CN105526762B - 双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，包括以下步骤：拾取优先控制间室和次级控制间室的当前温度；监测优先控制间室压缩机的开停机状态：如果优先控制间室压缩机为停机状态，则对次级控制间室拾取的当前温度与设定的开机温度、停机温度以及温度偏移量E1和E2进行逻辑比较控制压缩机开停机；如果优先控制间室压缩机为开机状态，则对次级控制间室拾取的当前温度与设定的开机温度、停机温度以及温度偏移值E3和E4进行逻辑比较控制压缩机开停机；本发明应用在能量耦合的双压缩机双制冷回路冰箱中，可以延长两个制冷回路同时启动制冷，即耦合运行的时间，提高系统运行的效率。
Description
技术领域
本发明涉及冰箱温控技术，具体涉及双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法。
背景技术
随着时代的发展和人们生活水平的提高，消费者不仅关注冰箱的能耗水平，还对冰箱的形式、功能等提出了一些新要求。冰箱已由原来简单的食品低温贮藏箱，向精确控温、大容积、多温区、节能环保、保质保鲜等高品质的方面发展。传统冰箱的单循环回路在设计多温位冰箱时难以保证各温位温度的精确控制，同时很难避免换热温差大引起的不可逆损失。因此，企业和科研单位也开始关注多回路循环的系统。
双压缩机双循环冰箱系统远优于其他冰箱系统的温控效果，有着巨大的发展潜力，但存在初始成本的加大和节能效果不理想等问题。公开号为CN 102364266A的专利文献公开了一种双温位的蒸汽压缩冷变换器，将其应用于双压缩机双循环冰箱系统时，可以实现高、低温间室循环的耦合运行，得到耦合双循环冰箱系统，从而提高整个系统的效率。该系统比传统利用单一制冷循环提供双温位冷量的系统在温度控制方面更为合理，系统更加稳定，而且效率更高，优势明显。在保留双压缩机双循环冰箱系统良好温控效果的前提下，改善了其节能效果不明显的问题。
现有的冰箱温度控制方式，如公开号CN 104236249A的专利文献公开了一种冰箱及其冷藏室的温度的控制方法，该方法将温度传感器设于冷藏室内，直接感测冷藏室内的温度并输出为温度感测信号，控制器接收温度感测信号并据此获取冷藏室的当前温度，将冷藏室的当前温度与用户设定的冷藏室温度进行比较，当冷藏室当前温度超过冷藏室设定温度至第一阀值时，控制器控制压缩机开机，当冷藏室的当前温度低于冷藏室的设定温度至第二阀值时，控制器控制压缩机关机。此专利通过设定确定的温度阀值控制压缩机的开停机，维持冷藏室的温度在设定温度附近波动，满足冰箱使用要求。
又如公开号CN 1278093C的专利文献冰箱温度的控制方法，该方法将冷藏室的工作状态划分为三个或三个以上的档位，每个档位有各自的开机温度和停机温度，该方法不仅采集冷藏室内环境温度，还通过加装环境温度传感器采集外界环境的当前环境温度，并根据采集的外界环境温度，确定一个调整值ΔT×a，在各个档位的开停机温度上同步加上调整值ΔT×a，其中ΔT＝当前环境温度-基准温度(25℃)，a为环境温度每变化1℃，对应调整的温度，0.2<a<0.6。此专利通过在开停机温度上加上一个调整值ΔT×a，开停机温度能随环境温度而变化，使冰箱能在多种环境温度下进行制冷匹配，使冰箱能适应不同季节和气候的环境。
上述冰箱温度控制方法以及其他现有冰箱控制方法的主要目的均是提高冰箱间室内的温度控制精度。常见的手段为判断某项指标(温度、时间等)是否达到设定值，然后启动下一步的工作流程(压缩机开停、风机开停等)，而这个设定值通常是已经确定的。这类温度控制方法能够实现间室内温度的精确控制，但是不能满足具有“蒸汽压缩冷变换器”的耦合双循环制冷系统的特殊控制要求。对于耦合双循环制冷系统而言，要提高系统的效率，发挥系统的节能潜力，必须保证系统的高温间室循环和低温间室循环尽可能同时启动制冷(耦合运行)，避免两个制冷循环长时间单独运行。
发明内容
本发明提供了一种双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，可以延长冰箱的两个制冷回路同时启动制冷的时间，即耦合运行时间，缩短两个制冷回路单独运行的时间，提高系统的制冷效率。
一种双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，所述双压缩机双制冷回路冰箱包括：高温控制间室和对应的高温制冷回路以及低温控制间室和对应的低温制冷回路，所述高温制冷回路和低温制冷回路能量耦合；
控制方法包括以下步骤：
(1)设定高温控制间室和低温控制间室中任意一个为优先控制间室，对应的制冷回路为优先制冷回路，另一个为次级控制间室，对应的制冷回路为次级制冷回路；
优先制冷回路中优先控制间室设定的开机温度为TPmax，停机温度为TPmin；次级制冷回路中次级控制间室设定的开机温度为TSmax，停机温度为TSmin；
(2)拾取优先控制间室和次级控制间室的当前温度TP和TS；
(3)对优先控制间室拾取的当前温度TP与设定的开机温度TPmax和停机温度TPmin进行逻辑比较：
如果TP≤TPmin，则使优先控制间室压缩机停机，
如果TP≥TPmax，则使优先控制间室压缩机开机，
如果TPmin<TP<TPmax，则保持优先控制间室压缩机目前的开停机状态；
(4)监测优先控制间室压缩机的开停机状态：
如果优先控制间室压缩机为停机状态，则进行步骤(5)，
如果优先控制间室压缩机为开机状态，则进行步骤(6)；
(5)对次级控制间室拾取的当前温度TS与设定的开机温度TSmax、停机温度TSmin以及温度偏移量E1和E2进行逻辑比较：
如果TS≤TSmin+E1，则使次级控制间室压缩机停机，
如果TS≥TSmax+E2，则使次级控制间室压缩机开机，
如果TSmin+E1<TS<TSmax+E2，则保持次级控制间室压缩机目前的开停机状态；
(6)对次级控制间室拾取的当前温度TS与设定的开机温度TSmax、停机温度TSmin以及温度偏移值E3和E4进行逻辑比较：
如果TS≤TSmin-E3，则使次级控制间室压缩机停机，
如果TS≥TSmax-E4，则使次级控制间室压缩机开机，
如果TSmin-E3<TS<TSmax-E4，则保持次级控制间室压缩机目前的开停机状态；
E1、E2、E3、E4中至少一个大于0。
本发明方法通过监测优先控制间室压缩机的开机和停机信号，并据此提升或者降低次级控制间室设定温度下的开机温度和停机温度，进而延长或者缩短次级控制间室压缩机开机和停机时间。当优先控制间室的压缩机开机时，延长次级控制间室压缩机的开机时间，进而延长两个制冷回路同时启动制冷(耦合运行)的时间；当优先控制间室的压缩机停机时，缩短次级控制间室压缩机的开机时间，即延长其停机时间，进而缩短只有一个制冷回路启动制冷(单独运行)的时间。通过这种方式，本发明能最大限度地保证双压缩机双制冷回路冰箱的高温制冷回路和低温制冷回路能量耦合状态运行。
能量耦合方式很多，优选的，所述高温制冷回路和低温制冷回路能量耦合的具体结构为：
所述高温制冷回路包括高温压缩机、高温冷凝器、高温节流装置、高温蒸发器和中间换热器；所述低温制冷回路包括所述中间换热器、低温压缩机、低温冷凝器、低温节流装置和低温蒸发器；所述高温压缩机的制冷剂出口与高温冷凝器的制冷剂进口相连，高温冷凝器的制冷剂出口与高温节流装置的制冷剂进口相连，高温节流装置的制冷剂出口与高温蒸发器的制冷剂进口相连，高温蒸发器的制冷剂出口与中间换热器的制冷剂第一进口相连，中间换热器的制冷剂第一出口与高温压缩机的制冷剂进口相连，低温压缩机的制冷剂出口与低温冷凝器的制冷剂进口相连，低温冷凝器的制冷剂出口与中间换热器的制冷剂第二进口相连，中间换热器的制冷剂第二出口与低温节流装置的制冷剂进口相连，低温节流装置的制冷剂出口与低温蒸发器的制冷剂进口相连，低温蒸发器的制冷剂出口与低温压缩机的制冷剂进口相连。
上述结构中，双压缩机双制冷回路冰箱通过中间换热器将高温制冷回路和低温制冷回路进行能量耦合，采用中间换热器来充分利用高温制冷回路蒸发后饱和气态制冷剂的冷量，使得低温制冷回路冷凝过后的饱和液态制冷剂过冷，从而获得额外的制冷量，提升了冷量的品位，从而提高了整个系统的制冷效率。对于蒸汽压缩循环，蒸发温度越高，性能系数(COP)越大；当制取等量制冷量时，蒸发温度较高时，压缩机耗功较少。中间换热器即为能量耦合设备，通过中间换热器，高温制冷回路制得的较高温度的冷量可以等量转变成输出的较低温度的冷量，提升了冷量的品位，使得压缩机耗功减小，COP增大，从而当制冷负荷一定时，整个系统的压缩机总耗功减少，提高了整个系统的制冷效率，达到节能目的。
对于冰箱而言，高温控制间室为冷藏室、冷却室，低温控制间室为制冰室、冷冻食品储藏室、食品冷冻室。优先控制间室既可以选择高温间室也可以选择低温间室，但是若确定其中某个间室为优先控制间室，则另一个间室为次级控制间室。
温度偏移量取值范围为：E1、E2、E3、E4≤1，四个温度偏移量的取值互不干扰，可以相等亦可不相等，在特定冰箱使用条件下，其取值不变，但是当冰箱使用条件发生变化时，如环境温度、湿度变化、用户改变间室设定温度、用户增加或减少间室储物量等，温度偏移量的取值可以对应调整。
本发明方法能够确保优先控制间室的温控精度，但是为了保证系统的耦合控制效果，在一定程度上调整了次级控制间室的温控精度，但是冰箱稳定运行时，次级间室的温度波动的振幅是基本稳定的，温度偏移量E1、E2、E3、E4的取值较小，而且可以根据实际运行情况合理调整其取值，因此，在实际应用时仍然可以保证间室的温度波动在设定温度附近，确保次级控制间室的温控精度。
优选的，所述优先控制间室为低温控制间室，所述次级控制间室为高温控制间室。
为了提高耦合控制效果，同时保证冰箱的温控精度，优选的，0≤E1、E2、E3、E4≤0.5。
各温度偏移值可以相同，也可以不同，当四个偏移值相同时，耦合效果较好，优选的，E1＝E2＝E3＝E4。
为了避免由于控制器感温元件测温精度原因造成压缩机频繁启动，优选的，E1、E2>0，E3＝E4＝0或者E1＝E2＝0，E3、E4>0。其中E1、E2>0，E3＝E4＝0方案应用价值最高。
本发明的有益效果：
本发明通过监测优先控制间室压缩机的开机和停机，并据此提升或者降低次级控制间室设定温度下的开机温度和停机温度，进而延长或者缩短次级控制间室压缩机开机和停机时间，延长两个制冷回路同时启动制冷(耦合运行)的时间，从而能最大限度地保证双压缩机双制冷回路冰箱的耦合运行状态。
附图说明
图1为本发明的冰箱的温度及耦合运行控制方法的线框流程图。
图2为适用本发明控制方法的冰箱的结构示意图。
图3为适用本发明控制方法的冰箱制冷回路的结构示意图。
图4为现有控制方式和本发明控制方式下冰箱温度和压缩机开停机功率随时间的变化规律比较。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明针对双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，控制方法的步骤如图1所示。
本方法应用在如图2所示的对开门冰箱中，冰箱间室包括冷藏室1和冷冻室10，对应于冷藏室1有冷藏室蒸发器4、冷藏室风机2、冷藏室温度传感器3、冷藏室压缩机5；对应于冷冻室10有冷冻室蒸发器7、冷冻室风机9、冷冻室温度传感器8、冷冻室压缩机6；冰箱控制器11接收冷藏室温度传感器3和冷冻室温度传感器8的温度信号以及冷藏室压缩机5和冷冻室压缩机6的开停机信号，并根据设置的控制方式控制冷藏室压缩机5和冷冻室压缩机6的开停机。
本实施例的冰箱使用设置有蒸汽压缩冷变换器的制冷系统，如图3所示，制冷系统包括高温制冷回路011和低温制冷回路012，其中，冷藏室1通过高温制冷回路011制冷，冷冻室11通过低温制冷回路012制冷；高温制冷回路011包括高温压缩机01、高温冷凝器02、高温毛细管03、高温蒸发器04和中间换热器05，低温制冷回路012包括该中间换热器05、低温压缩机06、低温冷凝器07、低温毛细管08和低温蒸发器09，高温压缩机01的制冷剂出口与高温冷凝器02的制冷剂进口相连，高温冷凝器02的制冷剂出口与高温毛细管03的制冷剂进口相连，高温毛细管03的制冷剂出口与高温蒸发器04的制冷剂进口相连，高温蒸发器04的制冷剂出口与中间换热器05的制冷剂第一进口相连，中间换热器05的制冷剂第一出口与高温压缩机01的制冷剂进口相连，低温压缩机06的制冷剂出口与低温冷凝器07的制冷剂进口相连，低温冷凝器07的制冷剂出口与中间换热器05的制冷剂第二进口相连，中间换热器05的制冷剂第二出口与低温毛细管08的制冷剂进口相连，低温毛细管08的制冷剂出口与低温蒸发器09的制冷剂进口相连，低温蒸发器09的制冷剂出口与低温压缩机06的制冷剂进口相连。
本发明的温度及耦合运行控制方法具体包括以下步骤：
(1)首先选定冷冻室10为优先控制间室，则冷藏室1为次级控制间室。冷藏室1和冷冻室10的设定温度分别为5℃和-18℃，冷藏室1的开停机温度分别为6℃和4℃，冷冻室10的开停机温度为-16℃和-20℃，本实施例中，以下取温度偏移量E1＝E2＝E3＝E4＝0.5℃，设定冷藏室1和冷冻室10内的初始温度恰好为6℃和-16℃。
本发明的控制方法下，冷藏室1和冷冻室10的温度控制是相关联的。
(2)对冷冻室10控制时，冷冻室温度传感器8感应冷冻室10内的当前温度后传递给冰箱控制器11，冰箱控制器11接收冷冻室温度传感器8感测的温度信号，并转换为冷冻室10内的当前温度TP。冰箱控制器11将冷冻室10内的当前温度TP和冷冻室10设定的开停机温度进行逻辑对比，决定冷冻室压缩机6的开停机状态。如果TP≤-20℃，则使冷冻室压缩机6停机；如果TP≥-16℃，则使冷冻室压缩机6开机；如果-20℃<TP<-16℃，则保持冷冻室压缩机6目前的开停机状态。
(3)对冷藏室1温度控制时，冰箱控制器11除了接收冷藏室温度传感器3的温度信号外，还会接收冷冻室压缩机6的开停机信号，并据此相应地在冷藏室1的开停机温度上加上或减去温度偏移量0.5℃。当冰箱控制器11感测到冷冻室压缩机6停机时，冰箱控制器11将冷藏室1的开停机温度加上温度偏移量0.5℃，此时开停机温度分别为6.5℃和4.5℃，冰箱控制器11将冷藏室1内的当前温度TS和冷藏室1实际开停机温度进行逻辑对比，如果TS≤4.5℃，则使冷藏室压缩机5停机；如果TS≥6.5℃，则使冷藏室压缩机5开机；如果4.5℃<TS<6.5℃，则保持冷藏室压缩机5目前的开停机状态。
当冰箱控制器11感测到冷冻室压缩机6开机时，冰箱控制器11将冷藏室1的开停机温度减去温度偏移量0.5℃，此时开停机温度分别为5.5℃和3.5℃，冰箱控制器11将冷藏室1内的当前温度TS和冷藏室1的实际开停机温度进行逻辑对比，如果TS≤3.5℃，则使冷藏室压缩机5停机；如果TS≥5.5℃，则使冷藏室压缩机5开机；如果3.5℃<TS<5.5℃，则保持冷藏室压缩机5目前的开停机状态。
在上述温度设定方式下，通过计算机模拟的方式研究了本发明控制方法和现有技术控制方法下冰箱间室温度和压缩机功率变化的规律，如图4所示。由图4中压缩机的开停机功率变化规律可以发现，本发明显著地提高了系统的耦合运行时间，而且保证了间室温度波动在可接受的范围内。
本发明控制方法中温度偏移量E1、E2、E3和E4的取值决定了本发明控制方法的耦合控制和温度控制的效果，合适的温度偏移量组合需要通过大量计算和实验获得。为了得到合适的温度偏移值E1、E2、E3和E4，现通过计算机模拟的方式研究了上述实施案例冰箱中温度偏移量取不同值时的运行情况，E1＝E2＝E3＝E4＝e，e分别取0.1℃、0.2℃、0.3℃、0.4℃、0.5℃。
为了直观地体现温度控制和耦合控制效果，我们用间室内的平均温度Tm评价控制方法的温度控制效果，平均温度Tm越接近间室的设定温度Tset表明温度控制越精确，前文实施案例中将冷冻室设为优先控制间室，其温控精度能得到保证，不予考虑，冷藏室为次级控制间室，其温控精度受到削弱，下文进行了详细分析；
利用耦合利用率评价控制方法的耦合控制效果，其定义为：
式中：ηc为耦合利用率，RC为耦合工作时间百分率；Rmin为冷藏工作时间百分率RR和冷冻工作时间百分率RF中较小者，对于前文实施案例的情况，Rmin即为RR。
不同温度偏移量下冰箱系统运行的计算机模拟结果见表1
表1 不同温度偏移量取值的影响
| 温度偏移量e/℃ | 耦合利用率ηc/％ | 冷藏室平均温度Tm/℃ |
| 0.1 | 87.3 | 4.96 |
| 0.2 | 98.1 | 4.84 |
| 0.3 | 100.0 | 4.74 |
| 0.4 | 100.0 | 4.65 |
| 0.5 | 100.0 | 4.55 |
由表1可发现，当温度偏移量的取值较大时，会增强对系统的耦合控制效果，但是会削弱冷藏室(次级控制间室)的温控精度；当温度偏移量的取值较小时，会提升冷藏室(次级控制间室)的温控精度，但是系统的耦合控制效果变差。温度偏移量的取值在0.5以下时即能保证优异的耦合控制效果，继续增大取值只会使次级控制间室的温控精度进一步降低，难以满足冰箱的使用要求。因此，温度偏移量的优选值为：E1、E2、E3、E4≤0.5℃
上述实例仅仅作为说明本发明所作的举例，并非本发明实施方式的限定，在上述说明的基础上可以做出其他不同形式的变化或改动。凡是利用本发明的原则和思想，作出的等同替换和改进，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，所述双压缩机双制冷回路冰箱包括：高温控制间室和对应的高温制冷回路以及低温控制间室和对应的低温制冷回路，所述高温制冷回路和低温制冷回路能量耦合；
其特征在于，控制方法包括以下步骤：
(1)设定高温控制间室和低温控制间室中任意一个为优先控制间室，对应的制冷回路为优先制冷回路，另一个为次级控制间室，对应的制冷回路为次级制冷回路；
优先制冷回路中优先控制间室设定的开机温度为TPmax，停机温度为TPmin；次级制冷回路中次级控制间室设定的开机温度为TSmax，停机温度为TSmin；
(2)拾取优先控制间室和次级控制间室的当前温度TP和TS；
(3)对优先控制间室拾取的当前温度TP与设定的开机温度TPmax和停机温度TPmin进行逻辑比较：
如果TP≤TPmin，则使优先控制间室压缩机停机，
如果TP≥TPmax，则使优先控制间室压缩机开机，
如果TPmin<TP<TPmax，则保持优先控制间室压缩机目前的开停机状态；
(4)监测优先控制间室压缩机的开停机状态：
如果优先控制间室压缩机为停机状态，则进行步骤(5)，
如果优先控制间室压缩机为开机状态，则进行步骤(6)；
(5)对次级控制间室拾取的当前温度TS与设定的开机温度TSmax、停机温度TSmin以及温度偏移量E1和E2进行逻辑比较：
如果TS≤TSmin+E1，则使次级控制间室压缩机停机，
如果TS≥TSmax+E2，则使次级控制间室压缩机开机，
如果TSmin+E1<TS<TSmax+E2，则保持次级控制间室压缩机目前的开停机状态；
(6)对次级控制间室拾取的当前温度TS与设定的开机温度TSmax、停机温度TSmin以及温度偏移值E3和E4进行逻辑比较：
如果TS≤TSmin-E3，则使次级控制间室压缩机停机，
如果TS≥TSmax-E4，则使次级控制间室压缩机开机，
如果TSmin-E3<TS<TSmax-E4，则保持次级控制间室压缩机目前的开停机状态；
E1、E2、E3、E4中至少一个大于0。
2.如权利要求1所述的双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，其特征在于，所述高温制冷回路和低温制冷回路能量耦合的具体结构为：
所述高温制冷回路包括高温压缩机、高温冷凝器、高温节流装置、高温蒸发器和中间换热器；所述低温制冷回路包括所述中间换热器、低温压缩机、低温冷凝器、低温节流装置和低温蒸发器；所述高温压缩机的制冷剂出口与高温冷凝器的制冷剂进口相连，高温冷凝器的制冷剂出口与高温节流装置的制冷剂进口相连，高温节流装置的制冷剂出口与高温蒸发器的制冷剂进口相连，高温蒸发器的制冷剂出口与中间换热器的制冷剂第一进口相连，中间换热器的制冷剂第一出口与高温压缩机的制冷剂进口相连，低温压缩机的制冷剂出口与低温冷凝器的制冷剂进口相连，低温冷凝器的制冷剂出口与中间换热器的制冷剂第二进口相连，中间换热器的制冷剂第二出口与低温节流装置的制冷剂进口相连，低温节流装置的制冷剂出口与低温蒸发器的制冷剂进口相连，低温蒸发器的制冷剂出口与低温压缩机的制冷剂进口相连。
3.如权利要求1所述的双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，其特征在于，所述优先控制间室为低温控制间室，所述次级控制间室为高温控制间室。
4.如权利要求1所述的双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，其特征在于，E1、E2、E3、E4≤0.5。
5.如权利要求1所述的双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，其特征在于，E1＝E2＝E3＝E4。
6.如权利要求1所述的双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，其特征在于，E1、E2>0，E3＝E4＝0。
7.如权利要求1所述的双压缩机双制冷回路冰箱的温度及耦合运行控制方法，其特征在于，E1＝E2＝0，E3、E4>0。
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