用于控制跨临界制冷系统的系统和方法技术方案

一种用于CO2制冷系统的系统和方法包括压缩机、热交换器、贮液器、第一阀以及阀控制器。在CO2制冷系统处于跨临界模式时热交换器操作为气体冷却器，而在CO2制冷系统处于亚临界模式时热交换器操作为冷凝器。第一阀控制制冷剂从热交换器到贮液器的流动。阀控制器监测室外环境温度和离开热交换器的制冷剂的压力；确定CO2制冷系统是处于亚临界模式还是处于跨临界模式；基于所监测的室外环境温度来确定压力设定值；以及当CO2制冷系统处于跨临界模式时，基于所确定的压力设定值与所监测的压力的比较来控制第一阀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年1月24日提交的美国专利技术申请第14/162,792号的优先权以及要求于2013年1月25日提交的美国临时申请第61/756,852号的权益。上述申请的全部公开通过引用并入本文。
本公开涉及一种用于控制跨临界制冷系统的系统和方法，并且更具体地涉及一种用于控制如下跨临界制冷系统的部件的系统和方法，该跨临界制冷系统利用CO2制冷剂并且包括高压阀、旁通气体阀和贮液器。
技术介绍
本部分提供与本公开相关但不一定是现有技术的背景信息。利用二氧化碳(CO2)作为制冷剂的制冷系统可以具有优于利用非CO2制冷剂的制冷系统的许多优点。利用CO2制冷剂的制冷系统可以包括例如一个或更多个压缩机、气体冷却器、贮液器、以及一个或更多个蒸发器。贮液器可以包括旁通线路，用以将来自贮液器的制冷剂排出返回到压缩机，从而绕过蒸发器。在利用非CO2制冷剂的制冷系统中，压缩机向冷凝器排出高压气态制冷剂，该冷凝器将制冷剂冷却为低于其临界点，从而引起制冷剂的状态从气态改变成液态。另一方面，在操作于跨临界模式的CO2制冷系统中，气态制冷剂在气体冷却器中被冷却至仍高于制冷剂的临界点的温度，从而得到较低温度的气态制冷剂但不会引起到液态的状态改变。然后，CO2制冷剂从气体冷却器排出到贮液器，该贮液器连接至蒸发器并且还连接至旁通线路。可以将贮液器的压力保持为使得能够在贮液器中形成液态制冷剂。然后，可以将液态制冷剂从贮液器供给到蒸发器。然后，在贮液器中的气态制冷剂可以被路由回到压缩机。由于与CO2制冷系统相关联的工作温度和压力较高，所以可能难以保持制冷系统的正确并且有效的操作。
技术实现思路
本部分提供本公开的总体概述，并且本部分不是其全部范围或其所有特征的全面公开。在本公开的各种实施例中，提供了如下CO2制冷系统，该CO2制冷系统能够操作于亚临界(subcritical)模式和跨临界(transcritical)模式。CO2制冷系统包括：至少一个压缩机；以及热交换器，其用于接收从至少一个压缩机排出的制冷剂。在CO2制冷系统操作于跨临界模式时，热交换器能够操作为气体冷却器；而在CO2制冷系统操作于亚临界模式时，热交换器能够操作为冷凝器。CO2制冷系统还包括贮液器，该贮液器接收从热交换器排出的制冷剂。CO2制冷系统还包括连接在热交换器与贮液器之间的第一阀。第一阀控制制冷剂从热交换器到贮液器的流动。CO2制冷系统还包括阀控制器，该阀控制器监测室外环境温度和离开热交换器的制冷剂的压力。阀控制器确定CO2制冷系统是操作于亚临界模式还是操作于跨临界模式，以及基于所监测的室外环境温度来确定压力设定值(setpoint)。当确定CO2制冷系统操作于跨临界模式时，阀控制器基于所确定的压力设定值与所监测的离开热交换器的制冷剂的压力的比较来控制第一阀。在本公开的各种实施例中，提供了一种用于能够操作于亚临界模式和跨临界模式的CO2制冷系统的方法。该方法包括利用阀控制器来监测室外环境温度。该方法还包括利用阀控制器来监测离开CO2制冷系统的热交换器的制冷剂的压力。热交换器接收从至少一个压缩机排出的冷却剂，以及在CO2制冷系统操作于跨临界模式时，热交换器能够操作为气体冷却器而在CO2制冷系统操作于亚临界模式时，热交换器能够操作为冷凝器。该方法还包括利用阀控制器来确定CO2制冷系统是操作于亚临界模式还是操作于跨临界模式。该方法还包括利用阀控制器基于所监测的室外环境温度来确定压力设定值。该方法还包括当确定CO2制冷系统操作于跨临界模式时，利用阀控制器基于所确定的压力设定值与所监测的离开热交换器的制冷剂的压力的比较来控制第一阀。第一阀连接在热交换器与贮液器之间，并且控制制冷剂从热交换器到贮液器的流动。在本公开的各种实施例中，提供了另一种能够操作于亚临界模式和跨临界模式的CO2制冷系统。CO2制冷系统包括第一压缩机机架和第二压缩机机架，二者各自具有至少一个压缩机。第一压缩机机架和第二压缩机机架相连接，使得第二压缩机机架的吸入侧接收来自第一压缩机机架的排出侧的制冷剂。CO2制冷系统包括热交换器，在CO2制冷系统操作于跨临界模式时该热交换器能够操作为气体冷却器，而在CO2制冷系统操作于亚临界模式时该热交换器能够操作为冷凝器。热交换器接收来自第二压缩机机架的排出侧的制冷剂。CO2制冷系统包括贮液器，该贮液器接收从热交换器排出的制冷剂。CO2制冷系统包括至少一个蒸发器，该至少一个蒸发器接收从贮液器排出的制冷剂。CO2制冷系统包括连接在热交换器与贮液器之间的第一阀。第一阀控制制冷剂从热交换器到贮液器的流动。CO2制冷系统包括位于如下旁通线路中的第二阀，该旁通线路将制冷剂从贮液器路由到第二压缩机机架的吸入侧。第二阀控制制冷剂从贮液器到第二压缩机机架的吸入侧的流动。CO2制冷系统包括阀控制器，该阀控制器监测离开热交换器的制冷剂的压力、离开热交换器的制冷剂的温度、以及贮液器内的压力。阀控制器基于所监测的离开热交换器的制冷剂的压力、所监测的离开热交换器的制冷剂的温度、以及贮液器内的压力中至少之一来控制第一阀和第二阀。根据本文提供的描述，适用性的另外的领域将变得明显。
技术实现思路
中的描述和具体示例意在出于仅说明的目的，而非意在限制本公开的范围。附图说明本文所描述的附图出于仅说明所选择的实施例而不是所有可能的实现方式的目的，并且非意在限制本公开的范围。图1是CO2制冷系统的示意图。图2是用于CO2制冷系统的控制算法的流程图。图3是用于CO2制冷系统的控制算法的流程图。图4是用于CO2制冷系统的控制算法的流程图。图5是用于CO2制冷系统的控制算法的流程图。图6是用于CO2制冷系统的控制算法的流程图。相应的附图标记指示贯穿附图的若干视图中相应的部件。具体实施方式现在将参照附图更加充分地描述示例性实施例。参照图1，调压型(booster)跨临界CO2制冷系统10包括具有压缩机13、14的低温压缩机机架12以及具有压缩机17、18、19的中温压缩机机架16。压缩机13、14、17、18、19可以是固定容量压缩机或可变容量压缩机。例如，每个压缩机机架12、16可以包括至少一个可变容量压缩机和至少一个固定容量压缩机。每个机架中的压缩机可以经由适当的吸入头和排出头进行连接。低温压缩机机架12可以与中温压缩机机架16串联地连接，使得从低温压缩机机架12排出的制冷剂在中温压缩机机架16的吸入侧被接收。从中温压缩机机架16排出的制冷剂被气体冷却器/冷凝器20接收。如在下面进一步详细描述地，制冷系统10可以操作于亚临界模式或者操作于跨临界模式。在跨临界模式下，气体冷却器/冷凝器20用作气体冷却器。在亚临界模式下，气体冷却器/冷凝器20用作冷凝器。从气体冷却器/冷凝器20排出的制冷剂被贮液器21接收。贮液器21连接至第一排出线路22，该第一排出线路22将来自贮液器21的气态制冷剂路由返回到中温压缩机机架16的吸入侧。贮液器21还连接至第二排出线路23，该第二排出线路23将来自贮液器21的液态制冷剂路由到蒸发器24、26。从贮液器21经由第二排出线路23所路由的制冷剂被低温蒸发器24和中温蒸发器26接收。低温蒸发器24可以包括例如杂货店冰柜或冷冻食品陈列柜。中温蒸发器26可以包括例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够操作于亚临界模式和跨临界模式的CO2制冷系统，包括：至少一个压缩机；热交换器，所述热交换器接收从所述至少一个压缩机排出的制冷剂，以及在所述CO2制冷系统操作于所述跨临界模式时所述热交换器能够操作为气体冷却器，而在所述CO2制冷系统操作于所述亚临界模式时所述热交换器能够操作为冷凝器；贮液器，所述贮液器接收从所述热交换器排出的制冷剂；连接在所述热交换器与所述贮液器之间的第一阀，所述第一阀控制制冷剂从所述热交换器到所述贮液器的流动；阀控制器，所述阀控制器监测室外环境温度和离开所述热交换器的制冷剂的压力；确定CO2制冷系统是操作于所述亚临界模式还是操作于所述跨临界模式；基于所监测的室外环境温度来确定压力设定值；以及当确定所述CO2制冷系统操作于所述跨临界模式时，基于所确定的压力设定值与所监测的离开所述热交换器的制冷剂的压力的比较来控制所述第一阀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.25 US 61/756,8521.一种能够操作于亚临界模式和跨临界模式的CO2制冷系统，包括：至少一个压缩机；热交换器，所述热交换器接收从所述至少一个压缩机排出的制冷剂，以及在所述CO2制冷系统操作于所述跨临界模式时所述热交换器能够操作为气体冷却器，而在所述CO2制冷系统操作于所述亚临界模式时所述热交换器能够操作为冷凝器；贮液器，所述贮液器接收从所述热交换器排出的制冷剂；连接在所述热交换器与所述贮液器之间的第一阀，所述第一阀控制制冷剂从所述热交换器到所述贮液器的流动；阀控制器，所述阀控制器监测室外环境温度和离开所述热交换器的制冷剂的压力；确定CO2制冷系统是操作于所述亚临界模式还是操作于所述跨临界模式；基于所监测的室外环境温度来确定压力设定值；以及当确定所述CO2制冷系统操作于所述跨临界模式时，基于所确定的压力设定值与所监测的离开所述热交换器的制冷剂的压力的比较来控制所述第一阀。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀控制器基于所监测的室外环境温度来确定所述CO2制冷系统是操作于所述亚临界模式还是操作于所述跨临界模式。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀控制器监测离开所述热交换器的制冷剂的温度；基于所监测的离开所述热交换器的制冷剂的温度和所监测的离开所述热交换器的制冷剂的压力来计算所述制冷剂的过冷却温度；以及当确定所述CO2制冷系统操作于所述亚临界模式时，基于所计算出的过冷却温度与预定的过冷却设定值的比较来控制所述第一阀。4.根据权利要求1所述的系统，还包括位于旁通线路中的第二阀，所述旁通线路将制冷剂从所述贮液器路由到所述至少一个压缩机的吸入侧，所述第二阀控制制冷剂从所述贮液器到所述至少一个压缩机的吸入侧的流动，其中，所述阀控制器基于所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力与预定的压力设定值的比较来控制所述第二阀。5.根据权利要求1所述的系统，还包括位于旁通线路中的第二阀，所述旁通线路将制冷剂从所述贮液器路由到所述至少一个压缩机的吸入侧，所述第二阀控制制冷剂从所述贮液器到所述至少一个压缩机的吸入侧的流动，其中，所述阀控制器将所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力与低压力设定值和高压力设定值进行比较，以及当所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力高于所述高压力设定值或者低于所述低压力设定值时所述阀控制器以安全模式控制所述第一阀和所述第二阀。6.根据权利要求5所述的系统，其中，当在所述贮液器内的制冷剂的压力低于所述低压力设定值时，所述阀控制器增大所述第一阀的开度并且减小所述第二阀的开度，以及当所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力高于所述高压力设定值时，所述阀控制器减小所述第一阀的开度并且增大所述第二阀的开度。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述阀控制器基于查找表来确定所述压力设定值，所述查找表包括多个环境温度值和相应的压力设定值。8.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述至少一个压缩机中的每个压缩机相关联的压缩机控制器，所述压缩机控制器存储压缩机识别信息，所述压缩机识别信息包括用于所述至少一个压缩机中的每个压缩机的压缩机型号、类型、尺寸或容量中至少之一，其中所述阀控制器存储基于所述压缩机识别信息从多个查找表中选择的查找表，所述查找表包括多个环境温度值和相应的压力设定值，其中，所述阀控制器基于所选择的查找表和所监测的室外环境温度来确定所述压力设定值。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述阀控制器基于所述压缩机识别信息来从所述多个查找表中选择所述查找表。10.根据权利要求8所述的系统，其中，单独的控制器基于所述压缩机识别信息从所述多个查找表中选择所述查找表，以及将所选择的查找表传达至所述阀控制器。11.一种用于能够操作于亚临界模式和跨临界模式的CO2制冷系统的方法，所述方法包括：利用阀控制器来监测室外环境温度；利用所述阀控制器来监测离开所述CO2制冷系统的热交换器的制冷剂的压力，所述热交换器接收从至少一个压缩机排出的制冷剂，以及在所述CO2制冷系统操作于所述跨临界模式时所述热交换器能够操作为气体冷却器，而在所述CO2制冷系统操作于所述亚临界模式时所述热交换器能够操作为冷凝器；利用所述阀控制器来确定所述CO2制冷系统是操作于所述亚临界模式还是操作于所述跨临界模式；利用所述阀控制器基于所监测的室外环境温度来确定压力设定值；以及利用所述阀控制器，当确定所述CO2制冷系统操作于所述跨临界模式时，基于所确定的压力设定值与所监测的离开所述热交换器的制冷剂的压力的比较来控制所述第一阀，所述第一阀连接在所述热交换器与所述贮液器之间并且控制制冷剂从所述热交换器到所述贮液器的流动。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述确定所述CO2制冷系统操作于所述亚临界模式还是操作于所述跨临界模式是基于所监测的室外环境温度。13.根据权利要求11所述的方法，还包括：利用所述阀控制器来监测离开所述热交换器的制冷剂的温度；利用所述阀控制器基于所监测的离开所述热交换器的制冷剂的温度和所监测的离开所述热交换器的制冷剂的压力来计算所述制冷剂的过冷却温度；以及利用所述阀控制器，当确定所述CO2制冷系统操作于所述亚临界模式时，基于所计算出的过冷却温度与预定的过冷却设定值的比较来控制所述第一阀。14.根据权利要求11所述的方法，所述CO2制冷系统包括第二阀，所述第二阀控制制冷剂在旁通线路中的流动，所述旁通线路将制冷剂从所述贮液器路由到所述至少一个压缩机的吸入侧，所述方法还包括：利用所述阀控制器基于所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力与预定的压力设定值的比较来控制所述第二阀。15.根据权利要求11所述的方法，所述CO2制冷系统包括第二阀，所述第二阀控制制冷剂在旁通线路中的流动，所述旁通线路将制冷剂从所述贮液器路由到所述至少一个压缩机的吸入侧，所述方法还包括：利用所述阀控制器来将所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力与低压力设定值和高压力设定值进行比较；以及利用所述阀控制器，当所监测的在所述贮液器内的制冷剂的压力高于所述高压力设定值或者低于所述低压力设定值时，以安全模式控制所述第一阀和所述第二阀。16.根据权利要求15所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·华莱士，富兰克林·贝尔特兰，萨穆埃莱·达罗斯，
申请(专利权)人：艾默生零售解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US