[發明專利]封閉回路蒸汽壓縮制冷系統和該系統的運行方法

有效

• 申請號: 200880022811.4
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101720412A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 阿恩·雅克布森;彼得·內克薩;塞爾焦·吉羅托;阿瓦爾·雷克斯塔德;吉爾·斯科根
• 申請（專利權）人: 辛文特公司
• 主分類號: F25B5/02
• 分類號: F25B5/02;F25B9/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明涉及一種壓縮制冷系統，該壓縮制冷系統包括連接在封閉循 環回路中的一個壓縮機或更多個壓縮機、一個散熱器(heat?rejector)或 更多個散熱器、膨脹裝置、以及兩個或更多個吸熱器，該封閉循環回路 可以在高壓側的超臨界壓力下運行，二氧化碳或包含二氧化碳的混合物 是該系統中的優選制冷劑。

背景技術

傳統的蒸汽壓縮系統通過由于在給定溫度下的飽和壓力給出的亞臨 界壓力下制冷劑的冷凝而在高壓側放熱。當使用具有低臨界溫度的制冷 劑(例如，CO₂)時，如果為了獲得系統的高效運行，熱沉(heat?sink) 的溫度高，例如熱沉的溫度高于制冷劑的臨界溫度，則放熱時的壓力將 是超臨界的。隨后，運行的循環將是跨臨界的，例如，可從國際公開WO 90/07683中得知的那樣。與傳統系統相反，高壓側的溫度和壓力將是獨 立的變量。

國際公開WO?94/14016和國際公開WO?97/27437均描述了用于實現 這種系統的簡單回路，該回路基本上包括連接在封閉回路中的壓縮機、 散熱器、膨脹裝置和吸熱器(蒸發器)。由于環境因素，對于以上兩篇文 獻來說，CO₂是優選的制冷劑。

上述跨臨界循環也可在多冷卻系統(multi-cooling?system)中使用， 例如，在通常具有并行的多個蒸發器和壓縮機的超級市場系統、工業系 統或者自動販賣機。與傳統系統相對照，如上所述，可以獨立于高壓側 的溫度地控制高壓側的壓力。如國際公開WO?90/07683中所述，在高壓 側存在最佳壓力或理想壓力，對于給定的運行條件具有對應的最佳的或 最大化的系統效率。

在多冷卻系統中的各個蒸發器可具有不同的和變化的冷卻需求，因 此，需要對制冷劑供給進行單獨控制。各個蒸發器連接到膨脹裝置，該 膨脹裝置控制制冷劑供給以滿足變化的冷卻需求。存在的問題是，在整 個系統中在高壓側保持最佳壓力，同時滿足蒸發器的所有需求。這種系 統的最佳運行將需要專用控制策略。

通常，通過利用蒸發器制冷劑過熱作為輸入信號或控制參數的分置 閥，來控制單獨制冷劑供給。但是，過熱使得蒸發器效率低。降低過熱 可帶來蒸發器的液態脈動，因此帶來不穩定的溫度信號以及閥控制的可 能循環。通過利用這種控制策略，既不可能保持例如最佳高壓控制，也 不可能控制在中間壓力級的貯液器(receiver)的液位。如果將要達到最 佳高壓控制，則通過這種控制策略引入的有效制冷劑的充填變化必須在 中間壓力級或在高壓側被緩沖和釋放。由于組件需要非常高的設計壓力， 這使得高壓側的壓力優化控制很難。因此，需要更加穩健和有效的設計。

對于更大的制冷工廠(例如，在超級市場設施)來說，另一個問題 是蒸發器供給管路可能變得非常長。為了節省成本，對于高壓制冷劑， 例如CO₂，更有利的是通過降低供給的制冷劑壓力切換到供給管路的更 低的壓力分類(classification)。優化后的系統設計可確保更低的供給壓力。

國際公開WO?2004/057246A1描述了一種用于控制利用例如二氧化 碳作為制冷劑在跨臨界模式下運行的制冷系統的簡單方法。當在亞臨界 模式下運行時，還需要簡單并且高能效的控制策略。與傳統系統不同， 當使用具有低臨界溫度的制冷劑(例如，二氧化碳)時，將考慮僅使用 散熱器的有限的部分。需要用于在亞臨界條件下最佳控制的新的簡單方 法。

用于冷凍應用(儲藏溫度低于0℃)的蒸發器盤管需要除霜。執行 除霜的傳統方法是通過安裝在蒸發器盤管中的電阻加熱棒供給熱量。電 加熱系統增加了蒸發器的制造成本，增加了運行成本并增加了盤管尺寸。 通過利用合適的系統設計，可以使用可用的工藝熱量來除霜。

發明內容

本發明的主要目的是制造能夠減少上述短處和缺點的一種簡單、節 約成本、能效高且實際的系統。

本發明的特征在于如在所附獨立權利要求中限定的特征。在所附的 從屬權利要求中進一步限定了本發明的有益的特征。