[发明专利]压缩机起动过渡期间的涡旋压缩机压力差控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年2月18日提交的美国临时申请No.61/765,884的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及高效冷却系统，更具体地涉及压力控制系统。

背景技术

在此提供的背景技术描述的目的在于总体呈现本公开内容的背景。当前署名发明人的工作涵盖在该背景技术部分中描述的工作以及在专利申请递交时没有另外地符合作为现有技术的描述的各方面，并且前述的工作既没有明示地也没有暗示地被承认是相对于本公开的现有技术。

冷却系统具有在要冷却流体的多种应用中的适用性。流体可以为气体例如空气，或者液体例如水。示例性应用为供热、通风及空气调节（HVAC）系统，其用于人存在的空间例如办公室和冷却数据中心气候控制系统。数据中心可指具有电子设备的集合例如计算机服务器的房间。

在图1中示出了可以用在例如机房中的空调机50。空调机50包括冷却回路51和室52。冷却回路51布置在室52中并包括蒸发器54、空气流动装置56、压缩机58、冷凝器60和膨胀阀62。蒸发器54、压缩机58、冷凝器60和膨胀阀62连接在冷却流体（例如相变制冷剂）循环的封闭环路中。蒸发器54可以包括具有多个冷却板的V形管组件以提供增加的冷却容量。蒸发器54接收冷却流体并且冷却流过蒸发器54中的开口的空气。空气流动装置56（例如风扇或鼠笼式鼓风机）汲取来自室52的入口（未示出）并通过蒸发器54的空气。冷却空气来自蒸发器54并从室52的增压室64导出。

压缩机58使冷却流体通过冷凝器60、膨胀阀62、蒸发器54并返回压缩机58进行循环。压缩机58可以是例如涡旋压缩机。涡旋压缩机可为固定容量压缩机或数字可变容量压缩机。涡旋压缩机通常包括两个偏置的螺旋盘。第一螺旋盘是固定盘或固定涡旋。第二螺旋盘是动涡旋。冷却流体在涡旋压缩机的入口处被接收，在偏置螺旋盘之间被捕获，被压缩，并且在朝向冷凝器60的中心（或出口）处被排放。冷凝器60可以为对从压缩机58接收的冷却流体进行冷却的微通道冷凝器。膨胀阀62可以为电子膨胀阀并且使冷凝器60外的冷却流体例如从液体膨胀为蒸汽。

尽管在图1中示出了单个冷却回路，但是多个冷却回路可以被包括并串联设置以提供多级冷却。冷却回路可以通过降低压缩机的压力比来最小化能耗。压缩机的压力差指压缩机的入口或吸入压力与出口或排出压力（head pressure）之间的差。为增加操作效率，可以基于建立的房间条件进一步降低压力差。压力差的减小可以导致压缩机的固定涡旋与动涡旋的分离。这导致压缩机的不可预测并且不受指引的“卸载（unloading）”。当压缩机处于最小蒸汽排量条件（或转移最少量的流体）时对压缩机进行卸载。压缩机的卸载降低了冷却容量和冷却回路的温度控制稳定性。

在升高的回气温度（90+华氏度/32.2+摄氏度）处可以最大化压缩机的效率增益。在这些温度，并且例如当制冷剂410A被使用并处于稳态时，操作压力可以导致涡旋压缩机的不受指引的卸载。

空调系统可以包括具有压缩机级联组的一个或更多个压缩机。该级联组可以包括相等或不等体积排量的两个或更多个压缩机。第一压缩机可以为接收控制第一压缩机的容量的PWM百分比信号的数字脉宽调制（PWM）涡旋压缩机。替选地，第一压缩机可以为接收控制压缩机速度的比例百分比信号的任意可变容量涡旋压缩机。第二压缩机可以为具有简单ON/OFF（接通/断开）容量控制的固定容量涡旋压缩机。在级联组中可以包括附加压缩机。附加压缩机可以为数字PWM涡旋压缩机、变速涡旋压缩机和/或固定容量涡旋压缩机。在级联组中的压缩机的吸入管路和排出管路可以并联成管道以形成级联组。

级联组通过使数字PWM涡旋压缩机在固定容量涡旋压缩机之前激活来提供高能效配置。这有效地使得级联组提供具有降低的体积排量/容量的部分排量操作直至固定容量涡旋压缩机需要附加容量为止。尽管该部分排量操作是高效的，但是提供在较低环境温度处的冷凝器和在较高环境温度处的蒸发器的结合操作会引起在最小压缩机压力差处的延长操作。该低压力差会引起卸载压缩机条件，这会导致压缩机的减少的冷却容量。

起动时的卸载压缩机条件在较低的户外环境温度（例如低于40华氏度/4.4摄氏度的温度）下是普遍的。随着户外环境温度降低并且到达冷凝器的输入气温降低，可能增加卸载时间的持续时间。