一种冷藏集装箱用变频涡旋压缩机的制冷系统及其控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本专利涉及的是一种冷藏集装箱技术领域的制冷系统及相关的控制方法，具体说是一种采用双变频祸旋压缩机以及电子膨胀阀实现容量调节(capacity control)的制冷系统以及应用于该制冷系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]冷藏集装箱运输是冷链物流最重要的环节之一。冷藏集装箱在海上或者在陆地上运输，受到各种环境气候因素的影响(如不同的温度、湿度、太阳辐射以及风速风向等)，再加上货物自身的需求(如通风量的要求等)，系统的负荷经常处于变动之中。在运输过程的大部分时间段中，冷藏集装箱系统处于部分负荷状态。为了保证箱内温度的稳定性，要求制冷系统的制冷能力必须与系统的热负荷相匹配，因此，制冷系统的容量调节能力十分重要。此外，制冷系统的容量调节能力还会影响系统的能耗。由于冷藏集装箱所运输的货物的价值通常远高于运输费用，因此，保证箱内温度的稳定的重要性是首要的。然而，能源危机以及环境危机导致节能减排的重要性逐渐增加，因此，降低能耗也是一个十分重要的因素。
[0003]在已经投入使用的冷藏集装制冷系统中，主要采用了以下两种容量调节方式:①采用定容量压缩机和膨胀阀(热力膨胀阀或者电子膨胀阀)，再加上热气旁通与吸气调节；②采用变容量压缩机与电子膨胀阀。在第一种容量调节方式中，压缩机通常采用往复式压缩机或者涡旋式压缩机；在第二种容量调节方式中，压缩机通常采用数码涡旋压缩机(涡旋压缩机配数码控制阀)、变频涡旋压缩机和变频往复式压缩机。采用第一种容量调节方式，出于压缩机润滑的需要，压缩机的吸气压力不能过低，否则会出现回油不足而导致压缩机因润滑不足而磨损严重甚至毁坏，因此，当负荷较低时，通常辅以热气旁通和吸气调节，从而保证压缩机的吸气压力处于合理的范围，同时满足负荷匹配的需要，但这种方式增加了系统的能耗；当负荷进一步降低时，系统通常采用启停控制以保护压缩机，但这会牺牲箱内温度的稳定性。出于以上原因，越来越多的冷藏集装箱采用变容量压缩机。采用第二种容量调节方式，当压缩机为配备数码控制阀的数码涡旋压缩机时，由于数码控制阀是根据负荷的大小，在一个时间周期内控制压缩机吸入口的开、关时间比例，从而在控制循环周期内形成所谓的“负载期”和“卸载期”，负载期间，压缩机像定容量涡旋压缩机一样工作，传递全部的容量，压缩机输出为100%，卸载期间，压缩机输出则为0，也就是说，在部分负荷时，压缩机在卸载期间不从蒸发器吸气，也不向冷凝器排气，这会导致蒸发压力与冷凝压力的波动，从而影响到温度控制的精度；此外，无论采用数码涡旋压缩机，还是采用变频涡旋压缩机或者变频往复式压缩机，出于保护压缩机的需要，当负荷低于10% (数码涡旋或变频涡旋压缩机)或者低于20% (往复式变频压缩机)时，制冷系统通常采用启停控制，频繁的启停会影响相关部件的使用寿命以及温度控制的精度。
[0004]冷藏集装箱在运输货物的过程中，通常处于部分负荷状态。由于冷藏集装箱的箱体的保温性能良好，对通风量要求不高的货物在运输过程中的负荷通常小于50% ;此外，对通风量要求很低甚至几无要求的货物如肉类等，在冷藏集装箱的冷冻模式下，风机低速运行产生的风机热和箱体的漏热很小，使得系统的负荷很低(5%?10% )，甚至无法满足现有的冷藏集装箱所采用的制冷压缩机运转的最低要求，只能采取启停控制。基于以上分析，很多货物在实际运输过程中的很多时间内，只需要系统机组提供5%?50%的容量。
[0005]在本技术领域内曾采用的双压缩机系统使用的是定频往复式压缩机，由于故障率高、震动大、节能效果一般，已经被市场淘汰。
【发明内容】
[0006]针对冷藏集装箱运行时负荷变化的特点，本发明旨在提供一种能够更加可靠、更加节能以及温度控制更加稳定的制冷系统，从而增加冷藏集装箱制冷系统相关部件的使用寿命，提高系统的经济性，同时提高货物的保存质量并减少货损。
[0007]具体方案为:一种冷藏集装箱用变频涡旋压缩机的制冷系统，它的主要部件包括步进式电子膨胀阀、冷凝器、蒸发器、冷凝器风机、蒸发器风机、过冷器、电加热棒；还包括并联设置的两台变频涡旋压缩机、用于测量冷藏集装箱箱内温度的温度测量装置以及控制器；每台变频涡旋压缩机的额定负荷分别为冷藏集装箱系统设计的额定负荷的50% ;该两台变频涡旋压缩机的进口相连通为低压进气口，且该两台变频涡旋压缩机出口相连通为高压出气口 ；所述控制器依次与温度测量装置的信号端、两变频涡旋压缩机的控制端电连接。
[0008]本发明还公布了应用于上述冷藏集装箱用变频涡旋压缩机的制冷系统的控制方法:制冷系统运转前，首先设定其中的一台变频涡旋压缩机为主压缩机，另一台为辅压缩机，主、辅压缩机每个月或者根据使用情况每隔一定的时间段可以互换。
[0009]本发明的进一步控制方法为:制冷系统运转前，设定目标温度Tset、第一控制精度el、第二控制精度e2和第三控制精度e3，并满足el>e2>e3>0 ;同时，设置压缩机的最高运转频率a和最低运转频率b;系统运转时，温度测量装置所获得的控制温度T，如果控制温度T与设定温度Tset的差值的大于第二控制精度e2，系统处于快速降温区，主、辅压缩机同时以相同转速运转，且转速逐渐增大，直到达到最高运转频率并保持，以使控制温度T下降；控制温度T降到Tset±e2之间，系统进入变频调温区，主、辅压缩机变速运转。
[0010]其中，变频调温区控制方法为:变频调温区内，通过调节压缩机的运转频率和运转台数来保持箱内温度的稳定，压缩机的运转频率由PID控制器根据控制温度T与目标温度Tset的差值以及该差值的变化率进行调整，主要包含以下几种情况:
[0011]情况一:当测量温度T达到设定温度Tset时，如果主压缩机的运转频率大于0.4a，则主、辅压缩机同时运转；当主压缩机的频率降至0.4a或低于0.4a时，如果控制温度T仍持续下降至与设定温度Tset的差值小于-e3时，则辅压缩机停止运转，主压缩机继续运转；
[0012]情况二:当主压缩机单独运转，运转频率已降至最低运转频率b，且控制温度T与设定温度Tset的差值小于-e2时，主压缩机停止运转；
[0013]情况三:当主压缩机单独运转，运转频率已升至最高运转频率a，控制温度T仍持续上升，且与设定温度的差值大于e3，则辅压缩机运转。
[0014]本发明的进一步技术方案为，还包括加热升温模式，如果T〈Tset-el，则主、辅压缩机均停止运转，电加热棒加热，系统处于加热升温模式，当控制温度T升温到Tset时，停止加热；停止加热后，如果控制温度T下降，则压缩机不启动，如果温度继续上升到大于Tset+e3，则王压缩机启动。
[0015]本发明根据冷藏集装箱箱内负荷的特点以及货物保存的要求，从节能、温度控制精度以及系统可靠性等方面出发，提出采用双变频涡旋压缩机及其控制策略，具有明显的优点:(1)根据负荷范围增减压缩机运转台数，采用变频技术与电子膨胀阀技术匹配系统负荷从而实现节能；(2)采用双变频涡旋压缩机，可以获得比单压缩机更大的运转范围，避免压缩机因在过低负荷下长时间工作而引起的使用寿命缩短，避免较低系统负荷时因频繁的启停控制而带来的频繁的较大的温度波动；(3)主、辅压缩机的设置和定期互换提高了压缩机的使用寿命，保证了系统更高的可靠性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种冷藏集装箱用变频涡旋压缩机制冷系统的示意图。
【具体实施方式】
[0017]为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0018]现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0019]实施例1:
[0020]如图1所示，该实施例的双压缩机温控系统主要包括并联设置的变频涡旋压缩机1和变频涡旋压缩机2、冷凝器11、过冷器4、步进式电子膨胀阀20、以及蒸发器12，上述各部件依次串接并导通，形成制冷剂循环回路:
[0021]在该实施例中，变频涡旋压缩机1和变频涡旋压缩机2为同规格的双变频涡旋压缩机；变频涡旋压缩机1的进口和变频涡旋压缩机2的进口连通为低压进气口，变频涡旋压缩机1的出口和变频涡旋压缩机2的出口连通为高压出气口，且两变频涡旋压缩机通过低压进汽口和高压出气口接入至制冷剂循环回路中；控制器(图中未示出)依次与温度测量装置18的信号端、变频涡旋压缩机1和变频涡旋压缩机2的控制端电连接，。
[0022]变频涡旋压缩机1和变频涡旋压缩机2同规格，每台压缩机的额定负荷为系统额定负荷的50%，参考现有技术中单台压缩机的最低容量调节能力一般为该压缩机额定负荷的10%，因此，单台压缩机可在5% -50%范围内承担系统负荷。通过控制压缩机的转速以及压缩机的运转台数，从而控制制冷机组的冷剂流量，可在5% -100%范围内匹配系统负荷。
[0023]该实施例的冷藏集装箱用变频涡旋压缩机制冷系统的控制方法如下:
[0024]在