CN101539355A - 智能调度的节能制冷控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种智能调度的节能制冷控制方法，用于实现多个蒸发器组成的制冷控制系统中压缩机的平稳工作，包括以下步骤：通过温度传感器和压力传感器采集当前每个蒸发器的库温和压缩机的吸气压力；根据采集到的吸气压力的变化趋势，得到当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系，针对“当Q＞M、Q＜M、Q＝M”三种情况下蒸发器的库温调度各蒸发器的运行状态调节蒸发器的总制冷量或调节压缩机的输出功率，使蒸发器总输出制冷量与压缩机输出功率对应的制冷量相匹配，从而实现压缩机的平稳工作，达到最佳节能效果。

Description

智能调度的节能制冷控制系统和方法

技术领域

本发明涉及制冷领域，尤其涉及一种智能调度的节能制冷控制系统和方法。

背景技术

制冷系统广泛应用于各个领域，如冷库、冰箱、空调等，现有的制冷系统主要包括冷凝器、储液罐、蒸发器和压缩机等几个部分，目前，在冷库等热负荷较大的领域多采用由多个蒸发器与一套压缩机或压缩机机组组成的制冷控制系统，制冷剂通过各个蒸发器后汇总到同一个制冷管路，该管路连接到压缩机吸气端，压缩机和各蒸发器直接通过吸气管连接，但是，现有的控制系统都是以每个蒸发器个体为最优控制目标，未考虑压缩机端的最优状况，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，蒸发器总输出制冷量将逐渐下降，蒸发器负载逐渐减轻，系统将关闭压缩机，由于系统热负荷的存在，库温将逐渐上升，蒸发器总输出制冷量将逐渐上升，蒸发器负载逐渐增大，系统将重新启动压缩机。由于系统不断往复上述过程，从而导致压缩机开启频繁，工作不平稳，增加了压缩机的能耗，造成能源的浪费。

综上所述，现有由多个蒸发器组成的制冷控制系统中存在压缩机启停频繁、吸气压力波动较大、能耗大的技术问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种智能调度的节能制冷控制方法，动态调整吸气压力处于较平稳，使压缩机运行在较高能效比状态，以解决现有制冷系统能耗大的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种智能调度的节能制冷控制系统，实现动态调整吸气压力处于较平稳，使压缩机运行在较高能效比状态，以解决现有制冷系统能耗大的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供一种智能调度的节能制冷控制方法，用于实现多个蒸发器组成的制冷控制系统中压缩机的平稳工作，包括以下步骤：

(1)通过温度传感器和压力传感器采集当前每个蒸发器的库温和吸气压力；

(2)根据采集到的吸气压力的变化趋势，得到当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系，进行以下操作：

(21)当Q＞M时：

如果存在当前处于运行的蒸发器对应的库温未高于温度上限：调度关闭运行中库温最低的蒸发器的节流阀，停止制冷，从而减小Q值，依次操作，使压缩机吸气压力运行在准备区内，使Q和M匹配，达到动态平衡；

如果处于运行的蒸发器对应的库温均高于温度上限：不对蒸发器做任何操作，压缩机吸气压力因此逐渐增加并超过准备区，压缩机将自动增加输出功率，使M增加，使Q和M匹配，达到动态平衡；；

(22)当Q＜M时：

如果存在当前停止制冷的蒸发器对应的库温未低于温度下限：调度开启库温最高的蒸发器的节流阀，开始制冷，依次操作，使压缩机吸气压力运行在准备区内，使Q和M匹配，达到动态平衡；

如果当前停止制冷的蒸发器对应的库温均低于温度下限或所有蒸发器都处于制冷运行状态：不对蒸发器做任何操作，压缩机吸气压力因此而不断减小，低压低于准备区，压缩机将自动减小输出功率，使M减小，使Q和M匹配，达到动态平衡；；

(23)当Q＝M时，不对蒸发器进行调度操作，由蒸发器自行运行。

依照本发明较佳实施例所述的智能调度的节能制冷控制方法，其蒸发器的目标控制温度为T，允许温度差为Δt，其温度上限为T+Δt，下限为T-Δt，当库温高于T+Δt时，蒸发器启动制冷，当库温低于T-Δt时，蒸发器停止制冷。

依照本发明较佳实施例所述的智能调度的节能制冷控制方法，其压缩机的吸气压力设定值为P0，其允许压力差为ΔP1和ΔP2，其中，ΔP2＞ΔP1，P0-ΔP1～P0+ΔP1为压缩机不应区，压缩机吸气压力在不应区内时，压缩机保持当前的运行情况，P0-ΔP2～P0-ΔP1和P0+ΔP1～P0+ΔP2为压缩机准备区，当吸气压力超出准备区时，压缩机进行加载或卸载。

依照本发明较佳实施例所述的智能调度的节能制冷控制方法，其当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系由吸气压力的变化趋势得到，当吸气压力p逐渐变大，即dp/dt＞0时，Q＞M；当吸气压力p逐渐变小，即dp/dt＜0时，Q＜M。

依照本发明较佳实施例所述的智能调度的节能制冷控制方法，其步骤2中节流阀采用电子膨胀阀，电子膨胀阀动态控制蒸发器输出制冷量，当蒸发器总输出制冷量偏大时，通过主动逐渐减小可以减小开启度的电子膨胀阀的开启度，使系统蒸发器总输出制冷量逐渐减小，实现Q和M的平衡；当蒸发器总输出制冷量偏小时，通过主动逐渐增加可以增加开启度的电子膨胀阀的开启度，使系统蒸发器总输出制冷量逐渐增大，实现Q和M的平衡。

本发明又提供一种智能调度的节能制冷控制系统包括冷凝器、储液罐、若干蒸发器单元和压缩机，冷凝器、储液罐、若干蒸发器单元和压缩机依次首尾相连组成一环状制冷系统，还包括一采用通讯模式连接各蒸发器单元第二控制器的第一控制器。

依照本发明较佳实施例所述的智能调度的节能制冷控制系统，其蒸发器单元包括第二控制器、电子膨胀阀，蒸发器和用以控制蒸发器风扇频率的变频器，电子膨胀阀分别与储液罐、蒸发器和第二控制器连接，变频器连接至蒸发器和第二控制器，第二控制器连接至第一控制器。

本发明针对多个蒸发器组成的制冷控制系统，在满足冷库应用的前提下，通过调节蒸发器总输出制冷量，使压缩机端的吸气压力比较平稳，使蒸发器总输出制冷量与压缩机当前运行的制冷量输出匹配，提高压缩机运行的效率，解决了由于负载过轻造成压缩机频繁启停，实现压缩机的平稳工作，达到节能效果。

附图说明

图1为本发明智能调度的节能制冷控制系统的结构图；

图2为本发明智能调度的节能制冷控制系统的蒸发器单元的结构图；

图3为本发明智能调度的节能制冷控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请参阅图1与图2，其分别为本发明智能调度的节能制冷控制系统的结构图和本发明智能调度的节能制冷控制系统的蒸发器的结构图，该系统包括冷凝器101、储液罐102、若干蒸发器单元103、压缩机104和第一控制器105，各蒸发器单元103进一步包括电子膨胀阀131，蒸发器132、变频器133、温度传感器134、压力传感器135和第二控制器136。其中，冷凝器101、储液罐102、若干蒸发器单元103和压缩机104依次首尾相连组成一环状制冷系统。电子膨胀阀131连接至储液罐102和蒸发器132，变频器133连接至蒸发器132，第二控制器136分别连接至电子膨胀阀131、变频器133、温度传感器134和压力传感器135，第一控制器105采用通讯模式连接至第二控制器136。

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，需要匹配蒸发器总输出制冷量和压缩机输出功率对应的制冷量，即通过调节蒸发器132的风扇转速和电子膨胀阀131的开启度，使蒸发器总输出制冷量与压缩机输出功率对应的制冷量相匹配，实现压缩机104平稳工作。电子膨胀阀131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，可以精确控制制冷量，能够根据当前蒸发器总输出制冷量和压缩机输出功率对应的制冷量的情况进行微调，以达到最佳效果。变频器133可以通过改变电源频率来调节蒸发器132的风扇的转速，从而改变蒸发器132的制冷能力及其电机的功率。

在实际应用中，电子膨胀阀131、蒸发器132和压缩机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，且蒸发器132的制冷量和电子膨胀阀131的最大制冷量要匹配，压缩机104的最大输出功率制冷量和蒸发器132总输出最大制冷量要匹配，否则将造成资源配置上的的浪费。

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。温度传感器134用以采集对应蒸发器的当前库温，而压力传感器135用以采集系统的当前吸气压力，在本实例中，系统的吸气压力通过对采集到的当前每个蒸发器的吸气压力进行计算得到。但是，需要说明的是，以上采用采集每个蒸发器的吸气压力计算得到系统的吸气压力只是一个实例，并不用于限定本发明，例如，还可以只设置一个压力传感器，直接采集当前系统的吸气压力，现有技术中任何能够实现得到当前系统吸气压力的方式均应落在本发明的保护范围内。本发明本系统中库温、吸气温度、吸气压力的获取，以及电子膨胀阀131、变频器133的配合调节是通过第一控制器105和第二控制器136的控制来实现的，其中，第一控制器105控制调度整个系统，第二控制器136协助第一控制器105控制各个蒸发器单元103。

基于上述系统，本发明又提出一种智能调度的节能制冷控制方法，用于实现多个蒸发器组成的制冷控制系统中压缩机的平稳工作，包括以下步骤：

1、通过温度传感器和压力传感器采集当前每个蒸发器的库温和压缩机的吸气压力；

2、根据采集到的吸气压力的变化趋势，得到当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系，进行以下操作：

21、当Q＞M时：

如果存在当前处于运行的蒸发器对应的库温未高于温度上限：调度关闭运行中库温最低的蒸发器的节流阀，停止制冷，从而减小Q值，依次操作，使压缩机吸气压力运行在准备区内，使Q和M匹配，达到动态平衡；

如果处于运行的蒸发器对应的库温均高于温度上限：不对蒸发器做任何操作，压缩机吸气压力因此逐渐增加并超过准备区，压缩机将自动增加输出功率，使M增加，使Q和M匹配，达到动态平衡；

22、当Q＜M时：

如果存在当前停止制冷的蒸发器对应的库温未低于温度下限：调度开启库温最高的蒸发器的节流阀，开始制冷，依次操作，使压缩机吸气压力运行在准备区内，使Q和M匹配，达到动态平衡；

如果当前停止制冷的蒸发器对应的库温均低于温度下限或所有蒸发器都处于制冷运行状态：不对蒸发器做任何操作，压缩机吸气压力因此而不断减小，低压低于准备区，压缩机将自动减小输出功率，使M减小，使Q和M匹配，达到动态平衡；

23、当Q＝M时，不对蒸发器进行调度操作，由蒸发器自行运行。

在本实例中，蒸发器的目标控制温度为T，允许温度差为Δt，其温度上限为T+Δt，下限为T-Δt，当库温高于T+Δt时，蒸发器启动制冷，当库温低于T-Δt时，蒸发器停止制冷。

在本实例中，压缩机的吸气压力设定值为P0，其允许压力差为ΔP1和ΔP2，其中，ΔP2＞ΔP1，P0-ΔP1～P0+ΔP1为压缩机不应区，压缩机吸气压力在不应区内时，压缩机保持当前的运行情况，P0-ΔP2～P0-ΔP1和P0+ΔP1～P0+ΔP2为压缩机准备区，当吸气压力超出准备区时，压缩机进行加载或卸载。

在本实例中，当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系由吸气压力的变化趋势得到，当吸气压力p逐渐变大，即dp/dt＞0时，Q＞M；当吸气压力p逐渐变小，即dp/dt＜0时，Q＜M。

假设压缩机共6个级别制冷量输出，蒸发器共6台，其输出制冷量与开启度有关。

系统刚开始进行制冷时，先启动压缩机，假设所有的蒸发器都处于制冷状态，由于蒸发器负载较重，使压缩机也处于满负荷进行运转，平稳制冷，此时吸气压力处于不应区内，Q和M比较匹配；

随着冷库温度逐渐下降，冷库的热负荷也逐渐下降，蒸发器的制冷能力也不断的调整，即总的制冷量输出Q在不断的下降，意味着Q＜M，如果所有的蒸发器都处于制冷运行状态，那么将不对蒸发器做任何操作，意味着压缩机随着吸气压力低于准备区，压缩机开始卸载，随着冷库热负荷不断的下降，蒸发器总制冷量输出Q不断下降，将不断地对压缩机进行卸载，直到处于平衡状态。假设此时压缩机处于某个级别且有2台蒸发器已经处于停止制冷状态，其制冷量输出为M，而蒸发器总的制冷输出量为Q，如果此时某个蒸发器对应的温度达到了T-Δt将进入停止制冷状态，导致Q值下降，意味着Q＜M，那么系统将分析停止制冷状态的蒸发器对应的温度，如果存在当前停止制冷的蒸发器对应的库温高于T-Δt，那么将启动温度最高的蒸发器制冷，依次类推直到新的平衡。当冷库的热负荷较低时，假设5台蒸发器都已处于停止制冷状态且低于T-Δt，而其中1台处于制冷运行状态，但其温度已达到设定范围，由于Q＜M，随着时间的推移，吸气压力将不断下降直到低于准备区，使压缩机全部停机，此时M＝0，由于还有1台蒸发器处于制冷状态即Q＞0，所以Q＞M；正如前所述，当Q＞M时，如果存在当前处于运行的蒸发器对应的库温在允许范围内，可以采取停止运行中库温最低的蒸发器制冷，从而减小Q值，也就是说将停止所有的蒸发器制冷，此时压缩机和蒸发器都处于停机状态。

由于冷库热负荷的存在，导致冷库温度逐渐上升，某一时刻大部分蒸发器对应的库温都高于T-Δt，但只有某个蒸发器对应的库温升高到T+Δt时，该蒸发器才重新开始制冷，由于此时Q＞M且制冷过程中蒸发器对应的温度高于T+Δt，所以不对蒸发器做任何操作，而由于压缩机尚未启动，即M＝0，吸气压力将逐渐上升直到高于压缩机启动的准备区，从而启动压缩机，并运行于最低制冷量输出级别，假设此时Q＜M，那么将开启对应库温最高的蒸发器进行制冷，假设此时依旧Q＜M，那么将继续开启其它对应库温最高的蒸发器进行制冷，直到处于暂态平衡。

本发明的智能调度的节能制冷控制方法通过电子膨胀阀动态控制蒸发器输出制冷量，当蒸发器总输出制冷量偏大时，通过主动逐渐减小可以减小开启度的电子膨胀阀的开启度，使系统蒸发器总输出制冷量逐渐减小，实现Q和M的平衡；当蒸发器总输出制冷量偏小时，通过主动逐渐增加可以增加开启度的电子膨胀阀的开启度，使系统蒸发器总输出制冷量逐渐增大，实现Q和M的平衡。另外，本发明还通过变频器控制蒸发器的风扇，根据蒸发器当前库温情况，通过变频器调节对应蒸发器风扇转速，使制冷系统达到最佳过热度控制，当库温高于允许范围上限T+Δt时：调节风扇转速到额定频率，使蒸发器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；当库温在允许范围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；当库温低于允许范围下限T-Δt时：关闭电子膨胀阀，调节蒸发器在设定运行状态，确保空气流通。

上述的蒸发器风扇的运转模式可通过软件进行配置，例如可以包括关闭、低速、中速、额定等模式。

本发明的智能调度的节能制冷控制方法通过第二控制器控制变频器和电子膨胀阀的开启度，第二控制器根据对应蒸发器的当前库温，控制变频器调节蒸发器风扇的转速，使系统制冷能力与电子膨胀阀开启度相匹配，达到最佳过热度控制。第一控制器通过分析第二控制器传送来的数据对各蒸发器进行总的调度，调节电子膨胀阀的开启度，使蒸发器总输出制冷量与压缩机当前运行的制冷量输出匹配，在实现过热度最佳控制的基础上，达到吸气压力最佳控制，从而进一步实现系统的最佳运行状况。

本发明通过调节蒸发器的风扇转速和电子膨胀阀的开启度以及压缩机自行调节输出功率使蒸发器总输出制冷量与压缩机输出功率对应的制冷量相匹配，实现压缩机的平稳工作，达到最佳节能效果。

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 (7)

1、一种智能调度的节能制冷控制方法，用于实现多个蒸发器组成的制冷控制系统中压缩机的平稳工作，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过温度传感器和压力传感器采集当前每个蒸发器的库温和吸气压力；

(2)根据采集到的吸气压力的变化趋势，得到当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系，进行以下操作：

(21)当Q＞M时：

如果存在当前处于运行的蒸发器对应的库温未高于温度上限：调度关闭运行中库温最低的蒸发器的节流阀，停止制冷，从而减小Q值，依次操作，使压缩机吸气压力运行在准备区内，使Q和M匹配，达到动态平衡；

如果处于运行的蒸发器对应的库温均高于温度上限：不对蒸发器做任何操作，压缩机吸气压力因此逐渐增加并超过准备区，压缩机将自动增加输出功率，使M增加，使Q和M匹配，达到动态平衡；

(22)当Q＜M时：

如果存在当前停止制冷的蒸发器对应的库温未低于温度下限：调度开启库温最高的蒸发器的节流阀，开始制冷，依次操作，使压缩机吸气压力运行在准备区内，使Q和M匹配，达到动态平衡；

如果当前停止制冷的蒸发器对应的库温均低于温度下限或所有蒸发器都处于制冷运行状态：不对蒸发器做任何操作，压缩机吸气压力因此而不断减小，低压低于准备区，压缩机将自动减小输出功率，使M减小，使Q和M匹配，达到动态平衡；

(23)当Q＝M时，不对蒸发器进行调度操作，由蒸发器自行运行。

2、如权利要求1所述的智能调度的节能制冷控制方法，其特征在于，蒸发器的目标控制温度为T，允许温度差为Δt，其温度上限为T+Δt，下限为T-Δt，当库温高于T+Δt时，蒸发器启动制冷，当库温低于T-Δt时，蒸发器停止制冷。

3、如权利要求1所述的智能调度的节能制冷控制方法，其特征在于，压缩机的吸气压力设定值为P0，其允许压力差为ΔP1和ΔP2，其中，ΔP2＞ΔP1，P0-ΔP1～P0+ΔP1为压缩机不应区，压缩机吸气压力在不应区内时，压缩机保持当前的运行情况，P0-ΔP2～P0-ΔP1和P0+ΔP1～P0+ΔP2为压缩机准备区，当吸气压力超出准备区时，压缩机进行加载或卸载。

4、如权利要求1所述的智能调度的节能制冷控制方法，其特征在于，所述当前蒸发器总制冷量Q和压缩机输出功率对应制冷量M的大小关系由吸气压力的变化趋势得到，当吸气压力p逐渐变大，即dp/dt＞0时，Q＞M；当吸气压力p逐渐变小，即dp/dt＜0时，Q＜M。

5、如权利要求1所述的智能调度的节能制冷控制方法，其特征在于，步骤2中所述节流阀采用电子膨胀阀，所述电子膨胀阀动态控制蒸发器输出制冷量。当蒸发器总输出制冷量偏大时，通过主动逐渐减小可以减小开启度的电子膨胀阀的开启度，使系统蒸发器总输出制冷量逐渐减小，实现Q和M的平衡；当蒸发器总输出制冷量偏小时，通过主动逐渐增加可以增加开启度的电子膨胀阀的开启度，使系统蒸发器总输出制冷量逐渐增大，实现Q和M的平衡。

6、一种智能调度的节能制冷控制系统，包括冷凝器、储液罐、若干蒸发器单元和压缩机，所述冷凝器、储液罐、若干蒸发器单元和压缩机依次首尾相连组成一环状制冷系统，其特征在于，还包括一采用通讯模式连接各蒸发器单元第二控制器的第一控制器。

7、如权利要求6所述的智能调度的节能制冷控制系统，其特征在于，所述蒸发器单元包括第二控制器、电子膨胀阀，蒸发器和用以控制蒸发器风扇频率的变频器，所述电子膨胀阀分别与所述储液罐、所述蒸发器和所述第二控制器连接，所述变频器连接至所述蒸发器和所述第二控制器，所述第二控制器连接至所述第一控制器。

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