CN111457647A - 一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统 - Google Patents

一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统 Download PDF

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杨凤
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洪登科
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Abstract

本发明公开了一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，包括连续融霜系统，该连续融霜系统包括压缩机(1)、第一风机(21)和第二风机(22)；冷库控制系统，还包括库温波动测量模块、融霜散热温度测量模块、风机风速测量模块以及控制单元；控制单元，用于对第一冷风机(21)和第二冷风机(22)的风量进行控制。本发明公开的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其通过对变频风机风量的控制，改变制冷量，抵消来自融霜风机的融霜热，能够显著减小冷库库内的温度波动，实现维持库内温度平稳的目标。

Description

一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统
技术领域
本发明涉及制冷系统的连续融霜技术领域，特别是涉及一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统。
背景技术
目前，在连续融霜的冷库制冷系统中，融霜热的发散是不可避免的，但是，这样容易导致冷库库内的温度发生较大波动，从而影响对冷库内物品的存储质量。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够针对这一弊端，尽可能减小冷库库内的温度波动，实现维持库内温度平稳的目标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统。
为此，本发明提供了一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，包括连续融霜系统，该连续融霜系统包括压缩机、第一风机和第二风机；
压缩机的制冷剂出口，与油分离器的制冷剂进口相连；
油分离器的制冷剂出口，分别与单向阀的一端和能量调节阀的一端相连；
单向阀的另一端，分别通过第四阀门和第五阀门，与第一风机和第二风机的制冷剂进口相连；
第一风机的制冷剂出口，分别与第一阀门和第二阀门的一端相连；
第二风机的制冷剂出口，分别与第七阀门和第八阀门的一端相连；
第一阀门和第八阀门的另一端，汇流后与气液分离器的进口相连；
气液分离器的出口，与压缩机的制冷剂进口相连。
其中，第二阀门的另一端，与第七阀门的另一端，通过中空的连接管道相连；
第四阀门，与第一冷风机的制冷剂进口之间的连接管路，还与第一热力膨胀阀的一端相连；
第一冷风机的制冷剂出口所连接的管道上，设置有第一感温包，该第一感温包与第一热力膨胀阀通过信号线相连接；
第一热力膨胀阀的另一端，通过第三阀门的一端相连；
第五阀门，与第二冷风机的制冷剂进口之间的连接管路，还与第二热力膨胀阀的一端相连；
第二冷风机的制冷剂出口所连接的管道上，设置有第二感温包，该第二感温包与第二热力膨胀阀通过信号线相连接；
第二热力膨胀阀的另一端，通过第六阀门的一端相连；
第三阀门的另一端，与第六阀门的另一端，通过中空的连接管路相连。
其中，第三阀门与第六阀门之间的连接管路的中部节点，通过一根设置有视液镜、干燥过滤器和开关阀的连接管路，与储液器的底部出液口相连；
第二阀门和第七阀门之间的连接管路，与储液器顶部左端的第一进液口相连；
储液器顶部右端的第二进液口，与水冷式冷凝器的制冷剂出口相连；
水冷式冷凝器的制冷剂进口，与能量调节阀的另一端相连。
其中，水冷式冷凝器的壳体顶部开口，通过中空的连接管路与冷却塔的一端相连；
冷却塔的另一端，通过循环水泵，与水冷式冷凝器的壳体底部开口。
其中，冷库控制系统，还包括库温波动测量模块、融霜散热温度测量模块、风机风速测量模块以及控制单元，其中：
库温波动测量模块，包括在冷库中心横截面上均匀布置的多个第一热电偶，第一热电偶与温度记录仪相连接；
温度记录仪，用于采集多个第一热电偶测量的温度值，然后发送给控制单元；
控制单元，通过信号线与温度记录仪相连，用于对多个第一热电偶测量的温度值作平均运算，然后将获取的平均温度作为冷库库内温度并存储；
其中，融霜散热温度测量模块，包括在第一冷风机和第二冷风机的出风口处，均匀布置的四个第二热电偶；
第二热电偶与温度记录仪相连接；
温度记录仪，用于采集第二热电偶测量的温度值，然后发送给控制单元；
温度记录仪通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于对第二热电偶测量的温度值作平均运算，然后将获取的平均温度作为冷风机的出口温度并存储；
处于融霜状态的冷风机的出风口温度称为融霜时的散热温度；
其中，风机风速测量模块，包括在第一冷风机和第二冷风机的出风口均匀布置的多个热敏风速仪；
热敏风速仪通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于热敏风速仪测量获得的风速作平均计算，并将获取的平均风速值作为冷风机出口风速并存储；
第一冷风机和第二冷风机均采用变频风机，且通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于对第一冷风机和第二冷风机的风量进行控制。
其中，控制单元，具体包括以下控制模式：
第一步，当融霜开始，每间隔预设时间段算得一次融霜风机的散热温度，控制单元计算当前该时间段融霜风机的散热温度，与上一个时间段融霜风机的散热温度的方差；
第二步，控制单元由散热温度的波动方差，得出相同波动方差值时的所需风速；
第三步，作为控制单元的PLC处理器，将风速值转换为第一冷风机和第二冷风机的频率信号，控制第一冷风机和第二冷风机达到目标风速；
第四步，由PLC处理器，通过库温波动测量模块，计算获得冷库库内温度波动方差，判断当前该时间段冷库库内温度波动方差，是否大于上一个时间段冷库库内温度波动方差；
如果当前该时间段冷库库内温度波动方差，大于上一个时间段冷库库内温度波动方差，PLC处理器发送控制信号给第一冷风机和第二冷风机，控制第一冷风机和第二冷风机加大％的风量；
而如果当前该时间段冷库库内温度波动方差，小于上一个时间段冷库库内温度波动方差时，则保持第一冷风机和第二冷风机的风量不变。
其中，第一阀门、第二阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门和第八阀门，均为截止阀；
第三阀门和第六阀门，均为电磁阀。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其通过对变频风机风量的控制，改变制冷量，抵消来自融霜风机的融霜热，能够显著减小冷库库内的温度波动，实现维持库内温度平稳的目标。
附图说明
图1为本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统中，连续融霜系统的连接结构图；
图2为本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统中，控制信号的原理图。
图3为本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统中，位于冷库中心横截面上的热电偶布置图。
图4为本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统中，冷风机出风口热电偶布置图。
图5为本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统中，冷风机出风口的风速测点布置图。
图6为本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统的控制流程图。
图中：1、压缩机，2、油分离器，3、水冷式冷凝器，4、储液器，5、开关阀，6、干燥过滤器；
7、视液镜，8、单向阀，9、第一热力膨胀阀，10、第二热力膨胀阀， 11、气液分离器，12、循环水泵，13、冷却塔，
103、第三阀门，106、第六阀门，109为能量调节阀；
101、第一阀门，102、第二阀门，104、第四阀门，105、第五阀门，107、第七阀门，108、第八阀门；
21、第一冷风机，22、第二冷风机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图6，本发明提供了一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，包括连续融霜系统，该连续融霜系统包括压缩机1、第一风机21和第二风机22；
压缩机1的制冷剂出口，与油分离器2的制冷剂进口相连；
油分离器2的制冷剂出口，分别与单向阀8的一端和能量调节阀109的一端相连；
单向阀8的另一端，分别通过第四阀门104和第五阀门105，与第一风机21和第二风机22的制冷剂进口相连；
第一风机21的制冷剂出口，分别与第一阀门101和第二阀门102的一端相连；
第二风机22的制冷剂出口，分别与第七阀门107和第八阀门108的一端相连；
第一阀门101和第八阀门108的另一端，汇流后与气液分离器11的进口相连；
气液分离器11的出口(具体为气相出口)，与压缩机1的制冷剂进口相连。
在本发明中，具体实现上，第二阀门102的另一端，与第七阀门107的另一端，通过中空的连接管道相连。
在本发明中，具体实现上，第四阀门104，与第一冷风机21的制冷剂进口之间的连接管路，还与第一热力膨胀阀9的一端相连；
第一冷风机21的制冷剂出口所连接的管道上，设置有第一感温包，该第一感温包与第一热力膨胀阀9通过信号线相连接；
第一热力膨胀阀9的另一端，通过第三阀门103的一端相连；
第五阀门105，与第二冷风机22的制冷剂进口之间的连接管路，还与第二热力膨胀阀10的一端相连；
第二冷风机22的制冷剂出口所连接的管道上，设置有第二感温包，该第二感温包与第二热力膨胀阀10通过信号线相连接；
第二热力膨胀阀10的另一端，通过第六阀门106的一端相连；
第三阀门103的另一端，与第六阀门106的另一端，通过中空的连接管路相连。
具体实现上，第三阀门103与第六阀门106之间的连接管路的中部节点，通过一根设置有视液镜7、干燥过滤器6和开关阀5的连接管路，与储液器 4的底部出液口相连；
第二阀门102和第七阀门107之间的连接管路，与储液器4顶部左端的第一进液口相连；
储液器4顶部右端的第二进液口，与水冷式冷凝器3的制冷剂出口相连；
水冷式冷凝器3的制冷剂进口，与能量调节阀109的另一端相连。
具体实现上，水冷式冷凝器3的壳体顶部开口，通过中空的连接管路与冷却塔13的一端相连；
冷却塔13的另一端，通过循环水泵12，与水冷式冷凝器3的壳体底部开口。
需要说明的是，水冷式冷凝器3具有中空密封的壳体。
在本发明中，具体实现上，第一阀门101、第二阀门102、第四阀门104、第五阀门105、第七阀门107和第八阀门108，均为截止阀。
在本发明中，具体实现上，第三阀门103和第六阀门106，均为电磁阀。
在本发明中，具体实现上，冷库控制系统，还包括库温波动测量模块、融霜散热温度测量模块、风机风速测量模块以及控制单元，其中：
库温波动测量模块，包括在冷库中心横截面上均匀布置的多个第一热电偶31(例如12个，参见图3所示)，第一热电偶与温度记录仪(例如为无纸 GP10温度记录仪)相连接；
温度记录仪，用于采集多个第一热电偶测量的温度值，然后发送给控制单元(具体为PLC处理器)；
控制单元，通过信号线与温度记录仪相连，用于对多个第一热电偶测量的温度值作平均运算，然后将获取的平均温度作为冷库库内温度并存储。
具体实现上，控制单元，还用于将每一时间段内获取的多个平均温度的平均值作方差运算，用于反映冷库的温度波动状况；
其中，融霜散热温度测量模块，包括在第一冷风机21和第二冷风机22 的出风口处，均匀布置的四个第二热电偶(参见图4所示)；
第二热电偶与温度记录仪(例如为无纸GP10温度记录仪)相连接；
温度记录仪，用于采集第二热电偶测量的温度值，然后发送给控制单元；
温度记录仪通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于对第二热电偶测量的温度值作平均运算，然后将获取的平均温度作为冷风机的出口温度并存储；
需要说明的是，处于融霜状态的冷风机的出风口温度称为融霜时的散热温度。
其中，风机风速测量模块，包括在第一冷风机21和第二冷风机22的出风口均匀布置的多个热敏风速仪33(例如12个风速测点)；
热敏风速仪通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于热敏风速仪测量获得的风速作平均计算，并将获取的平均风速值作为冷风机出口风速并存储。
需要说明的是，可以由冷风机出口风速值，经程序运算得出冷风机出口风量；风机风量等于风速V与风道截面积F的乘积。
在本发明中，具体实现上，控制单元，用于对第一冷风机21和第二冷风机22的风量进行控制。
在本发明中，具体实现上，控制单元以PLC可编程逻辑控制器为核心，通过信号线与库温波动测量模块和融霜散热温度测量模块的无纸GP10温度记录仪、风机风速测量模块的热敏风速仪以及两个变频风机(即第一冷风机 21和第二冷风机22)相连，完成相关温度值、风速值的运算，并实现变频风机的风量控制。
需要说明的是，在连续融霜制冷系统中，一台风机持续制冷称为制冷风机，另一台风机停机进行热气融霜称为融霜风机，两台风机交替融霜且持续制冷。
在本发明中，具体实现上，第一冷风机21和第二冷风机22均采用变频风机，变频风机通过信号线与第一冷风机21和第二冷风机22均采用变频风机，变频风机通过信号线与PLC处理器(PLC处理器)相连，通过改变制冷风机风量，提高制冷量。
需要说明的是，对于本发明，当第一冷风机21开始除霜时，打开第四阀门104，同时将能量调节阀109回转一定角度，系统中流出压缩机1的制冷剂分为两路，一部分用于第二冷风机22继续制冷，另一部分走第一冷风机21进行除霜动作，此时从第一冷风机21融完霜的制冷剂，走第二阀门102 进入储液器4中，继续对第二冷风机22制冷，此时的第一冷风机21相当于冷凝器，此过程中需要打开的阀门有第四阀门104、第二阀门102、第六阀门106、第八阀门108和能量调节阀109，需要关闭的阀门是第一阀门101、第三阀门103、第五阀门105和第七阀门107。
在本发明中，具体实现上，参见图6所示，控制单元，其具体包括以下控制模式：
第一步，当融霜开始，每间隔预设时间段(例如五秒)算得一次融霜风机的散热温度，控制单元计算当前该时间段融霜风机的散热温度，与上一个时间段融霜风机的散热温度的方差；
第二步，控制单元由散热温度的波动方差，得出相同波动方差值时的所需风速；
需要说明的是，对于本发明，计算散热温度的波动方差，所使用的公式为：
Figure RE-GDA0002541039140000081
其中，T1、T2、...、Tn为所隔预设时间段算得的融霜风机的散热温度，为已知条件，T为n次测温的平均值，由此公式，得到散热温度的波动方差
Figure RE-GDA0002541039140000082
对于本发明，计算相同波动方差值时的风速，所使用的的公式为：
Figure RE-GDA0002541039140000083
其中，U1为制冷风机的初始风速，
Figure RE-GDA0002541039140000084
为散热温度的波动方差，两者为已知条件，由此公式，可以得到U2、...、Un，即所需要计算的风速值。
第三步，作为控制单元的PLC处理器，将风速值转换为第一冷风机21 和第二冷风机22的频率信号，控制第一冷风机21和第二冷风机22达到目标风速；
第四步，由PLC处理器，通过库温波动测量模块，计算获得冷库库内温度波动方差，判断当前该时间段冷库库内温度波动方差，是否大于上一个时间段冷库库内温度波动方差；
如果当前该时间段冷库库内温度波动方差，大于上一个时间段冷库库内温度波动方差，PLC处理器发送控制信号给第一冷风机21和第二冷风机22，控制第一冷风机21和第二冷风机22加大10％的风量；
而如果当前该时间段冷库库内温度波动方差，小于上一个时间段冷库库内温度波动方差时，则保持第一冷风机21和第二冷风机22(即变频制冷风机)的风量不变。
因此，基于以上控制工作模式，本发明的冷库控制系统，改善了在连续融霜制冷系统中，融霜热的发散导致库内温度发生较大波动的弊端，实现了维持库内温度平稳的目标。
需要说明的是，现有热气融霜过程中融霜热的发散，导致库内温度发生较大波动，本发明通过PLC处理器对变频风机风量的控制，改变制冷量，抵消来自融霜风机的融霜热，实现库内温度维持平稳的良好效果。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例，来说明说明本发明的工作原理。
在连续融霜过程中，制冷风机持续运转制冷，融霜风机停机进行热气融霜。随着融霜的进行，霜层吸热融化并逐渐脱落，这时大量的融霜热耗散到冷库中，导致库内温度产生较大波动，本发明的控制系统，可以依据热电偶测得并计算出的融霜散热温度的方差，经由PLC处理器调节变频风机的频率，相应地改变制冷风机的制冷量，抵消耗散的融霜热，并依据前后时刻库内温度波动方差的大小变化，该控制系统对变频风机做二次调整，当库内温度波动方差变大，制冷风机风量提高10％，当库内温度波动方差变小，制冷风机风量不变。以此来实现保持库内温度波动平稳的目标。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其通过对变频风机风量的控制，改变制冷量，抵消来自融霜风机的融霜热，能够显著减小冷库库内的温度波动，实现维持库内温度平稳的目标。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，包括连续融霜系统，该连续融霜系统包括压缩机(1)、第一风机(21)和第二风机(22)；
压缩机(1)的制冷剂出口，与油分离器(2)的制冷剂进口相连；
油分离器(2)的制冷剂出口，分别与单向阀(8)的一端和能量调节阀(109)的一端相连；
单向阀(8)的另一端，分别通过第四阀门(104)和第五阀门(105)，与第一风机(21)和第二风机(22)的制冷剂进口相连；
第一风机(21)的制冷剂出口，分别与第一阀门(101)和第二阀门(102)的一端相连；
第二风机(22)的制冷剂出口，分别与第七阀门(107)和第八阀门(108)的一端相连；
第一阀门(101)和第八阀门(108)的另一端，汇流后与气液分离器(11)的进口相连；
气液分离器(11)的出口，与压缩机(1)的制冷剂进口相连。
2.如权利要求1所述的减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，第二阀门(102)的另一端，与第七阀门(107)的另一端，通过中空的连接管道相连；
第四阀门(104)，与第一冷风机(21)的制冷剂进口之间的连接管路，还与第一热力膨胀阀(9)的一端相连；
第一冷风机(21)的制冷剂出口所连接的管道上，设置有第一感温包，该第一感温包与第一热力膨胀阀(9)通过信号线相连接；
第一热力膨胀阀(9)的另一端，通过第三阀门(103)的一端相连；
第五阀门(105)，与第二冷风机(22)的制冷剂进口之间的连接管路，还与第二热力膨胀阀(10)的一端相连；
第二冷风机(22)的制冷剂出口所连接的管道上，设置有第二感温包，该第二感温包与第二热力膨胀阀(10)通过信号线相连接；
第二热力膨胀阀(10)的另一端，通过第六阀门(106)的一端相连；
第三阀门(103)的另一端，与第六阀门(106)的另一端，通过中空的连接管路相连。
3.如权利要求2所述的减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，第三阀门(103)与第六阀门(106)之间的连接管路的中部节点，通过一根设置有视液镜(7)、干燥过滤器(6)和开关阀(5)的连接管路，与储液器(4)的底部出液口相连；
第二阀门(102)和第七阀门(107)之间的连接管路，与储液器(4)顶部左端的第一进液口相连；
储液器(4)顶部右端的第二进液口，与水冷式冷凝器(3)的制冷剂出口相连；
水冷式冷凝器(3)的制冷剂进口，与能量调节阀(109)的另一端相连。
4.如权利要求3所述的减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，水冷式冷凝器(3)的壳体顶部开口，通过中空的连接管路与冷却塔(13)的一端相连；
冷却塔(13)的另一端，通过循环水泵(12)，与水冷式冷凝器(3)的壳体底部开口。
5.如权利要求1至4中任一项所述的减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，冷库控制系统，还包括库温波动测量模块、融霜散热温度测量模块、风机风速测量模块以及控制单元，其中：
库温波动测量模块，包括在冷库中心横截面上均匀布置的多个第一热电偶(31)，第一热电偶与温度记录仪相连接；
温度记录仪，用于采集多个第一热电偶测量的温度值，然后发送给控制单元；
控制单元，通过信号线与温度记录仪相连，用于对多个第一热电偶测量的温度值作平均运算，然后将获取的平均温度作为冷库库内温度并存储；
其中，融霜散热温度测量模块，包括在第一冷风机(21)和第二冷风机(22)的出风口处，均匀布置的四个第二热电偶；
第二热电偶与温度记录仪相连接；
温度记录仪，用于采集第二热电偶测量的温度值，然后发送给控制单元；
温度记录仪通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于对第二热电偶测量的温度值作平均运算，然后将获取的平均温度作为冷风机的出口温度并存储；
处于融霜状态的冷风机的出风口温度称为融霜时的散热温度；
其中，风机风速测量模块，包括在第一冷风机(21)和第二冷风机(22)的出风口均匀布置的多个热敏风速仪(33)；
热敏风速仪通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于热敏风速仪测量获得的风速作平均计算，并将获取的平均风速值作为冷风机出口风速并存储；
第一冷风机(21)和第二冷风机(22)均采用变频风机，且通过信号线与控制单元相连；
控制单元，用于对第一冷风机(21)和第二冷风机(22)的风量进行控制。
6.如权利要求5所述的减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，控制单元，其具体包括以下控制模式：
第一步，当融霜开始，每间隔预设时间段算得一次融霜风机的散热温度，控制单元计算当前该时间段融霜风机的散热温度，与上一个时间段融霜风机的散热温度的方差；
第二步，控制单元由散热温度的波动方差，得出相同波动方差值时的所需风速；
第三步，作为控制单元的PLC处理器，将风速值转换为第一冷风机(21)和第二冷风机(22)的频率信号，控制第一冷风机(21)和第二冷风机(22)达到目标风速；
第四步，由PLC处理器，通过库温波动测量模块，计算获得冷库库内温度波动方差，判断当前该时间段冷库库内温度波动方差，是否大于上一个时间段冷库库内温度波动方差；
如果当前该时间段冷库库内温度波动方差，大于上一个时间段冷库库内温度波动方差，PLC处理器发送控制信号给第一冷风机(21)和第二冷风机(22)，控制第一冷风机(21)和第二冷风机(22)加大(10)％的风量；
而如果当前该时间段冷库库内温度波动方差，小于上一个时间段冷库库内温度波动方差时，则保持第一冷风机(21)和第二冷风机(22)的风量不变。
7.如权利要求1所述的减小连续融霜温度波动的冷库控制系统，其特征在于，第一阀门(101)、第二阀门(102)、第四阀门(104)、第五阀门(105)、第七阀门(107)和第八阀门(108)，均为截止阀；
第三阀门(103)和第六阀门(106)，均为电磁阀。
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