системы и способ подогрева картера компрессора

Формула изобретения

1. Система подогрева картера компрессора, содержащая:

компрессор с кожухом, в котором размещается механизм сжатия, приводимый электродвигателем, когда компрессор включен, и не приводимый электродвигателем, когда компрессор выключен; преобразователь частоты частотно-регулируемого привода, который обеспечивает работу электродвигателя, когда компрессор включен, путем регулирования частоты напряжения, подаваемого на электродвигатель, и подает электрический ток в статор электродвигателя для нагрева компрессора, когда компрессор выключен.

2. Система по п.1, которая содержит также модуль управления, подсоединенный к преобразователю частоты, который регулирует скорость вращения электродвигателя, когда компрессор включен, и регулирует электрический ток, подаваемый в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

3. Система по п.2, которая содержит также:

датчик температуры, который вырабатывает сигнал температуры, соответствующий температуре компрессора;

причем модуль управления принимает сигнал температуры и регулирует электрический ток, подаваемый в статор электродвигателя, когда компрессор выключен, для поддержания температуры компрессора выше заданной пороговой величины.

4. Система по п.3, в которой датчик температуры измеряет температуру смазочного материала в поддоне картера компрессора.

5. Система по п.3, в которой датчик температуры измеряет температуру механизма сжатия.

6. Система по п.2, которая содержит также:

датчик температуры компрессора, который вырабатывает сигнал температуры компрессора, соответствующий температуре компрессора; и датчик температуры окружающего воздуха, который вырабатывает сигнал температуры окружающего воздуха, соответствующий температуре окружающего воздуха;

причем модуль управления принимает сигнал температуры компрессора и сигнал температуры окружающего воздуха, определяет требуемую температуру компрессора в зависимости от температуры окружающего воздуха, сравнивает температуру компрессора с требуемой температурой компрессора и на основании результатов сравнения определяет величину электрического тока, который должен подаваться в статор, когда компрессор выключен.

7. Система по п.6, в которой модуль управления определяет требуемую температуру компрессора в зависимости от суммы температуры окружающего воздуха и заданной пороговой величины температуры.

8. Система по п.7, в которой заданная пороговая величина температуры находится в диапазоне от 10°F до 20°F.

9. Система по п.2, которая содержит также:

датчик первой температуры, который вырабатывает сигнал первой температуры, соответствующий температуре компрессора; и датчик второй температуры, который вырабатывает сигнал второй температуры, соответствующий температуре печатной платы инвертора преобразователя частотно-регулируемого привода и/или температуре модуля коррекции коэффициента мощности указанного преобразователя и/или температуре всасывающей трубки;

причем модуль управления принимает сигналы первой и второй температуры, определяет требуемую температуру компрессора в зависимости от второй температуры, сравнивает температуру компрессора с требуемой температурой компрессора и на основании результатов сравнения определяет величину электрического тока, который должен подаваться в статор, когда компрессор выключен.

10. Система по п.2, которая содержит также:

датчик температуры компрессора, который вырабатывает сигнал температуры компрессора, соответствующий температуре компрессора; причем статор нагревает компрессор в течение первого интервала времени, и модуль управления принимает сигнал температуры компрессора, определяет скорость изменения температуры компрессора в течение второго интервала времени, после первого интервала времени, и в зависимости от скорости изменения определяет величину тока, который должен подаваться в статор.

11. Способ подогрева картера компрессора, включающий: осуществление привода механизма сжатия компрессора электродвигателем, работа которого обеспечивается преобразователем частотно-регулируемого привода, регулирующим частоту напряжения, подаваемого на электродвигатель, когда компрессор включен, и выключение привода механизма сжатия электродвигателем, когда компрессор выключен;

нагрев компрессора путем подачи электрического тока в статор электродвигателя преобразователем частотно-регулируемого привода для нагрева статора электродвигателя, когда компрессор выключен.

12. Способ по п.11, включающий также:

регулирование скорости вращения электродвигателя, когда компрессор включен, с помощью модуля управления, подсоединенного к указанному преобразователю;

регулирование с помощью модуля управления электрического тока, подаваемого в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

13. Способ по п.12, включающий также:

формирование сигнала температуры, соответствующего температуре компрессора; получение сигнала температуры модулем управления; регулирование модулем управления электрического тока, подаваемого в статор электродвигателя, когда компрессор выключен, для поддержания температуры компрессора выше заданной пороговой величины.

14. Способ по п.13, в котором заданная пороговая величина равна 0°F.

15. Система по п.14, в которой формирование сигнала температуры включает измерение температуры смазочного материала в поддоне картера компрессора.

16. Система по п.13, в которой формирование сигнала температуры включает измерение температуры механизма сжатия.

17. Способ по п.12, включающий также:

формирование сигнала температуры компрессора, соответствующего температуре компрессора, датчиком температуры компрессора; формирование сигнала температуры наружного воздуха, соответствующего температуре наружного воздуха, датчиком температуры наружного воздуха;

получение модулем управления сигнала температуры компрессора и сигнала температуры окружающего воздуха;

определение модулем управления требуемой температуры компрессора в зависимости от температуры окружающего воздуха;

сравнение модулем управления температуры компрессора с требуемой температурой компрессора;

определение модулем управления, в зависимости от результатов сравнения, величины электрического тока, который должен подаваться в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

18. Способ по п.17, в которой определение требуемой температуры компрессора осуществляется в зависимости от суммы температуры окружающего воздуха и заданной пороговой величины температуры.

19. Способ по п.12, включающий также:

формирование сигнала первой температуры, соответствующего температуре компрессора, датчиком первой температуры; формирование сигнала второй температуры, соответствующего температуре печатной платы инвертора преобразователя частотно-регулируемого привода и/или температуре модуля коррекции коэффициента мощности указанного преобразователя и/или температуре всасывающей трубки, датчиком второй температуры; получение модулем управления сигналов первой и второй температуры;

определение модулем управления требуемой температуры компрессора в зависимости от второй температуры;

сравнение модулем управления температуры компрессора с требуемой температурой компрессора;

определение, в зависимости от результатов сравнения, величины электрического тока, который должен подаваться в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

20. Способ по п.12, включающий также:

формирование сигнала температуры компрессора, соответствующего температуре компрессора, датчиком температуры компрессора; осуществление нагрева компрессора статором в течение первого интервала времени;

получение сигнала температуры компрессора модулем управления; определение модулем управления скорости изменения температуры компрессора в течение второго интервала времени, после первого интервала времени;

определение модулем управления, в зависимости от скорости изменения, величины электрического тока, который должен подаваться в статор электродвигателя.

Описание изобретения к патенту

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке US 12/888,823, поданной 23 сентября 2010 г., и временной заявке US 61/245,394, поданной 24 сентября 2009 г. Полное содержание указанных заявок вводится ссылкой в настоящую заявку.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к компрессорам и, более конкретно, к системам подогрева и к способам их применения для компрессоров с регулируемой скоростью вращения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Уровень техники описывается в настоящей заявки для общего представления области применения изобретения. Работа авторов, указанных в настоящей заявке, в той степени, в которой эта работа описана в настоящем разделе, относящемуся к уровню техники, а также все другие аспекты изобретения, которые не могут быть квалифицированы как предшествующий уровень на дату подачи заявки, ни явно, ни неявно не признаются предшествующим уровнем в отношении настоящего изобретения.

[0004] Компрессоры широко используются в промышленности и в бытовых приборах для обеспечения циркуляции теплоносителя в холодильных и морозильных системах, в тепловых насосах и в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для обеспечения необходимого нагрева или охлаждения. В любом из вышеуказанных применений компрессоры должны обеспечивать постоянную и эффективную работу, чтобы соответствующая система (замораживания, охлаждения, нагрева или кондиционирования воздуха) работала надлежащим образом. Для обеспечения производительности, изменяемой в соответствии с нагрузкой системы охлаждения, могут использоваться компрессоры с регулируемой скоростью вращения.

[0005] Компрессоры могут содержать картеры, вмещающие движущиеся части, такие как главный вал. Картер может также содержать поддон для масла (маслосборник). Поддон картера содержит запас смазочного материала, необходимого для смазки движущихся частей компрессора. Смазка частей компрессора может улучшить характеристики его работы и/или предотвращать возможность выхода из строя.

[0006] Смазочный материал в картере может охлаждаться до низких температур, когда компрессор не работает. Например, картер компрессора может охлаждаться по причине низкой температуры наружного воздуха. Кроме того, смазочный материал в картере может охлаждаться жидким теплоносителем, который возвращается в компрессор в процессе работы, например, при возврате жидкого холодильного агента.

[0007] При низких температурах характеристики смазочных материалов могут изменяться. Более конкретно, смазочные материалы при низких температурах становятся более вязкими (загустевают). Поэтому запуск компрессора при низкой температуре поддона картера (то есть, с холодным смазочным материалом), который называют "холодным пуском", может приводить к повреждению компрессора и/или к ухудшению характеристик его работы из-за недостаточной смазки. Кроме того, когда компрессор включен или выключен, в него может поступать жидкий холодильный агент. Такой жидкий холодильный агент также может изменять характеристики смазочного материала. Поэтому в компрессорах могут использоваться нагревательные элементы для подогрева картера (и, соответственно, теплоносителя и смазочного материала) для предотвращения проблем, связанных с "холодным пуском".

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] В изобретении предлагается система, содержащая компрессор с кожухом, в котором размещается механизм сжатия, приводимый электродвигателем, когда компрессор включен, и не приводимый электродвигателем, когда компрессор выключен. Система также содержит преобразователь частотно-регулируемого привода, который обеспечивает работу электродвигателя, когда компрессор включен, путем регулирования частоты напряжения, подаваемого на электродвигатель, и подает электрический ток в статор электродвигателя для нагрева компрессора, когда компрессор выключен.

[0009] Система может содержать модуль управления, подсоединенный к указанному преобразователю, который регулирует скорость вращения электродвигателя, когда компрессор включен, и регулирует электрический ток, подаваемый в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

[0010] Система может содержать датчик температуры, который вырабатывает сигнал температуры, соответствующий температуре компрессора. Модуль управления может принимать сигнал температуры и регулировать электрический ток, подаваемый в статор электродвигателя, когда компрессор выключен, для поддержания температуры компрессора выше заданной пороговой величины.

[0011] Датчик температуры может измерять температуру смазочного материала в поддоне картера компрессора.

[0012] Датчик температуры может измерять температуру механизма сжатия компрессора.

[0013] Система может содержать датчик температуры компрессора, который вырабатывает сигнал температуры компрессора, соответствующий температуре компрессора, и датчик температуры окружающего воздуха, который вырабатывает сигнал температуры окружающего воздуха, соответствующий температуре окружающего воздуха. Модуль управления может принимать сигнал температуры компрессора и сигнал температуры окружающего воздуха, определять требуемую температуру компрессора в зависимости от температуры окружающего воздуха, сравнивать температуру компрессора с требуемой температурой компрессора и на основании результатов сравнения определять величину электрического тока, который должен подаваться в статор, когда компрессор выключен.

[0014] Модуль управления может определять требуемую температуру компрессора в зависимости от суммы температуры окружающего воздуха и заданной пороговой величины температуры.

[0015] Заданная пороговая величина температуры может находиться в диапазоне от 10°F до 20°F.

[0016] Система может содержать первый датчик температуры, который вырабатывает сигнал первой температуры, соответствующий температуре компрессора, и второй датчик температуры, который вырабатывает сигнал второй температуры, соответствующий температуре печатной платы инвертора преобразователя частотно-регулируемого привода, и/или температуре модуля коррекции коэффициента мощности указанного преобразователя, и/или температуре всасывающей трубки. Модуль управления может принимать сигналы первой и второй температуры, определять требуемую температуру компрессора в зависимости от второй температуры, сравнивать температуру компрессора с требуемой температурой компрессора и на основании результатов сравнения определять величину электрического тока, который должен подаваться в статор, когда компрессор выключен.

[0017] Система может содержать датчик температуры компрессора, который формирует сигнал температуры компрессора, соответствующий температуре компрессора. Статор может нагревать компрессор в течение первого интервала времени, и модуль управления может принимать сигнал температуры компрессора, определять скорость изменения температуры компрессора в течение второго интервала времени, после первого интервала времени, и в зависимости от скорости изменения определять величину тока, который должен подаваться в статор.

[0018] В изобретении предлагается также способ осуществления привода механизма сжатия компрессора электродвигателем, работа которого обеспечивается преобразователем частотно-регулируемого привода, регулирующим частоту напряжения, подаваемого на электродвигатель, когда компрессор включен, и обеспечения выключения привода механизма сжатия электродвигателем, когда компрессора выключен. Способ включает также нагрев компрессора путем подачи электрического тока в статор электродвигателя преобразователем частотно-регулируемого привода для нагрева статора электродвигателя, когда компрессор выключен.

[0019] Способ может также включать регулирование скорости вращения электродвигателя, когда компрессор включен, с помощью модуля управления, подсоединенного к указанному преобразователю, и регулирование модулем управления электрического тока, подаваемого в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

[0020] Способ может включать: формирование сигнала температуры, соответствующего температуре компрессора; получение сигнала температуры компрессора модулем управления; и регулирование модулем управления электрического тока, подаваемого в статор электродвигателя, когда компрессор выключен, для поддержания температуры компрессора выше заданной пороговой величины.

[0021] Заданная пороговая величина температуры может быть равна 0°F.

[0022] Формирование сигнала температуры может включать измерение температуры смазочного материала в поддоне картера компрессора.

[0023] Формирование сигнала температуры может включать измерение температуры механизма сжатия.

[0024] Способ может включать: формирование сигнала температуры компрессора, соответствующего температуре компрессора, датчиком температуры компрессора; формирование сигнала температуры наружного воздух, соответствующего температуре наружного воздуха, датчиком температуры наружного воздуха; получение модулем управления сигнала температуры компрессора и сигнала температуры окружающего воздуха; определение модулем управления требуемой температуры компрессора в зависимости от температуры окружающего воздуха; сравнение модулем управления температуры компрессора с требуемой температурой компрессора; и определение модулем управления, в зависимости от результатов сравнения, величины электрического тока, который должен подаваться в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

[0025] Определение требуемой температуры компрессора может осуществляться в зависимости от суммы температуры окружающего воздуха и заданной пороговой величины температуры.

[0026] Способ может включать: формирование сигнала первой температуры, соответствующего температуре компрессора, датчиком первой температуры; формирование сигнала второй температуры, соответствующего температуре печатной платы инвертора преобразователя частотно-регулируемого привода, и/или температуре модуля коррекции коэффициента мощности указанного преобразователя, и/или температуре всасывающей трубки, датчиком второй температуры; получение модулем управления сигналов первой и второй температуры; определение модулем управления требуемой температуры компрессора в зависимости от второй температуры; сравнение модулем управления температуры компрессора с требуемой температурой компрессора; и определение модулем управления, в зависимости от результатов сравнения, величины электрического тока, который должен подаваться в статор электродвигателя, когда компрессор выключен.

[0027] Способ может включать: формирование сигнала температуры компрессора, соответствующего температуре компрессора, датчиком температуры компрессора; осуществление нагрева компрессора статором в течение первого интервала времени; получение сигнала температуры компрессора модулем управления; определение модулем управления скорости изменения температуры компрессора в течение второго интервала времени, после первого интервала времени; и определение модулем управления, в зависимости от скорости изменения, величины электрического тока, который должен подаваться в статор электродвигателя.

[0028] Вышеописанные системы и способы могут быть реализованы с использованием компьютерной программы, выполняемой одним или несколькими процессорами. Компьютерная программа может храниться на машиночитаемом носителе, таком как оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и/или другие подходящие материальные носители информации.

[0029] Другие области применения изобретения станут ясными из нижеприведенного описания. Необходимо понимать, что описание и конкретные примеры приведены только с целью иллюстрации настоящего изобретения и никоим образом не ограничивают его объем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0030] Настоящее изобретение станет понятным во всей его полноте из нижеприведенного подробного описания и прилагаемых чертежей.

[0031] Фигура 1А - схематический вид первого варианта системы охлаждения по настоящему изобретению.

[0031] Фигура 1B - схематический вид второго варианта системы охлаждения по настоящему изобретению.

[0033] Фигура 2 - вид в перспективе компрессора с приводом с регулируемой частотой вращения по настоящему изобретению.

[0034] Фигура 3 - другой вид в перспективе компрессора с приводом с регулируемой частотой вращения по настоящему изобретению.

[0035] Фигура 4 - вид сечения компрессора по настоящему изобретению.

[0036] Фигура 5 - схема входных и выходных сигналов модуля управления по настоящему изобретению.

[0037] Фигура 6 - блок-схема первого способа регулирования температуры смазочного материала в компрессоре.

[0038] Фигура 7 - блок-схема второго способа регулирования температуры смазочного материала в компрессоре.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0039] Нижеприведенное описание всего лишь иллюстрирует настоящее изобретение и никоим образом не ограничивает его объем и области применения. Для большей ясности изложения при указании одинаковых элементов на чертежах будут использоваться одинаковые ссылочные номера. Фраза типа "по меньшей мере один из элементов А, В и С", используемая в настоящем описании, должна пониматься как "А и/или В и/или С", Необходимо понимать, что стадии способов могут быть выполнены в другом порядке без изменения принципов настоящего изобретения.

[0040] Термины "модуль", "модуль управления" и "контроллер" могут представлять собой, быть частью или содержать специализированную интегральную микросхему, электронную схему, процессор (выделенный, совместно используемый или группу процессоров) и/или запоминающее устройство (выделенное, совместно используемое или группу таких устройств), которые выполняют одну или несколько программ, комбинационную логическую схему и/или другие подходящие компоненты, которые обеспечивают выполнение нижеописанных функций.

[0041] Термин "машиночитаемый носитель", как он используется в настоящем описании, может относиться к любому носителю, на котором может храниться информация для компьютера или модуля, включая процессор. Машиночитаемый носитель включает (без ограничения) такие запоминающие устройства, как ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ЭППЗУ, ЭСППЗУ, устройства флэш-памяти, ЗУ на компакт-дисках, магнитную ленту, другие магнитные носители, оптические носители или любые иные устройства или носители, способные хранить информацию для компьютера.

[0042] Компрессоры могут содержать нагревательные элементы, обеспечивающие подогрев картера для предотвращения проблем, связанных с холодным пуском или поступлением в компрессор холодного теплоносителя. Более конкретно, подогрев картера повышает температуру смазочного материала в поддоне картера. Повышение температуры смазочного материала может улучшать характеристики работы компрессора и/или предотвращать его повреждение из-за повышенной вязкости холодного смазочного материала.

[0043] Типичные нагревательные элементы картера, далее указываемые как "нагреватели картера", могут работать в разных режимах. Например, нагреватель картера может работать постоянно, когда компрессора выключен. В другом варианте нагреватель картера может работать постоянно, когда компрессор выключен, и температура окружающего воздуха ниже заданной пороговой величины. Например, может быть задана пороговая величина температуры, равная 70°F. Кроме того, нагреватель картера может работать постоянно, после того как истечет заданный временной интервал после выключения компрессора. Например, может быть задан временной интервал, равный 30 минутам.

[0044] Типичный нагреватель картера может работать постоянно, когда компрессор выключен, и, соответственно, смазочное масло будет подогреваться в большей степени, чем это необходимо для решения проблемы холодного пуска. Таким образом, типичный нагреватель картера может быть неэффективным из-за потерь энергии, связанных с избыточным нагревом. Кроме того, типичный нагреватель картера может работать на постоянной мощности. Например, нагреватель постоянно потреблять мощность, равную 40 Вт. Поэтому типичному нагревателю картера может требоваться много времени для нагрева картера, когда его температура очень низка.

[0045] В настоящем описании раскрываются системы и способы, в которых обеспечиваются более эффективные регулируемые нагреватели картера. Такие регулируемые нагреватели картера могут определять мощность, которая необходима для поддержания требуемой температуры смазочного масла в компрессоре. Регулируемая мощность, которая необходима для поддержания требуемой температуры смазочного масла в компрессоре, может обеспечиваться преобразователем частотно-регулируемого привода. Кроме того, исключается необходимость в дополнительном нагревательном элементе.

[0046] Преобразователь может обеспечивать мощность для статора электродвигателя компрессора, когда компрессор выключен. Статор является неподвижной частью электродвигателя компрессора. Например, когда компрессор включен, статор его электродвигателя может с помощью магнитного поля вращать ротор, который, в свою очередь, вращает главный вал. Главный вал, в свою очередь, вращает механизм компрессора, обеспечивающий сжатие теплоносителя. Однако когда компрессор выключен, при подаче тока в статор его температура может повышаться, и, таким образом, статор будет действовать в качестве нагревателя смазочного масла в компрессоре.

[0047] Требуемая температура смазочного масла может быть температурой, позволяющей исключить холодный пуск и обеспечивающей переход любого жидкого холодильного агента в газообразное состояние. Например, требуемая температура смазочного масла может на 10-20°F превышать температуру наружного воздуха. Таким образом, регулируемый нагреватель картера может экономить энергию путем нагрева смазочного масла только в той степени, в какой это необходимо для поддержания требуемой температуры.

[0048] Регулируемый нагреватель картера может также нагревать масло быстрее за счет использования повышенной мощности (например, более 40 Вт). Иначе говоря, регулируемый нагреватель картера может работать на повышенной мощности по сравнению с типичными нагревателями картера, в результате чего масло будет нагреваться быстрее. Например, увеличение скорости нагрева масла может быть необходимо при очень низких температурах воздуха. В этом случае может быть исключена необходимость выполнения определенной последовательности запуска для предотвращения холодного пуска, поскольку может постоянно поддерживаться требуемая температура. Кроме того, в результате исключения холодных пусков может быть увеличен срок службы подшипников компрессора.

[0049] Кроме того, может быть реализован верхний предел регулируемой температуры для предотвращения перегрева преобразователя частотно-регулируемого привода. Более конкретно, может использоваться датчик температуры для измерения температуры модуля инвертора, что позволяет определить перегрев преобразователя. Иначе говоря, при обнаружении перегрева преобразователя мощность, подаваемая в двигатель, может быть уменьшена.

[0050] Как показано на фигурах 1А и 1В, один из вариантов системы 5 охлаждения включает компрессор 10 с кожухом, вмещающим механизм сжатия. Когда компрессор включен, его механизм, приводимый электродвигателем, осуществляет сжатие паров холодильного агента. Когда компрессор выключен, его механизм не приводится в движение электродвигателем. В варианте системы 5 охлаждения, представленном на фигурах, используется компрессор 10 спирального типа, и механизм компрессора может содержать спиральное устройство с двумя вложенными друг в друга спиральными элементами, как показано на фигуре 4. Однако принципы настоящего изобретения могут применяться и для других типов компрессоров, в которых используются другие типы механизмов сжатия. Например, может использоваться компрессор поршневого типа, и механизм сжатия может содержать по меньшей мере один поршень, приводимый кривошипным механизмом для сжатия паров холодильного агента. В другом варианте может использоваться роторный компрессор, и механизм сжатия может содержать лопастной механизм для сжатия паров холодильного агента. Кроме того, принципы настоящего изобретения могут быть использованы не только в системе 5 охлаждения, представленной на фигурах 1А и 1В, но и любой другой системе охлаждения, включая тепловой насос, систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также другие охлаждающие устройства.

[0051] Пары холодильного агента из компрессора 10 поступают в газоохладитель 12, где они ожижаются при высоком давлении с выбросом тепла в окружающий воздух. Жидкий холодильный агент, выходящий из газоохладителя 12, поступает через расширительный клапан в испаритель 16. Расширительный клапан 14 может быть механическим, тепловым или электронным клапаном, регулирующим теплоту перегрева холодильного агента, поступающего в компрессор 10.

[0052] Холодильный агент проходит через расширительный клапан 14, в котором падение давления превращает жидкий холодильный агент высокого давления в смесь жидкости и газа пониженного давления. При прохождении горячего воздуха через испаритель 16 жидкость низкого давления превращается в газ, отбирая тепло у горячего воздуха, обтекающего испаритель 16. Газ низкого давления снова подается в компрессор 10, где он сжимается и под высоким давлением подается в охладитель 12, после чего цикл охлаждения начинается снова.

[0053] Как показано на фигурах 1А, 1В и 3, работа компрессора 10 обеспечивается преобразователем 22 частотно-регулируемого привода (VFD), размещенным в кожухе 20. Кожух 20 может быть расположен рядом с компрессором 10 или на некотором расстоянии от него. В одном из вариантов, как показано на фигуре 1А, преобразователь 22 находится рядом с компрессором 10. Например, как показано на фигурах 2 и 3, преобразователь 22 может быть прикреплен (как часть кожуха 20) к компрессору 10. В другом варианте, показанном на фигуре 1В, преобразователь 22 может находиться на некотором расстоянии от компрессора 10 и может быть отделен от него перегородкой 17. Перегородка 17 может представлять собой, например, стенку. Например, преобразователь 22 может быть расположен внутри здания, а компрессор 10 может находиться вне здания или в другом помещении. Расстояние между компрессором 10 и преобразователем 22 может быть равно, например, 10 метрам.

[0054] Преобразователь 22 работает от переменного тока, обеспечиваемого источником питания 18, и подает переменное напряжение на электродвигатель компрессора 10. Преобразователь 22 может содержать модуль 25 управления с процессором и с программами, обеспечивающими модуляцию и регулирование частоты и/или амплитуды переменного напряжения, подаваемого на электродвигатель компрессора 10.

[0055] Модуль 25 управления может содержать машиночитаемый носитель для хранения данных, включая программное обеспечение, выполняемое процессором для модуляции и регулирования частоты и/или амплитуды напряжения, подаваемого на электродвигатель компрессора 10, а также программное обеспечение, выполняемое модулем управления для осуществления алгоритмов нагрева и управления в соответствии с настоящим изобретением. Путем модуляции частоты и/или амплитуды напряжения, подаваемого на электродвигатель компрессора 10, модуль 25 управления может модулировать и регулировать скорость и, соответственно, производительность компрессора 10.

[0056] Преобразователь 22 может содержать электронные схемы на твердотельных элементах для модуляции частоты и/или амплитуды переменного напряжения. Обычно преобразователь 22 преобразует входное переменное напряжение в постоянное напряжение, которое затем преобразуется обратно в переменное напряжение с требуемой частотой и/или амплитудой. Например, преобразователь 22 может непосредственно выпрямлять переменное напряжение с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя. Затем преобразователь 22 может переключать напряжение с помощью биполярных транзисторов с изолированным затвором для получения необходимого выходного сигнала с требуемыми характеристиками (такими как частота, амплитуда, ток и/или напряжение). Для модуляции частоты и/или амплитуды переменного напряжения источника 18 питания могут использоваться и другие подходящие электронные компоненты.

[0057] Трубки, соединяющие испаритель 16 с компрессором 10, могут проходить через кожух 20 для охлаждения электронных компонентов преобразователя 22 внутри кожуха 20. Кожух 20 может содержать охлаждающую пластину 15. Проходящий газообразный холодильный агент перед поступлением в компрессор 10 может охлаждать охлаждающую пластину и, соответственно, электрические компоненты преобразователя 22. Таким образом, охлаждающая пластина 15 может действовать в качестве теплообменника между всасываемым газом и преобразователем 22, так что тепло от преобразователя 22 будет передаваться всасываемому газу перед его поступлением в компрессор 10. Однако, как показано на фигуре 1В, охлаждающая пластина 15 в кожухе 20 может отсутствовать, и, соответственно, преобразователь 22 не будет охлаждаться всасываемым газообразным холодильным агентом. Например, преобразователь 22 может охлаждаться воздухом, подаваемым вентилятором. В другом варианте преобразователь 22 может охлаждаться воздухом, подаваемым вентилятором охладителя 12, при условии, что преобразователь 22 и охладитель 12 расположены достаточно близко друг от друга.

[0058] Как показано на фигурах 2 и 3, напряжение от преобразователя 22, расположенного внутри кожуха 20, может быть подано в компрессор 10 через прикрепленную к нему клеммную коробку 24.

[0059] На фигуре 4 приведен вид сечения компрессора 10. Компрессор 10 содержит статор 42, который с помощью магнитного поля поворачивает ротор 44 для вращения главного вала 46, когда компрессор 10 включен. Поддон 48 содержит смазочный материал (например, смазочное масло), который смазывает движущиеся части компрессора 10, такие как главный вал 46. Компрессор 10 также содержит спираль 50, которая соединена с главным валом 46. Главный вал 46 вращает спираль 50 для сжатия холодильного агента, который поступает через всасывающую трубку 52.

[0060] Как показано на фигурах 1-4, модуль 25 управления может также регулировать температуру компрессора 10. Более конкретно, модуль 25 управления может регулировать температуру смазочного материала в поддоне 48 картера компрессора 10. Например, модуль 25 управления может осуществлять регулирование с обратной связью температуры смазочного материала путем подачи в статор 42 тока в зависимости от измерений одного или нескольких датчиков температуры.

[0061] Может использоваться несколько датчиков, например датчик 30 температуры окружающего воздуха, датчик 32 температуры компрессора и датчик 34 температуры преобразователя 22. Датчик 30 температуры окружающего воздуха измеряет температуру (Tamb) снаружи компрессора 10 и/или кожуха 20. В одном из вариантов датчик 30 внешней температуры может уже быть включен в существующую систему, и, соответственно, его измерения могут быть доступны по общей шине связи. Однако также может использоваться специальный датчик 30 внешней температуры для системы 5 охлаждения.

[0062] Датчик 32 температуры компрессора измеряет температуру (Тсоm) внутри компрессора 10. Например, датчик 32 температуры компрессора может измерять температуру спирали 50. В других вариантах датчик 32 температуры компрессора может дополнительно измерять температуру в поддоне 48 картера или температуру статора 42. Кроме того, температура статора 42 может быть определена по сопротивлению обмоток электродвигателя.

[0063] Датчик 34 температуры преобразователя 22 измеряет температуру (Tvfd) преобразователя 22. Датчик 34 температуры преобразователя 22 может быть расположен внутри кожуха 20 и/или внутри преобразователя 22. В одном из вариантов датчик 34 температуры преобразователя может измерять температуру модуля коррекции коэффициента мощности преобразователя. Датчик 34 температуры преобразователя может также измерять температуру печатной платы в преобразователе 22. Кроме того, датчик 34 температуры преобразователя 22 может измерять температуру всасывающей трубки 52. Измерения датчика 34 температуры преобразователя 22 могут использоваться в качестве примерного представления о температуре окружающего воздуха.

[0064] На фигуре 5 показана более подробная схема входных и выходных сигналов модуля 25 управления. Модуль 25 управления может осуществлять регулирование температуры картера в замкнутом контуре (с обратной связью). Иначе говоря, модуль 25 управления может регулировать ток статора в соответствии с одним или несколькими входными сигналами температуры (например, Tamb и/или Tvfd) и одним или несколькими сигналами температуры обратной связи (например, Тсоm).

[0065] Температура для контура обратной связи может измеряться датчиком 32 температуры компрессора. Например, температурой для контура обратной связи может быть температура поддона со смазочным материалом, температура спирали компрессора и температура статора. Более точная обратная связь обеспечивается сигналом температуры поддона со смазочным материалом.

[0066] Входные сигналы температуры могут быть получены с помощью датчика 30 внешней температуры и/или датчика 34 температуры преобразователя 22. Например, входные сигналы температуры могут содержать информацию о температуре окружающего воздуха, температуре конденсатора коррекции коэффициента мощности, температуре печатной платы преобразователя и/или температуре всасывающей трубки. Наиболее точным входным сигналом температуры может быть сигнал, обеспечиваемый датчиком 30 температуры окружающего воздуха.

[0067] Модуль 25 управления может регулировать ток статора в соответствии с одним или несколькими сигналами температуры обратной связи и с одним или несколькими сигналами температуры. Например, модуль 25 управления может осуществлять регулирование с обратной связью тока статора с использованием температуры поддона со смазочным материалом и температуры окружающего воздуха. Однако модуль 25 управления может также осуществлять регулирование с обратной связью тока статора в соответствии со средними величинами сигналов температур обратной связи и средними величинами сигналов температур.

[0068] На фигуре 6 показана блок-схема первого способа регулирования температуры смазочного материала в компрессоре 10 с использованием обратной связи, который начинается на стадии 100. На стадии 102 модуль 25 управления может определять, работает или нет компрессор 10, а именно, включен или нет механизм сжатия, и приводится он в движение или нет электродвигателем и главным валом для сжатия холодильного агента. Если ответ положительный, то может следовать возврат на стадию 102. Если ответ отрицательный, то может следовать переход на стадию 104. Иначе говоря, если компрессор 10 не работает, и механизм сжатия выключен и не приводится в движение электродвигателем и главным валом для сжатия холодильного агента, то в схеме выполнения способа следует переход на стадию 104.

[0069] На стадии 104 модуль 25 управления может определить, превышает ли температура Тсоm компрессора величину 0°F. Если ответ отрицательный, то может следовать переход на стадию 106. Если ответ положительный, то может следовать переход на стадию 108. На стадии 106 модуль 25 управления может обеспечивать подачу в статор 42 тока заданной величины в течение заданного интервала времени. Иначе говоря, модуль 25 управления может обеспечить быстрый нагрев статора 42, чтобы температура Тсоm компрессора превысила 0°F для предотвращения повреждения компрессора 10.

[0070] На стадии 108 модуль 25 управления может определять, превышает ли температура Тсоm компрессора требуемое значение Tdes. Например, заданная температура Tdes может быть равна сумме температуры Tamb окружающего воздуха и пороговой величины Tth температуры. В другом варианте требуемая температура Tdes может быть равна, например, сумме температуры Tvfd преобразователя 22 и пороговой величины Tth температуры. Например, может быть задана пороговая величина Tth температуры в диапазоне 10-20°F. Если ответ отрицательный, то может следовать переход на стадию 112. Если ответ положительный, то дополнительный нагрев не нужен, в этом случае может следовать переход на стадию 110 (конец). В другом варианте после стадии 110 может следовать ожидание в течение заданного интервала времени и затем возврат на стадию 100. Например, может быть задан временной интервал, равный 30 минутам.

[0071] На стадии 112 модуль 25 управления может определять разницу Tdiff температур. Например, разница Tdiff температур может определяться как разность между действительной Тсоm и требуемой Tdes температурами компрессора (например, Tdiff=Tdes-Tcom).

[0072] На стадии 114 модуль 25 управления может определять требуемую величину тока для нагрева статора 42 в зависимости от разницы Tdiff температур. На стадии 116 преобразователь 22 может подавать на статор 42 ток требуемой величины, которая определена модулем 25 управления. Иначе говоря, преобразователь 22 может регулировать напряжение, подаваемое на статор 42, для обеспечения требуемой величины тока. Затем следует переход на стадию 108, и управление с обратной связью может продолжаться.

[0073] На фигуре 7 показана блок-схема второго варианта способа регулирования температуры смазочного материала в компрессоре 10 (с разомкнутым контуром), который начинается на стадии 200. Второй вариант способа может относиться к поддержанию температуры Тсоm компрессора на требуемом уровне в зависимости от измеренной скорости изменения температуры. Поскольку второй вариант представляет собой управление с разомкнутым контуром, то в нем могут использоваться другие принципы нагрева. Например, второй вариант способа может использоваться совместно с первым вариантом способа, описанным выше со ссылками на фигуру 6.

[0074] На стадии 202 модуль 25 управления может определять, работает или нет компрессор 10, а именно, включен или нет механизм сжатия, и приводится ли он в движение электродвигателем и главным валом для сжатия холодильного агента. Если ответ положительный, то может следовать возврат на стадию 202. Если ответ отрицательный, то может следовать переход на стадию 204. Иначе говоря, если компрессор 10 не работает, и механизм сжатия выключен и не приводится в движение электродвигателем и главным валом для сжатия холодильного агента, то в схеме выполнения способа следует переход на стадию 204.

[0075] На стадии 204 модуль 25 управления может обеспечивать нагрев компрессора 10 в течение требуемого интервала времени. После нагрева компрессора 10 в течение требуемого интервала времени модуль 25 может прекратить нагрев компрессора 10.

[0076] На стадии 206 модуль 25 управления может измерять скорость изменения температуры, исходя из падения температуры Тсоm компрессора в течение заданного интервала времени. Например, модуль 25 управления может измерять скорость снижения температуры статора.

[0077] На стадии 208 модуль 25 управления может определять требуемую величину тока для нагрева статора компрессора 10 в зависимости от скорости изменения температуры. Требуемая величина тока может соответствовать величине тока, которая необходима для поддержания требуемой температуры в зависимости от текущих условий (то есть, от температуры окружающего воздуха).

[0078] На стадии 210 преобразователь 22 подает на статор 42 ток требуемой величины, которая определена модулем 25 управления. Иначе говоря, преобразователь 22 может регулировать напряжение, подаваемое на статор 42, для обеспечения требуемой величины тока. Затем может следовать переход на стадию 212 (конец). В другом варианте после стадии 212 может следовать ожидание в течение заданного интервала времени и затем возврат на стадию 200. Например, может быть задан временной интервал, равный 30 минутам.

[0079] Специалисты в данной области техники могут понять из приведенного описания, что идея настоящего изобретения может быть реализована в различных формах. Поэтому, хотя изобретение описано на конкретных примерах, реальный объем изобретения не ограничивается ими, так как специалистам станут очевидными другие их модификации после ознакомления с описанием, чертежами и прилагаемой формулой изобретения.