具有可变速压缩机的制冷系统的制作方法
【专利说明】具有可变速压缩机的制冷系统
[0001]本申请是申请日为2010年9月29日、申请号为201080003310.9、发明名称为“具有可变速压缩机的制冷系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明总体上涉及制冷系统，并且更具体地涉及二级复叠制冷系统。
【背景技术】
[0003]已知二级复叠制冷系统用于(例如)将比如箱室内部区的空间冷却至(例如)零摄氏度以下(例如_40°C以下)的温度。例如，已知被称作超低温冷冻装置(“ULT”)类型的冷冻装置使用了这种类型的制冷系统并且被用来将箱室内部区冷却到低至约_80°C或者甚至更低的温度。
[0004]已知这种类型的制冷系统包括循环对应的第一和第二制冷剂的两个级。第一级通过一个冷凝器将能量(即热量)从第一制冷剂传递到周边环境，而第二级的第二制冷剂通过一个蒸发器从被冷却的空间(例如，箱室内部区)接收能量。热量是通过一个热交换器从第二制冷剂传递给第一制冷剂，该热交换器与制冷系统的这两级处于流体连通。
[0005]常规的二复叠制冷系统使用多个压缩机，这些压缩机各自具有一个单一的、固定的速度并且常规地具有相同的最大能力。在这个方面，系统的运行可能要求在不同的时刻简单地将这两个压缩机的每一个启动和解除启动。然而，这种类型的系统在被冷却的空间中获得一个均匀温度的能力是有限的，并且运行此类系统的效率与这些系统自身的预期寿命一样也是有限的。此外，以最大能力来运行这些压缩机之一或两者可能是有害的，而将这些压缩机之一或两者以低于该压缩机的最大能力的一种能力来运行导致了运行的低效率。另外，已知常规的二复叠制冷系统在稳态运行过程中工作在一种单一的预定噪声水平上。
[0006]因此，令人希望的将是提供一种制冷系统，该制冷系统解决了与常规的二级复叠制冷系统相关的这些和其他问题。
【发明内容】
[0007]在一个实施方案中，所提供的一种二级复叠制冷系统有一个第一制冷级和一个第二制冷级。该第一制冷级限定了用于循环一种第一制冷剂的一个第一流体回路，并且具有一个第一压缩机、一个冷凝器、以及与该第一流体回路处于流体连通的一个第一膨胀装置。该第二制冷级限定了用于循环一种第二制冷剂的一个第二流体回路，其中该第二制冷级具有一个第二压缩机、一个第二膨胀装置、以及与该第二流体回路处于流体连通的一个蒸发器。一个热交换器与该第一和第二流体回路处于流体连通以便在该第一和第二制冷剂之间交换热量。该第一或第二压缩机中至少一个是一台可变速压缩机。
[0008]在具体实施方案中，该第一和第二压缩机各自是一台可变速压缩机。该第一压缩机可以具有一个第一最大能力并且该第二压缩机可以具有一个第二最大能力，其中该第二最大能力在一些实施方案中小于该第一最大能力，并且在在其他实施方案中实质上等于该第一最大能力。
[0009]在该第二压缩机是一台可变速压缩机的多个实施方案中，该系统可以包括至少一个控制器，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机上用于独立地控制这些压缩机的运行；以及一个传感器，该传感器运行性地连接该至少一个控制器上。例如，该传感器可以被配置为感测在该热交换器出口处的该第一制冷剂的温度、感测该第一或者第二制冷剂的排放压力、或者感测该第一制冷剂的排放温度或者抽吸温度，并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度或者压力的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该信号改变该第二压缩机的速度。
[0010]在其他具体实施方案中，该第一和第二压缩机各自是一台可变速压缩机并且该系统包括一个箱室以及至少一个控制器，该箱室具有一个内部区以及一个提供进入该内部区的通路的门，该至少一个控制器运行性地连接到该第一和第二压缩机上用于独立地控制它们的运行。一个传感器运行性地连接到该至少一个控制器上，并且被配置为感测该门的一个状态并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的状态的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。该系统可替代地或另外地可以包括一个传感器，该传感器被配置为感测该冷凝器附近的环境空气的温度并且向该至少一个控制器产生表明所感测的温度的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该信号来改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。
[0011]在多个具体实施方案中，该系统包括一个传感器，该传感器运行性地连接到该至少一个控制器上并且该传感器被配置为感测该第一制冷剂在该热交换器出口处的温度并且配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度的一个信号。该至少一个控制器是可运行性的以便将所感测的温度与一个预定的阈值温度进行比较，高于该阈值温度则该至少一个控制器就不启动该第二压缩机。此外，该系统可以包括一个传感器，该传感器被配置为感测冷凝器附近的环境空气温度并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度的一个第二信号。该至少一个控制器是可运行性的以便响应于该第二信号来改变该预定的阈值温度，高于该阈值温度则该至少一个控制器就不启动该第二压缩机。
[0012]该系统可以包括一个具有内部区的箱室以及一个传感器，该传感器运行性地连接到该至少一个控制器上并且该传感器被配置为感测该箱室内部区的温度并且被配置为向该至少一个控制器产生表明该箱室内部区温度的一个信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于此信号延迟该第二压缩机的启动。一些实施方案中的控制器可以(例如)响应于一个信号来改变一个将空气引导穿过冷凝器的可变速风扇的速度，该信号是从一个传感器接收的，该传感器被配置为感测冷凝器附近的环境空气的温度。
[0013]该系统可以包括一对传感器，该对传感器运行性地连接到该至少一个控制器上并且这对传感器被配置为对应地感测该第一和第二制冷剂的排放压力并且被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的排放压力的多个对应的信号。该至少一个控制器是可运行性的以便响应于这些信号来改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。
[0014]该系统可以另外地或可替代地包括第一多个传感器，该第一多个传感器用于感测该第一制冷剂的抽吸温度、储槽温度、排放温度、或者排放压力中的一项或者多项；以及第二多个传感器，该第二多个传感器用于感测该第二制冷剂的抽吸温度、储槽温度、排放温度、或者排放压力中的一项或者多项。该第一和第二多个传感器可以被配置为向该至少一个控制器产生表明所感测的温度或者压力的多个对应的信号，其中该至少一个控制器是可运行性的以便响应于这些信号改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度。
[0015]该系统可以还包括一个控制界面，该控制界面运行性地连接到该至少一个控制器上用于在该制冷系统的不同的预定噪声水平运行模式中进行选择。该控制器可以包括一个稳态运行模式，该运行模式包括该第一和第二压缩机的同时运行。
[0016]在又另一个实施方案中，为运行制冷系统提供了一种方法。该方法包括通过该制冷系统的一个第一级中的一个第一压缩机、一个冷凝器、以及一个第一膨胀装置循环一种第一制冷剂。通过该制冷系统的一个第二级的一个第二压缩机、一个第二膨胀装置、以及一个蒸发器来循环一种第二制冷剂。在该第一和第二制冷剂之间进行热量交换，并且选择性地改变该第一或第二压缩机中至少一个的速度以便控制该第一或者第二制冷剂中至少一个的流动。
[0017]因此，在此披露的系统能够获得相对长的预期寿命、以一种有效的方式运行、并且在被冷却的空间中获得均匀的温度分布。另外，在此披露的系统能够从例如由在被冷却的空间中储存相对温热的物品所造成的意外的高负载状态中迅速恢复。
【附图说明】
[0018]结合在本说明书中并且构成本发明书一部分的附图并且与以上给出的本发明的概述一起展示了本发明的多个实施方案，并且以下给出这些实施方案的详细说明用于解释本发明的原理。
[0019]图1是一个示例性的制冷单元的透视图。
[0020]图2是用于冷却图1的单元的箱室内部区的制冷系统的示意图。
[0021]图3是用于图2的系统的运行的分级方案的示意图。
[0022]图4是用于图2的系统的运行的稳态方案的示意图。
[0023]图5是用于图2的系统的运行的另一个方案的示意图。
【具体实施方式】
[0024]参见这些附图并且更具体地参见图1，在此展示了处于超低温冷冻装置(“ULT”) 10形式的一个制冷单元。在转让给本发明的受让人的题为“安装在台座内的制冷系统(REFRIGERAT1N SYSTEM MOUNTE