冷却系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种冷却系统，包括制冷回路(1)，其使制冷剂循环，且在所述制冷剂的流动方向上包括：至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)；至少一个冷凝器(4)；至少一个膨胀装置(8、10)；以及用于提供冷却能力的至少一个蒸发器(11)。冷却系统还包括用于使在制冷回路(1)中循环的制冷剂过冷的过冷回路(20)，过冷回路(20)构造成使过冷制冷剂循环，且包括至少一个过冷器压缩机(22、23)；至少一个热交换器件(6、7)，其布置在至少一个冷凝器(4)的下游，且构造成在制冷回路(1)与过冷回路(20)之间热交换，至少一个热交换器件(6、7)包括至少一个温度传感器；以及控制单元(15)，其构造成用于控制制冷回路(1)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)，使得待由至少一个蒸发器(11)提供的冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的至少一个热交换器件(6、7)处的温度处于预定范围。
【专利说明】冷却系统
【背景技术】
[0001]在循环制冷剂的流动方向上包括至少一个压缩机、排热热交换器、膨胀装置和蒸发器的制冷回路是现有技术水平中是已知的。同样已知的是提供附加经济器回路，其用于在使其膨胀之前进一步冷却（"过冷"）离开排热热交换器的制冷剂，以便提高制冷回路的效率。然而，此制冷回路需要由（多个）压缩机输送的大量能量。
[0002]因此，将有利的是提高此制冷回路的效率。
【发明内容】
[0003]本发明的示例性实施例包括冷却系统，其包括使制冷剂循环的制冷回路，且在制冷剂的流动方向上包括：至少一个压缩机；至少一个冷凝器；至少一个膨胀装置；以及用于提供冷却能力的至少一个蒸发器；冷却系统还包括用于使在制冷回路中循环的制冷剂过冷的过冷回路，过冷回路构造成使过冷制冷剂循环，且包括至少一个过冷器压缩机；布置在至少一个冷凝器的下游且构造成用于制冷回路与过冷回路之间的热交换的至少一个热交换器件，至少一个热交换器件包括：至少一个温度传感器；以及控制单元，其构造成用于控制制冷回路的至少一个压缩机和过冷回路的至少一个过冷器压缩机，使得待由至少一个蒸发器提供的冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的至少一个热交换器件处的温度处于预定范围中。
[0004]本发明的示例性实施例还包括控制包括制冷回路的冷却系统的操作的方法，制冷回路构造成用于使制冷剂循环，且包括在制冷剂的流动方向上的至少一个压缩机；至少一个冷凝器；至少一个膨胀装置；以及至少一个蒸发器；该冷却系统还包括：用于使在制冷回路中循环的制冷剂过冷的过冷回路，过冷回路构造成使过冷制冷剂循环，且包括至少一个过冷器压缩机；布置在至少一个冷凝器的下游且构造成用于制冷回路与过冷回路之间的热交换的至少一个热交换器件，至少一个热交换器件包括至少一个温度传感器；且其中该方法包括控制制冷回路的至少一个压缩机和过冷回路的至少一个过冷器压缩机，使得待由至少一个蒸发器提供的冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的至少一个热交换器件处的温度处于预定范围中。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]下文参照附图更详细地描述了本发明的示例性实施例，在附图中：
图I示出了包括制冷回路和过冷回路的冷却系统的示意性视图；
图2示出了说明根据本发明的示例性实施例的用于控制冷却系统的物理基础的图表；
以及
图3示出了说明根据本发明的示例性实施例的操作冷却系统的效果的图表。
[0006]I制冷回路 2a、2b、2c、2d 压缩机
4冷凝器 6经济器热交换器 7过冷器热交换器 8高压膨胀装置 9流体回路 10中压膨胀装置 11蒸发器 12制冷剂收集器 14闪蒸气体热交换器 15控制单元 16闪蒸气体膨胀装置 17闪蒸气体排出管线 20过冷回路 22、23过冷器压缩机 24,26过冷器冷凝器 28过冷器膨胀装置 30另一个热交换器 34流体泵 36流体储存器。
【具体实施方式】
[0007]图1示出了具有制冷回路I的冷却系统的示例性实施例的示意性视图，制冷回路I在由箭头指示的制冷回路I内循环的制冷剂的流动方向上包括并联至彼此的一组压缩机2a、2b、2c、2d、连接至压缩机2a、2b、2c、2d的高压出口侧的冷凝器气体冷却器4、经济器热交换器6、高压膨胀装置8、制冷剂收集器12、中压膨胀装置10，以及蒸发器11。蒸发器11的出口侧连接至压缩机2a、2b、2c、2d的吸入(入口)侧。因此，图1中所示的制冷回路I的示例性实施例包括借助于并联连接的压缩机2a、2b、2c、2d的一级压缩，以及通过借助于高压膨胀装置8和中压膨胀装置10的连续膨胀的两级膨胀。
[0008]闪蒸气体排出管线17将制冷剂收集器12的上部连接至压缩机2a、2b、2c、2d的入口侧，允许闪蒸气体收集在制冷剂收集器12的上部中，以绕过蒸发器11。闪蒸气体膨胀装置16布置在闪蒸气体排出管线17中，以便使从制冷剂收集器12输送的闪蒸气体膨胀。在所述闪蒸气体膨胀装置16的下游，闪蒸气体热交换器14可提供成以便借助于与制冷剂的热交换来冷却膨胀的闪蒸气体，该制冷剂从制冷剂收集器12流至低压膨胀装置10。
[0009]经济器热交换器6联接至流体循环9，其进一步包括过冷器热交换器7、流体储存器36和流体泵34，流体泵构造成用于在流体循环9中使热传递流体(尤其是水)循环。
[0010]过冷器热交换器7为过冷器制冷回路20的一部分，其在由箭头指示的过冷器制冷剂的流动方向上包括:并联连接至彼此的一组过冷器压缩机22、23，至少一个所述过冷器压缩机22、23为变速压缩机23 ;用于将油与离开过冷器压缩机22、23的制冷剂分离的油分离器32、并联连接至彼此的两个过冷器冷凝器24、26，以及过冷器膨胀装置28，其构造成用于在制冷剂返回到过冷器热交换器7中之前使从过冷器冷凝器24、26输送的过冷器制冷剂膨胀。在过冷器热交换器7中的热交换之后，过冷器制冷剂引导至过冷器压缩机22、23。
[0011]将过冷器膨胀装置28的入口管线热连接至过冷器热交换器7的出口管线的可选的另一个热交换器30通过在制冷剂由过冷器压缩机22、23压缩之前冷却从过冷器热交换器7输送的过冷器制冷剂来允许提高过冷器制冷回路20的效率。
[0012]在操作中，离开制冷回路I的冷凝器4的制冷剂借助于高压膨胀装置8从由压缩机2a、2b、2c、2d提供的高压水平膨胀至中压水平。通常包括气相部分和液相部分的所述中等加压制冷剂收集在制冷剂收集器12中。制冷剂的液相收集在制冷剂收集器12的底部处，且输送至中压膨胀装置10，在该处，其在进入蒸发器11蒸发之前膨胀。在蒸发器11中的膨胀期间，制冷剂吸收热，从而冷却蒸发器11的环境，例如，制冷销售器具或空气调节系统。
[0013]离开蒸发器11的蒸发的制冷剂输送至压缩机2a、2b、2c、2d的入口侧，压缩机2a、2b、2c、2d将制冷剂又压缩至高压，且将高度加压的制冷剂输送至冷凝器4，在该处，其相对于冷凝器4的环境（例如，环境空气）冷却，且至少部分冷凝。
[0014]离开冷凝器4的制冷剂的气相部分和液相部分的比率取决于各种因素而变化，包括冷凝器4处的环境温度、由蒸发器11输送的冷却能力，以及压缩机2a、2b、2c、2d的性能。由于制冷剂的气体部分对于冷却蒸发器11无用，故离开冷凝器4的制冷剂内的较大气体部分降低制冷回路I的性能。因此，期望减小从冷凝器4输送至高压膨胀装置8的制冷剂中包括的气相部分的比率。
[0015]为了减小离开冷凝器4的制冷剂中包括的气相部分的比率，从冷凝器4输送的制冷剂通过将热从制冷回路I内循环的制冷剂传递至联接至经济器热交换器6的流体循环9中循环的热传递流体来在经济器热交换器6内冷却，其冷凝且因此减小制冷剂的气相部分。
[0016]在流体循环9自身中循环的热传递流体借助于过冷循环20冷却，过冷循环20根据与制冷回路I相似的原理工作。
[0017]通过提高过冷循环20的性能来增强经济器热交换器6中的制冷剂的过冷减小了离开经济器热交换器6的制冷剂中包括的气相部分的比率，这导致了制冷回路I的效率提高。另一方面，为了提高过冷回路20的性能，需要更多功率来操作过冷器压缩机22、23，其抵消了通过过冷提高制冷回路I的效率的效果。
[0018]因此，期望操作冷却系统，以便制冷回路I和过冷循环20的组合效率（S卩，由制冷回路I提供的冷却能力相对于制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d和过冷器压缩机22、23两者的累积功率消耗的比率）处于或至少接近其最大值。由于给出了冷凝器/气体冷却器4处的环境温度，且由于由制冷回路I提供的冷却能力通常为必须满足且不可变化的预定量,故冷却系统的最佳效率将通过调整制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d的操作和相应的过冷器压缩机22、23的操作来实现。
[0019]已经发现，这可通过控制制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d和过冷回路20的过冷器压缩机22、23来实现，使得待由至少一个蒸发器11提供的冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的热交换器6处的温度处于预定范围中。发明人已经发现热交换器6处的热传递对包括制冷回路I和过冷回路20的整个冷却系统的总体能量效率有较大影响。此外，在包括制冷回路I和过冷回路20的整个冷却系统达到最大总体能量效率的热交换器6处的最佳热传递取决于户外/环境温度。因此，发明人已发现进入热交换器6的热传递流体的温度必须取决于制冷回路I的负载来控制，其继而又取决于必须由蒸发器11提供的冷却能力。
[0020]在一个实施例中，至少一个温度传感器（未示出）提供成测量离开热交换器6的制冷剂的温度，且控制单元15控制制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d和/或过冷回路20的过冷器压缩机22、23，使得离开热交换器6的制冷剂的温度处于5°C到15°C的范围内，且具体在9°C到11°C的范围内。已经发现这是特别有效的操作。
[0021]在另一个实施例中，提供了至少一个温度传感器来测量进入热交换器的过冷制冷剂的温度，且控制单元15控制制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d和/或过冷回路20的过冷器压缩机22、23，以便进入过冷器热交换器7中的过冷制冷剂的温度在1°C到10°C的范围中，且具体在3°C到5°C的范围中。
[0022]还已发现冷却系统的总体效率在制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d在其最高性能的40%到90%的范围中运行时接近其最大值，且离开经济器热交换器6的制冷剂的液体比率在大约10°C下接近85%。在此情况下，进入过冷器热交换器7的过冷制冷剂的温度为大约4°C，且进入经济器热交换器6的流体的温度为大约7V。
[0023]因此，提供为控制制冷回路I的压缩机2a、2b、2c、2d的操作以及过冷器压缩机22、23的操作的控制单元15构造成在处于或至少接近所述温度设置点下操作冷却系统。控制单元15借助于温度传感器提供有进入和离开热交换器的制冷剂和流体的所需实际温度，温度传感器附接至热交换器6、7，但并未在附图中明确示出。
[0024]提供用于使经济器热交换器6与如图I中所示的过冷热交换器7联接的流体回路9是可选的。在附图中未示出的备选实施例中，经济器热交换器6和过冷热交换器7可组合在单个热交换器上，其将制冷回路I直接地联接至过冷回路20，而不提供中间流体回路9。通过将热交换器6、7组合在单个热交换器中，可节约提供附加流体回路9的成本。
[0025]然而，由于在流体回路9内循环的热传递流体与分别在制冷回路I或过冷回路20内循环的制冷剂之间的热传递速率可大于两种制冷剂之间的直接热传递速率，故提供流体回路9可有助于提高从制冷回路I到过冷回路20的热传递的效率。此外，在流体回路9内循环的热传递流体可用于另一个目的，例如，用于操作加热和/或空气调节系统。
[0026]根据本发明的示例性实施例的控制冷却系统的物理基础关于图2中所示的图表被描述。
[0027]以〃T-eVap_SC〃表示的图表的水平轴线示出了在过冷器热交换器7处的过冷器制冷剂的温度，其为过冷器压缩机22、23的性能的函数。
[0028]左手侧垂直轴线分别示出了操作压缩机2a、2b、2c、2d和过冷器压缩机22、23所需的功率P，且右手侧垂直轴线示出了由冷却系统提供的冷却能力Q。
[0029]图表的下部中的线P_el_SC指示了提供成操作过冷器压缩机22、23的（电）功率。当过冷器热交换器7处的制冷剂温度T_ev随过冷器压缩机22、23的降低的性能而增大时，其从左向右减小，这导致减少的功率消耗，导致过冷器制冷剂的温度升高，且反之亦然。在由"SC max RPM〃指示的图表的最左部中，过冷器压缩机22、23以其最高速度运行，且在由"SC off"指示的最右部中，过冷器压缩机22、23关闭。
[0030]分别在图表的上部中示出的三条升高的虚线P_el_l、P_el_2、P_el_3表示在压缩机2a、2b、2c、2d中的一个、两个或三个运行时操作制冷循环I的压缩机2a、2b、2c、2d所需的功率，而图表的顶部处的粗实线P_el_total_l、P_el_total_2、P_el_total_3分别表示P_el_SC和相应的P_el_l、P_el_2、P_el_3的相应的总和：
P_el_total_x = P_el_x + P_el_SC.
图表的中部中所示的水平虚线9_1^&(1指示在蒸发器11处待提供的（预定）冷却能力。点划线Q_MT_1、Q_MT_2、Q_MT_3分别指示对于不同数目的操作压缩机2a、2b、2c、2d在蒸发器11处提供的冷却能力。
[0031]因此，冷却系统在操作的那些点处满足预定冷却需要，在这些点，点划线Q_MT_1、Q_MT_2、Q_MT_3中的一条与水平虚线Q_Load相交。
[0032]图表示出了如果制冷系统I的压缩机2a、2b、2c、2d中的仅仅一个操作则不可能满足冷却要求Q_Load，因为Q_MT_1不会与水平虚线Q_Load匹配。
[0033]然而，当压缩机2a、2b、2c、2d中的两个或三个操作时，可满足冷却要求，因为线Q_MT_2 和 Q_MT_3 分别在 T_evap_SC=T_ev_2 和 T_evap_SC=T_ev_3 处与线 Q_Load 相交。
[0034]当三个压缩机2a、2b、2c运行时，T_ev = T_ev_3处的总功率消SP_el_total_3高于在两个压缩机2a、2b运行时的T_ev = T_ev_2处的总功率消耗P_el_total_2。因此，操作两个压缩机2a、2b和调整过冷器回路20的操作以便过冷器热交换器7处的温度T_evap_SC等于T_ev_2提供了提供要求的冷却能力Q_Load的最有效方法。
[0035]图3说明了如上文所述的根据本发明的示例性实施例的控制制冷回路I和过冷回路20的结果。
[0036]图3中所示的图表在其上部说明了过冷器热交换器7(右手侧垂直轴线）处的过冷器制冷剂的温度T_ev为由菱形指示的在日间和由星形指示的在夜间的典型操作模式的环境（具体是户外）温度T(水平轴线）的函数，因为其由根据本发明的示例性实施例的制冷回路I和过冷回路20的控制引起，这已经在前文中描述。
[0037]在日间（菱形），过冷器热交换器7处的温度T_ev在0°C下恒定，只要环境（户外）温度T低于18°C。在高于18°C的环境温度T下，在过冷器热交换器7处的温度乙^在T=22°C下升高到大约10°C，且然后对于T=28°C和更高的环境温度，降回大约3°C的温度。
[0038]在夜间（星形），过冷器热交换器7处的温度T_ev在0°C下恒定，只要环境（户外）温度T低于18°C。在高于18°C的环境温度T下，在过冷器热交换器7处的温度乙^在T=22°C下升高到大约10°C，且在所述值达到大约28°C的环境温度T处保持恒定。当环境温度T甚至进一步升高时，在过冷器热交换器7处的温度T_ev升高到大约15°C，其中其对于30°C到40°C的范围中的环境温度T保持恒定。
[0039]图3中所示的图表的下部分别说明了白天和夜晚操作中的用于常规冷却系统（实线）和用于根据本发明的示例性实施例的冷却系统（虚线和点划线）的对应的能量消耗P (左手侧垂直轴线）。
[0040]常规系统（实线）在白天操作（填充的正方形）中在大约26°C的环境温度T下到达其最高功率消耗P_max (100%)，而在夜晚操作（填充的三角形）中在大约24°C的户外温度下达到略微更低的功率消耗。
[0041]在根据本发明的示例性实施例的冷却系统中，最高功率消耗P_max在夜晚操作(开放三角形）中24°C的户外温度下同样达到。
[0042]然而，在白天操作（开放正方形）中，最大功率消耗P_max将在大约28°C的略微更高的户外温度下达到。
[0043]如可通过比较图表的功率消耗白天操作常规系统（填充正方形）和根据本发明的示例性实施例的最大功率消耗白天操作冷却系统（开放正方形）的最大值看到那样，根据本发明的示例性实施例的冷却系统的最大功率消耗P_max为常规冷却系统的最大功率消SPjnax = 100%的大约83%，且因此大大减小。
[0044]如可通过比较图表的功率消耗夜晚操作常规系统（填充三角形）和根据本发明的示例性实施例的最大功率消耗夜晚操作冷却系统（开放三角形）的最大值看到的那样，在夜晚操作下的根据本发明的示例性实施例的冷却系统的最大功率消耗P_max为处于最大功率消耗P_max = 100%的大约83%，而夜晚操作下的常规冷却系统的最大功率消耗P_max为处于最大功率消耗P_max = 100%的大约95%。因此，根据本发明的示例性实施例的冷却系统的最大功率消耗P_max也在夜晚操作下大大减小。
[0045]根据本发明的示例性实施例，如在此所述，制冷回路的至少一个压缩机和过冷回路的至少一个过冷器压缩机控制成使得待由至少一个蒸发器提供的冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的至少一个热交换器件处的温度在预定范围中。
[0046]因此，可获得显著改善效率和操作冷却系统所需的总能量大大降低的冷却系统。
[0047]在至少一个热交换器件处的温度的预定范围可基于例如改变户外/环境温度或改变待由（多个）蒸发器提供的冷却能力来在一定时间内变化。
[0048]通过此控制，从制冷回路传递至过冷回路的热量可调整，考虑了必须提供的所需冷却能力和户外/环境温度。
[0049]其它测试已示出了通过在基于CO2的冷却系统中使用根据本发明的示例性实施例的对过冷系统的优化热传递，可达到常规R404A标准系统的能量效率。因此，本发明允许了从基于R404A的系统切换至基于CO2的冷却系统，而没有损失效率。
[0050]热交换器器件中的蒸发温度可以以最佳方式取决于制冷系统中的情况来增加。制冷系统提供信号来指示运行的压缩机的状态。热交换器件可利用该信号来升高或降低蒸发温度，以配合最佳的总体功率消耗。
[0051]根据本发明的示例性实施例，如本文所述，制冷回路和过冷回路受控制，使得冷却系统的效率（即，由系统提供的冷却能力相对于操作制冷循环以及过冷循环的压缩机所需的功率总量的比率）处于或至少接近其最大值。
[0052]在第一实施例中，至少一个温度传感器提供成测量离开热交换器件的制冷剂的温度，且制冷回路的至少一个压缩机和/或过冷回路的至少一个过冷器压缩机控制成使得以便离开热交换器件的制冷剂的温度在5°C到15°C的范围中，且具体是在9°C到11°C的范围中。已经发现，此温度范围导致冷却系统的很有效的操作。
[0053]在另一个实施例中，至少一个温度传感器提供成测量进入热交换器件的过冷制冷剂的温度，且制冷回路的至少一个压缩机和/或过冷回路的至少一个过冷器压缩机控制成使得进入过冷器热交换器件的过冷制冷剂的温度在l°c到10°C的范围中，且具体在3°C到5°C的范围中。已经发现，在所述温度范围内操作过冷回路导致冷却系统的很有效的操作。
[0054]在另一个实施例中，制冷回路和过冷回路控制成使得制冷回路的（多个）压缩机以其最大能力的40%到90%操作。已经发现，以其最大能力的40%到90%操作压缩机导致冷却系统的很有效的操作。
[0055]在另一个实施例中，过冷回路受控制，使得离开热交换器件的制冷剂包括至少85%的液体制冷剂。提供至少85%的液体制冷剂导致冷却系统的很有效的操作。
[0056]在另一个实施例中，控制单元构造成运行制冷回路的最少数目的压缩机，且运行过冷回路的至少一个过冷器压缩机，以便待由至少一个蒸发器提供的冷却能力被满足，且以便最小化总体功率消耗。这提供了冷却系统的很有效的操作。
[0057]在另一个实施例中，控制单元构造成取决于多少冷却能力待由至少一个蒸发器提供来选择性地开启和关闭制冷回路的至少一个压缩机。开启和关闭至少一个压缩机提供了控制制冷回路的操作的简单且有效的方式。
[0058]在另一个实施例中，过冷回路的至少一个过冷器压缩机能够在变速下操作，且控制单元构造成连续地调整所述过冷器压缩机的速度，且/或其中制冷回路的至少一个压缩机能够在变速下操作，且其中控制单元构造成连续地控制所述压缩机的速度。这允许过冷回路和制冷回路的性能的很精密的控制。
[0059]在另一个实施例中，过冷回路还包括至少一个过冷器冷凝器；以及至少一个过冷器膨胀装置。
[0060]在另一个实施例中，热交换器件为使制冷回路与过冷回路联接的热交换器。在该实施例中，获得了制冷回路与过冷回路之间的直接热交换。
[0061]在另一个实施例中，热交换器件形成为使制冷回路与过冷回路联接的流体回路，所述流体回路借助于至少一个热交换器联接至制冷回路，热交换器布置在至少一个冷凝器的下游，且借助于过冷器热交换器联接至过冷回路。流体回路还可称为盐水环路。在该实施例中，制冷回路与过冷回路之间的间接热交换关系借助于流体回路、借助于至少一个热交换器，以及借助于过冷器热交换器来获得。热传递流体在流体回路中循环。在热交换器之间循环的热传递流体可改善热交换器内的热传递速率。此外，循环热传递流体可用于传递热来用于附加目的，例如，用于加热和/或冷却系统的操作。
[0062]在另一个实施例中，热交换器件还包括流体泵和/或流体储存器，且其中在流体回路中循环的流体包括水。在实施例中，流体回路包括流体泵和/或流体储存器。提供流体泵和/或流体储存器允许有效且可靠的流体回路操作。水提供廉价且无毒的热传递流体，其容易操纵且对于环境无害。
[0063]在另一个实施例中，第二膨胀装置布置在第一膨胀装置的下游，以便提供两级膨胀。两级膨胀可提高冷却系统的效率。
[0064]在另一个实施例中，制冷回路还包括制冷剂收集器，以便收集和储存制冷剂。在一个实施例中，制冷剂收集器布置在第一膨胀装置与第二膨胀装置之间，以便收集部分地膨胀的制冷剂。
[0065]在另一个实施例中，制冷回路还包括将制冷剂收集器的上部连接至至少一个压缩机的入口侧的闪蒸气体排出管线，以便绕过蒸发器。在一个实施例中，闪蒸气体排出管线包括闪蒸气体膨胀装置和/或闪蒸气体热交换器，其构造成用于闪蒸气体与输送至蒸发器的制冷剂的热交换。提供闪蒸气体排出管线，闪蒸气体膨胀装置和/或闪蒸气体热交换器有助于甚至进一步提高冷却系统的效率。
[0066]在另一个实施例中，过冷回路构造成使过冷制冷剂循环，且在过冷制冷剂的流动方向上包括至少一个过冷器压缩机、至少一个过冷器冷凝器、至少一个过冷器膨胀装置，以及至少一个过冷器热交换器。过冷器热交换器在热交换器件由将制冷回路直接地与过冷回路联接的热交换器形成的冷却系统的构造的情况下，由热交换器形成，或在热交换器件形成为将制冷回路与过冷回路联接的流体回路的冷却系统的构造的情况下，由热交换器件的过冷器热交换器形成，所述流体回路借助于至少一个热交换器联接至制冷回路，至少一个热交换器布置在至少一个冷凝器下游，且借助于过冷器热交换器联接至过冷回路。构造成使制冷剂循环的过冷回路提供容易控制的有效且可靠的过冷回路。
[0067]在另一个实施例中，制冷剂和/或过冷制冷剂包括C02。CO2提供了很适合的无毒且环境有益的制冷剂。
[0068]技术人员将认识到，如现有技术水平中已知那样，用于提供甚至更低（深冷冻）温度的深冷冻回路可与图I中所示的制冷回路组合。
[0069]尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但将由那些本领域的技术人员理解的是，可做出各种变化，且等同方案可替代其元件，而并未脱离本发明的范围。此外，可做出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导，而不脱离其本质范围。因此，意指本发明不限于公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.冷却系统，包括: 制冷回路(I)，其使制冷剂循环且在所述制冷剂的流动方向上包括: 至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)； 至少一个冷凝器(4)； 至少一个膨胀装置(8、10);以及 用于提供冷却能力的至少一个蒸发器(11); 所述冷却系统还包括: 用于使所述制冷回路(I)中循环的所述制冷剂过冷的过冷回路(20)，所述过冷回路(20)构造成使过冷制冷剂循环且包括至少一个过冷器压缩机(22、23)； 至少一个热交换器件出、7)，其布置在所述至少一个冷凝器(4)的下游，且构造成在所述制冷回路(I)与所述过冷回路(20)之间热交换，所述至少一个热交换器件(6、7)包括至少一个温度传感器；以及 控制单元(15)，其构造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)，使得待由所述至少一个蒸发器(11)提供的冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的所述至少一个热交换器件(6、7)处的所述温度处于预定范围中。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述控制单元(15)构造成使所述制冷回路(I)的最少数目的压缩机(2a、2b、2c、2d)运行和使所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)运行，以便待由所述至少一个蒸发器(11)提供的冷却能力被满足，且以便减少所述总体功率消耗。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制单元(15)构造成使所述制冷回路(I)的最少数目的压缩机(2a、2b、2c、2d)运行和使所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)运行，以便待由所述至少一个蒸发器(11)提供的冷却能力被满足，且以便最小化所述总体功率消耗。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，所述控制单元(15)构造成取决于多少冷却能力待由所述至少一个蒸发器(11)提供来选择性地开启和关闭所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(23)能够在变速下操作，且其中所述控制单元(15)构造成连续地调整所述过冷器压缩机(23)的速度，且/或其中所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)能够在变速下操作，且其中所述控制单元(15)构造成连续地控制所述压缩机(2a)的速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，至少一个温度传感器提供成测量离开所述热交换器件(6)的所述制冷剂的温度，且其中所述控制单元(15)构造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和/或所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)，以便离开所述热交换器件(6)的制冷剂的温度在5°C到15°C的范围中，且具体在9°C到11 °C的范围中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，至少一个温度传感器提供成测量进入所述热交换器件(6、7)的所述过冷制冷剂的温度，以及其中所述控制单元(15)构造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和/或所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)，以便进入所述热交换器件(7)的所述过冷制冷剂的温度在1°C到10°C的范围中，且具体在3°C到5°C的范围中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，所述控制单元(15)构造成用于控制所述制冷回路(I)的(多个)压缩机(2&、213、2(:、2(1)，使得它们以其最大能力的40%到90%运行。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，所述控制单元(15)构造成用于控制所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)，以便离开所述热交换器件(6)的制冷剂包括至少85%的液体制冷剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，所述过冷回路(20)还包括至少一个过冷器冷凝器(24、26);以及至少一个过冷器膨胀装置(28)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，所述热交换器件为使所述制冷回路(I)与所述过冷回路(20)联接的热交换器。
12.根据权利要求1至权利要求10中任一项所述的冷却系统，其中，所述热交换器件包括使所述制冷回路(I)与所述过冷回路(20)联接的流体回路(9)，所述流体回路(9)借助于所述至少一个热交换器(6、7)联接至所述制冷回路(I)，所述热交换器(6、7)布置在所述至少一个冷凝器(4)的下游，且借助于过冷器热交换器(7)联接至所述过冷回路(20)。
13.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述热交换器件还包括流体泵(34)和/或流体储存器(36)，且其中在所述流体回路(9)中循环的所述流体包括水。
14.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其中，第二膨胀装置(10)布置在第一膨胀装置⑶的下游，且/或其中所述制冷回路⑴还包括布置在所述蒸发器(11)的上游的制冷剂收集器(12);和/或其中所述制冷回路(I)还包括将所述制冷剂收集器(12)的上部连接至绕过所述蒸发器(11)的所述至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)的入口侧的闪蒸气体排出管线(17)，且/或其中所述闪蒸气体排出管线(17)包括闪蒸气体膨胀装置(16)，且/或其中所述闪蒸气体排出管线包括闪蒸气体热交换器(14)，所述闪蒸气体热交换器(14)构造成用于所述闪蒸气体与输送至所述蒸发器(11)的所述制冷剂之间的热交换。
15.控制冷却系统的操作的方法，包括: 制冷回路(I)，其构造成使制冷剂循环，且在所述制冷剂的流动方向上包括: 至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)； 至少一个冷凝器(14)； 至少一个膨胀装置(8、10);以及 至少一个蒸发器(11); 所述冷却系统还包括: 用于使在所述制冷回路(I)中循环的所述制冷剂过冷的过冷回路(20)，所述过冷回路(20)构造成使过冷制冷剂循环且包括至少一个过冷器压缩机(22、23)； 至少一个热交换器件出、7)，其布置在所述至少一个冷凝器(4)的下游，且构造成在所述制冷回路(I)与所述过冷回路(20)之间热交换，所述至少一个热交换器件(6、7)包括至少一个温度传感器；以及 其中所述方法包括控制所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)，使得待由所述至少一个蒸发器(11)提供的所述冷却能力被满足，且使得由至少一个温度传感器测量的所述至少一个热交换器件(6、7)处的所述温度处于预定范围中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述制冷回路(I)的最少数目的压缩机(2a、2b、2c、2d)运行，且所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)运行，以便待由所述至少一个蒸发器(11)提供的所述冷却能力被满足，且以便最小化总体功率消耗。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述制冷回路(I)的最少数目的压缩机(2a、2b、2c、2d)运行，且所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)运行，以便待由所述至少一个蒸发器(11)提供的所述冷却能力被满足，且以便减小总体功率消耗。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法包括取决于多少冷却能力待由所述至少一个蒸发器(11)提供来选择性地开启和关闭所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)。
19.根据权利要求15至权利要求18中任一项所述的方法，其中，所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(23)能够在变速下操作，且所述方法包括连续地调整所述过冷器压缩机(23)的速度，且/或其中所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)能够在变速下操作，且所述方法包括连续地控制所述压缩机(2a)的速度。
20.根据权利要求15至权利要求19中任一项所述的方法，其中，测量离开所述热交换器件(6)的所述制冷剂的温度，以及其中所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和/或所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)控制成以便离开所述热交换器件(6)的所述制冷剂的温度在5°C到15°C的范围中，且具体是在9°C到11 °C的范围中。
21.根据权利要求15至权利要求20中任一项所述的方法，其中，测量进入所述热交换器(6、7)的所述过冷制冷剂的温度，且其中所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c,2d)和/或所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)受控制，以便进入所述热交换器件(7)的所述过冷制冷剂的温度在1°C到10°C的范围中，且具体在3°C到5°C的范围中。
22.根据权利要求15至权利要求21中任一项的所述方法，其中，所述制冷回路(I)的(多个)压缩机(2a、2b、2c、2d)受控制，使得它们以其最大能力的40%到90%运行。
23.根据权利要求15至权利要求22中任一项所述的方法，其中，所述制冷回路(I)的至少一个压缩机(2a、2b、2c、2d)和所述过冷回路(20)的至少一个过冷器压缩机(22、23)受控制，以便离开所述热交换器(6)的所述制冷剂包括至少85%的液体制冷剂。
【文档编号】F25B40/02GK104334984SQ201280072691
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】S.黑尔曼, H-J.胡夫 申请人:开利公司