CN100565048C - 热气融霜节能制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热气融霜节能制冷系统，包括依次连接的气液分离器、压缩机、四通换向阀、冷凝器、双向储液器、控制阀、一号节流部件和蒸发器，所述四通换向阀的两端分别与压缩机和冷凝器连接，另两端分别与蒸发器的出口和气液分离器的入口连接；连接所述双向储液器和冷凝器的管路上具有一个用于融霜过程中将融霜气体降压的二号节流部件；所述蒸发器的出口与双向储液器之间还连接一段用于融霜的单向管路。本发明在热气融霜过程中，无须使用电加热器对蒸发器进行电加热，提高了制冷系统的可靠性。同时，本发明也降低了系统的耗电量，为用户节省了相应的运行成本。另外，本发明的系统管路设计简洁、直观，控制元件少，能够节省制造成本。

Description

热气融霜节能制冷系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体地说，本发明涉及一种节能的压缩冷凝膨胀蒸发的制冷系统。

背景技术

食品储藏和保鲜、生物制品特别是生物医药活性的保持、新型化工材料的保存、生物制品的制作间和实验室等等都需要低温环境，于是，压缩-冷凝-膨胀-蒸发的制冷方式因为其效率高、技术成熟而被广泛应用。

制冷剂的循环系统可分为压缩冷凝系统和膨胀蒸发系统两部分。普通的制冷循环系统的具体流程如图1所示。普通制冷系统的具体流程为：经压缩机1压缩后的制冷工质流经四通换向阀3，然后通过冷凝器4进行冷却降温，使得气态制冷工质被冷却为液态，然后再经过在储液器9和干燥过滤器11后，通过节流部件来降低制冷工质的压力，达到节流的效果，节流后的制冷工质流经蒸发器17与空气进行热量交换，交换完热量的气态制冷工质再流经四通换向阀3、气液分离器22和吸气过滤器23后进入压缩机1进行重新压缩，从而进入下一个制冷循环过程。通过四通换向阀3换向的方法来实现膨胀蒸发系统的制冷与制热。

在制冷系统中，当蒸发器17表面温度低于热交换的空气露点而且低于水的三相点温度以后，存在于空气中的水分就会被冻结在换热器的表面，从而形成冻霜。由于霜层的出现，使得热交换器(蒸发器17)的传热热阻增大，换热效率降低，导致制冷能耗增大，特别是，如果霜层太厚，蒸发器17被霜层所覆盖，无法实现空气流动使得蒸发器17无法正常工作，因此，必须彻底清除凝结在蒸发器17表面的结霜。

通常，商用制冷系统中的蒸发器17融霜都采用电加热的方式。这种融霜方式采用间歇式的工作方式，亦即：定时将制冷设备停下来，给安装在蒸发器17中的电加热器通电来将凝结在蒸发器17表面的冰霜熔化并除去。由于与加热器接触的面积较小，所以加热是局部的，这种方法不容易将蒸发器17上的冰霜完全熔化，而且融霜所需的时间长，融霜时还会导致低的室内温度升高，会严重影响内藏的食品或生物制品的保鲜品质。

除此之外，电加热的方式还存在以下问题：

费电，电加热器的融霜功率一般都较大，融霜时间又长，加热量向低温室内散失的较多，这些散失到低温室内的热量都需要制冷来带走；

损坏制冷系统，电加热器的局部温度太高时会击穿蒸发器17管道，导致系统制冷剂泄漏，制冷系统瘫痪；

安全性差，电加热器局部温度过高会破坏电气绝缘，经常出现漏电的安全隐患。

除电加热的融霜方式外，还有一种热气融霜的方式。利用热泵原理，采取制冷的逆循环，将高压的热气流通向制冷设备的蒸发器，这是一种简单、安全、高效的融霜方法。然而，热气融霜方式需要保证系统的可靠性，特别是要防止出现压缩机液击的现象。这里的压缩机液击是指：液态制冷剂和/或润滑油随气体吸入压缩机气缸时损坏吸气阀片的现象，以及进入气缸后没有在排气过程迅速排出，在活塞接近上止点时被压缩而产生的瞬间高液压的现象。液击可以在很短时间内造成压缩受力件(如阀片、活塞、连杆、曲轴、活塞销等)的损坏。这在制冷循环系统当中是不允许出现的。因此，为了防止液击现象，系统循环流程中必须添加许多控制元件。而如何减少控制元件的数目是一个设计难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过对系统回路的优化设计，提高制冷循环系统运行过程中的安全性、可靠性，降低系统的投资成本和运行成本，方便用户操作，从而提供一种热气融霜节能制冷系统。

为实现上述发明目的，本发明提供的热气融霜节能制冷系统包括依次连接的气液分离器、压缩机、四通换向阀、冷凝器、双向储液器、一号节流部件和蒸发器，所述四通换向阀的两端分别与压缩机和冷凝器连接，其另两端分别与蒸发器的出口和气液分离器的入口连接，在连接双向储液器和冷凝器的管路上设有一个用于在融霜过程中将融霜气体降压的二号节流部件；所述制冷系统还包括一段用于融霜的单向管路，所述单向管路的一端与所述蒸发器的出口相连，另一端连接在所述双向储液器与一号节流部件之间的管路上，该单向管路中的工质流向是由所述蒸发器的出口至所述双向储液器。

上述技术方案中，所述节流部件是热力膨胀阀、电子膨胀阀、手动调节膨胀阀或者节流毛细管。

上述技术方案中，双向储液器的一端分出两段单向管路与冷凝器连接，其中一条单向管路的工质流向是由双向储液器至冷凝器，在该条单向管路中沿工质流向依次连接有控制阀和二号节流部件，另一条单向管路的工质流向是由冷凝器至双向储液器。

上述技术方案中，所述节流部件前均接有控制阀。

上述技术方案中，所述双向储液器与所述蒸发器的入口之间连接一段用于融霜过程前进行正向均压的单向管路。

上述技术方案中，在所述四通换向阀与蒸发器出口连接的一端上，连接另一段用于融霜的单向管路，该单向管路的另一端与所述蒸发器的入口相连；所述单向管路的工质流向是由所述四通换向阀至所述蒸发器的入口。

上述技术方案中，所述控制阀均为电磁阀。

上述技术方案中，所述四通换向阀与蒸发器入口之间的单向管路经过所述蒸发器的热气融霜排水管路(U管)。

上述技术方案中，所述单向管路均由单向阀控制该管路的工质流向。

上述技术方案中，所述四通换向阀具有两个状态，在第一状态下，所述四通换向阀分别将压缩机和冷凝器接通、蒸发器出口和气液分离器接通，而在第二状态下，所述四通换向阀分别将压缩机和蒸发器出口接通、冷凝器和气液分离器接通。

上述技术方案中，所述蒸发器出口与四通换向阀之间设置一个低压球阀，所述双向储液器与所述蒸发器前端的控制阀之间设置一个高压球阀。不过，这两个球阀在系统中不是必需的。

上述技术方案中，所述高压球阀与双向储液器之间设置一个视液镜。

上述技术方案中，所述高压球阀与双向储液器之间还设置一个双向干燥过滤器。

上述技术方案中，所述气液分离器和压缩机之间还设置一个吸气过滤器。

上述技术方案中，所述压缩机的进排气口连接一个高低压保护器。

本发明具有如下技术效果：本发明在热气融霜过程中，无须使用电加热器对蒸发器进行电加热，避免了因电加热丝问题引起系统中制冷剂泄露的安全问题，从而提高了制冷系统的可靠性。本发明也降低了系统的耗电量，为用户节省了相应的运行成本。另外，本发明的系统管路设计简洁、直观，控制元件少，能够节省制造成本。

附图说明

图1是普通制冷循环系统的制冷流程图；

图2是本发明的热气融霜节能制冷系统的一个优选实施例的制冷流程图；

图3是本发明的热气融霜节能制冷系统的一个优选实施例的正向均压流程图；

图4是本发明的热气融霜节能制冷系统的一个优选实施例的热泵融霜流程图；

图5是本发明的热气融霜节能制冷系统的一个优选实施例的反向均压流程图。

附图标记一览表

1-压缩机；2-高低压保护器；3-四通换向阀；4-冷凝器；5-一号单向阀；6-二号单向阀；7-二号节流部件；8-一号电磁阀；9-储液器；10-视液镜；11-干燥过滤器；12-高压球阀；13-二号电磁阀；14-三号单向阀；15-三号电磁阀；16-一号节流部件；17-蒸发器；18-四号单向阀；19-五号单向阀；20-六号单向阀；21-低压球阀；22-气液分离器；23-吸气过滤器；24-U管

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

本实施例为本发明应用在冷库、低温环境试验室等制冷系统中的一个优选实施例。

本实施例提供的制冷循环过程是在原有的制冷循环过程基础上通过改变部分设备管路，并增加相应的控制阀门来实现热气融霜过程。

本实施例提供的热泵融霜制冷系统是通过一个四通换向阀3、6个单向阀、3个电磁阀和2个节流部件共同实现系统的制冷与制热。

本实施例中的制冷系统由压缩冷凝系统和膨胀蒸发系统组成。

如图2所示，压缩冷凝系统包括依次连接的气液分离器22、吸气过滤器23、压缩机1，以及依次连接的冷凝器4、方向控制管路、双向储液器9、视液镜10、双向干燥过滤器11、高压球阀12；上述两段管路通过四通换向阀3连接在一起，该四通换向阀3的四个接口分别连接压缩机1的排气口、冷凝器4、低压球阀21和气液分离器22。

所述方向控制管路由两段并联的单向管路构成，其中一条单向管路布置有一号单向阀5，控制该管路中的冷媒始终由冷凝器4流向双向储液器9，另一条单向管路布置有依次连接的一号电磁阀8、二号节流部件7和二号单向阀6，该管路中的冷媒始终由双向储液器9流向冷凝器4。二号节流部件7的感温包布置在冷凝器4与四通换向阀3连接的管路上。

本实施例的膨胀蒸发系统的两端分别与压缩冷凝系统的高压球阀12和低压球阀21连接，包括蒸发器17和通过该蒸发器17的三条单向管路。

第一条单向管路用于制冷过程，参考图2，该管路连接高压球阀12和蒸发器17入口，依次布置三号电磁阀15、一号节流部件16。所述一号节流部件16的感温包固定在蒸发器17的出口管路上。

第二条单向管路用于正向均压过程，参考图3，该管路连接高压球阀12和蒸发器17入口，依次布置二号电磁阀13、三号单向阀14，所述三号单向阀14的出口经U管24连接到蒸发器17。

第三条单向管路用于融霜过程，参考图4，该管路由蒸发器17出口连接至高压球阀12，其上布置有四号单向阀18。

另外，为阻止上述三条单向管路中的冷媒逆流，本实施例还在蒸发器17出口与低压球阀21之间沿蒸发器17至低压球阀21的方向布置一个五号单向阀19；在五号单向阀19与低压球阀21连接的管路上接出来一根管段连接至U管24入口，在该管段上沿低压球阀21至U管24入口方向布置一个四号单向阀18。四号单向阀18在融霜的过程中才发挥作用。所述U管24是蒸发器17冷媒入口前的接水盘和下水管路的热气融霜加热管路，图示为U形管路，因此简称为U管。本实施例中，融霜过程的高压气体经过U管24后再进入蒸发器17，这样是为了防止蒸发器17的接水盘和下水管路中结冰。

为保护压缩机1，本实施例中还在压缩机1两端并联了一个高低压保护器2。

本实施例中的节流部件采用热力膨胀阀。

本实施例可通过冷库专用控制器或编程的PLC进行系统自动控制，并且在系统当中添加了延时器。通过感温探头探测低温室内温度，当低温室温达到设定温度上限时，压缩机1启动制冷；当温度达到设定温度下限时，压缩机1自动停止。

本实施例中的压缩机1可以是数码涡旋的，也可以是变频的。通过PLC或其它微电脑的PID运算给出控制压缩机制冷能力的PWM值(占空比)或频率值，来平衡冷热负荷，达到精密控温的目的。

本实施例的制冷系统在制冷循环状态下，四通阀断电(断电状态下，四通阀分别将压缩机1和冷凝器4以及低压球阀21和气液分离器22接通)，一号电磁阀8、二号电磁阀13、二号节流部件7关闭，三号电磁阀15、一号节流部件16打开，压缩机1开启。

制冷循环的流程图如图2所示，制冷剂的流程如图中粗线所示，流向为箭头标示方向，图中粗实线为高压制冷剂，粗虚线为低压制冷剂。在制冷循环过程中，制冷剂依次流经：压缩机1、四通换向阀3、冷凝器4、一号单向阀5、双向储液器9、视液镜10、双向干燥过滤器11、高压球阀12、三号电磁阀15、一号节流部件16、蒸发器17、五号单向阀19、低压球阀21、四通换向阀3、气液分离器22、吸气过滤器23、压缩机1。

本实施例的制冷系统的融霜过程可分为以下几个过程。

过程1：

过程1称为融霜前的均压过程(或称为正向均压过程)。该过程压缩机1停机，四通换向阀3断电，一号电磁阀8、三号电磁阀15、一号节流部件16和二号节流部件7均关闭，二号电磁阀13打开。

制冷剂的流程如图3所示。在该均压过程当中，系统中的冷凝端压力和蒸发端压力通过旁路接通，使得两端的压力得到平衡。该过程一般持续2分钟。

过程2：

过程2为系统融霜过程，此时，一号电磁阀8、二号节流部件7打开，二号电磁阀13和三号电磁阀15、一号节流部件16关闭，四通换向阀3得电换向(得电状态下，四通阀分别将压缩机1和低压球阀21以及冷凝器4和气液分离器22接通)，压缩机1开启。

在本过程中，制冷剂的流程如图4中粗线所示，流向为箭头标示方向，图中粗实线为高压制冷剂，粗虚线为低压制冷剂。制冷剂沿着压缩机1、四通换向阀3、低压球阀21、四号单向阀18、蒸发器17、六号单向阀20、高压球阀12、双向干燥过滤器11、视液镜10、双向储液器9、一号电磁阀8、二号节流部件7、二号单向阀6、冷凝器4、四通换向阀3、气液分离器22、吸气过滤器23、压缩机1的流程进行循环。该过程的具体控制方法如下。

在本过程中，从压缩机1排出的高压热气流(可高达100摄氏度)能够使蒸发器17迅速、均匀地受热，因此达到了很好的融霜效果，不仅避免了因电加热丝问题引起系统中制冷剂泄露的安全问题，还大大缩短了融霜时间。

本过程可由时间或温度控制，当检测到蒸发器17表面温度达到设定融霜温度时，或者检测到融霜时间到达设定的融霜时间时，融霜过程结束。该过程一般持续2～10分钟。

过程3：

过程3为融霜后的反向均压过程(在冷库中的融霜流水时间)。该过程当中，压缩机1处于停机状态，3个电磁阀和2个节流部件均处于关闭状态，四通换向阀3断电。在过程3结束以后，系统要回到制冷循环过程。经过过程3后，再启动制冷循环时就可以防止出现压缩机1液击现象，从而保障了压缩机1的安全性。

通过以上三个步骤，系统完成了融霜过程，可以继续进行制冷循环过程。该过程一般持续2分钟。

另外，本实施例中，为了避免在热气融霜时出现故障，系统还可以保持了原有的电融霜系统，该电融霜系统是在热气融霜出现故障时才启动并进行融霜。因此本发明具有管路清晰、明了，控制系统简单、可靠，从而保证了系统的可靠性。

本实施例中使用的冷媒(制冷工质)是R22，R404A或R134a。但可以理解，本发明中的冷媒也可以用其它工质替换。

实施例2

参考图6，在本实施例中，一号节流部件16和二号节流部件7均采用电子膨胀阀71，在电子膨胀阀的两端均接有过滤器61。由于电子膨胀阀可以具有完全关闭功能和双向流动功能，所以电子膨胀阀所在的管路上不必另外设置电磁阀和单项阀。本实施例的其余部分与实施例1一致，其热泵融霜流程图如图6所示。

实施例3

参考图7，在本实施例中，一号节流部件16和二号节流部件7均采用电子膨胀阀71，在电子膨胀阀的两端均接有过滤器61。由于电子膨胀阀可以具有完全关闭功能和双向流动功能，所以电子膨胀阀所在的管路上不必另外设置电磁阀和单向阀。另外，在本实施例中，冷凝器4和双向储液器9之间的方向控制管路的功能可由电子膨胀阀单独实现，因此本实施例的方向控制管路仅为一段具有电子膨胀阀的双向管路，接在该电子膨胀阀两端的过滤器为双向过滤器。本实施例的其余部分与实施例1一致，其热泵融霜流程图如图7所示。

另外，本发明中的节流部件还可以采用手动调节膨胀阀或者节流毛细管，这是本领域技术人容易理解的。

Claims (15)

1、一种热气融霜节能制冷系统，包括借助管路依次连接的气液分离器(22)、压缩机(1)、四通换向阀(3)、冷凝器(4)、双向储液器(9)、一号节流部件(16)和蒸发器(17)，所述四通换向阀(3)的两端分别与所述压缩机(1)和所述冷凝器(4)连接，所述四通换向阀的另两端分别与所述蒸发器(17)的出口和所述气液分离器(22)的入口连接，其特征在于，在连接所述双向储液器(9)和所述冷凝器(4)的管路上设有一个用于将融霜过程中的融霜气体降压的二号节流部件(7)；所述制冷系统还包括一段用于融霜的单向管路，所述单向管路的一端与所述蒸发器(17)的出口相连，另一端连接在所述双向储液器(9)与一号节流部件(16)之间的管路上，该单向管路中的工质流向是由所述蒸发器(17)的出口至所述双向储液器(9)。

2、按权利要求1所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述四通换向阀(3)具有两个状态，在第一状态下，所述四通换向阀(3)分别将压缩机(1)和冷凝器(4)以及蒸发器(17)出口和气液分离器(22)接通；在第二状态下，所述四通换向阀(3)分别将压缩机(1)和蒸发器(17)出口以及冷凝器(4)和气液分离器(22)接通。

3、按权利要求1所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述双向储液器(9)的一端分出两段单向管路与所述冷凝器(4)连接，其中一条单向管路的工质流向是由所述双向储液器(9)至所述冷凝器(4)，在该条单向管路中沿工质流向连接有所述二号节流部件(7)，另一条单向管路的工质流向是由所述冷凝器(4)至所述双向储液器(9)。

4、按权利要求1所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述双向储液器(9)与所述蒸发器(17)的入口之间连接一段用于融霜过程前进行正向均压的单向管路。

5、按权利要求1所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，在所述四通换向阀(3)与蒸发器(17)出口连接的一端上，连接另一段用于融霜的单向管路，该单向管路的另一端与所述蒸发器(17)的入口相连；所述单向管路的工质流向是由所述四通换向阀(3)至所述蒸发器(17)的入口。

6、按权利要求5所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述四通换向阀(3)与蒸发器(17)的入口之间的单向管路安装有热气融霜排水管路(24)。

7、按权利要求1、2、3、4、5或6所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述节流部件(7)是电子膨胀阀，或者节流毛细管，或者手动调节节流阀，或者热力膨胀阀。

8、按权利要求1所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述节流部件前均接有控制阀。

9、按权利要求8所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述控制阀均为电磁阀。

10、按权利要求1、2、3、4、5或6所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述单向管路均由单向阀控制管路中的工质流向。

11、按权利要求1、2、3、4、5或6所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述蒸发器(17)出口与四通换向阀(3)之间设置一个低压球阀(21)；所述双向储液器(9)与所述一号节流部件(16)前端的控制阀之间设置一个高压球阀(12)。

12、按权利要求11所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述高压球阀(12)与双向储液器(9)之间设置一个视液镜(10)。

13、按权利要求11所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述高压球阀(12)与双向储液器(9)之间还设置一个双向干燥过滤器(11)。

14、按权利要求11所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述气液分离器(22)和压缩机(1)之间还设置一个吸气过滤器(23)。

15、按权利要求11所述的热气融霜节能制冷系统，其特征在于，所述压缩机(1)的进排气口连接一个高低压保护器(2)。

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