專利名稱：變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其是通過控制壓縮機轉速與調(diào)整滑塊位置，達到滿足壓縮容量與最佳排氣壓力以提升壓縮效率的目的。
背景技術：
壓縮機為冷凍循環(huán)中的驅動元件，常扮演關鍵角色，故因應不同需求發(fā)展成各種樣式，如渦卷式壓縮機、離心式壓縮機與螺旋式壓縮機。其中，螺旋式壓縮機是通過轉子轉動縮小公轉子與母轉子之間的密封容積，以達到壓縮的效果，然于許多實際工業(yè)應用時，冰水系統(tǒng)的負載與運轉壓力常有變更，以既有壓縮機的技術大都僅能滿足負載調(diào)節(jié)的需求， 而無法實時調(diào)適以對應壓力變化，故對壓縮機的耗功及效率均有影響。關于螺旋式壓縮機改變轉子的排氣壓力的現(xiàn)有技術均用于空氣壓縮用途，且是以轉子高壓端的滑塊移動來改變高壓段的密封量達到改變排氣壓力的目的。而現(xiàn)有冷媒螺旋式壓縮機是以轉子低壓端的滑塊移動來改變低壓段的密封量達到控制容量，而非控制排氣壓力，故當滑塊調(diào)整至滿足容量的需求位置時，將僅能對應某一固定壓縮容積比，此壓縮容積比可能并非最佳值。壓縮機無法實時反應各種工況的壓力或容積比變化，易造成壓縮不足或過度壓縮的現(xiàn)象，因此現(xiàn)有調(diào)整壓縮機容積比與容量控制的方式仍有極大的提升效能改善空間。另外，近年來變頻技術提升，各式壓縮機無不嘗試以變頻器作為其馬達驅動器，作為容量控制的工具。然而螺旋式壓縮機的現(xiàn)階段技術仍局限于固定壓縮容積比的應用，意即在冰水機系統(tǒng)端，在不同工況下其能力與壓縮容積比可能已明顯變化，然此方式于壓縮機側僅以變頻控制方式調(diào)整其轉速，使其符合制冷能力的要求，忽略壓縮容積比已變化的現(xiàn)象，尤其當系統(tǒng)處于高低壓差小于設計值的運轉條件時，其效能與該條件下的理論效率值差異尤為明顯。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，通過調(diào)整壓縮機轉速，以滿足容量需求，并調(diào)整滑塊位置，以控制壓縮機的排氣壓力，提升壓縮效率。為了達到上述的目的，本發(fā)明的技術手段在于提供一種變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其步驟包括有一、設定溫度與容許誤差值設定一額定冰水出水或入水溫度、一冰水測量值與額定值容許誤差值、一臨排氣壓力與目標值的容許誤差值；二、計算轉子的壓縮排氣壓力的目標值計算壓縮機轉子的臨排氣壓力的調(diào)整目標值；三、取得壓縮機的轉子的臨排氣壓力；CN 102536823 A四、是否轉子的臨排氣壓力符合目標值若該步驟二轉子的壓縮排氣壓力的目標值、該步驟三的轉子的臨排氣壓力與容許誤差值三者相較，若不符合，則至步驟五；若符合， 則至步驟六；五、調(diào)整壓縮機的滑塊位置；六、是否冰水出水溫度等同額定出水溫度或是否冰水入水溫度等同額定入水溫度若等同，則結束，若不等同，則至步驟七；七、調(diào)整壓縮機轉速以滿足容量要求改變壓縮機的轉速，使?jié)M足一冰水機的容量要求。如上所述的步驟一，額定冰水出水或入水溫度、冰水測量值與額定值容許誤差值、 及臨排氣壓力與目標值的容許誤差值，其設于一冰水機的系統(tǒng)端的控制器中，其中冰水測量值為取自于一蒸發(fā)器；如上所述的步驟三，轉子的臨排氣壓力為取自于一壓縮機。如上所述的步驟二，轉子的壓縮排氣壓力的目標值為以一冷凝器的壓力測量值或溫度測量對應的飽和壓力值，再加上一壓力值，以定義出。如上所述的步驟三，進一步具有一選擇轉子的臨排氣壓力的取得方式的步驟。如上所述的步驟三可分為步驟三A及步驟三B 步驟三A 以滑塊位置感測法計算壓縮機的臨排氣壓力，其采用壓縮機容積比與滑塊位置關系式，以滑塊位置計算得到壓縮機的排氣壓力。步驟三A，其進一步具有A、測量滑塊位置一滑塊位置傳感器或渦電流的其中之一感測壓縮機的滑塊位置。B、依冷媒種類選取容積比與滑塊位置關系式，并推算實時容積比依據(jù)冰水機所使用的冷媒的種類，對應其容積比與滑塊位置關系式，以推算出實時容積比。C、依實時容積比與吸氣壓力計算出壓縮機的臨排氣壓力于轉子的吸氣位置測量一吸氣壓力，吸氣壓力與實時容積比計算出臨排氣壓力。D、是否臨排氣壓力符合目標值是否臨排氣壓力等同步驟二的目標值，若等同則至步驟A ；若臨排氣壓力不等同目標值，則至步驟E。E、依壓縮機容積比與滑塊位置關系，計算出滑塊的調(diào)整目標位置，并依此移動滑塊至指定位置以步驟二轉子的壓縮排氣壓力的目標值為輸入值，再依壓縮機容積比與滑塊位置關系，以計算出滑塊的調(diào)整目標位置，并將滑塊調(diào)整至此位置，調(diào)整后，則回至步驟 A0該步驟三B 采用直接壓力測量法取得轉子的臨排氣壓力。該步驟三B，其進一步具有F、測量轉子的臨排氣壓力通過壓力感測元件測量轉子的臨排氣壓力。G、是否臨排氣壓力符合目標值若該步驟F的臨排氣壓力符合該步驟二的排氣壓力的目標值，則結束；該步驟F的臨排氣壓力不符合該步驟二的排氣壓力的目標值，則至步驟H。H、調(diào)整滑塊位置調(diào)整滑塊的位置，調(diào)整后，則至步驟F。如上所述的步驟四，若步驟二的排氣壓力的目標值減去步驟三A的排氣壓力所得的絕對值大于容許誤差值，則不符合；若絕對值小于容許誤差值，則符合；或者，若步驟二的排氣壓力的目標值減去步驟三B的臨排氣壓力所得的絕對值大于容許誤差值，則不符合；若絕對值小于容許誤差值，則符合。如上所述的步驟五，滑塊位置被調(diào)整，直至排氣壓力的目標值減去臨排氣壓力的絕對值小于容許誤差值。如上所述的步驟六，其測量一蒸發(fā)器的冰水出水溫度，若冰水出水溫度減去額定冰水出水所得的值的絕對值小于冰水測量值與額定值容許誤差值，即為等同；若絕對值大于冰水測量值與額定值容許誤差值，則不等同；或者，若冰水入水溫度減去額定冰水入水溫度所得的值的絕對值小于冰水測量值與額定值容許誤差值，即為等同；若絕對值大于冰水測量值與額定值容許誤差值，則不等同。如上所述的步驟七，其為一變頻器控制輸出頻率，以改變壓縮機的轉速，并回到步驟六判斷是否已滿足冰水機額定溫度的要求。綜合上述，本發(fā)明的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 具有至少以下的優(yōu)點1、通過機動性調(diào)整滑塊位置，以控制排氣壓力，故不會有壓縮不足或過度壓縮的現(xiàn)象，再進一步機動性調(diào)整壓縮機轉速，以增加或減少冷媒循環(huán)量。2、當提高壓縮機轉速時，其尖端速度也可提升，以提升壓縮效率。3、結合調(diào)整滑塊與轉速的方式，而使本發(fā)明得以應用于各種冰水機的運轉狀態(tài)下，持續(xù)提供高效能。4、本發(fā)明可選擇性使用以壓縮機轉子外部的系統(tǒng)運轉壓力推算滑塊位置，以獲得最佳壓縮機轉子排氣壓力；或者以直接測量轉子臨排氣壓力的方法，調(diào)整滑塊位置，故本發(fā)明于實際使用上更具有彈性與便利性。以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1為應用本發(fā)明的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法的冰水機系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法的流程圖；圖3為螺旋式壓縮機具有滑塊位置感測裝置與轉子臨排氣壓力測量的剖視示意圖；圖4為測量與調(diào)整臨排氣壓力的第一實施例的流程圖；圖5為測量與調(diào)整臨排氣壓力的第二實施例的流程圖。其中，附圖標記10蒸發(fā)器11壓縮機110 滑塊111壓縮機吸氣壓力112壓縮機排氣壓力113壓縮機轉子
114壓縮段轉子的臨排氣壓力測量口12控制器13冷凝器130冷凝器壓力值131冷凝器溫度值140冰水出水溫度141冰水入水溫度15變頻器20 27 步驟30 34 步驟40 43 步驟Sl滑塊位置
具體實施例方式以下是通過特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，所屬技術領域中普通技術人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的優(yōu)點與功效。請配合參考圖1、圖2及圖3所示，本發(fā)明是一種變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其步驟包括有一、設定溫度與容許誤差值(步驟20)于一冰水機的系統(tǒng)端的一控制器12設定一蒸發(fā)器10的額定冰水出水或入水溫度(以下簡稱，Ts)與一冰水測量值與額定值容許誤差值(以下簡稱，ErrT)，以及壓縮機11的一臨排氣壓力與系統(tǒng)端的目標值的容許誤差值 (以下簡稱，ErrPd)。二、計算轉子的壓縮排氣壓力的目標值(以下簡稱，Pd，op)(步驟21)由系統(tǒng)端的一冷凝器13的測量壓力值130或測量溫度131對應的飽和壓力值，再加上一適當?shù)膲毫χ?，以作為壓縮機11的臨排氣壓力的調(diào)整目標。三、選擇壓縮機11的轉子113的臨排氣壓力112的取得方式(步驟22):依選擇方式而至四A或四B。四A、以滑塊位置感測法計算轉子的臨排氣壓力(以下簡稱，Pd，cl)(步驟231) 其是以滑塊位置傳感器或渦電流的方法，以得知滑塊110的位置，以滑塊位置輸入壓縮機 11的容積比與滑塊位置關系式，而間接計算出壓縮機11的排氣壓力Pd，Cl，并至五。四B、采用直接壓力測量法取得轉子的臨排氣壓力(以下簡稱，Pd，ms)(步驟232)， 求得Pd，ms后，至五。五、是否轉子的臨排氣壓力Pd，cl符合目標值Pd，op (步驟若Pd，op減去Pd， cl所得的絕對值(以下簡稱，Err Pd，1)大于ErrPd，即不符合，則至六；若Err Pd，1小于 ErrPd，即符合，則至七。另一模式，若Pd，op減去Pd，ms所得的絕對值大于ErrPd，即不符合，則至六；若 Pd，op減去Pd，ms所得的絕對值小于ErrPd，即符合，則至七。六、調(diào)整壓縮機的滑塊位置(步驟25)滑塊110位置被調(diào)整，直至ErrPd，1小于 ErrPd為止。
其中，四至六的排氣壓力感測與調(diào)整方式可進一步選用另一種方法，請見后詳述。七、是否冰水出水溫度等同額定出水溫度或是否冰水入水溫度等同額定入水溫度 (步驟沈)測量蒸發(fā)器10的冰水出水140(以下簡稱，1 或冰水入水溫度141(以下簡稱， Tl)，若Tl或T2減去Ts所得的值的絕對值小于ErrT，即算是等同，則結束(步驟沈0)，停止此控制流程；若T2或Tl減去Ts所得的值的絕對值大于ErrT，即不等同，則至八。八、調(diào)整壓縮機的轉速以滿足容量要求(步驟27)以變頻器15控制輸出頻率，以改變壓縮機11的轉速，并回至七判斷是否已滿足冰水機容量要求。控制系統(tǒng)將持續(xù)進行此控制循環(huán)，以進行因應任何可能改變冰水出水或入水溫度設定Ts的因素，如環(huán)境溫度變化、冰水入水溫度141改變、熱負載改變、使用者要求等。如上所述的四及六，因有部分程序重復，而且該程序有兩種實施方式，故于隨后的段落將該程序一一闡明。請配合參考圖3及圖4所示，四A(步驟231)，其是以滑塊110位置感測法計算壓縮機11的Pd，Cl，此步驟詳述如下A、測量滑塊位置(步驟30)以滑塊位置傳感器或渦電流感測壓縮機11的滑塊 110位置(以下簡稱，Si)。B、依冷媒種類選取壓縮機的容積比與滑塊位置關系式，并推算實時容積比(以下簡稱，Vi, Cl)(步驟31)依據(jù)冰水機所使用的冷媒的種類，選擇現(xiàn)有的容積比與滑塊位置關系式，以推算出Vi，Cl。C、依實時容積比(Vi，cl)與吸氣壓力計算出壓縮機的臨排氣壓力(以下簡稱，Pd， cl)(步驟32)于轉子113的吸氣位置測量一吸氣壓力111，根據(jù)吸氣壓力與Vi，cl可計算出 Pd,cl。D、是否臨排氣壓力Pd，cl符合目標值Pd，op 33 若Pd，cl符合Pd，op，則至A ；若 Pd，cl不符合Pd，op，則至E。E、依壓縮機容積比與滑塊位置關系，計算出滑塊的調(diào)整目標位置，并依此移動滑塊至指定目標位置(步驟34)以Pd，op為輸入值，并依壓縮機11容積比與滑塊110位置關系，以計算出滑塊110的調(diào)整目標位置，并將滑塊110調(diào)整至此位置，調(diào)整后，則回至A。請配合參考圖3及圖5所示，四B(步驟23 ，其是采用直接壓力測量法取得轉子 113的Pd，ms，此步驟詳述如下F、測量轉子的臨排氣壓力(步驟40)通過壓力感測元件測量轉子113的臨排氣壓力 Pd, ms 114。6、是否臨排氣壓力？(1，1^符合目標值？(1，叩41 若Pd，ms符合Pd，op，則結束(步驟43)；若Pd，ms不符合Pd，op,則至H。H、調(diào)整滑塊位置Sl (步驟42)調(diào)整滑塊110的位置Si，調(diào)整后，則回到F。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，步驟包括有一、設定溫度與容許誤差值設定一額定冰水出水或入水溫度、一冰水測量值與額定值容許誤差值、一臨排氣壓力與目標值的容許誤差值；二、計算轉子的壓縮排氣壓力的目標值計算壓縮機的臨排氣壓力的調(diào)整目標值；三、取得壓縮機的轉子的臨排氣壓力；四、是否轉子的臨排氣壓力符合目標值若該步驟二轉子的壓縮排氣壓力的目標值、該步驟三的轉子的臨排氣壓力與該容許誤差值三者相較，若不符合，則至步驟五；若符合，則至步驟六；五、調(diào)整壓縮機的滑塊位置；六、是否冰水出水溫度等同額定出水溫度或是否冰水入水溫度等同額定入水溫度若等同，則結束，若不等同，則至步驟七；七、調(diào)整壓縮機轉速以滿足容量要求改變壓縮機的轉速，使?jié)M足一冰水機的容量要求。
2.根據(jù)權利要求1所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟一中，該額定冰水出水或入水溫度、該冰水測量值與額定值容許誤差值、以及一臨排氣壓力與目標值的容許誤差值，其設于一冰水機的系統(tǒng)端的控制器中，該額定冰水出水或入水溫度、該冰水測量值為取自于蒸發(fā)器；該步驟三中，轉子的臨排氣壓力為取自于一壓縮機。
3.根據(jù)權利要求2所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟二中，轉子的壓縮排氣壓力的目標值是以一冷凝器的壓力測量值或溫度測量對應的飽和壓力值，再加上一壓力值，以定義出。
4.根據(jù)權利要求3所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟三及步驟四之間進一步具有一選擇轉子的臨排氣壓力的取得方式的步馬聚ο
5.根據(jù)權利要求4所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟三分為步驟三A及步驟三B ；該步驟三A 以滑塊位置感測法計算壓縮機的臨排氣壓力；該步驟三B 采用直接壓力測量法取得轉子的臨排氣壓力。
6.根據(jù)權利要求5所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟三A，其是采用該壓縮機容積比與滑塊位置關系式，以滑塊位置計算得到壓縮機的排氣壓力。
7.根據(jù)權利要求6所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟四中，若該步驟二的排氣壓力減去該步驟三A的排氣壓力所得的絕對值大于該容許誤差值，則不符合；若該絕對值小于該容許誤差值，則符合。
8.根據(jù)權利要求5所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法， 其特征在于，該步驟四中，若該步驟二的排氣壓力減去該步驟三B的臨排氣壓力所得的絕對值大于該容許誤差值，則不符合；若絕對值小于該容許誤差值，則符合。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，該步驟五中，該滑塊位置被調(diào)整，直至該絕對值小于該容許誤差值。
10.根據(jù)權利要求1所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，該步驟六中，其測量一蒸發(fā)器的冰水出水溫度，若該冰水出水溫度減去該額定冰水出水所得的值的絕對值小于該冰水測量值與額定值容許誤差值，即為等同；若該絕對值大于該冰水測量值與額定值容許誤差值，則不等同。
11.根據(jù)權利要求10所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，該步驟六中，其可進一步測量該蒸發(fā)器的冰水入水溫度，若該冰水入水溫度減去該額定冰水入水溫度所得的值的絕對值小于該冰水測量值與額定值容許誤差值，即為等同；若該絕對值大于該冰水測量值與額定值容許誤差值，則不等同。
12.根據(jù)權利要求1所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，該步驟七中，其為一變頻器控制輸出頻率，以改變該壓縮機的轉速，并回到該步驟六判斷是否已滿足該冰水機容量要求。
13.根據(jù)權利要求5所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，該步驟三A，其進一步具有A、測量滑塊位置一滑塊位置傳感器或渦電流的其中之一感測該壓縮機的滑塊位置；B、依冷媒種類選取容積比與滑塊位置關系式，并推算實時容積比依據(jù)該冰水機所使用的冷媒的種類，對應其容積比與滑塊位置關系式，以推算出實時容積比；C、依實時容積比與吸氣壓力計算出壓縮機的臨排氣壓力于該轉子的吸氣位置測量一吸氣壓力，該吸氣壓力與該實時容積比計算出該臨排氣壓力；D、是否臨排氣壓力符合目標值若該臨排氣壓力符合該排氣壓力的目標值，則至該步驟A ；若該臨排氣壓力不符合該排氣壓力的目標值，則至步驟E ；E、依壓縮機容積比與滑塊位置關系，計算出滑塊的調(diào)整目標位置，并依此移動滑塊至指定位置以該步驟D的排氣壓力為輸入值，再依該壓縮機容積比與該滑塊位置關系，以計算出該滑塊的調(diào)整目標位置，并將該滑塊調(diào)整至此位置，調(diào)整后，則回至步驟A。
14.根據(jù)權利要求5所述的變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，其特征在于，該步驟三B，其進一步具有F、測量轉子的臨排氣壓力通過壓力感測元件測量該轉子的臨排氣壓力；G、是否臨排氣壓力符合目標值若該步驟F的臨排氣壓力符合該步驟二的排氣壓力的目標值，則結束；該步驟F的臨排氣壓力不符合該步驟二的排氣壓力的目標值，則至步驟 H；H、調(diào)整滑塊位置調(diào)整該滑塊的位置，調(diào)整后，則至該步驟F。
全文摘要
一種變頻螺旋式壓縮機的可變?nèi)萘颗c可變排氣壓力的控制方法，包括一、設定溫度與容許誤差值；二、計算轉子之的壓縮排氣壓力之的目標值；三、取得壓縮機的轉子的臨排氣壓力；四、是否轉子的臨排氣壓力符合目標值若該步驟二轉子的壓縮排氣壓力的目標值、該步驟三的轉子的臨排氣壓力與該容許誤差值三者相較，若不符合，則五、調(diào)整壓縮機的滑塊位置；若符合則六、是否冰水出水溫度等同額定出水溫度或是否冰水入水溫度等同額定入水溫度若等同，則結束，若不等同，則七、調(diào)整壓縮機轉速以滿足容量要求改變壓縮機之的轉速，使?jié)M足一冰水機之的容量要求。本發(fā)明通過感知且調(diào)整滑塊位置以符合當時工作狀態(tài)的最佳壓縮比，使壓縮效率維持在高峰值。
文檔編號F04C28/00GK102536823SQ201110000250
公開日2012年7月4日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者劉中哲, 江旭政, 洪國書, 鐘震麒 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院