專利名稱：具有備用電力的暖通空調(diào)及制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有備用電力的暖通空調(diào)及制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
暖通空調(diào)及制冷(HVAC/R)系統(tǒng)通常根據(jù)從AC公用電源(power source)、諸如AC 市電接收的AC電力操作。因此，如果電源失效則HVAC/R系統(tǒng)通常會停機。當(dāng)HVAC/R系統(tǒng) 用于冷卻其中保存有易腐貨物諸如新鮮農(nóng)產(chǎn)品、奶制品和肉的食品超市、餐館、倉庫、冷凍 儲物柜等，以及其中保存有 溫度敏感的藥品、藥物等的藥房、醫(yī)院和其他醫(yī)療設(shè)施時，系統(tǒng) 停機可能會導(dǎo)致貨物的損壞和重大經(jīng)濟損失。

發(fā)明內(nèi)容
這里描述了一種暖通空調(diào)及制冷(HVAC/R)系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括一個或多個三相 電機；一個或多個單相電機；交流(A/C)電力接收器(power receiver)；備用電池電源，其 配置成在A/C電力接收器處獲取不到交流電時給HVAC/R系統(tǒng)提供電力；變頻驅(qū)動(VFD)電 力供應(yīng)器(power supply)，其與備用電池電源電連接，并配置成向三相電機提供三相電力 以及向單相電機提供單相電力。還描述了一種空調(diào)系統(tǒng)。所述空調(diào)系統(tǒng)包括冷凝器；一個或多個蒸發(fā)器；交流(A/ C)電力接收器；備用電池電源，其配置成在A/C電力接收器處獲取不到交流電時給空調(diào)系 統(tǒng)提供電力；變頻驅(qū)動(VFD)電力供應(yīng)器，其與備用電池電源電連接，并配置成向變速冷凝 器電機提供三相電力；以及脈沖操作的制冷劑流量控制閥，其配置成控制到所述一個或多 個蒸發(fā)器的制冷劑流量。還描述了一種在空調(diào)系統(tǒng)中冷卻空氣的方法。所述方法包括提供一種電力系統(tǒng)， 其在沒有交流電力的情況下從交流電力切換到備用電池電力；當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)使用備用電池電 力時，對冷凝器的電機速度進行電子控制以增加空氣冷卻效率；和用脈沖操作的制冷劑流 量控制閥控制空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑流量。


圖1是示出了根據(jù)一個實施例的HVAC/R系統(tǒng)的示意性方框圖；圖2是示出了相變模塊的實施例的示意圖；圖3是示出了根據(jù)一個實施例的HVAC/R系統(tǒng)的方框圖；圖4是示出了根據(jù)一個實施例的DC電源的方框圖；圖5是示出了圖4的DC電源的實施例的示意圖；圖6是示出了根據(jù)一個實施例的圖5中AC到DC轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖7是電源切換模塊的實施例。圖8是電源切換模塊的實施例的示意性表示。圖9是可編程電源切換模塊的實施例的示意性表示。
圖10是用于圖3的HVAC/R系統(tǒng)的蒸發(fā)壓縮部分的示意性表示。圖11是示出 了傳統(tǒng)的HVAC/R系統(tǒng)的示意性方框圖。
具體實施例方式為了給現(xiàn)有的HVAC/R系統(tǒng)提供不間斷電力，HVAC/R部件的電力供應(yīng)系統(tǒng)可以配 置成，不是直接從AC公用源接收電力，而是HVAC/R系統(tǒng)部件從備用電力存儲設(shè)備例如與來 自AC公用源的電力并行的DC電池接收電力。在該系統(tǒng)中，AC公用源通過整流器給電力存 儲設(shè)備和HVAC/R系統(tǒng)的主DC電力總線提供電力。DC電力總線用來給為HVAC/R系統(tǒng)的部 件例如壓縮機電機、冷凝器風(fēng)扇、蒸發(fā)器風(fēng)扇和鼓風(fēng)機產(chǎn)生合適的AC電力的電力供應(yīng)部件 提供電力。在這樣的配置下，如果AC公用源失效，DC電力總線可以由電力存儲設(shè)備供電。在一些實施例中，HVAC/R系統(tǒng)包括用同一個電力供應(yīng)器(諸如變頻驅(qū)動電力供應(yīng) 器(VFD))驅(qū)動的壓縮機電機和冷凝器風(fēng)扇。VFD將來自DC電力總線的DC電壓截成相位差 120度的三個輸出，作為AC來驅(qū)動電機。VFD允許高效地啟動被驅(qū)動的電機，更具體的細節(jié) 下面將會描述。由于從AC市電電力到備用電力的透明(transparent)轉(zhuǎn)換，在電力中斷期 間，HVAC/R系統(tǒng)允許自動地，無人值守地操作。圖1是包括電力供應(yīng)器系統(tǒng)的實施例的HVAC/R系統(tǒng)的圖。HVAC/R系統(tǒng)200包括 電源部分10，電力供應(yīng)部分20，和HVAC/R組件部分50。電源部分10包括為HVAC/R系統(tǒng) 200提供電力的電源。電力供應(yīng)部分20包括接收來自電源部分10的電力并調(diào)節(jié)供HVAC/ R組件部分50的HVAC/R組件使用的電力的電力供應(yīng)器。HVAC/R組件部分50的HVAC/R組 件執(zhí)行HVAC/R系統(tǒng)的HVAC/R功能。在圖1的實施例中，電源部分10包括第一電源12，整流器13，電力總線15，和第二 電源14。在這個實施例中，第一電源12是AC電源并且為整流器13提供電力，整流器提供 基本為DC的電力給電力總線15，并且給第二電源14充電。在可替換的實施例中，第一電 源12可以是DC電源，其為電力總線15提供DC電力。因此，在這樣的實施例中，可以省略 整流器13。第二電源14也被配置成給電力總線15提供電力。電源12可以是任何類型的電源。在圖1所示的實施例中，電源12是AC電源。電 源12例如可以是AC市電，如由當(dāng)?shù)仉娏舅峁┑摹ｋ娫?2例如可以具有單相或三相。 在一些實施例中，電源12是約240伏的三相AC源。也可以附加地或可替換地使用其它的 電源，例如太陽能或風(fēng)能發(fā)電機。整流器13配置成從第一電力供應(yīng)器13接收AC電力，以將電力信號整流成基本為 DC電平，然后將該DC電平提供給適合于系統(tǒng)的電力總線15。第二電源14可以是二級或備用電源，例如，電池或電池組，其配置成被充電到適 于系統(tǒng)的電壓。也可以使用其它類型的能量存儲裝置。第二電源14與電力總線15相連接， 并且配置成當(dāng)?shù)谝浑娫?2工作而第二電源14未被充分充電時由電力總線15充電。第二 電源14還配置成當(dāng)來自整流器13或第一電源12的電力對于電力總線15的負載不足的時 候，給電力總線15提供電力。為了限制流到第二電源14的充電電流的量，在電力總線15和第二電源14之間設(shè) 置限流電路(未示出)。這樣的限流電路根據(jù)第二電源14的限制和規(guī)格，限制給第二電源 14充電的電流，使得在充電的時候第二電源14不會被損壞。
作為例子，HVAC/R系統(tǒng)可以通過連接到電源部分10來供電。第一電源12給用于 操作HVAC/R系統(tǒng)的DC電力總線15提供電力。第二電源14存儲來自第一電源12的電力， 以備在第一電源12失效時使用。因此，DC電力總線15用來給HVAC/R系統(tǒng)提供電力，以及 給第二電源14充電并使其浮置。第二電源14配置成作為從第一電源12到電力總線15的電力輸出減小的結(jié)果增 加到電力總線15的電力輸出。例如，如果第一電源12減少它的電力輸出，使得它提供一 些，但是比足夠用于HVAC/R系統(tǒng)的電力小的電力給電力總線15，那么第二電源14提供操作 HVAC/R系統(tǒng)所需的額外補充的電力給電力總線15。因此，第一電源12和第二電源14共同 配合地提供HVAC/R系統(tǒng)所需要的電力給電力總線15。甚至如果第一電源12完全失效并且 不能給電力總線15提供電力時，第二電源14也能夠為HVAC/R系統(tǒng)提供充足的電力。在一 些實施例中，隨著由第一電源12和第二電源14中的每一個電源提供的電量的變化，通過第 一電源12和第二電源14的組合配合地提供給HVAC/R系統(tǒng)的總電量保持不間斷或基本不 間斷電力供應(yīng)部分20包括接收來自電源部分10的電力并調(diào)節(jié)供HVAC/R組件部分50 的HVAC/R組件使用的電力的電力供應(yīng)器。在圖1的實施例中，有三個功率供應(yīng)器22、24、和 26。在其他實施例中，使用更少或更多的電力供應(yīng)器。電力供應(yīng)部分20的每一個電力供應(yīng) 器都用來給多個HVAC/R組件部分50中的一個或多個供應(yīng)電力。在所示的實施例中，每一 個電力供應(yīng)器22、24和26都與電力總線15連接。在這個實施例中，電力供應(yīng)器22配置成給壓縮機電機52和冷凝器風(fēng)扇54的電機 供應(yīng)電力。此外，電力供應(yīng)器24配置成給控制模塊55供應(yīng)電力，電力供應(yīng)器26配置成給 鼓風(fēng)機56的電機供應(yīng)電力。雖然單獨示出，但整流器13可與電力供應(yīng)器22集成。在一個實施例中，電力供應(yīng)器22是10馬力(hp)的變頻驅(qū)動電力供應(yīng)器(VFD)。 在一些實施例中，VFD包括電力供應(yīng)器22和整流器13。因為通過壓縮機電機52的受控啟 動可實現(xiàn)的電力效率的增加，使用VFD。當(dāng)使用恒定頻率和電壓的電力供應(yīng)器(例如AC市 電電力供應(yīng)器)時，啟動電機的浪涌電流是運轉(zhuǎn)電流的6-10倍。由于系統(tǒng)的慣性，壓縮機 的電機并不足夠強大來響應(yīng)于全速操作所需要的電力供應(yīng)器信號的高頻高速信號而瞬時 以全速驅(qū)動負載。結(jié)果是電機經(jīng)歷了其中電機從停止?fàn)顟B(tài)緩慢而低效地過渡到全速狀態(tài)的 啟動階段。在啟動期間，一些電機汲取至少其額定電流的300%卻只產(chǎn)生低于其額定扭矩的 50%。隨著電機的負載的加速，可用扭矩下降，然后上升到峰值，其間電流仍然很高直到電 機接近全速為止。高電流浪費了電力并且降低電機的性能。結(jié)果，電機的整體效率，效益和 壽命都減少。當(dāng)使用VFD啟動電機時，最初向電機施加低頻、低電壓的電力信號。頻率可以是 約2Hz或更小。以這樣的低頻啟動允許在電機的能力以內(nèi)驅(qū)動負載，并且避免了用恒定 頻率和電壓的電力供應(yīng)器啟動時所出現(xiàn)的高的浪涌電流。VFD用來以可編程的時間分布 (profile)增加頻率和電壓，該分布可將負載的加速度保持在電機的能力之內(nèi)。結(jié)果，在沒 有汲取過多電流的情況下加速了負載。這種啟動方法允許電機產(chǎn)生其額定扭矩的約150% 同時僅汲取其額定電流的50%。因此，VFD允許來自AC電源12或DC電源14的減小的電 機啟動電流，從而減少操作成本，對壓縮機電機52施加的機械應(yīng)力更小和增加使用壽命。 VFD也允許可編程地控制負載的加速和減速。
電力供應(yīng)器22的VFD是由控制模塊55控制，并可產(chǎn)生三相輸出，其為壓縮機電 機52、三相電機供電。壓縮機電機52具有旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)對稱性使得電樞被磁化，并且產(chǎn) 生扭矩。通過控制三相電力信號的電壓和頻率，控制電機的速度，由此適當(dāng)量的能量進入電 機繞組，使得有效的操作電機，同時滿足加速負載的要求。通過切換電子部件產(chǎn)生電動力 (electrical motive)以得到電壓波形，該電壓波形當(dāng)被電機的電感平均時變成適合于電 機以期望的速度和扭矩操作的正弦電流波形。上述的壓縮機電機52的受控啟動允許壓縮 機電機52具有高的電力效率和長的壽命。使用VFD給壓縮機電機52供電允許速度控制，從而消除了系統(tǒng)全開或全關(guān)的限 制。例如，具有VFD的HVAC/R系統(tǒng)可以以對應(yīng)于溫度受控的環(huán)境的冷卻要求的速度來操作 壓縮機。例如 ，如果受控環(huán)境產(chǎn)生500瓦的電力，則壓縮機可以以對應(yīng)于500瓦產(chǎn)生的熱量 的速度操作。由于避免了反復(fù)啟動和停止壓縮機所經(jīng)歷的電力效率低下，這允許提高系統(tǒng) 的電力效率。此外，在一些受控環(huán)境中，例如隔熱很好的空間，產(chǎn)生的熱量是相對恒定的。因此， 要移除的能量是相對恒定的。對于這種環(huán)境，壓縮機的電機可以根據(jù)對應(yīng)于要移除的相對 恒定的能量的負載來為操作進行設(shè)計。這種有限范圍的負載允許有效率地操作壓縮機。當(dāng)與其中壓縮機全開或全閉的傳統(tǒng)的HVAC/R系統(tǒng)相比，速度控制的另外一個好 處是顯著地減小了受控環(huán)境的溫度范圍。在傳統(tǒng)的HVAC/R系統(tǒng)中，為了防止在開和關(guān)之間 頻繁的狀態(tài)改變，控制系統(tǒng)的工作有滯后的特點。在這樣的系統(tǒng)中，溫度漂移對應(yīng)于滯后。 例如，在一些系統(tǒng)中，系統(tǒng)的滯后是3度。如果溫度設(shè)定為-5C，一旦環(huán)境溫度為-5C，壓縮 機就被關(guān)閉了。然而，由于3度的滯后，在環(huán)境溫度是-2C以前都不再打開壓縮機。相反， 在具有控制壓縮機的VFD的HVAC/R系統(tǒng)中，有效(active)控制系統(tǒng)逐步地增加和降低壓 縮機的速度來提供對環(huán)境溫度的精確控制。因此，不存在滯后，因而顯著地減少了溫度一致 性和電力消耗之間的權(quán)衡。在示出的實施例中，電力供應(yīng)器22的三相輸出給冷凝器風(fēng)扇54和壓縮機電機52 供電，并且它們被一起操作。通過去除了專用于冷凝器風(fēng)扇54的電力供應(yīng)器，結(jié)果是有利 于系統(tǒng)節(jié)約成本。此外，系統(tǒng)具有速度控制，速度控制的范圍對一個或多個三相電機而言是 不受限制的，而對于一個或多個單相電機是被限定在該范圍的低端。雖然這里的論述通常 是針對具有冷凝器風(fēng)扇54和壓縮機電機52的系統(tǒng)，但應(yīng)當(dāng)理解為所述論述可以應(yīng)用到具 有通過電力供應(yīng)器22驅(qū)動的一個或多個附加三相電機和/或一個或多個附加單相電機的 系統(tǒng)。傳統(tǒng)的機電控制知識可能表明當(dāng)VFD與壓縮機電機配合使用時，不使用冷凝器風(fēng) 扇的單相電機，而用與功率供應(yīng)器的變速三相輸出兼容的三相電機代替。在此處描述和示 出的系統(tǒng)中，因為冷凝器風(fēng)扇54并不需要具有三相電機，所以冷凝器風(fēng)扇54可采用便宜的 單相電機，而來自電力供應(yīng)器22的三相電力可通過相變模塊53來調(diào)整。如圖1所示，相變模塊53連接在VFD電力供應(yīng)器22和冷凝器風(fēng)扇54之間。單相 電機如冷凝器風(fēng)扇54并不與變頻變壓操作兼容。在單相電機中，產(chǎn)生“新”的相位來與輸 入電力信號的單相配合使用，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁力使電樞產(chǎn)生扭矩。例如，如果單相電機是罩極 電機(shaded pole motor)，罩極環(huán)(shading ring)用作能存儲磁場和產(chǎn)生“新”相位的電 感。如果單相電機是永久分相式電容器電機，電容器給一個端子相對于另外一個端子提供電流的相位超前。然而，罩極環(huán)和電容器的電力效率與頻率相關(guān)，因此這些元件根據(jù)其應(yīng)用 調(diào)諧到電機的運行頻率。在非特定頻率處，電機的性能和新相位產(chǎn)生元件的性能是效率低 下的，并且電機的扭矩受損。此外，VFD的電力輸出信號在高頻處(例如2-6KHZ)具有大的 瞬態(tài)電壓尖峰。所述瞬態(tài)可以超過新相位產(chǎn)生元件的擊穿電壓，并且導(dǎo)致高的電流尖峰，其 增加發(fā)熱和減小電機及其部件的電力效率。因此，這些電機用于變頻驅(qū)動方案時效率低下?？梢孕薷南惹按嬖诘睦淠黠L(fēng)扇54的單相電機以在圖1的變頻驅(qū)動方案中有效 地操作。所述單相電機與三相電機類似，其中第一兩極承載電力輸出的單相， 并且第三極接 收由電感和電容元件產(chǎn)生的新相位。在HVAC/R系統(tǒng)200中，冷凝器風(fēng)扇54的單相電機接 收由電力供應(yīng)器22產(chǎn)生的三相中的兩相。此外，改進的單相電機用與VFD的大的瞬態(tài)電壓 尖峰兼容的元件(例如圖2所示的那些)替換它的新相位產(chǎn)生元件。在相變電路53的一 個實施例中，所述單相電機的改進包括用串聯(lián)的、具有兩倍電容的兩個電容器代替運行電 容器(runcapacitor)。這些電容器示出為圖2中的10MFD電容器。這將增大擊穿電壓同時 保持電容值，因此電機的調(diào)諧不發(fā)生變化。此外，也如圖2所示，與兩個運行電容器并聯(lián)布 置的、具有值的范圍為0. 01-0. IMFD且具有陶瓷組分的電容器給VFD產(chǎn)生的高頻切換瞬態(tài) 提供低阻抗。例如，在單相電機中主繞組可以與串聯(lián)連接的5MFD運行電容器和輔助繞組相 并聯(lián)。所述5MFD運行電容器可以用兩個串聯(lián)連接的10MFD的電容器并聯(lián)0. 05MFD電容器 代替，如圖2所示。電力供應(yīng)部分20的電力供應(yīng)器24配置成給控制模塊55供應(yīng)電力?？刂颇K55 包括系統(tǒng)控制電子器件，其為其他HVAC/R系統(tǒng)部件和電力供應(yīng)器提供控制信號。例如，控 制模塊55可以控制電力供應(yīng)器22和電力供應(yīng)器26。在一些實施例中，控制模塊55輸出AC 控制信號，用于與繼電器配合使用以打開或關(guān)閉電力供應(yīng)器22和26。在一些實施例中，控 制模塊55與用戶激活的用戶控制面板通信，例如，選擇期望的溫度。在一些實施例中，控制 模塊55與恒溫器通信。在HVAC/R系統(tǒng)200中，控制模塊55用由電力供應(yīng)器24提供的24 伏單相AC電力供應(yīng)操作。在一些實施例中，電力供應(yīng)器24包括DC/AC逆變器，其從電力總 線15接收DC信號，并為控制模塊55產(chǎn)生24伏AC電力供應(yīng)。在一些實施例中，電力供應(yīng)器24包括開關(guān)型逆變器，其通過將DC輸入電壓截成脈 沖，產(chǎn)生似正弦波。所述脈沖被用作降壓變壓器的方波，該降壓變壓器在波整形電路后面， 該波整形電路使用濾波網(wǎng)絡(luò)將脈沖二次電壓積分并整形為似正弦波。電力供應(yīng)器26配置成給鼓風(fēng)機56的電機供應(yīng)電力。在一些實施例中，鼓風(fēng)機56 包括單相電機。在一些實施例中，鼓風(fēng)機56包括三相電機，并且電力供應(yīng)器26配置成產(chǎn)生 三相電力供應(yīng)信號。出于類似于就包括VFD以高效地打開壓縮機電機52的電力供應(yīng)器22 的上述原因的原因，電力供應(yīng)器26可以包括第二 VFD，其配置成高效地打開和關(guān)閉鼓風(fēng)機 56的電機。在一些實施例中，第二 VFD是5馬力的VFD。在一些實施例中，鼓風(fēng)機56可以 獨立于壓縮機電機52和冷凝器風(fēng)扇54操作。例如，用戶可能希望鼓風(fēng)機56 —直運轉(zhuǎn)，但 壓縮機電機52和冷凝器風(fēng)扇54停止運轉(zhuǎn)。因此，由于VFD不適合突然地改變負載，所以鼓 風(fēng)機56從電力供應(yīng)器26的第二 VFD接收電力。在一些實施例中，HVAC/R系統(tǒng)200實施成如圖3所示的HVAC/R系統(tǒng)300。在該實 施例中，圖1的整流器13包括在圖3所示的VFD電力供應(yīng)器322中。AC電源312可以是 類似于圖1的AC電源12，其可驅(qū)動VFD 322，VFD 322產(chǎn)生基本為DC電壓供自己的操作和驅(qū)動電力總線315。VFD 322具有和圖1的電力供應(yīng)器22類似的功能。圖3所示的其它部 件，DC電源314，壓縮機電機352，相變電路353，冷凝器風(fēng)扇354，電力供應(yīng)器324，控制模塊 355，VFD電力供應(yīng)器326，和鼓風(fēng)機356，每一個都具有和圖1所示的相應(yīng)的部件類似的功 能，所述相應(yīng)的部件分別是DC電源14，壓縮機電機52，相變電路53，冷凝器風(fēng)扇54，電力供 應(yīng)器24，控制模塊54，電力供應(yīng)器26，和鼓風(fēng)機56在一些實施例中，電力供應(yīng)器22、24和26使用可以約為250伏至320伏范圍內(nèi) 的電力總線電壓。在這類實施例中，DC電源14可以是多個12伏的電池組。然而，在一些 實施例中，有利的是使用更少的電池。在這類實施例中，更少電池的較低電壓通過DC轉(zhuǎn) DC的轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成更高的電壓。通過以低地多的電池供應(yīng)電壓運行，該系統(tǒng)允許無法 方便使用多相AC電力的車輛應(yīng)用和固定應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，車輛電池可以變成備份能 量的主要來源。這種系統(tǒng)可從低地多的電壓源提供所需要的高電壓供應(yīng)，從而允許蓄電池 (storagebattery)的重量和體積更小。圖4示出了 DC電源60作為圖1的DC電源14使用的實施例。圖4的DC電源60 執(zhí)行DC-DC的轉(zhuǎn)換，其從DC電源62的第一電壓Vl轉(zhuǎn)換到DC輸出電壓V2。在那些優(yōu)選使 用較少的蓄電池但對于電力總線使用高電壓的應(yīng)用是特別有利的。在圖4的實施例中，DC電源62與DC到AC逆變器64相連。DC電源62具有第一 電壓Vl，其驅(qū)動逆變器64。響應(yīng)于第一電壓Vl，逆變器64輸出AC信號，其被供應(yīng)給整流器 66。整流器66作為AC到DC轉(zhuǎn)換器操作，并提供DC輸出電壓V2，其具有適合于系統(tǒng)的DC 電壓電平。DC電源62可以由AC到DC轉(zhuǎn)化器68進行再次充電。AC到DC轉(zhuǎn)化器68從AC源 70接收AC信號，并產(chǎn)生DC電壓，該DC電壓用于給DC電源62充電。在一些實施例中，AC 源是圖1的系統(tǒng)中的AC電源12。在一些實施例中，AC源是圖1的電力供應(yīng)器22、24、26中 的一個的輸出。圖5是示出了圖4的DC電源60的DC電源62、逆變器64、和整流器66的實施例 的示意圖。DC電源80包括電池82，兩個12V DC到120VAC的逆變器84和85，整流器86和 87，和濾波器88。DC電源80配置成基于24V DC信號產(chǎn)生300VDC信號。電池82提供24V DC信號，并且配置成被再次充電。在一些實施例中，電池82包 括兩個12V電池。兩個逆變器84和85每個都配置成接收12V DC輸入并且輸出有效值為120V的AC 信號。在一些實施例中，DC電源60，逆變器84和85串聯(lián)連接在24V的電池82兩端。因 此，逆變器84和85每一個接收12V的輸入。響應(yīng)于12V的輸入，逆變器84和85每一個產(chǎn) 生有效值約為120V的AC信號。逆變器84的有效值為120V的AC信號提供給整流器87，而逆變器85的有效值 120V的AC信號提供給整流器86。整流器86和整流器87對各自的AC信號進行整流，產(chǎn)生 每個約150V的基本為DC的輸出。整流器86和87串聯(lián)連接，因此共同產(chǎn)生約300V的基本 為DC的信號。在圖5所示的實施例中，整流器86和87每個示出為與電容器并聯(lián)的四個二 極管的橋式整流器。也可以使用其它整流器配置。濾波器88連接在串聯(lián)連接的整流器86和87兩端。濾波器配置成通過濾掉整流 器86和87產(chǎn)生的信號的非DC組分，來提高DC輸出信號的質(zhì)量。如圖5所示，濾波器88是單個電容器。在其他實施例中也可以采用其它濾波器。在一些實施例中，圖4的DC電源62是12V DC電池，并且DC到AC逆變器64包括 連接在12V電池兩端的兩個12V DC到120V AC的逆變器。在這類實施例中，整流器(如整 流器86和87)可以用來生成兩個每個約150V的基本為DC的信號。正如圖5的實施例中 的那樣，兩個整流器被串聯(lián)連接以生成300V的基本為DC的信號。由于逆變器84和85以 及整流器86和87的布置，產(chǎn)生的基本為DC的電壓不依賴于逆變器84和85的每個AC信 號的頻率和相位。
圖6是示出了 AC到DC轉(zhuǎn)換器90的實施例的示意圖，其可被用作圖4的DC電源 60的AC到DC轉(zhuǎn)換器68。轉(zhuǎn)換器90接收約230V的AC信號或約IlOV的AC信號，并且產(chǎn) 生約30V DC信號，用于給DC電源60的DC電源62充電。轉(zhuǎn)換器90包括變壓器92、整流器 94和濾波器96。變壓器92包括在輸入側(cè)的三個抽頭。為了讓轉(zhuǎn)換器90產(chǎn)生所期望的約30V的DC 輸出信號，如圖6所示，約IlOV的AC信號被驅(qū)動在變壓器92的最上端的抽頭和中間抽頭 兩端。為了完成這些，約110VAC信號被直接驅(qū)動在變壓器92最上端的抽頭和中間抽頭兩 端，或者約230V AC信號被驅(qū)動在外部的抽頭兩端，如所示出那樣。變壓器降低輸入電壓以 生成輸出給整流器94，該整流器與濾波器96相結(jié)合，生成用于給圖4的DC電源62充電的 基本為DC的信號。在圖6所示的實施例中，整流器94示出為四個二極管橋式整流器。也 可以使用其它整流器配置。如圖6所示，濾波器96是單個電容器。在其他實施例中，也可 以采用其它濾波器配置。在一些實施例中，圖1的電源部分10包括電源切換模塊，例如如圖7所示的。電 源切換模塊400接收多個電源的輸入，并且自動地或根據(jù)編程的指令，選擇電源以提供電 力給DC輸出。圖8是電源切換模塊的實施例的示意性表示。圖8的電源切換模塊是自動的。在 這個實施例中，電源切換模塊對于每一個DC輸入具有升壓(set up)模塊410，用于選擇DC 輸入之一的一系列選擇模塊430，對于每一個AC輸入的變壓器420，用于選擇AC輸入之一 的一系列選擇模塊440，整流器450，和用于選擇所選擇的升壓DC輸入或整流過的所選擇的 經(jīng)過變壓的AC輸入的選擇模塊460。在這個實施例中，每一個升壓模塊410接收它的DC輸入并且升高所接收的DC輸 入到期望的DC輸出，例如，300V的DC。此外，每一個升壓模塊410可以為選擇模塊提供控 制信號。每一個升壓模塊410可以具有與圖5的DC電源80類似的部件和類似的功能。在該實施例中，每一個選擇模塊430從兩個升壓模塊410中的一個接收DC信號， 以及從一個升壓模塊410接收控制信號。選擇模塊430配置成根據(jù)控制信號選擇兩個DC信 號中的一個。在一些實施例中，選擇模塊430包括繼電器，當(dāng)接收指示所收到的兩個DC輸 入信號之一為有效(active)的控制信號時，該繼電器選擇DC輸入信號的升高的DC電壓。 例如，如所示出地那樣，如果在DCl和DC2輸入處存在DC輸入信號，則DCl輸入的升壓模塊 410在選擇模塊430的兩個輸入中的一個處產(chǎn)生升高的電壓。此外，DC2輸入的升壓模塊 410在選擇模塊430的兩個輸入中的另外一個處產(chǎn)生升高的電壓，并且為選擇模塊430產(chǎn)生 控制信號，指示DC2的輸入是有效的。響應(yīng)于控制信號，選擇模塊選擇升高的DC2電壓。因此，在這個實施例中，選擇模塊430共同地選擇升高的DC電壓，其對應(yīng)于最高優(yōu)先級的有效的DC輸入，其中DC輸入的優(yōu)先級取決于每一個升高的DC電壓連接哪個選擇模 塊 430。 在這個實施例中，每個選擇模塊440從兩個變壓器420中的每一個接收AC信號， 和從一個變壓器420接收控制信號。在這個實施例中，控制信號是來自一個變壓器420的 AC信號。選擇模塊440配置成根據(jù)控制信號選擇兩個AC信號中的一個。在一些實施例中， 選擇模塊440包括繼電器，當(dāng)接收到指示所收到的兩個AC輸入信號之一為有效的控制信號 時，該繼電器選擇該AC輸入信號的經(jīng)過變壓的信號。例如，如所示出地那樣，如果在ACl和 AC2輸入處存在AC輸入信號，AC 1輸入的變壓器420在選擇模塊440的兩個輸入中的一 個處產(chǎn)生AC電壓。此外，AC2輸入的變壓器420在選擇模塊440的兩個輸入中的另外一個 處產(chǎn)生經(jīng)過變壓的AC電壓，并且為選擇模塊440產(chǎn)生控制信號，指示AC2的輸入是有 效的。 響應(yīng)于控制信號，選擇模塊選擇經(jīng)過變壓的AC2電壓。 因此，在該實施例中，選擇模塊440共同的選擇經(jīng)過變壓的AC電壓，其對應(yīng)于最高 優(yōu)先級的有效的AC輸入，其中DC輸入的優(yōu)先級取決于每一個經(jīng)過變壓的AC電壓連接哪個 選擇模塊440。整流器450對所選擇的AC電壓進行整流，并提供經(jīng)過整流的AC電壓到選擇模塊 460，如果AC輸入信號的任何一個是有效的，則選擇模塊460選擇經(jīng)過整流的AC電壓作為 DC輸出。在一些實施例中，不將DC輸入電壓的一個或多個升高。在一些實施例中，不對AC 輸入電壓的一個或多個變壓。在一些實施例中，各種輸入電壓的優(yōu)先級與圖8的實施例的 不同。圖9是電源切換模塊的另外一個實施例的示意性表示。圖9的電源切換模塊是可 編程的。在這個實施例中，電源切換模塊對于每個DC輸入具有升壓模塊410。該實施例的 升壓模塊410與圖8的實施例的升壓模塊410類似。在這個實施例中，電源切換模塊對于 每一個AC輸入具有變壓器420。該實施例的變壓器420可與圖8的實施例的變壓器420類 似。該實施例的電源切換模塊也具有選擇模塊470，整流器450，用于選擇升壓的DC輸入電 壓或整流過的所選擇的經(jīng)變壓的AC輸入中的一個的選擇模塊460，和基于信號C選擇要輸 出的電壓的控制模塊480。在這個實施例中，不能通過基于根據(jù)位置的優(yōu)先級的選擇來確定輸出電壓。替代 的是，控制模塊480配置成根據(jù)信號C選擇輸出電壓。在一些實施例中，信號C代表哪個輸 入電壓是有效的。在一些實施例中，信號C是從其他電路輸入的。在一些實施例中，不將DC輸入電壓的一個或多個升壓。在一些實施例中，不對AC 輸入電壓的一個或多個變壓。在另外一個實施例中，上面所述的HVAC/R系統(tǒng)包括脈沖操作的控制閥以控制從 冷凝器到蒸發(fā)器的制冷劑流量。VFD供電的HVAC/R系統(tǒng)產(chǎn)生變化的壓縮機速度，從而導(dǎo)致 可變的到冷凝器和蒸發(fā)器的制冷劑流量。然而，傳統(tǒng)的膨脹裝置例如毛細管或膨脹閥(AEV 或TEV)不能處理或利用變化的制冷劑流量并且擺動(hunt)或溢流(flood)，由此降低了蒸 發(fā)器的效率和系統(tǒng)的性能。為了實現(xiàn)這樣的可變的制冷劑流量的理想的優(yōu)勢，根據(jù)本實施 例，在在不使得蒸發(fā)器欠流(starve)或溢流的情況下采用脈沖調(diào)節(jié)(pulsing)的制冷劑控 制閥以全制冷劑流動產(chǎn)生全范圍的蒸發(fā)器過熱控制。在由可變壓縮機速度導(dǎo)致較低的制冷劑流速下，這種制冷劑控制尤其重要。傳統(tǒng)的膨脹裝置設(shè)計成以全流量操作，而且在較低流量時效率低并且再次使流量波動，使蒸發(fā)器欠流和/或溢流。脈沖調(diào)節(jié)閥(pulsing valve) 可以是諸如美國專利號5675982和6843064中所述的機械閥，也可以是美國專利號5718125 中所述類型的電操作閥，關(guān)于這些閥的描述通過引用的方式整體并入本文中。所述閥操作 成在整個可變的制冷劑流量范圍內(nèi)控制從壓縮機和冷凝器到蒸發(fā)器的制冷劑流量。圖10示意性地示出了圖3的HVAC/R系統(tǒng)的蒸汽壓縮部分。脈沖操作控制閥410 安裝在引導(dǎo)制冷劑從冷凝器420到蒸發(fā)器430的制冷劑回路管道的液體制冷劑線路412 中。其它部件用圖3中相同的參考數(shù)字標(biāo)記。現(xiàn)有的HVAC/R系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)換成與HVAC/R系統(tǒng)200類似或相同地運行。例如，在 圖11中示出的傳統(tǒng)的HVAC/R系統(tǒng)100可以被轉(zhuǎn)換成操作和實現(xiàn)先前所述的優(yōu)勢。如圖11 所示，為了轉(zhuǎn)換HVAC/R系統(tǒng)100，以及操作和實現(xiàn)先前所述的優(yōu)勢，AC電源112，壓縮機電 機152，冷凝器風(fēng)扇154，鼓風(fēng)機156，電力供應(yīng)器124，和控制模塊155都與電力總線115斷 開。還是參考圖1，連接AC電源112以用如整流器13的整流器對電力總線(諸如電力總線 15)供電。諸如DC電源14的DC電力存儲源與電力總線連接。諸如電力供應(yīng)器22的第一 電力供應(yīng)器與電力總線、壓縮機電機152、冷凝器風(fēng)扇154相連。諸如相變模塊53的相變電 路連接在第一電力供應(yīng)器和冷凝器風(fēng)扇154之間。第二電力供應(yīng)器與電力總線15和鼓風(fēng) 機156相連。電力供應(yīng)器124被諸如電力供應(yīng)器24的第三電力供應(yīng)器替代，該第三電源與 電力總線15，以及諸如控制模塊55的控件相連。盡管上面的詳細描述已經(jīng)示出、描述和指出了應(yīng)用到各個實施例中的新穎的特 征，但是應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對示出的裝置和 過程的形式和細節(jié)做出各種省略、替代以及改變。例如，輸入，輸出和信號都僅僅是作為例 子給出的。正如所認識到的那樣，本發(fā)明可實施在不提供本文所述的所有特征和益處的形 式中，因為一些特征可以與其他特征分開地使用或者實施。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的 HVAC/R系統(tǒng)可以被配置為空調(diào)，冷卻器，熱泵以及制冷系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種暖通空調(diào)及制冷(HVAC/R系統(tǒng)，包括一個或多個三相電機；一個或多個單相電機；交流(A/C)電力接收器；備用電池電源，其配置成在A./C電力接收器處獲取不到交流電時給HVAC/R系統(tǒng)提供電力；和變頻驅(qū)動(VFD)電力供應(yīng)器，其與備用電池電源電連接，并配置成給三相電機提供三相電力和給單相電機提供單相電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HVAC/R系統(tǒng)，其中一個或多個三相電機中的每一個驅(qū)動壓縮機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述HVAC/R系統(tǒng)，還包括電子控制器，其與VFD鏈接并配置成控制 壓縮機的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的HVAC/R系統(tǒng)，還包括至少一個冷凝器、至少一個蒸發(fā)器和引 導(dǎo)制冷劑從所述壓縮機到所述至少一個冷凝器以及從所述至少一個冷凝器到所述至少一 個蒸發(fā)器的管道，以及連接到管道以控制到所述至少一個蒸發(fā)器的制冷劑流量的脈沖操作 的制冷劑流量控制閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVAC/R系統(tǒng)，其中脈沖操作的制冷劑流量控制閥是機械閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的HVAC/R系統(tǒng)，其中脈沖操作的制冷劑流量控制閥是電子閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HVAC/R系統(tǒng)，其中單相電機驅(qū)動冷凝器風(fēng)扇。
8.根據(jù)權(quán)利要求112所述的HVAC/R系統(tǒng)，還包括連接在VFD和所述一個或多個單相電 機之間的相變模塊，所述相變模塊包括多個串聯(lián)的電容器和與所述多個串聯(lián)的電容器并聯(lián) 的至少一個電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HVAC/R系統(tǒng)，還包括相變模塊，其配置成調(diào)節(jié)三相電力輸出 用于輸入到單相電機。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的HVAC/R系統(tǒng)，其中相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(A/C)電力接收器；備用電池電源，其配置成在A/C電力接收器處獲取不到交流電時給空調(diào)系統(tǒng)提供電力；變頻驅(qū)動(VFD)電力供應(yīng)器，其與備用電池電源電連接，并配置成給變速冷凝器電機 提供三相電力；和脈沖操作的制冷劑流量控制閥，其配置成控制到所述一個或多個蒸發(fā)器的制冷劑流量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述空調(diào)系統(tǒng)，其中脈沖操作的制冷劑流量控制閥是機械閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述空調(diào)系統(tǒng)，其中脈沖操作的制冷劑流量控制閥是電子閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述空調(diào)系統(tǒng)，其中VFD配置成也向單相電機提供單相電力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述空調(diào)系統(tǒng)，其中單相電機包括冷凝器風(fēng)扇電機。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述空調(diào)系統(tǒng)，還包括電子控制器，其與VFD鏈接用于控制壓縮機 的速度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述空調(diào)系統(tǒng)，其中電子控制器也與脈沖操作的制冷劑流量控制 閥鏈接用于控制空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑流量。
18.—種在空調(diào)系統(tǒng)中冷卻空氣的方法，該方法包括提供一種電力系統(tǒng)，其在沒有交流電力的情況下從交流電力切換到備用電池電力； 當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)使用備用電池電力時，對冷凝器的電機速度進行電子控制以增加空氣冷卻 效率；和用脈沖操作的制冷劑流量控制閥控制空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑流量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中制冷劑流量被控制在預(yù)設(shè)的流量范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中對冷凝器電機速度進行電子控制包括提供三相 電力給冷凝器電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有備用電力的暖通空調(diào)及制冷系統(tǒng)。一種HVAC/R系統(tǒng)配置成具有備用電力的電力存儲器，以在主電力失效的情況下保持基本不間斷的電力。該系統(tǒng)可以包括與備用電池電源電連接并且配置成向三相電機提供三相電力和向單相電機提供單相電力的變頻驅(qū)動(VFD)電力供應(yīng)器。一些系統(tǒng)還包括脈沖操作的制冷劑流量控制閥，其配置成控制到一個或多個蒸發(fā)器的制冷劑流量。所述備用電力系統(tǒng)可以具有配置成被再次充電的DC電源，并且可為HVAC/R部件提供電力。
文檔編號F25B49/02GK101969224SQ20101027784
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27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