DE112014004177T5

DE112014004177T5 - Rotationskompressoren mit variabler Drehzahl und Volumensteuerung

Info

Publication number: DE112014004177T5
Application number: DE112014004177.7T
Authority: DE
Inventors: Jay H. Johnson; John R. Sauls; Gordon Powell; Daniel R. Crum
Original assignee: Trane International Inc
Current assignee: Trane International Inc
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2016-05-25
Also published as: CN105579709B; US20200132074A1; US11852145B2; CN105579709A; GB2534066A; US20150093273A1; GB201604644D0; US10533556B2; WO2015051019A1; GB2534066B

Abstract

Systeme und Verfahren werden zum Steuern des Betriebs eines Rotationskompressors eines Kühlsystems benutzt, um den Wirkungsgrad durch Variieren des Volumenverhältnisses und der Drehzahl des Kompressors in Reaktion auf aktuelle Betriebs- und Lastbedingungen zu verbessern. Das Volumen des axialen und/oder radialen Ausstoßanschlusses des Kompressors kann variiert werden, um ein Volumenverhältnis gemäß Betriebsbedingungen bereitzustellen. Zusätzlich können Permanentmagnetmotoren und/oder Steuerung der Rotorspitzengeschwindigkeit für weitere Wirksamkeitsgewinne eingesetzt werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. Oktober 2013 eingereichten provisorischen US-Anmeldung Nr. 61/885,174, die hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Rotationskompressoren und spezieller, aber nicht ausschließlich, Rotationskompressoren mit variabler Drehzahl und variablem Volumenverhältnis.
HINTERGRUND
Kompressoren in Kühlsystemen erhöhen den Druck eines Kühlmittels von einem Verdampferdruck auf einen Kondensatordruck. Der Verdampferdruck wird zuweilen als Ansaugdruck bezeichnet und der Kondensatordruck wird zuweilen als Ausstoßdruck bezeichnet. In solchen Kühlsystemen werden zahlreiche Kompressortypen eingesetzt, einschließlich Rotationskompressoren des Schraubentyps. Rotationsschraubenkompressoren sind Verdrängungsgeräte mit Volumenreduktion.
Ein Rotationskompressor des Schraubentyps umfasst einen Ansauganschluss und einen Ausstoßanschluss, die in eine Arbeitskammer des Kompressors münden. Die Arbeitskammer beinhaltet ein Paar kämmende männliche und weibliche Schraubenrotoren in einem Kompressorgehäuse, die eine Kompressionstasche zwischen den Schraubenrotoren und Innenwänden der Arbeitskammer des Kompressorgehäuses definieren. Die Arbeitskammer des Kompressorgehäuses definiert ein Volumen, das als ein Paar parallele, sich schneidende Zylinder mit flachen Enden gestaltet ist, wobei jeder Rotor vornehmlich in einem der zylindrischen Volumen untergebracht ist.
Beim herkömmlichen Betrieb von kühlungsbasierten Systemen wird durch die Gegenrotation der miteinander kämmenden Schraubenrotoren eine Kühlmittelgasmasse mit Ansaugdruck in den Ansauganschluss von einem Ansaugbereich am Niederdruckende des Kompressors angesaugt. Das Kühlmittel wird durch den Ansauganschluss zu einer pfeilförmigen Kompressionstasche gefördert, die zuweilen als Rillenraum bezeichnet wird. Die Kompressionstasche wird durch die kämmenden Rotoren und die Innenwand der Arbeitskammer definiert. Bei der Rotation der kämmenden Schraubenrotoren wird die Kompressionstasche gegenüber dem Ansauganschluss verschlossen. Zu einer Gaskompression kommt es, wenn das Kompressionstaschenvolumen bei der Rotation der kämmenden Schraubenrotoren abnimmt. Die Kompressionstasche wird durch die Rotation der kämmenden Schraubenrotoren umfangsmäßig und axial zum Hochdruckausstoßende des Kompressors verdrängt und kommt mit dem Ausstoßanschluss in Verbindung. Das komprimierte Kühlgas wird radial und axial durch den Ausstoßanschluss aus der Arbeitskammer ausgestoßen.
Es ist häufig wünschenswert, solche Schraubenkompressoren unter Teillastbedingungen zu betreiben, zum Beispiel wenn kein Vollkapazitätsbetrieb nötig ist. Um die Leistung unter Teillastbedingungen zu verbessern, wurden mehrere Ansätze benutzt. Ein benutzter Ansatz ist die Verwendung von Schieberventilanordnungen, die die Zeitdauer steuern, während der das Gas komprimiert wird, bevor es in den Ausstoßanschluss abgelassen wird. Im Allgemeinen gilt, je länger das Gas in der Kompressionstasche des Rotors gehalten wird, desto höher ist das Volumenverhältnis zwischen Einlassanschluss und Auslassanschluss. Schieberventile lassen es zu, das Volumenverhältnis auf der Basis von Bedingungen des Systems zu verändern, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Es wird jedoch erwünscht, Interferenzen zwischen dem Schieberventil und den Rotoren zu vermeiden. Folglich wurden komplexe Anordnungen entwickelt, um solche Interferenzen zu vermeiden, die Kosten und Wartung des Kompressors erhöhen und die Fähigkeit begrenzen, das Kompressionsverhältnis zu steuern. Ferner können, wenn sich die Kapazität des Systems verändert, Änderungen des Volumenverhältnisses zu einer Umleitung von Gas zurück zum Ansauganschluss des Kompressors führen, was zur Folge hat, dass Ansauggas erhitzt wird und eine erneute Kompression des umgeleiteten Gases erforderlich ist, was den Wirkungsgrad verringert.
Ein anderer benutzter Ansatz zum Verbessern der Teillastleistung ist die Verwendung von Antrieben mit variabler Drehzahl (VSDs). VSDs steuern die Motorlast durch Variieren der Drehzahl, mit der ein Motor die kämmenden Schraubenrotoren antreibt. VSDs variieren typischerweise die Frequenz und/oder die an den Motor angelegte Spannung. Diese Frequenz- oder Spannungsvarianz kann es zulassen, dass der Motor in Reaktion auf die Last auf dem Motor eine variable Abtriebsdrehzahl und -leistung bereitstellt.
Der Einsatz von VSDs in herkömmlichen Schraubenkompressoren kann einen reduzierten Wirkungsgrad bei Volllastkapazität verursachen. Eine andere Herausforderung beim Einsatz von VSDs ist die, dass herkömmliche Motoren ihren Spitzenwirkungsgrad bei ihrer Nenndrehzahl erreichen. Folglich sinkt der Motorwirkungsgrad bei niedrigeren Drehzahlen ab. Eine solche reduzierte theoretische Leistung kompromittiert die bei Teil lastbedingungen erreichbaren Energieeinsparungen.
Unabhängig davon, welcher Ansatz zum Erzielen einer Teillastleistung benutzt wurde, ergaben weder Schieberventilanordnungen noch Antriebe mit variabler Drehzahl, die unabhängig in konventionellen Schraubenkompressoren zum Einsatz kamen, Schraubenkompressoren mit variabler Kapazität, die die erwünschten Wirkungsgrade und die betriebliche Steuerung erzielen. Daher sind weitere Verbesserungen an Verfahren und Systemen zum Betreiben von Rotationskompressoren wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden Ausgestaltungen von Kühlsystemen, Kompressorsystemen sowie Verfahren zum Steuern von Rotationsschraubenkompressoren solcher Systeme offenbart, die unter variierenden Last- und Betriebsbedingungen effizient arbeiten. Eine Ausgestaltung eines Verfahrens und eines Systems umfasst einen Rotationsschraubenkompressor eines Kühlsystems mit der Aufgabe, das Volumenverhältnis des Kompressors durch Steuern des radialen Volumenverhältnisses und/oder des axialen Volumenverhältnisses des Ausstoßanschlusses in Reaktion auf Betriebsbedingungen des Systems in Verbindung mit einer variablen Drehzahlsteuerung des die Kompressorrotoren antreibenden Motors in Reaktion auf Lastbedingungen zu variieren. In einer Verfeinerung wird die Drehzahl des Kompressorrotors mit einem Permanentmagnetmotor gesteuert, der mit einem Antrieb mit variabler Drehzahl verbunden ist. In einer anderen Verfeinerung wird die Spitzendrehzahl der Rotoren im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad gesteuert. In noch einer anderen Verfeinerung werden das radiale und das axiale Volumen des Ausstoßanschlusses variiert, um das Volumenverhältnis des Kompressors auf der Basis der Betriebsbedingungen zu steuern. Weitere Ausgestaltungen, Formen, Aufgaben, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Vorzüge gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine Ausgestaltung eines Kühlsystems, das ein Kompressorsystem umfasst.
2 zeigt das Kühlsystem gemäß 1 mit einem Steuersystem.
3 ist eine Schnittansicht einer Ausgestaltung eines Kompressors und eines Motors des Kompressorsystems gemäß 1 entlang der Rotationsachse des Antriebsrotors.
4A und 4B zeigen Schnittansichten eines Teils des Kompressors und einer anderen Ausgestaltung einer Baugruppe zum Steuern des radialen Druckanschlussvolumens in einer ersten Position.
5A und 5B entsprechen den 4A bzw. 4B und zeigen die Baugruppe zum Steuern des radialen Druckanschlussvolumens in einer zweiten Position.
6 ist eine Längsschnittansicht des Kompressors und Motors gemäß 1 entlang der Rotationsachse des Antriebsrotors mit Blick schräg auf die Schnittansicht von 3.
7 ist eine teilgeschnittene Längsansicht des Kompressors und Rotors und zeigt eine Baugruppe zum Steuern des radialen Ausstoßanschlussvolumens mit einem Schieberventil in einer ersten Position.
8 ist eine teilgeschnittene Längsansicht des Kompressors und Rotors, und zeigt die Baugruppe zum Steuern des radialen Ausstoßanschlussvolumens von 7 mit dem Schieberventil in einer zweiten Position.
9 ist eine Perspektivansicht eines Teils des Kompressorgehäuses mit Blick vom Motorgehäuse auf das Ausstoßende des Kompressorgehäuses und zeigt eine Baugruppe zum Steuern des axialen Ausstoßanschlussvolumens in einer ersten Position.
10 ist die Ansicht gemäß 9 und zeigt die Baugruppe zum Steuern des axialen Ausstoßanschlussvolumens in einer zweiten Position.
11 ist eine Perspektivansicht einer Endplatte der Ausstoßanschlusssteuerbaugruppe der 9 und 10.
12 ist eine Aufrissansicht des Ausstoßendes des Kompressorgehäuses mit Blick auf das Motorgehäuse.
13 ist eine Perspektivansicht des Teils des Kompressorgehäuses mit Blick vom Motorgehäuse in Richtung auf das Ausstoßende des Kompressorgehäuses, wobei die Steuerelemente der Baugruppe zum Steuern des axialen Ausstoßanschlussvolumens entfernt wurden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Für die Zwecke des deutlichen, prägnanten und exakten Beschreibens beispielhafter Ausgestaltungen der Erfindung, der Art und des Vorgangs des Umsetzens und Gebrauchens derselben, und um die Umsetzung, Durchführung und Benutzung derselben zu ermöglichen, wird nun auf bestimmte beispielhafte Ausgestaltungen einschließlich den in den Figuren illustrierten Bezug genommen, und diese werden unter Verwendung einer bestimmten Sprache beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass dadurch der Umfang der Erfindung in keiner Weise begrenzt wird und dass die Erfindung Änderungen, Modifikationen und weitere Anwendungen der beispielhaften Ausgestaltungen einschließt und schützt, die einer Fachperson einfallen, an die sich die Erfindung richtet.
1 veranschaulicht eine Ausgestaltung eines Kühlsystems 10. Das Kühlsystem 10 kann ein Fluid wie beispielsweise ein Kühlmittel wie durch die Pfeile angedeutet in den Verrohrungsverbindungen 92, 94, 96 umwälzen, um eine Kühllast aufzunehmen und die Wärme von der Last zum Ausstoßen an einer anderen Stelle zu entfernen. Wie gezeigt, umfasst das Kühlsystem 10 ein Schraubenkompressorsystem 12, ein mit dem Kompressorsystem 12 gekoppeltes Kondensatorsystem 18 und ein zwischen dem Kompressorsystem 12 und dem Kondensatorsystem 18 gekoppeltes Verdampfersystem 20. Schraubenkompressor 12, Kondensatorsystem 18 und Verdampfersystem 20 sind seriell zu einem geschlossenen Kühlsystem 10 verbunden. Auch andere Komponenten und Systeme können im System 10 vorgesehen sein, wie zum Beispiel Expansionsventile, Sparanlagen, Pumpen und dergleichen, wie die durchschnittliche Fachperson verstehen wird.
Das Kühlsystem 10 ist beispielsweise an Kältesysteme im Bereich von etwa 20 bis 500 Tonnen oder mehr gerichtet. Die durchschnittliche Fachperson wird leicht verstehen, dass Ausgestaltungen und Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht nur einstufige Kompressoren/Kälteanlagen umfassen und auf solche angewendet werden können, sondern auch mehrstufige Kompressoren/Kälteanlagen sowie ein- und/oder mehrstufige Kompressoren/Kälteanlagen, die parallel arbeiten.
Das Kühlsystem 10 kann ein Fluid zum Steuern der Temperatur in einem Raum wie einem Zimmer, einer Wohnung oder einem Gebäude oder zum Kühlen von Herstellungsprozessen oder für andere geeignete Verwendungszwecke zirkulieren. Das Fluid kann ein Kühlmittel sein, ausgewählt aus einem Azeotrop, einem Zeotrop oder einem Gemisch oder Verschnitt davon in Gas-, Flüssig- oder mehreren Phasen. Zum Beispiel, solche Kühlmittel können ausgewählt werden aus: R-123, R-134a, R-1234yf, R-1234ze, R-410A, R-22 oder R-32. Da Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung nicht auf ein besonderes Kühlmittel beschränkt sind, ist die vorliegende Erfindung auch an eine Reihe verschiedener Kühlmittel anpassbar, die im Kommen sind, wie zum Beispiel GWP-(niedriges Treibhauspotential)-Kühlmittel.
Das Kompressorsystem 12 kann einen Ansauganschluss 14 und einen Ausstoßanschluss 16 aufweisen. Wie der Fachperson bekannt ist, nimmt der Ansauganschluss 14 des Kompressorsystems 12 das Fluid in einem ersten thermodynamischen Zustand auf und das Kompressorsystem 12 komprimiert das Fluid und überträgt das Fluid vom Ansauganschluss 14 zum Ausstoßanschluss 16 mit einem höheren Ausstoßdruck und einer höheren Ausstoßtemperatur. Das aus dem Ausstoßanschluss 16 ausgestoßene Fluid kann sich in einem zweiten thermodynamischen Zustand mit einer Temperatur und einem Druck befinden, bei der/dem das Fluid leicht mit Kühlluft oder Kühlflüssigkeit im Kondensatorsystem 18 kondensiert werden kann.
Das Kondensatorsystem 18 nimmt das komprimierte Fluid aus dem Ausstoßanschluss 16 des Kompressorsystems 12 auf und kühlt das komprimierte Fluid, während es durch das Kondensatorsystem 18 fließt. Das Kondensatorsystem 18 kann Schlangen oder Rohre aufweisen, durch die das komprimierte Fluid strömt und über die Kühlluft oder Kühlflüssigkeit strömt, um Wärme an die Luft oder ein anderes Medium abzugeben. In einer Ausgestaltung ist das Kondensatorsystem 18 ein Rohrbündel-Flutkondensator, aber es sind auch andere Kondensatortypen denkbar. Das Kondensatorsystem kann als Einzelkondensator oder als Multikondensator seriell oder parallel angeordnet werden, z. B. durch Verbinden eines separaten Kondensators oder mehrerer Kondensatoren mit jedem Kompressor.
Das Kondensatorsystem 18 kann so konfiguriert sein, dass es das Fluid vom Ausstoßanschluss 16 durch die Verrohrung 92 aufnimmt. Ein Ölabscheider (nicht dargestellt) kann zwischen dem Kompressorsystem 12 und dem Kondensatorsystem 18 vorgesehen sein. Das Kondensatorsystem 18 kann das Fluid von einem überhitzten Dampf in eine gesättigte Flüssigkeit umwandeln. Infolge der über die Kondensatorrohre strömenden Kühlluft oder Kühlflüssigkeit kann das Kühlfluid Wärme vom Kühlfluid an ein anderes Fluid wie Luft oder Flüssigkeit, die die Wärme wiederum aus dem System 10 hinaus führt, in einer Wärmeübertragungsbeziehung übertragen oder auf andere Weise zuführen.
Das Verdampfersystem 20 nimmt das gekühlte Fluid vom Kondensatorsystem 18 über die Verrohrung 94 auf, nachdem es durch ein eventuelles intervenierendes Expansionsventil und/oder eine Sparanlage geströmt ist, und leitet das Kaltluftfluid durch Schlangen oder Rohre des Verdampfersystems 20. Warme Luft oder Flüssigkeit, die eine Last bereitstellt, wird von dem zu kühlenden Raum über die Schlangen oder Rohre des Verdampfersystems 20 zirkuliert. Die über die Schlangen oder Rohre des Verdampfersystems 20 strömende warme Luft oder Flüssigkeit bewirkt, dass ein flüssiger Teil des kalten Fluids verdampft. Gleichzeitig kann die über die Schlangen oder Rohre strömende warme Luft oder Flüssigkeit von dem Fluid gekühlt werden, so dass die Temperatur des zu kühlenden Raums absinkt. Das Kompressorsystem 12 arbeitet als mechanischer Entlaster des Ansaugtyps für das Verdampfersystem 20. Das Verdampfersystem 20 fördert dann das verdampfte Fluid zum Ansauganschluss 14 des Kompressorsystems 12 als gesättigten Dampf. Das Verdampfersystem 20 vervollständigt den Kühlkreislauf und führt das Fluid zum Kompressorsystem 12 zurück, so dass es wieder durch das Kompressorsystem 12, das Kondensatorsystem 18 und das Verdampfersystem 20 rezirkuliert wird.
Das Verdampfersystem 20 kann beispielsweise vom Rohrbündel-Verdampfertyp sein, ist aber darauf nicht begrenzt. Das Verdampfersystem 20 kann als einzelner Verdampfer oder als mehrere seriell oder parallel geschaltete Verdampfer angeordnet sein, zum Beispiel durch Verbinden eines separaten Verdampfers oder mehrerer Verdampfer mit jedem Kompressor. Es ist zu verstehen, dass jede Konfiguration des Kondensatorsystems 18 und/oder Verdampfersystems eingesetzt werden kann, die die notwendigen Phasenänderungen des durch das Kühlsystem 10 zirkulierten Fluids bewirkt.
2 zeigt weitere Einzelheiten einer Ausgestaltung des Kühlsystems 10. Das Kühlsystem 10 kann einen Controller 50 und einen Speicher 51 als Teil des Controllers 50 oder mit diesem verbunden umfassen. Das Kompressorsystem 12 umfasst ein Elektromotorsystem 30, das mit einem Rotationskompressor 22 und einem Antrieb 54 mit variabler Frequenz verbunden ist. Wie in den 3 und 6 gezeigt, weist das Elektromotorsystem 30 eine Welle 32 auf, die mit dem Rotationskompressor 22 verbunden ist, um Rotoren 24, 26 in Reaktion auf den Betrieb des Motorsystems 30 anzutreiben. Wieder zurück zu 2, der Ausstoßanschluss 16 des Rotationskompressors 22 umfasst eine Volumensteuerbaugruppe wie die Volumensteuerbaugruppe 17 oder eine andere hierin erörterte Volumensteuerbaugruppenausgestaltung, die, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird, betrieben werden kann, um die Ansaugentlastung von Kühlmittel aus dem Verdampfersystem 20 mechanisch zu verzögern und eine Kapazität des Kompressors 22 zu ändern. Die Volumensteuerbaugruppen steuern das Volumen des Ausstoßanschlusses 16 und steuern somit das Volumenverhältnis des Rotationskompressors 22 durch Variieren des Verhältnisses des Volumens an von Rotoren 24, 26 eingeschlossenem Kühlgas am Ansauganschluss 14 auf das Volumen von von Rotoren 24, 26 eingeschlossenem Kühlgas am Ausstoßanschluss 16.
Das Kompressorsystem 12 kann ferner einen oder mehrere mit dem Motorsystem 30 assoziierte Sensoren 31 umfassen, die Signale an den Controller 50 über die Kommunikationsverbindung 34 übertragen. Das Kompressorsystem 12 kann auch einen oder mehrere mit dem Kompressor 22 assoziierte Sensoren 33 umfassen, die Signale an den Controller 50 über die Kommunikationsverbindung 35 übertragen. Das Kompressorsystem 12 kann auch mit dem Kompressor 22 assoziierte Ansaugdruck- und/oder Temperatursensoren 25 sowie Ausstoßdruck- und/oder Temperatursensoren 27 umfassen, die Signale jeweils über die Kommunikationsverbindungen 28 und 29 zum Controller 50 übertragen. Das Kondensatorsystem 18 kann auch einen oder mehrere Sensoren 36 umfassen, die Signale zum Controller 50 über die Kommunikationsverbindung 37 übertragen, und das Verdampfersystem 20 kann auch einen oder mehrere Sensoren 38 umfassen, die Signale über die Kommunikationsverbindung 39 zum Controller 50 übertragen. Die Sensoren 25, 27, 31, 33, 36, 38 können beispielsweise zum Erfassen und/oder Übermitteln von Drehmoment, Drehzahl, Ansaugdruck und/oder -temperatur, Ausstoßdruck und/oder -temperatur und/oder anderen messbaren Parametern benutzt werden. Andere Sensoren könnten eingesetzt werden, je nach der Anwendung des Kompressorsystems 12. Ferner können die Sensoren 25, 27, 31, 33, 36, 38 über eine verdrahtete Verbindung, eine drahtlose Verbindung und Kombinationen davon mit dem Controller 50 verbunden werden. Zusätzlich können beliebige oder alle Sensoren 25, 27, 31, 33, 36, 38 virtuelle Sensoren sein.
Wie gezeigt, kann der Motorsensor 31 in der Nähe des Elektromotorsystems 30 positioniert sein, um vom Elektromotorsystem 30 auf den Rotationskompressor 22 aufgebrachtes Drehmoment zu erfassen. Der Motorsensor 31 kann elektrische Betriebskennwerte des Motorsystems 30 erfassen. In einer Ausgestaltung umfasst der Motorsensor 31 einen oder mehrere Stromsensoren. Die Stromsensoren können so positioniert werden, dass sie den vom Motorsystem 30 zugeführten elektrischen Strom erfassen, und können Betriebssignale erzeugen, die den erfassten elektrischen Strom anzeigen. In einer Ausgestaltung ist das vom Motorsystem 30 erzeugte Drehmoment von dem einem Elektromotor 64 (3 und 6) des Motorsystems 30 zugeführten elektrischen Strom abhängig. Während der Motorsensor 31 in einer Ausgestaltung Stromsensoren umfasst, die dem Elektromotor 64 zugeführten Strom erfassen, kann der Motorsensor 31 andere elektrische Betriebskennwerte des Elektromotors erfassen, wie Spannungen, Ströme, Phasenwinkel, Frequenzen, effektive Impedanzen am Eingang und/oder an anderen Teilen des Elektromotors, und Betriebssignale erzeugen, die die erfassten elektrischen Betriebskennwerte anzeigen.
Der Kompressorsensor 33 kann ferner Betriebssignale mit Messwerten bereitstellen, die die erfassten Betriebsparameter des Rotationskompressors 22 wie zum Beispiel die Spitzengeschwindigkeit von einem oder beiden der Rotoren 24, 26 anzeigen. Zusätzlich ist/sind der Ansaugdruck- und/oder Temperatursensor 25 in der Nähe des Ansauganschlusses 14 des Rotationskompressors 22 positioniert, um Druck und/oder Temperatur des in den Ansauganschluss 14 eintretenden Fluids zu erfassen. Ebenso kann/können der Ausstoßdruck- und/oder der Temperatursensor 27 in der Nähe des Ausstoßanschlusses 16 des Rotationskompressors 22 positioniert werden, um Druck und/oder Temperatur des aus dem Ausstoßanschluss 16 ausgestoßenen Fluids zu erfassen. Der/die Ansaugdruck- und/oder Temperatursensoren 25, 27 erzeugen Betriebssignale mit Messwerten, die den/die erfassten Temperatur und/oder Druck des in den Ansauganschluss 14 bzw. den Ausstoßanschluss 16 eintretenden Fluids anzeigen. Wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird, kann das Volumenverhältnis des Rotationskompressors 22 in Reaktion auf einen oder mehrere Druck- und Temperaturmesswerte von Sensoren 25, 27 gesteuert werden.
Der Controller 50 kann Statussignale von einem oder mehreren Sensoren 25, 27, 31, 33, 36, 38 empfangen, die Informationen über den Betrieb des Kühlsystems 10 und/oder des Kompressorsystems 12 bereitstellen. Auf der Basis der Statussignale kann der Controller 50 einen Betriebsmodus und/oder einen Betriebspunkt des Kompressorsystems 12 bestimmen und kann, auf der Basis des bestimmten Betriebsmodus und/oder Betriebspunkts, ein oder mehrere Befehlssignale 52, 58 zum Einstellen des Betriebs des Kompressorsystems 12 erzeugen. Zum Beispiel, der Controller 50 kann Befehlssignale 52 erzeugen, die das Motorsystem 30 auffordern, gemäß einem oder mehreren vorgewählten Betriebsparametern (z. B. einem Drehmomentprofil) zu arbeiten. Die Befehlssignale 52 können einen Betrieb mit einer/m optimalen Drehmoment und Drehzahl des Kompressorsystems 12 ermöglichen, um Verluste und mechanischen Verschleiß zu minimieren. Auch können die Befehlssignale 52 den Betrieb des Motors 64 mit variablem/r Drehmoment und Drehzahl des Kompressorsystems 12 ermöglichen, entsprechend der Last auf dem Kühlsystem 10. Zusätzlich kann der Controller 50 Befehlssignale 58 erzeugen, die einen Betrieb des Rotationskompressors 22 mit einem optimalen Volumenverhältnis des Kompressorsystems 12 ermöglichen, um Verluste zu minimieren und den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Der Controller 50 kann Prozessoren, Microcontroller, Analogschaltungen, Digitalschaltungen, Firmware und/oder Software umfassen, die zusammenwirken, um den Betrieb des Motorsystems 30 und des Rotationskompressors 22 zu steuern. Der Speicher 51 kann Teil des Controllers 50 oder ein separates Gerät sein und kann nichtflüchtige Speichergeräte wie Flash-Speichergeräte, Festwertspeichergeräte (ROM), elektrisch löschbare/programmierbare ROM-Geräte und/oder batteriegestützte Festwertspeichergeräte (RAM) umfassen, um Algorithmen, Betriebsgrenzwerte und sonstige Programmierung und Daten für den Betrieb des Motorsystems 30 und des Rotationskompressors 22 zu speichern. Der Speicher 51 kann ferner Befehle umfassen, die der Controller 50 ausführen kann, um den Betrieb des Motorsystems 30 und die Volumensteuerbaugruppe 17 des Rotationskompressors 22 zu steuern. Einige Aspekte der beschriebenen Systeme und Techniken können in Hardware, Firmware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden.
Einige Aspekte der beschriebenen Systeme können auch als Befehle implementiert werden, die auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sind, die von einem oder mehreren Prozessoren gelesen und ausgeführt werden können. Ein maschinenlesbares Medium kann ein beliebiges Speichergerät umfassen, auf dem Informationen in einer für eine Maschine (z. B. ein Computergerät) lesbaren Form gespeichert werden können. Zum Beispiel, ein maschinenlesbares Medium kann Festwertspeicher (ROM); Direktzugriffsspeicher (RAM); Magnetplattenspeichermeiden; optische Speichermedien; Flash-Speichergeräte und andere umfassen.
Der Controller 50 kann zum Kommunizieren mit einem Antrieb 54 mit variabler Frequenz, einem Kompressorsystem 12, einem Kondensatorsystem 18 und/oder einem Verdampfersystem 20 ausgelegt werden. Der Antrieb 54 mit variabler Drehzahl kann den Elektromotor 64 des Motors 30 und wiederum den Rotationskompressor 22 antreiben. Die Drehzahl des Elektromotors 64 kann beispielsweise durch Variieren der Frequenz der dem Elektromotor 64 zugeführten elektrischen Leistung gesteuert werden. Die Verwendung eines Motorsystems 30 mit einem Elektromotor 64 des Permanentmagnettyps in Verbindung mit dem Antrieb 54 mit variabler Drehzahl verlagert einen Teil der konventionellen Motorverluste aus dem Kühlkreislauf hinaus. Der Antrieb 54 mit variabler Drehzahl treibt das Kompressorsystem 12 mit der optimalen, oder nahezu optimalen, Drehzahl bei jeder Kapazität über den vorgewählten Schraubenkompressor-Kapazitätsbereich für ein Kompressorsystem 12 einer gegebenen Nennkapazität an. Der Antrieb 54 mit variabler Drehzahl umfasst typischerweise einen Stromwandler mit einem Netzgleichrichter und einem Netzstromoberschwingungsreduzierer, Stromschaltungen und Steuerschaltungen (solche Schaltungen umfassen ferner sämtliche Kommunikation und Steuerlogik, einschließlich elektronischen Leistungsumschalt-Schaltungen). Die Bedingungen, unter denen das Kompressorsystem 12 eingesetzt wird, können den Einsatz von mehr als einem Antrieb 54 mit variabler Drehzahl rechtfertigen.
Der Antrieb 54 mit variabler Drehzahl kann zum Empfangen von Befehlssignalen 52 vom Controller 50 und zum Erzeugen eines Steuersignals 56 konfiguriert werden. Der Antrieb 54 mit variabler Drehzahl spricht beispielsweise auf Befehlssignale 52 an, die von einem mit dem Controller 50 assoziierten Mikroprozessor (ebenfalls nicht gezeigt) empfangen werden, um die Drehzahl des Elektromotors 64 des Motorsystems 30 durch Ändern der Frequenz des dem Elektromotor 64 zugeführten Stroms zu erhöhen oder zu verringern. Der Controller 50 kann zum Empfangen von Statussignalen, die einen Betriebspunkt des Kompressorsystems 12 anzeigen, und zum Erzeugen von Befehlssignalen 52 konfiguriert werden, die den Motor 30 anweisen, den Rotationskompressor 22 gemäß einem vorgewählten Betriebsparameter anzutreiben. Der Controller 50 kann Befehlssignale 52 gemäß einem vorgewählten Betriebsparameter wie einem Drehmomentprofil für das Kompressorsystem 12 erzeugen. Das Steuersignal 56 kann den Elektromotor 64 mit einer Drehzahl antreiben, die weitaus höher ist als eine synchrone Motordrehzahl für die Schraubenkompressor-Nennkapazität, und kann den Elektromotor 64 und wiederum wenigstens einen Schraubenrotor 24 mit einer optimalen Umfangsgeschwindigkeit antreiben, die von der Schraubenkompressor-Nennkapazität abhängig ist.
Durch die Verwendung eines Motors 64 und eines Antriebs 54 mit variabler Drehzahl kann die Drehzahl des Elektromotors 64 an variierende Systemanforderungen angepasst werden. Die Drehzahlanpassung führt zu einem weitaus effizienteren Systembetrieb als bei einem Kompressorsystem ohne Antrieb 54 mit variabler Drehzahl. Indem das Kompressorsystem 12 mit niedrigeren Drehzahlen gefahren wird, wenn die Last nicht hoch oder auf ihrem Maximum ist, kann ein ausreichender Kühleffekt erzielt werden, um die reduzierte Wärmelast auf eine energiesparende Weise zu kühlen, so dass das Kühlsystem 10 von einem Betriebskostenstandpunkt her wirtschaftlicher wird und einen hoch effizienten Betrieb des Kühlsystems 10 im Vergleich zu Systemen zu erleichtern, die keine solche Lastanpassung an die Drehzahlen ermöglichen können. Ferner erhöht, wie nachfolgend erörtert, die Fähigkeit zum Anpassen der Drehzahl des Motors 64 in Reaktion auf Lastbedingungen, die durch Ändern des Volumenverhältnisses des Rotationskompressors 22 erzeugt werden, den Wirkungsgrad noch weiter.
Das Motorsystem 30 und der Antrieb 54 mit variabler Drehzahl haben Leistungselektronik für 50 Hz und 60 Hz Niederspannungsanwendungen (weniger als etwa 600 Volt). Typischerweise speist eine Netzstromquelle (nicht gezeigt) den Antrieb 54 mit variabler Drehzahl mit mehrphasiger Spannung und Frequenz. Die dem Antrieb 38 mit variabler Drehzahl zugeführte Wechselspannung oder Netzspannung hat typischerweise Nennwerte von 200 V, 230 V, 380 V, 415 V, 480 V oder 600 V bei einer Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz je nach der Wechselstromquelle.
In den 3 und 6 ist der Rotationskompressor 22 als Schraubenkompressor dargestellt, der mehrere kämmende Rotoren 24, 26 des Schraubentyps umfasst. Die kämmenden Schraubenrotoren 24, 26 definieren eine oder mehrere Kompressionstaschen zwischen den Rotoren 24, 26 und inneren Kammerwänden, die eine Arbeitskammer 66 des Gehäuses 60 des Rotationskompressors 22 definieren. Das vom Motorsystem 30 zugeführte Drehmoment dreht die Schraubenrotoren 24, 26 und schließt so die Kompressionstasche gegenüber dem Ansauganschluss 14. Die Rotation der Rotoren 24, 26 verringert ferner das Volumen der Kompressionstasche, während die Rotoren 24, 26 das Fluid in Richtung des Ausstoßanschlusses 16 bewegen. Aufgrund der Abnahme des Volumens der Kompressionstasche führen die Rotoren 24, 26 das Fluid dem Ausstoßanschluss 16 mit einem Ausstoßdruck zu, der höher ist als der Ansaugdruck, und mit einer Ausstoßtemperatur, die höher ist als die Ansaugtemperatur.
Das Kompressorsystem 12 umfasst ferner ein Elektromotorgehäuse 62, das am Kompressorgehäuse 60 benachbart zu dem Ansauganschluss 14 montiert ist. Das Motorgehäuse 62 beherbergt den Elektromotor 64, der mit dem Antrieb 54 mit variabler Frequenz gekoppelt ist. Der Elektromotor 64 hat die Aufgabe, kämmende Schraubenrotoren 24, 26 zu betreiben. In einer anderen Ausgestaltung ist das Motorgehäuse 62 in das Kompressorgehäuse 60 integriert. Das Kompressorgehäuse 60 kann ein Niederdruckende mit dem Ansauganschluss 14 und ein Hochdruckende mit einem Ausstoßanschluss 16 haben. Der Ansauganschluss 14 und der Ausstoßanschluss 16 sind in einer offenen Flussverbindung mit der vom Kompressorgehäuse 60 definierten Arbeitskammer 66. Der Ansauganschluss 14 und der Ausstoßanschluss 16 können jeweils eine axiale, eine radiale oder eine gemischte Kombination aus einem radialen und einem axialen Anschluss zum Aufnehmen und Ausstoßen von Kühlfluid sein.
Der Ansauganschluss 14 und der Ausstoßanschluss 16 sind zum Minimieren von Strömungsverlusten konfiguriert, wenn wenigstens einer der Rotoren 24, 26 mit einer etwa konstanten Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird. Der Ansauganschluss 14 kann sich dort befinden, wo Kühlmittel in die Arbeitskammer 66 gesaugt wird. Der Ansauganschluss 14 kann so bemessen sein, dass er möglichst groß ist, um wenigstens eine Annäherungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu minimieren, und der Ort des Ansauganschlusses 14 kann auch so konfiguriert sein, dass Kühlmittelturbulenzen vor dem Eintritt in die Rotoren 24, 26 minimiert werden. Der Ausstoßanschluss 16 kann größer bemessen werden, als dies theoretisch notwendig ist, um eine thermodynamische optische Größe zu erzeugen und somit die Geschwindigkeit zu reduzieren, mit der das Kühlmittel die Arbeitskammer 66 verlässt. Der Ausstoßanschluss 16 kann sich allgemein dort befinden, wo Kühlmittel die Arbeitskammer 66 des Rotationskompressors 22 verlässt. Der Ort des Ausstoßanschlusses 16 im Kompressorgehäuse 60 kann nominell so konfiguriert sein, dass vor der Zuführung in den Ausstoßanschluss 16 der maximale Ausstoßdruck in den Rotoren 24, 26 erzielt werden kann. Zusätzlich kann der Rotationskompressor 22 einen Schalldämpfer 68 oder eine andere zur Geräuschreduzierung geeignete Vorrichtung umfassen. Der Schalldämpfer 68 ist an einem Lagergehäuse 90 montiert, das Lagerbaugruppen 70, 71 beherbergt, die drehbar an Wellen der jeweiligen Rotoren 24, 26 montiert sind.
Die Rotoren 24, 26 sind für eine Rotation in der Arbeitskammer 66 montiert. Die Arbeitskammer 66 definiert ein Volumen, das als ein Paar paralleler, sich longitudinal schneidender Zylinder mit flachen Enden gestaltet ist, und ist mit hoher Genauigkeit an die Außenmaße und die Geometrie der kämmenden Schraubenrotoren 24, 26 angepasst, um eine oder mehrere Kompressionstaschen zwischen den Schraubenrotoren 24, 26 und den inneren Kammerwänden des Kompressorgehäuses 60 zu definieren. Der erste Rotor 24 und der zweite Rotor 26 sind in einer gegenläufigen, miteinander kämmenden Beziehung angeordnet und wirken zusammen, um ein Fluid zu komprimieren. Der erste Rotor 24 ist mit dem Motor 64 operativ gekoppelt, um mit einer Drehzahl für eine Schraubenkompressorkapazität innerhalb eines vorgewählten Schraubenkompressor-Kapazitätsbereichs gedreht zu werden. In einer Ausgestaltung ist die gewählte Drehzahl bei Volllastkapazität wesentlich höher als eine synchrone Motordrehzahl bei einer Nennkapazität (hierin auch Schraubenkompressor-Nennkapazität genannt) für das Kompressorsystem 12.
In der illustrierten Ausgestaltung kann der erste Rotor 24 als männlicher Schraubenrotor bezeichnet werden und einen männlichen Lappen/Rillen-Körper- oder Arbeitsabschnitt umfassen, typischerweise eine(n) schrauben- oder spiralförmig verlaufende(n) Steg und Nut. Der zweite Rotor 26 kann als weiblicher Schraubenrotor bezeichnet werden und umfasst einen weiblichen Lappen/Rillen-Körper- oder Arbeitsabschnitt, typischerweise eine(n) schrauben- oder spiralförmig verlaufende(n) Steg und Nut. In anderen Ausgestaltungen ist der erste Rotor 24 ein weiblicher Rotor und der zweite Rotor 26 ist ein männlicher Rotor. Die Rotoren 24, 26 haben jeweils einen Wellenabschnitt, der wiederum am Kompressorgehäuse 60 montiert ist. Zum Beispiel, eine oder mehrere Lagerbaugruppen 70, 72 halten die Enden des Rotors 24 jeweils am Lagergehäuse 90 bzw. dem Kompressorgehäuse 60. Lagerbaugruppen 71, 73 halten die Enden des Rotors 26 jeweils am Lagergehäuse 90 bzw. am Kompressorgehäuse 60.
Der Elektromotor 64 kann in einer beispielhaften Ausgestaltung wenigstens einen der Rotoren 24, 26 in Reaktion auf vom Controller 50 empfangene Befehlssignale 52 antreiben. Die Leistung des Motors 64 kann beispielsweise im Bereich von etwa 125 PS bis etwa 2500 PS variieren. Vom Elektromotor 24 aufgebrachtes Drehmoment kann direkt wenigstens einen der Schraubenrotoren 24, 26 wie zum Beispiel den ersten Rotor 24 in der illustrierten Ausgestaltung drehen. Bei Verwendung des Motors 64 und des Antriebs 54 mit variabler Drehzahl kann das Kompressorsystem 12 von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung eine Schraubenkompressor-Nennkapazität im Bereich von etwa 35 Tonnen bis etwa 500 Tonnen oder mehr haben.
Während herkömmliche Motortypen wie Induktionsmotoren mit hierin offenbarten Ausgestaltungen benutzt werden können und bei Einsatz damit einen Nutzen erbringen, umfasst der Elektromotor 64 in einer spezifischen Ausgestaltung einen hermetischen Permanentmagnet-Motor mit Direktantrieb und variabler Drehzahl. Ein Motor 64 des Permanentmagnettyps kann Systemwirkungsgrade gegenüber anderen Motortypen erhöhen. Die Permanentmagnetausgestaltung des Motors 64 umfasst einen Motorstator 74 und einen Motorrotor 76. Der Stator 74 umfasst Drahtspulen, die um geschichtete Stahlpole herum gebildet sind, die dem Antrieb 54 mit variabler Drehzahl zugeführte Ströme in ein rotierendes Magnetfeld umwandeln. Der Stator 74 ist in einer festen Position in dem Kompressorsystem 12 montiert und umgibt den Motorrotor 76 und umhüllt den Rotor 76 mit dem rotierenden Magnetfeld. Der Motorrotor 76 ist die rotierende Komponente des Motors 64 und kann eine Stahlstruktur mit Permanentmagneten umfassen, die ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem Magnetfeld des rotierenden Stators interagiert, um Rotordrehmoment zu erzeugen. Zusätzlich kann der Motor 64 zum Empfangen von Steuersignalen mit variabler Frequenz und zum Antreiben der wenigstens zwei Schraubenrotoren gemäß den empfangenen Steuersignalen mit variabler Frequenz konfiguriert sein. Die Kühlung des Motors 64 kann von dem durch das Kühlsystem 10 zirkulierenden Fluid bewirkt werden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Kapazitätssteuerung für das Kompressorsystem 12 durch Verbinden des Elektromotors 64 mit dem Antrieb 54 mit variabler Drehzahl umfasst das Kompressorsystem 12 eine Volumensteuerbaugruppe 17, 170. Volumensteuerbaugruppen 17, 170 regulieren das Volumenverhältnis (Vi) des Kompressors 22 auf der Basis von Betriebsbedingungen des Kühlsystems 10, während der Motor 64 den Kompressor 22 mit einer Kompressordrehzahl über den Antrieb 54 mit variabler Frequenz betreibt, die der Last auf dem Kühlsystem 10 entspricht. In einer Ausgestaltung hat die variable Volumensteuerbaugruppe 17, 170 die Aufgabe, das Volumenverhältnis des Kompressors 22 auf der Basis der gesättigten Ansaugtemperatur und der gesättigten Ausstoßtemperatur zu steuern, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen, während die Drehzahl des Kompressors 22 gemäß der Last auf dem Kühlsystem 10 gesteuert wird. Das Ändern des Volumenverhältnisses, um es Betriebsbedingungen wie dem Sättigungsdruck des Kondensatorsystems 18 anzupassen, kann verhindern, dass komprimiertes Kühlgas entweder unter- oder überkomprimiert wird, was beides zu unnötiger zusätzlicher Arbeit führt. Der Antrieb 54 mit variabler Frequenz steuert den Motor 64 in Reaktion auf den Controller 50, um die Kapazität des Kompressors 22 an die Last anzupassen und den Wirkungsgrad zu optimieren.
Das Volumenverhältnis des Rotationskompressors 22 wird durch das am Ansauganschluss 14 eingeschlossene Kühlgasvolumen im Vergleich zu dem Kühlgasvolumen bestimmt, das vor der Freigabe zum Ausstoßanschluss 16 eingeschlossen war. Somit führt eine Justierung des Zeitpunkts des Öffnens der Kompressionstasche von Rotoren 24, 26, die Kühlmittel am Ausstoßanschluss 16 speichern, vor der Freigabe zu einer Änderung des Volumenverhältnisses des Rotationskompressors 22. Beim Betrieb bestimmt der Auslassdruck des Verdampfersystems 22 den Druck des Kühlmittels am Ansauganschluss 14 und, unter der Annahme eines konstanten Kompressorvolumens, der Aufbau der Rotoren 24, 26 und die Geometrie der Arbeitskammer 26 bestimmen den Druck des Kühlmittels am Ausstoßanschluss 16 in Abhängigkeit vom Ansaugdruck. Wenn der Betriebsdruck des Kondensatorsystems 18 niedriger ist als der Ausstoßdruck am Ausstoßanschluss 16, dann wird das Kühlmittel überkomprimiert und das Kompressorsystem 12 hat härter gearbeitet als notwendig. Wenn der Betriebsdruck des Kondensationssystems 18 höher ist als der Ausstoßdruck am Ausstoßanschluss 16 des Kompressors 22, dann strömt Kühlmittel vom Ausstoßanschluss 16 zurück in die letzte Kompressionstasche der Rotoren 24, 26 und erzeugt zusätzliche Arbeit für das Kompressorsystem 12 aufgrund einer Rekompression und Verdrängung von bereits komprimiertem Kühlmittel und dem Erhitzen von Kühlmittel im Kompressor 22. Die Volumensteuerbaugruppe 17, 170 hat die Aufgabe, das Volumen von komprimiertem Kühlmittel am Ausstoßanschluss 16 und somit das Volumenverhältnis des Kompressors 22 zu justieren, um es an die Betriebsbedingungen des Kondensatorsystems 18 anzupassen und unnötige Arbeit des Kompressorsystems 12 zu vermeiden, um den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern.
Es wird nun mit Bezug auf die 4A–5B eine Ausgestaltung einer Volumensteuerbaugruppe dargestellt und als Volumensteuerbaugruppe 170 bezeichnet. Die Volumensteuerbaugruppe 170 umfasst ein Volumensteuerelement, das transversal zur Drehachse der Rotoren 24, 26 beweglich ist, um das radiale Ausstoßanschlussvolumen zu justieren. In der illustrierten Ausgestaltung umfasst das Volumensteuerelement ein radial bewegliches Ventilelement 172 am Ausstoßanschluss 16, das sich radial, d. h. transversal zur Rotationsachse der Rotoren 24, 26, einwärts und auswärts zwischen einer in den 4A–4B gezeigten ersten Position und einer in 5A–5B gezeigten zweiten Position mit einem Stellmechanismus bewegt. In der illustrierten Ausgestaltung umfasst der Stellmechanismus einen Kolben 174 und ein in einer Kammer 176 des Kompressorgehäuses 60 beherbergtes Vorspannelement 178, das in Fluidverbindung mit der Arbeitskammer 66 des Kompressorgehäuses 60 ist.
Die Volumensteuerbaugruppe 170 umfasst ein Ventil 172, das mit dem Kolben 174 verbunden ist, der beweglich in der Kammer 176 des Kompressorgehäuses 160 benachbart zu dem Ausstoßanschluss 16 beherbergt ist. In der ersten Position von 4A–4B befindet sich das Ventil 172 in der Arbeitskammer 66 zwischen den Rotoren 24, 26 in unmittelbarer Nähe zu den Ausstoßenden der Rotoren 24, 26, um einen radialen Teil des Ausstoßanschlusses 16 entlang den Rotoren 24, 26 zu schließen. Die erste Position ergibt ein erhöhtes Volumenverhältnis für den Kompressor 22. In der zweiten Position von 5A–5B wird das Ventil 172 in Richtung des Gehäuses 60 zurückgezogen, um ein zusätzliches radiales Volumen entlang den Ausstoßenden der Rotoren 24, 26 zu erzeugen, um das Ausstoßanschlussvolumen zu erhöhen und das Volumenverhältnis des Kompressors 22 zu verringern. Das Ventil 172 kann geöffnet, geschlossen oder pulsiert werden, um das Volumenverhältnis zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position zu beeinflussen.
Das Ventil 172 kann mit dem Kolben 174 durch eine Gewindeverbindung, eine reibschlüssige Passung, eine Schweißverbindung oder eine andere geeignete Verbindung verbunden sein. Ein Vorspannelement 178, wie zum Beispiel eine Spiralfeder in der illustrierten Ausgestaltung, kann zwischen einer die Kammer 176 verschließenden Endkappe 180 und dem Kolben 174 positioniert sein, um die Bewegung des Ventils 172 zwischen der ersten und der zweiten Position zu unterstützen. Das Ventil 172 wird von einer Kombination aus Kraft vom Vorspannelement 178 und Kühlgas mit dem Ausstoßdruck, der in die Kammer 176 durch einen Anschluss 182 eingelassen wird, in der ersten Position gehalten. Der Anschluss 182 ist mit einem Magnetventil 184 verbunden, das den ersten und zweiten Kanal des Anschlusses 182 isoliert und öffnet, die mit der Arbeitskammer 66 jeweils am Ausstoßanschluss 16 und am Ansauganschluss 14 verbunden sind.
Wenn sich die Betriebsbedingungen des Kühlsystems 10 so ändern, dass niedrigere gesättigte Ausstoßtemperaturen resultieren, was einem niedrigeren Kondensatorsystemdruck entspricht, dann kann der Wirkungsgrad des Kompressorsystems 12 durch Bewegen des Ventils 172 von der ersten Position in die zweite Position verbessert werden, so dass das Volumenverhältnis des Kompressors 22 abnimmt. In einer Ausgestaltung erhält der Controller 50 Eingänge von Ausstoßdruck vom Sensor 27 und/oder gesättigter Ausstoßtemperatur des Kondensatorsystems 18 vom Sensor 36, was einem Kondensatorbetriebsdruck entspricht. Wenn die gesättigte Ausstoßtemperatur unter eine vorbestimmte Schwelle abfällt, dann aktiviert oder deaktiviert ein Steuersignal zum Magnetventil 184 das Magnetventil, um den Anschluss 182 vom Ausstoßdruck zu isolieren, und lässt es zu, dass der Anschluss 182 Kühlgas mit dem Ansaugdruck erhält. Der auf den Kolben 174 wirkende niedrigere Ansaugdruck lässt es zu, dass der auf das Ventil 172 wirkende höhere Ausstoßdruck das Ventil 172 gegen das Vorspannelement 178 zur zweiten Position der 5A–5B verdrängt. In einer Ausgestaltung liegt die vorbestimmte gesättigte Schwellenausstoßtemperatur zwischen 90 und 120 Grad F mit R134a Kühlmittel. In einer spezifischen Ausgestaltung beträgt die Temperatur etwa 110 Grad F. Andere Ausgestaltungen sehen andere Schwellentemperaturen und Temperaturbereiche je nach Systemdesign und Betriebsparametern vor.
Wenn die gesättigte Ausstoßtemperatur die vorbestimmte Schwellentemperatur übersteigt, dann arbeitet das Magnetventil 184 umgekehrt, um das Kühlgas vom Ansaugende der Arbeitskammer 66 vom Anschluss 182 zu isolieren und Gas vom Ausstoßanschluss 16 der Arbeitskammer 66 einzulassen. Das Gas mit höherem Druck arbeitet mit dem Vorspannelement 178, um das Ventil 172 von der zweiten Position in die erste Position der 4A–4B zu bewegen.
Die 7 und 8 zeigen eine andere Ausgestaltung einer Volumensteuerbaugruppe, die als Volumensteuerbaugruppe 17 bezeichnet wird. Die Volumensteuerbaugruppe 17 umfasst ein Volumensteuerelement wie ein Schieberventil 80, das axial in einer Richtung parallel zur Rotationsachse der Rotoren 24, 26 entlang des äußeren Umfangs der Rotoren 24, 26 zwischen einer in 7 gezeigten ersten Position und einer in 8 gezeigten zweiten Position beweglich ist. Das Schieberventil 80 kann so positioniert werden, dass es das radiale Ausstoßvolumen der Rotoren 24, 26 am Ausstoßanschluss 16 steuert. In 7 ist das Schieberventil 80 so positioniert, dass es ein radiales Ausstoßanschlussvolumen erzielt, das über eine oder mehrere der Rillen der Rotoren 24, 26 verläuft und zu einem niedrigen Volumenverhältnis führt. Zum Reduzieren des radialen Ausstoßanschlussvolumens und somit zum Erhöhen des Volumenverhältnisses kann das Schieberventil 80 in die Position von 8 bewegt werden. Durch Erhöhen des Volumenverhältnisses des Kompressors 12 werden die Zeitdauer und die Distanz erhöht, während der das Kühlmittel von den Rotoren 24, 26 komprimiert wird, und das Volumen der geschlossenen Kompressionstasche wird vor dem Freigeben in den Ausstoßanschluss 16 verringert, so dass der Ausstoßdruck am Ausstoßanschluss 16 erhöht wird. Es ist vorgesehen, dass das Schieberventil 80 stufenlos variabel zwischen den Positionen der 7 und 8 verschoben werden kann, um das Taschenvolumen am Ausstoßanschluss 16 in Reaktion auf den Kondensatorsystem-Betriebsdruck zu variieren. In einer Ausgestaltung ist das Schieberventil 80 mit einer Welle 82 verbunden, die axial zu einem Kolben 84 in einem Kolbengehäuse 88 verläuft. Dem Kolbengehäuse 88 kann auf gesteuerte Weise Kühlgasdruck zugeführt werden, um das Schieberventil 80 in die gewünschte Position zu bewegen.
Es wird nun mit Bezug auf die 9–13 eine Ausgestaltung einer Volumensteuerbaugruppe bereitgestellt und als Volumensteuerbaugruppe 270 bezeichnet. Die Volumensteuerbaugruppe 270 umfasst ein Paar Volumensteuerelemente, die um Achsen drehbar sind, die parallel zur Rotationsachse der Rotoren 24, 26 sind, die betätigt werden können, um das axiale Ausstoßanschlussvolumen der Rotoren 24, 26 zu steuern, um selektierbar den Zeitpunkt zu verstellen, zu dem verschiedene Kompressionstaschen an den Ausstoßenden der Rotoren 24, 26 öffnen und schließen und den Zeitpunkt des Kühlmittelausstoßes steuern, um so das Volumenverhältnis des Kompressors 22 zu variieren. Die Volumensteuerbaugruppe 270 kann als einzige Volumensteuerbaugruppe benutzt werden oder sie kann mit einer der hierin erörterten radialen Volumensteuerbaugruppen 17, 170 kombiniert werden.
Die Volumensteuerbaugruppe 270 umfasst in der illustrierten Ausgestaltung Volumensteuerelemente in Form von ersten und zweiten drehbar justierbaren Ausstoßendplatten 272, 274, die sich in jeweiligen der vom Lagergehäuse 90 definierten Taschen 276, 278 befinden. Endplatten 272, 274 können mit einem Stellmechanismus um die Achse des jeweiligen Rotors 24, 26 von einer in 9 gezeigten ersten Position in eine in 10 gezeigte zweite Position gedreht werden. In der illustrierten Ausgestaltung umfasst der Stellmechanismus eine Welle 280, die so mit Endplatten 272, 274 gekoppelt ist, dass die Rotation der Welle 280 die Endplatten 272, 274 dreht. In der ersten Position von 9 sind die Endplatten 272, 274 so positioniert, dass das Volumenverhältnis durch Verlängern der Zeit vor dem Ausstoßen von Kühlmittel von Rotoren 24, 26 maximiert wird, um dadurch das axiale Ausstoßanschlussvolumen des Ausstoßanschlusses 16 zu reduzieren. In der zweiten Position von 10 sind die Endplatten 272, 274 so positioniert, dass das Volumenverhältnis durch Verringern der Zeit minimiert wird, während der das Kühlmittel von den Rotoren 24, 26 komprimiert wird, um dadurch das axiale Ausstoßanschlussvolumen des Ausstoßanschlusses 16 zu vergrößern.
11 zeigt ein Beispiel für eine Endplatte 274, wobei zu verstehen ist, dass die Endplatte 272 ebenso konfiguriert, aber so bemessen ist, dass sie mit dem Rotor 24 zusammenwirkt. Die Endplatte 274 umfasst einen plattenähnlichen Körper 282 mit einem zu einer gekerbten Region 286 verlaufenden halbkreisförmigen Abschnitt 284. Der Körper 282 definiert ein Durchgangsloch 288 zum Aufnehmen der Welle des Rotors 26. Die gekerbe Region 286 wird durch eine Hinterschneidung definiert, die radial und umfangsmäßig einwärts vom äußeren Umfang des halbkreisförmigen Abschnitts 284 verläuft. Die gekerbte Region 285 der Endplatte 272, und eine ähnliche gekerbte Region 286 der Endplatte 274, sind so gestaltet, dass sie zur Endkontur des Schraubenlappens des jeweiligen Rotors 24, 26 passen. Die rotationale Position der gekerbten Regionen 285, 286 relativ zum jeweiligen Rotor 24, 26 bestimmt den Punkt, an dem eine eingeschlossene Kühlmittelkompressionstasche beginnt, durch den Ausstoßanschluss 16 auszustoßen.
Die Endplatten 272, 274 umfassen auch jeweils ein Befestigungselement 290, 292, die mit jeweiligen der Eingriffselemente 294, 296 der Welle 280 in Eingriff gebracht werden. Wie in 12 gezeigt, umfasst die Welle 280 einen länglichen Körper 300, der durch einen Durchgang 298 im Lagergehäuse 90 verläuft. Die Welle 280 ist mit Lagerbaugruppen 302, 304 an gegenüberliegenden Enden des länglichen Körpers 300 drehbar gelagert, so dass die Welle 280 um ihre Längsachse rotieren kann. Eine druckbetätigte Dichtung 306 kann vorgesehen werden, um die Lagerbaugruppe 304 gegen das Lagergehäuse 90 abzudichten. Die Befestigungselemente 290, 292 werden durch die jeweiligen Eingriffselemente 294, 296 der Welle 280 in Eingriff gebracht, so dass die Rotation der Welle 280 Endplatten 272, 274 zwischen der ersten und der zweiten Position der 9 und 10 dreht. In einer Ausgestaltung ist die Welle 280 ein Schneckengetriebe, das in zahnradähnliche Befestigungselemente 290, 292 eingreift, um Endplatten 272, 274 zu drehen. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Welle 280 durch einen Schrittmotor angetrieben, der mit dem Controller 50 und einem Encoder verbunden ist, der dem Controller 50 die Position der Endplatten 272, 274 anzeigt.
Wie in 13 gezeigt, können die Taschen 276, 278 jeweils eine Gleitflächendichtung 308, 310 aufweisen, die in Nuten positioniert ist, die im Lagergehäuse 90 ausgebildet sind, um das Austreten von Kühlmittel um Endplatten 272, 274 zu minimieren. Die Dichtungen 308, 310 lassen eine Rotation von Endplatten 272, 274 zu, während sie Hochdruckregionen hinter Endplatten 272, 274 erzeugen, die Endplaten 272, 274 gegen das Kompressorgehäuse 60 vorspannen und eine Dichtung der axialen Ausstoßanschlüsse der Rotoren 24, 26 durch die jeweilige Endplatte 272, 274 erleichtern. Um zu verhindern, dass Endplatten 272, 274 die Enden von Rotoren 24, 26 kontaktieren, ist das durch die halbkreisförmigen Abschnitte der Endplatten 272, 274 definierte Umfangsmaß größer als die von dem Gehäuse 60 definierte Bohrung für den jeweiligen Rotor 24, 26, so dass Endplatten 272, 274 an das Kompressorgehäuse 60 anstoßen.
Die Steuerung des axialen Ausstoßvolumens mit der Volumensteuerbaugruppe 270 kann durch Feedback-Steuerung oder Vorschubsteuerung erfolgen. Zum Beispiel, der Controller 50 kann die Systemansaug- und -ausstoßtemperaturen und/oder -drücke überwachen und die Endplatten 272, 274 so positionieren, dass das optimale Volumenverhältnis auf der Basis von Betriebsbedingungen erzielt wird. Die Position der Endplatten 272, 274 kann beispielsweise anhand einer im Controller 50 programmierten Loop-up-Tabelle bestimmt werden. In einer anderen Ausgestaltung überwacht der Controller 50 die Stromstärke des Motors 64 und justiert die Endplatten 272, 274, um das Volumenverhältnis einzustellen, bis eine minimale Leistung beobachtet wird.
Zusätzlich zum Bereitstellen eines Betriebs des Motors 64 mit variabler Drehzahl und einer justierbaren Volumensteuerung des Ausstoßanschlusses 16, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, kann das Kompressorsystem 12 auch mit Drehzahlen gefahren werden, die wesentlich höher sind als synchrone Motordrehzahlen für eine gegebene Nennkapazität des Kompressors 22. Die spezifische optimale Drehzahl für den Schraubenkompressor-Nennkapazitätsbereich ist von der Schraubenkompressorkapazität und dem Kopfdruck abhängig. Der zulässige Drehzahlbereich für eine bestimmte Nennkapazität des Kompressors 22 wird so gewählt, dass eine optimale Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens einem der Schraubenrotoren unabhängig von der Nennkapazität des Schraubenkompressors 12 erzielt wird. Die optimale Umfangsgeschwindigkeit ist ein konstantes Produkt aus Drehzahl und Radius von wenigstens einem der Rotoren 24, 26, typischerweise dem männlichen Rotor 24.
Die Drehzahl des Motors 64 kann in Kombination mit der Konfiguration der Rotoren 24, 26, des Ansauganschlusses 14 und des Ausstoßanschlusses 16 für jede Zielkapazität gewählt werden, um eine etwa konstante optimale Umfangsgeschwindigkeit von wenigstens einem der Schraubenrotoren 24, 26 unabhängig von der Nennkapazität des Schraubenkompressors 12 zu erzielen. Die spezifischen Kombinationen von Schraubenrotoren 24, 26, Ansauganschluss 14, Ausstoßanschluss 16 und Betriebsdrehzahl werden so gewählt, dass jede spezifische Kombination es zulässt, dass der Kompressor 22 mit einer optimalen Umfangsgeschwindigkeit für die Nennkapazität läuft. Weitere Einzelheiten über eine optimale Umfangsgeschwindigkeitssteuerung sind in der US-Patentanmeldung mit der am 26. Januar 2012 veröffentlichten Veröffentlichungs-Nr. 2012/0017634 offenbart, die hierin für alle Zwecke in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
In einer Ausgestaltung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems das Empfangen von Betriebssignalen über Betriebsdrücke des Kühlsystems und eine Last auf dem Kühlsystem, das Betreiben eines mechanischen verzögerten Kompressorentlasters des Ansaugtyps in Reaktion auf die Last auf dem Kühlsystem, und das Anpassen eines Volumenverhältnisses des Kompressorentlasters in Reaktion auf die Betriebsdrücke des Kühlsystems und eine Kapazität des Kompressorentlasters.
Es ist zu verstehen, dass die oben zusammengefassten und ausführlich beschriebenen und in den Figuren illustrierten beispielhaften Ausgestaltungen illustrativ und nicht begrenzend oder einschränkend sind. Es wurden nur die derzeit bevorzugten Ausgestaltungen dargestellt und beschrieben und alle Änderungen und Modifikationen, die in den Rahmen der Erfindung fallen, sind zu schützen. Es ist zu verstehen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen und Formen in bestimmten Fällen kombiniert werden und sich in anderen Fällen gegenseitig ausschließen können. Ebenso wird man verstehen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen und Formen mit anderen an anderer Stelle hierin offenbarten Aspekten und Merkmalen kombiniert werden können oder auch nicht. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Merkmale und Aspekte der oben beschriebenen Ausgestaltungen möglicherweise nicht notwendig sind und dass auch Ausgestaltungen geschützt werden, die diese nicht enthalten. Die Ansprüche sind so zu lesen, dass, wenn Worte wie „ein/e/r”, „wenigstens ein/e/r” oder „wenigstens ein Teil” hierin benutzt werden, der Anspruch nicht nur auf einen Gegenstand begrenzt sein soll, es sei denn, dass der Anspruch speziell etwas Gegenteiliges sagt. Wenn der Ausdruck „wenigstens ein Teil” und/oder „ein Teil” benutzt wird, dann kann der Gegenstand einen Teil und/oder den gesamten Gegenstand umfassen, es sei denn, dass speziell etwas Gegenteiliges gesagt wird.

Claims

Kühlsystem, das umfasst: einen Kompressor, der ein Kompressorgehäuse umfasst, das einen Ansauganschluss, eine Arbeitskammer und einen Ausstoßanschluss definiert, wobei der Kompressor ferner wenigstens zwei Rotoren in der Arbeitskammer umfasst, die zusammenwirkend relativ zueinander angeordnet sind, um ein Fluid zu komprimieren, während die wenigstens zwei Rotoren relativ zueinander rotieren, wobei das Fluid in der Arbeitskammer durch den Ansauganschluss aufgenommen und aus Ausstoßenden der Rotoren durch den Ausstoßanschluss ausgestoßen wird; eine Motorbaugruppe mit einem Motor zum Antreiben von wenigstens einem der wenigstens zwei Rotoren mit einer Drehzahl; einen Controller, der zum Empfangen von Betriebsparametern des Kühlsystems konfiguriert ist; und eine Volumensteuerbaugruppe am Ausstoßanschluss des Kompressors, die so konfiguriert ist, dass sie ein Befehlssignal von dem Controller empfängt und wenigstens ein Volumensteuerelement relativ zu den Ausstoßenden der wenigstens zwei Rotoren verdrängt, um in Reaktion auf Betriebsparameter des Kühlsystems ein Volumenverhältnis des Kompressors von einer ersten Bedingung in eine zweite Bedingung zu variieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Drehzahl den wenigstens einen Rotor mit einer optimalen Umfangsgeschwindigkeit betreibt, die von einer Umfangsgeschwindigkeit des wenigstens einen Rotors bei einer synchronen Motordrehzahl für eine Nennkapazität des Kompressors unabhängig ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Fluid ein Kühlmittel ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Motor einen Permanentmagnetmotor umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Volumensteuerbaugruppe eine radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei die radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe ein Schieberventil aufweist, das axial entlang eines Umfangs des ersten und zweiten Rotors benachbart zu dem Ausstoßanschluss beweglich ist, um ein radiales Ausstoßvolumen der Rotoren am Ausstoßanschluss zu variieren.
System nach Anspruch 5, wobei die radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe ein Ventil umfasst, das radial zu dem ersten und zweiten Rotor benachbart zu dem Ausstoßanschluss hin und davon weg beweglich ist, um ein radiales Ausstoßvolumen der Rotoren am Ausstoßanschluss zu variieren.
System nach Anspruch 7, wobei das Ventil mit einer Stellbaugruppe verbunden ist, wobei die Stellbaugruppe einen Kolben aufweist, der beweglich in einer von dem Kompressorgehäuse definierten Kammer positioniert ist, wobei die Kammer selektiv in Fluidverbindung mit dem Ausstoßanschluss und dem Ansauganschluss ist, um einen Druck auf den Kolben zu variieren, um eine radiale Position des Ventils relativ zu den Rotoren zu verstellen.
System nach Anspruch 8, das ferner ein Vorspannelement in der Kammer im Eingriff mit dem Kolben umfasst, um das Ventil in Richtung der Arbeitskammer vorzuspannen.
System nach Anspruch 5, wobei die Volumensteuerbaugruppe ferner eine axiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Volumensteuerbaugruppe ferner eine axiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe umfasst.
System nach Anspruch 11, wobei die axiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe eine drehbar am Ausstoßende des ersten Rotors montierte erste Endplatte und eine drehbar am Ausstoßende des zweiten Rotors montierte zweite Endplatte aufweist, wobei jede der ersten und zweiten Endplatten eine gekerbte Region definiert, die einem axialen Endauslass von jeweiligen der ersten und zweiten Rotoren entspricht.
System nach Anspruch 12, wobei der erste Rotor eine durch die erste Endplatte verlaufende Welle aufweist und der zweite Rotor eine durch die zweite Endplatte verlaufende Welle aufweist.
System nach Anspruch 12, wobei die erste und die zweite Endplatte jeweils ein Befestigungselement aufweisen und die axiale Anschlussvolumen-Steuerbaugruppe eine längliche Welle mit einem ersten und einem zweiten Eingriffselement aufweist, die mit jeweiligen der Befestigungselemente im Eingriff sind, wobei die Rotation der länglichen Welle die erste und die zweite Endplatte zwischen der ersten und der zweiten Position dreht.
System nach Anspruch 1, das ferner einen mit dem Motor verbundenen Antrieb mit variabler Drehzahl umfasst, wobei der Antrieb mit variabler Drehzahl zum Empfangen eines Befehlssignals vom Controller und zum Erzeugen eines Steuersignals konfiguriert ist, das den Motor mit der Drehzahl antreibt, wobei der Antrieb mit variabler Drehzahl zum Variieren der Drehzahl des Motors in Reaktion auf das Steuersignal konfiguriert ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Volumensteuerelement transversal zu einer Drehachse von wenigstens einem der wenigstens zwei Rotoren verdrängt wird.
Kühlsystem, das umfasst: einen Kompressor, der ein Kompressorgehäuse umfasst, das einen Ansauganschluss, eine Arbeitskammer und einen Ausstoßanschluss definiert, wobei der Kompressor ferner wenigstens zwei Rotoren in der Arbeitskammer umfasst, die zusammenwirkend relativ zueinander angeordnet sind, um ein Fluid zu komprimieren, während die wenigstens zwei Rotoren relativ zueinander rotieren, wobei das Fluid in der Arbeitskammer durch den Ansauganschluss aufgenommen und aus Ausstoßenden des Rotors durch den Ausstoßanschluss ausgestoßen wird; eine Motorbaugruppe mit einem Motor zum Antreiben von wenigstens einem der wenigstens zwei Rotoren mit einer Drehzahl; einen Controller, der zum Empfangen von Betriebsparametern des Kühlsystems konfiguriert ist; und eine radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe am Ausstoßanschluss des Kompressors, die zum Empfangen eines Befehlssignals vom Controller und zum Verdrängen von wenigstens einem Volumensteuerelement relativ zu den Ausstoßenden der wenigstens zwei Rotoren konfiguriert ist, um in Reaktion auf Betriebsparameter des Kühlsystems ein Volumenverhältnis des Kompressors von einer ersten Bedingung in eine zweite Bedingung zu variieren.
System nach Anspruch 17, das ferner einen mit dem Motor verbundenen Antrieb mit variabler Drehzahl umfasst, wobei der Antrieb mit variabler Drehzahl zum Empfangen eines Befehlssignals vom Controller und zum Erzeugen eines Steuersignals konfiguriert ist, das den Motor mit der Drehzahl antreibt, wobei der Antrieb mit variabler Drehzahl zum Variieren der Drehzahl des Motors in Reaktion auf das Befehlssignal konfiguriert ist.
System nach Anspruch 17, wobei die radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe ein Schieberventil aufweist, das axial entlang eines Umfangs des ersten und zweiten Rotors benachbart zu dem Ausstoßanschluss beweglich ist, um ein radiales Ausstoßvolumen der Rotoren am Ausstoßanschluss zu variieren.
System nach Anspruch 17, wobei die radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe ein Ventil aufweist, das radial zu dem ersten und zweiten Rotor benachbart zu dem Ausstoßanschluss hin und davon weg beweglich ist, um ein radiales Ausstoßvolumen der Rotoren am Ausstoßanschluss zu variieren.
System nach Anspruch 20, wobei das Ventil mit einer Stellbaugruppe verbunden ist, wobei die Stellbaugruppe einen Kolben aufweist, der beweglich in einer von dem Kompressorgehäuse definierten Kammer positioniert ist, wobei die Kammer selektiv in Fluidverbindung mit dem Ausstoßanschluss und dem Ansauganschluss ist, um einen Druck auf den Kolben zu variieren, um eine radiale Position des Ventils relativ zu den Rotoren zu verstellen.
System nach Anspruch 21, das ferner ein Vorspannelement in der Kammer im Eingriff mit dem Kolben umfasst, um das Ventil in Richtung der Arbeitskammer vorzuspannen.
Kühlsystem, das umfasst: einen Kompressor, der ein Kompressorgehäuse umfasst, das einen Ansauganschluss, eine Arbeitskammer und einen Ausstoßanschluss definiert, wobei der Kompressor ferner wenigstens zwei Rotoren in der Arbeitskammer umfasst, die zusammenwirkend relativ zueinander angeordnet sind, um ein Fluid zu komprimieren, während die wenigstens zwei Rotoren relativ zueinander rotieren, wobei das Fluid in der Arbeitskammer durch den Ansauganschluss aufgenommen und aus Ausstoßenden der Rotoren durch den Ausstoßanschluss ausgestoßen wird; eine Motorbaugruppe mit einem Motor zum Antreiben von wenigstens einem der wenigstens zwei Rotoren mit einer Drehzahl; einen Controller, der zum Empfangen von Betriebsparametern des Kühlsystems konfiguriert ist; und eine axiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe am Ausstoßanschluss des Kompressors, die zum Empfangen eines Befehlssignals vom Controller und zum Verdrängen von wenigstens einem Volumensteuerelement relativ zu den Ausstoßenden der wenigstens zwei Rotoren konfiguriert ist, um in Reaktion auf Betriebsparameter des Kühlsystems ein Volumenverhältnis des Kompressors von einer ersten Bedingung in eine zweite Bedingung zu variieren.
System nach Anspruch 23, das ferner einen mit dem Motor verbundenen Antrieb mit variabler Drehzahl umfasst, wobei der Antrieb mit variabler Drehzahl zum Empfangen eines Befehlssignals vom Controller und zum Erzeugen eines Steuersignals konfiguriert ist, das den Motor mit der Drehzahl antreibt, wobei der Antrieb mit variabler Drehzahl zum Variieren der Drehzahl des Motors in Reaktion auf das Befehlssignal konfiguriert ist.
System nach Anspruch 23, das ferner eine radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe am Ausstoßanschluss des Kompressors umfasst, die zum Empfangen des Befehlssignals vom Controller und zum Verdrängen wenigstens eines Volumensteuerelements relativ zu den Ausstoßenden der wenigstens zwei Rotoren konfiguriert ist, um in Reaktion auf Betriebsparameter des Kühlsystems das Volumenverhältnis des Kompressors von der ersten Bedingung zur zweiten Bedingung zu variieren.
System nach Anspruch 25, wobei die radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe ein Schieberventil aufweist, das axial entlang eines Umfangs des ersten und zweiten Rotors benachbart zu dem Ausstoßanschluss beweglich ist, um ein radiales Ausstoßvolumen der Rotoren am Ausstoßanschluss zu variieren.
System nach Anspruch 25, wobei die radiale Ausstoßanschlussvolumen-Steuerbaugruppe ein Ventil umfasst, das radial zu dem ersten und zweiten Rotor benachbart zu dem Ausstoßanschluss hin und davon weg beweglich ist, um ein radiales Ausstoßvolumen der Rotoren am Ausstoßanschluss zu variieren.
Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, das umfasst: Empfangen von Betriebssignalen in Bezug auf Betriebsdrücke des Kühlsystems und eine Last auf einem Rotationskompressor des Kühlsystems; Anpassen eines Volumenverhältnisses des Rotationskompressors in Reaktion auf die Betriebsdrücke durch Steuern eines Volumens von wenigstens einem axialen Ausstoßanschluss des Rotationskompressors; und Ändern einer Drehzahl eines Motors, der den Rotationskompressor antreibt, in Reaktion auf das Volumenverhältnis und die Last auf dem Rotationskompressor.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Motor ein Permanentmagnetmotor ist.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Ändern der Drehzahl das Steuern der Drehzahl des Motors mit Steuersignalen von einem Antrieb mit variabler Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Anpassen des Volumenverhältnisses des Rotationskompressors ferner das Steuern eines Volumens eines radialen Ausstoßanschlusses des Rotationskompressors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Anpassen des Volumenverhältnisses des Rotationskompressors ferner das Steuern eines Volumens eines axialen Ausstoßanschlusses des Rotationskompressors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Drehzahl des Motors wenigstens einen Schraubenrotor des Rotationskompressors mit einer optimalen Umfangsgeschwindigkeit betreibt, die von einer Umfangsgeschwindigkeit des wenigstens einen Schraubenrotors bei einer synchronen Motordrehzahl für eine Nennkapazität des Rotationskompressors unabhängig ist.