CN111121360A - 一种冷柜以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷柜以及控制方法，涉及储藏设备技术领域，为解决现有技术的冷柜在制冷过程中柜内温差较大而发明。冷柜包括第一制冷系统和第二制冷系统，第二制冷系统包括：压缩机，用于压缩第二制冷系统中循环的制冷剂；冷凝蒸发器，用于与第一制冷系统进行换热，冷凝蒸发器的第二管路的入口与压缩机的出口连通；调节阀，用于为制冷剂节流降压，并且可通过调节调节阀的出口的开度，控制制冷剂节流后的流量大小，调节阀的入口与冷凝蒸发器的第二管路的出口连通；蒸发器，用于使制冷剂中的冷量与冷柜内部的热量进行热交换，蒸发器的入口与调节阀的出口连通，蒸发器的出口与压缩机的入口连通。本发明的冷柜用于储存物品。

Description

一种冷柜以及控制方法

技术领域

本发明涉及储藏设备技术领域，尤其涉及一种冷柜以及控制方法。

背景技术

冷柜，是日常生活中常见的储藏设备，对于一些工作温度较低的冷柜，由于工作温度与环境温度之间的温差较大，因此，一般采用两级复叠式制冷循环，复叠式制冷循环是将较大的温差分为两段，即在工作温度与环境温度之间取中间温度，复叠式制冷循环包括高温制冷系统和低温制冷系统，由高温制冷系统将环境温度降低至中间温度，再由低温制冷系统将中间温度降低至工作温度，从而获取较低工作温度的制冷方式。

现有技术中的复叠式制冷循环，如图1所示，附图左侧为高温制冷系统，沿冷媒流动方向依次包括高温压缩机001、冷凝器002、毛细管003以及冷凝蒸发器004；右侧为低温制冷系统，沿冷媒流动方向依次包括低温压缩机005、高温制冷系统中的冷凝蒸发器004、毛细管003以及蒸发器006，其中，冷凝蒸发器004作为中间换热器使用，即在高温制冷系统中该冷凝蒸发器004起到蒸发器的作用，在低温制冷系统中该冷凝蒸发器004起到冷凝器的作用，该复叠式制冷循环的具体工作过程如下：

高温制冷系统中的高温级冷媒经过高温压缩机001压缩，排出的高温高压蒸汽在冷凝器002中冷却，然后经过毛细管003节流降压后，进入冷凝蒸发器004，然后低温制冷系统中的低温级冷媒经过低温压缩机005压缩，排出的高温高压蒸汽进入冷凝蒸发器004内与高温级冷媒进行换热，之后高温级冷媒进入高温压缩机001，低温级冷媒放热后，经过毛细管003节流降压，进入蒸发器006并带走冷柜内的热量，之后进入低温压缩机005，从而完成制冷循环。

但是，上述低温制冷系统中采用毛细管003作为节流部件，而毛细管003中循环的低温级冷媒的流量不变，因此，低温级冷媒的蒸发温度(蒸发温度是指冷媒在蒸发器006中蒸发沸腾时的温度)不变，在低温制冷系统中，低温级冷媒的蒸发温度较低，当冷柜内的设定温度较高时，在制冷循环过程中，蒸发器006入口处对应的柜内区域的温度降低至设定温度后，由于低温级冷媒的蒸发温度相比于该设定温度依然较低，因此，在冷媒循环时，低温级冷媒依然会带走蒸发器006入口处对应的柜内区域的热量，使该区域的温度进一步降低，当蒸发器006出口处对应的柜内区域的温度降低至设定温度时，则会导致冷柜内部存在较大的温差，经试验得出，该温差能够达到10℃，有可能造成柜内储藏的物品被冻坏。

发明内容

本发明的实施例提供一种冷柜以及控制方法，能够避免制冷循环过程中，柜内温差过大，保证柜内储藏物品完好。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明一方面实施例提供了一种冷柜，包括第一制冷系统和第二制冷系统，所述第一制冷系统的工作温度高于所述第二制冷系统的工作温度，且所述第一制冷系统与所述第二制冷系统之间通过冷凝蒸发器连接并传递冷量，所述第二制冷系统包括：第二压缩机，用于压缩所述第二制冷系统中循环的制冷剂；所述冷凝蒸发器，用于与所述第一制冷系统进行换热，所述冷凝蒸发器的第一管路的入口和出口串联在所述第一制冷系统中，所述冷凝蒸发器的第二管路的入口与所述第二压缩机的出口连通；调节阀，用于为所述制冷剂节流降压，并且可通过调节所述调节阀的出口的开度，控制所述制冷剂节流后的流量大小，所述调节阀的入口与所述冷凝蒸发器的第二管路的出口连通；蒸发器，用于使所述制冷剂中的冷量与所述冷柜内部的热量进行热交换，所述蒸发器的入口与所述调节阀的出口连通，所述蒸发器的出口与所述第二压缩机的入口连通。

本发明实施例提供的冷柜，由于第二制冷系统中的节流部件采用调节阀，该调节阀可以调节出口的开度，即能够控制制冷剂节流后的流量大小，由于制冷剂的流量越小，其蒸发温度越低，从而在柜内温度降低过程中，可调节制冷剂的流量，进而能够改变制冷剂的蒸发温度，当设定温度较高时，通过调节制冷剂的流量，使制冷剂的蒸发温度与设定温度相适应，由此避免冷柜内部降温过程中，出现温差较大的情况，保证柜内储藏的物品不被冻坏。

本发明另一方面实施例还提供了一种如上技术方案所述冷柜的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：控制所述第一制冷系统先运行，所述第二制冷系统后运行，在冷柜内部降温过程中，控制所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度由最大逐渐减小，使所述制冷剂节流后的流量逐渐减小，当所述冷柜内部的温度稳定在目标温度后，所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度不再改变。

本发明实施例提供的控制方法，在制冷过程中，控制第二制冷系统中的调节阀出口的开度由最大逐渐减小，使节流后的制冷剂流量逐渐减小，从而使制冷剂的蒸发温度逐渐降低，使柜内温度也随之逐渐降低，当柜内温度降低至目标温度后，停止减小调节阀的开度，即不再减小制冷剂的流量以及蒸发温度，使制冷系统在调节阀的该开度下稳定运行，由此保证柜内温度在降低过程中，不会出现较大的温差，确保柜内储藏物品的完好。

附图说明

图1为现有技术的冷柜的复叠式制冷循环结构示意图；

图2为本发明实施例提供的冷柜的立体图；

图3为本发明实施例提供的冷柜的主视图；

图4为本发明实施例提供的冷柜箱体的立体图；

图5为本发明实施例提供的冷柜箱体的主视图；

图6为本发明实施例提供的冷柜的复叠式制冷循环系统结构图；

图7为本发明实施例提供的冷柜的调节阀的控制系统结构图；

图8为本发明实施例提供的冷柜的控制方法流程图。

附图标记：100、箱体；110、调节阀；111、电机；112、编码器；113、驱动器；120、冷凝蒸发器；130、蒸发器；140、第二压缩机；150、第一压缩机；160、冷凝器；170、出气口；200、门体；300、控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例提供的一种冷柜以及控制方法进行详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一方面实施例提供了一种冷柜，如图2、图3所示，该冷柜为近似长方体结构，包括箱体100和门体200，如图4、图5所示，箱体100的内壁上设置有出气口170，制冷系统的冷气由出气口170处排出，从而使柜体内部的温度下降。

本发明实施例提供的冷柜采用复叠式制冷循环，如图6所示，包括第一制冷系统和第二制冷系统，第一制冷系统的工作温度高于第二制冷系统，第一制冷系统即高温制冷系统，第二制冷系统即低温制冷系统，且第一制冷系统和第二制冷系统之间通过冷凝蒸发器120连接并传递冷量，第一制冷系统中采用中温制冷剂，第二制冷系统中采用低温制冷剂。

本发明实施例提供的第二制冷系统，如图6所示，包括第二压缩机140，用于压缩低温制冷剂；冷凝蒸发器120，用于将经压缩的低温制冷剂蒸汽与第一制冷系统中的中温制冷剂进行换热，冷凝蒸发器120的第一管路的入口和出口串联在第一制冷系统中，冷凝蒸发器120的第二管路的入口与第二压缩机140的出口连通；调节阀110，用于为低温制冷剂节流降压，并且可以通过调节调节阀110的出口开度，控制低温制冷剂节流后的流量大小，调节阀110的入口与冷凝蒸发器120的第二管路的出口连通；蒸发器130，用于使低温制冷剂中的冷量与冷柜内部的热量进行热交换，蒸发器130的入口与调节阀110的出口连通，蒸发器130的出口与第二压缩机140的入口连通。

本发明实施例提供的冷柜，由于第二制冷系统中的节流部件采用调节阀110，该调节阀110可以调节出口的开度，即能够控制低温制冷剂节流后的流量大小，由于制冷剂的流量越小，其蒸发温度越低，从而在柜内温度降低过程中，可调节低温制冷剂的流量，进而能够改变低温制冷剂的蒸发温度，当设定温度较高时，通过调节低温制冷剂的流量，使低温制冷剂的蒸发温度与设定温度相适应，由此避免冷柜内部在降温过程中，出现温差较大的情况，保证柜内储藏的物品不被冻坏。

具体地，如图4、图5所示，箱体100内部的出气口170沿竖直方向延伸，在制冷过程中，冷气从出气口170排出，使柜内温度逐层降低，由上至下或者由下至上，低温制冷剂的流量由最大逐渐减小，使低温制冷剂的蒸发温度逐渐减小，从而当柜内的目标温度设定较高时，蒸发温度也相对较较高，然后柜内温度逐渐降低，各层温度相对均匀，当低温制冷剂的流量进一步减小后，蒸发温度进一步降低，然后柜内温度继续逐层降低，直到柜内温度稳定在目标温度，由此避免柜内下层温度还未达到目标温度，而上层温度已经偏低，导致温差过大，局部低温，甚至冻坏储存物品的情况发生。

在示例性的一种实施方式中，如图6所示，为使第一制冷系统降温更加迅速，本发明实施例提供的第一制冷系统中的节流部件也采用调节阀110，即第一制冷系统中的节流部件也可以通过改变调节阀110的出口开度，控制中温制冷剂的流量，从而使第一制冷系统中的中温制冷剂的蒸发温度与其工作温度相适应，从而使第一制冷系统与第二制冷系统之间的冷凝蒸发器120的温度迅速降低至工作温度，然后第二制冷系统能够使冷柜内部的温度迅速降低至目标温度，减少冷柜刚开机时的降温时间。

具体地，如图6所示，该第一制冷系统包括第一压缩机150，用于压缩第一制冷系统中的中温制冷剂；冷凝器160，用于降低中温制冷剂的温度；上述调节阀110，用于为中温制冷剂节流降压；以及上述冷凝蒸发器120，用于与低温至制冷系统的中的低温制冷剂进行换热，该冷凝蒸发器120在第一制冷系统中作为蒸发器130，在第二制冷系统中作为冷凝器160。

在示例性的一种实施方式中，如图7所示，制冷系统还包括用于控制调节阀110开度的驱动单元，驱动单元与冷柜的控制器300电连接。通过冷柜的控制器300向驱动单元发送信号，驱动单元根据该信号的具体内容控制调节阀110的开度，从而实现通过调节调节阀110的开度，控制低温制冷剂的流量。

在示例性的一种实施例方式中，如图7所示，驱动单元包括依次串联的驱动器113、编码器112和电机111，电机111与调节阀110电连接，驱动器113与控制器300电连接。通过电机111配接编码器112能够更加精确的控制电机111的转动角度，从而精确的控制调节阀110的开度，进而使低温制冷剂的流量控制更加精确，从而能够更加精确的控制冷柜内部的温度。

需要指出的是，本发明实施例提供的复叠式制冷循环，也可以应用于多级制冷循环，在多级制冷循环中处于中间的制冷系统中含有两个冷凝蒸发器120，一个冷凝蒸发器120起到冷凝器的作用，用于与相邻的工作温度高的制冷系统进行换热，另一个冷凝蒸发器120起到蒸发器的作用，用于与相邻的工作温度低的制冷系统进行换热。

本发明另一方面实施例提供一种如上技术方案的冷柜的控制方法，如图8所示，图8为该控制方法的流程图，控制方法包括以下步骤：设定目标温度，控制第一制冷系统先运行，当冷凝蒸发器120的温度降低后，再控制第二制冷系统运行，在冷柜内部降温过程中，控制第二制冷系统中的调节阀110的开度由最大逐渐减小，使低温制冷剂节流后的流量逐渐减小，当冷柜内部的温度稳定在目标温度后，第二制冷系统中的调节阀110的开度不再改变。

本发明实施例提供的控制方法，在制冷过程中，控制第二制冷系统中的调节阀110出口的开度由最大逐渐减小，使节流后的低温制冷剂流量逐渐减小，从而使低温制冷剂的蒸发温度逐渐降低，使柜内温度也随之逐渐降低，当柜内温度降低至目标温度后，停止减小调节阀110的开度，即不再改变低温制冷剂的流量以及蒸发温度，使第二制冷系统在调节阀110的该开度下稳定运行，由此保证柜内温度在降低过程中，不会出现较大的温差，确保柜内储藏物品的完好。

在示例性的一种实施方式中，当冷柜内部的温度稳定在目标温度后，控制方法还包括以下步骤：将目标温度与预设的运行参数表中的设定温度进行比对，运行参数表包括多个预设的设定温度以及与多个设定温度一一对应的阀体的设定开度，当目标温度处于某一个设定温度的温度区间内时，则将第二制冷系统中的调节阀110的开度设置为该设定温度对应的设定开度。通过在系统中预先储存运行参数表，然后通过目标温度与运行参数表进行比对，确定目标参数对应的设定温度，从而能够确定该设定温度对应的阀体的开度参数，最后将第二制冷系统的调节阀110的出口开度调节为该开度参数的大小即可，使第二制冷系统中的低温制冷剂以该流量大小继续运行，保证低温制冷剂的蒸发温度与目标温度相适应，从而使冷柜内部的温度能够稳定在目标温度附近运行。

为使第一制冷系统能够迅速降低至工作温度，在示例性的一种实施方式中，第一制冷系统中的节流部件也采用调节阀110，在制冷循环过程中，第一制冷系统中的调节阀110的开度也调节为目标温度在运行参数表中对应的设定开度。第一制冷系统中的节流部件也采用该调节阀110，从而能够通过改变调节阀110的出口开度，控制中温制冷剂流量，使第一制冷系统中循环的中温制冷剂的蒸发温度与其工作温度相适应，从而在刚开机运行时，使高温级循环系统能够更快的降低至工作温度，使冷柜内部能够更快的降低至目标温度。

在示例性的一种实施方式中，调节阀110的开度的方法包括：发出调节信号，驱动器113接收调节信号并通过编码器112发送给电机111，电机111转动并控制调节阀110的开度大小。通过冷柜内部的控制器300向驱动器113发送控制信号，驱动器113经过编码器112将控制信号发送至电机111，控制电机111转动，控制调节阀110开口的开度，从而控制低温制冷剂的流量。

在示例性的一种实施方式中，在冷柜内部的温度稳定在目标温度，调节阀110的开度不再改变之后，上述控制方法还包括：调整冷柜内部的目标温度，控制电机111复位，使第二制冷系统中的调节阀110的开度打开至最大，将改变后的目标温度与预设的运行参数表中的设定温度进行比对，当改变后的目标温度处于某一个设定温度的温度区间内时，控制电机111转动设定温度对应的转动时间，使调节阀110的出口的开度等于设定温度对应的设定开度。在运行参数表中记录有调节阀110的不同开启角度，对应的需要电机111转动多长时间，从而通过精确控制电机111的转动时间，即可控制调节阀110的开度。

具体的，本发明实施例中采用直流无刷电机111配接500线编码器112来精确控制电机111转动的角度，位置环控制周期设置1ms，当电机111转动1qc时，即转动了360/(500*4)＝0.18度。

本发明实施例提供的运行参数表包括多个设定温度、设定温度对应的每一个制冷系统中的调节阀110的设定开度以及将调节阀110的开度调整为设定开度时，需要电机111从原点开始转动的转动时间。

在示例性的一种实施例方式中，调节阀110出口的开度为0-90度，0度为完全关闭状态，90度为完全开启状态，调节阀110出口的开度由0度增大至90度，即制冷剂的流量由0增加到最大，在本实施例中将调节阀110出口的开度设置为10个档位，每一个档位使调节阀110出口的开度增加9度，根据上述电机111的配置，则调节阀110开启9度，需要电机111转动9/0.18＝50qc，即电机111的转动时间为50ms，对应的设定温度的温度区间为10℃，具体见如下的运行参数表：

如上表所示，本发明实施例将调节阀110的开度设定为10个档位，在冷柜制冷过程中，通过用户设定的目标温度与设定温度进行比对，即可得知该设定温度对应的调节阀110开度，以及需要电机111从原点开始转动多少时间能够使调节阀110开启至设定开度，从而能够使冷柜设定不同的目标温度时，制冷剂以对应的流量循环制冷，能够提高制冷效率。

例如，当用户的设定的目标温度为-66℃，通过运行参数表可知，目标温度处于2挡的设定温度的温度区间内，因此，使第一制冷系统先运行，控制第一制冷系统的调节阀110的开度为18度，即控制电机111从原点开始转动100ms，当冷凝蒸发器120的温度降低后，使第二制冷系统开始运行，控制第二制冷系统的调节阀110开度打开至最大，然后逐渐减小第二制冷系统的调节阀110的开度，即低温制冷剂的流量逐渐减小，当冷柜内的温度降低至-66度附近时，将第二制冷系统的调节阀110的开度设置为18度，然后冷柜继续稳定运行即可。

需要指出的是，本发明实施例中调节阀110的开度设置为10个档位，在实际使用中可以根据使用情况以及控制精度等进行调整，例如，可以将调节阀110的开度设置为20个档位，每个档位使调节阀110打开4.5度，电机111转动的时间即为25ms，设定温度区间为5℃。

在示例性的一种实施方式中，需要改变调节阀110的开度时，还可以将需要调整的开度对应的档位与当前的开度对应的档位求差值，如果差值为正，则控制电机111正转，转动时间为差值*50ms，如果差值为负值，则控制电机111反转，转动时间为差值*50ms。详细来讲，即先得出当前的档位与要调整的档位之间的差值，由于相邻的两个档位之间需要电机111转动50ms，因此，差值代表当前的档位与要调整的档位之间相差的电机111转动时间，即差值*50ms，最后差值为正则电机111正转，差值为负责电机111反转。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种冷柜，其特征在于，包括第一制冷系统和第二制冷系统，所述第一制冷系统的工作温度高于所述第二制冷系统的工作温度，且所述第一制冷系统与所述第二制冷系统之间通过冷凝蒸发器连接并传递冷量，所述第二制冷系统包括：

第二压缩机，用于压缩所述第二制冷系统中循环的制冷剂；

所述冷凝蒸发器，用于与所述第一制冷系统进行换热，所述冷凝蒸发器的第一管路的入口和出口串联在所述第一制冷系统中，所述冷凝蒸发器的第二管路的入口与所述第二压缩机的出口连通；

调节阀，用于为所述制冷剂节流降压，并且可通过调节所述调节阀的出口的开度，控制所述制冷剂节流后的流量大小，所述调节阀的入口与所述冷凝蒸发器的第二管路的出口连通；

蒸发器，用于使所述制冷剂中的冷量与所述冷柜内部的热量进行热交换，所述蒸发器的入口与所述调节阀的出口连通，所述蒸发器的出口与所述第二压缩机的入口连通。

2.根据权利要求1所述的冷柜，其特征在于，所述第一制冷系统中的节流部件采用所述调节阀。

3.根据权利要求1或2所述的冷柜，其特征在于，所述第二制冷系统还包括用于控制所述调节阀开度的驱动单元，所述驱动单元与所述冷柜的控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的冷柜，其特征在于，所述驱动单元包括依次串联的驱动器、编码器和电机，所述电机与所述调节阀电连接，所述驱动器与所述控制器电连接。

5.一种如权利要求1-4任一项所述冷柜的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：控制所述第一制冷系统先运行，所述第二制冷系统后运行，在冷柜内部降温过程中，控制所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度由最大逐渐减小，使所述制冷剂节流后的流量逐渐减小，当所述冷柜内部的温度稳定在目标温度后，所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度不再改变。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述冷柜内部的温度稳定在目标温度后，所述控制方法还包括以下步骤：将所述目标温度与预设的运行参数表中的设定温度进行比对，所述运行参数表包括多个预设的设定温度以及与多个所述设定温度一一对应的阀体的设定开度，当所述目标温度处于某一个所述设定温度的温度区间内时，则将所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度设置为所述设定温度对应的设定开度。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一制冷系统中的节流部件采用所述调节阀，在制冷循环中，所述第一制冷系统中的所述调节阀的开度调节为所述目标温度在所述运行参数表中对应的设定开度。

8.根据权利要求5-7任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述调节阀的开度的方法包括：发出调节信号，驱动器接收所述调节信号并通过编码器发送给电机，控制所述电机转动，以调节所述调节阀的开度大小。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述冷柜内部的温度稳定在目标温度，所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度不再改变之后，所述控制方法还包括：调整所述冷柜内部的目标温度，控制电机复位，使所述第二制冷系统中的所述调节阀的开度打开至最大，将改变后的所述目标温度与预设的运行参数表中的设定温度进行比对，当改变后的所述目标温度处于某一个所述设定温度的温度区间内时，控制电机转动所述设定温度对应的转动时间，使所述第二制冷系统中的所述调节阀的出口的开度等于所述设定温度对应的设定开度。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述运行参数表包括多个设定温度、所述设定温度对应的所述第一制冷系统和所述第二制冷系统中的所述调节阀的设定开度以及将所述调节阀的开度调整为所述设定开度时，需要电机从原点开始转动的转动时间。

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