壓縮機(jī)曲軸箱加熱控制系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】壓縮機(jī)曲軸箱加熱控制系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年11月13日提交的美國(guó)實(shí)用新型申請(qǐng)N0.14/079，271的優(yōu)先權(quán)以及于2012年11月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/729,425的權(quán)益。以上所參引的這些申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)參引并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)涉及壓縮機(jī)，并且更特別地涉及與壓縮機(jī)一起使用的加熱器控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]這里所提供的【背景技術(shù)】的描述是出于大體介紹本公開(kāi)的背景的目的。目前署名的發(fā)明人在該【背景技術(shù)】部分中描述所做的工作以及本說(shuō)明書(shū)的在提交時(shí)不以其它方式適合作為現(xiàn)有技術(shù)的方面既沒(méi)有明確地也沒(méi)有默示地被承認(rèn)為是本公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]可以在眾多工業(yè)和家用應(yīng)用中使用壓縮機(jī)來(lái)使制冷劑在制冷、熱泵、HVAC或制冷機(jī)系統(tǒng)(總稱(chēng)為“熱泵系統(tǒng)”)內(nèi)循環(huán)，從而提供所需的加熱或冷卻效果。在前述應(yīng)用中的任何應(yīng)用中，壓縮機(jī)都應(yīng)當(dāng)提供一致且有效的操作以確保特定的熱泵系統(tǒng)適當(dāng)?shù)剡\(yùn)作。
[0006]壓縮機(jī)可以包括容置壓縮機(jī)的諸如曲軸之類(lèi)的移動(dòng)部件的曲軸箱。曲軸箱還可以包括諸如儲(chǔ)油槽之類(lèi)的潤(rùn)滑劑池。潤(rùn)滑劑池容納對(duì)壓縮機(jī)的移動(dòng)部件進(jìn)行潤(rùn)滑的潤(rùn)滑劑。對(duì)移動(dòng)部件的潤(rùn)滑可以改善性能以及/或者防止損壞。
[0007]曲軸箱中的潤(rùn)滑劑可能會(huì)在壓縮機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)冷卻至較低的溫度。例如，曲軸箱可能會(huì)因較低的室外環(huán)境溫度而冷卻。另外，潤(rùn)滑劑可能會(huì)在液體制冷劑于運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)期間返回至壓縮機(jī)時(shí)冷卻和/或被稀釋。在其他情形下也可能會(huì)發(fā)生潤(rùn)潤(rùn)滑劑冷卻。
[0008]潤(rùn)滑劑的特性在較低的溫度處可能會(huì)發(fā)生改變。更具體地，潤(rùn)滑劑在較低的溫度處可能會(huì)變得更黏(即，更稠)。在較低的曲軸箱溫度以及/或者在殼體內(nèi)具有大量液體的情況下起動(dòng)壓縮機(jī)可能會(huì)因潤(rùn)滑不足而承受磨損和/或降低的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在某一特征中，提供了一種用于熱泵系統(tǒng)的曲軸箱加熱控制系統(tǒng)，該曲軸箱加熱控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收模塊和電力控制模塊。數(shù)據(jù)接收模塊接收指示熱泵系統(tǒng)的壓縮機(jī)的溫度的數(shù)據(jù)、指示環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)以及指示當(dāng)前日期和當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)?；趬嚎s機(jī)的溫度、環(huán)境溫度、當(dāng)前日期和當(dāng)前時(shí)間，電力控制模塊向壓縮機(jī)的曲軸箱的加熱器選擇性地施加電力并且使加熱器選擇性地停用/失效。
[0010]在某一特征中，提供了一種熱泵系統(tǒng)，其包括:壓縮機(jī)、第一及第二換熱器、膨脹閥以及控制模塊。控制模塊包括處理器和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器包括在由處理器執(zhí)行時(shí)施行下述功能的指令:在壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)，向壓縮機(jī)的曲軸箱的加熱器選擇性地施加電力；以及在壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)，基于壓縮機(jī)的溫度、環(huán)境溫度、當(dāng)前日期和當(dāng)前時(shí)間使加熱器選擇性地停用。
[0011]在某一特征中，提供了一種用于熱泵系統(tǒng)的曲軸箱加熱控制方法，該方法包括:接收指示熱泵系統(tǒng)的壓縮機(jī)的溫度的數(shù)據(jù)、接收指示環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)以及接收指示當(dāng)前日期和當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)。曲軸箱加熱控制方法還包括:向壓縮機(jī)的曲軸箱的加熱器選擇性地施加電力；以及基于壓縮機(jī)的溫度、環(huán)境溫度、當(dāng)前日期和當(dāng)前時(shí)間使加熱器選擇性地停用。
[0012]本公開(kāi)的其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑼ㄟ^(guò)下文提供的詳細(xì)描述而變得清楚。應(yīng)當(dāng)理解到，詳細(xì)的描述和具體的示例僅意在說(shuō)明的目的而非意在限制本公開(kāi)的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0013]通過(guò)詳細(xì)的描述和附圖將變得更加充分地理解本公開(kāi)，在附圖中:
[0014]圖1A為根據(jù)本公開(kāi)的第一示例性熱泵系統(tǒng)的功能性框圖；
[0015]圖1B為根據(jù)本公開(kāi)的第二示例性熱泵系統(tǒng)的功能性框圖；
[0016]圖2為根據(jù)本公開(kāi)的具有變頻驅(qū)動(dòng)裝置的壓縮機(jī)的立體圖；
[0017]圖3為根據(jù)本公開(kāi)的具有變頻驅(qū)動(dòng)裝置的壓縮機(jī)的另一立體圖；
[0018]圖4為根據(jù)本公開(kāi)的不例壓縮機(jī)的截面圖；
[0019]圖5為根據(jù)本公開(kāi)的示例曲軸箱加熱控制模塊的功能性框圖；
[0020]圖6至圖14為描繪了根據(jù)本公開(kāi)的控制曲軸箱加熱的示例方法的流程圖；
[0021]圖15A至圖15B為根據(jù)本公開(kāi)的示例性單相熱泵系統(tǒng)的示例曲軸箱加熱控制系統(tǒng)的功能性框圖；
[0022]圖16為描繪了根據(jù)本公開(kāi)的控制渦旋式壓縮機(jī)的曲軸箱在壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)的加熱的示例方法的流程圖；以及
[0023]圖17為描繪了根據(jù)本公開(kāi)的控制變速壓縮機(jī)的曲軸箱在壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)的加熱的示例方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]壓縮機(jī)可以包括加熱元件，加熱元件對(duì)曲軸箱進(jìn)行加熱以避免與“冷起動(dòng)”或“液體回溢”有關(guān)的問(wèn)題?！袄淦饎?dòng)”可以指當(dāng)壓縮機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑劑是冷的并且被制冷劑稀釋時(shí)壓縮機(jī)的起動(dòng)。因此，潤(rùn)滑劑在冷起動(dòng)期間具有更少的黏性并且具有更低的潤(rùn)滑能力，這可能會(huì)引起諸如軸承之類(lèi)的一個(gè)或更多個(gè)壓縮機(jī)部件上的較大的應(yīng)力。
[0025]對(duì)壓縮機(jī)的曲軸箱進(jìn)行加熱增大了曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑劑的溫度。增大潤(rùn)滑劑的溫度可以因冷制冷劑的增大的黏性而改善性能以及/或者防止對(duì)壓縮機(jī)的損壞?！耙后w回溢”可以指當(dāng)液體移動(dòng)到壓縮機(jī)殼體中時(shí)。液體在壓縮機(jī)關(guān)閉并且壓縮機(jī)溫度低于(壓縮機(jī)周?chē)?環(huán)境溫度時(shí)往回移動(dòng)至壓縮機(jī)。對(duì)壓縮機(jī)的曲軸箱進(jìn)行加熱可以使移動(dòng)至壓縮機(jī)的液體最小化并且可以移除已經(jīng)移動(dòng)至壓縮機(jī)的液體。
[0026]典型的曲軸箱加熱元件、下文被稱(chēng)作“曲軸箱加熱器”可以以不同的方式進(jìn)行操作。例如，曲軸箱加熱器可以在壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)(即，沒(méi)有壓縮)時(shí)持續(xù)地運(yùn)作。曲軸箱加熱器在壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的持續(xù)使用可能會(huì)加熱比避免“冷起動(dòng)”所需的更多的潤(rùn)滑劑。然而，曲軸箱加熱器的這種持續(xù)使用因過(guò)度加熱導(dǎo)致的能量浪費(fèi)而與所期望的相比并不太有效。
[0027]另外，典型的曲軸箱加熱器可以以恒定的功率級(jí)、例如40瓦進(jìn)行操作。40瓦的曲軸箱加熱器對(duì)潤(rùn)滑劑進(jìn)行加溫所需的時(shí)間段可能會(huì)非常長(zhǎng)并且可能會(huì)隨著溫度的降低而加長(zhǎng)。此外，一個(gè)或更多個(gè)調(diào)節(jié)需求可能會(huì)要求平均電力耗損基于季節(jié)性的原因而降低。例如，基于季節(jié)性的原因在當(dāng)前提供了 40瓦的平均值的一個(gè)或更多個(gè)調(diào)節(jié)需求可能會(huì)下降大約25%至大約百分之40%或更多(降低至大約30瓦或大約25瓦的平均值)。
[0028]因此，公開(kāi)了用于更加有效的曲軸箱加熱的系統(tǒng)和方法。曲軸箱的加熱可以基于室外環(huán)境溫度、壓縮機(jī)溫度、室外環(huán)境溫度和壓縮機(jī)溫度兩者、以及/或者當(dāng)前的日期和時(shí)間被打開(kāi)或關(guān)閉。例如，可以在壓縮機(jī)過(guò)渡至關(guān)閉狀態(tài)之后使曲軸箱的加熱被關(guān)閉預(yù)定時(shí)間段(例如為大約3個(gè)小時(shí))。預(yù)定時(shí)間段可以設(shè)定得比在壓縮機(jī)過(guò)渡至關(guān)閉狀態(tài)之后預(yù)定量的液體往回移動(dòng)至壓縮機(jī)殼體發(fā)生所需的時(shí)間段更短。附加地或替代性地，曲軸箱的加熱可以在室外環(huán)境溫度大于預(yù)定溫度(例如為大約75華氏溫度)時(shí)被關(guān)閉。附加地或替代性地，曲軸箱的加熱可以在壓縮機(jī)溫度減去室外環(huán)境溫度大于第一預(yù)定溫度(例如為大約20華氏溫度)時(shí)被關(guān)閉，并且曲軸箱的加熱可以在壓縮機(jī)溫度減去室外環(huán)境溫度小于第二預(yù)定溫度(例如為O華氏溫度)時(shí)被打開(kāi)。第一預(yù)定溫度可以基于指示幾乎沒(méi)有液體保持在壓縮機(jī)殼體中的溫度來(lái)設(shè)定。附加地或替代性地，曲軸箱的加熱可以在壓縮機(jī)已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)達(dá)預(yù)定的時(shí)間段(例如為大約3個(gè)星期)并且室外環(huán)境溫度和壓縮機(jī)溫度小于預(yù)定溫度(例如為大約55華氏溫度)時(shí)被關(guān)閉。預(yù)定時(shí)間段和預(yù)定溫度可以被設(shè)定成指示空調(diào)因季節(jié)的原因而被關(guān)閉。附加地或替代性地，曲軸箱的加熱可以在預(yù)定的日期范圍(例如，在北半球?yàn)榇蠹s11月I日至大約4月I日)內(nèi)被關(guān)閉。附加地或替代性地，曲軸箱的加熱可以在預(yù)定的時(shí)間段(例如，在晝夜循環(huán)期間為每天的大約午夜12點(diǎn)至大約上午10點(diǎn))內(nèi)被關(guān)閉。附加地或替代性地，曲軸箱的加熱可以在接下來(lái)的預(yù)定時(shí)期(例如，接下來(lái)的X天、X周或X個(gè)月)內(nèi)被關(guān)閉。使曲軸箱的加熱在原本會(huì)施行曲軸箱的加熱時(shí)停用減小了能量耗損并增大了效率。
[0029]可以使用各種類(lèi)型的曲軸箱加熱器。例如，將腹帶式曲軸箱加熱器環(huán)繞壓縮機(jī)的殼體。將正溫度系數(shù)(PTC)曲軸箱加熱器插入壓縮機(jī)的殼體內(nèi)。還可以將壓縮機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)的定子用作曲軸箱加熱器。
[0030]為了經(jīng)由定子對(duì)曲軸箱進(jìn)行加熱，電子電路向壓縮機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)的定子傳輸電力。定子為壓縮機(jī)中的電動(dòng)馬達(dá)的非移動(dòng)部件。當(dāng)壓縮機(jī)打開(kāi)時(shí)，定子可以以磁力的方式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子進(jìn)而驅(qū)動(dòng)曲軸。曲軸進(jìn)而可以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的壓縮機(jī)構(gòu)。然而，當(dāng)壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，定子在被供給以電流時(shí)可以產(chǎn)生熱，并且因此，定子可以用作用于壓縮機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑劑的加熱器并使液體制冷劑蒸發(fā)。
[0031]參照?qǐng)D1A和圖1B，呈現(xiàn)了示例性熱泵系統(tǒng)5的功能性框圖。熱泵系統(tǒng)5包括壓縮機(jī)10，壓縮機(jī)10包括容置壓縮機(jī)構(gòu)的殼體。在打開(kāi)狀態(tài)下，壓縮機(jī)構(gòu)由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以壓縮制冷劑蒸汽。在關(guān)閉狀態(tài)下，壓縮機(jī)構(gòu)沒(méi)有壓縮制冷劑蒸汽。
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