跨临界制冷剂蒸气压缩系统高侧压力控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般来说涉及制冷剂蒸气压缩系统，且更明确地说涉及改善跨临界制冷剂蒸气压缩系统的能量效率和/或低制冷量操作。
[0002]发明背景
[0003]制冷剂蒸气压缩系统是本领域中众所周知的且通常用于调节将供应给住宅、办公楼、医院、学校、餐馆或其它设施内的气候受控舒适区的空气。制冷剂蒸气压缩系统还通常用于对供应给陈列柜、柜台、冷冻柜、冷库或商业机构中的其它易腐/冷冻产品储藏区域的空气制冷。制冷剂蒸气压缩系统还通常在用于对供应给用于由卡车、铁路、船或通过联合运输来运输易腐/冷冻物品的卡车、拖车、集装箱或类似者的温度受控载货空间的空气制冷的运输制冷系统中使用。
[0004]与运输制冷系统结合使用的制冷剂蒸气压缩系统由于宽范围的操作负载条件和宽范围的室外环境条件而通常要经历更严苛的操作条件，制冷剂蒸气压缩系统必须在所述宽范围的操作负载条件和室外环境条件内操作以使载货空间内的产品维持在所要温度。货物需要被控制于的所要温度还可以取决于待保存的货物的性质而在宽范围内变化。制冷剂蒸气压缩系统不仅必须具有足够的容量来将装载到处于环境温度的载货空间中的产品的温度迅速拉低，而且还应该在整个负载范围内能量有效地操作，包括在运输期间维持稳定产品温度时按低制冷量操作。
[0005]典型制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置、制冷剂排热热交换器、制冷剂吸热热交换器以及相对于制冷剂流安置于制冷剂吸热热交换器上游以及制冷剂排热热交换器下游的膨胀装置。这些基本的制冷剂系统部件通过制冷剂管路互连成根据已知制冷剂蒸气压缩循环安排的闭合制冷剂回路。还已知可以将节热器结合到制冷剂回路中，用于提高制冷剂蒸气压缩系统的容量和能量效率。例如，可以将制冷剂对制冷剂热交换器或闪蒸槽结合到制冷剂回路中作为节热器。节热器回路包括用于将制冷剂蒸气从节热器输送到压缩过程的中间压力级中的蒸气注射管路。
[0006]在传统上，这些制冷剂蒸气压缩系统中的大多数是在亚临界制冷剂压力下操作。在亚临界范围中操作的制冷剂蒸气压缩系统通常充填有碳氟化合物制冷剂，例如但不限于氢氯氟烃(HCFC)如R22，且更通常为氢氟烃(HFC)如R134a、R410A、R404A和R407C。然而，人们对在制冷系统中用来替代HFC制冷剂的“天然”制冷剂(例如二氧化碳)展现出更大的兴趣。因为二氧化碳具有低临界温度，所以充填有二氧化碳作为制冷剂的大多数制冷剂蒸气压缩系统被设计成按跨临界压力模式来操作。
[0007]在按亚临界循环操作的制冷剂蒸气压缩系统中，制冷剂排热热交换器(它在亚临界循环中充当冷凝器)与制冷剂吸热热交换器(它充当蒸发器)在低于制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力下操作。然而，在按跨临界循环操作的制冷剂蒸气压缩系统中，制冷剂排热热交换器在超过制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力下(即，在超临界范围中)操作，而制冷剂吸热热交换器(即，蒸发器)在低于制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力下(即，在亚临界范围中)操作。
[0008]在超过制冷剂的临界点的制冷剂压力和制冷剂温度下操作，制冷剂排热热交换器充当气体冷却器而非冷凝器。因此，从制冷剂排热热交换器离开的制冷剂仍处于蒸气(气体)状态且处于超临界压力。与按跨临界制冷循环的操作相关联的较高制冷剂压力(例如在使用二氧化碳作为制冷剂的制冷剂蒸气压缩系统中)使制冷剂蒸气压缩系统的操作变复杂。控制高侧压力(即，压缩机排放压力)不仅更难而且还更重要。例如，压缩机排放压力偏离能量效率的最佳设定点排放压力100帕将导致能量效率的明显降低。美国专利申请第13/121.824号公开了用于跨临界制冷系统的高侧压力控制，所述申请的全部公开内容以引用方式并入本文中，其中所述美国专利申请在本申请进行转让时被转让给共同的受让人且作为2009年9月28日提交的国际专利申请N0.PCT/2009/058543的国家阶段申请来提交且在2010年4月8日作为国际公布N0.WO 2010/039630来公布。
发明概要
[0009]在按负载模式操作时，通过控制本文中也被称作高侧压力的制冷剂排热热交换器中的制冷剂压力来控制跨临界制冷剂蒸气压缩系统的操作，以便优化能量效率。在按卸载模式操作时，例如在温度维持操作期间用于冷冻易腐产品，控制高侧压力，使得所述系统可以按连续运行模式操作以便将温度受控空间内的温度维持在相对于设定点温度偏离所要求容差内。
[0010]公开一种制冷剂蒸气压缩系统，所述制冷剂蒸气压缩系统包括:用于将制冷剂蒸气从吸入压力压缩到排放压力的压缩装置、制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器，所述压缩装置、制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器按串联制冷剂流动关系安排成跨临界循环闭环初级制冷剂回路，所述制冷剂排热热交换器充当制冷剂气体冷却器且所述制冷剂吸热热交换器充当制冷剂蒸发器；以及与所述制冷剂蒸气压缩系统操作性地相关联的控制器。在一方面中，所述控制器被配置成将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率，其中所述控制器使用可执行程序指令来确定所述设定点排放压力，所述可执行程序指令在所述控制器中执行以按照感测到的制冷剂气体冷却器出口条件、感测到的蒸发器出口制冷剂条件和所述压缩装置的感测到的操作速度的函数来计算所述设定点排放压力。在一实施方案中，所述感测到的蒸发器出口制冷剂条件可以是感测到的吸入压力。
[0011]所述制冷剂蒸气压缩系统还可以包括:闪蒸槽，所述闪蒸槽按串联制冷剂流动关系安置于所述初级制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器与所述制冷剂吸热热交换器之间；节热器蒸气管路，所述节热器蒸气管路将所述闪蒸槽流体互连到所述压缩装置的中间压力级；高压膨胀装置，所述高压膨胀装置安置于所述初级制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器与所述闪蒸槽之间；以及蒸发器膨胀装置，所述蒸发器膨胀装置安置于所述初级制冷剂回路中在所述闪蒸槽与所述制冷剂吸热热交换器之间。所述控制器可以进一步被配置成调整所述高压膨胀装置的开口程度以将所述排放压力控制到设定点排放压力，所述设定点排放压力响应于所选操作参数实时地改变以大幅优化能量效率。
[0012]所述制冷剂蒸气压缩系统还可以进一步包括卸载回路，所述卸载回路包括将所述压缩装置的中间压力级流体地连接至所述初级制冷剂回路的低压侧的卸载制冷剂管路以及安置于所述卸载制冷剂管路中的卸载流量控制装置，所述卸载流量控制装置选择性地可定位于其中制冷剂可流经所述卸载制冷剂管路的至少一个打开位置以及其中阻止制冷剂流经所述卸载制冷剂管路的闭合位置。所述控制器可以进一步被配置成在所述卸载流量控制装置处于所述打开位置时通过改变与所述制冷剂排热热交换器操作性地相关联的扇的工作周期或速度来控制排放压力。
[0013]在一方面中，提供一种优化用于将经制冷空气供应给用于储藏产品的货物储藏箱以便在易腐或冷冻条件下进行运输的运输制冷单元的制冷系统的能量效率的方法。所述方法包括:将压缩装置中的制冷剂压缩到超过所述制冷剂的临界点的排放压力；使基本上处于所述排放压力的所述经压缩制冷剂通过制冷剂气体冷却器；使从所述制冷剂蒸气冷却器排放的所述制冷剂膨胀到低于所述制冷剂的所述临界点的中间压力；使所述经膨胀的制冷剂传递到闪蒸槽中以分离成制冷剂蒸气和制冷剂液体；使所述制冷剂液体的至少一部分进一步膨胀；使所述经进一步膨胀的制冷剂与将供应给所述货物储藏箱的空气成热交换关系地通过蒸发器热交换器；使所述制冷剂蒸气压缩系统按容量模式和卸载模式中的一者来操作；以及当按容量模式操作时，将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率，其中在所述控制器中执行的可执行程序指令按照感测到的制冷剂气体冷却器出口条件、感测到的蒸发器出口制冷剂条件和所述压缩装置的感测到的操作速度的函数来确定所述设定点排放压力。在一实施方案中，所述感测到的蒸发器出口制冷剂条件可以是感测到的吸入压力。
[0014]在所述系统和所述方法的实施方案中，在所述控制器中执行的可执行程序指令根据以下函数来计算所述设定点排放压力:
[001 5] PoiSopt = f Φ GCOUTj ^ΕνΑρ) 乂 (压缩机速度因数)，其中:
[0016]PDIS_是最佳设定点排放压力，
[0017]Reajut是气体冷却器出口制冷剂条件，
[0018]REVAP()Ut是蒸发器出口制冷剂条件。
[0019]所述压缩机速度校正因数可以是按每分钟转数来计的压缩机速度的函数f(rpm)。在一实施方案中，所述压缩机速度校正因数可以是按每分钟转数来计的压缩机速度的非线性函数。在一实施方案中，所述压缩机速度校正因数