CN101720412B - 封闭回路蒸汽压缩制冷系统和该系统的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭回路蒸发压缩制冷系统的运行方法。所述系统可以在高压侧的超临界压力下运行，并包括至少一个压缩机(1)、至少一个散热器(2)、至少并行连接的两个吸热器(4)、在各个吸热器(4)的上游的至少一个可变膨胀装置(3)以及连接到一组传感器(9′、15)的用于控制可变膨胀装置(3)的至少一个控制单元(8″)。通过控制单元(8″)控制通过各个可变膨胀装置(3)的所述制冷剂的流率，协调通过各个可变膨胀装置(3)的制冷剂流，以将控制参数保持在设置范围内。由于控制导致的任何过剩充填在系统的低压侧得到缓冲。此外，还描述了基于封闭蒸汽压缩回路的制冷系统。

Description

封闭回路蒸汽压缩制冷系统和该系统的运行方法
技术领域
本发明涉及一种压缩制冷系统，该压缩制冷系统包括连接在封闭循环回路中的一个压缩机或更多个压缩机、一个散热器(heat rejector)或更多个散热器、膨胀装置、以及两个或更多个吸热器，该封闭循环回路可以在高压侧的超临界压力下运行，二氧化碳或包含二氧化碳的混合物是该系统中的优选制冷剂。
背景技术
传统的蒸汽压缩系统通过由于在给定温度下的饱和压力给出的亚临界压力下制冷剂的冷凝而在高压侧放热。当使用具有低临界温度的制冷剂(例如，CO2)时，如果为了获得系统的高效运行，热沉(heat sink)的温度高，例如热沉的温度高于制冷剂的临界温度，则放热时的压力将是超临界的。随后，运行的循环将是跨临界的，例如，可从国际公开WO90/07683中得知的那样。与传统系统相反，高压侧的温度和压力将是独立的变量。
国际公开WO 94/14016和国际公开WO 97/27437均描述了用于实现这种系统的简单回路，该回路基本上包括连接在封闭回路中的压缩机、散热器、膨胀装置和吸热器(蒸发器)。由于环境因素，对于以上两篇文献来说，CO2是优选的制冷剂。
上述跨临界循环也可在多冷却系统(multi-cooling system)中使用，例如，在通常具有并行的多个蒸发器和压缩机的超级市场系统、工业系统或者自动贩卖机。与传统系统相对照，如上所述，可以独立于高压侧的温度地控制高压侧的压力。如国际公开WO 90/07683中所述，在高压侧存在最佳压力或理想压力，对于给定的运行条件具有对应的最佳的或最大化的系统效率。
在多冷却系统中的各个蒸发器可具有不同的和变化的冷却需求，因此，需要对制冷剂供给进行单独控制。各个蒸发器连接到膨胀装置，该膨胀装置控制制冷剂供给以满足变化的冷却需求。存在的问题是，在整个系统中在高压侧保持最佳压力，同时满足蒸发器的所有需求。这种系统的最佳运行将需要专用控制策略。
通常，通过利用蒸发器制冷剂过热作为输入信号或控制参数的分置阀，来控制单独制冷剂供给。但是，过热使得蒸发器效率低。降低过热可带来蒸发器的液态脉动，因此带来不稳定的温度信号以及阀控制的可能循环。通过利用这种控制策略，既不可能保持例如最佳高压控制，也不可能控制在中间压力级的贮液器(receiver)的液位。如果将要达到最佳高压控制，则通过这种控制策略引入的有效制冷剂的充填变化必须在中间压力级或在高压侧被缓冲和释放。由于组件需要非常高的设计压力，这使得高压侧的压力优化控制很难。因此，需要更加稳健和有效的设计。
对于更大的制冷工厂(例如，在超级市场设施)来说，另一个问题是蒸发器供给管路可能变得非常长。为了节省成本，对于高压制冷剂，例如CO2，更有利的是通过降低供给的制冷剂压力切换到供给管路的更低的压力分类(classification)。优化后的系统设计可确保更低的供给压力。
国际公开WO 2004/057246A1描述了一种用于控制利用例如二氧化碳作为制冷剂在跨临界模式下运行的制冷系统的简单方法。当在亚临界模式下运行时，还需要简单并且高能效的控制策略。与传统系统不同，当使用具有低临界温度的制冷剂(例如，二氧化碳)时，将考虑仅使用散热器的有限的部分。需要用于在亚临界条件下最佳控制的新的简单方法。
用于冷冻应用(储藏温度低于0℃)的蒸发器盘管需要除霜。执行除霜的传统方法是通过安装在蒸发器盘管中的电阻加热棒供给热量。电加热系统增加了蒸发器的制造成本，增加了运行成本并增加了盘管尺寸。通过利用合适的系统设计，可以使用可用的工艺热量来除霜。
发明内容
本发明的主要目的是制造能够减少上述短处和缺点的一种简单、节约成本、能效高且实际的系统。
本发明的特征在于如在所附独立权利要求中限定的特征。在所附的从属权利要求中进一步限定了本发明的有益的特征。
因此，本发明涉及一种包含制冷剂的充填的封闭回路蒸汽压缩制冷系统的运行方法，所述封闭回路蒸汽压缩制冷系统可以在高压侧的超临界压力下运行。所述系统还包括至少一个压缩机、至少一个散热器、至少两个并行连接的吸热器、在各个吸热器的上游的至少一个可变膨胀装置以及连接到一组传感器的用于控制可变膨胀装置的至少一个控制单元。所述方法包括以下步骤：通过控制单元协同地控制通过各个可变膨胀装置的制冷剂的流率，以将控制参数保持在设置范围内，并在系统的低压侧缓冲由于该控制导致的任何过剩充填。
控制参数可以是在系统的高压侧的压力。
控制参数可以是在中间压力的液位，所述高压可以通过分置的膨胀装置来控制。
在所述系统中，可以采用二氧化碳或者含有二氧化碳的制冷剂混合物作为制冷剂。
来自吸热器的过剩充填或液体可以在低压下收集在低压贮液器或容器中，所述低压贮液器或容器还用作用于系统质量平衡的缓冲器。
吸热器可以用在出口处制冷剂中的液态的部分来运行。
控制器可以从传感器收集各个吸热器的出口条件，并调节膨胀装置直到针对各个吸热器达到在限定范围内的出口信号设置点。
来自液位指示器的信号可以被用于控制从中间压力贮液器经过膨胀装置至系统的低压侧的制冷剂流，以保持中间压力贮液器中的液位恒定。
可以通过将制冷剂蒸汽通过分置的流管路从中间压力容器提取至主压缩机、分置的压缩机而减小吸热器供给管路中的压力。可以通过将制冷剂蒸汽从中间压力容器提取至压缩机或至系统的低压力级而减小吸热器供给管路中的压力。
可以通过利用与用于吸热器的膨胀装置串联地安装的被动膨胀装置结构执行两级膨胀过程。
被动膨胀装置结构可以具有根据运行条件可变的压力差。
所述系统可以具有两个或更多个低压力级。
此外，本发明涉及一种基于包含制冷剂的充填的封闭蒸汽压缩回路的制冷系统，所述封闭蒸汽压缩回路可以在高压侧的超临界压力下运行。所述系统还包括至少一个压缩机、至少一个散热器、至少两个并行连接的吸热器、在各个吸热器的上游的至少一个可变膨胀装置以及连接到一组传感器的用于控制可变膨胀装置的至少一个控制单元。控制单元被设置为用于协同地控制通过各个可变膨胀装置的制冷剂的流率，以将控制参数保持在设置范围内，并且在系统的低压侧的容器被设置为用于缓冲由控制导致的任何过剩充填。
所述系统可以包括低压贮液器。
低压贮液器可以包括盘管，高压流体的全部或一部分流过所述盘管。
低压贮液器可包括管路，通过该管路与润滑剂混合的液态制冷剂的一部分可以从贮液器输送出去。
所述系统可包括内部热交换器。
所述系统可以包括具有液位指示器的中间压力容器和用于控制在高压侧的压力的分置的膨胀装置。
所述系统可包括从中间压力贮液器至系统的低压侧的具有膨胀装置的流管路，所述流管路能够用于输送液态和气态制冷剂的混合物或者液态制冷剂。
所述系统可以包括从中间压力贮液器至主压缩机、分置的压缩机或至系统的低压侧的流管路，所述流管路能够将蒸汽制冷剂从中间压力贮液器输送出去。
所述系统可以包括与用于吸热器的膨胀装置串联地安装的被动膨胀装置结构。
所述系统可以包括具有根据运行条件调节的可变压力差特征的被动膨胀装置结构。
所述系统可以包括两个或更多个低压力级。
本发明涉及一种压缩制冷系统，其包括连接在封闭循环回路中的至少一个压缩机、散热器、膨胀装置和两个或更多个吸热器(蒸发器)，所述封闭循环回路可以利用例如二氧化碳作为制冷剂在高压侧的超临界压力下运行。
本发明描述了一种用于控制的新方法，以实现在高压侧的最佳或理想压力，或与另一受控参数(例如，上述系统中的中间压力级的液位)结合的最佳压力。在中间压力的液位是布置在控制系统的高压侧的压力级的主要膨胀装置下游的相对小的贮液器中的液位。同时，满足了蒸发器的单独制冷剂供给需求。当在多冷却系统中的各个蒸发器具有不同并且变化的冷却需求时，由于保持高压侧的最佳压力导致的有效制冷剂的充填变化在系统的低压侧得到缓冲和释放。
在优选实施方式中，各个冷却单元或者蒸发器具有膨胀装置，膨胀装置控制制冷剂供给以满足变化的冷却需求。通过协同地控制所有的控制冷却单元的不同蒸发器的制冷剂供给的膨胀装置，可以在过程的高压侧达到例如最佳或理想压力。可以通过基于在蒸发器出口测得的条件的控制信号，来控制各个膨胀装置。仅有的限制是：没有蒸发器供给不足，即，没有蒸发器未获得制冷剂的充分供给。如果需要改变高压侧的压力，则通过比较来自冷却单元的控制信号，将按照协同动作一起控制所有的膨胀装置，以获得压力的改变。如果来自其中一个传感器的控制信号处于可接受范围之外，则对应膨胀装置的必要调节必须通过同时补偿得到满足，可能需要调节其它膨胀装置中的一个或更多个。上述做法是为了不偏离主要控制参数(例如，系统的高压侧的压力)的最佳控制。这样，建立用于多冷却目的的系统的最佳运行。
另一实施方式包括用于控制在高压侧的压力的分置阀。然后，对膨胀装置的协同控制可用于控制另一参数，例如，在中间压力的贮液器的液位。
在一个实施方式中，来自一个或更多个蒸发器的过量液体将在低压侧在蒸发器和压缩机之间的贮液器或容器中得到缓冲。
在另一实施方式中，在可能的中间压力容器和低压侧之间的旁路可允许液态制冷剂或液态制冷剂和蒸汽制冷剂的混合物被输送到低压侧，以简化对用于控制供给不同蒸发器的制冷剂的单独膨胀装置的控制。
已经开发了针对多个系统设计和针对多个应用的控制原理。应用的示例是超级市场制冷、工业系统和自动贩卖机。
附图说明
以下，将仅通过示例并且参照附图来进一步描述本发明，附图中，
图1示出了蒸汽压缩系统的简单回路；
图2示出了多吸热器系统的系统方案和控制系统；
图3示出了用于允许制冷剂在中间压力下分布的两级节流过程的具有中间压力贮液器的多吸热器系统的系统方案和控制系统；
图4示出了用于允许制冷剂在中间压力下分布的两级节流过程的具有中间压力贮液器的多吸热器系统的系统方案和控制系统，其具有从中间压力贮液器至系统的低压侧的分置的制冷剂旁路；
图5示出了具有允许制冷剂在中间压力下分布的两级节流过程的不使用中间压力贮液器的多吸热器系统的系统方案和控制系统；
图6示出了具有两种不同的吸热压力级的多吸热器系统的系统方案和控制系统。
具体实施方式
图1示出了包括连接在封闭循环系统中的压缩机1、散热器2、膨胀装置3和吸热器4的传统蒸汽压缩系统。
图2示出了具有并行布置的两个或更多个吸热器(蒸发器)4′、4″的一级蒸汽压缩系统。该系统还包含低压贮液器5、内部热交换器6、压缩机1、气体冷却器2、温度传感器14、压力传感器9′、9″以及用于检测吸热器(蒸发器)的出口条件(outlet condition)的传感器15′、15″。从传感器14、15′、15″、9′、9″发送的反映系统的运行条件的信号被发送到控制系统8′、8″。控制系统8′、8″分别控制各个压缩机容量和膨胀装置3′、3″，以控制供给到吸热器的制冷剂。
控制系统8′、8″接收来自温度传感器14的输入信号，来自在吸热器的出口的传感器15′、15″的输入信号，以及来自分别在压缩机1的高压侧和低压侧的压力传感器9′、9″的输入信号。来自压力传感器9′的输入信号可以反映在系统的高压侧的压力，而压力传感器9″监视在低压侧的压力。控制系统8′、8″还可仅是一个控制系统或者更多个分置的控制系统，例如，用于各个膨胀装置或受控组件的控制系统，只要其用于控制所述的参数即可。
产生至控制系统8″的信号的温度传感器14可以测量反映环境条件的温度。传感器还可以测量例如气体冷却器出口温度或对于识别理想或最佳压力来说重要的另一参数。
基于接收到的信号，控制8″单元可将控制输入送到膨胀装置3′、3″，以控制通过膨胀装置3′、3″的压力降和流率。
控制系统可使用不同的策略或算法来执行控制。一种这样的算法是通过曲线10示意性地表示。替换地或附加地，控制系统可包括自适应在线系统。
基于以上，控制系统8″通过单独控制膨胀装置3′、3″可以确保最佳运行条件。通过所有控制不同冷却单元的制冷剂供给的膨胀装置3′、3″的协同控制，可以利用控制系统8″控制例如过程的最佳高压，同时确保相应蒸发器4的充足供给。
图2的系统可用于以下描述的一级膨胀。高压侧的压力应该与被供给到蒸发器4′、4″的制冷剂的控制一起被控制。对于各个蒸发器4′、4″(或多个蒸发器)来说，通过膨胀装置3′、3″来控制制冷剂的供给或供应。
如果作为偏离给定的多个值10中的一个值的结果(例如，作为环境条件变化的结果)而需要改变高压侧的压力，则这将由温度传感器14来记录，并且变更后的信号将被发送到控制系统8″。结果，控制系统8″把信号提供给膨胀装置3′、3″，使得这些装置3′、3″将以协同动作被同时控制，以获得在高压侧的压力的改变。如果到膨胀装置3′、3″中的一个膨胀装置的控制信号导致传感器15′、15″测得的出口条件在预定范围之外，则对该膨胀装置的调节必须通过对一个或更多个其它膨胀装置的同时调节来补偿，以不偏离主要控制参数(例如，高压)的最佳控制。这样，建立了针对用于多冷却目的的系统的最佳运行，并且同时可运行具有不同出口条件(例如，过热的、湿的或饱和的)的蒸发器4′、4″。
由上述的控制概念或算法得到的来自蒸发器4′、4″中的一个或更多个蒸发器的过量液体将在低压侧在蒸发器和压缩器之间的贮液器5或容器中进行缓冲。容器5可以是流管路中的组成部分。这样，系统可接受来自冷却单元4′、4″中的一个或更多个的湿的出口，这可以是控制概念的结果。这与需要来自所有蒸发器的过热出口的普通系统相反。结果，可从传感器15′、15″接受大范围的信号。如果传感器15′、15″从蒸发器4′、4″中的一个蒸发器检测到不可接受的高过热，则控制单元8″仅需要在不同的膨胀装置3′、3″之间进行补偿。因为由于过低的制冷剂质量流而产生的蒸发器的供给不足导致的过高的过热会减小冷却单元的容量并且导致不可接受的系统能效。
如果在高压侧的压力过高，则将调节膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置，以给出增加的质量流率，并且压力将会降低。由于系统中的压力差改变，因此将影响通过蒸发器4′、4″的质量流。然后，将通过控制系统8″调节膨胀装置3′、3″，以针对通过传感器Z′15′、Z″15″测得的蒸发器出口的条件或属性而给予已接受的设置值，这将再次影响系统中的压力差。为了达到该压力和来自蒸发器的可接受的流体属性的设置值，控制系统8″可能不得不通过给定控制循环重复调节过程。当所有的设置点都达到时，物料(mass)已从高压侧被输送到低压侧，并且过量的制冷剂聚集在贮液器5中。
如果高压侧的压力变得过低，则将调节膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置，以减小质量流。在高压侧的压力将增加。同时，通过达到更高的蒸汽品质或者达到更高度数的高热，将改变蒸发器的出口条件。在系统的低压侧的压力也可能减小。上述两种效果均有利于低压贮液器5中液体的蒸发(boil off)。物料将被输送到高压侧，因此，进一步增加在该侧的压力。由于系统中的压力差已经按照这种方式改变，因此，将影响通过蒸发器4′、4″的质量流。然后，将通过控制系统8″调节膨胀装置3′、3″，以给出对于通过传感器15、15″测得的来自蒸发器4′、4″的出口条件可接受的设置值，这将再次影响系统中的压力差。为了达到高压侧的压力和蒸发器出口的条件二者，控制系统8″可能不得不通过给定的控制循环重复调节过程。通常，将通过利用控制单元8′控制压缩机来单独地控制通过压力传感器9″测得的系统中的低压。
图2中所示的内部热交换器6对于系统工作来说不是绝对必要的，但是其经常提高系统的效率和一般运行。该内部热交换器还用于将在热交换器的低压入口处导入的液体在进入压缩机1之前蒸发一部分或全部。同时，内部热交换器将有利于对在高压侧的流体在膨胀装置3′、3″中进行膨胀之前进行局部冷却。在压缩机1之前的吸入管路中处理液体的另一方式将利用接受液体吸入的压缩机。
管子17被安装为与内部热交换器6相连，以吸出润滑剂、液态制冷剂或它们的混合物。从低压贮液器5输送出的制冷剂液体将确定蒸发器4′、4″的平均蒸汽品质。
通过在低压贮液器5内部引入盘管7，可以实现对高压流体的进一步局部冷却，并且更多的液体将在低压贮液器5内蒸发。盘管7可被设计为用于完全高压流或者用于图2中所示的分流。在低压贮液器5中蒸发的液体越多，则从蒸发器4′、4″流出的制冷剂的平均蒸汽品质将越低。根据稳态运行的质量平衡(mass balance)，在该文中，更低的蒸汽品质意味着更高的液体含量。
两级节流(Two-stage throttling)
上述控制原理隐含着为蒸发器供给的管子在抵达蒸发器4′、4″之前必须一直经受高压。如果管子太长，例如，在超级市场中，则这会非常不利。蒸发器节流阀也需要经受高压。专门设计的高压阀可能将更加昂贵。
图3示出了与上面描述的原理相似的原理，但是针对两级节流系统。附加的组件是高压膨胀装置11、贮液器12、用于检测贮液器12和液位检测器13中的液位的液位检测器13。控制器8″基于来自传感器15′、15″和液位检测器13的信号控制膨胀装置3′、3″。
通过控制单元8″控制一个主要膨胀装置11，以调节系统中的高压。如上所述，用不同控制策略，可以实现最佳高压侧的压力。基于计算或经验，一个控制策略可以例如与预定曲线10相关，或者与自适应在线系统相关。
膨胀装置11的出口流通向中间压力贮液器12。然后，中间压力液体可通过膨胀装置3′、3″分布到蒸发器4′、4″。为了仅储存少量中间压力的制冷剂，贮液器12不被设计为处理充填变化。作为替代，通过控制器8″以协同动作同时控制膨胀装置3′、3″，以在贮液器12中保持恒定液位。
如果至膨胀装置3′、3″中的一个的控制信号导致传感器15′、15″测得的出口条件在预定范围之外，则该膨胀装置的调节必须通过对其它膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置的同时调节来进行补偿，从而不偏离主要受控参数的最佳控制，这种情况下，主要受控参数为通过液位检测器13检测到的贮液器12的液位。
不同参数的变化可以导致中间压力贮液器12的液位的变化，例如，通过膨胀装置11控制高压。这必须由控制器8″通过同时调节控制至蒸发器4′、4″的流量的膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置来补偿。
各个蒸发器的容量控制在原理上将与以上描述的控制等同。将调节各个膨胀装置3′、3″，以将由传感器15′、15″检测到的蒸发器出口条件保持在可接受的值。这些调节将还影响中间压力贮液器12的液位，并且控制器8″可能不得不通过给定控制循环重复对在贮液器12中的液位的调节。
如果通过液位检测器13检测到中间压力贮液器12中的液位太高，则将调节膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置，以给出增加的流率。液位将降低。当达到液位设置点时，随后将通过控制系统调节膨胀装置3′、3″，以给出针对蒸发器4出口条件的设置值。制冷剂物料已经从中间压力容器12输送到积聚可能的过量液体的低压力贮液器5。
如果液位变得太低，则将调节膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置以降低流率。液位将增加。
同时，由传感器15′、15″检测到的蒸发器出口条件可以变得(更加)过热，并且系统中的低压也可能降低。两种效果均有利于低压贮液器5中的液体蒸发。制冷剂物料将被输送到高压侧，因此，增大高压。主要膨胀装置11将随后增大开口，以保持通过最佳曲线10给定的设置点压力。在膨胀过程中将产生更多的液体进入到中间压力容器12中，并且液位将进一步增加。当达到液位的设置点值时，将调节膨胀装置3′、3″中的一个或更多个膨胀装置，以增加流率。为了达到由传感器15′、15″检测到的所有蒸发器4′、4″的出口条件、高压侧的压力以及中间压力贮液器12中的液位的设置点值，控制系统可能不得不通过给定控制循环重复调节过程。
中间压力容器12可被制成具有相对小的容积，因此节约成本。不需要对制冷剂的变化量进行缓冲。
在上述两级节流过程中，没有从中间压力容器12吸出蒸汽。通过限定，中间压力贮液器12中的状态总是处于液体饱和线。将因此通过主要膨胀装置11的入口条件限定该贮液器中的压力。如果在中间压力贮液器12中需要低压，则需要将蒸汽从贮液器12输送出去。这可通过压缩机直接实现(对于大型系统来说可能是方便的)或者所述蒸汽通过受膨胀装置控制的流管路(图3中未示出)向下膨胀到低压侧。
可以通过改变蒸汽出口流量来控制中间压力。因此，在系统中它可以独立于高压而被控制为例如40巴(bar)。这样将可以使用蒸发器系统中标准组件。
由于在容器12中蒸汽是饱和的，因此，蒸汽到低压侧的膨胀过程将产生液体，优选地应该在流进入压缩机之前从流中去除该液体。一个选择是将蒸汽流向下膨胀到在内部热交换器6之前的吸入管路，该内部热交换器6用于使液体在与高压流体的热交换中蒸发。另一选择是向下膨胀到低压贮液器5。
图4示出了与以上描述的具有两级节流系统的原理相似的原理，但是包括附加的膨胀装置16。该附加的膨胀装置16控制制冷剂、液体或者液体和蒸汽的混合物从中间压力贮液器12至系统的低压侧(例如，至低压贮液器5)的流量。控制器8″通过液位检测器13给定的信号控制膨胀装置16，以保持中间压力贮液器12中的液位恒定。也可以通过液位检测器13直接机械地或电子地控制膨胀装置16。现在，可以通过控制器8″来控制膨胀装置3′、3″，以基于来自传感器15′、15″的信号对蒸发器4进行供给。由于会在中间压力贮液器12中开始聚集的可能液体可以通过膨胀装置16经旁路到达低压侧，因此，传感器15′、15″的信号设置点现在可以是例如限定的过热信号。这还可以允许通过传感器15′、15″(例如，在恒温膨胀阀中通常使用的制冷剂填充的球状物)直接机械地或电子地控制膨胀装置3′、3″。
此外，对于该方案，有利的是：或者通过利用压缩机(对于大型系统来说可能是方便的)将蒸汽中从贮液器12直接输送出去，从而降低中间压力贮液器12中的压力，或者蒸汽可通过由膨胀装置控制的流管路(图4中未示出)向下膨胀到低压侧来将蒸汽从贮液器12输送出去，从而降低中间压力贮液器12中的压力。
没有中间压力贮液器的两级节流：
与图2所示的相比，以上描述的两级节流过程需要更加高级的控制系统，并且还需要中间压力贮液器。更简单的系统将是利用不用中间压力贮液器的两级节流系统。图5示出了原理图。除了图2描述的组件之外，系统包含一个或更多个膨胀装置19′、19″。由于在通过膨胀装置19′、19″和膨胀装置3′、3″执行的两个膨胀步骤之间没有缓冲容器，因此，需要一个膨胀步骤是被动的。由于对蒸发器4′、4″的容量控制，被动膨胀步骤应该优选地为通过膨胀装置19′、19″执行的第一膨胀步骤。例如，膨胀装置19′、19″可以是恒定压力差(DP)阀。通过利用如针对图2表示的系统所描述的控制至蒸发器4′、4″的流率的控制原理，将由蒸发器4′、4″的蒸发器膨胀装置3′、3″间接地控制高压。
在该系统中，在膨胀装置3′、3″的上游，不会发生在中间压力下的液气分离。因此，没有吸出蒸汽以控制中间压力。通过膨胀装置19′、19″的压力差来控制中间压力。如果需要中间压力级，例如，不超过45巴(bar)，则可能需要更加先进的膨胀装置结构。一种可能可以是：将具有不同压力差值的两个或更多个膨胀装置串联并且具有旁路，如图5的19′、19″所示。通过改变有效DP膨胀装置，可实现合适的中间压力。
具有两个低压力级的系统
以上描述的控制原理可应用到具有一个低压力级的系统。所需的低压力级可根据应用而变化，例如，冷却和冷冻应用。
图6示出了对于利用公共气体冷却器2在两个不同的低压力级下工作的系统与参照图2所描述的控制原理相同的控制原理。示出了具有与图2的标号相对应的标号的其他组件。图6示出了压缩机和气体冷却器的结构的一个实例。一些其它的结构也是可以的。

Claims (21)

1.一种封闭回路蒸汽压缩制冷系统的运行方法，所述封闭回路蒸汽压缩制冷系统包含具有至少两级的膨胀过程中的制冷剂的充填，所述封闭回路蒸汽压缩制冷系统可以在高压侧的超临界压力下运行，其中，所述系统包括至少一个压缩机、至少一个散热器(2)、至少两个并行连接的吸热器(4)、各个吸热器(4)的上游的至少一个可变膨胀装置(3)和所述至少一个可变膨胀装置(3)的上游的用于允许制冷剂在中间压力下分布的至少一个附加膨胀装置(11，19′，19″)、以及连接到一组传感器(9′，15)的用于控制所述可变膨胀装置(3)的至少一个控制单元(8″)，所述方法包括以下步骤：
通过所述控制单元(8″)协同地控制通过各个所述可变膨胀装置(3)的所述制冷剂的流率，以将控制参数保持在设置范围内，并在所述系统的低压侧缓冲由于所述控制导致的任何过剩充填。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制参数是所述系统的所述高压侧的压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制参数是通过液位检测器(13)测得的中间压力贮液器(12)中的液位，该中间压力贮液器(12)和所述高压侧的压力是通过附加膨胀装置(11)控制的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述系统中，采用二氧化碳或者含有二氧化碳的制冷剂混合物作为所述制冷剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述吸热器(4)的过剩充填在低压下被收集在容器中，所述容器还被用作用于系统质量平衡的缓冲器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述吸热器(4)能够用出口处所述制冷剂中的液态的部分来运行。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制单元(8″)从所述传感器(15)收集各个吸热器(4)的出口条件，并调节所述可变膨胀装置(3)直到对于各个吸热器(4)达到限定范围内的出口信号设置点。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，来自所述液位检测器(13)的信号被用于控制从所述中间压力贮液器(12)通过所述附加膨胀装置(11)至所述系统的所述低压侧的制冷剂流，以保持所述中间压力贮液器(12)中的液位恒定。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，通过将制冷剂蒸汽经过分置的流管路从所述中间压力贮液器(12)提取至所述至少一个压缩机中的主压缩机(1)、所述至少一个压缩机中的分置的压缩机或至所述系统中的低压力级，来减小吸热器供给管路中的压力。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个可变膨胀装置(3)的上游的用于允许制冷剂在中间压力下分布的所述至少一个附加膨胀装置(11，19′，19″)是与用于所述吸热器(4)的所述可变膨胀装置(3)串联地安装的被动膨胀装置结构(19)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述被动膨胀装置结构(19)能够具有根据运行条件可变的压力差。
12.一种基于封闭蒸汽压缩回路的制冷系统，所述封闭蒸汽压缩回路包含具有至少两级的膨胀过程中的制冷剂的充填，所述封闭蒸汽压缩回路可以在高压侧的超临界压力下运行，所述系统还包括至少一个压缩机、至少一个散热器(2)、至少两个并行连接的吸热器(4)、各个吸热器(4)的上游的至少一个可变膨胀装置(3)和所述至少一个可变膨胀装置(3)的上游的用于允许制冷剂在中间压力下分布的至少一个附加膨胀装置(11，19′，19″)、以及连接到一组传感器(9′，15)的至少一个控制单元(8″)，其中，
所述控制单元(8″)进一步被配置为协同地控制通过各个所述可变膨胀装置(3)的所述制冷剂的流率，以将所述系统的低压侧的用于缓冲任何过剩充填的容器保持在设置范围内。
13.根据权利要求12所述的制冷系统，所述制冷系统包括低压贮液器(5)。
14.根据权利要求13所述的制冷系统，其中，所述低压贮液器(5)包括盘管(7)，所述高压侧的流体的全部或一部分流过所述盘管(7)。
15.根据前述权利要求13所述的制冷系统，其中，所述低压贮液器(5)包括管路(17)，其中，与润滑剂混合的液态制冷剂的一部分可以通过该管路(17)从所述低压贮液器(5)输送出去。
16.根据前述权利要求12所述的制冷系统，所述制冷系统包括内部热交换器(6)。
17.根据前述权利要求12-16中的任一项所述的制冷系统，所述制冷系统包括具有液位指示器(13)的中间压力贮液器(12)，其中附加膨胀装置(11)是用于控制所述高压侧的压力的分置的膨胀装置。
18.根据权利要求17所述的制冷系统，所述制冷系统包括从所述中间压力贮液器(12)至所述系统的所述低压侧的具有另一膨胀装置(16)的流管路，所述流管路能够输送液态和气态制冷剂的混合物或者液态制冷剂。
19.根据权利要求17所述的制冷系统，所述制冷系统包括从所述中间压力贮液器(12)至所述至少一个压缩机中的主压缩机(1)、所述至少一个压缩机中的分置的压缩机或至所述系统的所述低压侧的流管路，所述流管路能够将蒸汽制冷剂从所述中间压力贮液器(12)输送出去。
20.根据权利要求12所述的制冷系统，其中，所述至少一个附加膨胀装置是与用于所述吸热器(4)的所述可变膨胀装置(3)串联地安装的被动膨胀装置结构(19)。
21.根据权利要求20所述的制冷系统，其中，所述被动膨胀装置结构(19)具有根据运行条件调节的可变压力差特性。
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