專利名稱：通過降低吸氣壓力提高效率的脈寬調(diào)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種提高加熱通風、空氣調(diào)節(jié)和制冷(HVAC&R)系 統(tǒng)的效率的方法，其中當希望減小系統(tǒng)容量時，壓縮機在快速循環(huán)空載 模式下運行。本發(fā)明旨在顯著降低空載工況下所作的壓縮功，此時沒有 或者少量制冷劑被抽取通過壓縮機。
背景技術(shù)：
制冷系統(tǒng)被應用于各種應用中，如空氣調(diào)節(jié)器、熱泵、制冷裝置， 等等。眾所周知，制冷劑在壓縮機內(nèi)被壓縮，然后在制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)， 以調(diào)節(jié)如空氣等被供應給氣候受控室內(nèi)環(huán)境的次級流體。大部分情況 下，制冷系統(tǒng)空載運行，因為在受調(diào)節(jié)環(huán)境下，不需要滿負載來補償熱 栽荷的各個部分。因此，需要盡可能高效率地運行制冷系統(tǒng)，尤其是在 部分負栽工況下。
提高壓縮機效率是設(shè)計工程師的目標，因為壓縮機通常代表了制冷 劑系統(tǒng)中的最大能量損耗源。壓縮機通過將制冷劑從吸氣壓力壓縮至排 氣壓力來消耗能量。制冷劑系統(tǒng)采用本領(lǐng)域中已知的控制器監(jiān)測受調(diào)節(jié) 環(huán)境中的溫度和濕度并將它們維持在特定的容許范圍內(nèi)，并在受調(diào)節(jié)環(huán) 境中的熱載荷和制冷系統(tǒng)容量需求減小時，通過壓縮機卸載來調(diào)節(jié)由該 制冷劑系統(tǒng)提供的容量。
通過壓縮機卸載從而減小制冷劑系統(tǒng)容量的各種方法是已知的。在 一種已知的方法中，被稱為渦旋壓縮機的壓縮元件被允許以怏速周期性 速率相互接合和分離，通常在5至30秒的區(qū)間之內(nèi)。當兩個壓縮元件接 合時，壓縮機提供滿栽容量。當兩個壓縮元件分離時，它們不再壓縮制 冷劑以及不再在系統(tǒng)中循環(huán)該制冷劑。
另一種卸載壓縮機的方法是，允許至少一部分被壓縮制冷劑返回到 吸氣管道。
在任一情況下，為了壓縮壓縮機內(nèi)的剩余制冷劑都需要消耗數(shù)量可 觀的功率。例如，在上述系統(tǒng)中，當渦旋壓縮機元件被允許互相分離時， 對剩余制冷劑上仍產(chǎn)生壓縮，導致壓縮功的損失和制冷劑系統(tǒng)效率的降低。
本發(fā)明在部分負載情況下，減少被浪費的壓縮功，提高了制冷系統(tǒng) 效率。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明所揭露的實施例中，當壓縮機運行在空載模式下時，控制 流入壓縮機的吸氣制冷劑流的吸氣閥關(guān)閉。當壓縮機回到正常負載模式 下，閥打開(部分或者全部)。閥以快速的方式從打開位置移向關(guān)閉位
置。閥循環(huán)速率正常在5秒至30秒的范圍之內(nèi)。選擇循環(huán)速率，使閥的 穩(wěn)定性達到最佳，并允許受調(diào)節(jié)環(huán)境維持所要求的溫度水平。如果閥循 環(huán)太頻繁，閥的穩(wěn)定性就會得到損害。如果閥循環(huán)不足，受調(diào)節(jié)環(huán)境下 的溫度就不能得到精確控制。如果閥在關(guān)閉位置長時間停留，發(fā)動機過 熱也可能會發(fā)生，因為可冷卻發(fā)動機的制冷劑數(shù)量減少。在這種情況下， 當壓縮機在空載模式下時，到達壓縮泵元件的吸氣壓力減小。因此，在
空栽模式下操作壓縮機所需要的功顯著減少。所以，與現(xiàn)有技術(shù)相比， 本發(fā)明改進了壓縮機和整個制冷系統(tǒng)在部分負載條件下的效率
在一個實施例中，壓縮沖幾為帶有兩個渦旋壓縮元件的渦旋壓縮機。 已知，制冷系統(tǒng)可利用脈寬調(diào)制控制器周期性開通和關(guān)閉進入腔室的加 壓制冷劑流，該腔室用于保持兩個渦旋壓縮元件互相接觸。當兩個渦旋 壓縮元件被保持互相接觸時，它們能夠壓縮制冷劑并向下游將制冷劑輸 送給制冷系統(tǒng)內(nèi)的其他元件。但是，脈寬調(diào)制控制器周期性地阻斷了流 向這個腔室的加壓制冷劑流。在那個時候，渦旋元件能脫離互相接觸。 當渦旋元件互相不接觸時，由于被卸載的渦旋元件之間的有限間隙，制 冷劑在壓縮機腔室內(nèi)仍被壓縮；但制冷劑不會被完全壓縮。進一步地， 在這樣的系統(tǒng)中，位于排氣管道上的流量控制裝置一般阻斷流向下游冷 凝器的制冷劑流。相反地，泄流管路被打開以允許部分壓縮的制冷劑回 到吸氣管道。通過在這些條件下阻斷流向壓縮機的吸氣流，本發(fā)明減少 了壓縮機的工作量，并因此提高了制冷劑系統(tǒng)的效率。
在另 一個實施例中，卸載條件只是簡單地允許排氣管道連通回到吸 氣管道。同樣地，通過利用吸氣閥控制器阻斷吸氣流，本發(fā)明降低了部 分壓縮制冷劑所需要的功率消耗。
通過以下簡單描述的說明書和附圖，本發(fā)明的這些和其他特征可以很好地被理解。


附圖1A為本發(fā)明第一實施例的示意圖。
附圖1B用圖表表示本發(fā)明降低的能量損耗。
附圖2顯示另一個實施例。
具體實施例方式
圖1A所示為帶有壓縮機24的制冷劑系統(tǒng)20 。壓縮機24為渦旋壓縮 機，其具有與動渦盤24相互配合的靜渦盤26。已知靜渦盤26可以相對于 動渦盤24軸向移動。腔室28接收來自源30的加壓制冷劑流。在本領(lǐng)域里 已知，當渦旋元件需要接合時，加壓源通常處于較高壓；當渦旋元件需 要互相分離時，加壓源通常處于較低壓。通常，源的較高壓力為排氣壓 力，源的較低壓力為吸氣壓力。在本領(lǐng)域里還已知的是，高壓與低壓之 間的轉(zhuǎn)換通過某種閥裝置來完成?？刂破?2控制從源30至閥36的加壓制 冷劑流。通過控制流向腔室28的加壓制冷劑流，靜渦盤26能實現(xiàn)與動渦 盤24的接觸，或者允許其移離動渦盤24。在一個已知的實施例中，控制 器32與電子控制器38連通，以通過利用脈寬調(diào)制技術(shù)來重復打開和關(guān)閉 閥36。當閥36關(guān)閉時，通向腔室28的制冷劑流:故阻斷。在這些條件下， 當靜渦盤26被允許移離動渦盤24時，壓縮機24就被有效地卸栽。
在正常操作條件下，制冷劑在壓縮機22內(nèi)被壓縮，然后穿過冷凝 器40和膨脹裝置42, 被輸送至蒸發(fā)器44。制冷劑通過吸氣管道51回到 壓縮機22。但是，當希望降低容量時，控制器38與脈寬調(diào)制控制器32— 起搡作閥36,以利用脈寬調(diào)制技術(shù)重復而快速地打開和關(guān)閉閥36。當發(fā) 生該情況時，靜渦盤26元件被允許重復地移離或者移向動渦盤元件24。 本系統(tǒng)的操作和控制為本領(lǐng)域公知技術(shù)。吸氣閥46的控制為本發(fā)明的發(fā) 明點。
在本發(fā)明中，圖1B顯示了正常條件下的操作，其中壓縮機在吸氣壓 力P!和排氣壓力P2之間壓縮制冷劑。另外，在現(xiàn)有技術(shù)的空載條件下的 操作在吸氣壓力P!和排氣壓力P3之間進行。
區(qū)域A所表示的功為現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的所有損失的功。因為基本沒 有制冷劑被抽取通過壓縮機，所有這部分功都是損失掉的。制冷劑從相對高的吸氣壓力P!被壓縮至相對高的排氣壓力P3。這是所有被損失的功。
本發(fā)明通過閥46阻斷經(jīng)由管道51流向壓縮機的吸氣制冷劑流，降低 了吸氣壓力P 和排氣壓力P 。通過閥46阻斷管道51內(nèi)的制冷劑流優(yōu) 選是發(fā)生后立即使渦旋壓縮機元件分離。在這種情況中，由于制冷劑將 被從壓縮機下部殼體內(nèi)抽取出來，因此閥46下游的吸氣壓力就會降低， 下降至低壓值Pr 。當閥46下游的吸氣壓力P!，降低至可接受的水平時， 渦旋元件分離。在這樣的情形下，所損失的壓縮功相當于圖1B中B處的 小很多的區(qū)域。因此，通過選擇性地阻斷經(jīng)由吸氣閥46流向吸氣管道51 的制冷劑流，當壓縮機運行在空載工況下，壓縮機22在空載^t式下所需 作的功的數(shù)量顯著減少。當壓縮機回到正常的壓縮模式時，閥46被打開 以允許正常流量的制冷劑進入壓縮機22。值得注意的是，圖1B所示區(qū)域 只是壓縮機能耗降低的圖示和象征性說明，并不是精確實驗的實驗室結(jié) 果。即便如此，本發(fā)明預期可顯著節(jié)能。
圖2所示為制冷劑系統(tǒng)80，包括壓縮4幾82、下游的截止閥84、卸載 管道86以及卸載管道86上的截止閥88。卸載管道86可以是如圖2所 示的將壓縮制冷劑向下游輸送至冷凝器的標準排氣管道，卸載管道也可 以連接至壓縮過程中的中間壓縮點。為了本申請中的權(quán)利要求，任一位 置都表示為術(shù)語"排氣管道，，。冷凝器90、膨脹閥92和蒸發(fā)器94設(shè)置 在壓縮機80的下游。吸氣截流閥96和卸載截止閥88都由控制器98控 制。當希望減小容量時，閥84關(guān)閉，卸載閥88打開，吸氣閥96關(guān)閉。 與正常卸載操作相比，可取得如第一實施例所描述的好處。由于閥84 關(guān)閉，為了防止排放管道84里的制冷劑超壓，幾乎在閥84關(guān)閉的同時 打開閥88。閥84允許制冷劑在閥96的上游/人旁路進入吸氣管道。同樣 的，閥96—關(guān)閉就馬上關(guān)閉閥84和打開閥88。如上文所解釋的，完成 上迷動作是為了在卸載操作開始前減小閥96下游的吸氣壓力。壓縮功 圖與圖1B中斜陰影線區(qū)域"B "所代表的圖類似。
可以理解是的，通過對兩種不同卸載壓縮機的方法的介紹，任何卸載 壓縮機的方式都得益于本發(fā)明的教導。可通過關(guān)閉入口流來降低壓縮機 所經(jīng)歷的吸氣壓力。通過這種方式，故浪費的壓縮功也會^皮減少。
需要指出的是，許多不同壓縮機類型都可以應用于本發(fā)明。例如，可 采用渦旋式、螺桿式、旋轉(zhuǎn)式或者往復式壓縮機。
利用本發(fā)明的制冷劑系統(tǒng)可用于許多不同應用，包括但不限于，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、海運集裝箱設(shè)備、制冷載重拖車設(shè)備和超級市場 制冷系統(tǒng)。
雖然描述了本發(fā)明的較佳實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當明白，可以 在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出一些修改。因此，由權(quán)利要求決定本發(fā)明的實際 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，用于壓縮制冷劑和將所述制冷劑輸送至下游的冷凝器，位于所述冷凝器下游的膨脹裝置，位于所述膨脹裝置下游的蒸發(fā)器，和位于吸氣管道上的吸氣閥，該吸氣管道從所述蒸發(fā)器通回至所述壓縮機；所述壓縮機設(shè)置有快速循環(huán)空載模式，其中當壓縮機處于所述空載模式時，介于所述壓縮機和所述冷凝器之間的排氣閥阻斷從所述壓縮機至所述冷凝器的制冷劑流，旁路管道使排氣管道從所述壓縮機連通回至所述吸氣管道，所述旁路管道在所述吸氣閥下游的位置處與所述吸氣管道連通；以及控制器，用于當所述壓縮機進入所述空載模式中時關(guān)閉所述吸氣閥和所述排氣閥，所述空載模式通過打開第三閥產(chǎn)生，所述第三閥位于所述旁路管道上，所述第三閥允許來自排氣管道的制冷劑流回至位于所述吸氣閥下游的所述吸氣管道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述控制器大 致在同 一 時間關(guān)閉所述排氣閥和打開所述第三閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所迷吸氣閥關(guān) 閉后立即關(guān)閉所述排氣閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述吸氣閥關(guān) 閉后立即打開所述第三閥。
5. —種制冷劑系統(tǒng)，包括壓縮機，用于壓縮制冷劑和將所述制冷劑輸送到下游的冷凝器，位 于所述冷凝器下游的膨脹裝置，位于所迷膨脹裝置下游的蒸發(fā)器，和位 于吸氣管道上的吸氣閥，該吸氣管道從所述蒸發(fā)器通回至所述壓縮機；所述壓縮機設(shè)置有快速循環(huán)空栽模式；控制器，用于當所述壓縮機進入空載模式中時關(guān)閉所述吸氣閥；以及所述壓縮機為渦旋壓縮機，該渦旋壓縮機具有動渦盤和靜渦盤、和 用于保持所述動渦盤和所述靜渦盤互相接觸的偏壓腔室，在所述空栽模 式下，所迷偏置腔室被周期性地供應壓縮流體且周期性地釋放該壓縮流 體，從而允許所述動渦盤與所述,爭渦盤重復地互相接觸和脫離互相接 觸，當所述動渦盤和所述靜渦盤脫離互相接觸時，所迷空載模式產(chǎn)生。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述靜渦盤接 收來自所述靜渦盤的基部后面的所述壓縮流體的偏壓力，所述偏壓力移 動所述靜渦盤使其與所述動渦盤接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于所述吸氣閥關(guān) 閉后，所述動渦盤和所述靜渦盤被允許立即脫離互相接觸。
8. —種操作制冷劑系統(tǒng)的方法，包括以下步驟(a) 提供壓縮制冷劑和將所述制冷劑輸送到下游冷凝器的壓縮機、 位于所述冷凝器下游的膨脹裝置、位于所述膨脹裝置下游的蒸發(fā)器、和 位于吸氣管道上的吸氣閥，該吸氣管道從所述蒸發(fā)器通回至所述壓縮 機；(b) 為所述壓縮機設(shè)置快速循環(huán)空載模式，其中當壓縮機處于所 述空栽模式時，介于所述壓縮機和所述冷凝器之間的排氣閥阻斷從所述 壓縮機至所述冷凝器的制冷劑流，旁路管道使排氣管道從所述壓縮機連 通回至所述吸氣管道，所述旁路管道在所述吸氣閥下游的位置處與所述 吸氣管道連通；以及(c )當所述壓縮機進入空載模式中時關(guān)閉所述吸氣閥和所述排氣 閥，所述空載模式通過打開第三閥產(chǎn)生，所述第三閥位于所述旁路管道 上，所迷第三閥允許制冷劑從所述排氣管道流回至位于所述吸氣閥下游 的所述吸氣管道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所迷的方法，其特征在于還包括大致在同一時 間關(guān)閉所述排氣閥和打開所述第三閥的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于關(guān)閉所述吸氣閥后立 即關(guān)閉所述排氣閥。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所迷的方法，其特征在于關(guān)閉所述吸氣閥后立 即打開所述第三閥。
12. —種操作制冷劑系統(tǒng)的方法，包括以下步驟位于所述冷曰凝器下游的+膨脹裝置、'位于^斤述膨脹裝置下^游的k發(fā)器'、和 位于吸氣管道上的吸氣閥，該吸氣管道從所述蒸發(fā)器通回至所迷壓縮 機；(b)為所述壓縮機設(shè)置快速循環(huán)空載模式；(c )提供用于當所述壓縮機進入空載模式中時關(guān)閉所迷吸氣閥的控制器；以及(d)所述壓縮機為渦旋壓縮機，該渦旋壓縮機設(shè)有動渦盤和靜渦 盤，并提供用于保持所述動渦盤和所述靜渦盤互相接觸的偏壓腔室，在 所述空栽模式中，所述偏壓腔室被周期性地供應壓縮流體且周期性地釋 放該壓縮流體，從而允許所述動渦盤和所述4爭渦盤重復地互相接觸和脫 離互相接觸，當所述動渦盤和所述靜渦盤被允許脫離接觸時，所述空載 模式產(chǎn)生。
13. 根椐權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述靜渦盤接收來 自所述靜渦盤的基部后面的所述壓縮流體的偏壓力，所述偏壓力移動所 述靜渦盤使其與所述動渦盤接觸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于關(guān)閉所述吸氣閥后， 所述動渦盤和所述靜渦盤被允許立即脫離互相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減少在快速循環(huán)空載模式下操作的壓縮機中部分地壓縮制冷劑所需的能量的方法。當壓縮機進入空載工況時，吸氣管道上的閥關(guān)閉。通過這種方法，在空載工況下，部分地壓縮壓縮機內(nèi)的制冷劑所需的能量顯著減少。
文檔編號F25B41/00GK101627268SQ200780051358
公開日2010年1月13日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請人:開利公司