CN109737662A - 一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统及除霜控制方法 - Google Patents
一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统及除霜控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统及除霜控制方法，制冷系统包括压缩机，冷凝器，干燥过滤器，第一毛细管，第一蒸发器，第二毛细管，第二蒸发器，风机，气液分离器，风道，侧风道，接水盘，压缩机仓水盘，四通换向阀，三通电子阀，单向阀，控制器以及感温包，第一蒸发器仅负责处理冷柜中、下部及压缩机仓处通过发泡层围护结构进入柜内的显热负荷，第二蒸发器负责处理顶部通过门封及开门进入的热湿负荷，换热器体积及配置风机体积均可减小，送风、回风的结构设计可以大大简化。本发明的热泵除霜控制方法可以在保证除霜的同时，第一蒸发器仍然工作在制冷模式下，实现制冷不间断，减小因系统除霜导致的冷冻(藏)储物温度波动损坏储物品质。
Description
技术领域
本发明属于制冷及除霜领域，涉及一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统及除霜控制方法。
背景技术
目前，小型家用及商用卧式冷柜普遍使用蒸发器盘管缠绕在冷柜内壁的直冷型系统，冷柜运行时依靠自然对流及辐射传热将箱内的储物进行降温。由于不可避免的开门以及门封不可能完全密封，导致环境中的水蒸汽会进入箱内，并在冷柜内壁面结霜。
结霜过厚会阻碍蒸发器表面的热交换，降低制冷系统效率。使用风冷强迫对流蒸发器的风冷冷柜是解决柜内结霜的一项技术。在风冷冷柜中，水蒸汽会在空气循环的作用下在风冷蒸发器表面结霜，可通过定期的除霜将融化的液态水排走。
现有卧式无霜冷柜通常采用纯风冷制冷系统，即制冷系统蒸发器为单一的风冷蒸发器，该蒸发器既要满足去除通过门封及开门进入柜内的湿负荷，又要负担通过门封、开门及发泡层导热进入的显热负荷，往往需要较大的风道提供足够的风量，例如专利CN106642906A中公开的技术方案。若削减风道结构，例如专利CN106958973A中公开的技术方案，则往往无法保证箱内温度均匀性及食物储存品质。同时，由于全部冷量由空气携带，为了兼顾温度均匀性，往往需要送、回风的结构设计能够保证柜内均匀的气流组织并避免气流死区，例如专利CN107131695A和CN107131705A中公开的技术方案，这些方案需要复杂的底部回风风道结构，并且占用了一定量的底部存储空间。现有风冷冰箱、立式或卧式风冷冷柜普遍采用电加热除霜的方法。在电加热除霜中，电加热丝中的电阻将电能转换为热能，通过辐射、自然对流形式由外向内融化霜层。由于系统蒸发器在化霜时无法提供制冷，可能造成冷冻(藏)储物温度升高破坏储物品质，若电加热器功率或结构配置不良，还可能导致除霜时间过长，出现除霜热量进入冷冻(藏)间室的情况，进一步恶化箱内储物温度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统及除霜控制方法，使用两个串联连接的蒸发器能够独立处理热湿负荷，实现紧凑型结构，能够保证除霜的同时其中一个蒸发器仍然工作在制冷模式下，制冷不间断。
为了实现上述目的，本发明紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统采用的技术方案为：
包括压缩机与四通换向阀，所述的四通换向阀分别连接压缩机的排气口、三通电磁阀、第二蒸发器和气液分离器，三通电磁阀连接四通阀、冷凝器和单向阀；压缩机的排气口依次经过四通换向阀、三通电磁阀、冷凝器、干燥过滤器以及第一毛细管连接第一蒸发器，所述的第一蒸发器经过第二毛细管连接第二蒸发器，第二蒸发器经过四通换向阀、气液分离器再回到压缩机的吸气口，组成正常制冷模式回路；压缩机的排气口通过四通换向阀与第二蒸发器相连，第二蒸发器依次经过第二毛细管第一蒸发器、单向阀、三通电磁阀返回四通换向阀，四通换向阀再经过气液分离器连通压缩机的吸气口，组成制冷剂除霜模式回路；冷柜当中设置有风机、风道和侧风道，侧风道上设置有若干个送风口，风道的底部设置有回风口，风道在两侧与侧风道相连接，柜内被冷却空气依次经过回风口、第二蒸发器、风机进入侧风道，并经过若干个送风口流入柜内构成空气循环回路。
所述的第一蒸发器采用自然对流式换热器，所述的第二蒸发器采用强制对流式换热器。
所述的第一蒸发器布置于冷柜的内胆中层及中层下方，第二蒸发器布置于风道的内部。
所述的第二蒸发器下方布置接水盘，压缩机上设有压缩机仓水盘，所述的接水盘与压缩机仓水盘连接，将压缩机的机壳散热作为融水的蒸发热源。
所述的第一蒸发器内积存有液态制冷剂，气液分离器能够积存这部分液态制冷剂，从正常制冷模式向除霜模式切换时，避免压缩机吸气带液引起气缸液击。
所述的若干个送风口在侧风道上均匀并联排布。
所述第二毛细管的长度小于第一毛细管的长度。
冷柜当中设有感温包，第二蒸发器的工作温度比第一蒸发器的工作温度低5℃以上。
所述的四通换向阀、三通电磁阀、压缩机、风机及感温包连接控制器；
所述的控制器(204)具有计时器的功能。
本发明紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统的除霜控制方法，包括以下步骤：
a.设定正常制冷模式工作时间t1与除霜模式工作时间t2的阈值，当正常制冷模式工作时间t1达到阈值时，开始除霜模式，跳转至步骤b，否则维持正常制冷模式；
b.停止风机，正常制冷模式工作时间t1清零，除霜模式工作时间t2开始计时；
c.四通换向阀将压缩机排气口与第二蒸发器连通、压缩机吸气口经过气液分离器与三通电磁阀连通，三通电磁阀将单向阀与四通换向阀连通，并关闭三通电磁阀连接冷凝器的接口；
d.当除霜模式工作时间t2达到阈值时，停止除霜模式；
e.四通换向阀将压缩机排气口与三通电磁阀连通、压缩机吸气口经过气液分离器与第二蒸发器连通，三通电磁阀将冷凝器与四通换向阀连通，并关闭三通电磁阀连接单向阀的接口；
f.开启风机，除霜模式工作时间t2清零，正常制冷模式工作时间t1开始计时。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明所提供的制冷系统能够对热湿负荷独立处理，使用两个串联的蒸发器，第一蒸发器仅负责处理冷柜中、下部及压缩机仓处通过发泡层围护结构进入柜内的显热负荷，第二蒸发器负责处理顶部通过门封及开门进入的热湿负荷，由于第二蒸发器所需负担的负荷减小，其换热器体积及配置风机体积均可减小。由于不再需要考虑中、下部的热负荷，不再需要维持柜内良好的气流组织，卧式冷柜底部区域可以作为空气死区，其送风、回风的结构设计可以大大简化，进一步减小风冷系统的空间，在保证现有无霜功能的前提下提供了紧凑型结构。通过对流、扩散作用，进入柜内的水蒸气会在柜内最低温度点凝华成霜，由于第二毛细管的节流作用，水蒸气会在第二蒸发器表面结霜，且绝大部分湿负荷从顶部通过门封或开门携带入柜，不会出现底部死区积聚水蒸气的现象。热泵除霜热量来自制冷剂，热量由管内向霜层传递，可以保证绝大部分热量被霜层吸收，具有更高的除霜效率。不仅如此，本发明所提出的热泵除霜流程可以在保证除霜的同时，第一蒸发器仍然工作在制冷模式下，实现制冷不间断，减小因系统除霜导致的冷冻(藏)储物温度波动损坏储物品质。
附图说明
图1本发明紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统的结构示意图；
图2本发明除霜控制方法流程图；
附图中：101-压缩机；102-冷凝器；103-干燥过滤器；104-第一毛细管；105-第一蒸发器；106-第二毛细管；107-第二蒸发器；108-风机；109-气液分离器；110-风道；111-侧风道；112-送风口；113-回风口；114-接水盘；115-压缩机仓水盘；201-四通换向阀；202-三通电磁阀；203-单向阀；204-控制器；205-感温包。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统包括压缩机101，冷凝器102，干燥过滤器103，第一毛细管104，第一蒸发器105，第二毛细管106，第二蒸发器107，风机108，气液分离器109，风道110，侧风道111，送风口112，回风口113，接水盘114，压缩机仓水盘115，四通换向阀201，三通电子阀202，单向阀203，控制器204以及感温包205。
第一蒸发器105布置于卧式冷柜内胆中层及中层下方，利用自然对流和辐射与冷柜内储物进行热交换，主要承担冷柜中、下层及底部通过围护结构导热进入冷柜的显热负荷及储物携带的显热负荷。第二蒸发器107位于风道110的内部，需要配置风机108提供流动的空气，通过强制对流形式与冷柜内的空气进行热交换，主要承担冷柜顶部、柜门、门封渗透进入的显热负荷和开门、门封渗透、储物内水分蒸发引起的潜热负荷。
控制器204与四通换向阀201、三通电磁阀202、压缩机101、风机108、感温包205相连接。控制器204可实现正常制冷模式和除霜模式，并可以通过内置的计时器自动判定制冷系统是否需要在正常制冷模式和除霜模式之间切换。制冷系统的两种工作模式分别对应了四通换向阀201和三通电磁阀202的两种连接模式，控制器204可通过高、低电平信号分别控制四通换向阀201和三通电磁阀202的两种连接模式。控制器204还可控制压缩机101和风机108的启停。工作在正常制冷模式时，根据感温包205和控制器204设定温度的差值，控制器204使用双位控制方法同时联动调节压缩机101和风机的启停状态，即压缩机101开启则风机108也开启，否则两者同时停止运行。工作在除霜模式时，压缩机101始终运行，风机108始终停止。
工作在正常制冷模式时，控制器204通过高、低电平信号，分别控制四通换向阀201和三通电磁阀202的连接模式，使得压缩101的排气口通过四通换向阀201与三通电磁阀202相连接，三通电磁阀202与冷凝器102相连接，并使三通电磁阀202与单向阀203的连接口关闭。此时，来自压缩机101的高温高压制冷剂进入冷凝器102放热并冷凝成为液态制冷剂。液态制冷剂通过干燥过滤器103进入第一毛细管104，在第一毛细管104内部节流降压，直至进入两相状态后同时降低温度。从第一毛细管104流出的低温两相制冷剂进入第一蒸发器105，并在其中部分蒸发，为冷柜中、底层摆放的储物提供冷量。部分蒸发的两相状态制冷剂经过第二毛细管106进一步节流并降低温度，随后进入第二蒸发器107蒸发提供冷量，冷却冷柜上方的空气并凝结由柜门、门封和储物携带进入箱内的水蒸汽。
由于第二毛细管106的节流降温作用，第二蒸发器107的工作温度比第一蒸发器105的工作温度要低5℃以上，因此，箱内的水蒸汽优先在温度最低的第二蒸发器107的表面冷凝，避免了冷柜内部不必要的结霜。第二毛细管106使制冷剂降低了5℃以上的温度，所需实现的节流效果小于第一毛细管104，即当两者内径规格一致时，第二毛细管106的长度小于第一毛细管104的长度。经第二蒸发器107完全蒸发为气态的制冷剂进入四通换向阀进入气液分离器，最终返回压缩机101吸气口，完成整个制冷剂的循环。
工作在正常制冷模式时，第二蒸发器107、风机108位于风道内部，回风口113布置于风道110底部，风道110在两侧与侧风道111相连接，若干组送风口112分别布置于侧风道111上。柜内被冷却空气依次经回风口113、第二蒸发器107、风机108进入侧风道111，经并联排布的若干组送风口112流入柜内，冷却中上方的储物，构成空气循环回路。
工作在除霜模式时，控制器204通过高、低电平信号，分别控制四通换向阀201和三通电磁阀202的连接模式，使得压缩机101的排气口通过四通换向阀201与第二蒸发器107相连接，三通电磁阀202通过四通换向阀201与气液分离器109相连接，三通电磁阀202与单向阀203相连接，同时三通电磁阀202关闭通向冷凝器102的连接口。此时，来自压缩机的高温高压制冷剂进入第二蒸发器107，制冷剂过热蒸汽携带的显热以及部分气液相变的潜热通过第二蒸发器107的壁面传递至附着在第二蒸发器107表面的霜层。霜层吸热后逐渐融化为水，经接水盘114收集后排放至压缩机仓水盘115，利用压缩机101的机壳散热蒸发至环境。部分冷凝的两相制冷剂从第二蒸发器107通过第二毛细管106节流降温，流入第一蒸发器105，在其中吸热蒸发，之后经单向阀203、三通电磁阀202和四通换向阀201进入气液分离器109。当本发明的制冷系统从正常制冷模式向除霜模式切换时，第一蒸发器105内积存有一定量的液态制冷剂，气液分离器109可积存这部分液态制冷剂，避免压缩机101吸气带液引起气缸液击。该制冷剂循环流程对应了除霜模式的制冷剂循环。冷柜在上述正常制冷模式和除霜模式之间的切换依靠控制器204自动判别，判别方法包括如下步骤：
a.设定正常制冷模式工作时间t1与除霜模式工作时间t2的阈值，当正常制冷模式工作时间t1达到阈值时，开始除霜模式，跳转至步骤b，否则维持正常制冷模式；
b.停止风机108，正常制冷模式工作时间t1清零，除霜模式工作时间t2开始计时；
c.控制器204控制四通换向阀201将压缩机101排气口与第二蒸发器107连通、压缩机101的吸气口经过气液分离器109与三通电磁阀202连通，控制器204控制三通电磁阀202将单向阀203与四通换向阀201相连通，并关闭三通电磁阀202连接冷凝器102的接口；
d.当除霜模式工作时间t2达到阈值时，停止除霜模式；
e.控制器204控制四通换向阀201将压缩机101的排气口与三通电磁阀202连通、压缩机101的吸气口经过气液分离器109与第二蒸发器107连通，控制器204控制三通电磁阀202将冷凝器102与四通换向阀201相连通，并关闭三通电磁阀202连接单向阀203的接口；
f.开启风机108，除霜模式工作时间t2清零，正常制冷模式工作时间t1开始计时。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，而非用以对本发明做任何形式上的限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神原则的条件下，本发明还可以做出若干形式上的修改或简单替换，这些修改和替换也均会落入由所提交权利要求确定的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：包括压缩机(101)与四通换向阀(201)，所述的四通换向阀(201)分别连接压缩机(101)的排气口、三通电磁阀(202)、第二蒸发器(107)和气液分离器(109)，三通电磁阀(202)连接四通换向阀(201)、冷凝器(102)和单向阀(203)；压缩机(101)的排气口依次经过四通换向阀(201)、三通电磁阀(202)、冷凝器(102)、干燥过滤器(103)以及第一毛细管(104)连接第一蒸发器(105)，所述的第一蒸发器(105)经过第二毛细管(106)连接第二蒸发器(107)，第二蒸发器(107)经过四通换向阀(201)、气液分离器(109)再回到压缩机(101)的吸气口，组成正常制冷模式回路；压缩机(101)的排气口通过四通换向阀(201)与第二蒸发器(107)相连，第二蒸发器(107)依次经过第二毛细管(106)、第一蒸发器(105)、单向阀(203)、三通电磁阀(202)返回四通换向阀(201)，四通换向阀(201)再经过气液分离器(109)连通压缩机(101)的吸气口，组成制冷剂除霜模式回路；冷柜当中设置有风机(108)、风道(110)和侧风道(111)，侧风道(111)上设置有若干个送风口(112)，风道(110)的底部设置有回风口(113)，风道(110)在两侧与侧风道(111)相连接，柜内被冷却空气依次经过回风口(113)、第二蒸发器(107)、风机(108)进入侧风道(111)，并经过若干个送风口(112)流入柜内构成空气循环回路。
2.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述的第一蒸发器(105)采用自然对流式换热器，所述的第二蒸发器(107)采用强制对流式换热器。
3.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述的第一蒸发器(105)布置于冷柜的内胆中层及中层下方，第二蒸发器(107)布置于风道(110)的内部。
4.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述的第二蒸发器(107)下方布置接水盘(114)，压缩机(101)上设有压缩机仓水盘(115)，接水盘(114)与压缩机仓水盘(115)连接，压缩机(101)的机壳散热作为融水的蒸发热源。
5.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述的第一蒸发器(105)内积存有液态制冷剂，气液分离器(109)能够积存这部分液态制冷剂，从正常制冷模式向除霜模式切换时，避免压缩机(101)吸气带液引起气缸液击。
6.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述的若干个送风口(112)在侧风道(111)上均匀并联排布。
7.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述第二毛细管(106)的长度小于第一毛细管(104)的长度。
8.根据权利要求1所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：冷柜当中设有感温包(205)，第二蒸发器(107)的工作温度比第一蒸发器(105)的工作温度低5℃以上。
9.根据权利要求8所述的紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统，其特征在于：所述的四通换向阀(201)、三通电磁阀(202)、压缩机(101)、风机(108)及感温包(205)连接控制器(204)；
所述的控制器(204)具有计时器的功能。
10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统的除霜控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.设定正常制冷模式工作时间t1与除霜模式工作时间t2的阈值，当正常制冷模式工作时间t1达到阈值时，开始除霜模式，跳转至步骤b，否则维持正常制冷模式；
b.停止风机(108)，正常制冷模式工作时间t1清零，除霜模式工作时间t2开始计时；
c.四通换向阀(201)将压缩机(101)排气口与第二蒸发器(107)连通、压缩机(101)吸气口经过气液分离器(109)与三通电磁阀(202)连通，三通电磁阀(202)将单向阀(203)与四通换向阀(201)相连通，并关闭三通电磁阀(202)连接冷凝器(102)的接口；
d.当除霜模式工作时间t2达到阈值时，停止除霜模式；
e.四通换向阀(201)将压缩机(101)排气口与三通电磁阀(202)连通、压缩机(101)吸气口经过气液分离器(109)与第二蒸发器(107)连通，三通电磁阀(202)将冷凝器(102)与四通换向阀(201)相连通，并关闭三通电磁阀(202)连接单向阀(203)的接口；
f.开启风机(108)，除霜模式工作时间t2清零，正常制冷模式工作时间t1开始计时。
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