專(zhuān)利名稱(chēng)：制冷劑系統(tǒng)中用于變速驅(qū)動(dòng)器的電壓-頻率比值的控制的制作方法
制冷劑系統(tǒng)中用于變速驅(qū)動(dòng)器的電壓-頻率比值的控制 發(fā)明背景本申請(qǐng)涉及制冷劑系統(tǒng)，其中，用于制冷劑系統(tǒng)中至少一個(gè)部件 的馬達(dá)設(shè)有變頻控制，且由該控制提供的頻率-電壓比值被調(diào)節(jié)成處于 最優(yōu)水平。制冷劑系統(tǒng)用于許多空調(diào)禾口熱泵應(yīng)用中，以便冷卻和/或加熱進(jìn)入 環(huán)境中的空氣。對(duì)環(huán)境的冷卻或加熱載荷可隨著環(huán)境條件而變化，并 且隨著環(huán)境變化的居住者所要求的溫度和/或濕度水平而變化。在一些制冷劑系統(tǒng)中，利用單個(gè)壓縮機(jī)壓縮的制冷劑且在封閉回 路中經(jīng)由連接室內(nèi)換熱器和室外換熱器的循環(huán)而移動(dòng)制冷劑。然而， 在許多情況下，值得期望的是具有改變?nèi)萘俊⒒蛴芍评鋭┫到y(tǒng)所提供 的冷卻量或加熱量的能力。變速驅(qū)動(dòng)已知是用在制冷劑系統(tǒng)中以變速驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。通過(guò)以較 高的或較低的速度驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，每單位時(shí)間內(nèi)壓縮的制冷劑數(shù)量發(fā)生 改變，且從而可調(diào)整系統(tǒng)容量。諸如風(fēng)扇和泵的其它制冷劑系統(tǒng)部件也可設(shè)有變速驅(qū)動(dòng)器(variable speed drive)以便用于增強(qiáng)性能、提高可 靠性和操作安全性的類(lèi)似目的。通常，運(yùn)行已知的變頻控制以便保持恒定的電壓-頻率比值。由此， 隨著頻率的增加，電壓也會(huì)增加。另一方面，現(xiàn)今這些變速控制中的 變換器(inverter)具有彼此獨(dú)立地調(diào)整頻率和電壓的能力。因此，現(xiàn)有 技術(shù)中保持電壓-頻率比值恒定的制約是沒(méi)有必要的。本發(fā)明試圖通過(guò)優(yōu)化取決于系統(tǒng)運(yùn)行和環(huán)境條件的電壓-頻率比 值而提高這些已知系統(tǒng)的性能。發(fā)明概述發(fā)明人已確定的是，制冷劑系統(tǒng)中部件(例如壓縮機(jī)、風(fēng)扇或泵) 用馬達(dá)的電壓-頻率比值將隨著運(yùn)行和環(huán)境條件而變化。例如，為了改 進(jìn)壓縮機(jī)效率并同時(shí)提高其馬達(dá)強(qiáng)度，值得期望的是以最優(yōu)電壓運(yùn)行 壓縮機(jī)。最優(yōu)電壓取決于電動(dòng)才幾載荷。對(duì)于相同頻率而言，較高的載 荷將意味著較高的電壓，而較輕的栽荷則意味著降低的電壓。同樣地， 運(yùn)行頻率將令人期望地隨載荷的增加而增加。電壓調(diào)整在先前的依賴(lài) 于恒定的頻率和電壓主線(xiàn)供給源的系統(tǒng)中是不切實(shí)際的。此外，變壓 器由于其龐大、昂貴而不切實(shí)際，并且不適于連續(xù)的電壓調(diào)整。以上提及的變速驅(qū)動(dòng)器可>^是供作為變換器功能和操作的 一 部分 的電壓調(diào)整。盡管就像所提及的那樣，已知的實(shí)際應(yīng)用是根據(jù)頻率變 化按比例地調(diào)整電壓，以便不考慮馬達(dá)載荷條件而保持電壓-頻率比值 的恒定。這4皮認(rèn)為是優(yōu)化馬達(dá)運(yùn)行的最輕矛》的方法。然而，現(xiàn)有技術(shù)忽略了對(duì)于壓縮機(jī)、風(fēng)扇或泵用馬達(dá)將具有最優(yōu)電壓-頻率比值，而且該最優(yōu)比^i不會(huì)是恒定值。代替地，該最優(yōu)比值 將根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行和環(huán)境條件而變化，這隨后將影響馬達(dá)栽荷性能。當(dāng)使用變頻驅(qū)動(dòng)器時(shí)，自恒定比值或上或下的比值的控制通常是 簡(jiǎn)單的且可在軟件水平上實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明基于測(cè)量或確定限定制冷劑系統(tǒng)中至少 一 個(gè)部件的馬達(dá) 上載荷的系統(tǒng)參數(shù)而改變電壓-頻率比值。于是基于該載荷確定所需的 電壓-頻率比值，并改變電壓和/或頻率，以便達(dá)到該最優(yōu)比值。例如，如果壓縮機(jī)接近其額定點(diǎn)(rating point)運(yùn)行并輸送所需容 量，然后通過(guò)使用查找表、或^^式、或相對(duì)于扭矩、頻率和電壓限定 馬達(dá)運(yùn)行效率的圖表，可選擇用于最高效運(yùn)行的最適宜電壓-頻率比 值。查找表、或公式、或圖表可在初始時(shí)用實(shí)驗(yàn)方法確定，然后保存 在用于制冷劑系統(tǒng)的控制裝置中。備選地，如果馬達(dá)接近其失速點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)或因高載荷而過(guò)熱，可值得 期望的是增加電壓-頻率比值、有效地增加馬達(dá)強(qiáng)度和使其在潛在危險(xiǎn)區(qū)以外運(yùn)行。而且，如果馬達(dá)為減荷運(yùn)轉(zhuǎn)，則值得期望的是降低用于 最優(yōu)運(yùn)行的電壓-頻率比值。各種傳感器和方法都可用于估算載荷，并且可包括直接或間接的滑動(dòng)測(cè)量(slip measurement)或確定壓縮才幾用馬達(dá)的電滑動(dòng)(electric slip)、扭矩或功率。馬達(dá)栽荷還可基于在壓縮機(jī)吸入端和/或排出端分 別通過(guò)電流和壓力傳感器所進(jìn)4亍的電流測(cè)量或壓力測(cè)量而估算。飽和 溫度測(cè)量通過(guò)利用安裝在蒸發(fā)器和冷凝器的溫度傳感器也可用于估感器測(cè)量，還可用于改進(jìn)(refine)馬達(dá)栽荷的估算。電壓-頻率比值在運(yùn)行范圍內(nèi)的調(diào)整可用于壓縮機(jī)用馬達(dá)、風(fēng)扇用 馬達(dá)和泵用馬達(dá)。此外，這可結(jié)合不同的減荷方案例如分流(bypass)、 吸入調(diào)節(jié)等。根據(jù)下列說(shuō)明書(shū)和附圖可更好地懂得本發(fā)明的這些及其它特征， 以下為附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為結(jié)合了本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。 圖2為表示本發(fā)明特征的圖表。 圖3為本發(fā)明的流程圖。優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明圖1示出了基本的制冷劑系統(tǒng)20。電子控制裝置22控制制冷劑 系統(tǒng)20中的若干特征。具體地，壓縮機(jī)24由具有變速驅(qū)動(dòng)器(或變頻 驅(qū)動(dòng)器)26的馬達(dá)供以動(dòng)力，該變速驅(qū)動(dòng)器(或變頻驅(qū)動(dòng)器)26和控制 裝置22通訊。壓縮機(jī)壓縮的制冷劑并將其向下游輸送至冷凝器28。 風(fēng)扇30使空氣越過(guò)冷凝器28移動(dòng)，并且設(shè)有變速驅(qū)動(dòng)器32。冷凝器 28的下游是膨脹裝置34，而膨脹裝置34的下游是蒸發(fā)器36。風(fēng)扇 38使空氣越過(guò)蒸發(fā)器36移動(dòng)，并且由變速驅(qū)動(dòng)器40所控制。任選的吸入調(diào)節(jié)閥46調(diào)節(jié)進(jìn)入壓縮機(jī)24的制冷劑的流動(dòng)。具有任選的減荷 閥44的任選的減荷器(imloader)管路42有選擇地允許壓縮的制冷劑部 分地或完全地從壓縮機(jī)24中返回到壓縮機(jī)24的吸入管路。閥34、 44 和46也可和控制裝置22通訊。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)理解的是，馬達(dá) 控制裝置26、 32和40是由控制裝置22所控制的變頻驅(qū)動(dòng)器。控制 裝置的細(xì)節(jié)可以是本領(lǐng)域所已知的那樣。本發(fā)明的益處在于控制裝置 22驅(qū)動(dòng)變頻驅(qū)動(dòng)器的方法。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是， 制冷劑系統(tǒng)20可利用液泵代替風(fēng)扇30和38，以便將輔助回路流體傳 送至換熱器28和36。如圖2所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，用于變頻驅(qū)動(dòng)器的電壓-頻率比值相 對(duì)于載荷保持恒定。這通過(guò)圖表上的直線(xiàn)P表示。因此，隨著載荷的 增加，通過(guò)變頻驅(qū)動(dòng)器操作的系統(tǒng)也按比例地提高電壓，以便保持電 壓-頻率比值的恒定。然而，本申請(qǐng)的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到在一定條件下，電壓-頻率的最優(yōu) 比值實(shí)際上或會(huì)需要沿著曲線(xiàn)移動(dòng)，例如電壓/頻率-載荷平面中的曲 線(xiàn)X、或某一坡度線(xiàn)。因此，本發(fā)明試圖確定電壓-頻率的最優(yōu)比值， 并根據(jù)載荷的改變而改變頻率和電壓。最優(yōu)電壓-頻率比值可用實(shí)驗(yàn)方法或用分析法確定。例如，可在各 種操作、環(huán)境和載荷條件下進(jìn)行測(cè)試，并以該方式確定最優(yōu)比值。那 些最優(yōu)比值于是可保存在查找表、或編程輸入可供控制裝置22使用 的公式中。如圖3所示，本發(fā)明根據(jù)確定了載荷的簡(jiǎn)化流程圖而進(jìn)行操作。 載荷可通過(guò)若干方式而確定，例如監(jiān)控各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行特性。示出的 載荷傳感器S與壓縮機(jī)24相關(guān)聯(lián)。 一旦確定了載荷，便可確定用于 馬達(dá)運(yùn)行的所需頻率。同時(shí)，可確定所需的電壓。備選地，可確定所 需的比值。就像先前所提及的以及圖1中所示出的那樣，傳感器S基 于電滑動(dòng)、扭矩、電流或功率測(cè)量的直接確定或間接確定可提供壓縮 機(jī)用馬達(dá)載荷的估算。備選地，可利用通過(guò)分別安裝在壓縮機(jī)吸入端利用泵在管道中循環(huán)。該經(jīng)加熱的管可以是內(nèi)管本身，其中經(jīng)由內(nèi)管泵出熱 流體，以將全部管中管組件加熱至足夠的溫度和足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以導(dǎo)致容器 的破壞。可以利用超聲波加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)容器的加熱。可以將超聲波加熱設(shè)備引入環(huán) 狀空間中，并用于加熱至少部分容器，以影響其破壞。當(dāng)外管和/或內(nèi)管包含 金屬時(shí)，金屬管的感應(yīng)加熱可用于加熱容器，并影響其破壞?？梢杂眠B接至容器外表面或內(nèi)表面或結(jié)合在構(gòu)成容器的材料中的電阻 元件來(lái)生產(chǎn)容器。電阻元件可以包括線(xiàn)、板或類(lèi)似構(gòu)型。當(dāng)電流通過(guò)電阻元 件時(shí)，元件將產(chǎn)生導(dǎo)致容器破壞的熱量。當(dāng)電阻元件是線(xiàn)材時(shí)，可以在容器 的表面上配置該線(xiàn)材，以預(yù)定的圖樣對(duì)容器進(jìn)行破壞。例如，可以螺旋方式 在容器周?chē)p繞該線(xiàn)材，以確保在其外表面周?chē)跃鶆蚍绞狡茐娜萜?。除了局部加熱容器以外，可以通過(guò)提高環(huán)狀空間內(nèi)的溫度，并在適當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)容器的破壞，以確保令人滿(mǎn)意地破壞容器。例如， 熱氣流可以通過(guò)環(huán)狀空間，以軟化、熔融、或降解該容器。使用機(jī)械法可以實(shí)現(xiàn)容器的破壞。例如，可以在管中管組件的環(huán)狀空間 內(nèi)設(shè)置并任選地移動(dòng)包含至少一個(gè)銳緣的切割組件，以使得至少一個(gè)銳緣撕 裂或切割該容器，以實(shí)現(xiàn)破壞。該至少一個(gè)銳緣可以是其上附著有銳利材料(例如碎玻璃)的刀、針或釘(spike)、鋸條、繩或線(xiàn)材、或上述物質(zhì)的任意組合。該切割組件可以滑動(dòng)連接到導(dǎo)向桿或引導(dǎo)線(xiàn)上，其中導(dǎo)向桿或線(xiàn)材設(shè)置在環(huán)狀空間內(nèi)，隨后通過(guò)沿著導(dǎo)向桿或線(xiàn)材移動(dòng)該切割組件，以破壞其中的 容器。該切割組件還可附著至導(dǎo)向桿上，可以通過(guò)將切割組件和導(dǎo)向桿移動(dòng)過(guò)環(huán)狀空間來(lái)實(shí)現(xiàn)^c壞。容器可以包含用于引導(dǎo)加熱組件、或在整個(gè)環(huán)狀空間上的靠近容器表面 的切割組件，以確保容器的破壞。例如，容器可以具有連接到其表面上的導(dǎo)管或套圖(ferrule),其中可以插入導(dǎo)向桿。然后，加熱或切割組件可以沿著 導(dǎo)向桿滑動(dòng)，以影響容器的破壞。當(dāng)采用加熱組件進(jìn)行破壞時(shí)，導(dǎo)管可以包 含導(dǎo)熱材料(例如金屬)，以促進(jìn)從加熱組件傳遞熱量到容器的表面。當(dāng)對(duì)該裝配的管中管組件進(jìn)行彎曲時(shí)，可以通過(guò)壓縮來(lái)使容器機(jī)械破 壞。此處描述的管中管組件可以端對(duì)端地結(jié)合形成管線(xiàn)。實(shí)際上，裝配的管 線(xiàn)通常纏繞在線(xiàn)軸上，以允許在鋪管船上運(yùn)輸長(zhǎng)管線(xiàn)。該纏繞方法要求管線(xiàn) 和其各段的彎曲。該彎曲可以導(dǎo)致在外管和內(nèi)管之間壓縮容器，以破壞該容
權(quán)利要求
1.一種制冷劑系統(tǒng)，包括將壓縮的制冷劑向下游輸送至冷凝器的壓縮機(jī)，自所述冷凝器傳送至膨脹裝置、并從所述膨脹裝置傳送至蒸發(fā)器的制冷劑，自所述蒸發(fā)器回到所述壓縮機(jī)的制冷劑，用于使流體越過(guò)所述冷凝器移動(dòng)的流體移動(dòng)裝置，以及用于使流體越過(guò)所述蒸發(fā)器移動(dòng)的流體移動(dòng)裝置，用于所述冷凝器和所述蒸發(fā)器的所述流體移動(dòng)裝置以及所述壓縮機(jī)都設(shè)有電動(dòng)馬達(dá)，且所述電動(dòng)馬達(dá)中的至少一個(gè)設(shè)有變速驅(qū)動(dòng)器；和用于所述制冷劑系統(tǒng)的控制裝置，所述控制裝置是可操作的以便控制所述變速驅(qū)動(dòng)器，所述變速驅(qū)動(dòng)器是可操作的以便改變所述至少一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)行頻率并且獨(dú)立地改變提供給所述至少一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)的電壓，且所述控制裝置確定用于所述頻率和所述電壓的最優(yōu)值，以及驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)到所述的需要頻率和所述的需要電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，用于使流 體越過(guò)所述冷凝器和所述蒸發(fā)器移動(dòng)的所述流體移動(dòng)裝置為風(fēng)扇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，用于使流 體越過(guò)所述冷凝器和所述蒸發(fā)器移動(dòng)的所述流體移動(dòng)裝置為泵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮 機(jī)設(shè)有減荷器回路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，在所述蒸 發(fā)器和所述壓縮機(jī)之間放置有吸入調(diào)節(jié)閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，最優(yōu)電壓-頻率比值基于馬達(dá)栽荷而確定，且所述控制裝置驅(qū)動(dòng)所述頻率和所述 電壓以便獲得所述最優(yōu)電壓-頻率比值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，電壓隨著 所述馬達(dá)載荷接近特定高位值的增加而增加。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述至少 一個(gè)壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮才幾、螺桿式壓縮才幾和回轉(zhuǎn)式 壓縮才幾中的一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括來(lái)自一組壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、扭矩傳感器和 功率傳感器中的至少一個(gè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制冷劑系統(tǒng)，其特征在于，所述控制 裝置基于來(lái)自所述傳感器中的4壬一個(gè)的測(cè)量而確定用于所述頻率和 所述電壓的最優(yōu)值。
11. 一種運(yùn)行制冷劑系統(tǒng)的方法，包括步驟 提供將壓縮的制冷劑向下游輸送至冷凝器的壓縮機(jī)、自所述冷凝器傳送至膨脹裝置并從所迷膨脹裝置傳送至蒸發(fā)器的制冷劑、自所述 蒸發(fā)器傳送回到所述壓縮機(jī)的制冷劑；提供用于使流體越過(guò)所述冷凝器移動(dòng)的流體移動(dòng)裝置和用于使 流體越過(guò)所述蒸發(fā)器移動(dòng)的流體移動(dòng)裝置，用于所述冷凝器和所述蒸 發(fā)器的所述流體移動(dòng)裝置以及所述壓縮機(jī)都設(shè)有電動(dòng)馬達(dá)，且所述電 動(dòng)馬達(dá)中的至少一個(gè)設(shè)有變速驅(qū)動(dòng)器；和提供用于所述制冷劑系統(tǒng)的控制裝置，所述控制裝置是可操作的 以便控制所述變速驅(qū)動(dòng)器，所述變速驅(qū)動(dòng)器是可操作的以便改變所述電動(dòng)馬達(dá)的電壓，且所述控制裝置確定用于所述頻率和所述電壓的最 優(yōu)值，以及驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)到所述的需要頻率和所述的需 要電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，用于使流體越 過(guò)所述冷凝器和所述蒸發(fā)器移動(dòng)的所述流體移動(dòng)裝置為風(fēng)扇。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所迷的方法，其特征在于，用于使流體越 過(guò)所述冷凝器和所述蒸發(fā)器移動(dòng)的所述流體移動(dòng)裝置為泵。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所迷的方法、其特征在于，所述壓縮機(jī)設(shè)有減荷器回路。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述蒸發(fā)器 和所述壓縮機(jī)之間放置有吸入調(diào)節(jié)閥。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所迷的方法，其特征在于，最優(yōu)電壓-頻率比值基于所述制冷劑系統(tǒng)上的栽荷而確定，且所述控制裝置驅(qū)動(dòng)所述 頻率和所述電壓以便獲得所述最優(yōu)比值。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，電壓隨著所述 馬達(dá)載荷接近特定高位值的增加而增加。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所迷的方法，其特征在于，所述至少一個(gè) 壓縮機(jī)為往復(fù)式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式壓縮 機(jī)中的一種。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 來(lái)自一組壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、扭矩傳感器和功率 感傳器中的至少一個(gè)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制裝置 基于來(lái)自所述傳感器中的任一個(gè)的測(cè)量而確定用于所述頻率和所述 電壓的最優(yōu)值。
全文摘要
一種制冷劑系統(tǒng)設(shè)有至少一個(gè)變頻驅(qū)動(dòng)器。在過(guò)去，變頻驅(qū)動(dòng)器是可操作的，以便不考慮運(yùn)行而保持電壓-頻率比值的恒定。本發(fā)明意識(shí)到電壓-頻率比值的變化或會(huì)是合乎需要的，且制冷劑系統(tǒng)控制裝置驅(qū)動(dòng)與相應(yīng)的制冷劑系統(tǒng)部件相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)，以便達(dá)到最優(yōu)電壓-頻率比值，從而獲得較高的效率、提供操作安全性和防止有害停機(jī)。
文檔編號(hào)F25B1/00GK101233373SQ200680027754
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者A·利夫森, M·F·塔拉斯 申請(qǐng)人:開(kāi)利公司