CN111043784A - 一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统：精馏型自复叠制冷系统包括通过管路相连接的压缩机、油分离器、冷凝器、精馏釜、高温回热器、低温回热器、第一主节流阀、第二主节流阀、蒸发器、冷箱、副节流阀、储气罐和控制系统；控制系统由温度控制器、压力控制器和电磁阀组成；压力控制器、温度控制器的输入参数为系统的排气压力，冷箱温度；通过输入参数与压力控制器、温度控制器的设定参数来控制电磁阀的开闭。本发明提供的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统可以实现同时控制降温过程中排气压力范围和工质浓度改变，来匹配不同温度位的浓度需求，使降温速率更快；减少维持工况下压缩机功耗及加热功耗。

Description

一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，特别涉及一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统。

背景技术

随着制冷技术的不断发展，制冷设备在工业领域的应用越来越广泛。近些年来，工业中出现了一些以系统降温速率为主要指标的制冷设备，如高低温试验设备，冷冻干燥设备等。

在实际工业应用中，高低温试验箱，冷冻干燥机这类设备要求有较高的降温速度(20℃～-70℃降温区间的时间≤70min)与较低的蒸发温度(-60℃～-120℃)。混合工质单级压缩循环由于存在内部高效换热，可以使用单台压缩机达到-60℃～-160℃的温区，装置结构简单，系统调控简便，是目前该温区极为重要的应用和发展方向。

目前的混合工质单级压缩循环中还存在一些技术问题：(1)制冷系统开机过程中排气压力较高，会对管路承压产生安全威胁，同时随着系统温度下降，系统吸排气压力也逐渐下降，会导致制冷量下降，因此在系统启动和降温过程中，需要进行压力控制；(2)不同蒸发温度位所需的最优浓度不同，需要在降温过程中进行；(3)对于高低温试验箱，冷冻干燥机这类产品，当系统降温至目标温度位后，需要进行维持工况，而这类产品为了保证较高的降温速率，当达到目标温度位时往往制冷量较大，系统还具有进一步下降的潜能，此时维持目标温度恒定所需的加热量以及压缩机功耗较大。

针对第一个缺陷，发明专利CN201710284950.5提出了一种混合工质低温制冷降温的柔性控压系统及其运行方法，该发明使用一个并联在制冷系统蒸发器出口的测压元件，执行机构，电磁阀及储罐组成的控压系统来解决开机过程中的高压过高的问题。类似地，发明专利CN105953450A公开了一种工质压力自适应低温制冷系统及其控制方法也使用了类似的方法。但此类方法皆不能有效改变系统的运行浓度，来匹配蒸发温度位的轻重组分需求。

此外，中国发明专利ZL200510042730.9报道了一种具有可切换气库的混合工质低温节流制冷系统，其核心思想是通过电磁阀的通断以控制与高低压管路相连的气库来调节系统的参与循环工质量来控制高低压和系统的工况。中国发明专利ZL201110061458.4报道了一种深冷混合工质节流制冷系统能力、工况调节。其核心思想是通过控制高压气体进入一个可控通路稳定罐来防止开机工况的压缩机排气压力过高，并通过控制可控通路稳定罐的气体进出调节低压，使得低压在低温工况下不至于过低；此外该可控通路稳定罐在启动工况及快速降温工况时，通过管路旁通以减少制冷系统的冷剂循环量，在正常制冷工况时可控通路稳定罐的制冷剂参与制冷循环以加大制冷系统的流量，使得功率维持在较高水平，即通过控制该可控通路稳定罐制冷剂的进出，可实现制冷系统能力和工况的调节。

这类方法虽然可以控制高低压在合理的范围内，但是由于气库的气体的进出调节时并未考虑轻重组分与制冷温度位的匹配，会造成实际参与制冷循环的工质浓度发生不可控的变化，可能会造成制冷系统制冷性能严重下降。尤其是在快速降温过程，在这个过程刚开始的时候蒸发温度较高，在高温工况下系统的工质循环浓度要求重组分与中间组分的比例较大才能达到较优的循环浓度。

针对第二个缺陷，发明专利CN201010115969.5报道了一种变浓度混合工质自复叠制冷机，该发明通过三个变浓度回路的切换使用改善制冷机在开始降温阶段的动态运行特性，还可以实现更低的制冷温度和提升制冷机的热力学效率。适用于既需要快速降温，又需要较低制冷温度的场合。该方案不足在于：变浓度回路较多，使用了多个储罐，增加了控制复杂性；同时没有设置合适的控制系统以及明确切换条件，不利于标准化以及商用化的产品中使用。

发明专利CN201410167863.8报道了一种混合工质节流制冷机工况浓度控制系统及其方法，其输入参数为制冷机系统压缩机吸气压力、和/或排气压力值、回热换热器入口温度值、回热换热器出口温度值、节流单元入口温度值、节流单元出口温度值、蒸发器出口温度值，输出参数为控制执行单元(通断电磁阀，开度阀)发生相应动作的指令。对应于混合工质节流制冷机系统不同运行工况和能力调节的要求，根据预先设定值与输入参数比较，通过带可控阀门开度控制液位功能的气液分离罐对制冷机系统工质循环浓度进行控制和调节，使其能适应不同工况的运行要求且保持较高运行效率。该方案不足在于：使用电动或手动的开度调节阀门进行变动，而手动调节开度不适用于自动控制与标准化操作，电动开度调节阀的自动控制相比于通断型电磁阀控制更为复杂，同时成本更高。

因此，亟需一定的技术手段可以解决开机过程排气压力过高，降温过程排气压力不断降低的问题，同时可以在降温过程中调节循环工质的轻重比例，使之匹配不同温区的需要；通过排气压力和浓度这两方面的控制和调节，使得系统可以得到更快的降温速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，可以实现降温过程中的压力控制与浓度调节，以达到更快的系统降温，同时减少维持工况下压缩机功耗及加热功耗。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，所述精馏型自复叠制冷系统包括通过管路相连接的压缩机、油分离器、冷凝器、精馏装置、高温回热器、低温回热器、第一主节流阀、第二主节流阀、蒸发器、冷箱、副节流阀、储气罐和控制系统，所述精馏装置的顶部设有釜顶换热器；

所述的压缩机的排气口与所述的油分离器的入口相连接，所述的压缩机的吸气口与精馏装置的釜顶换热器出口相连接；

所述的油分离器的出口与冷凝器的入口相连接，所述的油分离器的返油口与压缩机的回油口相连接；

所述的精馏装置的入口与冷凝器的出口相连接，所述的精馏装置的釜底出口与副节流阀的入口相连接，所述的精馏装置的釜顶出口与高温回热器的高压侧入口相连接，所述的精馏装置的釜顶换热器的入口与高温回热器的低压侧出口相连接；

所述的高温回热器的高压侧出口与低温回热器的高压侧入口相连接；所述的高温回热器的低压侧入口分别与副节流阀的出口、低温回热器的低压侧出口相连接；

所述的低温回热器的高压侧出口分别与第一主节流阀的入口和第二主节流阀的入口相连接；

所述的蒸发器的入口分别与第一主节流阀的出口和第二主节流阀的出口相连接，蒸发器的出口与低温回热器的低压侧入口相连接；

所述的冷箱位于蒸发器的外部；所述的冷箱内部设有风扇，电热丝及第一温度传感器；

所述的控制系统包括6个控制支路，包括：第一控制支路，根据排气压力控制富含轻组分的工质从精馏装置釜顶出口存入储气罐中；第二控制支路，根据排气压力控制储气罐中的富含轻组分的工质进入压缩机；第三控制支路，根据冷箱温度控制第二主节流阀的关闭；第四控制支路，根据冷箱温度控制储气罐不再向压缩机补充制冷剂(富含轻组分的工质)；第五控制支路，根据冷箱温度控制压缩机中的制冷剂充入储气罐中；第六控制支路，根据冷箱温度控制冷箱中的电热丝通电。

其中，蒸发器放置于冷箱中，蒸发器进出口管路与冷箱壁面相接处密封，以防止冷箱漏热。

作为优选，所述控制支路由第一压力控制器和由其控制的设置在精馏装置的釜顶出口与储气罐的入口连接管路上的第一常闭电磁阀组成；第二控制支路由第二压力控制器和由其控制的设置在压缩机的吸气口与储气罐的出口连接管路上的第二常闭电磁阀组成；第三控制支路由第一温度控制器和由其控制的设置在第二主节流阀前的第一常开电磁阀组成；第四控制支路由第二温度控制器和由其控制的设置在压缩机的吸气口与第二常闭电磁阀连接管路上的第二常开电磁阀组成；第五控制支路由第三温度控制器和由其控制的设置在压缩机的排气口与储气罐的进口连接管路上的第三常闭电磁阀组成；第六控制支路由第四温度控制器和由其控制的冷箱内部的电热丝组成。

作为优选，所述第二常开电磁阀与压缩机的吸气口间设有毛细管；所述第三常闭电磁阀与储气罐的进口间设有毛细管。在本发明中，毛细管为了使高压侧向低压侧补气的时候气流更平缓一些。

作为优选，所述的第一压力控制器与第二压力控制器的压力测试管路接入在油分离器与冷凝器间的连接管路上，在压力测试管路上设置有毛细管。所述第一压力传感器接入蒸发器出口的管路上设有毛细管。

作为优选，所述的第一温度控制器、第二温度控制器、第三温度控制器、第四温度控制器用于测试的第一温度传感器布置在冷箱的内部。

作为优选，所述的第一温度传感器为铠装铜-康铜热电偶。作为优选，所述的第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀、第三常闭电磁阀、第一常开电磁阀和第二常开电磁阀均为单向通断电磁阀。

本发明提供的控制系统由温度控制器、压力控制器和与储气罐及节流阀连接的电磁阀组成。压力控制器、温度控制器的输入参数为系统的排气压力、冷箱温度；通过输入参数与压力控制器、温度控制器的设定参数来控制电磁阀的开闭。具体过程为：

所述第一控制支路、第二控制支路和第三控制支路用于降温工况：当开机后，排气压力会升高，当排气压力升高到第一压力控制器的压力设定值Pmax时，第一常闭电磁阀打开，富含轻组分的工质从精馏装置的釜顶出口存入储气罐中，当排气压力降至P_max-ΔP₁时，第一常闭电磁阀关闭，所述P_max取2.0MPa～2.6MPa，ΔP₁取0.1～0.3MPa；随着系统进一步降温，当排气压力降低到第二压力控制器的压力设定值P_min时，第二常闭电磁阀打开，储气罐中的富含轻组分的工质从压缩机的吸气口进入压缩机，当排气压力升至P_min+ΔP₂时，第二常闭电磁阀关闭，所述P_min取1.6MPa～2.2MPa，ΔP₂取0.1～0.3MPa；当冷箱温度降低至第一温度控制器的温度设定值T_s时，第二主节流阀前的第一常开电磁阀关闭，由第一主节流阀单独工作，所述Ts取0℃～-20℃，ΔT₁取0～2℃。在本发明中，第一控制支路和第二控制支路通过对压力的自动控制的方式不断向系统补充富含轻组分的工质，以匹配降温过程中不同温度位的浓度需求。为防止开机过程排气压力过高，开机时第一主节流阀和第二主节流阀同时使用，当冷箱温度降低至第一温度控制器的温度设定值T_s时，第二主节流阀前的第一常开电磁阀关闭，由第一主节流阀单独工作。

所述第四控制支路、第五控制支路和第六控制支路用于温度维持工况：当冷箱温度降至第二温度控制器的设定温度T_L1时，第二常开电磁阀关闭，储气罐不再向制冷系统中补充制冷剂，T_L1取(T_L+2)℃，ΔT₁取0～2℃；当冷箱内温度达到第四温度控制器的设定温度T_L时，第四控制器控制的电热丝通电，若冷箱温度回升到T_L+ΔT₄时，电热丝再次断电，所述T_L取-40℃、-60℃、-80℃、-100℃、-120℃、-140℃或-160℃，ΔT₄取0～0.2℃；若当冷箱温度进一步降低至第三温度控制器的设定温度T_L2时，第三常闭电磁阀开启，制冷剂由压缩机的排气口充入储气罐中，所述T_L2取(T_L-2)℃，ΔT₁取0～2℃。

其中，设定温度T_L为目标温度。为了对冷箱内温度进行更加精确的控制，当冷箱内温度达到第四温度控制器的设定温度T_L时，第四控制器控制的电热丝通电。

本发明还提供了一种上述用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括如下设定与运行步骤：

(1)降温工况过程：

当开机后，排气压力会升高，当排气压力升高到第一压力控制器的压力设定值P_max时，第一常闭电磁阀打开，富含轻组分的工质从精馏装置的釜顶出口存入储气罐中，当排气压力降至P_max-ΔP₁时，第一常闭电磁阀关闭；随着系统进一步降温，当排气压力降低到第二压力控制器的压力设定值P_min时，第二常闭电磁阀打开，储气罐中的富含轻组分的工质从压缩机的吸气口进入压缩机，当排气压力升至P_min+ΔP₂时，第二常闭电磁阀关闭；当冷箱温度降低至第一温度控制器的温度设定值T_s时，第二主节流阀前的第一常开电磁阀关闭，由第一主节流阀单独工作。

(2)温度维持工况：

当冷箱温度降至第二温度控制器的设定温度T_L1时，第二常开电磁阀关闭，储气罐不再向制冷系统中补充制冷剂；当冷箱内温度达到第四温度控制器的设定温度T_L时，第四控制器控制的电热丝通电，若冷箱温度回升到T_L+ΔT₄时，电热丝再次断电；若当冷箱温度进一步降低至第三温度控制器的设定温度T_L2时，第三常闭电磁阀开启，制冷剂由压缩机的排气口充入储气罐中。

其中，设定温度T_L为目标温度。为了对冷箱内温度进行更加精确的控制，当冷箱内温度达到第四温度控制器的设定温度T_L时，第四控制器控制的电热丝通电。

作为优选，所述P_max取2.0MPa～2.6MPa，ΔP₁取0.1～0.3MPa；所述P_min取1.6MPa～2.2MPa，ΔP₂取0.1～0.3MPa；所述T_s取0℃～-20℃，ΔT₁取0～2℃；所述T_L1取0(T_L+2)℃，ΔT₁取0～2℃；所述T_L取-40℃、-60℃、-80℃、-100℃、-120℃、-140℃或-160℃，ΔT₄取0～0.2℃；所述T_L2取(T_L-2)℃，ΔT₁取0～2℃。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：(1)本发明提供的控制系统在控制降温过程中维持排气压力稳定的同时，实现了降温过程中的浓度改变，来匹配不同温度位的工质浓度需求，使得系统可以达到更快的降温速率。(3)对降温到目标温度后切换为维持工况时的排气压力进行了控制，来改变系统维持工况时系统中工质总量，从而减少维持工况下压缩机功耗及加热功耗。

附图说明

图1本发明提供的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统的结构示意图；

图2为精馏型自复叠制冷系统在控制系统的作用下降温过程中的排气压力变化曲线；

图3为精馏型自复叠制冷系统在控制系统的作用下(变浓度)与对照组(控制压力，不变浓度)的组分变化；

图4为用于精馏型自复叠制冷系统在控制系统的作用下(变浓度)与对照组(控制压力，不变浓度)的降温曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步具体详细描述。

如图1所示，本发明提供的精馏型自复叠制冷系统包括压缩机1，油分离器2，冷凝器3，精馏装置4，高温回热器5，低温回热器6，第一主节流阀7，第二主节流阀8，蒸发器9，冷箱10，副节流阀11，储气罐12和控制系统13。

各部件间由管路连接，高压侧的连接关系为：压缩机1的排气口1b与油分离器2的入口2a相连接，油分离器2的出口2b与冷凝器3的入口3a相连接，油分离器2的返油口2c与压缩机1的回油口1c相连接，冷凝器3的出口3b与精馏装置4的入口4a相连接，精馏装置4的釜底出口4c与副节流阀11的入口11a相连接，精馏装置4的釜顶出口4b与高温回热器5的高压侧入口5a相连接，高温回热器5的高压侧出口5b与低温回热器6的高压侧入口6a相连接，低温回热器6的高压侧出口6b分别与第一主节流阀7的入口7a和第二主节流阀8的入口8a相连接。低压侧的连接关系为：压缩机1的吸气口1a与精馏装置4的釜顶换热器出口4e相连接，精馏装置4的釜顶换热器入口4d与高温回热器5的低压侧出口5d相连接，高温回热器5的低压侧入口5c分别与副节流阀11的出口11b、低温回热器6的低压侧出口6d相连接，低温回热器6的低压侧入口6c与蒸发器9的出口9b相连接，蒸发器9的入口9a分别与第一主节流阀7的出口7b和第二主节流阀8的出口8b相连接。

冷箱10内部设有风扇1001及电热丝1002。蒸发器9放置于冷箱10中，蒸发器9的进出口管路与冷箱10的壁面相接处密封，以防止冷箱漏热。

控制系统13由6个控制支路组成：第一控制支路由第一压力控制器1306和由其控制的设置在精馏装置4顶部的釜顶出口4b与储气罐12的入口12a连接管路上的第一常闭电磁阀1301组成；第二控制支路由第二压力控制器1307和由其控制的设置在压缩机1的吸气口1a与储气罐12的出口12b连接管路上的第二常闭电磁阀1302组成；第三控制支路由第一温度控制器1312和由其控制的设置在第二主节流阀8前的第一常开电磁阀1305组成；第四控制支路由第二温度控制器1313和由其控制的设置在压缩机1的吸气口1a与第二常闭电磁阀1302连接管路上的第二常开电磁阀1303组成，在第二常开电磁阀1303与压缩机1的吸气口1a间设有毛细管1309；第五控制支路由第三温度控制器1314和由其控制的设置在压缩机1的排气口1b与储气罐12的入口12a连接管路上的第三常闭电磁阀1304组成，在第三常闭电磁阀1304与储气罐12的进口12a间设有毛细管1310；第六控制支路由第四温度控制器1315和由其控制的冷箱10内部的电热丝1311组成。第一压力控制器1306与第二压力控制器1307的压力测试管路接入在油分离器2与冷凝器3间的连接管路上，在压力测试管路上设置有毛细管1308。第一温度控制器1312、第二温度控制器1313、第三温度控制器1314、第四温度控制器1315的测试装置第一温度传感器1311布置在冷箱的内部。所述的第一常闭电磁阀1301、第二常闭电磁阀1302、第三常闭电磁阀1304、第一常开电磁阀1305和第二常开电磁阀1303均为单向通断电磁阀。

第一控制支路至第六控制支路的工作原理为：第一常闭电磁阀1301，当第一压力控制器1306达到压力设定值P_max时，第一常闭电磁阀1301打开；当第一压力控制器1306达到(设定值P_max-下切换值ΔP₁)时，第一常闭电磁阀1301再次关闭。第二常闭电磁阀1302，当第二压力控制器1307达到压力设定值P_min时，第二常闭电磁阀1302打开；当第二压力控制器1307达到(设定值P_min+上切换值ΔP₂)时，第二常闭电磁阀1302再次关闭。所开的第一常开电磁阀1305，当第一温度控制器1312达到设定值T_s时，第一常开电磁阀1305关闭；当第一温度控制器1312达到(设定值T_s+上切换值ΔT₁)时，第二常开电磁阀1305再次开启。第二常开电磁阀1303，当第二温度控制器1313达到设定值T_L1时，第二常开电磁阀1303关闭；当第二温度控制器1313达到(设定值T_L1+上切换值ΔT₂)时，第二常开电磁阀1303再次打开。第三常闭电磁阀1304，当第三温度控制器1314达到设定值T_L2时，第三常闭电磁阀1304打开；当第三温度控制器1314达到(设定值T_L2+上切换值ΔT₃)时，第三常闭电磁阀1304再次关闭。电热丝1311，当第四温度控制器1315达到设定值T_L时，电热丝1311通电；当第四温度控制器1315达到(设定值T_L+上切换值ΔT₄)时，电热丝1311断电。用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统的工作过程具体为：

当制冷系统(精馏型自复叠系统)运行时，高压混合工质从压缩机1的排气口1b进入油分离器2的入口2a，经过油分离器2的出口2b进入冷凝器3，润滑油从油分离器2的返油口2c返回压缩机1的回油口1c，经过冷凝器3冷凝后的高压混合工质从冷凝器3的出口3b进入精馏装置4，在精馏装置4内经过精馏，分成了两股组分不同的工质，含有重组分较多的一股高压混合工质((富含重组分的工质))进入副节流阀11节流，含有轻组分较多的一股高压混合工质(富含轻组分的工质)从精馏装置4的顶部出口4b流出，依次经过高温回热器5的高压侧和低温回热器6的高压侧，进入第一主节流阀7及第二主节流阀8，经过节流后进入蒸发器9通过蒸发相变来冷却冷箱10，随后经过低温回热器6的低压侧，与副节流阀11后返回的工质混合后经过高温回热器5的低压侧，进入精馏装置4的釜顶换热器换热后返回压缩机1的吸气口1a，完成循环。

用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统的包括如下设定与运行步骤：

(a)第一压力控制器1306的设定参数为：压力设定值P_max，下切换值为ΔP₁，作为优选，P_max取2.0MPa～2.6MPa，ΔP₁取0.1～0.3MPa。本实施例中P_max取2.6MPa，ΔP₁取0.1MPa。

(b)第二压力控制器1307的设定参数为：压力设定值P_min，上切换值为ΔP₂，作为优选,P_min取1.6MPa～2.2MPa，ΔP₂取0.1～0.3MPa。本实施例中P_min取2.2MPa，ΔP₁取0.3MPa。

(c)第一温度控制器1312的设定参数为：温度设定值T_s,上切换值为ΔT₁，作为优选，T_s取0℃～-20℃，ΔT₁取0～2℃。本实施例中Ts取0℃，ΔT₁取2℃。

(d)第二温度控制器1313的设定参数为：温度设定值T_L1，上切换值为ΔT₂，作为优选,当目标维持温度为T_L时，T_L1取(T_L+2)℃，ΔT₁取0～2℃。本实施例中T_L1取-78℃，ΔT₁取1℃。

(e)第三温度控制器1314的设定参数为：温度设定值T_L2，上切换值为ΔT₃，作为优选,当目标维持温度为T_L时，T_L2取(T_L-2)℃，ΔT₁取0～2℃。本实施例中T_L1取-82℃，ΔT₁取1℃。

(f)第四温度控制器1315的设定参数为：温度设定值T_L，上切换值为ΔT₄，作为优选,T_L取-40℃，-60℃，-80℃，-100℃，-120℃，-140℃，-160℃；ΔT₁取0～0.2℃。本实施例中T_L1取-80℃，ΔT₁取0.1℃。

(1)对于降温工况过程：

开机后，制冷系统的排气压力会升高，当排气压力升高到第一压力控制器1306的设定值2.6MPa时，第一常闭电磁阀1301打开，富含轻组分的工质从精馏装置4的釜顶出口4b存入储气罐12中，当排气压力降至2.5MPa时，第一常闭电磁阀1301关闭；随着制冷系统进一步降温，当排气压力降低到第二压力控制器1307的设定值2.2MPa时，第二常闭电磁阀1302打开，储气罐12中的富含轻组分的工质从压缩机1的吸气口1a进入制冷系统，当排气压力升至2.5MPa时，第二常闭电磁阀1302关闭，通过对压力的自动控制的方式不断向制冷系统补充富含轻组分的工质，以匹配降温过程中不同温度位的浓度需求。

为防止开机过程排压力过高，开机时第一主节流阀7和第二主节流阀8同时使用。当冷箱10的温度降低至第一温度控制器1312的设定值0℃时，第二主节流阀8前的第一常开电磁阀1305关闭，由第一主节流阀7单独工作。

(2)温度维持工况：

当冷箱10的温度进一步下降至接近目标温度时，当冷箱10的温度降至第二温度控制器1313的设定温度-78℃时，第二常开电磁阀1303关闭，储气罐12不再向制冷系统中补充制冷剂。当冷箱10内的温度达到第四温度控制器1315的设定温度-80℃时，第四温度控制器1315控制的电热丝1311通电；当达到-79.9℃时，电热丝1311再次断电。若制冷量过大，导致冷箱10的温度降低至第三温度控制器1314的设定温度-82℃时，第三常闭电磁阀1304开启，制冷剂由压缩机1的排气口1b充入储气罐12中，可以保持此时系统中充注量减少，但组分浓度不发生改变，以减少压缩机功耗，同时减少所需加热量；到冷箱10的温度回升至-81℃时第三常开电磁阀1304断开。

按此实施例的控制方式实施，可以得到较好的降温过程压力控制效果与降温过程变浓度效果。图2为实施例中制冷系统在降温过程中的排气压力变化曲线，可以看出压力很好的控制在2.2MPa～2.5MPa之间；图3为实施例中制冷系统(变浓度)与对照组(控制压力，不变浓度)的组分变化，可以看出实施例的变浓度方法取得了较为明显的轻重组分调节效果；图4为实施案例中制冷系统(变浓度)与对照组(控制压力，不变浓度)的降温曲线，可以看出实施例的变浓度方法使得降温时间得到了较为明显的缩减。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述的精馏型自复叠制冷系统包括通过管路相连接的压缩机、油分离器、冷凝器、精馏装置、高温回热器、低温回热器、第一主节流阀、第二主节流阀、蒸发器、冷箱、副节流阀、储气罐和控制系统，所述精馏装置的顶部设有釜顶换热器；

所述的压缩机的排气口与所述的油分离器的入口相连接，所述的压缩机的吸气口与釜顶换热器出口相连接；

所述的油分离器的出口与冷凝器的入口相连接，所述的油分离器的返油口与压缩机的回油口相连接；

所述的精馏装置的入口与冷凝器的出口相连接，所述的精馏装置的釜底出口与副节流阀的入口相连接，所述的精馏装置的釜顶出口与高温回热器的高压侧入口相连接，所述的釜顶换热器的入口与高温回热器的低压侧出口相连接；

所述的高温回热器的高压侧出口与低温回热器的高压侧入口相连接；所述的高温回热器的低压侧入口分别与副节流阀的出口、低温回热器的低压侧出口相连接；

所述的低温回热器的高压侧出口分别与第一主节流阀的入口和第二主节流阀的入口相连接；

所述的蒸发器的入口分别与第一主节流阀的出口和第二主节流阀的出口相连接，蒸发器的出口与低温回热器的低压侧入口相连接；

所述的冷箱位于蒸发器外部；所述的冷箱内部设有风扇及电热丝；

所述的控制系统包括6个控制支路，包括：第一控制支路，根据排气压力控制富含轻组分的工质从精馏装置釜顶出口存入储气罐中；第二控制支路，根据排气压力控制储气罐中的富含轻组分的工质进入压缩机；第三控制支路，根据冷箱温度控制第二主节流阀的关闭；第四控制支路，根据冷箱温度控制储气罐不再向压缩机补充制冷剂；第五控制支路，根据冷箱温度控制压缩机中的制冷剂充入储气罐中；第六控制支路，根据冷箱温度控制冷箱中的电热丝通电。

2.根据权利要求1所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述控制支路由第一压力控制器和由其控制的设置在精馏装置的釜顶出口与储气罐的入口连接管路上的第一常闭电磁阀组成；第二控制支路由第二压力控制器和由其控制的设置在压缩机的吸气口与储气罐的出口连接管路上的第二常闭电磁阀组成；第三控制支路由第一温度控制器和由其控制的设置在第二主节流阀前的第一常开电磁阀组成；第四控制支路由第二温度控制器和由其控制的设置在压缩机的吸气口与第二常闭电磁阀连接管路上的第二常开电磁阀组成；第五控制支路由第三温度控制器和由其控制的设置在压缩机的排气口与储气罐的进口连接管路上的第三常闭电磁阀组成；第六控制支路由第四温度控制器和由其控制的冷箱内部的电热丝组成。

3.根据权利要求2所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述第二常开电磁阀与压缩机的吸气口间设有毛细管；所述第三常闭电磁阀与储气罐的进口间设有毛细管。

4.根据权利要求2所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述的第一压力控制器与第二压力控制器的压力测试管路接入在油分离器与冷凝器间的连接管路上，在压力测试管路上设置有毛细管。

5.根据权利要求2所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述的第一温度控制器、第二温度控制器、第三温度控制器、第四温度控制器的温度测试装置第一温度传感器布置在冷箱的内部。

6.根据权利要求2所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述的第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀、第三常闭电磁阀、第一常开电磁阀和第二常开电磁阀均为单向通断电磁阀。

7.根据权利要求2-6任一所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述第一控制支路、第二控制支路和第三控制支路用于降温工况：当开机后，排气压力会升高，当排气压力升高到第一压力控制器的压力设定值P_max时，第一常闭电磁阀打开，富含轻组分的工质从精馏装置的釜顶出口存入储气罐中，当排气压力降至P_max-ΔP₁时，第一常闭电磁阀关闭，所述P_max取2.0MPa～2.6MPa，ΔP₁取0.1～0.3MPa；随着系统进一步降温，当排气压力降低到第二压力控制器的压力设定值P_min时，第二常闭电磁阀打开，储气罐中的富含轻组分的工质从压缩机的吸气口进入压缩机，当排气压力升至P_min+ΔP₂时，第二常闭电磁阀关闭，所述P_min取1.6MPa～2.2MPa，ΔP₂取0.1～0.3MPa；当冷箱温度降低至第一温度控制器的温度设定值T_s时，第二主节流阀前的第一常开电磁阀关闭，由第一主节流阀单独工作，所述T_s取0℃～-20℃，ΔT₁取0～2℃。

8.根据权利要求2-6任一所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述第四控制支路、第五控制支路和第六控制支路用于温度维持工况：当冷箱温度降至第二温度控制器的设定温度T_L1时，第二常开电磁阀关闭，储气罐不再向制冷系统中补充制冷剂，T_L1取(T_L+2)℃，ΔT₁取0～2℃；当冷箱内温度达到第四温度控制器的设定温度T_L时，第四控制器控制的电热丝通电，若冷箱温度回升到T_L+ΔT₄时，电热丝再次断电，所述T_L取-40℃、-60℃、-80℃、-100℃、-120℃、-140℃或-160℃，ΔT₄取0～0.2℃；若当冷箱温度进一步降低至第三温度控制器的设定温度T_L2时，第三常闭电磁阀开启，制冷剂由压缩机的排气口充入储气罐中，所述T_L2取(T_L-2)℃，ΔT₁取0～2℃。

9.一种根据权利要求1-8任一所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括如下设定与运行步骤：

(1)降温工况过程：

当开机后，排气压力会升高，当排气压力升高到第一压力控制器的压力设定值P_max时，第一常闭电磁阀打开，富含轻组分的工质从精馏装置的釜顶出口存入储气罐中，当排气压力降至P_max-ΔP₁时，第一常闭电磁阀关闭；随着系统进一步降温，当排气压力降低到第二压力控制器的压力设定值P_min时，第二常闭电磁阀打开，储气罐中的富含轻组分的工质从压缩机的吸气口进入压缩机，当排气压力升至P_min+ΔP₂时，第二常闭电磁阀关闭；当冷箱温度降低至第一温度控制器的温度设定值T_s时，第二主节流阀前的第一常开电磁阀关闭，由第一主节流阀单独工作。

(2)温度维持工况：

当冷箱温度降至第二温度控制器的设定温度T_L1时，第二常开电磁阀关闭，储气罐不再向制冷系统中补充制冷剂；当冷箱内温度达到第四温度控制器的设定温度T_L时，第四控制器控制的电热丝通电，若冷箱温度回升到T_L+ΔT₄时，电热丝再次断电；若当冷箱温度进一步降低至第三温度控制器的设定温度T_L2时，第三常闭电磁阀开启，制冷剂由压缩机的排气口充入储气罐中。

10.根据权利要求9所述的用于精馏型自复叠制冷系统降温的控制系统，其特征在于，所述P_max取2.0MPa～2.6MPa，ΔP₁取0.1～0.3MPa；所述P_min取1.6MPa～2.2MPa，ΔP₂取0.1～0.3MPa；所述T_s取0℃～-20℃，ΔT₁取0～2℃；所述T_L1取0(T_L+2)℃，ΔT₁取0～2℃；所述T_L取-40℃、-60℃、-80℃、-100℃、-120℃、-140℃或-160℃，ΔT₄取0～0.2℃；所述T_L2取(T_L-2)℃，ΔT₁取0～2℃。

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