CN108692520B - 一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统及控制方法，该系统采用二元非共沸混合工质，利用气液分离器实现高、低沸点工质的分离，保证更多的低沸点工质进入冷冻蒸发器，从而提高压缩机吸气压力，降低压缩机功耗；所述冰箱系统使用补气压缩机，可有效降低压缩机排气温度，提高压缩机效率及可靠性，此外，使用补气压缩机可大幅减小冷藏蒸发器的换热不可逆损失，从而进一步降低系统能耗；传统冰箱系统有压缩机压比较大、排气温度较高、能效较低等缺点，本发明通过使用补气压缩机和内部自复叠技术，可有效解决这些问题；本发明还提出了一种可行有效的控制方法，以保证系统始终高效可靠运行。

Description

一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统及控制方法

技术领域

本发明涉及冰箱制冷设备技术领域，具体涉及到一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统及控制方法。

背景技术

冰箱作为一种被广泛应用的制冷设备，其结构和性能的优化是一直以来的研究热点。但在实际应用中，现有冰箱系统中仍存在较大的热力学损失，造成了冰箱的能耗较大。此外，在现有冰箱系统中，还存在排气温度高、蒸发压力低、系统容积制冷量小等缺点。研究表明，使用补气压缩机技术可以降低压缩机排气温度并提高系统能效，而复叠技术的应用可以提高系统蒸发压力，从而提升其容积制冷量。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，同时降低冰箱系统的压缩机压比和排气温度，并提高系统能效，本发明的目的在于提出一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统及控制方法，该系统采用二元非共沸混合工质，利用气液分离器实现高、低沸点工质的分离，保证更多的低沸点工质进入冷冻蒸发器，从而提高压缩机吸气压力，降低压缩机功耗；所述冰箱系统使用补气压缩机，可有效降低压缩机排气温度，提高压缩机效率及可靠性，此外，使用补气压缩机可大幅减小冷藏蒸发器的换热不可逆损失，从而进一步降低系统能耗；对于所述冰箱系统，本发明还提出了一种可行有效的控制方法，以保证系统始终高效运行。

为达到上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统，包括补气压缩机101，补气压缩机101出口与冷凝器102入口相连，冷凝器102出口依次与第一电子膨胀阀103和冷藏蒸发器104相连；冷藏蒸发器104出口与气液分离器105入口相连，气液分离器105液相出口依次与第二电子膨胀阀106、复叠换热器107和补气压缩机101补气口相连；气液分离器105气相出口依次与复叠换热器107、回热器108和第三电子膨胀阀109连接；第三电子膨胀阀109出口与冷冻蒸发器110连接，冷冻蒸发器110出口依次与回热器108、补气压缩机101吸气口连接；所述冰箱系统的补气压缩机101为变频转子或涡旋压缩机。

所述冰箱系统采用二元非共沸混合工质，经补气压缩机101压缩后的高温高压气相制冷剂进入冷凝器102冷凝并过冷；过冷后的制冷剂经第一电子膨胀阀103节流后，经冷藏蒸发器104部分蒸发后进入气液分离器105，制冷剂在气液分离器105内实现高、低沸点工质的分离，气相制冷剂为低沸点工质，液相制冷剂为高沸点工质；液相制冷剂经气液分离器105液相出口流出，经第二电子膨胀阀106节流后进入复叠换热器107完全蒸发，蒸发出的饱和气相制冷剂进入补气压缩机101补气口；气液分离器105中的气相制冷剂依次流过复叠换热器107和回热器108被冷凝并过冷，过冷后的制冷剂液体经第三电子膨胀阀109节流后进入冷冻蒸发器110部分蒸发；冷冻蒸发器110出口的两相制冷剂经回热器108蒸发并过热后进入补气压缩机101吸气口。

所述冰箱系统的控制方法如下：根据环境温度及间室温度的变化情况，对系统进行实时调节控制，保证系统始终高效运行；用f表示补气压缩机101运行频率，用n₁、n₂、n₃分别表示第一电子膨胀阀103、第二电子膨胀阀106和第三电子膨胀阀109的开度；用t_f0、t_rc、t_fc分别表示冷冻间室用户设定温度、冷藏间室实时温度和冷冻间室实时温度；用t_re、t_fe、t_c、t_cp分别表示冷藏蒸发器温度、冷冻蒸发器温度、冷凝器表面温度和压缩机排气温度；所述控制方法分为4个步骤：

步骤1：在补气压缩机101启动前，为保证其不带液压缩，需要减小n₂至满开度的20％以下，以使得复叠换热器107内冷热流体的换热温差足够大，保证补气压缩机101补气口的制冷剂已完全蒸干；

步骤2：开机初期阶段，冷藏间室和冷冻间室的温度会持续降低，需要实时调节n₁和n₃，以匹配间室的温度变化情况；补气压缩机101保持在额定频率运行，若t_rc-t_re≥T₁，则增大n₁，t_rc-t_re≤T₂，则减小n₁；同理，若t_fc-t_fe≥T₃，则增大n₃，t_fc-t_fe≤T₄，则减小n₃；增大或减小的调节步长为Δn₁，增大或减小的调节时间间隔为t₁；

步骤3：当冷冻间室的温度达到用户设定温度时，需要对补气压缩机101的运行频率进行控制调节，t_fc-t_f0≥T₅时，增大f；或t_fc-t_f0≤T₆时，减小f；增大或减小的调节步长为Δf，增大或减小的调节时间间隔为t₂，每次调节f后返回步骤2；

步骤4：补气压缩机101的排气温度调节，在两个间室温度达到用户设定温度后，对n₂进行调节，保证系统始终高效运行；若t_cp-t_c≥T₇，则增大n₂，若t_cp-t_c≤T₈，则减小n₂，增大或减小的调节步长为Δn₂，增大或减小的调节时间间隔为t₃；调节完成后进入步骤3进行系统的实时监控。

其中T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、Δn₁、Δn₂、Δf、t₁、t₂、t₃等控制参数的取值范围如下表所示：

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明使用了内复叠技术，保证冷冻蒸发器内含有更多的低沸点工质，从而提高压缩机吸气压力及系统容积制冷量；

2、本发明使用了补气压缩机，有效降低了冷藏蒸发器的换热不可逆损失，从而提高了系统能效；

3、本发明提出了一种可行有效的控制方法，保证系统可靠性的同时，提高了系统的能效水平。

附图说明

图1为本发明所述冰箱系统的流程图。

图2为所述冰箱系统的压焓图。

图3为所述冰箱系统的控制逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1和图2所示，本发明使用补气压缩机的内复叠冰箱系统采用二元非共沸混合工质，经补气压缩机101压缩后的高温高压气相制冷剂进入冷凝器102冷凝并过冷(2-3)；过冷后的制冷剂经第一电子膨胀阀103节流后，经冷藏蒸发器104部分蒸发后进入气液分离器105，制冷剂在气液分离器105内实现高、低沸点工质的分离，气相制冷剂为低沸点工质，液相制冷剂为高沸点工质(3-4-5-6,7)；液相制冷剂经气液分离器105液相出口流出，经第二电子膨胀阀106节流后进入复叠换热器107完全蒸发，蒸发出的饱和气相制冷剂进入补气压缩机101补气口(7-8-9)；气液分离器105中的气相制冷剂依次流过复叠换热器107和回热器108被冷凝并过冷，过冷后的制冷剂液体经第三电子膨胀阀109节流后进入冷冻蒸发器110部分蒸发(6-10-11-12-13)；冷冻蒸发器110出口的两相制冷剂经回热器108蒸发并过热后进入补气压缩机101吸气口(13-1)。

如图3所示，本发明使用补气压缩机的内复叠冰箱系统的控制方法表述如下：根据环境温度及间室温度的变化情况，对系统进行实时调节控制，保证系统始终高效运行；用f表示补气压缩机101运行频率，用n₁、n₂、n₃分别表示第一电子膨胀阀103、第二电子膨胀阀106和第三电子膨胀阀109的开度；用t_f0、t_rc、t_fc分别表示冷冻间室用户设定温度、冷藏间室实时温度和冷冻间室实时温度；用t_re、t_fe、t_c、t_cp分别表示冷藏蒸发器温度、冷冻蒸发器温度、冷凝器表面温度和压缩机排气温度；所述控制方法分为4个步骤：

步骤1：在补气压缩机101启动前，为保证其不带液压缩，需要减小n₂至满开度的20％以下，以使得复叠换热器107内冷热流体的换热温差足够大，保证补气压缩机101补气口的制冷剂已完全蒸干；

步骤2：开机初期阶段，冷藏间室和冷冻间室的温度会持续降低，需要实时调节n₁和n₃，以匹配间室的温度变化情况；补气压缩机101保持在额定频率运行，若t_rc-t_re≥T₁，则增大n₁，t_rc-t_re≤T₂，则减小n₁；同理，若t_fc-t_fe≥T₃，则增大n₃，t_fc-t_fe≤T₄，则减小n₃；增大或减小的调节步长为Δn₁，增大或减小的调节时间间隔为t₁；

步骤3：当冷冻间室的温度达到用户设定温度时，需要对补气压缩机101的运行频率进行控制调节，t_fc-t_f0≥T₅时，增大f；或t_fc-t_f0≤T₆时，减小f；增大或减小的调节步长为Δf，增大或减小的调节时间间隔为t₂，每次调节f后返回步骤2；

步骤4：补气压缩机101的排气温度调节，在两个间室温度达到用户设定温度后，对n₂进行调节，保证系统始终高效运行；若t_cp-t_c≥T₇，则增大n₂，若t_cp-t_c≤T₈，则减小n₂，增大或减小的调节步长为Δn₂，增大或减小的调节时间间隔为t₃；调节完成后进入步骤3进行系统的实时监控。

Claims (5)

1.一种使用补气压缩机的内复叠冰箱系统，其特征在于：包括补气压缩机(101)，补气压缩机(101)出口与冷凝器(102)入口相连，冷凝器(102)出口依次与第一电子膨胀阀(103)和冷藏蒸发器(104)相连；冷藏蒸发器(104)出口与气液分离器(105)入口相连，气液分离器(105)液相出口依次与第二电子膨胀阀(106)、复叠换热器(107)和补气压缩机(101)补气口相连；气液分离器(105)气相出口依次与复叠换热器(107)、回热器(108)和第三电子膨胀阀(109)连接；第三电子膨胀阀(109)出口与冷冻蒸发器(110)连接，冷冻蒸发器(110)出口依次与回热器(108)和补气压缩机(101)吸气口连接。

2.根据权利要求1所述的内复叠冰箱系统，其特征在于：系统采用二元非共沸混合工质，经补气压缩机(101)压缩后的高温高压气相制冷剂进入冷凝器(102)冷凝并过冷；过冷后的制冷剂经第一电子膨胀阀(103)节流后，经冷藏蒸发器(104)部分蒸发后进入气液分离器(105)，制冷剂在气液分离器(105)内实现高、低沸点工质的分离，气相制冷剂为低沸点工质，液相制冷剂为高沸点工质；液相制冷剂经气液分离器(105)液相出口流出，经第二电子膨胀阀(106)节流后进入复叠换热器(107)完全蒸发，蒸发出的饱和气相制冷剂进入补气压缩机(101)补气口；气液分离器(105)中的气相制冷剂依次流过复叠换热器(107)和回热器(108)被冷凝并过冷，过冷后的制冷剂液体经第三电子膨胀阀(109)节流后进入冷冻蒸发器(110)部分蒸发；冷冻蒸发器(110)出口的两相制冷剂经回热器(108)蒸发并过热后进入补气压缩机(101)吸气口。

3.根据权利要求1或2所述的内复叠冰箱系统，其特征在于：所述补气压缩机(101)为变频涡旋或转子压缩机；经第二电子膨胀阀(106)节流后的制冷剂压力高于经第三电子膨胀阀(109)节流后的制冷剂压力；冷冻蒸发器(110)出口的制冷剂为两相态。

4.权利要求1至3任一项所述的内复叠冰箱系统的控制方法，其特征在于：对于所述冰箱系统，需要根据环境温度及间室温度的变化情况，对系统进行实时调节控制，保证系统始终高效运行；用f表示补气压缩机(101)运行频率，用n₁、n₂、n₃分别表示第一电子膨胀阀(103)、第二电子膨胀阀(106)和第三电子膨胀阀(109)的开度；用t_f0、t_rc、t_fc分别表示冷冻间室用户设定温度、冷藏间室实时温度和冷冻间室实时温度；用t_re、t_fe、t_c、t_cp分别表示冷藏蒸发器温度、冷冻蒸发器温度、冷凝器表面温度和补气压缩机排气温度；所述控制方法分为4个步骤：

步骤1：在补气压缩机(101)启动前，为保证其不带液压缩，需要减小n₂至满开度的20％以下，以使得复叠换热器(107)内冷热流体的换热温差足够大，保证补气压缩机(101)补气口的制冷剂已完全蒸干；

步骤2：开机初期阶段，冷藏间室和冷冻间室的温度会持续降低，需要实时调节n₁和n₃，以匹配间室的温度变化情况；补气压缩机(101)保持在额定频率运行，若t_rc-t_re≥T₁，则增大n₁，t_rc-t_re≤T₂，则减小n₁；同理，若t_fc-t_fe≥T₃，则增大n₃，t_fc-t_fe≤T₄，则减小n₃；增大或减小的调节步长为Δn₁，增大或减小的调节时间间隔为t₁；步骤3：当冷冻间室的温度达到用户设定温度时，需要对补气压缩机(101)的运行频率f进行控制调节，t_fc-t_f0≥T₅时，增大f；或t_fc-t_f0≤T₆时，减小f；增大或减小的调节步长为Δf，增大或减小的调节时间间隔为t₂，每次调节f后返回步骤2；

步骤4：补气压缩机(101)的排气温度调节，在两个间室温度达到用户设定温度后，对n₂进行调节，保证系统始终高效运行；若t_cp-t_c≥T₇，则增大n₂，若t_cp-t_c≤T₈，则减小n₂，增大或减小的调节步长为Δn₂，增大或减小的调节时间间隔为t₃；调节完成后进入步骤3进行系统的实时监控。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其中T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、Δn₁、Δn₂、Δf、t₁、t₂、t₃控制参数的取值范围如下表所示：

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