CN108981271B - 一种电容法智能除霜装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一种电容法智能除霜装置及控制方法。本发明基于制冷系统、除霜设备及控制系统，由平行板电容器、绝缘材料和翅片管蒸发器、中间继电器、智能电容仪表、电加热器及可编程控制器PLC等部件协同完成。本发明能够在复杂多变的结霜环境下通过平行板电容器的电容值来精确界定除霜启停控制点，避免了除霜不足及无效除霜所造成的系统高能耗、房间温湿度波动大等缺点，节能效果显著，安全性高。此外，变功率电加热器可根据各平行板电容值的差异，实现蒸发器不同位置的智能变热量除霜，以提高除霜效率，达到节能之目的。
Description
技术领域
本发明涉及低温制冷、冷冻冷藏及暖通空调领域，更具体的说，涉及一种电容法智能除霜装置及控制方法。
背景技术
蒸发器作为制冷系统中的必要设备之一，其换热性能的优良关系着整个系统的运行效率。处于冬季低温运行工况下的空调系统或低温冷冻冷藏系统的蒸发器极易结霜，尤其是高湿环境的食品冷冻冷藏环境，蒸发器结霜更为严重，霜层的生成增加了传热热阻，使蒸发器的换热性能显著降低，因此实现蒸发器的无霜环境或换热器的高效除霜对于提高制冷系统效率，降低系统能耗具有重要意义。在除霜过程中，除霜启停控制点的精确获取对于系统的运行性能、能耗及安全性具有重要意义。除霜过早会增加额外的系统除霜能耗；除霜不及时则会降低蒸发器换热性能，使系统运行效率降低，增加压缩机组额外的功耗；除霜时间过短无法达到除霜目的；除霜时间过长不仅除霜能耗增加，而且增加了房间额外的热负荷，不利于房间温湿度的稳定，其高温还有可能造成蒸发器的损害，因此发明一种能够精确界定除霜启停控制点的方法对于提高系统运行性能、降低系统能耗，使系统安全高效运行具有重大现实意义。
微型冷库目前除霜方式多采用简单易操作的电加热除霜，且一般根据人为判断除霜时的霜层厚度或者定时加热来完成，该方法不能满足除霜的及时性，亦可能导致无效除霜。其他几种常采用的除霜控制方法还有定时控制法、温度控制法、时间-温度控制法、空气压差除霜控制法、光电控制法、最大平均供热量控制法等。虽然各控制方法都有其各自优点，但除霜控制点的精度并不高，或者精度高的情况下，配套除霜设备的投资成本较高。例如光电控制法，虽然其通过激光可精确测试霜层的厚度，但由于结霜随机性大，致使其测试点较多，投资成本高。
发明内容
本发明的目的是为了解决制冷系统蒸发器现有的除霜控制方法低控制精度难题，提供一种电容法智能除霜装置及控制方法。
本发明电容法智能控制除霜装置，包括冷风机、冷凝机组、可编程控制器(PLC)、智能电容仪表、中间继电器、铝翅片、绝缘材料、平行板电容器、电加热器和翅片管蒸发器；将多个平行板电容器均匀地布置于翅片管蒸发器的进风口处的铝翅片之间；在平行板电容器与铝翅片之间填充绝缘材料；每个平行板电容器均与智能电容仪表连接，且每个电容器与智能电容仪表之间均安装一个中间继电器，智能电容仪表通过PLC控制系统控制不同中间继电器的通断测量对应平行板电容器的电容，并将其转化为数字信号传送给PLC控制系统；将三组可变功率的电加热器分别布置在翅片管蒸发器的上、中、下三层用于除霜，PLC控制系统用以采集温度、电容参数并控制每个中间继电器、每个电加热器及冷凝机组。
优选的是安装七个平行板电容器，翅片管蒸发器上层对应的是第一平行板电容器C1、第二平行板电容器C2和相对应的第一中间继电器和第二中间继电器，以及安装于该层的第一电加热器P1；翅片管蒸发器中层对应的是第三平行板电容器C3、第四平行板电容器C4、第五平行板电容器C5和相对应的第三中间继电器、第四中间继电器和第五中间继电器，以及安装于该层的第二电加热器P2；翅片管蒸发器下层对应的是第六平行板电容器C6、第七平行板电容器C7和相对应的第六中间继电器和第七中间继电器，以及安装于该层的第三电加热器P3。
本发明电容法智能控制除霜装置的控制方法，按照下述步骤进行：
首先通过实验测定蒸发器的翅片管无任何霜的工况下平行板电容器的电容，并设定为控制电容下限值CD，
然后开启制冷机组待蒸发器的翅片管平均结霜厚度达到3mm左右时，记录此时各平行板电容器的电容，并求其平均值，将其设定为控制电容上限值CU；
在制冷系统运行过程中，智能电容仪表在控制系统的作用下，定时采集各平行板电容器的电容值，并求平均值，当伴随着霜层厚度的增加，采集的实时平均电容值会逐渐增加，当其大于等于电容上限值CU时，再分别计算蒸发器上、中、下三层的电容器的平均电容值，如果大于等于所有平行板电容器的平均电容值，则调节该层的电加热器的功率增加一个ΔP，如果低于所有平行板电容器的平均电容值，则调节该层的电加热器的功率减小一个ΔP；
随后停止冷凝机组及冷风机的运行，开启电加热器进行除霜，伴随着霜的融化平均电容值逐渐降低，当所有平行板电容器的平均电容值低于控制电容下限值CD时，停止电加热器运行，开启冷凝机组及冷风机，进入常规制冷模式；
实时采集蒸发器翅片的温度，当翅片温度高于设定温度值(20℃)时，可直接停止电加热器运行，开启冷凝机组及冷风机，进入常规制冷模式。
所述ΔP为50-100W。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.能够在复杂多变的结霜环境下精确界定除霜启停控制点，避免了除霜不足及无效除霜所造成的系统高能耗、房间温湿度波动大等缺点，节能效果显著，安全性高。
2.变功率电加热器可根据各平行板电容值的差异，实现蒸发器不同位置的智能变热量除霜，以提高除霜效率，达到节能之目的。
本发明基于平行板电容器其电容量与平行板之间电解质介电常数成正比例关系，与平行板间距成反比例关系的特性(C＝εA/d,C为电容量；ε为两极板间材料的介电常数；A为平行板有效面积；d平行板间距)，通过测定电容变化来确定平行板之间结霜量的多少及厚度。通常空气的相对介电常数约为1，霜(冰晶)的相对介电常数约为4，因此随着结霜量的增加，电容会升高；随着霜层厚度的增加，平行板的有效距离减小，电容提高，因此随着制冷机组运行时间的延长，结霜程度的提高，平行板电容呈现不断增加的变化趋势。
附图说明
图1蒸发器电容控制法除霜结构原理图；
图2电容控制法除霜控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1所示，一种电容法智能控制方法以除霜装置和控制系统为硬件基础，以电加热器的双位调节联合变功率调节的智能控制方法为技术手段以实现高效除霜的目的。
电容法智能控制除霜装置，包括冷风机1、冷凝机组2、可编程控制器(PLC)3、智能电容仪表4、中间继电器5、铝翅片6、绝缘材料7、平行板电容器8、电加热器9、翅片管蒸发器10；在制冷模式下，空气在冷风机1的作用下，与翅片管蒸发器10对流换热降温，一般会在翅片管蒸发器进风口处更易结霜，因此将七个平行板电容器8均匀地布置于翅片管蒸发器10的进风口处的铝翅片6之间；由于平行板电容器8与铝翅片6均为金属材质，为了避免两者之间短路，在两者之间填充绝缘材料7；七个平行板电容器8均与智能电容仪表4连接，且每个电容器与智能电容仪表之间均安装一个中间继电器5，智能电容仪表4通过PLC控制系统3控制不同中间继电器5的通断测量对应平行板电容器8的电容，并将其转化为数字信号传送给PLC控制系统3；将三组可变功率的电加热器9分别布置在翅片管蒸发器10的上、中、下三层用于除霜，此时翅片管蒸发器10上层对应的是第一平行板电容器C1、第二平行板电容器C2和相对应的第一中间继电器和第二中间继电器，以及安装于该层的第一电加热器P1；翅片管蒸发器10中层对应的是第三平行板电容器C3、第四平行板电容器C4、第五平行板电容器C5和相对应的第三中间继电器、第四中间继电器和第五中间继电器，以及安装于该层的第二电加热器P2；翅片管蒸发器10下层对应的是第六平行板电容器C6、第七平行板电容器C7和相对应的第六中间继电器和第七中间继电器，以及安装于该层的第三电加热器P3；PLC控制系统用以采集温度、电容参数并控制七个中间继电器、三个电加热器及冷凝机组，以实现所有设备的自动化运行。
如图2所示，进一步说明电容控制法除霜控制方法流程；图中：CD为无霜时平行板电容器的电容下限值；CU为除霜启动时的平行板电容器的电容上限值；Ci为不同平行板电容器实时电容值；P0为电加热器的额定功率；Pj为不同电加热器的实时功率；ΔP为电加热器的可调功率值；
首先通过实验测定蒸发器的翅片管无任何霜的工况下平行板电容器的电容，并设定为控制电容下限值CD，然后开启制冷机组待蒸发器的翅片管平均结霜厚度达到3mm左右时，记录此时各平行板电容器的电容，并求其平均值，将其设定为控制电容上限值CU；在制冷系统运行过程中，智能电容仪表在控制系统的作用下，定时采集各平行板电容器的电容值，并求平均值，当伴随着霜层厚度的增加，采集的实时平均电容值会逐渐增加，当其大于等于电容上限值CU时，再分别计算蒸发器上、中、下三层的电容器的平均电容值，如果高于(含等于)所有平行板电容器的平均电容值，则调节该层的电加热器的功率增加一个ΔP(50-100W)，如果低于所有平行板电容器的平均电容值，则调节该层的电加热器的功率减小一个ΔP。该控制方式可以使蒸发器各部分的除霜耗时更加趋于一致，避免了恒定电加热器功率下除霜时，蒸发器微量霜部分的无效除霜，从而降低能耗以及无效散热，提高除霜效率。随后停止冷凝机组及冷风机的运行，开启电加热器进行除霜，伴随着霜的融化平均电容值逐渐降低，当所有平行板电容器的平均电容值低于控制电容下限值CD时，停止电加热器运行，开启冷凝机组及冷风机，进入常规制冷模式。为了进一步保护蒸发器，使机组安全运行，可实时采集蒸发器翅片的温度，当翅片温度高于设定温度值(20℃)时，可直接停止电加热器运行，开启冷凝机组及冷风机，进入常规制冷模式。
Claims (1)
1.一种电容法智能控制除霜装置的控制方法，其特征是，除霜装置包括冷风机(1)、冷凝机组(2)、PLC控制系统(3)、智能电容仪表(4)、中间继电器(5)、铝翅片(6)、绝缘材料(7)、平行板电容器(8)、电加热器(9)和翅片管蒸发器(10)；将多个平行板电容器(8)均匀地布置于翅片管蒸发器(10)的进风口处的铝翅片(6)之间；在平行板电容器(8)与铝翅片(6)之间填充绝缘材料(7)；每个平行板电容器(8)均与智能电容仪表(4)连接，且每个电容器与智能电容仪表之间均安装一个中间继电器(5)，智能电容仪表(4)通过PLC控制系统(3)控制不同中间继电器(5)的通断测量对应平行板电容器(8)的电容，并将其转化为数字信号传送给PLC控制系统(3)；将三组可变功率的电加热器(9)分别布置在翅片管蒸发器(10)的上、中、下三层用于除霜，PLC控制系统用以采集温度、电容参数并控制每个中间继电器、每个电加热器及冷凝机组；
翅片管蒸发器(10)上层对应的是第一平行板电容器(C1)、第二平行板电容器(C2)和相对应的第一中间继电器和第二中间继电器，以及安装于该层的第一电加热器(P1)；翅片管蒸发器(10)中层对应的是第三平行板电容器(C3)、第四平行板电容器(C4)、第五平行板电容器(C5)和相对应的第三中间继电器、第四中间继电器和第五中间继电器，以及安装于该层的第二电加热器(P2)；翅片管蒸发器(10)下层对应的是第六平行板电容器(C6)、第七平行板电容器(C7)和相对应的第六中间继电器和第七中间继电器，以及安装于该层的第三电加热器(P3)；
电容法智能控制除霜装置的控制方法，按照下述步骤进行：
首先通过实验测定蒸发器的翅片管无任何霜的工况下平行板电容器的电容，并设定为控制电容下限值C D ，
然后开启制冷机组待蒸发器的翅片管平均结霜厚度达到3mm左右时，记录此时各平行板电容器的电容，并求其平均值，将其设定为控制电容上限值C U ；
在制冷系统运行过程中，智能电容仪表在控制系统的作用下，定时采集各平行板电容器的电容值，并求平均值，当伴随着霜层厚度的增加，采集的实时平均电容值会逐渐增加，当其大于等于电容上限值C U 时，再分别计算蒸发器上、中、下三层的电容器的平均电容值，如果大于等于所有平行板电容器的平均电容值，则调节该层的电加热器的功率增加一个ΔP，如果低于所有平行板电容器的平均电容值，则调节该层的电加热器的功率减小一个ΔP；
随后停止冷凝机组及冷风机的运行，开启电加热器进行除霜，伴随着霜的融化平均电容值逐渐降低，当所有平行板电容器的平均电容值低于控制电容下限值C D 时，停止电加热器运行，开启冷凝机组及冷风机，进入常规制冷模式；
实时采集蒸发器翅片的温度，当翅片温度高于设定温度值(20℃)时，可直接停止电加热器运行，开启冷凝机组及冷风机，进入常规制冷模式；
所述ΔP为50-100W。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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