CN103635763A

CN103635763A - 多压缩机制冷***

Info

Publication number: CN103635763A
Application number: CN201280023408.XA
Authority: CN
Inventors: L.Y.柳
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-03-12
Also published as: WO2012158326A1; EP2710314A1; US20130145781A1

Abstract

一种制冷***（20）具有第一压缩机（24）和第二压缩机（26）。第二压缩机具有沿着制冷剂流路与第一压缩机至少部分平行的至少第一状况。排热热交换器（50）沿着制冷剂流路在第一和第二压缩机的下游。膨胀装置（54）沿着制冷剂流路在排热热交换器的下游。吸热热交换器（56）沿着制冷剂流路在膨胀装置的下游。第一压缩机是联接至可变速度驱动器（32）的可变速度压缩机。第二压缩机是固定速度压缩机。

Description

多压缩机制冷***

要求2011年5月16日提交的并且名称为“多压缩机制冷***”的美国专利申请No.61/486,496的益处，其公开内容通过引用全文结合到本文中，就像在本文详述一样。

技术领域

本发明涉及制冷。更特别地，本发明涉及使用C02基制冷剂的冷藏运输集装箱。

背景技术

例如R744的CO₂基制冷剂在用于冷藏运输集装箱上已经引起越来越多的关注。示例性的冷藏运输集装箱包括船运集装箱以及与卡车、拖车或轨道车集成的集装箱。这样的集装箱，特别是船运集装箱，可以经受大范围的操作状况。操作状况反映了外部/环境温度和内部温度。内部温度根据正被运输货物的性质变化，冷冻货物需要低温，以及非冷冻的冷藏易腐货物需要较高温度。示例性的***包括用于沿着回路/流路驱动制冷剂通过外部排热热交换器和内部吸热热交换器的电动压缩机。

发明内容

本发明的一个方面涉及具有第一压缩机和第二压缩机的制冷***。第二压缩机具有沿着制冷剂流路与第一压缩机至少部分地平行的至少第一状况。排热热交换器沿着制冷剂流路在第一和第二压缩机的下游。膨胀装置沿着制冷剂流路在排热热交换器的下游。吸热热交换器沿着制冷剂流路在膨胀装置的下游。第一压缩机是联接至可变速度驱动器的可变速度压缩机。第二压缩机是固定速度压缩机。

在各种实施方式中，固定速度压缩机可具有比可变速度压缩机更大的排量。压缩机可为往复式压缩机。这可处在固定速度压缩机直接连接至线性电压并且可变速度压缩机经其可变速度驱动器连接至线性电压的操作状况下。

一个或多个实施方式的细节在附图和以下的说明书中被阐述。其它特征，目的和优势从说明书和附图，以及从权利要求将是显而易见的。

附图说明

图1是制冷***的示意图。

图2是冷藏集装箱的视图。

图3是图1***的控制流程图。

各种图中相似的参考编号和标记表示相似的元件。

具体实施方式

图1示出了具有压缩机子***22的蒸气压缩***20。示例性的压缩机子***22包括第一压缩机24和沿着制冷剂流路500与第一压缩机至少部分地平行的第二压缩机26。示例性的第一和第二压缩机均为往复式压缩机。示例性的压缩机具有各自的电机28和30。示例性的电机28由变频驱动器（可变速度驱动器（VSD））32供电，该变频驱动器32继而由线性电源34供电。示例性的电机30直接由线性电源34供电。示例性的线性电源为向电机30和VSD 32提供三相电力的50Hz或60Hz。例如，在货物集装箱从运载集装箱的船上的发电机汲取线性电源的情况下，示例性的电压是460V。

示例性的电机28和30是封闭式感应电机。替代的电机28是永磁电机。示例性的电机28在适用的行业标准下设计用于可调速度工作方式（adjustable speed duty）（ASD）。ASD设计的电机很可能比非ASD设计的电机具有更强健的绕组绝缘。线性电压可代表VSD输出电压的最大值，但VSD可配置为在此最大电压下提供更高的线性频率。示例性的VSD能够在跨越该线性频率的频率范围上来运行电机28。该范围的示例性下限是15-20Hz。该范围的示例性上限是至少110Hz或120Hz。例如，对于460V和60Hz的示例性线性电源，在120Hz的VSD输出频率下，VSD输出电压可为该最大值460V。对于线性的V/f曲线，VSD输出电压为230V@60Hz和77V@20Hz（电机28的示例性最低操作频率如上所述并且在下面进一步讨论）。

在压缩机排放端口下游，制冷剂流路依次穿过第一热交换器50，储液器52，膨胀装置54，和第二热交换器56。在第一模式中，热交换器50是排热热交换器（例如，气体冷却器或冷凝器），且第二热交换器56是吸热热交换器（例如，蒸发器）。示例性的热交换器50和56是制冷剂-空气热交换器，其中，电动风扇60和62分别驱动空气流64和66跨过传递元件（例如，盘管）。

控制器70可被联接至各种可控的***部件（例如，压缩机电机，风扇，膨胀装置或任何其它控制阀等）。控制器可被联接以接收来自传感器的输入（例如，压力和/或温度传感器）。示例性的传感器包括定位成测量退出热交换器56的流66的温度的供应空气传感器72，定位成测量进入热交换器56的空气66的温度的返回空气温度传感器74，以及环境/外部温度传感器76（例如，定位成测量进入热交换器50的流64的环境/外部空气温度）。

示例性的***20用于冷藏运输***200（图2）。示例性的***示为具有冷藏间202的集装箱201。设备间204位于集装箱的一端并包含***20的部件。蒸发器56在冷藏间202中（或通过再循环空气流66与冷藏间202空气流连通）。其它类似的冷藏运输***包括如上所述的卡车和拖车。示例性的船运集装箱从外部源汲取电力（例如，船的发电机）。然而，卡车和拖车***更有可能包括发电机（例如，柴油发动机驱动的发电机）。这种发电机可以是在卡车或拖车的主箱外部的壳体中（例如，与压缩机和排热热交换器一起）。

在配置***时，总体拥有成本（TCO）是重要的考虑。已经出现的公开行业实践涉及在可与特定用户相关的特定操作条件（TCO点）下（例如，在用户花费大部分时间的条件下）测量成本。每个TCO点的特征在于环境温度和冷藏间温度。如果单个压缩机被使用并设计其尺寸以满足全负载下拉容量需求，这将在提供大部分TCO点的部分负载条件下具有大量的额外容量。这种过剩容量将涉及低效操作。因此，多个压缩机的存在可允许设计尺寸以在较低负载TCO点提供更高效率并满足全负载下拉容量需求（即使多个压缩机的使用在下拉期间提供较低效率）。

在示例性实施方式中，可变速度压缩机单独运行在从最小负载到中间负载的负载范围上。从而设计可变速度压缩机的尺寸以在包括大部分TCO点的此范围上提供最高效率。一旦已设计好可变速度压缩机的尺寸，固定速度压缩机的尺寸就可设计以弥补可变速度压缩机最大容量与最大需求***容量之间的差。最大需求***容量通常由在初始操作状况下提供降温（下拉）的预期需求的极限来限定。稳态操作状况通常处于基本较低的容量。示例性的固定速度压缩机大于示例性的可变速度压缩机。示例性的尺寸测量是每转排量。示例性的固定速度压缩机是可变速度压缩机尺寸的110〜350％，更狭窄地，125-350％。然而更狭窄地，125-250％。即使可变速度压缩机具有较小的排量，VSD输出频率大于线性频率的能力允许较小排量的可变速度压缩机运行在可超过运行在线性电源的固定速度压缩机的容量的容量下。这允许在低负载下可变速度压缩机单独操作，而没有负载处理中的间隙。更特别地，可变速度压缩机的峰容量可达到或超过固定速度压缩机容量和可变速度压缩机最小容量的组合。这允许在以下模式中的操作之间平稳转换：仅可变速度压缩机运行的模式；以及两个压缩机都运行的模式（在这两个模式的可用容量之间没有间隙）。

图3显示了基本的控制算法300。有启动302。然后确定测得的或以其它方式确定的***温度与目标温度之间的关系。例如，测得的温度可为传感器72所测的供应空气的温度T_C _（ _S _）或传感器74所测的返回空气的T_C _（ _S _）。所需温度可为用户输入的温度设定点。该关系可涉及确定304所测温度是否超过设定点至少给定的阈值（DT）。根据用途的性质（例如，制冷冷冻货物对制冷非冷冻易腐货物）可预设示例性的DT，且特定的所测温度可由这种用途确定。例如，在冷冻货物的场景中，操作的主要焦点可为要避免温度高到足以融化货物。可测量返回温度T_C _（ _R _）以确保它不超过用户输入的温度设定点。示例性的目标返回温度可相对低（例如，低于14.4F）。对于非冷冻易腐货物，可能更重要的是测量供应温度以确保供应温度不会低到冷冻与空气初始接触的货物。示例性的供应温度因此超过14.4F。对于冷冻货物，在DT上可有比用于非冷冻易腐货物的更大灵活性。因此，冷冻货物的示例性DT是约4F，而非冷冻易腐货物的DT是约0.5F。这有效地确定***是在高容量情况下还是在低容量情况下。如果是的话（高容量情况），那么310压缩机同时运行，可变速度压缩机运行在高达其最大速度的依赖温度的速度下。这提供了最快可能的冷却/下拉。

如果没有在高容量情况中，那么312确定是否需要任何冷却（例如，所测温度高于设定温度的值小于DT）（低容量情况）。如果否，则两个压缩机关闭在其关状况314，且循环可重复。如果是，则316确定固定速度压缩机是否已经关闭，或者它已运行了其最小时间。此确定316有助于避免固定速度压缩机的短循环。在316如果是，则仅可变速度压缩机运行318。它运行在适于所需容量的速度。如果否，则有同时操作310，以避免固定速度压缩机的短循环。如果在318仅可变速度压缩机运行，则320确定是否它已在其最大速度预定时间。“是”表示可变速度压缩机单独不能有效足够快地拉低温度。因此如果是，则同时操作在310恢复。然而，如果否，有可变速度压缩机可以连续操作提供的最小容量。因此，确定322所需速度是否已降至此最小速度预定时间。如果否，则控制循环仅在步骤304重复。如果是，则可变速度压缩机在314关闭。

一旦在310处的同时操作中，则确定330可变速度压缩机是否正操作在接近其最小速度的一定范围内。如果否，则循环在304重复。如果是，则***迁移至在318的仅可变速度压缩机操作。

在上述的示例中，控制器配置为在正常操作范围不会单独操作固定速度压缩机。然而，这可在异常情况下进行，例如可变速度压缩机或相关部件发生故障，服务模式，或用户命令可变速度压缩机关机的手动控制模式。

尽管以上详细描述了实施方式，但这样的描述不意在限制本发明公开的范围。将理解的是可进行多种变型而不背离本发明的精神和范围。例如，当应用到现有***的配置的再设计时，现有***的细节可影响任何特定实施方式的细节。因此，其它实施方式都在以下权利要求的范围内。

Claims

1. 一种制冷***（20），包括：

第一压缩机（24）；

第二压缩机（26），其具有沿着制冷剂流路与所述第一压缩机至少部分地平行的至少第一状况；

排热热交换器（50），其沿着所述制冷剂流路在所述第一压缩机和第二压缩机的下游；

膨胀装置（54），其沿着所述制冷剂流路在所述排热热交换器的下游；以及

吸热热交换器（56），其沿着所述制冷剂流路在所述膨胀装置的下游，

其中：

所述第一压缩机是联接至可变速度驱动器（32）的可变速度压缩机，并且所述第二压缩机是固定速度压缩机。

2. 根据权利要求1所述的***，其中：

所述第二压缩机比第一压缩机大。

3. 根据权利要求1所述的***，其中：

所述第二压缩机的每转排量大于第一压缩机的每转排量。

4. 根据权利要求1所述的***，其中：

所述第一压缩机和第二压缩机是往复式压缩机。

5. 根据权利要求1所述的***，在操作状况下，所述第二压缩机直接连接至线性电压（34），并且所述第一压缩机经其可变速度驱动器连接至所述线性电压。

6. 一种运输***（200），包括：

如权利要求1所述的制冷***（20）；以及

冷藏集装箱（201），其具有包括吸热热交换器或与所述吸热热交换器空气流连通的内部（202）。

7. 根据权利要求1所述的***，其中：

制冷剂是CO₂基的。

8. 根据权利要求1所述的***，其中：

所述第二压缩机的每转排量是所述第一压缩机的每转排量的110-350％。

9. 根据权利要求1所述的***，其中：

所述第一压缩机具有感应电机或永磁电机；以及

所述第二压缩机具有感应电机。

10. 根据权利要求1所述的***，进一步包括按以下配置的控制器：

在高需求容量（较高范围）下，操作（310）所述第一压缩机和第二压缩机两者，所述第二压缩机在固定速度下操作；以及

在低需求容量（较低范围）下，仅操作（318）所述第一压缩机，至少在所述操作采用可变速度的所述较低容量范围的一部分上。

11. 根据权利要求10所述的***，其中：

所述控制器被配置为在正常操作范围中不会只操作所述第二压缩机。

12. 一种用于操作根据权利要求1所述的***的方法，所述方法包括：

在低需求容量（较低范围）下，仅操作（318）第一压缩机，至少在所述操作采用可变速度的所述较低容量范围的一部分上。

13. 根据权利要求12所述的方法，其中：

所述较低范围与所述较高范围连上。

14. 根据权利要求13所述的方法，其中：

所述较低范围包括较低子范围和较高子范围，在所述较低子范围中，所述第一压缩机在操作时以基本固定速度在循环模式下操作，在所述较高子范围中，以随着需求容量增加的速度连续操作。

15. 根据权利要求12所述的方法，其中：

所述第一压缩机在所述较低容量范围的最高部分中的操作是在超过线性电源频率的电源频率下。

16. 根据权利要求12所述的方法，其中：

冷却阶段包括在高容量范围中的操作；以及

后冷却阶段包括在较低容量范围中的操作。