CN104755861B - 跨临界制冷剂蒸气压缩系统中的级转变 - Google Patents

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Abstract

在升级或降级时控制用于向温度受控空间供应温度经调节的空气的跨临界制冷剂蒸气压缩系统的操作以避免对划定所述温度受控空间内的温度的控制温度设定点的范围的窄温度带的非所要的超过和未及。

Description

跨临界制冷剂蒸气压缩系统中的级转变
技术领域
本公开一般来说涉及制冷剂蒸气压缩系统，且更明确地说涉及改善跨临界制冷剂蒸气压缩系统的能量效率和/或低制冷量操作。
发明背景
与运输制冷系统结合使用的制冷剂蒸气压缩系统由于宽范围的操作负载条件和宽范围的室外环境条件而通常要经历更严苛的操作条件，制冷剂蒸气压缩系统必须在所述宽范围的操作负载条件和室外环境条件内操作以使载货空间内的产品维持在所要温度。货物需要被控制于的所要温度还可以取决于待保存的货物的性质而在宽范围内变化。制冷剂蒸气压缩系统不仅必须具有足够的容量来将装载到处于环境温度的载货空间中的产品的温度迅速拉低，而且还应该在整个负载范围内能量有效地操作，包括在运输期间维持稳定产品温度时按低制冷量操作。
在温度维持期间，目标是将温度受控空间(例如货箱)内的温度维持在划定控制温度设定点的范围的窄温度带内。如果制冷剂蒸气压缩系统输出过多制冷量，那么温度受控空间内的温度将掉落到窄温度以下。相反地，如果制冷剂蒸气压缩系统输出过少制冷量，那么温度受控空间内的温度将升高到窄温度带以上。在常规做法中，常见的是在低容量操作期间使制冷剂压缩机运转和停止运转。然而，这样做可能会导致对划定控制温度设定点的范围的窄温度带的非所要的重复超过和未及。
发明概要
在升级或降级时控制用于向温度受控空间供应温度经调节的空气的跨临界制冷剂蒸气压缩系统的操作以避免对划定所述温度受控空间内的温度的控制温度设定点的范围的窄温度带的非所要的超过和未及。
在一方面中，一种操作用于向温度受控空间供应经调节空气的跨临界制冷剂蒸气压缩系统的方法包括当在较高容量模式与较低容量模式之间升级或降级时使所述制冷剂蒸气压缩系统按转变模式操作。按转变模式操作可以包括监测第一参数和第二参数以及响应于已经建立或在特定时间段内已经建立与所述第一参数有关的第一条件和与所述第二参数有关的第二条件中的至少一者的确定来退出所述转变模式。在一实施方案中，按所述转变模式操作包括：监测控制温度设定点TSETPT与感测到的控制温度TCRTL之间的温度控制差TSETPT – TCRTL；以及建立所述温度控制差在流逝时间内的变化趋势，这可以包括计算所述温度控制差在所述流逝时间内的平均导数。
在一实施方案中，所述方法包括：进入用于从按高容量模式操作降级到按第一低容量模式和第二较低容量模式中的一者操作的降级转变模式；确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第一时间段的流逝时间内是否为正的；以及如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内为正的，那么降级到所述第二较低容量模式且绕过所述第一低容量模式。在此实施方案中，所述方法还包括：如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内不是正的，那么确定所述温度控制差目前是否小于零；以及如果所述温度控制差目前小于零，那么降级到所述第一低容量模式。在此实施方案中，所述方法还包括：如果所述温度控制差目前不小于零，那么确定所述温度控制差在预设的第二时间段内是否大于零；以及如果所述温度控制差在所述第二预设时间段内大于零，那么降级到所述第二较低容量模式且绕过所述第一低容量模式。
在一实施方案中，所述方法包括：进入用于从按低容量模式操作升级到按第一高容量模式和第二较高容量模式中的一者操作的升级转变模式；确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第三时间段的流逝时间内是否为负的；以及如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内为负的，那么升级到所述第二较高容量模式且绕过所述第一高容量模式。在此实施方案中，所述方法还包括：如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内不是负的，那么确定所述温度控制差目前是否大于零；以及如果所述温度控制差目前大于零，那么升级到所述第一高容量模式。在此实施方案中，所述方法还可以包括：如果所述温度控制差目前不大于零，那么确定所述温度控制差在预设的第四时间段内是否小于零；以及如果所述温度控制差在所述第四预设时间段内小于零，那么升级到所述第二较高容量模式且绕过所述第一高容量模式。
在一方面中，一种制冷剂蒸气压缩系统包括：用于将制冷剂蒸气从吸入压力压缩到排放压力的压缩装置、制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器，所述压缩装置、制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器按串联制冷剂流动关系安排在跨临界循环闭环初级制冷剂回路中，所述制冷剂排热热交换器充当制冷剂气体冷却器且所述制冷剂吸热热交换器充当制冷剂蒸发器；以及控制器，所述控制器与所述制冷剂蒸气压缩系统操作性地相关联，所述控制器被配置成当在较高容量模式与较低容量模式之间升级或降级时控制所述制冷剂蒸气压缩系统按转变模式的操作，所述控制器还被配置成监测在按所述转变模式操作期间控制温度设定点TSETPT与感测到的控制温度TCRTL之间的温度控制差TSETPT – TCRTL；以及计算在按所述转变模式操作期间所述温度控制差在流逝时间内的平均导数。
在一实施方案中，所述控制器还被配置成：在从按高容量模式操作降级到按第一低容量模式和第二较低容量模式中的一者操作时进入降级转变模式；确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第一时间段的流逝时间内是否为正的；以及如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内为正的，那么降级到所述第二较低容量模式且绕过所述第一低容量模式。在此实施方案中，所述控制器还可以被配置成：如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内不是正的，那么确定所述温度控制差目前是否小于零；以及如果所述温度控制差目前小于零，那么降级到所述第一低容量模式。所述控制器还可以被配置成：如果所述温度控制差目前不小于零，那么确定所述温度控制差在预设的第二时间段内是否大于零；以及如果所述温度控制差在所述第二预设的时间段内大于零，那么降级到所述第二较低容量模式且绕过所述第一低容量模式。
在一实施方案中，所述控制器还被配置成：进入用于从按低容量模式操作升级到按第一高容量模式和第二较高容量模式中的一者操作的升级转变模式；确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第三时间段的流逝时间内是否为负的；以及如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内为负的，那么升级到所述第二较高容量模式且绕过所述第一高容量模式。所述控制器还可以被配置成：如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内不是负的，那么确定所述温度控制差目前是否大于零；以及如果所述温度控制差目前大于零，那么升级到所述第一高容量模式。所述控制器还可以被配置成：如果所述温度控制差目前不大于零，那么确定所述温度控制差在预设的第四时间段内是否小于零；以及如果所述温度控制差在所述第四预设时间段内小于零，那么升级到所述第二较高容量模式且绕过所述第一高容量模式。
在一方面中，提供一种控制用于向温度受控空间供应经调节空气的跨临界制冷剂蒸气压缩系统的低容量操作的方法，所述制冷剂蒸气压缩系统具有：初级制冷剂流动回路，所述初级制冷剂流动回路包括按串联制冷剂流动布置安置于所述初级制冷剂流动回路中的通过变频电动机驱动的变速压缩机、制冷剂气体冷却器、高压膨胀装置、闪蒸槽、蒸发器膨胀装置和蒸发器；以及压缩机卸载回路，所述压缩机卸载回路包括可选择性地定位以打开或闭合所述压缩机卸载回路的卸载阀。所述方法包括：打开所述卸载阀以允许制冷剂从所述压缩机经所述压缩机卸载回路传递到所述初级制冷剂流动回路的吸入压力部分；将所述高压膨胀阀打开到全开位置；使所述压缩机驱动电动机按最小频率操作来以最小速度驱动所述压缩机；以及选择性地使与所述气体冷却器相关联的空气移动装置在开/关工作循环中循环。
在一方面中，提供一种控制用于向温度受控空间供应经调节空气的跨临界蒸气压缩系统的低容量操作的方法，包括控制与所述气体冷却器相关联的空气移动装置或与所述蒸发器相关联的用于对从所述温度受控空间抽出的空气流加热的加热装置中的至少一者的操作。在所述方法的一实施方案中，以使得保持驱动对所述压缩装置进行驱动的所述变速电动机的所述变速驱动机的温度控制灵敏度的方式来控制与所述气体冷却器相关联的空气移动装置或与所述蒸发器相关联的加热装置。
附图简述
为了进一步理解本公开，将参考以下详细描述，将结合附图来阅读所述详细描述，其中：
图1是装备有运输制冷单元的冷藏货柜的透视图；
图2是根据本发明的一方面的运输制冷单元的制冷剂蒸气压缩系统的实施方案的示意图；
图3是示出了根据本文中公开的方法的实施方案对制冷剂蒸气压缩系统降级和升级的框图过程流程图；
图4是示出了用于根据本文中公开的方法的实施方案将制冷剂蒸气压缩系统从节约模式降级到卸载模式的示例性逻辑的框图过程流程图。
具体实施方式
图1中描绘了具有温度受控载货空间12的冷藏货柜10的示例性实施方案，其中通过与载货空间12相关联的运输制冷单元14的操作对所述载货空间的气氛制冷。在冷藏货柜10的所描绘实施方案中，将运输制冷单元14安装在冷藏货柜10的壁中，在常规做法中通常是安装在前壁18中。然而，制冷单元14可以安装在冷藏货柜10的柜顶、底板或其它壁中。另外，冷藏货柜10具有至少一个通路门16，通过所述通路门，可以将易腐货物(例如新鲜或冷冻的食品)装载到冷藏货柜10的载货空间12中以及从冷藏货柜10的载货空间12移除。
现在参看图2，示意性地描绘了适合于用在运输制冷单元14中的用于对从温度受控载货空间12抽出且供应回温度受控载货空间12的空气制冷的制冷剂蒸气压缩系统20的实施方案。虽然本文中将结合通常用于由船、由铁路、由陆路或通过联合运输来运输易腐货物的那类冷藏货柜10来描述制冷剂蒸气压缩系统20，但是将理解制冷剂蒸气压缩系统20还可以在用于对用于运输新鲜或冷冻的易腐货物的卡车、拖车或类似者的载货空间制冷的运输制冷单元中使用。制冷剂蒸气压缩系统20还适合于用来调节将供应给住宅、办公楼、医院、学校、餐馆或其它设施内的气候受控舒适区的空气。制冷剂蒸气压缩系统20还可以用来对供应给陈列柜、柜台、冷冻柜、冷库或商业机构中的其它易腐和冷冻产品储藏区域的空气制冷。
制冷剂蒸气压缩系统20包括多级压缩装置30、制冷剂排热热交换器40、闪蒸槽60以及制冷剂吸热热交换器50 (本文中也被称作蒸发器)，其中制冷剂管路22、24和26将前述部件按串联制冷剂流动次序连接成初级制冷剂回路。高压膨胀装置(HPXV) 45 (例如电子膨胀阀)安置于制冷剂管路24中在闪蒸槽60上游且在制冷剂排热热交换器40下游。与蒸发器50操作性地相关联的蒸发器膨胀装置(EVXV) 55 (例如电子膨胀阀)安置于制冷剂管路24中在闪蒸槽60下游且在蒸发器50上游。
如将在下文更详细地论述，压缩装置30压缩制冷剂且使制冷剂在初级制冷剂回路中循环。压缩装置30可以包括具有第一压缩级30a和第二级30b的单个多级制冷剂压缩机，例如往复式压缩机或漩涡式压缩机，其中从第一压缩级30a排放的制冷剂传递到第二压缩级30b以进行进一步压缩。或者，压缩装置30可以包括经由制冷剂管路在初级制冷剂回路中按串联制冷剂流动关系进行连接的一对单独压缩机，其中一个构成第一压缩级30a且其中另一个构成第二压缩级30b，所述制冷剂管路将构成第一压缩级30a的压缩机的排放口与构成第二压缩级30b的压缩机的吸入口连接成制冷剂流体连通以进行还压缩。在双压缩机实施方案中，压缩机可以是漩涡式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机或任何其它类型的压缩机或任何所述压缩机的组合。在这两种实施方案中，在第一压缩级30a中，将制冷剂蒸气从较低压力压缩到中间压力，且在第二压缩级30b中，将制冷剂蒸气从中间压力压缩到较高压力。
在图2中描绘的制冷剂蒸气压缩系统20的实施方案中，压缩装置30通过变速压缩机电动机32驱动，所述变速压缩机电动机通过经由变频驱动器34递送的电流来供电。电流可以是从例如船舶电站等外部电源(未图示)或从附接至货柜前部的燃料发动机牵引式发电机单元(例如柴油发动机驱动式发电机组)供应给变速驱动器34。可通过改变由变频驱动器34输出到压缩机驱动电动机32的电流的频率来改变变速压缩机30的速度。然而，将理解，在其它实施方案中，压缩装置30可以包括固定速度压缩机。
制冷剂排热热交换器40可以包括翅片管式热交换器42，通过所述翅片管式热交换器，从第二压缩级30b排放的热的、高压制冷剂(即，最后的压缩填料)与二次流体(最常见为通过扇44经由热交换器42抽出的环境空气)成热交换关系来传递。翅片管式热交换器42可以包括(例如)翅片和圆管式热交换盘管或翅片和平面微通道管式热交换器。在所描绘的实施方案中，通过变频驱动器供电的变速扇电动机46驱动与排热热交换器40相关联的扇44。如图2中所描绘，变速扇电动机46可以通过对压缩机电动机供电的同一变频驱动器34或通过单独的专用变频驱动器48来供电。
当制冷剂蒸气压缩系统20按跨临界循环操作时，从第二压缩级30b排放且通过制冷剂排热热交换器40的制冷剂的压力(本文中被称作高侧压力)超过制冷剂的临界点，且制冷剂排热热交换器40充当气体冷却器。然而，应理解，如果制冷剂蒸气压缩系统20仅按亚临界循环操作，那么从压缩机排放且通过制冷剂排热热交换器40的制冷剂的压力低于制冷剂的临界点，且制冷剂排热热交换器40充当冷凝器。由于本文中公开的操作方法与制冷剂蒸气压缩系统20按跨临界循环的操作有关，因此制冷剂排热热交换器在本文中也将被称作气体冷却器40。
制冷剂吸热热交换器50还可以包括翅片管式盘管热交换器52，例如翅片和圆管式热交换器或翅片和平面微通道或小通道管式热交换器。无论制冷剂蒸气压缩系统是按跨临界循环还是亚临界循环操作，制冷剂吸热热交换器50都充当制冷剂蒸发器。在进入蒸发器50之前，通过制冷剂管路24的制冷剂穿越蒸发器膨胀装置55 (例如电子膨胀阀或温控膨胀阀)且膨胀至较低压力和较低温度以进入热交换器52。在制冷剂穿越热交换器52时，所述制冷剂(通常是两相(液体/蒸气混合)制冷剂)与加热流体成热交换关系来传递，借此所述液体制冷剂蒸发成蒸气且所述蒸气通常过度加热至所要程度。从热交换器52离开的低压蒸气制冷剂经制冷剂管路26传递至第一压缩级30a的吸入口。加热流体可以是通过相关联扇54从将进行冷却且通常还除湿的气候受控环境(例如与运输制冷单元相关联的易腐/冷冻货物储藏区或商业机构的食品陈列或储藏区域或与空气调节系统相关联的建筑物舒适区)抽出且之后返回气候受控环境的空气。
闪蒸槽60充当节约器和容留器，所述闪蒸槽安置于制冷剂管路24中在气体冷却器40与蒸发器50之间、在蒸发器膨胀阀55上游且在高压膨胀装置45下游。闪蒸槽60界定腔室62，已穿越高压膨胀装置45的膨胀制冷剂进入所述腔室中且分离成液体制冷剂部分和蒸气制冷剂部分。液体制冷剂聚集在腔室62中且从此处通过蒸发器膨胀装置55定量通过制冷剂管路24的下游支线以流经蒸发器50。
蒸气制冷剂聚集在腔室62中在液体制冷剂上方且可以从此处通过节约器蒸气管路64以便制冷剂蒸气注入压缩过程的中间级中。节约器流量控制装置65 (例如具有打开位置和闭合位置的电磁阀(ESV))插入于节约器蒸气管路64中。当制冷剂蒸气压缩系统20按节约模式操作时，节约器流量控制装置ESV 65打开，由此允许制冷剂蒸气从闪蒸槽60经节约器蒸气管路64传递到压缩过程的中间级中。当制冷剂蒸气压缩系统20按标准的非节约模式操作时，节约器流量控制装置ESV 65闭合，由此防止制冷剂蒸气从闪蒸槽60经节约器蒸气管路64传递到压缩过程的中间级中。
在压缩装置30具有通过冷却剂管路按串联流动关系连接的两个压缩机(一个是第一压缩级30a且另一个是第二压缩级30b)的实施方案中，蒸气注射管路64与将第一压缩级30a的出口与第二压缩级30b的入口互连的制冷剂管路连通。在压缩装置30包括具有对第二压缩级30b馈料的第一压缩级30a的单个压缩机的实施方案中，制冷剂蒸气注射管路64可以经由通向压缩腔室的专用口而直接通到压缩过程的中间级中。
制冷剂蒸气压缩系统20还包括与如先前所描述插入于各种制冷剂管路中的多个流量控制装置45、55、65和75操作性地相关联以便选择性地控制打开、闭合和(适当时)开口度的控制器100。控制器100还监测环境空气温度TAMAIR、供应空气温度TSBAIR和返回空气温度TRBAIR。在图2中描绘的制冷剂蒸气压缩系统20的实施方案中，可以设有温度传感器102，用于感测环境空气温度以及将指示环境空气温度的信号传输给控制器100。在一实施方案中，环境空气温度空气传感器102可以被安置成感测递送给热交换器盘管42上游的制冷剂排热热交换器40的环境空气的温度。温度传感器104与蒸发器50相关联地安置以便感测已穿越蒸发器热交换器盘管52且传递回温度受控空间12的供应空气的温度以及将指示供应空气温度TSBAIR的信号传输给控制器100。温度传感器106与蒸发器50相关联地安置以便感测从温度受控空间12抽出以通过蒸发器热交换器盘管52的返回空气的温度以及将指示返回空气温度TRBAIR的信号传输给控制器100。温度传感器102、104和106可以是常规温度传感器，例如温度计、热电偶或热敏电阻。控制器100还可以通过与控制器100操作性地相关联且安置于制冷剂蒸气压缩系统20中的所选位置处的各种传感器来监测各种压力和温度以及操作参数。
如本文中使用，术语“控制器”指代用于控制的任何方法或系统且应被理解为包括微处理器、微控制器、经编程数字信号处理器、集成电路、计算机硬件、计算机软件、电路、专用集成电路、可编程逻辑装置、可编程门阵列、可编程阵列逻辑、个人计算机、芯片以及离散模拟、数字或可编程部件的任何其它组合或能够提供处理功能的其它装置。
控制器100被配置成控制制冷剂蒸气压缩系统按各种操作模式(包括若干容量模式和卸载模式)的操作。容量模式是将制冷负载施加于系统上从而需要压缩机在负载条件下运行以满足冷却需求的系统操作模式。在卸载模式中，施加于系统上的制冷负载很低以致可产生充足的制冷量以通过压缩机在卸载模式下运行来满足冷却需求。控制器100还被配置成控制变速驱动器34以改变递送给压缩机驱动电动机的电流的频率以便响应于冷却需求而改变压缩机装置30的速度以改变压缩装置的容量输出。
如先前指出，在运输制冷应用中，制冷剂蒸气压缩系统20必须能够以高容量操作以在装载之后将货箱内的温度迅速拉低且必须能够在运输期间在将货箱温度维持在极窄带(例如小至+/-0.25℃(+/-0.45℉))内期间以极低容量操作。取决于所运送的特定货物，所需的货箱空气温度可以从低至-34.4℃ (-30℉)直至30℃ (86℉)。因此，控制器100将响应于高冷却需求选择性地使制冷剂蒸气压缩系统按负载模式(高制冷容量模式)操作，例如在初始拉低和恢复拉低期间按标准节约模式或标准非节约模式。
在已将货箱空气温度拉低(即，降低)到设定点货箱温度周围的窄带内的温度后，控制器100还将在将货箱温度维持在设定点货箱温度周围的窄带中时选择性地使制冷剂蒸气压缩系统20按卸载模式(低制冷容量模式)操作。窄温度带具有等于控制温度设定点TSETPT加上上限温度差△TUPPER和下限温度差△TLOWER的上限温度。通常，通过对供应箱空气(即，从蒸发器50离开的空气)的温度TSBAIR和返回箱空气(即，进入蒸发器50的箱空气)的温度TRBAIR中的任一者进行监测和设定点控制来间接地控制货箱温度。
响应于施加于制冷剂蒸气压缩系统20上的冷却负载，控制器100被配置成选择性地使制冷剂蒸气压缩按以下操作模式中的一者操作：至少一个高容量节约模式、中等容量非节约标准模式和低/最小容量卸载模式。在所描绘的制冷剂蒸气压缩系统20中，其中气体冷却器扇44通过多速或变速电动机46驱动，节约容量模式包括最大容量节约模式以及高容量节约模式。在最大容量节约模式(本文中也被称作级0)中，节约器电磁阀65打开，卸载电磁阀75闭合且气体冷却器扇44以高速操作。在高容量节约模式(本文中也被称作级1)中，节约器电磁阀65打开，卸载电磁阀75闭合且气体冷却器扇44以低速操作。在中等容量非节约标准模式(本文中也被称作级2)中，节约器电磁阀65闭合，卸载电磁阀75闭合且气体冷却器扇44以低速操作。在低/最小容量卸载模式(本文中也被称作级3)中，节约器电磁阀65闭合，卸载电磁阀75打开且气体冷却器扇44按某一工作循环操作(如稍后在本文中更详细地阐释)。
控制器100还在对制冷剂蒸气压缩系统降级或升级时选择性地使制冷剂蒸气压缩系统20按各种转变模式操作。例如，在从级1中的节约操作降级时，控制器100使制冷剂蒸气压缩系统在有限的时间段内按被称作级12的第一向下转变模式操作。在从非节约级2降级到级3中的卸载操作时，控制器100还可以使制冷剂蒸气压缩系统20在有限时间段内按被称作级23的第二向下转变模式操作。类似地，在从卸载模式(级3)升级到级2的非节约模式时，控制器100可以使制冷剂蒸气压缩系统20在有限时间段内按被称作级32的第一向上转变模式操作。在从按非节约模式(级2)操作升级到按节约模式(级1)操作时，控制器100可以使制冷剂蒸气压缩系统20在有限时间段内按被称作级21的第二向上转变模式操作。
从变速驱动器34输出到压缩机电动机32的电流的频率在级0、1、2和3中变化以改变压缩装置30的速度，并且维持于相应预定频率，所述预定频率可以根据相应转变级12、23、32和21 (图3)中的每一者的频率分布图来确定。所述频率分布图包括用于按照感测到的环境空气温度、感测到的返回空气温度和感测到的供应空气温度的函数实时地确定最佳VFD输出频率的算法。
控制器100以使得减少(如果没有消除)对划定货箱控制温度设定点的范围的窄温度带的超过和未及的方式来控制制冷剂蒸气压缩系统20在转变期间的操作。现在参看图3，描绘了示出本文中公开的用于对制冷剂蒸气压缩系统20进行降级和升级的方法的示例性实施方案的框图过程流程图。在降级过程中，控制器100选择性地减少系统容量，从框200处的最大容量节约模式(级0)移动到框220处的高容量节约模式(级1)。当压缩装置30的制冷量在不使用节约器回路的情况下都足以满足冷却需求且已使控制温度下降到划定控制温度设定点的范围的窄温度中时，控制器100将使制冷剂蒸气压缩系统20从节约模式向下转变到卸载模式。在这样做时，控制器100实施框212处的第一向下转变级12，其中容量从所述第一向下转变级直接减少到框230处的卸载模式(级3)或者首先减少到框220处的非节约模式(级2)且之后经框223处的第二向下转变级23至框230处的卸载模式(级3)。在升级过程中，控制器100选择性地增加系统容量，从框230处的卸载模式(级3)经框232处的第一向上转变级32移动到框220处的非节约模式(级2)，之后经框221处的第二向上转变级21至框210处的高容量节约模式(级1)且至框200处的最大容量节约模式(级0)。
在第一向下转变级12中的操作期间，节约器电磁阀65打开，卸载电磁阀75闭合，气体冷却器扇44以低速操作，且变速驱动器34输出处于第一预定频率的电流以驱动压缩装置30。在第二向下转变级23中的操作期间，节约器电磁阀65闭合，卸载电磁阀75打开，气体冷却器扇44以低速操作，且变速驱动器34输出处于第二预定频率的电流以驱动压缩装置30。在第一向上转变级32中的操作期间，节约器电磁阀65闭合，卸载电磁阀75闭合，气体冷却器扇44以低速操作，且变速驱动器34输出处于第三预定频率的电流以驱动压缩装置30。在第二向上转变级21中的操作期间，节约器电磁阀65打开，卸载电磁阀75闭合，气体冷却器扇44以低速操作，且变速驱动器34输出处于第四预定频率的电流以驱动压缩装置30。可以通过使用如先前提到的频率分布图来确定第一、第二、第三和第四预定频率。
在转变级中，控制器100可以被配置成监测第一参数和第二参数且响应于已经建立或在特定时间段内已经建立与第一参数有关的第一条件和与第二参数有关的第二条件中的一者或两者的确定来退出转变模式。将理解，控制器100可以被配置成在制冷剂蒸气压缩系统20在任何向下转变或向上转变级中操作时使用类似逻辑过程。
例如，在第一向下转变级12中，控制器100可以经由两个路线中的任一者选择性地从框210处的节约模式(级1)向下转变到框230处的卸载模式，所述两个路线是直接转变到框230处的卸载模式(级3)或首先转变到框220处的非节约模式(级2)且之后经框232处的第二向下转变模式(级23)转变到框230处的卸载模式(级3)。现在参看图4中所示的逻辑过程图，在进入第一向下转变级12之后，控制器100将定时器设定为零且监测第一条件和第二条件。如果已经在大于预设时间段tc1的时间段内建立了第一条件，即，t(第一条件) > tc1，那么控制器100使制冷剂蒸气压缩系统20向下直接转变到框230处的卸载级3。然而，在大于预设时间段tc1的时间段内还未建立第一条件，即，t(第一条件) 不> tc1，控制器100检查目前是否满足第二条件。如果满足，那么控制器100使制冷剂蒸气压缩系统20向下转变到框220处的非节约负载级2而非直接转变到卸载级3。
为清楚起见，将在进一步论述本文中公开的方法之前阐释本文中使用的术语。表达“t(条件)”被理解为：圆括号内的条件存续的时间。例如，“t(TEMP1 >TEMP2)”将被解读为温度1大于温度2的时间。“TCTRL”是控制温度。“TSETPT”是控制温度设定点温度。“TEMP_TREND”是在指定时间段(为了进行说明而非限制，例如十秒)内温度差“TSETPT-TCTRL”的平均导数，即，变化率。
在本文中公开的方法的实施方案中，当按第一向下转变模式12操作时，控制器100监测作为第一条件的变化率TEMP_TREND和作为第二条件的温度差TSETPT-TCTRL，且重复地执行图4中所示的控制循环300以确定何时从第一转变级12降级到框220处的非节约模式(级2)或框230处的卸载模式(级3)中的一者以及确定将转变到这两种模式中的哪一者。在一实施方案中，控制器100以一赫兹的循环速率连续地执行控制循环300。
在框310处，控制器100对TEMP_TREND大于零的流逝时间与预设时间段tc1进行比较。如果TEMP_TREND在大于预设时间段t1的流逝时间内大于0，即，为正的，那么控制器100使制冷剂蒸气压缩系统20降级以按框230处的卸载模式(级3)操作。然而，如果TEMP_TREND在大于预设时间段tc1的流逝时间内未大于0，即，不是正的，那么控制器100前进到框320。
在框320处，控制器100确定温度差TSETPT-TCTRL是否小于零，小于零表示感测到的控制温度(通常是目前感测到的TRBAIR或TSBAIR)大于控制温度设定点。如果温度差TSETPT-TCTRL小于零，那么控制器100使制冷剂蒸气压缩系统20降级以按框220处的非节约模式(级2)操作。然而，如果温度差TSETPT-TCTRL不小于零，那么控制器100继续执行控制逻辑300，直到第一和第二条件中的一者满足控制逻辑或已经达到预设超时极限为止。在已经达到超时极限的情况中，控制器100将使制冷剂蒸气压缩系统向下转变以按卸载模式(级3)操作。
在一实施方案中，当在第二向下转变级23中操作期间同时满足以下两个条件时，控制器100可以被配置成从在非节约级2中操作降级到在卸载级3中操作：对压缩装置30供电的变速驱动器34的输出频率在大于预设时间段t5的流逝时间内低于或等于较低频率级，所述较低频率级是变速驱动器的最小输出频率以上的预设频率容限；以及TEMP_TREND在大于预设时间段t6的流逝时间内为正的。在此实施方案中，如果没有同时满足这两个条件，那么继续在第二向下转变级23中操作，直到同时满足这些条件为止。
在一实施方案中，当在第二向下转变级23中操作期间温度差TSETPT-TCTRL在大于预设时间段t7的流逝时间内为负的且具有大于预设温度差的绝对值时，控制器100可以被配置成从非节约级2降级到卸载级3。在此实施方案中，继续在卸载低容量级2中操作，直到满足此条件为止。然而，将理解，不管使用何种特定标准来确定何时从级2降级到级3，本文中论述以及图3中所示的转变方法都可以与从框220处的非节约模式(级2)转变到框230处的卸载模式(级3)结合使用。
当制冷剂蒸气压缩系统20按卸载模式(级3)操作时，控制器100可以被配置成以使得保持驱动变速压缩机电动机32的变速驱动器34的温度控制灵敏度的方式来控制气体冷却器扇44的操作。例如，控制器100可以被配置成通过运转/停止运转来对气体冷却器扇44施加脉冲。最初，在级3中，气体冷却器扇44将开启且以低速操作。然而，在变速驱动器34减缓运转以控制温度时，控制器100被配置成通过选择性地在第一时间段内对气体冷却器扇上电且接着在第二时间段内对气体冷却器扇断电并且接着重复所述循环来进一步减少气体冷却器扇44的有效速度。第一和第二时间段构成工作循环。控制器100可以被配置成相对于彼此来调整第一和第二时间段以改变工作循环内气体冷却器扇44开启和所述扇关闭的时间。在一实施方案中，控制器100可以被配置成选择性地操作气体冷却器扇44以渐进地进一步减少气体冷却器扇44的有效速度。例如，在一实施方案中，控制器100可以被配置成使气体冷却器扇44在一连串工作循环中操作，其中工作循环的扇开启部分渐进地减小。例如，在一实施方案中，工作循环的扇开启部分按20%的增量来减小：100%开启/0%关闭；80%开启/20%关闭；60%开启/40%关闭；40%开启/60% 关闭；20%开启/80%关闭；0%开启/100%关闭。将理解，在其它实施方案中，工作循环的扇开启部分可以按其它增量来减小，例如但不限于10%的增量。每一工作循环可以横跨预选时间段，例如40秒。在所述一连串工作循环完成之后，气体冷却器扇44将保持断电。
当制冷剂蒸气压缩系统20按卸载模式(级3)操作时，控制器100还可以被配置成以使得保持驱动变速压缩机电动机32的变速驱动器34的温度控制灵敏度的方式来选择性地操作与蒸发器盘管52相关联的电热器56 (图2)。在卸载模式(级3)中，电热器最初是关闭的且将保持关闭，除非通过控制器100选择性地上电。例如，在一实施方案中，在变频驱动器34减缓运转以控制温度时，控制器100可以被配置成使电热器在一连串工作循环中操作，其中在每一工作循环中，电热器在所述工作循环的第一部分内上电且在所述工作循环的第二部分(即，所述工作循环的其余部分)内断电，其中上电部分从一个工作循环到下一个工作循环以5%递增，直到达到预定的最大上电极限为止。每一工作循环可以横跨预选时间段，例如60秒。然而，如果在按卸载模式(级3)操作期间的任一时间时，控制温度TCTRL掉落到设定点温度TSETPT以下达大于△TLOWER的量，即，掉出温度控制带以外，那么控制器100还可以被配置成使与蒸发器盘管52相关联的电热器100%开启来操作。在控制温度TCTRL返回控制温度带中之后，控制器100可以返回到对电热器施加脉冲。控制器100可以被配置成以使得防止气体冷却器扇运转和电热器运转重叠的方式来实施对气体冷却器扇44的施加脉冲和对与蒸发器盘管52相关联的电热器的施加脉冲。
现在参看图3中所示的升级过程，当对制冷剂蒸气压缩系统20的冷却需求超过制冷剂蒸气压缩系统20在按卸载模式(级3)操作时的制冷容量时，控制器100被配置成使制冷剂蒸气压缩系统20的操作经由第一向上转变级32从框230处的卸载模式(级3)升级到非节约模式(级2)。当在框232处的第一向上转变级32中操作时，控制器100监测两个条件，并且当已经在相应预定时间段内建立了每一条件时，控制器100将制冷剂蒸气压系统20的操作转移到框220处的非节约模式(级2)。在一实施方案中，控制器100监测变频驱动器34的操作频率FreqVFD和温度差的变化率TEMP_ TREND。当对压缩装置30供电的变速驱动器34的输出频率在大于预设时间段t13的流逝时间内大于或等于根据频率分布图确定的极限频率(t(FreqVFD > Freq3) > t13)；且TEMP_TREND在大于预设时间段t6的流逝时间内为负的(t(TEMP_TREND) < 0) > t14)时，控制器100将制冷剂蒸气压缩系统20的操作转移到非节约模式(级2)中。在此实施方案中，如果没有同时满足这两个条件，那么继续在第一向上转变级32中操作，重复地执行控制循环(例如，以1赫兹的循环速率)，直到同时满足这些条件为止。
当需要额外制冷容量以满足冷却需求时，控制器100被配置成将制冷剂蒸气压缩系统20的操作从非节约模式(级2)经第二向上转变级21转移到按节约模式(级1和级0)中的一者操作。当在第二向上转变级21中操作时，控制器100再次监测两个条件。在级21中，所监测的条件是温度差的变化率TEMP_TREND和温度差TSETPT-TCTRL。如果温度差的变化率在大于预设时间段t10的时间段内为负的(t(TEMP_TREND) < 0) > t10)，那么在框221处控制器被配置成将制冷剂蒸气压缩系统20的操作转移到框200的最大容量节约模式(级0)中。然而，如果温度差的变化率在大于预设时间段t10的时间段内不是负的(t(TEMP_TREND) < 0) > t10)，且温度差TSETPT- TCTRL是正的((TSETPT-TCTRL) > 0)，那么在框221处控制器100被配置成将制冷剂蒸气压缩系统20的操作转移到框210处的高容量节约模式(级1)中而不是转移到最大容量节约模式(级0)中。
在一实施方案中，当在级1中操作期间同时满足以下两个条件时，控制器100可以被配置成在节约模式内从高容量节约模式(级1)升级到最大容量节约模式(级0)：对压缩装置30供电的变速驱动器34的输出频率在大于预设时间段t8的流逝时间内大于频率级FREQ2 ((t(TEMP_TREND) < 0) > t10))；以及TEMP_TREND在大于预设时间段t9的流逝时间内为负(t(TEMP_TREND) < 0) > t9))。如果同时满足这两个条件，那么控制器被配置成将制冷剂蒸气压缩系统20的操作转移到最大容量节约模式(级0)中。在此实施方案中，如果没有同时满足这两个条件，那么继续在高容量节约模式(级1)中操作，直到同时满足这些条件为止。
在一实施方案中，控制器100可以从预定义的频率分布图中选择各种级转变频率FREQ1、FREQ2和FREQ3，其中所述级转变频率被定义为指示冷却需求的所选操作参数的函数。例如，可以按照环境空气温度TAMBAIR、供应空气温度TSBAIR和返回空气温度TRBAIR的函数来计算级转变频率。
本文中使用的术语是为了进行描述而非限制。本文中公开的特定结构和功能细节不被解释为限制性的，而是仅作为依据来教导本领域的技术人员使用本发明。本领域的技术人员还将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下可以用等效物来替代参考本文中公开的示例性实施方案描述的元件。
虽然已参考如图中所示的示例性实施方案来明确地展示且描述本发明，但是本领域的技术人员将认识到在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。例如，制冷剂蒸气压缩系统20还可以包括安置于初级制冷剂回路中在第一压缩级30a的排放口与第二压缩级30b的入口之间的中间冷却器热交换器(未图示)，借此从第一压缩级的排放口传递到第二压缩级的入口的部分压缩(中间压力)制冷剂蒸气(气体)与冷却介质的流(例如但不限于通过气体冷却器扇产生的冷却空气流)成热交换关系来传递。
因此，本公开不意欲限于所公开的特定实施方案，而是本公开将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (31)

1.一种用于避免不期望地超过和未达到温度带的方法，所述温度带划定了温度受控空间内的温度的控制温度设定点的范围，所述方法包括以下步骤：
使跨临界制冷剂蒸气压缩系统按至少一个较高容量模式或者按至少一个较低容量模式进行选择性地操作，所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统用于向所述温度受控空间供应经调节的空气；以及
当在所述较高容量模式与所述较低容量模式之间升级或降级时，使所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统按至少一个转变模式操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中按所述转变模式操作包括：
监测第一参数和第二参数；以及
响应于已经建立或在特定时间段内已经建立与所述第一参数有关的第一条件和与所述第二参数有关的第二条件中的至少一者的确定来退出所述转变模式。
3.如权利要求1所述的方法，其中按所述转变模式操作包括：
监测控制温度设定点TSETPT与感测到的控制温度TCRTL之间的温度控制差TSETPT – TCRTL；以及
建立所述温度控制差在流逝时间内的变化趋势。
4.如权利要求3所述的方法，其中建立所述温度控制差在流逝时间内的变化趋势包括计算所述温度控制差在所述流逝时间内的平均导数。
5.如权利要求4所述的方法，其还包括：
进入用于从按高容量模式操作降级到按第一低容量模式和第二较低容量模式中的一者操作的降级转变模式；
确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第一时间段的流逝时间内是否为正的；以及
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内为正的，那么降级到所述第二较低容量模式且绕过所述第一低容量模式。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括：
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内不是正的，那么确定所述温度控制差目前是否小于零；以及
如果所述温度控制差目前小于零，那么降级到所述第一低容量模式。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括：
如果所述温度控制差目前不小于零，那么确定所述温度控制差在预设的第二时间段内是否大于零；以及
如果所述温度控制差在所述第二预设时间段内大于零，那么降级到所述第二较低容量模式且绕过所述第一低容量模式。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括：
如果所述温度控制差在所述第二预设时间段内不大于零，那么继续按所述高容量模式操作。
9.如权利要求4所述的方法，其还包括：
进入用于从按低容量模式操作升级到按第一高容量模式和第二较高容量模式中的一者操作的升级转变模式；
确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第三时间段的流逝时间内是否为负的；以及
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内为负的，那么升级到所述第二较高容量模式且绕过所述第一高容量模式。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内不是负的，那么确定所述温度控制差目前是否大于零；以及
如果所述温度控制差目前大于零，那么升级到所述第一高容量模式。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括：
如果所述温度控制差目前不大于零，那么确定所述温度控制差在预设的第四时间段内是否小于零；以及
如果所述温度控制差在所述第四预设时间段内小于零，那么升级到所述第二较高容量模式且绕过所述第一高容量模式。
12.如权利要求11所述的方法，其还包括：
如果所述温度控制差在所述第四预设时间段内不小于零，那么继续按所述低容量模式操作。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统具有：初级制冷剂流动回路，所述初级制冷剂流动回路包括按串联制冷剂流动布置安置于所述初级制冷剂流动回路中的通过由变速驱动器驱动的变速电动机驱动的压缩装置、制冷剂气体冷却器、高压膨胀装置、闪蒸槽、蒸发器膨胀装置和蒸发器；以及压缩机卸载回路，所述压缩机卸载回路包括选择性地定位以打开或闭合所述压缩机卸载回路的卸载阀，并且所述方法包括：
打开所述卸载阀以允许制冷剂从所述压缩机经所述压缩机卸载回路传递到所述初级制冷剂流动回路的吸入压力部分；
将所述高压膨胀阀打开到全开位置；
使所述压缩机驱动电动机按某频率操作来以低/最小速度驱动所述压缩机；以及
控制与所述气体冷却器相关联的空气移动装置或与所述蒸发器相关联的用于对从所述温度受控空间抽出的空气流加热的加热装置中的至少一者的操作。
14.如权利要求13所述的方法，其中以使得保持驱动对所述压缩装置进行驱动的所述变速电动机的所述变速驱动机的温度控制灵敏度的方式来控制与所述气体冷却器相关联的空气移动装置或与所述蒸发器相关联的用于对从所述温度受控空间抽出的空气流加热的加热装置中的至少一者的操作。
15.如权利要求13所述的方法，其中控制与所述气体冷却器相关联的所述空气移动装置的操作包括使所述气体冷却器空气移动装置在多个开启/关闭工作循环中循环，其中在每一工作循环中所述气体冷却器空气移动装置在第一时间段内开启且在第二时间段内关闭。
16.如权利要求15所述的方法，其中在使所述空气移动装置在多个开启/关闭工作循环中循环时在从一工作循环前进到下一个工作循环时所述第一时间段增加且所述第二时间段增加。
17.如权利要求13所述的方法，其中控制与所述气体冷却器相关联的所述空气移动装置的操作包括选择性地改变所述空气移动装置的速度。
18.如权利要求13所述的方法，其中控制与所述蒸发器相关联的加热装置的操作包括选择性地使与所述蒸发器相关联的所述加热装置在多个开启/关闭工作循环中循环以便重复地在第一时间段内加热所述空气流以及在第二时间段内不加热所述空气流。
19.如权利要求13所述的方法，其中控制与所述蒸发器相关联的加热装置的操作包括选择性地改变供应给与所述蒸发器相关联的电热器的电流的量。
20.一种制冷剂蒸气压缩系统，其被配置成用于向温度受控空间供应经调节的空气并且包括：
用于将制冷剂蒸气从吸入压力压缩到排放压力的压缩装置、制冷剂排热热交换器和制冷剂吸热热交换器，所述压缩装置、所述制冷剂排热热交换器和所述制冷剂吸热热交换器按串联制冷剂流动关系安排在跨临界循环闭环初级制冷剂回路中，所述制冷剂排热热交换器充当制冷剂气体冷却器且所述制冷剂吸热热交换器充当制冷剂蒸发器；以及
控制器，所述控制器与所述制冷剂蒸气压缩系统操作性地相关联，所述控制器被配置成通过以下方式来避免不期望地超过和未达到温度带，所述温度带划定了温度受控空间内的温度的控制温度设定点的范围：
对所述制冷剂蒸气压缩系统进行控制，以便按至少一个较高容量模式或者按至少一个较低容量模式来进行选择性地操作；或者，当在所述较高容量模式与所述较低容量模式之间升级或降级时控制所述制冷剂蒸气压缩系统按转变模式的操作，所述控制器还被配置成监测在按所述转变模式操作期间控制温度设定点TSETPT与感测到的控制温度TCRTL之间的温度控制差TSETPT – TCRTL；以及计算在按所述转变模式操作期间所述温度控制差在流逝时间内的平均导数。
21.如权利要求20所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器还被配置成：
在从按高容量模式操作降级到按第一低容量模式和第二较低容量模式中的一者操作时进入降级转变模式；
确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第一时间段的流逝时间内是否为正的；以及
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内为正的，那么绕过所述第一低容量模式降级到所述第二较低容量模式。
22.如权利要求21所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器还被配置成：
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第一时间段的流逝时间内不是正的，那么确定所述温度控制差目前是否小于零；以及
如果所述温度控制差目前小于零，那么降级到所述第一低容量模式。
23.如权利要求22所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器还被配置成：
如果所述温度控制差目前不小于零，那么确定所述温度控制差在预设的第二时间段内是否大于零；以及
如果所述温度控制差在所述第二预设时间段内大于零，那么绕过所述第一低容量模式降级到所述第二较低容量模式。
24.如权利要求20所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器还被配置成：
进入用于从按低容量模式操作升级到按第一高容量模式和第二较高容量模式中的一者操作的升级转变模式；
确定所述温度控制差的所述平均导数在大于预设的第三时间段的流逝时间内是否为负的；以及
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内为负的，那么绕过所述第一高容量模式升级到所述第二较高容量模式。
25.如权利要求24所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器还被配置成：
如果所述温度控制差的所述平均导数在大于所述预设的第三时间段的流逝时间内不是负的，那么确定所述温度控制差目前是否大于零；以及
如果所述温度控制差目前大于零，那么升级到所述第一高容量模式。
26.如权利要求25所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器还被配置成：
如果所述温度控制差目前不大于零，那么确定所述温度控制差在预设的第四时间段内是否小于零；以及
如果所述温度控制差在所述第四预设时间段内小于零，那么绕过所述第一高容量模式升级到所述第二较高容量模式。
27.一种用于避免不期望地超过和未达到温度带的方法，所述温度带划定了温度受控空间内的温度的控制温度设定点的范围，所述方法包括以下步骤：
使跨临界制冷剂蒸气压缩系统按至少一个较高容量模式或者按至少一个较低容量模式进行选择性地操作，所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统用于向温度受控空间供应经调节的空气；以及使所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统按节约模式、非节约模式和卸载模式中的一者操作；以及
当在所述节约模式、所述非节约模式和所述卸载模式中的任两个操作模式之间降级或升级时，使所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统在转变级中操作。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述转变级包括用于从所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统按所述节约模式操作降级到按所述非节约模式或所述卸载模式中的一者操作的第一向下转变级。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述转变级包括用于从所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统按所述非节约模式操作降级到按所述卸载模式操作的第二向下转变级。
30.如权利要求27所述的方法，其中所述转变级包括用于从所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统按所述卸载模式操作升级到按所述非节约模式操作的第一向上转变级。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述转变级包括用于将所述跨临界制冷剂蒸气压缩系统按所述非节约模式操作升级到按所述节约模式操作的第二向上转变级。
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