[发明专利]具有快速操作循环的极低温制冷系统

说明书

用于缩短极低温制冷系统的除霜、待机和冷却操作模式中的每一个的循环时间的方法。这些方法可以单独使用，或者与其它技术中的每一个的一个或多个结合使用，包括例如在单个极低温制冷系统中，以提供除霜、待机和冷却模式中的一个、两个或所有三个的快速总循环。

背景技术

极低温制冷系统被用于各种不同的目的，包括除去水蒸气和为涂覆工业产生高真空环境。这种系统通常在三种不同的模式下操作：待机模式，其中，单元正在恢复或处于准备就绪状态；冷却模式，其中，系统冷却以服务工艺或应用需要；以及，除霜模式，其中，系统使低温盘管再生。对于典型的成批涂覆工艺，系统以这三种模式的循环运行。然而，不同的应用对在每个模式中可以花费多少时间具有不同的约束。一些应用要求在除霜模式时的时间要短，并且在除霜模式完成之后在待机模式中可以容忍长时间。一些应用需要快速冷却到目标供应温度(例如，-110℃或-120℃)，使得涂覆过程可以更早地开始。一些应用需要快速的除霜/待机/冷却的总循环，这可能对缩短所有三种操作模式都提出了要求。

发明内容

本文讲授了用于缩短极低温制冷系统的除霜、待机和冷却操作模式中的每一个的循环时间的方法。这些方法可以单独使用，或者与其它技术中的每一个的一个或多个结合使用，包括例如在单个极低温制冷系统中，以提供除霜、待机和冷却模式中的一个、两个或所有三个的快速总循环。

一种在极低温制冷系统启动期间限制峰值操作压力的方法，该极低温制冷系统具有压缩机、多个热交换器、膨胀器和蒸发器，该方法包括在压缩机启动期间，打开热气除霜电路中的除霜阀，以使制冷剂流绕过多个热交换器的高压侧和膨胀器并至制冷剂从其流至蒸发器的蒸发器入口，从而容纳蒸发器中的制冷剂的体积，以限制压缩机启动期间制冷剂压力的初始增加。随后，除霜阀被关闭，使得制冷剂流行进通过多个热交换器的高压侧和膨胀器到蒸发器。

制冷剂可以在制冷剂压力下充入到系统中，该制冷剂压力将产生制冷剂的峰值压力，该峰值压力将在压缩机启动期间在不打开除霜阀的情况下超过极低温制冷系统的设计压力。蒸发器的制冷剂流可以大于极低温制冷系统的制冷剂系统容积的大约10%。制冷剂可以包括多种不同制冷剂组分的混合物。混合物可以包括氩、R-14、R-23、R-125和R-245fa。制冷剂可以充入到系统中，使得系统具有在约230 psig至约300 psig之间的平衡压力。随后，可在从压缩机启动起至少约3秒之后执行关闭除霜阀；并且也可以在从压缩机启动起至少约6秒之前执行。该方法可包括在随后关闭除霜阀时进入系统的待机模式，待机模式包括关闭冷却阀以防止制冷剂从多个热交换器的高压侧流到蒸发器，而同时使制冷剂流过多个热交换器的高压侧和多个热交换器的低压侧。在制冷剂的旁通流动期间，制冷剂的温度可以大于约为25℃。热气除霜电路可以将制冷剂从压缩机的高压供应管线旁通到制冷剂从其流动到蒸发器的蒸发器入口。

一种减少在极低温制冷系统的除霜操作模式中花费的时间的方法，包括：在系统的除霜操作模式中，(i)打开热气除霜电路中的除霜阀，以使制冷剂流绕过多个热交换器的高压侧并且到制冷剂从其流向蒸发器的蒸发器入口，以实现蒸发器的升温，以及(ii)在打开除霜阀的同时，关闭冷却阀，使得制冷剂不从高压侧流向蒸发器。基于输入控制信号，设定蒸发器的低压侧上的回流温度传感器的存储的除霜完成设定点温度的值。在蒸发器的升温期间，当蒸发器的低压侧上的回流温度传感器达到回流温度传感器的存储的除霜完成设定点温度时，除霜阀被关闭以防止制冷剂流动到蒸发器。

取决于应用，回流温度传感器的存储的除霜完成设定点温度可以是大约0℃或更低。回流温度传感器可以包括在蒸发器的低压侧上的热电偶。该方法可包括当控制器从回流温度传感器接收到至少与回流温度传感器的存储的除霜完成设定点温度一样热的温度控制信号时，关闭除霜阀，存储的除霜完成设定点温度被存储在控制器的存储器中。