CN111141041A - 宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组及控制方法 - Google Patents

Abstract

宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组及控制方法，包括若干直接蒸发盘管，若干直接蒸发盘管输出端通过若干管线汇集成一个管线后与汽液分离器进口端连接，汽液分离器的出气口及辅助气口分别通过管线与磁悬浮压缩机的吸气口及补气口连通，磁悬浮压缩机排气口通过管线与蒸发冷却式冷凝器进口端相连，蒸发冷却式冷凝器出口端通过管线与储液罐进口端相连，储液罐出口端与干燥过滤器进口端相连，干燥过滤器出口端分别通过管线与磁悬浮压缩机的喷液接口及若个直接蒸发盘管进口端相连。本发明机组蒸发温度范围可实现‑5℃～18℃内调节，可满足多工况变化的需求，磁悬浮压缩机利用磁悬浮技术减少了运动部件无机械摩擦，大大提高了机组的使用寿命。

Description

宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组及控制方法

技术领域

本发明属于制冷与空调设备技术领域，具体涉及宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组及控制方法。

背景技术

随着我国经济的发展，以及工业化进程的不断加快。各行业对制冷与空调设备的要求也在不断提高，现有设备已无法满足更高标准及节能要求。现有技术的磁悬浮制冷机组中，冷却方式多为水冷式或风冷式，冷却效率均较蒸发冷却式低，蒸发器为满液式或板式蒸发器制取冷水使用，其蒸发温度调节范围有限，且在低蒸发温度时，冷冻水需增加防冻液。当冷却方式采用水冷，在环境温度低于0℃以下需制冷时，也要解决防冻的问题。

以农业领域为例，一方面，传统制冷与空调设备设计时按照满足某一特定工况设计，其蒸发温度可调范围较小，无法满足作物生长过程中的温度变化要求；另一方面，其能耗也较高。

发明内容

针对现有制冷空调设备蒸发温度调节范围有限，无法满足某些领域需求温度及负荷变化大的要求，低环境温度下制冷需考虑防冻，且能耗较高的问题。本发明提出了宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组及控制方法，其制冷运行效率高，蒸发温度可调范围宽，可在-5℃至18℃范围内随意调节，相对于传统机组±5℃内调节，使用灵活度大大增加。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方法：

宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组，包括若干直接蒸发盘管，若干直接蒸发盘管输出端通过若干管线汇集成一个管线后与汽液分离器进口端连接，汽液分离器的出气口及辅助气口分别通过管线与磁悬浮压缩机的吸气口及补气口连通，磁悬浮压缩机排气口通过管线与蒸发冷却式冷凝器进口端相连，蒸发冷却式冷凝器出口端通过管线与储液罐进口端相连，储液罐出口端与干燥过滤器进口端相连，干燥过滤器出口端分别通过管线与磁悬浮压缩机的喷液接口及若个直接蒸发盘管进口端相连；所述直接蒸发盘管的电子膨胀阀开度由室内设定温度与室内实际温度差值决定，当室内实际温度大于设定温度时，通过PLC控制器控制电子膨胀阀开启，并调整电子膨胀阀的开度；当室内实际温度小于设定温度时，通过PLC控制器控制电子膨胀阀开度减小；通过磁悬浮压缩机的吸气压力控制磁悬浮压缩机的开启、关闭及调整频率，当制冷机组上的任一电子膨胀阀开启后磁悬浮压缩机开启，电子膨胀阀全部关闭时磁悬浮压缩机关闭；磁悬浮压缩机的频率即负载，根据吸气压力来调节，当吸气压力低于设定值时，磁悬浮压缩机减载降低磁悬浮压缩机电机频率；当吸气压力大于设定值时，磁悬浮压缩机加载升高磁悬浮压缩机电机频率。

所述直接蒸发盘管与汽液分离器之间的管线上安装有电磁阀一；所述汽液分离器上安装有针阀一，所述汽液分离器出气口与磁悬浮压缩机吸气口之间的管线上安装有蝶阀，汽液分离器辅助气口与磁悬浮压缩机补气口之间的管线上安装有压力整定阀；所述磁悬浮压缩机与蒸发冷却式冷凝器之间的管线上安装有单向阀，蒸发冷却式冷凝器与储液罐之间的管线上依次安装有针阀二及电磁阀二；所述储液罐上安装有安全阀，所述储液罐与干燥过滤器之间的管线上安装有电磁阀三，干燥过滤器与磁悬浮压缩机之间的管线上安装有角阀，干燥过滤器通过管线、电磁阀四及电子膨胀阀分别与直接蒸发盘管进口端连接。

所述蒸发冷却式冷凝器包括外壳，在外壳底部设置有水箱，水箱内设置有浮球阀，水箱通过喷淋冷却水泵、水处理仪和顶部的喷嘴连通，喷嘴下方设置有冷凝盘管，冷凝盘管采用镀铝锌钢管，风水顺流式换热，增加填料加强冷却水冷效果，所述冷凝盘管与水箱之间设置有填料，在外壳顶部安装有轴流风机，轴流风机采用变频与定频组合的方式，根据负荷及环境变化来自动调节风量，保证机组的安全，节能运行；轴流风机的开启、关闭及风量的调节由冷凝压力控制，当冷凝压力低于设定值时，轴流风机风量减小，当冷凝压力高于设定值时，轴流风机风量增大，轴流风机可采用定频加变频的配置，实现风量的无级调节；蒸发冷凝器工作时，过热的制冷剂蒸汽进入冷凝盘管的顶部，冷却水由水泵送至冷凝盘管的上部，经喷头均匀地喷淋在冷凝盘管表面，形成一层很薄的水膜；高温制冷剂从冷凝盘管的上部集管进入，分配给每一根蛇形管放出热量；空气由轴流风机送至冷却单元管内的高温制冷剂气体首先将热量通过管壁传给水膜，使水膜蒸发，而水膜蒸发成为水蒸气时就以潜热的方式把部分热量连同水蒸气本身传给空气；由轴流风机抽出；未被蒸发的冷却水滴落在下部的水箱内，供水泵循环使用。

蒸发冷却式冷凝器顶部的轴流风机可采用变频加定频模式，当环境温度和末端负荷发生变化时可根据系统压力、环境温度及冷凝温度对风量实行变风量调节，该机组包括以下几种运行模式：第一种，当环境温度高于-5℃时，冷却喷淋水泵开启，通过系统压力、冷凝温度对蒸发冷却式冷凝器的轴流风机进行变风量调节；第二种，当环境温度低于-5℃时，冷却喷淋水泵关闭，蒸发冷却式冷凝器在干工况下运行，防止水结冰，通过系统压力、冷凝温度对蒸发冷却式冷凝器的轴流风机进行变风量调节。

宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，当室内实际温度高于设定温度时，温度传感器输出信号给室内机风机及电子膨胀阀执行器，室内机风机即为直接蒸发盘管风机，可以是轴流风机或离心风机，室内机风机及电子膨胀阀开启，此时磁悬浮压缩机的压力传感器将吸气压力信号输出给PLC控制器，控制磁悬浮压缩机的开启，冷媒在直接蒸发盘管内蒸发吸热后进入汽液分离器，汽液分离器出气口与磁悬浮压缩机吸气口相通，磁悬浮压缩机的频率即负载根据吸气压力来调节，当冷媒流量增加，吸气压力升高时，磁悬浮压缩机加载升高压缩机电机频率；当冷媒流量减少，吸气压力降低时，磁悬浮压缩机减载降低压缩机电机频率；

步骤2，磁悬浮压缩机排气口经过单向阀与蒸发冷却式冷凝器相通，经过压缩机处理的高温高压冷媒经过单向阀送至蒸发冷却式冷凝器冷凝盘管内，完成冷凝放热过程；磁悬浮压缩机开启后，根据环境温度及冷凝压力控制蒸发冷却式冷凝器的轴流风机及喷淋冷却水泵的开启；当环境温度高于-5℃时，蒸发冷却式冷凝器湿工况运行，即冷却喷淋水泵开启，冷却水经喷嘴喷淋到冷凝盘管上，一部分冷却水蒸发以潜热的形式带走热量，由冷凝压力控制轴流风机的开启数量和频率，轴流风机采用定频加变频的配置，实现根据冷凝压力变化的变风量调节；当环境温度低于-5℃时，蒸发冷却式冷凝器干工况运行，即冷却喷淋水泵关闭，冷凝器无喷淋水，靠空气对冷凝盘管进行冷却，同样由冷凝压力来控制风量变化，蒸发冷却式冷凝器的干工况运行保证低环温制冷运行时不会存在结冰的问题；

步骤3，经过蒸发冷却式冷凝器冷凝的中温高压冷媒送至储液罐内中温高压冷媒液体经过干燥过滤器分成两路，主路经过电子膨胀阀，经过节流降压后送至直接蒸发盘管，冷媒在直接蒸发盘管内蒸发冷却，完成制冷过程；进入直接蒸发盘管的冷媒流量由电子膨胀阀控制；另一路支路冷媒通过角阀送至压缩机喷液冷却接口，用于冷却压缩机电机及电子元件，由电机温度控制角阀开度。

本发明的有益效果为：

1、本发明机组蒸发温度范围可实现-5℃～18℃内调节，可满足多工况变化的需求；与传统水冷空调相比，环境温度在-5℃以上时，可节能35～40％；环境温度在-5℃以下时，可节能40～50％。

2、本发明机组压缩机采用磁悬浮技术，冷凝器采用高效的蒸发冷却式冷凝器，蒸发器采用直接蒸发式盘管。与水系统相比减少了冷冻水泵，冷却水泵功率及扬程也变小，无二次换热过程减少换热损失，机组整体运行效率显著提高。

3、冬季寒冷地区的全年制冷的防冻问题一直是水系统存在的一个问题，本发明提到的机组冬季可干工况及自然冷却运行，蒸发式冷凝器以水为介质，利用水的蒸发带走汽态制冷剂的冷凝热，是效率最高的冷凝方式。其效率是风冷式冷凝器的5倍以上，是水冷式冷凝器的1.5倍以上，且耗水量少，约为水冷式冷凝器的1/3，水泵集成在蒸发冷凝器内，扬程3～5m即可，耗电量也可节省30％以上。本发明机组冬季工况下，蒸发冷却式冷凝器能水可完全排干，完全无需担忧这个问题。

4、蒸发器采用直接蒸发盘管，直接与空调房间内空气换热，给空调房间降温。减少了系统的二次换热过程。与冷冻水系统相比省去了冷冻水泵节省电能，也无需担忧低蒸发温度时的防冻问题。

5、磁悬浮压缩机利用磁悬浮技术减少了运动部件无机械摩擦，大大提高了机组的使用寿命。其无油设计也大大减少了系统零部件，提高了系统COP值，并大幅度降低维护费用。其启动电流低(仅1A电流)对电网无冲击，无需软启动器，尤其在部分负荷时能效比优势更加明显，适用于各种负荷变化较大场所，与传统冷水机组相比运行费用可节省50％。

附图说明

图1本发明宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组及控制方法示意图；

1-磁悬浮压缩机，2-单向阀，3-蒸发冷却式冷凝器，4-电磁阀二，5-储液罐，6-电磁阀三，7-干燥过滤器，8-角阀，9-电磁阀四，10-电子膨胀阀，11-直接蒸发盘管，12-电磁阀一，13-汽液分离器，14-蝶阀，15-压力整定阀，16-针阀二，17-针阀一，18-浮球阀，19-轴流风机，20-喷嘴，21-冷凝盘管，22-填料，23-水箱，24-喷淋冷却水泵，25-水处理仪，26-安全阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组，包括两个直接蒸发盘管11，两个直接蒸发盘管11输出端通过两个管线汇集成一个管线后与汽液分离器13进口端连接，汽液分离器13的出气口及辅助气口分别通过管线与磁悬浮压缩机1的吸气口及补气口连通，磁悬浮压缩机1排气口通过管线与蒸发冷却式冷凝器3进口端相连，蒸发冷却式冷凝器3出口端通过管线与储液罐5进口端相连，储液罐5出口端与干燥过滤器7进口端相连，干燥过滤器7出口端分别通过管线与磁悬浮压缩机1的喷液接口及若个直接蒸发盘管11进口端相连；所述直接蒸发盘管11的电子膨胀阀10开度由室内设定温度与室内实际温度差值决定，当室内实际温度大于设定温度时，通过PLC控制器控制电子膨胀阀10开启，并调整电子膨胀阀10的开度；当室内实际温度小于设定温度时，通过PLC控制器控制电子膨胀阀10开度减小；通过磁悬浮压缩机1的吸气压力控制磁悬浮压缩机1的开启、关闭及调整频率，当制冷机组上的任一电子膨胀阀10开启后磁悬浮压缩机1开启，电子膨胀阀10全部关闭时磁悬浮压缩机1关闭；磁悬浮压缩机1的频率即负载，根据吸气压力来调节，当吸气压力低于设定值时，磁悬浮压缩机1减载降低磁悬浮压缩机1电机频率；当吸气压力大于设定值时，磁悬浮压缩机1加载升高磁悬浮压缩机1电机频率。

所述直接蒸发盘管11与汽液分离器13之间的管线上安装有电磁阀一12；所述汽液分离器13上安装有针阀一17，所述汽液分离器13出气口与磁悬浮压缩机1吸气口之间的管线上安装有蝶阀14，汽液分离器13辅助气口与磁悬浮压缩机1补气口之间的管线上安装有压力整定阀15；所述磁悬浮压缩机1与蒸发冷却式冷凝器3之间的管线上安装有单向阀2，蒸发冷却式冷凝器3与储液罐5之间的管线上依次安装有针阀二16及电磁阀二4；所述储液罐5上安装有安全阀26，所述储液罐5与干燥过滤器7之间的管线上安装有电磁阀三6，干燥过滤器7与磁悬浮压缩机1之间的管线上安装有角阀8，干燥过滤器7通过管线、电磁阀四9及电子膨胀阀10分别与直接蒸发盘管11进口端连接。

所述蒸发冷却式冷凝器3包括外壳，在外壳底部设置有水箱23，水箱23内设置有浮球阀18，水箱23通过喷淋冷却水泵24、水处理仪25和顶部的喷嘴20连通，喷嘴20下方设置有冷凝盘管21，冷凝盘管21采用镀铝锌钢管，风水顺流式换热，增加填料22加强冷却水冷效果，所述冷凝盘管21与水箱23之间设置有填料22，在外壳顶部安装有轴流风机19，轴流风机19采用变频与定频组合的方式，根据负荷及环境变化来自动调节风量，保证机组的安全，节能运行；轴流风机19的开启、关闭及风量的调节由冷凝压力控制，当冷凝压力低于设定值时，轴流风机19风量减小，当冷凝压力高于设定值时，轴流风机19风量增大，轴流风机19可采用定频加变频的配置，实现风量的无级调节；蒸发冷凝器工作时，过热的制冷剂蒸汽进入冷凝盘管21的顶部，冷却水由水泵送至冷凝盘管21的上部，经喷头均匀地喷淋在冷凝盘管21表面，形成一层很薄的水膜；高温制冷剂从冷凝盘管21的上部集管进入，分配给每一根蛇形管放出热量；空气由轴流风机19送至冷却单元管内的高温制冷剂气体首先将热量通过管壁传给水膜，使水膜蒸发，而水膜蒸发成为水蒸气时就以潜热的方式把部分热量连同水蒸气本身传给空气；由轴流风机19抽出；未被蒸发的冷却水滴落在下部的水箱23内，供水泵循环使用。

蒸发冷却式冷凝器3顶部的轴流风机19可采用变频加定频模式，当环境温度和末端负荷发生变化时可根据系统压力、环境温度及冷凝温度对风量实行变风量调节，该机组包括以下几种运行模式：第一种，当环境温度高于-5℃时，冷却喷淋水泵开启，通过系统压力、冷凝温度对蒸发冷却式冷凝器3的轴流风机19进行变风量调节；第二种，当环境温度低于-5℃时，冷却喷淋水泵关闭，蒸发冷却式冷凝器3在干工况下运行，防止水结冰，通过系统压力、冷凝温度对蒸发冷却式冷凝器3的轴流风机19进行变风量调节。

宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，当室内实际温度高于设定温度时，温度传感器输出信号给室内机风机及电子膨胀阀10执行器，室内机风机即为直接蒸发盘管11风机，可以是轴流风机或离心风机，室内机风机及电子膨胀阀10开启，此时磁悬浮压缩机1的压力传感器将吸气压力信号输出给PLC控制器，控制磁悬浮压缩机1的开启，冷媒在直接蒸发盘管11内蒸发吸热后进入汽液分离器13，汽液分离器13出气口与磁悬浮压缩机1吸气口相通，磁悬浮压缩机1的频率即负载根据吸气压力来调节，当冷媒流量增加，吸气压力升高时，磁悬浮压缩机1加载升高压缩机电机频率；当冷媒流量减少，吸气压力降低时，磁悬浮压缩机1减载降低压缩机电机频率；

步骤2，磁悬浮压缩机1排气口经过单向阀2与蒸发冷却式冷凝器3相通，经过压缩机处理的高温高压冷媒经过单向阀2送至蒸发冷却式冷凝器3冷凝盘管21内，完成冷凝放热过程；磁悬浮压缩机1开启后，根据环境温度及冷凝压力控制蒸发冷却式冷凝器3的轴流风机19及喷淋冷却水泵24的开启；当环境温度高于-5℃时，蒸发冷却式冷凝器3湿工况运行，即冷却喷淋水泵开启，冷却水经喷嘴20喷淋到冷凝盘管21上，一部分冷却水蒸发以潜热的形式带走热量，由冷凝压力控制轴流风机19的开启数量和频率，轴流风机19采用定频加变频的配置，实现根据冷凝压力变化的变风量调节；当环境温度低于-5℃时，蒸发冷却式冷凝器3干工况运行，即冷却喷淋水泵关闭，冷凝器无喷淋水，靠空气对冷凝盘管21进行冷却，同样由冷凝压力来控制风量变化，蒸发冷却式冷凝器3的干工况运行保证低环温制冷运行时不会存在结冰的问题；

步骤3，经过蒸发冷却式冷凝器3冷凝的中温高压冷媒送至储液罐5内中温高压冷媒液体经过干燥过滤器7分成两路，主路经过电子膨胀阀10，经过节流降压后送至直接蒸发盘管11，冷媒在直接蒸发盘管11内蒸发冷却，完成制冷过程；进入直接蒸发盘管11的冷媒流量由电子膨胀阀10控制；另一路支路冷媒通过角阀8送至压缩机喷液冷却接口，用于冷却压缩机电机及电子元件，由电机温度控制角阀8开度。

Claims (5)

1.一种宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组，其特征在于，包括若干直接蒸发盘管，若干直接蒸发盘管输出端通过若干管线汇集成一个管线后与汽液分离器进口端连接，汽液分离器的出气口及辅助气口分别通过管线与磁悬浮压缩机的吸气口及补气口连通，磁悬浮压缩机排气口通过管线与蒸发冷却式冷凝器进口端相连，蒸发冷却式冷凝器出口端通过管线与储液罐进口端相连，储液罐出口端与干燥过滤器进口端相连，干燥过滤器出口端分别通过管线与磁悬浮压缩机的喷液接口及若个直接蒸发盘管进口端相连。

2.根据权利要求1所述的宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组，其特征在于：所述直接蒸发盘管与汽液分离器之间的管线上安装有电磁阀一；所述汽液分离器上安装有针阀一，所述汽液分离器出气口与磁悬浮压缩机吸气口之间的管线上安装有蝶阀，汽液分离器辅助气口与磁悬浮压缩机补气口之间的管线上安装有压力整定阀；所述磁悬浮压缩机与蒸发冷却式冷凝器之间的管线上安装有单向阀，蒸发冷却式冷凝器与储液罐之间的管线上依次安装有针阀二及电磁阀二；所述储液罐上安装有安全阀，所述储液罐与干燥过滤器之间的管线上安装有电磁阀三，干燥过滤器与磁悬浮压缩机之间的管线上安装有角阀，干燥过滤器通过管线、电磁阀四及电子膨胀阀分别与直接蒸发盘管进口端连接。

3.根据权利要求1所述的宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组，其特征在于：所述蒸发冷却式冷凝器包括外壳，在外壳底部设置有水箱，水箱内设置有浮球阀，水箱通过喷淋冷却水泵、水处理仪和顶部的喷嘴连通，喷嘴下方设置有冷凝盘管，所述冷凝盘管与水箱之间设置有填料，在外壳顶部安装有轴流风机。

4.根据权利要求1所述的宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组，其特征在于：蒸发冷却式冷凝器顶部的轴流风机可采用变频加定频模式，当环境温度和末端负荷发生变化时可根据系统压力、环境温度及冷凝温度对风量实行变风量调节，该机组包括以下几种运行模式：第一种，当环境温度高于-5℃时，冷却喷淋水泵开启，通过系统压力、冷凝温度对蒸发冷却式冷凝器的轴流风机进行变风量调节；第二种，当环境温度低于-5℃时，冷却喷淋水泵关闭，蒸发冷却式冷凝器在干工况下运行，防止水结冰，通过系统压力、冷凝温度对蒸发冷却式冷凝器的轴流风机进行变风量调节。

5.一种基于权利要求1所述的宽工况全年制冷型蒸发冷却磁悬浮制冷机组的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，当室内实际温度高于设定温度时，温度传感器输出信号给室内机风机及电子膨胀阀执行器，室内机风机即为直接蒸发盘管风机，可以是轴流风机或离心风机，室内机风机及电子膨胀阀开启，此时磁悬浮压缩机的压力传感器将吸气压力信号输出给PLC控制器，控制磁悬浮压缩机的开启，冷媒在直接蒸发盘管内蒸发吸热后进入汽液分离器，汽液分离器出气口与磁悬浮压缩机吸气口相通，磁悬浮压缩机的频率即负载根据吸气压力来调节，当冷媒流量增加，吸气压力升高时，磁悬浮压缩机加载升高压缩机电机频率；当冷媒流量减少，吸气压力降低时，磁悬浮压缩机减载降低压缩机电机频率；

步骤2，磁悬浮压缩机排气口经过单向阀与蒸发冷却式冷凝器相通，经过压缩机处理的高温高压冷媒经过单向阀送至蒸发冷却式冷凝器冷凝盘管内，完成冷凝放热过程；磁悬浮压缩机开启后，根据环境温度及冷凝压力控制蒸发冷却式冷凝器的轴流风机及喷淋冷却水泵的开启；当环境温度高于-5℃时，蒸发冷却式冷凝器湿工况运行，即冷却喷淋水泵开启，冷却水经喷嘴喷淋到冷凝盘管上，一部分冷却水蒸发以潜热的形式带走热量，由冷凝压力控制轴流风机的开启数量和频率，轴流风机采用定频加变频的配置，实现根据冷凝压力变化的变风量调节；当环境温度低于-5℃时，蒸发冷却式冷凝器干工况运行，即冷却喷淋水泵关闭，冷凝器无喷淋水，靠空气对冷凝盘管进行冷却，同样由冷凝压力来控制风量变化，蒸发冷却式冷凝器的干工况运行保证低环温制冷运行时不会存在结冰的问题；

步骤3，经过蒸发冷却式冷凝器冷凝的中温高压冷媒送至储液罐内中温高压冷媒液体经过干燥过滤器分成两路，主路经过电子膨胀阀，经过节流降压后送至直接蒸发盘管，冷媒在直接蒸发盘管内蒸发冷却，完成制冷过程；进入直接蒸发盘管的冷媒流量由电子膨胀阀控制；另一路支路冷媒通过角阀送至压缩机喷液冷却接口，用于冷却压缩机电机及电子元件，由电机温度控制角阀开度。

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