具有备用电力的暖通空调及制冷系统的制作方法

专利名称：具有备用电力的暖通空调及制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有备用电力的暖通空调及制冷系统。
背景技术：
暖通空调及制冷(HVAC/R)系统通常根据从AC公用电源(power source)、诸如AC 市电接收的AC电力操作。因此，如果电源失效则HVAC/R系统通常会停机。当HVAC/R系统 用于冷却其中保存有易腐货物诸如新鲜农产品、奶制品和肉的食品超市、餐馆、仓库、冷冻 储物柜等，以及其中保存有 温度敏感的药品、药物等的药房、医院和其他医疗设施时，系统 停机可能会导致货物的损坏和重大经济损失。

发明内容
这里描述了一种暖通空调及制冷(HVAC/R)系统。所述系统包括一个或多个三相 电机；一个或多个单相电机；交流(A/C)电力接收器(power receiver)；备用电池电源，其 配置成在A/C电力接收器处获取不到交流电时给HVAC/R系统提供电力；变频驱动(VFD)电 力供应器(power supply)，其与备用电池电源电连接，并配置成向三相电机提供三相电力 以及向单相电机提供单相电力。还描述了一种空调系统。所述空调系统包括冷凝器；一个或多个蒸发器；交流(A/ C)电力接收器；备用电池电源，其配置成在A/C电力接收器处获取不到交流电时给空调系 统提供电力；变频驱动(VFD)电力供应器，其与备用电池电源电连接，并配置成向变速冷凝 器电机提供三相电力；以及脉冲操作的制冷剂流量控制阀，其配置成控制到所述一个或多 个蒸发器的制冷剂流量。还描述了一种在空调系统中冷却空气的方法。所述方法包括提供一种电力系统， 其在没有交流电力的情况下从交流电力切换到备用电池电力；当空调系统使用备用电池电 力时，对冷凝器的电机速度进行电子控制以增加空气冷却效率；和用脉冲操作的制冷剂流 量控制阀控制空调系统中的制冷剂流量。


图1是示出了根据一个实施例的HVAC/R系统的示意性方框图；图2是示出了相变模块的实施例的示意图；图3是示出了根据一个实施例的HVAC/R系统的方框图；图4是示出了根据一个实施例的DC电源的方框图；图5是示出了图4的DC电源的实施例的示意图；图6是示出了根据一个实施例的图5中AC到DC转换器的示意图。图7是电源切换模块的实施例。图8是电源切换模块的实施例的示意性表示。图9是可编程电源切换模块的实施例的示意性表示。
图10是用于图3的HVAC/R系统的蒸发压缩部分的示意性表示。图11是示出 了传统的HVAC/R系统的示意性方框图。
具体实施例方式为了给现有的HVAC/R系统提供不间断电力，HVAC/R部件的电力供应系统可以配 置成，不是直接从AC公用源接收电力，而是HVAC/R系统部件从备用电力存储设备例如与来 自AC公用源的电力并行的DC电池接收电力。在该系统中，AC公用源通过整流器给电力存 储设备和HVAC/R系统的主DC电力总线提供电力。DC电力总线用来给为HVAC/R系统的部 件例如压缩机电机、冷凝器风扇、蒸发器风扇和鼓风机产生合适的AC电力的电力供应部件 提供电力。在这样的配置下，如果AC公用源失效，DC电力总线可以由电力存储设备供电。在一些实施例中，HVAC/R系统包括用同一个电力供应器(诸如变频驱动电力供应 器(VFD))驱动的压缩机电机和冷凝器风扇。VFD将来自DC电力总线的DC电压截成相位差 120度的三个输出，作为AC来驱动电机。VFD允许高效地启动被驱动的电机，更具体的细节 下面将会描述。由于从AC市电电力到备用电力的透明(transparent)转换，在电力中断期 间，HVAC/R系统允许自动地，无人值守地操作。图1是包括电力供应器系统的实施例的HVAC/R系统的图。HVAC/R系统200包括 电源部分10，电力供应部分20，和HVAC/R组件部分50。电源部分10包括为HVAC/R系统 200提供电力的电源。电力供应部分20包括接收来自电源部分10的电力并调节供HVAC/ R组件部分50的HVAC/R组件使用的电力的电力供应器。HVAC/R组件部分50的HVAC/R组 件执行HVAC/R系统的HVAC/R功能。在图1的实施例中，电源部分10包括第一电源12，整流器13，电力总线15，和第二 电源14。在这个实施例中，第一电源12是AC电源并且为整流器13提供电力，整流器提供 基本为DC的电力给电力总线15，并且给第二电源14充电。在可替换的实施例中，第一电 源12可以是DC电源，其为电力总线15提供DC电力。因此，在这样的实施例中，可以省略 整流器13。第二电源14也被配置成给电力总线15提供电力。电源12可以是任何类型的电源。在图1所示的实施例中，电源12是AC电源。电 源12例如可以是AC市电，如由当地电力公司所提供的。电源12例如可以具有单相或三相。 在一些实施例中，电源12是约240伏的三相AC源。也可以附加地或可替换地使用其它的 电源，例如太阳能或风能发电机。整流器13配置成从第一电力供应器13接收AC电力，以将电力信号整流成基本为 DC电平，然后将该DC电平提供给适合于系统的电力总线15。第二电源14可以是二级或备用电源，例如，电池或电池组，其配置成被充电到适 于系统的电压。也可以使用其它类型的能量存储装置。第二电源14与电力总线15相连接， 并且配置成当第一电源12工作而第二电源14未被充分充电时由电力总线15充电。第二 电源14还配置成当来自整流器13或第一电源12的电力对于电力总线15的负载不足的时 候，给电力总线15提供电力。为了限制流到第二电源14的充电电流的量，在电力总线15和第二电源14之间设 置限流电路(未示出)。这样的限流电路根据第二电源14的限制和规格，限制给第二电源 14充电的电流，使得在充电的时候第二电源14不会被损坏。
作为例子，HVAC/R系统可以通过连接到电源部分10来供电。第一电源12给用于 操作HVAC/R系统的DC电力总线15提供电力。第二电源14存储来自第一电源12的电力， 以备在第一电源12失效时使用。因此，DC电力总线15用来给HVAC/R系统提供电力，以及 给第二电源14充电并使其浮置。第二电源14配置成作为从第一电源12到电力总线15的电力输出减小的结果增 加到电力总线15的电力输出。例如，如果第一电源12减少它的电力输出，使得它提供一 些，但是比足够用于HVAC/R系统的电力小的电力给电力总线15，那么第二电源14提供操作 HVAC/R系统所需的额外补充的电力给电力总线15。因此，第一电源12和第二电源14共同 配合地提供HVAC/R系统所需要的电力给电力总线15。甚至如果第一电源12完全失效并且 不能给电力总线15提供电力时，第二电源14也能够为HVAC/R系统提供充足的电力。在一 些实施例中，随着由第一电源12和第二电源14中的每一个电源提供的电量的变化，通过第 一电源12和第二电源14的组合配合地提供给HVAC/R系统的总电量保持不间断或基本不 间断电力供应部分20包括接收来自电源部分10的电力并调节供HVAC/R组件部分50 的HVAC/R组件使用的电力的电力供应器。在图1的实施例中，有三个功率供应器22、24、和 26。在其他实施例中，使用更少或更多的电力供应器。电力供应部分20的每一个电力供应 器都用来给多个HVAC/R组件部分50中的一个或多个供应电力。在所示的实施例中，每一 个电力供应器22、24和26都与电力总线15连接。在这个实施例中，电力供应器22配置成给压缩机电机52和冷凝器风扇54的电机 供应电力。此外，电力供应器24配置成给控制模块55供应电力，电力供应器26配置成给 鼓风机56的电机供应电力。虽然单独示出，但整流器13可与电力供应器22集成。在一个实施例中，电力供应器22是10马力(hp)的变频驱动电力供应器(VFD)。 在一些实施例中，VFD包括电力供应器22和整流器13。因为通过压缩机电机52的受控启 动可实现的电力效率的增加，使用VFD。当使用恒定频率和电压的电力供应器(例如AC市 电电力供应器)时，启动电机的浪涌电流是运转电流的6-10倍。由于系统的惯性，压缩机 的电机并不足够强大来响应于全速操作所需要的电力供应器信号的高频高速信号而瞬时 以全速驱动负载。结果是电机经历了其中电机从停止状态缓慢而低效地过渡到全速状态的 启动阶段。在启动期间，一些电机汲取至少其额定电流的300%却只产生低于其额定扭矩的 50%。随着电机的负载的加速，可用扭矩下降，然后上升到峰值，其间电流仍然很高直到电 机接近全速为止。高电流浪费了电力并且降低电机的性能。结果，电机的整体效率，效益和 寿命都减少。当使用VFD启动电机时，最初向电机施加低频、低电压的电力信号。频率可以是 约2Hz或更小。以这样的低频启动允许在电机的能力以内驱动负载，并且避免了用恒定 频率和电压的电力供应器启动时所出现的高的浪涌电流。VFD用来以可编程的时间分布 (profile)增加频率和电压，该分布可将负载的加速度保持在电机的能力之内。结果，在没 有汲取过多电流的情况下加速了负载。这种启动方法允许电机产生其额定扭矩的约150% 同时仅汲取其额定电流的50%。因此，VFD允许来自AC电源12或DC电源14的减小的电 机启动电流，从而减少操作成本，对压缩机电机52施加的机械应力更小和增加使用寿命。 VFD也允许可编程地控制负载的加速和减速。
电力供应器22的VFD是由控制模块55控制，并可产生三相输出，其为压缩机电 机52、三相电机供电。压缩机电机52具有旋转磁场的旋转对称性使得电枢被磁化，并且产 生扭矩。通过控制三相电力信号的电压和频率，控制电机的速度，由此适当量的能量进入电 机绕组，使得有效的操作电机，同时满足加速负载的要求。通过切换电子部件产生电动力 (electrical motive)以得到电压波形，该电压波形当被电机的电感平均时变成适合于电 机以期望的速度和扭矩操作的正弦电流波形。上述的压缩机电机52的受控启动允许压缩 机电机52具有高的电力效率和长的寿命。使用VFD给压缩机电机52供电允许速度控制，从而消除了系统全开或全关的限 制。例如，具有VFD的HVAC/R系统可以以对应于温度受控的环境的冷却要求的速度来操作 压缩机。例如 ，如果受控环境产生500瓦的电力，则压缩机可以以对应于500瓦产生的热量 的速度操作。由于避免了反复启动和停止压缩机所经历的电力效率低下，这允许提高系统 的电力效率。此外，在一些受控环境中，例如隔热很好的空间，产生的热量是相对恒定的。因此， 要移除的能量是相对恒定的。对于这种环境，压缩机的电机可以根据对应于要移除的相对 恒定的能量的负载来为操作进行设计。这种有限范围的负载允许有效率地操作压缩机。当与其中压缩机全开或全闭的传统的HVAC/R系统相比，速度控制的另外一个好 处是显著地减小了受控环境的温度范围。在传统的HVAC/R系统中，为了防止在开和关之间 频繁的状态改变，控制系统的工作有滞后的特点。在这样的系统中，温度漂移对应于滞后。 例如，在一些系统中，系统的滞后是3度。如果温度设定为-5C，一旦环境温度为-5C，压缩 机就被关闭了。然而，由于3度的滞后，在环境温度是-2C以前都不再打开压缩机。相反， 在具有控制压缩机的VFD的HVAC/R系统中，有效(active)控制系统逐步地增加和降低压 缩机的速度来提供对环境温度的精确控制。因此，不存在滞后，因而显著地减少了温度一致 性和电力消耗之间的权衡。在示出的实施例中，电力供应器22的三相输出给冷凝器风扇54和压缩机电机52 供电，并且它们被一起操作。通过去除了专用于冷凝器风扇54的电力供应器，结果是有利 于系统节约成本。此外，系统具有速度控制，速度控制的范围对一个或多个三相电机而言是 不受限制的，而对于一个或多个单相电机是被限定在该范围的低端。虽然这里的论述通常 是针对具有冷凝器风扇54和压缩机电机52的系统，但应当理解为所述论述可以应用到具 有通过电力供应器22驱动的一个或多个附加三相电机和/或一个或多个附加单相电机的 系统。传统的机电控制知识可能表明当VFD与压缩机电机配合使用时，不使用冷凝器风 扇的单相电机，而用与功率供应器的变速三相输出兼容的三相电机代替。在此处描述和示 出的系统中，因为冷凝器风扇54并不需要具有三相电机，所以冷凝器风扇54可采用便宜的 单相电机，而来自电力供应器22的三相电力可通过相变模块53来调整。如图1所示，相变模块53连接在VFD电力供应器22和冷凝器风扇54之间。单相 电机如冷凝器风扇54并不与变频变压操作兼容。在单相电机中，产生“新”的相位来与输 入电力信号的单相配合使用，以产生旋转磁力使电枢产生扭矩。例如，如果单相电机是罩极 电机(shaded pole motor)，罩极环(shading ring)用作能存储磁场和产生“新”相位的电 感。如果单相电机是永久分相式电容器电机，电容器给一个端子相对于另外一个端子提供电流的相位超前。然而，罩极环和电容器的电力效率与频率相关，因此这些元件根据其应用 调谐到电机的运行频率。在非特定频率处，电机的性能和新相位产生元件的性能是效率低 下的，并且电机的扭矩受损。此外，VFD的电力输出信号在高频处(例如2-6KHZ)具有大的 瞬态电压尖峰。所述瞬态可以超过新相位产生元件的击穿电压，并且导致高的电流尖峰，其 增加发热和减小电机及其部件的电力效率。因此，这些电机用于变频驱动方案时效率低下。可以修改先前存在的冷凝器风扇54的单相电机以在图1的变频驱动方案中有效 地操作。所述单相电机与三相电机类似，其中第一两极承载电力输出的单相， 并且第三极接 收由电感和电容元件产生的新相位。在HVAC/R系统200中，冷凝器风扇54的单相电机接 收由电力供应器22产生的三相中的两相。此外，改进的单相电机用与VFD的大的瞬态电压 尖峰兼容的元件(例如图2所示的那些)替换它的新相位产生元件。在相变电路53的一 个实施例中，所述单相电机的改进包括用串联的、具有两倍电容的两个电容器代替运行电 容器(runcapacitor)。这些电容器示出为图2中的10MFD电容器。这将增大击穿电压同时 保持电容值，因此电机的调谐不发生变化。此外，也如图2所示，与两个运行电容器并联布 置的、具有值的范围为0. 01-0. IMFD且具有陶瓷组分的电容器给VFD产生的高频切换瞬态 提供低阻抗。例如，在单相电机中主绕组可以与串联连接的5MFD运行电容器和辅助绕组相 并联。所述5MFD运行电容器可以用两个串联连接的10MFD的电容器并联0. 05MFD电容器 代替，如图2所示。电力供应部分20的电力供应器24配置成给控制模块55供应电力。控制模块55 包括系统控制电子器件，其为其他HVAC/R系统部件和电力供应器提供控制信号。例如，控 制模块55可以控制电力供应器22和电力供应器26。在一些实施例中，控制模块55输出AC 控制信号，用于与继电器配合使用以打开或关闭电力供应器22和26。在一些实施例中，控 制模块55与用户激活的用户控制面板通信，例如，选择期望的温度。在一些实施例中，控制 模块55与恒温器通信。在HVAC/R系统200中，控制模块55用由电力供应器24提供的24 伏单相AC电力供应操作。在一些实施例中，电力供应器24包括DC/AC逆变器，其从电力总 线15接收DC信号，并为控制模块55产生24伏AC电力供应。在一些实施例中，电力供应器24包括开关型逆变器，其通过将DC输入电压截成脉 冲，产生似正弦波。所述脉冲被用作降压变压器的方波，该降压变压器在波整形电路后面， 该波整形电路使用滤波网络将脉冲二次电压积分并整形为似正弦波。电力供应器26配置成给鼓风机56的电机供应电力。在一些实施例中，鼓风机56 包括单相电机。在一些实施例中，鼓风机56包括三相电机，并且电力供应器26配置成产生 三相电力供应信号。出于类似于就包括VFD以高效地打开压缩机电机52的电力供应器22 的上述原因的原因，电力供应器26可以包括第二 VFD，其配置成高效地打开和关闭鼓风机 56的电机。在一些实施例中，第二 VFD是5马力的VFD。在一些实施例中，鼓风机56可以 独立于压缩机电机52和冷凝器风扇54操作。例如，用户可能希望鼓风机56 —直运转，但 压缩机电机52和冷凝器风扇54停止运转。因此，由于VFD不适合突然地改变负载，所以鼓 风机56从电力供应器26的第二 VFD接收电力。在一些实施例中，HVAC/R系统200实施成如图3所示的HVAC/R系统300。在该实 施例中，图1的整流器13包括在图3所示的VFD电力供应器322中。AC电源312可以是 类似于图1的AC电源12，其可驱动VFD 322，VFD 322产生基本为DC电压供自己的操作和驱动电力总线315。VFD 322具有和图1的电力供应器22类似的功能。图3所示的其它部 件，DC电源314，压缩机电机352，相变电路353，冷凝器风扇354，电力供应器324，控制模块 355，VFD电力供应器326，和鼓风机356，每一个都具有和图1所示的相应的部件类似的功 能，所述相应的部件分别是DC电源14，压缩机电机52，相变电路53，冷凝器风扇54，电力供 应器24，控制模块54，电力供应器26，和鼓风机56在一些实施例中，电力供应器22、24和26使用可以约为250伏至320伏范围内 的电力总线电压。在这类实施例中，DC电源14可以是多个12伏的电池组。然而，在一些 实施例中，有利的是使用更少的电池。在这类实施例中，更少电池的较低电压通过DC转 DC的转换器，被转换成更高的电压。通过以低地多的电池供应电压运行，该系统允许无法 方便使用多相AC电力的车辆应用和固定应用。在这些应用中，车辆电池可以变成备份能 量的主要来源。这种系统可从低地多的电压源提供所需要的高电压供应，从而允许蓄电池 (storagebattery)的重量和体积更小。图4示出了 DC电源60作为图1的DC电源14使用的实施例。图4的DC电源60 执行DC-DC的转换，其从DC电源62的第一电压Vl转换到DC输出电压V2。在那些优选使 用较少的蓄电池但对于电力总线使用高电压的应用是特别有利的。在图4的实施例中，DC电源62与DC到AC逆变器64相连。DC电源62具有第一 电压Vl，其驱动逆变器64。响应于第一电压Vl，逆变器64输出AC信号，其被供应给整流器 66。整流器66作为AC到DC转换器操作，并提供DC输出电压V2，其具有适合于系统的DC 电压电平。DC电源62可以由AC到DC转化器68进行再次充电。AC到DC转化器68从AC源 70接收AC信号，并产生DC电压，该DC电压用于给DC电源62充电。在一些实施例中，AC 源是图1的系统中的AC电源12。在一些实施例中，AC源是图1的电力供应器22、24、26中 的一个的输出。图5是示出了图4的DC电源60的DC电源62、逆变器64、和整流器66的实施例 的示意图。DC电源80包括电池82，两个12V DC到120VAC的逆变器84和85，整流器86和 87，和滤波器88。DC电源80配置成基于24V DC信号产生300VDC信号。电池82提供24V DC信号，并且配置成被再次充电。在一些实施例中，电池82包 括两个12V电池。两个逆变器84和85每个都配置成接收12V DC输入并且输出有效值为120V的AC 信号。在一些实施例中，DC电源60，逆变器84和85串联连接在24V的电池82两端。因 此，逆变器84和85每一个接收12V的输入。响应于12V的输入，逆变器84和85每一个产 生有效值约为120V的AC信号。逆变器84的有效值为120V的AC信号提供给整流器87，而逆变器85的有效值 120V的AC信号提供给整流器86。整流器86和整流器87对各自的AC信号进行整流，产生 每个约150V的基本为DC的输出。整流器86和87串联连接，因此共同产生约300V的基本 为DC的信号。在图5所示的实施例中，整流器86和87每个示出为与电容器并联的四个二 极管的桥式整流器。也可以使用其它整流器配置。滤波器88连接在串联连接的整流器86和87两端。滤波器配置成通过滤掉整流 器86和87产生的信号的非DC组分，来提高DC输出信号的质量。如图5所示，滤波器88是单个电容器。在其他实施例中也可以采用其它滤波器。在一些实施例中，图4的DC电源62是12V DC电池，并且DC到AC逆变器64包括 连接在12V电池两端的两个12V DC到120V AC的逆变器。在这类实施例中，整流器(如整 流器86和87)可以用来生成两个每个约150V的基本为DC的信号。正如图5的实施例中 的那样，两个整流器被串联连接以生成300V的基本为DC的信号。由于逆变器84和85以 及整流器86和87的布置，产生的基本为DC的电压不依赖于逆变器84和85的每个AC信 号的频率和相位。
图6是示出了 AC到DC转换器90的实施例的示意图，其可被用作图4的DC电源 60的AC到DC转换器68。转换器90接收约230V的AC信号或约IlOV的AC信号，并且产 生约30V DC信号，用于给DC电源60的DC电源62充电。转换器90包括变压器92、整流器 94和滤波器96。变压器92包括在输入侧的三个抽头。为了让转换器90产生所期望的约30V的DC 输出信号，如图6所示，约IlOV的AC信号被驱动在变压器92的最上端的抽头和中间抽头 两端。为了完成这些，约110VAC信号被直接驱动在变压器92最上端的抽头和中间抽头两 端，或者约230V AC信号被驱动在外部的抽头两端，如所示出那样。变压器降低输入电压以 生成输出给整流器94，该整流器与滤波器96相结合，生成用于给图4的DC电源62充电的 基本为DC的信号。在图6所示的实施例中，整流器94示出为四个二极管桥式整流器。也 可以使用其它整流器配置。如图6所示，滤波器96是单个电容器。在其他实施例中，也可 以采用其它滤波器配置。在一些实施例中，图1的电源部分10包括电源切换模块，例如如图7所示的。电 源切换模块400接收多个电源的输入，并且自动地或根据编程的指令，选择电源以提供电 力给DC输出。图8是电源切换模块的实施例的示意性表示。图8的电源切换模块是自动的。在 这个实施例中，电源切换模块对于每一个DC输入具有升压(set up)模块410，用于选择DC 输入之一的一系列选择模块430，对于每一个AC输入的变压器420，用于选择AC输入之一 的一系列选择模块440，整流器450，和用于选择所选择的升压DC输入或整流过的所选择的 经过变压的AC输入的选择模块460。在这个实施例中，每一个升压模块410接收它的DC输入并且升高所接收的DC输 入到期望的DC输出，例如，300V的DC。此外，每一个升压模块410可以为选择模块提供控 制信号。每一个升压模块410可以具有与图5的DC电源80类似的部件和类似的功能。在该实施例中，每一个选择模块430从两个升压模块410中的一个接收DC信号， 以及从一个升压模块410接收控制信号。选择模块430配置成根据控制信号选择两个DC信 号中的一个。在一些实施例中，选择模块430包括继电器，当接收指示所收到的两个DC输 入信号之一为有效(active)的控制信号时，该继电器选择DC输入信号的升高的DC电压。 例如，如所示出地那样，如果在DCl和DC2输入处存在DC输入信号，则DCl输入的升压模块 410在选择模块430的两个输入中的一个处产生升高的电压。此外，DC2输入的升压模块 410在选择模块430的两个输入中的另外一个处产生升高的电压，并且为选择模块430产生 控制信号，指示DC2的输入是有效的。响应于控制信号，选择模块选择升高的DC2电压。因此，在这个实施例中，选择模块430共同地选择升高的DC电压，其对应于最高优先级的有效的DC输入，其中DC输入的优先级取决于每一个升高的DC电压连接哪个选择模 块 430。 在这个实施例中，每个选择模块440从两个变压器420中的每一个接收AC信号， 和从一个变压器420接收控制信号。在这个实施例中，控制信号是来自一个变压器420的 AC信号。选择模块440配置成根据控制信号选择两个AC信号中的一个。在一些实施例中， 选择模块440包括继电器，当接收到指示所收到的两个AC输入信号之一为有效的控制信号 时，该继电器选择该AC输入信号的经过变压的信号。例如，如所示出地那样，如果在ACl和 AC2输入处存在AC输入信号，AC 1输入的变压器420在选择模块440的两个输入中的一 个处产生AC电压。此外，AC2输入的变压器420在选择模块440的两个输入中的另外一个 处产生经过变压的AC电压，并且为选择模块440产生控制信号，指示AC2的输入是有 效的。 响应于控制信号，选择模块选择经过变压的AC2电压。 因此，在该实施例中，选择模块440共同的选择经过变压的AC电压，其对应于最高 优先级的有效的AC输入，其中DC输入的优先级取决于每一个经过变压的AC电压连接哪个 选择模块440。整流器450对所选择的AC电压进行整流，并提供经过整流的AC电压到选择模块 460，如果AC输入信号的任何一个是有效的，则选择模块460选择经过整流的AC电压作为 DC输出。在一些实施例中，不将DC输入电压的一个或多个升高。在一些实施例中，不对AC 输入电压的一个或多个变压。在一些实施例中，各种输入电压的优先级与图8的实施例的 不同。图9是电源切换模块的另外一个实施例的示意性表示。图9的电源切换模块是可 编程的。在这个实施例中，电源切换模块对于每个DC输入具有升压模块410。该实施例的 升压模块410与图8的实施例的升压模块410类似。在这个实施例中，电源切换模块对于 每一个AC输入具有变压器420。该实施例的变压器420可与图8的实施例的变压器420类 似。该实施例的电源切换模块也具有选择模块470，整流器450，用于选择升压的DC输入电 压或整流过的所选择的经变压的AC输入中的一个的选择模块460，和基于信号C选择要输 出的电压的控制模块480。在这个实施例中，不能通过基于根据位置的优先级的选择来确定输出电压。替代 的是，控制模块480配置成根据信号C选择输出电压。在一些实施例中，信号C代表哪个输 入电压是有效的。在一些实施例中，信号C是从其他电路输入的。在一些实施例中，不将DC输入电压的一个或多个升压。在一些实施例中，不对AC 输入电压的一个或多个变压。在另外一个实施例中，上面所述的HVAC/R系统包括脉冲操作的控制阀以控制从 冷凝器到蒸发器的制冷剂流量。VFD供电的HVAC/R系统产生变化的压缩机速度，从而导致 可变的到冷凝器和蒸发器的制冷剂流量。然而，传统的膨胀装置例如毛细管或膨胀阀(AEV 或TEV)不能处理或利用变化的制冷剂流量并且摆动(hunt)或溢流(flood)，由此降低了蒸 发器的效率和系统的性能。为了实现这样的可变的制冷剂流量的理想的优势，根据本实施 例，在在不使得蒸发器欠流(starve)或溢流的情况下采用脉冲调节(pulsing)的制冷剂控 制阀以全制冷剂流动产生全范围的蒸发器过热控制。在由可变压缩机速度导致较低的制冷剂流速下，这种制冷剂控制尤其重要。传统的膨胀装置设计成以全流量操作，而且在较低流量时效率低并且再次使流量波动，使蒸发器欠流和/或溢流。脉冲调节阀(pulsing valve) 可以是诸如美国专利号5675982和6843064中所述的机械阀，也可以是美国专利号5718125 中所述类型的电操作阀，关于这些阀的描述通过引用的方式整体并入本文中。所述阀操作 成在整个可变的制冷剂流量范围内控制从压缩机和冷凝器到蒸发器的制冷剂流量。图10示意性地示出了图3的HVAC/R系统的蒸汽压缩部分。脉冲操作控制阀410 安装在引导制冷剂从冷凝器420到蒸发器430的制冷剂回路管道的液体制冷剂线路412 中。其它部件用图3中相同的参考数字标记。现有的HVAC/R系统可以转换成与HVAC/R系统200类似或相同地运行。例如，在 图11中示出的传统的HVAC/R系统100可以被转换成操作和实现先前所述的优势。如图11 所示，为了转换HVAC/R系统100，以及操作和实现先前所述的优势，AC电源112，压缩机电 机152，冷凝器风扇154，鼓风机156，电力供应器124，和控制模块155都与电力总线115断 开。还是参考图1，连接AC电源112以用如整流器13的整流器对电力总线(诸如电力总线 15)供电。诸如DC电源14的DC电力存储源与电力总线连接。诸如电力供应器22的第一 电力供应器与电力总线、压缩机电机152、冷凝器风扇154相连。诸如相变模块53的相变电 路连接在第一电力供应器和冷凝器风扇154之间。第二电力供应器与电力总线15和鼓风 机156相连。电力供应器124被诸如电力供应器24的第三电力供应器替代，该第三电源与 电力总线15，以及诸如控制模块55的控件相连。尽管上面的详细描述已经示出、描述和指出了应用到各个实施例中的新颖的特 征，但是应该理解，在不背离本发明的精神的前提下，本领域技术人员可以对示出的装置和 过程的形式和细节做出各种省略、替代以及改变。例如，输入，输出和信号都仅仅是作为例 子给出的。正如所认识到的那样，本发明可实施在不提供本文所述的所有特征和益处的形 式中，因为一些特征可以与其他特征分开地使用或者实施。此外，应当理解，本文所述的 HVAC/R系统可以被配置为空调，冷却器，热泵以及制冷系统。
权利要求
一种暖通空调及制冷(HVAC/R系统，包括一个或多个三相电机；一个或多个单相电机；交流(A/C)电力接收器；备用电池电源，其配置成在A./C电力接收器处获取不到交流电时给HVAC/R系统提供电力；和变频驱动(VFD)电力供应器，其与备用电池电源电连接，并配置成给三相电机提供三相电力和给单相电机提供单相电力。
2.根据权利要求1所述的HVAC/R系统，其中一个或多个三相电机中的每一个驱动压缩机。
3.根据权利要求2所述HVAC/R系统，还包括电子控制器，其与VFD链接并配置成控制 压缩机的速度。
4.根据权利要求2所述的HVAC/R系统，还包括至少一个冷凝器、至少一个蒸发器和引 导制冷剂从所述压缩机到所述至少一个冷凝器以及从所述至少一个冷凝器到所述至少一 个蒸发器的管道，以及连接到管道以控制到所述至少一个蒸发器的制冷剂流量的脉冲操作 的制冷剂流量控制阀。
5.根据权利要求4所述的HVAC/R系统，其中脉冲操作的制冷剂流量控制阀是机械阀。
6.根据权利要求4所述的HVAC/R系统，其中脉冲操作的制冷剂流量控制阀是电子阀。
7.根据权利要求1所述的HVAC/R系统，其中单相电机驱动冷凝器风扇。
8.根据权利要求112所述的HVAC/R系统，还包括连接在VFD和所述一个或多个单相电 机之间的相变模块，所述相变模块包括多个串联的电容器和与所述多个串联的电容器并联 的至少一个电容器。
9.根据权利要求1所述的HVAC/R系统，还包括相变模块，其配置成调节三相电力输出 用于输入到单相电机。
10.根据权利要求9所述的HVAC/R系统，其中相变模块包括多个串联的电容器。
11.一种空调系统，包括 冷凝器；一个或多个蒸发器； 交流(A/C)电力接收器；备用电池电源，其配置成在A/C电力接收器处获取不到交流电时给空调系统提供电力；变频驱动(VFD)电力供应器，其与备用电池电源电连接，并配置成给变速冷凝器电机 提供三相电力；和脉冲操作的制冷剂流量控制阀，其配置成控制到所述一个或多个蒸发器的制冷剂流量。
12.根据权利要求11所述空调系统，其中脉冲操作的制冷剂流量控制阀是机械阀。
13.根据权利要求11所述空调系统，其中脉冲操作的制冷剂流量控制阀是电子阀。
14.根据权利要求11所述空调系统，其中VFD配置成也向单相电机提供单相电力。
15.根据权利要求14所述空调系统，其中单相电机包括冷凝器风扇电机。
16.根据权利要求11所述空调系统，还包括电子控制器，其与VFD链接用于控制压缩机 的速度。
17.根据权利要求16所述空调系统，其中电子控制器也与脉冲操作的制冷剂流量控制 阀链接用于控制空调系统中的制冷剂流量。
18.—种在空调系统中冷却空气的方法，该方法包括提供一种电力系统，其在没有交流电力的情况下从交流电力切换到备用电池电力； 当空调系统使用备用电池电力时，对冷凝器的电机速度进行电子控制以增加空气冷却 效率；和用脉冲操作的制冷剂流量控制阀控制空调系统中的制冷剂流量。
19.根据权利要求18所述的方法，其中制冷剂流量被控制在预设的流量范围内。
20.根据权利要求18所述的方法，其中对冷凝器电机速度进行电子控制包括提供三相 电力给冷凝器电机。
全文摘要
本发明涉及具有备用电力的暖通空调及制冷系统。一种HVAC/R系统配置成具有备用电力的电力存储器，以在主电力失效的情况下保持基本不间断的电力。该系统可以包括与备用电池电源电连接并且配置成向三相电机提供三相电力和向单相电机提供单相电力的变频驱动(VFD)电力供应器。一些系统还包括脉冲操作的制冷剂流量控制阀，其配置成控制到一个或多个蒸发器的制冷剂流量。所述备用电力系统可以具有配置成被再次充电的DC电源，并且可为HVAC/R部件提供电力。
文档编号F25B49/02GK101969224SQ20101027784
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者K·哈利利, P·萨尔基相, U·罗肯费勒, W·哈海 申请人:罗基研究公司