CN106766441A - 制冷系统及其节流控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制冷系统，其包括：依次连接的压缩机、冷凝器、节流流路及蒸发器；其中，所述节流流路上设置不可调节的主节流元件；还包括：旁通流路，所述旁通流路分别在所述主节流元件的上游及下游连接所述节流流路，其上设置能够调节的辅助节流元件；液位传感器，其设置在所述节流流路的上游和/或下游，并用于检测液位；以及控制器；所述控制器用于根据来自所述液位传感器的液位信号来控制所述辅助节流元件的开度。本发明的制冷系统进一步的具备了处理低压头高流量等工况的较大节流面积的可调节性，提高适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及对制冷系统的控制，更具体而言，其涉及一种制冷系统的节流控制方法。
背景技术
如图1所示，常规的制冷系统均包括压缩机、冷凝器200、经济器400、蒸发器300及节流元件这些零部件。其中，节流元件布置在冷凝器200及经济器400之间。作为为制冷剂提供膨胀节流的零件，其起到不可替代的作用。在节流元件的选型中，既有能够调节开度以适用不同程度的节流需求的电子膨胀阀、热力膨胀阀等以供选择；也具有呈现固定节流效果的毛细管、节流孔板等以供选择。
在上文提及的节流元件中，由于节流孔板110、120可直接安装在管路上、加工十分方便、成本定位合适且性能稳定，因此其在一类现有技术的制冷系统中通常会被作为首选考虑。然而，其节流效果不可调节，因此需要针对设定工况来选择所使用节流孔板的型号。一旦选定。也意味着该套制冷系统的节流程度已确定。此时，若在制冷系统中出现低压头高流量的工况，则选定节流孔板的节流面积将难以满足需求。因此，需要在兼顾成本、稳定性等多方面的前提下解决使用节流孔板的制冷系统的节流面积可调节的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时具有节流效果不可调的节流流路及节流效果可调节的辅助流路的制冷系统。
本发明的目的还在于提供一种用于同时具有节流效果不可调的节流流路有节流效果可调节的辅助流路的制冷系统的节流控制方法。
为实现以上目的或其他目的，本发明提供以下技术方案。
根据本发明的一个方面，提供一种制冷系统，其包括：依次连接的压缩机、冷凝器、节流流路及蒸发器；其中，所述节流流路上设置不可调节的主节流元件；还包括：旁通流路，所述旁通流路分别在所述主节流元件的上游及下游连接所述节流流路，其上设置能够调节的辅助节流元件；液位传感器，其设置在所述节流流路的上游和/或下游，并用于检测液位；以及控制器；所述控制器用于根据来自所述液位传感器的液位信号来控制所述辅助节流元件的开度。
根据本发明的另一个方面，还提供一种用于如前所述的制冷系统的节流控制方法，其包括：S100，接收来自液位传感器的液位信号；S200，比较液位信号与系统预设值，输出控制信号；以及S300，根据控制信号来控制辅助节流元件的开度。
附图说明
图1是现有技术中的制冷系统的一部分的示意图；
图2是本发明的一个实施例的制冷系统的一部分的示意图；
图3是本发明的一个实施例的制冷系统的布置示意图；
图4是本发明的另一个实施例的制冷系统的一部分的示意图；
图5是本发明的另一个实施例的制冷系统的布置示意图；
图6是本发明的制冷系统在辅助节流元件关闭时的制冷剂流动示意图；
图7是本发明的制冷系统在辅助节流元件保持开度时的制冷剂流动示意图；以及
图8是本发明的制冷系统在辅助节流元件增大开度时的制冷剂流动示意图。
具体实施方式
参照图2及图3，其示出了本发明的制冷系统的一个实施例。其中包括通过管路顺次连接的压缩机、冷凝器200、节流元件、经济器400及蒸发器300。其中，在冷凝器200及经济器400之间设置节流流路100，其一端连接至冷凝器200的出口，另一端连接至经济器400的入口。在节流流路中设置不可调节的主节流元件。此外，还包括旁通流路500，其在主节流元件的上游及下游分别接入节流流路100，并在旁通流路500上设置能够调节的辅助节流元件，其将适时开启以便为该制冷系统提供额外的且可调节的节流面积。虽然图中未示出，但是本领域技术人员应当知晓，该制冷系统还应具备控制器，该控制器可用于根据各种控制指令来控制辅助节流元件的开度。例如，在制冷系统中的节流流路100上游和/或下游还可设置液位传感器；控制器可根据液位传感器所发出的信号来控制辅助节流元件的开度。虽然该制冷系统已具备额定工况及在额定工况下对应的节流面积，但本发明的设计使其进一步的具备了处理低压头高流量等工况的较大节流面积的可调节性，提高了该制冷系统的应用范围。
在本实施例中，不可调节的主节流元件采用的孔板。更具体而言，为改善其节流效果，本实施例中所采用的是沿上游至下游依次设置第一孔板110及第二孔板120。可选地，根据实验结果发现，当采用双节流孔板的布置时，为取得更好的节流效果，应注意使第一孔板110及第二孔板120之间的距离数值为该节流流路的管径数值的三倍左右，并且优选为三倍。
在本实施例中，能够调节的辅助节流元件采用的是电子膨胀阀510。其为一种典型的能够调节的节流元件，并且具备较高的工作可靠性。
可选地，虽然在图2及图3所示的双级制冷系统的实施例中，该节流流路布置在冷凝器200及经济器400之间；但同样还可将节流流路布置在经济器400及蒸发器300之间。此外，当其应用于不具有经济器的单级制冷系统时，事实上也可将其布置在冷凝器200及蒸发器300之间。这同样能够得到本发明所期望的效果。
参见图4及图5，其示出了本发明的另一个实施例，与前一实施例相比，该制冷系统在电子膨胀阀510的上游还设置有过滤器520，该过滤器520同样布置在旁通流路500上，以用于实现滤除杂质的效果。
此外，在以上实施例的制冷系统中，液位传感器设置在冷凝器200下方的储液槽中，以检测在节流流路100上游的制冷剂的液位，控制器将根据制冷剂积存的实际情况来确定旁通流路500中的辅助节流元件的开度。具体而言，在一种控制实施例中，当积存的液位较高，所需辅助节流元件的开度将越大；而积存的液位较低，所需辅助节流元件的开度也将越小；甚至于积存的液位更低时，需要逐步减小所需辅助节流元件的开度。而在一种控制实施例中，当积存在高液位的时间越长，所需辅助节流元件的开度将越大；而积存在高液位的时间越短，所需辅助节流元件的开度将越小；甚至于积存在低液位的一段时间时，需要逐步减小所需辅助节流元件的开度。本文已将这些控制方式均考虑在内，这将在后文中结合图6至图8作详细论述。可选地，结合本发明的构想同样可知，若将液位传感器设置在经济器中，以检测在节流流路100下游的制冷剂的液位也可以实现对旁通流路500中的辅助节流元件的开度控制。例如，在一种控制实施例中，当经济器中积存的液位较低时，所需辅助节流元件的开度将越大；而积存的液位较高时，所需辅助节流元件的开度也将越小。
参见图6至图8，其一方面进一步示出了该制冷系统的部分细节，另一方面也示出了该制冷系统所具备的不同工作状态。
具体而言，节流流路100的上游连接至冷凝器200下方的储液槽210的出口，而其下游连接至经济器400的入口。并且在储液槽210内设置了液位传感器，该液位传感器用于检测储液槽210内积存的制冷剂量，当其低于一定阈值时，说明节流流路中的节流面积足以满足当前的工况，因此将辅助流路500中的电子膨胀阀510保持关闭即可。而当其处于一定阈值时，说明节流流路中的节流面积不足以满足当前的工况，但也不存在立刻进行调节的需求，因此将辅助流路500中的电子膨胀阀510保持当前开度即可。若这种状况得以缓解，则储液槽210中的积液情况又回到前述情形中；若这种状况仍在加剧，则需要将辅助流路500中的电子膨胀阀510开启一定开度来进行缓解。
更具体而言，该制冷系统使用了两个液位传感器，也即设在储液槽210的第一高度处的第一液位传感器220与设在储液槽210的第二高度处的第二液位传感器230。此时，当液位低于第二液位传感器230指示的第二高度时，说明节流流路中的节流面积足以满足当前的工况，因此将辅助流路500中的电子膨胀阀510保持关闭即可，正如图6所示。当液位处于第二液位传感器230指示的第二高度及第一液位传感器220指示的第一高度之间时，说明节流流路中的节流面积不足以满足当前的工况，但也不存在立刻进行调节的需求，因此将辅助流路500中的电子膨胀阀510保持当前开度即可，正如图7所示。若这种状况得以缓解，则储液槽210中的积液情况又回到图6所示的情形中；若这种状况仍在加剧，直至液位高于第一液位传感器220指示的第一高度时，则需要将辅助流路500中的电子膨胀阀510开启一定开度来进行缓解，正如图8所示。在此仅描述了该制冷系统基于第一液位传感器220及第二液位传感器230的控制原理，其具体控制方法将在下文中得以详述。
可选地，经过实验，本发明提供了一种液位传感器具体设置位置的可选实施方式。例如，在储液槽210的2/3高度处设置第一液位传感器220，在储液槽210的1/3高度处设置第二液位传感器230。
基于同样的原理，可知将这两个液位传感器设置于流路下游的经济器的储液槽中同样也可实施本方案。其中，显而易见的是，当上游积存的液量较多时，则下游积存的液相会较少；否则反之。因此，根据反馈回来的液位信号将上述控制反向操作则亦可实现本发明。
更具体而言，这两个液位传感器包括设在经济器的储液槽的第一高度处的第一液位传感器与设在储液槽的第二高度处的第二液位传感器。此时，当液位低于第二液位传感器指示的第二高度时，说明节流流路中的节流面积已不足以满足当前的工况，因此需要将辅助流路中的电子膨胀阀开启一定开度来进行缓解。当液位处于第二液位传感器指示的第二高度及第一液位传感器指示的第一高度之间时，说明节流流路中的节流面积不足以满足当前的工况，但也不存在立刻进行调节的需求，因此将辅助流路中的电子膨胀阀保持当前开度即可。若这种状况得以缓解，则储液槽中的积液情况会上升至至液位高于第一液位传感器指示的第一高度，此时可将辅助流路中的电子膨胀阀保持关闭。若这种状况仍在加剧，则又回到了前述第一步操作中的情形。在此仅描述了该制冷系统基于第一液位传感器及第二液位传感器的控制原理，其具体控制方法也将在下文中得以详述。
可选地，经过实验，本发明提供了一种液位传感器具体设置位置的可选实施方式。例如，在储液槽的2/3高度处设置第一液位传感器，在储液槽的1/3高度处设置第二液位传感器。
本发明还提供一种用于上述制冷系统的节流控制方法，其基本步骤如下所示：S100，接收来自液位传感器的液位信号；S200，比较液位信号与系统预设值，输出控制信号；以及S300，根据控制信号来控制辅助节流元件的开度。
根据以上步骤，即可实现本发明调节辅助节流元件开度的基本控制。在此基础上，本发明提供了对此方法进一步的改善，以期获得更好的技术效果。
作为示例，上文提及的系统预设值可包括第一液位及第二液位。当液位传感器布置在节流流路的上游时，步骤S300将进一步改善为：S310，当高于第一液位时，增大辅助节流元件的开度；或S320，当处于第一液位及第二液位之间时，保持辅助节流元件当前的开度；或S330，当低于第二液位时，减小辅助节流元件的开度。
该方法的实施例细化了调节过程，只有在判定当前液位高于第一液位时，控制器才认为制冷系统当前处于需要增大节流面积的工况，进而增大辅助节流元件的开度；而只有在判定当前液位低于第二液位时，控制器才认为制冷系统当前已处于正常工况，进而减小辅助节流元件的开度。当判定当前液位处于第一液位及第二液位之间时，则认为系统当前处于中间状态，从而保持当前开度来提供一定的缓冲。此种中间状态既可以是液位在当前开度下继续在降低，也可以是液位在当前开度下继续在升高，这可依据具体工作情形而定。
此外，该实施例中还考虑到了两种极端情况的控制，以对本方法进行补充完善。第一种情形为：S310还包括：当高于第一液位时，判断辅助节流元件的开度状态；当辅助节流元件的开度小于100%时，增大辅助节流元件的开度；当辅助节流元件的开度等于100%时，保持辅助节流元件当前的开度。第二种情形为：S330还包括：当低于第二液位时，判断辅助节流元件的开度状态；当辅助节流元件的开度大于0时，减小辅助节流元件的开度；当辅助节流元件的开度等于0时，保持辅助节流元件当前的开度。上述步骤避免了当出现某些极端工况而导致本制冷系统的旁通流路的节流面积调节依然无法带来预期效果时，而给本系统发出一些无法实施的命令。这将进一步完善了本发明的节流控制方法。
而当所述液位传感器布置在所述节流流路的下游时，步骤S300将进一步改善为：S310，当高于第一液位时，减小辅助节流元件的开度；或S320，当处于第一液位及第二液位之间时，保持辅助节流元件当前的开度；或S330，当低于第二液位时，增大辅助节流元件的开度。
该方法的实施例细化了调节过程，且具有与液位传感器布置在上游时相对的控制方式。也即，只有在判定当前液位低于第二液位时，控制器才认为制冷系统当前处于需要增大节流面积的工况，进而增大辅助节流元件的开度；而只有在判定当前液位高于第一液位时，控制器才认为制冷系统当前已处于正常工况，进而减小辅助节流元件的开度。当判定当前液位处于第一液位及第二液位之间时，则认为系统当前处于中间状态，从而保持当前开度来提供一定的缓冲。此种中间状态既可以是液位在当前开度下继续在降低，也可以是液位在当前开度下继续在升高，这可依据具体工作情形而定。
此外，本实施例中也考虑到了两种极端情况的控制，以对本方法进行补充完善。第一种情形为：S310还包括：当高于第一液位时，判断辅助节流元件的开度状态；当辅助节流元件的开度大于0时，减小辅助节流元件的开度；当辅助节流元件的开度等于0时，保持辅助节流元件当前的开度。第二种情形为：S330还包括：当低于第二液位时，判断辅助节流元件的开度状态；当辅助节流元件的开度小于100%时，增大辅助节流元件的开度；当辅助节流元件的开度等于100%时，保持辅助节流元件当前的开度。上述步骤避免了当出现某些极端工况而导致本制冷系统的旁通流路的节流面积调节依然无法带来预期效果时，而给本系统发出一些无法实施的命令。这将进一步完善了本发明的节流控制方法。
为简化控制器的编程，提高控制闭环的稳定性，在此，每次为辅助节流元件的增大开度的控制或减小开度的控制均可为固定的增量。例如，每次增大的辅助节流元件的开度均为第一开度；或每次减小的辅助节流元件的开度均为第二开度。同样地，经过实验，在本发明中提供一种可选的实施方式，也即第一开度为3%，且/或第二开度为3%。
可选地，本发明前述方法还可进一步改善。也即在步骤S300后增加步骤S400：将S300步骤保持第一时段。这是因为，该系统的运行及调节为一个连续的过程，在调节辅助节流元件的开度后无法对系统的储液槽210中的积液状态进行瞬时调节。因此，将该过程保持第一时段，可使得S300的效果能够进一步地体现出来。同样地，经过实验，在本发明中提供一种可选的实施方式，也即第一时段为5秒。
如下，经过将上述方法进行择优组合，一并结合图6至图8来描述：当液位传感器布置在节流流路上游的冷凝器200的储液槽210中时，本发明的节流控制过程。
在制冷系统正常运行的状态下，若储液槽210中积存的制冷剂分别低于设置在储液槽210内的第一液位传感器220及第二液位传感器230时，此时第一液位传感器220及第二液位传感器230均向控制器发出“NO”的信号，控制器将两个“NO”的信号与系统预设值比较，判定此时储液槽210内的制冷剂液位低于第二液位，进而认定此时节流流路100中的节流面积足以满足当前的工况。此时将对辅助流路500中的电子膨胀阀510进行检测：当电子膨胀阀510的开度大于0时，将辅助节流元件的开度减小3%；而当电子膨胀阀510的开度等于0时，保持电子膨胀阀510的关闭状态即可。将当前控制保持5秒时长。随后进行下次循环检测。
若检测到储液槽210中积存的制冷剂低于设置在储液槽210内的第一液位传感器220，但同时高于储液槽210内的第二液位传感器230时，此时第一液位传感器220及第二液位传感器230分别向控制器发出“NO”与“YES”的信号，控制器将该信号与系统预设值比较，判定此时储液槽210内的制冷剂液位高于第二液位但低于第一液位，进而认定此时节流流路100中的节流面积虽然不足以满足当前的工况，但也不存在立即增加节流面积的需求，可先提供一段缓冲期。此时使电子膨胀阀510保持当前开度即可。并将当前控制保持5秒时长。随后进行下次循环检测。
若检测到储液槽210中积存的制冷剂分别高于设置在储液槽210内的第一液位传感器220及第二液位传感器230时，此时第一液位传感器220及第二液位传感器230均向控制器发出“YES”的信号，控制器将两个“YES”的信号与系统预设值比较，判定此时储液槽210内的制冷剂液位高于第二液位，进而认定此时节流流路100中的节流面积已不足以满足当前的工况。此时将对辅助流路500中的电子膨胀阀510进行检测：当电子膨胀阀510的开度小于100%时，将电子膨胀阀510的开度增大3%；当电子膨胀阀510的开度等于100%时，保持辅助节流元件的完全开启状态即可。将当前控制保持5秒时长。随后进行下次循环检测。
在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上例子主要说明了本发明的制冷系统及其节流控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明的精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (24)
1.一种制冷系统，其特征在于，包括：
依次连接的压缩机、冷凝器、节流流路及蒸发器；
其中，所述节流流路上设置不可调节的主节流元件；
还包括：
旁通流路，所述旁通流路分别在所述主节流元件的上游及下游连接所述节流流路，其上设置能够调节的辅助节流元件；
液位传感器，其设置在所述节流流路的上游和/或下游，并用于检测液位；以及
控制器；所述控制器用于根据来自所述液位传感器的液位信号来控制所述辅助节流元件的开度。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统还包括经济器，所述节流流路连接在所述冷凝器及所述经济器之间和/或连接在所述经济器及所述蒸发器之间。
3.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其特征在于，所述主节流元件为孔板。
4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，所述孔板包括第一孔板及第二孔板。
5.根据权利要求4所述的制冷系统，所述第一孔板及所述第二孔板之间的距离数值为所述节流流路的管径数值的三倍。
6.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其特征在于，所述辅助节流元件为电子膨胀阀。
7.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述电子膨胀阀上游还包括过滤器，所述过滤器布置在所述旁通流路上。
8.根据权利要求1或2所述的制冷系统，其特征在于，所述液位传感器设置在所述冷凝器出口处的储液槽内。
9.根据权利要求8所述的制冷系统，其特征在于，在所述储液槽的第一高度处设置第一液位传感器，和/或在所述储液槽的第二高度处设置第二液位传感器。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其特征在于，在所述储液槽的2/3高度处设置第一液位传感器，和/或在所述储液槽的1/3高度处设置第二液位传感器。
11.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述液位传感器设置在所述经济器出口处的储液槽内。
12.根据权利要求11所述的制冷系统，其特征在于，在所述储液槽的第一高度处设置第一液位传感器，和/或在所述储液槽的第二高度处设置第二液位传感器。
13.根据权利要求12所述的制冷系统，其特征在于，在所述储液槽的2/3高度处设置第一液位传感器，和/或在所述储液槽的1/3高度处设置第二液位传感器。
14.一种用于如权利要求1至13任意一项所述的制冷系统的节流控制方法，其特征在于，包括：
S100，接收来自液位传感器的液位信号；
S200，比较液位信号与系统预设值，输出控制信号；以及
S300，根据控制信号来控制辅助节流元件的开度。
15.根据权利要求14所述的节流控制方法，其特征在于，所述系统预设值包括第一液位及第二液位；当所述液位传感器布置在所述节流流路的上游时，S300包括：
S310，当高于第一液位时，增大所述辅助节流元件的开度；或
S320，当处于第一液位及第二液位之间时，保持所述辅助节流元件当前的开度；或
S330，当低于第二液位时，减小所述辅助节流元件的开度。
16.根据权利要求15所述的节流控制方法，其特征在于，S310还包括：当高于第一液位时，判断所述辅助节流元件的开度状态；当所述辅助节流元件的开度小于100%时，增大所述辅助节流元件的开度；当所述辅助节流元件的开度等于100%时，保持所述辅助节流元件当前的开度。
17.根据权利要求15所述的节流控制方法，其特征在于，S330还包括：当低于第二液位时，判断所述辅助节流元件的开度状态；当所述辅助节流元件的开度大于0时，减小所述辅助节流元件的开度；当所述辅助节流元件的开度等于0时，保持所述辅助节流元件当前的开度。
18.根据权利要求14所述的节流控制方法，其特征在于，所述系统预设值包括第一液位及第二液位；当所述液位传感器布置在所述节流流路的下游时，S300包括：
S310，当高于第一液位时，减小所述辅助节流元件的开度；或
S320，当处于第一液位及第二液位之间时，保持所述辅助节流元件当前的开度；或
S330，当低于第二液位时，增大所述辅助节流元件的开度。
19.根据权利要求18所述的节流控制方法，其特征在于，S310还包括：当高于第一液位时，判断所述辅助节流元件的开度状态；当所述辅助节流元件的开度大于0时，减小所述辅助节流元件的开度；当所述辅助节流元件的开度等于0时，保持所述辅助节流元件当前的开度。
20.根据权利要求18所述的节流控制方法，其特征在于，S330还包括：当低于第二液位时，判断所述辅助节流元件的开度状态；当所述辅助节流元件的开度小于100%时，增大所述辅助节流元件的开度；当所述辅助节流元件的开度等于100%时，保持所述辅助节流元件当前的开度。
21.根据权利要求15至20任意一项所述的节流控制方法，其特征在于，每次增大的所述辅助节流元件的开度均为第一开度；或每次减小的所述辅助节流元件的开度均为第二开度。
22.根据权利要求21所述的节流控制方法，其特征在于，所述第一开度为3%，且/或所述或第二开度为3%。
23.根据权利要求14至20任意一项所述的节流控制方法，其特征在于，在S300后还包括：S400，将S300步骤保持第一时段。
24.根据权利要求23所述的节流控制方法，其特征在于，所述第一时段为5秒。
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