专利名称：具有可变速压缩机的制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及制冷系统，并且更具体地涉及二级复叠制冷系统。
背景技术：
已知二级复叠制冷系统用于(例如)将比如箱室内部区的空间冷却至(例如)零摄氏度以下(例如-40°C以下)的温度。例如，已知被称作超低温冷冻装置(“ULT”)类型的冷冻装置使用了这种类型的制冷系统并且被用来将箱室内部区冷却到低至约_80°C或者甚至更低的温度。已知这种类型的制冷系统包括循环对应的第一和第二制冷剂的两个级。第一级通过一个冷凝器将能量(即热量)从第一制冷剂传递到周边环境，而第二级的第二制冷剂通过一个蒸发器从被冷却的空间(例如，箱室内部区)接收能量。热量是通过一个热交换器从第二制冷剂传递给第一制冷剂，该热交换器与制冷系统的这两级处于流体连通。常规的二复叠制冷系统使用多个压缩机，这些压缩机各自具有一个单一的、固定的速度并且常规地具有相同的最大能力。在这个方面，系统的运行可能要求在不同的时刻简单地将这两个压缩机的每一个启动和解除启动。然而，这种类型的系统在被冷却的空间中获得一个均勻温度的能力是有限的，并且运行此类系统的效率与这些系统自身的预期寿命一样也是有限的。此外，以最大能力来运行这些压缩机之一或两者可能是有害的，而将这些压缩机之一或两者以低于该压缩机的最大能力的一种能力来运行导致了运行的低效率。 另外，已知常规的二复叠制冷系统在稳态运行过程中工作在一种单一的预定噪声水平上。因此，令人希望的将是提供一种制冷系统，该制冷系统解决了与常规的二级复叠制冷系统相关的这些和其他问题。
发明内容
在一个实施方案中，所提供的一种二级复叠制冷系统有一个第一制冷级和一个第二制冷级。该第一制冷级限定了用于循环一种第一制冷剂的一个第一流体回路，并且具有一个第一压缩机、一个冷凝器、以及与该第一流体回路处于流体连通的一个第一膨胀装置。 该第二制冷级限定了用于循环一种第二制冷剂的一个第二流体回路，其中该第二制冷级具有一个第二压缩机、一个第二膨胀装置、以及与该第二流体回路处于流体连通的一个蒸发器。一个热交换器与该第一和第二流体回路处于流体连通以便在该第一和第二制冷剂之间交换热量。该第一或第二压缩机中至少一个是一台可变速压缩机。在具体实施方案中，该第一和第二压缩机各自是一台可变速压缩机。该第一压缩机可以具有一个第一最大能力并且该第二压缩机可以具有一个第二最大能力，其中该第二最大能力在一些实施方案中小于该第一最大能力，并且在在其他实施方案中实质上等于该第一最大能力。在该第二压缩机是一台可变速压缩机的多个实施方案中，该系统可以包括至少一个控制器，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机上用于独立地控制这些压缩机的运行；以及一个传感器，该传感器运行性地连接该至少一个控制器上。例如，该传感器可以被配置为感测在该热交换器出口处的该第一制冷剂的温度、感测该第一或者第二制冷剂的排放压力、或者感测该第一制冷剂的排放温度或者抽吸温度，并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度或者压力的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该信号改变该第二压缩机的速度。在其他具体实施方案中，该第一和第二压缩机各自是一台可变速压缩机并且该系统包括一个箱室以及至少一个控制器，该箱室具有一个内部区以及一个提供进入该内部区的通路的门，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机上用于独立地控制它们的运行。一个传感器运行性地连接到该至少一个控制器上，并且被配置为感测该门的一个状态并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的状态的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。该系统可替代地或另外地可以包括一个传感器，该传感器被配置为感测该冷凝器附近的环境空气的温度并且向该至少一个控制器产生表明所感测的温度的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。在多个具体实施方案中，该系统包括一个传感器，该传感器运行性地连接到该至少一个控制器上并且该传感器被配置为感测该第一制冷剂在该热交换器出口处的温度并且配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度的一个信号。该至少一个控制器是可运行性的以便将所感测的温度与一个预定的阈值温度进行比较，高于该阈值温度则该至少一个控制器就不启动该第二压缩机。此外，该系统可以包括一个传感器，该传感器被配置为感测冷凝器附近的环境空气温度并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度的一个第二信号。该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该第二信号来改变该预定的阈值温度，高于该阈值温度则该至少一个控制器就不启动该第二压缩机。该系统可以包括一个具有内部区的箱室以及一个传感器，该传感器运行性地连接到该至少一个控制器上并且该传感器被配置为感测该箱室内部区的温度并且被配置为向该至少一个控制器产生表明该箱室内部区温度的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于此信号延迟该第二压缩机的启动。一些实施方案中的控制器可以(例如)响应于一个信号来改变一个将空气引导穿过冷凝器的可变速风扇的速度，该信号是从一个传感器接收的，该传感器被配置为感测冷凝器附近的环境空气的温度。该系统可以包括一对传感器，该对传感器运行性地连接到该至少一个控制器上并且这对传感器被配置为对应地感测该第一和第二制冷剂的排放压力并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的排放压力的多个对应的信号。该至少一个控制器是可运行性的以便响应于这些信号来改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。该系统可以另外地或可替代地包括第一多个传感器，该第一多个传感器用于感测该第一制冷剂的抽吸温度、储槽温度、排放温度、或者排放压力中的一项或者多项；以及第二多个传感器，该第二多个传感器用于感测该第二制冷剂的抽吸温度、储槽温度、排放温度、或者排放压力中的一项或者多项。该第一和第二多个传感器可以被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度或者压力的多个对应的信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于这些信号改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。
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该系统可以还包括一个控制界面，该控制界面运行性地连接到该至少一个控制器上用于在该制冷系统的不同的预定噪声水平运行模式中进行选择。该控制器可以包括一个稳态运行模式，该运行模式包括该第一和第二压缩机的同时运行。在又另一个实施方案中，为运行制冷系统提供了一种方法。该方法包括通过该制冷系统的一个第一级中的一个第一压缩机、一个冷凝器、以及一个第一膨胀装置循环一种第一制冷剂。通过该制冷系统的一个第二级的一个第二压缩机、一个第二膨胀装置、以及一个蒸发器来循环一种第二制冷剂。在该第一和第二制冷剂之间进行热量交换，并且选择性地改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度以便控制该第一或者第二制冷剂中至少一个的流动。因此，在此披露的系统能够获得相对长的预期寿命、以一种有效的方式运行、并且在被冷却的空间中获得均勻的温度分布。另外，在此披露的系统能够从例如由在被冷却的空间中储存相对温热的物品所造成的意外的高负载状态中迅速恢复。
结合在本说明书中并且构成本发明书一部分的附图并且与以上给出的本发明的概述一起展示了本发明的多个实施方案，并且以下给出这些实施方案的详细说明用于解释本发明的原理。图1是一个示例性的制冷单元的透视图。图2是用于冷却图1的单元的箱室内部区的制冷系统的示意图。图3是用于图2的系统的运行的分级方案的示意图。图4是用于图2的系统的运行的稳态方案的示意图。图5是用于图2的系统的运行的另一个方案的示意图。
具体实施例方式参见这些附图并且更具体地参见图1，在此展示了处于超低温冷冻装置 (“ULT”) 10形式的一个制冷单元。在转让给本发明的受让人的题为“安装在台座内的制冷系统(REFRIGERATION SYSTEM MOUNTED WITHIN A DECK) ” (代理人卷号 TFLED-227AUS)的共同转让的美国专利申请序号12/570,480中说明并展示了根据本发明的一个实施方案的示例性的冷冻装置10的不同方面，其披露内容以其全文特此通过引用明确地结合在此。图1的冷冻装置10包括一个台座(deck) 14，该台座将一个用于储存需要冷却到例如大约_80°C或者更低的温度的物品的箱室16支撑于其上。箱室16进而包括一个箱室壳体16a以及提供进入箱室16的内部区16c的通路的一个门16b。台座14支撑着共同限定了一个二级复叠制冷系统20(图幻的一个或者多个部件，该二级复叠制冷系统与箱室16 热学意义上相互作用来其内部区16c。参见图2，在此展示了制冷系统20的示意图。系统20由一个第一级M和一个第二级沈构成，该第一级和第二级对应地限定了用于循环一种第一制冷剂34和一种第二制冷剂36的第一和第二回路。第一级M将能量(即热量)从第一制冷剂34传递到周边环境40，而第二级沈的第二制冷剂36从箱室内部区16c接收能量。通过热交换器44将热量从第二制冷剂36传递到第一制冷剂34，该热交换器与制冷系统20的第一和第二级M、26处于流体连通。第一级M顺序地包括一个第一压缩机50、一个冷凝器54、以及一个第一膨胀装置 58。一个风扇62通过一个过滤器5 将环境空气引导穿过冷凝器M并协助从第一制冷剂 34到周边环境40的热量传递。第二级沈同样顺序地包括一个第二压缩机70、一个第二膨胀装置74、以及一个蒸发器78。蒸发器78与箱室16的内部区16c(图1)处于热连通，这样使得热量从内部区16c被传递到蒸发器78，由此冷却了内部区16c。热交换器44在第一膨胀装置58和第一压缩机50之间与第一级M处于流体连通。另外，热交换器44在第二压缩机70和第二膨胀装置74之间与第二级沈处于流体连通。在工作时，第二制冷剂36通过蒸发器78接收来自内部区16c的热量并且通过一个管道90从蒸发器78流到第二压缩机70。抽吸/储能器装置92与管道90处于流体连通以便将气态形式的第二制冷剂36传递给第二压缩机70，同时以液态形式对其过量部分进行存储并且将它以一种受控的速率馈送给第二压缩机70。压缩的第二制冷剂36从第二压缩机70流过管道96并且进入将第一和第二级MJ6彼此热学意义上连通的热交换器44 中。第二制冷剂36以气体形式进入热交换器44并且随着第二冷却剂的冷凝将热量传递给第一制冷剂34。在这个方面，例如，第一制冷剂34的流动相对于第二制冷剂36是反向流动以便使热传递速率最大化。在一个具体的、非限制性的实例中，热交换器44是处于一种铜焊板式热交换器的形式、在台座14中竖直地取向(图1)、并且被设计为使第一和第二制冷剂34、36在热交换器44中的紊流量最大化，这进而使从冷凝中的第二制冷剂36到蒸发中的第一制冷剂34的热传递最大化。热交换器的其他类型或者配置同样是可能的。第二制冷剂36以液体形式从热交换器44中流出、通过其出口 4 并且流经管道 102、经过一个过滤器/干燥器单元103、然后通过第二膨胀装置74、并且然后回到第二级沈的蒸发器78中。这个示例性实施方案的第二级沈还包括一个用于润滑第二压缩机70的油路104。确切地讲，油路104包括一个与管道96处于流体连通的油分离器106以及一个将油引回进入第二压缩机70的回油管线108。另外地或可替代地，第二级沈可以包括一个减温器装置110来使第二制冷剂36的排放蒸汽降温，并且该减温器装置与热交换器44上游的管道96处于流体连通。如以上所讨论的，第一制冷剂34流过第一级24。确切地讲，第一制冷剂34从正在流经热交换器44的第二制冷剂36中接收热量、以气体形式通过其出口 44b从热交换器44 中流出并且经过一对管道114、115流向第一压缩机50。抽吸/储能器装置116被定位在管道114和115之间以便将处于气态形式的第一制冷剂34传递给第一压缩机50，同时以液态形式对其过量部分进行存储并且将它以一种受控的速率馈送给第一压缩机50。被压缩的第一制冷剂；34从第一压缩机50经过一个管道118流动并且进入冷凝器54。在以液态形式流过一对管道122、123、经过一个过滤器/干燥器单元126、并且进入第一膨胀装置58 (在此处第一制冷剂34经历了一个压力下降)之前，第一制冷剂34在冷凝器M中随着该第一制冷剂的冷凝将热量传递给周边环境40。第一制冷剂34从第一膨胀装置58经过一个管道 127流动返回进入热交换器44中(以液态形式进入其中)。继续参见图2，这个实施方案的第一或第二压缩机50、70中的至少一个是一台可变速压缩机。在一个具体实施方案中，第一和第二压缩机50、70可以具有不同的最大能力。 例如并且不具限制性，第二压缩机70可以具有一个小于第一压缩机50的最大能力。可替代地，第一和第二压缩机50、70的最大能力可以是实质上彼此相等的。而且，系统20的运行可以被设计为使得压缩机50、70之一或两者在稳态模式中以最大能力或者在小于其最大能力下运行，这可以是令人希望的，例如用来将这些压缩机50、70的预期寿命最大化。系统20包括一个示例性的控制器130，该控制器运行性地连接到第一和第二压缩机50、70中的每一个上以便独立地控制这些压缩机50、70中的每一个。虽然本实施方案展示了一个单个的控制器130，本领域中的普通技术人员将容易理解系统20可以具有任何其他数量的控制器。一个示例性的界面132运行性地连接到控制器130上以便使用者能够与该控制器相互作用。这种相互作用可以包括例如从系统20的不同的运行模式中进行选择。例如并且不具限制性，不同的运行模式可以是与以下各项相关联的，即系统20在稳态运行期间不同的最大一般接受的噪声水平(例如像由OSHA发布的噪声标准)、对于这些级 M、26中的每一个的不同温度范围、和/或对于被冷却的空间(例如箱室内部区16c)的不同温度设定。更确切地说，被设计为用于在封闭的实验室中运行的同样的冷冻装置可以由使用者设定为不超过一个特定的噪声水平(这会导致一个或者两个压缩机被限制在最大速度的一个特定的百分比上，并且如果使用了一个可变速风扇，它的速度也是如此)。如果使用者特别担心噪声水平，在一个宽阔的区域中运行的同样的冷冻装置可以被设定或重新设定为允许最大速度的一个更高百分比。然而，该ULT的其他另外的或者可替代的优选的运行特征可以被用于定义系统20的多个运行参数。如以下更详细地说明的，多个传感器S1至S18各自运行性地连接到控制器130上以便沿着第一和/或第二级M、26对制冷剂34、36之一或两者的不同特性、系统20周围的环境空气的温度、或者箱室16内部区16c的温度、和/或门16b的状态(即，打开或关闭) (图1)进行感测。这些传感器被配置为向控制器130产生表明所感测的特性或状态的多个对应的信号，这样使得控制器130可以进而产生影响系统20运行的多个对应的指令。在首先启动了系统20或者例如由于更改的冷却要求而要求重新启动时，则进行该第一和第二级的分级。继续参见图2并且进一步参见图3的流程图，展示了一个示例性的分级程序或者方案。图框150代表该分级程序的开始，具体是通过启动第一压缩机50(即， 开动)，并且以启动第二压缩机70 (图框160) ( S卩，开动)结束。在图框152处，控制器130 从一个传感器S1接收信号，该传感器被配置为感测第一制冷剂34在热交换器44出口 44b 处的温度。在图框1 处，控制器130将所感测的第一制冷剂34温度与一个预定的阈值温度Tth进行比较。如果所感测的温度小于或等于该阈值温度Tth(图框156)，则控制器130 通过启动第二压缩机70 (图框160)来启动第二级沈。在本发明的某些形式中，控制器130 可以根据操作员对噪声控制和类似控制的设定致使第二压缩机70初始地以一个较低的速度运行并且然后增加至一个较高的最大速度。除图3中示出的分级方案以外，该分级方案可以另外包括其他特征。例如，该分级方案可以在图框152处包括控制器130接收来自一个传感器&的信号，该传感器被配置为感测冷凝器M附近的环境空气的温度并且向控制器130发送表明所感测的温度的一个信号。在图框166处，控制器130将根据一个预定的算法(图框167)以所感测的环境空气温度作为一个输入来调整(即，增大或减小)阈值温度Tth。例如，在不寻常的高环境温度下， 可以有意识地延迟第二压缩机70的启动或者可以在启动时减小第二压缩机70的速度(例如，减少到全部能力的大约40%而不是大约50% )。另外地或可替代地，在图框152处，控制器130可以接收来自一个传感器&的信号，该传感器被配置为感测箱室16的内部区16c 的温度并且向控制器130发送表明所感测的温度的一个信号。在图框174处，如果所感测的温度高于一个预定值(图框17 则控制器130防止第二压缩机70的启动，这样使得热交换器44被提供有足够的时间来冷却至一个预定的水平。这种在第二压缩机70的启动中的延迟(图框174)有效地防止了热交换器44的负担过度，这对于增加系统20的预期寿命而言可能是令人希望的。可替代地或另外地，第二压缩机70可以响应于一个较高的箱室内部温度以一个较低的速度(例如，大约30%至40%的能力而非50%的能力)来启动。参见图4，其中示意性地展示了一个示例性的制冷系统20的稳态运行。在该图的示例性实施方案中，系统20的稳态运行模式包括在大多数或者所有的时候同时地运行压缩机50、70两者。为此，系统20在一个或多个算法下运行，这些算法在第一和第二级M、26 之间保持一种平衡，这样使得例如该第二级负载(来自从箱室内部区16c传递的热量)从不超过第一级M的最大能力以便去除负载(即，热量)。以下的说明尤其适用于当压缩机 50、70都是可变速类型的，但可以被适配于只有一个压缩机(例如，第二压缩机70)是可变速的并且使得另一个压缩机(例如，第一压缩机50)按照要求启动或关闭的多个实施方案中。在这些压缩机50、70都是可变速压缩机的情况中，可能的情况是压缩机50、70两者将被启动，其中这些压缩机之一或者两者是受控的以便得到一种希望的运行特征。在图框180处，控制器130接收来自传感器S1的一个信号，该传感器感测第一制冷剂；34在热交换器44出口 44b处温度。在图框182处，控制器130响应于来自传感器S1的信号并且根据一个预定的稳态算法(图框181)来改变第一或第二压缩机50、70之一或两者的速度(例如，以RPM为单位的转速)以便由此控制例如传递到第二级沈的负载。在这个方面，一个传感器、可以被配置为监测第二压缩机70的速度并且向控制器130产生一个相应的信号以便能够控制第二压缩机70的速度。在图框184处，控制器130确定是否在系统20中存在一个高负载状态，例如，如果箱室16的内部区16c的温度具有了一个阶跃(例如，一个突然的、相对大的增加)。如果检测到这样的状态，在图框186处，控制器130可以取代由图框181和图框182示出的这种算法，并且将系统20的运行替换为一种以下进一步详细说明的高负载算法。继续参见图4，控制器130可以(除此之外或者作为从传感器S1接收信号的一种替代方案)接收来自一个传感器&的信号(图框180)，该传感器被配置为感测第二制冷剂 36的排放压力并且向控制器130发送表明所感测的压力的一个信号。第二制冷剂36所感测的排放压力可以表明一个在系统20中由例如一种高负载状态引起的不平衡状态。如果传感器&感测到一个预定的压力，如以上说明的，控制器130可以取代图框181和图框182 所展示的算法(图框186)，并且将系统20的运行替换为该高负载算法(图框186)。除此之外或者作为由S1和/或&提供感测的一种替代方案，将一个或多个传感器 S6, S7, S8运行性地连接到控制器130上、并且对应地配置为感测第一制冷剂34的一个排放压力、排放温度、和/或抽吸温度。这些传感器&、S7、&被配置为向控制器130产生一个表明所感测的第一制冷剂34的特性或者状态的信号(图框180)。所感测的第一制冷剂34的特性或者状态可以表明一个在系统中由例如一种高负载状态引起的不平衡状态。如果这些传感器&、S7、&中的一个或者多个感测到一个预定的特性或特性，则如以上说明的，控制器 130可以取代图框181和图框182所展示的算法并且将系统20的运行替换为这种高负载算法(图框186)。如以上说明的，在某些条件下，控制器130可以取代在系统20的稳态运行过程中使用的这种算法(图框181)并且将它置换为一种高负载算法。在这个方面，并且参见图4 和图5，控制器130可以在图框180处接收来自系统20的不同的传感器的一个或多个信号， 其中这些信号表明了一种高负载状态。更确切地说，例如，如果在箱室16的内部区16c中放置了一个相对温热的物品，则可能出现一个高负载状态。为此，控制器130可以从表明箱室16的内部区16c的温度提升的传感器&接收一个信号。在一个具体实施方案中，控制器130可以基于来自传感器&的信号计算对应于内部区16c的温度上升关于时间的斜率， 并且将其与一个预定的阈值斜率进行比较(图框194)。响应于接收的这个信号，并且更确切地说响应于这种比较，控制器可以在图框186处用高负载算法置换控制系统20的运行的稳态算法。在这种高负载算法下，在一个具体实施方案中，控制器130可以增加压缩机50、 70之一或两者的速度(图框202)。在另一个实例中，控制器130可以从一个开关形式的传感器&接收一个信号(图框180)，该传感器被配置为感测箱室16的门16b的状态。响应于来自传感器&的表明例如门16b被打开或关闭的一个信号，控制器130可以在图框186处用高负载算法置换控制系统20的运行的这种稳态算法(图框181)。在高负载算法下，如以上说明的，控制器130 可以例如增加压缩机50、70之一或两者的速度(图框202)。在对于以上讨论的由控制器130从传感器&接收的信号的处理的一个示例性的、 但非限制性的变体中，控制器130可以计算门16b保持在一个预定的状态(例如，打开)中的时间，并且将所计算的这个时间与一个阈值进行比较(图框194)，响应于这种情况该控制器遵循上述由图框186和图框202展示的方案。在此考虑到传感器&可以改成被配置为感测门16b在一个预定的时间段上的状态并向控制器130产生一个信号，该信号表明在该预定时间段上的这个状态，在这种情况下系统20将排除原本由控制器130在图框194处进行的与阈值的比较。例如并且不具限制性，一个示例性的、能够在时间上感测门16b的状态的传感器&可以采取一种开关和计时器组合的形式。在又另一个实例中，控制器130可以从传感器&接收一个信号(图框180)，该传感器被配置为感测冷凝器M附近的环境空气的温度并且被配置为向控制器130发送表明所感测的温度的一个信号。如果所接收的信号表明超过一个预定的阈值的温度(图框194)， 则控制器遵循上述由图框186和图框202展示的方案。除此之外或者作为以上说明的一种替代方案，可以通过控制器130接收来自传感器&的表明所感测的第一制冷剂34的一个排放压力和/或来自传感器&的表明所感测的第二制冷剂36的一个排放压力的一个信号来引发这个高负载算法(图框180)。在这个方面，所感测的第一或者第二制冷剂34、36的排放压力可以表明一种高负载状态并且由控制器130与对应的阈值压力进行比较(图框194)，超过这些阈值压力则控制器130将遵循由图框186和图框202展示的方案。特别参见图5，在具体实施方案中该高负载算法可以包括增加引导空气穿过冷凝器M的风扇62的速度(图框210)。通过使用可变速风扇62协助了这种速度的增加。风扇62的速度的这种增加暂时地增加了从第一制冷剂36至周围环境40的热传递速率，这导致了系统20回到该运行的稳态模式的一种更迅速的恢复。通常但并不是总是，风扇62的速度增加与第一压缩机50的速度增加是同时发生的；然而，在高环境温度的状态下，风扇62 的速度可以高于第一压缩机50的速度而成比例地增加。如以上所指明的，除了感测到非同寻常的状态时，可以基于噪声控制或其他因素来限制第一压缩机50和风扇62的速度。再次参见图2，在此考虑到一个或多个其他的传感器Sltl至Sw可以向控制器130 提供多个输入，响应于从传感器Sltl至S18之一接收的一个信号该控制器将改变风扇62的速度、改变这些压缩机50、70之一或两者的速度、或者遵循上述任何其他方案。例如并且不具限制性，传感器Sltl和传感器S11可以对应地被配置为感测第一制冷剂34的贮槽温度和抽吸温度，而传感器S12和传感器S13可以对应地被配置为感测第二制冷剂36的贮槽温度和抽吸温度。另外地或可替代地，可以将一个传感器Sw配置为感测第二制冷剂36的排放温度，可以将一个传感器S15配置为感测第一制冷剂34在热交换器44的进口 Mc处的温度，可以将一对传感器S16、S17对应地配置为感测第二制冷剂36在蒸发器78的进口 78a和出口 7 处的温度，和/或可以将一个传感器S18配置为感测第一压缩机50的速度(例如，以RPM为单位的转速)。本领域的普通技术人员将容易地认识到这些附加的传感器的位置和配置仅是示例性的而不是限制性的，并且考虑到除此之外或者作为上述那些传感器的一种替代方案在系统20中可以存在其他的传感器。在这个方面，附加的多个传感器可以被配置为检测系统20的状态或特性或者其在此未清楚地说明的周围环境，并且这些传感器仍然落入本披露的范畴之内。尽管已经通过不同的实施方案的说明展示了本发明并且尽管已经非常详细地说明了这些实施方案，但申请人无意将所附权利要求书的范围局限于或以任何形式限制于此类细节。本领域的普通技术人员将容易地想到另外的优点和改变。因此，本发明在其更广义的方面中并不限于这些具体细节、代表性的装置和方法、以及所示出并说明的示意性实例。 因此，可以脱离这些细节而不背离申请人的总体发明概念的精神或范畴。
1权利要求
1.一种二级复叠制冷系统(20)，包括一个第一制冷级(M)，该第一制冷级限定了用于循环一种第一制冷剂(34)的一个第一流体回路，该第一制冷级04)具有一个第一压缩机(50)、一个冷凝器(54)、以及与该第一流体回路处于流体连通的一个第一膨胀装置(58)；一个第二制冷级(26)，该第二制冷级限定了用于循环一种第二制冷剂(36)的一个第二流体回路，该第二制冷级06)具有一个第二压缩机(70)、一个第二膨胀装置(74)、以及与该第二流体回路处于流体连通的一个蒸发器(78)；以及一个热交换器(44)，该热交换器与该第一和第二流体回路处于流体连通以便在该第一和第二制冷剂(34、36)之间交换热量，其特征在于该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个是一台可变速压缩机。
2.如权利要求1所述的二级复叠制冷系统(20)，其中，该第一和第二压缩机(50、70) 各自是一台可变速压缩机。
3.如权利要求2所述的二级复叠制冷系统(20)，其中该第一压缩机(50)具有一个第一最大能力并且该第二压缩机(70)具有一个第二最大能力；并且该第二最大能力是小于该第一最大能力的。
4.如权利要求2所述的二级复叠制冷系统(20)，其中该第一压缩机(50)具有一个第一最大能力并且该第二压缩机(70)具有一个第二最大能力；并且该第二最大能力是实质上等于该第一最大能力的。
5.如权利要求1所述的二级复叠制冷系统(20)，该系统进一步包括一个箱室(16)，该箱室具有一个内部区(16c)以及提供进入该内部区(16c)的通路的一个门(16b)；至少一个控制器(130)，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机(50、 70)上以便独立地控制它们的运行；以及以下各项的至少一个运行性地连接到该至少一个控制器(130)上的一个传感器(S1),该传感器(S1)被配置为在该热交换器G4)的一个出口(44b)处感测该第一制冷剂(34)的一个温度并且向该至少一个控制器(130)产生一个表明所感测的温度的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第二压缩机(70)的速度；运行性地连接到该至少一个控制器(130)上的一个传感器(S6、&)，该传感器(S6、S5) 被配置为感测该第一或者第二制冷剂(34、36)的一个排放压力并且向该至少一个控制器 (130)产生一个表明所感测的压力的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第二压缩机(70)的速度；运行性地连接到该至少一个控制器(130)上的一个传感器(S7、&)，该传感器(S7、S8) 被配置为感测该第一制冷剂(34)的一个排放温度或者一个抽吸温度并且向该至少一个控制器(130)产生一个表明所感测的排放或抽吸温度的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第二压缩机(70)的速度；一个传感器(S2)，该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为感测该冷凝器(54)附近的一个环境空气的温度，并且向该至少一个控制器(130)产生一个表明所感测的温度的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度；一个传感器(S1),该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为在该热交换器G4)的一个出口(44b)处感测该第一制冷剂(34)的一个温度并且向该至少一个控制器(130)产生表明所感测的温度的一个第一信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便将所感测的温度与一个预定的阈值温度进行比较，高于该预定的阈值温度该至少一个控制器(130)就不启动该第二压缩机(70)；一个传感器(S2)，该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为感测该冷凝器(54)附近的该环境空气的温度，并且向该至少一个控制器(130)产生表明所感测的温度的一个第二信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该第二信号来改变该预定的阈值温度，高于该预定的阈值温度该至少一个控制器(130)就不启动该第二压缩机(70)；一个传感器(S3),该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为感测该箱室(16)的内部区(16c)的温度并且向该至少一个控制器(130)产生表明该箱室内部区(16c)温度的一个第二信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该第二信号来延迟该第二压缩机(70)的启动；一对传感器(&、S5)，该对传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为对应地感测该第一和第二制冷剂(34、36)的排放压力并且向该至少一个控制器(130) 产生表明所感测的压力的多个对应的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于这些信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度；以及一个控制界面(132)，该控制界面运行性地连接到该至少一个控制器(130)上用于在该制冷系统00)的多个不同预定噪声水平的运行模式中进行选择。
6.如权利要求1所述的二级复叠制冷系统(20)，其中，该第一和第二压缩机(50、70) 各自是一台可变速压缩机，该系统进一步包括一个箱室(16)，该箱室具有一个内部区(16c)以及为进入内部区(16c)提供通路的一个门(16b)；至少一个控制器(130)，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机(50、 70)上用于独立地控制它们的运行；以及以下各项中至少一个一个传感器(S9),该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上，并且被配置为感测该门(16b)的状态并且向该至少一个控制器(130)产生一个表明所感测的状态的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机 (50,70)中至少一个的速度；一个传感器(S3),该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为感测该箱室(16)的内部区(16c)的一个温度并且向该至少一个控制器(130)产生一个表明该箱室内部区(16c)温度的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度；以及第一多个传感器(S8、S1CI、S7、&)，该第一多个传感器用于感测该第一制冷剂(34)的抽吸温度、储槽温度、排放温度、或者排放压力中的一项或者多项；以及第二多个传感器，该第二多个传感器(S13、S12、S14、S5)用于感测该第二制冷剂(36)的抽吸温度、储槽温度、排放温度、或者排放压力中的一项或者多项，该第一和第二多个传感器(S8、S10, S7、S6、S13、S12, S14, S5)被配置为向该至少一个控制器(130)产生表明所感测的温度或者压力的多个对应的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于这些信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
7.如权利要求6所述的二级复叠制冷系统(20)，其中，该传感器(S9)被配置为在一个预定的时间段上感测该门(16b)的一个状态并且向该至少一个控制器 (130)产生表明在该预定的时间段上的该门(16b)的状态的一个信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
8.如权利要求1所述的二级复叠制冷系统(20)，进一步包括至少一个控制器(130)，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机(50、 70)上用于独立地控制它们的运行；一个可变速风扇(62)，该可变速风扇引导空气穿过该冷凝器(54)；以及一个传感器(S1),该传感器运行性地连接到该至少一个控制器(130)上并且被配置为感测该冷凝器(54)附近的一个环境空气的温度，并且向该至少一个控制器(130)产生一个表明所感测的温度的信号，该至少一个控制器(130)是可运行性的以便响应于该信号来改变该风扇(62)的速度。
9.如权利要求1所述的二级复叠制冷系统(20)，进一步包括至少一个控制器(130)，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机(50、 70)上以便独立地控制它们的运行，该至少一个控制器(130)限定了一个稳态运行模式，该稳态运行模式包括该第一和第二压缩机(50、70)的同时运行。
10.一种运行制冷系统00)的方法，该方法包括使一种第一制冷剂(34)通过该制冷系统00)的一个第一级04)的一个第一压缩机 (50)、一个冷凝器(M)、以及一个第一膨胀装置(58)进行循环；使一种第二制冷剂(36)通过该制冷系统00)的一个第二级06)的一个第二压缩机 (70)、一个第二膨胀装置(74)、以及一个蒸发器(78)进行循环； 在该第一和第二制冷剂(34、36)之间进行热量交换，其特征为 选择性地改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度来控制该第一或第二制冷剂(34、36)中至少一个的流动。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括选择性地改变该第一和第二压缩机(50、70)两者的速度来对应地控制该第一和第二制冷剂(34,36)的流动。
12.如权利要求10所述的方法，其中，在该第一和第二制冷剂(34、36)之间交换热量包括通过一个热交换器G4)循环该第一和第二制冷剂(34、36)，该方法进一步包括感测该第一制冷剂(34)在该热交换器04)的一个出口(44b)处的一个温度； 产生一个表明所感测的温度的信号；并且响应于该信号来改变该第二压缩机(70)的速度。
13.如权利要求10所述的方法，进一步包括感测该第一或第二制冷剂(34、36)的一个排放压力； 产生一个表明所感测的压力的信号；并且响应于该信号来改变该第二压缩机(70)的速度。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包括感测该第一制冷剂(34)的一个排放温度或者一个抽吸温度； 产生一个表明所感测的温度的信号；并且响应于该信号来改变该第二压缩机(70)的速度。
15.如权利要求10所述的方法，进一步包括提供一个箱室(16)，该箱室具有由该制冷系统00)冷却的一个内部区(16c)，该箱室 (16)具有用于进入该箱室(16)的内部区(16c)的一个门(16b)； 感测该门(16b)的一个状态； 产生一个表明所感测的状态的信号；并且响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
16.如权利要求10所述的方法，进一步包括获得一个箱室(16)，该箱室具有由该制冷系统00)冷却的一个内部区(16c)，该箱室 (16)具有用于进入该箱室(16)的内部区(16c)的一个门(16b)； 在一个预定时间段上感测该门(16b)的一个状态； 产生表明所感测的该门(16b)在该预定时间段上的状态的一个信号；并且响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
17.如权利要求10所述的方法，进一步包括 感测该冷凝器(54)附近的一个环境空气的温度； 产生一个表明所感测的温度的信号；并且响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
18.如权利要求10所述的方法，其中，在该第一和第二制冷剂(34、36)之间交换热量包括通过一个热交换器G4)来循环该第一和第二制冷剂(34、36)，该方法进一步包括感测该第一制冷剂(34)在该热交换器04)的一个出口(44b)处的一个温度； 产生一个表明所感测的温度的信号；并且将所感测的温度与一个预定的阈值温度进行比较，高于该预定的阈值温度该第二压缩机(70)就是不工作的。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括 感测该冷凝器(54)附近的一个环境空气的温度； 产生一个表明所感测的温度的第二信号；以及响应于该第二信号来改变该预定的阈值温度，高于该预定的阈值温度该第二压缩机 (70)就是不工作的。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括获得一个箱室(16)，该箱室具有由该制冷系统00)冷却的一个内部区(16c)； 感测该箱室(16)的内部区(16c)的一个温度； 产生一个表明所感测的温度的第二信号；并且响应于该第二信号延迟该第二压缩机(70)的启动。
21.如权利要求10所述的方法，进一步包括获得一个箱室(16)，该箱室具有由该制冷系统00)冷却的一个内部区(16c)； 感测该箱室(16)的内部区(16c)的一个温度； 产生一个表明所感测的温度的信号；以及响应于该信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
22.如权利要求10所述的方法，进一步包括 引导空气穿过该冷凝器(54)；感测该冷凝器(54)附近的该环境空气的温度；产生一个表明所感测的温度的信号；并且响应于该信号来改变被引导穿过该冷凝器(54)的空气的速度。
23.如权利要求10所述的方法，进一步包括 感测该第一制冷剂(34)的排放压力；感测该第二制冷剂(36)的排放压力； 产生表明所感测的压力的多个对应的信号；并且响应于这些信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
24.如权利要求10所述的方法，进一步包括感测该第一制冷剂(34)的抽吸温度、贮槽温度、排放温度、或排放压力中的一个或多个；感测该第二制冷剂(36)的抽吸温度、贮槽温度、排放温度、或排放压力中的一个或多个；对应地产生表明该第一和第二制冷剂(34、36)的所感测的温度或压力的多个对应的信号；并且响应于这些信号来改变该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个的速度。
25.如权利要求10所述的方法，进一步包括在多个不同的预定噪声水平的运行模式中进行选择；并且响应于所选择的模式来控制该第一或第二压缩机(50、70)的运行。
26.如权利要求10所述的方法，进一步包括同时启动该第一和第二压缩机(50、70)以便限定该制冷系统00)的一种稳态运行。
全文摘要
在此提供了一种二级复叠制冷系统(20)，该二级复叠制冷系统具有一个第一制冷级和一个第二制冷级。该第一制冷级限定了用于循环一种第一制冷剂(34)的一个第一流体回路，并且具有一个第一压缩机(50)、一个冷凝器(54)、以及与该第一流体回路处于流体连通的一个第一膨胀装置(58)。该第二制冷级限定了用于循环一种第二制冷剂(36)的一个第二流体回路，其中该第二制冷级具有一个第二压缩机(70)、一个第二膨胀装置(74)、以及与该第二流体回路处于流体连通的一个蒸发器(78)。一个热交换器(44)与该第一和第二流体回路处于流体连通以便在该第一和第二制冷剂(34、36)之间交换热量。该第一或第二压缩机(50、70)中至少一个是一台可变速压缩机。
文档编号F25B7/00GK102232166SQ201080003310
公开日2011年11月2日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月30日
发明者Q·王, R·贝尔, T·斯威夫特 申请人:赛默飞世尔科技(阿什维尔)有限责任公司