专利名称：空调装置和其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种空调装置和其控制方法，其中该空调装置具有一脉冲调制压缩机和一个两级可变容量压缩机。
背景技术：
通常，一具有彼此相连的一室内单元和一室外单元的单独空调装置并不具有很大的室内空调载荷(需用容量)，因此固定容量压缩机安装在室外单元。
相反，设计了一具有多个室内单元与一个室外单元连接的多单元空气调节装置，从而各室内单元可以独立的解决对应一室内空间的空调载荷。在这种多单元空气调节装置中，由于各单独的室内单元的空调载荷不同，且随时间改变，因此，在室外单元中安装一可变容量的压缩机，制冷剂的流量通过利用各室内单元和室外单元之间的通信确定的负载量和操作状态来控制。另外，可变容量压缩机由室外单元的微电脑控制。该室外单元微电脑根据各室内单元接受到的信息，检查对应室内空间的空气调节需求，对应室内空间的温度调节等，并根据检查的信息控制压缩机的容量。
但是，由于传统的多单元空调装置的结构为多个室内单元与一个室外单元连接，因此，安装在室外单元中的压缩机必须被设计为可承受最大室内空调载荷。另外，为了使压缩机可以承受最大室内空调载荷，压缩机的制造困难会增加。即，必须进行多种参数的测试，从而增加压缩机的容量。
上述过程生产的高容量压缩机的缺点在于该高容量压缩机相对于传统的压缩机非常昂贵。
考虑到上述问题，采用了将一可变容量压缩机与一固定容量压缩机结合以提供室内空调负载的方案。
如图1所示，以根据倒相电路的频率改变的容量而操作的压缩机10和以固定容量操作的固定容量压缩机20彼此并行连接。而且，一室外单元微电脑根据从各室内单元接收到的室内空调载荷(需用容量)来控制可变容量压缩机10和固定容量压缩机20。参照图2，如果室内空调载荷为0％到50％，则室外单元微电脑控制可变容量压缩机10的容量。此时，微电脑根据从各室内单元接收到的室内空调载荷(需用容量)，通过改变倒相电路输出到可变容量压缩机10的频率，在一预定定范围R1内控制可变容量压缩机10的容量。另外，如果室内空调载荷为50％到100％，则室外单元微电脑控制可变容量压缩机10和固定容量压缩机20的容量。此时，微电脑在启动固定容量压缩机20之后，通过在预定范围R2内控制根据倒相电路的频率操作的倒相类(inverter-type)可变容量压缩机10的容量，来处理不足的容量。
但是，如大型建筑物之类的建筑中采用传统空调装置时，则必须由可变容量压缩机提供的容量将不可避免的变大。而且，生产这种作为独立装置的高容量压缩机很困难且很昂贵，即使可以生产独立装置，也会由于压缩机成本的增加而导致经济负担。
因此，在多单元空调装置中，需要一种可以有效的解决大量室内空调载荷(需用容量)的方法。而且，急需一种在使用传统压缩机时可满足大量空调载荷需求的方法。
发明内容
因此，提供了一种空调装置和其控制方法，其中一脉冲宽度调制压缩机和一个二级可变容量压缩机彼此并行连接，以提供室内空调载荷，从而实现了低价压缩机。
本发明的其他目的和优点一部分将在下面的说明中说明，一部分将从这些说明中很明显看出或可从实施本发明时领会到。
为了实现上述和其它目的，提供了一种空调装置，包括一以脉冲宽度调制方式控制的第一压缩机；与第一压缩机并行连接，并被控制以最小容量和最大容量之一操作的第二压缩机；和一控制单元，它控制第一和第二压缩机的容量，从而根据室内空调载荷对第一和第二压缩机的总容量进行线性控制。
另外，提供了一种空调装置，包括多个室内单元；和一个与多个室内单元连接的室外单元，该室外单元包括一以脉冲宽度调制方式控制的第一压缩机；与第一压缩机并行连接，并被控制以最小容量和最大容量之一操作的第二压缩机；和一室外控制单元，它控制第一和第二容量压缩机的容量，从而根据室内单元要求的室内空调载荷，对第一和第二压缩机的总容量进行线性控制。
另外，还提供了一种于控制空调装置的方法，该空调装置具有多个与一室外单元连接的室内单元，该室外单元包括一以脉冲宽度调制方式控制一室外单元的容量的第一压缩机和以最小容量和最大容量之一操作的第二压缩机，该方法包括如下步骤计算相应的室内单元所需要的空调载荷；和控制第一和第二压缩机的容量，从而根据计算出的空调载荷，线性控制第一和第二压缩机的总量，其中第一压缩机的最大容量等于第二压缩机的最小容量，第二压缩机的最大容量为第二压缩机的最小容量的两倍。
本发明的实施例利用两个并行连接的压缩机，并以与控制单独大容量压缩机的容量的操作相似的方法控制这两个压缩机的容量。一个压缩机为脉冲宽度调制压缩机，它可线性的控制脉冲宽度调制压缩机的容量，另一个压缩机为二级可变容量压缩机，它具有相对较大的容量且以两个不同的容量操作。
本发明的这些和其它目的和优点将从结合以下附图的最佳实施例的描述中变的明显，附图为图1示出传统空调装置的结构，其中可变容量压缩机和固定容量压缩机彼此并行连接；图2为一图表，示出控制图1所示的压缩机的容量的操作；图3示出根据本发明一实施例的空调装置的结构，其中一脉冲宽度调制压缩机和一个二级可变容量压缩机彼此并行连接；图4示出根据本发明一实施例的油均衡管与压缩机连接的视图；图5为一图表，示出根据本发明实施例的控制压缩机的容量的操作；图6为控制本发明实施例的空调装置的方法的流程图；图7为一方块图，示出根据本发明实施例的多单元空调装置。
具体实施例方式
本发明的最佳实施例中将使用附图标记，其例子如附图所示，其中相同的附图标记指示相同的元件。下面，为了揭示本发明将参照
实施例。
图3示出根据本发明一实施例的空调装置的结构，其中一脉冲宽度调制压缩机和一个二级可变容量压缩机彼此并行连接。
如图3所示，该空调装置包括两个彼此并行连接的压缩机30和40。如图7所示，压缩机30和40可用于多单元空调装置，其中多个室内单元60与一个室外单元80连接。此时，压缩机30和40安装在室外单元80中，压缩机30和40的容量由室外单元控制器50(即，一微电脑)控制。
在室外单元控制器50的控制下根据脉冲宽度调制电路(未示出)输出的负载控制信号(duty control signal)控制第一压缩机30的容量。即，室外单元控制器50通过与各室内单元60通信，计算室内空调载荷(所需的容量)，并根据计算的室内空调载荷控制压缩机的容量。此时，第一压缩机30为一脉冲宽度调制压缩机，通过根据受控压缩机30的容量，调制对应于给定周期范围内的加载操作(流出制冷剂)和卸载操作(不流出制冷剂)的脉冲宽度，和利用脉冲宽度调制的负载控制信号控制压缩机30的脉冲宽度调制(PWM)阀(valve)，来控制第一压缩机的容量。
第二压缩机40为一个二级可变容量压缩机，它具有一个压缩室P、一将压缩室P的一侧与一吸入侧连接的旁通管40a，和一位于旁通管40a的中间的阀40b。如果根据室外单元控制器50的控制指令关闭阀40b，则压缩室P对所有制冷剂执行压缩，从而第二压缩机40以100％容量操作，即最大容量操作。或者，如果根据室外单元控制器50的控制指令打开阀40b，则一部分制冷剂将通过吸入侧流出，因此第二压缩机40以50％的容量，即最小容量操作。
如上所述，第二压缩机40可以根据室外单元控制器50确定的两种不同容量的最小容量或最大容量之一进行操作。还应当明白如果需要还可以增加其它的压缩机以增加更大的容量，它以线性的总容量工作特性操作。
第一压缩机30的最大容量等于第二压缩机40的最小容量，并相当于第二压缩机40的最大容量的一半。由于可变容量压缩机相对固定容量压缩机较贵，且通常压缩机的最大容量越大，压缩机就越贵，因此第一压缩机30的容量被设置为相对较低，以尽可能的减小制造成本。
还提供一向具有不同容量的第一和第二压缩机30和40供应油的装置。如图4所示，可使用一油均衡管B。
如图4所示，在第一和第二压缩机30和40的流出侧设置一油分离器50，以分离制冷剂和油。一毛细管51位于第一压缩机30和油分离器50之间。而且，在第一和第二压缩机30和40之间设置有一油均衡管B，从而将第一压缩机30的油储存室与第二压缩机40的油储存室连接。
利用油分离器50与制冷剂分离的油通过油均衡管B回到第一压缩机30。此时，不需要执行其它油均衡操作。
下文中，将参照图5和6详细的说明根据本发明的空调装置的操作及其控制方法。
该空调装置可用于室内空调载荷可大幅变化的多单元空调装置中。此时，多单元空调装置中，多个室内单元60与一个室外单元80连接，室内单元60和室外单元80相互通信，一控制安装在室外单元中的多个压缩机的室外单元控制器50可根据从各室内单元60接收到的室内空调载荷(需用的容量)控制压缩机的容量。
首先，在步骤S110，室外单元控制器50通过将从多个室内单元60中的相应室内单元60接收到的空调载荷相加，计算总的室内空调载荷(需用的容量)。
然后，在步骤S120，室外单元控制器50判断计算的总需用容量是否为0。如果总需用的容量为0，则在步骤S130，室外单元控制器50停止第一和第二压缩机30和40的操作。
如果步骤S120中总需用的容量不是0，则在步骤S140中室外单元控制器50判断总的需用的容量是否等于或小于压缩机30、40的总的容量的33％。如果总的需用的容量等于或小于压缩机的总的容量的33％，则如图5中P11所示，在步骤S150、S160和S170中，微电脑停止第二压缩机40的操作，并通过利用一脉冲宽度调制电路向第一压缩机提供一负载控制信号，根据该负载控制信号控制第一压缩机30的PWM阀打开(不流出制冷剂的卸载操作)或关闭(流出制冷剂的加载操作)，从而控制第一压缩机30的容量以对应计算的总的需用的容量。
如果步骤S140中总的需用的容量大于压缩机30、40的总的容量的33％，则在步骤S180中室外单元控制器50判断总的需用的容量是否小于或等于压缩机的总容量的67％。如果总的需用的容量小于或等于压缩机的总的容量的67％，则如图5的P12所示，在步骤S190、S200和S210中，室外单元控制器50打开阀40b，使第二压缩机40以最小容量操作(参照图5的B)，并通过利用一脉冲宽度调制电路向第一压缩机提供一负载控制信号，根据该负载控制信号控制第一压缩机30的PWM阀打开或关闭，从而控制第一压缩机30的容量以达到相应的计算的总的需用容量。
如果步骤S180中总的需用的容量大于压缩机30、40的总的容量的67％，则如图5的P13所示，在步骤S220、S230和S240中，室外单元控制器50关闭阀40b，使第二压缩机40以最大容量操作(参照图5的C)，并通过利用一脉冲宽度调制电路向第一压缩机提供一负载控制信号，根据该负载控制信号控制第一压缩机30的PWM阀打开或关闭，从而控制第一压缩机30的容量以达到相应的计算的总的需用容量。
步骤S130、S170、S210和S240执行完毕后，操作过程返回到开始。
如上所述，提供了一种空调装置及其控制方法，其中一个脉冲宽度调制可变压缩机和一个二级可变压缩机彼此并行连接，从而可根据室内空调载荷(需用的容量)控制压缩机的容量。另外，由于脉冲宽度调制压缩机提供的容量相对较低，与降低容量需要成比例地降低用于制造该脉冲宽度调制压缩机的成本，因此空调的成本很有竞争力。需要理解的是可以使用另外的压缩机，微控制器可为执行在计算机可读介质或操作系统中程序化的控制方法的计算机。
虽然已经示出和说明了本发明的一些最佳实施例，但本领域技术人员在不脱离本发明实质和精神的前提下可以很容易的对实施例进行变化，其范围由权利要求和其等同物进行限定。
权利要求
1.一种空调装置，包括一以脉冲宽度调制方式控制的第一压缩机；与第一压缩机并行连接，并被控制以最小容量和最大容量之一操作的第二压缩机；和一控制单元，它控制第一和第二压缩机的容量，从而根据室内空调载荷，对第一和第二压缩机的总体容量进行线性控制。
2.如权利要求1所述的空调装置，其中控制单元利用一个用于控制加载和卸载操作的循环的负载控制信号来控制第一压缩机的容量，第一压缩机的最大容量等于第二压缩机的最小容量，第二压缩机的最大容量基本为第二压缩机的最小容量的二倍或更多。
3.如权利要求1所述的空调装置，其中第二压缩机包括一将制冷剂旁通到吸入侧的旁通管和一位于旁通管中间的阀，且第二压缩机的操作为如果该阀关闭，则所有的制冷剂流过流出侧，从而第二压缩机以最大容量操作，如果阀打开，则一部分制冷剂流过吸入侧，从而第二压缩机以最小容量操作。
4.如权利要求1所述的空调装置，还包括一油均衡管，将第一压缩机与第二压缩机连接，从而使提供给第一和第二压缩机的油处于合适的状态。
5.一种空调装置，包括多个室内单元；和一个与多个室内单元连接的室外单元，该室外单元包括以脉冲宽度调制方式控制的第一压缩机；与第一压缩机并行连接，并被控制以最小容量和最大容量之一操作的第二压缩机；和一室外控制单元，它控制第一和第二压缩机的容量，从而实现根据室内单元要求的室内空调载荷，线性控制第一和第二压缩机的总容量。
6.一种用于控制空调装置的方法，该空调装置具有与一室外单元连接的多个室内单元，该室外单元包括一以脉冲宽度调制方式控制第一压缩机的容量的第一压缩机和一以最小容量和最大容量之一操作的第二压缩机；该方法包括计算相应的室内单元所需要的空调容量；和控制第一和第二压缩机的容量，从而根据计算出的空调容量，线性控制第一和第二压缩机的总容量，其中第一压缩机的最大容量等于第二压缩机的最小容量，第二压缩机的最大容量大于或等于第二压缩机的最小容量的两倍。
7.如权利要求6所述的控制空调装置的方法，其中所述控制包括如果计算的空调容量为0，则停止第一和第二压缩机的操作；如果需要的空调容量大于0并等于或小于第一压缩机的最大容量，则停止第二压缩机的操作，并通过确定一个对应于计算的空调容量的负载控制信号，并根据该负载控制信号执行加载和卸载操作，来控制第一压缩机的容量；如果计算的空调容量大于第一压缩机的最大容量，并小于或等于第二压缩机的最大容量，则使第二压缩机以最大容量操作，并通过确定一个对应于计算的空调容量的负载控制信号，并根据该负载控制信号执行加载和卸载操作，来控制第一压缩机的容量；和如果计算的空调容量大于第二压缩机的最大容量，则使第二压缩机以最大容量操作，并通过确定一个对应于计算的空调容量的负载控制信号，并根据该负载控制信号执行加载和卸载操作，来控制第一压缩机的容量。
8.一种空调装置，包括以脉冲宽度调制控制的第一压缩机；与第一压缩机并行连接，并以不同容量操作的第二压缩机；和一控制单元，它控制第一和第二压缩机的容量，从而实现根据室内空调载荷使第一和第二压缩机的总体容量改变。
9.如权利要求8所述的空调装置，其中控制单元控制第一压缩机的容量，且第一压缩机的最大容量基本上等于第二压缩机的最小容量，第二压缩机的最大容量为第二压缩机的最小容量的二倍或更多。
10.如权利要求8所述的空调装置，其中控制单元利用一个用于控制加载和卸载操作的循环的负载控制信号来控制第一压缩机的容量。
11.如权利要求8所述的空调装置，其中第二压缩机包括一将制冷剂旁通到吸入侧的旁通管和一位于旁通管中间的阀，且第二压缩机这样操作，如果该阀关闭，则所有的制冷剂流过第二压缩机的流出侧，从而第二压缩机以一种容量操作，如果阀打开，则一部分制冷剂流过第二压缩机的吸入口，从而第二压缩机以另一容量操作。
12.如权利要求8所述的空调装置，还包括一油均衡管将第一压缩机与第二压缩机连接，从而根据室内空调载荷向第一和第二压缩机提供油。
13.一种空调装置，包括多个室内单元；和一个与多个室内单元连接的室外单元，该室外单元包括一利用脉冲宽度调制控制的可变容量压缩机；与该可变容量压缩机并行连接，并被控制以第一容量和第二容量之一操作的二级压缩机；和一室外控制单元，它控制可变容量和二级压缩机的容量，实现通过将二级容量压缩机的容量设定为第一容量和第二容量之一，和利用用于控制加载和卸载操作循环的负载控制信号，改变可变容量压缩器，从而控制可变容量压缩机和二级压缩机的总容量。
14.如权利要求13所述的空调装置，其中可变容量压缩机的最大容量等于二级压缩机的第一容量，二级压缩机的第二容为二级压缩机的第一容量的两倍或更多。
15.一种用于控制空调装置的方法，该空调装置具有与一室外单元连接的多个室内单元，该室外单元包括一以脉冲宽度调制方式控制第一压缩机的容量的第一压缩机和一以第一容量和第二容量之一操作的第二压缩机；第一压缩机的最大容量等于第二压缩机的第一容量，第二压缩机的第二容量大于或等于第二压缩机的第一容量的两倍，该方法包括根据室内空调载荷计算空调容量；和控制第一和第二压缩机的容量，从而通过将第二压缩机的容量设为第一容量和第二容量之一，并通过脉冲宽度调制改变第一压缩机的容量，使第一和第二压缩机的总容量根据计算出空调容量而改变。
16.如权利要求15所述的控制空调装置的方法，其中控制容量还包括如果计算的空调容量为0，则停止第一和第二压缩机的操作；如果计算的空调容量大于0并等于或小于第一压缩机的最大容量，则停止第二压缩机的操作，并通过确定一个对应于计算的空调容量的负载控制信号，并根据该负载控制信号执行加载和卸载操作，来控制第一压缩机的容量；如果计算的空调容量大于第一压缩机的最大容量，并小于或等于第二压缩机的第二容量，则使第二压缩机以第一容量操作，并通过确定一个对应于计算的空调容量的负载控制信号，并根据该负载控制信号执行加载和卸载操作，来控制第一压缩机的容量；和如果计算的空调容量大于第二压缩机的第二容量，则使第二压缩机以第二容量操作，并通过确定一个对应于计算的空调容量的负载控制信号，并根据该负载控制信号执行加载和卸载操作，来控制第一压缩机的容量。
17.如权利要求15所述的控制空调装置的方法，其中控制容量还包括通过设定第二压缩机的容量以第二压缩机的第一容量和第一压缩机的第二容量之中较大的容量操作，使第一和第二压缩机以计算的空调容量操作，同时不超过计算的空调容量；通过调节第一压缩机的容量，使其以等于计算的空调容量和第二压缩机的设定容量之间的差值的容量操作。
18.如权利要求15所述的控制空调装置的方法，其中所述控制容量还包括设定第二压缩机的容量，使其以第二压缩机的第一容量和第二压缩机的第二容量中较高的容量、而不超过计算的空调容量来操作，和调节第一压缩机的容量，使其以基本上等于计算的空调容量和第二压缩机的设定容量之间的差值的容量操作。
19.一种空调装置，具有一第一压缩机、第二压缩机和一控制单元，其中利用脉冲宽度调制控制第一压缩机；第二压缩机与第一压缩机并行连接，并以第一容量和第二容量之一操作。控制单元，根据室内空调载荷控制第一压缩机和第二压缩机的容量并改变第一压缩机和第二压缩机的总容量。
20.一种控制具有第一压缩机和第二压缩机的空调装置的控制器，包括一种控制单元，它控制利用脉冲宽度调制的第一压缩机和第二压缩机，该第二压缩机与第一压缩机并行连接，且以两个不同容量操作，该控制单元通过改变第一和第二压缩机的容量来控制第一和第二压缩机，从而使第一和第二压缩机的总容量根据室内空调载荷改变。
21.一种用于控制计算机操作空调装置的机器可读存储介质，该空调装置具有多个与一室外单元连接的室内单元，该室外单元包括一利用脉冲宽度调制的第一压缩机，和以第一容量和第二容量之一操作的第二压缩机，第一压缩机的最大容量基本上等于第二压缩机的最小容量，第二压缩机的最大容量为第二压缩机的最小容量的两倍或更多，该机器可读存储介质存储一程序以执行根据室内空调载荷，计算一空调容量；和控制第一和第二压缩机的容量，从而通过将第二压缩机的容量设为第一容量和第二容量之一，并通过脉冲宽度调制改变第一压缩机的容量，使第一和第二压缩机的总容量根据计算出空调容量而改变。
22.一种空调装置，包括至少三个或更多个彼此并行连接的压缩机，至少三个或更多个压缩机中的一个利用脉冲宽度调制来控制，其它的压缩机以不同容量操作；和一控制单元，用于控制第一和第二压缩机的容量，从而使至少三个或更多个压缩机的总容量根据室内空调载荷线性变化。
全文摘要
提供了一种空调装置及其控制方法，其中一个脉冲宽度调制压缩机和一个二级可变容量压缩机彼此并行连接，从而根据室内空调载荷控制两个压缩机的容量。由于脉冲宽度调制压缩机提供的容量相对较低，用于制造该脉冲宽度调制压缩机的成本与减少的容量成比例地降低，，从而空调的成本价格很有竞争力。因此，本空调装置可实现这样的效果，即该包括具有小容量的可变容量压缩机和具有大容量的二级可变容量压缩机的空调装置的控制就像具有与这两个压缩机的总容量相同的容量的一大型可变容量压缩机的线性控制一样。
文档编号F25B49/02GK1465928SQ02152799
公开日2004年1月7日 申请日期2002年11月28日 优先权日2002年6月14日
发明者文济明, 金钟烨, 李东圭, 赵日镛 申请人:三星电子株式会社