CN107421152B - 一种供冷系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供冷系统，包括共用流路、辅助运行支路和至少一个与辅助运行支路并联的主运行支路，其中，共用流路上包括压缩机以及压缩机串联的冷凝器；辅助运行支路上包括依次串联的第一电子膨胀阀、副蒸发器以及第一电磁阀，第一电子膨胀阀与冷凝器相连通，第一电磁阀与压缩机的进气口相连通；主运行支路上包括依次串联的第二电磁阀、第二电子膨胀阀、主蒸发管路、低压传感器和第三电磁阀，第二电磁阀与冷凝器的出液口相连通，第三电磁阀与压缩机的进气口相连通。该供冷系统不仅可以实现对发热装置的有效冷却，还可以有效降低主运行支路低压侧的管路压力，保护供冷系统不被损坏。本发明还公开了一种上述供冷系统的控制方法。

Description

一种供冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及供冷设备生产制造技术领域，特别涉及一种供冷系统及其控制方法。

背景技术

在工业生产制造的过程中，无论是设备本身，还是用于控制设备运行的各种电子部件，都会产生大量的热量，这些热量需要及时散除，以保证设备或者电子部件能够可靠运行，同时保证设备或电子部件具有可观的使用寿命。

目前工业上对于设备或者电子部件的冷却方式主要采用自然风冷或者强制水冷的方式进行冷却，自然风冷和强制风冷在一般需求时通常可以满足散热要求，但是对于温度要求较高的精密仪器，容易出现冷却不足的现象，因此，对于精密仪器或者设备已经开始采用空调系统进行冷却，但是目前的供冷系统中仅有一条与普通家用单冷空调类似的冷媒循环管路，在精密仪器或者设备处于非工作状态时，由于环境温度的变化，非常容易导致存储在冷媒循环管路中冷媒的蒸发，这会造成供冷系统低压侧的压力过高，甚至对冷媒循环管路造成破坏。

因此，如何一方面能够满足供冷需求，另一方面还能够有效保护冷媒循环管路是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是提供一种供冷系统，该制冷系统不仅可以满足对发热装置的冷却需求，而且还可以有效避免因系统低压侧的压力过高而对供冷系统所造成的损坏。

本发明的另一目的还在于提供一种上述供冷系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明提供的供冷系统，包括共用流路、辅助运行支路和至少一个与所述辅助运行支路并联的主运行支路，其中，

所述共用流路上包括压缩机以及所述压缩机串联的冷凝器；

所述辅助运行支路上包括依次串联的第一电子膨胀阀、副蒸发器以及第一电磁阀，所述第一电子膨胀阀与所述冷凝器的出液口相连通，所述第一电磁阀与所述压缩机的进气口相连通；

所述主运行支路上包括依次串联的第二电磁阀、第二电子膨胀阀、用于吸收发热装置热量的主蒸发管路、低压传感器和第三电磁阀，所述第二电磁阀与所述冷凝器的出液口相连通，所述第三电磁阀与所述压缩机的进气口相连通。

优选的，还包括设置在所述压缩机排气口处的高压传感器。

优选的，在所述共用流路上，所述压缩机与所述冷凝器之间还串接有油分离器，所述压缩机的排气口与所述油分离器的进气口相连，所述冷凝器的进气口与所述油分离器的排气口相连，所述油分离器的回油口与所述压缩机相连。

优选的，在所述共用流路上，还包括与所述压缩机的进气口相连的气液分离器，所述辅助运行支路以及所述主运行支路均通过所述气液分离器与所述压缩机的进气口连通。

优选的，所述主蒸发管路在所述发热装置位置盘绕形成主蒸发器。

本发明所公开了一种上述供冷系统的控制方法，所述供冷系统低压侧的上限压力为P_a，下限压力为P_b，所述低压传感器所检测到的低压侧的实际压力值为P₀；

在发热装置处于非工作状态时，若所述P₀≥P_a，则进入辅助运行支路回收冷媒模式，所述辅助运行支路回收冷媒模式为：控制所述压缩机启动，所述第二电磁阀关闭，所述第三电磁阀开启，所述第二电子膨胀阀处于开通状态，所述第一电磁阀开启，所述第一电子膨胀阀处于开通状态；当所述P₀＜P_a时，控制所述压缩机停止。

优选的，在所述发热装置由非工作状态转为工作状态时，先进入辅助运行支路循环模式，所述辅助运行支路循环模式为：控制所述压缩机启动，所述第一电磁阀开启，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均关闭，所述第一电子膨胀阀处于开通状态；

当所述P₀＜P_b时，进入主运行支路循环模式，所述主运行支路循环模式为：控制所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均开通，所述第二电子膨胀阀开通，所述第一电磁阀和所述第一电子膨胀阀均关闭。

优选的，所述发热装置的最佳运行温度为T，在所述主运行支路循环模式中，还包括：检测所述发热装置的实际温度T₀，若T₀＞T，则控制所述第二电磁阀的开度增大；若T₀＜T，则控制所述第二电磁阀的开度减小，若T₀＝T，则保持所述第二电磁阀的开度不变。

优选的，所述压缩机为变频压缩机，在所述主运行支路循环模式中，还包括：若T₀＞T，还包括增大所述压缩机运行频率；若T₀＜T，还包括降低所述压缩机运行频率，若T₀＝T，还包括保持所述压缩机的运行频率不变。

优选的，在所述主运行支路循环模式中，若P₀≥P_a，则进入所述辅助运行支路回收冷媒模式，当所述P₀＜P_a时，重新切换至所述主运行支路循环模式。

本发明中所公开的供冷系统中，包括并联的辅助运行支路和主运行支路，辅助运行支路和主运行支路均并联在共用流路上，在发热装置处于工作状态时，由压缩机排出的冷媒经过冷凝器后进入到主运行支路上，在主运行支路中经过第二电子膨胀阀的节流后形成低温低压的冷媒，低温低压的冷媒在主蒸发管路中蒸发，从而吸收发热装置所散发的热量，蒸发后的气态冷媒最终回流至压缩机的进气口；而在发热装置处于非工作状态时，若低压传感器检测到低压侧的压力过大，则表明主运行支路内存留的冷媒吸热蒸发了，此时开启压缩机，并使第一电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀以及第三电磁阀保持开通状态，第二电磁阀处于关闭状态，此时主运行支路内的冷媒将被回收至辅助运行支路内，从而有效降低主运行支路低压侧的管路压力，保护供冷系统不被损坏。

本发明中所公开的供冷系统的控制方法中，在发热装置处于非工作状态时，若供冷系统低压侧的压力大于上限压力值时，则进入辅助运行支路回收冷媒模式，以降低系统低压侧的压力。因此该控制方法同样可以有效降低主运行支路低压侧的管路压力，保护供冷系统不被损坏。

附图说明

图1为本发明实施例中所公开的供冷系统的整体原理示意图；

图2为本发明实施例中所公开的供冷系统的主运行支路循环模式示意图；

图3为本发明实施例中所公开的供冷系统的辅助运行支路循环模式示意图。

其中，1为压缩机，2为高压传感器，3为油分离器，4为冷凝器，5为第二电磁阀，6为第二电子膨胀阀，7为发热装置，8为低压传感器，9为第三电磁阀，10为第一电子膨胀阀，11为副蒸发器，12为第一电磁阀，13为气液分离器。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种供冷系统，以便一方面能够满足供冷需求，另一方面还能够避免因系统低压侧的压力过高而导致的系统损坏。

本发明的另一核心还在于提供一种上述供冷系统的控制方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，本发明中所公开的供冷系统，包括共用流路、辅助运行支路和与辅助运行支路并联的主运行支路，主运行支路至少包括一个，根据需要冷却的发热装置7数量的不同，主运行支路还可设置多个；共用流路上包括压缩机1以及与压缩机1串联的冷凝器4；辅助运行支路上包括依次串联的第一电子膨胀阀10、副蒸发器11以及第一电磁阀12，第一电子膨胀阀10与冷凝器4的出液口相连通，第一电磁阀12与压缩机1的进气口相连通；主运行支路上包括依次串联的第二电磁阀5、第二电子膨胀阀6、主蒸发管路、低压传感器8和第三电磁阀9，主蒸发管路设置在发热装置7中，其作用在于吸收发热装置7所散发的热量，第二电磁阀5与冷凝器4的出液口相连通，第三电磁阀9与压缩机1的进气口相连通。

请参考图1，在发热装置7处于工作状态，且供冷系统对发热装置7进行冷却时，第一电磁阀12关闭，第二电磁阀5、第二电子膨胀阀6以及第三电磁阀9均开通，由压缩机1排出的冷媒经过冷凝器4后进入到主运行支路上，在主运行支路中经过第二电子膨胀阀6的节流后形成低温低压的冷媒，低温低压的冷媒在主蒸发管路中蒸发，从而吸收发热装置7所散发的热量，蒸发后的气态冷媒最终回流至压缩机1的进气口；而在发热装置7处于非工作状态时，若低压传感器8检测到低压侧的压力过大，则表明主运行支路内存留的冷媒吸热蒸发了，此时开启压缩机1，并使第一电磁阀12、第一电子膨胀阀10、第二电子膨胀阀6以及第三电磁阀9保持开通状态，第二电磁阀5处于关闭状态，此时主运行支路内的冷媒将被回收至辅助运行支路内，从而有效降低主运行支路低压侧的管路压力，保护供冷系统不被损坏。

为了同时能够监测整个供冷系统高压侧的压力，本实施例中还在压缩机1排气口处设置了高压传感器2，如图1至图3中所示。

由压缩机1排出的冷媒气体，有可能携带冷冻油，若不将冷冻油从冷媒中分离，那么冷媒会逐渐被冷冻油污染失去制冷能力，同时，压缩机1也会因为冷冻油的持续减少导致润滑失效，为此，在共用流路上，本实施例中还在压缩机1与冷凝器4之间串接了油分离器3，压缩机1的排气口与油分离器3的进气口相连，冷凝器4的进气口与油分离器3的排气口相连，冷凝器4通过油分离器3与压缩机1的排气口间接相连，油分离器3的回油口通过一回油毛细管与压缩机1相连，以便使冷冻油回流至压缩机1内。

更进一步的，为了避免液态冷媒进入压缩机1内而对压缩机1造成液击，共用流路上还设置了气液分离器13，该气液分离器13与压缩机1的进气口相连，辅助运行支路以及主运行支路均通过气液分离器13与压缩机1的进气口间接相连。

主蒸发管路与发热装置7接触位置的形态不受限制，可以为单管状态，也可以为多管并联的状态，为了有效提高冷却能力，本实施例中的主蒸发管路在发热装置7位置盘绕形成主蒸发器。

供冷系统低压侧的上限压力为P_a，下限压力为P_b，低压传感器8所检测到的低压侧的实际压力值为P₀，所谓低压侧主要是指主蒸发管路出液口一侧的压力，如图1中所示。

本发明中还公开了一种上述供冷系统的控制方法，在发热装置7处于非工作状态时，若所述P₀≥P_a，则进入辅助运行支路回收冷媒模式，所述辅助运行支路回收冷媒模式为：控制压缩机1启动，第二电磁阀5关闭，第三电磁阀9开启，第二电子膨胀阀6处于开通状态，第一电磁阀12开启，第一电子膨胀阀10处于开通状态；当所述P₀＜P_a时，控制压缩机1停止。

本领域技术人员能够理解的是，在发热装置7处于非工作状态时，若P₀≥P_a，则表明留存在主运行支路内的冷媒因环境温度的变化被加热蒸发了，因此导致低压侧管路的压力增高，此时若不降低低压侧管路的压力，则有可能导致整个供冷系统出现故障，当压缩机1启动后，第二电磁阀5关闭，第三电磁阀9开启，第二电子膨胀阀6处于开通状态，第一电磁阀12开启，第一电子膨胀阀10处于开通状态，此时冷媒将在辅助运行支路内进行循环，而由于第三电磁阀9打开，因此存留在主运行主路内的冷媒将在负压的作用下被回收至辅助运行支路内，低压侧的压力因此可以降低，这就有效避免了因低压侧管路压力过高而对整个供冷系统造成的损坏。当P₀＜P_a时，表明低压侧压力已经降低到管路可以承受的范围内，因此控制所述压缩机1停止。

当发热装置7由非工作状态转为工作状态时，此时就需要启动供冷系统来对发热装置7进行冷却，供冷系统启动后，先进入辅助运行支路循环模式，如图3中所示，在该模式中，压缩机1启动，第一电磁阀12开启，第二电磁阀5和第三电磁阀9均关闭，第一电子膨胀阀10开通，由压缩机1排出的冷媒依次经过油分离器3、冷凝器4、第一电子膨胀阀10、副蒸发器11、第一电磁阀12以及气液分离器13之后回到压缩机1，该模式的目的是将系统内所存积的制冷剂在压缩机1的带动下循环起来；

当P₀＜P_b时，则表明此时主运行支路内的冷媒过少，因此需要进入主运行支路循环模式，主运行支路循环模式为：控制第二电磁阀5和第三电磁阀9均开通，第二电子膨胀阀6开通，第一电磁阀12和第一电子膨胀阀10均关闭，此时由压缩机1排出的冷媒依次经过油分离器3、冷凝器4、第二电磁阀5、第二电子膨胀阀6、主蒸发管路、第三电磁阀9以及气液分离器13之后回到压缩机1，供冷系统对发热装置7进行冷却，如图2中所示。

更进一步的，当发热装置7的最佳运行温度为T时，本实施例中所公开的控制方法还进行了进一步优化，在主运行支路循环模式中，还包括：检测发热装置7的实际温度T₀，若T₀＞T，则控制第二电磁阀5的开度增大；若T₀＜T，则控制第二电磁阀5的开度减小，若T₀＝T，则保持第二电磁阀5的开度不变，通过改变第二电磁阀5开度的大小，使发热装置7的温度始终维持在最佳运行温度值上，或者最佳运行温度值附近。

除此之外，还可以做出进一步改进，采用变频压缩机1，在主运行支路循环模式中，若T₀＞T，结合第二电磁阀5开度的调整，还包括增大压缩机1运行频率；若T₀＜T，结合第二电磁阀5开度的调整，还包括减小压缩机1运行频率；若T₀＝T，第二电磁阀5开度，以及压缩机1运行频率均保持不变。

若在主运行支路循环模式中，若P₀≥P_a，则进入辅助运行支路回收冷媒模式，当P₀＜P_a时，重新切换至主运行主路循环模式，这可以有效避免主运行支路循环模式中低压侧系统压力过高的情况出现，从而保证整个供冷系统持续可靠的运行。

由此可见，本发明实施例中所公开的供冷系统即可保持发热装置7侧制冷剂处于稳定的压力范围内，又可以实现对发热装置7有效的冷却。

以上对本发明所提供的供冷系统及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种供冷系统，其特征在于，包括共用流路、辅助运行支路和至少一个与所述辅助运行支路并联的主运行支路，其中，

所述共用流路上包括压缩机(1)以及所述压缩机(1)串联的冷凝器(4)；

所述辅助运行支路上包括依次串联的第一电子膨胀阀(10)、副蒸发器(11)以及第一电磁阀(12)，所述第一电子膨胀阀(10)与所述冷凝器(4)的出液口相连通，所述第一电磁阀(12)与所述压缩机(1)的进气口相连通；

所述主运行支路上包括依次串联的第二电磁阀(5)、第二电子膨胀阀(6)、用于吸收发热装置(7)热量的主蒸发管路、低压传感器(8)和第三电磁阀(9)，所述第二电磁阀(5)与所述冷凝器(4)的出液口相连通，所述第三电磁阀(9)与所述压缩机(1)的进气口相连通。

2.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，还包括设置在所述压缩机(1)排气口处的高压传感器(2)。

3.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，在所述共用流路上，所述压缩机(1)与所述冷凝器(4)之间还串接有油分离器(3)，所述压缩机(1)的排气口与所述油分离器(3)的进气口相连，所述冷凝器(4)的进气口与所述油分离器(3)的排气口相连，所述油分离器(3)的回油口与所述压缩机(1)相连。

4.根据权利要求1所述的供冷系统，其特征在于，在所述共用流路上，还包括与所述压缩机(1)的进气口相连的气液分离器(13)，所述辅助运行支路以及所述主运行支路均通过所述气液分离器(13)与所述压缩机(1)的进气口连通。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的供冷系统，其特征在于，所述主蒸发管路在所述发热装置(7)位置盘绕形成主蒸发器。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的供冷系统的控制方法，其特征在于，所述供冷系统低压侧的上限压力为P_a，下限压力为P_b，所述低压传感器(8)所检测到的低压侧的实际压力值为P₀；

在发热装置(7)处于非工作状态时，若所述P₀≥P_a，则进入辅助运行支路回收冷媒模式，所述辅助运行支路回收冷媒模式为：控制所述压缩机(1)启动，所述第二电磁阀(5)关闭，所述第三电磁阀(9)开启，所述第二电子膨胀阀(6)处于开通状态，所述第一电磁阀(12)开启，所述第一电子膨胀阀(10)处于开通状态；当所述P₀＜P_a时，控制所述压缩机(1)停止。

7.根据权利要求6所述的供冷系统的控制方法，其特征在于，在所述发热装置(7)由非工作状态转为工作状态时，先进入辅助运行支路循环模式，所述辅助运行支路循环模式为：控制所述压缩机(1)启动，所述第一电磁阀(12)开启，所述第二电磁阀(5)和所述第三电磁阀(9)均关闭，所述第一电子膨胀阀(10)处于开通状态；

当所述P₀＜P_b时，进入主运行支路循环模式，所述主运行支路循环模式为：控制所述第二电磁阀(5)和所述第三电磁阀(9)均开通，所述第二电子膨胀阀(6)开通，所述第一电磁阀(12)和所述第一电子膨胀阀(10)均关闭。

8.根据权利要求7所述的供冷系统的控制方法，其特征在于，所述发热装置(7)的最佳运行温度为T，在所述主运行支路循环模式中，还包括：检测所述发热装置(7)的实际温度T₀，若T₀＞T，则控制所述第二电磁阀(5)的开度增大；若T₀＜T，则控制所述第二电磁阀(5)的开度减小，若T₀＝T，则保持所述第二电磁阀(5)的开度不变。

9.根据权利要求8所述的供冷系统的控制方法，其特征在于，所述压缩机(1)为变频压缩机(1)，在所述主运行支路循环模式中，还包括：若T₀＞T，还包括增大所述压缩机(1)运行频率；若T₀＜T，还包括降低所述压缩机(1)运行频率，若T₀＝T，还包括保持所述压缩机(1)的运行频率不变。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的供冷系统的控制方法，其特征在于，在所述主运行支路循环模式中，若P₀≥P_a，则进入所述辅助运行支路回收冷媒模式，当所述P₀＜P_a时，重新切换至所述主运行支路循环模式。