冷劑 系統(tǒng)的冷卻負(fù)載相對低時。在這種情況下，會希望減小壓縮機(jī)速度， 并且因此減小致冷劑系統(tǒng)的總體能量消耗。變速驅(qū)動器的應(yīng)用是增加 系統(tǒng)性能并且減小設(shè)備在操作環(huán)境以及特別是局部負(fù)載的情況的可能 應(yīng)用的寬范圍上的壽命周期成本的最為有效的技術(shù)之一。
但是，所需的可靠性問題為所需壓縮機(jī)速度減小設(shè)置了下限。特 別是，壓縮機(jī)元件的不充分潤滑在低操作速度下造成問題。這種情況 經(jīng)常出現(xiàn)，這是由于壓縮機(jī)油的遞送依賴于安裝在壓縮機(jī)內(nèi)的泵的操 作，其中油泵輸送壓頭受到操作速度的強(qiáng)烈影響。如果壓縮機(jī)操作速 度減小到一定程度之下，油泵不能產(chǎn)生將油輸送到在壓縮機(jī)內(nèi)需要潤 滑的部件的所需壓頭。這造成這些部件的不充分潤滑以及隨后的壓縮 機(jī)損壞。最為受到影響的內(nèi)部部件是遠(yuǎn)離泵入口定位的部件。因此，
壓縮機(jī)通常設(shè)定確保壓縮機(jī)充分潤滑所需的最低速度(通常是45Hz )。 甚至特別設(shè)計(jì)用于變速操作并且結(jié)合油增加潤滑的特殊結(jié)構(gòu)(例如特 殊油泵)的壓縮機(jī)通常不能在30Hz以下操作。但是，由適當(dāng)潤滑需求 所形成的最小速度極限也會需要減小到30Hz以下，以便在局部負(fù)載下 實(shí)現(xiàn)有效操作。即，由于最小速度的限制，通過變速驅(qū)動器可以提供 的許多能效被大部分消除。因此，需要提供一種壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)在 比當(dāng)前結(jié)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的速度低的平均速度下操作。 發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的所披露實(shí)施例中，壓縮機(jī)設(shè)置變速驅(qū)動器。在檢測到 低負(fù)載時，壓縮機(jī)運(yùn)動到低速，以便在該環(huán)境中保持足夠的條件，而 不轉(zhuǎn)換到操作的啟動-停止模式。實(shí)際上，由于可靠性問題，壓縮機(jī)可 運(yùn)動到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通常被推薦為最低速度的速度。壓縮機(jī)可以在此低速 下操作一定時間周期。壓縮機(jī)速度周期地增加到確保壓縮機(jī)元件充分 潤滑的程度。通過在較高速度下周期地驅(qū)動壓縮機(jī)，本發(fā)明確保潤滑 劑的總體充分供應(yīng)被提供到壓縮機(jī)元件上。本發(fā)明依賴于留在部件內(nèi) 的殘留油，這些部件需要在壓縮機(jī)以低速操作時潤滑。短促高速將油 遞送到需要潤滑的部件上。通過使得壓縮機(jī)在低速下操作，并且在高 速下操作短時間周期，本發(fā)明的平均壓縮機(jī)操作速度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn) 有技術(shù)形成的最小速度。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，脈沖寬度調(diào)制技 術(shù)用來改變壓縮機(jī)的馬達(dá)速度。
雖然，出于說明目的，本發(fā)明相對于結(jié)合有渦旋壓縮機(jī)的致冷劑 系統(tǒng)進(jìn)行描述，本發(fā)明可適用于變速油潤滑壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)的油遞 送機(jī)構(gòu)取決于壓縮機(jī)操作速度。本發(fā)明的這些和其它特征可以從以下 說明書和附圖中更好理解，隨后是附圖的簡單描述。


圖l是結(jié)合本發(fā)明的致冷劑系統(tǒng)的示意圖2是本發(fā)明的簡明流程圖3是表示按照本發(fā)明的平均速度的圖表；
圖4表示致冷劑系統(tǒng)的另一示意圖。
具體實(shí)施例方式
致冷劑系統(tǒng)19表示在圖1中，該系統(tǒng)具有結(jié)合有非軌道運(yùn)動渦旋 (scroll )構(gòu)件22和軌道運(yùn)動渦旋構(gòu)件24的渦旋壓縮機(jī)21。如公知 那樣，軸26通過電馬達(dá)28驅(qū)動，以便造成軌道運(yùn)動渦旋構(gòu)件24進(jìn)行 軌道運(yùn)動。如上所示，變速驅(qū)動器30被示意地連接，以便驅(qū)動電馬達(dá) 28。油泵32和軸26內(nèi)的油通道34如公知那樣將油供應(yīng)到壓縮機(jī)21 內(nèi)的多種運(yùn)動元件上。
如公知那樣，冷凝器36定位在壓縮機(jī)21的下游，膨脹裝置38定 位在冷凝器36的下游，并且蒸發(fā)器40定位在膨脹裝置38的下游。同 樣如公知那樣，壓縮機(jī)21通過電馬達(dá)28驅(qū)動，以便壓縮致冷劑蒸氣， 并且將其驅(qū)動通過致冷劑系統(tǒng)19。來自于油泵32的油遞送到壓縮機(jī)元
件，以便提供例如曲軸箱軸承100、軌道運(yùn)動渦旋軸承102、固定渦旋 22以及軌道運(yùn)動渦旋24的壓縮機(jī)部件的適當(dāng)潤滑，同時一定量的油和 致冷劑一起離開壓縮機(jī)21，并且循環(huán)通過致冷劑系統(tǒng)19。具有渦旋壓 縮機(jī)的大多數(shù)典型的油遞送系統(tǒng)之一同樣表示在圖1中，其中來自于 油泵32的油通過油拾取管110拾取，并且如上所述沿著油通道34遞 送到多種壓縮機(jī)部件。某些油可以經(jīng)由抽吸口 120通過進(jìn)入壓縮機(jī)的 致冷劑遞送。但是，大多數(shù)油的遞送通過如上所述從油泵遞送油來實(shí) 現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，在變速驅(qū)動器用于致冷劑系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者受到壓 縮機(jī)21的軸26的最小操作速度(軸的操作速度非常接近操作頻率) 的限制。如果速度長時間降低到一定程度，不足量的油經(jīng)由油通道遞 送到需要潤滑的壓縮機(jī)部件。因此，對于低冷卻負(fù)載的情況，其中少 量的壓縮致冷劑需要循環(huán)通過系統(tǒng)，例如45Hz的最小速度通常是將循 環(huán)致冷劑數(shù)量減小到所需數(shù)量并同時確保充分潤滑的限制因素。
圖l表示可以結(jié)合在致冷劑系統(tǒng)19內(nèi)的附加特征。作為實(shí)例，包 括節(jié)約器回路，并且具有節(jié)約器熱交換器18。主要液體管線13具有從
主要液體管線分出并且經(jīng)過節(jié)約器膨脹裝置115的抽頭管線11。抽頭 管線11和主要液體管線13都穿過節(jié)約器熱交換器18。實(shí)際上，并且 在應(yīng)用中，抽頭管線內(nèi)的致冷劑流通常相對于主要液體管線13內(nèi)的流 動在逆流方向上經(jīng)過節(jié)約器熱交換器。但是，為了簡化附圖中的說明， 它們表示在相同方向上。如公知那樣，節(jié)約器回路使得主要液體管線 內(nèi)的致冷劑過冷，并且因此增加致冷劑系統(tǒng)19的性能(能力和/或效 率)。節(jié)約器注射管線20表示成延伸回到壓縮機(jī)21，并且經(jīng)由例如通 道23的通道將中間壓力致冷劑注射到壓縮機(jī)腔室內(nèi)。節(jié)約器回路的功 能和結(jié)構(gòu)是公知的，但是它包括創(chuàng)新的馬達(dá)控制器30，以提供一種具 有更大靈活性的致冷劑系統(tǒng)，從而增強(qiáng)致冷劑系統(tǒng)19的操作。卸栽器 管線17包括卸載器閥200。卸載器閥200有選擇地開啟，以便將部分 壓縮的致冷劑從壓縮腔室經(jīng)由通道23返回到壓縮機(jī)21的抽吸口 120。 卸載器功能為致冷劑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供性能調(diào)節(jié)和優(yōu)化的額外自由 度。
基本上，在需要較大能力時，通過卸載器閥關(guān)閉而利用節(jié)約器功 能。作為選擇，如果需要較低能力，節(jié)約器膨脹裝置115 (或者分開的 關(guān)斷裝置)關(guān)閉，而卸載器閥200開啟。以此方式，遞送到冷凝器36
的壓縮致冷劑的數(shù)量減小。同樣，如果希望提供致冷劑系統(tǒng)19的另一 中間階段的能力，通過開啟節(jié)約器膨脹裝置115和卸載器閥200兩者， 將節(jié)約器功能與卸載器功能相結(jié)合。
這些系統(tǒng)構(gòu)造與下面描述的變速馬達(dá)控制器相結(jié)合為致冷劑系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)者提供更大的自由度和靈活性。
應(yīng)該理解到馬達(dá)控制器30包括從致冷劑系統(tǒng)的多個位置接收輸入 并且確定何時需要壓縮機(jī)馬達(dá)的較低速度的程序。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解到與其它可變參數(shù)相比何時較低速 度是需要和優(yōu)選的。
如圖2所示，致冷劑系統(tǒng)19的控制器確定致冷劑系統(tǒng)19的負(fù)載 要求，并且如果負(fù)載要求低，速度降低到適當(dāng)程度。在減小壓縮機(jī)速 度模式中，如果采用非常低的速度(例如45Hz以下)，那么速度周期 地增加(例如到45Hz以上的程度)，以確保充分的潤滑提供給壓縮機(jī) 元件。
例如圖3所示，脈沖寬度調(diào)制技術(shù)可用來將壓縮機(jī)速度從2 0Hz以 下的程度周期地增加到50Hz的程度。如圖3的實(shí)施例所示，這可以造 成低達(dá)25Hz的平均速度，同時始終確保壓縮機(jī)元件的充分潤滑。當(dāng)然， 特定頻率和調(diào)制時間間隔只是實(shí)例，并且取決于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)定。本 發(fā)明的主要目的在于在致冷劑系統(tǒng)19和壓縮機(jī)21需要低負(fù)載時使得 壓縮機(jī)在顯著減小的速度下操作。壓縮機(jī)速度可以減小到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于確 保適當(dāng)潤滑劑循環(huán)所需的速度，并且接著壓縮機(jī)速度周期地增加。
可以理解到，平均速度可以如下計(jì)算
平均速度-低速x (低速時間的。/。)+高速x (低速時間的％)
在實(shí)例中，與高速相比，較長時間地采用低速。在所披露的實(shí)例 中，20Hz的速度持續(xù)20秒，而50Hz的速度只持續(xù)5秒。換言之，較
低速度可以持續(xù)較高速度的兩倍長的時間。另外，實(shí)現(xiàn)充分潤滑。再 者，所需調(diào)制間隔和最大和最小壓縮機(jī)速度可隨著壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、所需 平均操作速度以及系統(tǒng)操作條件而變化。
同樣可以從圖3理解到，會具有與例如不同操作條件相關(guān)的多個 高速等級(高1、高2)和多個低速等級(低1、低2)。再者，結(jié)合 到控制器30內(nèi)的程序會設(shè)置這些變量。再者，可以根據(jù)系統(tǒng)考量來選 擇多種速度。圖4表示在致冷劑系統(tǒng)中具有各自包括壓縮機(jī)21、冷凝器36、膨 脹裝置38和蒸發(fā)器40的多重獨(dú)立致冷劑回路的另一示意圖。壓縮機(jī) 21的馬達(dá)設(shè)置變速驅(qū)動器30。雖然這兩個回路以簡化方式表示，應(yīng)該 理解到例如節(jié)約器和卸載器功能的多種附加元件可以結(jié)合到系統(tǒng)內(nèi)。 明顯的是致冷劑系統(tǒng)可結(jié)合兩個以上的獨(dú)立回路，并且不必須是每個 壓縮機(jī)設(shè)置變速驅(qū)動器。
應(yīng)該理解到雖然本發(fā)明相對于結(jié)合有渦旋壓縮機(jī)的致冷劑系統(tǒng)進(jìn) 行描述，本發(fā)明還可適用于采用根據(jù)速度操作的油遞送機(jī)構(gòu)的任何變 速油潤滑壓縮才幾。
雖然披露了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到 某些變型將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)該研究以下權(quán)利要求來確定 本發(fā)明的范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種致冷劑系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)和用于驅(qū)動所述壓縮機(jī)的電馬達(dá)、用于改變所述電馬達(dá)的速度的變速驅(qū)動器；所述壓縮機(jī)下游的冷凝器、所述冷凝器下游的膨脹裝置以及所述膨脹裝置下游的蒸發(fā)器；以及所述變速驅(qū)動器將所述壓縮機(jī)運(yùn)動到低速操作，并且所述變速驅(qū)動器在低級速度下操作所述壓縮機(jī)，并且接著朝著較高級速度周期地增加所述壓縮機(jī)的速度，其中所述較高級速度被選擇成確保壓縮機(jī)元件的充分潤滑。
2. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述變速驅(qū)動 器設(shè)置程序，以便確定所述壓縮機(jī)何時需要在所述低速下操作。
3. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述變速驅(qū)動 器設(shè)置脈沖寬度調(diào)制控制器，以便在所述較高級速度下周期地驅(qū)動壓 縮機(jī)。
4. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機(jī)選 自包括渦旋壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)動壓縮機(jī)、往復(fù)運(yùn)動壓縮才幾和螺桿壓縮才幾的組 中。
5. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，用于驅(qū)動壓縮 機(jī)的軸具有潤滑通道，潤滑劑從壓縮機(jī)殼體內(nèi)的儲槽向上運(yùn)動通過所 述潤滑劑通道到所述壓縮機(jī)的部件。
6. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，與在所述較高 級速度下驅(qū)動所述壓縮機(jī)相比，所述變速驅(qū)動器在所述低級速度下驅(qū) 動所述壓縮機(jī)較長的時間周期。
7. 如權(quán)利要求6所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述低級速度 持續(xù)所述較高級速度兩倍以上的時間。
8. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，致冷劑系統(tǒng)包 括多個回路，至少一個所述回路具有變速驅(qū)動器以便如上所述控制所 述壓縮機(jī)。
9. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，節(jié)約器回路結(jié) 合到致冷劑系統(tǒng)內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機(jī)設(shè)置卸載器回路。
11. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，致冷劑系統(tǒng) 設(shè)置節(jié)約器回路和卸載器回路兩者。
12. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述較高級速度可以根據(jù)致冷劑系統(tǒng)操作條件而變化。
13. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述低級速 度可以根據(jù)致冷劑系統(tǒng)操作條件而變化。
14. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述較高級 速度包括可被選擇的多級速度。
15. 如權(quán)利要求1所述的致冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述低級速 度包括可被選擇的多級速度。
16. —種壓縮機(jī)，包括壓縮機(jī)泵單元和用于驅(qū)動所述壓縮機(jī)泵單元的電馬達(dá)，所述電馬 達(dá)設(shè)置變速驅(qū)動器；以及所述變速驅(qū)動器將所述壓縮機(jī)運(yùn)動到低速操作，并且所述變速驅(qū) 動器在低級速度下操作所述壓縮機(jī)，并且接著朝著較高級速度周期地 增加所述壓縮機(jī)的速度，其中所述第二較高級速度被選擇成確保壓縮 機(jī)元件的充分潤滑。
17. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述變速驅(qū)動器 設(shè)置脈沖寬度調(diào)制控制器，以便在所述較高級速度下周期地驅(qū)動壓縮 機(jī)。
18. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)選自 包括渦旋壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)動壓縮機(jī)、往復(fù)運(yùn)動壓縮機(jī)和螺桿壓縮機(jī)的組中。
19. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，用于驅(qū)動壓縮機(jī) 的軸具有潤滑通道，潤滑劑從壓縮機(jī)殼體內(nèi)的儲槽向上運(yùn)動通過所述 潤滑劑通道到所述壓縮機(jī)的部件。
20. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，與在所述較高級 速度下驅(qū)動所述壓縮機(jī)相比，所述變速驅(qū)動器在所述低級速度下驅(qū)動 所述壓縮機(jī)較長的時間周期。
21. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述低級速度持 續(xù)所述較高級速度兩倍以上的時間。
22. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，節(jié)約器注射口延伸到壓縮機(jī)內(nèi)。
23. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述壓縮機(jī)設(shè)置 卸載器回路。
24. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，壓縮機(jī)設(shè)置節(jié)約 器回路和卸載器回路兩者。
25. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述較高級速度 可以根據(jù)致冷劑系統(tǒng)操作條件而變化。
26. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述低級速度可 以根據(jù)致冷劑系統(tǒng)操作條件而變化。
27. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述較高級速度 包括可被選擇的多級速度。
28. 如權(quán)利要求16所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述低級速度包 括可被選擇的多級速度。
29. —種操作致冷劑系統(tǒng)的方法，包括如下步驟(1) 為壓縮機(jī)設(shè)置變速驅(qū)動器，并且檢測與所述壓縮機(jī)相關(guān)的致 冷劑系統(tǒng)上的負(fù)載；(2) 識別低負(fù)載情況，并且在已經(jīng)識別低負(fù)載情況時將所述壓縮 機(jī)運(yùn)動到低速操作；(3 )在低級速度下操作所述壓縮機(jī)，并且將所述壓縮機(jī)速度向上 周期地運(yùn)動到較高級速度，其中所述較高級速度被選擇成確保壓縮機(jī) 元件的充分潤滑。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，與在所述較高級速 度相比，所述低級速度持續(xù)較長的時間周期。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述低級速度持續(xù) 所述較高級速度兩倍以上的時間。
全文摘要
一種變速驅(qū)動器設(shè)置用于致冷劑系統(tǒng)內(nèi)的壓縮機(jī)。在通過致冷劑系統(tǒng)控制器確定低負(fù)載情況下，變速驅(qū)動器將壓縮機(jī)運(yùn)動到操作的低速模式。在這種情況下，如果速度很低，便不能確保壓縮機(jī)元件的充分油潤滑，那么馬達(dá)速度周期地增加到確保適當(dāng)潤滑的程度。以此方式，變速驅(qū)動器壓縮機(jī)可以在極低速度下操作，以便準(zhǔn)確地匹配致冷劑系統(tǒng)的負(fù)載要求。本發(fā)明可以延伸超過致冷劑系統(tǒng)的應(yīng)用，并且延伸到其潤滑取決于速度的任何油潤滑壓縮機(jī)。
文檔編號F25B1/00GK101194131SQ200580050059
公開日2008年6月4日 申請日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司