專利名稱：壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠用于復(fù)式壓縮機(jī)柜。
背景技術(shù)：
結(jié)合制冷系統(tǒng)描述本發(fā)明。需知本發(fā)明的冷凝單元能夠隨心所欲地用于任何其 他的冷卻系統(tǒng)。常規(guī)上，用于冷柜的制冷系統(tǒng)采用由壓縮機(jī)支架提供的空氣冷卻或水冷卻的冷凝 器。以并聯(lián)方式聯(lián)接壓縮機(jī)，從而可以分級(jí)地接通和切斷壓縮機(jī)，以便按照負(fù)載的需要來調(diào) 節(jié)系統(tǒng)冷卻容量。通常，壓縮機(jī)和冷卻器位于室外的房頂上或位于靠近安放冷柜的區(qū)域的 機(jī)房中。在各冷柜內(nèi)皆有一個(gè)蒸發(fā)器，蒸發(fā)器由來自冷凝器的制冷劑管道送料，膨脹的制 冷劑通過冷凝器循環(huán)，以冷卻該柜。通常，閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)流過蒸發(fā)器的制冷劑流量，以 維持期望的柜溫度。比例積分微分(PID)閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)此功用是通用的，有溫度和/或 壓力傳感器提供檢測(cè)的狀態(tài)輸入。通常零售商店使用分隔的系統(tǒng)去提供不同的個(gè)別冷卻溫度范圍低溫(用于冷凍 食品，冰淇淋，標(biāo)稱-25F)；中溫(用于肉類，乳制品，標(biāo)稱+20F)；和高溫(用于花卉，果蔬， 標(biāo)稱+35至+40F)。使各個(gè)分隔的低、中和高溫系統(tǒng)最佳化到其各自的溫度范圍。通常，各 系統(tǒng)會(huì)采用它自己的壓縮機(jī)支架和它自己的制冷劑管道組，該管道組來自和去往壓縮機(jī)、 冷凝器和蒸發(fā)器。上述常規(guī)配置的建造和維修成本很高。大部分成本涉及長(zhǎng)的制冷劑管道路程。長(zhǎng) 的管道路程不僅硬件和安裝成本高，而且注滿管道所需的制冷劑數(shù)量也是一個(gè)重要的成本 因素。管道路程越長(zhǎng)，則所需制冷劑越多。此外環(huán)境因素也會(huì)增加成本。管接頭可能泄漏， 使制冷劑漏入大氣。長(zhǎng)的管道路程總是意味著更多的管道接頭，接頭可能泄漏。當(dāng)發(fā)生泄 漏時(shí)，管道路程越長(zhǎng)，制冷劑損失越多。受讓人的美國(guó)專利6，047，557公開解決上述問題的方案，其公開通過引用包括于 本文中。上述專利中提出的方案涉及一個(gè)分布制冷系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，冷凝器被安裝于冷 柜上，且由也可安裝于柜內(nèi)的特定脈沖寬度調(diào)制的壓縮機(jī)使用。若需要，冷凝器和壓縮機(jī)可 以聯(lián)在一起，以服務(wù)于一組相鄰的冷柜，每個(gè)柜皆有其自己的蒸發(fā)器。此外，具有至少一個(gè) 脈沖寬度調(diào)制壓縮機(jī)的多個(gè)壓縮機(jī)，能夠用來處理大蒸發(fā)器負(fù)載系列。還有，冷凝器可以安 裝于一個(gè)有蒸發(fā)器的罩內(nèi)，以提供一個(gè)整裝的組件；或者可以像在分體式系統(tǒng)中那樣布置 的遠(yuǎn)處。由一個(gè)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)脈沖寬度調(diào)制壓縮機(jī)，該系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)系統(tǒng)負(fù)載提供一個(gè)可變負(fù)載循環(huán)控制信號(hào)。雖然上述脈沖寬度調(diào)制壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)令人滿意地工作，但是這些系統(tǒng)的繼續(xù) 發(fā)展的目的就在于控制壓縮機(jī)、冷凝器和冷凝單元內(nèi)其他部件的容量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種冷卻系統(tǒng)，包括殼體；蒸發(fā)器；置于所述殼體中；冷凝 器，以流體連通方式耦合于所述蒸發(fā)器；壓縮機(jī)，以流體連通方式耦合于所述蒸發(fā)器和所述 冷凝器，所述壓縮機(jī)裝有一種處于吸入壓力與排出壓力之間的氣體；壓力傳感器，用以檢測(cè) 所述的吸入壓力；和控制器，它響應(yīng)于所述吸入壓力傳感器并耦合于所述壓縮機(jī)，以便向所 述壓縮機(jī)提供可變負(fù)載循環(huán)控制信號(hào)，從而所述壓縮機(jī)在操作時(shí)可調(diào)制于第一容量狀態(tài)與 第二容量狀態(tài)之間，借此根據(jù)所述吸入壓力，調(diào)整所述壓縮機(jī)的工作容量，以便維持規(guī)定的 吸入壓力。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于復(fù)式壓縮機(jī)柜的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，該柜裝有至少一 個(gè)具備脈沖寬度調(diào)制容量的壓縮機(jī)，所述的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器，用以檢測(cè)氣 體的吸入壓力；和系統(tǒng)控制器，它響應(yīng)于所述吸入壓力傳感器并耦合于至少一個(gè)壓縮機(jī)，以 便向至少一個(gè)壓縮機(jī)提供可變負(fù)載循環(huán)控制信號(hào)，使所述至少一個(gè)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)可以調(diào) 制于第一容量狀態(tài)與第二容量狀態(tài)之間，從而根據(jù)所述吸入壓力調(diào)整至少一個(gè)壓縮機(jī)的工 作容量，以維持規(guī)定的吸入壓力。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，包括復(fù)式壓縮機(jī)柜，其中至少裝有一 個(gè)壓縮機(jī)，這個(gè)壓縮機(jī)可在至少按照兩種狀態(tài)激勵(lì)時(shí)有選擇地運(yùn)行，其中第一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于 第一容量，第二狀態(tài)對(duì)應(yīng)于比所述第一容量小的第二容量，所述至少一個(gè)壓縮機(jī)可用于壓 縮一種其壓力介于吸入壓力與排出壓力之間的氣體；壓力傳感器，用以檢測(cè)所述的吸入壓 力；和耦合于所述壓力傳感器的控制器，用以產(chǎn)生隨所述吸入壓力而變的可變負(fù)載循環(huán)控 制信號(hào)，所述控制器耦合于所述壓縮機(jī)，以便使所述壓縮機(jī)根據(jù)所述可變負(fù)載循環(huán)控制信 號(hào)在所述第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進(jìn)行有選擇地變更，從而根據(jù)所述吸入壓力來調(diào)整所述 至少一個(gè)壓縮機(jī)的容量。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種冷卻系統(tǒng)，包括殼體蒸發(fā)器，置于所述殼體中；冷凝 器，以液體連通方式耦合于所述蒸發(fā)器；壓縮機(jī)柜，以液體連通方式耦合于所述蒸發(fā)器和 所述冷凝器，所述壓縮機(jī)柜至少包括一個(gè)壓縮機(jī)，這個(gè)壓縮機(jī)具有脈沖寬度調(diào)制可變?nèi)萘?并且可工作于兩種狀態(tài)之間；壓力傳感器，用以檢測(cè)氣體的吸入壓力；系統(tǒng)控制器，它響應(yīng) 于所述吸入壓力傳感器并耦合于至少一個(gè)壓縮機(jī)，以便向至少一個(gè)壓縮機(jī)提供可變負(fù)載循 環(huán)控制信號(hào)，從而所述至少一個(gè)壓縮機(jī)在工作時(shí)可調(diào)制于第一容量狀態(tài)與第二容量狀態(tài)之 間，借此根據(jù)所述的吸入壓力來調(diào)整至少一個(gè)壓縮機(jī)的工作容量，以維持預(yù)定的吸入壓力。本專業(yè)的人員可從下面的詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求書和附圖中，了解本發(fā)明的其 他優(yōu)點(diǎn)和目的。


用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式，在附圖中圖1是先有技術(shù)制冷系統(tǒng)配置的系統(tǒng)方框圖2是根據(jù)本發(fā)明的冷凝單元或冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖；圖3是以負(fù)載狀態(tài)示出的脈沖寬度調(diào)制壓縮機(jī)實(shí)施例的剖視圖；圖4是以空載狀態(tài)示出的圖3壓縮機(jī)的剖視圖；圖5是圖3和4所示的活塞組件的主剖視圖；圖6是圖3和4所示的非動(dòng)渦旋的俯視剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的冷凝單元或冷卻系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖8是說明圖7所示控制器的示意圖；圖9是本發(fā)明控制系統(tǒng)的流程圖；圖10是圖7和8所示控制器的控制部件的平面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明說明柜控制器和系統(tǒng)控制器的示意圖；和圖12是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)替代實(shí)施例的冷凝單元或冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，在附圖中相同的標(biāo)號(hào)都表示相同對(duì)應(yīng)的部件。圖1示出一個(gè)用總 標(biāo)號(hào)10表示的常規(guī)制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)10包括遠(yuǎn)離多個(gè)冷柜16的多個(gè)壓縮機(jī)12和一個(gè) 冷凝器14。在本說明中，以并聯(lián)機(jī)組方式配置壓縮機(jī)12，并聯(lián)機(jī)組位于機(jī)房?jī)?nèi)或房頂18上。 壓縮機(jī)12供應(yīng)可以空氣冷卻或水冷卻的冷凝器14。冷凝器14把液體制冷劑送到一個(gè)貯液 器20。貯液器20又把制冷劑送到各冷柜16。如圖所示，冷柜16是并聯(lián)的。在大多數(shù)情況 下，都用液體管道電磁閥22調(diào)節(jié)流向相關(guān)蒸發(fā)器24的制冷劑流量。通過膨脹閥26之類的 適宜膨脹裝置把制冷劑送到蒸發(fā)器24。膨脹閥26設(shè)有一個(gè)節(jié)流孔，該孔使液體制冷劑霧 化成引入蒸發(fā)器24入口側(cè)的液滴。蒸發(fā)器24位于冷柜16內(nèi)，它通過液滴蒸發(fā)成氣體而從 柜16及其內(nèi)裝物吸熱。壓縮機(jī)12借助抽力抽出這種氣體，并且壓縮該氣體。然后由冷凝 器14冷卻高溫壓縮氣體，使其返回到液體狀態(tài)，并送回到貯液器20，從而循環(huán)繼續(xù)。為了使冷卻容量與負(fù)載匹配，可以按需要單個(gè)地或成組地接通和切斷壓縮機(jī)12。 在典型的零售商店裝置中，可以安裝幾個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，以處理不同的工作溫度范圍，其中每 個(gè)系統(tǒng)按圖1所示來配置。請(qǐng)注意，液體管路28和吸氣管路30可能很長(zhǎng)(例如達(dá)150英 尺)，以跨越從冷柜16到機(jī)房或房頂18的距離。圖2示出一個(gè)按照本發(fā)明原理配置的一個(gè)冷凝單元或冷卻系統(tǒng)40。冷卻系統(tǒng)40 包括一個(gè)冷柜42，一個(gè)壓縮機(jī)44，一個(gè)冷凝器46，一個(gè)第一膨脹閥48，一個(gè)經(jīng)濟(jì)器50，一個(gè) 第二膨脹閥52和一個(gè)蒸發(fā)器54。雖然結(jié)合冷柜說明冷卻系統(tǒng)，但在需要時(shí)結(jié)合其他冷卻裝 置使用冷卻系統(tǒng)，也屬于本發(fā)明的范圍。冷凝器46和壓縮機(jī)44都裝在柜42內(nèi)，或與其相連接。蒸發(fā)器54和相關(guān)的膨脹 閥48和52同樣裝在柜42內(nèi)。冷凝器46包括一個(gè)排熱機(jī)構(gòu)56，借此把熱傳到環(huán)境中。排 熱機(jī)構(gòu)56可以是一個(gè)連接于適宜管道的水套，用以把廢熱帶到位于房頂或室外別處的水 冷卻塔。要不然，排熱機(jī)構(gòu)56可以是一個(gè)強(qiáng)制空氣冷卻系統(tǒng)或無源對(duì)流空氣冷卻系統(tǒng)。冷 卻系統(tǒng)40還可使用一個(gè)液體管道截止閥58，去控制流向蒸發(fā)器54的制冷劑流量。閥58與 一些控制傳感器連接，以便按需要向蒸發(fā)器54供應(yīng)制冷劑。圖12示出根據(jù)本發(fā)明原理配置冷凝單元或冷卻系統(tǒng)240的另一實(shí)施例。冷卻系 統(tǒng)240包括一系列的冷柜242a、242b和242c，以及一組壓縮機(jī)244a、244b、244c和244d，壓縮機(jī)組244a-d至少包括一個(gè)脈沖寬度調(diào)制壓縮機(jī)244d。冷卻系統(tǒng)240是一個(gè)分體式系統(tǒng)， 其中壓縮機(jī)244a-d裝在房頂上或機(jī)房18中，而冷柜242a_c則裝在商店零售區(qū)。在裝有壓 縮機(jī)244a-d的機(jī)房18中，還裝有一個(gè)冷凝器246，一個(gè)第一膨脹閥248和一個(gè)經(jīng)濟(jì)器250， 除冷柜242a-c之外，冷卻系統(tǒng)240還包括一個(gè)第二膨脹閥252和一個(gè)蒸發(fā)器254。雖然在 圖12中結(jié)合冷柜242a-c描述冷卻系統(tǒng)240，但在需要時(shí)和其他冷卻裝置結(jié)合使用冷卻系統(tǒng) 240也屬于本發(fā)明的范圍。冷凝器246包括一個(gè)排熱機(jī)構(gòu)256，借此把熱傳給環(huán)境。排熱機(jī)構(gòu)256可以是一個(gè) 與適宜管道相連接的水套，用以把廢熱帶到位于房頂或室外別處的水冷卻塔。要不然，排熱 機(jī)構(gòu)256可以是一個(gè)強(qiáng)制空氣冷卻系統(tǒng)或無源對(duì)流空氣冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)240還可使用 一個(gè)液體管道截止閥258，去控制流向各蒸發(fā)器254的制冷劑流量。閥258與一些控制傳感 器連接，以便按需要向蒸發(fā)器254供應(yīng)制冷劑。冷卻系統(tǒng)240像冷卻系統(tǒng)40 —樣，用壓縮機(jī)控制器60在容量信號(hào)線62上把脈沖 寬度調(diào)制控制信號(hào)送到用于壓縮機(jī)244d的容量電磁閥64。此外，控制器60利用下述的算 法調(diào)節(jié)閥64的控制信號(hào)的脈沖寬度。雖然圖12中只示出一個(gè)脈沖寬度調(diào)制壓縮機(jī)244d， 但可以有更多的壓縮機(jī)包括容量電磁閥64用以靠控制器60來進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。此外， 雖然圖12中未示出，但控制器60還可在噴射信號(hào)線上把脈沖寬度調(diào)制蒸氣噴射信號(hào)送到 用于任何壓縮機(jī)244a-d的噴射電磁閥。控制器60利用下述的算法調(diào)節(jié)用于噴射電磁閥的 控制信號(hào)的脈沖寬度。冷卻系統(tǒng)40采用一個(gè)冷凝單元或系統(tǒng)控制器60，控制器60在容量信號(hào)線62上把 脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)送到用于壓縮機(jī)44的容量電磁閥64?？刂破?0使用下述算法調(diào)節(jié) 用于閥64的控制信號(hào)脈沖寬度?？刂破?0還在噴射信號(hào)線66上把脈沖寬度調(diào)制蒸氣噴 射信號(hào)送到一個(gè)用于壓縮機(jī)44的噴射電磁閥68?？刂破?0使用下述的算法調(diào)節(jié)用于閥 68的控制信號(hào)脈沖寬度。圖3和圖4示出壓縮機(jī)44的細(xì)節(jié)。渦形壓縮機(jī)44包括一個(gè)外殼70。在外殼70 內(nèi)裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和一個(gè)壓縮機(jī)組件82。該馬達(dá)包括一個(gè)定子72，一個(gè)轉(zhuǎn)子74，一個(gè)把 轉(zhuǎn)子74固定于其上的曲軸76，一個(gè)上軸承座78，和一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)支承曲軸76和壓縮機(jī)組 件82的下軸承座80。壓縮機(jī)組件82包括一個(gè)動(dòng)渦旋構(gòu)件84。構(gòu)件84支承于上軸承座78上，且通過曲 軸銷86和驅(qū)動(dòng)軸套88可驅(qū)動(dòng)地連接于曲軸76。一個(gè)非動(dòng)渦旋構(gòu)件90是以嚙合于動(dòng)渦旋 構(gòu)件84的方式安置的，并且借助多個(gè)螺栓(未示出)和相關(guān)套構(gòu)件(未示出)可軸向移動(dòng) 地固定于上軸承座78上。一個(gè)歐氏聯(lián)軸器92同渦旋構(gòu)件84和90合作，以防在其間的相 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)隔板94被裝在殼70的上端附近，用于把殼70的內(nèi)部分隔成在其上端的排出 室96和在其下端的吸入室98。在操作中，當(dāng)動(dòng)渦旋構(gòu)件84相對(duì)于渦旋構(gòu)件90運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過吸入管接頭100把吸 入氣體抽吸到殼70的吸入室98中。通過一個(gè)設(shè)在非動(dòng)渦旋構(gòu)件90中的入口 102把吸入 氣體從吸入室98抽吸到壓縮機(jī)82。設(shè)在渦旋構(gòu)件84和90上的嚙合渦旋線，界定氣體的移 動(dòng)袋；當(dāng)這些袋由于渦旋構(gòu)件84軌道運(yùn)動(dòng)而快速向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，其尺寸逐漸減小，從而壓縮 通過入口 102進(jìn)入的吸入氣體。然后通過一個(gè)設(shè)在非動(dòng)渦旋構(gòu)件90中的排出口 104和一 個(gè)在隔板94中形成的通道106，把壓縮氣體排出到排出管96中。最好在排出口 104內(nèi)安置一個(gè)壓力響應(yīng)排出閥108。非動(dòng)渦旋構(gòu)件90還設(shè)有一個(gè)在其上表面中形成的環(huán)形凹槽110。在凹槽110內(nèi)裝 有一個(gè)浮動(dòng)密封件112，由中壓氣體對(duì)著隔板94給該密封件加偏壓，從而使吸入室98從排 出室96密封。一個(gè)通道114伸過非動(dòng)渦旋構(gòu)件90，以便把中壓氣體送到凹槽110。結(jié)合壓縮機(jī)44示出一個(gè)容量控制系統(tǒng)120。容量控制系統(tǒng)120包括一個(gè)排出管接 頭122，一個(gè)活塞124，一個(gè)管接頭126和一個(gè)電磁閥64。在排出口 104內(nèi)以螺旋方式承裝 或以其他方式固定排出管接頭122。排出管接頭122界定一內(nèi)腔130和多個(gè)排出通道132。 在排出管接頭122和內(nèi)腔130下面安裝排出閥108。于是，壓力氣體克服排出閥108的偏 壓負(fù)載而打開排出閥108，從而使壓力氣體通過通道132流入內(nèi)腔130內(nèi)并流入排出室96 內(nèi)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖4和圖5，更詳細(xì)地說明排出管接頭122和活塞124組件。排出 管接頭122界定一個(gè)環(huán)形法蘭134。對(duì)著法蘭134安置一個(gè)唇形密封件136和一個(gè)浮動(dòng)保 持件138?；钊?24是壓入配合到或以其他方式固定到排出管接頭122上的；活塞124界 定一個(gè)環(huán)形法蘭140，法蘭140把密封件136和保持件138夾在法蘭140與法蘭134之間。 排出管接頭122界定一個(gè)通路142和一個(gè)孔144 ；孔144貫穿排出管接頭122，以便把排出 室96流體連通于壓力室146 ；壓力室146是由排出管接頭122、活塞124、密封件136、保持 件138和殼70界定的。殼接頭126被固定于一個(gè)由殼70界定的孔內(nèi)，且滑動(dòng)地承裝排出管 接頭122、活塞124、密封件136和保持件138的組件。壓力管146由管148流體連通于電 磁閥64，且與吸入管接頭100連接，從而經(jīng)管150連接于吸入管98?；钊?24、密封件136 和浮動(dòng)保持件318的組合提供一個(gè)自動(dòng)定心密封系統(tǒng)，從而準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)殼接頭126的內(nèi)孔。 密封件136和浮動(dòng)保持件138有足夠的徑向柔順性，致使在殼接頭126的內(nèi)孔與其中固定 排出管接頭122的排出口 104的內(nèi)孔之間的任何未對(duì)準(zhǔn)，都可由密封件136和浮動(dòng)保持件 138調(diào)節(jié)。為了加偏壓而使非動(dòng)渦旋構(gòu)件90密封地嚙合于正常全負(fù)載運(yùn)行的動(dòng)渦旋構(gòu)件 84，由控制器60退動(dòng)電磁閥64(或起動(dòng)它)，以阻斷在管148與管150之間的流體流動(dòng)。在 這個(gè)位置，室146通過通道142和孔144與排出室96連通。在室96和146內(nèi)的處于排出 壓力的壓力流體，會(huì)對(duì)著活塞124的對(duì)峙側(cè)作用，從面使非動(dòng)渦旋構(gòu)件90對(duì)著動(dòng)渦旋構(gòu)件 84正常地施加偏壓，以便各個(gè)渦旋構(gòu)件的軸端密封地嚙合于其對(duì)峙渦旋構(gòu)件各自的端板。 兩個(gè)渦旋構(gòu)件84和90的軸密封使壓縮機(jī)44以100%容量工作。為了卸載壓縮機(jī)44，由控制器60把電磁閥64起動(dòng)到(或退動(dòng)到)圖4所示的位 置。在這個(gè)位置，吸入室98是通過吸入管接頭100、管150、電磁閥64和管148直接連通于 室146的。在排出壓力下，壓力流體被卸壓成從室146吸入，在活塞124對(duì)峙側(cè)上的壓力差 會(huì)向上移動(dòng)非動(dòng)渦旋構(gòu)件90，使各渦旋構(gòu)件的端部的軸端與其各自的端板分離，并且較高 的壓力袋會(huì)釋放到較低的壓力袋且最終釋放到吸入室98。設(shè)置孔144，以控制在排出室96 與室146之間的排出氣體的流量。于是，當(dāng)室146連接于壓縮機(jī)的吸入側(cè)射，活塞124對(duì)峙 側(cè)上會(huì)產(chǎn)生壓力差。安裝一個(gè)波形彈簧152，以便在非動(dòng)渦旋構(gòu)件90調(diào)制期間，在浮動(dòng)密 封件112與隔板94之間維持密封關(guān)系。在渦旋件84與92之間建立一個(gè)間隙154時(shí)，會(huì)消 除吸入氣體的繼續(xù)壓縮。當(dāng)這種卸載發(fā)生時(shí)，排出閥108會(huì)移動(dòng)到它們的關(guān)閉位置，從而防 止高壓流體從下游制冷系統(tǒng)上的排出室96回流。當(dāng)要恢復(fù)吸入氣體的壓縮時(shí)，會(huì)退動(dòng)(或起動(dòng))電磁閥64，以重新阻斷在管148與150之間的流體流動(dòng)，從而通過通道142和孔144 由排出室96加壓室146?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3、圖4和圖6，更詳細(xì)地說明用于壓縮機(jī)44的流體噴射系統(tǒng)158。壓 縮機(jī)44有能力把液體噴入中壓移動(dòng)管，即吸入管98和排出室96中間。一個(gè)流體噴射管接 頭160貫穿殼70，并且流體地連接于噴射管162，這又會(huì)流體地連接于一個(gè)在非動(dòng)渦旋構(gòu)件 90上固定的噴射管接頭164。非動(dòng)渦旋構(gòu)件90界定一對(duì)徑向通道166，每個(gè)通道都延伸于 噴射管接頭164與一對(duì)軸向通道168之間。在壓縮機(jī)組件82的非動(dòng)渦旋構(gòu)件90的對(duì)峙側(cè)， 軸向通道168向移動(dòng)室打開，以便按控制器60的要求把流體噴入這些移動(dòng)室。圖2示出蒸氣噴射系統(tǒng)158，該系統(tǒng)給壓縮機(jī)44的流體噴射系統(tǒng)提供流體如圖2 所示，在冷卻系統(tǒng)中示出壓縮機(jī)44 ；該系統(tǒng)包括冷凝器46，第1膨脹閥或節(jié)流閥48，經(jīng)濟(jì)器 50，第2膨脹閥或節(jié)流閥52，蒸發(fā)器54，和互連諸部件的一系列管道。壓縮機(jī)44靠馬達(dá)運(yùn) 行，以壓縮制冷氣體。然后用冷凝器46液化受壓縮的氣體。經(jīng)濟(jì)器50可以是一個(gè)膨脹箱 型或熱交換器型經(jīng)濟(jì)器。如圖所示，液化的制冷劑通過膨脹閥48流到膨脹箱型經(jīng)濟(jì)器50， 制冷劑在此經(jīng)濟(jì)器分離成氣體和液體。氣態(tài)制冷劑進(jìn)一步流過附加的管道系統(tǒng)，以便通過 管接頭160引入壓縮機(jī)44。另一方面，其余的液態(tài)制冷劑進(jìn)一步在膨脹閥52膨脹，然后在 蒸發(fā)器54蒸發(fā)，且再次進(jìn)入壓縮機(jī)44。再參照?qǐng)D2，把膨脹箱經(jīng)濟(jì)器50和蒸氣噴射系統(tǒng)的其余部分結(jié)合起來，可以把壓 縮機(jī)44的容量增加到大于壓縮機(jī)44的固定容量。通常，在標(biāo)準(zhǔn)的制冷條件下，壓縮機(jī)44的 容量可增加約30%，從而給壓縮機(jī)提供130%的容量。為了能夠控制壓縮機(jī)44的容量，在 經(jīng)濟(jì)器50與管接頭160之間設(shè)置電磁閥68?？捎每刂破?0控制壓縮機(jī)44的增加容量，控 制器60或以脈沖寬度噴射方式或以連續(xù)噴射方式操縱電磁閥68。當(dāng)以脈沖寬度調(diào)制方式 操縱時(shí)，把電磁閥68和壓縮機(jī)44的容量控制系統(tǒng)120結(jié)合起來，可以在其固定容量的0% 與130%之間的任何容量處，安排壓縮機(jī)44的容量，以適應(yīng)較快的負(fù)載降低。參照?qǐng)D7，單個(gè)的壓縮機(jī)44和冷凝器46能夠服務(wù)于好幾個(gè)分布柜或加熱和冷卻 (HVAC)系統(tǒng)中的好幾個(gè)分布冷卻單元。在圖7中，用標(biāo)以42a、42b和42c的虛線框表示冷 柜或冷卻系統(tǒng)箱。常規(guī)上，壓縮機(jī)44和冷凝器46可以裝在冷柜或箱42a之類的冷柜或箱 之一之內(nèi)或連接于其上；也可以比如在分體式系統(tǒng)中如圖12中所示裝在遠(yuǎn)處，其中壓縮機(jī) 46和冷凝器44在機(jī)房中或在房頂18上。各冷柜或箱具有它自己的用54(a、b、c)和52 (a、 b、c)表示的蒸發(fā)器和配套的第2膨脹閥，以及液體管路截止閥58 (a、b、c)和恒溫器172 (a、 b、c)，恒溫器可控制一個(gè)各自的液體管路截止閥58(a、b、c)。此外，冷柜或箱之一，通常是 最低溫度的柜或箱，可以具有溫度傳感器174，如冷柜或箱42a內(nèi)所示。當(dāng)包括溫度傳感器 174時(shí)，它可向控制器60提供輸出信息，如下所述。最后，可以包括一個(gè)監(jiān)測(cè)制冷劑吸入管 接頭100的壓力的壓力傳感器176。壓力傳感器176向控制器60提供這種信息，如下所述。要不然，如圖2，圖7和圖11所示，每個(gè)蒸發(fā)器54皆可擁有它自己的柜控制器300， 以便根據(jù)柜溫度和柜出口壓力進(jìn)行除霜、風(fēng)扇和電子膨脹閥的控制。具體參照?qǐng)D11，在一 組冷柜42a、42b、42c中的每個(gè)柜都分別包括一個(gè)柜控制器300a、300b、300c。溫度傳感器 174a、174b、174c和壓力傳感器176a、176b、176c向各自的柜控制器300a、300b、300c提供溫 度和柜出口壓力測(cè)量。柜控制器300a、300b、300c通過一個(gè)數(shù)字雙向通信路徑310連接于 系統(tǒng)控制器60，從而能夠用柜控制器300a、300b、300C向系統(tǒng)控制器60提供溫度和壓力傳感值和柜需要的負(fù)載狀態(tài)(1或0)。進(jìn)而，各個(gè)柜控制器300a、300b、300c根據(jù)接收的溫度 和壓力傳感值局部地進(jìn)行除霜、電子膨脹閥和風(fēng)扇的控制。圖7的組合柜或組合冷卻單元實(shí)施例說明怎樣對(duì)單個(gè)的壓縮機(jī)44進(jìn)行脈沖寬度 調(diào)制，以便由控制器60進(jìn)行容量控制和蒸氣噴射，從而按瞬時(shí)需要冷卻。溫度傳感器174 和/或壓力傳感器176提供系統(tǒng)上負(fù)載的指示。如下所述控制器60調(diào)整容量控制系統(tǒng)120 和蒸氣噴射系統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制，以便在壓縮機(jī)的高容量狀態(tài)與低容量狀態(tài)之間調(diào)制壓縮 機(jī)，以滿足制冷劑的瞬時(shí)需要?？刂破?0可通過使用電磁閥64的脈沖寬度調(diào)制來控制壓縮機(jī)44的容量。除本 實(shí)施例之外，能夠從0%到100%控制壓縮機(jī)44的容量；用脈沖寬度調(diào)制操作可把容量從 10%調(diào)制到100%。此外，借助控制本發(fā)明蒸氣噴射系統(tǒng)的電磁閥68的脈沖寬度調(diào)制，可把 壓縮機(jī)44的容量增加到從100%到約130%之間的任何容量?？刂破?0還可以在需要時(shí) 用開/關(guān)方式操縱電磁閥68。引入控制器60的操作特征和算法將在下面詳述?？刂破?0能夠控制單個(gè)蒸發(fā)器(圖2)的或多個(gè)蒸發(fā)器(圖7)的制冷系統(tǒng)。多 個(gè)蒸發(fā)器的系統(tǒng)的蒸發(fā)器可以具有類似的溫度或者混合的溫度，其方法是在較高溫度的蒸 發(fā)器中采用電子壓力調(diào)節(jié)器?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7和圖8，更詳細(xì)地說明控制器60。控制器60控制一個(gè)報(bào)警輸出200， 它在任何報(bào)警條件期間保持接通。當(dāng)所有報(bào)警條件終結(jié)時(shí)，報(bào)警輸出200會(huì)自己復(fù)位?？刂破?0控制第1冷凝器風(fēng)扇202和第2冷凝器風(fēng)扇204的運(yùn)行。冷卻系統(tǒng)40 包括用于冷凝器46的兩個(gè)冷凝器風(fēng)扇馬達(dá)和風(fēng)扇。控制器60控制以206表示的壓縮機(jī)44 馬達(dá)的運(yùn)行，以208表示的蒸氣噴射電磁閥68的運(yùn)行，和以210表示的容量控制電磁閥64 的運(yùn)行。向控制器60提供各種輸入。這些輸入包括以212表示的控制功率，以214表示的 來自壓力傳感器176的任選吸入壓力輸入，以216表示的來自溫度傳感器174的任選負(fù)載 柜溫度輸入，以220表示的來自溫度傳感器218的在半盤管或盤管返回處的制冷劑溫度，和 以224表示的來自溫度傳感器222的壓縮機(jī)44排出氣體的溫度。利用各種輸入，控制器60 能夠根據(jù)柜空氣溫度、壓縮機(jī)吸入壓力、或二者，控制壓縮機(jī)44的容量，這將在下面詳述。 控制器60和各種端子板都裝在一個(gè)適合安裝于冷卻系統(tǒng)40中的盒(未示出)中。雖未具體詳述，但是如果需要這種保護(hù)的話冷卻系統(tǒng)40還包括一個(gè)低壓切斷電 動(dòng)機(jī)械開關(guān)，以便在很低的吸入壓力下停止壓縮機(jī)44運(yùn)行，從而提供真空保護(hù)；和一個(gè)高 壓頭切斷電動(dòng)機(jī)械開關(guān)，以便在很高的排出壓力下停止壓縮機(jī)44運(yùn)行。如上所詳述，各 個(gè)蒸發(fā)器54(a、b、c)都帶有其自己的液體管路電磁閥58 (a、b、c)、其自己的溫度傳感器 172 (a、b、c)和其自己的恒溫膨脹閥52 (a、b、c)，這些閥或傳感器都不與控制器60連通。 只通過頭柜溫度傳感器174和/或吸入壓力傳感器176與控制器60連通。最后，控制器 60能夠在諸制冷劑之間切換，這些冷凍劑包括但不限于R-404A、R-407C、R-22、R-134a和 R-410A，這將在下面詳述。壓縮機(jī)容量控制算法(圖9)控制器60通過電磁閥64和/或電磁閥68的脈沖寬度調(diào)制控制來調(diào)制壓縮機(jī)44 的容量。有兩種不同的比例積分微分控制環(huán)路。可把器60設(shè)置成使用利用傳感器176的 吸入壓力控制，利用傳感器174的頭柜溫度控制，或利用傳感器174和176的頭柜溫度控制和吸入控制后備的組合。將依次描述上述各情況。吸入壓力控制在吸入壓力控制期間，用被調(diào)整成把平均吸入壓力維持在吸入壓 力設(shè)定值230的加載時(shí)間操作壓縮機(jī)44。平均吸入壓力的確定方法是在壓縮機(jī)44的各 個(gè)加載/卸載循環(huán)時(shí)期取許多吸入壓力樣值，然后利用數(shù)字濾波器232來過濾這種吸入壓 力數(shù)據(jù)。通過消除由壓縮44加載和卸載引起的幾乎所有壓力波動(dòng)，數(shù)字濾波器232會(huì)產(chǎn)生 用來控制的有用的平均壓力。最好是，數(shù)字濾波器的取樣率與脈沖寬度調(diào)制(PWM)循環(huán)時(shí) 間成反比，以便數(shù)字濾波器在各個(gè)PWM循環(huán)期間都以20個(gè)樣值操作，而與所選擇的PWM循 環(huán)時(shí)間無關(guān)。這樣得到的濾波將具有適宜的定時(shí)，以便匹配所選擇的PWM循環(huán)時(shí)間。用PID 算法控制吸入壓力。如下所述，可在控制器60設(shè)定吸入壓力設(shè)定值。來自吸入壓力傳感器 176的信號(hào)是先通過數(shù)字濾波器再發(fā)送到吸入壓力PID算法。如果選擇吸入壓力控制，則頭 柜溫度PID算法無作用。頭柜溫度控制在頭柜溫度控制期間，用加載工作周期百分率操作壓縮機(jī)44，該 周期被調(diào)整成把所選頭柜中空氣溫度維持在頭柜溫度設(shè)定值234。用PID算法控制這種頭 柜溫度。如下所述，可在控制器60上設(shè)定頭柜溫度設(shè)定值。來自溫度傳感器174的信號(hào)直 接送往頭柜溫度PID算法。如果選擇頭柜溫度控制，則吸入壓力PID算法無作用。組合控制在組合控制期間，操作壓縮機(jī)44，以得到吸入壓力設(shè)定值230和頭柜溫 度設(shè)定值234。增加壓縮機(jī)44的容量，直到滿足這兩個(gè)設(shè)定值為止。通過使吸入壓力PID 控制和頭柜溫度PID控制同時(shí)起作用的方法，實(shí)現(xiàn)組合控制?？刂破?0使要求最小的壓縮 機(jī)容量的那個(gè)PID控制處于支配地位。在壓縮機(jī)44的每個(gè)卸載循環(huán)期間，會(huì)重新計(jì)算哪一 個(gè)控制的確定。這種組合的優(yōu)先企圖在于頭柜溫度控制是大部分時(shí)間的處于支配地位的 控制，從而它必然要求較小的壓縮機(jī)容量。于是，頭柜溫度設(shè)定值通常被設(shè)定成比按照吸 入壓力設(shè)定值本身達(dá)到的值要略高的冷藏溫度。在一個(gè)會(huì)選擇二者中較小者的選擇器236 中，組合兩個(gè)PID控制功能(一個(gè)功能用于吸入壓力，另一功能用于頭柜溫度)的輸出。選 擇器把信號(hào)送到一個(gè)容量調(diào)制生成器238。容量調(diào)制生成器生成一個(gè)要送到電磁鐵驅(qū)動(dòng)器 240的PWM電磁閥64的定時(shí)。優(yōu)選頭柜溫度處于支配地位的理由是如果把吸入壓力設(shè)定 值設(shè)定成去實(shí)現(xiàn)一個(gè)比頭柜溫度設(shè)定值低的溫度，則吸入壓力控制會(huì)處于支配地位，并且 頭柜溫度會(huì)維持于一個(gè)低于頭柜溫度設(shè)定值的溫度。這樣的設(shè)定基本上使頭柜溫度測(cè)量失 效。在支配頭柜溫度控制期間的吸入壓力控制的存在，是在頭柜除霜時(shí)有用的，因?yàn)槲雺?力在除霜時(shí)低于頭柜溫度。此外，吸入壓力傳感器176的壓力能夠更好地控制冷凝器，和當(dāng) 吸入壓力變得太低時(shí)更好地保護(hù)壓縮機(jī)馬達(dá)，以防止短循環(huán)。組合控制方式?jīng)]有內(nèi)環(huán)和沒 有外環(huán)。兩個(gè)PID控制路徑是相等的，都是有效的；由選擇器236確定哪一個(gè)路徑在當(dāng)時(shí)有 控制效果。轉(zhuǎn)到描述脈沖寬度調(diào)制，用容量調(diào)制生成器238把選擇器236的選擇算法輸出轉(zhuǎn) 換成重復(fù)脈沖的負(fù)載循環(huán)值。容量調(diào)制生成器238的輸出會(huì)控制壓縮機(jī)44的電磁閥64。 較大的容量會(huì)在占較小比例的循環(huán)時(shí)間里使電磁閥64通電(或斷電)，以增加壓縮機(jī)44的 容量按下式計(jì)算輸出容量
權(quán)利要求
一種用于復(fù)式壓縮機(jī)柜的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，該柜裝有至少一個(gè)具備脈沖寬度調(diào)制容量的壓縮機(jī)，所述的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器，用以檢測(cè)氣體的吸入壓力；和系統(tǒng)控制器，它響應(yīng)于所述壓力傳感器并耦合于所述至少一個(gè)壓縮機(jī)，以便向至少一個(gè)壓縮機(jī)提供可變負(fù)載循環(huán)控制信號(hào)，使所述至少一個(gè)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)可以調(diào)制于第一容量狀態(tài)與第二容量狀態(tài)之間，從而根據(jù)所述吸入壓力調(diào)整至少一個(gè)壓縮機(jī)的工作容量，以維持規(guī)定的吸入壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述第二容量狀態(tài)相較于所述第一容量狀 態(tài)以更小的容量運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述第二容量狀態(tài)以近似零容量運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，還包括蒸氣噴射系統(tǒng)，用來在介于吸入壓力與 排出壓力之間的位置處，把蒸氣噴入至少一個(gè)壓縮機(jī)中，所述的系統(tǒng)控制器耦合于所述蒸 氣噴射系統(tǒng)，以控制所述氣體的噴射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，還包括溫度傳感器，用以檢測(cè)處于所述排出壓 力下的所述氣體的溫度，所述控制器耦合于所述溫度傳感器，以便根據(jù)處于所述排出壓力 下的所述氣體的所述溫度，控制所述蒸氣的噴射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器耦合于冷凝器風(fēng)扇，以控 制該風(fēng)扇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器包括起動(dòng)邏輯，所述起動(dòng) 邏輯在激勵(lì)所述至少一個(gè)壓縮機(jī)時(shí)選擇所述至少一個(gè)壓縮機(jī)的所述第二容量狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，還包括用來控制蒸發(fā)器的蒸發(fā)器控制器和連 接于所述蒸發(fā)器控制器的溫度傳感器，所述溫度傳感器把溫度數(shù)據(jù)傳遞到所述蒸發(fā)器控制 器，并且所述蒸發(fā)器控制器把所述溫度數(shù)據(jù)傳遞到所述系統(tǒng)控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器控制器還把需求負(fù)載狀態(tài)數(shù)據(jù) 傳遞到所述系統(tǒng)控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器在一段處于控制循環(huán)時(shí) 間內(nèi)的規(guī)定時(shí)期，確定平均吸入壓力。
11.一種壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，包括復(fù)式壓縮機(jī)柜，其中至少裝有一個(gè)壓縮機(jī)，這個(gè)壓縮機(jī)可在至少按照兩種狀態(tài)激勵(lì)時(shí) 有選擇地運(yùn)行，其中第一狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第一容量，第二狀態(tài)對(duì)應(yīng)于比所述第一容量小的第二 容量，所述至少一個(gè)壓縮機(jī)可用于壓縮一種其壓力介于吸入壓力與排出壓力之間的氣體；壓力傳感器，用以檢測(cè)所述的吸入壓力；和耦合于所述壓力傳感器的控制器，用以產(chǎn)生隨所述吸入壓力而變的可變負(fù)載循環(huán)控制 信號(hào)，所述控制器耦合于所述壓縮機(jī)，以便使所述壓縮機(jī)根據(jù)所述可變負(fù)載循環(huán)控制信號(hào) 在所述第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間進(jìn)行有選擇地變更，從而根據(jù)所述吸入壓力來調(diào)整所述至 少一個(gè)壓縮機(jī)的容量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述第二容量為近似零容量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述控制器在一段處于控制循環(huán)時(shí)間內(nèi) 的規(guī)定時(shí)期，確定平均吸入壓力。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，還包括蒸氣噴射系統(tǒng)，用以在介于所述吸入 壓力與所述排出壓力之間的位置處把蒸氣噴入所述的壓縮機(jī)，所述控制器耦合于所述蒸氣 噴射系統(tǒng)，以便控制所述氣體的噴射。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，還包括溫度傳感器，用以檢測(cè)處于所述排出 壓力下的所述氣體的溫度，所述控制器耦合于所述溫度傳感器，以便根據(jù)處于所述排出壓 力下的所述氣體的所述溫度，控制所述蒸氣的噴射。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)是渦旋壓縮機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)具有由密封件隔開的兩個(gè)機(jī) 械部件，所述機(jī)械部件可彼此相對(duì)地運(yùn)動(dòng)以建立流體壓力；并且其中所述壓縮機(jī)裝有一個(gè) 機(jī)構(gòu)，用以根據(jù)所述控制信號(hào)有選擇地?cái)嚅_所述的密封件，從而變更建立的所述流體壓力， 同時(shí)使所述機(jī)械部件保持基本上恒定的彼此相對(duì)的運(yùn)動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中當(dāng)所述機(jī)械部件之間的所述密封件被斷 開時(shí)，所述壓縮機(jī)處于所述第二狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述第二容量近似為零。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)是渦旋壓縮機(jī)；所述兩個(gè)機(jī) 械部件是渦旋構(gòu)件。
21.根據(jù)權(quán)利要求11的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述控制器包括起動(dòng)邏輯，所述起動(dòng)邏 輯在激勵(lì)所述壓縮機(jī)時(shí)選擇所述壓縮機(jī)的所述第二狀態(tài)。
全文摘要
一種壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠用于復(fù)式壓縮機(jī)柜，該柜裝有至少一個(gè)具備脈沖寬度調(diào)制容量的壓縮機(jī)，所述的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)包括壓力傳感器，用以檢測(cè)氣體的吸入壓力；和系統(tǒng)控制器，它響應(yīng)于所述吸入壓力傳感器并耦合于至少一個(gè)壓縮機(jī)，以便向至少一個(gè)壓縮機(jī)提供可變負(fù)載循環(huán)控制信號(hào)，使所述至少一個(gè)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)可以調(diào)制于第一容量狀態(tài)與第二容量狀態(tài)之間，從而根據(jù)所述吸入壓力調(diào)整至少一個(gè)壓縮機(jī)的工作容量，以維持規(guī)定的吸入壓力。
文檔編號(hào)F04C28/00GK101975167SQ20101014164
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2002年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者亨·M·潘, 內(nèi)格拉杰·杰伊安斯, 理查德·P·沃格三世 申請(qǐng)人:科普蘭有限責(zé)任公司