CN104797897A - 跨临界制冷剂蒸气压缩系统高侧压力控制 - Google Patents

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Abstract

当按高容量模式操作时，通过控制本文中也被称作高侧压力的制冷剂排热热交换器(40)中的制冷剂压力或压缩机(30)排放压力来控制跨临界制冷剂蒸气压缩系统的操作，以便优化能量效率。当按卸载低容量模式操作时，例如为了在温度维持操作期间冷冻易腐产品，控制所述高侧压力，使得所述系统可以按连续运行模式来操作。

Description

跨临界制冷剂蒸气压缩系统高侧压力控制
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
制冷剂蒸气压缩系统是本领域中众所周知的且通常用于调节将供应给住宅、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还通常用于对供应给陈列柜、柜台、冷冻柜、冷库或商业机构中的其它易腐/冷冻产品储藏区域的空气制冷。制冷剂蒸气压缩系统还通常在用于对供应给用于由卡车、铁路、船或通过联合运输来运输易腐/冷冻物品的卡车、拖车、集装箱或类似者的温度受控载货空间的空气制冷的运输制冷系统中使用。
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。
典型制冷剂蒸气压缩系统包括压缩装置、制冷剂排热热交换器、制冷剂吸热热交换器以及相对于制冷剂流安置于制冷剂吸热热交换器上游以及制冷剂排热热交换器下游的膨胀装置。这些基本的制冷剂系统部件通过制冷剂管路互连成根据已知制冷剂蒸气压缩循环安排的闭合制冷剂回路。还已知可以将节热器结合到制冷剂回路中，用于提高制冷剂蒸气压缩系统的容量和能量效率。例如，可以将制冷剂对制冷剂热交换器或闪蒸槽结合到制冷剂回路中作为节热器。节热器回路包括用于将制冷剂蒸气从节热器输送到压缩过程的中间压力级中的蒸气注射管路。
在传统上，这些制冷剂蒸气压缩系统中的大多数是在亚临界制冷剂压力下操作。在亚临界范围中操作的制冷剂蒸气压缩系统通常充填有碳氟化合物制冷剂，例如但不限于氢氯氟烃(HCFC)如R22，且更通常为氢氟烃(HFC)如R134a、R410A、R404A和R407C。然而，人们对在制冷系统中用来替代HFC制冷剂的“天然”制冷剂(例如二氧化碳)展现出更大的兴趣。因为二氧化碳具有低临界温度，所以充填有二氧化碳作为制冷剂的大多数制冷剂蒸气压缩系统被设计成按跨临界压力模式来操作。
在按亚临界循环操作的制冷剂蒸气压缩系统中，制冷剂排热热交换器(它在亚临界循环中充当冷凝器)与制冷剂吸热热交换器(它充当蒸发器)在低于制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力下操作。然而，在按跨临界循环操作的制冷剂蒸气压缩系统中，制冷剂排热热交换器在超过制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力下(即，在超临界范围中)操作，而制冷剂吸热热交换器(即，蒸发器)在低于制冷剂的临界点的制冷剂温度和压力下(即，在亚临界范围中)操作。
在超过制冷剂的临界点的制冷剂压力和制冷剂温度下操作，制冷剂排热热交换器充当气体冷却器而非冷凝器。因此，从制冷剂排热热交换器离开的制冷剂仍处于蒸气(气体)状态且处于超临界压力。与按跨临界制冷循环的操作相关联的较高制冷剂压力(例如在使用二氧化碳作为制冷剂的制冷剂蒸气压缩系统中)使制冷剂蒸气压缩系统的操作变复杂。控制高侧压力(即，压缩机排放压力)不仅更难而且还更重要。例如，压缩机排放压力偏离能量效率的最佳设定点排放压力100帕将导致能量效率的明显降低。美国专利申请第13/121.824号公开了用于跨临界制冷系统的高侧压力控制，所述申请的全部公开内容以引用方式并入本文中，其中所述美国专利申请在本申请进行转让时被转让给共同的受让人且作为2009年9月28日提交的国际专利申请No.PCT/2009/058543的国家阶段申请来提交且在2010年4月8日作为国际公布No.WO 2010/039630来公布。
发明概要
在按负载模式操作时，通过控制本文中也被称作高侧压力的制冷剂排热热交换器中的制冷剂压力来控制跨临界制冷剂蒸气压缩系统的操作，以便优化能量效率。在按卸载模式操作时，例如在温度维持操作期间用于冷冻易腐产品，控制高侧压力，使得所述系统可以按连续运行模式操作以便将温度受控空间内的温度维持在相对于设定点温度偏离所要求容差内。
公开一种制冷剂蒸气压缩系统，所述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成跨临界循环闭环初级制冷剂回路，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；以及与所述制冷剂蒸气压缩系统操作性地相关联的控制器。在一方面中，所述控制器被配置成将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率，其中所述控制器使用可执行程序指令来确定所述设定点排放压力，所述可执行程序指令在所述控制器中执行以按照感测到的制冷剂气体冷却器出口条件、感测到的蒸发器出口制冷剂条件和所述压缩装置的感测到的操作速度的函数来计算所述设定点排放压力。在一实施方案中，所述感测到的蒸发器出口制冷剂条件可以是感测到的吸入压力。
所述制冷剂蒸气压缩系统还可以包括：闪蒸槽，所述闪蒸槽按串联制冷剂流动关系安置于所述初级制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器与所述制冷剂吸热热交换器之间；节热器蒸气管路，所述节热器蒸气管路将所述闪蒸槽流体互连到所述压缩装置的中间压力级；高压膨胀装置，所述高压膨胀装置安置于所述初级制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器与所述闪蒸槽之间；以及蒸发器膨胀装置，所述蒸发器膨胀装置安置于所述初级制冷剂回路中在所述闪蒸槽与所述制冷剂吸热热交换器之间。所述控制器可以进一步被配置成调整所述高压膨胀装置的开口程度以将所述排放压力控制到设定点排放压力，所述设定点排放压力响应于所选操作参数实时地改变以大幅优化能量效率。
所述制冷剂蒸气压缩系统还可以进一步包括卸载回路，所述卸载回路包括将所述压缩装置的中间压力级流体地连接至所述初级制冷剂回路的低压侧的卸载制冷剂管路以及安置于所述卸载制冷剂管路中的卸载流量控制装置，所述卸载流量控制装置选择性地可定位于其中制冷剂可流经所述卸载制冷剂管路的至少一个打开位置以及其中阻止制冷剂流经所述卸载制冷剂管路的闭合位置。所述控制器可以进一步被配置成在所述卸载流量控制装置处于所述打开位置时通过改变与所述制冷剂排热热交换器操作性地相关联的扇的工作周期或速度来控制排放压力。
在一方面中，提供一种优化用于将经制冷空气供应给用于储藏产品的货物储藏箱以便在易腐或冷冻条件下进行运输的运输制冷单元的制冷系统的能量效率的方法。所述方法包括：将压缩装置中的制冷剂压缩到超过所述制冷剂的临界点的排放压力；使基本上处于所述排放压力的所述经压缩制冷剂通过制冷剂气体冷却器；使从所述制冷剂蒸气冷却器排放的所述制冷剂膨胀到低于所述制冷剂的所述临界点的中间压力；使所述经膨胀的制冷剂传递到闪蒸槽中以分离成制冷剂蒸气和制冷剂液体；使所述制冷剂液体的至少一部分进一步膨胀；使所述经进一步膨胀的制冷剂与将供应给所述货物储藏箱的空气成热交换关系地通过蒸发器热交换器；使所述制冷剂蒸气压缩系统按容量模式和卸载模式中的一者来操作；以及当按容量模式操作时，将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率，其中在所述控制器中执行的可执行程序指令按照感测到的制冷剂气体冷却器出口条件、感测到的蒸发器出口制冷剂条件和所述压缩装置的感测到的操作速度的函数来确定所述设定点排放压力。在一实施方案中，所述感测到的蒸发器出口制冷剂条件可以是感测到的吸入压力。
在所述系统和所述方法的实施方案中，在所述控制器中执行的可执行程序指令根据以下函数来计算所述设定点排放压力：
PDISopt＝f(RGCOUT，REVAP)×(压缩机速度因数)，其中：
PDISopt是最佳设定点排放压力，
RGCout是气体冷却器出口制冷剂条件，
REVAPout是蒸发器出口制冷剂条件。
所述压缩机速度校正因数可以是按每分钟转数来计的压缩机速度的函数f(rpm)。在一实施方案中，所述压缩机速度校正因数可以是按每分钟转数来计的压缩机速度的非线性函数。在一实施方案中，所述压缩机速度校正因数是所述压缩装置的按每分钟转数来计的操作速度的二次函数。
所述方法可以进一步包括：使从所述制冷剂气体冷却器排放的所述制冷剂膨胀到低于所述制冷剂的所述临界点的中间压力包括使从所述制冷剂气体冷却器排放的所述制冷剂通过高压膨胀装置；以及将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率进一步包括响应于感测到的排放压力与所述设定点排放压力之间的差来调整所述高压膨胀装置的开口程度。当所述系统按卸载模式操作时，所述方法可以包括通过改变与所述制冷剂气体冷却器操作性地相关联的扇的工作周期或速度来控制所述排放压力以使所述制冷蒸气压缩系统维持以最小制冷量按连续运行模式操作。
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是可以根据本文中公开的方法操作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；以及
图3是可以根据本文中公开的方法操作的运输制冷单元的制冷剂蒸气压缩系统的另一实施方案的示意图。
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用以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进一步压缩。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通过变速电动机32驱动，所述变速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48供电的变速电动机46驱动与排热热交换器40相关联的扇44。
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。在液体制冷剂穿越热交换器52时，所述液体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且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充当节热器和容留器，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热器蒸气管路64以便制冷剂蒸气注入压缩过程的中间级中。节热器流量控制装置65(例如具有打开位置和闭合位置的电磁阀(ESV))插入于节热器蒸气管路64中。当制冷剂蒸气压缩系统20按节热模式操作时，节热器流量控制装置65打开，由此允许制冷剂蒸气从闪蒸槽60经节热器蒸气管路64传递到压缩过程的中间级中。当制冷剂蒸气压缩系统20按标准的非节热模式操作时，节热器流量控制装置65闭合，由此防止制冷剂蒸气从闪蒸槽60经节热器蒸气管路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和65操作性地相关联的控制器100。按照常规做法，除了监视环境空气温度TAMAIR、供应箱空气TSBAIR和返回箱空气TRBAIR之外，控制器100还借助与控制器100操作性地相关联且安置于制冷剂蒸气压缩系统20中的选定位置处的各种传感器来监视各种压力和温度以及操作参数。在图2中描绘的制冷剂蒸气压缩系统20的实施方案中，压力传感器102可以与压力装置30相关联地安置PDIS，或可以与气体冷却器40相关联地安置以感测气体冷却器40的热交换器盘管42的出口处的制冷剂的压力，所述压力等于PDIS；温度传感器104可以与气体冷却器40相关联地安置以测量从气体冷却器40的热交换器盘管42离开的制冷剂的温度TGCout；温度传感器106可以与蒸发器50相关联地安置以感测从蒸发器50的热交换器盘管52离开的制冷剂的温度TEVAPout；并且压力传感器108可以与第一压缩级30a的吸入口相关联地安置以感测馈入到第一压缩级30a的制冷剂的压力PSUCT。压力传感器102和108可以是常规压力传感器，例如压力变换器，且温度传感器104和106可以是常规温度传感器，例如热电耦或热敏电阻。
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)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，施加于系统上的冷却需求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容量需求而改变压缩装置30的速度。
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°F))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°F)直至30℃(86°F)。因此，控制器100将响应于制冷量需求来选择性地操作制冷剂蒸气压缩系.，例如在初始拉低和恢复拉低期间，对于非冷冻易腐产品以节热易腐模式或标准非节热易腐模式，且对于冷冻产品以节热冷冻模式或标准非节热冷冻模式。
在将货箱温度维持在设定点货箱温度周围的窄带中时，控制器100还可以选择性地使制冷剂蒸气压缩系统20按卸载模式来操作。通常，通过对供应箱空气(即，从制冷剂排热热交换器(即，蒸发器50)离开的空气)的温度TSBAIR和返回箱空气(即，进入制冷剂排热热交换器50的箱空气)的温度TRBAIR中的一者或两者进行监视和设定点控制来间接地控制货箱温度。
控制器100被配置成将压缩机排放压力控制到所要的设定点排放压力PDISopt，以在制冷剂蒸气压缩系统按任一前述容量模式操作时大幅优化能量效率。在一实施方案中，控制器100使用控制器中的可执行程序指令按照压缩机速度校正因数与至少气体冷却器出口制冷剂条件RGCout和蒸发器制冷剂条件REVAP的函数的乘积来确定设定点排放压力PDISopt，即：
PDISopt＝f(RGCout，REVAP)×(压缩机速度因数)。
在一实施方案中，气体冷却器出口制冷剂条件包括所感测到的制冷剂气体冷却器出口温度。在一实施方案中，蒸发器制冷剂条件包括蒸发器制冷剂饱和温度。
由于将蒸发器盘管50的热交换盘管52的出口与压缩级30a的吸入口连通的制冷剂管路26中没有吸入调制阀或其它制冷剂流量控制装置，因此蒸发器盘管52内的制冷剂压力与压缩装置30的吸入口处的制冷剂压力基本上相同。因为通过蒸发器50的热交换盘管52的制冷剂处于亚临界状态，即，处于低于制冷剂的临界点的温度和压力下，所以制冷剂饱和温度与制冷剂压力相关。因此，蒸发器制冷剂饱和温度可以通过感测蒸发器热交换器盘管52处的制冷剂压力来间接地感测或者可以通过感测压缩机吸入压力来间接地感测，所述压缩机吸入压力与蒸发器制冷剂压力基本上相同。
压缩机速度校正因数可以是按每分钟转数来计的压缩机速度的函数f(rpm)。在一实施方案中，压缩机速度校正因数可以是按每分钟转数来计的压缩机速度的非线性函数，例如但不限于按每分钟转数来计的压缩机速度的二次函数。可以使用用于感测压缩机自身的轴的旋转速度的常规技术来直接感测压缩装置30的rpm速度。还可以通过感测压缩机驱动电动机32的旋转轴的rpm速度或通过测量变速驱动器34的频率来间接地感测压缩装置30的rpm速度。
控制器100被配置成对所感测到的压缩机排放压力PDIS与计算出的最佳设定点排放压力PDISopt进行比较，且采取适当行动以更改操作压缩机排放压力，即，所感测到的排放压力，以在指定设定点容限内匹配最佳设定点排放压力PDISopt。在所描绘的实施方案中，通过位于压缩装置30的排放口附近的压力传感器102来感测压缩排放压力。然而，由于制冷剂排热热交换器40的出口处的制冷剂压力(即，气体冷却器出口压力)基本上等于正常操作条件下的压缩机排放压力，因此还可以使用位于气体冷却器热交换器40的出口处(例如位于感测气体冷却器出口制冷剂温度的温度传感器104近旁)的压力传感器来感测压缩机排放压力。
为了更改操作压缩机排放压力，控制器被配置成调整高压膨胀装置45的开口程度。减小高压膨胀装置45的开口程度将使操作压缩机排放压力增加。相反地，增大高压膨胀装置45的开口程度将使操作压缩机排放压力减小。只要制冷剂蒸气压缩系统20按容量(负载)模式中的一者操作，控制器100便将连续地计算最佳设定点排放压力且调整高压膨胀装置45的开口程度以使所感测到的压缩机排放压力PDIS与计算出的最佳设定点排放压力PDISopt匹配。
控制器100可以进一步被配置成在制冷剂蒸气压缩系统20按低容量模式操作时(例如在将货箱温度维持在设定点货箱温度的窄范围内时)控制排放压力。对于制冷剂蒸气压缩系统按低容量模式的操作，将高压膨胀阀45定位成全开，将节热器流量控制装置65定位成闭合，且打开蒸发器膨胀装置55并对它进行调制。由于高压膨胀阀全开，因此不能通过调制高压膨胀阀来控制压缩机排放压力。而是，当系统按所述低容量模式操作时，控制器100被配置成通过改变与制冷剂排热热交换器40操作性地相关联的扇44的工作周期或速度来控制操作压缩机排放压力。在一实施方案中，扇通过变速扇电动机46驱动，所述变速扇电动机通过经由专用变频驱动器48或经由与压缩机电动机32相关联的变频驱动器34递送的电流供电。在此实施方案中，当制冷剂蒸气压缩系统20按卸载低容量模式操作时，控制器100将改变变频驱动器48(或变频驱动器34)的输出频率以增加或减小扇电动机46和扇44的速度。如果扇44通过固定恒定速度扇电动机驱动，那么控制器100将使扇电动机46运转或停止运转以改变扇44的工作周期以便控制操作压缩机排放压力。
制冷剂蒸气压缩系统20可以进一步包括压缩卸载回路70，所述压缩卸载回路包括制冷剂旁通管路72和插入于制冷剂旁通管路72中的卸载器流量控制阀75，例如图3中所描绘。制冷剂旁通管路72在蒸发器热交换器盘管的制冷剂出口与第一压缩级30a的吸入口之间提供从压缩过程的中间压力级到初级制冷剂回路的低压侧的制冷剂流动路径。在图3中所描绘的实施方案中，制冷剂旁通管路72在节热器流量控制装置65下游的某一位置处分接到蒸气注射管路64中并且在蒸发器热交换器盘管52下游且在第一压缩级30a的吸入口上游分接到制冷剂管路26中。
卸载器流量控制阀75(例如具有打开位置和闭合位置的电磁阀(USV))在制冷剂蒸气压缩系统20按标准与节热容量模式操作期间闭合且在制冷器蒸气压缩系统按卸载模式操作期间打开。当卸载器流量控制阀75定位成打开时，制冷剂蒸气从压缩过程的中间压力级传递到制冷剂旁通管路72且通过制冷剂旁通管路72到制冷剂蒸气压缩系统20的低压侧上的制冷剂管路26。当然，当卸载器流量控制阀75定位成闭合时，例如当制冷器蒸气压缩系统20按前述容量模式中的一者操作时，防止制冷剂流经制冷剂旁通管路72。
如果制冷剂蒸气压缩系统装备有卸载器回路70，那么控制器100被配置成在将货箱温度维持在设定点货箱温度的窄范围内时打开卸载器流量控制阀75。在卸载模式中，如上文相对于图2中所示的未装备有卸载器的系统按低容量模式的操作描述地对控制器100进行配置，以通过改变与制冷剂排热热交换器40操作性地相关联的扇44的工作周期或速度来控制操作压缩机排放压力。
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，在所描述的实施方案中的任一者中，制冷剂蒸气压缩系统20可以进一步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 (20)

1.一种制冷剂蒸气压缩系统，其包括：
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成跨临界循环闭环初级制冷剂回路，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将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率，其中所述控制器按照压缩机速度校正因数与制冷剂气体冷却器出口条件和蒸发器制冷剂条件的函数的乘积来确定所述设定点排放压力。
2.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述感测到的蒸发器出口制冷剂条件包括感测到的蒸发器出口制冷剂压力和感测到的吸入压力中的一者。
3.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器使用可执行程序指令来确定所述设定点排放压力，所述可执行程序指令在所述控制器中执行以根据以下函数来计算所述设定点排放压力：
PDISopt＝(压缩机校正速度因数)×f(RGCout，REVAP)，其中：
PDISopt是最佳设定点排放压力，
RGCout是所述气体冷却器出口制冷剂条件，
REVAP是所述蒸发器制冷剂条件。
4.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述压缩机速度校正因数是所述压缩装置的按每分钟转数来计的所述操作速度的函数。
5.如权利要求4所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述压缩机速度校正因数是所述压缩装置的按每分钟转数来计的所述操作速度的非线性函数。
6.如权利要求4所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述压缩机速度校正因数是所述压缩装置的按每分钟转数来计的所述操作速度的二次函数。
7.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其进一步包括：
闪蒸槽，所述闪蒸槽按串联制冷剂流动关系安置于所述初级制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器与所述制冷剂吸热热交换器之间；
节热器蒸气管路，所述节热器蒸气管路将所述闪蒸槽流体互连到所述压缩装置的中间压力级；
高压膨胀装置，所述高压膨胀装置安置于所述初级制冷剂回路中在所述制冷剂排热热交换器与所述闪蒸槽之间；以及
蒸发器膨胀装置，所述蒸发器膨胀装置安置于所述初级制冷剂回路中在所述闪蒸槽与所述制冷剂吸热热交换器之间。
8.如权利要求7所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器进一步被配置成调整所述高压膨胀装置的开口程度以将所述排放压力控制到设定点排放压力，所述设定点排放压力响应于所选操作参数实时地改变以大幅优化能量效率。
9.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其进一步包括卸载回路，所述卸载回路包括将所述压缩装置的中间压力级流体地连接至所述初级制冷剂回路的低压侧的卸载制冷剂管路以及安置于所述卸载制冷剂管路中的卸载流量控制装置，所述卸载流量控制装置选择性地可定位于其中制冷剂可流经所述卸载制冷剂管路的打开位置以及其中阻止制冷剂流经所述卸载制冷剂管路的闭合位置。
10.如权利要求9所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述控制器进一步被配置成在所述卸载流量控制装置处于所述打开位置时通过改变与所述制冷剂排热热交换器操作性地相关联的扇的工作周期或速度来控制排放压力。
11.如权利要求1所述的制冷剂蒸气压缩系统，其中所述制冷剂蒸气压缩系统包括用于将经制冷空气供应给货物储藏箱且采用二氧化碳作为制冷剂的运输制冷单元的制冷系统。
12.一种优化用于将经制冷空气供应给用于储藏产品的货物储藏箱以便在易腐或冷冻条件下进行运输的运输制冷单元的制冷系统的能量效率的方法，其包括：
将压缩装置中的制冷剂压缩到超过所述制冷剂的临界点的排放压力；
使基本上处于所述排放压力的所述经压缩制冷剂通过制冷剂气体冷却器；
使从所述制冷剂气体冷却器排放的所述制冷剂膨胀到低于所述制冷剂的所述临界点的中间压力；
使所述经膨胀的制冷剂传递到闪蒸槽中以分离成制冷剂气体和制冷剂液体；
使所述制冷剂液体的至少一部分进一步膨胀；
使所述经进一步膨胀的制冷剂与将供应给所述货物储藏箱的空气成热交换关系来通过蒸发器热交换器；
使所述制冷剂蒸气压缩系统按容量模式和卸载模式中的一者来操作；以及
当按容量模式操作时，将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率，所述设定点排放压力是按照压缩机速度因数与制冷剂气体冷却器出口条件和蒸发器制冷剂条件的函数的乘积来进行确定。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述蒸发器制冷剂条件包括感测到的蒸发器出口制冷剂压力和感测到的吸入压力中的一者。
14.如权利要求12所述的方法，其进一步包括使用可执行程序指令来计算所述设定点排放压力，所述可执行程序指令在控制器中执行以根据以下函数来计算：
PDISout＝(压缩机校正速度因数)×f(RGCout，REVAP)，其中：
PDISout是最佳设定点排放压力，
RGCout是所述气体冷却器出口制冷剂条件，
REVAP是蒸发器制冷剂饱和条件。
15.如权利要求12所述的方法，其进一步包括按照所述压缩装置的按每分钟转数来计的所述操作速度的函数来计算所述压缩机速度校正因数。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述压缩机速度校正因数是所述压缩装置的按每分钟转数来计的所述操作速度的非线性函数。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述压缩机速度校正因数是所述压缩装置的按每分钟转数来计的所述操作速度的二次函数。
18.如权利要求12所述的方法，其中：
使从所述制冷剂蒸气冷却器排放的所述制冷剂膨胀到低于所述制冷剂的所述临界点的中间压力包括使从所述制冷剂气体冷却器排放的所述制冷剂通过高压膨胀装置；以及
将所述排放压力控制到所要的设定点排放压力以大幅优化能量效率进一步包括响应于感测到的排放压力与所述设定点排放压力之间的差来调整所述高压膨胀装置的开口程度。
19.如权利要求12所述的方法，其进一步包括：
当按低容量模式操作时，控制所述排放压力以使所述制冷蒸气压缩系统维持以最小制冷量按连续运行模式操作。
20.如权利要求19所述的方法，其中控制所述排放压力进一步包括改变与所述气体冷却器热交换器操作性地相关联的扇的工作周期或速度。
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