專利名稱：二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的制作方法
二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，且更特別地涉及一種利用二氧化碳 制冷劑的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)在本領(lǐng)域內(nèi)眾所周知，并且通常用于對被供應(yīng)到住宅、辦公 樓、醫(yī)院、學(xué)校、飯店或其它設(shè)施內(nèi)的氣候受控舒適區(qū)域內(nèi)的空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。制冷劑蒸汽壓 縮系統(tǒng)也通常用于對被供應(yīng)到貨車、拖車、容器或用于運(yùn)輸易腐物品的類似裝置的溫度受 控貨物空間的空氣進(jìn)行制冷的運(yùn)輸制冷系統(tǒng)中。典型地，這些制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)中的大 多數(shù)在亞臨界制冷劑壓力下運(yùn)行，并典型地包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器以及膨脹裝置，膨 脹裝置通常為膨脹閥，并且相對于制冷劑流設(shè)置于蒸發(fā)器上游處和冷凝器下游處。這些基 本的制冷劑系統(tǒng)部件由處于封閉制冷劑回路中的根據(jù)已知制冷劑蒸汽壓縮循環(huán)設(shè)置的制 冷劑管路互連，并且使用時在用于特定制冷劑的亞臨界壓力范圍內(nèi)運(yùn)行。在亞臨界范圍內(nèi) 運(yùn)行的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)通常充注傳統(tǒng)的碳氟化合物制冷劑，諸如但不局限于諸如R22 的氫氯氟碳化合物(hydrochlorofluorocarbon，HCFC)、更常用的為諸如R134a、R410A以及 R407C 的氫氟碳化合物(hydrofluorocarbon，HFC)。在現(xiàn)在的市場上，顯示出對“天然”制冷劑(諸如二氧化碳)的更大興趣，以代 替HFC制冷劑用于空氣調(diào)節(jié)和運(yùn)輸制冷劑系統(tǒng)中。然而，因?yàn)槎趸季哂械团R界溫度， 因此充注作為制冷劑的二氧化碳的大多數(shù)制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在跨臨界壓力范圍 (transcritical pressure regime)內(nèi)運(yùn)行。例如，運(yùn)輸制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)也必須在超過 二氧化碳的臨界點(diǎn)壓力的壓縮機(jī)排放壓力下運(yùn)行，7. 38Mpa(1070psia)將在跨臨界循環(huán)中 起作用，其中運(yùn)輸制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)具有空冷制冷劑排熱交換器，空冷制冷劑排熱交換 器在具有環(huán)境空氣溫度超過二氧化碳的臨界點(diǎn)即31. 1°C (87.8° F)的環(huán)境中運(yùn)行。在以 跨臨界循環(huán)運(yùn)行的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)中，在蒸發(fā)器在亞臨界范圍內(nèi)的制冷劑溫度和壓力 下運(yùn)行的同時，制冷劑排熱交換器作為氣體冷卻器而非冷凝器運(yùn)行，并且在超過制冷劑臨 界點(diǎn)的制冷劑溫度和壓力下運(yùn)行。傳統(tǒng)的充注傳統(tǒng)碳氟化合物制冷劑的亞臨界制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)也可包括在制 冷劑回路內(nèi)設(shè)置于冷凝器下游和膨脹裝置上游的容納器(receiver)。來自冷凝器的液體制 冷劑進(jìn)入容納器罐并安置到罐的底部。由于這種液體將處于飽和溫度下，因此制冷劑蒸汽 將填充罐內(nèi)的未被液體制冷劑填充的空間。液體制冷劑通過控制至蒸發(fā)器的制冷劑流的膨 脹閥而被定量排出容納器罐。當(dāng)亞臨界制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的運(yùn)行條件改變時，用于系統(tǒng) 的充注要求將改變，且容納器罐內(nèi)的液體高度將根據(jù)情況適當(dāng)?shù)厣仙蛳陆担孕纬尚碌?平衡液體高度。第5，174，123號美國專利公開一種用于運(yùn)輸制冷應(yīng)用的亞臨界制冷劑蒸汽壓縮 系統(tǒng)，其包括壓縮機(jī)、冷凝器、以及蒸發(fā)器，且在壓縮機(jī)和蒸發(fā)器之間設(shè)置有閃蒸罐(flash tank)。制冷劑在飽和狀態(tài)下從冷凝器流入閃蒸罐。制冷劑流入閃蒸罐的流動通過選擇性地打開或關(guān)斷過冷卻閥以維持期望程度的過冷卻進(jìn)行控制。液體制冷劑從閃蒸罐流出流到蒸 發(fā)器的流動通過吸入端過熱的熱力膨脹閥(suction superheat thermostatic expansion valve)進(jìn)行控制。在閃蒸罐內(nèi)的在其中的液體制冷劑上方收集的制冷劑蒸汽回流到壓縮 機(jī)，被注射進(jìn)壓縮機(jī)的中間壓力級。然而，在跨臨界制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)中，對系統(tǒng)制冷劑充注量的控制是較為復(fù)雜 的，這是因?yàn)殡x開氣體冷卻器的壓縮機(jī)高側(cè)的制冷劑高于制冷劑臨界點(diǎn)，且不存在明顯的 液相或氣相，因此存在于容納器內(nèi)的充注量成為溫度和壓力的函數(shù)，這可能不會以期望方 式對系統(tǒng)充注要求進(jìn)行響應(yīng)。第6，385，980號美國專利公開了一種跨臨界制冷劑蒸汽壓縮 系統(tǒng)，其包括閃蒸罐和控制器，閃蒸罐設(shè)置于氣體冷卻器和蒸發(fā)器之間，控制器響應(yīng)于在氣 體冷卻器內(nèi)感測到的制冷劑壓力而調(diào)節(jié)閥，以控制閃蒸罐內(nèi)的充注量，從而調(diào)節(jié)氣體冷卻 器內(nèi)的制冷劑壓力。超臨界制冷劑從氣體冷卻器流入閃蒸罐的流動通過調(diào)節(jié)閃蒸罐的進(jìn)入 側(cè)上的串聯(lián)(in-line)型膨脹閥而進(jìn)行控制，且液體制冷劑從閃蒸罐流入蒸發(fā)器的流動通 過閃蒸罐的排出側(cè)上的串聯(lián)型膨脹閥進(jìn)行控制。在閃蒸罐內(nèi)的在其中的制冷劑液體上方收 集的制冷劑蒸汽回流到壓縮裝置的中間壓力階段。因此，閃蒸罐既作用為節(jié)約裝置也作用 為制冷劑充注量控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)包括制冷劑回路，制 冷劑回路具有制冷劑壓縮裝置、制冷劑排熱換熱器、制冷劑加熱換熱器以及膨脹裝置，其 中，制冷劑排熱換熱器用于以與冷卻介質(zhì)成換熱關(guān)系的方式輸送從壓縮裝置接收的處在高 壓下的制冷劑，制冷劑加熱換熱器用于以與加熱介質(zhì)成換熱關(guān)系的方式輸送處于低壓制冷 劑下的制冷劑，膨脹裝置設(shè)置于制冷劑回路中、并位于制冷劑冷卻換熱器的下游和制冷劑 加熱換熱器的上游處。閃蒸罐容納器設(shè)置于制冷劑回路中、并位于制冷劑排熱換熱器的下 游和膨脹裝置的上游處。另外，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)包括壓縮機(jī)卸載回路，壓縮機(jī)卸載回路 具有制冷劑管路和設(shè)置在卸載回路制冷劑管路中的卸載回路流控制裝置，其中制冷劑管路 在壓縮裝置的中間壓力級與位于制冷劑吸熱換熱器的下游和至壓縮裝置的吸入入口的上 游的位置處的制冷劑回路之間形成制冷劑流連通。提供控制器，其操作性地聯(lián)接膨脹裝置 和卸載回路流控制閥，控制器是響應(yīng)于由至少一個傳感器感測到的至少一個系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù) 而操作，以選擇性地定位卸載流控制裝置，從而維持制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)在低于預(yù)定上限 壓力的排出壓力下運(yùn)行。在一個實(shí)施方式中，被感測的運(yùn)行參數(shù)可以是例如制冷劑排出壓 力或制冷劑排出溫度。在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的運(yùn)行的 方法，二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)包括制冷劑壓縮裝置、制冷劑排熱換熱器、閃蒸罐容納 器、膨脹裝置以及以串流布置方式設(shè)置于所述制冷劑回路中的制冷劑吸熱換熱器。該方法 包括如下步驟提供壓縮機(jī)卸載回路，壓縮機(jī)卸載回路包括制冷劑管路和設(shè)置在卸載回路 制冷劑管路中的卸載回路流控制裝置，其中制冷劑管路在壓縮裝置的中間壓力級與位于制 冷劑吸熱換熱器的下游和至壓縮裝置的吸入入口的上游的位置處的制冷劑回路之間形成 制冷劑流連通；在制冷劑回路中的至少一點(diǎn)處感測制冷劑的至少一個運(yùn)行參數(shù)；調(diào)節(jié)膨脹 裝置以選擇性地將來自閃蒸罐容納器的液體制冷劑流供應(yīng)到制冷劑吸熱換熱器；響應(yīng)于至少一個感測到的運(yùn)行參數(shù)，將卸載回路流控制裝置定位于打開位置和關(guān)斷位置之間，其中 制冷劑在打開位置從壓縮過程的中間壓力級通過卸載回路制冷劑管路輸送至吸入壓力，通 過卸載回路制冷劑管路的制冷劑流在關(guān)斷位置被阻斷。在一個實(shí)施方式中，被感測的運(yùn)行 參數(shù)可以是例如制冷劑排出壓力或制冷劑排出溫度。


為進(jìn)一步理解本發(fā)明，將參考關(guān)聯(lián)附圖進(jìn)行研讀的本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，其 中圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的一個示例性實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施方式現(xiàn)參見圖1，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10包括壓縮裝置20，其由與壓縮裝置20操作 性地聯(lián)接的馬達(dá)30驅(qū)動；制冷劑排熱換熱器40 ；制冷劑吸熱換熱器50，其在本文中也稱作 蒸發(fā)器；這些被包括的裝置通過各種制冷劑管路2、4以及6以閉環(huán)制冷劑回路形式以制冷 劑串流布置方式進(jìn)行連接。另外，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10包括閃蒸罐容納器60和蒸發(fā)器 膨脹裝置55，閃蒸罐容納器60設(shè)置于制冷劑回路的制冷管路4中、并且位于制冷劑排熱換 熱器40的制冷劑流的下游以及位于蒸發(fā)器50的制冷劑流的上游，蒸發(fā)器膨脹裝置55操作 性地聯(lián)接到蒸發(fā)器50、并且在制冷劑管路4中位于閃蒸罐容納器60的制冷劑流的下游以及 位于蒸發(fā)器50的制冷劑流的上游。過濾器/干燥器也可設(shè)置于制冷劑回路的制冷劑管路 中、并位于制冷劑排熱換熱器40的制冷劑流的下游以及閃蒸罐容納器60的制冷劑流的上 游。壓縮裝置20的功能為通過制冷劑回路壓縮和循環(huán)制冷劑，這一點(diǎn)在下文將進(jìn)一 步詳細(xì)討論。壓縮裝置20可為單個多級壓縮機(jī)，其至少具有第一低壓壓縮級20a和第二高 壓壓縮級20b，諸如往復(fù)式壓縮機(jī)，如圖1所示，其中來自第一低壓壓縮級20a的部分壓縮 制冷劑在內(nèi)部流通到多級壓縮機(jī)20的壓縮機(jī)構(gòu)內(nèi)部的第二高壓壓縮級20b。然而，可以理 解，在另一實(shí)施方式中，壓縮裝置20可包括一對壓縮機(jī)20a和20b，諸如例如一對往復(fù)式壓 縮機(jī)，該往復(fù)式壓縮機(jī)具有以制冷劑流連通方式將第一壓縮機(jī)20a的排出出口端口與第二 壓縮機(jī)20b的吸入入口端口進(jìn)行連接的制冷劑管路。在單個多級壓縮機(jī)的情況下，各壓縮 級將由單個馬達(dá)30驅(qū)動，馬達(dá)30以驅(qū)動關(guān)系操作性地聯(lián)接壓縮機(jī)20的壓縮機(jī)構(gòu)。在一對 壓縮機(jī)組成壓縮裝置20的情況下，各壓縮機(jī)將獨(dú)立于其它壓縮機(jī)由其自己專用馬達(dá)驅(qū)動， 這些專用馬達(dá)以驅(qū)動關(guān)系操作性地聯(lián)接到其壓縮機(jī)構(gòu)。制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10還包括壓縮機(jī)卸載回路，壓縮機(jī)卸載回路包含制冷劑管 路12和卸載閥75，其中制冷劑管路12將壓縮過程中的中間壓力點(diǎn)與位于蒸發(fā)器50的制冷 劑流下游并位于壓縮裝置20的吸入入口 21的制冷劑流上游的點(diǎn)處的制冷劑回路的制冷劑 管路6互連，卸載閥75設(shè)置于制冷劑管路12中，并能操作以控制通過壓縮機(jī)卸載回路的制 冷劑管路12的制冷劑流。在圖1中繪示的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式中，其中 壓縮裝置20是至少具有低壓力壓縮級20a和高壓力壓縮級20b的單個壓縮機(jī)，壓縮機(jī)卸載 回路的制冷劑管路12在位置25處接進(jìn)壓縮裝置20，并且在吸入壓力處接入制冷劑管路6， 其中位置25通向壓縮過程的中間壓力點(diǎn)，該中間壓力點(diǎn)處于比壓縮裝置20的吸入入口處的制冷劑壓力高、比壓縮裝置20的排出出口處的制冷劑壓力低的制冷劑壓力下。當(dāng)制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10以亞臨界循環(huán)運(yùn)行時，制冷劑排熱換熱器40的功能是 作為制冷劑冷凝換熱器，從壓縮裝置20排出的熱的高壓制冷劑蒸汽以與冷卻介質(zhì)成換熱 關(guān)系的方式流通通過制冷劑冷凝換熱器，以將流通通過制冷劑冷凝換熱器的制冷劑從制冷 劑蒸汽冷凝成制冷劑液體。制冷劑冷凝換熱器40可包括翅片管換熱器42，諸如例如翅片和 圓形管換熱器盤管、或翅片和平坦型小管徑換熱器。在運(yùn)輸制冷劑系統(tǒng)應(yīng)用中，冷卻介質(zhì)可 為借助于操作性地聯(lián)接冷凝器40的風(fēng)扇44以與制冷劑成換熱關(guān)系流通通過冷凝器40的 環(huán)境空氣、或者其它冷卻流體，諸如水。蒸發(fā)器50組成制冷劑蒸發(fā)換熱器，諸如傳統(tǒng)的翅片管換熱器52，諸如例如為翅片 和圓形管換熱器盤管、或翅片和平坦型小管徑換熱器，已橫穿過膨脹裝置55的膨脹制冷劑 以與加熱流體成換熱關(guān)系的方式流動通過制冷劑蒸發(fā)換熱器，借此制冷劑被蒸發(fā)并典型地 被過熱。以與蒸發(fā)器50內(nèi)的制冷劑成換熱關(guān)系流動通過的加熱流體，可為借助于操作性地 聯(lián)接蒸發(fā)器50的風(fēng)扇54流動通過蒸發(fā)器50的空氣，這些空氣將被冷卻并還通常被除濕， 并因此被供應(yīng)到氣候受控環(huán)境200，諸如例如易腐貨物(諸如例如制冷或冷凍食品)以及與 運(yùn)輸制冷系統(tǒng)聯(lián)接的存儲區(qū)。制冷蒸汽壓縮系統(tǒng)10還可包括具有控制器100的控制系統(tǒng)，控制器100與放入于 各種制冷劑管路中的流體控制裝置操作性地聯(lián)接。除了借助于設(shè)置于進(jìn)入制冷劑排熱換 熱器40內(nèi)的環(huán)境空氣中的溫度傳感器101監(jiān)測環(huán)境溫度外，控制器100還借助于操作性 地聯(lián)接到控制器100并設(shè)置在貫穿整個系統(tǒng)的選定位置處的各種傳感器監(jiān)測各種系統(tǒng)運(yùn) 行參數(shù)。例如，在圖1中繪示的示例性實(shí)施方式中，可提供溫度傳感器103和壓力傳感器 104以分別感測制冷劑吸入溫度和壓力，可提供溫度傳感器105和壓力傳感器106以分別 感測制冷劑排放溫度和壓力，可提供溫度傳感器107和壓力傳感器108以感測流動通過壓 縮機(jī)卸載管路12的制冷劑的溫度和壓力?？商峁囟葌鞲衅?09以感測離開制冷劑吸熱 換熱器即蒸發(fā)器50的制冷劑的溫度，用于監(jiān)測離開蒸發(fā)器50的制冷劑蒸汽所具有的過熱 度。壓力傳感器104、106以及108可為傳統(tǒng)的壓力傳感器，諸如例如壓力變送器(pressure transducer)，且溫度傳感器103、105、107以及109可為傳統(tǒng)的溫度傳感器，諸如例如熱電 偶或熱敏電阻。控制器100通過控制操作性地聯(lián)接壓縮裝置20的壓縮機(jī)驅(qū)動馬達(dá)30來控制壓縮 裝置20的運(yùn)行，以及通過控制操作性地聯(lián)接風(fēng)扇44和54的各自的馬達(dá)(未示出)來控制 風(fēng)扇44和54的運(yùn)行。進(jìn)一步地，控制器100調(diào)節(jié)電子膨脹閥55以控制通過制冷劑管路4 流入蒸發(fā)器50的制冷劑流，并選擇性地打開或關(guān)斷卸載回路流控制裝置75以控制通過制 冷劑管路12的制冷劑流。控制器100響應(yīng)于由位于蒸發(fā)器50出口側(cè)上的傳感器109所感 測到的制冷劑溫度來調(diào)節(jié)通過電子膨脹閥55的流道的流動面積，其中傳感器109所感測到 的制冷劑溫度是從蒸發(fā)器50通過制冷劑管路6通向壓縮裝置20的低壓壓縮級20a的吸入 入口 21的溫度?？刂破?00響應(yīng)于由位于壓縮裝置20高側(cè)上的傳感器105或106分別感 測到的排出制冷劑的溫度或壓力來選擇性地打開和關(guān)斷卸載回路控制裝置75，其中該溫度 和壓力是從高壓壓縮級20b排出的制冷劑的溫度和壓力，卸載回路控制裝置75包括固定流 動面積式閥(fixed flow area valve)，諸如例如固定節(jié)流孔式電磁閥。控制器100基于傳感器101感測到的環(huán)境溫度以及各個所感測到的系統(tǒng)制冷劑溫度和壓力確定期望的運(yùn)行模式，并且然后據(jù)此定位電子膨脹閥55和卸載回路流控制裝置 75。如有必要，控制器100可通過選擇性地打開或關(guān)斷卸載回路控制裝置75來卸載壓縮裝 置20，以控制制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10的制冷能力。通過卸載回路流控制裝置75打開，制冷 劑蒸汽流出壓縮過程的中間級，并通過壓縮機(jī)卸載旁路管路12流入制冷劑管路6，而非繼 續(xù)向前以在高壓壓縮級20b內(nèi)被進(jìn)一步壓縮。流動通過卸載回路制冷劑管路12的制冷劑 蒸汽直接回流到壓縮裝置的吸入側(cè)，因此繞過高壓壓縮級20b并由此卸載壓縮裝置20。壓 縮裝置20通過壓縮機(jī)卸載回路流控制裝置75進(jìn)行的這種卸載可響應(yīng)于高壓縮級排出制冷 劑溫度、或?yàn)榱私档腿萘炕驕p小壓縮機(jī)功率而實(shí)施。操作性地聯(lián)接壓縮裝置20的壓縮機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)驅(qū)動馬達(dá)30可為依靠來自固定頻 率的電源的電力操作時的恒速馬達(dá)，或者依靠從操作性地聯(lián)接固定頻率式電源的逆變器35 所供應(yīng)的變頻電力運(yùn)行的變速馬達(dá)。如果壓縮機(jī)驅(qū)動馬達(dá)30是變速馬達(dá)，則控制器100也 可通過改變從逆變器35輸出的電力的頻率，從而控制壓縮機(jī)驅(qū)動馬達(dá)30的速度，進(jìn)而來控 制制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10所輸出的容量。如果運(yùn)行時在任一點(diǎn)處存在太多的在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的制冷劑充注量(refrigerant charge)，則液體制冷劑進(jìn)入閃蒸罐容納器60內(nèi)的速度將超過制冷劑離開閃蒸罐容納器60 的速度，且閃蒸罐容納器60內(nèi)的液體高度將上升，直到液體進(jìn)入閃蒸罐容納器60的速度與 液體離開閃蒸罐容納器60的速度之間達(dá)到平衡為止，且過量液體保留存儲在閃蒸罐容納 器60內(nèi)。如果運(yùn)行時在任一點(diǎn)處存在太少的在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的制冷劑充注量，則液體制冷劑 進(jìn)入閃蒸罐容納器60內(nèi)的速度將小于液體離開閃蒸罐容納器60的速度，且當(dāng)液體離開容 納器罐至制冷劑回路從而通過制冷劑回路循環(huán)時，閃蒸罐容納器60內(nèi)的液體高度將下降。 閃蒸罐容納器60內(nèi)的液體高度將繼續(xù)下降，直到液體進(jìn)入閃蒸罐容納器60的速度與液體 離開閃蒸罐容納器60的速度之間建立新的平衡為止。如前面所指出的，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10特別適用于以二氧化碳作為制冷劑進(jìn) 行運(yùn)行。通過選擇性地調(diào)節(jié)電子膨脹閥55以及選擇性地打開和關(guān)斷壓縮機(jī)卸載回路流控 制閥75的控制器100，將努力將由壓力傳感器106監(jiān)測的制冷劑排出壓力維持在低于期望 界限下的壓力下。例如，期望界限可設(shè)定在7. 38Mpa(73. 8巴或1070psia)的二氧化碳的臨 界點(diǎn)壓力下，使得制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10在制冷劑循環(huán)的所有點(diǎn)處以亞臨界循環(huán)運(yùn)行。將 壓縮機(jī)排出壓力維持在低于二氧化碳的臨界點(diǎn)壓力下，將確保制冷劑排出溫度也處于低于 二氧化碳的31. 1°C (87.8° F)的臨界點(diǎn)溫度下。在這種環(huán)境中，環(huán)境空氣溫度尤其在冬季期間可能降至如此低的溫度，以致于從 溫度受控環(huán)境循環(huán)的空氣可能需要實(shí)際上被加熱，以維持期望的設(shè)定溫度值，諸如例如在 運(yùn)輸制冷容器內(nèi)的貨物空間的溫度受控環(huán)境200的情況下，其中為了存儲于其內(nèi)的特定易 腐物品，需要維持特定溫度。因此，制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)10包括操作性地聯(lián)接蒸發(fā)器50的 輔助電加熱器90，輔助電加熱器90當(dāng)被致動時加熱蒸發(fā)器換熱器52的空氣流上游的循環(huán) 空氣?？刂破?00監(jiān)測由溫度傳感器101感測的環(huán)境空氣溫度、以及由溫度傳感器111所 感測的受控環(huán)境200內(nèi)部的空氣溫度，且在環(huán)境空氣溫度低于受控環(huán)境200內(nèi)部的空氣溫 度、并且受控環(huán)境200內(nèi)部的空氣溫度低于期望設(shè)定值溫度一預(yù)定量時，致動電加熱器90。 在受控環(huán)境200內(nèi)部的空氣溫度處于或高于期望設(shè)定值溫度、或者環(huán)境空氣溫度超過受控 環(huán)境200內(nèi)的空氣溫度時，控制器100將不致動輔助加熱器。
控制器100可為電子控制器，諸如微處理器控制器、或者傳統(tǒng)上用于對制冷劑蒸 汽壓縮系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制有關(guān)的其它任何類型的控制器。諸如，在運(yùn)輸制冷劑應(yīng)用中，控 制器100可為從美國紐約州Syracuse市的Carrier公司可購得的MicroLink 系列的微處 理器控制器，諸如ML2型號、ML2i型號或者M(jìn)L3型號的微處理器控制器。然而，可以理解， 能夠執(zhí)行上文關(guān)聯(lián)控制器100進(jìn)行討論的功能的任何控制器均可用于本發(fā)明的制冷劑蒸 汽壓縮系統(tǒng)中，以及用于實(shí)施本發(fā)明的方法。前文描述僅是本發(fā)明的教導(dǎo)一個示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，在不脫離由以 下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本文具體描述的本發(fā)明和本發(fā)明 的等同物進(jìn)行各種修改和變化。
權(quán)利要求
一種二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其包括制冷劑回路，其包括制冷劑壓縮裝置、制冷劑排熱換熱器、制冷劑吸熱換熱器、以及膨脹裝置，其中所述制冷劑排熱換熱器用于以與冷卻介質(zhì)成換熱關(guān)系的方式輸送從所述壓縮裝置接收的處在高壓下的二氧化碳制冷劑，所述制冷劑吸熱換熱器用于以與加熱介質(zhì)成換熱關(guān)系的方式輸送處于低壓制冷劑下的二氧化碳制冷劑，所述膨脹裝置設(shè)置于所述制冷劑回路中、并位于所述制冷劑冷卻換熱器的下游和所述制冷劑加熱換熱器的上游處；閃蒸罐容納器，其設(shè)置于所述制冷劑回路中、并位于所述制冷劑排熱換熱器的下游和所述主膨脹裝置的上游處；壓縮機(jī)卸載回路，其包括制冷劑管路和設(shè)置在所述卸載回路制冷劑管路中的卸載回路流控制裝置，所述制冷劑管路在所述壓縮裝置的中間壓力級與位于所述制冷劑吸熱換熱器的下游和至所述壓縮裝置的吸入入口的上游的位置處的所述制冷劑回路之間形成制冷劑流連通；以及控制器，其操作性地聯(lián)接所述膨脹裝置和所述卸載回路流控制閥，所述控制器是響應(yīng)于由所述至少一個傳感器感測的至少一個系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)而能操作，以選擇性地定位卸載流控制閥，從而維持所述制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)在低于預(yù)定上限的排出壓力下運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其中，所述被感測的運(yùn)行特征是制冷劑 排出壓力。
3.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其中，所述被感測的運(yùn)行特征是制冷劑 排出溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其中，所述壓縮裝置包括具有至少兩個 壓縮級的單個往復(fù)式壓縮機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其中，所述壓縮裝置包括至少兩個往復(fù) 式壓縮機(jī)，所述至少兩個往復(fù)式壓縮機(jī)以相對于制冷劑流成串聯(lián)關(guān)系的方式設(shè)置于所述制 冷劑回路中。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其中，所述加熱介質(zhì)包括來自溫度受控 環(huán)境循環(huán)通過所述制冷劑吸熱換熱器的空氣。
7.如權(quán)利要求1所述的制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)，其中，所述加熱介質(zhì)包括來自溫度受控 的易腐貨物存儲區(qū)循環(huán)通過所述制冷劑吸熱換熱器的空氣。
8.一種用于控制二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)的運(yùn)行的方法，所述二氧化碳制冷劑蒸 汽壓縮系統(tǒng)包括制冷劑壓縮裝置、制冷劑排熱換熱器、閃蒸罐容納器、膨脹裝置以及以串流 布置方式設(shè)置于所述制冷劑回路中的制冷劑吸熱換熱器，所述方法包括如下步驟提供壓縮機(jī)卸載回路，其包括制冷劑管路和設(shè)置在所述卸載回路制冷劑管路中的卸載 回路流控制裝置，其中所述制冷劑管路在所述壓縮裝置的中間壓力級與位于所述制冷劑吸 熱換熱器的下游和至所述壓縮裝置的吸入入口的上游的位置處的所述制冷劑回路之間形 成制冷劑流連通；在所述制冷劑回路中的至少一點(diǎn)處感測所述制冷劑的至少一個運(yùn)行特征；調(diào)節(jié)所述膨脹裝置，以將來自所述閃蒸罐容納器的液體制冷劑流選擇性地定量供應(yīng)到 所述制冷劑吸熱換熱器；以及響應(yīng)于所述至少一個運(yùn)行特征，將所述卸載回路流控制裝置定位于打開位置和關(guān)斷位置之間，其中制冷劑在所述打開位置從所述壓縮過程的中間壓力級通過所述卸載回路制 冷劑管路輸送至吸入壓力，通過所述卸載回路制冷劑管路的制冷劑流在所述關(guān)斷位置被阻 斷。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述被感測的運(yùn)行特征是制冷劑排出壓力。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述被感測的運(yùn)行特征是制冷劑排出溫度。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，將所述卸載回路流控制裝置定位于打開位置和關(guān) 斷位置之間的步驟包括如下步驟選擇性地將所述卸載回路流控制裝置定位在打開位置和 關(guān)斷位置之間，以將所述制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)維持在低于預(yù)定上限的排出壓力下運(yùn)行。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述預(yù)定上限為二氧化碳的臨界點(diǎn)壓力。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種二氧化碳制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)以及運(yùn)行該系統(tǒng)的方法。制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)包括壓縮裝置；閃蒸罐容納器，其設(shè)置于制冷劑回路中，并位于制冷劑排熱換熱器和制冷劑吸熱換熱器之間；以及壓縮機(jī)卸載回路，其包括制冷劑管路和設(shè)置于所述卸載回路制冷劑管路中的卸載回路流控制裝置，其中制冷劑管路在壓縮裝置的中間壓力級與位于制冷劑吸熱換熱器的下游和至壓縮裝置的吸入入口的上游的位置處的制冷劑回路之間形成制冷劑流連通。響應(yīng)于由至少一個傳感器感測的至少一個系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，控制器選擇性地定位卸載流控制裝置，從而維持制冷劑蒸汽壓縮系統(tǒng)在低于預(yù)定高壓極限下運(yùn)行。
文檔編號F25B1/10GK101970953SQ200880125017
公開日2011年2月9日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者J·斯卡切拉, K·拉門多拉, L·Y·柳, M·米特拉, S·杜賴薩米, Y·H·陳, Z·阿斯普羅夫斯基 申請人:開利公司