專利名稱：跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
通常，跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)受到控制以優(yōu)化性能系數(shù)^OP)。已知控制方法包括測量各種參數(shù)和比較所測量的參數(shù)與所存儲的代表高效系統(tǒng)的值。舉例而言，如果所測量的參數(shù)顯著地高于所存儲的值，那么該系統(tǒng)低效操作，因此調(diào)整操作參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本發(fā)明提供一種跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)。該跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)包括壓縮機，其用于壓縮制冷劑；第一熱交換器，其用于冷卻該制冷劑；膨脹裝置，其用于降低制冷劑的壓力；第二熱交換器，其用于將熱吸到制冷劑內(nèi)；以及，控制器，其被編程以計算跨越第二熱交換器的第一能量差和跨越壓縮機的第二能量差；通過將第一能量差除以第二能量差來計算能量比，比較該能量比與先前計算的能量比；以及，基于該能量比相對于先前計算的能量比的比較來調(diào)整系統(tǒng)的操作參數(shù)。在另一方面，本發(fā)明提供一種控制跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的方法。該方法包括提供壓縮機，其用于壓縮制冷劑；提供第一熱交換器，其用于冷卻該制冷劑；提供膨脹裝置，其用于降低制冷劑的壓力；提供第二熱交換器，其用于將熱吸到制冷劑內(nèi)；計算跨越第二熱交換器的第一能量差；計算跨越壓縮機的第二能量差；通過將第一能量差除以第二能量差來計算能量比；比較該能量比與先前計算的能量比；以及，基于該能量比相對于先前計算的能量比的比較來調(diào)整系統(tǒng)的操作參數(shù)。在另一方面，本發(fā)明提供一種跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)。該跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)包括 壓縮機，其用于壓縮制冷劑；第一熱交換器，其用于冷卻該制冷劑；膨脹裝置，其用于降低制冷劑的壓力；第二熱交換器，其用于將熱吸到制冷劑內(nèi)；第一風(fēng)機，其用于在第一熱交換器上導(dǎo)向第一流體；第二風(fēng)機，其用于在第二熱交換器上導(dǎo)向第二流體；第一溫度傳感器和第一壓力傳感器，其位于壓縮機的入口附近以分別測量溫度和壓力；第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，其位于壓縮機的出口附近以分別測量溫度和壓力；第三溫度傳感器，其位于第二熱交換器的入口附近以測量溫度；第四溫度傳感器，其位于第二熱交換器的出口附近以測量溫度；第三壓力傳感器，其位于第二熱交換器的入口和出口之一附近以測量壓力， 以及，控制器?？刂破鞅痪幊桃曰趯囟群蛪毫Φ臏y量來計算壓縮機的入口、壓縮機的出口、第二熱交換器的入口和第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量；通過從第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去第二熱交換器的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第一能量差；通過從壓縮機的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去壓縮機的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第二能量差；通過將第一能量差除以第二能量差來計算能量比；比較該能量比與先前計算的能量比；以及，基于該能量比與先前計算的能量比的比較來調(diào)整下列中的至少一個第一風(fēng)機的速度，第二風(fēng)機的速度，壓縮機的速度，以及，膨脹裝置的開口。 附 圖說明通過考慮詳細描述和附圖，本發(fā)明的其它方面將會變得顯然。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的示意圖。圖2是圖1所示的跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的內(nèi)部能量和壓力的圖。
具體實施例方式在詳細地解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應(yīng)了解本發(fā)明的應(yīng)用并不限于在下文的描述中所陳述或附圖所圖示的構(gòu)件構(gòu)造和布置的細節(jié)。本發(fā)明能有其它實施例且能以各種方式來實踐或?qū)嵤?。圖1示出跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)10?？缗R界蒸氣壓縮系統(tǒng)10為優(yōu)選地利用二氧化碳(CO2)作為制冷劑的閉合回路單級蒸氣壓縮循環(huán)，但也可采用適合于跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的其它制冷劑，如本領(lǐng)域中已知的那樣。該系統(tǒng)10包括串聯(lián)連接的壓縮機14、氣體冷卻器18、膨脹閥22、蒸發(fā)器26和儲罐30。溫度傳感器42a_42e和壓力傳感器46a_46e分別位于壓縮機入口 1、壓縮機出口 2、氣體冷卻器出口 3、蒸發(fā)器入口 4和蒸發(fā)器出口 5處。在圖示構(gòu)造中，CO2制冷劑作為被加熱氣體離開蒸發(fā)器盤管26且被抽吸到壓縮機 (諸如變速壓縮機)14的吸入端口內(nèi)。分別由溫度傳感器42a和壓力傳感器46a在壓縮機入口 1處測量CO2制冷劑的溫度和壓力。壓縮機14使被加熱CO2制冷劑氣體加壓且排放到氣體冷卻器18內(nèi)。分別由溫度傳感器42b和壓力傳感器46b在壓縮機出口 2處測量被加熱的CO2制冷劑的溫度和壓力。在氣體冷卻器18或熱交換器中，被加熱CO2制冷劑由于在氣體冷卻器18上流動且由風(fēng)機36 (諸如變速風(fēng)機)生成的強制空氣流34而冷卻為更低溫度氣體。氣體冷卻器18可包括一個或多個熱交換器盤管，其具有任何合適構(gòu)造，如本領(lǐng)域中已知的那樣。分別由溫度傳感器42c和壓力傳感器46c在氣體冷卻器出口 3處測量被冷卻的CO2制冷劑的溫度和壓力。然后，通過膨脹閥22 (諸如電子膨脹閥)來節(jié)流被冷卻的 CO2且被冷卻的CO2作為液體-蒸氣混合物以減小的壓力被朝向蒸發(fā)器盤管26導(dǎo)向。分別由溫度傳感器42d和壓力傳感器46d在蒸發(fā)器入口 4處測量被冷卻CO2制冷劑的溫度和壓力。在蒸發(fā)器盤管26或熱交換器中，被冷卻的CO2制冷劑由于風(fēng)機40(諸如變速風(fēng)機)所生成的強制空氣流38而加熱到更高溫度氣體。換言之，通過蒸發(fā)器盤管26傳遞的CO2從空氣流38吸熱使得空氣流38被冷卻。蒸發(fā)器盤管26可包括一個或多個熱交換器盤管，其具有任何合適構(gòu)造，如本領(lǐng)域中已知的那樣。由溫度傳感器42e在蒸發(fā)器出口 5處測量被加熱CO2制冷劑的溫度且視情況由壓力傳感器46e來測量壓力。由于在蒸發(fā)器26的入口 4 和出口 5處的壓力大致相同，僅需要壓力傳感器46d、46e中的一個。在圖示構(gòu)造中，CO2制冷劑在跨臨界CO2制冷循環(huán)中并不變相為液體。換言之，CO2制冷劑在跨臨界CO2制冷循環(huán)中表現(xiàn)為單相制冷劑，這與反郎肯制冷循環(huán) (reverse-Rankine refrigeration cycle)中制冷劑的兩相行為相反。為了從CO2制冷劑或所用的其它制冷劑得到合乎需要的制冷特征，跨臨界制冷循環(huán)需要比反郎肯制冷循環(huán)更高的操作壓力。在氣體冷卻器18中的制冷劑的壓力在制冷劑的超臨界區(qū)域中，即，在或高于制冷劑的臨界溫度和臨界壓力。舉例而言，CO2的臨界點出現(xiàn)在大約7. 38MPa(1070psia)和大約31. 1攝氏度(88華氏度)。在圖示構(gòu)造中，在氣體冷卻器18中的制冷劑壓力為大約8. 5MPa(1233pisa)。在蒸發(fā)器26中的制冷劑壓力也高于在反郎肯制冷循環(huán)中經(jīng)歷的壓力。在圖示構(gòu)造中，在蒸發(fā)器26中的制冷劑壓力為大約2.7MPa(392piSa)。因此，氣體冷卻器18和蒸發(fā)器盤管26采用重型構(gòu)造來耐受更高壓力。在圖示構(gòu)造中，氣體冷卻器18被建置成耐受至少7. 38MPa(1070pisa)的壓力且蒸發(fā)器26被建置成耐受至少2. 7MPa (392psia) 的壓力。如在圖1中示意性地示出，由控制器50來控制跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)10。控制器 50控制膨脹閥22的開口，風(fēng)機36、40的速度和壓縮機14的速度且從溫度傳感器42a_42e 和壓力傳感器46a_46e接收輸入信號，如將在下文中更詳細地描述。圖2是示出在跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)10的整個循環(huán)中CO2的飽和液體線54，C02的飽和蒸氣線58和CO2制冷劑的內(nèi)部能量與壓力之間的關(guān)系的圖。該控制器50被編程以本領(lǐng)域中熟 知的方式從相應(yīng)溫度傳感器42a_42e和壓力傳感器46a_46e的相應(yīng)溫度和壓力測量計算壓縮機入口 1、壓縮機出口 2、氣體冷卻器出口 3、蒸發(fā)器入口 4和蒸發(fā)器出口 5中每一個處的制冷劑內(nèi)部能量。另外，控制器50被編程以計算跨越蒸發(fā)器26的能量變化(ΔΕ m)和跨越壓縮機14的能量變化(ΔΕ壓縮機)，如圖2所示。跨越蒸發(fā)器26的能量變化 (ΔΕ^)被計算為在蒸發(fā)器出口 5計算的內(nèi)部能量與在蒸發(fā)器入口 4處計算的內(nèi)部能量之間的差?？缭綁嚎s機14的能量變化被計算為在壓縮機出口 2計算的內(nèi)部能量與在壓縮機入口 1處計算的內(nèi)部能量之間的差。另外，控制器50被編程以通過跨越蒸發(fā)器的能量變化(ΔΕ-g)除以跨越壓縮機的能量變化(ΔΕμλ)來計算在蒸發(fā)器26與壓縮機14上的能量比。另外，控制器50被編程以比較該能量比與先前能量比，更具體而言，與剛計算的先前能量比相比較。那么，控制器被編程以基于該能量比且更具體而言基于在當(dāng)前能量比與先前能量比之間的比較來調(diào)整操作參數(shù)，諸如膨脹閥22的開口，壓縮機14的壓縮機速度和風(fēng)機36、40的風(fēng)機速度。具體而言，該控制器50被編程以調(diào)整這些操作參數(shù)來優(yōu)化能量平衡，即，達到跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)10的所需效率。該控制器50被編程以重復(fù)上述步驟以基于在當(dāng)前能量比與先前能量比之間的差來連續(xù)調(diào)整操作參數(shù)(如上文所述)以便維持系統(tǒng)10的效率。因此，除了別的以外，本發(fā)明提供一種跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)和其控制器，該控制器被編程以基于跨越蒸發(fā)器和壓縮機的能量比來調(diào)整系統(tǒng)的操作參數(shù)。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點在權(quán)利要求中陳述。
權(quán)利要求
1.一種跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)，包括 壓縮機，其壓縮制冷劑；第一熱交換器，其用于冷卻所述制冷劑； 膨脹裝置，其用于降低所述制冷劑的壓力； 第二熱交換器，其用于將熱吸到所述制冷劑內(nèi)；以及控制器，其被編程以計算跨越所述第二熱交換器的第一能量差和跨越所述壓縮機的第二能量差；通過將所述第一能量差除以所述第二能量差來計算能量比；比較所述能量比與先前計算的能量比；以及，基于所述能量比相對于先前計算的能量比的比較來調(diào)整所述系統(tǒng)的操作參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于還包括 第一風(fēng)機，其用于在所述第一熱交換器上導(dǎo)向第一流體；以及第二風(fēng)機，其用于在所述第二熱交換器上導(dǎo)向第二流體；其中所述控制器被編程以基于所述能量比相對于所述先前計算的能量比的比較來調(diào)整下列中的至少一個第一風(fēng)機的速度，第二風(fēng)機的速度，壓縮機的速度，以及膨脹裝置的開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)，其特征在于還包括第一溫度傳感器和第一壓力傳感器，其位于所述壓縮機的入口附近以分別測量溫度和壓力；第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，其位于所述壓縮機的出口附近以分別測量溫度和壓力；第三溫度傳感器，其位于所述第二熱交換器的入口附近以測量溫度； 第四溫度傳感器，其位于所述第二熱交換器的出口附近以測量溫度； 第三壓力傳感器，其位于所述第二熱交換器的入口和出口之一附近以測量壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中所述控制器被編程以基于所述溫度和壓力的測量來計算所述壓縮機的入口、所述壓縮機的出口、所述第二熱交換器的入口和所述第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)，其中所述控制器被編程以通過從所述第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去所述第二熱交換器的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第一能量差，且其中所述控制器被編程以通過從所述壓縮機的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去所述壓縮機的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第二能量差。
6.一種控制跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的方法，所述方法包括 提供壓縮機，其用于壓縮制冷劑；提供第一熱交換器，其用于冷卻所述制冷劑； 提供膨脹裝置，用于降低所述制冷劑的壓力； 提供第二熱交換器，其用于將熱吸到所述制冷劑內(nèi)； 計算跨越所述第二熱交換器的第一能量差； 計算跨越所述壓縮機的第二能量差； 通過將第一能量差除以第二能量差來計算能量比；比較所述能量比與先前計算的能量比；以及基于所述能量比相對于先前計算的能量比的比較來調(diào)整所述系統(tǒng)的操作參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括提供第一風(fēng)機，其用于在所述第一熱交換器上導(dǎo)向第一流體； 提供第二風(fēng)機，其用于在所述第二熱交換器上導(dǎo)向第二流體； 基于所述能量比相對于所述先前計算的能量比的比較來調(diào)整下列中的至少一個第一風(fēng)機的速度，第二風(fēng)機的速度，壓縮機的速度以及膨脹裝置的開口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括 測量所述壓縮機的入口附近的溫度和壓力； 測量所述壓縮機的出口附近的溫度和壓力； 測量所述第二熱交換器的入口附近的溫度； 測量所述第二熱交換器的出口附近的溫度；測量所述第二熱交換器的入口和出口之一附近的壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括基于所述溫度和壓力的測量來計算所述壓縮機的入口、所述壓縮機的出口、所述第二熱交換器的入口和所述第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括通過從所述蒸發(fā)器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去所述蒸發(fā)器的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第一能量差，并且通過從所述壓縮機的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去所述壓縮機的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算所述第二能量差。
11.一種跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)，包括 壓縮機，其用于壓縮制冷劑；第一熱交換器，其用于冷卻所述制冷劑； 膨脹裝置，其用于降低所述制冷劑的壓力； 第二熱交換器，其用于將熱吸到所述制冷劑內(nèi)； 第一風(fēng)機，其用于在所述第一熱交換器上導(dǎo)向第一流體； 第二風(fēng)機，其用于在所述第二熱交換器上導(dǎo)向第二流體；第一溫度傳感器和第一壓力傳感器，其位于壓縮機的入口附近以分別測量溫度和壓力；第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，其位于所述壓縮機的出口附近以分別測量溫度和壓力；第三溫度傳感器，其位于所述第二熱交換器的入口附近以測量溫度； 第四溫度傳感器，其位于所述第二熱交換器的出口附近以測量溫度； 第三壓力傳感器，其位于所述第二熱交換器的入口和出口之一附近以測量壓力；以及控制器，其被編程以基于所述溫度和壓力的測量來計算所述壓縮機的入口、所述壓縮機的出口、所述第二熱交換器的入口和所述第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量；通過從所述第二熱交換器的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去所述第二熱交換器的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第一能量差；通過從所述壓縮機的出口附近的制冷劑的內(nèi)部能量減去所述壓縮機的入口附近的制冷劑的內(nèi)部能量來計算第二能量差；通過將所述第一能量差除以所述第二能量差來計算能量比；比較所述能量比與先前計算的能量比；以及，基于所述能量比相對于先前計算的能量比的比較來調(diào)整下列中的至少一個第一風(fēng)機的速度，第二風(fēng)機的速度，壓縮機的速度，以及膨脹裝置的開口。
全文摘要
本發(fā)明公開了跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)的控制。一種跨臨界蒸氣壓縮系統(tǒng)包括壓縮機，其用于壓縮制冷劑；第一熱交換器，其用于冷卻該制冷劑；膨脹裝置，其用于降低制冷劑的壓力；第二熱交換器，其用于將熱吸到制冷劑內(nèi)；以及，控制器，其被編程以計算跨越第二熱交換器的第一能量差和跨越壓縮機的第二能量差；通過將第一能量差除以第二能量差來計算能量比；比較該能量比與先前計算的能量比；以及，基于該能量比相對于先前計算的能量比的比較來調(diào)整該系統(tǒng)的操作參數(shù)。
文檔編號F25B1/00GK102434991SQ20111028333
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月23日
發(fā)明者科佩卡 M., 科爾達 M., 赫加 M., 拉特馬耶 V. 申請人:熱之王公司