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TWI867585B - 雙段冷媒壓縮機及其操作方法 - Google Patents

雙段冷媒壓縮機及其操作方法 Download PDF

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TWI867585B
TWI867585B TW112122807A TW112122807A TWI867585B TW I867585 B TWI867585 B TW I867585B TW 112122807 A TW112122807 A TW 112122807A TW 112122807 A TW112122807 A TW 112122807A TW I867585 B TWI867585 B TW I867585B
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林維煦
劉耀中
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復盛股份有限公司
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Abstract

本發明係關於一種雙段冷媒壓縮機及其操作方法，此雙段冷媒壓縮機，包括殼體、第一壓縮機模組、第二壓縮機模組、容調機構、中間壓力感測器及處理器，殼體內部有電機室；第一壓縮機模組包含第一螺桿及容置於電機室且驅動第一螺桿旋轉的第一馬達；第二壓縮機模組包含第二螺桿及容置於電機室且驅動第二螺桿旋轉的第二馬達；容調機構包含第一滑閥及第二滑閥；中間壓力感測器容置於電機室而取得目前中壓；處理器用於接收目前中壓的數據、控制第一馬達與第二馬達的轉速及控制第一滑閥與第二滑閥的位置。

Description

雙段冷媒壓縮機及其操作方法
本發明是有關於一種壓縮機裝置，且特別是有關於一種雙段冷媒壓縮機及其操作方法。
傳統雙段冷媒壓縮機，其第一殼體內部具有容置有第一段轉子的第一壓縮室，第二殼體內部容置有第二段轉子的第二壓縮室，及連通第一壓縮室與第二壓縮室的外部管路，流體(例如冷媒、冷卻液等)先後被第一、第二段轉子壓縮，並依序連通的第一壓縮室、外部管路及第二壓縮室，使得在第一壓縮室、中間腔室及第二壓縮室的流體壓力分別為低壓、中壓與高壓。
然而，外部管路的結構會影響第一段轉子的排氣壓力下降，且外部管路的中壓與第一段轉子的排氣壓力/排氣量與第二段轉子的吸氣壓力/吸氣量相關且交互影響，但雙段冷媒壓縮機在不同應用條件下，第一段轉子的排氣壓力/排氣量與第二段轉子的吸氣壓力/吸氣量會有所不同。因此，若外部管路的中壓、第一段轉子的排氣壓力/排氣量與第二段轉子的吸氣壓力/吸氣量都加入可調節、控制的範疇中，將達到雙段冷媒壓縮機以最佳效率的模式運行。
有鑑於此，本發明人遂針對上述現有技術，特潛心研究並配合學理的運用，盡力解決上述之問題點，即成為本發明人開發之目標。
本發明提供一種雙段冷媒壓縮機及其操作方法，其係利用單一殼體內所有影響能效的因子都加入可控制的範疇中，使得雙段螺旋式壓縮機10以最佳效率的模式運行。
於本發明實施例中，本發明係提供一種雙段冷媒壓縮機，包括：一殼體，內部區隔有依序相連通的一吸氣通道、一第一壓縮室、一電機室、一第二壓縮室及一排氣通道；一第一壓縮機模組，包含容置於該第一壓縮室且相互嚙合的一對第一螺桿，及容置於該電機室且驅動其一該第一螺桿旋轉的一第一馬達，該對第一螺桿定義出一第一接觸線；一第二壓縮機模組，包含容置於該第二壓縮室且相互嚙合的一對第二螺桿，及容置於該電機室且驅動其一該第二螺桿旋轉的一第二馬達，該對第二螺桿定義出一第二接觸線；一容調機構，包含可移動地對應該第一接觸線設置的一第一滑閥及可移動地對應該第二接觸線設置的一第二滑閥；一壓力感測組，包含一中間壓力感測器，該中間壓力感測器容置於該電機室而取得一目前中壓；以及一處理器，連接於該第一馬達、該第二馬達、該第一滑閥、該第二滑閥及該中間壓力感測器，該處理器用於接收該目前中壓的數據、控制該第一馬達與該第二馬達的轉速及控制該第一滑閥與該第二滑閥的位置。
於本發明實施例中，本發明係提供一種雙段冷媒壓縮機的操作方法，其步驟包括：a)提供一如上述之雙段冷媒壓縮機，該第一馬達驅動其一該第一螺桿以變頻旋轉，該第二馬達驅動其一該第二螺桿以變頻旋轉；b)取得一 目前溫度及設定一預設溫度，該控制器依據該目前溫度減該預設溫度的數值調整或維持該第一馬達轉速；c)計算一設定中壓，該控制器依據該目前中壓減該設定中壓的數值調整或維持該第二馬達轉速；以及d)計算該第一壓縮室的一低壓比容、該電機室的一中壓比容及該第二壓縮室的一高壓比容，該控制器依據該低壓比容除以該中壓比容的數值調整或維持該第一滑閥的位置，該控制器依據該中壓比容除以該高壓比容的數值調整或維持該第二滑閥的位置。
於本發明實施例中，本發明係提供一種雙段冷媒壓縮機的操作方法，其步驟包括：e)提供一如上述之雙段冷媒壓縮機，該第一馬達驅動其一該第一螺桿以定頻旋轉，該第二馬達驅動其一該第二螺桿以變頻旋轉；f)取得一目前溫度及設定一預設溫度，該控制器依據該目前溫度減該預設溫度的數值調整或維持該第一滑閥的位置；g)計算一設定中壓，該控制器依據該目前中壓減該設定中壓的數值調整或維持該第二馬達轉速；以及h)計算該第一壓縮室的一低壓比容、該電機室的一中壓比容及該第二壓縮室的一高壓比容，該控制器依據該低壓比容除以該中壓比容的數值調整或維持該第一滑閥的位置，該控制器依據該中壓比容除以該高壓比容的數值調整或維持該第二滑閥的位置。
基於上述，本發明透過第一螺桿的轉速、第二螺桿的轉速達到可調節的壓縮比，及控制第一滑閥的位置、第二滑閥的位置達到可調節的容積比，使得雙段冷媒壓縮機所有影響能效的因子都加入可控制的範疇中，讓雙段螺旋式壓縮機可於多變工況下，以最佳效率的模式運行。
有關本發明之詳細說明及技術內容，將配合圖式說明如下，然而所附圖式僅作為說明用途，並非用於侷限本發明。
請參考圖1至圖10所示，本發明係提供一種雙段冷媒壓縮機及其操作方法，此雙段冷媒壓縮機10主要包括一殼體1、一第一壓縮機模組2、一第二壓縮機模組3一容調機構4、一壓力感測組5及一處理器。
如圖1至圖3所示，殼體1內部區隔有依序相連通的一吸氣通道11、一第一壓縮室12、一電機室13、一第二壓縮室14及一排氣通道15。
如圖1至圖3所示，第一壓縮機模組2包含一對第一螺桿21及一第一馬達22，此對第一螺桿21容置於第一壓縮室12且相互嚙合，第一馬達22容置於電機室13且驅動其一第一螺桿21旋轉，此對第一螺桿21相嚙合的公螺旋齒面與母螺旋齒面間定義出一第一接觸線L1。
另外，此對第一螺桿21的兩端具有一吸入端211及一排出端212，吸入端211相較排出端212更鄰近吸氣通道11配置。
如圖1至圖3所示，第二壓縮機模組3包含一對第二螺桿31及一第二馬達32，此對第二螺桿31容置於第二壓縮室14且相互嚙合，第二馬達32容置於電機室13且驅動其一第二螺桿31旋轉，此對第二螺桿31相嚙合的公螺旋齒面與母螺旋齒面間定義出一第二接觸線L2。
其中，第一馬達22直接驅動第一螺桿21旋轉，第二馬達32直接驅動第二螺桿31旋轉，使第一壓縮機模組2與第二壓縮機模組3之間無須透過齒輪組件即可分別控制第一螺桿21及第二螺桿31旋轉速度。
另外，雙段冷媒壓縮機10用於將例如：冷媒、冷卻液等流體(圖未揭示)由低壓提升為高壓，流體由吸氣通道11開始依序經過第一壓縮室12、第一螺桿21的吸入端211、第一螺桿21的排出端212、電機室13、第一馬達22、第二馬達32、第二壓縮室14、第二螺桿31，最後自排氣通道15排出，因流體先後被第一螺桿21與第二螺桿31壓縮，使得在第一壓縮室12、電機室13及第二壓縮室14的流體壓力分別為低壓、中壓與高壓。
又，雙段冷媒壓縮機10的第一馬達22和第二馬達32可設置於單一電機室13內(例如圖1或圖3)，或依不同設計需求，將第一馬達22和第二馬達32分別設置(例如圖2)，再利用連接通道133連通兩者。
此外，具有冷卻功能的流體(例如低溫冷媒，利用節能器噴入)可藉由注入電機室13，並隨著工作流體(例如冷媒)依序冷卻第一馬達22和第二馬達32，最後經由第二壓縮室14的排氣通道15排出，避免第一馬達22和第二馬達32運轉產生的熱量影響雙段冷媒壓縮機10的製冷效能。
如圖1至圖3所示，殼體1設有配置並連通在第一壓縮室12與第一電機室131之間的一第一冷卻液噴入口16，第一冷卻液(例如低溫冷媒)透過第一冷卻液噴入口16注入第一壓縮室12與第一電機室131之間，並隨著工作流體(例如冷媒)冷卻第一馬達22；及/或殼體1設有連通第二電機室132且對應第二馬達32配置的一第二冷卻液噴入口17，第二冷卻液(例如低溫冷媒)透過第二冷卻液噴入口17注入第二電機室132內，並隨著工作流體(例如冷媒)冷卻第二馬達32。
其中，如圖1至圖2所示，第二冷卻液噴入口17與第二電機室132以垂直方式連通(以圖1之第二螺桿31的長軸方向為基準)且配置在第二馬達32遠離第二螺桿31的一端，第二冷卻液排出第二冷卻液噴入口17後，第二冷卻液以垂直或斜向的方式流向第二馬達32。
或者，如圖3所示，第二冷卻液噴入口17與第二電機區135以平行方式連通(以圖1之第二螺桿31的長軸方向為基準)且配置在第二馬達32遠離第二螺桿31的一端，第二冷卻液排出第二冷卻液噴入口17後，第二冷卻液以平行的方式流向第二馬達32(或第一電機區134及第二電機區135)。
實際運用時，可依據不同的工況設計，將第二冷卻液噴入口17設置以垂直、斜向或平行的方式流向第二馬達32。此外，當第二電機室132(或第二電機區135)設置於第一電機室131(或第一電機區134)的下方、或當第一電機室131(或第一電機區134)與第二電機室132(或第二電機區135)彼此左、右並列時，殼體1設有第二冷卻液噴入口17以連通第二電機室132(或第二電機 區135)，並注入第二冷卻液(例如潤滑液或低溫冷媒)至第二電機室132內，使第二馬達32冷卻降溫，並且使第二電機室132(或第二電機區135)內的潤滑油產生霧化後隨著工作流體經由排氣通道15排出，以減少第二電機室132(或第二電機區135)內的潤滑油蓄積。
如圖1至圖4所示，容調機構4包含一第一滑閥41及一第二滑閥42，第一滑閥41可移動地對應第一接觸線L1設置，進而控制第一壓縮室12的吸氣壓力、排氣壓力及何時排氣，第二滑閥42可移動地對應第二接觸線L2設置，進而控制第二壓縮室14的吸氣壓力、排氣壓力及何時排氣。
如圖1至圖3所示，壓力感測組5包含至少一中間壓力感測器51、一吸氣壓力感測器52及一排氣壓力感測器53，中間壓力感測器51容置於電機室13而取得一目前中壓，目前中壓即電機室13的內部流體壓力，吸氣壓力感測器52容置於吸氣通道11而取得一吸氣壓力，吸氣壓力即吸氣通道11的內部流體壓力，排氣壓力感測器53容置於排氣通道15而取得一排氣壓力，排氣壓力即排氣通道15的內部流體壓力。
詳細說明如下，如圖1至圖2所示，係本發明雙段冷媒壓縮機10之第一、第二實施例，其中電機室13包含連通第一壓縮室12的一第一電機室131、連通第二壓縮室14的一第二電機室132及兩端僅分別連通第一電機室131與第二電機室132的一連接通道133，第一馬達22容置於第一電機室131，第二馬達32容置於第二電機室132，中間壓力感測器51容置於第一電機室131、第二電機室132及連接通道133之至少其一者。
另外，如圖1至圖2所示，在本發明雙段冷媒壓縮機10之第一實施例中，殼體1內部的流體以依序經過第一電機室131、連接通道133及第二電機室132方式通過電機室13。
其中，如圖1所示，連接通道133為兩端連接在第一電機室131與第二電機室132上、下側之間的一直立通道，即連接通道133的一端與第二電機室132以垂直或斜向方式連通(以圖1之第二螺桿31的長軸方向為基準)，流體排出連接通道133後，流體以垂直的方式流向第二馬達32。其中，第一電機室131與第二電機室132可上、下並列或左、右並列，不以本實施例為限制。
或者，如圖2所示，連接通道133為兩端連接在第一電機室131與第二電機室132一側的一彎曲管通道，即連接通道133的一端與第二電機室132以斜向或平行方式連通(以圖2之第二螺桿31的長軸方向為基準)，流體排出連接通道133後，流體以斜向或平行方式流向第二馬達32。其中，第一電機室131與第二電機室132可上、下並列或左、右並列，不以本實施例為限制。
此外，連接通道133也可為兩端連接在第一電機室131與第二電機室132一側的一U形通道，即連接通道133的一端與第二電機室132以平行方式連通(以圖1至圖2之第二螺桿31的長軸方向為基準)，流體排出連接通道133後，以平行的方式流向第二馬達32，以減少流體對運轉中的第二馬達32及第二螺桿31造成的震盪。
再者，如圖3所示，係本發明雙段冷媒壓縮機10之第三實施例，其中電機室13的其一半形成有連通第一壓縮室12的一第一電機區134及另一半形成有連通第二壓縮室14的一第二電機區135，第一馬達22容置於第一電機區134，第二馬達32容置於第二電機區135，中間壓力感測器51容置於第一電機區134及第二電機區135之其一者。
又，如圖3所示，在本發明雙段冷媒壓縮機10之第三實施例中，殼體1內部的流體以依序經過第一電機區134及第二電機區135方式通過電機室13。其中，第一電機區134與第二電機區135可上、下並列或左、右並列，不以本實施例為限制。
此外，處理器(圖未揭示)連接於第一馬達22、第二馬達32、第一滑閥41、第二滑閥42、中間壓力感測器51、吸氣壓力感測器52及排氣壓力感測器53，處理器用於接收目前中壓、吸氣壓力與排氣壓力的數據、控制第一馬達22與第二馬達32的轉速及控制第一滑閥41與第二滑閥42的位置。
進一步說明如下，處理器可包含安裝於殼體1、遠端電腦(圖未揭示)、伺服器(圖未揭示)、第一馬達22或第二馬達32上的中央處理器(CPU)、微處理器(MPU)或數位訊號處理器(DSP)及連接且驅動第一滑閥41與第二滑閥42移動的致動器。
如圖5所示，係本發明雙段冷媒壓縮機10的操作方法第一實施例之步驟流程圖；如圖6、圖7所示，係本發明雙段冷媒壓縮機10的操作方法第一、第二實施例之流程方塊圖。
詳細說明如下，第一、如圖5之步驟a及圖1至圖4、圖6至圖7所示，提供一如前述之雙段冷媒壓縮機10，第一馬達22驅動其一第一螺桿21以變頻旋轉，第二馬達32驅動其一第二螺桿31以變頻旋轉。
第二、如圖5之步驟b及圖1至圖4、圖6至圖7所示，取得一目前溫度T1及設定一預設溫度T2，控制器依據目前溫度T1減預設溫度T2的數值調整或維持第一馬達22轉速。
其中，目前溫度T1為雙段冷媒壓縮機10所處的室內(例如：房間、冷凍庫內部)溫度，預設溫度T2由使用者自行設定所需的室內(例如：房間、冷凍庫內部)溫度。
另外，如圖6所示的操作方法第一實施例，雙段冷媒壓縮機10進行製冷運轉時，目前溫度T1減預設溫度T2的數值等於一第一誤差值C1，則控制器維持第一馬達22轉速；目前溫度T1減預設溫度T2的數值大於第一誤差值C1， 則控制器提高第一馬達22轉速；目前溫度T1減預設溫度T2的數值小於第一誤差值C1，則控制器降低第一馬達22轉速。
再者，如圖7所示的操作方法第二實施例，雙段冷媒壓縮機10進行製熱運轉時，目前溫度T1減預設溫度T2的數值等於一第一誤差值C1，則控制器維持第一馬達22轉速，即維持第一螺桿21轉速；目前溫度T1減預設溫度T2的數值小於第一誤差值C1，則控制器提高第一馬達22轉速，即提高第一螺桿21轉速；目前溫度T1減預設溫度T2的數值大於第一誤差值C1，則控制器降低第一馬達22轉速，即降低第一螺桿21轉速。
舉例說明如下，當雙段冷媒壓縮機10進行製冷運轉時，量測冷凍庫內部的目前溫度T1為30℃，使用者需要並設定冷凍庫內部的預設溫度T2為20℃，第一誤差值C1為±1，當目前溫度T1高於21℃時會提高第一螺桿21轉速，當目前溫度T1低於19℃時會降低第一螺桿21轉速，當目前溫度T1介於21~19℃時將維持目前第一螺桿21轉速。反之，當雙段冷媒壓縮機10進行製熱運轉時，量測房間內部的目前溫度T1為20℃，使用者需要並設定房間內部的預設溫度T2為30℃，第一誤差值C1為±1，當目前溫度T1高於31℃時會降低第一螺桿21轉速，當目前溫度T1低於29℃時會提高第一螺桿21轉速，當目前溫度T1介於31~29℃時將維持目前第一螺桿21轉速。其中，於實際運作上，第一誤差值C1的範圍會依據不同的設定工況而決定。
第三、如圖5之步驟c及圖1至圖4、圖6至圖7所示，計算一設定中壓P2，控制器依據目前中壓P1減設定中壓P2的數值調整或維持第二馬達32轉速。
進一步說明如下，目前中壓P1減設定中壓P2的數值等於一第二誤差值C2，則控制器維持第二馬達32轉速，即維持第二螺桿31轉速；目前中壓P1減設定中壓P2的數值大於第二誤差值C2，則控制器提高第二馬達32轉速，即提 高第二螺桿31轉速；目前中壓P1減設定中壓P2的數值小於第二誤差值C2，則控制器降低第二馬達32轉速，即降低第二螺桿31轉速。
其中，設定中壓P2由以下公式所計算出：P2=k1+k2×Psuc+k3×Pdis+k4×
Figure 112122807-A0305-02-0015-4
+k5×
Figure 112122807-A0305-02-0015-5
，其中P2為設定中壓，Psuc為吸氣壓力，Pdis為排氣壓力，k1為第一經驗係數，k2為第二經驗係數，k3為第三經驗係數，k4為第四經驗係數，k5為第五經驗係數，為透過量測或模擬後計算得到的經驗係數。
在一實例中，事先在實驗室或生產線上進行量測，取得參考中壓、參考吸氣壓力、參考排氣壓力並輸入係數計算單元，此係數計算單元是一個能輸入參考中壓、參考吸氣壓力與參考排氣壓力，計算並輸出第一經驗係數、第二經驗係數、第三經驗係數、第四經驗係數與第五經驗係數的計算單元。
另外，量測場所不限於實驗室或是生產線上，它可以是一個線上系統，在真實的流體機械運作時，從流體機械量測到參考中壓、參考吸氣壓力、參考排氣壓力並輸入係數計算單元，計算並輸出第一經驗係數、第二經驗係數、第三經驗係數、第四經驗係數與第五經驗係數。
或者，參考中壓、參考吸氣壓力、參考排氣壓力不限於透過量測取得，它可以是一個模擬結果，透過電腦輔助工程(CAE)軟體模擬流體機械的運轉中的狀況，取得模擬的參考中壓、參考吸氣壓力、參考排氣壓力並輸入係數計算單元，計算並輸出第一經驗係數、第二經驗係數、第三經驗係數、第四經驗係數與第五經驗係數。
舉例說明如下，將量測到的目前中壓P1與上述公式計算出的設定中壓P2相減，例如設定中壓P2計算為8kg/cm2G，第二誤差值C2為±0.2，當量測到目前中壓P1為8.2kg/cm2G以上時會提高第二螺桿31轉速，當量測到目前中壓 P1為7.8kg/cm2G以下時會降低第二螺桿31轉速，當量測到目前中壓P1介於8.2~7.8kg/cm2G時會維持第二螺桿31轉速。其中，於實際運作上，第二誤差值C2的範圍會依據不同的設定工況而決定。
第四、如圖5之步驟d及圖1至圖4、圖6至圖7所示，計算第一壓縮室12的一低壓比容V1、電機室13的一中壓比容V2及第二壓縮室14的一高壓比容V3，控制器依據低壓比容V1除以中壓比容V2的數值調整或維持第一滑閥41的位置，控制器依據中壓比容V2除以高壓比容V3的數值調整或維持第二滑閥42的位置。
其中，依據壓縮機的壓力、溫度及曲線擬合(Curve Fitting)可計算出比容(specific volume，v)，低壓比容V1即由第一壓縮室12的壓力、溫度計算得出，中壓比容V2即由電機室13的壓力、溫度計算得出，高壓比容V3即由第二壓縮室14的壓力、溫度計算得出，並依據冷媒種類選取壓縮機之容積比與滑塊位置關係式可計算出滑塊的最佳位置。
進一步說明如下，低壓比容V1除以中壓比容V2的數值等於一第三誤差值C3，則控制器維持第一滑閥41的位置，低壓比容V1除以中壓比容V2的數值大於或小於(不等於)第三誤差值C3，則控制器依據冷媒種類選取壓縮機之容積比與滑塊位置關係式計算出的滑塊最佳位置去調整第一滑閥41的位置，中壓比容V2除以高壓比容V3的數值等於一第四誤差值C4，則控制器維持第二滑閥42的位置，中壓比容V2除以高壓比容V3的數值大於或小於(不等於)第四誤差值C4，則控制器依據冷媒種類選取壓縮機之容積比與滑塊位置關係式計算出的滑塊最佳位置去調整第二滑閥42的位置。
舉例說明如下，當設定第三誤差值C3為3時，目前計算得到的低壓比容V1除以中壓比容V2的數值等於3時(等於第三誤差值C3)，則控制器維持第一滑閥41的位置不變；而當低壓比容V1除以中壓比容V2的數值等於5時(大於 第三誤差值C3)，則控制器控制第一滑閥41朝向第一螺桿21的吸入端211方向移動，以降低低壓比容V1值；而當低壓比容V1除以中壓比容V2的數值等於1.5時(小於第三誤差值C3)，則控制器控制第一滑閥41朝向第一螺桿21的排出端212方向移動(遠離第一螺桿21的吸入端211方向移動)，以增加低壓比容V1值。
除此之外，例如當設定第四誤差值C4為3時，目前計算得到的中壓比容V2除以高壓比容V3的數值等於3(等於第四誤差值C4)，則控制器維持第二滑閥42的位置；當中壓比容V2除以高壓比容V3的數值等於5(大於第四誤差值C4)，則控制器控制第二滑閥42遠離排氣通道15(朝向第二電機室132方向移動)，以降低中壓比容V2值；當中壓比容V2除以高壓比容V3的數值等於1.5(小於第四誤差值C4)，則控制器控制第二滑閥42朝向排氣通道15方向移動，以增加中壓比容V2值。
如圖8所示，係本發明雙段冷媒壓縮機10的操作方法第二實施例之步驟流程圖；如圖9、圖10所示，係本發明雙段冷媒壓縮機10的操作方法第三、第四實施例之流程方塊圖。
詳細說明如下，第一、如圖8之步驟e及圖1至圖4、圖9至圖10所示，提供一如前述之雙段冷媒壓縮機10，第一馬達22驅動其一第一螺桿21以定頻旋轉，第二馬達32驅動其一第二螺桿31以變頻旋轉。
第二、如圖8之步驟f及圖1至圖4、圖9至圖10所示，取得一目前溫度T1及設定一預設溫度T2，控制器依據目前溫度T1減預設溫度T2的數值調整或維持第一滑閥41的位置。
其中，目前溫度T1為雙段冷媒壓縮機10所處的室內(例如：房間、冷凍庫內部)溫度，預設溫度T2由使用者自行設定所需的室內(例如：房間、冷凍庫內部)溫度。
另外，如圖9所示的操作方法第三實施例，雙段冷媒壓縮機10進行製冷運轉時，目前溫度T1減預設溫度T2的數值等於第一誤差值C1，則控制器維持第一滑閥41的位置；目前溫度T1減預設溫度T2的數值大於第一誤差值C1，則控制器控制第一滑閥41進行加載動作，加載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的吸入端211方向移動；目前溫度T1減預設溫度T2的數值小於第一誤差值C1，則控制器控制第一滑閥41進行洩載動作，洩載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的排出端212方向移動。
再者，如圖10所示的操作方法第四實施例，雙段冷媒壓縮機10進行製熱運轉時，目前溫度T1減預設溫度T2的數值等於第一誤差值C1，則控制器維持第一滑閥41的位置；目前溫度T1減預設溫度T2的數值小於第一誤差值C1，則控制器控制第一滑閥41進行加載動作，加載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的吸入端211方向移動；目前溫度T1減預設溫度T2的數值大於第一誤差值C1，則控制器控制第一滑閥41進行洩載動作，洩載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的排出端212方向移動。
舉例說明如下，當雙段冷媒壓縮機10進行製冷運轉時，量測冷凍庫內部的目前溫度T1為30℃，使用者需要並設定冷凍庫內部的預設溫度T2為20℃，第一誤差值C1為±1，當目前溫度T1高於21℃時，則控制器控制第一滑閥41進行加載動作，加載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的吸入端211方向移動，當目前溫度T1低於19℃時，則控制器控制第一滑閥41進行洩載動作，洩載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的排出端212方向移動，當目前溫度T1介於21~19℃時將維持，則控制器維持第一滑閥41的位置。其中，於實際運作上，第一誤差值C1的範圍會依據不同的設定工況而決定。
反之，當雙段冷媒壓縮機10進行製熱運轉時，量測房間內部的目前溫度T1為20℃，使用者需要並設定房間內部的預設溫度T2為30℃，第一誤差 值C1為±1，當目前溫度T1高於31℃時，則控制器控制第一滑閥41進行洩載動作，洩載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的排出端212方向移動；當目前溫度T1低於29℃時，則控制器控制第一滑閥41進行加載動作，加載動作為第一滑閥41往接近第一螺桿21的吸入端211方向移動；當目前溫度T1介於31~29℃時，則控制器維持第一滑閥41的位置。其中，於實際運作上，第一誤差值C1的範圍會依據不同的設定工況而決定。
第三、如圖8之步驟g及圖1至圖4、圖9至圖10所示，計算一設定中壓P2，控制器依據目前中壓P1減設定中壓P2的數值調整或維持第二馬達32轉速。
進一步說明如下，目前中壓P1減設定中壓P2的數值等於第二誤差值C2，則控制器維持第二馬達32轉速，即維持第二螺桿31轉速；目前中壓P1減設定中壓P2的數值大於第二誤差值C2，則控制器提高第二馬達32轉速，即提高第二螺桿31轉速；目前中壓P1減設定中壓P2的數值小於第二誤差值C2，則控制器降低第二馬達32轉速，即降低第二螺桿31轉速。其中，舉例說明如第一、第二實施例之步驟c，在此並不贅述。
另外，設定中壓P2由以下公式所計算出：P2=k1+k2×Psuc+k3×Pdis+k4×
Figure 112122807-A0305-02-0019-1
+k5×
Figure 112122807-A0305-02-0019-3
，其中P2為設定中壓，Psuc為吸氣壓力，Pdis為排氣壓力，k1為第一經驗係數，k2為第二經驗係數，k3為第三經驗係數，k4為第四經驗係數，k5為第五經驗係數，如前述說明。
第四、如圖8之步驟h及圖1至圖4、圖9至圖10所示，計算第一壓縮室12的低壓比容V1、電機室13的中壓比容V2及第二壓縮室14的高壓比容V3，控制器依據低壓比容V1除以中壓比容V2的數值調整或維持第一滑閥41的位置，控制器依據中壓比容V2除以高壓比容V3的數值調整或維持第二滑閥42的位置。
其中，依據壓縮機的壓力、溫度及曲線擬合(Curve Fitting)可計算出比容(specific volume，v)，低壓比容V1即由第一壓縮室12的壓力、溫度計算得出，中壓比容V2即由電機室13的壓力、溫度計算得出，高壓比容V3即由第二壓縮室14的壓力、溫度計算得出，並依據冷媒種類選取壓縮機之容積比與滑塊位置關係式可計算出滑塊的最佳位置。
進一步說明如下，低壓比容V1除以中壓比容V2的數值等於第三誤差值C3，則控制器維持第一滑閥41的位置，低壓比容V1除以中壓比容V2的數值大於或小於(不等於)第三誤差值C3，則控制器依據冷媒種類選取壓縮機之容積比與滑塊位置關係式計算出的滑塊最佳位置去調整第一滑閥41的位置，中壓比容V2除以高壓比容V3的數值等於第四誤差值C4，則控制器維持第二滑閥42的位置，中壓比容V2除以高壓比容V3的數值大於或小於(不等於)第四誤差值C4，則控制器依據冷媒種類選取壓縮機之容積比與滑塊位置關係式計算出的滑塊最佳位置去調整第二滑閥42的位置。其中，舉例說明如第一、第二實施例之步驟d，在此並不贅述。
藉此，本發明透過第一螺桿21的轉速、第二螺桿31的轉速達到可調節的壓縮比，及控制第一滑閥41的位置、第二滑閥42的位置達到可調節的容積比，使得雙段冷媒壓縮機10所有影響能效的因子都加入可控制的範疇中，讓雙段螺旋式壓縮機10可於多變工況下，以最佳效率的模式運行。
綜上所述，本發明之雙段冷媒壓縮機及其操作方法，亦未曾見於同類產品及公開使用，並具有產業利用性、新穎性與進步性，完全符合專利申請要件，爰依專利法提出申請，以保障發明人之權利。
10:雙段冷媒壓縮機
1:殼體
11:吸氣通道
12:第一壓縮室
13:電機室
131:第一電機室
132:第二電機室
133:連接通道
134:第一電機區
135:第二電機區
14:第二壓縮室
15:排氣通道
16:第一冷卻液噴入口
17:第二冷卻液噴入口
2:第一壓縮機模組
21:第一螺桿
211:吸入端
212:排出端
22:第一馬達
3:第二壓縮機模組
31:第二螺桿
32:第二馬達
4:容調機構
41:第一滑閥
42:第二滑閥
5:壓力感測組
51:中間壓力感測器
52:吸氣壓力感測器
53:排氣壓力感測器
C1:第一誤差值
C2:第二誤差值
C3:第三誤差值
C4:第四誤差值
L1:第一接觸線
L2:第二接觸線
P1:目前中壓
P2:設定中壓
T1:目前溫度
T2:預設溫度
V1:低壓比容
V2:中壓比容
V3:高壓比容
a~h:步驟
圖1 係本發明雙段冷媒壓縮機第一實施例的剖面示意圖的。
圖2 係本發明雙段冷媒壓縮機第二實施例的剖面示意圖的。
圖3 係本發明雙段冷媒壓縮機第三實施例的剖面示意圖的。
圖4 係本發明第一(第二)螺桿與第一(第二)滑閥之位置示意圖。
圖5 係本發明雙段冷媒壓縮機的操作方法第一實施例之步驟流程圖。
圖6 係本發明雙段冷媒壓縮機的操作方法第一實施例之流程方塊圖。
圖7 係本發明雙段冷媒壓縮機的操作方法第二實施例之流程方塊圖。
圖8 係本發明雙段冷媒壓縮機的操作方法第二實施例之步驟流程圖。
圖9 係本發明雙段冷媒壓縮機的操作方法第三實施例之流程方塊圖。
圖10 係本發明雙段冷媒壓縮機的操作方法第四實施例之流程方塊圖。
10:雙段冷媒壓縮機
1:殼體
11:吸氣通道
12:第一壓縮室
13:電機室
131:第一電機室
132:第二電機室
133:連接通道
14:第二壓縮室
15:排氣通道
16:第一冷卻液噴入口
17:第二冷卻液噴入口
2:第一壓縮機模組
21:第一螺桿
211:吸入端
212:排出端
22:第一馬達
3:第二壓縮機模組
31:第二螺桿
32:第二馬達
4:容調機構
41:第一滑閥
42:第二滑閥
5:壓力感測組
51:中間壓力感測器
52:吸氣壓力感測器
53:排氣壓力感測器

Claims (20)

  1. 一種雙段冷媒壓縮機，包括： 一殼體，內部區隔有依序相連通的一吸氣通道、一第一壓縮室、一電機室、一第二壓縮室及一排氣通道； 一第一壓縮機模組，包含容置於該第一壓縮室且相互嚙合的一對第一螺桿，及容置於該電機室且驅動其一該第一螺桿旋轉的一第一馬達，該對第一螺桿定義出一第一接觸線； 一第二壓縮機模組，包含容置於該第二壓縮室且相互嚙合的一對第二螺桿，及容置於該電機室且驅動其一該第二螺桿旋轉的一第二馬達，該對第二螺桿定義出一第二接觸線； 一容調機構，包含可移動地對應該第一接觸線設置的一第一滑閥及可移動地對應該第二接觸線設置的一第二滑閥； 一壓力感測組，包含至少一中間壓力感測器，該至少一中間壓力感測器容置於該電機室而取得一目前中壓；以及 一處理器，連接於該第一馬達、該第二馬達、該第一滑閥、該第二滑閥及該至少一中間壓力感測器，該處理器用於接收該目前中壓的數據、控制該第一馬達與該第二馬達的轉速及控制該第一滑閥與該第二滑閥的位置。
  2. 如請求項1所述之雙段冷媒壓縮機，其中該壓力感測組更包含一吸氣壓力感測器及一排氣壓力感測器，該吸氣壓力感測器容置於該吸氣通道而取得一吸氣壓力，該排氣壓力感測器容置於該排氣通道而取得一排氣壓力，該處理器更連接於該吸氣壓力感測器及該排氣壓力感測器，該處理器用於接收該吸氣壓力與該排氣壓力的數據。
  3. 如請求項1所述之雙段冷媒壓縮機，其中該電機室包含連通該第一壓縮室的一第一電機室、連通該第二壓縮室的一第二電機室及兩端分別連通該第一電機室與該第二電機室的一連接通道，該第一馬達容置於該第一電機室，該第二馬達容置於該第二電機室，該至少一中間壓力感測器容置於該第一電機室、該第二電機室及該連接通道之至少其一者。
  4. 如請求項3所述之雙段冷媒壓縮機，其中該第一電機室與該第二電機室彼此上、下並列或左、右並列。
  5. 如請求項3所述之雙段冷媒壓縮機，其中該殼體設有一第一冷卻液噴入口及/或一第二冷卻液噴入口，該第一冷卻液噴入口配置且連通於該第一壓縮室與該第一電機室之間，該第二冷卻液噴入口連通該第二電機室且對應該第二馬達配置。
  6. 如請求項1所述之雙段冷媒壓縮機，其中該電機室的其一半形成有連通該第一壓縮室的一第一電機區及另一半形成有連通該第二壓縮室的一第二電機區，該第一馬達容置於該第一電機區，該第二馬達容置於該第二電機區，該至少一中間壓力感測器容置於該第一電機區及該第二電機區之至少其一者。
  7. 如請求項6所述之雙段冷媒壓縮機，其中該第一電機區與該第二電機區彼此上、下並列或左、右並列。
  8. 如請求項6所述之雙段冷媒壓縮機，其中該殼體設有一第一冷卻液噴入口及/或一第二冷卻液噴入口，該第一冷卻液噴入口配置且連通於該第一壓縮室與該第一電機區之間，該第二冷卻液噴入口連通該第二電機區且對應該第二馬達配置。
  9. 一種雙段冷媒壓縮機的操作方法，其步驟包括： a)提供一如請求項2所述之雙段冷媒壓縮機，該第一馬達驅動其一該第一螺桿以變頻旋轉，該第二馬達驅動其一該第二螺桿以變頻旋轉； b)取得一目前溫度及設定一預設溫度，該控制器依據該目前溫度減該預設溫度的數值調整或維持該第一馬達轉速； c)計算一設定中壓，該控制器依據該目前中壓減該設定中壓的數值調整或維持該第二馬達轉速；以及 d)計算該第一壓縮室的一低壓比容、該電機室的一中壓比容及該第二壓縮室的一高壓比容，該控制器依據該低壓比容除以該中壓比容的數值調整或維持該第一滑閥的位置，該控制器依據該中壓比容除以該高壓比容的數值調整或維持該第二滑閥的位置。
  10. 如請求項9所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中該目前溫度為該雙段冷媒壓縮機所處的室內溫度，該預設溫度由使用者設定，該設定中壓由以下公式所計算出： ，其中P2為該設定中壓，Psuc為該吸氣壓力，Pdis為該排氣壓力，k1為第一經驗係數，k2為第二經驗係數，k3為第三經驗係數，k4為第四經驗係數，k5為第五經驗係數。
  11. 如請求項9所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中b)步驟中，該雙段冷媒壓縮機進行製冷運轉時，該目前溫度減該預設溫度的數值等於一第一誤差值，則該控制器維持該第一馬達轉速，該目前溫度減該預設溫度的數值大於該第一誤差值，則該控制器提高該第一馬達轉速，該目前溫度減該預設溫度的數值小於該第一誤差值，則該控制器降低該第一馬達轉速。
  12. 如請求項9所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中b)步驟中，該雙段冷媒壓縮機進行製熱運轉時，該目前溫度減該預設溫度的數值等於一第一誤差值，則該控制器維持該第一馬達轉速，該目前溫度減該預設溫度的數值小於該第一誤差值，則該控制器提高該第一馬達轉速，該目前溫度減該預設溫度的數值大於該第一誤差值，則該控制器降低該第一馬達轉速。
  13. 如請求項9所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中c)步驟中，該目前中壓減該設定中壓的數值等於一第二誤差值，則該控制器維持該第二馬達轉速，該目前中壓減該設定中壓的數值大於該第二誤差值，則該控制器提高該第二馬達轉速，該目前中壓減該設定中壓的數值小於該第二誤差值，則該控制器降低該第二馬達轉速。
  14. 如請求項9所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中d)步驟中，該低壓比容除以該中壓比容的數值等於一第三誤差值，則該控制器維持該第一滑閥的位置，該低壓比容除以該中壓比容的數值大於或小於該第三誤差值，則該控制器調整該第一滑閥的位置，該中壓比容除以該高壓比容的數值等於一第四誤差值，則該控制器維持該第二滑閥的位置，該中壓比容除以該高壓比容的數值大於或小於該第四誤差值，則該控制器調整該第二滑閥的位置。
  15. 一種雙段冷媒壓縮機的操作方法，其步驟包括： e)提供一如請求項2所述之雙段冷媒壓縮機，該第一馬達驅動其一該第一螺桿以定頻旋轉，該第二馬達驅動其一該第二螺桿以變頻旋轉； f)取得一目前溫度及設定一預設溫度，該控制器依據該目前溫度減該預設溫度的數值調整或維持該第一滑閥的位置； g)計算一設定中壓，該控制器依據該目前中壓減該設定中壓的數值調整或維持該第二馬達轉速；以及 h)計算該第一壓縮室的一低壓比容、該電機室的一中壓比容及該第二壓縮室的一高壓比容，該控制器依據該低壓比容除以該中壓比容的數值調整或維持該第一滑閥的位置，該控制器依據該中壓比容除以該高壓比容的數值調整或維持該第二滑閥的位置。
  16. 如請求項15所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中該目前溫度為該雙段冷媒壓縮機所處的室內溫度，該預設溫度由使用者設定，該設定中壓由以下公式所計算出： ，其中P2為該設定中壓，Psuc為該吸氣壓力，Pdis為該排氣壓力，k1為第一經驗係數，k2為第二經驗係數，k3為第三經驗係數，k4為第四經驗係數，k5為第五經驗係數。
  17. 如請求項15所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中f)步驟中，該對第一螺桿具有一吸入端及一排出端，該雙段冷媒壓縮機進行製冷運轉時，該目前溫度減該預設溫度的數值等於一第一誤差值，則該控制器維持該第一滑閥的位置，該目前溫度減該預設溫度的數值大於該第一誤差值，則該控制器控制該第一滑閥進行加載動作，該加載動作為該第一滑閥往接近該吸入端方向移動，該目前溫度減該預設溫度的數值小於該第一誤差值，則該控制器控制該第一滑閥進行洩載動作，該洩載動作為該第一滑閥往接近該排出端方向移動。
  18. 如請求項15所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中f)步驟中，該對第一螺桿具有一吸入端及一排出端，該雙段冷媒壓縮機進行製熱運轉時，該目前溫度減該預設溫度的數值等於一第一誤差值，則該控制器維持該第一滑閥的位置，該目前溫度減該預設溫度的數值小於該第一誤差值，則該控制器控制該第一滑閥進行加載動作，該加載動作為該第一滑閥往接近該吸入端方向移動，該目前溫度減該預設溫度的數值大於該第一誤差值，則該控制器控制該第一滑閥進行洩載動作，該洩載動作為該第一滑閥往接近該排出端方向移動。
  19. 如請求項15所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中g)步驟中，該目前中壓減該設定中壓的數值等於一第二誤差值，則該控制器維持該第二馬達轉速，該目前中壓減該設定中壓的數值大於該第二誤差值，則該控制器提高該第二馬達轉速，該目前中壓減該設定中壓的數值小於該第二誤差值，則該控制器降低該第二馬達轉速。
  20. 如請求項15所述之雙段冷媒壓縮機的操作方法，其中h)步驟中，該低壓比容除以該中壓比容的數值等於一第三誤差值，則該控制器維持該第一滑閥的位置，該低壓比容除以該中壓比容的數值大於或小於該第三誤差值，則該控制器調整該第一滑閥的位置，該中壓比容除以該高壓比容的數值等於一第四誤差值，則該控制器維持該第二滑閥的位置，該中壓比容除以該高壓比容的數值大於或小於該第四誤差值，則該控制器調整該第二滑閥的位置。
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