CN101476803B - 节能的制冷控制方法 - Google Patents

Abstract

一种节能的制冷控制方法，其结合了电子膨胀阀和变频器对冷风机的制冷量进行控制，使制冷系统达到最佳效果，包括如下步骤：通过温度传感器采集当前制冷系统的库温，设制冷系统的库温设定值为T，允许温差为Δt，根据“库温高于允许范围上限T+Δt、库温在允许范围T-Δt～T+Δt内、库温低于允许范围下限T-Δt”三种情况分别对电子膨胀阀和冷风机的变频器作相应的调节，从而使制冷系统的库温更平稳，压缩机、冷凝器的工作状况更好，冷风机的电机工作更有效，达到整个制冷系统更节能的有益效果。

Description

节能的制冷控制方法

技术领域

本发明涉及制冷领域，尤其涉及一种节能的制冷控制方法。 

背景技术

制冷系统如今广泛应用于各个领域，如冷库、冰箱等，现有的制冷系统主要包括冷凝器、储液罐、电子膨胀阀、冷风机和压缩机等几个部分，但是现有的制冷系统在实际使用中存在着诸多缺陷，现论述如下： 

假设某冷库系统配置的冷风机最大制冷量为40kw，风扇额定功率为2kw，最大空气流通量23立方米/每小时，电子膨胀阀最大制冷量50kw，目标过热度控制在5K。在该系统实际运行中，随着工况和系统达到了设定温度后，系统需要的制冷量将逐渐下降，假设此时系统的热负荷为10kw，也就是说只要10kw的制冷量即可以保持冷库温度的稳定，如果按照传统的系统控制模式，风扇运行在额定工况下，如果达到最佳过热度控制的话，那么系统的制冷量输出可能达到30kw，也就是说超过了系统当前的热负荷，意味着库温将逐渐下降。当库温达到允许的下限后，系统将关闭电子膨胀阀，关闭压缩机，停止制冷，但由于系统热负荷的存在，库温将逐渐上升，当库温达到允许的上限后，系统将重新开启电子膨胀阀并开启压缩机开始制冷，然后温度逐渐下降，这就导致该制冷系统存在着下述缺陷： 

第一、由于热负荷较小，将不断往复上述过程，从而导致库温变化较大以及压缩机开启频繁，增加了压缩机的能耗； 

第二、由于最大空气流通时可以对应最大的制冷量，而实际运行中系统的制冷量大部分都是比额定制冷量小，也就意味着不需要相对应的最大风力来达到相应的制冷量，而冷风机还以额定功率进行运行就造成了能量的浪费。 

第三、传统制冷系统增加了因风扇转动带入的热负荷，因而需要通过制冷过程来将相应的能量带走，从而也造成了能量的浪费。 

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种节能的制冷控制方法以解决传统制冷系统过于耗能的问题。 

本发明提出一种节能的制冷控制方法，其结合了电子膨胀阀和变频器对冷风机的制冷量进行控制，使制冷系统达到最佳效果，包括如下步骤： 

(1)通过温度传感器采集当前制冷系统的库温，设制冷系统的库温设定值为T，允许温差为Δt； 

(2)根据当前库温情况，分别采用下述操作： 

(21)库温高于允许范围上限T+Δt时：调节风扇转速到额定频率，使冷风机在当前工况下具备最大制冷能力，然后调节电子膨胀阀的开启度，使其过热度控制在设定目标范围内； 

(22)库温在允许范围T-Δt～T+Δt内时： 

如果库温高于设定值T且下降速度过快，那么主动减小电子膨胀阀开启度，并通过变频器降低风扇工作频率，使过热度稳定在设定值附近；如果库温高于设定值T且有上升到趋势，那么增加风扇的转速，然后调节电子膨胀阀使其供液量与系统所需制冷量匹配； 

如果库温等于或低于设定值且库温下降，那么减小电子膨胀阀开启度，然后测试库温是否继续下降，若是则继续减小开启度，直到库温停止下降的趋势； 

(23)库温低于允许范围下限T-Δt时：关闭电子膨胀阀，调节冷风机 

在设定运行状态，确保空气流通。 

依照本发明较佳实施例所述的节能的制冷控制方法，步骤(21)将过热度控制在设定范围内后，进一步分析当前的电子膨胀阀开启度： 

如果开启度较小，那么测试降低风扇转速；如果调节后对于电子膨胀阀开启度和过热度没有明显的下降，那么说明调节后的风扇转速和当前系统能提供的最大制冷量匹配，否则将返回到上一满足系统最大制冷量的风扇转速。依照本发明较佳实施例所述的节能的制冷控制方法，步骤(22)中库温等于或低于设定值且库温下降的调节过程进一步包括：如果该调节过程中开启度调到某个位置，库温相对稳定保持，那么调节冷风机的转速直到与当前开启度的冷量匹配的风量，即过热度达到设定值，然后再检查当前库温的趋势，如果是在10％的开启度情况下继续下降，那么关闭电子膨胀阀，让冷风机切换到空闲状态。依照本发明较佳实施例所述的节能的制冷控制方法，步骤(23)中冷风机的设定运行模式由用户根据需要通过软件进行配置。 

依照本发明较佳实施例所述的节能的制冷控制方法，其电子膨胀阀和所述冷风机的变频器调节都是通过控制器进行的，所述控制器连接至所述电子膨胀阀和所述冷风机。 

本发明结合了电子膨胀阀和变频器对冷风机的制冷量进行控制，使制冷系统的库温更平稳，压缩机、冷凝器的工作状况更好，冷风机的电机工作更有效，从而达到整个系统更节能。 

上述所需的优点并不局限于在一个实施方案实施。 

附图说明

图1为本发明一节能的制冷控制系统的结构图； 

图2为本发明一节能的制冷控制方法的流程图。 

具体实施方式 

下面结合附图，具体说明本发明。 

请参见图1，其为本发明一节能的制冷控制系统的结构图。该系统包括冷凝器101、储液罐102、电子膨胀阀103、冷风机104、压缩机105、变频器106、控制器107、第一温度传感器108、第二温度传感器110和压力传感器109，其中冷凝器101、储液罐102、电子膨胀阀103、冷风机104和压缩机105依次首尾相连组成一环状制冷系统。变频器106则连接至冷风机104，控制器107分别连接至电子膨胀阀103、变频器106、第一温度传感器108、第二温度传感器110和压力传感器109。 

上述系统的各个部件很多都是现有技术，在此只介绍对本发明起突出作用的几个部分。对于整个制冷系统而言，最佳过热度控制是制冷中节能的指标之一，所以为了控制最佳过热度，需要匹配相应的冷量，即通过调节冷风机104的风扇转速，然后以过热度为目标调节电子膨胀阀103的开启度。电子膨胀阀103是一种可以根据实际应用中对制冷量要求而精确调节制冷量的节流装置，可以精确控制过热度。变频器106可以通过改变电源频率来调节冷风机104的转速，从而改变冷风机104的制冷量及其电机的功率。 

在实际应用中，电子膨胀阀103和冷风机104的选型都按照最大使用负荷来配置，以满足制冷系统最大需求时的冷量配置，且冷风机104的制冷量和电子膨胀阀103的最大制冷量要匹配，否则将造成资源配置上的的浪费。冷风机104的制冷量主要和冷风机结构相关，如翘片结构、蒸发面积、空气流通、霜层厚度，其中翘片结构和蒸发面积在完成组装后已确定其相关参数，霜层厚度与运行工况、运行时间等有关，将直接影响到冷风机的制冷能力，因此在需要的时候将会进行化霜以确保其应有的制冷能力，而空气流通与冷风机104中电机的转速有关，因此在冷风机104结构不变的情况下，可以通过改变冷风机104的风扇转速来调节冷风机104的制冷能力。这样，通过变频器106改变冷风机104风扇的运行频率来调节冷风机104的风速，进而适当调节冷风机104的制冷能力，由于冷风机104风扇频率的下降，可以降低其电机的功率，从而可以达到节能的目的。 

要对制冷系统的制冷进行控制，就必须掌握环境中的相关参数，比如库 温、吸气温度、吸气压力等等。第一温度传感器108用以采集当前制冷系统中的吸气温度，第二温度传感器110用以采集当前库温，而压力传感器109用以采集系统的当前吸气压力，另外上述系统的过热度也可以通过对吸气温度和吸气压力进行运算来获取。本系统中库温、吸气温度、吸气压力的获取，以及电子膨胀阀103和变频器106的配合调节都是通过控制器107的控制来实现的。 

基于上述系统，本发明又提出一种节能的制冷控制方法，其结合了电子膨胀阀和变频器对冷风机的制冷量进行控制，使制冷系统达到最佳效果，请参见图2，其为本发明一节能的制冷控制方法的流程图，该方法包括如下步骤： 

(1)通过温度传感器采集当前制冷系统的库温和吸气温度，并通过压力传感器采集当前系统的吸气压力，并通过一定的运算方法根据吸气温度和吸气压力计算出当前系统过热度。为了方便说明，在此假设制冷系统的库温设定值为T，允许温差为Δt。 

(2)制冷系统的控制器根据当前温度传感器采集的库温情况，分别控制制冷系统的各部件进行下述操作： 

(21)当库温高于允许范围上限T+Δt时：这时需要对系统进行快速降温，所以需要调节制冷系统使其达到最大的制冷能力。具体的调节方法可以如下：通过变频器调节冷风机电机的频率，使冷风机风扇转速到额定频率，即达到最大转速，从而使冷风机在当前工况下具备最大的制冷能力。然后再调节电子膨胀阀的开启度，使其过热度保持平稳并较好地控制在设定目标范围内，且库温正在逐渐下降。这时，再分析当前的电子膨胀阀开启度： 

如果电子膨胀阀开启度较小，说明当前冷风机的风速高于其匹配的最大制冷量，因为设计冷风机时提供的额定风速与其结构最大制冷量匹配，配置电子膨胀阀时在考虑余量的情况下也达到最佳匹配。那么测试降低风扇转速，如果调节后对于电子膨胀阀开启度和过热度没有明显的下降，那么说明调节后的风扇转速和当前系统能提供的最大制冷量匹配， 否则将返回到上一满足系统最大制冷量的风扇转速。上述电子膨胀阀开启度和过热度的稳定状态如果被打破，就可以得到一临界状态，从而可以确定当前系统的最佳配置，但这个最佳配置是动态，所以需要通过不断的判断调节以保持系统的动态平衡。 

(22)当库温在设定允许范围T-Δt～T+Δt内时： 

如果库温高于设定值T且下降速度过快，那么主动减小电子膨胀阀开启度，并通过变频器降低风扇工作频率，使过热度稳定在设定值附近，从而使库温有变为小幅下降；如果库温有上升的趋势，那么需要增加风扇的转速，提高系统的制冷能力，然后调节电子膨胀阀使其供液量与系统所需制冷量匹配，这么做是为了防止库温回升超过允许的范围； 

如果库温等于或低于设定值T且呈下降，则减小电子膨胀阀开启度，然后测试库温是否继续下降，若是则继续减小开启度，直到库温停止下降的趋势。如果该调节过程中开启度调到某个位置，库温相对稳定保持，那么调节冷风机的转速直到与当前开启度的冷量匹配的风量，即过热度达到设定值，然后再检查当前库温的趋势，如果是在10％的开启度情况下继续下降，那么关闭电子膨胀阀，让冷风机切换到空闲状态。(23)库温低于允许范围下限T-Δt时：关闭电子膨胀阀，调节冷风机在设定运行状态，确保空气流通。用户可根据需要通过软件配置冷风机的运转模式，如可以包括关闭、低速、中速、额定等模式。 

本发明由于结合了电子膨胀阀和变频器对冷风机的制冷量进行控制，使制冷系统的库温更平稳，压缩机、冷凝器的工作状况更好，冷风机的电机工作更有效，从而达到整个制冷系统更节能。 

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。 

Claims (5)

1.一种节能的制冷控制方法，其结合了电子膨胀阀和变频器对冷风机的制冷量进行控制，使制冷系统达到最佳效果，其特征在于，包括如下步骤：

A、通过温度传感器采集当前制冷系统的库温，设制冷系统的库温设定值为T，允许温差为Δt；

B、根据当前库温情况，分别采用下述操作：

B1、库温高于允许范围上限T+Δt时：调节风扇转速到额定频率，使冷风机在当前工况下具备最大制冷能力，然后调节电子膨胀阀的开启度，使其过热度控制在设定目标范围内；

B2、库温在允许范围t-Δt～T+Δt内时：

如果库温高于设定值T且下降速度过快，那么主动减小电子膨胀阀开启度，并通过变频器降低风扇工作频率，使过热度稳定在设定值附近；如果库温高于设定值T且有上升到趋势，那么增加风扇的转速，然后调节电子膨胀阀使其供液量与系统所需制冷量匹配；

如果库温等于或低于设定值且库温下降，那么减小电子膨胀阀开启度，然后测试库温是否继续下降，若是则继续减小开启度，直到库温停止下降的趋势；

B3、库温低于允许范围下限T-Δt时：关闭电子膨胀阀，调节冷风机在设定运行状态，确保空气流通。

2.如权利要求1所述的节能的制冷控制方法，其特征在于，所述步骤B1将过热度控制在设定范围内后，进一步分析当前的电子膨胀阀开启度：如果开启度较小，那么测试降低风扇转速；如果调节后对于电子膨胀阀开启度和过热度没有明显的下降，那么说明调节后的风扇转速和当前系统能提供的最大制冷量匹配，否则将返回到上一满足系统最大制冷量的风扇转速。

3.如权利要求1所述的节能的制冷控制方法，其特征在于，所述步骤B2中库温等于或低于设定值且库温下降的调节过程进一步包括：如果该调节过程中开启度调到某个位置，库温相对稳定保持，那么调节冷风机的转速直到与当前开启度的冷量匹配的风量，即过热度达到设定值，然后再检查当前库温的趋势，如果是在10％的开启度情况下继续下降，那么关闭电子膨胀阀，让冷风机切换到空闲状态。

4.如权利要求1所述的节能的制冷控制方法，其特征在于，所述步骤B3中冷风机的设定运行模式由用户根据需要通过软件进行配置。

5.如权利要求1所述的节能的制冷控制方法，其特征在于，所述电子膨胀阀和所述冷风机的变频器调节都是通过控制器进行的，所述控制器连接至所述电子膨胀阀和所述冷风机。

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