CN102230701B - 低温制冷装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低温制冷装置及其控制方法，该低温制冷装置包括控制器，依次连接的压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，还包括第一电磁阀、第二电磁阀，设置在蒸发器上的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一电磁阀的进口连接冷凝器的进口，所述第一电磁阀的出口连接毛细管的出口，所述第二电磁阀并接在毛细管的两端。本发明通过在制冷系统内设置两个电磁阀，当蒸发器的温度过低时，可以让从冷凝器出来高压制冷剂不经毛细管节流就流到蒸发器中，甚至可以让从压缩机出来的高温高压制冷剂直接向蒸发器喷射，制冷剂在蒸发器中冷凝放热，迅速提高蒸发器温度，有效避免了蒸发器结冰结霜现象。

Description

低温制冷装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调器技术领域，更具体地说，涉及一种适合于低温环境使用的低温制冷装置及其控制方法。

背景技术

现有的空调制冷装置，根据制冷环境温度范围一般划分为T1、T2和T3三种类型，其中，T1类型的环境温度范围是18-43℃，T2类型的环境温度范围是10-35℃，T3类型的环境温度范围是21-52℃。现有的空调制冷设备一般分为常规制冷(T1、T2环境)和高温制冷(T3环境)两大类方式来设计。针对常规制冷环境设计的制冷装置不能在高温制冷环境下正常使用，而针对高温制冷环境设计的制冷装置也不能在常规制冷环境下正常使用。即使按常规制冷和高温制冷两种类型来设计制冷装置，当环境温度小于10℃或环境温度大于52℃时，都不能正常制冷。

由于现在有些特殊设备，需要全年冷却，即使在特殊的地理位置和冬季，如在我国东北的冬天，温度经常保持在-10℃以下，而现有的空调设备一般只能满足的工作范围是T1、T2和T3的三种类型，在超低工况温度(0～-15℃)下难以正常工作。

目前也一些单独针对超低温下空调制冷装置的改进技术，如专利号为200710071556.X，公开号为CN101256021A的中国专利公开了一种“能低温制冷的空调器控制方法”，利用室内盘管温度传感器检测盘管温度的功能，检测到室内盘管低于某温度值T1持续时间t1时，且压缩机持续运行时间ty1以上，进行停止外风机运行，降低热交换；当室内盘管再低于某特定温度值T2飞持续时间t2时，且压缩机持续运行时间ty2以上，关闭压缩机，内风机按设定风速运行，进行防冻结保护；当室内盘管高于某温度值T3时整机恢复正常运行，开启外风机和压缩机，从而使空调能在低温情况下能正常制冷。该专利通过改善防冻结的方式来增强空调器的低温制冷效果，可以在0℃附近的温度正常制冷，但不能解决超低温制冷的问题。

发明内容

本发明目的旨在克服上述现有技术的不足，提供一种适合于低温环境中使用的低温制冷装置及其控制方法，使制冷装置在-15℃的低温环境下仍能正常使用。

本发明采用的技术方案是：一种低温制冷装置，包括依次连接的压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，其特征在于，还包括第一电磁阀、第二电磁阀，设置在蒸发器上的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一电磁阀的进口连接冷凝器的进口，所述第一电磁阀的出口连接毛细管的出口，所述第二电磁阀并接在毛细管的两端。

上述的低温制冷装置中，所述第一温度传感器设置在蒸发器的入口位置，所述第二温度传感器设置在蒸发器出口位置。

上述的一种低温制冷装置的控制方法，包括主程序和子程序，所述主程序包括以下步骤：

A、低温制冷装置进行制冷运行；

B、检测第一温度传感器的温度数据是否小于或者等于第一预定温度；如果是，执行所述子程序；否则，执行步骤A；

所述子程序包括以下步骤：

a、打开第二电磁阀，运行一预定时间；

b、检测第一温度传感器的温度数据是否大于或者等于第二预定温度；如果是，执行步骤c；否则，执行步骤d；

c、关闭第二电磁阀，执行常规的制冷运行；

d、检测第二温度传感器的温度数据是否小于或者等于第三预定温度；如果是，执行步骤e；否则，返回执行步骤b；

e、打开第一电磁阀；

f、检测第一温度传感器的温度数据是否大于或者等于第四预定温度；如果是，执行步骤g；

g、关闭第一电磁阀和第二电磁阀，执行常规的制冷运行。

上述的低温制冷装置的控制方法，在所述步骤A之前，所述方法还包括：低温制冷装置开机，在接到运行命令之后进入步骤A。

上述的低温制冷装置的控制方法，当检测第一温度传感器的温度数据小于或者等于第一预定温度时，执行所述子程序的步骤还包括：判断第一温度传感器的温度数据是否累计N次小于或者等于所述第一预定温度，如果是，执行所述子程序；否则，执行步骤A。

上述的低温制冷装置的控制方法，所述N取3-10之间的数值。

上述的低温制冷装置的控制方法，所述第一温度传感器的温度数据是指蒸发器入口温度；所述第二温度传感器的温度数据是指蒸发器出口温度。

上述的低温制冷装置的控制方法，所述第一温度传感器和第二温度传感器都是每隔20秒进行一次温度采样。

上述的低温制冷装置的控制方法，所述预定时间是60秒。

上述的低温制冷装置的控制方法，所述第一预定温度、第二预定温度、第三预定温度、第四预定温度分别是0℃、5℃、0℃、5℃。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过在制冷系统内设置两个电磁阀，当蒸发器的温度过低时，可以让从冷凝器出来高压制冷剂不经毛细管节流就流到蒸发器中，甚至可以让从压缩机出来的高温高压制冷剂直接向蒸发器喷射，制冷剂在蒸发器中冷凝放热，迅速提高蒸发器温度，有效避免了蒸发器结冰结霜现象。

附图说明

图1是本发明低温制冷装置的制冷系统结构示意图；

图2是本发明低温制冷装置的控制方法主程序流程图；

图3是本发明低温制冷装置的控制方法子程序流程图。

具体实施方式

本发明是针对特种设备的需要而开发的低温制冷装置，如图1所示，本发明的低温制冷装置的制冷系统由依次连接的压缩机1、冷凝器2、毛细管4、蒸发器6组成，制冷系统还包括有第一电磁阀3、第二电磁阀5。第二电磁阀5并接在毛细管的两端，当第二电磁阀5打开时，毛细管形成短路，制冷剂直接从第二电磁阀5流过。第一电磁阀3并接在冷凝器2和毛细管4的管路上，第一电磁阀3的进口连接冷凝器2的进口，第一电磁阀3的出口连接毛细管4的出口，形成在冷凝器2和毛细管的制冷管路上并接一短管段，当第一电磁阀3打开时，从压缩机1出来的制冷剂直接从第一电磁阀3流进蒸发器6而不进入冷凝器2。

同时在蒸发器6上设置温度检测装置7，包括第一温度传感器和第二温度传感器，其中，第一温度传感器检测蒸发器6温度较低、容易结霜部位的温度，第二温度传感器检测温度较高、不容易出现结霜部位的温度。通常，蒸发器入口是蒸发器6中最容易结霜的部位，而蒸发器出口则是蒸发器6中温度较高、不容易出现结霜的位置。因此，在本实施例中，上述第一温度传感器用于检测蒸发器入口温度参数T，第二温度传感器用于检测蒸发器出口温度参数T1。根据测试和统计结果得知，T和T1通常满足T1≥T+5，这一规律可以为后续的控制方法提供部分依据。本发明根据蒸发器入口与出口的实时温度情况，通过控制第一电磁阀3和第二电磁阀5的开关状态，实现快速提升蒸发器温度。

图2、图3是本发明的控制方法的主程序和子程序流程图，其中，主程序控制低温制冷装置进行常规的制冷运行，子程序控制低温制冷装置进行化霜运行。在本实施例中，低温制冷装置的控制器每隔t秒对蒸发器入口温度T进行一次采样，在执行子程序中，还会对蒸发器出口温度T1进行采样，同样也是每间隔t秒进行一次采样，通过系统内部的计数器可以累计蒸发器入口温度的采样次数N，t的范围优选20-60秒，N优选3-10次。不过在其他实施例中，第一温度传感器和第二温度传感器也可以按需采样，即分别根据控制器的控制，实时或者延时一定时间之后检测蒸发器入口及出口的温度并生成相应的温度数据，提供给控制器读取和使用，而不必周期性地进行检测。下面，以N＝3、t＝20秒的周期性检测为例说明本发明的控制方法：

如图2所示，本发明的低温制冷装置的控制方法的主程序包括以下步骤：

步骤S11、低温制冷装置进行制冷运行。从压缩机1出来的高温高压制冷剂经过冷凝器2降温后，流向毛细管4节流降压，然后在蒸发器6中蒸发，再回到压缩机1中来。在本阶段，低温制冷装置的第一电磁阀3和第二电磁阀5都处于关闭状态。

步骤S12、检测第一温度传感器的温度数据是否小于或者等于第一预定温度；如果是，执行步骤S13；否则，返回执行步骤S11。

第一温度传感器每隔20秒进行一次采样，并将采样到的温度数据记录到系统特定的存储位置，然后由控制器读取上述第一温度传感器的采样到的温度数据。具体地，上述第一温度传感器的温度数据是指蒸发器入口温度T。在本实施例中，第一预定温度可以选择0℃附近的温度值，其中优选0℃。如果蒸发器入口温度T＞0℃，表明蒸发器没有出现结霜结冰现象，低温制冷装置处于正常的制冷运行状态，低温制冷装置可以继续执行常规的制冷运行。如果蒸发器入口温度T≤0℃，表明蒸发器可能已经出现结霜结冰现象，不过为了避免因不稳定因素影响产生的设备检查错误，导致误判，当检测到T≤0℃时，继续执行后续的步骤S13，同时将系统中对应蒸发器入口温度的采样次数N的计数器加1(计数器的初始值设置为0)。

步骤S13、判断第一温度传感器的温度数据是否累计N次小于或者等于第一预定温度，如果是，执行子程序(步骤S14)；否则，返回执行步骤S11。

控制器持续以每隔20秒检测一次的频率检测蒸发器入口的温度，当控制器检测到第一温度传感器的温度数据小于或者等于第一预定温度时，计数器加1。在检测过程中，如果连续检测到T≤0℃，则每检测到一次，计数器加1；不过，如果前一次检测到T≤0℃，而下一次检测到T＞0℃，则表明蒸发器6未结霜结冰、蒸发器6结霜结冰不严重或者上一次检测结果为误判等，此时将计数器清零(对应N＞1的情形)，后续检测过程重新开始计数。

当累计N次T≤0℃时(即计数器的计数值等于N)，表明蒸发器6已经开始结霜结冰。如果不采取措施，随着工作时间的加长，整个蒸发器6就会全部结霜结冰，容易产生故障及漏水，必须马上提升蒸发器6的温度。从避免误判同时兼顾除霜速度的角度出发，如前所述，本实施例中对应第一温度传感器的采样次数N优选三次。因此，本发明的低温制冷装置控制方法当检测到蒸发器入口温度已经累计三次T≤0℃时，控制器进入以快速提升蒸发器温度为目的的子程序，同时将N清零。上述对第一温度传感器的温度数据多次判断以避免误判的过程并非必要的，根据需要也可以将N设置为1，对于N＝1的情形，控制器不执行误判处理过程，而是在检测到T≤0℃之后马上执行子程序，同时将N清零。

在上述步骤S11之前还包括步骤S10：低温制冷装置开机，在接到运行命令之后进入步骤S11。

如图3所示，本发明的低温制冷装置的控制方法的子程序包括以下步骤：

步骤S21、打开第二电磁阀5，运行一预定时间，然后执行步骤S22。

进入子程序后，低温制冷装置的控制器控制第二电磁阀5打开，同时维持第一电磁阀3关闭。从压缩机1排出的高温制冷剂首先在冷凝器2中第一次冷凝后，进入到蒸发器6中，而由于毛细管4的阻力大，制冷剂将从阻力较小的第二电磁阀5所在的管路中流走而不走向毛细管4节流，制冷剂在蒸发器6内完成第二次冷凝放热，使蒸发器6的温度升高，实行化霜。

维持低温制冷装置在上述化霜状态下持续运行一预定时间，即使低温制冷装置在第一电磁阀3关而第二电磁阀5开的状态下运行一定的时间，在这段时间里蒸发器6依靠制冷剂的冷凝放热，温度上升，从而化霜，消除结霜结冰的现象。由于本实施例中，控制器执行采样的时间间隔通常是20秒，对结霜结冰的现象实行实时监测，确保在结霜结冰现象造成严重影响的之前将其检测出来。通常低温制冷装置以上述化霜过程运行60秒之后就能达到除霜的目的，因此前述预定时间可以选择三次采样所花费的时间，例如控制器对蒸发器入口温度连续三次采样所需的时间(即运行满60秒)。

步骤S22、检测第一温度传感器的温度数据是否大于或者等于第二预定温度；如果是，执行步骤S23；否则，执行步骤S24。

当低温制冷装置在第一电磁阀3关而第二电磁阀5开的状态下运行满前述预定时间之后，控制器读取第一温度传感器的采样到的温度数据，判断蒸发器入口温度T是否大于或者等于第二预定温度。在本实施例中，第二预定温度可以选择5℃附近的温度值，其中优选5℃。若T≥5℃，通常表明蒸发器6目前已经没有结霜结冰现象，无需继续化霜。若T＜5℃，表明蒸发器6很可能仍处于结霜结冰状态或者蒸发器6仍未摆脱结霜结冰的风险。

步骤S23、关闭第二电磁阀5，退出子程序，返回主程序执行常规的制冷运行。当T≥5℃，表明蒸发器6已经消除了结霜结冰的风险，不必继续将制冷剂从冷凝器2直接流入蒸发器6内冷凝放热，因此，控制器控制第二电磁阀5关闭，使低温制冷装置处于第一电磁阀3与第二电磁阀5都关闭的常规制冷运行状态，从冷凝器2出来的制冷剂经毛细管4节流再流入蒸发器6内。当然，为避免蒸发器6再出现结霜结冰现在，退出子程序后，低温制冷装置仍按照标准的主程序运行，周期性地检测蒸发器入口温度T，这一运行过程与前面相同，在此不再赘述。

步骤S24、检测第二温度传感器的温度数据是否小于或者等于第三预定温度；如果是，执行步骤S25；否则，返回执行步骤S22。

在本实施例中，第二温度传感器以每隔20秒进行一次的频率检测蒸发器出口的温度，并将采样到的温度数据记录到系统中特定的存储位置，该温度数据就是蒸发器出口温度T1。当然，在其他实施例中，第二温度传感器也可以仅在需要执行步骤S24的时候才进行检测并记录相应的蒸发器出口温度T1。

在本实施例中，第三预定温度可以选择0℃附近的温度值，其中优选0℃。当在步骤S22中检测到蒸发器入口温度T＜5℃时，控制器读取第二温度传感器的温度数据(即蒸发器出口温度T1)然后进行判断：若T1＞0℃，低温制冷装置返回执行步骤S22；若T1≤0℃，低温制冷装置执行步骤S25。

具体地，当蒸发器出口温度T1＞0℃时，表明蒸发器结霜结冰现象没有进一步严重的趋势，低温制冷装置返回执行步骤S22，在第一电磁阀3关闭且第二电磁阀5打开的状态下运行，最后如果检测到蒸发器入口温度T≥5℃，执行步骤S23，关闭第二电磁阀5，结束子程序，返回主程序执行常规的制冷运行。若T1≤0℃，则表明单以冷凝器2出来的制冷剂提高蒸发器6的温度的措施还不能解决蒸发器6结霜的问题，蒸发器6需要用更高温度的制冷剂来提升温度。这时，需要执行步骤S25。

步骤S25、打开第一电磁阀3，执行步骤S26。

控制器控制第一电磁阀3打开，压缩机1排出的高温制冷剂经第一电磁阀3所在的管路直接回到蒸发器6中，制冷剂在蒸发器6中直接冷凝放热，可有效迅速地提高蒸发器6的温度，避免蒸发器6结霜结冰。

步骤S26、检测第一温度传感器的温度数据是否大于或者等于第四预定温度；如果是，执行步骤S27。

如前所述，在本实施例中，第一温度传感器以每隔20秒进行一次的频率获取蒸发器入口温度T。第四预定温度可以选择5℃附近的温度值，其中优选5℃。如果检测到T≥5℃，通常表明蒸发器6目前已经没有结霜结冰现象，无需继续化霜，低温制冷装置执行步骤S27。如果检测到T＜5℃，表明蒸发器6可能仍处于结霜结冰状态，低温制冷装置继续在第一电磁阀3打开的状态下运行并持续检测蒸发器入口温度T，直至检测到T≥5℃时，执行步骤S27。在第一电磁阀3打开时，压缩机1排出的制冷剂直接经第一电磁阀3回到蒸发器6中，此时第二电磁阀5的状态对低温制冷装置的影响不大。

步骤S27、关闭第一电磁阀3和第二电磁阀5，退出子程序，返回主程序执行常规的制冷运行。

如果蒸发器入口温度T≥5℃，蒸发器6基本上已经不存在结霜结冰现象，低温制冷装置将第一电磁阀3和第二电磁阀5恢复到常规的制冷运行的状态，执行常规的制冷运行。

通常，第一预定温度和第三预定温度都用于指示蒸发器是已经结霜，而第二预定温度和第四预定温度都用于指示蒸发器未结霜，因此，第一预定温度和第三预定温度可以设定为相同的温度值，第二预定温度和第四预定温度也可以设定为相同的温度值，且第一预定温度和第三预定温度的温度值小于第二预定温度和第四预定温度的温度值。

综上所述，本发明的低温制冷装置通过在制冷系统内设置两个电磁阀并且通过相应的控制方法进行合理的控制，从而当蒸发器的温度过低时，可以让从冷凝器出来高压制冷剂不经毛细管节流就流到蒸发器中，甚至可以让从压缩机出来的高温高压制冷剂直接向蒸发器喷射，制冷剂在蒸发器中冷凝放热，迅速提高蒸发器温度，有效避免了蒸发器结冰结霜现象。

Claims (9)

1.一种低温制冷装置，包括依次连接的压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器，其特征在于，还包括第一电磁阀、第二电磁阀，设置在蒸发器上的第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一电磁阀的进口连接冷凝器的进口，所述第一电磁阀的出口连接毛细管的出口，所述第二电磁阀并接在毛细管的两端；所述第一温度传感器设置在蒸发器的入口位置，所述第二温度传感器设置在蒸发器的出口位置。

2.根据权利要求1所述的一种低温制冷装置的控制方法，其特征在于，包括主程序和子程序，所述主程序包括以下步骤：

A、低温制冷装置进行制冷运行；

B、检测第一温度传感器的温度数据是否小于或者等于第一预定温度；如果是，执行所述子程序；否则，执行步骤A；

所述子程序包括以下步骤：

a、打开第二电磁阀，运行一预定时间；

b、检测第一温度传感器的温度数据是否大于或者等于第二预定温度；如果是，执行步骤c；否则，执行步骤d；

c、关闭第二电磁阀，执行常规的制冷运行；

d、检测第二温度传感器的温度数据是否小于或者等于第三预定温度；如果是，执行步骤e；否则，返回执行步骤b；

e、打开第一电磁阀；

f、检测第一温度传感器的温度数据是否大于或者等于第四预定温度；如果是，执行步骤g；

g、关闭第一电磁阀和第二电磁阀，执行常规的制冷运行。

3.根据权利要求2所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤A之前，所述方法还包括：低温制冷装置开机，在接到运行命令之后进入步骤A。

4.根据权利要求2所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，当检测第一温度传感器的温度数据小于或者等于第一预定温度时，执行所述子程序的步骤还包括：判断第一温度传感器的温度数据是否累计N次小于或者等于所述第一预定温度，如果是，执行所述子程序；否则，执行步骤A。

5.根据权利要求4所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，所述N取3-10之间的数值。

6.根据权利要求2所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，所述第一温度传感器的温度数据是指蒸发器入口温度；所述第二温度传感器的温度数据是指蒸发器出口温度。

7.根据权利要求6所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，所述第一温度传感器和第二温度传感器都是每隔20秒进行一次温度采样。

8.根据权利要求2所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，所述预定时间是60秒。

9.根据权利要求2至8任一项所述的低温制冷装置的控制方法，其特征在于，所述第一预定温度、第二预定温度、第三预定温度、第四预定温度分别是0℃、5℃、0℃、5℃。

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