專利名稱：用于壓縮機(jī)的油管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種用于制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的油管理系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)用于產(chǎn)生隨后通過冷凝器液化的高制冷劑壓力氣體。壓縮機(jī)具有移動(dòng)部件，該移動(dòng)部件必須被潤滑以便確保可靠的操作和壽命。傳送到壓縮機(jī)的移動(dòng)部件的油在壓縮機(jī)曲軸箱的底部中收集并且通過泵、或者通過經(jīng)由壓縮機(jī)的制冷劑氣體循環(huán)而被再循環(huán)到移動(dòng)部件。曲軸箱加熱器有時(shí)用于在制冷系統(tǒng)的周期關(guān)閉模式期間加熱油。這保持油溫暖并且防止制冷劑向回遷移到曲軸箱。另外，在較冷的天氣狀況下，加熱油保持最小的粘度，當(dāng)制冷系統(tǒng)切換到周期打開模式時(shí)，這幫助確保使?jié)櫥瑒┛焖俚厥┘拥揭苿?dòng)部件。在市場中較好地建立了用于壓縮機(jī)的油管理系統(tǒng)。類似例如來自AC & RComponents的系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)或者來自例如Henry Technologies或Traxon IndustriesPty Ltd.的電子系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的油管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:油溫度傳感器；加熱器，布置為 加熱壓縮機(jī)的曲軸箱中的油；以及控制器，操作地與溫度傳感器和加熱器關(guān)聯(lián)，控制器布置為基于環(huán)境空氣溫度和油溫度來控制加熱器的操作以使油溫度保持在Tmax ^ R ^ Tmin的范圍內(nèi)，其中Tmax>Tmin。


現(xiàn)在將要參照附圖僅通過實(shí)例來描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的油管理系統(tǒng)的示意圖；圖2是與制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的油管理系統(tǒng)的示意圖；圖3是可用作圖1中示出的油管理系統(tǒng)的部件的載體的油高度測量裝置的示意圖；以及圖4是油高度測量裝置的前視圖并且描述了圖1中示出的油測量系統(tǒng)的多個(gè)部件。
具體實(shí)施例方式附圖示出了用于壓縮機(jī)12的油管理系統(tǒng)10的實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，油管理系統(tǒng)10具有支撐在壓縮機(jī)油高度傳感裝置14上的多個(gè)部件。裝置14通常耦接到壓縮機(jī)12，并且將油管理系統(tǒng)的部件接合于在油高度傳感系統(tǒng)14中是為了方便的目的。然而，可替換的實(shí)施方式可以是這樣的，即，系統(tǒng)10包括單獨(dú)結(jié)構(gòu)或本體，該單獨(dú)結(jié)構(gòu)或本體支撐系統(tǒng)10的部件中的一個(gè)或多個(gè)并且單獨(dú)地與壓縮機(jī)12相關(guān)。油管理系統(tǒng)10的示出的實(shí)施方式包括油溫度傳感器18、控制器20、和加熱器22。加熱器22可以布置在壓縮機(jī)12的曲軸箱24的內(nèi)部。油溫度傳感器18提供了對控制器20的油溫度指示。控制器20被編程有算法或查表，以從所感測的油溫度確定是否打開加熱器22。此外，控制器可操作地與溫度傳感器關(guān)聯(lián)，以控制加熱器22的操作以使油溫度保持在規(guī)定的范圍Tmax彡R彡Tmin內(nèi)。S卩，系統(tǒng)10操作以使油溫度在壓縮機(jī)12中保持在具體限定的溫度范圍內(nèi)。在系統(tǒng)10的最基本的實(shí)施方式中，溫度Tmin和Tmax可由系統(tǒng)10的使用者在考慮待使用系統(tǒng)10的制冷系統(tǒng)的性質(zhì)和環(huán)境的情況下自由地選擇。Tmin和Tmax的值經(jīng)由適當(dāng)?shù)慕缑婊蜓b置輸入到控制器20或者由控制器20訪問的存儲器。在該實(shí)施方式中，僅有的限定是Tmax>Tmin。在系統(tǒng)10的更復(fù)雜的實(shí)施方式中，溫度Tmin是基于制冷劑的飽和溫度(Tsat)或者周邊環(huán)境溫度(Tamb)的。具體地說Tmin彡Tsat或Tmin彡Tamb。S卩，在一個(gè)實(shí)施方式中，Tmin等于或大于Tsat,而在可替換的實(shí)施方式中，Tmin等于或大于Tamb。飽和溫度Tsat是制冷劑在特定壓力下蒸發(fā)的溫度。使油溫度保持在Tsat以上將在理論上確保制冷劑不被運(yùn)載于油中。這使在相關(guān)制冷系統(tǒng)中的制冷劑損失減小。油溫度將會保持在制冷劑溫度，直到制冷劑從油驅(qū)除。Tmin與Tsat或Tamb之間的關(guān)系也可以改寫為Tmin=Tsat+ Λ T ;或者Tmin=Tsat+Λ Τ，其中Λ T=0° C 至 X。C，其中 Χ>0。當(dāng)Tamb用于確定Tamb時(shí),那么系統(tǒng)10的相應(yīng)實(shí)施方式包括環(huán)境溫度傳感器16,以便為控制器20提供對布 置有壓縮機(jī)12的環(huán)境的環(huán)境空氣溫度(Tamb)的測量。當(dāng)Tsat用于確定Tmin時(shí)，系統(tǒng)10還包括曲軸箱壓力傳感器23，該曲軸箱壓力傳感器測量壓縮機(jī)12的曲軸箱24中的曲軸箱壓力。這被提供給控制器20，該控制器利用其并基于溫度與壓力之間的一般關(guān)系、以及使用中的制冷劑類型并通過測量曲軸箱壓力來確定Tsat。在此情形中，由控制器20使用的用于確定Tmin的程序或者查找表被修改為還將曲軸箱壓力用作輸入值。例如當(dāng)制冷劑是R22時(shí)，Tsat在69PSIG的壓力下是4.4° C。在一個(gè)實(shí)施方式中，X?？梢栽?° C與2° C之間。然而，可設(shè)計(jì)可替換的實(shí)施方式，其中X° C可以高于2°，例如但不限于10° K。溫度Tmax大于Tmin —定量，其可以在控制器20中預(yù)設(shè)，或者可替換地可以調(diào)節(jié)或者改變以符合制冷系統(tǒng)所設(shè)置的環(huán)境條件。即，當(dāng)關(guān)閉壓縮機(jī)以使油溫度保持在范圍R內(nèi)時(shí)，Tmax與Tmin之間的準(zhǔn)確差值對于打開加熱器的一般概念不是很重要。因而，在可替換性實(shí)施例中，Tmax與Tmin之間的差值可以不同。作為一個(gè)實(shí)例，在一個(gè)實(shí)施方式中，該差值可以是5° K，但是在另一個(gè)實(shí)施方式中該差值可以是10°。在又一個(gè)實(shí)施方式中，該差值可以是20°。通常地，當(dāng)壓縮機(jī)12在打開狀態(tài)中(其中壓縮機(jī)操作并且其部件移動(dòng)到壓縮氣體)時(shí)，油循環(huán)通過壓縮機(jī)12并且在相對較短的時(shí)間段中將加熱到大于范圍R的溫度。因此，當(dāng)壓縮機(jī)12在打開狀態(tài)時(shí)，通常不要求控制器20啟動(dòng)加熱器22。特別是這種情形，其中當(dāng)壓縮機(jī)在關(guān)閉狀態(tài)中時(shí)，系統(tǒng)10操作以確保油溫度保持在范圍R內(nèi)。因此，當(dāng)壓縮機(jī)隨后切換到打開狀態(tài)時(shí)，油溫度已經(jīng)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，以確保移動(dòng)部件的適當(dāng)且快速的潤滑。因此，系統(tǒng)10還可以包括壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器26，該壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器等同于感測壓縮機(jī)12的操作狀態(tài)。傳感器26布置為感測壓縮機(jī)12的操作狀態(tài)并且(a)當(dāng)壓縮機(jī)12被感測為處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)將關(guān)閉狀態(tài)信號傳遞到控制器20、以及(b)當(dāng)壓縮機(jī)12被感測為處于打開狀態(tài)時(shí)將打開狀態(tài)信號傳遞到控制器20。因此，當(dāng)將傳感器26包含在系統(tǒng)10中吋，當(dāng)壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，控制器20僅操作加熱器22以使油保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)?？刂破?0所使用的用于使油溫度保持在預(yù)設(shè)范圍R內(nèi)的算法試圖通過將油溫度與空氣溫度進(jìn)行比較并且利用在油的加熱或冷卻中的自然熱慣性或滯后現(xiàn)象使能量使用最小化。油溫度信號分別來自傳感器16和20。如果油溫度傳感器被感測為處于大于范圍R的水平，并且空氣溫度也被感測到大于該水平，則控制器20就不打開加熱器22。在油溫度處于預(yù)設(shè)范圍R內(nèi)并且空氣溫度被感測為小于Tmin的情形中，控制器20將在油溫度達(dá)到水平Tmin之前開始加熱器22的操作。這確保了油溫度不會降到水平Tmin以下?？刂破?0將通過參考算法和存儲數(shù)據(jù)來確定何時(shí)開始加熱器22的操作，所述存儲數(shù)據(jù)考慮了諸如油的熱慣性和壓縮機(jī)12和曲軸箱24的因素；所感測到的空氣溫度與油溫度之間的差值；油溫度下降的速度；以及當(dāng)加熱器22被操作時(shí)加熱器加熱油的速度。在空氣溫度大于Tmax并且油溫度處于范圍R內(nèi)或者超過溫度Tmax的情形中，則控制器20再次不打開加熱器22。在空氣溫度大于Tmax并且油溫度低于范圍R時(shí)的情況下，則在ー個(gè)實(shí)施方式中，利用其控制算法的控制器20將操作以便打開加熱器22，但是當(dāng)油溫度傳感達(dá)到最小溫度Tmin時(shí)隨后關(guān)閉加熱器。從此，通過與環(huán)境的自然熱交換實(shí)現(xiàn)了油溫度的進(jìn)ー步増加。油管理系統(tǒng)10操作以使加熱器22的能量使用最小化，以便使油溫度至少保持在溫度Tmin或保持在溫度Tmin以上，并且確保當(dāng)油溫度處于范圍R內(nèi)并且空氣溫度被感測為至少在溫度Tmax以上時(shí)沒有能量被提供到加熱器22。因此，例如在空氣溫度通常在Tmax以上的溫暖氣候中，系統(tǒng)10將會很少操作來使油溫度落入范圍R以內(nèi)。如上所述，系統(tǒng)10的多個(gè)部件都可以被接合在油高度測量裝置14中。裝置14包括由諸如鋁的金屬材料制成的本體30。本體30機(jī)械地且熱耦接到壓縮機(jī)12并且特別地機(jī)械地且熱耦接到曲軸箱24。此外，裝置14在曲軸箱24內(nèi)布置在與期望油高度相當(dāng)?shù)母叨忍?。雖然裝置14的具體操作對于本發(fā)明不重要，但是對其特征中的ー些作出簡要描述。裝置14包括室32，來自于曲軸箱24的油可以流入到該室中。提供視鏡34，以使得能夠觀察室32，從而可以對壓縮機(jī)12內(nèi)的油高度進(jìn)行視覺檢查。還在室32中提供漂浮機(jī)構(gòu)36，并且該漂浮機(jī)構(gòu)與電子信號裝置連接以提供壓縮機(jī)12內(nèi)的油高度的電子指示。裝置14還包括一個(gè)或多個(gè)螺線管38，所述螺線管控制油流入和流出壓縮機(jī)24以使油高度保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。螺線管38控制從油分離器(未示出)經(jīng)過流體流動(dòng)路徑40進(jìn)入到曲軸箱24中的流以及從壓縮機(jī)12經(jīng)過油的另一流動(dòng)路徑42到機(jī)油箱(未示出)的流。如圖4中所示，本體30還設(shè)有用于容納與油高度測量相關(guān)的電子裝置和電路的腔體44。然而，裝置14用于承載傳感器16、18、26和30以及控制器20。具體地說，油溫度傳感器16、控制器20以及壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器26 (其可以是加速度計(jì)形式的)保持在本體30的腔體44內(nèi)。空氣溫度傳感器16也安裝在本體30上，但是處于與上述部件隔開的位置處，并且以與本體30熱隔離。這是為了確?？諝鉁囟葌鞲衅?6感測到空氣溫度而不是在壓縮機(jī)12內(nèi)的油的溫度，所述壓縮機(jī)通常通過熱傳導(dǎo)與本體30連通并且由此與油溫度傳感器18連通。實(shí)際上，在可替換的實(shí)施方式中，空氣溫度傳感器16可以與壓縮機(jī)12和本體30物理地分離，以便例如無線地或者可替換地通過電線來將環(huán)境空氣溫度通信至控制器20。油高度測量裝置14還包括流動(dòng)位置傳感器46，該流動(dòng)位置傳感器可以例如是提供浮標(biāo)36的位置的指示的霍爾傳感器，該霍爾傳感器進(jìn)而用于操作螺線管38以控制壓縮機(jī)12內(nèi)的油高度。然而，這不是油管理系統(tǒng)10的一個(gè)特定功能。然而，可以設(shè)想的是，系統(tǒng)10的可替換實(shí)施方式可以既包括油高度測量和感測，又包括油溫度管理。現(xiàn)在已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會顯而易見的是，在不偏離基本創(chuàng)造性概念的情況下可以做出各種修改和變型。例如，油溫度傳感器18、壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器26以及控制器20可以接合在熱附接到曲軸箱24的專用殼體中，從而使得油溫度被通信到傳感器18?？諝鉁囟葌鞲衅?6可以由殼體支撐但是與殼體熱絕緣，或者可替換地可以完全地與殼體分離，并且無線地或者經(jīng)由諸如但不限于電線或光纖纜線的其它通信方式對空氣溫度進(jìn)行通信。加熱器26可以定位在曲軸箱24的內(nèi)部，或者雖實(shí)際上在曲軸箱的外部但是與曲軸箱熱聯(lián)通。通過這種方式，加熱器加熱曲軸箱，曲軸箱進(jìn)而將通過自然熱傳導(dǎo)加熱油。在又一個(gè)變型中，油溫度傳感器18可以通過自身附接到曲軸箱24，或者實(shí)際上在其將沉浸在曲軸箱中的油中的位置處定位在曲軸箱24的內(nèi)部。所有這些修改和變型都認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其屬性通過上面的描述和所附權(quán)利要求確定。在另一個(gè)實(shí)施方式中，壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器26可以是布置為在壓縮機(jī)的排放側(cè)感測制冷劑的溫度的制冷劑溫度感測裝置的形式。制冷劑溫度傳感器可以定位在壓縮機(jī)的內(nèi)部或外部。在又一個(gè)變型中，控制器20可以布置為根據(jù)Tsat、Tamb和自由選定溫度Tfree中的任意兩個(gè)或更多個(gè)的組合來確定Tmin,其中Tmin>f (Tsat, Tmin, Tfree),其中f (x, y, z)是x,y, z中最大的。
權(quán)利要求
1.一種用于制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的油管理系統(tǒng)，包括: 油溫度傳感器； 加熱器，布置為加熱所述壓縮機(jī)的曲軸箱中的油；以及 控制器，操作地與所述溫度傳感器和所述加熱器關(guān)聯(lián)，所述控制器布置為基于環(huán)境空氣溫度和油溫度來控制所述加熱器的操作以使所述油溫度保持在Tmax > R > Tmin的范圍內(nèi)，其中 Tmax>Tmin。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油管理系統(tǒng)，包括用于測量環(huán)境溫度(Tamb)的環(huán)境空氣溫度傳感器，并且其中，所述控制器操作地與所述空氣溫度傳感器相關(guān)聯(lián)并且布置為利用Tamb計(jì)算Tmin0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油管理系統(tǒng)，其中，所述控制器布置為基于所述制冷系統(tǒng)中使用的制冷劑的飽和溫度(Tsat)確定Tmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油管理系統(tǒng)，包括壓力傳感器，所述壓力傳感器測量所述壓縮機(jī)的曲軸箱壓力并且操作地與所述控制器關(guān)聯(lián)，并且其中，所述控制器進(jìn)一步布置為由所測得的曲軸箱壓力計(jì)算所述飽和溫度(Tsat)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油管理系統(tǒng)，其中，所述控制器布置為使使用者能夠在Tmax>Tmin的約束下輸入Tmin和Tmax。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的油管理系統(tǒng)，其中，所述控制器布置為僅當(dāng)所述壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)中時(shí)控制所述加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油管理系統(tǒng)，包括操作地與所述控制器關(guān)聯(lián)的壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器，所述壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器布置為感測所述壓縮機(jī)的操作狀態(tài)并且:當(dāng)所述壓縮機(jī)被感測為處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)將關(guān)閉狀態(tài)信號傳遞給所述控制器、以及當(dāng)所述壓縮機(jī)被感測為處于打開狀態(tài)時(shí)將打開狀態(tài)信號傳遞給所述控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的油管理裝置，其中，所述壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器包括機(jī)械地耦接到所述曲軸箱的振動(dòng)換能器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的油管理系統(tǒng)，其中，所述壓縮機(jī)狀態(tài)傳感器包括制冷劑溫度感測裝置，以在所述壓縮機(jī)的排放側(cè)處感測制冷劑的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的油管理系統(tǒng)，其包括油溫度傳感器；加熱器，布置為加熱壓縮機(jī)的曲軸箱中的油；以及控制器，操作地與溫度傳感器和加熱器關(guān)聯(lián)，控制器布置為基于環(huán)境空氣溫度和油溫度來控制加熱器的操作以使油溫度保持在Tmax≥R≥Tmin的范圍內(nèi)，其中Tmax>Tmin。
文檔編號F04B39/02GK103089577SQ201210436480
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者巴里·格蘭維爾·沃勒 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)公司