專利名稱：帶有排氣至吸氣旁路的脈寬調(diào)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種制冷劑系統(tǒng)的控制，其利用脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)改善制冷劑系統(tǒng)的控制，其將排氣旁路與脈寬調(diào)制相結(jié)合來(lái)降低壓縮機(jī)的功率消耗。
背景技術(shù)：
很多應(yīng)用場(chǎng)合都使用制冷劑系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣候受控環(huán)境。具體地，空調(diào)和熱泵用來(lái)冷卻和/或加熱進(jìn)入氣候受控環(huán)境的空氣。環(huán)境條件、使用程度、可感覺(jué)的潛在負(fù)荷需求的變化、以及當(dāng)環(huán)境的占用者調(diào)節(jié)溫度和/或濕度設(shè)定點(diǎn)時(shí)，都可以引起環(huán)境冷卻或加熱負(fù)荷的變化。
人們已知調(diào)整制冷劑系統(tǒng)容量的各種特征。本領(lǐng)域中已用于減少制冷劑系統(tǒng)容量的一種方法是使用脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)控制壓縮機(jī)吸氣管路上的速動(dòng)電》茲閥。通過(guò)利用脈寬調(diào)制技術(shù)迅速循環(huán)該閥來(lái)提供額外而精確的容量控制。
脈寬調(diào)制控制的目標(biāo)是有效地壓縮質(zhì)量流速已降低的制冷劑。當(dāng)制冷劑系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求低于滿負(fù)荷壓縮機(jī)提供的熱負(fù)荷時(shí)就這樣做。
然而，該技術(shù)并不總是能達(dá)到期望的效率改善的目標(biāo)，因?yàn)榧词刮鼩鈮毫υ谖鼩忾y關(guān)閉(或幾乎關(guān)閉)時(shí)顯著降低，但排放壓力仍然很高，從而造成壓縮機(jī)功率消耗高于所期望的。此外，排氣側(cè)的壓縮制冷劑可能會(huì)回流進(jìn)壓縮腔，其進(jìn)一步增加了壓縮機(jī)功率消耗，這是由于對(duì)該回流制冷劑再壓縮造成的。這個(gè)問(wèn)題在未配備動(dòng)態(tài)排氣閥的壓縮機(jī)(對(duì)于用在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)應(yīng)用中的壓縮機(jī)經(jīng)常如此)中尤其嚴(yán)重。缺少動(dòng)態(tài)排氣閥引起處于排氣壓力的壓縮制冷劑回流進(jìn)壓縮機(jī)的壓縮腔，從而促使功率消耗增加。然而，該問(wèn)題同樣存在于具有動(dòng)態(tài)排氣閥的壓縮機(jī)中，在這里制冷劑仍需壓縮至排氣壓力。制冷類型的壓縮機(jī)通常是使用動(dòng)態(tài)排氣閥壓縮機(jī)的例子。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明公開的實(shí)施方式中，壓縮沖幾與制冷劑系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。該制冷劑系統(tǒng)具有能夠快速循環(huán)的閥。該閥安裝在吸氣管路上，并為該吸氣閥提供脈寬調(diào)制控制器。該脈寬調(diào)制控制器可操作使該閥從打開位置迅速地循環(huán)至關(guān)閉位置，以通過(guò)控制輸送至壓縮機(jī)的制冷劑量來(lái)改變制冷劑系統(tǒng)的容量。
提供旁路管路將壓縮機(jī)排氣側(cè)連接至吸氣側(cè)；該旁路管路還包括旁路閥。當(dāng)脈寬調(diào)制控制器將吸氣閥移至關(guān)閉位置時(shí)，旁路閥打開。壓縮制冷劑以這種方式返回至壓縮機(jī)的吸氣管路。在公開的實(shí)施方式中，旁路管路使制冷劑返回至吸氣閥下游的位置。由于壓縮機(jī)排氣現(xiàn)在直接連接至吸氣管路，因此制冷劑沒(méi)有被壓縮至高壓，壓縮機(jī)功率消耗得到大大減少。
盡管為了說(shuō)明目的，針對(duì)包含渦旋壓縮機(jī)的制冷劑系統(tǒng)來(lái)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣適用于其他類型的壓縮機(jī)。
從以下的說(shuō)明和附圖，可以^:好地理解本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)，接下來(lái)是附圖的筒要說(shuō)明。


圖l是包含本發(fā)明的制冷劑系統(tǒng)的示意圖。
圖2顯示了壓縮機(jī)的壓力對(duì)容積曲線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示的制冷劑系統(tǒng)19具有渦旋壓縮機(jī)21,該渦旋壓縮機(jī)包含非旋轉(zhuǎn)渦旋構(gòu)件22和旋轉(zhuǎn)渦旋構(gòu)件24。人們已知，軸26由電機(jī)28驅(qū)動(dòng)以使旋轉(zhuǎn)渦旋構(gòu)件24旋轉(zhuǎn)。人們還已知，油槽32和軸26中的油通道34向壓縮機(jī)21中的各種運(yùn)動(dòng)元件供油。
已知的是冷凝器36位于壓縮機(jī)21的下游，膨脹裝置38位于冷凝器36的下游，且蒸發(fā)器40位于膨脹裝置38的下游。壓縮機(jī)21由電機(jī)28驅(qū)動(dòng)以壓縮制冷劑和驅(qū)使制冷劑流過(guò)整個(gè)制冷劑系統(tǒng)19也是已知的。
控制器30可以是微處理器，或是能對(duì)位于吸氣管路212上的吸氣調(diào)節(jié)閥210提供脈寬調(diào)制控制的其他類型控制器。應(yīng)當(dāng)理解的是，控制器30包括程序，該程序接受來(lái)自制冷劑系統(tǒng)內(nèi)的不同位置的輸入，并確定何時(shí)需要開始吸氣調(diào)節(jié)閥210的脈寬調(diào)制。用這樣的吸氣調(diào)節(jié)閥執(zhí)行本發(fā)明的控制器在本領(lǐng)域中是已知的。該閥本身可為電磁閥，電磁閥同樣是已知的。
現(xiàn)在，當(dāng)控制器30確定希望減少制冷劑系統(tǒng)19的容量時(shí)，使用脈寬調(diào)制控制器使吸氣調(diào)節(jié)閥21 O迅速地從打開位置循環(huán)至關(guān)閉位置(循環(huán)率一般在3-30秒的范圍內(nèi))。對(duì)于該脈寬調(diào)制循環(huán)，吸氣調(diào)節(jié)閥210的關(guān)閉位置不必是完全關(guān)閉位置，吸氣調(diào)節(jié)閥210的打開位置則不必是完全打開位置。
人們已知，壓縮機(jī)外殼密封，使得當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，在制冷劑通過(guò)渦旋構(gòu)件22和24中的一個(gè)相對(duì)另一個(gè)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被壓縮之后，腔121中產(chǎn)生吸氣壓力，以及在腔123中產(chǎn)生排氣壓力。
如圖所示，排氣閥200置于排氣管202中(該閥也可置于排氣管路206中，該排氣管路206將排氣管202連接至冷凝器36)。排氣閥200可為電磁閥或可以是機(jī)械止回閥。在圖示的實(shí)施例中，排氣閥200是由控制器30控制的電磁閥。值得注意的是，當(dāng)壓縮機(jī)不在脈寬調(diào)制模式下運(yùn)行時(shí)，此閥通常是打開的，使得制冷劑可相對(duì)暢通地流過(guò)排氣管202到達(dá)冷凝器36。旁路管路204選擇性地使來(lái)自排氣管202 (或排氣管路206,或排氣壓力腔123)的制冷劑旁通回到吸氣腔121。旁路閥216置于旁路管路204上。旁路閥216通常需要在脈寬調(diào)制閥210關(guān)閉(之前或之后)的O到0.2秒的時(shí)間間隔內(nèi)打開。
當(dāng)控制器將吸氣閥210移至關(guān)閉位置時(shí)，排氣閥200也關(guān)閉，并且旁路閥216打開。制冷劑通過(guò)這種方式從排氣腔123回到吸氣腔121。與此同時(shí)，關(guān)閉的排氣閥200阻止制冷劑從排氣管路206回流到排氣腔123中。因此，可將排氣腔123中的壓力保持在與吸氣腔121中的壓力相同或幾乎相同的低壓下。這降低了壓縮機(jī)電機(jī)28的功率消耗，因?yàn)橹评鋭┎辉傩枰獕嚎s至與冷凝器36中高壓相對(duì)應(yīng)的壓力。排氣閥200通常需要在脈寬調(diào)制閥210關(guān)閉(之前或之后)的0到0.2秒的時(shí)間間隔內(nèi)打開。如果排氣閥200是電磁閥，它通?？稍陂y210關(guān)閉的0到0.2秒的時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉。如果排氣閥200是例如機(jī)械止回閥，它將自動(dòng)關(guān)閉，因?yàn)閬?lái)自冷凝器36的制冷劑將開始進(jìn)入腔123，從而關(guān)閉排氣閥200 。
圖2顯示了所謂的PV曲線圖，該曲線圖代表壓縮機(jī)21中的壓縮過(guò)程。在該圖中，P是壓縮機(jī)21的渦旋構(gòu)件內(nèi)的變化的壓力，而V是該渦旋構(gòu)件內(nèi)的變化的壓縮容積。PV圖覆蓋的區(qū)域表示壓縮機(jī)21消耗的功率。如圖2所示，交叉影線區(qū)(ABC)表示當(dāng)脈寬調(diào)制閥210處在關(guān)閉位置并且具有本發(fā)明的旁路布置時(shí)結(jié)合本發(fā)明的壓縮機(jī)21所耗功。非交叉影線區(qū)(DEFG)表示當(dāng)脈寬調(diào)制閥210關(guān)閉時(shí)在不帶本發(fā)明的旁路管路的情況下的壓縮機(jī)21消耗的功率。由此可知，本發(fā)明可節(jié)省大量能量，如圖2中上述兩區(qū)的比較所示。應(yīng)當(dāng)理解的是，該圖是例示圖，實(shí)際結(jié)果會(huì)隨任何給定壓縮機(jī)和操作條件而變化。同樣如圖2所示，點(diǎn)G表示當(dāng)吸氣調(diào)節(jié)閥210處在關(guān)閉位置時(shí)、在沒(méi)有本發(fā)明的旁路布置的情況下壓縮機(jī)吸氣腔121內(nèi)的壓力。眾所周知，對(duì)于帶有密封電機(jī)的壓縮機(jī)，該壓力需要保持在一定的閾值以上(如果該壓力減小到某值以下，所謂的"電暈放電，，效應(yīng)會(huì)破壞電機(jī)終端引腳，其發(fā)生在壓縮機(jī)吸氣腔121的近真空條件下)。通常情況下，該壓力保持在約l psia水平。在沒(méi)有旁路布置的情況下，排氣腔123中的壓力將為點(diǎn)F標(biāo)明的排氣壓力。
當(dāng)使用旁路布置時(shí)，該壓力將釋放至接近吸氣壓力的壓力，如點(diǎn)C所示。由于在本發(fā)明的布置中，排氣壓力從F減小到C，因此電機(jī)可以減少功率的消耗，原因是壓縮制冷劑所需的做功量減少了。此外，還應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于本發(fā)明的旁路布置，吸氣壓力將從由點(diǎn)G所指示的壓力稍微增大到點(diǎn)C所指示的壓力。出現(xiàn)這種情況是因?yàn)榻亓粼谂艢鈧?cè)的一些制冷劑再膨脹后回到吸氣腔121,從而引起吸氣腔121中的壓力上升到點(diǎn)G所指示的壓力以上，點(diǎn)G所指示的壓力是現(xiàn)有技術(shù)的脈寬調(diào)制布置中的壓力水平。
應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然是針對(duì)包含渦旋壓縮機(jī)的制冷劑系統(tǒng)描述本發(fā)明的，但是本發(fā)明可適用各種壓縮機(jī)類型包括螺桿壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)等。本發(fā)明也可應(yīng)用于不同的制冷劑系統(tǒng)，包括住宅空調(diào)應(yīng)用、集裝箱和載重拖車應(yīng)用、熱泵應(yīng)用、超市應(yīng)用、屋頂應(yīng)用等。該制冷劑系統(tǒng)還可包括一些額外特點(diǎn)，如經(jīng)濟(jì)回路，其采用具有蒸氣注射管路的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)也可以具有旁路管路，該旁路管路將制冷劑從中間壓縮點(diǎn)旁通至吸氣。如果采用中間點(diǎn)至吸氣管路的旁路管路，那么經(jīng)由該中間點(diǎn)至吸氣的旁路管路也可建立本申請(qǐng)中所描述的排氣旁路與壓縮機(jī)吸氣之間的連接。當(dāng)然，本發(fā)明也適用于各種類型的制冷劑，例如R410A， R134a, R22, R407C， R744等。
盡管已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員仍將承認(rèn)在本發(fā)明范圍內(nèi)可作出某些修改。出于該原因，應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求書來(lái)確定本發(fā)明的真正范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制冷劑系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)和電機(jī)，該壓縮機(jī)將制冷劑壓縮至排氣壓力，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)被收容在外殼內(nèi)；冷凝器、膨脹裝置和蒸發(fā)器，該冷凝器位于所述壓縮機(jī)的下游，該膨脹裝置位于所述冷凝器的下游，以及該蒸發(fā)器位于所述膨脹裝置的下游；吸氣閥，其位于從所述蒸發(fā)器通到所述壓縮機(jī)外殼內(nèi)的吸氣管路上；控制器，其使用脈寬調(diào)制使所述吸氣閥在打開位置和關(guān)閉位置之間循環(huán)；以及旁路管路，其選擇性地將由所述壓縮機(jī)壓縮至排氣壓力的制冷劑旁通到所述吸氣閥的下游，所述旁路管路包括旁路閥，所述旁路閥由所述控制器控制，當(dāng)所述控制器關(guān)閉所述吸氣閥時(shí)，所述旁路閥打開。
2. 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中所述壓縮機(jī)選自由渦旋 壓縮纟幾、旋轉(zhuǎn)式壓縮才幾、往復(fù)式壓縮機(jī)和螺桿壓縮^幾組成的組。
3. 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中在所迷壓縮機(jī)的排氣側(cè) 上還布置有排氣閥，該排氣閥在所述旁路管路的下游。
4. 如權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中所述排氣閥定位在排氣 管中。
5. 如權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中所述排氣岡定位在排氣管 路上。
6. 如權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中當(dāng)所迷吸氣閥被控制關(guān) 閉時(shí)，所述排氣閥關(guān)閉，所述旁路閥則;故控制打開。
7. 如權(quán)利要求6所述的制冷劑系統(tǒng)，其中:在所述吸氣閥關(guān)閉的0 到0.2秒之間的時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉所述排氣閥。
8. 如權(quán)利要求6所述的制冷劑系統(tǒng)，其中:在所迷吸氣閥關(guān)閉的0 到0.2秒之間的時(shí)間間隔內(nèi)打開所述旁路閥。
9. 如權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中:所述排氣閥是止回閥。
10. 如權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其中:所述排氣閥是電磁閥。
11. 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中:所迷旁路管路使制冷劑 返回至所述吸氣管路的位于所述吸氣閥下游的位置。
12. 如權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其中:在所述吸氣閥關(guān)閉的0到0.2秒之間的時(shí)間間隔內(nèi)打開所述旁路閥。
13. —種操作制冷劑系統(tǒng)的方法，包括以下步驟(1 )提供用于將制冷劑壓縮至排氣壓力的壓縮機(jī)和用于驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)的電機(jī)，所述壓縮機(jī)被收容在外殼內(nèi)；(2) 提供位于所述壓縮機(jī)下游的冷凝器、位于所述冷凝器下游的膨脹裝置、以及位于所述膨脹裝置下游的蒸發(fā)器；(3) 提供吸氣閥，該吸氣閥位于從所述蒸發(fā)器通到所述壓縮機(jī)外殼內(nèi)的吸氣管路上；(3 )使用脈寬調(diào)制使所述吸氣閥在打開位置和關(guān)閉位置之間循環(huán)；以及(4 )選擇性地將由所述壓縮機(jī)壓縮至排氣壓力的制冷劑旁通到所述吸氣閥的下游，旁路管路包括旁路閥，所述旁路閥由所述控制器控制，當(dāng)所述控制器關(guān)閉所述吸氣閥時(shí)，所述旁路閥打開。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述壓縮機(jī)選自由渦旋壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)和螺桿壓縮機(jī)組成的組。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述壓縮機(jī)的排氣側(cè)還布置有排氣閥，該排氣閥在所述旁路管路的下游。 '
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所迷排氣閥定位在排氣管中。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述排氣閥定位在排氣管路上。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中當(dāng)所述吸氣閥被控制關(guān)閉時(shí)，所述排氣閥關(guān)閉，所述旁路閥則被控制打開。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述吸氣閥關(guān)閉的0到0.2秒之間的時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉所述排氣閥。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述吸氣閥關(guān)閉的0到0.2秒之間的時(shí)間間隔內(nèi)打開所述旁路閥。
21. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述排氣閥是止回閥。
22. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述排氣閥是電磁閥。
23. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述旁路管路使制冷劑返回至所述吸氣管路的位于所述吸氣閥下游的位置。
24. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述吸氣閥關(guān)閉的0到0.2秒之間的時(shí)間間隔內(nèi)打開所述旁路閥。
全文摘要
本發(fā)明提供一種脈寬調(diào)制控制器，用于定位在吸氣管路上的吸氣閥。當(dāng)制冷劑系統(tǒng)中的流速需要降低時(shí)，吸氣閥迅速地從打開位置循環(huán)至關(guān)閉位置。本發(fā)明還提供了置于壓縮機(jī)排氣側(cè)上的排氣閥和連接壓縮機(jī)排氣與壓縮機(jī)吸氣的旁路管路，該旁路管路具有旁路閥。當(dāng)控制器關(guān)閉吸氣閥時(shí)，它也關(guān)閉排氣閥，以防止制冷劑回流進(jìn)旁路管路，同時(shí)控制器打開旁路閥。旁路閥的打開降低了排氣壓力，使壓縮機(jī)功率消耗減少及由此帶來(lái)的操作效率增大。
文檔編號(hào)F25B49/00GK101568777SQ200680056825
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請(qǐng)人:開利公司