用于压缩机卸载系统的控制 |
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| 申请号 | CN201280069133.3 | 申请日 | 2012-12-06 | 公开(公告)号 | CN104105880B | 公开(公告)日 | 2016-07-06 |
| 申请人 | 比策尔美国公司; | 发明人 | T·纳雷斯; J·D·桑切斯; P·P·纳雷奥; | ||||
| 摘要 | 一种可变容量 压缩机 包括具有用于制冷剂的接收的入口和用于制冷剂的返回的出口的 外壳 以及包含于所述外壳内在所述入口和所述出口之间的多个压缩元件。所述可变容量压缩机包括具有电气控制的 阀 门 。所述阀门专用于少于所有的压缩元件的压缩元件。所述阀门可在向压缩元件输送制冷剂的第一状态和减少或者停止通往压缩元件的流量的第二状态之间移动。在本 发明 的 实施例 中，卸载 控制器 具有运转调节模式，其包括使所述阀门在开启和关闭状态之间循环，以提供压缩机容量的一部分。还将所述卸载控制器编程为提供在第一和第二状态之间的转换之间的最短延迟时间，但是不提供在转换之间的最大 停留时间 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种可变容量压缩机，包括： |
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| 说明书全文 | 用于压缩机卸载系统的控制技术领域[0001] 本发明总体上涉及用于调节压缩机或压缩机组的容量的系统。 背景技术[0002] 制冷系统，尤其是商业和工业制冷系统可以具有单个压缩机，但是这些系统常常包括若干制冷剂压缩机。通常要由足够的压缩机承受将强加于制冷系统上的可预见的峰值负荷。但是，大部分制冷系统只在一年当中的几个小时以峰值负荷运转，且花费大部分时间在低于峰值设计负荷的负荷点上工作。因而，希望能够调节制冷系统的容量(capacity)，从而在制冷系统上的负荷降低时节省能量并且降低工作成本。 [0003] 在其他常规制冷系统中，采用气体旁路系统来卸载压缩机。在气体旁路系统中，经压缩的制冷剂从压缩机的排放侧再循环回到压缩机的吸入侧。但是，在采用这种压缩机卸载方法的情况下，在使制冷剂再循环回到压缩机的吸入侧的每个周期当中都要浪费对制冷剂进行压缩所消耗的能量，因而降低了总系统效率。因此，维护和运行上文描述的类型的常规制冷系统可能需要高成本。 发明内容[0005] 在一个方面中，本发明的实施例提供了一种可变容量压缩机，其包括具有用于制冷剂的接收的入口和用于制冷剂的返回的出口的外壳以及包含于所述外壳内在所述入口和所述出口之间的多个压缩元件。所述压缩机还包括至少一个具有电气控制的阀门。每一阀门专用于少于所有的所述多个压缩元件的选定压缩元件。而且，每一阀门可在第一状态和第二状态之间移动，在第一状态中，所述至少一个阀门打开，从而向所述压缩元件传输制冷剂流，在第二状态中，所述至少一个阀门关闭，从而相对于第一打开状态降低或者停止通往压缩元件的流量。将卸载控制器编程为实施运转调节模式，从而使所述至少一个阀门在开启和关闭状态之间循环，以提供所述至少一个阀门的对应压缩元件所代表的容量的一部分。在本发明的特殊实施例中，将所述卸载控制器编程为在第一和第二状态之间的转换之间提供最短延迟时间，但是在转换之间没有最大停留时间。在更特别的实施例中，所述最短延迟时间具有从5到40秒的范围。 [0006] 在实施例中，所述至少一个阀包括柱塞和被配置为控制所述柱塞的移动的螺线管。在更为特别的实施例中，柱塞位于压缩机的排出室和压缩机的吸入室之间的流路内。在另一实施例中，将所述至少一个阀门配置为控制通往单个压缩元件的制冷剂流量。在又一实施例中，将所述至少一个阀门配置为控制通往一对压缩元件的制冷剂流量。所述可变容量压缩机可以包括多个阀门，每一阀门受到卸载控制器的控制。可以将卸载控制器编程为提供用于模拟控制信号的最短停留时间，从而只有在所述模拟控制信号在跨越阈值电压或电流水平之后没有在所述最短停留时间内再次跨越所述阈值水平时才发生所述第一和第二状态之间的转换。在特别实施例中，所述最短停留时间具有三到七秒的范围。此外，可以将所述卸载控制器编程为每当模拟控制信号跨越阈值电压或电流水平时就使时钟复位。 [0007] 在某些实施例中，来自制冷系统控制器的命令是以模拟控制信号的形式传输的，并且其中，所述第一和第二状态之间的变换是由所述模拟控制信号决定的。在特别实施例中，所述可变容量压缩机具有预期工作状态，其中，将所述卸载控制器编程为响应于所述模拟控制信号无限制地改变所述至少一个阀门在所述第一和第二状态当中停留的时间量，以便所述可变容量压缩机达到所述预期工作状态。 [0008] 在一个实施例中，所述卸载控制器包括被编程为响应于来自制冷系统控制器的模拟控制信号对螺线管供能的可编程逻辑控制器(PLC)。在某些实施例中，所述模拟控制信号的电压水平或电流水平具有预定范围，并且在所述模拟控制信号的电压水平或电流水平的变化的基础上命令所述至少一个阀门改变状态。 [0009] 在本发明的特殊实施例中，所述模拟控制信号的电压水平具有从最低电压到最高电压的范围。在更加特殊的实施例中，将所述卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电压水平小于低阈值电压时使所述至少一个阀门停留在所述第一和第二状态之一当中或者循环至所述第一和第二状态之一，在所述模拟控制信号的电压水平高于高阈值电压时使所述至少一个阀门停留在所述第一和第二状态中的另一状态当中或者循环至所述第一和第二状态中的另一状态；其中，所述高阈值电压大于所述低阈值电压，并且其中，所述低阈值电压和所述高阈值电压两者都大于所述最低电压，但是小于所述最高电压。在一些实施例中，在所述模拟控制信号的电压水平处于所述低阈值电压和所述高阈值电压之间时所述至少一个阀门不改变其状态。 [0010] 在某些实施例中，在所述模拟控制信号的电压水平处于低阈值电压和高阈值电压之间时，将所述卸载控制器编程为使所述至少一个阀门基于所述模拟控制信号的电压水平或电流水平的变化速率来改变状态。在一些实施例中，在所述模拟控制信号的电压水平处于低阈值电压和高阈值电压之间时，将所述卸载控制器编程为当所述模拟控制信号的电压水平或电流水平在预定时间段内下降了预定量时使所述至少一个阀门保持闭合或者从打开循环至闭合，在所述模拟控制信号的电压水平或电流水平在预定时间段内升高了预定量时使所述至少一个阀门保持打开，或者从闭合循环至打开。 [0011] 在另一实施例中，所述模拟控制信号的电流水平具有从最低电流到最高电流的范围。在更为特殊的实施例中，将所述卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电流水平小于低阈值电流时使所述至少一个阀门停留在所述第一和第二状态之一当中，在所述模拟控制信号的电流水平大于高阈值电流时使所述至少一个阀门停留在所述第一和第二状态的另一状态当中，其中，所述高阈值电流大于多数低阈值电流，并且其中，所述低阈值电流和所述高阈值电流两者都大于最低电流，但是小于最大电流。在一些实施例中，在所述模拟控制信号的电流水平处于低阈值电流和高阈值电流之间时，所述至少一个阀门不改变其状态。 [0012] 在特殊实施例中，所述可变容量压缩机还包括第二阀门，第二阀门与所述至少一个阀门相结合控制通往少于所有的所述多个压缩元件的制冷剂流量。在又一特殊实施例中，所述可变容量压缩机还包括第三控制阀，第三控制阀与所述第一和第二控制阀结合控制通往少于所有的所述多个压缩元件的气体流量。 [0013] 在另一方面中，本发明的实施例提供了一种包括具有蒸发器和冷凝器的制冷线路的制冷系统。所述制冷系统还包括多个被配置为使制冷剂通过所述制冷线路循环的制冷剂压缩机。在特殊实施例中，所述多个制冷剂压缩机包括具有多个气缸的修整压缩机。可以对通往所述修整压缩机的制冷剂流量进行调节，以改变所述制冷系统的容量。在所述多个气缸中的每者当中对制冷剂进行压缩。在这一实施例中，所述修整压缩机还包括至少一个用于调节通往少于所有的所述多个气缸的制冷剂流量的控制阀。此外，所述至少一个控制阀被配置为在打开和关闭位置之间转换，并且处于修整压缩机的气缸盖内。所述制冷系统还包括制冷系统控制器，其调节来自所述多个压缩机的总制冷剂输出的比率。此外，所述制冷系统包括被配置为接收来自制冷系统控制器的控制信号的可变卸载控制器。还将所述可变卸载控制器配置为向所述至少一个控制阀发送控制信号，以改变来自修整压缩机的制冷剂输出的比率。 [0014] 在一个实施例中，所述修整压缩机包括多个控制阀，它们被配置为调节通往少于所有的所述多个气缸的制冷剂流量。在特殊实施例中，所述修整压缩机包括六个气缸，还包括一个或者两个控制阀。在又一个特殊实施例中，所述修整压缩机包括八个气缸，并且还包括两个或者三个控制阀。 [0015] 在本发明的特殊实施例中，来自所述制冷系统控制器的控制信号是根据施加到制冷系统上的负荷而变化的模拟控制信号，并且，将所述可变卸载控制器编程为提供所述打开和关闭位置之间的转换之间的最短延迟时间，但是不提供在所述转换之间的最大停留时间。在更为特殊的实施例中，所述最短延迟时间具有从10到30秒的范围。 [0016] 在另一实施例中，所述制冷系统还包括第二修整压缩机，第二修整压缩机具有第二可变卸载控制器和位于所述第二修整压缩机的气缸盖内的至少一个控制阀，其中，将所述第二可变卸载控制器配置为向用于所述第二修整压缩机的至少一个控制阀发送控制信号，以改变来自所述第二修整压缩机的制冷剂输出的比率。在更加特殊的实施例中，将所述可变卸载控制器和所述第二可变卸载控制器配置为独立于彼此工作。 [0017] 在本发明的特殊实施例中，所述模拟控制信号的电压水平具有从最低电压到最高电压的范围。在更加特殊的实施例中，将所述卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电压水平小于四伏时使所述至少一个阀门停留在所述打开和关闭位置之一上或者循环至所述打开和关闭位置之一，在所述模拟控制信号的电压水平大于六伏时使所述至少一个阀门停留在所述打开和关闭位置中的另一位置上或者循环至所述打开和关闭位置中的另一位置。 [0018] 在替代实施例中，所述模拟控制信号的电流水平具有从最低电流到最高电流的范围。在更加特殊的实施例中，将所述卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电流水平小于低阈值电流时使所述至少一个阀门停留在打开和关闭位置之一上，在所述模拟控制信号的电流水平大于高阈值电流时使所述至少一个阀门停留在打开和关闭位置中的另一个上。 [0019] 在另一实施例中，所述至少一个控制阀包括柱塞和被配置为控制所述柱塞的移动的螺线管。在更加特殊的实施例中，所述可变卸载控制器包括PLC控制器，PLC控制器被编程为响应于来自所述制冷系统控制器的模拟控制信号对螺线管供能。 [0020] 在制冷系统的特殊实施例中，模拟控制信号的电压水平或电流水平在预定范围内变化，并且基于所述模拟控制信号的电压水平或电流水平的变化来命令所述至少一个控制阀改变状态。在某些实施例中，所述模拟控制信号的电压水平具有从最低电压到最高电压的范围，并且将所述可变卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电压水平小于低阈值电压时使所述至少一个控制阀停留在所述打开和关闭位置之一上或者循环至所述打开和关闭位置之一，在所述模拟控制信号的电压水平大于高阈值电压时使所述至少一个控制阀停留在所述打开和关闭位置中的另一位置上或者循环至所述打开和关闭位置中的另一位置。在这些情况下，所述高阈值电压大于所述低阈值电压，并且所述高阈值电压和所述低阈值电压两者都大于所述最低电压但是小于所述最高电压。在本发明的实施例中，所述模拟控制信号的电流水平具有从最低电流到最高电流的范围，并且将所述可变卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电流水平小于低阈值电流时使所述至少一个控制阀停留在所述打开和关闭位置之一上或者循环至所述打开和关闭位置之一，在所述模拟控制信号的电流水平大于高阈值电流时使所述至少一个控制阀停留在所述打开和关闭位置中的另一位置上或者循环至所述打开和关闭位置中的另一位置。在这些实施例中，所述高阈值电流大于所述低阈值电流，并且所述高阈值电流和所述低阈值电流两者都大于所述最低电流但是小于所述最高电流。 [0021] 在某些方面当中，将所述卸载控制器编程为在所述模拟控制信号的电压水平小于低阈值电压时使所述至少一个控制阀停留在所述第一和第二状态之一当中或者循环至所述第一和第二状态之一，在所述模拟控制信号的电压水平大于高阈值电压时使所述至少一个控制阀停留在所述第一和第二状态中的另一状态当中或者循环至在所述第一和第二状态中的另一状态。在所述模拟控制信号的电压水平处于低阈值电压和高阈值电压之间时，将所述卸载控制器编程为使所述至少一个控制阀基于所述模拟控制信号的电压水平或电流水平的变化速率来改变状态。 [0022] 在特殊实施例中，在所述模拟控制信号的电压水平处于低阈值电压和高阈值电压之间时，将所述卸载控制器编程为当所述模拟控制信号的电压水平或电流水平在预定时间段内下降了预定量时使所述至少一个控制阀保持闭合或者从打开循环至闭合，在所述模拟控制信号的电压水平或电流水平在预定时间段内升高了预定量时使所述至少一个控制阀保持打开，或者从闭合循环至打开。 [0023] 在又一方面中，本发明的实施例提供了一种调节可变容量压缩机中的制冷剂流量的方法，其包括将制冷剂引入到具有多个压缩机元件的压缩机内，并采用多个专用阀门单独地控制通往不同的压缩元件组的流量。在实施例中，所述方法还包括在打开和关闭位置之间相互独立地控制各个专用阀门。 [0024] 在特殊实施例中，采用多个专用阀门单独地控制通往不同的压缩机元件组的流量包括采用多个专用阀门单独地控制通往不同的压缩机元件组的流量，其中，所述不同的压缩机元件组包括少于所有的所述多个压缩机元件。在另一实施例中，采用多个专用阀门单独地控制通往不同的压缩机元件组的流量包括采用多个专用螺线管阀单独地控制通往不同的压缩机元件组的流量。 [0025] 在另一实施例中，相互独立地控制所述专用阀门包括通过电耦合至每一专用阀门的可变卸载控制器相互独立地控制所述专用阀门。 附图说明[0027] 被并入说明书中的并且构成了说明书的一部分的附图示出了本发明的几个方面，其与描述一起用来说明本发明的原理。在附图中： [0028] 图1是根据本发明的实施例的在满负荷条件下工作的压缩机的截面图； [0029] 图2是在根据本发明的实施例构建的在卸载条件下工作的压缩机的截面图； [0030] 图3是根据本发明的实施例构建的具有多个缸的压缩机的制冷系统的示意图； [0031] 图4是根据本发明的实施例构建的具有多个缸的压缩机的制冷系统的示意图； [0032] 图5是根据本发明的实施例构建的多压缩机制冷系统的示意图。 具体实施方式[0034] 下文的详细描述将描述本发明的应用于制冷系统当中的实施例。但是，本领域技术人员将认识到本发明未必局限于制冷系统。本发明的实施例也可以应用于在其他采用压缩机供应压缩气体流的系统当中。 [0035] 如下文所示，施加到制冷系统上的需求可以随施加到制冷系统上的负荷而变化。一种提高制冷系统的效率的方式涉及响应于需求的变化而调整制冷系统的容量，即，调节制冷系统的输出。本发明的实施例提供了一种用于调节制冷系统的容量的系统，所述调节系统能够在无需定制部件的情况下实现，并且能够进一步用于对现有的制冷系统进行改装，以降低运行这些系统的成本。 [0036] 图1示出了根据本发明的实施例的用于卸载压缩机，即，降低来自该压缩机的压缩气体的流量的系统。图1示出了在满负荷条件下工作的压缩机100的截面图，例如，所述压缩机是在制冷系统中使用的。“满负荷”条件是指压缩机100在不对进入压缩机的冷冻剂流量做任何限制的情况下工作。压缩机100是具有压缩元件的往复式活塞型压缩机，所述压缩元件包括气缸102连同活塞104，从而对气体进行压缩，例如，它们可以是在制冷系统当中使用的。但是，本领域技术人员将认识到可以将本发明的实施例与活塞型压缩机以外的压缩机结合使用。压缩机100还包括具有入口107的吸入室106和排出室108。在从吸入室106到气缸102的流径当中具有入口阀110，在从气缸102到排出室108的流径当中具有出口阀112。 [0037] 位于气缸102上面的气缸盖114界定了吸入室106的基本部分，并且还容纳着柱塞116，柱塞116至少部分地设置在吸入室106内并且被配置为调节或停止进入吸入室106内的气体的流量。在本发明的实施例中，气缸盖114的上部包括控制阀118。在图1和图2的实施例中，控制阀118是具有线圈120和电枢122的螺线管阀。尽管设想了其他类型的控制阀118，但是在下文所述的例子和实施例中，将认为控制阀118是图1和图2所示的类型的螺线管阀。此外，在下文中词语“控制阀”和“螺线管阀”可互换使用。将电枢122设置到排气端口124中的从排出室108通过气缸盖114延伸至柱塞116的流径内。 [0038] 在本发明的特殊实施例中，在压缩机100的满负荷操作过程中，制冷剂流入到吸入室106内，并从吸入室通过入口阀110流入到气缸102内。通过活塞104在气缸102内对制冷剂进行压缩，之后使其通过出口阀112流入到排出室108内。在至少一个实施例中，在满负荷操作过程中对螺线管阀118去供能。电枢122包括诸如弹簧的偏置元件(未示出)，从而在螺线管被去供能时，通过所述偏置元件使电枢122相对于图1的取向向下延伸。在这一向下的位置上，电枢122阻断排气端口124的流径。在流径被阻断的情况下，柱塞116相对于图1的取向留在其向上的位置上，因而允许制冷剂连续地流入到吸入室106内。 [0039] 图2示出了具有图1所示的包括气缸102和活塞104的压缩元件的压缩机150的截面图，其中，压缩机150在卸载条件下工作。在对螺线管阀118供能，从而使电枢122相对于图1的取向沿向上的方向逆着偏置元件(未示出)移动时，将发生压缩机150的卸载。电枢122的这一向上的移动允许排出室109中的制冷剂通过排气端口124经过电枢122流至柱塞116。 [0040] 通常，排出室109中的制冷剂已经经过了压缩，并且处于比吸入室106中的制冷剂高的压力上。经由排气端口124来自排出室109的具有较高压力的制冷剂向柱塞116施加向下的力，从而使得其阻塞通往吸入室106的入口107。在不使制冷剂流入到吸入室106内的情况下，将没有来自气缸102的制冷剂流。因而，在本发明的实施例中，在柱塞阻塞进入特定气缸或者气缸对的吸入室的制冷剂流时发生压缩机150的卸载。在特定实施例中，往复式活塞104将继续运行，尽管没有制冷剂流入气缸102。在本发明的替代实施例中，可以采用除了螺线管阀以外的阀门来卸载压缩机。此外，可以采用机械手段而不是通过制冷剂气体对用于这样的阀门的柱塞进行致动。 [0041] 设想到，图1和图2的压缩机100、150以及在本发明的实施例中采用的其他压缩机是多气缸往复式活塞型压缩机。因而，在这些多气缸压缩机100、150中，一个压缩元件可以包括不被供应有制冷剂(即，被卸载)的气缸102，同时在压缩机100、150中还有其他的将被供应有制冷剂的压缩元件。此外，在本发明的实施例中，可以将柱塞116配置为调节通往两个相邻气缸的制冷剂流量。 [0042] 但是，本发明的实施例以用于卸载压缩机100、150的系统为特征，其中，将卸载设备(即螺线管阀118和柱塞116)配置为调节通往少于压缩机100、150中的全部气缸的制冷剂流量。因而，总是有一定的制冷剂流量通往压缩机100、150的未以螺线管阀118和柱塞116阻挡住通往其吸入室的制冷剂流量的气缸。在压缩机100、150的卸载过程中，其有助于避免过热，因为制冷剂流提供了冷却效应，以抵消压缩机100、150中的以降低的制冷剂流量工作的那些活塞和气缸生成的热量。 [0043] 在特殊实施例中，图2的压缩机150包括容纳柱塞的气缸盖115，所述柱塞调节通往图1所示的气缸102以及具有第二活塞132(如虚图所示)的第二气缸130(如虚图所示)的制冷剂流量。制冷剂从吸入室106经由第二入口阀134(如虚图所示)流入到第二气缸130内，并且一旦受到压缩就从第二气缸130经由第二出口阀136(如虚图所示)流入到排出室109内。 [0044] 例如，常见的多气缸压缩机是具有四个气缸的压缩机。图3提供了具有两个压缩机205的示范性制冷系统200的示意图，每一压缩机具有四个气缸210、212，以及被配置为向两个压缩机205提供制冷剂的输入流线路206和被配置为将经压缩的制冷剂传输离开压缩机 205的输出流线路208。但是文中关于图3的制冷系统200以及图4的系统描述的原理同样适用于具有两个以上的压缩机的制冷系统。在图3的例子中，每一压缩机205包括被配置为调节控制阀118的可变卸载控制器214。两个可变卸载控制器214均电耦合至制冷系统控制器 215。 [0045] 在图3的实施例中，每一四气缸压缩机205包括电耦合至所述可变卸载控制器214的可以是螺线管阀的控制阀118，还包括被配置为调节通往所述压缩机205的两个气缸210的制冷剂流量的柱塞116(图1所示)，如图3所示。因而，在通过可变卸载控制器214对压缩机205卸载的过程中，制冷剂不间断地流向两个气缸212。在这一实施例中，所述的四气缸压缩机205可以按照两种模式工作：在满负荷条件下以100％的容量工作；或者在卸载条件下以处于50％和100％之间的任何容量工作。还设想到，制冷系统可以采用两气缸或三气缸压缩机，其中，螺线管阀118和柱塞116调节通往一个气缸的流量，如图1所示。但是，也可能是这种情况，即，四气缸压缩机可以具有一套或多套螺线管阀118及柱塞116，每套螺线管阀118及柱塞116对通往压缩机的一个气缸的流量进行调节。 [0046] 六气缸和八气缸压气机在制冷系统当中也相当常见。图3还示出了采用具有第五和第六气缸216(如虚图所示)的压缩机205的制冷系统200。根据本发明的实施例，六气缸压缩机可以具有一套或两套螺线管阀118及柱塞116，每套螺线管阀118及柱塞116调节通往六个气缸中的两个气缸的流量。图3还示出了这样一个特殊实施例，其中，六气缸压缩机205包括可以是螺线管阀的第二控制阀118(如虚图中所示)，第二控制阀118被配置为调节通往两个气缸212的制冷剂流量。 [0047] 具有一个螺线管阀118和一个柱塞116(如图1所示)的六气缸压缩机205将在压缩机卸载过程中使制冷剂不间断地流向六个气缸中的四个气缸212、216。如此配置的六气缸压缩机205将在两种模式下工作：在满负荷条件下以100％的容量工作；或者在卸载条件下以67％和100％之间的容量工作。具有两套螺线管阀118及柱塞116(每套螺线管阀118及柱塞116调节通往六个气缸中的两个气缸的流量)的六气缸压缩机205将使制冷剂不间断地流向两个气缸216，其将具有三个工作模式：在满负荷条件下具有100％的容量；在只采用一套螺线管阀118及柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于67％和100％之间的任何容量；或者在采用两套螺线管阀118和柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于33％和100％之间的任何容量。但是，本领域技术人员将认识到可以构建根据本发明的实施例的一种六气缸压缩机，其中，所述压缩机具有从一套到五套当中的任何套数的螺线管阀118和柱塞116，每套螺线管阀118和柱塞116调节通往六气缸压缩机的一个气缸的流量。 [0048] 也可以将图3所示的布置应用到具有八气缸压缩机的系统当中。根据上文所述，八气缸压缩机将具有一套、两套或三套螺线管阀118和柱塞116(图1所示)，每套螺线管阀118和柱塞116调节通往八个气缸中的两个的流量。在采用一套螺线管阀118和柱塞116的情况下，八气缸压缩机将在两个模式下工作：在满负荷条件下具有100％的容量；或者在卸载条件下具有处于75％和100％之间的任何容量。 [0049] 在采用两套螺线管阀118和柱塞116的情况下，所述八气缸压缩机将按照三个模式工作：在满负荷条件下具有100％的容量；在仅采用一套螺线管阀118和柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于75％和100之间的任何容量；或者在采用两套螺线管阀118和柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于50％和100％之间的任何容量。 [0050] 在采用三套螺线管阀118和柱塞116的情况下，所述八气缸压缩机将按照四个模式工作：在满负荷条件下具有100％的容量；在仅采用一套螺线管阀118和柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于75％和100之间的任何容量；在采用两套螺线管阀118和柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于50％和100％之间的任何容量；或者在采用所有的三套螺线管阀118和柱塞116对压缩机卸载的情况下具有处于25％和100％之间的任何容量。 [0051] 但是，本领域技术人员将认识到可以根据本发明的实施例构建一种八气缸压缩机，其中，所述压缩机具有从一套到七套当中的任何套数的螺线管阀118和柱塞116，每套螺线管阀118和柱塞116调节通往八气缸压缩机中的一个气缸的流量。此外，本领域技术人员将认识到，可以将文中描述的本发明的实施例与具有任何数量的气缸和活塞的压缩机一起使用。 [0052] 图4所示的本发明的替代实施例提供了一种制冷系统250，制冷系统250具有两个四气缸压缩机255、输入流线路206和输出流线路208。如上文所述，文中描述的工作原理还适用于具有两个以上的压缩机的制冷系统。制冷系统250与图3所示的制冷系统200类似，除了压缩机255中的每个包括被配置为调节通往压缩机255中的所有气缸的制冷剂流量的两套控制阀118和柱塞116(图1所示)，它们可以是电耦合至卸载控制器214的螺线管阀。在图4所示的本发明的特殊实施例中，压缩机255是具有被配置为调节通往所有的四个气缸210、212的制冷剂流量的两个螺线管阀118和两个柱塞116的四气缸压缩机。因而，在卸载过程中，可以使这一压缩机255的输出具有从某一略微高于额定容量的零百分比的容量到某一略低于100％的额定容量的容量的变化范围。在这一实施例中，两控制阀118都是可变卸载装置，其被配置为在压缩机255的运行过程中根据需要受到可变卸载控制器214的调节或者被循环开启和关闭，以实现预期的运行状态。 [0053] 在另一实施例中，控制阀118之一是可变卸载装置，该可变卸载装置被配置为根据需要循环开启和关闭，从而在相对较窄的限度内调节压缩机255的容量，由此使制冷系统250在预期的工作区域内工作，而另一个控制阀118则是固定卸载装置，该固定卸载装置被配置为在扩展的时间段内要么保持开启，要么保持关闭。在这一实施例中，固定和可变控制阀118及柱塞116(如图1所示)是等同的。唯一的差异是可变卸载控制器214对这些阀门118行使的控制。在固定控制阀118处于关闭或闭合位置时，可变控制阀118能够将压缩机255的容量从某一略微高于额定容量的零百分比的容量调节至额定容量的50％。在固定控制阀 118处于开启或开放位置时，可变控制阀118能够将压缩机255的容量从额定容量的50％调节至额定容量的100％。 [0054] 因而，能够将可变卸载控制器214配置为包括针对多气缸压缩机255的固定卸载加可变卸载的程序设计。因而，压缩机255能够采用固定卸载控制阀118做出大的容量调整，采用可变卸载控制阀118做出精确的容量调整。将固定卸载控制阀118配置为有选择地切断通往选定压缩元件的制冷剂流，从而使负荷容量降低选定压缩元件所代表的对应负荷容量部分，同时将可变控制阀118配置为根据需要进行循环，以调节通往选定压缩元件的制冷剂流量，从而修整压缩机255的负荷容量，修整量为选定压缩元件的总负荷容量的一部分。 [0055] 在本发明的又一实施例中，制冷系统250具有两个六气缸压缩机255。如图4所示，压缩机255具有第五和第六气缸216(虚图中所示)，以及调节通往第五和第六气缸216的制冷剂流量的第三螺线管阀118和柱塞(图1所示)。与上面的例子中一样，在通过可变卸载控制器214的操作进行卸载的过程中，这一压缩机255的输出可以在从某一略高于额定容量的零百分比的容量到某一略低于100％的额定容量的容量的范围内变化。与上文所述的四气缸压缩机的情况一样，六气缸压缩机255可以既包括固定卸载螺线管阀118又包括可变卸载螺线管阀118。图4的实施例可以包括具有两个固定卸载螺线管阀118和一个可变卸载螺线管阀118或者具有一个固定卸载螺线管阀118和两个可变卸载螺线管阀118的压缩机。因而，有很多种可能的变型，其中，固定卸载螺线管阀118按照33％的梯级调整压缩机255的容量，并且其中，可变卸载螺线管阀118提供精细的、递增的容量调整。 [0056] 在上文描述的本发明的各实施例中，通过可变卸载控制器控制螺线管阀118。图5提供了具有N个压缩机的多压缩机制冷系统的示意图。将制冷系统300的N个压缩机连接到并联线路中，所述并联线路具有向所述N个压缩机提供制冷剂流的输入流线路206以及将经压缩的制冷剂传输离开所述N个压缩机的输出流线路208。所述输出流线路208将制冷剂流提供给冷凝机304。在特殊实施例中，冷凝机304包括液体流热交换器306(例如，空气或液体冷却剂)，其提供跨越冷凝机304的流动，从而使所述经压缩的高压制冷剂冷却并由此凝结。 [0057] 将用于提供冷却的膨胀单元308也布置到处于冷凝机304的下游的流体系(series)当中。在替代实施例中，所述冷凝机304可以为多个并联布置的膨胀单元提供供给。在图5的实施例中，膨胀单元308包括开启/关闭停止阀310，开启/关闭停止阀310受到制冷系统控制器215控制，从而在制冷系统300上的需求负荷有要求时允许膨胀单元308运转以提供冷却，在没有这样的需求时排除膨胀单元308的运转。膨胀单元308还包括膨胀阀 312，膨胀阀312可以对在位置314处感测到的膨胀单元308的下游压力做出响应或者部分受其控制。将膨胀阀312配置为控制向膨胀单元308内的制冷剂排放，其中，由于膨胀的原因，热量被吸收，从而使制冷剂膨胀为气态，由此在膨胀单元308处建立了冷却/制冷效应。膨胀单元308使处于气态的膨胀制冷剂沿入口流线路206返回至由所述N个往复式压缩机构成的机组(bank)。 [0058] 在本发明的实施例中，制冷系统300中的所有N个压缩机具有多个气缸。在本发明的至少一个实施例中，一个压缩机起到修整压缩机302的作用，修整压缩机302具有一套或多套被配置为调节通往少于全部的所述多个气缸的制冷剂流量的螺线管阀118及柱塞116(如图1所示)。修整压缩机302包括耦合至制冷系统控制器215的可变卸载控制器214。在本发明的实施例中，修整压缩机302是制冷系统300中的第一开启的压缩机，也是最后一个关闭的压缩机。在实践当中，就很多商业和工业制冷系统而言，设想到修整压缩机将连续工作。 [0059] 在至少一个实施例中是现成的可编程逻辑控制器(PLC)的可变卸载控制器214被耦合至修整压缩机302上的一个或多个螺线管阀118，以调节通往少于修整压缩机302中的全部气缸的制冷剂流量，以调节修整压缩机302的容量，并因此调节制冷系统300的容量。在至少一个实施例中，制冷系统控制器215生成调节制冷系统300的容量的控制信号。在特定的实施例中，这一控制信号是模拟控制信号。在一些制冷系统中，这一模拟控制信号是响应于来自一个或多个传感器(例如，温度传感器、压力传感器)的输入生成的，所述传感器将提供施加在所述制冷系统上的负荷的某种指示。 [0060] 在图5的实施例中，制冷系统控制器215耦合至传感器316。传感器316可以是被配置为感测制冷系统300中的吸入压力的压力传感器，或者在替代实施例中，传感器316可以是位于受到制冷系统300冷却的储藏室内的温度传感器。在特定实施例中，制冷系统控制器215采用来自传感器316的数据确定模拟控制信号的电压或电流水平。此外，在一些常规制冷系统中，这一模拟控制信号的作用在于提高或者降低压缩机电动机的速度，以调节系统的容量。 [0061] 不过，在本发明的特殊实施例中，将可变卸载控制器214配置为将来自制冷系统控制器215的模拟控制信号转换为ON/OFF(即，开放/闭合)控制信号，从而对修整压缩机302上的一个或多个螺线管阀118进行操作。在实施例中，将可变卸载控制器214配置为在所述模拟控制信号的电压水平的基础上使螺线管阀118循环操作。例如，在要对修整压缩机302卸载时，可变卸载控制器214使得螺线管阀118闭合，直到所述模拟控制信号的电压水平指示应当将螺线管阀118打开为止。 [0062] 在特殊实施例中，将可变卸载控制器214配置为接受来自制冷系统控制器215的可变模拟控制信号，例如，该信号处于零到10伏之间的范围内。为了适应各种类型的制冷系统控制器215，在本发明的替代实施例中，将可变卸载控制器214配置为接受来自制冷系统控制器215的可变模拟控制信号，例如，所述信号的电流处于4毫安(mA)到20mA的范围内。 [0063] 但是，在本发明的替代实施例中，可以将可变卸载控制器214和制冷系统控制器215配置为采用除了零伏到10伏之外的各种范围的所述模拟控制信号电压水平或者除了 4mA到20mA之外的各种范围的电流水平来工作，其中，所述范围可以大于或者小于上文的例子中提供的那些范围。 [0064] 在本发明的其中所述模拟控制信号具有零伏到10伏的范围的特殊实施例中，制冷系统300可以包括耦合至修整压缩机302的可变卸载控制器214，将可变卸载控制器214编程为只要所述模拟控制信号的电压水平跨越了4伏的阈值水平或者6伏的阈值水平就使所述控制阀118循环操作。例如，如果制冷系统300上的负荷使得能够降低制冷系统中的压缩机的输出以节省能量并降低运转成本，那么制冷系统控制器215将生成小于四伏的模拟控制信号，从而使可变卸载控制器214关闭控制阀118。 [0065] 在某一点上，制冷系统300上的负荷将提高，或者制冷系统传感器将指示需要提高的制冷系统300输出。其将使得制冷系统控制器215生成超过六伏的模拟控制信号，从而使得可变卸载控制器214打开控制阀118。在这一实施例中，在模拟控制信号电压处于四伏和六伏之间时，将不会发生控制阀118的循环操作。通过这种方式，可变卸载控制器214能够连续地改变修整压缩机302的容量，以调节制冷系统300的容量。当然，可以同样容易地对可变卸载控制器214编程，使之在模拟控制信号小于四伏时打开控制阀118，在模拟控制信号超过六伏时关闭控制阀118。应当理解，所述的四伏和六伏阈值水平是示范性的。可以将所述阈值水平设定为处于所述模拟控制信号的范围内的任何水平。此外，如上文所暗示的，可以将可变卸载控制器214编程为在沿任一方向跨越阈值水平时采取特定的操作，或执行特定的功能。 [0066] 可变卸载控制器214可以通过这种方式继续修整压缩机302的运转，即，只要所述模拟控制信号跨越了所述4伏或者6伏的阈值就使控制阀118循环工作。但是，为了避免控制阀118的可能导致其内的螺线管部件的频繁更换的过度循环操作，在本发明的实施例中，在特定的实施例中将可变卸载控制器214编程为实施螺线管阀118在开启和关闭位置之间的转换之间的最短延迟时间。在本发明的特别实施例中，所述最短延迟时间可以短至5秒或者长至40秒，或者有可能更长。但是，应当指出，在本发明的特定实施例中，可以将所述可变卸载控制器编程为在没有最短延迟时间的情况下工作。模拟控制信号不发生快速变化的适当稳定的制冷系统可以在没有所述最短延迟时间的情况下工作。在这种情况下，只要模拟控制信号跨越阈值电压(或电流)水平，控制阀118就将改变状态。 [0067] 但是，在将可变卸载控制器214编程为实施这样的最短延迟时间的系统当中，所述最短延迟时间越短，修整压缩机302对制冷系统控制器215的需求的响应就可以越快，同时一般将较长的最低延迟时间视为能够为螺线管阀118提供较长的寿命。在特殊实施例中，将可变卸载控制器214编程为实施20秒的最短延迟时间，同时在替代实施例中，将可变卸载控制器214编程为实施10秒或者30秒的最短延迟时间。但是，也设想到可以采用可变卸载控制器214具有低于五秒或者大于一分钟的最短延迟时间的制冷系统。 [0068] 例如，考虑最短延迟时间为20秒并且所述模拟控制信号范围为零到10伏的实施例，其中，将所述可变卸载控制器214编程为在所述模拟控制信号跨越4伏阈值或者6伏阈值时使螺线管阀118循环工作。如果模拟控制信号从不到四伏变为6.5伏，从而使得可变卸载控制器214打开螺线管阀118，然后五秒之后所述模拟控制信号电压又降至3.5伏，那么可变卸载控制器214将在使螺线管阀118循环至闭合位置之前等待15秒钟。一旦闭合，螺线管阀118就将保持闭合至少20秒，之后才能循环至打开位置。 [0069] 在本发明的模拟控制信号具有4mA到20mA的范围的替代实施例中，制冷系统300可以包括耦合至修整压缩机302的可变卸载控制器214，将该控制器编程为只要所述模拟控制信号的电流水平跨越了9mA的阈值水平或者12mA的阈值水平就使所述控制阀118循环操作。例如，如果制冷系统300上的负荷使得能够降低制冷系统中的压缩机的输出以节省能量并降低工作成本，那么制冷系统控制器215将生成低于9mA的模拟控制信号，从而使可变卸载控制器214关闭控制阀118。 [0070] 在某一点上，制冷系统300上的负荷将提高，或者制冷系统传感器将指示需要提高飞制冷系统300的输出。其将使得制冷系统控制器215生成超过12mA的模拟控制信号，从而使得可变卸载控制器214打开控制阀118。在这一实施例中，在模拟控制信号电流处于9mA和21mA之间时，将不会发生控制阀118的循环操作。通过这种方式，可变卸载控制器214能够连续地改变修整压缩机302的容量，以调节制冷系统300的容量。当然，可以同样容易地对可变卸载控制器214进行编程，使之在模拟控制信号低于9mA时打开控制阀118，在模拟控制信号超过12mA时关闭控制阀118。与上文描述的示范性系统中一样，应当理解9mA和12mA的阈值水平只是示范性的。可以将所述阈值水平设定为处于所述模拟控制信号的范围内的任何水平。此外，如上文所暗示的，可以将可变卸载控制器214编程为在沿任一方向跨越阈值水平时采取特定的操作，或执行特定的功能。 [0071] 与前面的例子的情况一样，可变卸载控制器214可以通过这种方式继续修整压缩机302的运转，即，只要所述模拟控制信号跨越了所述9mA或者12mA的阈值就使控制阀118循环操作。例如，如果最短延迟时间为20秒，并且所述模拟控制信号范围为4到20mA，其中，将所述可变卸载控制器214编程为在所述模拟控制信号跨越9mA阈值或者12mA阈值时使螺线管阀118循环操作。如果模拟控制信号从不到9mA变为13mA，从而使得可变卸载控制器214打开螺线管阀118，然后五秒之后所述模拟控制信号电流又降至8mA，那么可变卸载控制器214将在使螺线管阀118循环至闭合位置之前等待15秒钟。一旦闭合，螺线管阀118就将保持闭合至少20秒，之后才能循环至打开位置。 [0072] 尽管在本发明的特定实施例中，在螺线管阀118的转换之间存在最短延迟时间，但是通常一旦执行了转换就不会再有针对螺线管阀118的最长停留(dwell)时间。这意味着，在修整压缩机302正在加载时，可变卸载控制器214的实施例将使螺线管阀保持在打开位置上，直到制冷系统控制器215通过模拟控制信号指示需要降低制冷系统300的输出为止。例如，当模拟控制信号水平在某些情况下降到了四伏以下，或者在其他情况下降到了9mA以下时，根据前面的例子，可变卸载控制器214将使螺线管阀118闭合，其中，阀门118将保持闭合，从而对修整压缩机302卸载，直到制冷系统控制器215判定制冷系统的输出需要提高为止。 [0073] 尽管本发明的实施例没有最大停留时间，但是某些实施例却有针对模拟控制信号的最短停留时间。也就是说，将可变卸载控制器214编程为只有当模拟控制信号跨越阈值并且在最短停留时间内没有再次跨越阈值的情况下才改变控制阀118的状态。如果所述模拟控制信号在最短停留时间之前跨越了阈值，那么控制阀118将不改变状态。通过这种方式，将避免使模拟控制信号当中的快速波动导致控制阀118的快速循环操作。在特殊实施例中，通过将可变卸载控制器214编程为每当模拟控制信号跨越阈值时就使时钟复位而实施这一方案。例如，将可变卸载控制器214编程为，在特殊实施例中，只有在模拟控制信号处于阈值的适当的一侧并且时钟达到了最短停留时间时才使控制阀118改变状态。 [0074] 例如，如果模拟控制信号电压从低于四伏变为高于六伏，从而使螺线管阀118打开，那么只要所述电压停留在六伏以上，那么螺线管阀118将停留在打开位置。此外，只要模拟控制信号电压高于四伏，螺线管阀118就将停留在打开位置，因为在4伏和6伏阈值之间将不发生螺线管阀118的循环操作。这一例子还适用于模拟控制信号电压降至四伏以下并且螺线管阀118循环至关闭位置的情况。在这种情况下，只要模拟控制信号电压低于六伏，则螺线管阀就将保持关闭。但是，在采用(例如)五秒的最短停留时间的情况下，如果模拟控制信号在四秒内从低于四伏变为高于六伏并在五秒之前又回到四伏以下，那么螺线管阀118将保持在关闭位置上而不发生循环操作。 [0075] 在本发明的又一实施例中，螺线管阀118基于模拟控制信号的变化速率来循环操作。在示范性实施例中，将可变卸载控制器214编程为在模拟控制信号电压低于两伏时对修整压缩机302卸载，在模拟控制信号电压大于八伏时对修整压缩机302加载。在两伏和八伏之间，如果修整压缩机302正在卸载，那么当模拟控制信号电压在三秒内增大超过2.5伏或者超过了8伏的水平时螺线管阀118将循环至对修整压缩机302加载。如果修整压缩机302正在加载，那么当模拟控制信号电压在三秒内降低超过2.5伏或者降至2伏的水平以下时螺线管阀118将循环至对修整压缩机302卸载。 [0076] 这一特殊实施例也可以包括最短停留时间，以避免螺线管阀118过于频繁地循环。因而，如果最短停留时间为(例如)12秒，那么螺线管阀118将在相继的循环之间至少等待该时间长度。如上文所述，所述最短停留时间是根据运行时钟工作的，运行时钟在螺线管阀 118的每一状态变化之后复位。一旦最短停留时间到期，那么根据上面的例子，如果模拟控制信号降至较低的阈值(例如，两伏)以下，超过上阈值(例如，八伏)或者在三秒内升高或降低超过2.5伏，螺线管阀118就能够根据其初始状态而改变状态。 [0077] 可变卸载控制器214根据需要使螺线管阀118循环以对修整压缩机302加载或卸载从而达到预期的工作条件的能力，与调节通往少于修整压缩机302中的所有气缸的制冷剂流量的能力相结合，提供了一种有效率的并且廉价的方式在所定义的范围内保持对制冷系统300的输出的相当精确的控制。所定义的范围取决于修整压缩机302内的气缸的数量以及包括用于调节气缸的制冷剂流量的螺线管阀118和柱塞116的气缸的数量。例如，在具有一套调节通往两个气缸的螺线管阀118和柱塞116的四气缸修整压缩机302内，所定义的范围是50％。具体而言，可以通过可变卸载控制器214将修整压缩机302的容量从50％调节至100％。 [0078] 在上面的例子的基础上，我们能够预见到可以通过可变卸载控制器214对处于类似情境下的六气缸修整压缩机302进行容量调节，所述容量调节可以是从67％到100％，或者是从33％到100％，具体取决于所述修整压缩机302具有调节通往两个气缸或者四个气缸的制冷剂流量的一套螺线管阀118和柱塞116，还是具有调整通往四个气缸的制冷剂流量的两套螺线管阀118和柱塞116。类似地，在处于类似情境下的八气缸修整压缩机302当中，可以通过可变卸载控制器214进行从75％到100％、从50％到100％或者从25％到100％的容量调节，具体取决于所述修整压缩机302是具有一套、两套还是三套螺线管阀118及柱塞116，其中每套控制通往两个气缸的制冷剂流量。 [0079] 在上文讨论的例子中，制冷系统300的压缩机机组当中只有一个压缩机(即修整压缩机302)具有受到调节的容量。这是一种有效率的、经济有效的用于调整制冷系统300的输出的方法，因为只有所述修整压缩机包括螺线管阀118和柱塞116，并且对可变卸载控制器214的编程也将得到一定的简化，因为其只须控制一个压缩机的输出。这对于那些以接近系统的最大容量的容量连续运转的商业或工业制冷系统而言可以是一种令人满意的布置。在只要求对制冷系统的输出的临界(marginal)改变时，一个修整压缩机302可能是合适的。 [0080] 但是，在制冷系统承担的负荷中存在较大变化的制冷系统当中，可能希望具有一个以上的修整压缩机。再次参考图5，其示出了附着至被配置为第二修整压缩机的压缩机318的第二可变卸载控制器214(如虚图所示)。将所述第二可变卸载控制器214耦合至制冷系统控制器215以及第二修整压缩机318上的一个或多个螺线管阀118和柱塞116。也设想到，根据本发明的实施例构建具有三个、四个或更大数量的修整压缩机的制冷系统。在本发明的特殊实施例中，修整压缩机302、318的第一和第二可变卸载控制器214、215的独立操作允许在比采用仅一个修整压缩机302所可能达到的系统输出范围更大的系统输出范围上精确地控制制冷系统300的输出。 [0082] 在描述本发明的上下文(尤其是在下述权利要求的上下文)当中不定冠词和定冠词与类似的讨论对象的使用应当被视为既覆盖单数又覆盖复数，除非文中另行指出或者被上下文明显地否定。应当将词语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”视为开放性词语(即，是指“包括但不限于”)，除非另行指出。文中对值的范围的列举只是旨在充当一种单独地引述落在该范围内的每一独立的值的速记方法，除非文中另行指出，并且将每一单独的值都结合到本说明书中，就像在文中对其进行了单独地列举一样。可以通过任何适当的顺序执行文中描述的所有方法，除非文中另行指出或者上下文明显矛盾。文中提供的任何及所有例子或者示范性语言(例如，“诸如”)的使用都只是为了更好地说明本发明，其不对本发明的范围构成限制，除非另行给出了权利要求主张。不应将说明书中的任何语言视为表明任何未经权利要求主张的元件对于本发明的实践不可或缺。 |
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