[发明专利]跨临界制冷系统的高侧压力控制

说明书

技术领域

本发明一般涉及运输制冷系统，并且更具体地涉及用于优化具有大范围蒸发压力的CO₂蒸气压缩系统中的系统高侧压力的方法和设备。

背景技术

以CO₂作为制冷剂的蒸气压缩系统的操作的特征在于CO₂的处于大约31 ℃的低临界温度。在许多操作条件下，CO₂的临界温度低于热沉的温度，这导致蒸气压缩系统的跨临界操作。在跨临界操作中，在高于临界压力的压力时发生排热，并且在低于临界压力的压力时发生吸热。该操作模式的最重要的结果是排热过程期间的压力和温度不被相变过程联系。这与常规蒸气压缩系统明显不同，在常规蒸气压缩系统中，冷凝压力关联到冷凝温度，而冷凝温度由热沉温度确定。在跨临界蒸气压缩系统中，排热期间的制冷剂压力可独立于热沉温度而被自由地选择。然而，假设一组边界条件（热沉和源的温度、压缩机性能、换热器尺寸以及管线压降），存在第一“优化”排热压力，系统的能量效率在该第一“优化”排热压力时达到其对于该组边界条件而言的最大值。还存在第二“优化”排热压力，系统的冷却容量在该第二“优化”排热压力时达到其对于该组边界条件而言的最大值。所存在的这些优化压力已经记载在公开文献中。例如，美国专利6568199和7000413中可得到最大能量效率，美国专利7051542中可得到最大加热容量，所有这些文献都转让给本发明的受让人。

假设一组边界条件（热源温度、压缩机性能、换热器尺寸以及管线压降），优化排热压力的值主要取决于热沉的温度。CO₂系统的常规控制方案采用处于排热换热器出口处的制冷剂温度或者热沉温度或者这些温度的任何指示来作为控制输入，以控制排热过程。然而，在设计用于覆盖大范围热源温度（例如-20 F至57 F）的作业范围（operating envelope）的系统中，例如运输制冷单元，将优化高侧压力仅关联到热沉温度可能是不够的。

发明内容

根据本发明的一个方面，在具有相对大范围热源温度的系统中，对于CO₂蒸气压缩系统中的系统高侧压力的控制不仅取决于高压力侧（即，冷却器中）上的制冷剂的条件，而且取决于低压力侧（即，蒸发器处）上的制冷剂的条件。

通过本发明的另一方面，除了在冷却器处感测温度条件之外，还可以以各种组合方式来使用蒸发器处的各种感测压力或温度，以确定优化的系统高侧压力。

虽然已经参照如附图所示的优选模式具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员将会理解在不偏离本发明如权利要求限定的精神和范围的情况下，可在本发明中实现各种细节上的变化。

附图说明

图1是本发明的一个实施例并入跨临界制冷系统中的示意图。

图2是其另一个实施例的示意图。

图3是其又一个实施例的示意图。

图4是本发明的过程的方框图示。

具体实施方式

现在参见图1-3，本文将结合用于运输易腐物品的制冷集装箱、拖车或卡车的温度受控货物空间11的制冷来描述制冷剂蒸气压缩系统10。然而应当理解，这种系统也可结合制冷空气使用以便供应到制冷的显示售卖机或与超市、便利店、餐厅或其他商业机构相关联的冷气室，或者用于调节被供应到住宅、办公建筑、医院、学校、餐厅或其他设施的气候受控舒适区域的空气。制冷剂蒸气压缩系统10包括压缩装置12、通过称为冷凝器或气体冷却器13的制冷剂排热换热器、膨胀装置14以及制冷剂吸热换热器或蒸发器16，所有这些都以闭环、串联制冷剂流动布置相连。

主要出于环境的原因，“天然”制冷剂，二氧化碳，被用作蒸气压缩系统10中的制冷剂。由于二氧化碳具有低临界温度，所以蒸气压缩系统10被设计成用于在跨临界压力体系中操作。也就是说，运输制冷蒸气压缩系统所具有的空气冷却的制冷剂排热换热器在外界空气温度超过二氧化碳临界温度31.1 ℃（88 ℉）的环境中操作，该运输制冷蒸气压缩系统必须操作于超过二氧化碳临界压力7.38 MPa（1070 psia）的压缩机排放压力，并且因此将以跨临界循环操作。因此，排热换热器13操作成气体冷却器而非冷凝器，并且操作于超过制冷剂临界点的温度和压力，而蒸发器16操作于亚临界范围内的制冷剂温度和压力。

重要的是调节跨临界蒸气压缩系统的高侧压力，因为高侧压力对于系统的容量和效率有很大影响。因此，本系统包括蒸气压缩系统10中的各种传感器，以感测各种位置处的制冷剂的条件并随后控制系统以获得期望的高侧压力，从而获得增大的容量和效率。