冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冷卻系統(tǒng)，包括制冷回路(1)，其使制冷劑循環(huán)，且在所述制冷劑的流動方向上包括：至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)；至少一個冷凝器(4)；至少一個膨脹裝置(8、10)；以及用于提供冷卻能力的至少一個蒸發(fā)器(11)。冷卻系統(tǒng)還包括用于使在制冷回路(1)中循環(huán)的制冷劑過冷的過冷回路(20)，過冷回路(20)構(gòu)造成使過冷制冷劑循環(huán)，且包括至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)；至少一個熱交換器件(6、7)，其布置在至少一個冷凝器(4)的下游，且構(gòu)造成在制冷回路(1)與過冷回路(20)之間熱交換，至少一個熱交換器件(6、7)包括至少一個溫度傳感器；以及控制單元(15)，其構(gòu)造成用于控制制冷回路(1)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)，使得待由至少一個蒸發(fā)器(11)提供的冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的至少一個熱交換器件(6、7)處的溫度處于預(yù)定范圍。
【專利說明】冷卻系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0001]在循環(huán)制冷劑的流動方向上包括至少一個壓縮機(jī)、排熱熱交換器、膨脹裝置和蒸發(fā)器的制冷回路是現(xiàn)有技術(shù)水平中是已知的。同樣已知的是提供附加經(jīng)濟(jì)器回路，其用于在使其膨脹之前進(jìn)一步冷卻（"過冷"）離開排熱熱交換器的制冷劑，以便提高制冷回路的效率。然而，此制冷回路需要由（多個）壓縮機(jī)輸送的大量能量。
[0002]因此，將有利的是提高此制冷回路的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的示例性實施例包括冷卻系統(tǒng)，其包括使制冷劑循環(huán)的制冷回路，且在制冷劑的流動方向上包括：至少一個壓縮機(jī)；至少一個冷凝器；至少一個膨脹裝置；以及用于提供冷卻能力的至少一個蒸發(fā)器；冷卻系統(tǒng)還包括用于使在制冷回路中循環(huán)的制冷劑過冷的過冷回路，過冷回路構(gòu)造成使過冷制冷劑循環(huán)，且包括至少一個過冷器壓縮機(jī)；布置在至少一個冷凝器的下游且構(gòu)造成用于制冷回路與過冷回路之間的熱交換的至少一個熱交換器件，至少一個熱交換器件包括：至少一個溫度傳感器；以及控制單元，其構(gòu)造成用于控制制冷回路的至少一個壓縮機(jī)和過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)，使得待由至少一個蒸發(fā)器提供的冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的至少一個熱交換器件處的溫度處于預(yù)定范圍中。
[0004]本發(fā)明的示例性實施例還包括控制包括制冷回路的冷卻系統(tǒng)的操作的方法，制冷回路構(gòu)造成用于使制冷劑循環(huán)，且包括在制冷劑的流動方向上的至少一個壓縮機(jī)；至少一個冷凝器；至少一個膨脹裝置；以及至少一個蒸發(fā)器；該冷卻系統(tǒng)還包括：用于使在制冷回路中循環(huán)的制冷劑過冷的過冷回路，過冷回路構(gòu)造成使過冷制冷劑循環(huán)，且包括至少一個過冷器壓縮機(jī)；布置在至少一個冷凝器的下游且構(gòu)造成用于制冷回路與過冷回路之間的熱交換的至少一個熱交換器件，至少一個熱交換器件包括至少一個溫度傳感器；且其中該方法包括控制制冷回路的至少一個壓縮機(jī)和過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)，使得待由至少一個蒸發(fā)器提供的冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的至少一個熱交換器件處的溫度處于預(yù)定范圍中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]下文參照附圖更詳細(xì)地描述了本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中：
圖I示出了包括制冷回路和過冷回路的冷卻系統(tǒng)的示意性視圖；
圖2示出了說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于控制冷卻系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)的圖表；
以及
圖3示出了說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的操作冷卻系統(tǒng)的效果的圖表。
[0006]I制冷回路 2a、2b、2c、2d 壓縮機(jī)
4冷凝器 6經(jīng)濟(jì)器熱交換器 7過冷器熱交換器 8高壓膨脹裝置 9流體回路 10中壓膨脹裝置 11蒸發(fā)器 12制冷劑收集器 14閃蒸氣體熱交換器 15控制單元 16閃蒸氣體膨脹裝置 17閃蒸氣體排出管線 20過冷回路 22、23過冷器壓縮機(jī) 24,26過冷器冷凝器 28過冷器膨脹裝置 30另一個熱交換器 34流體泵 36流體儲存器。

【具體實施方式】
[0007]圖1示出了具有制冷回路I的冷卻系統(tǒng)的示例性實施例的示意性視圖，制冷回路I在由箭頭指示的制冷回路I內(nèi)循環(huán)的制冷劑的流動方向上包括并聯(lián)至彼此的一組壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d、連接至壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的高壓出口側(cè)的冷凝器氣體冷卻器4、經(jīng)濟(jì)器熱交換器6、高壓膨脹裝置8、制冷劑收集器12、中壓膨脹裝置10，以及蒸發(fā)器11。蒸發(fā)器11的出口側(cè)連接至壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的吸入(入口)側(cè)。因此，圖1中所示的制冷回路I的示例性實施例包括借助于并聯(lián)連接的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的一級壓縮，以及通過借助于高壓膨脹裝置8和中壓膨脹裝置10的連續(xù)膨脹的兩級膨脹。
[0008]閃蒸氣體排出管線17將制冷劑收集器12的上部連接至壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的入口側(cè)，允許閃蒸氣體收集在制冷劑收集器12的上部中，以繞過蒸發(fā)器11。閃蒸氣體膨脹裝置16布置在閃蒸氣體排出管線17中，以便使從制冷劑收集器12輸送的閃蒸氣體膨脹。在所述閃蒸氣體膨脹裝置16的下游，閃蒸氣體熱交換器14可提供成以便借助于與制冷劑的熱交換來冷卻膨脹的閃蒸氣體，該制冷劑從制冷劑收集器12流至低壓膨脹裝置10。
[0009]經(jīng)濟(jì)器熱交換器6聯(lián)接至流體循環(huán)9，其進(jìn)一步包括過冷器熱交換器7、流體儲存器36和流體泵34，流體泵構(gòu)造成用于在流體循環(huán)9中使熱傳遞流體(尤其是水)循環(huán)。
[0010]過冷器熱交換器7為過冷器制冷回路20的一部分，其在由箭頭指示的過冷器制冷劑的流動方向上包括:并聯(lián)連接至彼此的一組過冷器壓縮機(jī)22、23，至少一個所述過冷器壓縮機(jī)22、23為變速壓縮機(jī)23 ;用于將油與離開過冷器壓縮機(jī)22、23的制冷劑分離的油分離器32、并聯(lián)連接至彼此的兩個過冷器冷凝器24、26，以及過冷器膨脹裝置28，其構(gòu)造成用于在制冷劑返回到過冷器熱交換器7中之前使從過冷器冷凝器24、26輸送的過冷器制冷劑膨脹。在過冷器熱交換器7中的熱交換之后，過冷器制冷劑引導(dǎo)至過冷器壓縮機(jī)22、23。
[0011]將過冷器膨脹裝置28的入口管線熱連接至過冷器熱交換器7的出口管線的可選的另一個熱交換器30通過在制冷劑由過冷器壓縮機(jī)22、23壓縮之前冷卻從過冷器熱交換器7輸送的過冷器制冷劑來允許提高過冷器制冷回路20的效率。
[0012]在操作中，離開制冷回路I的冷凝器4的制冷劑借助于高壓膨脹裝置8從由壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d提供的高壓水平膨脹至中壓水平。通常包括氣相部分和液相部分的所述中等加壓制冷劑收集在制冷劑收集器12中。制冷劑的液相收集在制冷劑收集器12的底部處，且輸送至中壓膨脹裝置10，在該處，其在進(jìn)入蒸發(fā)器11蒸發(fā)之前膨脹。在蒸發(fā)器11中的膨脹期間，制冷劑吸收熱，從而冷卻蒸發(fā)器11的環(huán)境，例如，制冷銷售器具或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0013]離開蒸發(fā)器11的蒸發(fā)的制冷劑輸送至壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的入口側(cè)，壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d將制冷劑又壓縮至高壓，且將高度加壓的制冷劑輸送至冷凝器4，在該處，其相對于冷凝器4的環(huán)境（例如，環(huán)境空氣）冷卻，且至少部分冷凝。
[0014]離開冷凝器4的制冷劑的氣相部分和液相部分的比率取決于各種因素而變化，包括冷凝器4處的環(huán)境溫度、由蒸發(fā)器11輸送的冷卻能力，以及壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的性能。由于制冷劑的氣體部分對于冷卻蒸發(fā)器11無用，故離開冷凝器4的制冷劑內(nèi)的較大氣體部分降低制冷回路I的性能。因此，期望減小從冷凝器4輸送至高壓膨脹裝置8的制冷劑中包括的氣相部分的比率。
[0015]為了減小離開冷凝器4的制冷劑中包括的氣相部分的比率，從冷凝器4輸送的制冷劑通過將熱從制冷回路I內(nèi)循環(huán)的制冷劑傳遞至聯(lián)接至經(jīng)濟(jì)器熱交換器6的流體循環(huán)9中循環(huán)的熱傳遞流體來在經(jīng)濟(jì)器熱交換器6內(nèi)冷卻，其冷凝且因此減小制冷劑的氣相部分。
[0016]在流體循環(huán)9自身中循環(huán)的熱傳遞流體借助于過冷循環(huán)20冷卻，過冷循環(huán)20根據(jù)與制冷回路I相似的原理工作。
[0017]通過提高過冷循環(huán)20的性能來增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)器熱交換器6中的制冷劑的過冷減小了離開經(jīng)濟(jì)器熱交換器6的制冷劑中包括的氣相部分的比率，這導(dǎo)致了制冷回路I的效率提高。另一方面，為了提高過冷回路20的性能，需要更多功率來操作過冷器壓縮機(jī)22、23，其抵消了通過過冷提高制冷回路I的效率的效果。
[0018]因此，期望操作冷卻系統(tǒng)，以便制冷回路I和過冷循環(huán)20的組合效率（S卩，由制冷回路I提供的冷卻能力相對于制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d和過冷器壓縮機(jī)22、23兩者的累積功率消耗的比率）處于或至少接近其最大值。由于給出了冷凝器/氣體冷卻器4處的環(huán)境溫度，且由于由制冷回路I提供的冷卻能力通常為必須滿足且不可變化的預(yù)定量,故冷卻系統(tǒng)的最佳效率將通過調(diào)整制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的操作和相應(yīng)的過冷器壓縮機(jī)22、23的操作來實現(xiàn)。
[0019]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這可通過控制制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d和過冷回路20的過冷器壓縮機(jī)22、23來實現(xiàn)，使得待由至少一個蒸發(fā)器11提供的冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的熱交換器6處的溫度處于預(yù)定范圍中。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱交換器6處的熱傳遞對包括制冷回路I和過冷回路20的整個冷卻系統(tǒng)的總體能量效率有較大影響。此外，在包括制冷回路I和過冷回路20的整個冷卻系統(tǒng)達(dá)到最大總體能量效率的熱交換器6處的最佳熱傳遞取決于戶外/環(huán)境溫度。因此，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)進(jìn)入熱交換器6的熱傳遞流體的溫度必須取決于制冷回路I的負(fù)載來控制，其繼而又取決于必須由蒸發(fā)器11提供的冷卻能力。
[0020]在一個實施例中，至少一個溫度傳感器（未示出）提供成測量離開熱交換器6的制冷劑的溫度，且控制單元15控制制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d和/或過冷回路20的過冷器壓縮機(jī)22、23，使得離開熱交換器6的制冷劑的溫度處于5°C到15°C的范圍內(nèi)，且具體在9°C到11°C的范圍內(nèi)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這是特別有效的操作。
[0021]在另一個實施例中，提供了至少一個溫度傳感器來測量進(jìn)入熱交換器的過冷制冷劑的溫度，且控制單元15控制制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d和/或過冷回路20的過冷器壓縮機(jī)22、23，以便進(jìn)入過冷器熱交換器7中的過冷制冷劑的溫度在1°C到10°C的范圍中，且具體在3°C到5°C的范圍中。
[0022]還已發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的總體效率在制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d在其最高性能的40%到90%的范圍中運行時接近其最大值，且離開經(jīng)濟(jì)器熱交換器6的制冷劑的液體比率在大約10°C下接近85%。在此情況下，進(jìn)入過冷器熱交換器7的過冷制冷劑的溫度為大約4°C，且進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器熱交換器6的流體的溫度為大約7V。
[0023]因此，提供為控制制冷回路I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d的操作以及過冷器壓縮機(jī)22、23的操作的控制單元15構(gòu)造成在處于或至少接近所述溫度設(shè)置點下操作冷卻系統(tǒng)?？刂茊卧?5借助于溫度傳感器提供有進(jìn)入和離開熱交換器的制冷劑和流體的所需實際溫度，溫度傳感器附接至熱交換器6、7，但并未在附圖中明確示出。
[0024]提供用于使經(jīng)濟(jì)器熱交換器6與如圖I中所示的過冷熱交換器7聯(lián)接的流體回路9是可選的。在附圖中未示出的備選實施例中，經(jīng)濟(jì)器熱交換器6和過冷熱交換器7可組合在單個熱交換器上，其將制冷回路I直接地聯(lián)接至過冷回路20，而不提供中間流體回路9。通過將熱交換器6、7組合在單個熱交換器中，可節(jié)約提供附加流體回路9的成本。
[0025]然而，由于在流體回路9內(nèi)循環(huán)的熱傳遞流體與分別在制冷回路I或過冷回路20內(nèi)循環(huán)的制冷劑之間的熱傳遞速率可大于兩種制冷劑之間的直接熱傳遞速率，故提供流體回路9可有助于提高從制冷回路I到過冷回路20的熱傳遞的效率。此外，在流體回路9內(nèi)循環(huán)的熱傳遞流體可用于另一個目的，例如，用于操作加熱和/或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的控制冷卻系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)關(guān)于圖2中所示的圖表被描述。
[0027]以〃T-eVap_SC〃表示的圖表的水平軸線示出了在過冷器熱交換器7處的過冷器制冷劑的溫度，其為過冷器壓縮機(jī)22、23的性能的函數(shù)。
[0028]左手側(cè)垂直軸線分別示出了操作壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d和過冷器壓縮機(jī)22、23所需的功率P，且右手側(cè)垂直軸線示出了由冷卻系統(tǒng)提供的冷卻能力Q。
[0029]圖表的下部中的線P_el_SC指示了提供成操作過冷器壓縮機(jī)22、23的（電）功率。當(dāng)過冷器熱交換器7處的制冷劑溫度T_ev隨過冷器壓縮機(jī)22、23的降低的性能而增大時，其從左向右減小，這導(dǎo)致減少的功率消耗，導(dǎo)致過冷器制冷劑的溫度升高，且反之亦然。在由"SC max RPM〃指示的圖表的最左部中，過冷器壓縮機(jī)22、23以其最高速度運行，且在由"SC off"指示的最右部中，過冷器壓縮機(jī)22、23關(guān)閉。
[0030]分別在圖表的上部中示出的三條升高的虛線P_el_l、P_el_2、P_el_3表示在壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d中的一個、兩個或三個運行時操作制冷循環(huán)I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d所需的功率，而圖表的頂部處的粗實線P_el_total_l、P_el_total_2、P_el_total_3分別表示P_el_SC和相應(yīng)的P_el_l、P_el_2、P_el_3的相應(yīng)的總和：
P_el_total_x = P_el_x + P_el_SC.
圖表的中部中所示的水平虛線9_1^&(1指示在蒸發(fā)器11處待提供的（預(yù)定）冷卻能力。點劃線Q_MT_1、Q_MT_2、Q_MT_3分別指示對于不同數(shù)目的操作壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d在蒸發(fā)器11處提供的冷卻能力。
[0031]因此，冷卻系統(tǒng)在操作的那些點處滿足預(yù)定冷卻需要，在這些點，點劃線Q_MT_1、Q_MT_2、Q_MT_3中的一條與水平虛線Q_Load相交。
[0032]圖表示出了如果制冷系統(tǒng)I的壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d中的僅僅一個操作則不可能滿足冷卻要求Q_Load，因為Q_MT_1不會與水平虛線Q_Load匹配。
[0033]然而，當(dāng)壓縮機(jī)2a、2b、2c、2d中的兩個或三個操作時，可滿足冷卻要求，因為線Q_MT_2 和 Q_MT_3 分別在 T_evap_SC=T_ev_2 和 T_evap_SC=T_ev_3 處與線 Q_Load 相交。
[0034]當(dāng)三個壓縮機(jī)2a、2b、2c運行時，T_ev = T_ev_3處的總功率消SP_el_total_3高于在兩個壓縮機(jī)2a、2b運行時的T_ev = T_ev_2處的總功率消耗P_el_total_2。因此，操作兩個壓縮機(jī)2a、2b和調(diào)整過冷器回路20的操作以便過冷器熱交換器7處的溫度T_evap_SC等于T_ev_2提供了提供要求的冷卻能力Q_Load的最有效方法。
[0035]圖3說明了如上文所述的根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的控制制冷回路I和過冷回路20的結(jié)果。
[0036]圖3中所示的圖表在其上部說明了過冷器熱交換器7(右手側(cè)垂直軸線）處的過冷器制冷劑的溫度T_ev為由菱形指示的在日間和由星形指示的在夜間的典型操作模式的環(huán)境（具體是戶外）溫度T(水平軸線）的函數(shù)，因為其由根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的制冷回路I和過冷回路20的控制引起，這已經(jīng)在前文中描述。
[0037]在日間（菱形），過冷器熱交換器7處的溫度T_ev在0°C下恒定，只要環(huán)境（戶外）溫度T低于18°C。在高于18°C的環(huán)境溫度T下，在過冷器熱交換器7處的溫度乙^在T=22°C下升高到大約10°C，且然后對于T=28°C和更高的環(huán)境溫度，降回大約3°C的溫度。
[0038]在夜間（星形），過冷器熱交換器7處的溫度T_ev在0°C下恒定，只要環(huán)境（戶外）溫度T低于18°C。在高于18°C的環(huán)境溫度T下，在過冷器熱交換器7處的溫度乙^在T=22°C下升高到大約10°C，且在所述值達(dá)到大約28°C的環(huán)境溫度T處保持恒定。當(dāng)環(huán)境溫度T甚至進(jìn)一步升高時，在過冷器熱交換器7處的溫度T_ev升高到大約15°C，其中其對于30°C到40°C的范圍中的環(huán)境溫度T保持恒定。
[0039]圖3中所示的圖表的下部分別說明了白天和夜晚操作中的用于常規(guī)冷卻系統(tǒng)（實線）和用于根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的冷卻系統(tǒng)（虛線和點劃線）的對應(yīng)的能量消耗P (左手側(cè)垂直軸線）。
[0040]常規(guī)系統(tǒng)（實線）在白天操作（填充的正方形）中在大約26°C的環(huán)境溫度T下到達(dá)其最高功率消耗P_max (100%)，而在夜晚操作（填充的三角形）中在大約24°C的戶外溫度下達(dá)到略微更低的功率消耗。
[0041]在根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的冷卻系統(tǒng)中，最高功率消耗P_max在夜晚操作(開放三角形）中24°C的戶外溫度下同樣達(dá)到。
[0042]然而，在白天操作（開放正方形）中，最大功率消耗P_max將在大約28°C的略微更高的戶外溫度下達(dá)到。
[0043]如可通過比較圖表的功率消耗白天操作常規(guī)系統(tǒng)（填充正方形）和根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的最大功率消耗白天操作冷卻系統(tǒng)（開放正方形）的最大值看到那樣，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的冷卻系統(tǒng)的最大功率消耗P_max為常規(guī)冷卻系統(tǒng)的最大功率消SPjnax = 100%的大約83%，且因此大大減小。
[0044]如可通過比較圖表的功率消耗夜晚操作常規(guī)系統(tǒng)（填充三角形）和根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的最大功率消耗夜晚操作冷卻系統(tǒng)（開放三角形）的最大值看到的那樣，在夜晚操作下的根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的冷卻系統(tǒng)的最大功率消耗P_max為處于最大功率消耗P_max = 100%的大約83%，而夜晚操作下的常規(guī)冷卻系統(tǒng)的最大功率消耗P_max為處于最大功率消耗P_max = 100%的大約95%。因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的冷卻系統(tǒng)的最大功率消耗P_max也在夜晚操作下大大減小。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，如在此所述，制冷回路的至少一個壓縮機(jī)和過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)控制成使得待由至少一個蒸發(fā)器提供的冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的至少一個熱交換器件處的溫度在預(yù)定范圍中。
[0046]因此，可獲得顯著改善效率和操作冷卻系統(tǒng)所需的總能量大大降低的冷卻系統(tǒng)。
[0047]在至少一個熱交換器件處的溫度的預(yù)定范圍可基于例如改變戶外/環(huán)境溫度或改變待由（多個）蒸發(fā)器提供的冷卻能力來在一定時間內(nèi)變化。
[0048]通過此控制，從制冷回路傳遞至過冷回路的熱量可調(diào)整，考慮了必須提供的所需冷卻能力和戶外/環(huán)境溫度。
[0049]其它測試已示出了通過在基于CO2的冷卻系統(tǒng)中使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的對過冷系統(tǒng)的優(yōu)化熱傳遞，可達(dá)到常規(guī)R404A標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的能量效率。因此，本發(fā)明允許了從基于R404A的系統(tǒng)切換至基于CO2的冷卻系統(tǒng)，而沒有損失效率。
[0050]熱交換器器件中的蒸發(fā)溫度可以以最佳方式取決于制冷系統(tǒng)中的情況來增加。制冷系統(tǒng)提供信號來指示運行的壓縮機(jī)的狀態(tài)。熱交換器件可利用該信號來升高或降低蒸發(fā)溫度，以配合最佳的總體功率消耗。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，如本文所述，制冷回路和過冷回路受控制，使得冷卻系統(tǒng)的效率（即，由系統(tǒng)提供的冷卻能力相對于操作制冷循環(huán)以及過冷循環(huán)的壓縮機(jī)所需的功率總量的比率）處于或至少接近其最大值。
[0052]在第一實施例中，至少一個溫度傳感器提供成測量離開熱交換器件的制冷劑的溫度，且制冷回路的至少一個壓縮機(jī)和/或過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)控制成使得以便離開熱交換器件的制冷劑的溫度在5°C到15°C的范圍中，且具體是在9°C到11°C的范圍中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此溫度范圍導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的很有效的操作。
[0053]在另一個實施例中，至少一個溫度傳感器提供成測量進(jìn)入熱交換器件的過冷制冷劑的溫度，且制冷回路的至少一個壓縮機(jī)和/或過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)控制成使得進(jìn)入過冷器熱交換器件的過冷制冷劑的溫度在l°c到10°C的范圍中，且具體在3°C到5°C的范圍中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在所述溫度范圍內(nèi)操作過冷回路導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的很有效的操作。
[0054]在另一個實施例中，制冷回路和過冷回路控制成使得制冷回路的（多個）壓縮機(jī)以其最大能力的40%到90%操作。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以其最大能力的40%到90%操作壓縮機(jī)導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的很有效的操作。
[0055]在另一個實施例中，過冷回路受控制，使得離開熱交換器件的制冷劑包括至少85%的液體制冷劑。提供至少85%的液體制冷劑導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的很有效的操作。
[0056]在另一個實施例中，控制單元構(gòu)造成運行制冷回路的最少數(shù)目的壓縮機(jī)，且運行過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)，以便待由至少一個蒸發(fā)器提供的冷卻能力被滿足，且以便最小化總體功率消耗。這提供了冷卻系統(tǒng)的很有效的操作。
[0057]在另一個實施例中，控制單元構(gòu)造成取決于多少冷卻能力待由至少一個蒸發(fā)器提供來選擇性地開啟和關(guān)閉制冷回路的至少一個壓縮機(jī)。開啟和關(guān)閉至少一個壓縮機(jī)提供了控制制冷回路的操作的簡單且有效的方式。
[0058]在另一個實施例中，過冷回路的至少一個過冷器壓縮機(jī)能夠在變速下操作，且控制單元構(gòu)造成連續(xù)地調(diào)整所述過冷器壓縮機(jī)的速度，且/或其中制冷回路的至少一個壓縮機(jī)能夠在變速下操作，且其中控制單元構(gòu)造成連續(xù)地控制所述壓縮機(jī)的速度。這允許過冷回路和制冷回路的性能的很精密的控制。
[0059]在另一個實施例中，過冷回路還包括至少一個過冷器冷凝器；以及至少一個過冷器膨脹裝置。
[0060]在另一個實施例中，熱交換器件為使制冷回路與過冷回路聯(lián)接的熱交換器。在該實施例中，獲得了制冷回路與過冷回路之間的直接熱交換。
[0061]在另一個實施例中，熱交換器件形成為使制冷回路與過冷回路聯(lián)接的流體回路，所述流體回路借助于至少一個熱交換器聯(lián)接至制冷回路，熱交換器布置在至少一個冷凝器的下游，且借助于過冷器熱交換器聯(lián)接至過冷回路。流體回路還可稱為鹽水環(huán)路。在該實施例中，制冷回路與過冷回路之間的間接熱交換關(guān)系借助于流體回路、借助于至少一個熱交換器，以及借助于過冷器熱交換器來獲得。熱傳遞流體在流體回路中循環(huán)。在熱交換器之間循環(huán)的熱傳遞流體可改善熱交換器內(nèi)的熱傳遞速率。此外，循環(huán)熱傳遞流體可用于傳遞熱來用于附加目的，例如，用于加熱和/或冷卻系統(tǒng)的操作。
[0062]在另一個實施例中，熱交換器件還包括流體泵和/或流體儲存器，且其中在流體回路中循環(huán)的流體包括水。在實施例中，流體回路包括流體泵和/或流體儲存器。提供流體泵和/或流體儲存器允許有效且可靠的流體回路操作。水提供廉價且無毒的熱傳遞流體，其容易操縱且對于環(huán)境無害。
[0063]在另一個實施例中，第二膨脹裝置布置在第一膨脹裝置的下游，以便提供兩級膨脹。兩級膨脹可提高冷卻系統(tǒng)的效率。
[0064]在另一個實施例中，制冷回路還包括制冷劑收集器，以便收集和儲存制冷劑。在一個實施例中，制冷劑收集器布置在第一膨脹裝置與第二膨脹裝置之間，以便收集部分地膨脹的制冷劑。
[0065]在另一個實施例中，制冷回路還包括將制冷劑收集器的上部連接至至少一個壓縮機(jī)的入口側(cè)的閃蒸氣體排出管線，以便繞過蒸發(fā)器。在一個實施例中，閃蒸氣體排出管線包括閃蒸氣體膨脹裝置和/或閃蒸氣體熱交換器，其構(gòu)造成用于閃蒸氣體與輸送至蒸發(fā)器的制冷劑的熱交換。提供閃蒸氣體排出管線，閃蒸氣體膨脹裝置和/或閃蒸氣體熱交換器有助于甚至進(jìn)一步提高冷卻系統(tǒng)的效率。
[0066]在另一個實施例中，過冷回路構(gòu)造成使過冷制冷劑循環(huán)，且在過冷制冷劑的流動方向上包括至少一個過冷器壓縮機(jī)、至少一個過冷器冷凝器、至少一個過冷器膨脹裝置，以及至少一個過冷器熱交換器。過冷器熱交換器在熱交換器件由將制冷回路直接地與過冷回路聯(lián)接的熱交換器形成的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造的情況下，由熱交換器形成，或在熱交換器件形成為將制冷回路與過冷回路聯(lián)接的流體回路的冷卻系統(tǒng)的構(gòu)造的情況下，由熱交換器件的過冷器熱交換器形成，所述流體回路借助于至少一個熱交換器聯(lián)接至制冷回路，至少一個熱交換器布置在至少一個冷凝器下游，且借助于過冷器熱交換器聯(lián)接至過冷回路。構(gòu)造成使制冷劑循環(huán)的過冷回路提供容易控制的有效且可靠的過冷回路。
[0067]在另一個實施例中，制冷劑和/或過冷制冷劑包括C02。CO2提供了很適合的無毒且環(huán)境有益的制冷劑。
[0068]技術(shù)人員將認(rèn)識到，如現(xiàn)有技術(shù)水平中已知那樣，用于提供甚至更低（深冷凍）溫度的深冷凍回路可與圖I中所示的制冷回路組合。
[0069]盡管已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但將由那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的是，可做出各種變化，且等同方案可替代其元件，而并未脫離本發(fā)明的范圍。此外，可做出許多改型，以使特定情形或材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)，而不脫離其本質(zhì)范圍。因此，意指本發(fā)明不限于公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.冷卻系統(tǒng)，包括: 制冷回路(I)，其使制冷劑循環(huán)且在所述制冷劑的流動方向上包括: 至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)； 至少一個冷凝器(4)； 至少一個膨脹裝置(8、10);以及 用于提供冷卻能力的至少一個蒸發(fā)器(11); 所述冷卻系統(tǒng)還包括: 用于使所述制冷回路(I)中循環(huán)的所述制冷劑過冷的過冷回路(20)，所述過冷回路(20)構(gòu)造成使過冷制冷劑循環(huán)且包括至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)； 至少一個熱交換器件出、7)，其布置在所述至少一個冷凝器(4)的下游，且構(gòu)造成在所述制冷回路(I)與所述過冷回路(20)之間熱交換，所述至少一個熱交換器件(6、7)包括至少一個溫度傳感器；以及 控制單元(15)，其構(gòu)造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)，使得待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供的冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的所述至少一個熱交換器件(6、7)處的所述溫度處于預(yù)定范圍中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述控制單元(15)構(gòu)造成使所述制冷回路(I)的最少數(shù)目的壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)運行和使所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)運行，以便待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供的冷卻能力被滿足，且以便減少所述總體功率消耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述控制單元(15)構(gòu)造成使所述制冷回路(I)的最少數(shù)目的壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)運行和使所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)運行，以便待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供的冷卻能力被滿足，且以便最小化所述總體功率消耗。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述控制單元(15)構(gòu)造成取決于多少冷卻能力待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供來選擇性地開啟和關(guān)閉所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(23)能夠在變速下操作，且其中所述控制單元(15)構(gòu)造成連續(xù)地調(diào)整所述過冷器壓縮機(jī)(23)的速度，且/或其中所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)能夠在變速下操作，且其中所述控制單元(15)構(gòu)造成連續(xù)地控制所述壓縮機(jī)(2a)的速度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，至少一個溫度傳感器提供成測量離開所述熱交換器件(6)的所述制冷劑的溫度，且其中所述控制單元(15)構(gòu)造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和/或所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)，以便離開所述熱交換器件(6)的制冷劑的溫度在5°C到15°C的范圍中，且具體在9°C到11 °C的范圍中。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，至少一個溫度傳感器提供成測量進(jìn)入所述熱交換器件(6、7)的所述過冷制冷劑的溫度，以及其中所述控制單元(15)構(gòu)造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和/或所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)，以便進(jìn)入所述熱交換器件(7)的所述過冷制冷劑的溫度在1°C到10°C的范圍中，且具體在3°C到5°C的范圍中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述控制單元(15)構(gòu)造成用于控制所述制冷回路(I)的(多個)壓縮機(jī)(2&、213、2(:、2(1)，使得它們以其最大能力的40%到90%運行。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述控制單元(15)構(gòu)造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)，以便離開所述熱交換器件(6)的制冷劑包括至少85%的液體制冷劑。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述過冷回路(20)還包括至少一個過冷器冷凝器(24、26);以及至少一個過冷器膨脹裝置(28)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述熱交換器件為使所述制冷回路(I)與所述過冷回路(20)聯(lián)接的熱交換器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求10中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述熱交換器件包括使所述制冷回路(I)與所述過冷回路(20)聯(lián)接的流體回路(9)，所述流體回路(9)借助于所述至少一個熱交換器(6、7)聯(lián)接至所述制冷回路(I)，所述熱交換器(6、7)布置在所述至少一個冷凝器(4)的下游，且借助于過冷器熱交換器(7)聯(lián)接至所述過冷回路(20)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述熱交換器件還包括流體泵(34)和/或流體儲存器(36)，且其中在所述流體回路(9)中循環(huán)的所述流體包括水。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，第二膨脹裝置(10)布置在第一膨脹裝置⑶的下游，且/或其中所述制冷回路⑴還包括布置在所述蒸發(fā)器(11)的上游的制冷劑收集器(12);和/或其中所述制冷回路(I)還包括將所述制冷劑收集器(12)的上部連接至繞過所述蒸發(fā)器(11)的所述至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)的入口側(cè)的閃蒸氣體排出管線(17)，且/或其中所述閃蒸氣體排出管線(17)包括閃蒸氣體膨脹裝置(16)，且/或其中所述閃蒸氣體排出管線包括閃蒸氣體熱交換器(14)，所述閃蒸氣體熱交換器(14)構(gòu)造成用于所述閃蒸氣體與輸送至所述蒸發(fā)器(11)的所述制冷劑之間的熱交換。
15.控制冷卻系統(tǒng)的操作的方法，包括: 制冷回路(I)，其構(gòu)造成使制冷劑循環(huán)，且在所述制冷劑的流動方向上包括: 至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)； 至少一個冷凝器(14)； 至少一個膨脹裝置(8、10);以及 至少一個蒸發(fā)器(11); 所述冷卻系統(tǒng)還包括: 用于使在所述制冷回路(I)中循環(huán)的所述制冷劑過冷的過冷回路(20)，所述過冷回路(20)構(gòu)造成使過冷制冷劑循環(huán)且包括至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)； 至少一個熱交換器件出、7)，其布置在所述至少一個冷凝器(4)的下游，且構(gòu)造成在所述制冷回路(I)與所述過冷回路(20)之間熱交換，所述至少一個熱交換器件(6、7)包括至少一個溫度傳感器；以及 其中所述方法包括控制所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)，使得待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供的所述冷卻能力被滿足，且使得由至少一個溫度傳感器測量的所述至少一個熱交換器件(6、7)處的所述溫度處于預(yù)定范圍中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述制冷回路(I)的最少數(shù)目的壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)運行，且所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)運行，以便待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供的所述冷卻能力被滿足，且以便最小化總體功率消耗。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述制冷回路(I)的最少數(shù)目的壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)運行，且所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)運行，以便待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供的所述冷卻能力被滿足，且以便減小總體功率消耗。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述方法包括取決于多少冷卻能力待由所述至少一個蒸發(fā)器(11)提供來選擇性地開啟和關(guān)閉所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求18中任一項所述的方法，其中，所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(23)能夠在變速下操作，且所述方法包括連續(xù)地調(diào)整所述過冷器壓縮機(jī)(23)的速度，且/或其中所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)能夠在變速下操作，且所述方法包括連續(xù)地控制所述壓縮機(jī)(2a)的速度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求19中任一項所述的方法，其中，測量離開所述熱交換器件(6)的所述制冷劑的溫度，以及其中所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和/或所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)控制成以便離開所述熱交換器件(6)的所述制冷劑的溫度在5°C到15°C的范圍中，且具體是在9°C到11 °C的范圍中。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求20中任一項所述的方法，其中，測量進(jìn)入所述熱交換器(6、7)的所述過冷制冷劑的溫度，且其中所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c,2d)和/或所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)受控制，以便進(jìn)入所述熱交換器件(7)的所述過冷制冷劑的溫度在1°C到10°C的范圍中，且具體在3°C到5°C的范圍中。
22.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求21中任一項的所述方法，其中，所述制冷回路(I)的(多個)壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)受控制，使得它們以其最大能力的40%到90%運行。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至權(quán)利要求22中任一項所述的方法，其中，所述制冷回路(I)的至少一個壓縮機(jī)(2a、2b、2c、2d)和所述過冷回路(20)的至少一個過冷器壓縮機(jī)(22、23)受控制，以便離開所述熱交換器(6)的所述制冷劑包括至少85%的液體制冷劑。
【文檔編號】F25B40/02GK104334984SQ201280072691
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】S.黑爾曼, H-J.胡夫 申請人:開利公司