CN110296565A - 一种双蒸发温度制冷系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种双蒸发温度制冷系统及其控制方法，该系统包括压缩机，冷凝器，两级的回热毛细管，冷藏室蒸发器，冷冻室蒸发器和控制阀组；其中：压缩机排气口与冷凝器入口相连，冷凝器出口分别与一号回热毛细管和二号回热毛细管的毛细管段入口相连，各级回热毛细管的毛细管段出口和对应的蒸发器入口相连，各蒸发器出口又与该级回热毛细管的回热管段入口相连，各级回热毛细管的回热管段出口分别与压缩机的两个储液器相连；本发明还公开了该系统的控制方法，可以实现系统同时制冷或单独制冷等不同工作模式；本发明以单压缩机实现双蒸发温度的冰箱系统，减小传热温差过大引起的不可逆损失，提高了冰箱能效。
Description
技术领域
本发明涉及制冷循环系统，具体涉及一种双蒸发温度制冷系统及其控制方法。
背景技术
随着经济的高速发展，居民生活条件改善，冰箱已成为了每个家庭必备的家电之一，年产量巨大。同时，由于冰箱提供食物持续保鲜的功能，因此冰箱必须保持长期通电状态，其耗电量在家用电器耗电总量中占比较大。此外，由于人们生活水平的不断提高，住宅面积的扩大，生活习惯变迁等原因，人均冰箱窖藏容积也在逐步提升，随之则能耗也相应增高。因此，基于其巨大的产品基数和提升趋势，冰箱的节能问题具有重大的社会意义。
目前的冰箱系统依旧采用传统的单蒸发温度制冷系统，其根据冷冻室的温度需求来设定的蒸发温度，而对于冷藏室，则只能通过风机或制冷剂后饱和段+过热段进行供冷；因此，冷藏室的腔室温度和冷冻室的蒸发温度会存在非常大的换热温差，从而造成大量的不可逆换热损失，严重影响冰箱系统能效。
针对此冰箱制冷系统的主要能耗问题，各公司研究员和相关领域学者们也提出了各种应对措施，有些也已经做成产品推出市场。例如：交替式蒸发循环冰箱，循环设置了两个相互并联的蒸发器，并在分支处设置了换向阀来控制制冷剂，每次只通过其中一条通路。该类冰箱可以在冷藏和冷冻两种制冷循环中切换，在不同的腔室内可实现不同的蒸发温度，从而避免上述问题。然而该类冰箱并不能实现两个腔室同时制冷的基本要求，也容易在频繁切换中形成串流、压缩机倒吸等恶劣工况，严重影响稳定性。
总体而言，现有冰箱系统存在只有一个蒸发温度因而冷藏室存在较大换热损失的问题。同时冰箱系统还有：同时制冷，单室快速补充制冷等控制要求；此外冰箱系统有限的空间内还希望系统尽可能的简单；这些矛盾在冰箱系统设计过程中一直存在着。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种双蒸发温度制冷系统及其控制方法，能够实现同时控制在冷冻室和冷藏室两个腔室内的两个蒸发温度，减少因为换热不可逆损失，提高系统能效；同时可以通过改变阀组控制策略，实现任一室的单独制冷。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双蒸发温度制冷系统，包括：压缩机10，冷凝器20，一号回热毛细管31，二号回热毛细管32，冷冻室蒸发器41，冷藏室蒸发器42和控制阀组50；
所述压缩机10包含有：排气口，一号吸气口和二号吸气口；所述压缩机10为双缸旋转式压缩机，包括：一号储液器121，二号储液器122，并联的两个气缸：一号气缸111，二号气缸112；所述一号储液器121连接一号气缸111进气口，所述二号储液器122连接二号气缸112进气口；一号气缸111和二号气缸112吸排气都相对独立；
所述压缩机10排气口连接冷凝器20入口；冷凝器20出口分别连接一号回热毛细管31的一号毛细管段入口311和二号回热毛细管32的二号毛细管段入口321；一号回热毛细管31的一号毛细管段出口312连接冷冻室蒸发器41入口，冷冻室蒸发器41出口连接一号回热毛细管31的一号回热管段入口313；二号回热毛细管32的二号毛细管段出口322连接冷藏室蒸发器42入口，冷藏室蒸发器42出口连接二号回热毛细管32的二号回热管段入口323；一号回热毛细管31的一号回热管段出口314连接压缩机10的一号吸气口；二号回热毛细管32的二号回热管段出口324连接压缩机10的二号吸气口；
所述控制阀组50由三个通断阀组成，包括：位于一号回热毛细管31的一号回热管段出口314与压缩机10的一号吸气口之间的一号通断阀51；位于二号回热毛细管32的二号回热管段出口324与压缩机10的二号吸气口之间的二号通断阀51；以及在一号通断阀51和二号通断阀52之后，与压缩机10吸气口之间的管路上设置旁通支路，位于此旁通支路上的三号通断阀53。
所述一号回热毛细管31的结构为一号毛细管315嵌套在一号回热管316内，二号回热毛细管32的结构为二号毛细管325嵌套在二号回热管326内。
当控制阀组50为多路转换阀54时，其连接方式为：一号回热毛细管31的一号回热管段出口314连接多路转换阀54一号入口541，二号回热毛细管32的二号回热管段出口324连接多路转换阀54二号入口542；多路转换阀54一号出口543连接压缩机10的一号吸气口，多路转换阀54二号出口544连接压缩机10的二号吸气口。
所述的制冷系统适用于家用冰箱系统，亦适用于同时需要两个蒸发温度的冷柜、冷藏陈列架和饮料机。
所述的一种双蒸发温度制冷系统的控制方法，所述控制阀组50的一号通断阀51，二号通断阀52和三号通断阀53，为具有开闭两种状态的电子控制阀；所述控制阀组50的各阀的状态和所述压缩机10的起停状态由制冷系统控制模块进行统一控制，所述控制模块具有以下控制方案：
方案一，当制冷系统需要冷藏室蒸发器42和冷冻室蒸发器41同时制冷时，令一号通断阀51处于打开状态，二号通断阀52处于打开状态，三号通断阀53处于关闭状态，压缩机10处于运行状态；所述压缩机10的一号气缸111和二号气缸112分别压缩来自冷冻室蒸发器41和冷藏室蒸发器42的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统主要运行方案；
方案二，当制冷系统需要冷冻室蒸发器41单独制冷时，令一号通断阀51处于打开状态，二号通断阀52处于关闭状态，三号通断阀53处于打开状态，压缩机10处于运行状态；所述压缩机10的一号气缸111和二号气缸112同时压缩来自冷冻室蒸发器41的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统补充冷冻室制冷量运行方案；
方案三，当制冷系统需要冷藏室蒸发器42单独制冷时，令一号通断阀51处于关闭状态，二号通断阀52处于打开状态，三号通断阀53处于打开状态，压缩机10处于运行状态；所述压缩机10的一号气缸111和二号气缸112同时压缩来自冷藏室蒸发器42的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统补充冷藏室制冷量运行方案；
方案四，当制冷系统不需要冷冻室和冷藏室制冷时，令一号通断阀51处于关闭状态，二号通断阀52处于关闭状态，三号通断阀53处于关闭状态，双缸压缩机10处于停止状态；该方案为制冷系统停止运行方案。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、本发明采用双缸压缩机构成的双蒸发温度制冷系统，使得制冷系统可以同时实现冷冻室和冷藏室内的不同蒸发温度，因此，减少和精确控制腔室内环境与蒸发器的换热温差，减少换热不可逆损失，提高了系统整体能效。
2、本发明设计的双蒸发温度制冷系统，可以同时实现两室的不同蒸发温度，实现两室同时制冷，保证了制冷系统的基本功能，避免了系统频繁切换造成的不稳定工况，提高制冷系统稳定性。
3、本发明采用双缸压缩机实现双蒸发温度制冷系统，相比现有系统，零件和组件增加很少，因此系统简洁空间占用小，同时成本提升较小。
4、本发明通过简单的控制阀组和控制方案，结合制冷系统特点，实现了制冷系统两室同时制冷和任一室的单独制冷，控制简单高效，同时在不同的运行状态下都保持较高的系统能效。
5、本发明通过采用双缸旋转式压缩机实现双蒸发温度制冷系统，双缸旋转压缩机相比其他压缩机，结构紧凑，两缸扭矩可平衡，振动噪声小，相比现有单缸压缩机成本增加小。
附图说明
图1所示为本发明制冷系统示意图。
图2所示为本发明使用的双缸旋转压缩机的结构示意简图。
图3所示为本发明使用的回热毛细管，其中图3a为一号回热毛细管结构示意图，图3b为二号回热毛细管结构示意图。
图4所示为采用多路转换阀代替控制阀组的制冷系统示意图。
图5所示为本发明各控制方案运行时的系统流通示意图，其中图5a为主要运行方案时的系统流通示意图，图5b为冷冻补充方案时的系统流通示意图，图5c为冷藏补充方案时的系统流通示意图。
图6所示为本发明制冷系统运行主要方案时的循环压焓图(p-h图)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为本发明制冷系统的装置示意图。
本发明提供一种双蒸发温度制冷系统，包括：压缩机10，冷凝器20，一号回热毛细管31，二号回热毛细管32，冷冻室蒸发器41，冷藏室蒸发器42和控制阀组50。
所述压缩机10包含有：排气口，一号吸气口和二号吸气口；所述压缩机10为双缸旋转式压缩机，包括：一号储液器121，二号储液器122，并联的两个气缸：一号气缸111，二号气缸112；所述一号储液器121连接一号气缸111进气口，所述二号储液器122连接二号气缸112进气口。
所述压缩机10排气口连接冷凝器20入口；冷凝器20出口分别连接一号回热毛细管31的一号毛细管段入口311和二号回热毛细管32的二号毛细管段入口321；一号回热毛细管31的一号毛细管段出口312连接冷冻室蒸发器41入口，冷冻室蒸发器41出口连接一号回热毛细管31的一号回热管段入口313；二号回热毛细管32的二号毛细管段出口322连接冷藏室蒸发器42入口，冷藏室蒸发器42出口连接二号回热毛细管32的二号回热管段入口323；一号回热毛细管31的一号回热管段出口314连接压缩机10的一号吸气口；二号回热毛细管32的二号回热管段出口324连接压缩机10的二号吸气口。
所述控制阀组50由三个通断阀组成，包括：位于一号回热毛细管31的一号回热管段出口314与压缩机10的一号吸气口之间的一号通断阀51；位于二号回热毛细管31的二号回热管段出口324与压缩机10的二号吸气口之间的二号通断阀51；以及在一号通断阀51和二号通断阀52之后，与压缩机10吸气口之间的管路上设置旁通支路，位于此旁通支路上的三号通断阀53。
如图2所示，为本发明使用双缸旋转压缩机的结构示意简图。
本发明制冷系统中，所述压缩机10为双缸旋转式压缩机，包括：壳体14，设置在壳体14电机13，由电机13驱动的泵体11，及两个储液器(一号储液器121，二号储液器122)。
其中泵体11包括：并联的两个气缸(一号气缸111，二号气缸112)。所述一号储液器121连接一号气缸111进气口，所述二号储液器122连接二号气缸112进气口。两个气缸吸排气都相对独立。
如图3所示，为本发明使用的回热毛细管和其替代结构的示意图。其中图3a为一号回热毛细管结构示意图，图3b为二号回热毛细管结构示意图。
以一号回热毛细管31为例，简要说明回热毛细管的基本结构。一号回热毛细管31的基础结构为一号毛细管315嵌套在一号回热管316内，一号回热毛细管31的四个接口分别为：一号毛细管段入口311，一号毛细管段出口312，一号回热管段入口313和一号回热管段出口314。出入口的位置亦表明，制冷剂在毛细管和回热管内的流向相反，以达到最佳换热效果。
二号回热毛细管32与一号毛细管31结构相同。基础结构为二号毛细管325嵌套在二号回热管326内，四个接口分别为：二号毛细管段入口321，二号毛细管段出口322，二号回热管段入口323和二号回热管段出口324。
如图4所示，为采用多路转换阀代替控制阀组的制冷系统示意图。
其中一号回热毛细管31的一号回热管段出口314连接多路转换阀54一号入口541，二号回热毛细管32的二号回热管段出口324连接多路转换阀54二号入口542；多路转换阀54一号出口543连接压缩机10的一号吸气口，多路转换阀54二号出口544连接压缩机10的二号吸气口。多路转换阀54可以通过内部阀芯的移动切换不同的通断模式，达到和控制阀组50相同的功能。其作用为：有效减少系统零件，简化管路，降低成本。
如图5所示，为本发明各控制方案运行时的系统流通示意图。图中各支路的流通方向用箭头表示，处于停滞状态的支路用“x”表示。
控制阀组50的一号通断阀51，二号通断阀52和三号通断阀53，为具有开闭两种状态的电子控制阀。所述控制阀组50的各阀的状态和所述压缩机10的起停状态由系统控制模块进行统一控制，所述控制模块具有以下控制方案：
方案一，当制冷系统需要冷藏室蒸发器42和冷冻蒸发器41同时制冷时，令一号通断阀51处于打开状态，二号通断阀52处于打开状态，三号通断阀53处于关闭状态，压缩机10处于运行状态；所述压缩机10的一号气缸(111)和二号气缸(112)分别压缩来自冷冻室蒸发器(41)和冷藏室蒸发器(42)的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为系统一般运行方案(主要方案)。如图5a所示。
方案二，当制冷系统需要冷冻室蒸发器41单独制冷时，令一号通断阀51处于打开状态，二号通断阀52处于关闭状态，三号通断阀53处于打开状态，压缩机10处于运行状态；所述压缩机10的一号气缸111和二号气缸112同时压缩来自冷冻室蒸发器41的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统补充冷冻室制冷量运行方案(冷冻补充方案)。如图5b所示。
方案三，当制冷系统需要冷藏室蒸发器单独制冷时，令一号通断阀51处于关闭状态，二号通断阀52处于打开状态，三号通断阀53处于打开状态，压缩机10处于运行状态；所述压缩机10的一号气缸111和二号气缸112同时压缩来自冷藏室蒸发器42的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统补充冷藏室制冷量运行方案(冷藏补充方案)。如图5c所示。
方案四，当冰箱系统不需要冷冻室和冷藏室制冷时，令一号通断阀51处于关闭状态，二号通断阀52处于关闭状态，三号通断阀53处于关闭状态，双缸压缩机10处于停止状态；该方案为制冷系统停止运行方案停机/待机方案。
如图6所示，为本发明制冷系统运行主要方案时的循环压焓图(p-h图)。
图中1点为一号气缸入口状态；2点为二号气缸入口状态，3点为一号气缸压缩终了状态，3’点为二号气缸压缩终了状态，4点为冷凝器出口状态，5点为一号毛细管截流前状态，6点为一号毛细管节流后状态即冷冻室蒸发器入口状态，7点为二号毛细管截流前状态，8点为二号毛细管节流后状态即冷藏室蒸发器入口状态。
图中两条独立的直线分别为：直线TF代表冷冻室内环境温度；直线TR为冷藏室内环境温度。直线TF与直线6-1的高度差ΔTF，直线TR与直线8-2的高度差ΔTR，即为两个腔室内蒸发器和环境温度的换热温差。本发明的制冷系统因为可以实现两个不同的蒸发温度，因此可以实现两个腔室内环境与蒸发器在最适合温差下进行换热，减少换热不可逆损失。
而对于传统的单循环冰箱系统，冷藏蒸发器内温度与直线6-1相近，其与直线TR的高度差很大，即换热温差过高，此换热过程中产生的不可逆损失即是制约冰箱能效提高的主要原因之一。
本发明提供的主要设计方案为采用双缸压缩机实现双蒸发温度系统，同时采用设计的控制阀组，契合地控制系统运行工况切换，实现多样化的系统功能。本发明提出的实施例有限，其他符合本发明权利要求的相关系统都应属于本发明的保护范围。
本发明提供的双蒸发温度制冷系统优选适用于家用冰箱系统，亦适用于同时需要两个蒸发温度的冷柜、冷藏陈列架、饮料机等制冷电器系统。
Claims (5)
1.一种双蒸发温度制冷系统，其特征在于：包括：压缩机(10)，冷凝器(20)，一号回热毛细管(31)，二号回热毛细管(32)，冷冻室蒸发器(41)，冷藏室蒸发器(42)和控制阀组(50)；
所述压缩机(10)包含有：排气口，一号吸气口和二号吸气口；所述压缩机(10)为双缸旋转式压缩机，包括：一号储液器(121)，二号储液器(122)，并联的两个气缸：一号气缸(111)，二号气缸(112)；所述一号储液器(121)连接一号气缸(111)进气口，所述二号储液器(122)连接二号气缸(112)进气口；一号气缸(111)和二号气缸(112)吸排气都相对独立；
所述压缩机(10)排气口连接冷凝器(20)入口；冷凝器(20)出口分别连接一号回热毛细管(31)的一号毛细管段入口(311)和二号回热毛细管(32)的二号毛细管段入口(321)；一号回热毛细管(31)的一号毛细管段出口(312)连接冷冻室蒸发器(41)入口，冷冻室蒸发器(41)出口连接一号回热毛细管(31)的一号回热管段入口(313)；二号回热毛细管(32)的二号毛细管段出口(322)连接冷藏室蒸发器(42)入口，冷藏室蒸发器(42)出口连接二号回热毛细管(32)的二号回热管段入口(323)；一号回热毛细管(31)的一号回热管段出口(314)连接压缩机(10)的一号吸气口；二号回热毛细管(32)的二号回热管段出口(324)连接压缩机(10)的二号吸气口；
所述控制阀组(50)由三个通断阀组成，包括：位于一号回热毛细管(31)的一号回热管段出口(314)与压缩机(10)的一号吸气口之间的一号通断阀(51)；位于二号回热毛细管(32)的二号回热管段出口(324)与压缩机(10)的二号吸气口之间的二号通断阀(51)；以及在一号通断阀(51)和二号通断阀(52)之后，与压缩机(10)吸气口之间的管路上设置旁通支路，位于此旁通支路上的三号通断阀(53)。
2.根据权利要求1所述的一种双蒸发温度制冷系统，其特征在于：所述一号回热毛细管(31)的结构为一号毛细管(315)嵌套在一号回热管(316)内，二号回热毛细管(32)的结构为二号毛细管(325)嵌套在二号回热管(326)内。
3.根据权利要求1所述的一种双蒸发温度制冷系统，其特征在于：
当控制阀组(50)为多路转换阀(54)时，其连接方式为：一号回热毛细管(31)的一号回热管段出口(314)连接多路转换阀(54)一号入口(541)，二号回热毛细管(32)的二号回热管段出口(324)连接多路转换阀(54)二号入口(542)；多路转换阀(54)一号出口(543)连接压缩机(10)的一号吸气口，多路转换阀(54)二号出口(544)连接压缩机(10)的二号吸气口。
4.根据权利要求1所述的一种双蒸发温度制冷系统，其特征在于：所述的制冷系统适用于家用冰箱系统，亦适用于同时需要两个蒸发温度的冷柜、冷藏陈列架和饮料机。
5.权利要求1所述的一种双蒸发温度制冷系统的控制方法，其特征在于：所述控制阀组(50)的一号通断阀(51)，二号通断阀(52)和三号通断阀(53)，为具有开闭两种状态的电子控制阀；所述控制阀组(50)的各阀的状态和所述压缩机(10)的起停状态由制冷系统控制模块进行统一控制，所述控制模块具有以下控制方案：
方案一，当制冷系统需要冷藏室蒸发器(42)和冷冻室蒸发器(41)同时制冷时，令一号通断阀(51)处于打开状态，二号通断阀(52)处于打开状态，三号通断阀(53)处于关闭状态，压缩机(10)处于运行状态；所述压缩机(10)的一号气缸(111)和二号气缸(112)分别压缩来自冷冻室蒸发器(41)和冷藏室蒸发器(42)的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统主要运行方案；
方案二，当制冷系统需要冷冻室蒸发器(41)单独制冷时，令一号通断阀(51)处于打开状态，二号通断阀(52)处于关闭状态，三号通断阀(53)处于打开状态，压缩机(10)处于运行状态；所述压缩机(10)的一号气缸(111)和二号气缸(112)同时压缩来自冷冻室蒸发器(41)的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统补充冷冻室制冷量运行方案；
方案三，当制冷系统需要冷藏室蒸发器(42)单独制冷时，令一号通断阀(51)处于关闭状态，二号通断阀(52)处于打开状态，三号通断阀(53)处于打开状态，压缩机(10)处于运行状态；所述压缩机(10)的一号气缸(111)和二号气缸(112)同时压缩来自冷藏室蒸发器(42)的制冷剂气体至同一排气压力，并通过压缩机排气口排出；该方案为制冷系统补充冷藏室制冷量运行方案；
方案四，当制冷系统不需要冷冻室和冷藏室制冷时，令一号通断阀(51)处于关闭状态，二号通断阀(52)处于关闭状态，三号通断阀(53)处于关闭状态，双缸压缩机(10)处于停止状态；该方案为制冷系统停止运行方案。
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