具有离心压缩机的动态控制蒸汽压缩冷却系统技术方案

蒸汽压缩冷却系统包括用于在包括至少两次压缩的循环中压缩主流体的离心压缩机，以及用于根据辅助流体的至少一个条件来控制离心压缩机的控制模块。该模块通过调节驱动压缩机的马达的转速和/或与至少一个叶轮相关联的导向叶片的开度来控制离心压缩机的功率。该模块还可以控制移动通过至少一个膨胀装置的主流体的压降。上述至少两次压缩可以并联或串联地进行。相关方法包括在第一和第二压缩循环中压缩主流体，并且根据计算的压缩机的期望功率来调节压缩机的参数。

Dynamic control steam compression cooling system with centrifugal compressor

Vapor compression cooling system includes a centrifugal compressor comprising at least two times compression cycle compression mainstream body, as well as for the control module to control the centrifugal compressor according to at least one of the auxiliary fluid condition. The module controls the power of the centrifugal compressor by adjusting the speed of the motor to which the compressor is driven and / or the opening of the guide vanes associated with at least one impeller. The module can also control the pressure drop of the main body that moves through at least one expansion device. At least two compressions can be performed in parallel or in series. The correlation method includes compressing the main body in the first and second compression cycles, and adjusting the parameters of the compressor in accordance with the expected power of the calculated compressor.

【技术实现步骤摘要】
具有离心压缩机的动态控制蒸汽压缩冷却系统
本专利技术总体上涉及蒸汽压缩冷却系统，并且更具体地涉及利用离心压缩机的动态控制蒸汽压缩冷却系统。
技术介绍
进步的全球变暖立法不断地推动暖通空调和制冷(HVAC&R)工业寻求和使用环境友好的制冷剂。在汽车领域，例如，传统使用的制冷剂R134a是具有1,430的高全球变暖潜能(GWP)的氟化温室气体(F-气体)。欧盟指令2006/40/EC要求在2017年1月1日之前，对乘用车和轻型商用车需要强制逐步淘汰R134a。在美国，环境保护署(EPA)和国家公路交通安全管理局(NHTSA)也类似地开发了一个国家计划，以减少温室气体排放和提高燃料经济性，最近，EPA已经将R134a列为不适用于从2021年开始的新制造的轻型车辆，除了有限的例外。合成制冷剂R1234yf作为R134a的近普适性替代物被引入，其具有4的相对低的GWP和类似的热力学性质。然而，有限供应和高价格的R1234yf产生了问题，并且一些原始设备制造商(OEM)认为R1234yf是一临时替代品，同时他们继续研究替代解决方案。一种替代解决方案是使用R744(二氧化碳)。R744提供了更低的成本、不可燃性、高容积热容量，以及也许最重要的是，环境友好。R744是具有ODP＝0和GWP＝1的天然存在物质。除了使用环境友好的制冷剂之外，还希望新的气候控制系统在能量效率和有效性方面改善整体系统性能。在这些气候控制系统中使用R744的一个缺点是随着用于冷却系统中的制冷剂的流体的温度升高，效率降低。例如，当气体冷却器由空气冷却时，通常认为系统在35-40摄氏度以下更有效。因此，需要克服这些所提到的限制以及在温暖地区有效操作的气候控制系统。更具体地，这种系统将利用具有低GWP值的主流体，例如天然制冷剂R744，并且在整个工作范围内保持其有效性。换句话说，系统应该在高于35-40摄氏度的高环境条件下有效地工作。一种可能的解决方案是在气候控制系统内使用离心压缩机单元。离心压缩机单元已广泛用于商业和工业应用中，并且已知在每个磁性轴承处利用变速马达、磁性轴承、电力电子控制器和传感器以确保轴的精确定位。这些特征中的每一个都提高了性能。将这些类型的特征与诸如并联或多级压缩的高级压缩技术以及用于功回收的膨胀器的利用结合起来可以提供期望的高效率、环境友好的解决方案，该解决方案克服了所述限制并且在整个操作范围内有效地操作。
技术实现思路
根据本文所述的目的和益处，提供了蒸汽压缩冷却系统。冷却系统可以概括地描述为包含用于在包括至少两次压缩的循环中压缩主流体的离心压缩机，以及用于根据辅助流体的至少一个条件控制离心压缩机的控制模块。在一个可能的实施例中，控制模块控制离心压缩机的功率。在另一可能的实施例中，离心压缩机是由马达驱动的电动压缩机，并且控制模块通过调节马达的转速来控制电动离心压缩机的功率。在另一个可能的实施例中，离心压缩机包括由马达驱动的第一和第二叶轮，并且控制模块通过调节与第一和第二叶轮中的至少一个相关联的导向叶片的开度来控制电动离心压缩机的功率。在另一可能的实施例中，离心压缩机包括由马达驱动的第一和第二叶轮以及膨胀器。在另一个可能的实施例中，第一和第二叶轮并联操作。在另一个实施例中，第一和第二叶轮分级操作。在另一个可能的实施例中，离心压缩机包括由马达驱动并由第一和第二叶轮和膨胀器共用的单个轴。在另一个可能的实施例中，蒸汽压缩冷却系统进一步包括第一和第二膨胀装置，并且控制模块根据辅助流体的至少一个条件进一步控制第一和第二膨胀装置。在另一个可能的实施例中，蒸汽压缩冷却系统进一步包括用于感测来自第一热交换器的主流体出口的温度的第一温度传感器，以及用于感测来自蓄积器的主流体出口的温度和压力的第二温度传感器和第一压力传感器，其中控制模块根据辅助流体的条件、第一感测温度、第二感测温度和第一感测压力来控制离心压缩机。在又一可能的实施例中，第一和第二膨胀装置是电子膨胀装置，并且控制模块控制移动通过第一和第二膨胀装置的主流体的压降。在又一个可能的实施例中，辅助流体是空气、水、冷却剂和制冷剂中的至少一种，并且辅助流体的条件包括辅助流体的温度、辅助流体的湿度和环境太阳能负载中的至少一种。在另一个可能的实施例中，控制模块控制离心压缩机的功率，并且离心压缩机是由马达驱动的电动压缩机，并且控制模块通过调整马达的转速和离心压缩机中的导向叶片的开度中的至少一种来控制电动离心压缩机的功率。在另一个可能的实施例中，蒸汽压缩冷却系统包括离心压缩机，该离心压缩机具有用于在包括至少两次压缩的循环中压缩主流体的至少两个叶轮、主流体移动通过的第一热交换器、主流体移动通过的第一膨胀装置、用于分离主流体的蒸汽和液体的分离器、主流体移动通过的第二膨胀装置、用于沸腾主流体的第二热交换器、用于存储液态主流体并允许蒸汽主流体进入离心压缩机的蓄积器、以及用于根据辅助流体的条件控制离心压缩机和第一和第二膨胀装置的控制模块。在另一可能的实施例中，冷却系统进一步包括用于调节第一和第二叶轮中的至少一个的吸入压力的旁通阀。在又一个可能的实施例中，控制模块根据第一热交换器和第一膨胀装置之间的主流体的第一温度、蓄积器和压缩机之间的主流体的第二温度、以及蓄积器和压缩机之间的主流体的压力中的至少一个进一步控制压缩机和第一和第二膨胀装置。根据本文所述的目的和益处，提供了操作蒸汽压缩冷却系统的方法。该方法可概括地描述为包含以下步骤：(a)在具有第一和第二叶轮的离心压缩机的第一和第二压缩循环中压缩主流体；(b)确定辅助流体的条件；(c)感测来自第一热交换器的主流体出口的温度；(d)感测来自蓄积器的主流体出口的温度和压力；(e)基于辅助流体的条件、来自第一热交换器的出口的感测温度以及来自累积器的流体出口的感测温度和压力，计算离心压缩机的期望功率；和(f)根据离心压缩机的计算的期望功率来调节离心压缩机的参数。在一个可能的实施例中，调节离心压缩机的参数的步骤包括调节驱动离心压缩机的马达的转速和离心压缩机中的导向叶片的开度中的至少一种。在另一个可能的实施例中，方法进一步包括以下步骤：基于辅助流体的条件、来自第一热交换器的出口的感测温度、以及来自蓄积器的出口的感测温度和压力，计算期望的压降，以及根据所计算的期望压降来改变主流体的压力。在另一个可能的实施例中，改变主流体的压力的步骤包括调节主流体移动通过的至少一个膨胀装置的开口尺寸。在下面的说明书中，示出和描述了蒸汽压缩冷却系统以及操作该系统的相关方法的几个实施例。应当认识到，方法和系统能够具有其它不同的实施例，并且它们的一些细节能够在各种显而易见的方面进行修改，而不脱离所附权利要求中阐述和描述的方法和总成。因此，附图和说明书应当被认为本质上是说明性的而不是限制性的。附图说明并入本文并形成说明书一部分的附图示出了蒸汽压缩冷却系统和相关方法的若干方面，并与说明书一起用于解释其某些原理。在附图中：图1是具有离心压缩机的蒸汽压缩冷却系统的示意图；以及图2是具有使用并联压缩的离心压缩机的蒸汽压缩冷却系统的压焓图；图3是具有以多级压缩结构操作的离心压缩机的蒸汽压缩冷却系统的替代实施例的示意图；和图4是具有利用多级压缩的离心压缩机的蒸汽压缩冷却系统的压焓图。现在将详细参照蒸汽压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽压缩冷却系统，包含：用于在包括至少两次压缩的循环中压缩主流体的离心压缩机；和用于根据辅助流体的至少一个条件来控制所述离心压缩机的控制模块。

【技术特征摘要】
2015.12.21 US 14/976,4901.一种蒸汽压缩冷却系统，包含：用于在包括至少两次压缩的循环中压缩主流体的离心压缩机；和用于根据辅助流体的至少一个条件来控制所述离心压缩机的控制模块。2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述控制模块控制所述离心压缩机的功率。3.根据权利要求2所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述离心压缩机是由马达驱动的电动离心压缩机，并且所述控制模块通过调节所述马达的转速来控制所述电动离心压缩机的所述功率。4.根据权利要求2所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述离心压缩机是包括由马达驱动的第一和第二叶轮的电动离心压缩机，并且所述控制模块通过调节与所述第一和第二叶轮中的至少一个相关联的导向叶片的开度来控制所述电动离心压缩机的所述功率。5.根据权利要求1所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述离心压缩机是电动离心压缩机，所述电动离心压缩机包括由马达驱动的第一和第二叶轮以及膨胀器。6.根据权利要求5所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述第一和第二叶轮并联操作。7.根据权利要求5所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述第一和第二叶轮分级操作。8.根据权利要求5所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述离心压缩机包括由所述第一和第二叶轮以及所述膨胀器共用并且由所述马达驱动的单个轴。9.根据权利要求1所述的蒸汽压缩冷却系统，进一步包含第一和第二膨胀装置，并且其中所述控制模块根据辅助流体的至少一个条件进一步控制所述第一和第二膨胀装置。10.根据权利要求9所述的蒸汽压缩冷却系统，进一步包含用于感测来自第一热交换器的主流体出口的温度的第一温度传感器、以及用于感测温度的第二温度传感器和用于感测来自蓄积器的主流体出口的压力的第一压力传感器，其中所述控制模块根据所述辅助流体的条件、所述第一感测温度、所述第二感测温度和所述第一感测压力来控制所述离心压缩机。11.根据权利要求10所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述第一和第二膨胀装置是电子膨胀装置，并且所述控制模块控制移动通过所述第一和第二膨胀装置的所述主流体的压降。12.根据权利要求1所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述辅助流体是空气、水、冷却剂和制冷剂中的至少一种，并且所述辅助流体的条件包括所述辅助流体的温度、所述辅助流体的湿度、和环境太阳能负载中的至少一种。13.根据权利要求9所述的蒸汽压缩冷却系统，其中所述控制模块控制所述离心压...

【专利技术属性】
技术研发人员：何静，洛伦·约翰·洛迈尔，威廉·斯图尔特·约翰斯顿，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US