CN110030776A - 管理运输制冷系统的压缩机启动的方法 - Google Patents

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Abstract

一种管理压缩机启动操作的方法，所述方法包括控制设置在压缩机上游的阀，以在启动所述压缩机时将制冷剂的饱和吸气温度降低到低于环境温度。

Description

管理运输制冷系统的压缩机启动的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年1月11日提交的第62/616,175号美国临时申请的优先权，该临时申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
本公开总体上涉及允许制冷系统，并且更具体地，涉及一种用于运输制冷系统中使用的高度可溶制冷剂和油组合物的压缩机启动系统和方法。
用于控制诸如卡车上使用的隔热箱、拖车、集装箱或类似联运单元等封闭区域的运输制冷系统通过从封闭区域吸收热量并在箱外部将热量释放到环境中来起作用。运输制冷系统通常包括用于使制冷剂蒸气加压的压缩机和用于冷却来自压缩机的加压蒸气的冷凝器，从而将制冷剂的状态从气体变成液体。环境空气可以吹过冷凝器中的制冷剂盘管以实现热交换。运输制冷系统还包括用于通过将返回空气吸或推过蒸发器内的含制冷剂盘管来从箱中吸出热量的蒸发器。这个步骤可以使流过蒸发器的任何剩余液体制冷剂汽化，随后可以被吸入通过抽吸调制阀(“SMV”)并返回到压缩机中以完成回路。
正在开发新的环境友好型制冷剂以满足各种要求(例如，监管)。当与先前使用的制冷剂(例如，R134a、R404a等)相比时，这些新制冷剂中的一些不那么适合运输制冷系统的某些应用。具体地，压缩机开发测试表明，在低环境温度、低蒸发溢流(flood)启动条件下，制冷剂在新型油中的溶解度显示出较高并且使油的粘度降低。粘度降低可以导致各种部件出故障，诸如轴承和其他润滑部件，诸如涡管、欧氏联轴节、联接件和套管。
发明内容
公开了一种管理压缩机启动操作的方法，所述方法包括控制设置在压缩机上游的阀，以在启动所述压缩机时将制冷剂的饱和吸气温度降低到低于环境温度。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阀是抽吸调制阀。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阀是电子蒸发器膨胀阀。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述制冷剂的所述饱和吸气温度降低到低于所述环境温度至少30°F。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：通过用所述阀调整所述制冷剂的压力来降低所述制冷剂的所述饱和吸气温度。
还公开了一种管理用于运输制冷单元的压缩机启动操作的方法。所述方法包括确定压缩机周围的环境温度。所述方法还包括启动所述压缩机。所述方法还包括主动地控制设置在制冷剂管线内且在所述压缩机上游的阀，其中主动地控制所述阀调整所述制冷剂的压力，以将所述制冷剂的饱和吸气温度降低到比所述环境温度低阈值温差。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阀是抽吸调制阀。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阀是电子蒸发器膨胀阀。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阈值温差是至少30°F。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：在所述环境温度低于阈值环境温度时执行所述方法。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阈值环境温度等于或小于120°F。
还公开了一种运输制冷系统，其包括：压缩机、所述压缩机下游的冷凝器、所述冷凝器下游的膨胀装置、和所述膨胀装置下游的蒸发器，以及制冷剂，所述制冷剂从所述压缩机循环到所述冷凝器、穿过所述膨胀装置和所述蒸发器，并且随后返回到所述压缩机。还包括控制模块，以用于调整设置在制冷剂管线中且在所述压缩机上游的阀，所述阀的调整会调整所述制冷剂的压力，以将所述制冷剂的饱和吸气温度降低到比所述环境温度低阈值温差。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阀是抽吸调制阀。
除了上述特征中的一个或多个特征之外，或作为替代方案，另外的实施例可以包括：所述阀是电子蒸发器膨胀阀。
附图说明
通过实例的方式来说明本公开并且本公开不限于附图，附图中的相似附图标记指示类似元件。
图1是运输制冷系统的简图；
图2示意性地示出运输制冷单元；
图3是运输制冷单元的压缩机的正视图；
图4是制冷剂溶解度与温度之间的曲线图；以及
图5是示出管理用于运输制冷单元的压缩机启动操作的方法的流程图。
具体实施方式
图1是示出运输制冷系统的实施例的简图。如图1所示，运输制冷系统100可以包括联接到集装箱12内的封闭空间的运输制冷单元10。如图1所示，运输制冷单元10被配置成在集装箱12(例如，封闭体积的货物)内维持规定的热环境。
在图1中，运输制冷单元10连接在集装箱12的一端处。替代地，运输制冷单元10可以联接到集装箱12的一侧或一个以上侧上的规定位置。在一个实施例中，多个运输制冷单元可以联接到单个集装箱12。替代地，单个运输制冷单元10可以联接到多个集装箱12。运输制冷单元10可以操作以引入处于第一温度的空气并且排出处于第二温度的空气。在一个实施例中，来自运输制冷单元10的排气将比引入的空气更暖，使得运输制冷单元10用来加温集装箱12中的空气。在一个实施例中，来自运输制冷单元10的排气将比引入的空气更冷，使得运输制冷单元10用来冷却集装箱12中的空气。运输制冷单元10可以引入来自具有返回温度Tr(例如，第一温度)的集装箱12的空气并且将空气排到具有供应温度Ts(例如，第二温度)的集装箱12。
在一个实施例中，运输制冷单元10可以包括用于持续地或重复地监控运输制冷单元10的条件或操作的一个或多个传感器(有线或无线)。如图1所示，示例性传感器可以分别包括运输制冷单元10的可以提供供应温度Ts的第一温度传感器24和运输制冷单元10的可以向运输制冷单元10提供返回温度Tr的第二温度传感器22。
运输制冷系统100可以将具有受控温度、湿度或/和组分浓度的空气提供到储存货物的封闭腔室中，诸如在集装箱12中。如本领域的技术人员已知，运输制冷系统100(例如，控制器220)能够在具有大量各种货物的对应范围内并且在所有类型的环境条件下控制多个环境参数或所有环境参数。
图2是示出运输制冷单元的实施例的简图。如图2所示，运输制冷单元200可以可操作地联接到集装箱(未示出)，所述集装箱可以与拖车、联运集装箱、火车轨道车、船等一起使用，用于运输或储存需要温度控制环境的商品，诸如例如食物和药物(例如，易腐或冷冻)。集装箱可以包括用于此类商品的运输/储存的封闭体积。封闭体积可以是具有与集装箱的外部(例如，环境大气或条件)隔离的内部大气的封闭空间。
如图2所示，压缩机210可以是涡旋式压缩机；然而，在不限制本公开的范围的情况下，诸如往复式压缩机或螺杆式压缩机的其他压缩机是可能的。马达(未示出)可以用于驱动压缩机210。例如，马达可以是由同步发电机、商业电力服务、外部发电系统(例如，船载)、发电机等驱动的集成式电驱动马达。压缩机210可以是多级压缩装置。
离开压缩机210的高温高压制冷剂蒸气可以移动到气冷式冷凝器230，所述气冷式冷凝器可以包括多个冷凝器盘管翅片和管234，其可以接收通常由冷凝器风扇232吹入的空气。通过经由冷凝器230移除潜热，制冷剂冷凝成高压/高温液体并且流到接收器236，所述接收器可以在低温操作期间为过多的液体制冷剂提供储存。制冷剂可以从接收器236流到过滤干燥器238，所述过滤干燥器可以保持制冷剂清洁且干燥。
单元200可以包括节能器。节能器装置240可以增加制冷剂过冷。当节能器装置240启用时，阀242可以打开以允许制冷剂穿过辅助膨胀阀244，所述辅助膨胀阀具有位于压缩机210的中间入口端口212上游的感温包(sensing bulb)246。可以响应于在包246处测量到的温度来控制阀244，并且所述阀用来使行进到节能器逆流热交换器248的制冷剂膨胀和冷却，所述逆流热交换器可以另外使液体制冷剂过冷。
制冷剂从节能器装置240的节能器热交换器248流到电子蒸发器膨胀阀(“EVXV”)250。随着液体制冷剂穿过EVXV 250的孔口，液体制冷剂中的至少一些可以汽化。制冷剂随后流过蒸发器260的管或盘管264。蒸发器260可以从返回空气295(例如，从箱或集装箱返回的空气)中吸收热量并且在这样做时，使蒸发器260中的剩余液体制冷剂中的一些或全部汽化。返回空气295优选地被至少一个蒸发器风扇262吸或推过管或盘管264。制冷剂蒸气可以从蒸发器260穿过抽吸调制阀(“SMV”)275而被吸回到压缩机210中。
运输制冷单元200中的很多点可以由控制器220监控和控制。控制器220可以包括微处理器222和相关联的存储器224。控制器220的存储器224可以包含单元200内的各种操作参数的操作员或所有者预先选择的期望值，包括但不限于，单元200或箱内的各种位置的温度设定点、压力极限、电流极限、发动机转速极限，以及与单元200或制冷系统有关的任何多种其他期望操作参数或极限。在一个实施例中，控制器220可以包括包含微处理器222和存储器224的微处理器板、可以包括模数转换器229的输入/输出(I/O)板228。I/O可以接收来自系统中的各种点的温度输入和压力输入、AC电流输入、DC电流输入、电压输入、以及湿度水平输入。另外，I/O板228可以包括驱动电路或场效应晶体管(“FET”)和继电器，以从控制器220接收信号或电流并且继而控制单元200中的各种外部或外围装置，诸如，例如EVXV250和/或SMV 275。
被控制器220监控的示例性传感器和/或换能器之中可以存在返回空气温度(RAT)传感器268，其根据蒸发器返回空气温度而向微控制器222输入可变电阻器值。环境空气温度(AAT)传感器270可以向微处理器222提供环境空气温度值(例如，在冷凝器230前面读取)。压缩机吸气温度(CST)传感器272可以根据压缩机吸气温度而向微处理器输入可变电阻器值。压缩机排气温度(CDT)传感器274可以检测压缩机210的圆顶内部的压缩机排气温度。蒸发器出口温度(EVOT)传感器281和蒸发器出口压力(EVOP)换能器282可以检测蒸发器260的出口温度值和蒸发器出口压力。压缩机吸气压力(CSP)换能器278可以根据压缩机210的压缩机吸气值而向微处理器222提供可变电压。压缩机排气压力(CDP)换能器280可以根据压缩机210的压缩机排气值而向微处理器222提供可变电压。另外，直流电传感器286和交流电传感器288(分别是CT1和CT2)可以检测由压缩机210汲取的电流。
在一个实施例中，微处理器222可以使用来自EVOP传感器282和EVOT传感器281的输入以通过使用本领域的一般技术人员理解的算法来计算蒸发器盘管蒸发器过热ESH。微处理器222随后可以将计算的蒸发器过热值ESH与可以存储在存储器224中的预先选择的期望过热值或设定点进行比较。微处理器222随后可以根据实际蒸发器过热ESH与期望蒸发器过热ESH之差来致动EVXV 250，以便接近或维持期望的过热设置(例如，规定的过热、条件选择的过热，或者用于最小化单元容量的最小过热)。微处理器222可以编程为在规定设置或最低过热设置下操作，所述规定设置或最低过热设置可以被维持或控制，并且将减少或防止操作溢流返回(例如，液体制冷剂逃逸到压缩机中)。规定或最低设置值将根据单元200的容量和特定配置而变化。例如，这样的操作值可以通过本领域的一般技术人员进行的实验来确定。在一个实施例中，这样的过热水平随后可以用作“基础实现方式”过热或基础设置，根据该“基础实现方式”过热或基础设置，在各种操作条件和/或环境条件下可以进行过热抵消。
现在参考图3，更详细地示出压缩机210。压缩机210包括主体部分290和压缩机油底壳(sump)292。压缩机210包括用于从吸气管线296接收流体的至少一个入口294。压缩机210还包括用于从排出管线299排放流体的至少一个出口298。如图所示，液体制冷剂可以在压缩机210的非操作状态期间收集在压缩机油底壳292中，并且可以使容纳油的压缩机210“溢流”。制冷剂与其中的油混合并且使混合物稀释。已经开发出混合制冷剂以满足环境规制，但在低环境温度、低蒸发溢流启动条件下，这些混合制冷剂的溶解度在油中高度可溶。增加的溶解度会不合需要地降低诸如多元醇酯(POE)油等油的粘度。
现在参考图4，油和混合制冷剂的两条溶解度曲线表明，由于在低环境温度条件下，流体油底壳温度与饱和制冷剂温度之间的较大差异，油的油粘度质量得到增强。具体地，一条曲线300显示出具有45°F的饱和制冷剂温度的各种溶解度的溶解度曲线。另一曲线302显示出具有-30°F的饱和制冷剂温度的各种溶解度的溶解度曲线。
通过参考环境温度得知流体油底壳温度。这在图4所示的等式中被称为“油底壳”并且沿着图4的横轴表示。图4所示的等式中的项SST是指曲线300和302的恒定饱和制冷剂温度，具体地曲线300的45°F和曲线302的-30°F。作为示例，在曲线302上，在40°F的环境温度下，油底壳温度与饱和制冷剂温度之间的温差是70°F。这显示出是在表征为压缩机启动和系统操作的良好区。沿着曲线302的30°F的温差显示出是在压缩机启动和系统操作的边缘区。沿着曲线302的只有10°F的温差显示出是在表征为压缩机启动和系统操作的较差区。因此，如上文所述，油底壳温度与饱和制冷剂温度之间的温差越大，压缩机启动和系统操作的条件越好。曲线300显示出将在“较差”或“边缘”区中的示例温差。
本文中描述管理在溢流条件下启动的压缩机的方法的实施例。所述方法增加油底壳温度与饱和制冷剂温度之间的温差，以实现图4中的曲线的所示移位。图5所示的方法可以在图2和图3的运输制冷单元200中实现，并且将使用所述运输制冷单元进行描述。然而，所述方法不意图限于这样的具体实施例。
该方法大体以图5中的标记400表示。方法400包括管理溢流压缩机启动操作，所述方法包括控制设置在压缩机210上游的阀(EVXV 250或SMV 275)，以在启动压缩机210时将制冷剂的饱和吸气温度降低到低于环境温度。在所示实施例中，框402表示控制器220确定压缩机210周围的环境温度。框404示出启动压缩机210。在一些实施例中，阀250和/或275在启动压缩机之前关闭，如用框403所表示。框406示出主动地控制设置在制冷剂管线内且在压缩机210上游的阀250和/或275。主动地控制阀中的一个或两个会调整制冷剂的压力，以将制冷剂的饱和吸气温度降低到比环境温度低阈值温差。满足阈值温差确保在图4所示的“良好”区中或附近减小制冷剂的溶解度。在一些实施例中，阈值温差是至少30°F，但将取决于具体应用和条件。
当压缩机处于“溢流”条件并且环境温度低(即，冷启动)时，方法400尤其有利。例如，在一些实施例中，可以在环境温度低于120°F时使用所述方法，但设想了更高或更低的温度。
通过减小制冷剂的溶解度，制冷剂-油混合物的粘度理想地增加。增加的粘度改进压缩机可靠性，使油返回到更理想的粘度特性而不是被忽略状态，从而在启动和初始操作条件下改进压缩机内的加压和边界层润滑状态。所述方法考虑到上述新型混合制冷剂的新发现的限制。
可以使用一种或多种技术来实现实施例。在一些实施例中，设备或系统可以包括一个或多个处理器和存储指令的存储器，所述指令在由一个或多个处理器执行时致使所述设备或系统执行如本文所述的一个或多个方法动作。在一些实施例中可以使用本领域的技术人员已知的各种机械部件。
实施例可以实现为一个或多个设备、系统和/或方法。在一些实施例中，指令可以存储在一个或多个计算机程序产品或计算机可读介质上，诸如暂时性和/或非暂时性计算机可读介质。所述指令在被执行时可以致使实体(例如，处理器、设备或系统)执行如本文所述的一个或多个方法动作。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本公开，但应易于理解，本公开不限于此类公开的实施例。相反，可以对本公开进行修改以并入在此之前未描述但与本公开的范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等效布置。另外，尽管已描述了各种实施例，但应理解，本公开的各方面可以只包括所述实施例中的一些实施例。因此，本公开不应被视为受到前述描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (14)

1.一种管理压缩机启动操作的方法，所述方法包括控制设置在压缩机上游的阀，以在启动所述压缩机时将制冷剂的饱和吸气温度降低到低于环境温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述阀是抽吸调制阀。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阀是电子蒸发器膨胀阀。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述制冷剂的所述饱和吸气温度降低到低于所述环境温度至少30°F。
5.根据权利要求1所述的方法，其中通过用所述阀调整所述制冷剂的压力来降低所述制冷剂的所述饱和吸气温度。
6.一种管理用于运输制冷单元的压缩机启动操作的方法，所述方法包括：
确定压缩机周围的环境温度；
启动所述压缩机；以及
主动地控制设置在制冷剂管线内且在所述压缩机上游的阀，其中主动地控制所述阀调整所述制冷剂的压力，以将所述制冷剂的饱和吸气温度降低到比所述环境温度低阈值温差。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述阀是抽吸调制阀。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述阀是电子蒸发器膨胀阀。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述阈值温差是至少30°F。
10.根据权利要求6所述的方法，其中在所述环境温度低于阈值环境温度时执行所述方法。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述阈值环境温度等于或小于120°F。
12.一种运输制冷系统，其包括：
压缩机、所述压缩机下游的冷凝器、所述冷凝器下游的膨胀装置、和所述膨胀装置下游的蒸发器，以及制冷剂，所述制冷剂从所述压缩机循环到所述冷凝器、穿过所述膨胀装置和所述蒸发器，并且随后返回到所述压缩机；以及
控制模块，其用于调整设置在制冷剂管线中且在所述压缩机上游的阀，所述阀的调整会调整所述制冷剂的压力，以将所述制冷剂的饱和吸气温度降低到比环境温度低阈值温差。
13.根据权利要求12所述的运输制冷系统，其中所述阀是抽吸调制阀。
14.根据权利要求12所述的运输制冷系统，其中所述阀是电子蒸发器膨胀阀。
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