CN102575886B - 制冷剂蒸气压缩***的运行 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在关闭制冷剂蒸气压缩***后的停机时段期间保护制冷剂蒸气压缩***的方法。提供了一种用于检测以跨临界模式运行的制冷剂蒸气压缩***内的制冷剂低充注水平的方法。提供了一种制冷剂蒸气压缩***，其中包括可操作以用于执行一种制冷剂充注量检测方法的控制器。

Description

制冷剂蒸气压缩***的运行
 相关申请的交叉引用
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***的运行(REFRIGERANT VAPOR COMPRESSION SYSTEM OPERATION)”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
本发明主要涉及蒸气压缩***，并且更具体地涉及制冷剂蒸气压缩***的运行。
背景技术
常规的蒸气压缩***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***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。
在某些蒸气压缩***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***的主膨胀阀。
根据在特定应用中使用的工作流体的特性，蒸气压缩***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***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。
但是，在以跨临界循环运行的制冷剂蒸气压缩***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。
在通常被称为制冷剂蒸气压缩***的用于冷藏应用的蒸气压缩***中，工作流体是制冷剂。充有常规制冷剂的制冷剂蒸气压缩***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***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***被设计成以跨临界模式运行。
制冷剂蒸气压缩***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***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***还经常在运输冷藏***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。
结合运输冷藏***使用的制冷剂蒸气压缩***通常会由于制冷剂蒸气压缩***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***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***要经历运行模式和停机模式也就是待机状态之间的循环。
在更加复杂的制冷剂蒸气压缩***例如装有多级压缩设备和容量调节的那些***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***的运行中，惯例是在停机期间也就是在制冷剂蒸气压缩***待机时将制冷剂蒸气压缩***内的每一个流量控制设备都设置在全关位置。
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***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***中泄漏。
发明内容
提供了一种用于在关闭制冷剂蒸气压缩***后的停机时段期间保护制冷剂蒸气压缩***的方法。制冷剂蒸气压缩***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。
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。
提供了一种用于检测制冷剂蒸气压缩***内的制冷剂充注水平的方法。制冷剂蒸气压缩***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***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***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。
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***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***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。
在一个实施例中，制冷剂蒸气压缩***能够以跨临界模式运行或者其中该***的平衡状态在制冷剂的两相区域以外。
在一个实施例中，压缩机在关闭制冷剂蒸气压缩***之后的停机时段期间关闭。
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***导体确定。
提供了一种用于检测制冷剂蒸气压缩***内的制冷剂充注量的方法，制冷剂蒸气压缩***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***；在运行期间测量制冷剂蒸气压缩***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***以适当的制冷剂充注量运行的一组参考值相比较。
提供了一种制冷剂蒸气压缩***，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***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。
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冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的参考过热量相比较；将主膨胀阀的开度与指示制冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的主膨胀阀开度相比较；并且将阀的开度与指示制冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的阀开度相比较。在一个实施例中，控制器判定确定的过热量是高于还是低于指示制冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的参考过热量。在一个实施例中，控制器判定主膨胀阀的开度是大于还是小于指示制冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的主膨胀阀开度。在一个实施例中，控制器判定阀的开度是大于还是小于指示制冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的阀开度。
一种制冷剂蒸气压缩***，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、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、设置在所述制冷剂放热换热器下游和所述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设置在制冷剂主回路内的附加阀，还有用于控制制冷剂蒸气压缩***运行的控制器，所述控制器可操作以执行一种制冷剂充注量检测方法，所述方法包括：使制冷剂主回路运行至指定状态，然后在制冷剂主回路处于指定状态时将过热和阀位与指示制冷剂蒸气压缩***以正常的制冷剂充注量运行的参考值相比较以在至少有一个被比较值与对应的参考值不匹配时检测出异常充注量。
附图说明
为了进一步理解本发明，参照以下应结合附图阅读的本发明的详细说明来进行介绍，在附图中：
图1是示出了可根据本发明运行的制冷剂蒸气压缩***的第一示范性实施例的示意图；
图2是示出了可根据本发明运行的制冷剂蒸气压缩***的第二示范性实施例的示意图；
图3是示出了停机期间的压力平衡过程的示范性表示的曲线图。
具体实施方式
首先参照附图中的图1和图2，其中示出了制冷剂蒸气压缩***10的示范性实施例，其设计用于借助低临界点的制冷剂例如但不限于二氧化碳和包含二氧化碳的制冷剂混合物以跨临界循环运行。但是，应该理解制冷剂蒸气压缩***10也可以借助较高临界点的制冷剂例如常规的氢氯氟烃和氢氟烃制冷剂以亚临界循环运行。
制冷剂蒸气压缩***10特别适合在用于制冷卡车、拖车、集装箱或用于运输易腐/冻结货物的类似装置中的温控货舱200内的空气或其他气体环境的运输冷藏***中使用。制冷剂蒸气压缩***10也适合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***10还可以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***10包括多级压缩设备20、制冷剂放热换热器30、在本文中也被称作蒸发器的制冷剂吸热换热器50以及主膨胀阀55例如图1和图2中所示与蒸发器50操作连接的电子膨胀阀，并用制冷剂管线2,4和6在制冷剂主回路内连接上述部件。如图1所示，制冷剂蒸气压缩***10还可以包括在多级压缩设备20的中间压力级和制冷剂回路的吸压部分之间建立制冷剂流动连通的卸载旁路管线16，吸压部分构成了从蒸发器50的出口延伸至压缩设备20的吸入口的制冷剂管线6。
另外，本发明的制冷剂蒸气压缩***10包括经济器回路，其具有经济器设备40、副膨胀阀45和制冷剂蒸气喷射管线14。在图示的实施例中，经济器回路包括相对于制冷剂流位于制冷剂放热换热器30下游且相对于制冷剂流位于制冷剂吸热换热器50上游地内置在制冷剂主回路的制冷剂管线4内的闪蒸槽经济器40。副膨胀设备45被内置在与经济器操作连接且位于其上游的制冷剂管线4内。副膨胀设备45可以是膨胀阀例如图1和图2中所示的高压电子膨胀阀。流经副膨胀设备45的制冷剂被膨胀至足以形成蒸气态制冷剂和液态制冷剂混合物的较低压力。闪蒸槽经济器40界定出分离腔42，其中液态制冷剂聚集在分离腔42的下部，而蒸气态制冷剂聚集在分离腔42中液体制冷剂以上的部分。
制冷剂蒸气喷射管线14在闪蒸槽经济器40中分离腔42的上部和压缩过程的中间级之间建立制冷剂流动连通。蒸气喷射流量控制设备43被内置在蒸气喷射管线14内。蒸气喷射流量控制设备43可以包括在打开位置和关闭位置之间可选择性定位的流量控制阀，在打开位置制冷剂蒸气流可以流过制冷剂蒸气喷射管线14，而在关闭位置则阻止制冷剂蒸气流通过制冷剂蒸气喷射管线14。在一个实施例中，蒸气喷射流量控制阀43包括在第一打开位置和第二关闭位置之间可选择性定位类型的双位电磁阀。
制冷剂蒸气压缩***10还可以包括在制冷剂吸热换热器50的出口和通往压缩设备20的吸入口之间的某一位置设置在制冷剂管线6内的可选变频驱动器(VFD)或可选吸入调节阀(SMV)23。在图1示出的示范性实施例中，吸入调节阀23位于蒸发器50的出口和压缩机卸载旁路管线16与制冷剂管线6相交的交点之间的制冷剂管线6内。在一个实施例中，吸入调节阀23可以包括脉宽调制电磁阀。
在以跨临界循环运行的制冷剂蒸气压缩***中，制冷剂放热换热器30构成气体(制冷剂蒸气)冷却器，超临界的制冷剂以与冷却介质例如但不限于环境空气或水成换热关系地从中流过，因此在本文中也可以将其称作气体冷却器。在以亚临界循环运行的制冷剂蒸气压缩***中，制冷剂放热换热器30可以构成制冷剂冷凝换热器，高温高压的制冷剂蒸气与冷却介质成换热关系地从中流过并且被冷凝为液体。在图示的实施例中，制冷剂放热换热器30包括翅片管换热器32例如翅片和圆管式换热盘管或者翅片和微流道平管式换热器，制冷剂与环境空气成换热关系地从中流过，环境空气由与气体冷却器30相关联的风扇34抽入通过翅片管换热器32。
无论制冷剂蒸气压缩***10是以跨临界循环工作还是以亚临界循环工作，制冷剂吸热换热器50都用作蒸发器，其中制冷剂液体或者制冷剂液体和蒸气的混合物与待冷却流体成换热关系地流过，待冷却流体最常见的是从温控环境抽取并送回温控环境的空气，温控环境例如是冷藏运输卡车、拖车或集装箱中的货舱200，或者是陈列柜、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，或者是住宅、办公楼、医院、学校、饭店或其他建筑物内的气候受控舒适区域。在图示的实施例中，制冷剂吸热换热器50包括翅片管换热器52，制冷剂与空气成换热关系地从中流过，空气由与蒸发器50相关联的风扇54抽取并送回冷藏货舱200。翅片管换热器52可以包括例如翅片和圆管式换热盘管或者翅片和微流道平管式换热器。
正如以下将要进一步详细介绍的那样，压缩设备20用于压缩制冷剂并使制冷剂通过制冷剂主回路循环。在图1示出的实施例中，压缩设备20可以包括单台多级制冷剂压缩机例如设置在制冷剂主回路内并且具有第一压缩级20a和第二压缩级20b的螺杆式压缩机或往复式压缩机。第一和第二压缩级以串联的制冷剂流动关系设置，离开第一压缩级20a的制冷剂直接送至第二压缩级20b用于进一步的压缩。可选地，压缩设备20可以包括一对独立的压缩机20a和20b，通过将第一压缩机20a的排出端口与第二压缩机20b的吸入端口制冷剂流动连通地连接的制冷剂管线而在制冷剂主回路内以串联的制冷剂流动关系相连。在独立压缩机的实施例中，压缩机20a和20b可以是涡旋式压缩机、螺杆式压缩机、往复式压缩机、旋转式压缩机或任意其他类型的压缩机或这些压缩机的任意组合。在图1示出的实施例中，制冷剂蒸气压缩***10包括制冷剂旁路管线16以提供从压缩设备20的中间压力级返回压缩设备20吸入侧的制冷剂流动通道。卸载阀27被内置在旁路管线16内。卸载阀27可以选择性地定位在打开位置和关闭位置，在打开位置制冷剂可以流动通过旁路管线16，而在关闭位置则阻止制冷剂流动通过旁路管线16。
在图2示出的示范性实施例中，压缩设备20包括涡旋式压缩机，具有吸入口22和排放口24以及直接开向压缩机中压缩腔的中间压力级的中间端口26。在一个实施例中，涡旋式压缩机20可以是数字涡旋式压缩机。
在图1示出的实施例中，制冷剂蒸气压缩***10进一步包括制冷剂液体喷射管线18。制冷剂液体喷射管线18在闪蒸槽经济器40下游和主膨胀阀55上游的位置接入制冷剂管线4内并且开向压缩过程的中间级。因此，制冷剂液体喷射管线18在闪蒸槽经济器40中分离腔42的下部和压缩设备20的中间压力级之间建立制冷剂流动连通。液体喷射流量控制设备53被内置在制冷剂液体喷射管线18内。液体喷射流量控制设备53可以包括在打开位置和关闭位置之间可选择性定位的流量控制阀，在打开位置制冷剂液体流可以流过液体喷射管线18，而在关闭位置则阻止制冷剂液体流通过制冷剂液体喷射管线18。在一个可选实施例中，制冷剂液体喷射管线18在闪蒸槽经济器40下游和主膨胀阀55上游的位置接入制冷剂管线4内并且开向涡旋式压缩机20的吸入口22。在一个实施例中，液体喷射流量控制阀53包括在第一打开位置和第二关闭位置之间可选择性定位这种类型的双位电磁阀。
在图1示出的制冷剂蒸气压缩***10的示范性实施例中，将制冷剂蒸气或制冷剂液体喷入压缩过程的中间压力级内可以通过将制冷剂蒸气或制冷剂液体喷入从压缩设备20的第一压缩级20a流向第二压缩级20b的制冷剂内实现。在图2示出的制冷剂蒸气压缩***10的示范性实施例中，将制冷剂蒸气或制冷剂液体喷入压缩过程的中间压力级内可以通过将制冷剂蒸气或制冷剂液体经中间压力端口26喷入涡旋式压缩机20的压缩腔内实现。
聚集在闪蒸槽经济器40下部的液体制冷剂由此流过制冷剂管线4并横穿相对于制冷剂流位于蒸发器50上游地内置在制冷剂管线4内的制冷剂主回路膨胀阀55。随着该液体制冷剂横穿第一膨胀设备55，在进入蒸发器50之前液体制冷剂将膨胀为较低的压力和温度。蒸发器50构成了制冷剂蒸发换热器，膨胀的制冷剂与待冷却空气成换热关系地从中流过，制冷剂因此汽化并且通常都会过热。正如通常情况下那样，主膨胀阀55计量通过制冷剂管线4的制冷剂流量以保持离开蒸发器50的制冷剂蒸气内的期望过热水平，从而确保在离开蒸发器的制冷剂中没有液体存在。离开蒸发器50的低压制冷剂蒸气通过制冷剂管线6返回到图1所示实施例中的压缩设备20的第一压缩级或第一压缩机20a的吸入口，或者返回到图2所示实施例中的涡旋式压缩机20的吸入口22。
在图2所示的实施例中，制冷剂蒸气压缩***10包括排放压力到吸入压力的换热器60。换热器60包括内置在制冷剂主回路介于气体冷却器40和副膨胀设备45之间的制冷剂管线4中的第一通道62以及内置在主回路位于蒸发器50下游的制冷剂管线6中并且与第一通道62成换热关系设置的第二通道64。已经横穿过气体冷却器30的高压制冷剂蒸气与已经横穿过蒸发器50的吸入压力制冷剂蒸气成换热关系地流过第一通道62。用这种方式，流过制冷剂管线4的高压制冷剂蒸气被进一步冷却，并且流过制冷剂管线6的低压制冷剂蒸气因此被加热。
制冷剂蒸气压缩***10还包括与其操作关联的控制***用于控制制冷剂蒸气压缩***10的运行。控制***包括控制器100，其根据对制冷负载要求、环境条件和各种测量的***运行参数的考量来确定用于运行制冷剂蒸气压缩***10的期望运行模式。正如通常情况下那样，控制器100还包括与控制器100操作关联并且设置在遍布***的选定位置处的各种传感器，用于通过与控制器操作关联的各种传感器来监测各种运行参数。作为示例而非限制性地，控制***可以包括设置为与闪蒸槽经济器40操作关联以测量分离腔42内压力的压力传感器102，分别用于测量制冷剂吸入温度和压力的温度传感器103和压力传感器104，以及分别用于测量制冷剂排放温度和压力的温度传感器105和压力传感器106。在运输冷藏应用中，制冷剂蒸气压缩***还可以包括用于测量从货舱200返回蒸发器的空气温度的温度传感器107，并且还可以包括用于监测外界环境条件例如外界空气温度和湿度的传感器(未示出)。压力传感器102,104,106可以是常规的压力传感器例如压力换能器，且温度传感器103,105可以是常规的温度传感器例如热电偶或热敏电阻。
控制器100处理从各个传感器接收的数据并控制压缩设备20的运行、与制冷剂放热换热器30相关联的风扇34的运行、与蒸发器50相关联的风扇50的运行、主膨胀设备55的运行、副膨胀设备45的运行以及吸入调节阀23的运行或变频驱动器的运行。控制器100还控制蒸气喷射阀43和液体喷射阀53的定位。控制器100将蒸气喷射阀43定位在打开位置用于选择性地允许制冷剂蒸气从闪蒸槽经济器40流动通过制冷剂蒸气喷射管线14以喷入压缩过程的中间级。类似地，控制器100将液体喷射阀53定位在打开位置用于选择性地允许制冷剂液体从闪蒸槽经济器40流动通过制冷剂液体喷射管线18以喷入压缩过程的中间压力级。在图1的实施例中，控制器100还控制卸载阀27的定位以在需要卸载压缩设备20的第一级时选择性地打开卸载阀27从而旁路制冷剂从压缩设备20的中间压力级经过旁路管线16返回到压缩设备20的吸入侧。
在通常情况下，当制冷剂蒸气压缩***10处于停机时，也就是当压缩设备20以及风扇44和54均未运行时，控制器100将蒸气喷射流量控制阀43和液体喷射控制阀53定位在关闭位置，由此阻止制冷剂从闪蒸槽经济器40分别流过制冷剂蒸气喷射管线14和制冷剂液体喷射管线18。另外，控制器100将主膨胀阀55、副膨胀阀45和吸入调节阀23中每一个都定位成关闭。分别与经济器制冷剂蒸气喷射管线14和经济器制冷剂蒸气喷射管线18操作关联的流量控制阀43和53都必须要设计为完全密封并阻止所有的经过相应的管线14和18的制冷剂流。因此，如果设置在闪蒸槽经济器40上游的制冷剂管线4内的副膨胀设备45以及设置在闪蒸槽40下游的制冷剂管线4内的主膨胀设备55完全密封并阻止所有的制冷剂从中流过，那么就会在包括闪蒸槽40、位于主膨胀阀55和副膨胀阀45之间的部分制冷剂管线4以及管线14和18内相对于制冷剂流位于流量控制阀43,53上游的相应部分在内的制冷剂回路内形成隔离空间。留存在该隔离空间内的任何制冷剂在停机期间都会被截留。类似地，如果主膨胀设备55和吸入调节设备23完全密封并阻止所有的制冷剂从中流过，那么就会在包括蒸发器制冷剂盘管52、处于主膨胀设备55和蒸发器制冷剂盘管52的入口之间的部分制冷剂管线4以及处于蒸发器制冷剂盘管52的出口和吸入调节阀23之间的部分制冷剂管线6在内的制冷剂回路内形成第二隔离空间。留存在该隔离空间内的任何制冷剂在停机期间都会被截留。
相对于制冷剂流位于压缩设备20的制冷剂排放口下游并且相对于制冷剂流位于副膨胀阀45上游的制冷剂回路部分在本文中被称作制冷剂回路的高压侧。在运行期间存在于延伸在压缩设备20的制冷剂排放口和副膨胀阀45的入口之间的制冷剂回路部分中的制冷剂运行压力在本文中被称作高压侧运行压力。相对于制冷剂流位于主膨胀阀55下游并且相对于制冷剂流位于压缩设备20的制冷剂吸入口上游的制冷剂回路部分在本文中被称作制冷剂回路的低压侧。在运行期间存在于从主膨胀阀55向下游延伸至压缩设备20的制冷剂吸入口的制冷剂回路部分中的制冷剂运行压力在本文中被称作低压侧运行压力。相对于制冷剂流位于副膨胀阀45下游并且相对于制冷剂流位于副膨胀阀55上游的制冷剂主回路部分以处于低压侧运行压力和高压侧运行压力之间的范围内的制冷剂运行压力运行，并且在本文中被称作中间运行压力。因此，在关闭制冷剂蒸气压缩***10时，气体冷却器/冷凝器盘管32内的制冷剂处于高压侧运行压力下，蒸发器盘管52内的制冷剂处于低压侧运行压力下，而闪蒸槽40的分离腔42内的制冷剂处于中间运行压力下。
界定制冷剂管线4,6和蒸发器制冷剂盘管52的管、闪蒸槽40的壳体以及位于制冷剂蒸气压缩***10低压侧的任意其他制冷剂围阻结构都被设计为在其中容纳制冷剂最高至选定的围阻设计压力而不会发生结构故障和导致的制冷剂从***中泄漏。在上述的隔离空间内，截留在隔离空间中的制冷剂压力在停机期间通常都会由于制冷剂温度的升高而增大。因此，存在隔离空间内的制冷剂压力超过围阻设计压力的可能。根据本发明的一种应用，制冷剂蒸气压缩***10体现了降低或消除在停机期间的制冷剂压力超出隔离空间内的围阻设计压力的风险的一种或多种特征。
在制冷剂蒸气压缩***10的一个实施例中，主膨胀阀55、副膨胀阀45和吸入调节阀23或变频驱动器均被设计或操作用于确保在处于阀关闭位置时存在穿过其中的最小流动通道。最小流动通道的存在可以通过机械地限制在阀体自身内的阀完全关闭或者通过在处于关闭位置时提供泄漏通路而得以保证。可选地，最小流动通道可以通过在关机时将阀定位在“关闭”位置时由控制器100将阀设定在最小流动面积开口而以电子方式保证。如果处于关闭位置时在每一个阀55,45,23内都存在最小流动通道，那么就会存在贯穿制冷剂主回路的连续的开放制冷剂流动路径而不会存在任何的隔离空间。因此，如图3所示，制冷剂蒸气压缩***10中的制冷剂压力在停机期间将自然地平衡到位于关闭***时存在的高压侧运行压力和低压侧运行压力之间的平衡压力PEQ。类似地，制冷剂温度将自然地平衡到位于关闭前的高压侧制冷剂运行温度和关闭前的低压侧制冷剂运行温度之间的平衡温度TEQ。只要制冷剂蒸气压缩***10低压侧和中间压力部分中的制冷剂围阻部件以超过平衡压力的围阻设计压力进行设计，即可避免停机期间由于过压而损坏的风险。
在制冷剂蒸气压缩***10的一个实施例中，第一泄压阀83被设置为与闪蒸槽40操作关联，且第二泄压阀85被设置为与蒸发器50的蒸发器盘管52操作关联。第一泄压阀83可操作以在闪蒸槽40的分离腔42内的压力超过预选最大压力极限时和出现这样的情况时打开。因此，如果在关闭阀45,55,43,53时形成的隔离空间内并且因此包括闪蒸槽40中的分离腔42内截留的制冷剂压力在停机期间超过预选的最大压力极限，那么第一泄压阀83就会打开以建立起与分离腔42和压力汇流体连通的排放通道，制冷剂由此即可从分离腔中排出。随着制冷剂从分离腔42通过打开的第一泄压阀83排出，包含分离腔42的隔离空间内的压力就会下降。一旦分离腔42内的压力降至低于最大压力极限，第一泄压阀83即可关闭从而终止进一步释放制冷剂。排放汇可以构成内部汇，例如图1中所示制冷剂蒸气压缩***10的低压部分譬如相对于制冷剂流位于吸入调节阀23下游的部分制冷剂管线6，或者是设置在吸入调节阀23下游的制冷剂管线6内或与之流体连通的吸入储液器或其他容器(未示出)。可选地，排放汇可以构成外部汇，例如图2中所示制冷剂蒸气压缩***10的外部大气。
第二泄压阀85可操作以用于在蒸发器盘管52内的压力超过预选最大压力极限时和出现这样的情况时打开。因此，如果在阀23和55关闭时形成的隔离空间内并且因此包括蒸发器盘管52内截留的制冷剂压力在停机期间超过预选的最大压力限制，那么第二泄压阀85就会打开以建立起与蒸发器盘管52和压力汇流体连通的排放通道，制冷剂由此即可从蒸发器盘管52中排出。随着制冷剂从蒸发器盘管52通过打开的泄压阀85排出，包含蒸发器盘管52的隔离空间内的压力就会下降。一旦蒸发器盘管52内的压力降至低于最大压力极限，泄压阀85即可关闭从而终止进一步释放制冷剂。排放汇可以构成内部汇，例如图1中所示制冷剂蒸气压缩***10的低压部分譬如相对于制冷剂流位于吸入调节阀23下游的部分制冷剂管线6，或者是设置在吸入调节阀23下游的制冷剂管线6内或与之流体连通的吸入储液器(未示出)或其他容器(未示出)。可选地，排放汇可以构成外部汇，例如图2中所示制冷剂蒸气压缩***10的外部大气。
制冷剂蒸气压缩***10被充注也就是填充预定总量的制冷剂以在***内提供在大多数预期运行条件下都足够的制冷剂。由于通过制冷剂蒸气压缩***的制冷剂回路循环的制冷剂量会随着***经历的运行条件而改变，因此制冷剂蒸气压缩***要被充入比某些运行条件下的实际需求更多的制冷剂。所以通常要在制冷剂回路内设置缓冲容器用于容纳过量的制冷剂也就是超出用于当前主要运行条件的循环制冷剂量的制冷剂。在图1和图2示出的制冷剂蒸气压缩***10的示范性实施例中，闪蒸槽40用作存储制冷剂的缓冲容器。在未装备位于主膨胀设备和副膨胀设备之间的闪蒸槽40的制冷剂蒸气压缩***中，位于蒸发器盘管52出口下游的制冷剂管线6内的吸入储液器(未示出)可以被设置作为存储制冷剂的缓冲容器。如果泄压阀83,85在异常条件下从***中释放制冷剂或者制冷剂以其他方式从***中泄漏，那么制冷剂充注量就可能会下降至低于在通常会遇到的运行条件期间需求的制冷剂充注量的水平。可选地，在制冷剂蒸气压缩***10维护期间，可能会错误地加入一定量的制冷剂或充注量，从而使***过载或者包含过多的制冷剂。
在一个实施例中，控制器100具有检测制冷剂蒸气压缩***10是否被错误充注(例如充注量不足)的能力。根据一种这样做的方法，控制器100使用在停机期间平衡时测量的制冷剂压力和温度来检测制冷剂充注水平是否为低或高。控制器100可以使用测量的制冷剂平衡压力和测量的制冷剂平衡温度来计算停机时的制冷剂密度并随后将算出的停机密度与预定的参考密度水平相比较。参考密度计算为制冷剂总充注量除以制冷剂回路管线与可用于存储制冷剂的部件的总容量，它表示正常充注的制冷剂蒸气压缩***10的停机密度。例如，如果算出的停机密度低于预定的参考制冷剂密度水平，那么***就是充注量不足。在一个实施例中，制冷剂充注量在其处于正常充注量范围内是即为正确或正常。如果要在停机期间使用蒸发器除霜加热器加热蒸发器盘管52内的制冷剂时进行测量，那么使用的制冷剂温度测量值应该充分远离热源地获取，例如在放热换热器30的放热处或者在压缩设备20的排放口处获取。
尽管本文中介绍的用于确定制冷剂蒸气压缩***内制冷剂充注水平的示范性实施例是参照关闭之后的停机时段进行介绍，但是本申请的实施例也可以进一步应用于压缩机(例如压缩机20)的非运行的时段。
另外，根据本申请的实施例，测量的平衡压力和/或测量的平衡温度可以在***完全平衡之前就加以确定或近似。例如，测量的平衡压力可以在压缩机关闭之后的指定时间时或者在远早于***平衡时就被确定。在一个实施例中，测量的平衡温度可以通过测量***内的另一种可测温度例如高压侧与测量的平衡温度具有已知关系或相关性的选定温度(譬如冷凝器出口的液体制冷剂温度)。而且，测量的平衡温度可以利用与根据经验确定的可测温度的关系来估算。
除了明确计算停机时的制冷剂密度以外，控制器100还可以通过将测量的制冷剂平衡压力和温度值与一组预先编程的指示正常充注***的相关超临界制冷剂压力和对应的***温度值相比较来确定制冷剂的充注状态。表示正常充注***的这组相关超临界制冷剂压力和对应的***制冷剂温度值可以被预先编程写入控制器100的存储器内作为映射表。无论在密度计算实施例中还是在映射表实施例中，该方法均可在并且只有在平衡状态处于两相区域以外时或者平衡压力超过制冷剂的邻接压力时方能在跨临界的制冷剂蒸气压缩***中被采用。控制器100可以执行该充注量检测方法作为启动前的测试或者关机后的测试。
根据另一种方法，控制器100使用选定的***运行特征作为存在异常的制冷剂低充注或高充注的指示。为了实施该方法，控制器100用这样的方式来运行制冷剂蒸气压缩***20：促使留在***缓冲容器即闪蒸槽40或储液器(未示出)或类似设备内存储的制冷剂通过制冷剂蒸气压缩***中的有源部件例如制冷剂放热换热器30或制冷剂吸热换热器(蒸发器)50回到循环中。将存储的制冷剂从缓冲容器输送到制冷剂回路的有源部件内例如可以通过以下方式实现：提高来自压缩设备20的制冷剂排放压力；例如通过激活蒸发器除霜加热器来提高蒸发器50内的制冷剂压力；增加经过制冷剂放热换热器30的空气流量；例如通过操作吸入调节阀23(或者调节变频驱动器)来降低制冷剂的流速；降低压缩机的频率；卸载压缩设备20的第一级20a；或者如果压缩设备20是数字涡旋式压缩机或类似能够脉冲驱动的压缩机那就调制压缩设备20。
当***以这样的模式运行时，控制器100将选定的测量***运行特征与表示可比较的正常充注***以类似模式运行的那些选定特征的值相比较。如果测量值小于表示的值，那么***内的制冷剂充注量就为低，表示制冷剂有损失。例如，控制器100可以选择一种或多种下述的***特征作为用于实施公开的充注水平检测过程的选定特征：蒸发器排出或吸入制冷剂的过热量，换热器30,50中任一处的制冷剂压力和过冷度；压缩机排放温度；穿过制冷剂放热换热器30的散热流体温差或穿过制冷剂吸热换热器50的热源流体的温差；或者各种阀例如但不限于蒸发器膨胀阀55或吸入调节阀23(或变频驱动器)的运行位置。在一个实施例中，控制器100可以切换为将制冷剂从制冷剂缓冲设备驱动至***同时监测缓冲设备的模式(例如运行状态)。在切换后(或者在以设定状态运行时)缓冲设备中还有制冷剂时，制冷剂蒸气压缩***10就是被过量充注制冷剂。可选地，如果控制器在完成切换(例如运行状态)之前就确定缓冲设备中没有制冷剂，那么***10就是充注制冷剂不足。另外，在模式切换完成时(或者在以设定状态运行时)，并且缓冲设备已空，控制器100可以监测***10的***特征例如(譬如在蒸发器出口处的)过热，并且如果过热值高于(低于)预期，那么即可确定***10的制冷剂充注量不足(或过剩)。
在检测包括经济器回路例如图1和图2中所示闪蒸槽经济器回路的制冷剂蒸气压缩***10内的充注水平的该方法的一个示范性实施例中，控制器100首先关闭经济器蒸气制冷剂喷射管线阀43和经济器液体制冷剂管线阀53。在经济器制冷剂喷射管线14,18关闭后，控制器100运行压缩设备20以提高制冷剂排放压力并减小吸入调节阀23的开度(或者调节变频驱动器)。如有必要，制冷剂排放压力可以升高至最大的可允许排放压力极限。吸入调节阀23的开度可以被减小至最小开度，在最小开度下吸入压力为最小的可允许吸入压力极限。控制器100还打开旁路阀27以通过制冷剂管线16卸载压缩设备20的第一级20a。控制器100也操作与换热器30相关联的风扇34以及与换热器50相关联的风扇54。控制器100还可以可选地操作蒸发器除霜加热器(未示出)。
通过以上述方式运行***100，控制器100即可确定在蒸发器50的出口或压缩设备20的第一压缩级20a的吸入口之一处或其附近的制冷剂中存在的过热量。控制器100还确定蒸发器膨胀阀55以及吸入调节阀23的开度。控制器100将这些确定的特征与表示完全充注的可比制冷***的对应特征相比较。可以确定低水平或高水平的制冷剂充注。如果确定的过热度高于表示正常充注***的过热度，和/或蒸发器膨胀阀55或吸入调节阀23中任一个的确定开度(或变频驱动器的调节量)大于表示正常充注***的值，那么就表示低水平的制冷剂充注。
如本文中所述，在一个实施例中，运输冷藏单元例如制冷剂蒸气压缩***10可以以指定的构造或者使用指定的状态运行。然后，可以测量实际构造或实际状态并与预期值相比较；并且根据本文中介绍的示范性实施例，如果至少一个测量值偏离了预期值，那么***就没有被正常充注(例如充注量过多或过少)。
例如，一个或多个阀、一个或多个风扇、压缩机出口、气体冷却器出口和/或蒸发器或类似设备可以被设定为在已知状态下运行，然后测量***的特征(例如制冷剂的过热)并与期望值相比较。可选地，***可以被驱动至指定的特征水平(例如制冷剂的过热)，并且随后即可将得到的构造(例如阀位)与指示正常充注***的值相比较。
本文中所用术语是为了进行说明而并不是加以限制。本文中公开的具体结构和功能细节不应被解读为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员实施本发明的基础。尽管已经参照如附图所示的示范性实施例具体图解和介绍了本发明，但是本领域技术人员应该意识到可以进行各种修改而并不背离本发明的实质和保护范围。本领域技术人员还应该意识到可以用等价形式来代替参照本文公开的示范性实施例介绍的各种元素而并不背离本发明的保护范围。
例如，尽管制冷剂蒸气压缩***10在本文介绍的示范性实施例中被示出为具有闪蒸式经济器，但是应该理解经济器回路可以装入制冷剂对制冷剂的换热器经济器来代替闪蒸槽40。在这样的情况下，离开制冷剂放热换热器30的一部分制冷剂将从流过制冷剂管线4的制冷剂主流中转移并随后流过副膨胀设备45。膨胀的制冷剂随后可以设置为与制冷剂主流成换热关系以被加热从而形成流过制冷剂蒸气喷射管线14进入压缩设备20的中间压力级内的中间压力蒸气。
因此，应该理解本公开并不局限于公开的一个或多个特定实施例，而且本公开应该包括落入所附权利要求保护范围内的所有实施例。
而且，尽管已经介绍了多个具体的实施例，但是应该理解参照每一个具体实施例介绍的特征和应用均可在具体阐述的每一个其他的实施例中使用。例如，在使用一张附图介绍的单独实施例中描述并且在其中使用的特征或者参照图1介绍的特征均可在利用图2介绍的实施例中使用。

Claims (3)

1.一种用于在关闭制冷剂蒸气压缩***后的停机时段期间保护制冷剂蒸气压缩***的方法，制冷剂主回路包括制冷剂压缩设备、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设置在所述制冷剂放热换热器下游和所述制冷剂吸热换热器上游的制冷剂回路内的主膨胀设备；所述制冷剂主回路具有相对于制冷剂流位于主膨胀设备上游的高压侧以及相对于制冷剂流位于主膨胀设备下游的低压侧；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，
其中所述隔离空间在所述主膨胀设备和吸入调节阀关闭时形成，所述吸入调节阀位于所述制冷剂吸热换热器的出口与所述压缩设备的吸入口之间，
其中释放所述隔离空间内的制冷剂压力的步骤包括将所述隔离空间内的制冷剂压力排放至所述制冷剂回路的低压侧的其中具有的制冷剂压力低于预定的最高停机平衡压力极限的一部分，
其中通过打开泄压阀建立排放通道来执行所述隔离空间内的制冷剂压力的释放，所述排放通道旁路所述吸入调节阀。
2.如权利要求1所述的用于保护制冷剂蒸气压缩***的方法，其中释放所述隔离空间内的制冷剂压力的步骤包括打开所述隔离空间和所述制冷剂回路的低压侧的其中具有的制冷剂压力低于预定的最高停机平衡压力极限的一部分之间的流量控制阀。
3.如权利要求1所述的用于保护制冷剂蒸气压缩***的方法，其中释放所述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所述制冷剂回路低压侧的开放的制冷剂流动路径。
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