專利名稱：制冷控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及制冷系統、壓縮機控制系統和制冷劑調節閥控制系統。本發明具體涉及液體側和蒸汽側的流體控制方法。
該液體制冷劑然后流出冷卻器的出口，流到膨脹閥。當液體制冷劑流到膨脹閥時，在進入蒸發器之前壓力降低。該蒸發器起熱交換器的作用，類似于冷凝器。它與冷卻區域(即制冷機箱的內部)形成熱交換。熱量由冷卻區域傳送到液體制冷劑，由此液體制冷劑的溫度增加，造成該制冷劑沸騰，這樣又發生狀態變化。液體制冷劑變成蒸汽，該蒸汽制冷劑隨后又從蒸發器回到壓縮機。一般可以通過改變壓縮機的負載量改變制冷系統的冷卻能力。改變這種能力的一種方法是利用脈沖寬度調制信號，使壓縮機不斷地在啟動循環和中斷循環之間切換。采用這種方式可以達到要求的壓縮機負載循環百分率。在中斷循環期間，液體制冷劑將經歷“慣性”流動，因而液體制冷劑遷移到蒸發器。當制冷劑在中斷循環期間牽移到蒸發器時，該制冷劑在其中沸騰變成蒸汽，這對于制冷系統的操作性能是有害的，在兩個方面有害在啟動循環期間蒸發器溫度顯著降低，以及在切換到啟動循環后流體回收降低。
在中斷循環期間，剛壓縮的蒸汽通過壓縮機反向流向蒸發器時，傳統的制冷系統將產生顯著的損耗。這些損耗還包括液體制冷劑在中斷循環期間反向流到冷凝器所造成的損耗。
因此，在工業上需要提供一種可以避免上述傳統制冷系統缺點的制冷系統和流體控制方法。具體是，制冷系統應當防止液體冷凝劑在中斷循環期間流到蒸發器，制止在中斷循環期間蒸汽制冷劑反向流過壓縮機，并制止在中斷循環期間液體制冷劑反向流過冷凝器。
按照另一實施例，第一和第二止回閥分別連接于壓縮機和冷凝器，以防止在中斷循環期間，冷凝劑反向流動。因此，與冷凝器和蒸發器相關的制冷劑相應壓力將比傳統制冷系統低。
本發明還提供一種用于控制制冷系統的方法，該制冷系統包括串聯的流體相通的壓縮機、冷凝器和蒸發器。該方法包括以下步驟使壓縮機在啟動周期和中斷周期之間切換，達到一個負載周期百分率；使隔離閥的打開和關閉與壓縮機的啟動和中斷循環同步，從而制止液體制冷劑在中斷循環期間流入蒸發器。
按照另一實施例，方法還包括阻止液體制冷劑反向流到冷凝器的步驟，和在中斷循環期間制止蒸汽制冷劑反向流過壓縮機的步驟。
從下面提供的詳細說明可以明顯看出本發明可以應用在其它方面。應當明白，詳細說明的特定實施例只是例示性的，不能用來限制本發明的范圍，雖然說明的例子示出了本發明的優選實施例。
從這些詳細說明和附圖可以更清楚地理解本發明，這些附圖是圖1是裝有按照本發明原理制作的可關閉膨脹閥的制冷系統示意圖；圖2是曲線圖，比較圖1所示制冷系統和傳統制冷系統冷凝器的溫度，該傳統冷凝系統的膨脹閥一直是開著的；圖3是曲線圖，將圖1所示制冷系統的蒸發器溫度與膨脹閥一直是開著的傳統制冷系統的冷凝器溫度進行了比較；圖4是示意圖，示出裝有按照本發明原理制作的止回閥的圖1所示的制冷系統；圖5是曲線圖，示出沒有止回閥的傳統制冷系統的壓力響應；圖6是曲線圖，示出圖4所示制冷系統的壓力響應。
具體參考圖1，圖1示意示出制冷系統10。雖然制冷系統10代表熱泵系統，但是應當看到，按照本發明，該熱泵的作用是用于制冷。制冷系統10包含裝有有關脈沖寬度調制(PWM)閥14的壓縮機12；四通閥16；冷凝器18；液體容器20；隔離閥22；具有相應膨脹閥26的雙蒸發器24；控制器28。該控制器28在操作上與壓縮機12的PWM閥14、檢測冷卻區域32(即制冷機箱內部)溫度的傳感器30和檢測雙蒸發器24排出制冷劑蒸汽壓力的壓力傳感器34相連接，這些在下面將進一步說明。雖然本說明包括雙蒸發器，但是可以預料，蒸發器的數目可以隨特定系統的設計要求變化。還可以配置多個維修閥35，以便進行維修和除去/換上不同部件。
壓縮機12和其操作類似于在共有轉讓美國專利NO 6047557中說明的壓縮機和其操作，該專利題目為“采用脈沖寬度調制負載循環的渦旋壓縮機的自適應控制制冷系統”，此專利已作為參考包含在本文中。下面簡要說明壓縮機12的結構和操作。
壓縮機包括外殼和一對支撐在該外殼內的可轉動連接于驅動馬達曲軸的一對渦旋部件。一個渦旋部件相對于另一個渦旋部件沿軌道運動，由此可以經吸入口將氣體吸入到外殼內。在渦旋部件上形成的緊密重疊配置形成移動流體的空穴，該空穴隨著渦旋部件的繞軌道運動其體積逐漸減小，并且沿徑向向內移動。這樣，通過入口進入的吸入氣體便被壓縮。該壓縮的氣體然后排到排放室。
為了切換到中斷循環(即不加載PWM壓縮機12的循環)，該PWM閥14將響應控制器28的信號被驅動，由此停止流體的傳送，入口的壓力增加到排出氣體的壓力。由該排出壓力造成的偏壓力可使不沿軌道運動的渦旋部件沿軸向向上移動，離開沿軌道運行的渦旋部件。這種軸向運動在渦旋部件之間造成泄露路徑，由此基本上消除了吸入氣體的連續壓縮。在切換到啟動循環(即重新壓縮吸入氣體)時，該PWM閥14將被啟動，使得非軌道運行的渦旋部件移動到與沿軌道運動渦旋部件形成密封嚙合。這樣便可以利用控制器23控制的PWM閥14改變壓縮機12的負載循環，使其在0～100％之間進行變化。
控制器28監測制冷區域32的溫度和離開蒸發器24的蒸汽制冷劑壓力。根據這兩個參數和已經實現程序化的算法，該控制器28可以確定PWM壓縮機12的負載循環百分率，并向PWM閥14送出信號，以便在啟動循環和中斷循環之間進行切換，達到要求的負載循環百分率。
下面詳細說明制冷系統10的操作。通過液體制冷劑在低溫和低壓下的蒸發可以實現制冷。開始，制冷劑被吸入到壓縮機12，在其中被進行壓縮。蒸汽制冷劑的壓縮使其溫度和壓力上升。該蒸汽制冷劑從壓縮機12流到冷凝器18中。該冷凝器18起熱交換器的作用，與周圍氣氛形成熱交換關系。熱量從蒸汽制冷劑傳送到周圍氣氛中，由此制冷劑的溫度降低，此時發生狀態變化，蒸汽制冷劑被冷凝為液體。
該液體制冷劑流出冷凝器18的出口，并由容器20接收，該容器起液體制冷劑容器的作用。如上所述，隔離閥22與控制器28可信號連通，因此該閥可分別與PWM壓縮機12的啟動和中斷循環同步地在打開和關閉位置之間切換。當隔離閥22位于打開位置時，液體制冷劑流過該閥，并分開流到各個膨脹閥26。當液體制冷劑流過膨脹閥26時，它的壓力降低，而后進入蒸發器24。
蒸發器24起熱交換器的作用，類似于冷凝器18，該蒸發器與制冷區域32形成熱交換關系。熱量從制冷區域32傳送到液體制冷劑上，由此液體制冷劑的溫度升高，導致其沸騰。這樣便發生狀態變化，液體制冷劑變成蒸汽。該蒸汽制冷劑然后流出蒸發器24，回到壓縮機12。
當壓縮機12基本上由控制器28斷開時，或操作在接近于0％負載循環時，便產生中斷循環。脈沖寬度調制造成在啟動循環和中斷開循環之間周期性轉換，由此可改變PWM壓縮機12的負載量。根據上面的背景說明，當制冷系統10從啟動循環切換到中斷循環時，中斷循環時的回流(“慣性”流動)便顯著降低，因為在蒸發器24內的制冷劑溫度很快升到蒸發器外部的表面層空氣的溫度。為了改進中斷循環時的回流，在中斷循環期間隔離閥22是關閉的，這樣便可以防止液體制冷劑流到蒸發器24中。
參照圖2和3，比較裝有隔離閥22的制冷系統10和沒有這種閥的傳統制冷系統的性能。圖中的PWM負載循環百分率為50％，30秒的循環時間。具體是，圖2比較了本發明制冷系統10和傳統制冷系統之間的冷凝器溫度。圖3比較了本發明制冷系統10和傳統制冷系統之間蒸發器的溫度。圖中可以看出常規系統的回流損失，因為液體制冷劑的遷移導致較低的啟動循環蒸發器溫度，因而相應導致較高的冷凝器溫度。這樣，與本發明的制冷系統10相比，常規制冷系統需要更多的壓縮機動力才能達到同等的總制冷量。常規冷凝系統在啟動循環期間的冷凝器溫度比較高，因為冷凝器必須使更多的液體冷凝劑進行過度冷卻才能補充中斷循環期間失去的液體制冷劑。
常規冷凝系統的回流損失將隨較長的中斷循環或較低的PWM負載循環而增加。這是由于在較長的中斷循環期間增加了制冷劑的回流作用。
下面參照圖4，圖中示出制冷系統10，該系統還分別包括第一和第二止回閥40、42。該第一止回閥配置在PWM壓縮機12的出口，而第二止回閥配置在冷凝器18的出口。如圖4所示，該制冷系統10的操作基本上類似于參考圖1所說明的操作。然而當制冷系統10從啟動循環切換到中斷循環時，通過壓縮機出口側漏出的大量氣體便產生類似于上面對蒸發器24所說明的蒸汽制冷劑遷移作用。為減少這種作用，可用第一止回閥40防止蒸汽制冷劑通過PWM壓縮機12回流到蒸發器24，而用第二止回閥42確保在容器20中的液體制冷劑保持在該容器20中。
下面參照圖4和5，圖中比較了沒有止回閥40、42的傳統制冷系統(圖4)和裝有止回閥40、42的本發明制冷系統10(圖5)之間的操作性能，圖中的PWM負載循環百分率為50％，其循環時間約為12秒。具體是，圖中示出了PWM壓縮機出口(排氣口)、冷凝器排出口和PWM壓縮機入口(吸氣口)的制冷系統壓力響應。從圖中可以看出，在PWM壓縮機排氣口的壓力顯著降低，也可以看到，在中斷循環期間，在PWM壓縮機吸氣口壓力的降低。這樣，與傳統制冷系統相比，該PWM壓縮機的動力損失顯著減小。
本發明的說明僅僅是特性的例示，各種不違背本發明宗旨的變化預定包含在本發明的范圍內，這些變化不能認為超出本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種系統，包括蒸發器；一種脈沖寬度調制(PWM)的負載可變的壓縮機，該壓縮機與上述蒸發器流體相通，包括位于壓縮機出口的第一止回閥，用于防止蒸汽制冷劑反向流過該壓縮機；冷凝器，與上述壓縮機和上述蒸發器流體連通；膨脹閥，配置在上述冷凝器和上述蒸發器之間；隔離閥，配置在上述冷凝器和上述膨脹閥中間，上述隔離閥電連接于上述PWM壓縮機，從而可操作上述隔離閥，使其與上述PWM壓縮機的啟動循環和中斷循環同步地被打開和關閉，其中上述隔離閥可在中斷循環期間制止液體制冷劑的流動。
2.如權利要求1所述的制冷系統，其特征在于，還包括第二止回閥，該止回閥配置在上述冷凝器的出口上，在上述PWM壓縮機中斷循環期間可以操作該止回閥而制止上述液體制冷劑反向流入上述冷凝器。
3.如權利要求1所述的制冷系統，其特征在于，還包括液體制冷容器，該容器與上述冷凝器和隔離閥流體連通，并配置在它們的中間。
4.如權利要求1所述的制冷系統，其特征在于，還包括控制器，該控制器與上述PWM壓縮機信息相通，以改變其負載量。
5.如權利要求5所述的制冷系統，其特征在于，還包括溫度傳感器和壓力傳感器，這些傳感器將操作參數信息輸送到上述控制器，其中上述控制器根據上述操作參數信息確定上述PWM壓縮機的負載循環百分率。
6.一種制冷系統，包括蒸發器；脈沖寬度調制(PWM)的負載量變化的壓縮機，該壓縮機與上述蒸發器流體連通；冷凝器，與上述PWM壓縮機和上述蒸發器流體相通；膨脹閥，配置在上述冷凝器和上述蒸發器的中間；隔離閥，配置在上述冷凝器和上述膨脹閥之間，與上述PWM壓縮機流體連通；控制器，控制上述隔離閥，使得分別與上述PWM壓縮機的啟動循環和中斷循環同步地打開和關閉上述隔離閥，其中上述隔離閥可以防止在上述中斷循環期間液體制冷劑流到上述蒸發器。
7.如權利要求6所述的制冷系統，其特征在于，還包括第一止回閥，與上述冷凝器和上述PWM壓縮機流體連通，并配置在它們之間，上述第一止回閥在上述PWM壓縮機的上述中斷周期期間可被操作，而制止蒸汽制冷劑反向流過上述PWM壓縮機；第二止回閥，與上述冷凝器和上述隔離閥流體相通，并配置在它們之間，上述第二止回閥可以在上述PWM壓縮機的上述中斷循環期間被操作，而防止液體制冷劑反向流過上述冷凝器。
8.如權利要求6所述的制冷系統，其特征在于，還包括液體制冷劑容器，該容器與上述冷凝器和上述隔離閥流體相通，并配置在它們之間。
9.如權利要求6所述的制冷系統，其特征在于，該控制器與上述PWM壓縮機信息相通，由此可以改變其負載量。
10.如權利要求9所述的制冷系統，其特征在于，還包括溫度傳感器和壓力傳感器，該傳感器向上述控制裝置提供操作參數信息，而上述控制器可根據上述操作參數信息確定上述PWM壓縮機的負載循環百分率。
11.一種控制制冷系統的方法，該系統具有脈沖寬度調制(PWM)的負載量可變的壓縮機、冷凝器和蒸發器，這些裝置串聯，形成流體相通，該方法包括以下步驟在啟動循環和中斷循環之間切換PWM壓縮機，提供該壓縮機的負載循環百分率；使上述隔離閥的打開和關閉分別與上述PWM壓縮機的啟動循環和中斷循環同步，由此防止在上述中斷循環期間液體制冷劑流到上述蒸發器。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括在中斷循環期間阻止上述液體制冷劑反向流入冷凝器。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，配置止回閥，使得可以操作上述制止反向流動的步驟。
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括在中斷循環期間制止蒸汽制冷劑反向流過該PWM壓縮機。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，配置止回閥，以便操作制止反向流動的上述步驟。
全文摘要
一種系統，包括蒸發器、負載量變化的與蒸發器流體連通的壓縮機、連接在壓縮機和蒸發器之間的并與它們流體連通的冷凝器、配置在冷凝器和蒸發器之間的膨脹閥以及配置在冷凝器和膨脹閥之間的隔離閥。該隔離閥與壓縮機流體連通，因而可分別使隔離閥的打開和關閉與壓縮機的啟動循環和中斷循環同步，從而制止液體冷凝劑的流動。在另一實施例中，第一和第二止回閥分別連接于壓縮機和冷凝器，以便在中斷循環期間制止制冷劑的反向流動。
文檔編號F25B49/02GK1469089SQ02158468
公開日2004年1月21日 申請日期2002年12月26日 優先權日2002年7月15日
發明者約翰·J·希利, 胡文威, 吳荔元, 亨·M·潘姆, づ四, 約翰 J 希利 申請人:科普蘭公司