CN112432376A - 二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法 - Google Patents

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    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure

Abstract

本发明涉及二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换‑混合控制方法，其中二氧化碳冷藏冷冻系统为单级压缩系统、多级压缩系统、booster增压系统中的一种；二氧化碳冷藏冷冻系统包括智能切换‑混合控制器；智能切换‑混合控制器根据各传感器获取的实时状态信息，并基于实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则中的一种，选用不同混合控制模式，以此控制二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行。与现有技术相比，本发明适合不同二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行，给出实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则，并选用不同混合控制模式保障系统的高效稳健运行。

Description

二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳冷藏冷冻系统领域，尤其是涉及一种二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法。
背景技术
人工合成制冷剂的臭氧层破坏和温室效应日渐成为共识，在《巴黎协定》《基加利修正案》等系列国际公约主导下，人工合成制冷剂的使用受到诸多限制。二氧化碳作为一种天然工质备受关注，可以从工业废气中回收，不破坏臭氧层，兼具无毒、不可燃、价格低廉等诸多优势。特别的，二氧化碳凭借低温环境下单位容积制冷量大的特点，在冷藏冷冻领域得到广泛应用。二氧化碳冷藏冷冻系统能产生-45～-25℃的低温，常见的系统形式包括单级压缩系统、双级压缩系统和booster增压制冷系统。
二氧化碳的临界温度颇低，仅为31℃，用在蒸汽压缩式制冷循环中，其冷凝侧高压可能超出临界压力值，从而运行在和传统亚临界循环迥异的跨临界循环状态。
二氧化碳亚临界循环的制冷剂冷凝侧运行在亚临界区，压力和温度一一对应，冷凝温度(压力)受换热器结构和环境工况的约束，往往不加以控制，而基本采用调节膨胀阀控制过热度的逻辑。
二氧化碳跨临界循环的一大特征在于冷凝侧运行在超临界区，压力和温度不直接相关，增大压力会同时导致制冷量和功耗的增加，因此最优高压存在优化的空间，往往需要通过控制算法人工指定。常规控制逻辑多通过调节膨胀阀开度来控制高压。这类方法存在控制算法有效性依赖系统特性(采用经验关联式的离线法，例如CN111546852A和CN109764570A)、控制硬件成本高且难以集成(采用实时调控的在线法)等问题，不及亚临界循环下的过热度控制方法简单稳健。
对于二氧化碳冷藏冷冻系统，当处于全年运行时，随环境工况和负荷变化，系统往往会在亚临界循环和跨临界循环状态间切换。例如，冬季运行在亚临界循环，夏季运行在跨临界循环。但如上所述，现有控制逻辑基本在亚临界循环和跨临界循环采用过热度控制和高压控制的不同控制逻辑，该传统方案在临界工况点附近容易引起系统振荡。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种二氧化碳冷藏冷冻系统及智能切换-混合控制方法，适用于随工况/负荷在亚临界循环和跨临界循环间切换运行的不同二氧化碳冷藏冷冻系统，解决了传统方案在临界点系统振荡的控制问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
作为本技术方案的构思的一部分，在亚临界循环下，冷凝侧高压与冷凝温度对应，因此可建立与系统结构和过热度的对应关系，也可转为采用高压控制；而在跨临界循环下，系统最优高压和充注量存在对应关系，通过充注量的良好管理可以使系统长期自行稳定在最优高压下，也可转而控制过热度。
本技术方案中的智能切换-混合控制方法适用多种二氧化碳冷藏冷冻系统、面向不同工况和循环状态的通用控制方法，使系统的运行更高效、更稳定、更智能。
本发明中所保护的二氧化碳冷藏冷冻系统，为单级压缩系统、多级压缩系统、booster增压系统中的一种，或者多个上述系统的并联、简单的变形均可通适用于本技术方案的构思。
进一步地，所述二氧化碳冷藏冷冻系统包括智能切换-混合控制器；
进一步地，所述二氧化碳冷藏冷冻系统中还至少包括分别与所述智能切换-混合控制器连接的吸气压力传感器、排气压力传感器、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器、吸气温度传感器；
进一步地，所述智能切换-混合控制器根据各传感器获取的实时状态信息，并基于实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则中的一种，选用不同混合控制模式，以此控制二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行。
进一步地，智能切换-混合控制器可使用简单的微控制器、ARM架构的cpu、x86架构的cpu均可实现。
作为本技术方案的一种实施方式，所述单级压缩系统由蒸发器、压缩机、气体冷却器/冷凝器和膨胀阀顺次连接而成；
所述单级压缩系统中还设有回热器，回热器实现蒸发器出口和气体冷却器/冷凝器出口制冷剂的换热。
进一步地，所述二氧化碳带回热器单级压缩系统上，布置有如下传感器：压缩机吸气压力传感器、压缩机排气压力传感器、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器、压缩机吸气温度传感器。各传感器信号传输到中央控制器，经智能切换-混合控制算法演绎后，输出信号至膨胀阀。
作为本技术方案的一种实施方式，所述多级压缩系统为两级压缩系统；
所述两级压缩系统由蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、气体冷却器/冷凝器、高温膨胀阀、储液罐和低温膨胀阀顺次连接而成；
由储液罐出口引出的制冷剂一路连接至低温压缩机出口，另一路连接至低温膨胀阀。
进一步地，所述二氧化碳两级压缩系统上，布置有如下传感器：低温压缩机吸气压力传感器、高温压缩机排气压力传感器、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器、低温压缩机吸气温度传感器、中间压力传感器。中间压力传感器信号传输给高温膨胀阀，调节其开度，控制中间压力。其余传感器信号传输到中央控制器，经智能混合算法演绎后，输出信号至低温膨胀阀。
作为本技术方案的一种实施方式，所述booster增压系统包括低温蒸发侧膨胀阀、低温蒸发器、低温压缩机、中温蒸发侧膨胀阀、中温蒸发器、高温压缩机、气体冷却器/冷凝器、高温膨胀阀、储液罐、旁通阀；
所述低温蒸发侧膨胀阀和低温蒸发器构成低温蒸发侧流路，所述中温蒸发侧膨胀阀和中温蒸发器构成中温蒸发侧流路；
通过低温蒸发侧流路和中温蒸发侧流路产生不同的冷却温度。
所述低温蒸发侧流路和中温蒸发侧流路通过低温压缩机相连；
由储液罐出口引出的制冷剂一路通过旁通阀连接至低温压缩机出口，另一路连接至低温蒸发侧流路及中温蒸发侧流路。
进一步地，所述二氧化碳booster增压系统上，布置有如下传感器：低温蒸发侧吸气压力传感器、中温蒸发侧吸气压力传感器、高温压缩机排气压力传感器、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器、低温蒸发侧吸气温度传感器、中温蒸发侧吸气温度传感器、中间压力传感器、蒸发侧混合吸气压力传感器。中间压力传感器信号传输给高温膨胀阀，调节其开度，控制中间压力。蒸发侧混合吸气压力传感器信号传输给旁通阀，调节其开度，使低温和中温蒸发侧制冷剂的混合压力与中间压力匹配。其余传感器信号传输到中央控制器，经混合智能算法演绎后，输出信号至低温蒸发侧膨胀阀及中温蒸发侧膨胀阀。
本发明中所保护的用于上述二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，是根据各传感器获取的实时状态信息，并基于实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则中的一种，选用不同混合控制模式，控制二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行；
所述混合控制模式包括亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制模式、亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制模式、纯过热度控制模式、纯高压控制模式。
二氧化碳冷藏冷冻系统均采用二氧化碳作为制冷剂，按排气高压是否超过临界压力(7.38MPa)可运行在跨临界循环和亚临界循环两种不同状态。
本发明中的智能切换-混合控制算法，综合考虑系统在跨临界循环和亚临界循环的交替运行状态，都具备高压控制和过热度控制两种方法，因而有以下四种混合控制模式。
其中，选用所述亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制模式时，包括以下步骤：
检测压缩机排气压力p10-2，判断当前系统循环状态；
若排气压力p10-2小于临界压力pr，系统运行在亚临界循环状态，则进行以下过程：
检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀的开度；
若排气压力p10-2大于临界压力pr，系统运行在跨临界循环状态，则调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，以此调节膨胀阀的开度。
其中，选用所述亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制模式包括以下步骤：
检测压缩机排气压力p10-2，判断当前系统循环状态；
若排气压力p10-2大于临界压力pr，系统运行在跨临界循环状态，则进行以下过程：
检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀的开度；
若排气压力p10-2小于临界压力pr，系统运行在亚临界循环状态，则进行以下过程：
调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，以此调节膨胀阀的开度。
其中，选用所述纯过热度控制模式时，包括以下步骤：
检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，以此调节膨胀阀的开度。
其中，选用所述纯高压控制模式时，包括以下步骤：
检测压缩机排气压力p10-2；
调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，以此调节膨胀阀的开度。
上述具体控制逻辑中：
吸气过热度值除采用系统智能算法计算的最优值外，也可采取保证压缩机不受液击的固定值，典型的，设定吸气过热度为5K。
按吸气过热度调控膨胀阀时，当实际吸气过热度dTsh小于最优吸气过热度dTsh,opt或设定过热度时，控制膨胀阀的开度减小；当实际吸气过热度dTsh大于最优吸气过热度dTsh,opt或设定过热度时，控制膨胀阀的开度增大。膨胀阀开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
按排气高压调控膨胀阀时，当实际排气高压p10-2小于最优高压popt时，控制膨胀阀的开度减小；当实际排气高压p10-2大于最优高压popt时，控制膨胀阀的开度增大。膨胀阀开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
所述智能切换-混合控制算法在选择当下混合控制模式中，为平衡系统运行能效、能力和稳定性，有实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障三种模式切换准则。
当基于实时最优能效准则选取控制模式时，根据当前采集参数，利用智能算法在线预测能效，即能效COP＝f1(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。实时最优能效，是指按当前系统状态由智能算法预测的最优性能系数COP(Coefficient of performance,系统制冷量与耗功之比)；
当基于实时制冷量最大准则选取控制模式时，根据当前采集参数，利用智能算法在线预测制冷量，即制冷量Qc＝f2(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。所述最大制冷量和最优能效下系统运行状态不一定重合，按实际需求选用；
当基于安全运行保障准则选取控制模式时，根据当前采集参数，利用智能算法在线预测下一阶段系统关键参数状态，即状态参数ξ＝f3(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。例如，系统运行在“纯过热度控制模式”时，预见到排气压力偏高，切入“纯高压控制模式”。
进一步地，用于切换准则判断的智能算法可采取理论推导的简易热力学模型等物理模型，也可采用历史运行数据拟合的神经网络等人工智能黑箱模型，或者可采用综合二者优势的灰箱模型。
进一步地，所述智能切换-混合控制算法采用扫描式的控制模式切换方法，固定一段时间内扫描一次系统运行状态，按切换准则智能预测确定下一阶段控制模式。对运行较稳定的冷藏冷冻系统，可半小时或每小时扫描一次。
综上，所述智能切换-混合控制算法具备的四种混合控制模式和三种切换准则，详细列写在表1中。
表1
Figure BDA0002794820330000061
Figure BDA0002794820330000071
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.适用性广。现有技术多为针对单一亚临界循环或跨临界循环系统的固定控制逻辑，而本发明适合不同二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行，给出实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则，并选用不同混合控制模式保障系统的高效稳健运行。
2.控制稳健。本发明提供不同混合控制模式供系统在循环状态切换下选用，避免系统切换的频繁振荡。特别地，在混合控制模式中提供了一种“纯过热度控制模式”，可以完全避免系统高压控制的弊端，在相当大工况范围内实现能效提升。反应迅速，简单稳健。
3.智能化高。本发明采用智能算法，按设定的三种智能切换准则在四种混合控制模式中实时切换，伴随工况和系统性能的变化及时匹配适宜的控制模式，在系统能效、能力和运行稳定性间取得良好的平衡。
附图说明
图1为实施例1的二氧化碳单级压缩制冷系统及传感器安装示意图。
图2为实施例1中本发明智能切换-混合控制方法的控制流程图(亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制模式)。
图3为实施例2的二氧化碳两级压缩制冷系统及传感器安装示意图。
图4为实施例3的二氧化碳booster增压制冷系统及传感器安装示意图。
图中：1、压缩机，1A、高温压缩机，1B、低温压缩机，2、气体冷却器/冷凝器，3、膨胀阀，3A、低温蒸发侧膨胀阀，3B、中温蒸发侧膨胀阀，4、蒸发器，4A、低温蒸发器，4B、中温蒸发器，5、回热器，6、高压侧膨胀阀，7、储液罐，8、旁通阀，10-0、智能切换-混合控制器，10-1、吸气压力传感器，10-1A、低温蒸发侧吸气压力传感器，10-1B、中温蒸发侧吸气压力传感器，10-2、排气压力传感器，10-3、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器，10-4、吸气温度传感器，10-4A、低温蒸发侧吸气温度传感器，10-4A、中温蒸发侧吸气温度传感器，10-5、中间压力传感器，10-6、蒸发侧混合吸气压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
参阅图1，本实施例中的二氧化碳带回热器单级压缩系统，由蒸发器4、压缩机1、气体冷却器/冷凝器2和膨胀阀3顺次连接而成。系统中还设置有回热器5，用于蒸发器4出口和气体冷却器/冷凝器2出口制冷剂的换热。系统采用二氧化碳作为制冷剂，按排气高压是否超过临界压力(7.38MPa)可运行在跨临界循环和亚临界循环两种不同状态。
参阅图1，本实施例中的二氧化碳带回热器单级压缩系统上，布置有如下传感器：压缩机吸气压力传感器10-1、压缩机排气压力传感器10-2、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器10-3、压缩机吸气温度传感器10-4。各传感器信号传输到中央控制器10-0，经智能切换-混合控制算法演绎后，输出信号至膨胀阀3。
智能切换-混合控制算法，综合考虑系统在跨临界循环和亚临界循环的交替运行状态，都具备高压控制和过热度控制两种方法，因而有以下四种混合控制模式。
智能切换-混合控制算法运行在“亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制模式”时，参阅图2，具体步骤为：
1)检测压缩机排气压力p10-2，判断当前系统循环状态；
2)若排气压力p10-2小于临界压力pr，系统运行在亚临界循环状态，执行4至6步；
3)若排气压力p10-2大于临界压力pr，系统运行在跨临界循环状态，执行第7步；
4)检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
5)检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
6)调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀3的开度；
7)调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，调节膨胀阀3的开度。
智能切换-混合控制算法运行在“亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制模式”时，具体步骤为：
1)检测压缩机排气压力p10-2，判断当前系统循环状态；
2)若排气压力p10-2小于临界压力pr，系统运行在亚临界循环状态，执行第7步；
3)若排气压力p10-2大于临界压力pr，系统运行在跨临界循环状态，执行4至6步；
4)检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
5)检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
6)调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀3的开度；
7)调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，调节膨胀阀3的开度。
智能切换-混合控制算法运行在“纯过热度控制模式”时，具体步骤为：
1)检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
2)检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
3)调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀3的开度。
智能切换-混合控制算法运行在“纯高压控制模式”时，具体步骤为：
1)检测压缩机排气压力p10-2；
2)调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，调节膨胀阀3的开度。
上述具体控制逻辑中：
吸气过热度值除采用系统智能算法计算的最优值外，也可采取保证压缩机1不受液击的固定值，典型的，设定吸气过热度为5K。
按吸气过热度调控膨胀阀3时，当实际吸气过热度dTsh小于最优吸气过热度dTsh,opt或设定过热度时，控制膨胀阀3的开度减小；当实际吸气过热度dTsh大于最优吸气过热度dTsh,opt或设定过热度时，控制膨胀阀3的开度增大。膨胀阀3开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
按排气高压调控膨胀阀3时，当实际排气高压p10-2小于最优高压popt时，控制膨胀阀3的开度减小；当实际排气高压p10-2大于最优高压popt时，控制膨胀阀3的开度增大。膨胀阀3开度的变化幅度可以通过PID算法确定。
智能切换-混合控制算法在选择当下混合控制模式中，为平衡系统运行能效、能力和稳定性，有实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障三种模式切换准则。
智能切换-混合控制算法按“实时最优能效准则”选取控制模式时，根据当前采集参数，利用智能算法在线预测能效，即能效COP＝f1(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。所述实时最优能效，是指按当前系统状态由智能算法预测的最优性能系数COP(Coefficient ofperformance,系统制冷量与耗功之比)。
智能切换-混合控制算法按“实时制冷量最大准则”选取控制模式时，根据当前采集参数，利用智能算法在线预测制冷量，即制冷量Qc＝f2(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。所述最大制冷量和最优能效下系统运行状态不一定重合，按实际需求选用。
智能切换-混合控制算法按“安全运行保障准则”选取控制模式时，根据当前采集参数，利用智能算法在线预测下一阶段系统关键参数状态，即状态参数ξ＝f3(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。例如，系统运行在“纯过热度控制模式”时，预见到排气压力偏高，切入“纯高压控制模式”。
本实施例中用于切换准则判断的智能算法可采取理论推导的简易热力学模型等物理模型，也可采用历史运行数据拟合的神经网络等人工智能黑箱模型，或者可采用综合二者优势的灰箱模型。
本实施例中智能切换-混合控制算法采用扫描式的控制模式切换方法，固定一段时间内扫描一次系统运行状态，按切换准则智能预测确定下一阶段控制模式。对运行较稳定的冷藏冷冻系统，可半小时或每小时扫描一次。
实施例2
参阅图3，本实施例中的二氧化碳两级压缩系统，由蒸发器4、低温压缩机1B、高温压缩机1A、气体冷却器/冷凝器2、高温膨胀阀6、储液罐7和低温膨胀阀3顺次连接而成。储液罐7出口的制冷剂一路连接至低温压缩机1B出口，一路连接至低温膨胀阀3。系统采用二氧化碳作为制冷剂，按排气高压是否超过临界压力(7.38MPa)可运行在跨临界循环和亚临界循环两种不同状态。
参阅图3，本实施例中二氧化碳两级压缩系统上，布置有如下传感器：低温压缩机吸气压力传感器10-1、高温压缩机排气压力传感器10-2、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器10-3、低温压缩机吸气温度传感器10-4、中间压力传感器10-5。中间压力传感器10-5信号传输给高温膨胀阀6，调节其开度，控制中间压力。其余传感器信号传输到中央控制器10-0，经智能混合算法演绎后，输出信号至低温膨胀阀3。
本实施例采用的智能切换-混合控制算法与实施例1中类似，同样具有“亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制”“亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制”“纯过热度控制”以及“纯高压控制”的四种混合控制模式和“实时最优能效”“实时最大制冷量”以及“安全运行保障”三种智能切换准则。
实施例3
参阅图4，本实施例中的二氧化碳booster增压系统，主要部件包括低温蒸发侧膨胀阀3A、低温蒸发器4A、低温压缩机1B、中温蒸发侧膨胀阀3B、中温蒸发器4B、高温压缩机1A、气体冷却器/冷凝器2、高温膨胀阀6、储液罐7、旁通阀8。该系统中包括并联的低温蒸发侧和中温蒸发侧流路，可产生不同的冷却温度。低温蒸发侧流路包括低温蒸发侧膨胀阀3A和低温蒸发器4A，中温蒸发侧流路包括中温蒸发侧膨胀阀3B和中温蒸发器4B。低温蒸发侧和中温蒸发侧直接通过低温压缩机1B相连。储液罐7出口的制冷剂一路通过旁通阀8连接至低温压缩机1B出口，一路连接至低温及中温蒸发侧流路。系统采用二氧化碳作为制冷剂，按排气高压是否超过临界压力(7.38MPa)可运行在跨临界循环和亚临界循环两种不同状态。
参阅图4，本实施例中二氧化碳booster增压系统上，布置有如下传感器：低温蒸发侧吸气压力传感器10-1A、中温蒸发侧吸气压力传感器10-1B、高温压缩机排气压力传感器10-2、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器10-3、低温蒸发侧吸气温度传感器10-4A、中温蒸发侧吸气温度传感器10-4B、中间压力传感器10-5、蒸发侧混合吸气压力传感器10-6。中间压力传感器10-5信号传输给高温膨胀阀6，调节其开度，控制中间压力。蒸发侧混合吸气压力传感器10-6信号传输给旁通阀8，调节其开度，使低温和中温蒸发侧制冷剂的混合压力与中间压力匹配。其余传感器信号传输到中央控制器10-0，经混合智能算法演绎后，输出信号至低温蒸发侧膨胀阀3A及中温蒸发侧膨胀阀3B。
本实施例采用的智能切换-混合控制算法与实施例1中类似，同样具有“亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制”“亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制”“纯过热度控制”以及“纯高压控制”的四种混合控制模式和“实时最优能效”“实时最大制冷量”以及“安全运行保障”三种智能切换准则。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳冷藏冷冻系统，其特征在于，所述二氧化碳冷藏冷冻系统为单级压缩系统、多级压缩系统、booster增压系统中的一种；
所述二氧化碳冷藏冷冻系统包括智能切换-混合控制器；
所述二氧化碳冷藏冷冻系统中还至少包括分别与所述智能切换-混合控制器连接的吸气压力传感器、排气压力传感器、气体冷却器/冷凝器出口温度传感器、吸气温度传感器；
所述智能切换-混合控制器根据各传感器获取的实时状态信息，并基于实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则中的一种，选用不同混合控制模式，以此控制二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳冷藏冷冻系统，其特征在于，所述单级压缩系统由蒸发器、压缩机、气体冷却器/冷凝器和膨胀阀顺次连接而成；
所述单级压缩系统中还设有回热器，回热器实现蒸发器出口和气体冷却器/冷凝器出口制冷剂的换热。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳冷藏冷冻系统，其特征在于，所述多级压缩系统为两级压缩系统；
所述两级压缩系统由蒸发器、低温压缩机、高温压缩机、气体冷却器/冷凝器、高温膨胀阀、储液罐和低温膨胀阀顺次连接而成；
由储液罐出口引出的制冷剂一路连接至低温压缩机出口，另一路连接至低温膨胀阀。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳冷藏冷冻系统，其特征在于，所述booster增压系统包括低温蒸发侧膨胀阀、低温蒸发器、低温压缩机、中温蒸发侧膨胀阀、中温蒸发器、高温压缩机、气体冷却器/冷凝器、高温膨胀阀、储液罐、旁通阀；
所述低温蒸发侧膨胀阀和低温蒸发器构成低温蒸发侧流路，所述中温蒸发侧膨胀阀和中温蒸发器构成中温蒸发侧流路；
所述低温蒸发侧流路和中温蒸发侧流路通过低温压缩机相连；
由储液罐出口引出的制冷剂一路通过旁通阀连接至低温压缩机出口，另一路连接至低温蒸发侧流路及中温蒸发侧流路。
5.一种用于权利要求1中所述二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，其特征在于，根据各传感器获取的实时状态信息，并基于实时最优能效、实时最大制冷量和安全运行保障的智能切换准则中的一种，选用不同混合控制模式，控制二氧化碳冷藏冷冻系统在亚临界循环和跨临界循环间的切换运行；
所述混合控制模式包括亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制模式、亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制模式、纯过热度控制模式、纯高压控制模式。
6.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，其特征在于，选用所述亚临界循环过热度控制-跨临界循环高压控制模式时，包括以下步骤：
检测压缩机排气压力p10-2，判断当前系统循环状态；
若排气压力p10-2小于临界压力pr，系统运行在亚临界循环状态，则进行以下过程：
检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀的开度；
若排气压力p10-2大于临界压力pr，系统运行在跨临界循环状态，则调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，以此调节膨胀阀的开度。
7.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，其特征在于，选用所述亚临界循环高压控制-跨临界循环过热度控制模式包括以下步骤：
检测压缩机排气压力p10-2，判断当前系统循环状态；
若排气压力p10-2大于临界压力pr，系统运行在跨临界循环状态，则进行以下过程：
检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，调节膨胀阀的开度；
若排气压力p10-2小于临界压力pr，系统运行在亚临界循环状态，则进行以下过程：
调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，以此调节膨胀阀的开度。
8.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，其特征在于，选用所述纯过热度控制模式时，包括以下步骤：
检测压缩机吸气压力p10-1，计算对应吸气饱和温度Tsat；
检测压缩机吸气温度T10-4，计算吸气过热度dTsh(T10-4-Tsat)；
调用集成系统模型，获得系统最优吸气过热度dTsh,opt，将其与实际吸气过热度dTsh比较，以此调节膨胀阀的开度。
9.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，其特征在于，选用所述纯高压控制模式时，包括以下步骤：
检测压缩机排气压力p10-2；
调用集成系统模型，获得系统最优高压popt，将其与实际排气高压p10-2比较，以此调节膨胀阀的开度。
10.根据权利要求5所述的一种用于二氧化碳冷藏冷冻系统的智能切换-混合控制方法，其特征在于，当基于实时最优能效准则选取控制模式时，根据当前采集参数，在线预测能效，即通过能效COP＝f1(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式；
当基于实时制冷量最大准则选取控制模式时，根据当前采集参数，在线预测制冷量，即通过制冷量Qc＝f2(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式；
当基于安全运行保障准则选取控制模式时，根据当前采集参数，在线预测下一阶段系统关键参数状态，即通过状态参数ξ＝f3(吸气压力psuc,排气压力pdis，气体冷却器/冷凝器出口温度Tc,ex，吸气温度Tsuc)，判断下一阶段的混合控制模式。
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