Управление системой разгрузки компрессора

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к системам изменения производительности компрессоров. Компрессор переменной производительности включает в себя корпус с входным и выходным отверстиями для приема хладагента и его возврата соответственно и множество сжимающих элементов, расположенных в корпусе между входным и выходным отверстиями. Включает также клапан с электрическим управлением, предназначенный для сжимающих элементов, выбранных из общего количества сжимающих элементов. Клапан выполнен с возможностью перемещения между первым состоянием, в котором он открыт для передачи потока хладагента к сжимающим элементам, и вторым состоянием, в котором он закрыт для уменьшения или прекращения протекания потока к сжимающим элементам. В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер разгрузки имеет режим изменения работы компрессора, который включает в себя переключение клапана между включенным и выключенным состояниями для получения части производительности компрессора. Контроллер разгрузки дополнительно запрограммирован для обеспечения минимального времени задержки для переходов между первым и вторым состояниями, но без максимального времени выдержки для перехода между первым и вторым состояниями. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в целом относится к системе изменения производительности компрессора или группы компрессоров.

Уровень техники

В системах охлаждения, в частности в коммерческих и промышленных системах охлаждения, может использоваться один компрессор, хотя в таких системах часто используется несколько холодильных компрессоров. Как правило, имеется достаточное количество компрессоров, чтобы соответствовать ожидаемой пиковой нагрузке, требуемой от системы охлаждения. Однако большинство систем охлаждения работает при пиковой нагрузке только в течение нескольких часов в году и большую часть времени работает при нагрузке, меньшей расчетной пиковой. При этом желательно обеспечить возможность изменения производительности системы охлаждения для экономии энергии и уменьшения эксплуатационных затрат, когда нагрузка в системе охлаждения уменьшается.

В других обычных системах охлаждения компрессоры разгружают, используя систему перепуска газа. В системе перепуска газа сжатый хладагент рециркулирует со стороны выпуска компрессора обратно на сторону всасывания компрессора. Однако в таком способе снижения нагрузки компрессора энергия, затрачиваемая на сжатие хладагента, теряется в каждом цикле при рециркуляции хладагента обратно на сторону всасывания компрессора, уменьшая тем самым общую эффективность системы. В результате техническое обслуживание и эксплуатация таких систем охлаждения могут быть затратными.

Изобретение направлено на улучшение систем охлаждения с одним компрессором и с несколькими компрессорами. Эти и другие преимущества изобретения, а также дополнительные его свойства будут понятны из дальнейшего описания изобретения.

Раскрытие изобретения

Одним объектом изобретения является компрессор переменной производительности, который включает в себя корпус с входным отверстием для приема хладагента и выходным отверстием для возврата хладагента и множество сжимающих элементов, расположенных в корпусе между входным и выходным отверстиями. Компрессор также включает в себя по меньшей мере один клапан с электрическим управлением. Каждый клапан предназначен для своих сжимающих элементов, выбранных из общего количества сжимающих элементов, и выполнен с возможностью перемещения между первым состоянием, в котором он открыт, для передачи потока хладагента к сжимающим элементам, и вторым состоянием, в котором он закрыт, для уменьшения или прекращения протекания потока к сжимающим элементам относительно первого открытого состояния. Контроллер разгрузки запрограммирован так, что для изменения режима работы по меньшей мере один клапан переключается между включенным и выключенным состояниями для обеспечения части производительности сжимающих элементов, соответствующих этому по меньшей мере одному клапану. В конкретном варианте осуществления изобретения контроллер разгрузки запрограммирован для обеспечения минимального времени задержки для переходов между первым и вторым состояниями, но без максимального времени выдержки для перехода между первым и вторым состояниями.

Минимальное время задержки может находиться в диапазоне от 5 до 40 секунд.

В одном из вариантов осуществления изобретения указанный по меньшей мере один клапан содержит плунжер и соленоид, выполненный с возможностью управления движением плунжера. В частности, плунжер может быть расположен на пути протока между выпускной и всасывающей камерами компрессора. В дополнительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один клапан выполнен с возможностью управления потоком хладагента к одному сжимающему элементу. В еще одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один клапан выполнен с возможностью управления потоком хладагента к паре сжимающих элементов. Компрессор переменной производительности может включать в себя множество клапанов, каждым из которых управляет контроллер разгрузки. Контроллер разгрузки может быть запрограммирован для обеспечения минимального времени выдержки для аналогового сигнала управления таким образом, чтобы переходы между первым и вторым состояниями происходили только, когда аналоговый сигнал управления после пересечения порогового уровня напряжения или тока снова не пересечет пороговый уровень в течение минимального времени выдержки. Минимальное время выдержки может находиться в диапазоне от трех до семи секунд. Кроме того, контроллер разгрузки может быть запрограммирован так, чтобы выполнять сброс часов каждый раз, когда аналоговый сигнал управления пересекает пороговый уровень напряжения или тока.

В некоторых вариантах выполнения команды от контроллера системы охлаждения передаются в виде аналогового сигнала управления, а переходы между первым и вторым состояниями определяются по аналоговому сигналу управления. В конкретных вариантах осуществления изобретения компрессор переменной производительности имеет заданный режим работы, в котором контроллер разгрузки запрограммирован так, что в ответ на аналоговый сигнал управления он изменяет, не ограничивая, период времени, в течение которого указанный по меньшей мере один клапан находится в первом или во втором состоянии, для достижения указанным компрессором заданного режима работы.

В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер снижения нагрузки содержит контроллер с программируемой логикой (PLC), запрограммированный для подачи питания в соленоид в ответ на аналоговые сигналы управления от контроллера системы охлаждения. В некоторых вариантах осуществления изобретения уровень напряжения или уровень тока аналогового сигнала управления имеет заданный диапазон, а указанный по меньшей мере один клапан выполнен с возможностью изменения своего состояния по команде, основанной на изменениях уровня напряжения или уровня тока аналогового сигнала управления.

Уровень напряжения аналогового сигнала управления может изменяться от минимального напряжения до максимального напряжения. В конкретном варианте осуществления изобретения контроллер снижения нагрузки запрограммирован так, чтобы по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления больше заданного порогового максимального напряжения. Пороговое максимальное напряжение больше порогового минимального напряжения, а пороговые и минимальное, и максимальное напряжения больше минимального напряжения, но меньше максимального напряжения. При этом указанный по меньшей мере один клапан не меняет своего состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления находится между пороговым минимальным напряжением и пороговым максимальным напряжением.

В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер разгрузки запрограммирован так, что, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления находится между пороговыми минимальным и максимальным напряжениями, указанный по меньшей мере один клапан меняет свое состояние на основе скорости изменения уровня напряжения или уровня тока аналогового сигнала управления. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер разгрузки запрограммирован так, что, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления находится между пороговыми минимальным и максимальным напряжениями, указанный по меньшей мере один клапан закрыт или меняет открытое состояние на закрытое, когда уровень напряжения или уровень тока аналогового сигнала управления падает на заданную величину в течение заданного периода времени, и открыт или меняет закрытое состояние на открытое, когда уровень напряжения или уровень тока аналогового сигнала управления повышается на заданную величину в течение заданного периода времени.

В дополнительном варианте осуществления изобретения уровень тока аналогового сигнала управления изменяется от минимального до максимального, а контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления меньше заданного порогового минимального тока, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления больше заданного порогового максимального тока, причем пороговый максимальный ток больше порогового минимального тока, а пороговые и минимальный, и максимальный токи больше минимального тока, но меньше максимального тока. В некоторых случаях по меньшей мере один клапан не меняет своего состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления находится между пороговым минимальным током и пороговым максимальным током.

В конкретном варианте осуществления изобретения компрессор переменной производительности дополнительно содержит второй клапан, который вместе с указанным по меньшей мере одним клапаном управляет потоком газа в сжимающие элементы, число которых меньше их общего числа. В другом варианте осуществления изобретения компрессор переменной производительности дополнительно содержит третий клапан управления, который вместе с первым и вторым клапанами управления управляет потоком газа в сжимающие элементы, число которых меньше их общего числа.

Другим объектом изобретения является система охлаждения, которая включает в себя контур охлаждения с испарителем и конденсором. Система охлаждения содержит множество компрессоров, выполненных с возможностью циркуляции хладагента по контуру охлаждения. Множество компрессоров хладагента может включать в себя регулируемый компрессор с множеством цилиндров. Поток хладагента в регулируемый компрессор может изменяться так, чтобы изменять производительность системы охлаждения. Хладагент сжимается в каждом из множества цилиндров. В таком варианте выполнения регулируемый компрессор включает в себя по меньшей мере один клапан управления для регулирования потока хладагента в часть из множества цилиндров. Указанный по меньшей мере один клапан управления выполнен с возможностью перехода между открытым и закрытым положениями и расположен в головке цилиндра регулируемого компрессора. Система охлаждения также включает в себя контроллер системы охлаждения, выполненный с возможностью управления общим расходом хладагента на выходе из множества компрессоров. Кроме того, система охлаждения включает в себя контроллер регулируемой разгрузки, выполненный с возможностью приема сигнала управления из контроллера системы охлаждения и передачи сигнала управления в указанный по меньшей мере один клапан управления для изменения расхода хладагента, выходящего из регулируемого компрессора.

В одном из вариантов осуществления изобретения регулируемый компрессор включает в себя множество клапанов управления, выполненных с возможностью регулирования потока хладагента в часть из множества цилиндров. В частности, регулируемый компрессор может включать в себя шесть цилиндров и один или два клапана управления. В другом варианте регулируемый компрессор включает в себя восемь цилиндров и два или три клапана управления.

В конкретном варианте осуществления изобретения сигнал управления от контроллера системы охлаждения представляет собой аналоговый сигнал управления, который изменяется в соответствии с нагрузкой на систему охлаждения, а контроллер регулируемой разгрузки запрограммирован на обеспечение минимального времени задержки между переходами между открытым и закрытым положениями, но без максимального времени выдержки между переходами. В конкретном варианте осуществления изобретения минимальное время задержки находится в диапазоне от 10 до 30 секунд.

Система охлаждения может дополнительно содержать второй регулирующий компрессор, имеющий второй контроллер регулируемой разгрузки и по меньшей мере один клапан управления, расположенный в головке цилиндра второго регулирующего компрессора, при этом второй контроллер регулируемой разгрузки выполнен с возможностью подачи сигнала управления в по меньшей мере один клапан управления второго регулируемого компрессора для изменения скорости выходящего из второго регулируемого компрессора хладагента. Контроллер регулируемой разгрузки и второй контроллер регулируемой разгрузки могут быть выполнены с возможностью работы независимо друг от друга.

В конкретном варианте осуществления изобретения уровень напряжения аналогового сигнала управления находится в диапазоне от минимального до максимального. Более конкретно, контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления меньше четырех вольт, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления больше шести вольт.

В альтернативном варианте уровень тока аналогового сигнала управления находится в диапазоне от минимального до максимального. Более конкретно контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления меньше заданного порогового минимального тока, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления больше заданного порогового максимального тока

В дополнительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один клапан управления содержит плунжер и соленоид, выполненный с возможностью управления движением плунжера. В конкретном варианте осуществления изобретения контроллер регулируемой разгрузки содержит контроллер с программируемой логикой, запрограммированный для подачи питания в соленоид в ответ на аналоговые сигналы управления от контроллера системы охлаждения.

В конкретных вариантах выполнения системы охлаждения уровень напряжения или уровень тока сигнала управления изменяется в пределах заданного диапазона, а команда на изменение состояния указанного по меньшей мере одного клапана управления поступает на основе изменений уровня напряжения или уровня тока сигнала управления. В некоторых вариантах осуществления изобретения уровень напряжения аналоговых сигналов управления изменяется от минимального до максимального, а контроллер регулируемой разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень сигнала управления больше заданного порогового максимального напряжения. В этих случаях пороговое максимальное напряжение больше порогового минимального напряжения, а пороговые и минимальное, и максимальное напряжения больше минимального напряжения, но меньше максимального напряжения. В других вариантах осуществления изобретения уровень тока сигнала управления находится в диапазоне от минимального до максимального, а контроллер регулируемой разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень тока сигнала управления больше заданного порогового максимального тока. При этом пороговый максимальный ток больше порогового минимального тока, а пороговые и минимальный, и максимальный токи больше минимального тока, но меньше максимального тока.

В некоторых вариантах контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень напряжения сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень напряжения сигнала управления больше заданного порогового максимального напряжения. Когда уровень напряжения сигнала управления находится между пороговыми минимальным и максимальным напряжениями, указанный по меньшей мере один клапан меняет свое состояние в зависимости от скорости изменения уровня напряжения или уровня тока сигнала управления.

В конкретном варианте осуществления изобретения контроллер разгрузки запрограммирован так, что, когда уровень напряжения сигнала управления находится между минимальным пороговым напряжением и максимальным пороговым напряжением, по меньшей мере один клапан остается закрытым или переключается из открытого в закрытое состояние, если уровень напряжения или уровень тока сигнала управления падает на заданную величину в течение заданного периода времени, и этот по меньшей мере один клапан управления остается открытым или переключается из закрытого состояния в открытое, если уровень напряжения или уровень тока сигнала управления повышаются на заданную величину в течение заданного периода времени.

Еще одним объектом изобретения является способ изменения потока хладагента в компрессоре переменной производительности, который включает в себя подачу хладагента во входное отверстие компрессора, который имеет множество сжимающих элементов, и раздельное управление потоком в разных наборах сжимающих элементов посредством множества соответствующих клапанов. Такой способ также может включать в себя управление указанными клапанами независимо друг от друга при переводе их между открытым и закрытым положениями.

В конкретном варианте осуществления изобретения отдельное управление потоком в разные наборы сжимающих элементов с множеством соответствующих клапанов включает в себя отдельное управление потоком в разные наборы сжимающих элементов, число которых меньше числа всех сжимающих элементов. Дополнительно отдельное управление потоком осуществляют в разные наборы сжимающих элементов с множеством соответствующих электромагнитных клапанов.

Управление соответствующими клапанами независимо друг от друга осуществляется через контроллер регулируемой разгрузки, электрически соединенный с каждым из соответствующих клапанов.

Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего подробного описания со ссылками на чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан компрессор согласно изобретению, работающий в полностью нагруженном состоянии, вид в разрезе;

на фиг. 2 - компрессор согласно изобретению, работающий в ненагруженном состоянии, вид в разрезе;

на фиг. 3 показана схема системы охлаждения согласно изобретению, имеющей компрессор с множеством цилиндров;

на фиг. 4 - схема системы охлаждения, имеющей компрессор с множеством цилиндров, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 5 показана схема системы охлаждения с множеством компрессоров, построенная в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

В дальнейшем будут описаны варианты осуществления изобретения, используемые в системе охлаждения. Однако для специалиста в данной области техники понятно, что изобретение необязательно ограничено системами охлаждения. Варианты осуществления изобретения также могут использоваться в других системах, где компрессоры используются для создания потока сжатого газа.

Как будет показано ниже, требования, установленные для системы охлаждения, могут изменяться в зависимости от нагрузки, подключенной к системе охлаждения. Один из способов повышения эффективности систем охлаждения включает в себя изменение производительности системы охлаждения, т.е. регулирование выходной мощности системы охлаждения в соответствии с изменениям потребности. Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе изменения производительности системы охлаждения, которая может быть реализована без специализированных компонентов и, кроме того, может использоваться для установки в существующих системах охлаждения для уменьшения стоимости эксплуатации этих систем.

Система снижения нагрузки компрессора, т.е. уменьшения потока сжатого газа от него, соответствующая одному из вариантов осуществления изобретения, показана на фиг. 1. На фиг. 1 показан в сечении подходящий для использования в системе охлаждения компрессор 100, работающей в условиях предельной нагрузки. «Условия предельной нагрузки» означают, что компрессор 100 работает без каких-либо ограничений потока хладагента в компрессор 100. Компрессор 100 представляет собой компрессор поршневого типа, сжимающие элементы которого включают в себя цилиндр 102 и поршень 104 для сжатия газа. Однако для специалиста в данной области техники понятно, что изобретение можно использовать и с другими компрессорами, не только поршневого типа. Компрессор 100 также содержит всасывающую камеру 106 с входным отверстием 107 и выпускную камеру 108. На пути потока от всасывающей камеры 106 в цилиндр 102 установлен входной клапан 110, а на пути потока от цилиндра 102 в выпускную камеру 108 установлен выходной клапан 112.

Над цилиндром 102 расположена головка 114 цилиндра, образующая основную часть всасывающей камеры 106. В головке 114 цилиндра установлен плунжер 116, по меньшей мере частично расположенный во всасывающей камере 106 и выполненный с возможностью регулирования или остановки потока газа во всасывающую камеру 106. Верхняя часть головки 114 цилиндра содержит клапан 118 управления. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1 и 2, клапан 118 управления представляет собой электромагнитный клапан, имеющий катушку 120 и якорь 122. Хотя возможны и другие типы клапанов 118 управления, в описанных ниже примерах клапан 118 управления будет называться электромагнитным клапаном такого типа, как представлено на фиг. 1 и 2. Кроме того, термины «клапан управления» и «электромагнитный клапан» в дальнейшем будут использоваться взаимозаменяемо. Якорь 122 расположен на пути порта 124 выпуска газа, который проходит вдоль головки 114 цилиндра от выпускной камеры 108 к плунжеру 116.

Во время работы компрессора 100 при полной нагрузке хладагент втекает во всасывающую камеру 106, а из всасывающей камеры через входной клапан 110 поступает в цилиндр 102. В цилиндре 102 хладагент сжимается поршнем 104 и затем протекает через выпускное отверстие 112 в выпускную камеру 108. В по меньшей мере одном из вариантов осуществления изобретения во время работы при предельной нагрузке выключают питание электромагнитного клапана 118. Якорь 122 включает в себя смещающий элемент (не показан), например пружину, так что при выключенном питании электромагнита якорь 122 смещен от элемента смещения вниз (в ориентации, показанной на фиг. 1). В этом нижнем положении якорь 122 перекрывает канал порта 124 выпуска газа. Когда канал перекрыт, плунжер 116 остается в его поднятом положении (в ориентации, показанной на фиг. 1), обеспечивая тем самым непрерывный поток хладагента во всасывающую камеру 106.

На фиг. 2 показан в сечении компрессор 150 со сжимающим элементом, представленным на фиг. 1 и включающим в себя цилиндр 102 и поршень 104. Компрессор 150 работает в ненагруженном состоянии. Снижение нагрузки компрессора 150 возникает, когда в электромагнитный клапан 118 подают питание, что приводит к тому, что якорь 122 движется вверх, преодолевая силу смещающего элемента (в ориентации, показанной на фиг. 1). Такое движение вверх якоря 122 обеспечивает протекание хладагента к выпускной камере 109 через порт 124 выпуска газа мимо якоря 122 к плунжеру 116.

Как правило, хладагент в выпускной камере 109 сжат, и он находится при более высоком давлении, чем во всасывающей камере 106. Более высокое давление хладагента в выпускной камере 109 через порт 124 выпуска газа воздействует на плунжер 116, прикладывая к нему направленную вниз силу. Это приводит к тому, что плунжер 116 блокирует входное отверстие 107 во всасывающую камеру 106. Без потока хладагента во всасывающую камеру 106 отсутствует поток хладагента из цилиндра 102. В результате, когда плунжер блокирует поток хладагента во всасывающую камеру для конкретного цилиндра или пары цилиндров, происходит снижение нагрузки компрессора 150. В конкретных вариантах осуществления изобретения выполняющий возвратно-поступательное движение поршень 104 будет продолжать двигаться даже при отсутствии потока хладагента в цилиндр 102. В альтернативных вариантах осуществления изобретения для снижения нагрузки компрессора может использоваться, кроме электромагнитного, и другой клапан. Кроме того, плунжер для такого клапана может приводиться в действие механическими средствами, а не газообразным хладагентом.

Предполагается, что компрессоры 100 и 150, показанные на фиг. 1 и 2, а также другие компрессоры, используемые в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, представляют собой многоцилиндровые компрессоры поршневого типа, в которых поршни выполняют возвратно-поступательные движения. Кроме того, в таких многоцилиндровых компрессорах 100, 150 в то время, как один сжимающий элемент может включать в себя цилиндр 102, в который не подают хладагент (то есть разгруженный), имеются другие сжимающие элементы с цилиндрами в компрессоре 100, 150, которые подают хладагент. Как вариант, плунжер 116 может быть выполнен с возможностью регулировки потока хладагента в два цилиндра, расположенных рядом друг с другом.

Варианты осуществления изобретения характеризуют системы снижения нагрузки компрессора 100, 150, в которых устройство снижения нагрузки (т.е. электромагнитный клапан 118 и плунжер 116) выполнено с возможностью регулирования потока хладагента не во всех цилиндрах компрессора 100, 150. По этой причине всегда присутствует определенный поток хладагента в цилиндрах 100, 150 компрессора, в которых не требуется блокировки электромагнитным клапаном 118 и плунжером 116 потока хладагента в камеры всасывания этих цилиндров. Во время снижения нагрузки компрессора 100, 150 это помогает предотвратить его перегрев, поскольку поток хладагента обеспечивает охлаждение, противодействуя теплу, вырабатываему поршнями и цилиндрами в компрессоре 100, 150, которые работает с уменьшенным потоком хладагента.

Показанный на фиг. 2 компрессор 150 включает в себя головку 115 цилиндра, в которой содержится плунжер, регулирующий поток хладагента в цилиндр 102, как показано на фиг. 1, и также второй цилиндр 130 (показан пунктирными линиями), имеющий второй поршень 132 (показан пунктирными линиями). Хладагент втекает во второй цилиндр 130 из всасывающей камеры 106 через второй входной клапан 134 (показан пунктирными линиями) и после сжатия протекает из второго цилиндра 130 в выпускную камеру 109 через второй клапан 136 выходного отверстия (показан пунктирными линиями).

Например, обычный многоцилиндровый компрессор представляет собой компрессор с четырьмя цилиндрами. На фиг. 3 представлено схематичное изображение типовой системы 200 охлаждения, содержащей два компрессора 205, каждый из которых имеет по четыре цилиндра 210, 212, линию 206 входного потока, выполненную с возможностью подачи хладагента в компрессоры 205, и линию 208 выходного потока, выполненную с возможностью отвода сжатого хладагента из компрессоров 205. Однако принципы, описанные здесь в отношении системы 200 охлаждения по фиг. 3, и системы по фиг. 4 в равной степени применимы так же, как и в системах охлаждения, имеющих больше чем два компрессора. В примере, показанном на фиг. 3, каждый компрессор 205 включает в себя контроллер 214 регулируемой разгрузки, выполненный с возможностью регулирования клапана 118 управления. Оба контроллера 214 регулируемой разгрузки электрически соединены с контроллером системы 215 охлаждения.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, каждый четырехцилиндровый компрессор 205 содержит клапан 118 управления, который может представлять собой электромагнитный клапан, электрически соединенный с контроллером 214 регулируемой разгрузки, и плунжер 116 (показан на фиг. 1), выполненный с возможностью регулирования потока хладагента в два цилиндра 210 компрессора 205, как показано на фиг. 3. Таким образом, во время снижения нагрузки компрессора 205 посредством контроллера 214 регулируемой разгрузки потоки хладагента непрерывно поступают в два цилиндра 212. В этом варианте осуществления изобретения четырехцилиндровый компрессор 205 может работать в двух режимах: при 100%-ной производительности в состоянии предельной нагрузки или от 50% до 100% производительности в ненагруженном состоянии. Также предполагается, что в системах охлаждения могут использоваться двухцилиндровые или трехцилиндровые компрессоры, в которых электромагнитный клапан 118 и плунжер 116 регулируют поток в один цилиндр, как показано на фиг. 1. Возможно также, чтобы четырехцилиндровый компрессор имел один или несколько электромагнитных клапанов 118 и плунжеров 116, каждый из которых регулирует поток в один цилиндр компрессора.

Довольно часто в системах охлаждения используются также шести- или восьмицилиндровые компрессоры. На фиг. 3 также показана система 200 охлаждения с компрессорами 205, имеющими пятый и шестой цилиндры 216 (показаны пунктирными линиями). В соответствии с этим вариантом шестицилиндровый компрессор мог бы иметь один или два электромагнитных клапана 118 и плунжера 116, каждый из которых регулирует поток в два из этих шести цилиндров. На фиг. 3 также иллюстрируется конкретный вариант осуществления, в котором шестицилиндровые компрессоры 205 включают в себя второй клапан 118 управления (показан пунктирными линиями), который может представлять собой электромагнитный клапан, выполненный с возможностью регулирования потока хладагента в два цилиндра 212.

В шестицилиндровом компрессоре 205 с одним электромагнитным клапаном 118 и одним плунжером 116 (показан на фиг. 1) во время снижения нагрузки возможна подача хладагента без перерывов в четыре цилиндра 212, 216 из шести цилиндров компрессора. При такой конфигурации шестицилиндровый компрессор 205 может работать в двух режимах: при 100%-ной производительности в условиях полной нагрузки или от 67% до 100% производительности в ненагруженном состоянии. В шестицилиндровый компрессор 205 с двумя электромагнитными клапанами 118 и плунжерами 116, каждый из которых регулирует поток в два из шести цилиндров, можно было бы подавать поток хладагента без перерыва в два цилиндра 216 и тогда бы он имел три режима работы: 100%-ную производительность в состоянии полной нагрузки; от 67% до 100% производительности при использовании только одного электромагнитного клапана 118 и плунжера 116 или от 33% до 100% производительности, когда оба электромагнитных клапана 118 и плунжера 116 снижают нагрузку компрессора. Специалисту в данной области техники понятно, что можно построить шестицилиндровый компрессор в соответствии с вариантами осуществления изобретения, в котором компрессор имеет от одного до пяти электромагнитных клапанов 118 и плунжеров 116, так что каждый из них регулирует поток в один цилиндр шестицилиндрового компрессора.

Компоновка, показанная на фиг. 3, также может применяться в системах, имеющих восьмицилиндровые компрессоры. В соответствии с описанным выше восьмицилиндровый компрессор может иметь один, два или три электромагнитных клапана 118 и плунжера 116 (показаны на фиг. 1), каждый из которых регулирует поток в два из восьми цилиндров. При использовании одного электромагнитного клапана 118 и плунжера 116 восьмицилиндровый компрессор мог бы работать в двух режимах: при 100%-ной производительности в состоянии полной нагрузки или от 75% до 100% производительности в ненагруженном состоянии.

При двух электромагнитных клапанах 118 и плунжерах 116 восьмицилиндровый компрессор мог бы работать в трех режимах: при 100%-ной производительности в состоянии полной нагрузки; от 75% до 100% производительности при использовании только одного электромагнитного клапана 118 и плунжера 116 или от 50% до 100% производительности, когда оба электромагнитных клапана 118 и плунжера 116 снижают нагрузку компрессора.

При использовании трех электромагнитных клапанов 118 и плунжеров 116 восьмицилиндровый компрессор мог бы работать в четырех режимах: при 100%-ной производительности в состоянии полной нагрузки; от 75% до 100% производительности только с одним электромагнитным клапаном 118 и плунжером 116 от 50% до 100% производительности с двумя электромагнитными клапанами 118 и плунжерами 116 или от 25% до 100% производительностью со всеми тремя электромагнитными клапанами 118 и плунжерами 116.

Специалисту в данной области техники понятно, что можно построить восьмицилиндровый компрессор в соответствии с изобретением, в котором компрессор имеет любое количество от одного до семи электромагнитных клапанов 118 и плунжеров 116, каждый из которых регулирует поток в одном цилиндре восьмицилиндрового компрессора. Кроме того, специалисту в данной области техники понятно, что описанные варианты осуществления изобретения можно использовать с компрессорами, имеющими любое количество цилиндров и поршней.

На фиг. 4В представлен альтернативный вариант выполнения системы 250 охлаждения с двумя четырехцилиндровыми компрессорами 255, линией 206 входного потока и линией 208 выходного потока. Как упомянуто выше, описанные принципы работы также применимы к системам охлаждения, имеющим больше двух компрессоров. Система 250 охлаждения аналогична системе 200 охлаждения, показанной на фиг. 3, за исключением того, что каждый компрессор 255 включает в себя два клапана 118 управления и плунжера 116 (показаны на фиг. 1), которые могут представлять собой электромагнитные клапаны, электрически соединенные с контроллером 214 регулируемой разгрузки, выполненным с возможностью регулирования потока хладагента во все цилиндры компрессора 255. В конкретном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4, компрессор 255 представляет собой четырехцилиндровый компрессор с двумя электромагнитными клапанами 118 и двумя плунжерами 116, выполненными с возможностью регулирования потока хладагента во все четыре цилиндра 210, 212. Также во время снижения нагрузки выход компрессора 255 может изменяться от определенной производительности несколько выше нуля процентов до производительности немного ниже 100% от номинальной производительности. В данном варианте выполнения оба клапана 118 управления представляют собой устройства регулируемой разгрузки, выполненные с возможностью их регулирования или циклического включения и выключения в соответствии с требованием достижения требуемых рабочих условий с помощью контроллера 214 регулируемой разгрузки во время работы компрессоров 255.

В дополнительном варианте осуществления изобретения один из клапанов 118 управления представляет собой устройство изменения снижения нагрузки, выполненное с возможностью циклического включения и выключения в соответствии с необходимостью регулировки производительности компрессора 255 в относительно узких пределах, так что система 250 охлаждения работает в пределах требуемой рабочей области, в то время как другой из клапанов 118 управления представляет собой фиксированное устройство снижения нагрузки, выполненное с возможностью оставаться либо в открытом или закрытым положениях в течение длительного периода времени. В этом варианте осуществления изобретения как фиксированные, так и регулируемые клапаны 118 управления и плунжеры 116 (показаны на фиг. 1) являются идентичными. Единственное различие заключается в управлении этими клапанами 118 контроллером 214 регулируемой разгрузки. Когда фиксированный клапан 118 управления находится в положении выключено или в закрытом положении, регулируемый клапан 118 управления может изменять производительность компрессора 255 от определенной производительности несколько выше нуля процентов до 50% номинальной производительности. Когда фиксированный клапан 118 управления находится в состоянии включено или в открытом положении, регулируемый клапан 118 управления может изменять производительность компрессора 255 от 50% до 100% номинальной производительности.

Таким образом, контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть сконфигурирован так, чтобы он включал в себя программы как для фиксированного, так и регулируемого снижения нагрузки многоцилиндрового компрессора 255. Кроме того, использование фиксированного клапана 118 управления снижением нагрузки компрессора 255 может обеспечить грубое изменение производительности, а использование регулируемого клапана 118 управления переменным снижением нагрузки компрессора - точную регулировку производительности. Фиксированный клапан 118 управления снижением нагрузки выполнен с возможностью избирательного отключения потока хладагента к выбранным сжимающим элементам для уменьшения производительности по нагрузке так, чтобы соответствовать участкам производительности по нагрузке, представленным выбранными сжимающими элементами, в то время как регулируемый клапан 118 управления выполнен с возможностью циклического переключения в соответствии с необходимостью изменения потока хладагента к выбранным сжимающим элементам для регулировки производительности по нагрузке компрессора 255, используя фракцию общей производительности по нагрузке выбранного сжимающего элемента.

В другом варианте осуществления изобретения система 250 охлаждения может иметь два шестицилиндровых компрессора 255. Как показано на фиг. 4, компрессор 255 имеет пятый и шестой цилиндры 216 (показаны пунктирными линиями) и третий электромагнитный клапан 118 и плунжер (показан на фиг. 1) для регулирования потока хладагента к пятому и шестому цилиндрам 216. Как и в представленном выше примере, во время снижения нагрузки при выполнении операции контроллера 214 регулируемой разгрузки, выходная производительность этого компрессора 255 может изменяться от определенной производительности несколько выше нуля процентов до несколько ниже 100% номинальной производительности. Как и в описанном выше четырехцилиндровом компрессоре, шестицилиндровый компрессор 255 может содержать как фиксированные, так и регулируемые электромагнитные клапаны 118 снижения нагрузки. Изобретение в соответствии с показанным на фиг. 4 вариантом его осуществления может включать в себя компрессор с двумя фиксированными электромагнитными клапанами 118 снижения нагрузки и одним регулируемым электромагнитным клапаном 118 снижения нагрузки или одним фиксированным электромагнитным клапаном 118 снижения нагрузки и двумя регулируемыми электромагнитными клапанами 118 снижения нагрузки. Существует также множество возможных вариантов, согласно которым фиксированные электромагнитные клапаны 118 снижения нагрузки регулируют производительность компрессора 255 пошагово на 33%, а регулируемые электромагнитные клапаны 118 снижения нагрузки обеспечивает тонкую регулировку производительности с постепенным нарастанием.

В различных описанных выше вариантах осуществления изобретения электромагнитным клапаном 118 управляют с помощью контроллера регулируемой разгрузки. На фиг. 5 показана схема многокомпрессорной системы 300 охлаждения, имеющей N компрессоров. N компрессоров системы 300 охлаждения соединены в параллельную цепь, имеющую линию 206 входного потока, по которой поток хладагента подается к N компрессорам, и линию 208 выходного потока, по которой сжатый хладагент отводится от N компрессоров. Выходной поток хладагента по линии 208 подается в конденсор 304. В конкретном варианте осуществления изобретения конденсор 304 включает в себя теплообменник 306 с потоком текучей среды (например, воздушного или жидкого теплоносителя), проходящей через конденсор 304, охлаждая и обеспечивая тем самым конденсацию сжатого хладагента под высоким давлением.

Последовательно по потоку после конденсора 304 расположен расширительный модуль 308, предназначенный для обеспечения охлаждения. В альтернативном варианте конденсор 304 может обеспечивать подачу жидкого хладагента в несколько установленных параллельно расширительных модулей. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5, расширительный модуль 308 включает в себя включаемый/выключаемый клапан 310 остановки, управляемый контроллером 215 системы охлаждения для обеспечения работы расширительного модуля 308, т.е. для получения охлаждения, когда это необходимо в соответствии с требованием по нагрузке системы 300 охлаждения, или для прекращения работы расширительного модуля 308, когда такая потребность отсутствует. Расширительный модуль 308 также включает в себя расширительный клапан 312, реагирующий или частично управляемый давлением, измеряемым в области 314 за расширительным модулем 308. Расширительный клапан 312 выполнен с возможностью управления подачей хладагента в расширительный модуль 308, в котором в результате расширения тепло поглощается при переходе хладагента в газообразное состояние, создавая тем самым в расширительном модуле 308 эффект охлаждения/замораживания. Расширительный модуль 308 возвращает расширенный хладагент в газообразном состоянии по линии 206 входного потока в батарею из N выполняющих возвратно-поступательное движение компрессоров.

В одном из вариантов осуществления изобретения все N компрессоров в системе 300 охлаждения имеют несколько цилиндров. В по меньшей мере одном варианте осуществления изобретения один компрессор используют как регулируемый компрессор 302, имеющий один или несколько электромагнитных клапанов 118 и плунжеров 116 (показаны на фиг. 1), выполненных с возможностью регулировки потока хладагента не во всех цилиндрах. Регулируемый компрессор 302 включает в себя контроллер 214 регулируемой разгрузки, который соединен с контроллером 215 системы охлаждения. В некоторых вариантах осуществления изобретения регулируемый компрессор 302 в системе 300 охлаждения является первым, который включается, и последним, который выключается. На практике в отношении множества коммерческих и промышленных систем охлаждения предусматривается возможность непрерывной работы регулируемого компрессора.

Контроллер 214 регулируемой разгрузки, который в по меньшей мере одном варианте осуществления изобретения представляет собой стандартный программируемый логический контроллер (PLC), соединен с одним или несколькими электромагнитными клапанами 118 в регулируемом компрессоре 302 для регулирования потока хладагента в некоторых его цилиндрах для изменения производительности регулируемого компрессора 302, следовательно, для изменения производительности всей системы 300 охлаждения. В по меньшей мере одном из вариантов осуществления изобретения контроллер 215 системы охлаждения вырабатывает сигнал управления для изменения производительности системы 300 охлаждения. В конкретных вариантах осуществления изобретения такой сигнал управления является аналоговым. В некоторых системах охлаждения такой аналоговый сигнал управления вырабатывается в ответ на сигнал, поступающий от одного или нескольких датчиков (например, датчиков температуры, давления), которые обеспечивают определенный показатель того, что нагрузка подключена к системе охлаждения.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 5, контроллер 215 системы охлаждения соединен с датчиком 316. Датчик 316 может представлять собой датчик давления, выполненный с возможностью определения давления всасывания в системе 300 охлаждения, или в альтернативном варианте датчик 316 может представлять собой датчик температуры, расположенный в отсеках хранения, охлаждаемых системой 300 охлаждения. В конкретных вариантах осуществления изобретения контроллер 215 системы охлаждения использует данные от датчика 316 для определения напряжения или уровня тока аналогового сигнала управления. Кроме того, в некоторых обычных системах охлаждения такой аналоговый сигнал управления работает так, чтобы увеличить или уменьшить скорость электродвигателей компрессора для того, чтобы изменить производительность системы.

Однако в конкретном варианте осуществления изобретения контроллер 214 регулируемой разгрузки выполнен с возможностью преобразования аналоговых сигналов управления из контроллера 215 системы охлаждения в сигналы управления ВКЛЮЧЕНО/ВЫКЛЮЧЕНО (т.е. открыто/закрыто) для управления одним или несколькими электромагнитными клапанами 118 регулируемого компрессора 302. В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер 214 регулируемой разгрузки выполнен с возможностью циклического управления электромагнитными клапанами 118 в зависимости от уровня напряжения аналогового сигнала управления. Например, когда регулирующий компрессор 302 должен быть разгружен, контроллер 214 регулируемой разгрузки переводит электромагнитный клапан 118 в закрытое состояние до тех пор, пока уровень напряжения аналогового сигнала управления не покажет, что этот клапан 118 должен быть открыт.

В конкретном варианте осуществления изобретения контроллер 214 регулируемой разгрузки выполнен с возможностью приема переменного аналогового сигнала управления из контроллера 215 системы охлаждения, который изменяется, например, от нуля до 10 вольт. Для обеспечения возможности работы с различными типами контроллеров 215 системы охлаждения в альтернативных вариантах осуществления изобретения контроллер 214 регулируемой разгрузки выполнен с возможностью приема различных аналоговых сигналов управления из контроллера 215 системы охлаждения, диапазон изменения тока которых находится, например, в диапазоне от 4 до 20 мА.

Однако в альтернативных вариантах осуществления изобретения контроллер 214 регулируемой разгрузки и контроллер 215 системы охлаждения могут быть выполнены с возможностью работы с различными диапазонами уровней напряжения аналогового сигнала управления, отличными от диапазона 0-10 вольт, или для других диапазонов тока, отличных от диапазона 4-20 мА. Диапазоны могут быть либо большими, либо меньшими, чем представлены в приведенном выше примере.

В конкретном варианте осуществления изобретения при величине аналогового сигнала управления в диапазоне 0-10 вольт система 300 охлаждения может включать в себя контроллер 214 регулируемой разгрузки, соединенный с регулируемыми компрессорами 302 и запрограммированный для циклического переключения клапана 118 управления всякий раз, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления переходит пороговый уровень в 4 вольта или пороговый уровень в 6 вольт. Например, если нагрузка в системе 300 охлаждения является такой, что выход компрессоров в системе охлаждения может быть уменьшен для экономии энергии и для уменьшения эксплуатационных затрат, контроллер 215 системы охлаждения мог бы вырабатывать аналоговый сигнал управления величиной меньше четырех вольт, что приводит к закрытию клапана 118 управления контроллером 214 регулируемой разгрузки.

В определенный момент нагрузка на систему 300 охлаждения увеличивается или датчики системы охлаждения показывают на необходимость увеличения выхода системы 300 охлаждения. Это приводит к тому, что контроллер 215 системы охлаждения вырабатывает аналоговый сигнал управления свыше шести вольт, в результате чего контроллер 214 регулируемой разгрузки открывает клапан 118 управления. В данном варианте осуществления изобретения, когда напряжение аналогового сигнала управления находится между четырьмя и шестью вольтами, не возникает циклического переключения клапана 118 управления. Таким образом, контроллер 214 регулируемой разгрузки может непрерывно изменять производительность регулирующего компрессора 302 для изменения производительности системы 300 охлаждения. Конечно, контроллер 214 регулируемой разгрузки мог бы быть также легко запрограммирован на открытие клапана 118 управления, когда аналоговый сигнал управления составляет меньше четырех вольт, и закрывать клапан 118 управления, когда аналоговый сигнал управления превысит шесть вольт. Следует понимать, что пороговые уровни в четыре и шесть вольт представлены в качестве примеров. Пороговые уровни могут быть установлены на любую величину в пределах диапазона аналогового сигнала управления. Кроме того, как указано выше, контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть запрограммирован так, чтобы можно было предпринимать конкретные действия или выполнять определенную функцию, когда пороговый уровень пересекается в любом направлении.

Контроллер 214 регулируемой разгрузки может продолжить работу регулируемого компрессора 302 таким образом: циклическое управление клапаном 118 всякий раз, когда аналоговый сигнал управления переходит пороговое значение в 4 или 6 вольт. Однако для предотвращения чрезмерно частого циклического переключения клапана 118 управления, что может привести к частой замене компонентов соленоида в нем, контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть запрограммирован так, чтобы обеспечивалось минимальное время задержки между переходами электромагнитного клапана 118 между открытым и закрытым положениями. В конкретных вариантах осуществления изобретения минимальное время задержки может составлять только 5 секунд или вплоть до 40 секунд или, возможно, больше. Однако следует отметить, что в конкретных вариантах осуществления изобретения контроллер изменения снижения нагрузки может быть запрограммирован для работы без минимального времени задержки. Соответствующая стабильная система охлаждения, в которой сигнал аналогового управления быстро не изменяется, может работать без минимального времени задержки. В этом случае клапан 118 управления будет менять состояние всякий раз, когда аналоговый сигнал управления пересекает пороговый уровень напряжения (или тока).

В системах, в которых контроллер 214 регулируемой разгрузки запрограммирован для выполнения такого минимального времени задержки, чем короче минимальное время задержки, тем быстрее регулируемый компрессор 302 может реагировать на потребности контроллера 215 системы охлаждения, в то время как более длительное минимальное время задержки обычно используется для обеспечения большего срока службы электромагнитного клапана 118. В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть запрограммирован для обеспечения минимального времени задержки в 20 секунд, а в альтернативных вариантах контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть запрограммирован для обеспечения минимального времени задержки 10 или 30 секунд. Возможно также использование системы охлаждения с контроллерами 214 регулируемой разгрузки, имеющими минимальное время задержки меньше пяти секунд или больше одной минуты.

В качестве примера будет рассмотрен вариант осуществления изобретения, согласно которому минимальное время задержки составляет 20 секунд, а диапазон аналогового сигнала управления составляет от нуля до 10 вольт. При этом контроллер 214 регулируемой разгрузки запрограммирован для цикличного переключения электромагнитного клапана 118, когда аналоговый сигнал управления пересекает пороговое значение в 4 вольта или пороговое значение в 6 вольт. Если аналоговый сигнал управления переходит от менее четырех вольт до 6,5 вольт, обеспечивая открывание электромагнитного клапана 118 контроллером 214 регулируемой разгрузки, а затем через пять секунд напряжение аналогового сигнала управления падает до 3,5 вольт, то контроллер 214 регулируемой разгрузки будет ожидать 15 секунд прежде, чем начнется переключение электромагнитного клапана 118 в его закрытое положение. После закрытия электромагнитного клапана 118 он остается закрытым в течение по меньшей мере 20 секунд прежде, чем может быть выполнено его переключение в открытое положение.

В альтернативном варианте, согласно которому аналоговый сигнал управления имеет диапазон от 4 до 20 мА, система 300 охлаждения может включать в себя соединенный с регулируемым компрессором 302 контроллер 214 регулируемой разгрузки, запрограммированный на переключение клапана 118 управления всякий раз, когда уровень тока аналогового сигнала управления пересекает пороговый уровень 9 мА или 12 мА. Например, если нагрузка системы 300 охлаждения будет такой, что выход компрессоров в системе охлаждения может быть уменьшен для экономии энергии и снижения эксплуатационных затрат, контроллер 215 системы охлаждения будет вырабатывать аналоговый сигнал управления меньше 9 мА, что приводит к закрытию клапана 118 управления контроллером 214 регулируемой разгрузки.

В некоторый момент нагрузка в системе 300 охлаждения увеличится или датчики системы охлаждения покажут необходимость увеличения выхода системы 300 охлаждения. Это приводит к тому, что контроллер 215 системы охлаждения будет вырабатывать аналоговый сигнал управления больше 12 мА, в результате чего контроллер 214 регулируемой разгрузки откроет клапан 118 управления. В таком варианте, когда ток аналогового сигнала управления находится на уровне от 9 до 12 мА, не происходит переключения клапана 118 управления. Таким образом, контроллер 214 регулируемой разгрузки может постоянно изменять производительность регулируемого компрессора 302 для изменения производительности системы 300 охлаждения. Конечно, контроллер 214 регулируемой разгрузки также можно было бы легко запрограммировать для открывания клапана 118 управления, когда аналоговый сигнал управления находится на уровне меньше 9 мА, и закрывать клапан 118 управления, когда аналоговый сигнал управления составляет больше 12 мА. Как в описанном выше примере, следует понимать, что пороговые уровни 12 мА и 9 мА приведены в качестве примеров. Пороговые уровни могут быть установлены любой величины в пределах диапазона аналогового сигнала управления. Кроме того, как указано выше, контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть запрограммирован так, чтобы предпринимать определенные действия или выполнять определенную функцию, когда пороговый уровень пересекается в любом направлении.

Как и в предыдущем примере, контроллер 214 регулируемой разгрузки может продолжать работу регулируемого компрессора 302, циклически переключая клапан 118 управления всякий раз, когда аналоговый сигнал управления пересекает пороговый уровень 9 мА или 12 мА. Например, если минимальное время задержки составляет 20 секунд, а диапазон аналогового сигнала управления составляет от 4 до 20 мА, контроллер 214 регулируемой разгрузки может быть запрограммирован для циклического переключения электромагнитного клапана 118, когда аналоговый сигнал управления пересекает порог 9 мА или 12 мА. Если аналоговый сигнал управления изменяется от уровня менее чем 9 мА до 13 мА, контроллер 214 регулируемой разгрузки открывает электромагнитный клапан 118 через пять секунд после этого, а если ток аналогового сигнала управления после этого падает до 8 мА, контроллер 214 регулируемой разгрузки будет ожидать 15 секунд перед началом переключения электромагнитного клапана 118 в закрытое положение. После того как он будет закрыт, электромагнитный клапан 118 остается в закрытом положении в течение, по меньшей мере, 20 секунд прежде, чем его можно снова переключать в открытое положение.

В то время как в конкретных вариантах осуществления изобретения используется минимальное время задержки между переходами электромагнитного клапана 118, обычно отсутствует максимальное время выдержки электромагнитного клапана 118 после выполнения перехода. Это означает, что, когда регулируемый компрессор 302 включается, контроллер 214 регулируемой разгрузки поддерживает электромагнитный клапан в открытом положении до тех пор, пока контроллер 215 системы охлаждения не покажет через аналоговый сигнал управления, что выход системы 300 охлаждения необходимо уменьшить. Например, когда уровень аналогового сигнала управления падает ниже четырех вольт в одних случаях или 9 мА в других случаях, в соответствии с предыдущим примером контроллер 214 регулируемой разгрузки может привести к закрыванию электромагнитного клапана 118, при этом клапан 118 остается закрытым, снижая нагрузку регулируемого компрессора 302 до тех пор, пока контроллер 215 системы охлаждения не определит, что выход системы охлаждения необходимо увеличить.

В то время как в одних вариантах осуществления изобретения отсутствует максимальное время выдержки, в других вариантах имеется минимальное время выдержки для аналогового сигнала управления. Таким образом, контроллер 214 регулируемой разгрузки будет запрограммирован на изменение состояния клапана 118 управления, только если аналоговый сигнал управления пересечет пороговое значение и не пересечет его снова в течение минимального времени выдержки. Если аналоговый сигнал управления не пересечет пороговое значение до истечения минимального времени выдержки, клапан 118 управления не изменит своего состояния. Таким образом, быстрые колебания аналогового сигнала управления не приводят к быстрому циклическому переключению клапана 118 управления. В конкретном варианте такой подход осуществлен путем программирования контроллера 214 регулируемой разгрузки для сброса часов каждый раз, когда аналоговый сигнал управления пересекает пороговое значение. Например, в конкретных вариантах выполнения контроллер 214 регулируемой разгрузки запрограммирован на изменение состояний клапана 118 управления, когда аналоговый сигнал управления находится на соответствующей стороне порогового значения, а часы отмерили минимальное время выдержки.

Например, если напряжение аналогового сигнала управления изменяется от менее 4 вольт до более 6 вольт, что приводит к открыванию электромагнитного клапана 118, если только напряжение остается выше шести вольт, тогда электромагнитный клапан 118 остается в открытом положении. Кроме того, электромагнитный клапан 118 будет оставаться в открытом положении, пока напряжение аналогового сигнала управления составляет выше четырех вольт, поскольку не происходит циклическое переключение электромагнитного клапана 118 между пороговыми значениями 4 вольта и 6 вольт. Этот пример также относится к случаю, когда напряжение аналогового сигнала управления понижается ниже четырех вольт и электромагнитный клапан 118 выполняет переключение в закрытое положение. В этом случае электромагнитный клапан остается закрытым, пока напряжение аналогового сигнала управления будет ниже шести вольт. Однако при минимальном времени выдержки в пять секунд, например, если аналоговый сигнал управления поднимается от уровня ниже четырех вольт до выше шести вольт в течение четырех секунд и падает обратно ниже четырех вольт до истечения пяти секунд, электромагнитный клапан 118 не будет выполнять переключения, оставаясь в закрытом положении.

В другом еще одном варианте осуществления изобретения электромагнитный клапан 118 выполняет переключение на основе скорости изменения аналогового сигнала управления. В этом случае контроллер 214 регулируемой разгрузки запрограммирован на снижение нагрузки регулируемого компрессора 302, когда напряжение аналогового сигнала управления составляет меньше двух вольт, и повышает нагрузку регулируемого компрессора 302, когда напряжение аналогового сигнала управления больше восьми вольт. Между уровнями в два и восемь вольт, если регулируемый компрессор 302 находится в режиме снижения нагрузки, электромагнитный клапан 118 будет выполнять переключение для повышения нагрузки регулируемого компрессора 302, когда напряжение аналогового сигнала управления повышается больше, чем на 2,5 вольта за три секунды, или проходит указанный выше уровень в 8 вольт. Если повышают нагрузку для регулируемого компрессора 302, электромагнитный клапан 118 будет выполнять переключение для снижения нагрузки регулируемого компрессора 302, когда напряжение аналогового сигнала управления понижается больше, чем на 2,5 вольта в течение трех секунд или опускается ниже уровня 2 вольта.

Такой вариант осуществления изобретения также может включать в себя минимальное время выдержки для предотвращения слишком частого переключения электромагнитного клапана 118. Таким образом, если минимальное время переключения составит 12 секунд, то электромагнитный клапан 118, например, будет ожидать по меньшей мере это время между последовательными циклами. Как пояснялось выше, минимальное время выдержки работает как отсчитывающие время часы, сброс которых выполняется после каждого изменения состояния электромагнитного клапана 118. После истечения минимального времени выдержки в соответствии с представленным выше примером электромагнитный клапан 118 в зависимости от его исходного состояния может изменять свое состояние, если аналоговый сигнал управления падает ниже нижнего порогового уровня (например, два вольта), поднимается выше верхнего порогового уровня (например, восемь вольт) или повышается или падает больше, чем на 2,5 вольта в течение трех секунд.

Возможность контроллера 214 регулируемой разгрузки переключать электромагнитный клапан 118 для повышения или снижения нагрузки регулируемого компрессора 302 так, как требуется, чтобы достичь требуемого рабочего состояния, совместно с возможностью регулировать поток хладагента в меньшем количестве, чем во всех цилиндрах, регулируемый компрессор 302 обеспечивает недорогой и эффективный способ поддержания чрезвычайно точного управления выходом системы 300 охлаждения в пределах определенного диапазона. Определенный диапазон зависит от количества цилиндров в регулируемом компрессоре 302 и количества цилиндров, которые включают в себя электромагнитный клапан 118 и плунжер 116 для регулировки потока хладагента в этот цилиндр. Например, в четырехцилиндровом регулируемом компрессоре 302 с одним электромагнитным клапаном 118 и плунжером 116, который регулирует поток хладагента в два цилиндра, указанный определенный диапазон составляет 50%. В частности, с помощью контроллера 214 регулируемой разгрузки можно изменить производительность регулируемого компрессора 302 от 50 до 100%.

С учетом представленного выше примера понятно, что в аналогичной ситуации шестицилиндровый регулируемый компрессор 302 мог бы посредством контроллера 214 регулируемой разгрузки изменять производительность в пределах либо 67-100%, либо в пределах 33-100% в зависимости от того, имеет ли регулируемый компрессор 302 один электромагнитный клапан 118 и плунжер 116, регулирующий поток хладагента в два или четыре цилиндра, или два электромагнитных клапана 118 и плунжера 116, регулирующих поток хладагента в четыре цилиндра. Аналогично, в восьмицилиндровом регулируемом компрессоре 302 в аналогичной ситуации можно было бы посредством контроллера 214 регулируемой разгрузки регулировать производительность от 75 до 100%, от 50 до 100% или от 25 до 100% в зависимости от того, имеет ли регулируемый компрессор 302 один, два или три электромагнитных клапана 118 и плунжера 116, каждый из которых управляет потоком хладагента в два цилиндра.

В описанных выше примерах только один компрессор 302 из группы компрессоров в системе 300 охлаждения выполнен регулируемым. Это позволяет обеспечить эффективный и недорогой способ регулировки выхода системы 300 охлаждения, поскольку только один компрессор включает в себя электромагнитные клапаны 118 и плунжеры 116, а программирование контроллера 214 регулируемой разгрузки несколько упрощается, когда требуется управлять выходом только одного компрессора. Такая компоновка может быть удовлетворительной для коммерческих или промышленных систем охлаждения, которые работают непрерывно в районе максимальной производительности системы. Когда требуется только незначительное изменение выхода системы охлаждения, может быть достаточным использовать только один регулируемый компрессор 302.

Однако в системах охлаждения, имеющих больше вариаций подключаемой нагрузки, может быть желательным иметь больше одного регулируемого компрессора 302. Как показано на фиг. 5, второй контроллер 214 регулируемой разгрузки (показан пунктирными линиями) представлен так, что он закреплен на компрессоре 318, который выполнен в виде второго регулируемого компрессора. Второй контроллер 214 регулируемой разгрузки соединен с контроллером 215 системы охлаждения и с одним или несколькими электромагнитными клапанами 118 и плунжерами 116 на втором регулируемом компрессоре 318. Кроме того, в соответствии с описанными вариантами осуществления изобретения могут быть реализованы системы охлаждения с тремя, четырьмя или большим количеством регулируемых компрессоров. В конкретном варианте осуществления изобретения независимая работа первого и второго контроллеров 214 регулируемой разгрузки компрессоров 302, 318 обеспечивает возможность точного управления выходом системы 300 охлаждения в большем диапазоне выходной производительности системы по сравнению с системой, в которой используется только один регулируемый компрессор 302.

Все упомянутые выше ссылки, включая публикации, заявки и патенты, представлены так и в той же степени, как если бы каждая из этих ссылок была бы полностью описана.

Термины «содержащий», «имеющий» и «включающий в себя» следует рассматривать в неограничительном смысле (то есть как означающие «включающий в себя, но не ограниченный этим»), если только не будет указано иное. Представленные диапазоны значений предназначены только для использования в качестве сокращенного способа ссылки индивидуально на каждое отдельное значение, попадающее в этот диапазон, если только другое не будет указано, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было упомянуто индивидуально. Все описанные выше способы могут быть выполнены в любом соответствующем порядке, если только другое не будет указано или не будет явно противоречить контексту. Использование любого из всех представленных здесь примеров или примерных формулировок (например, «такой, как») предназначено просто для лучшего освещения изобретения и не накладывает ограничение на объем изобретения, если только не будет указано другое. Никакую формулировку в описании не следует рассматривать как обозначающую любой незаявленный элемент, как существенный для практической реализации изобретения.

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения описаны, включая в себя наилучший известный для авторов изобретения способ реализации изобретения. Специалистам в данной области техники должны быть понятны изменения этих предпочтительных вариантов для ознакомления с представленным выше описанием. Авторы изобретения ожидают, что специалисты в данной области техники будут использовать такие варианты соответствующим образом и авторы изобретения предполагают, что изобретение может быть на практике реализовано по-другому, в частности иначе, чем описано выше. В соответствии с этим настоящее изобретение включает в себя все такие модификации и эквиваленты сущности изобретения, представленного в формуле изобретения. Кроме того, любая комбинация описанных выше элементов во всех возможных ее вариациях охватывается изобретением, если только другое не будет указано или не будет явно противоречить контексту.

1. Компрессор переменной производительности, содержащий:
корпус с входным и выходным отверстиями для приема хладагента и его возврата соответственно;
множество сжимающих элементов, расположенных в корпусе между входным и выходным отверстиями;
по меньшей мере один клапан с электрическим управлением, который предназначен для своих сжимающих элементов, выбранных из общего количество сжимающих элементов, и выполнен с возможностью перемещения между первым состоянием, в котором он открыт для передачи потока хладагента к сжимающим элементам, и вторым состоянием, в котором он закрыт для уменьшения или прекращения протекания потока к сжимающим элементам относительно первого открытого состояния;
контроллер разгрузки, запрограммированный для осуществления первого режима включения/выключения, в котором указанный по меньшей мере один клапан переключается между первым и вторым состояниями в соответствии с командами контроллера системы охлаждения, и дополнительно выполненный с возможностью осуществления второго режима работы указанного по меньшей мере одного клапана путем многократного его включения и выключения для выработки части максимальной производительности сжимающих элементов, соответствующих этому по меньшей мере одному клапану.

2. Компрессор по п. 1, в котором контроллер разгрузки дополнительно запрограммирован для обеспечения минимального времени задержки для переходов между первым и вторым состояниями, но без максимального времени выдержки для перехода между первым и вторым состояниями.

3. Компрессор по п. 2, в котором минимальное время задержки находится в диапазоне от 5 до 40 секунд.

4. Компрессор по п. 1, в котором контроллер системы охлаждения передает команды в виде аналогового сигнала управления, а переходы между первым и вторым состояниями определены аналоговым сигналом управления.

5. Компрессор по п. 4, в котором уровень напряжения или уровень тока аналогового сигнала управления имеет заданный диапазон, а указанный по меньшей мере один клапан выполнен с возможностью изменения своего состояния по команде, основанной на изменениях уровня напряжения или уровня тока аналогового сигнала управления.

6. Компрессор по п. 5, в котором уровень напряжения аналогового сигнала управления изменяется от минимального до максимального, а контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления больше заданного порогового максимального напряжения,
причем пороговое максимальное напряжение больше порогового минимального напряжения, а пороговые и минимальное, и максимальное напряжения больше минимального напряжения, но меньше максимального напряжения;
при этом указанный по меньшей мере один клапан не меняет своего состояния, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления находится между пороговым минимальным напряжением и пороговым максимальным напряжением.

7. Компрессор по п. 5, в котором уровень тока аналогового сигнала управления изменяется от минимального до максимального, а контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления меньше заданного порогового минимального тока, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления больше заданного порогового максимального тока,
причем пороговый максимальный ток больше порогового минимального тока, а пороговые и минимальный, и максимальный токи больше минимального тока, но меньше максимального тока;
при этом указанный по меньшей мере один клапан не меняет своего состояния, когда уровень тока аналогового сигнала управления находится между пороговым минимальным током и пороговым максимальным током.

8. Компрессор по п. 5, имеющий заданный режим работы, в котором контроллер разгрузки запрограммирован так, что в ответ на аналоговый сигнал управления он изменяет, не ограничивая, период времени, в течение которого указанный по меньшей мере один клапан находится в первом или во втором состоянии, для достижения указанным компрессором заданного режима работы.

9. Компрессор по п. 8, дополнительно содержащий множество клапанов, каждый из которых управляется контроллером разгрузки.

10. Компрессор по п. 5, в котором контроллер разгрузки дополнительно запрограммирован для обеспечения минимального времени выдержки для аналогового сигнала управления, так что переходы между первым и вторым состояниями происходят только тогда, когда аналоговый сигнал управления после пересечения порогового уровня напряжения или тока снова не пересечет пороговый уровень в течение минимального времени выдержки.

11. Компрессор по п. 10, в котором минимальное время выдержки находится в диапазоне от трех до семи секунд.

12. Компрессор по п. 10, в котором контроллер разгрузки дополнительно запрограммирован так, чтобы выполнять сброс часов каждый раз, когда аналоговый сигнал управления пересекает пороговый уровень напряжения или тока.

13. Компрессор по п. 5, в котором контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в одно из этих состояний, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления меньше порогового минимального напряжения, и чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в одно из этих других состояний, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления больше порогового максимального напряжения.

14. Компрессор по п. 13, в котором контроллер разгрузки запрограммирован так, что, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления находится между пороговыми минимальным и максимальным напряжениями, указанный по меньшей мере один клапан меняет свое состояние на основе скорости изменения уровня напряжения или уровня тока аналогового сигнала управления.

15. Компрессор по п. 14, в котором контроллер разгрузки запрограммирован так, что, когда уровень напряжения аналогового сигнала управления находится между пороговыми минимальным и максимальным напряжениями, указанный по меньшей мере один клапан закрыт или меняет открытое состояние на закрытое, когда уровень напряжения или уровень тока аналогового сигнала управления падает на заданную величину в течение заданного периода времени, и открыт или меняет закрытое состояние на открытое, когда уровень напряжения или уровень тока аналогового сигнала управления повышается на заданную величину в течение заданного периода времени.

16. Компрессор по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один клапан выполнен с возможностью управления потоком хладагента в более чем один сжимающий элемент.

17. Компрессор по п. 1, дополнительно содержащий второй клапан, который вместе с указанным по меньшей мере одним клапаном управляет потоком газа в сжимающие элементы, число которых меньше их общего числа.

18. Компрессор по п. 1, в котором указанный по меньшей мере один клапан содержит плунжер и соленоид, выполненный с возможностью управления движением плунжера.

19. Компрессор по п. 18, в котором плунжер расположен на пути потока между выпускной камерой компрессора и всасывающей камерой компрессора.

20. Компрессор по п. 18, в котором контроллер разгрузки содержит контроллер с программируемой логикой, запрограммированный для подачи питания в соленоид в ответ на аналоговые сигналы управления от контроллера системы охлаждения.

21. Система охлаждения, содержащая:
контур охлаждения, включающий в себя испаритель и конденсор;
множество компрессоров, выполненных с возможностью создания циркуляции хладагента по контуру охлаждения, причем множество компрессоров хладагента включает в себя регулируемый компрессор с множеством цилиндров для сжатия хладагента и по меньшей мере один клапан управления для регулирования потока хладагента в часть из множества цилиндров, выполненный с возможностью перехода между открытым и закрытым положениями и расположенный в головке цилиндра регулируемого компрессора;
контроллер системы охлаждения, выполненный с возможностью управления общим расходом хладагента на выходе из множества компрессоров;
контроллер регулируемой разгрузки, выполненный с возможностью приема сигнала управления из контроллера системы охлаждения и передачи сигнала управления в указанный по меньшей мере один клапан управления для изменения расхода хладагента, выходящего из регулируемого компрессора.

22. Система по п. 21, в которой сигнал управления от контроллера системы охлаждения представляет собой сигнал, который изменяется в соответствии с нагрузкой на систему охлаждения, а контроллер регулируемой разгрузки запрограммирован на обеспечение минимального времени задержки между переходами между открытым и закрытым положениями, но без максимального времени выдержки между переходами.

23. Система по п. 22, в которой минимальное время задержки находится в диапазоне от 10 до 30 секунд.

24. Система по п. 23, в которой уровень напряжения или уровень тока сигнала управления изменяется в пределах заданного диапазона, а команда на изменение состояния указанного по меньшей мере одного клапана управления поступает на основе изменений уровня напряжения или уровня тока сигнала управления.

25. Система по п. 24, в которой уровень сигнала управления изменяется от минимального напряжения до максимального, а контроллер регулируемой разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень сигнала управления больше заданного порогового максимального напряжения,
причем пороговое максимальное напряжение больше порогового минимального напряжения, а пороговые и минимальное, и максимальное напряжения больше минимального напряжения, но меньше максимального напряжения.

26. Система по п. 24, в которой уровень тока сигнала управления находится в диапазоне от минимального до максимального, а контроллер регулируемой разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень тока сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень тока сигнала управления больше заданного порогового максимального тока;
причем пороговый максимальный ток больше порогового минимального тока, а пороговые и минимальный, и максимальный токи больше минимального тока, но меньше максимального тока.

27. Система по п. 24, в которой контроллер разгрузки запрограммирован так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в одном из первого и второго состояний или переключался в эти состояния, когда уровень напряжения сигнала управления меньше заданного порогового минимального напряжения, и так, чтобы указанный по меньшей мере один клапан находился в другом из первого и второго состояний или переключался в эти другие состояния, когда уровень напряжения сигнала управления больше заданного порогового максимального напряжения, причем когда уровень напряжения сигнала управления находится между пороговыми минимальным и максимальным напряжениями, указанный по меньшей мере один клапан меняет свое состояние в зависимости от скорости изменения уровня напряжения или уровня тока сигнала управления.

28. Система по п. 27, в которой контроллер разгрузки запрограммирован так, что, когда уровень напряжения сигнала управления находится между минимальным пороговым напряжением и максимальным пороговым напряжением, по меньшей мере один клапан остается закрытым или переключается из открытого в закрытое состояние, если уровень напряжения или уровень тока сигнала управления падает на заданную величину в течение заданного периода времени, и этот по меньшей мере один клапан управления остается открытым или переключается из закрытого состояния в открытое, если уровень напряжения или уровень тока сигнала управления повышаются на заданную величину в течение заданного периода времени.

29. Система по п. 21, имеющая заданный режим работы, в которой контроллер разгрузки запрограммирован так, что в ответ на сигнал управления он изменяет, не ограничивая, период времени, в течение которого указанный по меньшей мере один клапан находится в закрытом или в открытом положении, для достижения системой охлаждения заданного режима работы.

30. Система охлаждения по п. 21, в которой регулируемый компрессор включает в себя множество клапанов управления, выполненных с возможностью регулирования потока хладагента в часть из множества цилиндров

31. Система охлаждения по п. 21, в которой регулируемый компрессор включает в себя шесть цилиндров и либо один, или два клапана управления.

32. Система охлаждения по п. 21, в которой регулируемый компрессор включает в себя восемь цилиндров и либо два, либо три клапана управления.

33. Система охлаждения по п. 21, в которой, по меньшей мере, один клапан управления содержит плунжер и соленоид, выполненный с возможностью управления движением плунжера.

34. Система охлаждения по п. 33, в которой контроллер регулируемой разгрузки содержит контроллер с программируемой логикой, запрограммированный для подачи питания в соленоид в ответ на аналоговые сигналы управления от контроллера системы охлаждения.

35. Система охлаждения по п. 21, дополнительно содержащая второй регулируемый компрессор, имеющий второй контроллер регулируемой разгрузки и по меньшей мере один клапан управления, расположенный в головке цилиндра второго регулирующего компрессора, при этом второй контроллер регулируемой разгрузки выполнен с возможностью подачи сигнала управления в по меньшей мере один клапан управления второго регулируемого компрессора для изменения скорости выходящего из второго регулируемого компрессора хладагента.

36. Система охлаждения по п. 35, в которой контроллер регулируемой разгрузки и второй контроллер регулируемой разгрузки выполнены с возможностью работы независимо друг от друга.