專利名稱：壓縮機控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓縮機控制系統，該系統能夠用于復式壓縮機柜。
背景技術：
結合制冷系統描述本發明。需知本發明的冷凝單元能夠隨心所欲地用于任何其 他的冷卻系統。常規上，用于冷柜的制冷系統采用由壓縮機支架提供的空氣冷卻或水冷卻的冷凝 器。以并聯方式聯接壓縮機，從而可以分級地接通和切斷壓縮機，以便按照負載的需要來調 節系統冷卻容量。通常，壓縮機和冷卻器位于室外的房頂上或位于靠近安放冷柜的區域的 機房中。在各冷柜內皆有一個蒸發器，蒸發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，以冷卻該柜。通常，閉環控制系統調節流過蒸發器的制冷劑流量，以 維持期望的柜溫度。比例積分微分(PID)閉環控制系統對此功用是通用的，有溫度和/或 壓力傳感器提供檢測的狀態輸入。通常零售商店使用分隔的系統去提供不同的個別冷卻溫度范圍低溫(用于冷凍 食品，冰淇淋，標稱-25F)；中溫(用于肉類，乳制品，標稱+20F)；和高溫(用于花卉，果蔬， 標稱+35至+40F)。使各個分隔的低、中和高溫系統最佳化到其各自的溫度范圍。通常，各 系統會采用它自己的壓縮機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、 冷凝器和蒸發器。上述常規配置的建造和維修成本很高。大部分成本涉及長的制冷劑管道路程。長 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量也是一個重要的成本 因素。管道路程越長，則所需制冷劑越多。此外環境因素也會增加成本。管接頭可能泄漏， 使制冷劑漏入大氣。長的管道路程總是意味著更多的管道接頭，接頭可能泄漏。當發生泄 漏時，管道路程越長，制冷劑損失越多。受讓人的美國專利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分布制冷系統。在該系統中，冷凝器被安裝于冷 柜上，且由也可安裝于柜內的特定脈沖寬度調制的壓縮機使用。若需要，冷凝器和壓縮機可 以聯在一起，以服務于一組相鄰的冷柜，每個柜皆有其自己的蒸發器。此外，具有至少一個 脈沖寬度調制壓縮機的多個壓縮機，能夠用來處理大蒸發器負載系列。還有，冷凝器可以安 裝于一個有蒸發器的罩內，以提供一個整裝的組件；或者可以像在分體式系統中那樣布置 的遠處。由一個控制系統驅動脈沖寬度調制壓縮機，該系統根據所測系統負載提供一個可變負載循環控制信號。雖然上述脈沖寬度調制壓縮機和制冷系統令人滿意地工作，但是這些系統的繼續 發展的目的就在于控制壓縮機、冷凝器和冷凝單元內其他部件的容量。

發明內容
根據本發明，提供了一種冷卻系統，包括殼體；蒸發器；置于所述殼體中；冷凝 器，以流體連通方式耦合于所述蒸發器；壓縮機，以流體連通方式耦合于所述蒸發器和所述 冷凝器，所述壓縮機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 所述的吸入壓力；和控制器，它響應于所述吸入壓力傳感器并耦合于所述壓縮機，以便向所 述壓縮機提供可變負載循環控制信號，從而所述壓縮機在操作時可調制于第一容量狀態與 第二容量狀態之間，借此根據所述吸入壓力，調整所述壓縮機的工作容量，以便維持規定的 吸入壓力。根據本發明，提供了一種用于復式壓縮機柜的壓縮機控制系統，該柜裝有至少一 個具備脈沖寬度調制容量的壓縮機，所述的壓縮機控制系統包括壓力傳感器，用以檢測氣 體的吸入壓力；和系統控制器，它響應于所述吸入壓力傳感器并耦合于至少一個壓縮機，以 便向至少一個壓縮機提供可變負載循環控制信號，使所述至少一個壓縮機在運行時可以調 制于第一容量狀態與第二容量狀態之間，從而根據所述吸入壓力調整至少一個壓縮機的工 作容量，以維持規定的吸入壓力。根據本發明，提供了一種壓縮機控制系統，包括復式壓縮機柜，其中至少裝有一 個壓縮機，這個壓縮機可在至少按照兩種狀態激勵時有選擇地運行，其中第一狀態對應于 第一容量，第二狀態對應于比所述第一容量小的第二容量，所述至少一個壓縮機可用于壓 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，用以產生隨所述吸入壓力而變的可變負載循環控 制信號，所述控制器耦合于所述壓縮機，以便使所述壓縮機根據所述可變負載循環控制信 號在所述第一狀態與第二狀態之間進行有選擇地變更，從而根據所述吸入壓力來調整所述 至少一個壓縮機的容量。根據本發明，提供了一種冷卻系統，包括殼體蒸發器，置于所述殼體中；冷凝 器，以液體連通方式耦合于所述蒸發器；壓縮機柜，以液體連通方式耦合于所述蒸發器和 所述冷凝器，所述壓縮機柜至少包括一個壓縮機，這個壓縮機具有脈沖寬度調制可變容量 并且可工作于兩種狀態之間；壓力傳感器，用以檢測氣體的吸入壓力；系統控制器，它響應 于所述吸入壓力傳感器并耦合于至少一個壓縮機，以便向至少一個壓縮機提供可變負載循 環控制信號，從而所述至少一個壓縮機在工作時可調制于第一容量狀態與第二容量狀態之 間，借此根據所述的吸入壓力來調整至少一個壓縮機的工作容量，以維持預定的吸入壓力。本專業的人員可從下面的詳細描述、所附權利要求書和附圖中，了解本發明的其 他優點和目的。


用于實施本發明的最佳模式，在附圖中圖1是先有技術制冷系統配置的系統方框圖2是根據本發明的冷凝單元或冷卻系統的系統方框圖；圖3是以負載狀態示出的脈沖寬度調制壓縮機實施例的剖視圖；圖4是以空載狀態示出的圖3壓縮機的剖視圖；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所示的非動渦旋的俯視剖視圖；圖7是根據本發明的冷凝單元或冷卻系統的另一實施例；圖8是說明圖7所示控制器的示意圖；圖9是本發明控制系統的流程圖；圖10是圖7和8所示控制器的控制部件的平面圖；圖11是根據本發明說明柜控制器和系統控制器的示意圖；和圖12是根據本發明一個替代實施例的冷凝單元或冷卻系統的系統方框圖。
具體實施例方式現在參考附圖，在附圖中相同的標號都表示相同對應的部件。圖1示出一個用總 標號10表示的常規制冷系統。制冷系統10包括遠離多個冷柜16的多個壓縮機12和一個 冷凝器14。在本說明中，以并聯機組方式配置壓縮機12，并聯機組位于機房內或房頂18上。 壓縮機12供應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是并聯的。在大多數情況 下，都用液體管道電磁閥22調節流向相關蒸發器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器24。膨脹閥26設有一個節流孔，該孔使液體制冷劑霧 化成引入蒸發器24入口側的液滴。蒸發器24位于冷柜16內，它通過液滴蒸發成氣體而從 柜16及其內裝物吸熱。壓縮機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，并送回到貯液器20，從而循環繼續。為了使冷卻容量與負載匹配，可以按需要單個地或成組地接通和切斷壓縮機12。 在典型的零售商店裝置中，可以安裝幾個獨立的系統，以處理不同的工作溫度范圍，其中每 個系統按圖1所示來配置。請注意，液體管路28和吸氣管路30可能很長(例如達150英 尺)，以跨越從冷柜16到機房或房頂18的距離。圖2示出一個按照本發明原理配置的一個冷凝單元或冷卻系統40。冷卻系統40 包括一個冷柜42，一個壓縮機44，一個冷凝器46，一個第一膨脹閥48，一個經濟器50，一個 第二膨脹閥52和一個蒸發器54。雖然結合冷柜說明冷卻系統，但在需要時結合其他冷卻裝 置使用冷卻系統，也屬于本發明的范圍。冷凝器46和壓縮機44都裝在柜42內，或與其相連接。蒸發器54和相關的膨脹 閥48和52同樣裝在柜42內。冷凝器46包括一個排熱機構56，借此把熱傳到環境中。排 熱機構56可以是一個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，排熱機構56可以是一個強制空氣冷卻系統或無源對流空氣冷卻系統。冷 卻系統40還可使用一個液體管道截止閥58，去控制流向蒸發器54的制冷劑流量。閥58與 一些控制傳感器連接，以便按需要向蒸發器54供應制冷劑。圖12示出根據本發明原理配置冷凝單元或冷卻系統240的另一實施例。冷卻系 統240包括一系列的冷柜242a、242b和242c，以及一組壓縮機244a、244b、244c和244d，壓縮機組244a-d至少包括一個脈沖寬度調制壓縮機244d。冷卻系統240是一個分體式系統， 其中壓縮機244a-d裝在房頂上或機房18中，而冷柜242a_c則裝在商店零售區。在裝有壓 縮機244a-d的機房18中，還裝有一個冷凝器246，一個第一膨脹閥248和一個經濟器250， 除冷柜242a-c之外，冷卻系統240還包括一個第二膨脹閥252和一個蒸發器254。雖然在 圖12中結合冷柜242a-c描述冷卻系統240，但在需要時和其他冷卻裝置結合使用冷卻系統 240也屬于本發明的范圍。冷凝器246包括一個排熱機構256，借此把熱傳給環境。排熱機構256可以是一個 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 機構256可以是一個強制空氣冷卻系統或無源對流空氣冷卻系統。冷卻系統240還可使用 一個液體管道截止閥258，去控制流向各蒸發器254的制冷劑流量。閥258與一些控制傳感 器連接，以便按需要向蒸發器254供應制冷劑。冷卻系統240像冷卻系統40 —樣，用壓縮機控制器60在容量信號線62上把脈沖 寬度調制控制信號送到用于壓縮機244d的容量電磁閥64。此外，控制器60利用下述的算 法調節閥64的控制信號的脈沖寬度。雖然圖12中只示出一個脈沖寬度調制壓縮機244d， 但可以有更多的壓縮機包括容量電磁閥64用以靠控制器60來進行脈沖寬度調制。此外， 雖然圖12中未示出，但控制器60還可在噴射信號線上把脈沖寬度調制蒸氣噴射信號送到 用于任何壓縮機244a-d的噴射電磁閥。控制器60利用下述的算法調節用于噴射電磁閥的 控制信號的脈沖寬度。冷卻系統40采用一個冷凝單元或系統控制器60，控制器60在容量信號線62上把 脈沖寬度調制控制信號送到用于壓縮機44的容量電磁閥64。控制器60使用下述算法調節 用于閥64的控制信號脈沖寬度。控制器60還在噴射信號線66上把脈沖寬度調制蒸氣噴 射信號送到一個用于壓縮機44的噴射電磁閥68。控制器60使用下述的算法調節用于閥 68的控制信號脈沖寬度。圖3和圖4示出壓縮機44的細節。渦形壓縮機44包括一個外殼70。在外殼70 內裝有一個驅動馬達和一個壓縮機組件82。該馬達包括一個定子72，一個轉子74，一個把 轉子74固定于其上的曲軸76，一個上軸承座78，和一個用于旋轉支承曲軸76和壓縮機組 件82的下軸承座80。壓縮機組件82包括一個動渦旋構件84。構件84支承于上軸承座78上，且通過曲 軸銷86和驅動軸套88可驅動地連接于曲軸76。一個非動渦旋構件90是以嚙合于動渦旋 構件84的方式安置的，并且借助多個螺栓(未示出)和相關套構件(未示出)可軸向移動 地固定于上軸承座78上。一個歐氏聯軸器92同渦旋構件84和90合作，以防在其間的相 對轉動。一個隔板94被裝在殼70的上端附近，用于把殼70的內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，當動渦旋構件84相對于渦旋構件90運動時，通過吸入管接頭100把吸 入氣體抽吸到殼70的吸入室98中。通過一個設在非動渦旋構件90中的入口 102把吸入 氣體從吸入室98抽吸到壓縮機82。設在渦旋構件84和90上的嚙合渦旋線，界定氣體的移 動袋；當這些袋由于渦旋構件84軌道運動而快速向內移動時，其尺寸逐漸減小，從而壓縮 通過入口 102進入的吸入氣體。然后通過一個設在非動渦旋構件90中的排出口 104和一 個在隔板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內安置一個壓力響應排出閥108。非動渦旋構件90還設有一個在其上表面中形成的環形凹槽110。在凹槽110內裝 有一個浮動密封件112，由中壓氣體對著隔板94給該密封件加偏壓，從而使吸入室98從排 出室96密封。一個通道114伸過非動渦旋構件90，以便把中壓氣體送到凹槽110。結合壓縮機44示出一個容量控制系統120。容量控制系統120包括一個排出管接 頭122，一個活塞124，一個管接頭126和一個電磁閥64。在排出口 104內以螺旋方式承裝 或以其他方式固定排出管接頭122。排出管接頭122界定一內腔130和多個排出通道132。 在排出管接頭122和內腔130下面安裝排出閥108。于是，壓力氣體克服排出閥108的偏 壓負載而打開排出閥108，從而使壓力氣體通過通道132流入內腔130內并流入排出室96 內。現在參照圖3，圖4和圖5，更詳細地說明排出管接頭122和活塞124組件。排出 管接頭122界定一個環形法蘭134。對著法蘭134安置一個唇形密封件136和一個浮動保 持件138。活塞124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 定一個環形法蘭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界定一個通路142和一個孔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被固定于一個由殼70界定的孔內，且滑動地承裝排出管 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，從而經管150連接于吸入管98。活塞124、密封件136 和浮動保持件318的組合提供一個自動定心密封系統，從而準確地對準殼接頭126的內孔。 密封件136和浮動保持件138有足夠的徑向柔順性，致使在殼接頭126的內孔與其中固定 排出管接頭122的排出口 104的內孔之間的任何未對準，都可由密封件136和浮動保持件 138調節。為了加偏壓而使非動渦旋構件90密封地嚙合于正常全負載運行的動渦旋構件 84，由控制器60退動電磁閥64(或起動它)，以阻斷在管148與管150之間的流體流動。在 這個位置，室146通過通道142和孔144與排出室96連通。在室96和146內的處于排出 壓力的壓力流體，會對著活塞124的對峙側作用，從面使非動渦旋構件90對著動渦旋構件 84正常地施加偏壓，以便各個渦旋構件的軸端密封地嚙合于其對峙渦旋構件各自的端板。 兩個渦旋構件84和90的軸密封使壓縮機44以100%容量工作。為了卸載壓縮機44，由控制器60把電磁閥64起動到(或退動到)圖4所示的位 置。在這個位置，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對峙側上的壓力差 會向上移動非動渦旋構件90，使各渦旋構件的端部的軸端與其各自的端板分離，并且較高 的壓力袋會釋放到較低的壓力袋且最終釋放到吸入室98。設置孔144，以控制在排出室96 與室146之間的排出氣體的流量。于是，當室146連接于壓縮機的吸入側射，活塞124對峙 側上會產生壓力差。安裝一個波形彈簧152，以便在非動渦旋構件90調制期間，在浮動密 封件112與隔板94之間維持密封關系。在渦旋件84與92之間建立一個間隙154時，會消 除吸入氣體的繼續壓縮。當這種卸載發生時，排出閥108會移動到它們的關閉位置，從而防 止高壓流體從下游制冷系統上的排出室96回流。當要恢復吸入氣體的壓縮時，會退動(或起動)電磁閥64，以重新阻斷在管148與150之間的流體流動，從而通過通道142和孔144 由排出室96加壓室146。現在參照圖3、圖4和圖6，更詳細地說明用于壓縮機44的流體噴射系統158。壓 縮機44有能力把液體噴入中壓移動管，即吸入管98和排出室96中間。一個流體噴射管接 頭160貫穿殼70，并且流體地連接于噴射管162，這又會流體地連接于一個在非動渦旋構件 90上固定的噴射管接頭164。非動渦旋構件90界定一對徑向通道166，每個通道都延伸于 噴射管接頭164與一對軸向通道168之間。在壓縮機組件82的非動渦旋構件90的對峙側， 軸向通道168向移動室打開，以便按控制器60的要求把流體噴入這些移動室。圖2示出蒸氣噴射系統158，該系統給壓縮機44的流體噴射系統提供流體如圖2 所示，在冷卻系統中示出壓縮機44 ；該系統包括冷凝器46，第1膨脹閥或節流閥48，經濟器 50，第2膨脹閥或節流閥52，蒸發器54，和互連諸部件的一系列管道。壓縮機44靠馬達運 行，以壓縮制冷氣體。然后用冷凝器46液化受壓縮的氣體。經濟器50可以是一個膨脹箱 型或熱交換器型經濟器。如圖所示，液化的制冷劑通過膨脹閥48流到膨脹箱型經濟器50， 制冷劑在此經濟器分離成氣體和液體。氣態制冷劑進一步流過附加的管道系統，以便通過 管接頭160引入壓縮機44。另一方面，其余的液態制冷劑進一步在膨脹閥52膨脹，然后在 蒸發器54蒸發，且再次進入壓縮機44。再參照圖2，把膨脹箱經濟器50和蒸氣噴射系統的其余部分結合起來，可以把壓 縮機44的容量增加到大于壓縮機44的固定容量。通常，在標準的制冷條件下，壓縮機44的 容量可增加約30%，從而給壓縮機提供130%的容量。為了能夠控制壓縮機44的容量，在 經濟器50與管接頭160之間設置電磁閥68。可用控制器60控制壓縮機44的增加容量，控 制器60或以脈沖寬度噴射方式或以連續噴射方式操縱電磁閥68。當以脈沖寬度調制方式 操縱時，把電磁閥68和壓縮機44的容量控制系統120結合起來，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44的容量，以適應較快的負載降低。參照圖7，單個的壓縮機44和冷凝器46能夠服務于好幾個分布柜或加熱和冷卻 (HVAC)系統中的好幾個分布冷卻單元。在圖7中，用標以42a、42b和42c的虛線框表示冷 柜或冷卻系統箱。常規上，壓縮機44和冷凝器46可以裝在冷柜或箱42a之類的冷柜或箱 之一之內或連接于其上；也可以比如在分體式系統中如圖12中所示裝在遠處，其中壓縮機 46和冷凝器44在機房中或在房頂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內所示。當包括溫度傳感器 174時，它可向控制器60提供輸出信息，如下所述。最后，可以包括一個監測制冷劑吸入管 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，每個蒸發器54皆可擁有它自己的柜控制器300， 以便根據柜溫度和柜出口壓力進行除霜、風扇和電子膨脹閥的控制。具體參照圖11，在一 組冷柜42a、42b、42c中的每個柜都分別包括一個柜控制器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 度和柜出口壓力測量。柜控制器300a、300b、300c通過一個數字雙向通信路徑310連接于 系統控制器60，從而能夠用柜控制器300a、300b、300C向系統控制器60提供溫度和壓力傳感值和柜需要的負載狀態(1或0)。進而，各個柜控制器300a、300b、300c根據接收的溫度 和壓力傳感值局部地進行除霜、電子膨脹閥和風扇的控制。圖7的組合柜或組合冷卻單元實施例說明怎樣對單個的壓縮機44進行脈沖寬度 調制，以便由控制器60進行容量控制和蒸氣噴射，從而按瞬時需要冷卻。溫度傳感器174 和/或壓力傳感器176提供系統上負載的指示。如下所述控制器60調整容量控制系統120 和蒸氣噴射系統的脈沖寬度調制，以便在壓縮機的高容量狀態與低容量狀態之間調制壓縮 機，以滿足制冷劑的瞬時需要。控制器60可通過使用電磁閥64的脈沖寬度調制來控制壓縮機44的容量。除本 實施例之外，能夠從0%到100%控制壓縮機44的容量；用脈沖寬度調制操作可把容量從 10%調制到100%。此外，借助控制本發明蒸氣噴射系統的電磁閥68的脈沖寬度調制，可把 壓縮機44的容量增加到從100%到約130%之間的任何容量。控制器60還可以在需要時 用開/關方式操縱電磁閥68。引入控制器60的操作特征和算法將在下面詳述。控制器60能夠控制單個蒸發器(圖2)的或多個蒸發器(圖7)的制冷系統。多 個蒸發器的系統的蒸發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 發器中采用電子壓力調節器。現在參照圖7和圖8，更詳細地說明控制器60。控制器60控制一個報警輸出200， 它在任何報警條件期間保持接通。當所有報警條件終結時，報警輸出200會自己復位。控制器60控制第1冷凝器風扇202和第2冷凝器風扇204的運行。冷卻系統40 包括用于冷凝器46的兩個冷凝器風扇馬達和風扇。控制器60控制以206表示的壓縮機44 馬達的運行，以208表示的蒸氣噴射電磁閥68的運行，和以210表示的容量控制電磁閥64 的運行。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44排出氣體的溫度。利用各種輸入，控制器60 能夠根據柜空氣溫度、壓縮機吸入壓力、或二者，控制壓縮機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適合安裝于冷卻系統40中的盒(未示出)中。雖未具體詳述，但是如果需要這種保護的話冷卻系統40還包括一個低壓切斷電 動機械開關，以便在很低的吸入壓力下停止壓縮機44運行，從而提供真空保護；和一個高 壓頭切斷電動機械開關，以便在很高的排出壓力下停止壓縮機44運行。如上所詳述，各 個蒸發器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的脈沖寬度調制控制來調制壓縮機44 的容量。有兩種不同的比例積分微分控制環路。可把器60設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，用被調整成把平均吸入壓力維持在吸入壓 力設定值230的加載時間操作壓縮機44。平均吸入壓力的確定方法是在壓縮機44的各 個加載/卸載循環時期取許多吸入壓力樣值，然后利用數字濾波器232來過濾這種吸入壓 力數據。通過消除由壓縮44加載和卸載引起的幾乎所有壓力波動，數字濾波器232會產生 用來控制的有用的平均壓力。最好是，數字濾波器的取樣率與脈沖寬度調制(PWM)循環時 間成反比，以便數字濾波器在各個PWM循環期間都以20個樣值操作，而與所選擇的PWM循 環時間無關。這樣得到的濾波將具有適宜的定時，以便匹配所選擇的PWM循環時間。用PID 算法控制吸入壓力。如下所述，可在控制器60設定吸入壓力設定值。來自吸入壓力傳感器 176的信號是先通過數字濾波器再發送到吸入壓力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44，該 周期被調整成把所選頭柜中空氣溫度維持在頭柜溫度設定值234。用PID算法控制這種頭 柜溫度。如下所述，可在控制器60上設定頭柜溫度設定值。來自溫度傳感器174的信號直 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44，以得到吸入壓力設定值230和頭柜溫 度設定值234。增加壓縮機44的容量，直到滿足這兩個設定值為止。通過使吸入壓力PID 控制和頭柜溫度PID控制同時起作用的方法，實現組合控制。控制器60使要求最小的壓縮 機容量的那個PID控制處于支配地位。在壓縮機44的每個卸載循環期間，會重新計算哪一 個控制的確定。這種組合的優先企圖在于頭柜溫度控制是大部分時間的處于支配地位的 控制，從而它必然要求較小的壓縮機容量。于是，頭柜溫度設定值通常被設定成比按照吸 入壓力設定值本身達到的值要略高的冷藏溫度。在一個會選擇二者中較小者的選擇器236 中，組合兩個PID控制功能(一個功能用于吸入壓力，另一功能用于頭柜溫度)的輸出。選 擇器把信號送到一個容量調制生成器238。容量調制生成器生成一個要送到電磁鐵驅動器 240的PWM電磁閥64的定時。優選頭柜溫度處于支配地位的理由是如果把吸入壓力設定 值設定成去實現一個比頭柜溫度設定值低的溫度，則吸入壓力控制會處于支配地位，并且 頭柜溫度會維持于一個低于頭柜溫度設定值的溫度。這樣的設定基本上使頭柜溫度測量失 效。在支配頭柜溫度控制期間的吸入壓力控制的存在，是在頭柜除霜時有用的，因為吸入壓 力在除霜時低于頭柜溫度。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 吸入壓力變得太低時更好地保護壓縮機馬達，以防止短循環。組合控制方式沒有內環和沒 有外環。兩個PID控制路徑是相等的，都是有效的；由選擇器236確定哪一個路徑在當時有 控制效果。轉到描述脈沖寬度調制，用容量調制生成器238把選擇器236的選擇算法輸出轉 換成重復脈沖的負載循環值。容量調制生成器238的輸出會控制壓縮機44的電磁閥64。 較大的容量會在占較小比例的循環時間里使電磁閥64通電(或斷電)，以增加壓縮機44的 容量按下式計算輸出容量
權利要求
一種用于復式壓縮機柜的壓縮機控制系統，該柜裝有至少一個具備脈沖寬度調制容量的壓縮機，所述的壓縮機控制系統包括壓力傳感器，用以檢測氣體的吸入壓力；和系統控制器，它響應于所述壓力傳感器并耦合于所述至少一個壓縮機，以便向至少一個壓縮機提供可變負載循環控制信號，使所述至少一個壓縮機在運行時可以調制于第一容量狀態與第二容量狀態之間，從而根據所述吸入壓力調整至少一個壓縮機的工作容量，以維持規定的吸入壓力。
2.根據權利要求1的壓縮機控制系統，其中所述第二容量狀態相較于所述第一容量狀 態以更小的容量運行。
3.根據權利要求2的壓縮機控制系統，其中所述第二容量狀態以近似零容量運行。
4.根據權利要求1的壓縮機控制系統，還包括蒸氣噴射系統，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壓縮機中，所述的系統控制器耦合于所述蒸 氣噴射系統，以控制所述氣體的噴射。
5.根據權利要求4的壓縮機控制系統，還包括溫度傳感器，用以檢測處于所述排出壓 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.根據權利要求1的壓縮機控制系統，其中所述系統控制器耦合于冷凝器風扇，以控 制該風扇。
7.根據權利要求1的壓縮機控制系統，其中所述系統控制器包括起動邏輯，所述起動 邏輯在激勵所述至少一個壓縮機時選擇所述至少一個壓縮機的所述第二容量狀態。
8.根據權利要求1的壓縮機控制系統，還包括用來控制蒸發器的蒸發器控制器和連 接于所述蒸發器控制器的溫度傳感器，所述溫度傳感器把溫度數據傳遞到所述蒸發器控制 器，并且所述蒸發器控制器把所述溫度數據傳遞到所述系統控制器。
9.根據權利要求8的壓縮機控制系統，其中所述蒸發器控制器還把需求負載狀態數據 傳遞到所述系統控制器。
10.根據權利要求1的壓縮機控制系統，其中所述系統控制器在一段處于控制循環時 間內的規定時期，確定平均吸入壓力。
11.一種壓縮機控制系統，包括復式壓縮機柜，其中至少裝有一個壓縮機，這個壓縮機可在至少按照兩種狀態激勵時 有選擇地運行，其中第一狀態對應于第一容量，第二狀態對應于比所述第一容量小的第二 容量，所述至少一個壓縮機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，用以產生隨所述吸入壓力而變的可變負載循環控制 信號，所述控制器耦合于所述壓縮機，以便使所述壓縮機根據所述可變負載循環控制信號 在所述第一狀態與第二狀態之間進行有選擇地變更，從而根據所述吸入壓力來調整所述至 少一個壓縮機的容量。
12.根據權利要求11的壓縮機控制系統，其中所述第二容量為近似零容量。
13.根據權利要求11的壓縮機控制系統，其中所述控制器在一段處于控制循環時間內 的規定時期，確定平均吸入壓力。
14.根據權利要求11的壓縮機控制系統，還包括蒸氣噴射系統，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，所述控制器耦合于所述蒸氣 噴射系統，以便控制所述氣體的噴射。
15.根據權利要求14的壓縮機控制系統，還包括溫度傳感器，用以檢測處于所述排出 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.根據權利要求11的壓縮機控制系統，其中所述壓縮機是渦旋壓縮機。
17.根據權利要求11的壓縮機控制系統，其中所述壓縮機具有由密封件隔開的兩個機 械部件，所述機械部件可彼此相對地運動以建立流體壓力；并且其中所述壓縮機裝有一個 機構，用以根據所述控制信號有選擇地斷開所述的密封件，從而變更建立的所述流體壓力， 同時使所述機械部件保持基本上恒定的彼此相對的運動。
18.根據權利要求17的壓縮機控制系統，其中當所述機械部件之間的所述密封件被斷 開時，所述壓縮機處于所述第二狀態。
19.根據權利要求18的壓縮機控制系統，其中所述第二容量近似為零。
20.根據權利要求17的壓縮機控制系統，其中所述壓縮機是渦旋壓縮機；所述兩個機 械部件是渦旋構件。
21.根據權利要求11的壓縮機控制系統，其中所述控制器包括起動邏輯，所述起動邏 輯在激勵所述壓縮機時選擇所述壓縮機的所述第二狀態。
全文摘要
一種壓縮機控制系統，該系統能夠用于復式壓縮機柜，該柜裝有至少一個具備脈沖寬度調制容量的壓縮機，所述的壓縮機控制系統包括壓力傳感器，用以檢測氣體的吸入壓力；和系統控制器，它響應于所述吸入壓力傳感器并耦合于至少一個壓縮機，以便向至少一個壓縮機提供可變負載循環控制信號，使所述至少一個壓縮機在運行時可以調制于第一容量狀態與第二容量狀態之間，從而根據所述吸入壓力調整至少一個壓縮機的工作容量，以維持規定的吸入壓力。
文檔編號F04C28/00GK101975167SQ20101014164
公開日2011年2月16日 申請日期2002年1月21日 優先權日2001年3月16日
發明者亨·M·潘, 內格拉杰·杰伊安斯, 理查德·P·沃格三世 申請人:科普蘭有限責任公司