[发明专利]固定和可变压缩机系统容量控制

说明书

本申请是国际申请日为2005年4月14日、国家申请号为200580013707.5(国际申请号为PCT/US2005/012943)、发明名称为“固定和可变压缩机系统容量控制”的申请的分案申请。

技术领域

本发明原理一般地涉及压缩机系统，更具体地涉及压缩机系统的结构和控制。

背景技术

压缩机在工业和民用领域有着广泛的应用，用于将制冷剂在制冷或加热泵系统内循环，从而提供所需的加热或冷却作用。压缩机也用于充气或者还对外界物体施加流体作用力，例如轮胎、喷洒系统或气动工具。在任何的上述应用中，需要压缩机提供前后一致的和高效的工作，从而保证特殊应用(即，制冷系统或气动工具)恰当工作。为此，监测和控制压缩机性能有助于保证压缩机及系统的可靠和高效工作。

涡旋压缩机在制冷和加热泵领域的应用变得越来越普遍，这主要是由于其能够极为高效和一致地工作。这种压缩机通常具有接收和压缩流体的一对相互啮合的涡旋齿。在运行时，使一个涡旋齿相对另一个沿轨道运动，从而形成一个或多个运动腔室，当它们从外侧吸入口朝中心排出口运动时尺寸逐渐减小。随着运动腔室的尺寸减小，其中的流体在被压缩机从排出口排出之前被压缩。通常，一个涡旋件由置于涡旋压缩机外壳内的电机驱动，并由外部控制器控制调节电机功率。电机与控制器一起工作时，通过适当的驱动轴驱动一个涡旋件，从而根据指令压缩各个涡旋齿之间的流体。

一些涡旋压缩机能够响应于变动指令调节容量，并且这一般称为“可变容量”或“可变速度”涡旋压缩机。可变容量涡旋压缩机是通过操纵相互啮合的涡旋齿调节的，从而各个涡旋齿之间的相对位置是可变的，并且基本处于每个涡旋齿之间的流体体积增大或减小。可变速度涡旋压缩机达到相似的目的，但在运行时没有调节涡旋齿的相对位置。可变速度涡旋压缩机监测系统和/或压缩机参数，并相应地调节驱动涡旋齿沿轨道运行的电机的速度。这种涡旋齿速度的变动影响压缩机的输出，由此改变总容量。

在任何上述可变涡旋压缩机中，压缩机容量调节使系统控制器，例如制冷系统控制器，调节每台涡旋压缩机的单台容量，优化多压缩机机组(rack)系统的效率。例如，如果指令是减小，则控制器可以减小压缩机的容量，因此能减小单台压缩机消耗的能量。这种调节有效地将每台压缩机的能量消耗控制在仅仅是运动系统所需的最小量。因为每台可变涡旋压缩机的能量消耗可以改变，因此可以调节能量，改善系统总效率。

在传统制冷系统中，一个机组的涡旋压缩机可以编组以起到单一单元的功能，并可以对多个冰箱、冷藏箱或冷冻机提供冷却作用。但是，在传统机组中的大多数压缩机是固定的，并且其开/关循环速率受可靠性需求的限制，因此降低系统效率。在任何上述应用中，压缩机组一般包括可变涡旋压缩机和至少一台其它的固定容量压缩机。可变压缩机的容量可以调节，用于增大系统效率，如上所述，而固定涡旋压缩机包括不可变或固定容量。

控制器传统上监测不同的制冷状态并确定系统在给定时间的适当载荷，并相应地将指令信号发送到压缩机机组。指令信号指示可变压缩机在特定输出下运行(即，总容量的1％到100％)，并根据在指示时刻固定涡旋压缩机的状态指示固定压缩机启动、继续或停止。虽然这种控制器足以控制压缩机的容量，但这种系统被限制在控制每台单个的涡旋压缩机，因此不能控制按并行关系连接的一系列压缩机。

虽然控制器可以充分地指示可变压缩机在总容量的0％到100％之间工作，但控制器仅能指示固定压缩机启动或者停止，因此可以指示机组产生高于系统所需的较高容量。例如，如果所需的容量是9吨，并且可用的压缩机是一台6吨可变涡旋压缩机以及两台5吨固定涡旋压缩机，则控制器指示可变压缩机在100％下运行并指示一台固定压缩机立即启动。但是，此时可变压缩机产生6吨，固定压缩机产生5吨，总共11吨。因此，100％工作的可变压缩机与固定压缩机的组合产生2吨过载，由此造成效率损失。

虽然控制器最终能平衡可变压缩机的容量，使总输出为9吨，但传统控制器需要充分的时间使可变压缩机平衡回来，因此不能提供最佳控制算法。因为传统控制器与每台压缩机单独通讯，因此出现压缩机容量重叠，并降低系统效率。

发明内容

一种压缩机控制系统，包括至少一个可变压缩机，至少一个固定容量压缩机和控制器。控制器根据系统的吸入压力读数调节可变压缩机。另外，控制器根据可变压缩机的工作参数选择性地在运行模式和停止模式之间转换固定容量压缩机。