CN110953756B - 一种直流变频冷冻冷藏设备及其制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流变频冷冻冷藏设备及其制冷系统，制冷系统包括冷凝器、储液器、蒸发器和直流变频压缩机，以及将冷凝器、储液器、蒸发器和直流变频压缩机连接的管路系统，还包括控制系统，所述控制系统包括控制板和温控器，所述直流变频压缩机受直流变频压缩机驱动板提供电源运转，所述控制板控制信号控制直流变频压缩机运转频率。该制冷系统采用智能化控制板控制，实现对冷库环境、冷凝压力、工质温度等多个参数的监控，采用反馈控制实现对冷凝器风机转速的控制从而适应性调整冷凝压力使得冷凝压力与环境适配，实现了自动控制且节能效果好，有利于维持冷库内稳定的温湿度状态，保证贮藏物品的品质，减少人工操作。

Description

一种直流变频冷冻冷藏设备及其制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷设备领域，具体为一种直流变频冷冻冷藏设备及其制冷系统。

背景技术

目前，变频技术已较为普遍，但应用于冷库冷冻冷藏设备的变频技术还有待改进，有些冷库采用的变频制冷设备不能实现自动连续的变频调节，设备频繁自动停机和重启运行，导致设备能耗高且制冷效率低，不利于保持冷库稳定的温湿度状态和冷冻冷藏物品的品质。同时，冷冻冷藏设备需要根据冷库内温度变化对设备工作状态进行调节，而冷库现在使用的冷冻冷藏设备需要人工参与调节，自动化程度较低。

发明内容

本发明目的在于提供一种直流变频冷冻冷藏设备及其制冷系统，用于解决现有的技术中冷冻冷藏设备自动化程度低、制冷效果及节能效果差的技术问题。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种直流变频冷冻冷藏设备的制冷系统，包括冷凝器、储液器、蒸发器和直流变频压缩机，以及将冷凝器、储液器、蒸发器和直流变频压缩机连接的管路系统，还包括控制系统；

所述控制系统包括控制板和温控器，所述控制板发出信号控制直流变频压缩机运转频率；

所述管路系统包括压力传感器I、压力传感器II和环境温度传感器，所述压力传感器I设置于冷凝器的进口管路上并检测冷凝器进口管路内的压力，压力传感器II设置于冷凝器的出口管路上并检测冷凝器出口管路内的压力，所述环境温度传感器检测设备的环境温度，所述压力传感器I、压力传感器II以及环境温度传感器电连接于控制板，并将各自的检测结果发送给控制板；

所述冷凝器包括内部风机和风机调速器，所述风机调速器电连接于控制板，所述控制板根据压力传感器I、压力传感器II和环境温度传感器的检测结果，发出信号控制冷凝器中风机调速器进而调节风机的转速；

所述管路系统还包括旁通电磁阀，所述旁通电磁阀并联在直流变频压缩机的进出口两端，所述旁通电磁阀电连接于控制板，所述控制板发出信号控制旁通电磁阀先于直流变频压缩机启动前的Q时间导通；

所述管路系统还包括四通换向阀、化霜电磁阀、化霜电加热器、化霜控制温度传感器和库温控制温度传感器，所述化霜电磁阀电连接与控制板；

所述化霜控制温度传感器检测库温并将信号传输给温控器，所述温控器根据温度的设定控制所述化霜电加热器的开启或关闭，进行除霜；

所述库温控制温度传感器检测库温并将信号传输给温控器，所述温控器根据温度的设定控制所述直流变频压缩机的开启或关闭，进行升降温；

所述四通换向阀设置在直流变频压缩机与冷凝器之间，所述四通换向阀一端直接连接冷凝器进口，一端直接与直流变频压缩机进口连接，一端通过第一单向阀与直流变频压缩机出口连接，一端连接有吸气过滤阀，所述四通换向阀与直流变频压缩机的进口管路上设置的低压压力传感器连接，所述第一单向阀与直流变频压缩机连接的管路上设置高压压力传感器；

所述温控器根据温度设定、库温控制温度传感器、化霜控制温度传感器控制四通换向阀工况，所述四通换向阀改变制冷剂的流动方向，利用高温高压的制冷剂对蒸发器表面进行除霜；

所述管路系统还包括喷液电磁阀和排气温度探头，所述排气温度探头与喷液电磁阀连接，所述喷液电磁阀电连接与控制板，所述排气温度探头设置在直流变频压缩机的排气口，用于检测直流变频压缩机的排气口的温度并传输给控制板，所述控制板根据排气温度探头检测到的温度与设定值对比并发出信号控制喷液电磁阀，当排气温度过高时，所述喷液电磁阀开启改变直流变频压缩机工作状态，从而降低排气温度，当排气温度过低时，所述喷液电磁阀关闭。

进一步的，在本发明中，所述管路系统包括设置在直流变频压缩机进口管路上的吸气单向阀；

所述管路系统中储液器出口依次连接有球阀、干燥过滤器、视液镜、截止阀a，所述储液器的进口与冷凝器直接连接，所述管路系统还包括毛细管，所述毛细管和喷液电磁阀将干燥过滤器和视液镜之间管路与直流变频压缩机之间连接，所述截止阀a与热力膨胀阀连接，所述热力膨胀阀两端引出管路设置第二单向阀以及节流阀，所述热力膨胀阀与蒸发器进口连接，所述蒸发器出口处设置感温包，所述感温包与吸气过滤阀之间设置截止阀b。

进一步的，在本发明中，所述压力传感器I设置于冷凝器的进口管路上并检测冷凝器进口管路内的压力为P1，压力传感器II设置于冷凝器的出口管路上并检测冷凝器出口管路内的压力为P2，所述控制板内预设有冷凝压力标准值并根据接收到的检测结果对冷凝压力形成PID控制，从而输出PID控制结果的风速控制信号，所述风机调速器的输入端与控制板电连接并接收风速控制信号，进而根据风速控制信号调整风机的转速。

进一步的，在本发明中，所述控制板用于控制喷液电磁阀，前端处的管路内的工质温度高于预设温度T1时打开喷液电磁阀，且工质温度低于预设温度T2时关闭喷液电磁阀，所述T2小于T1。

一种直流变频冷冻冷藏设备，该设备使用上述权利要求1-4中任意一种所述的制冷系统。

一种直流变频冷冻冷藏设备的使用方法，所述直流变频压缩机运转前其排气口与吸气口之间的旁通电磁阀先打开10秒钟。

进一步的，在本发明使用中，所述直流变频压缩机运行过程中高压到2.6Mp时，所述控制板控制直流变频压缩机限频，进行限频后高压达到2.8Mp，所述控制板控制直流变频压缩机停机；

所述直流变频压缩机运行过程中低压到0.03Mp时，高低压之间的旁通电磁阀开始打开，高低压旁通。

进一步的，在本发明使用中，所述直流变频压缩机的排气温度超过90℃时，所述控制板控制喷液电磁阀打开，当排气温度低于80℃，所述控制板控制喷液电磁阀关闭，所述直流变频压缩机的排气温度超过115℃时，所述控制板控制直流变频压缩机停机。

进一步的，在本发明使用中，冷凝压力低于0.8Mp时，所述控制板控制风机停机，冷凝压力高于1.2Mp时，所述控制板控制风机开始运行；

所述系统压力低于0Mp时，故障报警并停机。

进一步的，在本发明使用中，所述控制板设置有直流变频压缩机过电流保护和电源欠压保护。

有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供了一种直流变频冷冻冷藏设备及系统，该系统采用智能化控制板控制，实现对冷库环境、冷凝压力、工质温度等多个参数的监控，采用反馈控制实现对冷凝器风机转速的控制从而适应性调整冷凝压力使得冷凝压力与环境适配，实现了自动控制且节能效果好，有利于维持冷库内稳定的温湿度状态，保证贮藏物品的品质，减少人工操作。

因此，本发明不仅能够较大幅度的降低能耗，而且能够根据环境温度和制冷负载自动调节机组的制冷量，使冷库内的冷冻或冷藏物品始终处于最合理的储存环境中，保证了物品的品质。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明设备系统示意图，各附图标记的含义如下：1、冷凝器；2、风机调速器；3、环境温度传感器；4、四通换向阀；5、低压压力传感器；6、第一单向阀；7、高压压力传感器；8、直流变频压缩机；9、旁通电磁阀；10、毛细管；11、喷液电磁阀；12、吸气单向阀；13、储液器；14、球阀；15、干燥过滤器；16、视液镜；17、截止阀a；18、吸气过滤阀；19、截止阀b；20、感温包；21、热力膨胀阀；22、第二单向阀；23、节流阀；24、蒸发器；25、压力传感器I；26、压力传感器II。

图2为本发明电器控制结构示意图，各附图标记的含义如下：27、直流变频压缩机；28、直流变频压缩机驱动板；29、控制板；30、直流冷凝风机；31、压缩机缸头过热保护器；32、化霜继电器；33、故障指示灯；34、电气箱散热风扇；35、旁通电磁阀；36、喷液电磁阀；37、化霜电磁阀；38、化霜电加热器管；39、蒸发电机；40、化霜控制温度传感器；41、库温控制温度传感器；42、温控器。

图3为本发明的PID控制示意图。

图4为本发明风机的特性图。

图5为本发明制冷循环和化霜循环示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1-2所示的一种直流变频冷冻冷藏设备的制冷系统，包括冷凝器1、储液器13、蒸发器24和直流变频压缩机8，上述4个设备是制冷系统中重要的组成方面，因此，在本发明的具体实施例中也不可或缺。

针对制冷系统，本发明的实施例区别与现有技术的地方在于，本发明还包括旁通电磁阀9、四通换向阀4、喷液电磁阀11、风机调速器2、环境温度传感器3、压力传感器I25、压力传感器II26和控制板29和温控器42。

本发明期望通过温控器42根据温度设定、库温控制温度传感器41和化霜控制温度传感器40来控制直流变频压缩机8的开机与停机、四通换向阀4的工作状态以及蒸发电机39的运转与停止，通过控制板29控制直流变频压缩机27的频率，控制化霜电磁阀37、喷液电磁阀11和旁通电磁阀9的开闭，对重要的变量进行监控并调整风机转速以适应变量，目的在于让系统更为智能化以及更为节能。

本发明采用变频系统，能够在保证冷库冷冻冷藏效果的基础上，减少系统能耗。提高系统制冷效率。

本发明设置旁通电磁阀9，在直流变频压缩机运转前运作，保证直流变频压缩机可以卸载后低频启动，提高制冷设备工作能力。

本发明设置环境温度传感器3、压力传感器I25、压力传感器II26和风机调速器2，能够检测冷库内温度以及冷凝压力并根据此温度实现冷凝器风机风速的自动调节，从而调节冷凝温度，控制冷凝压力，改变系统工作状态，减少人工操作，提高设备自动化程度。

本发明利用四通换向阀4对蒸发器24进行除霜，节省电能，保证化霜彻底，能够提高除霜效率。

本发明设置喷液电磁阀11，能够降低排气温度，避免直流变频压缩机8排气温度过高而出现保护性停机，有利于保证直流变频压缩机8的使用寿命。

更加具体的，如图1所示，一种变频冷冻冷藏设备，该设备包括冷凝器1、直流变频压缩机8、储液器13和蒸发器24，冷凝器1进口管路处设置压力传感器I25，出口管路处设置压力传感器II26冷凝器1内部风机连接风机调速器2，的风机调速器2与环境温度传感器3连接，直流变频压缩机8进口管路上的吸气单向阀12，直流变频压缩机8与冷凝器1之间设置四通换向阀4，四通换向阀4一端直接连接冷凝器1进口，一端直接与直流变频压缩机8进口连接，一端通过第一单向阀6与直流变频压缩机8出口连接，一端与吸气过滤阀18连接，四通换向阀4直接连接直流变频压缩机8的管路上设置低压压力传感器5，第一单向阀6与直流变频压缩机8连接的管路上设置高压压力传感器7，连接直流变频压缩机8两端的管路之间设置旁通电磁阀9，储液器13进口与冷凝器1直接连接，出口依次连接球阀14、干燥过滤器15、视液镜16、截止阀a17，干燥过滤器15和视液镜16之间管路与直流变频压缩机8之间连接有毛细管10和喷液电磁阀11，截止阀a17与热力膨胀阀21连接，热力膨胀阀21两端引出管路设置第二单向阀22以及节流阀23，热力膨胀阀21与蒸发器24进口连接，蒸发器24出口处设置感温包20感温包20与吸气过滤阀18之间设置截止阀b19。

如图2所示，直流变频压缩机27受直流变频压缩机驱动板28提供电源运转，其运转频率受控制板29控制信号控制，直流冷凝风机30、故障指示灯33、电气箱散热风扇34、旁通电磁阀35、喷液电磁阀36、化霜电磁阀37受控制板控制29，压缩机缸头过热保护器31提供保护信号给控制板29，化霜电加热器38、蒸发电机39受温控器42控制，化霜控制温度传感器40、库温控制温度传感器41提供电信号给温控器42。

如图1所示，所述压力传感器I25设置于冷凝器1的进口管路上并检测冷凝器1进口管路内的压力为P1，压力传感器II26设置于冷凝器1的出口管路上并检测冷凝器1出口管路内的压力为P2。所述环境温度传感器3设置于冷库内，并检测冷库温度为T。

如图2-3所示，所述压力传感器I25、压力传感器II26以及环境温度传感器3电连接于控制板，并将各自的检测结果发送给控制板。所述控制板内预设有冷凝压力标准值并根据接收到的检测结果对冷凝压力形成PID控制，从而输出实现上述PID控制结果的风速控制信号。所述风机调速器2的输入端电连接控制板接收风速控制信号，所述风机调速器2的输出端与冷凝器1内部的风机连接，并按照风速控制信号调整风机的转速。

通过上述跟踪调节，使得冷凝压力控制在设定的压力值范围之内。比如在32度环境温度时冷凝压力控制在18公斤左右，25度环境温度时冷凝压力控制在16公斤左右；若冷凝压力如果低于某个压力下限时，风机就停止运转。具体冷凝压力通过风机转速的快慢实现，例如760r/mIn可以将冷凝压力控制在18公斤左右。

上述方法的原理在于制冷原理和电机的风机特性。

关于制冷原理：

高压的制冷剂通过膨胀阀的节流作用，将液体制冷剂节流降压，供给蒸发器24需要的制冷剂状态和流量，蒸发器24吸收热量(输出冷量)，从而实现制冷。以R404a制冷剂为例，经过冷凝器1冷凝后的制冷剂在1.2MPa-1.8MPa时，制冷效果是比较好的。

因此，在冷凝器1的风机工作时，应能够随着冷凝压力的变化，随时调整风机的转速，也就是说，当环境温度较高时，提高冷凝风机的转速，增加冷凝器1表面的风速，增加冷凝器1的换热量，尽量降低冷凝压力；在环境温度较低时，降低冷凝风机的转速，减少冷凝器1的换热量，尽量提高冷凝压力，尽可能把冷凝压力控制在1.2MPa-1.8MPa之间。

普通的交流风机无法做到及时跟踪冷凝压力而调整电机的转速，只有采用直流调速风机+电机控制板才能实现变速功能。当冷凝器1的出口压力高于设定压力，且压力还在不断升高时，根据要求，就应该增加风量，增大冷凝器1的换热量，风机控制板提升控制风机转速的电压信号，提高风机转速，使冷凝器1的出口压力逐步降低到设定范围之内；当冷凝器1出口压力低于设定压力，且压力还在不断降低，相应的根据要求，就应该减少风量，降低冷凝器1的换热量，风机控制板降低控制风机转速的电压信号，降低风机转速，使冷凝器1的出口压力逐步恢复到设定范围之内。其中风机转速的控制要根据当前冷凝器1出口压力和设备运行时的环境温度进行比较运算，才能控制直流电机在比较稳定的状态下运行，不会出现电机转速忽高忽低的波动运转。

风机特性曲线如图4所示，满负荷时Q1＝100％输出时，电机轴功率N1与面积AH10Q1成正比，点B为环境温度低时，为保证冷凝器1出口压力在设定范围之内，要降低风机转速，假定减半Q2＝50％输出时，电机转速由n1降至n2，则电机轴功率N2与面积BH20Q2成正比，它比N1减少很多，电机轴功率降低很多，节电效果十分显著。从流体力学的理论也可知：风机轴功率与转速的三次方成正比。因此采用直流调速风机并对其转速进行调节，可以实现节能目的。

实际应用中，通过风机控制板调整风机的转速，使通过冷凝器1的风量可以在很大的范围内变化，实现无级变速。风机运行根据不同时刻所需不同风量而适时改变其转速，最大限度工作在所需功率上；同时可以降低风冷压缩冷凝机组的运行噪音。

作为优选的，在本发明的实施例中，还包括喷液电磁阀11，所述喷液电磁阀11前端冷凝管与蒸发器24之间的管路上，所述喷液电磁阀11后端通过毛细管10连接在中压腔进口处；所述喷液电磁阀11电连接于控制板，所述控制板用于控制喷液电磁阀11的前端处的管路内的工质温度高于预设温度T1时打开喷液电磁阀11，且工质温度低于预设温度T2时关闭喷液电磁阀11，所述T2小于T1。通过喷液电磁阀11能够降低排气温度，避免压缩机8排气温度过高而出现保护性停机，有利于保证压缩机8的使用寿命。

作为优选的，在本发明的实施例中，所述压缩机8设置于蒸发器24和冷凝器1之间并通过四通换向阀4连接，所述压缩机8的进出口两端并联有旁通电磁阀9，所述旁通电磁阀9电连接于控制板，所述控制板用于控制旁通电磁阀9先于压缩机8启动前的T3时间导通，本发明利用四通换向阀4对蒸发器24进行加热除霜，如图5所示，节省电能，保证化霜彻底，能够提高除霜效率。本发明设置旁通电磁阀9，在压缩机8运转前运作，保证压缩机8可以卸载后低频启动，提高制冷设备工作能力。

作为优选的，在本发明的实施例中所述制冷系统为变频系统。设置对比试验，在相同工况下使用同种制冷剂，以24小时用电量为主要评价指标，比较定频和变频机组的节能情况，结果显示，在32℃、25℃、15℃、5℃四种工况下，变频机组24小时用电量均低于定频机组，省电率分别为42.26％、39.25％、43.62％、44.48％，数据显示，在低温工况下，变频机组的节能效果更加显著。本发明采用变频系统，能够在保证冷库冷冻冷藏效果的基础上，减少系统能耗。提高系统制冷效率。

上述冷冻冷藏设备的使用方法，具体如下：

机组首次送电或开机后停机延时2分钟再开机；直流变频压缩机运转前直流变频压缩机排气口与吸气口之间的旁通电磁阀先打开，打开时间为10秒钟；直流变频压缩机运行过程中高压到2.6Mp时，直流变频压缩机开始限频，限频后高压达到2.8Mp，停机，报故障；直流变频压缩机运行过程中低压到0.03Mp时，高低压之间的旁通电磁阀开始打开，高低压旁通。(每分钟旁通5次以上要进行报故障，不停机)；机组运转频率范围在20Hz～90Hz之间，直流变频压缩机启动时，先从低频开始启动，直流变频压缩机跟踪吸气压力，以每秒1Hz的速率调整直流变频压缩机的运转频率，但是在升频过程中50Hz和60Hz直流变频压缩机运行1分钟、70Hz直流变频压缩机运行3分钟，运行时间到后根据吸气压力再调整直流变频压缩机的运转频率；当直流变频压缩机的排气温度超过90℃时，控制直流变频压缩机喷液的电磁阀打开，当排气温度低于80℃，喷液电磁阀关闭。排气温度探头要采用专用高温探头；排气温度超过115℃时，故障报警并停机；当系统压力低于0Mp时，故障报警并停机。压力传感器故障报警是否停机；环境温度探头失效，冷凝风机调速运转并故障报警；冷凝压力在1.2Mp以上时风机根据程序自动调速，冷凝压力低于0.8Mp时，冷凝风机停机，高于1.2Mp时，冷凝风机开始运行，控制板应该具有直流变频压缩机过电流保护和电源欠压保护，保护值范围，停机报警；环境温度28℃以下时取消限频；控制板控制风机的最大转速不超过900r/mIn。

综上所述，本发明的技术方案提供了一种直流变频冷冻冷藏设备及系统，该系统采用智能化控制板控制，实现对冷库环境、冷凝压力、工质温度等多个参数的监控，采用反馈控制实现对冷凝器风机转速的控制从而适应性调整冷凝压力使得冷凝压力与环境适配，实现了自动控制且节能效果好，有利于维持冷库内稳定的温湿度状态，保证贮藏物品的品质，减少人工操作。

本发明不仅能够较大幅度的降低能耗，而且能够根据环境温度和制冷负载自动调节机组的制冷量，使冷库内的冷冻或冷藏物品始终处于最合理的储存环境中，保证了物品的品质。

本实用中的用电元件均通过电源线(图中未画出)与市电连接，由市电连接。本发明中涉及的电路以及控制均为现有技术，在此不进行过多赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (3)

1.一种冷冻冷藏设备的制冷系统，包括冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机，其特征在于：还包括风机调速器、环境温度传感器、压力传感器I、压力传感器II和控制器；

所述压力传感器I设置于冷凝器的进口管路上并检测冷凝器进口管路内的压力为P1，压力传感器II设置于冷凝器的出口管路上并检测冷凝器出口管路内的压力为P2；

所述环境温度传感器设置于制冷机组上，并检测机组工作时的环境温度T；

所述压力传感器I、压力传感器II以及环境温度传感器电连接于控制器，并将各自的检测结果发送给控制器；

所述控制器内预设有冷凝压力标准值并根据接收到的检测结果对冷凝压力形成PID控制，从而输出是实现上述PID控制结果的风速控制信号；

所述风机调速器的输入端电连接控制器接收风速控制信号，所述风机调速器的输出端与冷凝器内部的风机连接，并按照风速控制信号调整风机的转速；

还包括喷液电磁阀，所述喷液电磁阀前端连接在冷凝管与蒸发器之间的管路上，所述喷液电磁阀后端通过毛细管连接在中压腔进口处；所述喷液电磁阀电连接于控制器，所述控制器用于控制喷液电磁阀的前端处的管路内的工质温度高于预设温度T1时打开喷液电磁阀，且工质温度低于预设温度T2时关闭喷液电磁阀，所述T2小于T1；

所述压缩机设置于蒸发器和冷凝器之间并通过四通换向阀连接，所述压缩机的进出口两端并联有旁通电磁阀，所述旁通电磁阀电连接于控制器，所述控制器用于控制旁通电磁阀先于压缩机启动前的T3时间导通。

2.根据权利要求1所述的冷冻冷藏设备的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统为变频系统。

3.一种冷冻冷藏设备，其特征在于：该设备使用上述权利要求1-2中任意一种所述的制冷系统。

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