专利名称：优化节约型蒸气压缩系统的冷却负荷的方法和设备的利记博彩app
优化节约型蒸气压缩系统的冷却负荷的方法和设备
背景技术：
本发明一般涉及一种通过改变单级压缩机的速度而优化节约型蒸 气压缩系统的冷却负荷的方法。
蒸气压缩系统包括压缩机，热量散发热交换器，扩张设备，和热 量接收热交换器。制冷剂在该闭合的循环系统中循环。该制冷剂在高 压和高焓下通过排出端口从该压缩机排出。然后该制冷剂在高压下流 经该热量散发热交换器并向外部流体介质散发热量。然后该制冷剂流 经该扩张设备，其将制冷剂扩张到低压。在扩张之后，该制冷剂流经 热量接收热交换器并从气流中吸收热量以冷却被冷冻容器。然后该制 冷剂通过吸入口再次进入压缩才几以完成循环。
通常使用节约循环来增强性能和增加蒸气压缩系统的容量和效 率。在节约循环中，制冷剂在从热量散发热交换器排出后被分成两个 流通路径。在节约流通路径中的制冷剂被扩张到中等压力并与节约热 交换器中的主流通路径中的制冷剂交换热量。该节约流通路径中的制
冷剂净皮注入到压缩才几的节约端口 。该主流通路径中的制冷剂在扩张i殳 备中被扩张。通过进一步冷却主流通路径中的制冷剂，减少了热量接 收热交换器的进入焓，增加了蒸气压缩系统的冷却能力。
现有的蒸气压缩系统使用了包括至少两个压缩级的固定速度多级 活塞压缩机。制冷剂被进行第一级压缩。节约流通路径中的制冷剂被 以第 一 级和第二级之间的中等压力注入。然后该制冷剂-陂进行第二级 压缩。使用多级压缩机的缺点是它很昂贵。此外，在某些工作条件下， 多级压缩机不能像单级压缩机一样好地工作。最后，由于多级压缩机 地速度是固定的，该压缩机不能被控制以配合蒸气压缩系统的负荷需 求。
因此，现有技术需要一种克服了现有技术的缺点和短处的、优化 节约的蒸气压缩系统的冷却负荷的方法。 发明概述
一种蒸气压缩系统包括单级压缩机，热量散发热交换器，扩张设 备，和热量接收热交换器。制冷剂在该闭合的蒸气压缩系统中循环。说明该制冷剂在压缩机中压缩并通过吸入端口从该压缩机排出。然后该制 冷剂进入热量散发热交换器例如冷凝器或气体冷却器，并向外部流体 介质散发热量。然后该制冷剂被分入到主流通路径和节约流通路径中。 节约流通路径中的制冷剂在节约扩张设备中被扩张到中等压力，并且 与节约热交换器中的主流通路径中的制冷剂交换热量。该节约流通路径中的制冷剂通过节约端口返回压缩机。主流通路径中的制冷剂;故扩 张设备扩张。在扩张后，该制冷剂流经热量接收热交换器并从气流中 吸收热量以冷却一个被冷冻容器。然后该制冷剂通过吸入口再次进入 压缩才几以完成循环。该压缩机的速度被改变以符合蒸气压缩系统的冷却负荷需求。该 压缩机包括控制该压缩机以可变速度工作的电动才几。通过调节该压缩 机的速度，可以控制制冷剂通过该蒸气压缩系统的质量流量比以高效 地冷却被冷冻容器。压缩机速度的增加会增大制冷剂的质量流量比和 热量接收热交换器冷却被冷冻容器的能力。压缩机速度的减小会减少 制冷剂的质量流量比和热量接收热交换器冷却被冷冻容器的能力。该蒸气压缩系统包括测量被冷冻容器中的空气温度的空气温度传 感器。 一个预期设定点温度被编程到微控制器中。当该空气温度传感 器检测到空气温度超过阈值温度时，微控制器会增加压缩机的速度以 增加制冷剂的质量流量比并从而增加该蒸气压缩系统的冷却能力。当该空气温度传感器检测到空气温度在该设定点温度的预定范围 内时，微控制器会发送一个信号轻微减小压缩机的速度。这样能够微 调该蒸气压缩系统的冷却能力以防止被冷冻容器过冷却。 一旦该空气 温度传感器检测到空气温度等于该设定点温度时，微控制器会发送一 个信号减慢压缩机的速度以维持该设定点温度和配合该蒸气压缩系统 的冷却负荷。根据以下说明和附图，将会完全理解本发明的这些和其它特征。
根据以下对于当前最优实施例的详细说明，本领域技术人员将会 清楚本发明的各个特征和优点。伴随该详细说明的附图简介如下气压缩系统；图2A示意性示出了当制冷剂通过吸入端口进入压缩才几内腔时的该压缩机；图2B示意性示出了当制冷剂通过节约端口进入压缩机内腔时的该 压缩才几；图2C示意性示出了当制冷剂通过排出端口进入压缩机内腔时的 该压缩机。优选实施例详细iJl明图1示出了一个示例的蒸气压缩系统20，包括单级压缩机22,热 量散发热交换器24,扩张设备26,和热量接收热交换器28。制冷剂在 该闭合的循环蒸气压缩系统20中循环。该制冷剂在高压和高焓下通过 排出端口 30从该压缩才几排出。然后该制冷剂流经该热量散发热交换器24例如冷凝器或气体冷却 器。外部流体介质32例如水或空气流经该热量散发热交换器24并且 与流经该热量散发热交换器24的制冷剂交换热量。该制冷剂像外部流 体介质32散发热量并且在相对较低的焓和高压下排出该热量散发热交 换器24。然后该制冷剂^皮分入到主流通路径34和节约流通路径36中。节 约流通路径36中的制冷剂在节约扩张设备38中被扩张到中等压力， 并且与节约热交换器40中的主流通路径34中的制冷剂交换热量以冷 却主流通路径34中的制冷剂。该节约流通路径36中的制冷剂沿着节 约返回路径42流动，并且在处于吸入压力和排出压力之间的中等压力 下4皮注入到压缩才几22的节约端口 44。主流通路径34中的制冷剂被扩张设备26扩张以减小该制冷剂的 压力。该扩张设备26可以是机械扩张设备(TXV)、电子扩张阀(EXV) 或其它类型的已知扩张设备。在扩张后，该制冷剂流经热量接收热交换器28并从外部气流46 中吸收热量以冷却^皮冷冻容器48内的空间。在一个例子中，该,皮冷冻 容器48用于航运或运输需要被冷却的物品。例如，该被冷冻容器48 可以是货舱或车辆例如卡车的拖车。该制冷剂在相对较高的焓和低压 下从该热量接收热交换器28排出。然后该制冷剂进入压缩机22的吸 入端口 50以完成循环。如图2A所示，压缩机22是一个包括至少一个压缩腔52的单级压 缩机。该压缩机22可以包括单个压缩腔或多个压缩腔。在该压缩机22的吸入沖程期间，来自热量接收热交换器28的制冷剂在吸入压力下通 过吸入端口 50进入压缩腔52。吸入阀54允许该制冷剂进入压缩腔52。 活塞56堵塞节约端口 44,防止节约返回端口 42中的制冷剂通过节约 端口 44进入压缩腔52。活塞52和压缩腔52的壁之间的封条64防止 制冷剂在活塞56周围流动。当制冷剂通过吸入端口 50进入压缩腔52 时，活塞56在方向A上远离吸入端口 50移动，扩大压缩腔52到图2B 所示的位置。到了该吸入冲程的末端，活塞56不再堵塞节约端口 44，允许节约 返回端口 42中的制冷剂通过节约端口 44进入压缩腔52。该通过节约 端口 44进入压缩腔52的制冷剂的中等压力^f吏得该吸入阀54覆盖吸入 端口 50,以防止热量接收热交换器28中的制冷剂通过吸入端口 50进 入压缩腔52。如图2C所示，在排出沖程期间，活塞56在方向B上与方向A相 对移动，将制冷剂压缩到更高的排出压力。活塞56堵塞节约端口 44， 防止节约返回端口 42中的制冷剂通过节约端口 44进入压缩腔52。该 制冷剂压力的增大使得排出阀66打开，以允许该制冷剂通过排出端口 30从压缩腔52排出并流到热量散发热交换器24中。压缩才几22的速度^f皮改变以配合蒸气压缩系统20的冷却负荷需求。 压缩4几22包括控制该压缩才几22以可变速度工作的电动才几60。优选地， 压缩机22以至少两个速度工作。通过调节压缩机22的速度，可以改 变流经该蒸气压缩系统20的制冷剂的质量流量比。对于流经蒸气压缩 系统20的制冷剂的质量流量比的控制使得能够高效配合该蒸气压缩系 统20的负荷需求以便最优化地冷却该被冷冻容器48。也就是说，通过 控制该压缩才几22的速度，可以配合该蒸气压缩系统20的负荷需求以 便最优化地冷却该被冷冻容器48。压缩机22的速度增加会增大制冷剂的质量流量比和热量接收热交 换器28冷却被冷冻容器48的能力。压缩机22的速度减小会减少制冷 剂的质量流量比和热量接收热交换器28冷却被冷冻容器48的能力。蒸气压缩系统20包括用于测量空气温度的空气温度传感器58，以 指示被冷冻容器48中的空气温度。在一个例子中，温度传感器58测 量从该被冷冻容器48中抽出的空气的空气温度。该空气温度传感器58 与微控制器62通信。该被冷冻容器48中的空气的一个预期设定点温度被编程到微控制器62中。当该空气温度传感器58检测到空气温度超过阈值温度时，微控制 器62会增加压缩机22的速度以增加制冷剂的质量流量比并从而增加 该蒸气压缩系统20的冷却能力。微控制器62运行一个算法来确定压 缩机22的速度以配合该蒸气压缩系统20的冷却负荷需求。一旦该空气温度传感器58检测到空气温度在该设定点温度的预定 范围内时，微控制器62会轻微减小压缩机22的速度。这样能够减小 制冷剂的质量流量比和蒸气压缩系统20的冷却能力，以微调该蒸气压 缩系统20的冷却能力以防止被冷冻容器48过冷却。一旦该空气温度传感器58检测到空气温度等于该设定点温度时， 微控制器62会发送一个信号减慢压缩机22的电动机60,以减小经过 该蒸气压缩系统2 0的制冷剂的质量流量比。微调蒸气压缩系统20的冷却能力会防止^皮冷冻容器48过冷却， 那样会使得蒸气压缩系统20效率低下。 一旦压缩机22的电动机60被 减慢，该热量接收热交换器28在一个短时间周期内继续冷却被冷冻容 器48 。如果压缩机22继续以当前冷却能力在当前速度工作直到该空气 温度传感器58检测到该设定点温度，该热量接收热交换器28将继续 冷却该被冷冻容器48,并且该被冷冻容器48中的空气温度将下降到该 设定点温度以下。这种过冷却将导致该蒸气压缩系统20效率低下。通 过当空气温度在该预定范围内时调节压缩机22的速度，能够更好地控 制蒸气压缩系统20的冷却能力。压缩才几22可以以其他方式去负荷， 本领域技术人员将知晓如何去负荷压缩机22。在一个例子中，该设定点温度是0下，预定范围是10°F。如果空 气温度传感器58检测到空气温度增加到超过该阈值温度，微控制器62 会增加压缩机22的速度以增大制冷剂的质量流量比和该蒸气压缩系统 20的冷却能力。当空气温度传感器58检测到空气温度是10。F时(在 设定点温度0。F的IO度内)，微控制器62会减小压缩机22的速度并 从而减少该热量接收热交换器28所提供的冷却量。 一旦空气温度传感 器58检测到空气温度是0"F,微控制器62会发送一个信号以减慢压缩 才几22的电动坤几60。前面的说明仅仅是本发明原理的示例。在上述教导下能够对本发 明作出许多修改和改变。然而，前面已经公开了本发明的优选实施例，所以本领域普通技术人员将会认识到特定的修改将会落在本发明的范 围内。因此，将会认识到，在所附权利要求的范围内，还可以以除了 特别说明的方式之外的方式来实施本发明。为此，应当研究以下权利 要求以确定本发明真正的范围和内容。
权利要求
1.一种蒸气压缩系统，包括可变速单级压缩机，用于将制冷剂压缩到高压；热量接收热交换器，用于在制冷剂和气流之间交换热量以加热制冷剂和冷却气流，其中该气流被提供到一个区域；温度传感器，用于检测该区域中的空气的空气温度；和控制器，其基于该空气温度调节该可变速单级压缩机的速度以配合该蒸气压缩系统冷却该区域的冷却负荷需求。
2. 如权利要求l所述的系统，还包括用于冷却该制冷剂的热量散 发热交换器和用于将该制冷剂扩张到低压的主扩张设备。
3. 如权利要求2所述的系统，还包括节约热交换器，其中来自该热量散发热交换器的制冷剂被分入到节约扩张设备中 的节约路径中和主路径中，在节约路径中被减少到中等压力，其中该主路径中的制冷剂和节约路径中的制冷剂在节约热交换器 中互相交换热量，和其中该节约路径中的制冷剂 一皮注入到该可变速单级压缩冲几的节约 端口中，主路径中的制冷剂在主扩张设备中被扩张。
4. 如权利要求3所述的系统，其中该可变速单级压缩机包括压缩 腔和在该压缩腔中移动的活塞，其中在吸入沖程期间该活塞在第一方 向上移动以扩张该压缩腔的体积，防止节约路径中的制冷剂进入压缩 腔，在排出冲程期间该活塞在相反的第二方向上移动以减小该压缩腔 的体积来压缩制冷剂，防止节约路径中的制冷剂进入压缩腔。
5. 如权利要求4所述的系统，其中该压缩腔是单个压缩腔。
6. 如权利要求l所述的系统，还包括电动机，用于控制该可变速 单级压缩机的速度和调节通过该蒸气压缩系统的制冷剂的质量流量 比。
7. 如权利要求l所述的系统，其中当该温度传感器检测的空气温 度大于该控制器中编程的阈值温度时，该控制器增大该可变速单级压 缩机的速度以将空气温度降低到设定点温度。
8. 如权利要求7所述的系统，其中当该空气温度小于该控制器中 编程的第二阈值温度时，该控制器减小该可变速单级压缩^L的速度， 该第二阈值温度大于该设定点温度。
9. 如权利要求l所述的系统，其中该空气温度是从被冷冻容器抽 出的空气的返回空气温度。
10. —种蒸气压缩系统，包括 可变速单级压缩机，用于将制冷剂压缩到高压；电动机，用于控制该可变速单级压缩机的速度和调节通过该蒸气 压缩系统的制冷剂的质量流量比；热量散发热交换器，用于冷却制冷剂； 主扩张设备，用于把制冷剂扩张到低压；节约热交换器，其中来自该热量散发热交换器的制冷剂被分入到 节约扩张设备的节约路径中和主路径中，在节约路径中被减少到中等 压力，其中该主路径中的制冷剂和节约路径中的制冷剂在节约热交换 器中互相交换热量，并且其中该节约路径中的制冷剂被注入到该可变 速单级压缩机的节约端口中，主路径中的制冷剂在主扩张设备中被扩张；热量接收热交换器，用于在制冷剂和气流之间交换热量以加热制 冷剂和冷却气流，其中该气流被提供到一个区域；温度传感器，用于检测该区域中的空气的空气温度；和 控制器，其基于该空气温度调节该可变速单级压缩机的速度以配 合该蒸气压缩系统冷却该区域的冷却负荷需求。
11. 如权利要求IO所述的系统，其中当该温度传感器检测的空气 温度大于该控制器中编程的阈值温度时，该控制器增大该可变速单级 压缩机的速度以将空气温度降低到设定点温度。
12. 如权利要求11所述的系统，其中当该空气温度小于该控制器 中编程的第二阈值温度时，该控制器减小该可变速单级压缩机的速度， 该第二阈值温度大于该设定点温度。
13. 如权利要求IO所述的系统，其中该可变速单级压缩机包括单个压缩腔。
14. 一种优化蒸气压缩系统的冷却能力的方法，包括步骤 在可变速单级压缩机中将制冷剂压缩到高压；通过从空气流接收热量来加热热量接收热交换器中的制冷剂和冷却该空气;危；提供该空气流以冷却一个区域；检测该区域中的空气的空气温度；和基于该空气温度调节该可变速单级压缩机的速度以配合该蒸气压 缩系统冷却该区域的冷却负荷需求。
15. 如权利要求14所述的方法，还包括冷却热量散发热交换器中 的制冷剂和在主扩张设备中将该制冷剂扩张到低压的步骤。
16. 如权利要求15所述的方法，还包括步骤将来自该热量散发热交换器的制冷剂分入到节约路径和主路径中；在节约扩张设备中将节约路径中的制冷剂扩张到中等压力， 使主路径中的制冷剂和节约路径中的制冷剂互相交换热量， 将该节约路径中的制冷剂注入到该可变速单级压缩机的节约端口 中，和在主扩张设备中扩张主路径中的制冷剂。
17. 如权利要求14所述的方法，还包括当该空气温度大于一个阈 值温度时，增大该可变速单级压缩机的速度以将空气温度降低到设定 点温度的步骤。
18. 如权利要求17所述的方法，还包括当该空气温度小于一个第 二阔值温度时减小该可变速单级压缩机的速度的步骤，其中该第二阈 值温度大于该设定点温度。
全文摘要
一种蒸气压缩系统包括单级压缩机，热量散发热交换器，扩张设备，和热量接收热交换器。该压缩机的速度被改变以控制该制冷剂的流速和配合蒸气压缩系统的冷却负荷需求。一个温度传感器测量被冷冻容器中的空气温度。当该温度传感器检测到空气温度超过一个阈值温度时，微控制器会增加压缩机的速度以增加制冷剂的流速和该蒸气压缩系统的冷却能力。当该空气温度传感器检测到空气温度在该设定点温度的预定范围内时，微控制器会发送一个信号轻微减小压缩机的速度，以便微调该蒸气压缩系统的冷却能力以防止被冷冻容器过冷却。
文档编号F25B1/00GK101321996SQ200580052188
公开日2008年12月10日 申请日期2005年12月1日 优先权日2005年12月1日
发明者W·P·比格尔 申请人:开利公司