专利名称：蒸气压缩系统的运行和调节方法
技术领域：
本发明涉及一种压缩制冷系统，该系统包括连接在封闭循环回路中的压缩机、散热器、膨胀装置和吸热器，该回路可以利用二氧化碳或者包含二氧化碳的混合物作为系统中的制冷剂而在超临界的高压侧压力下运行。
背景技术：
传统的蒸气压缩系统通过在亚临界压力下制冷剂的冷凝而放热，该亚临界压力由在给定温度下的饱和压力给出。当采用诸如CO2的具有低临界温度的制冷剂时，如果为了达到系统的有效运行，热沉的温度高，例如热沉的温度高于制冷剂的临界温度，那么放热时的压力将是超临界的。然后，该运行的循环将是跨临界的，例如在WO90/07683中公开的那样。与传统系统相反的是，温度和高压侧压力将是独立的变量。
WO94/14016和WO97/27437都揭示了为了实现这样一种系统的一个简单的回路，该回路基本上包括连接在封闭回路中的压缩机、散热器、膨胀装置和蒸发器。对于上述两篇文献，CO2都是优选的制冷剂。
跨临界蒸气压缩系统的系统性能系数(COP)深受高压侧压力水平的影响。Pettersen & Skaugen(1994)已透彻地解释过这一点，他还提出了对于最佳压力的数学公式。基于高压侧压力独立于温度的这一事实，可以控制高压侧压力以获得最佳能量效率。下一步是要确定出给定运行条件下的最佳压力。
一些已公开的出版物和专利提出了不同的策略，以确定最佳的高压侧压力。Inokuty(1922)已经在1922年公开了一种图解的方法，但是该方法不适用于现在的数字控制器。
EP0604417B1揭示了如何将不同的信号用作高压侧压力的控制参数。一个合适的信号就是散热器制冷剂出口温度。最佳高压侧压力和温度信号之间的关系被事先计算或者测量出。Densopatent揭示了一个多少有些类似的策略。不同的信号被用作控制器的输入参数，该控制器根据上述信号来调节上述压力达到预定的水平。
其中，Liao&Jakobsen(1998)提出了一个方程式，该方程式根据理论输入计算最佳压力。该方程式没有考虑到实际因素，这些实际因素可能严重影响最佳压力。
上述确定最佳压力的大多数方法都采用了理论的方法。这意味着上述方法不能对诸如变化的运行条件、系统中油的影响等实际因素作出补偿。那么，最佳压力将很可能与计算出的最佳压力不同。还存在着“结终”(“wind up”)和失控的风险。温度信号给控制器发出反馈，该控制器在一定的延迟之后调节上述压力。如果条件改变得相当迅速，那么控制器绝对不会建立起稳定的压力，并且制冷能力会变化。
如上所述，做试验并测出最佳高压侧压力的关系是可能的。但是这是耗时、费钱的。此外，如果不是不可能，那就是很难考虑到所有的运行条件。而且必须完成对所有新设计的测量。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种简单、有效的系统，该系统避免了上述缺点和不足。
本发明的特征在于具有所附独立权利要求1中限定的特征。
本发明的有益特征进一步在所附从属权利要求2-8中限定。
本发明基于上述系统，该系统至少包括压缩机、散热器、膨胀阀和吸热器。它是这样一种系统关于能量效率的最佳运行的新颖的新方法。
当运行条件变化时，跨临界蒸气压缩系统中的控制器能实现对高压侧压力的扰动，从而建立起上述压力与能量效率或者反映能量效率的合适参数之间的关联。然后，能够容易地描绘出高压侧压力和能量效率之间的关系，而且最佳压力可以被确定和利用，直到运行条件发生变化。这是一种简单的方法，该方法对所有形式的跨临界蒸气压缩系统都适用。不需要作初始的测量，而且还将就地考虑到实际因素。
下面将仅通过实施例的方法并参照附图对本发明作进一步的描述，其中图1说明蒸气压缩系统的一个简单回路。
图2通过典型的跨临界循环的例子示出了二氧化碳的温-熵图。
图3示出了说明确定最佳高压侧压力的原理的示意图。在该图中，温差值被用作反映COP的参数。
具体实施例方式
图1说明了传统的蒸气压缩系统，该系统包括连接在封闭循环回路中的压缩机1、散热器2、膨胀装置3和吸热器4。
图2以温-熵图的形式说明了跨临界CO2循环。从状态a到b的等熵过程表示该压缩过程。从散热器c出来的制冷剂出口温度被认为是常数。在该图中阐明了比功、比制冷能力和性能系数。
如上所述，有一个用于跨临界蒸气压缩系统中高最佳高压侧压力的数学表达式。该表达式如下(∂hc∂p)T=-ϵ(∂hb∂p)s]]>当制冷量的边际增量(温度恒定时的hc的变化)等于功的边际增量(熵恒定时的hb的变化)的ε倍时，就能获得上述最佳压力。
高压侧压力的扰动在原则上是利用上述方程式的一个实践方法。通过将能量效率或者反映能量效率的参数描绘成高压侧压力的函数，就可能建立一个点，在该点制冷量的边际增量等于功的边际增量的ε倍。
不同的参数可以用作对能量效率的反映。
示例1制冷剂和位于散热器4冷端的热沉之间的温差通常被称为跨临界循环的“温差值(temperature approch)”。高压侧压力和温差值之间存在一定的关联。高压侧压力的增加将导致温差值的降低。高压侧压力能有利地增加，直到进一步的增加不会导致温差值的显著下降。然后，在此处，最佳高压侧压力被实际建立起来，而且该系统可以在最佳条件下运行，使得系统COP最大。在图3中阐明了上述原理。
高压侧压力的扰动将产生图3中所示的关系。当运行条件变化时，或者由于其他原因，能够建立起新的扰动和更新的新关系。这样，上述跨临界系统将始终能够在接近最佳条件的条件下运行。
示例2替代采用温差值，可以选用气体冷却器的出口温度作为反映能量效率的参数。
示例3如果制冷剂特性可以从特性库中获得，那么通过在线测量系统压力和温度，就有可能自动计算图2中所示跨临界循环在点1-4的焓值。上述焓值可被用来计算系统的性能系数。然后，高压侧压力的扰动将直接产生COP和高压侧压力之间的关系。
如果COP被用作控制参数，那么将会直接建立最佳高压侧压力。如果采用反映COP的参数，那么就必须量化对该参数的“边际效应”的准确测量。不过，可以容易地估计出上述测量。另一个可能是增加压力，直到上述参数达到预定的水平。
权利要求
1.一种压缩制冷系统，所述系统至少包括连接在封闭循环回路中的压缩机(1)、散热器(2)、膨胀装置(3)和吸热器(4)，所述回路可以在超临界高压侧压力下运行，其特征在于，对性能系数COP或反映COP的参数的在线估算可用作所述压缩制冷系统的最佳调节和运行的信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，二氧化碳或者包含二氧化碳的制冷剂混合物被用作所述系统中的制冷剂。
3.根据前述权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，一调节系统可以改变高压侧压力，以将COP或反映COP的参数映射成给定运行条件下压力的函数。
4.根据前述权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，制冷剂和位于冷端的热沉之间的温差(温差值)可被用作所述压缩制冷系统的最佳调节和运行的信号。
5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统高压侧的压力可以增加，直到所述增加对温差值产生边缘效应。
6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统高压侧的压力可以增加，直到温差值等于或低于预定的水平。
7.根据前述权利要求6所述的系统，其特征在于，所述预定水平可以随着运行条件的改变而变化。
8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述散热器出口温度可被用作反映COP的参数。
全文摘要
一种压缩制冷系统，该系统包括连接在封闭循环回路中的压缩机(1)、散热器(2)、膨胀装置(3)和吸热器(4)，该回路可以在超临界高压侧压力下运行。
文档编号F25B49/02GK1735778SQ200380107397
公开日2006年2月15日 申请日期2003年12月17日 优先权日2002年12月23日
发明者K·阿弗莱克特, A·哈夫纳, A·雅各布森, P·奈克萨, J·彼得森, H·雷克斯泰德, G·斯凯于根, T·安德烈森, E·通代尔, M·埃尔格斯艾特尔 申请人:辛文特公司