[发明专利]二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法有效

专利信息
申请号: 202011327732.3 申请日: 2020-11-24
公开(公告)号: CN112432376B 公开(公告)日: 2021-09-03
发明(设计)人: 成家豪;张春路;何宇佳;梁星宇;曹祥 申请(专利权)人: 同济大学
主分类号: F25B9/00 分类号: F25B9/00;F25B49/02
代理公司: 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 代理人: 陈天宝
地址: 200092 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 二氧化碳 冷藏 冷冻 系统 智能 切换 混合 控制 方法
【说明书】:

发明涉及二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换‑混合控制方法,其中二氧化碳冷藏冷冻系统为单级压缩系统、多级压缩系统、booster增压系统中的一种;二氧化碳冷藏冷冻系统包括智能切换‑混合控制器;智能切换‑混合控制器根据各传感器获取的实时状态信息,并基于实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则中的一种,选用不同混合控制模式,以此控制二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行。与现有技术相比,本发明适合不同二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行,给出实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则,并选用不同混合控制模式保障系统的高效稳健运行。

技术领域

本发明涉及二氧化碳冷藏冷冻系统领域,尤其是涉及一种二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法。

背景技术

人工合成制冷剂的臭氧层破坏和温室效应日渐成为共识,在《巴黎协定》《基加利修正案》等系列国际公约主导下,人工合成制冷剂的使用受到诸多限制。二氧化碳作为一种天然工质备受关注,可以从工业废气中回收,不破坏臭氧层,兼具无毒、不可燃、价格低廉等诸多优势。特别的,二氧化碳凭借低温环境下单位容积制冷量大的特点,在冷藏冷冻领域得到广泛应用。二氧化碳冷藏冷冻系统能产生-45~-25℃的低温,常见的系统形式包括单级压缩系统、双级压缩系统和booster增压制冷系统。

二氧化碳的临界温度颇低,仅为31℃,用在蒸汽压缩式制冷循环中,其冷凝侧高压可能超出临界压力值,从而运行在和传统亚临界循环迥异的跨临界循环状态。

二氧化碳亚临界循环的制冷剂冷凝侧运行在亚临界区,压力和温度一一对应,冷凝温度(压力)受换热器结构和环境工况的约束,往往不加以控制,而基本采用调节膨胀阀控制过热度的逻辑。

二氧化碳跨临界循环的一大特征在于冷凝侧运行在超临界区,压力和温度不直接相关,增大压力会同时导致制冷量和功耗的增加,因此最优高压存在优化的空间,往往需要通过控制算法人工指定。常规控制逻辑多通过调节膨胀阀开度来控制高压。这类方法存在控制算法有效性依赖系统特性(采用经验关联式的离线法,例如CN111546852A和CN109764570A)、控制硬件成本高且难以集成(采用实时调控的在线法)等问题,不及亚临界循环下的过热度控制方法简单稳健。

对于二氧化碳冷藏冷冻系统,当处于全年运行时,随环境工况和负荷变化,系统往往会在亚临界循环和跨临界循环状态间切换。例如,冬季运行在亚临界循环,夏季运行在跨临界循环。但如上所述,现有控制逻辑基本在亚临界循环和跨临界循环采用过热度控制和高压控制的不同控制逻辑,该传统方案在临界工况点附近容易引起系统振荡。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法,适用于随工况/负荷在亚临界循环和跨临界循环间切换运行的不同二氧化碳冷藏冷冻系统,解决了传统方案在临界点系统振荡的控制问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

作为本技术方案的构思的一部分,在亚临界循环下,冷凝侧高压与冷凝温度对应,因此可建立与系统结构和过热度的对应关系,也可转为采用高压控制;而在跨临界循环下,系统最优高压和充注量存在对应关系,通过充注量的良好管理可以使系统长期自行稳定在最优高压下,也可转而控制过热度。

本技术方案中的智能切换-混合控制方法适用多种二氧化碳冷藏冷冻系统、面向不同工况和循环状态的通用控制方法,使系统的运行更高效、更稳定、更智能。

本发明中所保护的二氧化碳冷藏冷冻系统,为单级压缩系统、多级压缩系统、booster增压系统中的一种,或者多个上述系统的并联、简单的变形均可通适用于本技术方案的构思。

进一步地,所述二氧化碳冷藏冷冻系统包括智能切换-混合控制器;

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