CN109520163A - 一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：该机组主要由制冷压缩机、风冷式冷凝器、冷凝器用气液分离器、冷凝器用风机、内回路换热器、内回路膨胀阀、过冷盘管、主路膨胀阀、风冷式蒸发器、蒸发器用气液分离器、蒸发器用风机、旁通电磁阀、过冷型气液分离器、脉冲融霜调节阀、PLC控制器、温度传感器、压力传感器以及连接管道、导线组成。本发明通过带气液分离器的风冷式蒸发器和风冷式冷凝器的巧妙结构设计、内回路换热器的一级过冷和过冷型气液分离器的二级过冷、以及脉冲融霜调节阀的智能化控制，提高了系统的制冷量及能效比，实现了蒸发器表面霜层的快速融解，保证了冷冻冷藏系统在宽温区工况下高效可靠运行。

Description

一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组

技术领域

本发明涉及冷冻冷藏行业领域，特别是指一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组。

背景技术

发展冷冻冷藏和冷链事业，保证人们每天吃到来自不同地区、不同季节的陆地和海洋中生长的各种富有营养的高质量新鲜食物，满足了工农业生产高度发展以及生态环境建设和可持续发展的需要。然而，由于冷冻冷藏和冷链物流的相对滞后，目前中国的食品工业产成品每年在运输和储存中的损失超过千亿元。因此，开发高效节能、安全可靠的冷冻冷藏机组已成为食品行业可持续快速发展的关键。常规单级压缩冷冻冷藏机组以空气作为冷热源，结构简单，安装使用方便，可以充分利用空气中的能源，是一种高效、节能的制冷设备。但在室内外气温差过大时，单级压缩冷冻冷藏机组会出现压缩机压缩比过大、排气温度过高，润滑油的粘度急剧下降，其制冷能力和能效比急剧下降，甚至可能导致压缩机经常保护性停机；同样由于室内相对湿度过大，蒸发器表面容易结霜，若采用热水\热风机外部化霜或热气反向融霜方式时，具有耗时长、效率低、能耗大等缺点。常规单级压缩冷冻冷藏机组存在的上述突出问题，严重影响了其广泛推广及应用。

针对常规单级压缩冷冻冷藏机组存在的不足，解决方案常采用两级压缩制冷系统或复叠式制冷系统，一定程度解决了宽温区单级制冷压缩机压缩比过大、排气温度过高的问题，提高了机组制冷能力及能效比，但二者在推广应用过程又存在不足之处，如对采用两级压缩的制冷系统，由于受制冷剂热力学性质的约束，当制冷系统的工作温差范围过大时，会引起压缩机输气系数急剧降低，节流损失显著增加，经济性变差，甚至导致压缩机不能正常工作。而对采用复叠式制冷系统而言，由于采用两种不同纯制冷剂，所以其系统工作的温差范围相对较大，但缺点是系统循环耗功量较大、效率低、成本大、控制过于复杂。另外，两级压缩制冷系统或复叠式制冷系统的蒸发器表面出现严重结霜时，如何快速高效的融霜成了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的正是为了提供一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，以解决现有单级压缩冷冻冷藏机组在宽温区制冷时存在的压缩机压缩比过大和排气温度过高、蒸发器表面容易结霜和融霜效率低、系统制冷量和能效比急剧下降等突出技术问题。本发明的宽温区小型冷冻冷藏机组可以广泛应用于屠宰及肉制品行业、水产品行业、水果蔬菜行业、速冻米面制品行业、冷车、冷库流通储运行业等所有可以采用冷冻冷藏机组的场所。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，包括冷子系统和自动控制子系统。所述制冷子系统包括制冷压缩机、风冷式冷凝器、冷凝器用气液分离器、冷凝器用风机、内回路换热器、内回路膨胀阀、过冷盘管、干燥过滤器、观察镜、主路膨胀阀、风冷式蒸发器、蒸发器用气液分离器、蒸发器用风机、旁通电磁阀、过冷型气液分离器、脉冲融霜调节阀以及连接管道，制冷子系统的具体连接关系为：制冷压缩机的排气口与风冷式冷凝器的进口相连接，风冷式冷凝器的其他接口分别与冷凝器用气液分离器的气液进口和气体出口、内回路换热器的主路进口和脉冲融霜调节阀的进口相连接，冷凝器用气液分离器的液体出口通过内回路膨胀阀与内回路换热器的回路进口相连接，内回路换热器的主路出口和回路出口分别与过冷盘管的进口、过冷型气液分离器的进口相连接，过冷盘管安装于过冷型气液分离器内部下侧，其出口依次通过干燥过滤器、观察镜、主路膨胀阀分别与脉冲融霜调节阀的出口、风冷式蒸发器的进口相连接，风冷式蒸发器的其他接口分别与蒸发器用气液分离器的气液进口和液体出口、过冷型气液分离器的进口相连接，蒸发器用气液分离器的气体出口通过旁通电磁阀与过冷型气液分离器的进口相连接，过冷型气液分离器的出口与制冷压缩机的吸气口相连接。

所述自动控制子系统包括PLC控制器、第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、阀件和设备的执行器及连接导线，其具体安装连接关系为：PLC控制器通过导线分别第一温度传感器、第一压力传感器、第二温度传感器、第二压力传感器、阀件和设备的执行器相连接，第一温度传感器、第一压力传感器安装于风冷式蒸发器出口的管路上；所述第二温度传感器、第二压力传感器安装于过冷型气液分离器出口的管路上。

本发明所述制冷压缩机优选为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。

优选的，所述风冷式冷凝器和风冷式蒸发器为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。

优选的，所述风冷式冷凝器的中部设置有气液出口和气体进口，分别与冷凝器用气液分离器的气液进口、气体出口相连接。

优选的，所述风冷式蒸发器的中部设置有气液出口和液体进口，分别与蒸发器用气液分离器的气液进口、液体出口相连接。

优选的，所述冷凝器用风机和蒸发器用风机为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。

优选的，所述内回路膨胀阀和主路膨胀阀为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。

优选的，所述内回路换热器为管壳式换热器、板式换热器、套管换热器中的任意一种结构形式。

本发明提供一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其构思新颖，机组设计优化巧妙，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

（1）通过带气液分离器的风冷式蒸发器和风冷式冷凝器的巧妙结构设计，保证了冷凝器内不积存高压过冷液体，以及蒸发器不积存低压过热气体，提高了风冷式冷凝器和蒸发器的换热效率，降低了换热器的压降损耗。同时提高了蒸发器的蒸发温度，降低了冷凝器的冷凝温度，延缓了蒸发器的结霜速率，减少了冷藏食品的干耗，增加了系统的制冷量及能效比。

（2）通过内回路换热器的一级过冷和过冷型气液分离器的二级过冷，降低了制冷剂经过膨胀阀的不可逆损失及蒸发器的入口干度，增加了系统的单位制冷量，保证了冷冻冷藏系统在宽温区工况下高效可靠运行。

（3）通过脉冲融霜调节阀的智能化控制，保证制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂间隔性进入蒸发器，短时间内释放大量热量而产生热冲力，实现蒸发器表面霜层的快速融解，降低融霜对冷冻冷藏室温度的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构原理图。

图2为制冷工作模式流程图。

图3为热气旁通能量调节工作模式流程图。

图4为快速脉冲融霜工作模式流程图。

图中各部件的序号和名称如下：1-制冷压缩机、2-风冷式冷凝器、3-冷凝器用气液分离器、4-冷凝器用风机、5-内回路换热器、6-内回路膨胀阀、7-过冷盘管、8-干燥过滤器、9-观察镜、10-主路膨胀阀、11-风冷式蒸发器、12-蒸发器用气液分离器、13-蒸发器用风机、14-旁通电磁阀、15-过冷型气液分离器、16-脉冲融霜调节阀、17-PLC控制器、18-第一温度传感器、19-第一压力传感器、20-第二温度传感器、21-第二压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，包括制冷子系统和自动控制子系统。其中所述的制冷子系统包括制冷压缩机1、风冷式冷凝器2、冷凝器用气液分离器3、冷凝器用风机4、内回路换热器5、内回路膨胀阀6、过冷盘管7、干燥过滤器8、观察镜9、主路膨胀阀10、风冷式蒸发器11、蒸发器用气液分离器12、蒸发器用风机13、旁通电磁阀14、过冷型气液分离器15、脉冲融霜调节阀16以及连接管道。其具体连接关系为：制冷压缩机1的排气口与风冷式冷凝器2的进口相连接，风冷式冷凝器2的其他接口分别与冷凝器用气液分离器3的气液进口和气体出口、内回路换热器5的主路进口和脉冲融霜调节阀16的进口相连接，冷凝器用气液分离器3的液体出口通过内回路膨胀阀6与内回路换热器5的回路进口相连接，内回路换热器5的主路出口和回路出口分别与过冷盘管7的进口、过冷型气液分离器15的进口相连接，过冷盘管7安装于过冷型气液分离器15内部下侧，其出口依次通过干燥过滤器8、观察镜9、主路膨胀阀10分别与脉冲融霜调节阀16的出口、风冷式蒸发器11的进口相连接，风冷式蒸发器11的其他接口分别与蒸发器用气液分离器12的气液进口和液体出口、过冷型气液分离器15的进口相连接，蒸发器用气液分离器12的气体出口通过旁通电磁阀14与过冷型气液分离器15的进口相连接，过冷型气液分离器15的出口与制冷压缩机1的吸气口相连接。

所述自动控制子系统包括PLC控制器17、第一温度传感器18、第一压力传感器19、第二温度传感器20、第二压力传感器21、阀件和设备的执行器及连接导线；具体安装连接关系为：所述PLC控制器17通过导线分别第一温度传感器18、第一压力传感器19、第二温度传感器20、第二压力传感器21、阀件和设备的执行器相连接；所述第一温度传感器18、第一压力传感器19安装于风冷式蒸发器11出口的管路上；所述第二温度传感器20、第二压力传感器21安装于过冷型气液分离器15出口的管路上。

本发明所述制冷压缩机1为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。

优选的，所述风冷式冷凝器2和风冷式蒸发器11为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。

优选的，所述风冷式冷凝器2的中部设置有气液出口和气体进口，分别与冷凝器用气液分离器3的气液进口、气体出口相连接。

优选的，所述风冷式蒸发器11的中部设置有气液出口和液体进口，分别与蒸发器用气液分离器12的气液进口、液体出口相连接。

优选的，所述冷凝器用风机4和蒸发器用风机13为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。

优选的，所述内回路膨胀阀6和主路膨胀阀10为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。

优选的，所述内回路换热器5为管壳式换热器、板式换热器、套管换热器中的任意一种结构形式。

本发明通过带气液分离器的风冷式蒸发器和风冷式冷凝器的巧妙结构设计、内回路换热器的一级过冷和过冷型气液分离器的二级过冷、以及脉冲融霜调节阀的智能化控制，可实现三种工作模式：

（1）制冷工作模式

图2为制冷工作模式流程图，此时PLC控制器17选择制冷工作模式运行，制冷压缩机1、冷凝器用风机4、内回路膨胀阀6、主路膨胀阀10、蒸发器用风机13、旁通电磁阀14启动，脉冲融霜调节阀16关闭。此模式下的工作流程：制冷压缩机1排出的高温高压过热气态制冷剂进入风冷式冷凝器2，释放热量加热经冷凝器用风机4引入的室外空气，在风冷式冷凝器2的中部凝结为高压气液两相制冷剂，然后进入冷凝器用气液分离器3进行气液分离，分离出的高温高压气态制冷剂重新返回风冷式冷凝器2继续凝结，而分离出的高温高压液态制冷剂经内回路膨胀阀6节流膨胀为低温低压的气液两相制冷剂，进入内回路换热器5蒸发吸收来自于风冷式冷凝器2末端出口的液态制冷剂，蒸发变为低温低压的制冷剂蒸汽，进入过冷型气液分离器15进行气液分离，而风冷式冷凝器2末端出口的液态制冷剂经内回路换热器5放出热量变为一级过冷液态制冷剂，然后再进入过冷型气液分离器15底部的过冷盘管7放出热量加热过冷型气液分离器15分离的液态制冷剂，降温变为二级过冷液态制冷剂，然后依次通过干燥过滤器8、观察镜9进入主路膨胀阀10，节流膨胀为低温低压的气液两相制冷剂，进入风冷式蒸发器11蒸发吸收经蒸发器用风机13引入室内空气的热量，在风冷式蒸发器11的中部蒸发为低温低压气液两相制冷剂，然后进入蒸发器用气液分离器12进行气液分离，分离出的低温低压液态制冷剂重新返回风冷式蒸发器11继续蒸发，而分离出的低温低压气态制冷剂经旁通电磁阀14进入过冷型气液分离器15，与来自于风冷式蒸发器11末端出口的气态制冷剂混合后进行气液分离，分离出的气态制冷剂进入制冷压缩机1的吸气口，再经制冷压缩机1的压缩排出高温高压过热气态制冷剂，开始下一循环。制冷模式运行过程中，PLC控制器17通过风冷式蒸发器11出口管路上安装的第一温度传感器18、第一压力传感器19传递的温度和压力数据，计算出风冷式蒸发器11的出口过热度，以此为控制信号调节主路膨胀阀10的开度，控制进入风冷式蒸发器11的制冷剂液体流量与制冷负荷相匹配。PLC控制器17通过过冷型气液分离器15出口管路上安装的第二温度传感器20、第二压力传感器21传递的温度和压力数据，计算出制冷压缩机1的吸气过热度，以此为控制信号调节内回路膨胀阀6的开度，控制进入内回路换热器5的制冷剂液体流量，保持过冷型气液分离器15的液位稳定。

（2）热气旁通能量调节工作模式

图3为热气旁通能量调节工作模式流程图，当制冷负荷变化比较大时，依靠制冷压缩机1、内回路膨胀阀6、主路膨胀阀10的调节仍无法满足要求时，可采用此工作模式。此时PLC控制器17选择热气旁通能量调节工作模式运行，制冷压缩机1、冷凝器用风机4、内回路膨胀阀6、主路膨胀阀10、蒸发器用风机13、旁通电磁阀14、脉冲融霜调节阀16均启动。此工作流程与制冷工作模式基本相同，不同之处在于制冷压缩机1排出的一部分高温高压过热气态制冷剂通过脉冲融霜调节阀16降压变为高温低压的气态制冷剂，旁通到风冷式蒸发器11，提供一个“虚负荷”，实现机组稳定可靠运行。热气旁通能量调节工作模式运行过程中，PLC控制器17通过风冷式蒸发器11出口管路上安装的第一温度传感器18、第一压力传感器19传递的温度和压力数据，计算出风冷式蒸发器11的出口过热度，以此为控制信号调节脉冲融霜调节阀16的开度，控制进入风冷式蒸发器11的高温气态制冷剂流量与制冷负荷相匹配。

（3）快速脉冲融霜工作模式

图4为快速脉冲融霜工作模式流程图，当室内空气湿度比较大、风冷式蒸发器11结霜比较严重时，可采用此工作模式。此时PLC控制器17选择快速脉冲融霜工作模式运行，制冷压缩机1、脉冲融霜调节阀16启动，冷凝器用风机4、内回路膨胀阀6、主路膨胀阀10、蒸发器用风机13、旁通电磁阀14关闭。此模式下的工作流程：制冷压缩机1排出的高温高压过热气态制冷剂经过脉冲融霜调节阀16间隔性进入风冷式蒸发器11释放热量加热换热器外表面的冰霜，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后进入过冷型气液分离器15进行气液分离，分离出的气态制冷剂进入压缩机的吸气口，经制冷压缩机1的压缩排出高温高压过热气态制冷剂，开始下一循环。快速脉冲融霜工作模式运行过程中，PLC控制器17通过过冷型气液分离器15出口管路上安装的第二温度传感器20、第二压力传感器21传递的温度和压力数据，计算出制冷压缩机1的吸气过热度，依据制冷压缩机1的吸气温度、吸气压力及吸气过热度为控制信号，调节脉冲融霜调节阀16的开关频率，控制进入风冷式蒸发器11的高温高压过热气态制冷剂流量，实现风冷式蒸发器11表面霜层的快速融解。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：包括制冷子系统和自动控制子系统，制冷子系统包括制冷压缩机（1）、风冷式冷凝器（2）、冷凝器用气液分离器（3）、冷凝器用风机（4）、内回路换热器（5）、内回路膨胀阀（6）、过冷盘管（7）、干燥过滤器（8）、观察镜（9）、主路膨胀阀（10）、风冷式蒸发器（11）、蒸发器用气液分离器（12）、蒸发器用风机（13）、旁通电磁阀（14）、过冷型气液分离器（15）、脉冲融霜调节阀（16）和连接管道；制冷压缩机（1）的排气口与风冷式冷凝器（2）的进口相连接，风冷式冷凝器（2）的其他接口分别与冷凝器用气液分离器（3）的气液进口和气体出口、内回路换热器（5）的主路进口和脉冲融霜调节阀（16）的进口相连接，冷凝器用气液分离器（3）的液体出口通过内回路膨胀阀（6）与内回路换热器（5）的回路进口相连接，内回路换热器（5）的主路出口和回路出口分别与过冷盘管（7）的进口、过冷型气液分离器（15）的进口相连接，过冷盘管（7）安装于过冷型气液分离器（15）内部下侧，其出口依次通过干燥过滤器（8）、观察镜（9）、主路膨胀阀（10）分别与脉冲融霜调节阀（16）的出口、风冷式蒸发器（11）的进口相连接，风冷式蒸发器（11）的其他接口分别与蒸发器用气液分离器（12）的气液进口和液体出口、过冷型气液分离器（15）的进口相连接，蒸发器用气液分离器（12）的气体出口通过旁通电磁阀（14）与过冷型气液分离器（15）的进口相连接，过冷型气液分离器（15）的出口与制冷压缩机（1）的吸气口相连接。

2.根据权利要求1所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述自动控制子系统包括PLC控制器（17）、第一温度传感器（18）、第一压力传感器（19）、第二温度传感器（20）、第二压力传感器（21）、阀件、设备的执行器以及连接导线，PLC控制器（17）通过导线分别与第一温度传感器（18）、第一压力传感器（19）、第二温度传感器（20）、第二压力传感器（21）、阀件和设备的执行器相连接，第一温度传感器（18）、第一压力传感器（19）安装于风冷式蒸发器（11）出口的管路上，第二温度传感器（20）、第二压力传感器（21）安装于过冷型气液分离器（15）出口的管路上。

3.根据权利要求2所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述制冷压缩机（1）为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。

4.根据权利要求3所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述风冷式冷凝器（2）和风冷式蒸发器（11）为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。

5.根据权利要求4所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述风冷式冷凝器（2）的中部设置有气液出口和气体进口，分别与冷凝器用气液分离器（3）的气液进口、气体出口相连接。

6.根据权利要求2所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述风冷式蒸发器（11）的中部设置有气液出口和液体进口，分别与蒸发器用气液分离器（12）的气液进口、液体出口相连接。

7.根据权利要求2所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述冷凝器用风机（4）和蒸发器用风机（13）为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。

8.根据权利要求2所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述内回路膨胀阀（6）和主路膨胀阀（10）为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。

9.根据权利要求2所述的具有快速脉冲融霜功能的宽温区小型冷冻冷藏机组，其特征在于：所述内回路换热器（5）为管壳式换热器、板式换热器、套管换热器中的任意一种结构形式。