智能压缩机溢流启动管理的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于管理蒸汽压缩系统中压缩机的溢流启动的方法。在初始冲击启动后，确定液态工作流体是否保留在所述压缩机的所述贮槽中。如果液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中，则完成所述压缩机的额外冲击启动，然后再次确定液态工作流体是否仍保留在所述压缩机贮槽中。如果液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中，则引发所述压缩机的另一个冲击启动并且重复所述顺序直到无所述液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中。在确定无所述液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中之后，可引发所述压缩机的正常启动。
【专利说明】智能压缩机溢流启动管理
[0001]发明背景
本发明一般涉及蒸汽压缩系统，并且更具体地涉及制冷剂蒸汽压缩系统中压缩机的溢流启动管理。
[0002]常规的蒸汽压缩系统通常包括压缩机、散热换热器、吸热换热器和膨胀装置，该膨胀装置设置在相对于吸热换热器的工作流体流的上游并设置在散热换热器的下游。这些基础系统部件通过根据已知的蒸汽压缩循环布置的闭合回路中的工作流体管线互连。装有作为工作流体的制冷剂的蒸汽压缩系统通常称为制冷剂蒸汽压缩系统。
[0003]制冷剂蒸汽压缩系统通常用于对要供应至住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其它设施内的气候受控舒适区的空气进行调节。制冷剂蒸汽压缩系统也通常用于对被供应至陈列柜、商品柜、冷冻柜、冷藏室或商业机构中的其它易腐/冷冻产品储存区域的空气进行制冷。制冷剂蒸汽压缩系统还通常用于运输制冷系统中，以对被供应至用于由卡车、铁轨、船舶运输或联运易腐/冷冻物品的卡车、拖车、集装箱等的温度受控载货空间的空气进行制冷。结合运输制冷系统使用的制冷剂蒸汽压缩系统通常由于广泛的操作负载条件和广泛的户外环境条件而经受比空调或商业制冷应用更严苛的操作条件，制冷剂蒸汽压缩系统在这些条件下必须运行以将载货空间内的产品保持在所需温度。
[0004]在所有蒸汽压缩系统中，压缩机被设计用于在相对较低的压力下将在压缩机的吸入口接收的工作流体压缩成蒸汽态。工作流体蒸汽在压缩机中压缩并作为相对较高压力的蒸汽从其中排放。然而，如果蒸汽压缩系统在压缩机一直未运行的延长时间段之后启动，则系统关闭时截留在压缩机内的工作流体以及延长关闭期内可能已移入压缩机中的工作流体将以液态积聚在压缩机贮槽中。通常，溢流制冷剂压缩机可使低至一磅制冷剂到高达十磅制冷剂积聚在压缩机贮槽中。因此，在蒸汽压缩系统已关闭延长时间段后启动压缩机时，积聚在贮槽内的工作液体可被抽吸到压缩机的压缩机构中。含有积聚在压缩机贮槽内的工作液体的压缩机的启动通常称为“溢流启动(flooded start)”。压缩机的溢流启动由于以下几个原因而不可取，其中包括永久性损坏压缩元件的可能性。另外，溢流启动会产生噪声。
[0005]发明概述
在一个方面，提供了一种用于管理蒸汽压缩系统中压缩机的溢流启动的方法，其包括:引发压缩机的初始冲击启动(bump start);终止初始冲击启动；确定液态工作流体是否保留在压缩机的贮槽中；并且如果液态工作流体保留在压缩机贮槽中，则引发压缩机的额外冲击启动。该方法还包括:在终止压缩机的额外冲击启动后，确定液态工作流体是否仍保留在压缩机贮槽中；如果液态工作流体保留在压缩机贮槽中，则引发压缩机的另一个额外冲击启动；并且重复上述顺序直到无液态工作流体保留在压缩机贮槽中。在确定无液态工作流体保留在压缩机贮槽中之后，可引发压缩机的正常启动。
[0006]在一个方面，提供了一种用于管理制冷剂蒸汽压缩系统中压缩机的溢流启动的方法，其包括:在引发压缩机的溢流启动之前，读取初始饱和吸入压力；引发压缩机的潜在冲击启动顺序中的初始冲击启动；终止压缩机的初始冲击启动；在终止初始冲击启动时，暂停预设时间段；在预设时间段结束时，读取当前饱和吸入压力；比较当前饱和吸入压力与初始饱和吸入压力；并且如果当前饱和吸入压力不小于初始饱和吸入压力达到大于预选压差的量，则继续冲击启动顺序并比较当时的当前饱和吸入压力与初始饱和吸入压力直到当时的当前饱和吸入压力小于初始饱和吸入压力达到大于预选压差的量。该方法还可包括:读取环境空气温度；如果当时的当前饱和吸入压力小于初始饱和吸入压力达到大于预选压差的量，则基于当时的当前饱和吸入压力计算当时的当前饱和吸入温度；比较计算的当前饱和吸入温度与环境空气温度；并且如果计算的当前饱和吸入温度低于环境空气温度达到大于预选温差的量，则中断冲击启动顺序并执行压缩机的正常启动。
[0007]附图简述
为了进一步理解本公开，将参照结合附图阅读的以下详细描述，其中:
图1为配备有运输制冷系统的冷藏拖车的视图；
图2为具有由电机驱动的涡旋式压缩机的运输制冷系统的实施方案的示意图；以及图3示出如本文所公开的用于管理蒸汽压缩系统的压缩机的溢流启动的方法的实施方案的框图。
【具体实施方式】
[0008]先参照图1，将描述本文所公开的用于对蒸汽压缩系统的压缩机的溢流启动进行智能适应性管理的方法在运输制冷系统10的制冷蒸汽压缩机中的应用，运输制冷系统10安装至由牵引车14牵引的用于运输易腐货物(例如新鲜或冷冻产品)的拖车12的前壁。图1中描绘的示例性拖车12包括限定内部载货空间18的货物集装箱/货箱16，内部载货空间18中装载易腐货物以供运输。运输制冷系统10可运行以对拖车12的货物集装箱/货箱16的内部载货空间18内的气氛进行气候控制。应当理解，本文所公开的方法不仅可应用于与拖车相关的制冷系统，还可应用于在冷藏卡、联运集装箱中应用的制冷系统。
[0009]另外，应当理解，本文所公开的用于对蒸汽压缩系统的压缩机的溢流启动进行智能适应性管理的方法还可应用于制冷剂蒸汽压缩系统，这些制冷剂蒸汽压缩系统用于对要供应至住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其它设施内的气候受控舒适区的空气进行调节，或者对被供应至陈列柜、商品柜、冷冻柜、冷藏室或商业机构中的其它易腐/冷冻产品储存区域的空气进行制冷。在制冷剂蒸汽压缩系统中，工作流体为制冷剂，例如但不限于氢氯氟烃制冷剂、氢氟烃制冷剂、二氧化碳和含有二氧化碳的制冷剂混合物。然而，本文所公开的用于对蒸汽压缩系统的压缩机的溢流启动进行智能适应性管理的方法还可应用于在非制冷应用中使用并装有本身并非制冷剂的工作流体的蒸汽压缩系统。
[0010]参照图2，描绘运输制冷系统10的实施方案，运输制冷系统10用于冷却拖车12的货箱16或者卡车、集装箱、联运集装箱或类似货物运输单元的货箱的内部空间18内的气氛。运输制冷系统10包括制冷剂蒸汽压缩系统20 (在本文中也称为运输制冷机组20)，其包括压缩机22、制冷剂散热换热器24 (在描绘的实施方案中示出为冷凝器)及其相关联的风扇25、膨胀装置26、制冷剂蒸发器换热器28及其相关联的风扇29、以及以闭环制冷剂回路连接并以常规制冷循环布置的吸入调节阀30。运输制冷系统10还包括配备有发动机节流阀位置传感器33、电子制冷机组控制器34和电子发动机控制器36的柴油发动机32。运输制冷系统10按照常规做法安装至卡车、拖车或集装箱的外壁，其中压缩机22、冷凝器换热器24及其相关联的冷凝器风扇25、以及柴油发动机32设置在冷藏货箱16的外部。
[0011]按照常规做法，当运输制冷剂机组20以冷却模式运行时，低温、低压制冷剂蒸汽被压缩机22压缩成高压、高温制冷剂蒸汽并经过压缩机14的排放口以通过制冷剂回路循环，从而回到压缩机22的吸入口。高温、高压制冷剂蒸汽进入并穿过冷凝器换热器24的换热盘管或管组(制冷剂蒸汽在其中冷凝成液体)，由此穿过用于储存过量液体制冷剂的接收器38，并由此穿过冷凝器换热器24的过冷却器盘管。然后，过冷的液体制冷剂穿过制冷剂-制冷剂换热器40的第一制冷剂通道，并由此横穿膨胀装置26，然后穿过蒸发器换热器28。在横穿膨胀装置26(其可为图2中描绘的电子膨胀阀("EXV")或可为机械恒温膨胀阀("TXV"))时，液体制冷剂膨胀至较低温度和较低压力，然后通至蒸发器换热器28。
[0012]在流经蒸发器换热器28的换热盘管或管组时，制冷剂蒸发，并且通常过热，因为其以热交换关系传送从载货空间18抽吸的回流空气，该回流空气穿过蒸发器换热器28的空气侧通道。制冷剂蒸汽由此横穿制冷剂-制冷剂换热器40的第二制冷剂通道，与穿过其第一制冷剂通道的液体制冷剂呈热交换关系。在进入压缩机22的吸入口之前，制冷剂蒸汽穿过吸入调节阀30，吸入调节阀30设置在相对于制冷剂-制冷剂换热器40的制冷剂流的下游并设置在相对于压缩机22的吸入口的制冷剂流的上游。制冷机组控制器34控制吸入调节阀30的操作并通过吸入调节阀30选择性地调节通流面积，以便调节穿过吸入调节阀而进入压缩机22的吸入口的制冷剂流量。通过由吸入调节阀30选择性地减小通流面积，制冷机组控制器30可选择性地限制被供应至压缩机22的制冷剂蒸汽的流量，从而减少运输制冷机组20的容量输出并反过来减少施加在发动机32上的功率需量。
[0013]通过与蒸发器换热器28相关联的蒸发器风扇29从货箱16内抽吸的空气越过蒸发器换热器28的换热盘管或管组的外传热面并循环回到货箱16的内部空间18。从货箱抽吸的空气称为“回流空气”并且循环回到货箱的空气称为“供给空气”。应当理解，如本文所用的术语“空气”包括有时被引入用于运输易腐产品(如农产品)的冷藏货箱的空气与其它气体(例如但不限于氮气或二氧化碳)的混合物。
[0014]在图2中描绘的运输制冷系统的实施方案中，压缩机22包括具有内部电驱动电机(未示出)的半封闭涡旋式压缩机和具有安装在由内部电驱动电机驱动的驱动轴上的轨道涡旋件的压缩机构(未示出)，以上所有部件均密封在压缩机22的通用外壳内。燃烧燃料的发动机32驱动发电机42，发电机42产生电能来驱动压缩机电机，压缩机电机反过来又驱动压缩机22的压缩机构。燃烧燃料的发动机的驱动轴驱动发电机42的轴。在该实施方案中，风扇25和风扇29可通过供应有发电机42产生的电流的电动机来驱动。在运输制冷系统10的电动实施方案中，发电机42包括单个机载发动机驱动的同步发电机，其被构造成以一个或多个频率选择性地产生至少一种交流电压。压缩机22可包括单级压缩机或多级压缩机或以连续制冷剂流动关系设置的多个单级压缩机。如果需要，制冷剂机组20还可包括节能器回路(未示出)。
[0015]在运输制冷系统10中，制冷机组控制器34不仅被构造成基于如常规做法中对制冷负载要求、环境条件和各种感测的系统操作参数的考虑来控制制冷剂蒸汽压缩系统20的操作，而且还被构造成根据图3中示出的方法100的智能适应性压缩机溢流启动管理逻辑来管理压缩机22的溢流启动。如果制冷蒸汽压缩系统20已关闭延长时间段，则该系统中的制冷剂将随时间推移而移动至压缩机22中并以液态积聚在压缩机22的贮槽中。
[0016]如果压缩机22已关闭，即持续延长期(例如24小时的时间)一直未运行，或者如果在甚至更短的关闭期(例如2小时)后已检测到整个压缩机22中的压力均衡，则制冷机组控制器34将在使制冷机组20在线之前执行压缩机22的冲击启动程序。如果压缩机排放口处的压力与压缩机吸入口处的压力的差值小于10 psi (磅/平方英寸)(每平方厘米0.7千克的力)，则认为整个压缩机22中的压力均衡存在。
[0017]现参照图3，在关闭延长期之后或在已检测到压力均衡条件之后(如上面所讨论)，在使制冷剂蒸汽压缩系统20在线之前，制冷机组控制器34将根据方法100的智能适应性压缩机溢流启动管理逻辑在框102引发制冷压缩机溢流启动顺序。首先，在步骤104，制冷机组控制器34将读取由环境空气温度传感器44感测的当前环境空气温度AAT，并且还读取由吸入压力传感器46感测的当前压缩机吸入压力SP1。因为吸入调制阀30在制冷机组30关闭时关闭并且在整个冲击启动顺序中保持关闭，所以由吸入压力传感器46感测的压缩机吸入压力SPl指示压缩机贮槽内的制冷剂饱和压力。其次，在框106，制冷剂机组控制器34将“冲击启动”压缩机22。如本文所用，术语“冲击启动”是指在大约I秒的极短时间段内向压缩机22的驱动电机提供电流，然后再次终止对压缩机驱动电机的电流供应。
[0018]由于在冲击启动期间用电流供电，压缩机驱动电机驱动压缩机22的压缩机构，这减少了吸入压力并致使压缩机22的贮槽中的液体制冷剂蒸发。根据已积聚在压缩机贮槽中的液体制冷剂的量，压缩机贮槽中积聚的液体制冷剂的仅一部分或全部将由于该第一冲击启动而被蒸发。在该冲击启动终止时，制冷机组控制器34将在框108使预设时间段(例如在至少7至10秒范围内)结束，然后在框110再次读取当时的当前压缩机吸入压力SP2。该时间结束使压缩机贮槽内的条件达到平衡，然后终止该冲击启动。当前压缩机吸入压力SP2表示压缩机贮槽中的饱和制冷剂压力。此时，制冷机组控制器34还将基于当前压缩机吸入压力SP2计算饱和吸入温度SST。饱和吸入温度SST表示饱和制冷剂温度。
[0019]在框112，为了确定是否需要额外冲击启动来蒸发积聚在压缩机贮槽中的液体制冷剂并从压缩机贮槽中清除液体制冷剂，制冷机组控制器34将比较当前压缩机吸入压力与初始压缩机吸入压力SP1，并且还比较计算的饱和吸入温度SST与环境空气温度AAT。如果计算的压缩机饱和吸入温度SST不小于环境空气温度AAT达到大于预选温差AT的温差，或者当前压缩机吸入压力SP2不小于初始压缩机吸入压力SPl达到大于预选压差Λ P的压差，则制冷控制单元34将返回到框106，引发压缩机22的另一个冲击启动，并且再次循环通过框108至框112。
[0020]制冷机组控制器34将继续循环通过方法100的框106至框112，直到框112处的比较值指示所有积聚在压缩机贮槽内的液体制冷剂已被蒸发。即，如果在框112计算的压缩机饱和吸入温度SST小于环境空气温度AAT达到大于预选温差Λ T的温差，并且当前压缩机吸入压力SP2小于初始压缩机吸入压力SPl达到大于预选压差Λ P的压差，则制冷剂机组控制器34将引发正常系统和压缩机以使制冷剂蒸汽压缩系统20在线，从而获知压缩机贮槽中的所有液体制冷剂已被蒸发并且此时仅存在制冷剂蒸汽。
[0021]应选择预选温差Λ T和预选温差Λ P，以确保一旦冲击启动和时间暂停循环结束时的当前吸入压力和饱和吸入压力满足框112中示出的条件，则对于制冷剂蒸汽压缩系统所装有的特定制冷剂而言，不能存在液体制冷剂。在一个实施方案中，例如预选温差Λ T可设置在20° F (11° C)并且预选温差Λ F可设置在5磅/平方英寸表压(每平方厘米0.35千克的力)。
[0022]因此，用于根据图3中示出的方法100的智能适应性压缩机溢流启动管理逻辑来管理压缩机的溢流启动的方法确保了可靠的压缩机溢流启动，而不存在由被抽吸到压缩机的压缩机构中的大量潜在液体制冷剂损坏的风险。并非对每次溢流启动实施预设次数的冲击(压缩机制造商通常指定的次数)，而是本文所讨论的方法确保仅仅那些清除压缩机贮槽中的液体制冷剂实际所需的冲击启动次数为实施的冲击次数(不少也不多)。消除随时间推移的过多冲击启动应有助于增加压缩机可靠性，在液体制冷剂不存在时减少多余压缩机冲击启动，并且提供较长的压缩机电机寿命。
[0023]本文中使用的术语是出于描述而非限制的目的。本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域的技术人员采用本发明的基础。本领域的技术人员也将认识到，等同形式可在不脱离本发明的范围的情况下代替参照本文所公开的示例性实施方案描述的元件。
[0024]虽然本发明已参照附图中示出的示例性实施方案而被特别示出和描述，但本领域的技术人员将认识到可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。例如，尽管压缩机22在运输制冷机组中以涡旋式压缩机示出，但应当理解，本文所公开的方法可应用于管理住宅或商用空调机组或商用制冷机组中涡旋式压缩机的溢流启动，用于管理其它类型的压缩机中的溢流启动。因此，意图是本发明不限于所公开的具体实施方案，但本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。
【权利要求】
1.一种用于管理蒸汽压缩系统中压缩机的溢流启动的方法，其包括； 引发所述压缩机的初始冲击启动； 终止所述初始冲击启动； 确定液态工作流体是否保留在所述压缩机的贮槽中；和 如果液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中，则引发所述压缩机的额外冲击启动。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括； 在终止所述压缩机的所述额外冲击启动后，确定液态工作流体是否仍保留在所述压缩机贮槽中； 如果液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中，则引发所述压缩机的另一个额外冲击启动；和 重复所述前述顺序直到无所述液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中。
3.如权利要求2所述的方法，其还包括在确定无所述液态工作流体保留在所述压缩机贮槽中之后，引发所述压缩机的正常启动。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述压缩机包括涡旋式压缩机。
5.一种用于管理制冷剂蒸汽压缩系统中压缩机的溢流启动的方法，其包括: 在引发所述压缩机的所述溢流启动之前，读取初始饱和吸入压力； 弓I发所述压缩机的潜在冲击启动顺序中的初始冲击启动； 终止所述压缩机的所述初始冲击启动； 在终止所述初始冲击启动时，暂停预设时间段； 在所述预设时间段结束时，读取当前饱和吸入压力； 比较所述当前饱和吸入压力与所述初始饱和吸入压力；和 如果所述当前饱和吸入压力不小于所述初始饱和吸入压力达到大于预选压差的量，则继续所述冲击启动顺序并比较当时的当前饱和吸入压力与所述初始饱和吸入压力直到所述当时的当前饱和吸入压力小于所述初始饱和吸入压力达到大于所述预选压差的量。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述预选压差为5磅/平方英寸表压。
7.如权利要求5所述的方法，其还包括: 读取环境空气温度； 如果所述当时的当前饱和吸入压力小于所述初始饱和吸入压力达到大于所述预选压差的量，则根据所述当时的当前饱和吸入压力计算当时的当前饱和吸入温度； 比较所述计算的当前饱和吸入温度与所述环境空气温度；和 如果所述计算的当前饱和吸入温度低于所述环境空气温度达到大于预选温差的量，则中断所述冲击启动顺序并执行所述压缩机的正常启动。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述预选温差为20°F (11.1° C)。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述压缩机包括涡旋式压缩机。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述制冷剂蒸汽压缩系统包括用于调节移动货箱内的气氛的运输制冷机组。
11.如权利要求5所述的方法，其中所述制冷剂蒸汽压缩系统包括用于调节冷藏拖车内的气氛的运输制冷机组。
【文档编号】F25B40/00GK104081137SQ201380006139
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2012年3月9日
【发明者】R.L.小森夫 申请人:开利公司