專利名稱：用于監(jiān)測壓縮機(jī)過熱的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及壓縮機(jī)，并且更具體地，涉及用于監(jiān)測壓縮機(jī)的過熱狀態(tài)的系統(tǒng)和方
法。
背景技術(shù)：
本節(jié)中的陳述僅提供涉及本公開的背景信息，可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。壓縮機(jī)可用在各種各樣的工業(yè)應(yīng)用和住宅應(yīng)用中，用于使制冷劑在冰箱、熱泵、供 暖通風(fēng)與空調(diào)或制冷機(jī)系統(tǒng)(通常稱為“制冷系統(tǒng)”)中循環(huán)以提供期望的加熱或冷卻效 果。在前述任一應(yīng)用中，壓縮機(jī)應(yīng)當(dāng)提供一致而有效的操作來確保具體應(yīng)用(即，冰箱、熱 泵、采暖通風(fēng)與空調(diào)或制冷機(jī)系統(tǒng))正常運(yùn)行?？墒褂米兯賶嚎s機(jī)以根據(jù)制冷系統(tǒng)的負(fù)載 來改變壓縮機(jī)容量。保護(hù)、控制和診斷系統(tǒng)可利用壓縮機(jī)和制冷系統(tǒng)的操作參數(shù)來確保壓 縮機(jī)和制冷系統(tǒng)部件的最適宜的操作。例如，可利用蒸發(fā)器溫度和/或冷凝器溫度來診斷、 保護(hù)和控制壓縮機(jī)和其它制冷系統(tǒng)部件。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)，其連接于蒸發(fā)器；吸入傳感器，其輸出吸入信號(hào)， 所述吸入信號(hào)對應(yīng)于進(jìn)入所述壓縮機(jī)的制冷劑的溫度；以及控制模塊，其連接于所述蒸發(fā) 器的傳感器和所述吸入傳感器，所述控制模塊確定蒸發(fā)器溫度，基于所述蒸發(fā)器溫度和所 述吸入信號(hào)來計(jì)算吸入過熱度的溫度，通過將所述吸入過熱度與預(yù)定的吸入過熱度閾值進(jìn) 行比較來監(jiān)測所述壓縮機(jī)的過熱狀態(tài)，并基于所述監(jiān)測而調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度和與所述 壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的膨脹閥中的至少一個(gè)。在其它特征中，當(dāng)所述吸入過熱度大于所述預(yù)定的吸入過熱度閾值時(shí)，所述控制 模塊停止所述壓縮機(jī)。在其它特征中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。在其它特征中，所述控制模塊判斷所述吸入過熱度是否在預(yù)定的吸入過熱度范圍 內(nèi)，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍的上限對應(yīng)于所述預(yù)定的吸入過熱度閾值。在其它特征中，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍介于三十華氏度與五十華氏度之間， 并且其中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。在其它特征中，在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)所述控制模塊判定所述吸入過熱度在所述 預(yù)定的吸入過熱度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制模塊調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度。
提供了一種方法，包括判定連接于壓縮機(jī)的蒸發(fā)器的蒸發(fā)器溫度；接收吸入信號(hào)，所述吸入信號(hào)對應(yīng)于進(jìn)入所述壓縮機(jī)的制冷劑的溫度；基于所述蒸發(fā)器溫度和所述吸 入信號(hào)來計(jì)算吸入過熱度的溫度；通過將所述吸入過熱度與預(yù)定的吸入過熱度閾值進(jìn)行比 較來監(jiān)測所述壓縮機(jī)的過熱狀態(tài)；以及基于所述監(jiān)測來調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度和與所述壓 縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的膨脹閥中的至少一個(gè)。在其它特征中，所述方法包括當(dāng)所述吸入過熱度大于所述預(yù)定的吸入過熱度閾 值時(shí)，停止所述壓縮機(jī)。在其它特征中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。在其它特征中，所述方法包括判斷所述吸入過熱度是否在預(yù)定的吸入過熱度范 圍內(nèi)，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍的上限對應(yīng)于所述預(yù)定的吸入過熱度閾值。在其它特征中，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍介于三十華氏度與五十華氏度之間， 并且，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。在其它特征中，所述方法包括在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)所述吸入過熱度在所述預(yù)定 的吸入過熱度范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度。從本文提供的描述，其它應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。應(yīng)當(dāng)理解，這些描述及具體示 例僅出于說明的目的而非意在限制本公開的范圍。


此處所描述的附圖僅出于圖示的目的，而并非意在以任何方式限制本公開的范圍。圖1是制冷系統(tǒng)的示意圖。圖2是壓縮機(jī)的剖面圖。圖3是示出用于根據(jù)本教示的算法的步驟的流程圖。圖4是示出與吸入過熱度和室外溫度相關(guān)的排出過熱度的圖表。圖5是示出與蒸發(fā)器溫度和冷凝器溫度相關(guān)的排出管路溫度的圖表。圖6是示出壓縮機(jī)的工作包線的圖表。
具體實(shí)施例方式以下描述本質(zhì)上僅是示例性的，而并非意圖限制本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)當(dāng)理解， 附圖中自始至終相應(yīng)的附圖標(biāo)記指代相同或相應(yīng)的部件和特征。如本文所使用的，術(shù)語“模塊”、“控制模塊”以及“控制器”指的是以下各項(xiàng)中的一 個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件程序或固件程序的處理 器(共享的、專用的、或群機(jī)的)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路、或提供所述功能的其它適合的部 件。如本文所使用的，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)指的是能夠存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)用數(shù)據(jù)的任何介質(zhì)。計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)包括但不限于內(nèi)存、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、閃存、CD-ROM、軟盤、磁帶、其 它磁性介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)、或者能夠存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)用數(shù)據(jù)的任何其它設(shè)備或介質(zhì)。參見圖1，示例性制冷系統(tǒng)5包括壓縮制冷劑蒸氣的壓縮機(jī)10。盡管圖1中示出 特定制冷系統(tǒng)，但是本教示可應(yīng)用于任何制冷系統(tǒng)，包括熱泵、采暖通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)和 制冷機(jī)系統(tǒng)。來自壓縮機(jī)10的制冷劑蒸氣被輸送至冷凝器12，在此制冷劑蒸氣在高壓下液化，從而將熱量排放到外部空氣。離開冷凝器12的液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹閥14輸送到蒸發(fā) 器16。膨脹閥14可為用于控制制冷劑過熱度的機(jī)械或電子閥。制冷劑通過膨脹閥14，在 此壓力下降使高壓液態(tài)制冷劑成為低壓液體和蒸氣混合物。當(dāng)熱空氣穿過蒸發(fā)器16時(shí)，低 壓液體變成氣體，由此從蒸發(fā)器16帶走熱量。低壓氣體再被輸送到壓縮機(jī)10，在此被壓縮 成高壓氣體并被輸送到冷凝器12，從而再次開始制冷循環(huán)。壓縮機(jī)10可由控制模塊25監(jiān)測和控制?？刂颇K25包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)，所述數(shù)據(jù)包括由處理器執(zhí)行的、用于監(jiān)測和控制壓縮機(jī)10并用于實(shí)現(xiàn)本教示 的算法的軟件。如在題為“VARIABLESPEED COMPRESSOR PROTECT IONSYSTEM AND METHOF (變速壓 縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及方法)，，的美國申請系列號(hào)No. 60/978，258的公開文本——通過參引將其 結(jié)合入本文——中描述的，可利用吸氣過熱度(SSH)來監(jiān)測或預(yù)測壓縮機(jī)10的過熱狀態(tài)。 如本文所述，過熱狀態(tài)是不合期望的，并且可能對壓縮機(jī)10、壓縮機(jī)部件或制冷系統(tǒng)部件造 成損害。
壓縮機(jī)回液或過熱狀態(tài)是不合期望的并且可能對壓縮機(jī)10或其它制冷系統(tǒng)部件 造成損害。吸入過熱度(SSH)和/或排出過熱度(DSH)可能與壓縮機(jī)10的回液或過熱狀 態(tài)相關(guān)并且可以進(jìn)行監(jiān)測以檢測和/或預(yù)測壓縮機(jī)10的回液或過熱狀態(tài)。DSH是離開壓縮 機(jī)的制冷劑蒸氣的溫度(稱為排出管路溫度(DLT))與冷凝器飽和溫度(Tcond)之間的溫 差。吸入過熱度(SSH)是進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣的溫度(稱為吸入管路溫度(SLT))與 蒸發(fā)器飽和溫度(Tevap)之間的溫差。如圖4所示，SSH和DSH可以是相關(guān)的。對于渦旋式壓縮機(jī)而言，DSH和SSH之間 的相關(guān)關(guān)系可特別精確，而外部環(huán)境溫度僅為次要影響。如圖4所示，示出了對于室外溫度 (ODT)為一百一十五華氏度、九十五華氏度、七十五華氏度以及五十五華氏度的DSH和SSH 之間的相關(guān)關(guān)系。圖4中所示的相關(guān)關(guān)系僅是示例性的，并且特定壓縮機(jī)的特定相關(guān)關(guān)系 會(huì)因壓縮機(jī)類型、型號(hào)以及容量等而變化。當(dāng)SSH接近零華氏度或當(dāng)DSH接近二十至四十華氏度時(shí)，可能出現(xiàn)回液狀態(tài)。關(guān) 于過熱，當(dāng)SSH介于三十華氏度和五十華氏度之間時(shí)，可能開始出現(xiàn)過熱狀態(tài)。當(dāng)SSH大于 五十華氏度或當(dāng)DSH大于一百華氏度時(shí)，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的過熱狀態(tài)。在圖4中，示出了針對示例性制冷劑充料程度的典型SSH溫度。例如，隨著制冷系 統(tǒng)5中的制冷劑充料百分比減少，SSH通常增大。參見圖1，蒸發(fā)器16可包括能夠感測蒸發(fā)器溫度的蒸發(fā)器溫度傳感器40?？商?代地，可使用蒸發(fā)器壓力傳感器?？刂颇K25接收來自蒸發(fā)器溫度傳感器40的蒸發(fā)溫度 (Tevap) ο吸入傳感器34監(jiān)測進(jìn)入壓縮機(jī)10的制冷劑的溫度(即SLT)。可替代地，可使用吸 入溫度/壓力傳感器的組合。在這種情況下，由于可基于吸入壓力而推導(dǎo)出或測出Tevap， 所以控制模塊25可從傳感器的溫度部分接收SLT和從傳感器的壓力部分接收Tevap。此 夕卜，如在題為"VARIABLE SPEED COMPRESSOR PROTECTION SYSTEM ANDMETH0D (變速壓縮機(jī) 保護(hù)系統(tǒng)及方法)”的美國申請序列號(hào)No. 60/978，258的公開——通過參引將其結(jié)合入本 文一一中描述的，可從其它系統(tǒng)參數(shù)推導(dǎo)出Tevap。例如，Tevap可作為Tcond和DLT的函數(shù)而推導(dǎo)出，如在共同受讓的美國申請No. 11/059，646、美國公開No. 2005/0235660中描述的。對于變速壓縮機(jī)，該相關(guān)關(guān)系還能 夠反映出壓縮機(jī)速度。通過這種方式，Tevap可作為Tcond、DLT以及壓縮機(jī)速度的函數(shù)而 推導(dǎo)出。如圖5所示，示出了對于不同的Tcond水平，與DLT相關(guān)的Tevap。為此，可使用針 對不同速度的壓縮機(jī)特性線圖(compressor map)數(shù)據(jù)?？苫诤唵蔚耐茖?dǎo)而計(jì)算出Tcond和Tevap。此外，可基于以下方程進(jìn)行迭代計(jì)算
方程1 =Tcond = f (壓縮機(jī)功率，壓縮機(jī)速度，Tevap)方程2 =Tevap = f (Tcond, DLT,壓縮機(jī)速度)可對這些方程進(jìn)行多次迭代以實(shí)現(xiàn)收斂。例如，三次迭代可提供較理想的收斂。如 上所述，可使用較多次或較少次迭代，或者不迭代。還可利用針對不同速度的壓縮機(jī)特性線圖數(shù)據(jù)并基于DLT和壓縮機(jī)功率而基于 以下方程來確定Tevap和Tcond 方程3 =Tevap = f (壓縮機(jī)功率，壓縮機(jī)速度，DLT)方程4 =Tcond = f (壓縮機(jī)功率，壓縮機(jī)速度，DLT)控制模塊25可計(jì)算Tevap或從傳感器34的壓力部分接收Tevap數(shù)據(jù)。然后，控 制模塊25可計(jì)算作為SLT和Tevap之差的SSH。如圖1所示，吸入傳感器34位于壓縮機(jī)10外部并且當(dāng)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)10的吸 入口時(shí)監(jiān)測制冷劑的溫度。可替代地，可使用位于壓縮機(jī)內(nèi)部的吸入傳感器。如圖2所示， 吸入傳感器32可設(shè)置在壓縮機(jī)10的機(jī)殼內(nèi)。在這種情況下，SLT可經(jīng)由接線盒24通過電 連接而通信至控制模塊25?？刂颇K25可通過將SSH與預(yù)定的過熱度閾值進(jìn)行比較而監(jiān)測壓縮機(jī)10的過熱 狀態(tài)。如圖3所示，在步驟302，控制模塊25接收SLT數(shù)據(jù)。在步驟304，控制模塊25從 蒸發(fā)器溫度傳感器40接收Tevap。在步驟306，控制模塊25基于SLT和Tevap計(jì)算SSH。 可替代地，可基于其它感測的參數(shù)來估測或推導(dǎo)Tevap，如在上文和題為“VARIABLE SPEED COMPRESSOR PROTECTION SYSTEM ANDMETHOD (變速壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及方法)”的美國申請序 列號(hào)No. 60/978，258的公開——通過參引將其結(jié)合入本文——中描述的。在步驟308，控制模塊將SSH與預(yù)定閾值進(jìn)行比較以判斷是否存在過熱狀態(tài)。當(dāng)SSH介于零華氏度與三十華氏度之間時(shí)，控制模塊25可判定壓縮機(jī)10在正常 溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)SSH介于三十華氏度與五十華氏度之間時(shí)，控制模塊25可檢測出過熱 狀態(tài)并采取響應(yīng)措施。高于五十華氏度的SSH溫度可表明包括壓縮機(jī)渦旋體、軸承等在內(nèi) 的壓縮機(jī)部件有被損壞的風(fēng)險(xiǎn)?？刂颇K25還可在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)判斷SSH是否大于預(yù)定閾值。例如，控制模塊 25可在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)判斷何時(shí)SSH介于三十華氏度與五十華氏度之間或何時(shí)高于五十 華氏度。例如，該預(yù)定時(shí)間段可以是幾分鐘(如一分鐘、兩分鐘、五分鐘等)。第一預(yù)定時(shí)間 段(如五分鐘)可用于監(jiān)測SSH何時(shí)介于三十華氏度與五十華氏度之間。短于第一預(yù)定時(shí) 間段的第二預(yù)定時(shí)間段(如一分鐘或兩分鐘)可用于監(jiān)測SSH何時(shí)大于五十華氏度。應(yīng)當(dāng) 理解，任何時(shí)間段都可用來作為合適的時(shí)間段。如在題為“VARIABLESPEED COMPRESSOR PROTECT 10NSYSTEM AND METHOD (變速壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及方法)”的美國申請序列號(hào)No. 60/978，258的公開——通過參引將其結(jié)合入本文——中所述的，控制模塊25可響應(yīng)于過熱狀態(tài)而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行和/或調(diào)節(jié)膨脹閥 14。在嚴(yán)重過熱狀態(tài)下，控制模塊25可停止壓縮機(jī)10的運(yùn)行。控制模塊25還可產(chǎn)生存在 過熱狀態(tài)的警報(bào)或通知。如圖6所示，壓縮機(jī)工作包線可提供最大回液和最大SSH限值。此外，在渦旋 壓縮機(jī)的情況下，可提供最大渦旋體溫度限值(Tscroll)。此外，可提供最大馬達(dá)溫度 (Tmotor)。如圖6所示，可基于SSH而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)速度和膨脹閥14以確保壓縮機(jī)運(yùn)行處于 壓縮機(jī)工作包線以內(nèi)。通過這種方式，可將SSH保持在如圖6所示的可接受范圍內(nèi)。例如，在SSH介于三十華氏度與五十華氏度之間時(shí)，控制模塊25可降低壓縮機(jī)速 度或使膨脹閥14打開。當(dāng)SSH大于五十華氏度時(shí)，控制模塊25可停止壓縮機(jī)25的運(yùn)行。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)，其連接于蒸發(fā)器；吸入傳感器，其輸出吸入信號(hào)，所述吸入信號(hào)對應(yīng)于進(jìn)入所述壓縮機(jī)的制冷劑的溫度；以及控制模塊，其連接于所述蒸發(fā)器的傳感器和所述吸入傳感器，所述控制模塊確定蒸發(fā)器溫度，基于所述蒸發(fā)器溫度和所述吸入信號(hào)來計(jì)算吸入過熱度的溫度，通過將所述吸入過熱度與預(yù)定的吸入過熱度閾值進(jìn)行比較來監(jiān)測所述壓縮機(jī)的過熱狀態(tài)，并基于所述監(jiān)測而調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度和與所述壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的膨脹閥中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述吸入過熱度大于所述預(yù)定的吸入過熱度閾 值時(shí)，所述控制模塊停止所述壓縮機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制模塊判斷所述吸入過熱度是否在預(yù)定的 吸入過熱度范圍內(nèi)，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍的上限對應(yīng)于所述預(yù)定的吸入過熱度閾 值。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍介于三十華氏度與 五十華氏度之間，并且其中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)所述控制模塊判定所述吸入 過熱度在所述預(yù)定的吸入過熱度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制模塊調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度。
7.一種方法，包括判定連接于壓縮機(jī)的蒸發(fā)器的蒸發(fā)器溫度；接收吸入信號(hào)，所述吸入信號(hào)對應(yīng)于進(jìn)入所述壓縮機(jī)的制冷劑的溫度； 基于所述蒸發(fā)器溫度和所述吸入信號(hào)來計(jì)算吸入過熱度的溫度； 通過將所述吸入過熱度與預(yù)定的吸入過熱度閾值進(jìn)行比較來監(jiān)測所述壓縮機(jī)的過熱 狀態(tài)；以及基于所述監(jiān)測來調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度和與所述壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的膨脹閥中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括當(dāng)所述吸入過熱度大于所述預(yù)定的吸入過熱度 閾值時(shí)，停止所述壓縮機(jī)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括判斷所述吸入過熱度是否在預(yù)定的吸入過熱度 范圍內(nèi)，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍的上限對應(yīng)于所述預(yù)定的吸入過熱度閾值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述預(yù)定的吸入過熱度范圍介于三十華氏度與 五十華氏度之間，并且其中，所述預(yù)定的吸入過熱度閾值是五十華氏度。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)所述吸入過熱度在所述 預(yù)定的吸入過熱度范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的速度。
全文摘要
提供了用于監(jiān)測壓縮機(jī)的過熱狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。壓縮機(jī)連接于蒸發(fā)器。吸入傳感器輸出吸入信號(hào)，該吸入信號(hào)對應(yīng)于進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑的溫度?？刂颇K連接于蒸發(fā)器傳感器和吸入傳感器并確定蒸發(fā)器溫度，基于蒸發(fā)器溫度和吸入信號(hào)來計(jì)算吸入過熱度溫度，以及通過將吸入過熱度與預(yù)定的吸入過熱度閾值進(jìn)行比較來監(jiān)測壓縮機(jī)的過熱狀態(tài)。
文檔編號(hào)F04C28/28GK101821507SQ200880110616
公開日2010年9月1日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者丹尼爾·L·麥克斯威尼 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司