压缩机曲轴箱加热控制系统和方法_2

文档序号:9793675阅读:来源:国知局
星期)并且室外环境 温度和压缩机温度小于预定温度(例如,大约55华氏度)时关闭。预定时间段和预定温度可 以被设定成指示因季节而关闭空调。附加地或替选地,曲轴箱加热可以在预定的日期范围 (例如,在北半球为大约11月1日至大约4月1日)内关闭。附加地或替选地,曲轴箱加热可以 在预定时间段(例如,在昼夜循环期间每天大约午夜12点至大约上午10点)内关闭。附加地 或替选地,曲轴箱加热可以在接下来的预定持续时间(例如,接下来的X天、X周或X个月)内 关闭。在原本会进行曲轴箱加热时禁止曲轴箱加热减小了能量消耗并提高了效率。
[0033] 定子经由电力线接收第一电压以驱动转子、曲轴以及压缩机的压缩机构。第一电 压也可以用来进行曲轴箱加热。然而,第一电压相比于为了充分地防止液体回溢和冷起动 而进行曲轴箱加热所需的电压而言相对较高。因此,本申请提供了用于产生并应用比第一 AC电压小的第二电压以进行曲轴箱加热的系统和方法,从而提高了曲轴箱加热的效率。
[0034] 参照图1A和图1B,呈现了示例性热栗系统5的功能框图。热栗系统5包括压缩机10, 压缩机10包括容置压缩机构的壳体。在开启状态下,压缩机构由电动机驱动以压缩制冷剂 蒸汽。在关闭状态下,压缩机构没有压缩制冷剂蒸汽。
[0035] 在示例性热栗系统5中,压缩机10被描绘为涡旋式压缩机,并且压缩机构包括涡旋 件(scroll),该涡旋件具有一对相互啮合的涡旋构件如图4所示。然而,本公开内容的教导 也适用于使用其他类型的压缩机构的其他类型的压缩机。
[0036] 例如,压缩机10可以为往复式压缩机,并且压缩机构可以包括由曲轴驱动以压缩 制冷剂蒸汽的至少一个活塞。作为另一示例,压缩机10可以为回转式压缩机,并且压缩机构 可以包括用于压缩制冷剂蒸汽的叶片机构。此外,尽管图1A和图B中示出了具体类型的热栗 系统(制冷系统),但是本教导也适用于其他类型的热栗系统,包括其他类型的制冷系统、 HVAC系统、冷却器系统以及使用曲轴箱加热的其他适当类型的热栗系统。
[0037] 来自压缩机10的制冷剂蒸汽被输送至冷凝器12,在冷凝器12中,制冷剂蒸汽在高 压下被液化,从而将热排到外部空气。冷凝器风扇13被实现为调节经过冷凝器12的气流。离 开冷凝器12的液体制冷剂经由膨胀阀14被递送至蒸发器16。膨胀阀14可以为用于控制进入 压缩机10的制冷剂的过热的机械阀、热力阀或电子阀。
[0038]制冷剂经过膨胀阀14,在膨胀阀14处,压降使得高压液体制冷剂实现了更低压力 的液体与蒸汽的组合。随着热空气移动经过蒸发器16,低压液体变为气体,从而移除了来自 与蒸发器16相邻的热空气的热。尽管未被示出,但是通常设置了风扇以有助于气流经过蒸 发器16。低压气体被输送至压缩机10并被输送至冷凝器12以再次起动热栗循环,在压缩机 10处,低压气体被压缩成高压气体。
[0039] 参照图1A、图1B、图2和图3,压缩机10可由容置在封闭件(enc 1 〇sure) 20中的变频 驱动装置(VFD)22驱动,变频驱动装置也被称作逆变器和逆变器驱动装置。封闭件20可以位 于压缩机10附近或远离压缩机10。
[0040] 例如,参照图1A,VFD 22被示为在压缩机10附近。再例如,如图2和图3所示,VFD 22 可(作为封闭件20的一部分)附接至压缩机10。又例如,参照图1B,VFD 22可以通过间隔件17 远离压缩机10设置。间隔件17可以包括例如建筑物的壁。换句话说,VFD 22可以位于建筑物 内部,并且压缩机10可以位于建筑物外部或者位于与压缩机10不同的房间中。
[0041] VFD 22接收来自电源18的交流(AC)电压并将AC电压输送至压缩机10 JFD 22可以 包括控制模块25,控制模块25具有可操作用于调制并控制输送至压缩机10的电动机的AC电 压的频率和/或幅值的处理器和代码。
[0042]控制模块25可以包括存储包括代码的数据的计算机可读介质,该代码由处理器执 行以调制并控制输送至压缩机10的电压的频率和/或幅值以及执行并实现本文中所公开的 曲轴箱加热和控制功能。通过调制输送至压缩机10的电动机的电压的频率和/或幅值,控制 模块25可以调制并控制压缩机10的速度,并因此调制并控制压缩机10的容量。控制模块25 还调节冷凝器风扇13的操作。
[0043] VFD 22可以包括固态电子电路系统以调制输送至压缩机10的AC电压的频率和/或 幅值。通常,VFD 22以期望的频率和/或幅值将输入的AC电压从AC转换为DC以及从DC转换回 为的AC。例如,VFD 22可以用全波整流桥直接对AC电压进行整流。VFD 22可以使用绝缘栅双 极晶体管(IGBT)或晶闸管来切换电压以实现期望的输出(例如,频率、幅值、电流和/或电 压)。可以使用其他适当的电子部件来调制来自电源18的AC电压的频率和/或幅值。
[0044]从蒸发器16至压缩机10的管道系统可以被定线路成通过封闭件20以冷却封闭件 20内的VDF 22的电子部件。封闭件20可以包括冷板15。吸入气体制冷剂可以在进入压缩机 10之前冷却冷板15并由此冷却VDF 22的电气部件。以此方式,冷板15可以用作吸入气体与 VFD 22之间的换热器,以使得在吸入气体进入压缩机10之前来自VFD 22的热传递至吸入气 体。
[0045] 然而,如图1B所示,封闭件20可以不包括冷板15,因此,Vro 22可能没有被吸入气 体制冷剂冷却。例如,VFD 22可以是诸如利用或者不利用风扇而进行空气冷却的。作为另一 示例,假设VFD 22和冷凝器12足够接近彼此设置,则VFD 22可以由冷凝器风扇13来进行空 气冷却。如图2和图3所示,来自VFD 22的电压可以经由附接至压缩机10的接线盒24输送至 压缩机10。
[0046]图4包括压缩机10的示例截面图。尽管示出并讨论了变速涡旋式压缩机,但是本申 请的教导也适用于其他类型的压缩机,诸如往复式压缩机和回转式压缩机。
[0047] 压缩机10包括定子42,定子42在开启状态下以磁力的方式转动转子44以驱动曲轴 46。至定子42的电力流(power flow)控制定子42的磁化。还可以向定子42施加电力以控制 磁化,以使得在电力被施加至定子42时转子44未被驱动,例如以进行曲轴箱加热。
[0048]润滑剂槽48包括有对压缩机10的诸如曲轴46的可动部分进行润滑的润滑剂(例 如,油)。压缩机10还包括总体由50表示的定祸旋件(fixed scroll)和动祸旋件(orbiting scroll)。当涡旋件50啮合时,曲轴46的旋转驱动涡旋件50中的一个涡旋件以压缩通过吸入 管52接收的制冷剂。涡旋件50在某些情形下可能没有啮合,以使得涡旋件50不压缩制冷剂。 [0049] 环境温度传感器30测量压缩机10和/或封闭件20外部的室外环境温度(0ΑΤ)。在不 同的实现方式中,环境温度传感器30可以作为现有系统的一部分被包括并且因此可经由共 享的通信总线来利用。
[0050] 压缩机温度传感器32测量压缩机10的温度(压缩机温度)。仅作为示例,压缩机温 度传感器32可测量压缩机10的排出管线处的温度,该温度也可以被称作排出管线温度 (DLT)。由压缩机温度传感器32测量的温度的其他示例包括但不限于润滑剂槽48的温度、定 子42的温度、压缩机10的壳体的顶部处的温度、壳体的底部处的温度、壳体的顶部与底部之 间的点处的温度以及其他适当的压缩机温度。定子42的温度可例如基于电机绕组的电阻来 测量或推出。
[0051] 控制模块25还调节压缩机10的润滑剂槽48中的润滑剂温度。更具体地,控制模块 25调节压缩机曲轴箱加热(CCH)以控制润滑剂温度。在本申请中,定子42作为曲轴箱加热器 来进行操作并对压缩机10的曲轴箱进行加热以及因此对润滑剂进行加热,如以下所进一步 讨论的那样。
[0052]现在参照图5,呈现了压缩机曲轴箱加热(CCH)控制模块100的示例实现方式的功 能框图。CCH控制模块100可以包括控制模块25、作为控制模块25的一部分或者独立于控制 模块25。
[0053]电力控制模块104控制曲轴箱加热是开启还是关闭。电力控制模块104在压缩机10 开启时通常保持曲轴箱加热关闭。电力控制模块104可以基于0ΑΤ、压缩机温度、0ΑΤ和压缩 机温度两者、当前日期和时间数据以及/或者一个或多个其他合适的参数来控制曲轴箱加 热是开启还是关闭。
[0054]数据接收模块106可以接收0ΑΤ、压缩机温度以及当前日期和时间数据,并且输出 0ΑΤ、压缩机温度以及当前日期和时间。数据接收模块106可以对所接收到的数据进行过滤、 数字化、缓存以及/或者执行一种或多种处理动作。
[0055]差值模块108可以基于0ΑΤ和压缩机温度来确定温度差。例如,差值模块108可以将 温度差设定为等于压缩机温度减去0ΑΤ。尽管所讨论的是温度差等于压缩机温度减去0ΑΤ, 但是替选地,也可以将温度差设定为等于0ΑΤ减去压缩机温度或者压缩机温度与0ΑΤ之差的 绝对值。
[0056]实时时钟模块112可以跟踪并提供当前日期和时间数据。当前日期和时间数据可 以指示当前日期(年、月、日)和当前时间。尽管实时时钟模块112被示为在CCH控制模块100 内实现,但是可以以另一方式提供当前日期和时间数据。例如,当前日期和时间数据可以由 恒温器或者经由网络连接(例如,由服务器、移动设备或者包括处理器的另一适当类型的外 部设备)来提供。
[0057]如上所述,电力控制模块104基于0ΑΤ、压缩机温度、0ΑΤ和压缩机温度两者、当前日 期和时间数据以及/或者一个或多个其他合适的参数来控制是否执行曲轴箱加热。图6为描 绘了控制曲轴箱加热的示例性方法的流程图。
[0058] 现在参照图6,控制可以以204开始,其中,压缩机10开启并且压缩机曲轴箱加热关 闭。在204处,电力控制模块104确定压缩机10是否已转变至关闭状态。如果204为假,则控制 可以保持在204处。如果204为真,则电力控制模块104可以在208处将压缩机曲轴箱加热保 持关闭第一预定时间段。以此方式,电力控制模块104可以在压缩机10关闭之后将压缩机曲 轴箱加热保持关闭第一预定时间段。第一预定时间段可以是可校准的(即,能够被校准)并 且可以基于针对在压缩机10关闭之后相对于压缩机壳体的体积而言液体迀移到压缩机壳 体中的迀移率而得到的实验数据来设定。仅作为示例,第一预定时间段可以在大约30分钟 与大约3个小时之间或者为其他适当的时间段。电力控制模块104可以在压缩机10关闭时 (诸如,在经过了第一预定时间段之后)使用(即,开启)压缩机曲轴箱加热。
[0059] 图7为描绘了控制压缩机曲轴箱加热的另一示例性方法的流程图。现在参照图7, 控制可以以304开始,其中,压缩机曲轴箱的加热关闭并且压缩机10关闭。在304处,电力控 制模块104确定温度差是否小于第一预定温度。换句话说,在304处,电力控制模块104可以 确定压缩机温度减去0ΑΤ是否小于第一预定温度。如果
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