CN105066491A - 一种单级混合工质低温制冷系统及其控制方法 - Google Patents

一种单级混合工质低温制冷系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单级混合工质低温制冷系统及其控制方法，包括气液分离器单元、压缩机单元、油分离器单元、风冷冷凝器单元、干燥器单元、回热器单元、节流单元、蒸发器单元。还包括一个对制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节系统，其包括：第一常闭电磁阀、第三常闭电磁阀、高沸点工质调节罐、第四常闭电磁阀、控制单元、第二常闭电磁阀、低沸点工质调节罐；通过控制单元采集压缩机单元吸排气压力以及调节罐的压力参数，并对电磁阀输出控制指令，对制冷系统中的混合工质流量及组分比例进行调节，使得单级混合工质低温制冷系统能够高效、稳定地制取低温。

Description

一种单级混合工质低温制冷系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及低温制冷技术，尤其涉及一种单级混合工质低温制冷系统及其控制方法。
背景技术
单级混合工质节流制冷系统通过使用单台压缩机对混合工质进行压缩，然后高压高温混合工质经过冷凝器冷凝为气液两相，再进入回热器中进一步降低温度，最后经过节流装置节流降温，以此制取低温。由于该制冷技术结构简单、压比小、制冷高效以及低温端无运动部件，因此在生物医学、真空镀膜以及石油化工等领域得到广泛的应用。
单级混合工质节流制冷系统在降温过程中，系统内的混合工质逐渐由气相冷却为液相，为了保证制冷系统在制冷温度达到目标温度时，节流前后仍能维持较大的压差，以保证制冷性能，混合工质需要足够大的充灌质量，然而这会造成混合工质节流制冷在开机时，高低压会过大，造成压缩机功率及排气温度过高。虽然可以采用压差控制的变流量节流阀应对制冷系统开机时压缩机排气压力过大的问题，但是这依旧无法解决压缩机吸气压力过大，压缩机功率过大的问题。
另外，由于单级混合工质节流制冷系统由于需要制取较低的温度，因此需要充灌足够量的低沸点工质组分。然而这样除了会造成前面提到的开机高低压过大的问题外，还会带来制冷系统在高温工况时的降温性能下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种单级混合工质低温制冷系统及其控制方法，以实现低温制冷系统快速、高效、稳定的降温。
本发明通过下述技术方案实现：
一种单级混合工质低温制冷系统，包括气液分离器单元1、压缩机单元2、油分离器单元3、风冷冷凝器单元4、干燥器单元5、回热器单元9、节流单元10、蒸发器单元11；
所述气液分离器单元1通过管路依次连接压缩机单元2、油分离器单元3、风冷冷凝器单元4、干燥器单元5、回热器单元9的高压端入口；
所述回热器单元9的高压端出口依次通过节流单元10、蒸发器单元11连接回热器单元9的低压端入口；所述回热器单元9的低压端出口通过管路连接气液分离器单元1的入口；
所述单级混合工质低温制冷系统，还包括一个对制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节系统。
所述调节系统包括：第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、高沸点工质调节罐8、第四常闭电磁阀12、控制单元13、第二常闭电磁阀14、低沸点工质调节罐15；
所述第一常闭电磁阀6入口端和第三常闭电磁阀7的入口端并联在回热器单元9高压端入口的管路上；
所述第四常闭电磁阀12的出口端和第二常闭电磁阀14的出口端并联在回热器单元9低压端出口的管路上；
所述第一常闭电磁阀6的出口端连接低沸点工质调节罐15的入口端，低沸点工质调节罐15的出口端连接第二常闭电磁阀14的入口端；所述第三常闭电磁阀7的的出口端连接高沸点工质调节罐8的入口端，高沸点工质调节罐8的出口端连接第四常闭电磁阀12的入口端；
所述控制单元13通过采集压缩机吸排气压力，控制第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、第四常闭电磁阀12和第二常闭电磁阀14的开启与关闭，实现对单级混合工质低温制冷系统制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节。
上述单级混合工质低温制冷系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1、开机运行时，压缩机单元2启动，同时第一常闭电磁阀6打开，将高压混合工质放进低沸点工质调节罐15中，待低沸点工质调节罐15中的压力与压缩机单元2的排气压力相等时，第一常闭电磁阀6关闭；然后第四常闭电磁阀12打开，此时，高沸点工质调节罐8中的混合工质参与到整个制冷系统循环中，待高沸点工质调节罐8中的压力与压缩机单元2的吸气压力相等时，第四常闭电磁阀12关闭；
步骤2、待压缩机单元2排气压力低于14bar时，第二常闭电磁阀14打开，此时，低沸点工质调节罐15中的混合工质参与到整个制冷系统中，待低沸点工质调节罐15中的压力与压缩机单元2的吸气压力相等时，第二常闭电磁阀14关闭；
步骤3、停机前，第三常闭电磁阀7打开，将混合工质放入高沸点工质调节罐8中，待高沸点工质调节罐8中的压力与压缩机单元2的排气压力相等时，第三常闭电磁阀7关闭，然后压缩机单元2停机；
从而，通过控制单元13采集压缩机吸排气压力，控制第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、第四常闭电磁阀12和第二常闭电磁阀14的开启与关闭，实现对单级混合工质低温制冷系统制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节。
本发明通过控制单元采集压缩机单元吸排气压力以及调节罐的压力参数，并对四个常闭电磁阀输出控制指令，对制冷系统中的混合工质流量及组分比例进行调节，使得单级混合工质低温制冷系统能够高效、稳定地制取低温。
本发明工艺、结构简单，较好的解决了现有技术存在的降温速度慢、效低、不稳定等缺点。
附图说明
图1为本发明单级混合工质低温制冷系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明单级混合工质低温制冷系统，包括气液分离器单元1、压缩机单元2、油分离器单元3、风冷冷凝器单元4、干燥器单元5、回热器单元9、节流单元10、蒸发器单元11；
所述气液分离器单元1通过管路依次连接压缩机单元2、油分离器单元3、风冷冷凝器单元4、干燥器单元5、回热器单元9的高压端入口；
所述回热器单元9的高压端出口依次通过节流单元10、蒸发器单元11连接回热器单元9的低压端入口；所述回热器单元9的低压端出口通过管路连接气液分离器单元1的入口；
所述单级混合工质低温制冷系统，还包括一个对制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节系统。
所述调节系统包括：第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、高沸点工质调节罐8、第四常闭电磁阀12、控制单元13、第二常闭电磁阀14、低沸点工质调节罐15；
所述第一常闭电磁阀6入口端和第三常闭电磁阀7的入口端并联在回热器单元9高压端入口的管路上；
所述第四常闭电磁阀12的出口端和第二常闭电磁阀14的出口端并联在回热器单元9低压端出口的管路上；
所述第一常闭电磁阀6的出口端连接低沸点工质调节罐15的入口端，低沸点工质调节罐15的出口端连接第二常闭电磁阀14的入口端；所述第三常闭电磁阀7的的出口端连接高沸点工质调节罐8的入口端，高沸点工质调节罐8的出口端连接第四常闭电磁阀12的入口端；
所述控制单元13通过采集压缩机吸排气压力，控制第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、第四常闭电磁阀12和第二常闭电磁阀14的开启与关闭，实现对单级混合工质低温制冷系统制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节。
所述节流单元10可以采用固定流通面积的节流装置，如长度不变的毛细管。
单级混合工质低温制冷系统，在充灌混合工质时，第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、第四常闭电磁阀12、第二常闭电磁阀14都处于关闭状态，低沸点工质调节罐15充灌混合工质中沸点最低的工质，而高沸点工质调节罐8则充灌混合工质中沸点最高的工质，制冷系统再充灌剩余的混合工质质量。
单级混合工质低温制冷系统的控制方法，可通过如下步骤实现：
开机运行时，压缩机单元2启动，同时第一常闭电磁阀6打开，将高压混合工质放进低沸点工质调节罐15中，待低沸点工质调节罐15中的压力与压缩机单元2的排气压力相等时，第一常闭电磁阀6关闭；然后第四常闭电磁阀12打开，此时，高沸点工质调节罐8中的混合工质参与到整个制冷系统循环中，待高沸点工质调节罐8中的压力与压缩机单元2的吸气压力相等时，第四常闭电磁阀12关闭；
待压缩机单元2排气压力低于14bar时，第二常闭电磁阀14打开，此时，低沸点工质调节罐15中的混合工质参与到整个制冷系统中，待低沸点工质调节罐15中的压力与压缩机单元2的吸气压力相等时，第二常闭电磁阀14关闭；
停机前，第三常闭电磁阀7打开，将混合工质放入高沸点工质调节罐8中，待高沸点工质调节罐8中的压力与压缩机单元2的排气压力相等时，第三常闭电磁阀7关闭，然后压缩机单元2停机；
从而，通过控制单元13采集压缩机吸排气压力，控制第一常闭电磁阀6、第三常闭电磁阀7、第四常闭电磁阀12和第二常闭电磁阀14的开启与关闭，实现对单级混合工质低温制冷系统制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单级混合工质低温制冷系统，其特征在于：包括气液分离器单元(1)、压缩机单元(2)、油分离器单元(3)、风冷冷凝器单元(4)、干燥器单元(5)、回热器单元(9)、节流单元(10)、蒸发器单元(11)；
所述气液分离器单元(1)通过管路依次连接压缩机单元(2)、油分离器单元(3)、风冷冷凝器单元(4)、干燥器单元(5)、回热器单元(9)的高压端入口；
所述回热器单元(9)的高压端出口依次通过节流单元(10)、蒸发器单元(11)连接回热器单元(9)的低压端入口；所述回热器单元(9)的低压端出口通过管路连接气液分离器单元(1)的入口；
所述单级混合工质低温制冷系统，还包括一个对制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节系统。
2.根据权利要求1所述的单级混合工质低温制冷系统，其特征在于，所述调节系统包括：第一常闭电磁阀(6)、第三常闭电磁阀(7)、高沸点工质调节罐(8)、第四常闭电磁阀(12)、控制单元(13)、第二常闭电磁阀(14)、低沸点工质调节罐(15)；
所述第一常闭电磁阀(6)入口端和第三常闭电磁阀(7)的入口端并联在回热器单元(9)高压端入口的管路上；
所述第四常闭电磁阀(12)的出口端和第二常闭电磁阀(14)的出口端并联在回热器单元(9)低压端出口的管路上；
所述第一常闭电磁阀(6)的出口端连接低沸点工质调节罐(15)的入口端，低沸点工质调节罐(15)的出口端连接第二常闭电磁阀(14)的入口端；所述第三常闭电磁阀(7)的的出口端连接高沸点工质调节罐(8)的入口端，高沸点工质调节罐(8)的出口端连接第四常闭电磁阀(12)的入口端；
所述控制单元(13)通过采集压缩机吸排气压力，控制第一常闭电磁阀(6)、第三常闭电磁阀(7)、第四常闭电磁阀(12)和第二常闭电磁阀(14)的开启与关闭，实现对单级混合工质低温制冷系统制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节。
3.权利要求1或2所述单级混合工质低温制冷系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、开机运行时，压缩机单元(2)启动，同时第一常闭电磁阀(6)打开，将高压混合工质放进低沸点工质调节罐(15)中，待低沸点工质调节罐(15)中的压力与压缩机单元(2)的排气压力相等时，第一常闭电磁阀(6)关闭；然后第四常闭电磁阀(12)打开，此时，高沸点工质调节罐(8)中的混合工质参与到整个制冷系统循环中，待高沸点工质调节罐(8)中的压力与压缩机单元(2)的吸气压力相等时，第四常闭电磁阀(12)关闭；
步骤2、待压缩机单元(2)排气压力低于14bar时，第二常闭电磁阀(14)打开，此时，低沸点工质调节罐(15)中的混合工质参与到整个制冷系统中，待低沸点工质调节罐(15)中的压力与压缩机单元(2)的吸气压力相等时，第二常闭电磁阀(14)关闭；
步骤3、停机前，第三常闭电磁阀(7)打开，将混合工质放入高沸点工质调节罐(8)中，待高沸点工质调节罐(8)中的压力与压缩机单元(2)的排气压力相等时，第三常闭电磁阀(7)关闭，然后压缩机单元(2)停机；
从而，通过控制单元(13)采集压缩机吸排气压力，控制第一常闭电磁阀(6)、第三常闭电磁阀(7)、第四常闭电磁阀(12)和第二常闭电磁阀(14)的开启与关闭，实现对单级混合工质低温制冷系统制冷剂质量流量以及循环组分浓度的调节。
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