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使用過冷值操作蒸汽壓縮系統(tǒng)的方法

文檔序號:4781661閱讀:145來源:國知局
專利名稱:使用過冷值操作蒸汽壓縮系統(tǒng)的方法
技術領域
本發(fā)明涉及操作蒸汽壓縮系統(tǒng)、尤其是包括抽吸管線熱交換器的蒸汽壓縮系統(tǒng)的方法。與現有技術方法相比,本發(fā)明的方法允許蒸汽壓縮系統(tǒng)、尤其是包括抽吸管線熱交換器的蒸汽壓縮系統(tǒng)以更穩(wěn)定的方式操作。本發(fā)明還涉及包括抽吸管線熱交換器的蒸汽壓縮系統(tǒng)。
背景技術
蒸汽壓縮系統(tǒng)通常包括沿制冷劑路徑設置的壓縮機、冷凝器、膨脹裝置以及蒸發(fā)器。在制冷劑路徑中流動的制冷劑被交替地壓縮和膨脹,由此向一容積提供冷卻或加熱。為了最大可能程度地利用蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力,期望的是控制通過蒸發(fā)器的制冷劑流,使得在整個蒸發(fā)器中存在液態(tài)制冷劑。然而,在液態(tài)制冷劑被允許經過蒸發(fā)器的情況下,存在該液態(tài)制冷劑可能到達壓縮機的風險。這可能導致對壓縮機的損壞,因此是不期望的。因此,通常試圖操作蒸汽壓縮系統(tǒng),使得液態(tài)制冷劑幾乎存在于整個蒸發(fā)器中。為此,測量過熱,即離開蒸發(fā)器的制冷劑的溫度與離開蒸發(fā)器的制冷劑的露點之間的溫差,并且控制對蒸發(fā)器的制冷劑供應,以便獲得小的但正的過熱。上述控制策略的一個缺點在于,蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力未被完全使用,這是因為離開蒸發(fā)器的制冷劑的過熱必須是正的,以便確保液態(tài)制冷劑不會到達壓縮機。為了解決該問題,可以在蒸汽壓縮系統(tǒng)的抽吸管線中(即在蒸發(fā)器和壓縮機之間)設置內部熱交換器。在該情況下,離開蒸發(fā)器的制冷劑在內部熱交換器中被加熱。因此,在小量液態(tài)制冷劑離開蒸發(fā)器的情況下,該液態(tài)制冷劑在內部熱交換器中被蒸發(fā)。由此,液態(tài)制冷劑能夠存在于整個蒸發(fā)器中,而不存在液態(tài)制冷劑到達壓縮機的風險。在A.Tambovtsev 等人在北京舉辦的 International Congress ofRefrigeration 2007發(fā)表的“COP improvement by transfer of the superheating intothe internal heat exchanger”中,公開了一種制冷系統(tǒng)。該制冷系統(tǒng)包括抽吸管線熱交換器,在該抽吸管線熱交換器中,熱交換流體平行地流動以便穩(wěn)定該系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種操作蒸汽壓縮系統(tǒng)的方法,在該方法中,與現有技術方法相比,蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作更穩(wěn)定。本發(fā)明實施方式的又一目的在于提供一種操作蒸汽壓縮系統(tǒng)的方法,在該方法中,與現有技術方法相比,對蒸發(fā)器的制冷劑供應以更精確且最佳的方式被控制。本發(fā)明實施方式的又一目的在于提供一種蒸汽壓縮系統(tǒng),在蒸汽壓縮系統(tǒng)中,能夠最大可能程度地利用蒸發(fā)器的潛在制冷能力,而不會導致蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作的不穩(wěn)定。根據第一方面,本發(fā)明提供一種操作蒸汽壓縮系統(tǒng)的方法,所述蒸汽壓縮系統(tǒng)包括沿制冷劑路徑設置的壓縮機、冷凝器、膨脹裝置以及蒸發(fā)器,所述方法包括以下步驟: -獲得過熱值,所述過熱值表示進入所述壓縮機的制冷劑的過熱;
-獲得過冷值,所述過冷值表示進入所述膨脹裝置的制冷劑的過冷;以及 -基于所獲得的過熱值和基于所獲得的過冷值來操作所述膨脹裝置。在本文中,術語“蒸汽壓縮系統(tǒng)”應當被解釋為意味著其中制冷劑流循環(huán)并且被交替地壓縮和膨脹的任何系統(tǒng),由此向一容積提供制冷或加熱。因此,蒸汽壓縮系統(tǒng)可以是制冷系統(tǒng)、空氣調節(jié)系統(tǒng)、熱泵等。壓縮機可以采用單個壓縮機的形式,或者壓縮機可以是包括兩個或更多個壓縮機的壓縮機組。冷凝器和蒸發(fā)器都是設置成與環(huán)境介質(例如,空氣流或液體流)交換熱的熱交換器。冷凝器和/或蒸發(fā)器可以包括單條制冷劑流路,制冷劑經由該單條制冷劑流路流過冷凝器/蒸發(fā)器。作為替代,冷凝器和/或蒸發(fā)器可以包括在入口歧管和出口歧管之間流體平行地設置的兩條或更多條制冷劑流路。這些平行制冷劑流路可以采用兩個或更多個平行冷凝器/蒸發(fā)器的形式和/或采用設置在單個冷凝器/蒸發(fā)器中的兩個或更多個管或盤管的形式。制冷劑流路可以采用一個或多個微通道的形式。膨脹裝置可以是膨脹閥或包括膨脹閥,例如電子控制的膨脹閥或熱力膨脹閥。在該情況下,對蒸發(fā)器的制冷劑供應能夠通過控制膨脹閥的開度來控制。作為替代,膨脹裝置可以是或包括節(jié)流孔、毛細管或任何其他合適類型的膨脹裝置。根據本發(fā)明的方法,初始獲得代表進入壓縮機的制冷劑的過熱的過熱值。該過熱值可以是這樣的過熱,即,朝向壓縮機流動的制冷劑的溫度與朝向壓縮機流動的制冷劑的露點之間的溫差。作為替代,該過熱值可以是代表過熱的另一合適值,例如簡單地是朝向壓縮機流動的制冷劑的溫度。過熱值可以被直接測量,或者可以基于另一測量參數被計算或估計。例如,在過熱值簡單地是朝向壓縮機流動的制冷劑的溫度的情況下,該過熱值可以有利地被直接測量。在另一方面,在過熱值是實際過熱的情況下,該過熱值可以基于其他測量參數(例如,朝向壓縮機流動的制冷劑的溫度和壓力)有利地被計算或估計。接下來,獲得代表進入膨脹裝置的制冷劑的過冷的過冷值。過冷值可以是這樣的過冷,即進入膨脹裝置的制冷劑的溫度與進入膨脹裝置的制冷劑的飽和溫度之間的溫差。作為替代,該過冷值可以是表示過冷的另一合適值,例如簡單地是進入膨脹裝置的制冷劑的液體部分的溫度。應當注意的是,對于一些目的,獲得提供過冷變化的信息的值(即,相對過冷值而不是絕對過冷值)就已足夠。為此,進入膨脹裝置的制冷劑的液體溫度是合適值。過冷值可以被直接測量,或者可以基于另一測量參數被計算或估計。最后,膨脹裝置基于所獲得的過熱值并基于所獲得的過冷值來操作。由此,當膨脹裝置被操作時考慮過熱值以及過冷值。由于考慮過熱值,因此膨脹裝置能夠操作以使得對蒸發(fā)器的制冷劑供應提供進入壓縮機的制冷劑的最佳或期望過熱,例如,小但是正的過熱或零過熱,這取決于蒸汽壓縮系統(tǒng)的設計。因此,如上所述,能夠最佳地使用蒸發(fā)器的潛在制冷能力?;讷@知膨脹裝置的特征,包括膨脹裝置通常對于測量參數的變化如何反應,執(zhí)行膨脹裝置的操作。這種特征例如可以憑經驗建立或者可以由制造商計算或估計。此外,有利的是當操作膨脹裝置時考慮過冷值,這是因為進入蒸發(fā)器的制冷劑的過冷在給定制冷劑質量流量的情況下對蒸發(fā)器的制冷能力具有影響。例如,在膨脹裝置是熱力膨脹閥或包括熱力膨脹閥的情況下,膨脹閥的開度確定被供應到蒸發(fā)器的制冷劑的質量流量。然而,對于膨脹閥的給定開度,在進入蒸發(fā)器的制冷劑的過冷增加的情況下蒸發(fā)器的制冷能力增加。因此,基于過冷或至少部分地基于表示過冷的值來控制膨脹裝置允許考慮到該效應。為了達成該目的,將足夠的是,過冷值提供關于過冷變化的信息,即可以不必要獲得關于絕對過冷值的信息。在任何情況下,在獲知過冷或過冷變化與蒸發(fā)器的制冷能力之間的關系的情況下,能夠調節(jié)開度,從而獲得離開蒸發(fā)器的制冷劑的最佳過熱,而與進入蒸發(fā)器的過冷無關。由此,膨脹裝置的操作變得更精確,并且在該時間的更大部分內能夠獲得最佳過熱。這是極大的優(yōu)勢。獲得過冷值的步驟可以包括:測量進入所述膨脹裝置的制冷劑的溫度。根據該實施方式,測量溫度可以用于計算進入蒸發(fā)器的制冷劑的過冷。在該情況下,還有必要測量或估計制冷劑的壓力。作為替代,測量溫度可以被直接用作過冷值,這是因為進入蒸發(fā)器的制冷劑的溫度變化對應于過冷變化。有利的是直接使用測量溫度,這是因為與使用測量溫度來計算過冷的絕對值相比簡單地測量該溫度要容易得多,并且還因為獲得關于過冷變化的信息最常見地就已足夠,以便能夠正確地調節(jié)膨脹裝置的操作。 蒸汽壓縮系統(tǒng)還可以包括內部熱交換器,所述內部熱交換器設置成在從所述蒸發(fā)器朝向所述壓縮機流動的制冷劑與從所述冷凝器朝向所述膨脹裝置流動的制冷劑之間提供熱交換,在該情況下,獲得過熱值的步驟可以包括:測量沿朝向所述壓縮機的方向離開所述內部熱交換器的制冷劑的溫度,并且獲得過冷值的步驟可以包括:測量沿朝向所述膨脹裝置的方向離開所述內部熱交換器的制冷劑的溫度。如上所述的內部熱交換器有時被稱為抽吸管線熱交換器,這是因為該內部熱交換器被設置在蒸汽壓縮系統(tǒng)的抽吸管線中,即,設置在制冷劑路徑的將蒸發(fā)器和壓縮機互連的部分中。根據該實施方式,內部熱交換器提供離開冷凝器的熱制冷劑與離開蒸發(fā)器的冷制冷劑之間的熱交換。由此,離開蒸發(fā)器并朝向壓縮機流動的制冷劑的溫度增加,而離開冷凝器并且朝向膨脹裝置流動的制冷劑溫度降低。因此,如果一些液態(tài)制冷劑被允許穿過蒸發(fā)器,那么制冷劑的該液態(tài)部分能夠在內部熱交換器中蒸發(fā),并且由此防止液態(tài)制冷劑到達壓縮機,并且降低對壓縮機造成損壞的風險。因此,將過熱區(qū)域從蒸發(fā)器移到內部熱交換器。同時,可能操作蒸汽壓縮系統(tǒng),使得液態(tài)制冷劑存在于該蒸發(fā)器的總長度中,由此最大可能程度地利用蒸發(fā)器的潛在制冷能力。此外,在傳感器處的溫差能夠降低,而不增加蒸汽壓縮系統(tǒng)的充注量。由于離開冷凝器并且朝向膨脹裝置流動的制冷劑的溫度降低,在內部熱交換器中進行熱交換期間制冷劑的過冷增加。如上所述,這對膨脹裝置應當如何操作以便獲得離開蒸發(fā)器的制冷劑的最佳過熱具有影響。如上所述,根據本實施方式,獲得過熱值的步驟可以包括:測量沿朝向壓縮機的方向離開內部熱交換器的制冷劑的溫度,并且獲得過冷值的步驟可以包括:測量沿朝向膨脹裝置的方向離開內部熱交器的制冷劑的溫度。因此,在內部熱交換器之后的點(即,在離開蒸發(fā)器的可能液態(tài)制冷劑借助內部熱交換器蒸發(fā)之后)處獲得過熱值。因此,膨脹裝置能夠操作以使得實現基本沒有液態(tài)制冷劑到達壓縮機,并且使得液態(tài)制冷劑存在于蒸發(fā)器的總長度上。此外,在內部熱交換器之后的點(即,在過冷已經由于熱交換而增加之后)處還獲得過冷值。因此,所獲得的過冷值代表進入膨脹裝置的制冷劑的過冷,并且實質上提供關于由于在內部熱交換器中發(fā)生的熱交換而增加多少過冷的信息。由此,當操作膨脹裝置時有可能考慮到過冷的該增加。在一些情況下,在內部熱交換器或抽吸管線熱交換器中出現的過冷的增加會導致蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作不穩(wěn)定。然而,由于根據本發(fā)明的方法在膨脹裝置的操作中考慮過冷的增加,因此能夠避免或至少大致減少這種不穩(wěn)定性。因此,根據本發(fā)明的方法對于操作包括內部熱交換器或抽吸管線熱交換器的蒸汽壓縮系統(tǒng)是十分有利的。從蒸發(fā)器朝向壓縮機流動的制冷劑和從冷凝器朝向膨脹裝置流動的制冷劑可以在內部熱交換器中平行地流動。根據該實施方式,內部熱交換器是所謂的平行流熱交換器或共流熱交換器。由此,從蒸發(fā)器進入內部熱交換器的最冷制冷劑被帶進與從冷凝器進入內部熱交換器的最熱制冷劑的熱接觸。此外,平行流熱交換器趨于比逆流熱交換器更容易地適應蒸汽壓縮系統(tǒng)的負載變化,由此對該系統(tǒng)“擾動”更少。結果是,蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作變得相對穩(wěn)定。作為替代,內部熱交換器可以是逆流熱交換器,即從蒸發(fā)器朝向壓縮機流動的制冷劑和從冷凝器朝向膨脹裝置流動的制冷劑可以在內部熱交換器中沿相反的方向流動。該方法還可以包括步驟:測量從所述蒸發(fā)器朝向所述內部熱交換器流動的制冷劑的溫度。根據該實施方式,能夠獲得離開蒸發(fā)器并且在進入內部熱交換器之前的制冷劑的過熱值。操作所述膨脹裝置的步驟可以包括:控制所述膨脹裝置的開度。根據該實施方式,膨脹裝置可以有利地是熱力膨脹閥或包括熱力膨脹閥。所述方法還可以包括步驟:僅基于在所述蒸汽壓縮系統(tǒng)的啟動期間所獲得的過熱值來操作所述膨脹裝置。根據該實施方式,蒸汽壓縮系統(tǒng)根據“兩步”策略來操作,在這里蒸汽壓縮系統(tǒng)初始以普通方式操作,即僅基于離開蒸發(fā)器并進入壓縮機的制冷劑的過熱操作。在蒸汽壓縮系統(tǒng)包括如上所述的內部熱交換器的情況下,可以獲得在蒸發(fā)器和內部熱交換器之間的制冷劑路徑中(即,在制冷劑進入內部熱交換器之前)的過熱值,或可以獲得在內部熱交換器和壓縮機之間的制冷劑路徑中(即,在制冷劑已經在內部熱交換器中經歷熱交換之后)的過熱值。因此,當已經完成蒸汽壓縮系統(tǒng)的啟動時,蒸汽壓縮系統(tǒng)根據本發(fā)明的方法操作,即,膨脹裝置基于所獲得的過熱值并且基于所獲得的過冷值來操作。如上所述的“兩步”策略會是有利的,因為根據本發(fā)明的控制方法對于抽吸壓力的變化十分敏感。在蒸汽壓縮系統(tǒng)的啟動序列期間可能出現抽吸壓力的大變化,且因此可能優(yōu)選的是在啟動期間根據現有技術方法來操作蒸汽壓縮系統(tǒng),即使現有技術方法不考慮過冷。預期在小于30分鐘的時間間隔(例如,在O分鐘與30分鐘之間、例如在5分鐘與20分鐘之間、例如在10分鐘與15分鐘之間)期間運行啟動序列。根據第二方面,本發(fā)明提供一種蒸汽壓縮系統(tǒng),所述蒸汽壓縮系統(tǒng)包括:沿制冷劑路徑設置的壓縮機、冷凝器、膨脹裝置以及蒸發(fā)器;以及內部熱交換器,所述內部熱交換器設置成在從所述蒸發(fā)器朝向所述壓縮機流動的制冷劑與從所述冷凝器朝向所述膨脹裝置流動的制冷劑之間交換熱,所述蒸汽壓縮系統(tǒng)還包括第一傳感器和第二傳感器,所述第一傳感器設置成測量代表過熱值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述內部熱交換器和所述壓縮機之間,所述第二傳感器設置成測量代表過冷值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述內部熱交換器和所述膨脹裝置之間。應當注意的是,本領域技術人員會容易地認識到,結合本發(fā)明第一方面描述的任何特征還能夠結合本發(fā)明的第二方面,并且反之亦然。因此,根據本發(fā)明第二方面的蒸汽壓縮系統(tǒng)可以有利地根據按照本發(fā)明第一方面的方法來操作。由于蒸汽壓縮系統(tǒng)配置有第一傳感器和第二傳感器(所述第一傳感器設置成測量代表過熱值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述內部熱交換器和所述壓縮機之間,所述第二傳感器設置成測量代表過冷值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述內部熱交換器和所述膨脹裝置之間),因此可能獲得這種過熱值和過冷值,并且可能基于這些值來操作膨脹裝置。由此,能夠獲得參照本發(fā)明第一方面的上述優(yōu)勢。蒸汽壓縮系統(tǒng)可以例如是制冷系統(tǒng)、空氣調節(jié)系統(tǒng)、熱泵、或任何其他合適類型的蒸汽壓縮系統(tǒng)。蒸汽壓縮系統(tǒng)還可以包括控制器,所述控制器適于基于借助所述第一傳感器和第二傳感器獲得的值來操作所述膨脹裝置。由此,獲得上述優(yōu)勢。內部熱交換器可以是平行流熱交換器,S卩,在內部熱交換器中從冷凝器朝向膨脹裝置流動的制冷劑和在內部熱交換器中從蒸發(fā)器朝向壓縮機流動的制冷劑可以平行地流動。如上所述,由此,從蒸發(fā)器進入內部熱交換器的最冷制冷劑被帶進與從冷凝器進入內部熱交換器的最熱制冷劑熱接觸。結果是,蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作變得相對穩(wěn)定。所述蒸汽壓縮系統(tǒng)還可以包括第三傳感器,所述第三傳感器設置成測量代表過熱值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述蒸發(fā)器和所述內部熱交換器之間。這種第三傳感器可以提供關于在內部熱交換器中發(fā)生熱交換之前離開蒸發(fā)器的制冷劑過熱的信息,由此蒸發(fā)離開該蒸發(fā)器的任何液態(tài)制冷劑。該附加過熱值可以例如用于控制在僅基于過熱來控制膨脹裝置的啟動序列期間控制所述膨脹裝置。


現將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明,在附圖中:
圖1是根據本發(fā)明實施方式的蒸汽壓縮系統(tǒng)的示意 圖2是圖1的蒸汽壓縮系統(tǒng)的操作的壓-焓圖,該操作是依照根據本發(fā)明實施方式的方法進行的;以及
圖3a和圖3b是分別用于以過熱操作的蒸發(fā)器和不以過熱操作的蒸發(fā)器的熱交換器圖形。
具體實施例方式圖1是根據本發(fā)明實施方式的蒸汽壓縮系統(tǒng)I的示意圖。蒸汽壓縮系統(tǒng)I包括壓縮機2、冷凝器3、采用膨脹閥形式的膨脹裝置4、以及蒸發(fā)器5。蒸汽壓縮系統(tǒng)I還包括設置在蒸汽壓縮系統(tǒng)I的抽吸管線中的內部熱交換器6。在內部熱交換器6中,在抽吸管線中從蒸發(fā)器5朝向壓縮機2流動的制冷劑與從冷凝器3朝向膨脹裝置4流動的制冷劑之間發(fā)生熱交換。由此,從蒸發(fā)器5朝向壓縮機2流動的冷制冷劑被加熱,而從冷凝器3朝向膨脹裝置4流動的熱制冷劑被冷卻。內部熱交換器6是平行流熱交換器,即兩個制冷劑流在內部熱交換器6中平行流動。如上所述,在內部熱交換器6中發(fā)生的熱交換確??赡茈x開蒸發(fā)器5的任何液態(tài)制冷劑在內部熱交換器6中被蒸發(fā),并且在制冷劑中產生過熱,由此確保到達壓縮機2的制冷劑處于大致氣態(tài)。這允許蒸汽壓縮系統(tǒng)I操作成使得在整個蒸發(fā)器5中存在液態(tài)制冷劑,而不存在液態(tài)制冷劑到達壓縮機2的風險。由此,能夠以最大可能程度來利用蒸發(fā)器5的潛在制冷能力,而不會存在損壞壓縮機2的風險。與此同時,內部熱交換器6導致在液體管線中(即,從冷凝器3朝向膨脹裝置4)流動的制冷劑的過冷增加。第一傳感器7設置在制冷劑路徑中位于內部熱交換器6和壓縮機2之間。第一傳感器7設置用于測量離開內部熱交換器6的制冷劑的溫度。由此,借助第一傳感器7測量的值表示離開內部熱交換器6并且朝向壓縮機2流動的制冷劑的過熱。第二傳感器8設置在制冷劑路徑中位于內部熱交換器6和膨脹裝置4之間。第二傳感器8設置用于測量離開內部熱交換器6的制冷劑的溫度,并且還可能測量制冷劑的壓力。由此,由第二傳感器8測量的值表示被供應到膨脹裝置4的制冷劑的過冷。優(yōu)選地,第二傳感器8設置用于僅測量溫度值。由此,能夠監(jiān)測制冷劑過冷的變化,因為溫度的變化反映了過冷的變化,但是沒有獲得過冷的絕對值。然而,為了控制膨脹裝置4的目的,這通常就已足夠,并且測量溫度與獲得過冷的絕對值相比要簡單得多。第三傳感器9設置在制冷劑路徑中位于蒸發(fā)器5和內部熱交換器6之間。第三傳感器9設置用于測量離開蒸發(fā)器5的制冷劑的溫度,并且還可能測量制冷劑的壓力。由此,由第三傳感器9測量的值表示離開蒸發(fā)器5并且在內部熱交換器6中發(fā)生熱交換之前的制冷劑的過熱。由第三傳感器9測量的值可以有利地僅在蒸汽壓縮系統(tǒng)I的啟動序列期間被使用。這將在下文更詳細地描述。壓力傳感器10設置在制冷劑路徑中位于第一傳感器7附近,用于測量離開內部熱交換器6的制冷劑的壓力。所測量的壓力與由第一傳感器7獲得的溫度信號一起可以用于計算進入壓縮機2的制冷劑的過熱。傳感器7、8、9、10中的每個都與控制器11通信。因此,控制器11接收來自傳感器
7、8、9、10中的每個的測量值,并且基于這些測量值來產生用于致動器12的輸出信號。響應于所產生的輸出信號,致動器2操作膨脹裝置4 (例如,通過調節(jié)開度),以使得以最大可能程度利用蒸發(fā)器5的潛在制冷能力,而不會存在由于液態(tài)制冷劑到達壓縮機2引起的損壞壓縮機2的風險。在下文中,將參考圖1和圖2來描述圖1的蒸汽壓縮系統(tǒng)I的操作。圖2是示出圖1的蒸汽壓縮系統(tǒng)I的操作的壓-焓圖。實線13代表使用現有技術控制方法的蒸汽壓縮系統(tǒng)I的操作,其中膨脹裝置4僅基于離開蒸發(fā)器5的制冷劑的測量過熱值被控制,且其中蒸汽壓縮系統(tǒng)I沒有設置內部熱交換器6。虛線14代表依照根據本發(fā)明實施方式的方法進行的蒸汽壓縮系統(tǒng)I的操作。初始,即在蒸汽壓縮系統(tǒng)I的啟動期間,蒸汽壓縮系統(tǒng)I優(yōu)選地根據現有技術控制策略來操作,其中膨脹裝置4僅基于離開蒸發(fā)器5的制冷劑的測量過熱值來操作。在該情況下,控制器11僅基于由第三傳感器9執(zhí)行的測量來操作該膨脹裝置4。當蒸汽壓縮系統(tǒng)I正確地操作時,例如在大約10-15之后,控制策略改變?yōu)楦鶕景l(fā)明實施方式的方法。在該情況下,控制器11基于由第一傳感器7執(zhí)行的測量并且基于由第二傳感器8執(zhí)行的測量來操作膨脹裝置4,并且遵循壓-焓圖的虛線14。用于蒸汽壓縮系統(tǒng)I的該兩步操作的原因在于,根據本發(fā)明實施方式的蒸汽壓縮系統(tǒng)I的控制對于抽吸壓力的擾動十分敏感。在蒸汽壓縮系統(tǒng)I的啟動期間,預期有這種變化,尤其在壓縮機2采用包括兩個或更多個壓縮機的壓縮機組的形式的情況下,這些壓縮機被接通或關閉以便允許蒸汽壓縮系統(tǒng)I匹配制冷負載。在蒸汽壓縮系統(tǒng)I的啟動期間,預期有壓縮機的許多接通和關閉,由此導致抽吸壓力的顯著擾動,因此在啟動期間根據現有技術方法來操作蒸汽壓縮系統(tǒng)I是有利的。一旦完成啟動序列,蒸汽壓縮系統(tǒng)I就依照根據本發(fā)明實施方式的方法來操作,并且遵循壓-焓圖的虛線14。從點15至點16,制冷劑在壓縮機2中被壓縮,從而導致焓增加以及壓力增加。從圖2清楚可見,在該過程期間,與如實線13所示根據現有技術方法操作蒸汽壓縮系統(tǒng)I的情況相比,焓輕微降低。從點16至點17,制冷劑在冷凝器3中被冷凝。在此期間,壓力被保持在大致恒定水平,而焓降低。從點17至點18,制冷劑經過內部熱交換器6。從圖2清楚可見,這導致焓被進一步降低,而壓力保持在大致恒定水平。因此,離開冷凝器3的制冷劑的過冷由于在內部熱交換器6中發(fā)生熱交換而增加。這由虛線部14a示出。從圖2清楚可見,過冷的該附加增加在現有技術方法中沒有獲得(即,當不提供內部熱交換器6時)。從點18至點19,制冷劑在膨脹裝置4中膨脹,從而導致壓力降低,同時焓保持在大致恒定水平。為此目的,膨脹裝置4基于由第一傳感器7執(zhí)行的測量以及由第二傳感器8執(zhí)行的測量來操作。因此,膨脹裝置4基于離開內部熱交換器6的制冷劑的測量過熱值、并且適當考慮供應到膨脹裝置4的制冷劑的過冷或至少適當考慮供應到膨脹裝置4的制冷劑的過冷的變化來操作。從圖2清楚可見,當依照根據本發(fā)明實施方式的方法操作蒸汽壓縮系統(tǒng)I時在膨脹步驟期間達到的壓力水平稍微高于當根據現有技術方法操作蒸汽壓縮系統(tǒng)I時達到的壓力水平。還清楚的是,當蒸汽壓縮系統(tǒng)I依照根據本發(fā)明實施方式的方法操作時,膨脹的較大部分發(fā)生在液體區(qū)域中。從點19至點20,制冷劑經過蒸發(fā)器5,并且制冷劑的至少一部分經歷蒸發(fā)。因此在該步驟期間,焓增加,同時壓力保持在大致恒定水平。從圖2清楚可見,制冷劑在離開蒸發(fā)器5時仍處于混合相(B卩,在蒸發(fā)器5中沒有產生過熱),并且最大程度地利用蒸發(fā)器5的潛在制冷能力。從點20至點15,制冷劑經過內部熱交換器6。這導致焓進一步增加,同時壓力保持在大致恒定水平。由此,在制冷劑中引入正的過熱,由線14b代表,并且由此阻止液態(tài)制冷劑到達壓縮機2。從圖2清楚可見,由線14a表示的焓減少對應于由線14b表示的焓增加。圖3a和3b分別是以過熱操作的蒸發(fā)器和沒有以過熱操作的蒸發(fā)器的熱交換器圖形。圖3a的圖形對應于由圖2中的實線13表示的情形,而圖3b的圖形對應于由圖2中的虛線14表示的情形。在圖3a和3b中,實線21表示在蒸發(fā)器上流動的流體流的溫度根據沿蒸發(fā)器的位置而變化;并且虛線22表示蒸發(fā)器溫度根據沿蒸發(fā)器的位置而變化。
在圖3a中,朝向蒸發(fā)器的端部的制冷劑的溫度由于引入到蒸發(fā)器中的制冷劑中的過熱而顯著地增加。由此,蒸發(fā)器溫度也朝向蒸發(fā)器的端部而增加。在該情況下,需要蒸發(fā)器溫度與被冷卻流體的溫度之間的溫差Λ T超過過熱值SH。因此,蒸發(fā)器溫度必須很低。在另一方面,在圖3b中,在蒸發(fā)器中的制冷劑中沒有引入過熱。因此,對于蒸發(fā)器和被冷卻流體之間的溫差△ T的要求降低。因此,與如圖3a所示的情形相比,蒸發(fā)器溫度能夠增加,如箭頭23所示的。因此,從圖3a和3b清楚可見,當蒸汽壓縮系統(tǒng)依照根據本發(fā)明實施方式的方法操作時,在蒸發(fā)器處的溫差能夠降低,而不增加蒸汽壓縮系統(tǒng)的充注量。在圖3a和3b的圖形中的線上方的箭頭分別表示在蒸發(fā)器中流動的制冷劑的流動方向以及流動穿過蒸發(fā)器的流 體的流動方向。
權利要求
1.一種操作蒸汽壓縮系統(tǒng)(I)的方法,所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(I)包括沿制冷劑路徑設置的壓縮機(2)、冷凝器(3)、膨脹裝置(4)以及蒸發(fā)器(5),所述方法包括以下步驟: -獲得過熱值,所述過熱值表示進入所述壓縮機(2)的制冷劑的過熱; -獲得過冷值,所述過冷值表示進入所述膨脹裝置(4)的制冷劑的過冷;以及 -基于所獲得的過熱值以及基于所獲得的過冷值來操作所述膨脹裝置(4 )。
2.根據權利要求1所述的方法,其中,獲得過冷值的步驟包括:測量進入所述膨脹裝置(4)的制冷劑的溫度。
3.根據權利要求1或2所述的方法,其中,所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(I)還包括內部熱交換器(6 ),所述內部熱交換器設置成在從所述蒸發(fā)器(5 )朝向所述壓縮機(2 )流動的制冷劑與從所述冷凝器(3)朝向所述膨脹裝置(4)流動的制冷劑之間提供熱交換,且其中,獲得過熱值的步驟包括測量沿朝向所述壓縮機(2)的方向離開所述內部熱交換器(6)的制冷劑的溫度,并且獲得過冷值的步驟包括測量沿朝向所述膨脹裝置(4)的方向離開所述內部熱交換器(6)的制冷劑的溫度。
4.根據權利要求3所述的方法,其中,從所述蒸發(fā)器(5)朝向所述壓縮機(2)流動的所述制冷劑與從所述冷凝器(3)朝向所述膨脹裝置(4)流動的所述制冷劑在所述內部熱交換器(6)中平行地流動。
5.根據權利要求3或4所述的方法,還包括測量從所述蒸發(fā)器(5)朝向所述內部熱交換器(6)流動的制冷劑的溫度的步驟。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法,其中,操作所述膨脹裝置(4)的步驟包括:控制所述膨脹裝置(4)的開度。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法,還包括僅基于在所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(I)的啟動期間所獲得的過熱值來操作所述膨脹裝置(4 )的步驟。
8.一種蒸汽壓縮系統(tǒng)(1),所述蒸汽壓縮系統(tǒng)包括:沿制冷劑路徑設置的壓縮機(2)、冷凝器(3)、膨脹裝置(4)以及蒸發(fā)器(5);以及內部熱交換器(6),所述內部熱交換器設置成在從所述蒸發(fā)器(5)朝向所述壓縮機(2)流動的制冷劑與從所述冷凝器(3)朝向所述膨脹裝置(4)流動的制冷劑之間交換熱,所述蒸汽壓縮系統(tǒng)(I)還包括第一傳感器(7)和第二傳感器(8),所述第一傳感器設置成測量代表過熱值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述內部熱交換器(6)和所述壓縮機(2)之間,所述第二傳感器設置成測量代表過冷值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述內部熱交換器(6)和所述膨脹裝置(4)之間。
9.根據權利要求8所述的蒸汽壓縮系統(tǒng)(I),還包括控制器(11 ),所述控制器適于基于借助所述第一傳感器(7 )和第二傳感器(8 )獲得的值來操作所述膨脹裝置(4 )。
10.根據權利要求8或9所述的蒸汽壓縮系統(tǒng)(1),其中,所述內部熱交換器(6)是平行流熱交換器。
11.根據權利要求8-10中任一項所述的蒸汽壓縮系統(tǒng)(1),還包括第三傳感器(9),所述第三傳感器設置成測量代表過熱值的值,并且設置在所述制冷劑路徑中位于所述蒸發(fā)器(5)和所述內部熱交換器(6)之間。
全文摘要
公開了操作蒸汽壓縮系統(tǒng)(1)的方法。蒸汽壓縮系統(tǒng)(1)包括沿制冷劑路徑設置的壓縮機(2)、冷凝器(3)、膨脹裝置(4)以及蒸發(fā)器(5),所述膨脹裝置例如采用膨脹閥的形式。所述方法包括以下步驟獲得過熱值,所述過熱值表示進入所述壓縮機(2)的制冷劑的過熱;獲得過冷值,所述過冷值表示進入所述膨脹裝置(4)的制冷劑的過冷;以及基于所獲得的過熱值和基于所獲得的過冷值來操作所述膨脹裝置(4)。有利的是當操作膨脹裝置(4)時考慮到該過冷值,這是因為在膨脹裝置(4)的給定開度下過冷值的變化對蒸發(fā)器(5)的制冷能力具有顯著影響。因此當考慮過冷值時得到蒸汽壓縮系統(tǒng)(1)的更穩(wěn)定操作。蒸汽壓縮系統(tǒng)(1)有利地還可包括例如采用抽吸管線熱交換器形式的內部熱交換器(6)。
文檔編號F25B49/02GK103097835SQ201180032497
公開日2013年5月8日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權日2010年6月30日
發(fā)明者F.施密特 申請人:丹福斯有限公司
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