CN103673421A - 具有双功能备份的制冷系统及备份方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有双功能备份的制冷系统及备份方法，包括蒸汽压缩制冷循环、热气旁通控制支路、第一备份支路、第二备份支路，所述的蒸汽压缩制冷循环包括顺次循环连接的压缩机、冷凝器、储液器、第一干燥过滤器、蒸发器、气液分离器；所述热气旁通控制支路设置于压缩机与蒸发器之间；所述第一备份支路设置于储液器与蒸发器之间；所述第二备份支路设置于压缩机与第三电子控制阀之间；所述第二备份支路与第一备份支路共用第三电子控制阀、第五截止阀。本发明通过设置第一、第二备份支路有效的提高机组的可靠性，具有设计简单，隔离和维修方便。

Description

具有双功能备份的制冷系统及备份方法

 

技术领域

    本发明涉及一种制冷领域，具体涉及一种具有双功能备份的制冷系统。

背景技术

随着近年来制冷产品控制技术的快速发展，精确控制技术上已不再是瓶颈，但随着控制器件和控制逻辑的不断升级，其任务可靠性越来越受到重视，特别在一些关键的温度保障区域，需要有高可靠的制冷产品来运行。例如，一些大功率雷达、激光装备为完成某项重要任务，要求配套制冷产品在执行任务期间的可靠性指标很高，不允许出现差错，而不采取相应措施的产品往往无法满足要求。有时不得以采用整套产品的备份来保障不出问题，但也会经常受到空间、成本和控制的限制，而难以解决。

在蒸汽压缩制冷循环中除压缩机自身故障外，常见故障还发生在：膨胀阀、电磁阀、旁通阀和干燥过滤器等制冷配件上，若这些配件发生故障，制冷系统只能停止使用，并将丧失制冷功能。以往设计常会对某个配件进行并联或另有旁通使用，例如过滤器的更换，而相对模块化的串并联组合备份系统或支路运用不多。另外，一般空调或冷液中的膨胀阀、热气旁通阀往往是不同形式、不同规格的，通常不考虑统型。那么如何满足制冷产品在空间、成本受限的条件下，实现在线备份、切换、隔离和维修，减少品种数，提高执行任务期间的可靠性，近年来也得到广泛关注。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种双功能备份的制冷系统，有效的提高机组的可靠性，具有设计简单，隔离和维修方便等特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双功能备份的制冷系统，包括蒸汽压缩制冷循环、热气旁通控制支路、第一备份支路、第二备份支路，所述热气旁通控制支路设置于压缩机与蒸发器之间，所述第一备份支路设置于储液器与蒸发器之间，所述第二备份支路设置于压缩机与第三电子控制阀之间。

所述蒸汽压缩制冷循环包括顺次连接压缩机、冷凝器、储液器、第一干燥过滤器、蒸发器、气液分离器；所述压缩机的输出口通过单向阀与冷凝器输入口连接；所述冷凝器输出口通过第一截止阀与第一干燥过滤器输入口连接；第一干燥过滤器输出口与蒸发器的输入口连接，中间依次设置第一视镜、第一电子控制阀、第二截止阀；所述蒸发器的输出口与气液分离器的输入口连接；所述气液分离器的输出口与压缩机的输入口连接，构成制冷回路。

所述热气旁通控制支路包括顺次连接第三截止阀、第二电子控制阀、第三截止阀；所述第三截止阀的输入口与压缩机的输出口连接；所述第三截止阀的输出口与第二电子控制阀的输入口连接；所述第二电子控制阀的输出口与第三截止阀的输入口连接；所述第三截止阀的输出口与蒸发器的输入口连接。

所述第一备份支路包括顺次连接第四截止阀、第一电磁阀、第二干燥过滤器、第二视镜、第三电子控制阀、第五截止阀；所述第四截止阀的输入口与储液器的输出口连接；所述第四截止阀的输出口与第一电磁阀的输入口连接；所述第一电磁阀的输出口与第二干燥过滤器的输入口连接；所述第二干燥过滤器的输出口与第三电子控制阀输入口连接，中间设置有第二视镜；所述第三电子控制阀输出口与第五截止阀的输入口连接；所述第五截止阀的输出口与蒸发器连接。

所述第二备份支路包括顺次连接第六截止阀、第二电磁阀、第三电子控制阀、第五截止阀；所述第六截止阀的输入口与压缩机的输出口连接；所述第六截止阀的输出口与第二电磁阀的输入口连接；所述第二电磁阀的输出口与第三电子控制阀输入口连接；第三电子控制阀输出口与第五截止阀的输入口连接；所述第五截止阀的输出口与蒸发器连接。

所述第二备份支路与第一备份支路共用第三电子控制阀、第五截止阀。

所述蒸发器是翅片式换热器、板式换热器中的一种。

所述的截止阀为手动截止阀，正常处于常开状态。

所述电磁阀为常状态。

本发明为了实现机组尽量减少零部件的品种，选用电子控制阀，可以替代电子膨胀阀，也可替代热气旁通阀，并且在工作时电子控制阀可以实现完全关闭。电子控制阀的开度一般由步进电机驱动阀芯移动，实现制冷剂流量的精确控制。

本发明的备份方法，包括以下步骤：

（1）关闭蒸汽压缩制冷循环，打开第一备份支路；

当蒸汽压缩制冷循环中储液器输出口与蒸发器输入口之间设置的电子控制阀、干燥过滤器、视镜显示等出现故障时，通过关闭蒸汽压缩制冷循环中的截止阀，实现蒸汽压缩制冷循环中从储液器出口至蒸发器进口之间的备份，即干燥、过滤、观测、节流降压等备份。此时，电子控制阀当作电子膨胀阀来使用和控制。

（2）关闭热气旁通控制支路，打开第二备份支路；

a、当热气旁通控制支路出现故障时，第二备份支路上的电子控制阀作为热气旁通阀来使用和控制。

b、当被冷却对象降温接近设定温度时，为了获得稳定的温度控制，在压缩机不关闭或不卸载气缸的情况下，通过PID等调节技术，通过控制第二备份支路中的电子控制阀的开度，从而使压缩机的部分热气直接进入蒸发器进行温度平衡，实现热气旁通等功能。

本发明的优点：

1、本发明通过对蒸汽压缩制冷循环增设第一备份支路，实现干燥、过滤、观测、节流降压组合功能的备份；

2、本发明通过对热气旁通控制支路增设第二备份支路，实现压缩机的部分热气直接进入蒸发器进行温度平衡，形成热气旁通功能的备份；

3、本发明通过第二备份支路与第一备份支路共用第三电子控制阀、第五截止阀，相比设置两条独立备份支路节省了1只电子控制阀和1只截止阀；

4、本发明通过在备份支路和热气旁通控制支路上使用电子控制阀，来替代电子膨胀阀和热气旁通阀，实现备份支路上的统一共享，减少了部件品种数；

5、本发明通过使用电子控制阀，可以在不影响系统的其他功能的前提下实现对本系统冷剂流量的精确控制；

6、本发明通过在蒸汽压缩制冷循环、热气旁通控制支路、第一备份支路、第二备份支路上设置手动截止阀，可以实现机组在线运转时维修，不影响在线维修任务，且可以实现故障件的彻底隔离和关闭；

7、本发明中第一备份支路、第二备份支路宜设计成模块组，便于更换；

8、本发明设计简单，通过对压缩制冷循环中失效率较高的配件进行巧妙备份，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图中：1-压缩机，2-单向阀，3-冷凝器，4-储液器，5、9、12、14、21、26、31-截止阀，6、23-干燥过滤器，7、24-视液镜，8、13、25-电子控制阀，10-蒸发器，11-气液分离器，22、32-电磁阀。

 

具体实施方式

如图1所示，一种双功能备份的制冷系统，包括蒸汽压缩制冷循环、热气旁通控制支路、第一备份支路、第二备份支路，其中热气旁通控制支路设置于压缩机1与蒸发器10之间，第一备份支路设置于储液器4与蒸发器10之间，第二备份支路设置于压缩机1与第三电子控制阀25之间。

蒸汽压缩制冷循环包括顺次连接压缩机1、冷凝器3、储液器4、第一干燥过滤器6、蒸发器10、气液分离器11；所述压缩机1的输出口通过单向阀2与冷凝器3输入口连接；冷凝器3输出口通过第一截止阀5与第一干燥过滤器6输入口连接；第一干燥过滤器6输出口与蒸发器10的输入口连接，中间依次设置第一视镜7、第一电子控制阀8、第二截止阀9；蒸发器10的输出口与气液分离器11的输入口连接；气液分离器11的输出口与压缩机1的输入口连接，构成制冷回路。

热气旁通控制支路包括顺次连接第三截止阀12、第二电子控制阀13、第三截止阀14；第三截止阀12的输入口与压缩机1的输出口连接；第三截止阀12的输出口与第二电子控制阀13的输入口连接；第二电子控制阀13的输出口与第三截止阀14的输入口连接；第三截止阀14的输出口与蒸发器10的输入口连接。

第一备份支路包括顺次连接第四截止阀21、第一电磁阀22、第二干燥过滤器23、第二视镜24、第三电子控制阀25、第五截止阀26；第四截止阀21的输入口与储液器4的输出口连接；第四截止阀21的输出口与第一电磁阀22的输入口连接；第一电磁阀22的输出口与第二干燥过滤器23的输入口连接；第二干燥过滤器23的输出口与第三电子控制阀25输入口连接，中间设置有第二视镜24；第三电子控制阀25输出口与第五截止阀26的输入口连接；第五截止阀26的输出口与蒸发器10连接。

第二备份支路包括顺次连接第六截止阀31、第二电磁阀32、第三电子控制阀25、第五截止阀26；第六截止阀31的输入口与压缩机1的输出口连接；第六截止阀31的输出口与第二电磁阀32的输入口连接；第二电磁阀32的输出口与第三电子控制阀25输入口连接；第三电子控制阀25输出口与第五截止阀26的输入口连接；第五截止阀26的输出口与蒸发器10连接。

在可靠性设计中，衡量产品或系统的可靠性有两个重要指标：即基本可靠性（MTBF）和任务可靠性（MTBCF）。其中，基本可靠性与构成产品（或系统）的所有单元（器件）的全串联模型相关，包括备份件；任务可靠性则与执行任务中完成规定功能的模型相关，是一个串联、并联及旁联的复杂模型。其计算有各自的数学模型。为便于分析和说明本发明的特点，假设该制冷系统中，“压缩机+单向阀+冷凝器+冷凝风机+储液器+蒸发器+蒸发风机+气液分离器+管系”的失效率λ₂₀＝7.0×10^－5、截止阀失效率λ₂₁＝0.2×10^－6、电磁阀失效率λ₂₂＝4.0×10^－6、干燥过滤器失效率λ₂₃＝1.4×10^－6、视镜失效率λ₂₄＝0.2×10^－6、电子控制阀失效率λ₂₅＝4.0×10^－6；且寿命分布为指数分布。

若没有备份支路时，制冷系统（包括蒸汽压缩制冷循环+热气旁通控制支路）的基本失效率λ₁＝λ₂₀+4×λ₂₁+λ₂₃+λ₂₄+2×λ₂₅＝8.04×10^－5。则基本可靠性（MTBF）＝1/λ₁≈12438h；在执行制冷工作时，任务可靠性（MTBCF）与基本可靠性（MTBF）相同。

若在上述基础上，按本发明增加备份支路，制冷系统的基本失效率λ₁’＝λ₁+3×λ₂₁+2×λ₂₂+λ₂₃+λ₂₄+λ₂₅＝9.46×10^－5。则基本可靠性（MTBF）’＝1/λ₁’≈10571h；在执行制冷工作时，若按在线可修复来算，该备份支路的失效率很低（<1×10^－7）,忽略不计，则任务可靠性（MTBCF）’≈1/λ₂₀＝14286h。从结果可以看出：基本可靠性下降了1867 h，但任务可靠性上升了1848 h，解决了执行任务期间的可靠性增长的现实要求。

若第二备份支路与第一备份支路不设共用部分（第三电子控制阀、第五截止阀共用），则制冷系统的基本失效率λ₁”＝λ₁+4×λ₂₁+2×λ₂₂+λ₂₃+λ₂₄+2×λ₂₅＝9.88×10^－5。则基本可靠性（MTBF）”＝1/λ₁” ≈10121h。与本发明的备份支路相比：基本可靠性下降了450 h，而任务可靠性基本不变。

Claims (6)

1.一种具有双功能备份的制冷系统，包括蒸汽压缩制冷循环、热气旁通控制支路，其特征在于：所述第一备份支路设置于储液器与蒸发器之间，所述第二备份支路设置于压缩机与第三电子控制阀之间。

2.根据权利要求1所述的具有双功能备份的制冷系统，其特征在于：所述第一备份支路设有第四截止阀、第一电磁阀、第二干燥过滤器、第二视镜、第三电子控制阀、第五截止阀。

3.根据权利要求1所述的具有双功能备份的制冷系统，其特征在于：所述第二备份支路设有第六截止阀、第二电磁阀、第三电子控制阀、第五截止阀。

4.根据权利要求2或3所述的具有双功能备份的制冷系统，其特征在于：所述第二备份支路与第一备份支路共用第三电子控制阀、第五截止阀。

5.根据权利要求2或3所述的具有双功能备份的制冷系统，其特征在于：所述电磁阀为常闭状态。

6.一种实现权利要求1-5所述的具有双功能备份的制冷系统的备份方法，包括如下步骤：

（1）关闭蒸汽压缩制冷循环，打开第一备份支路；

当蒸汽压缩制冷循环中储液器输出口与蒸发器输入口之间设置的电子控制阀、干燥过滤器、视镜显示等出现故障时，通过关闭蒸汽压缩制冷循环中的截止阀，实现蒸汽压缩制冷循环中从储液器出口至蒸发器进口之间的备份，即干燥、过滤、观测、节流降压等备份；此时，电子控制阀当作电子膨胀阀来使用和控制；

（2）关闭热气旁通控制支路，打开第二备份支路；

a、当热气旁通控制支路出现故障时，第二备份支路上的电子控制阀作为热气旁通阀来使用和控制；

b、当被冷却对象降温接近设定温度时，为了获得稳定的温度控制，在压缩机不关闭或不卸载气缸的情况下，通过PID等调节技术，通过控制第二备份支路中的电子控制阀的开度，从而使压缩机的部分热气直接进入蒸发器进行温度平衡，实现热气旁通等功能。

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