CN111520968B - 不停机化霜的控制方法及制冷设备 - Google Patents

不停机化霜的控制方法及制冷设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了不停机化霜的控制方法及制冷设备，控制方法包括：执行常规制冷模式，冷媒依次流经至少两个蒸发器，流入第一个蒸发器之前经过节流装置节流；检测常规制冷模式的运行参数，判断运行参数是否满足预设化霜条件；若是则执行化霜制冷模式，冷媒从旁通管路流入第一个蒸发器，流入剩余蒸发器之前经过节流装置节流。本发明将不经过节流的高温冷媒直接送入第一个蒸发器，使其表面的霜层融化，流入剩余蒸发器之前经过节流装置节流，对循环风进行补偿制冷，维持低温送风，从而让制冷设备内的温度保持在一个较低的温度。

Description

不停机化霜的控制方法及制冷设备
技术领域
本发明涉及制冷设备技术领域，尤其涉及不停机化霜的控制方法及制冷设备。
背景技术
目前市场上的风幕柜等制冷设备在除霜的时候，无论是以温度作为化霜进入条件的智能化霜还是以时间作为化霜进入条件的间隔化霜，均需把供液电磁阀关闭，系统停止制冷，风机持续运行，仅利用霜层温度(0℃)对循环风进行冷却。由于霜层换热系数小且无法控制其与循环风的换热温差，所以柜子送风温度会不可控制地大幅度上升，从而导致柜内温度也大幅度上升至11℃左右。此时，柜内温度已完全不满足储存商品的最佳温度，导致商品储存时间变短，造成经济上的损失，风幕柜的使用体验差。
因此，如何设计不停机化霜的控制方法及制冷设备是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有风幕柜化霜时停止制冷，导致柜内温度大幅度升高的缺陷，本发明提出不停机化霜的控制方法及制冷设备，使制冷设备在进行化霜时无需停止制冷，蒸发器能继续对循环风进行冷却，控制循环风始终以较低温度进行送风，以保持柜内低温环境。
本发明采用的技术方案是，设计不停机化霜的控制方法，包括：
执行常规制冷模式，冷媒依次流经至少两个蒸发器，流入第一个蒸发器之前经过节流装置节流；
检测常规制冷模式的运行参数，判断运行参数是否满足预设化霜条件；
若是则执行化霜制冷模式，冷媒从旁通管路流入第一个蒸发器，流入剩余蒸发器之前经过节流装置节流。
在一实施例中，运行参数为常规制冷模式的运行时间，预设化霜条件为运行时间达到预设时间。
优选的，执行化霜制冷模式时，第一个蒸发器进口处的节流装置关闭。
优选的，执行常规制冷模式和化霜制冷模式时，循环风依次流经所有蒸发器，循环风从冷媒流经的最后一个蒸发器向第一个蒸发器逆向吹送。
优选的，执行常规制冷模式时，检测所有蒸发器的实际过热度，调节各个蒸发器进口处的节流装置开度，使蒸发器的实际过热度满足目标制冷过热度范围；执行化霜制冷模式时，检测除第一个蒸发器之外剩余蒸发器的实际过热度，调节剩余蒸发器进口处的节流装置开度，使蒸发器的实际过热度满足目标化霜过热度。
冷媒依次流经第一蒸发器和第二蒸发器，第一蒸发器的实际过热度为ΔT实际1、目标制冷过热度为ΔT目标1，第二蒸发器的实际过热度为ΔT实际2、目标制冷过热度为ΔT目标2，目标制冷过热度范围为：ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2，满足目标制冷过热度范围时，第一蒸发器的温度低于0℃，第二蒸发器的温度高于0℃。
其中，第二蒸发器的目标化霜过热度为ΔT’目标2，ΔT’目标2＜ΔT目标2，满足目标化霜过热度时，第一蒸发器的温度高于0℃，第二蒸发器的温度低于0℃。
优选的，第一蒸发器进口处的节流装置开度为DPF1，第二蒸发器进口处的节流装置开度为DPF2；当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1开大、DPF2不变的调节动作；和/或当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1开大、DPF2不变的调节动作；和/或当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1开大、DPF2关小的调节动作；和/或当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作；和/或当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作；和/或当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作；和/或当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作。
优选的，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作时，若DPF2已开至最大极限值，则DPF1开大；执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作时，若DPF1已关至最小极限值，则DPF1关小。
在一实施例中，流经蒸发器的循环风的回风温度为T回风，目标制冷过热度的计算方式为：ΔT目标2＝T回风-T蒸发温度2-7℃。实际过热度的计算方式为：蒸发器的出口温度与进口温度的差值。
本发明还提出了制冷设备，包括：至少两个串联的蒸发器、设于每个蒸发器进口的节流装置、以及控制模块，冷媒流经的第一个蒸发器进口处的节流装置并联设置有旁通管路，控制模块采用上述控制方法控制制冷设备的运行状态。
优选的，冷媒流经的最后一个蒸发器的出口和压缩机之间设有用于给冷媒降温的回气冷却段。
与现有技术相比，本发明在执行常规制冷模式时，控制大部分制冷剂在冷媒流经的第一个蒸发器中完成相变，达到制冷降温效果，保证送风温度，在执行化霜制冷模式时，将冷媒从旁通管路不经过节流直接送入第一个蒸发器，利用高温液态冷媒加热第一个蒸发器，使其表面的霜层融化，流入剩余蒸发器之前经过节流装置节流，对循环风进行补偿制冷，维持低温送风，从而让制冷设备内的温度保持在一个较低的温度。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明中制冷装置的结构示意图；
图2是本发明中常规制冷模式的流程示意图；
图3是本发明中化霜制冷模式的流程示意图。
具体实施方式
本发明提出的不停机化霜控制方法应用在制冷设备中，常见的制冷设备有冷藏风幕柜等，以冷藏风幕柜为例进行说明，其具有控制模块、压缩机和至少两个串联的蒸发器，每个蒸发器的进口处均设置有节流装置，冷媒流经的第一个蒸发器进口处的节流装置并联设置有旁通管路，旁通管路上设有切换其通断的旁通阀，节流装置和旁通阀的动作均由控制模块调节，控制模块采用不停机化霜的控制方法控制制冷设备的运行状态。
制冷设备中的冷媒和循环风均流经所有蒸发器，蒸发器按照冷媒流过的先后顺序分为第一个蒸发器至第N个蒸发器，循环风从第N个蒸发器向第一个蒸发器逆向流动，即第一个蒸发器为冷媒最先进入的蒸发器、循环风最后经过的蒸发器。
制冷设备有常规制冷模式和化霜制冷模式，两种制冷模式中压缩机持续运行，冷媒循环流动，持续给制冷设备供冷，实现不停机化霜，具体的控制方法如下：
执行常规制冷模式，关闭旁通阀，冷媒依次流经至少两个蒸发器，流入第一个蒸发器之前经过节流装置节流，第一个蒸发器的整体温度低于0℃，通过第一个蒸发器起到制冷降温的效果，保证送风温度，流入剩余蒸发器之前也经过节流装置节流，剩余蒸发器的整体温度高于0℃，通过剩余蒸发器对循环风进行预冷除湿，减缓第一个蒸发器的结霜速度；
由于第一个蒸发器的整体温度较低容易结霜，而剩余蒸发器的整体温度较高不易结霜，因此在常规制冷模式的运行过程中，实时检测常规制冷模式的运行参数，判断运行参数是否满足预设化霜条件；
在常规制冷模式的运行参数满足预设化霜条件时执行化霜制冷模式，化霜制冷模式主要是针对第一个蒸发器的霜层进行化霜，冷媒不经过节流直接从旁通管路流入第一个蒸发器，此时第一个蒸发器中流经的冷媒为高温冷媒，通过高温冷媒给第一个蒸发器的霜层加热，加快除霜速度的同时，霜层给高温冷媒提供冷量，提高过热度，提升制冷系统性能，随后冷媒经过节流装置节流后流入剩余蒸发器，节流装置以较小的开度控制一个较大的过热度，使冷媒在剩余蒸发器中完全蒸发，对循环风进行制冷降温，补偿因第一个蒸发器霜层换热系数低导致无法满足用于降低送风温度所需的冷量。
较优的，为了使化霜制冷模式中第一个蒸发器的化霜速度更快，第一个蒸发器进口处的节流装置完全关闭。进一步的，冷媒流经的最后一个蒸发器的出口和压缩机之间设有用于给冷媒降温的回气冷却段，回气冷却段与第一个蒸发器的出口管路换热，既能避免因过热度过大导致压缩机吸气温度过高从而使排气温度升高的问题，又能给第一个蒸发器末端提供热量提高第一个蒸发器流出冷媒的相变率。
需要说明的是，上述控制方法中的运行参数为常规制冷模式的运行时间，预设化霜条件为运行时间达到预设时间，预设时间通常为2至4h。当然，实际应用中也可以将运行参数设置为其他参数，只要能满足化霜判断即可，本发明对此不作限制。
如图1所示，在本发明提供的一实施例中，制冷设备设有两个串联的蒸发器，分别是第一蒸发器1和第二蒸发器2，冷媒流经第一蒸发器1之后再流入第二蒸发器2，第一蒸发器1位于第二蒸发器2的上方，并且第一蒸发器1和第二蒸发器2在竖直方向上相互错开，防止第一蒸发器1化霜产生的水滴会滴落在第二蒸发器2上，导致第二蒸发器2结霜。第一蒸发器1进口处设有第一节流装置3，第一节流装置3并联设置有旁通阀12，第二蒸发器2的进口处设有第二节流装置4。
第一蒸发器1和第一节流装置3之间设有第一入口感温包5，第一入口感温包5检测的温度为T1入，第一蒸发器1和第二节流装置4之间设有第一出口感温包6，第一出口感温包6检测的温度为T1出，第二蒸发器2和第二节流装置4之间设有第二入口感温包7，第二入口感温包7检测的温度为T2入，第二蒸发器2的出口设有第二出口感温包8，第二出口感温包8检测的温度为T2出，第二蒸发器2的进风侧设有回风感温包9，回风感温包9检测的温度为T回风，第二蒸发器2的出风侧和第一蒸发器1的进风侧之间设有第一出风感温包10，第一出风感温包10检测的温度为T出风1，第一蒸发器1的出风侧设有第二出风感温包11，第二出风感温包11检测的温度为T出风2。
在该实施例中，控制方法包括：
如图1、2所示，执行常规制冷模式，旁通阀关闭，第一节流装置3以预设初始开度B1开启、第二节流装置4以预设初始开度B2开启，冷媒依次流经第一蒸发器1和第二蒸发器2，每隔预设时间ts检测所有蒸发器的实际过热度，调节各个蒸发器进口处的节流装置开度，使蒸发器的实际过热度满足目标制冷过热度范围，此时第一蒸发器1的整体温度低于0℃，第二蒸发器2的整体温度高于0℃。
其中，第一蒸发器1的实际过热度为ΔT实际1、目标制冷过热度为ΔT目标1，第二蒸发器2的实际过热度为ΔT实际2、目标制冷过热度为ΔT目标2，目标制冷过热度范围为：ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2，第一节流装置3的开度为DPF1，第二节流装置4的开度为DPF2。
实际过热度的计算方式为：蒸发器的出口温度与进口温度的差值，即将设置在蒸发器进出口两侧的感温包数值相减。目标制冷过热度的计算方式为：ΔT目标2＝T回风-T蒸发温度2-7℃，T蒸发温度2为第二蒸发器2的预设蒸发温度，7℃为蒸发器进口和出口的传热温差，也可以取为其他值。
节流装置的调节逻辑如下：
当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1开大、DPF2不变的调节动作；
当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1开大、DPF2不变的调节动作；
当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1开大、DPF2关小的调节动作；
当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作，若DPF2已开至最大极限值，则DPF1开大；
当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2时，保持DPF1不变、DPF2不变；
当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作；
当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作，若DPF2已开至最大极限值，则DPF1开大；
当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2时，保持DPF1不变、DPF2不变；
当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作，若DPF1已关至最小极限值，则DPF1关小。
DPF1和DPF2的调节逻辑见下表：
Figure GDA0002910219730000061
需要说明的是，上述的开度调节动作每次都调节一个固定值，以节流装置为电子膨胀阀为例，在常规制冷模式中节流装置调节的最小极限值为10％、最大极限值为100％，开度调节动作可以固定为每次调节1步，即每次开大或者关小1步，当然也可以设置为其他固定步数。
如图1、3所示，在常规制冷模式运行到预设时间后，制冷设备执行化霜制冷模式，旁通阀12打开，第一节流装置3关闭、第二节流装置4打开，高温冷媒从旁通管路直接流入第一蒸发器1，经过第二节流装置4节流后流入第二蒸发器2，第二蒸发器2的目标化霜过热度为ΔT’ 目标2，依照常规PID调节控制第二蒸发器2的实际过热度稳定在目标化霜过热度附近。其中，ΔT’ 目标2＜ΔT目标2，满足目标化霜过热度时第二蒸发器2进口的冷媒温度小于0，对循环风进行制冷降温，补偿因第一蒸发器1霜层换热系数低导致无法满足用于降低送风温度所需的冷量。
本发明通过自动调整节流装置的开度，使得常规制冷模式下，第二蒸发器2表面温度高于0℃，保证其不结霜；化霜制冷模式下，第一蒸发器1的表面温度高于0℃，融化第一蒸发器1表面的霜层，即可在不降低蒸发器利用率的同时实现不停机化霜。
为方便理解，本发明还提供了一个具体数例进行说明。
假设冷藏风幕柜的柜内设定温度为5℃、T蒸发温度2为-5℃，T回风约为14℃，设定B1＝B2＝70％，运行最低开度限值均为10％，ΔT目标1＝1℃，ΔT目标2＝12℃，ΔT’目标2＝5℃。
如图1、2所示，常规制冷模式下，第二蒸发器2的表面温度区间为(-4℃，8℃)，T回风≈14℃的循环风先经过第二蒸发器2进行预冷除湿后，T出风1＜T回风。随后经过表面温度区间为(-5℃，-4℃)的第一蒸发器1进行迅速降温，T出风2＜T出风1对柜内货物进行冷却降温。常规制冷模式下，第一蒸发器1正常制冷降温，第二蒸发器2预冷除湿且不结霜。
如图1、3所示，化霜制冷模式下，第一蒸发器2表面温度区间为(-5℃，0℃)，T回风≈14℃的循环风直接经过第二蒸发器2进行制冷降温后，T出风1＜T回风。随后经过第一蒸发器1维持因霜层融化，表面温度始终维持在0℃，融霜冷量一部分用于提高第一蒸发器内未节流的冷媒的过冷度，一部分用于维持T出风1的温度，使T出风2≈T出风1。化霜制冷模式下，第一蒸发器1迅速化霜的同时使用第二蒸发器2补偿制冷，使循环风始终以较低温度进行送风，从而维持柜内温度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.不停机化霜的控制方法，其特征在于，包括：
执行常规制冷模式，冷媒依次流经第一蒸发器和第二蒸发器，流入第一蒸发器之前经过节流装置节流；
检测所述常规制冷模式的运行参数，判断所述运行参数是否满足预设化霜条件；
若是则执行化霜制冷模式，冷媒从旁通管路流入第一蒸发器，流入第二蒸发器之前经过节流装置节流；
执行常规制冷模式时，检测所有蒸发器的实际过热度，调节各个蒸发器进口处的节流装置开度，使所述第一蒸发器和所述第二蒸发器的实际过热度满足目标制冷过热度范围，满足所述目标制冷过热度范围时，所述第一蒸发器的温度低于0℃，所述第二蒸发器的温度高于0℃；
执行化霜制冷模式时，检测除第一个蒸发器之外剩余蒸发器的实际过热度，调节剩余第二蒸发器进口处的节流装置开度，使所述第二蒸发器的实际过热度满足目标化霜过热度，满足所述目标化霜过热度时，所述第一蒸发器的温度高于0℃，所述第二蒸发器的温度低于0℃。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述运行参数为常规制冷模式的运行时间，所述预设化霜条件为所述运行时间达到预设时间。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，执行化霜制冷模式时，第一个蒸发器进口处的节流装置关闭。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，执行常规制冷模式和化霜制冷模式时，循环风依次流经所有蒸发器，所述循环风从冷媒流经的最后一个蒸发器向第一个蒸发器逆向吹送。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一蒸发器的实际过热度为ΔT实际1、目标制冷过热度为ΔT目标1，所述第二蒸发器的实际过热度为ΔT实际2、目标制冷过热度为ΔT目标2，所述目标制冷过热度范围为：ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第二蒸发器的目标化霜过热度为ΔT’目标2，ΔT’目标2＜ΔT目标2。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第一蒸发器进口处的节流装置开度为DPF1，所述第二蒸发器进口处的节流装置开度为DPF2；
当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1开大、DPF2不变的调节动作；
和/或当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT目标2-T精度2≤ΔT实际2≤ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1开大、DPF2不变的调节动作；
和/或当ΔT实际1＞ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1开大、DPF2关小的调节动作；
和/或当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作；
和/或当ΔT目标1-T精度1≤ΔT实际1≤ΔT目标1+T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作；
和/或当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT实际2＞ΔT目标2+T精度2时，执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作；
和/或当ΔT实际1＜ΔT目标1-T精度1且ΔT实际2＜ΔT目标2-T精度2时，执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述执行DPF1不变、DPF2开大的调节动作时，若DPF2已开至最大极限值，则DPF1开大；所述执行DPF1不变、DPF2关小的调节动作时，若DPF1已关至最小极限值，则DPF1关小。
9.制冷设备，包括：至少两个串联的蒸发器、设于每个所述蒸发器进口处的节流装置、以及控制模块，其特征在于，冷媒流经的第一个蒸发器进口处的节流装置并联设置有旁通管路，所述控制模块采用权利要求1至8任一项所述的控制方法控制所述制冷设备的运行状态。
10.根据权利要求9所述的制冷设备，其特征在于，冷媒流经的最后一个蒸发器的出口和压缩机之间设有用于给冷媒降温的回气冷却段。
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