专利名称：改善制冷系统可靠性的反季节启动的制作方法
改善制冷系统可靠性的反季节启动
背景技术：
本发明总体上涉及一种蒸汽压縮系统，更具体地说，涉及一种用于阻止由 于系统操作的季节性弓胞的严重满液式启动的方法和设备。
典型的空调系统包括，串流iSI的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。 压缩机压缩制冷剂，并将该高压制冷剂蒸汽传递到冷凝器中，在冷凝器中，通 过与例如为空气或水的第二流体的热传递交互作用，使该蒸汽降温、冷凝并通 常过冷。液体制冷剂然后流向膨胀装置，并在膨胀装置中被膨胀到樹氐压力和 温度，从而在膨胀装置的出口处形成两相(液体和蒸汽)制7令剂混合物，同时 一部分制冷剂闪发(flash)成为蒸汽。该蒸汽和液体制冷剂混合物然后流向蒸 发器，在蒸发器中，制冷剂吸收了热量，同时冷却了通常被送至所调节空间的 另一种第二流体，蒸发产生的通常过热的制冷剂蒸汽流回到压縮机，完成了循 环。
在季节性气候的地区，或是在具有需冷却和加热的季节的地理区域，通常 需要暖通空调HVAC (空调，加热和通风)设备的制冷和制热部件，该空调制 冷系统绝大多数是在炎热和/或潮湿的夏季月份里使用，在冬季的时候(也可能 是在秋季和夏季的月份里)通常会被关闭，且持续中断几个月。由于制冷剂往 往会移向系统中最冷的点，且压縮机通常是设置在该系统的室外部分，因此在 冬季的月份里，液体制冷齐驟集在包括冷凝器和压縮机的室外部件里。因此当 系统关闭很长一段时间后，液体制冷剂就会充满室外系统部件的容积。尤其是， 压缩机油槽中的润滑油会被稀释，并且与液体制冷剂混合，从而使得它的润滑 性能降低。然后，如果在夏季或春季启动该系统，此时压縮机油槽和其他压缩 机部件都充满了制冷剂，液体制冷剂将会冲击通过压縮机，其可能导致压缩机 的损坏。此外，经过长时间未启动或者间歇操作，在运纟于时正常是聚集在压縮 机接触部分(例如轴承，涡旋压缩机的涡杆部件，往复式压縮机的活塞环，螺 杆压缩机的转子等等)的所有剩余润滑油就不再存在，其已被制冷齐鹏掉或者 彻底从表面上排走。这样的情况就会加剧压缩机潜在损害或者性能降低的问题。在本领域中已知人们已经尝试利用流动控制装置(例如电磁阀或止回阀) 将冷凝器和压缩机隔离开，以减少满液启动的严重性。我们还知道，这些流动 控制装置经过一段时间就会出现泄露的情况，因此仍然会有相当数量的制冷剂 滞留在压縮机和蒸发器之间。在现有技术中，在压縮机启动前还用压縮机曲轴 箱加热器加热压縮机油槽，以蒸发至少一部分自上次关闭后积在油槽中的液体 制冷剂。尽管这种技术很有效，但是它却不能影响蒸汽压縮系统中的充满液体 制冷剂的其他部件。另外，曲轴箱加热器自身也存在可靠性问题，经过几年的 操作后可能会失效。曲轴箱加热器还增加了额外成本，并降低了整个系统的效 率。因此，期望提供一种可靠的，又节约成本的方法来减少或者消除由于空调 设备的季节性操作模式弓l起的严重满液式启动。
发明内容
简单的说，依照本发明的一个方面，安装了一种计时器，该计时器与系统 控制器皿或者是集成到系统控制器内，以在反季节的月份里可以定期地启动 系统，以阻止过量制冷剂流入到压缩机油槽中，从而消除了严重满液式启动。
依照本发明的另一方面，记录环境条件，以确定是否存在执行反季节启动 程序所需的足够量的液体制冷剂聚集在压缩机容积里，特别是压缩机油槽里。 该环境条件可以包括(但不仅限于)环境M^和室内温度。
依照本发明的又一方面，蒸汽压縮系统部件会按预先设定的顺序启动，这 个顺序由环境参数和操作参数确定。例如，在一定条件下，压缩机，蒸发器风 扇和冷凝器风扇可同时启动。另一方面，典型地是当环境温度降到低于一定阈 值时，压缩机和蒸发器风扇先启动，全部冷凝器风扇或其中的一些随后延时启 动。这样的操作和环境参数可以包括，例如，排气压力、吸气压力、环境、驗 和室内温度。
在下面描述的图中，绘出了一种tt^实施例；然而，在不背离本发明的精 神和范围的情况下可以对其进行多种其他的改变和变化。
附图1是包含本发明的示例性蒸汽压縮系统。 附图2是示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式
基本的蒸汽压缩系统10通常包括以串联制冷剂 i^i方式相互连接的压缩机ll、冷凝器12、膨胀體13和蒸发器14。
来自蒸发器14的制冷剂蒸汽被传递到压缩机11 ，并在压缩机中受到压缩， 被压缩的蒸汽接着流向冷凝器12，并在冷凝器中通过第二流体如环境空气使之 降温、冷凝且通常过冷。接下来液体制冷剂流向膨胀装置13，并在膨胀装置中 被膨胀到较低的压力和温度，从而形成了两相(液体和蒸汽)混合物，其中部 湘U冷剂被闪发为蒸汽。蒸汽和液体制冷剂混合物接着流向蒸发器14，并在蒸 发器中通过要传送到调节空间的另一种第二流体如空气使之蒸发并通常过热， 同时该第二流体得到冷却。制y令剂蒸汽接着流向压缩机ll，完成了循环。应注 意的是，附图l中提到的基本空调系统10是示例性的，其还可以包括很多不同 的选择和改善特征。所有这些不同系统构造都在本发明的范围内。同样地，正 如本领域所知的那样，如果蒸汽压縮系统使用了具有相对低临界点的制冷剂， 例如C02，那么在跨临界(而不是传统的亚临界)的制冷剂循环中，冷凝器12 就 单相的气体^4卩器。这样的系统也同样受益于本发明。
冷凝器风扇16使环境空气循环通过冷凝器12，以提供与在冷凝器通道中流 动的制冷剂的热传递交互作用(热量从制冷剂传递到空气)，蒸发器风扇17使 要被冷却和传递到调节空间的空气循环fflil蒸发器14，以提供与蒸发制冷剂的 热传递交互作用并冷却空气。在附图1中所示的空调系统10实施例是所谓的空 气对空气系统，其中一种空气流被冷却并被传递到被调节的空间，同时另一种 空气流(通常是环境空气)被制冷剂加热。在本领域中人们已知，有些蒸汽压 缩系统，使用水或者乙二醇替代空气成为第二流体。在这些系统中，风扇16和 17的每一个都被液体泵取代，以循环这些第二流体。这些系统也在本发明的范 围内，并且同样受益于本发明。
如上文所描述的，系统中的制冷剂往往会移向蒸汽压缩系统中的最冷的一 个部件(或多个部件)。在所谓的反季节或冬季月份里，液体制冷剂会聚集在系 统的室外部分，且典型地是在冷凝器12和压縮机11中。因此当系统关闭了很 长时间之后，液体制冷剂就会充满室外系统部件的容积。尤其是压縮机油槽里 的润滑油会被液体制冷剂稀释并与之混合，从而导致它的润滑性能降低。然后， 当系统在夏季或春季启动时，此时压縮机油槽和其他压缩机部件内充满了制冷 剂，液体制冷剂会冲击通过压缩机，并会导致压縮机的损坏。此外，在长时间 未启动或者即使是间歇运行后，在系统运行时正常应聚集在压縮机接触部件(例
6如轴承，涡旋压缩机的涡杆部件，往复式压縮机的活塞环，螺杆压缩机的转子， 等等)上的所有剩余润滑油将不再存在或者已经被制冷剂冲洗掉或者彻底从表 面上排空。这样的情况就会加剧压缩机潜在损害问题或者恶化其性能。
为了解决战问题，控制器19增加了一个计时器18。在操作中，计时器
18在系统关闭时开始计时。在反季节期间经过预定的足够长时间段后，系统启
动，并且被允许在第二预定的相对短的时间段内运行。这个定时操作使压縮机 部件得到润滑，同时允许制冷剂循环、再分配，并且至少部分地蒸发聚积在压 缩机油槽和系统的其他部件中的任何液体制冷剂。第二预定时间段结束后，系
统关闭，计时器18重新设定为第一预定时间段，在该第一预定时间段之后重复 反季节启动循环。
如果蒸汽压縮系统10配备有用来检测环境条件并把检测到的值传递给系统 控制器19的传繊，那么可以5姆反季节启动程序。监控和记录检测至啲环境 条件以确定是否有执行反季节启动程序所需的足够液体制冷剂会聚集在系统部 件中，例如压縮机ll (特别是压縮机油槽)、冷凝器12和蒸发器14。如果确定 会有足够数量的液体制冷剂聚集，那么就执行反季节启动程序。另外要重新设 定计时器，并使时间间隔与检观倒的环境条件相适应( 鹏劍氏贝暖明启动间 隔的时间间隔较短)。这样的环境条件可以包括(但不限于)由温度传感器21 检测的环境7鹏Tamb和由、鹏传 22检测的室内鹏TMxxm。纟鹏传繊 例如可以是热敏电阻或者热电偶型。
另外，代替同时启动压縮机11和风扇16和17，控制器19可以按照由环境 和操作参数限定的预定顺序启动蒸汽压缩系统10的这些部件。例如，这些操作 和环境参数可以包括传繊23检测的排气压力Po，传感器24检测的吸气压 力Ps,，传感器21检测的环境、M Tamb，传感器22检测的室内温度Tmxx)r或 者它们的组合。通常插在油槽中或者绕在油槽位置处的压縮机外壳上的压縮机 加热器20在压缩机启动前可以先打开，通常经过几小时的时间以汽化聚集在压 缩机ll的油槽中的至少一些制冷剂。然后，例如，如果环境温度下降低于预定 阈值时，压縮机11和蒸发器风扇17就会先启动，同时传繊23监控排气压力 Po荆每该排气压力PD传送给控制器19。如果排气压力PD舰了上限值，贝附 开冷凝器风扇(或者部分冷凝器风扇)16以使空气移动经过冷凝器12，从而降 低该压力。另外，如果由传感器23检测和控制器19监控的排气压力PD降到下限值以下，冷凝器风扇(或者部分冷凝器风扇)16就会关闭，以将排气压力Po 保持在所期望的上限值和下限值之间。本领域普通技术人员都知道，油槽加热 器20和压縮机11的启动之间以及压缩机11和冷凝器风扇16的启动之间的时 间间隔取决于特定的系统构造和制冷剂的充注量。
连续启动之间的时间间隔可基于多个因素调整，例如蒸汽压縮系统的构造 和原理、制冷剂充注量、环境温度、环境气温变化等等。 一般来说，连续启动 所间隔的时间(即，的第一预定时间段)为三天到四周。
對以地，操作时间(即第二预定时间段)可以根据上面所描述的很多因素
进衍周整。 一般来说，操作运行时间范围是2-15併中。
除了考虑上述的因素之外，反季节系统启动的合适时间的选择还应考虑居 住时间表，例如要避开建筑物被使用的时间段，并避免在夜间、周末或假期执
行该反季节系统启动程序以最小化对使用者的干it^其不适感。参照附图2，该 流程图显示了本发明的方法和控制逻辑。在步骤21中，控制器确定蒸汽压缩系 统是否精密到足以能对指示反季节启动需要的环境和操作条件提供检测，以及 是否精密到足以能将这些条fM专送给系统的控制器以启动反季节启动程序，该 反季节启动程序能避免严重满液工况和上述提到的相关问题。也就是说，例如 如果系统没有包括上面提到的在与蒸汽压縮系统相关的不同位置处检测能反映 该问题的温度和/或压力的不同传感器，那么就会假定需要执行反季节启动方法 并转到步骤24。如果系统的确是包括能显示需要采取行动的多个传 的类型， 那么方法就转到步骤22，对这些操作参数进行检测。这些环境劍牛可以包括(但
不限于)环境温度TAMB和室内温度TMXXm。
控制器根据检测参数的结果在步骤23中确定是否需要反季节启动。例如， 如果坏境 ，Tamb降到4(TF以下，则可以确定需要反季节启动。如果确定不需 要反季节启动，那么控制器就会执行步骤28以重新设定计时器，然后重复， 的步骤。需要指出的是，重新设定的计时器的时间间隔可以与检观倒的环境条 件相适应(较低 鹏表明需要较短的启动时间间隔)。
如果控制器在步骤23中确定需要反季节启动，那么压縮机11和蒸发器风 扇17先启动。在步骤26中确定排气压力已经ffit了上限阈值之后，则启动冷 凝器纖(赫多个纖)16 W^作l醉，以4朔^￡力PD^ffchPlft和下限 值之间。经过第二预定时间段后，在步骤28中，系统关闭，计时器重新设定(就像 上面讨论过的，可能是依据环境^^牛所设定的新的值)。经过第一预定时间段后， 重复战步骤。
权利要求
1、一种在反季节时期操作蒸汽压缩系统的方法，该系统在反季节时期通常是关闭的，所述方法包括以下步骤提供计时器，用来计时系统关闭的时间间隔；如果时间间隔超过第一预定阈值，则启动压缩机；在时间间隔超过第二预定阈值后，关闭压缩机。
2、 如权利要求1所述的方法，包括打开和关掉蒸发器风扇的附加步骤。
3、 如权利要求2所述的方法，其中所述蒸发器风扇的开关与压缩机的启 停是基本同时的。
4、 如权利要求1所述的方法，包括打开和关掉至少一个冷凝器风扇的附加 步骤。
5、 如丰又利要求4所述的方法，其中在压縮机启动后打开所述的至少一个 冷凝器风扇。
6、 如权利要求4所述的方法，其中在压缩机停机之前关掉所述的冷凝器风扇。
7、 如权利要求l所述的方法，其中还提供一种附加步骤，该附加步骤检测至少一个参数以决定是否需要启动压縮机。
8、 如权利要求7所述的方法，其中所述的至少一个参数从以下一组参数 中选择环境温度、室内温度、吸气压力、排气压力、饱和吸气a^、饱和排 气温度或它们的组合。
9、 如权利要求l所述的方法，其中计时器的设定由至少一个参数确定。
10、 如权禾腰求9所述的方法，其中所述的至少一个参雖自由环境温 度和室内温度构成的组。
11、 如权利要求l所述的方法，其中第一预定阈值在2天到4周之间。
12、 如权禾腰求l所述的方法，其中第二预定阈值在2分钟到15分钟之间。
13、 一种蒸汽压縮系统，包括 压缩机，用于压缩制冷剂；冷凝器，用于排出被压缩制冷剂的热量；膨胀装置，用于将被压縮制冷齐l膨胀到较低压力和温底蒸发器，用于接受来自膨胀装置的制冷剂，并将被冷却空气的热量传递给制冷剂；计时器，用于确定蒸汽压縮系统被关闭的时间段；和 控制器，用于在系统被关闭预定时间段之后启动压縮机。
14、 如权利要求13所述的蒸汽压縮系统，其中 一种蒸发器HH与所述蒸 发器操作上相关联，所述控制器也控律断述蒸发器风扇的打开与关闭。
15、 如权禾腰求14所述的蒸汽压缩系统，其中所述的控制驗启动和关闭压縮机的基本同时打开和关闭所述蒸发器风扇。
16、 如权利要求13所述的蒸汽压縮系统，其中 一种冷凝器风扇与所述冷凝器操作性上相关联，所述控制器也控制所述冷凝器风扇的打开与关闭。
17、 如权利要求16所述的蒸汽压縮系统，其中所述控制驗启动所述压縮te后打开所述冷凝器細。
18、 如权利要求16所述的蒸汽压縮系统，其中所述控制器在关闭所述压縮t;it前关闭所述冷凝器自。
19、 如权利要求13所述的蒸汽压縮系统，包括至少一个传感器，用来检测至少一个参数，以确定是否需要启动压缩机。
20、 如权禾腰求19所述的蒸汽压縮系统，其中至少一个参数从以下一组 参数中选择环境温度，室内温度，吸气压力，排气压力，饱和吸气温度，饱和排气Mit或它们的组合。
21、 如权禾腰求13所述的蒸汽压缩系统，其中计时器的设定由至少一个参数确定。
22、 如权利要求21所述的蒸汽压缩系统，其中至少一个参数选自由环境^Jt和室内温度构成的组。
23、 如权禾腰求13所述的蒸汽压縮系统，其中蒸汽压缩系统被关闭的时 间段在2天到4周之间。
24、 如权利要求13所述的蒸汽压縮系统，其中连续关闭之间的蒸汽压縮 系统操作时间在2併中到15俗中之间。
全文摘要
一种蒸汽压缩系统，包括计时器和控制器，用于在系统通常应被关闭的反季节期间(主要是不需冷却的月份)定期地启动该系统。这可以对压缩机的部件提供定期润滑，并阻止因为过量的制冷剂聚集在压缩机(尤其是压缩机油槽)和其他系统部件中而引起的严重满液式启动。还规定按顺序打开和关闭系统部件，例如压缩机，蒸发器风扇和冷凝器风扇，以增强系统操作。用于启动之间的时间间隔和反季节操作循环次数的计时顺序也被提供。
文档编号F25B41/00GK101512254SQ200680055806
公开日2009年8月19日 申请日期2006年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申请人:开利公司