制冷剂蒸气压缩系统的运行的制作方法
【专利说明】制冷剂蒸气压缩系统的运行
[0001]本申请是申请号为201080047650.1、国际申请日为2010年10月11日的同名的发明专利申请的分案申请。
_2] 相关串请的交叉引用
对2009年10月23日提交的申请号为61/254，277且发明名称为“制冷剂蒸气压缩系统的运行(REFRIGERANT VAPOR COMPRESS1N SYSTEM OPERAT1N) ”的美国临时申请进行引用，并且本申请要求其优先权和权益，通过引用该申请的全部内容将其并入本文。
技术领域
[0003]本发明主要涉及蒸气压缩系统，并且更具体地涉及制冷剂蒸气压缩系统的运行。
【背景技术】
[0004]常规的蒸气压缩系统通常包括压缩机、放热换热器、吸热换热器和膨胀设备，膨胀设备一般是相对于工作流体的流动位于吸热换热器上游和放热换热器下游的膨胀阀。这些基本的系统部件通过根据已知蒸气压缩循环设置的闭合回路内的工作流体管线互连。
[0005]在某些蒸气压缩系统中，通过将闪蒸槽经济器装入放热换热器和蒸发器之间的工作流体回路内即可增加容量调节能力。在此情况下，离开放热换热器的工作流体在进入闪蒸槽之前通过经济器膨胀设备例如恒温膨胀阀或电子膨胀阀膨胀，膨胀流体在闪蒸槽内分为液体组分和蒸气组分。蒸气组分由此被从闪蒸槽引入多级压缩设备的压缩过程的中间压力级，而液体组分则在进入蒸发器之前被从闪蒸槽引导通过系统的主膨胀阀。
[0006]根据在特定应用中使用的工作流体的特性，蒸气压缩系统可以以亚临界模式或跨临界模式运行。在以亚临界循环运行的蒸气压缩系统中，蒸气放热换热器和吸热换热器均在低于工作流体临界压力的压力下运行。因此，在亚临界模式中，蒸气放热换热器用作工作流体的冷凝器并且吸热换热器用作工作流体的蒸发器。
[0007]但是，在以跨临界循环运行的制冷剂蒸气压缩系统中，蒸气放热换热器是在超过制冷剂临界压力的制冷剂温度和压力下运行，而吸热换热器则是在亚临界范围内的制冷剂温度和压力下运行。因此，在跨临界模式中，蒸气放热换热器用作工作流体的气体冷却器并且吸热换热器用作工作流体的蒸发器。
[0008]在通常被称为制冷剂蒸气压缩系统的用于冷藏应用的蒸气压缩系统中，工作流体是制冷剂。充有常规制冷剂的制冷剂蒸气压缩系统通常以亚临界模式运行，常规制冷剂例如有碳氟化合物制冷剂，例如但不限于氢氯氟烃(HCFC)譬如R22，以及更常用的氢氟烃(HFC)譬如R134a，R404A和R407C。“天然的”制冷剂例如二氧化碳也可以用于制冷剂蒸气压缩系统中以代替HCFC或HFC制冷剂。因为二氧化碳具有低临界温度，所以充有二氧化碳作为制冷剂的大多数制冷剂蒸气压缩系统被设计成以跨临界模式运行。
[0009]制冷剂蒸气压缩系统通常被用于调节供应至住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其他设施内的气候受控舒适区域的空气。制冷剂蒸气压缩系统也经常被用于制冷供应至陈列柜、商户、冷冻柜、冷藏室或商业机构内其他易腐/冻结产品存储区域的空气。制冷剂蒸气压缩系统还经常在运输冷藏系统中使用，以用于制冷供应至卡车、拖车、集装箱或通过卡车、铁路、船舶或联运方式运输易腐/冻结物品的类似装置中的温控货舱的空气。
[0010]结合运输冷藏系统使用的制冷剂蒸气压缩系统通常会由于制冷剂蒸气压缩系统必须要在宽泛的运行负荷条件和宽泛的户外环境条件运行以将货舱内的产品保持在期望温度下，而要承受比空调或商业冷藏应用更为严苛的工作条件。货物需要被控制处于的期望温度也可能会根据保存货物的性质而大范围地改变。制冷剂蒸气压缩系统不但必须要具备足够的容量以将在环境温度下装入货舱内的产品的温度快速拉低，而且还必须要在运输期间保持稳定的产品温度时低负荷地高效运行。另外，运输用制冷剂蒸气压缩系统要经历运行模式和停机模式也就是待机状态之间的循环。
[0011]在更加复杂的制冷剂蒸气压缩系统例如装有多级压缩设备和容量调节的那些系统中，通常要提供多个制冷剂流量控制设备以允许选择性控制通过制冷剂回路中各条支路的制冷剂流量。在常规制冷剂蒸气压缩系统的运行中，惯例是在停机期间也就是在制冷剂蒸气压缩系统待机时将制冷剂蒸气压缩系统内的每一个流量控制设备都设置在全关位置。
[0012]由于流量控制设备都全关，因此制冷剂就有可能被截留在全关的流量控制设备之间的制冷剂回路中的隔离空间内。如果制冷剂在停机期间被截留在隔离空间内，那么隔离空间内的压力可能就会升高到超过制冷剂在其中驻留的管路、槽或其他结构的设计围阻压力的水平，特别是在制冷剂蒸气压缩系统的低压侧更是如此。如果隔离空间内的制冷剂压力确实超过了设计的围阻压力，那么在围阻结构内就有可能出现裂缝，导致制冷剂从系统中泄漏。
【发明内容】
[0013]提供了一种用于在关闭制冷剂蒸气压缩系统后的停机时段期间保护制冷剂蒸气压缩系统的方法。制冷剂蒸气压缩系统具有制冷剂主回路，制冷剂主回路具有相对于制冷剂流动位于压缩设备下游且相对于制冷剂流动位于主膨胀设备上游的高压侧以及相对于制冷剂流动位于主膨胀设备下游且相对于制冷剂流动位于压缩设备上游的低压侧。所述方法包括以下步骤:在停机期间，只要所述制冷剂回路低压侧的隔离空间内的制冷剂压力超出预定的停机平衡压力极限就释放所述隔离空间内的制冷剂压力。
[0014]在一个实施例中，释放隔离空间内的制冷剂压力的步骤包括将隔离空间内的制冷剂压力排放至制冷剂回路以外的环境压力。在一个实施例中，释放隔离空间内的制冷剂压力的步骤包括将隔离空间内的制冷剂压力排放至制冷剂回路的其中的制冷剂压力低于预定的最高停机平衡压力极限的部分低压侧。在一个实施例中，释放隔离空间内的制冷剂压力的步骤包括打开该隔离空间和制冷剂回路的其中的制冷剂压力低于预定的最高停机平衡压力极限的部分低压侧之间的流量控制阀。在一个实施例中，释放隔离空间内的制冷剂压力的步骤包括在停机时段期间保持一条遍及制冷剂回路低压侧的开着的制冷剂流动路径。
[0015]提供了一种用于检测制冷剂蒸气压缩系统内的制冷剂充注水平的方法。制冷剂蒸气压缩系统具有制冷剂主回路，制冷剂主回路包括制冷剂压缩设备、压缩设备下游的制冷剂放热换热器、制冷剂放热换热器下游的制冷剂吸热换热器以及设置在制冷剂放热换热器下游和制冷剂吸热换热器上游的制冷剂回路内的主膨胀设备。所述方法包括以下步骤:在制冷剂蒸气压缩系统内的压缩机关闭后，测量制冷剂平衡压力和制冷剂平衡温度；然后根据测量的制冷剂平衡压力和测量的平衡温度确定制冷剂平衡密度是否处于指示制冷剂蒸气压缩系统中在适当的制冷剂充注水平时的制冷剂密度的预定参考密度范围内。
[0016]在一个实施例中，检测以跨临界模式运行的制冷剂蒸气压缩系统内的制冷剂充注低水平或高水平的步骤包括将测量的平衡压力和测量的平衡温度关联至作为制冷剂温度和制冷剂压力函数的期望制冷剂密度的映射表。在一个实施例中，检测制冷剂蒸气压缩系统内的制冷剂充注水平的步骤包括以下步骤:根据测量的制冷剂平衡压力和测量的制冷剂平衡温度计算制冷剂密度；并将算出的制冷剂密度与参考制冷剂密度相比较。
[0017]在一个实施例中，制冷剂蒸气压缩系统能够以跨临界模式运行或者其中该系统的平衡状态在制冷剂的两相区域以外。
[0018]在一个实施例中，压缩机在关闭制冷剂蒸气压缩系统之后的停机时段期间关闭。
[0019]在一个实施例中，测量的平衡压力或测量的平衡温度是:(a)在进入停机时段指定时间后确定，(b)在完全平衡之前测量或者(C)通过间接计算相关的系统导体确定。
[0020]提供了一种用于检测制冷剂蒸气压缩系统内的制冷剂充注量的方法，制冷剂蒸气压缩系统具有制冷剂回路，制冷剂回路包括作为有源部件的制冷剂压缩设备、所述压缩设备下游的制冷剂放热换热器、所述制冷剂放热换热器下游的制冷剂吸热换热器以及互连制冷剂管线。所述方法包括以下步骤:以其中(例如全部)制冷剂在制冷剂回路的有源部件内循环的模式来运行制冷剂蒸气压缩系统；在运行期间测量制冷剂蒸气压缩系统中选定运行参数的值；然后将选定运行参数的测量值与用于选定运行参数的指示制冷剂蒸气压缩系统以适当的制冷剂充注量运行的一组参考值相比较。
[0021]提供了一种制冷剂蒸气压缩系统，包括:制冷剂主回路，制冷剂主回路包括具有第一压缩级和第二压缩级的制冷剂压缩设备、压缩设备下游的制冷剂放热换热器、制冷剂放热换热器下游的制冷剂吸热换热器、设置在制冷剂放热换热器下游和制冷剂吸热换热器上游的制冷剂回路内的主膨胀设备以及与制冷剂主回路操作连接的经济器回路，经济器回路包括通向压缩设备中间压力级的制冷剂喷射管线以及设置在制冷剂喷射管线内的流量控制阀；还有用于控制制冷剂蒸气压缩系统运行的控制器。控制器可操作以执行一种制冷剂充注量检测方法。
[0022]所述制冷剂充注量检测方法包括以下步骤:完全关闭制冷剂喷射管线内的流量控制阀；将阀关为指定(例如最小)的流通开口 ；运行压缩设备同时卸载第一压缩级；确定存在于制冷剂内的过热量；确定主膨胀阀的开度；确定阀的开度；将确定的过热量与指示制