CN111536722A - 一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法及装置，该融霜方法包括以下步骤：将制冷主管道的制冷剂分流至待融霜的蒸发器处，所述分流的制冷剂作为融霜介质，放热融化蒸发器上的结霜；将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器；融霜后的制冷剂在主管道冷却器中蒸发吸热，对制冷主管道中的制冷剂进行过冷；将位于过冷前融霜后的制冷剂通入完成过冷工作后的制冷剂中，输送回压缩机进行循环工作。本发明利用融霜后的制冷剂对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，并将过冷前低焓值的制冷剂通入过冷后的高焓值的制冷剂中，将压缩机回气压力控制在合理范围内，同时将回气过热度控制在合理范围的低值附近，两次提高制冷系统的制冷量，提高制冷效率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷系统的融霜技术，具体涉及一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法及装置。
背景技术
在制冷系统的运行过程中，当蒸发温度低于0℃时，蒸发器上会出现结霜现象，这样会导致换热和制冷效率下降，因而需要进行融霜处理。
现有的融霜方式主要包括制冷剂融霜和非制冷剂融霜，其中，制冷剂融霜技术是一种节能技术，现有技术中普遍采用过热气体制冷剂作为融霜介质对蒸发器进行融霜；当然也存在液体制冷剂作为融霜介质。在常见的融霜过程中，融霜介质经过蒸发器时，会放出热量进行融霜，而后通往正在制冷的蒸发器中进行蒸发制冷。例如，在连续式的融霜系统中，会将融霜后的制冷剂输送至正在制冷的蒸发器(非融霜的蒸发器)中进行蒸发吸热；在非连续式的融霜系统中，可暂时储液，随机选择蒸发器实现蒸发，可以是刚完成融霜过程的蒸发器。
上述过程存在以下的不足：
1、融霜后的制冷剂进入制冷的蒸发器，对冷却对象进行降温，采用蒸发温度必须低于被冷却物的温度，因此会导致融霜后的制冷剂的制冷量未得到充分利用，制冷量少。
2、融霜后的制冷剂通过膨胀阀节流后进行蒸发吸热，在制冷剂移动至蒸发通道的后段时，几乎完全蒸发转化为气体，这样虽然能够有效地防止液体制冷剂进入压缩机中，保护压缩机，但是由于蒸发通道的后段中的气体制冷剂不会再进行蒸发吸热，所以会造成蒸发通道后段的蒸发面积的浪费，且在融霜时制冷系统的蒸发温度比不融霜时的蒸发温度低，回气压力较低，过热度较高，制冷量减小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，该融霜方法利用融霜后的制冷剂对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，提高了制冷主管道中的制冷剂的吸热能力和制冷系统的制冷量；而且在过冷后，将过冷前的低焓值的制冷剂通入过冷后的高焓值的制冷剂中，调节压缩机回气压力至合理范围，降低回气过热度，将回气过热度控制在合理范围的低值附近，再次提高制冷系统的制冷量。
本发明中的另一个目的在于提供一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，包括以下步骤：
将制冷主管道的制冷剂分流至待融霜的蒸发器处，所述分流的制冷剂作为融霜介质，放热融化蒸发器上的结霜；将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器；融霜后的制冷剂在主管道冷却器中蒸发吸热，对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，所述主管道冷却器中的蒸发温度高于正在制冷的蒸发器的蒸发温度；将位于过冷前融霜后的制冷剂通入完成过冷工作后的制冷剂中，调节压缩机回气压力，降低制冷剂的回气过热度，最后输送回压缩机进行循环工作。
上述对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法的工作原理是：
工作时，将制冷主管道的制冷剂分流至待融霜的蒸发器处，所述分流的制冷剂作为融霜介质，放热融化蒸发器上的结霜。而后通过融霜出液管道将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器中，对制冷主管道中的制冷剂进行过冷。
其中，由于制冷主管道的液态制冷剂的温度高于制冷系统的冷却物(冷却对象)的温度，而且制冷剂的蒸发温度必须低于被冷却物的温度，所以在本发明中，将制冷主管道的液态制冷剂作为融霜后的制冷剂的冷却物，那么对制冷主管道的液态制冷剂进行过冷的蒸发温度可以高于正在制冷的蒸发器的蒸发温度(亦即前者蒸发压力大于后者的蒸发压力)。根据制冷蒸发规律(制冷系统压焓图)可知，蒸发温度越低，则制冷系统的制冷量越小，运行效率越低，耗能越大；所以在本发明中，将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器(蒸发温度较高)中对制冷主管道的制冷剂进行过冷，获得制冷量大于将融霜后的制冷剂输送至正在制冷的蒸发器(蒸发温度较低)进行蒸发的制冷量，更加充分地利用融霜后的制冷剂，获得更多的制冷量。
最后将完成过冷工作的制冷剂输送回压缩机，其中，在输送至压缩机之前，通过调节旁管将位于融霜后过冷前的制冷剂通入完成过冷工作后的制冷剂中，调节压缩机回气压力至合理范围，降低制冷剂的回气过热度，将回气过热度控制在合理范围的低值附近，提高制冷系统的制冷量。
本发明的一个优选方案，其中，所述分流的制冷剂为高温高压的气体制冷剂或液体制冷剂或汽液混合体制冷剂。
优选地，所述分流的制冷剂为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；
在制冷剂的分流过程中，先通过分流管道将冷凝器冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置；液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热，并转化为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；再通过融霜管道将汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至所述待融霜的蒸发器处。其中，在经过冷凝器的冷凝后(相当于充当融霜介质的制冷剂进行一次冷凝)，该部分制冷剂进入一次蒸发装置中进行蒸发吸热，对制冷主管道的制冷剂进行过冷或对特定环境进行冷却，实现充当融霜介质的制冷剂的第一次蒸发吸热，产生首次制冷效果。在主管道冷却器中，对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，产生第二次制冷效果，实现两次制冷量的输出。
进一步，在一次蒸发装置中，液体制冷剂进行蒸发吸热，对位于制冷主管道中的液体制冷剂进行过冷，或对设定的制冷环境进行冷却。具体地，当使制冷主管道中的液体制冷剂过冷时，亦即使得准备输送至制冷蒸发器中的液体制冷剂的比焓更低(温度更低)，以提高吸热(制冷)能力。当充当融霜介质的制冷剂首次蒸发吸热用于对设定的制冷环境进行冷却时，可提高能源利用效率。
进一步，在融霜前，作为融霜介质的制冷剂的蒸发次数为若干次，亦即不限于一次，可以为多次，具体次数可根据实际应用灵活选用。
本发明的一个优选方案，其中，在融霜工作中，至少有一个蒸发器正在进行制冷。
一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，集成在制冷系统中，包括用于将制冷主管道的制冷剂分流至待融霜的蒸发器中的融霜管道、用于对制冷主管道的制冷剂进行过冷的主管道冷却器、用于将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器中的融霜出液管道以及用于将过冷后的制冷剂输送回压缩机的回路管道；
所述融霜管道旁接在制冷主管道上；所述融霜出液管道的首端连接在待融霜的蒸发器的出口处，末端连接在主管道冷却器的进口处；
所述回路管道的首端连接在主管道冷却器的出口，末端连接在压缩机的入口：
所述融霜出液管道与回路管道之间旁接有调节旁管。
本发明的一个优选方案，其中，还包括用于供冷凝器冷凝后的液体制冷剂进行蒸发吸热的一次蒸发装置以及用于将制冷主管道中的液体制冷剂输送至一次蒸发装置中的分流管道，所述融霜管道的首端连接在一次蒸发装置的出口处，末端连接在待融霜的蒸发器的进口处。
本发明的一个优选方案，其中，所述一次蒸发装置包括一次膨胀阀和一次蒸发换热器，所述一次膨胀阀设置在分流管道上。
优选地，所述一次蒸发换热器设置在用于输送液体制冷剂的制冷主管道的外侧，用于对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，提高该制冷剂的制冷能力。
本发明的一个优选方案，其中，所述融霜管道上设有用于调节管道中的融霜介质的压力的融霜压力控制器和用于检测管道中的融霜介质的温度的温度传感器。
本发明的一个优选方案，其中，所述回路管道上设有用于调节管道中的气体制冷剂压力的回路压力控制器，该回路压力控制器用于控制主管道冷却器中的蒸发温度，使得融霜后的制冷剂的蒸发压力与融霜冷凝压力相同。
本发明的一个优选方案，其中，所述主管道冷却器包括过冷蒸发器，该过冷蒸发器设置在制冷主管道的外侧。所述过冷蒸发器的具体结构可参考现有技术中的蒸发器结构。
本发明的一个优选方案，其中，所述调节旁管上设有用于控制通入管道中的制冷剂的流量的出液流量控制阀。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、在本发明中，由于制冷主管道的液态制冷剂的温度高于制冷系统的冷却物(冷却对象)的温度，而且制冷剂的蒸发温度必须低于被冷却物的温度，所以在本发明中，将制冷主管道的液态制冷剂作为融霜后的制冷剂的冷却物，那么对制冷主管道的液态制冷剂进行过冷的蒸发温度可以高于正在制冷的蒸发器的蒸发温度(亦即前者蒸发压力大于后者的蒸发压力)。根据制冷蒸发规律可知，蒸发温度越低，则制冷系统的制冷量越小，运行效率越低，耗能越大；所以在本发明中，将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器(蒸发温度较高)中对制冷主管道的制冷剂进行过冷，获得制冷量大于将融霜后的制冷剂输送至正在制冷的蒸发器(蒸发温度较低)进行蒸发的制冷量，更加充分地利用融霜后的制冷剂，获得更多的制冷量。
2、在过冷后，将位于融霜后过冷前的制冷剂通入完成过冷工作后的制冷剂中，从而降低制冷剂的回气过热度，将回气过热度控制在合理范围的低值附近，提高制冷系统的制冷量。
附图说明
图1为其中一种具体实施方式的压焓图，图中数字代表制冷剂所处的位置，1代表压缩机进口，2代表冷凝器进口，3代表膨胀阀进口，4代表制冷的蒸发器的进口，5代表储液器进口，6代表一次蒸发装置进口，7代表待融霜的蒸发器进口，8代表待融霜的蒸发器出口，9代表主管道冷却器进口，10代表制冷主管路的制冷剂和融霜后的制冷剂的汇入点。其中，作为融霜介质的制冷剂的循环路径为：10-2-5-6-7-8-9，用于正常制冷的制冷剂的循环路径为：1-2-3-4。
图2为另一种具体实施方式的压焓图。
当忽略管道压力损失时，点6、7、和8的压力应当相同，但是为了表示清楚整个融霜制冷剂的流程，图1和图2中将6、7、和8的压力进行细微的差别化处理。
图3为本发明中的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法应用于制冷系统中的具体实施方式的结构简图，其中，虚线表示融霜管道。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图3，本实施例中的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，集成在制冷系统中，包括用于将制冷主管道3的制冷剂分流至待融霜的蒸发器4(a)中的融霜管道7、用于对制冷主管道3的制冷剂进行过冷的主管道冷却器9、用于将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器9中的融霜出液管道8以及用于将过冷后的制冷剂输送回压缩机1的回路管道10；所述融霜管道7旁接在制冷主管道3上；所述融霜出液管道8的首端连接在待融霜的蒸发器4(a)的出口处，末端连接在主管道冷却器9的进口处；所述回路管道10的首端连接在主管道冷却器9的出口，末端连接在压缩机1的入口；所述融霜出液管道8与回路管道10之间旁接有调节旁管11。
参见图3，本实施例中的融霜装置还包括用于供冷凝器2冷凝后的液体制冷剂进行蒸发吸热的一次蒸发装置6以及用于将制冷主管道3中的液体制冷剂输送至一次蒸发装置6中的分流管道5，所述融霜管道7的首端连接在一次蒸发装置6的出口处，末端连接在待融霜的蒸发器4(a)的进口处。
参见图3，所述一次蒸发装置6包括一次膨胀阀和一次蒸发换热器，所述一次膨胀阀设置在分流管道5上。关于一次蒸发装置6的详细结构可参考现有技术中相关内容。
进一步，所述一次蒸发换热器设置在用于输送液体制冷剂的制冷主管道3的外侧，用于对制冷主管道3中的制冷剂进行过冷，提高该制冷剂的制冷能力。
参见图3，所述融霜管道7上设有用于调节管道中的融霜介质的压力的融霜压力控制器13和用于检测管道中的融霜介质的温度的温度传感器12。
参见图3，所述回路管道10上设有用于调节管道中的气体制冷剂压力的回路压力控制器14，该回路压力控制器14用于控制主管道冷却器9中的蒸发温度，使得融霜后的制冷剂的蒸发压力与融霜冷凝压力相同。
参见图3，所述主管道冷却器9包括过冷蒸发器，该过冷蒸发器设置在制冷主管道3的外侧。所述过冷蒸发器的具体结构可参考现有技术中的蒸发器结构。
参见图3，所述调节旁管11上设有用于控制通入管道中的制冷剂的流量的出液流量控制阀。
参见图1和图3，本实施例中的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，包括以下步骤：
工作时，压缩机1通过压缩做功将低温低压的气体制冷剂压缩为高温高压的气体制冷剂，高温高压的气体制冷剂经过冷凝器2的冷凝后，转化为液体制冷剂，进而通过制冷主管道3将液体制冷剂输送至制冷的蒸发器4(b)中。在此过程中，通过分流管道5将冷凝器2冷凝后形成的部分液体制冷剂(大部分用于正常的制冷工作，少部分用于蒸发器的融霜)分流至一次蒸发装置6中，所述液体制冷剂在一次蒸发装置6中蒸发吸热，对制冷主管道3中的液体制冷剂进行过冷。当然，也可以直接将制冷主管道3中的制冷剂分流至待融霜的蒸发器4(a)处。
在过冷的过程中，液体制冷剂进行蒸发吸热转化为汽液混合体制冷剂，继而通过融霜管道7将汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器4(a)处，将混合体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜。
通过融霜出液管道8将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器9中，在主管道冷却器9中(所述主管道冷却器9中的蒸发温度高于正在制冷的蒸发器4(b)的蒸发温度)，融霜后的制冷剂进行蒸发吸热，对制冷主管道3中的制冷剂进行过冷。
最后通过回路管道10将完成过冷工作的制冷剂输送回压缩机1，其中，在输送至压缩机1之前，通过调节旁管11将位于融霜出液管道8中的制冷剂通入回路管道10中，降低回路管道10中的制冷剂的回气过热度。
在融霜前，作为融霜介质的制冷剂的蒸发次数为若干次，亦即不限于一次，可以为多次，具体次数可根据实际应用灵活选用。
具体地，在融霜工作中，至少有一个蒸发器正在进行制冷。当然，所述蒸发器也可以为三个、四个甚至更多。
参见1和图3，本实施例中的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置的工作原理是：
工作时，通过分流管道5将冷凝器2冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置6中，在一次蒸发装置6中，液体制冷剂进行蒸发吸热，对制冷主管道3中的液体制冷剂进行过冷，并转化为汽液混合体制冷剂，使得准备输送至制冷的蒸发器4(b)中的液体制冷剂的比焓更低(温度更低)，以提高自身的吸热(制冷)能力。
通过融霜管道7将汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器4(a)处，将混合体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜。其中，在经过冷凝器2的冷凝后(相当于充当融霜介质的制冷剂进行一次冷凝)，该部分制冷剂进入一次蒸发装置6中进行蒸发吸热，对制冷主管道3的制冷剂进行过冷或对特定环境进行冷却，实现充当融霜介质的制冷剂的第一次蒸发吸热，产生首次制冷效果。
通过融霜出液管道8将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器9中，对制冷主管道3中的制冷剂进行过冷，产生第二次制冷效果，实现两次制冷量的输出，有效提高制冷系统的制冷量。进一步，其中，由于制冷主管道3的液态制冷剂的温度高于制冷系统的冷却物(冷却对象)的温度，而且制冷剂的蒸发温度必须低于被冷却物的温度，所以在本发明中，将制冷主管道3的液态制冷剂作为融霜后的制冷剂的冷却物，那么对制冷主管道3的液态制冷剂进行过冷的蒸发温度可以高于正在制冷的蒸发器4(b)的蒸发温度(亦即前者蒸发压力大于后者的蒸发压力)。根据制冷蒸发规律可知，蒸发温度越低，则制冷系统的制冷量越小，运行效率越低，耗能越大；所以在本发明中，将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器9(蒸发温度较高)中对制冷主管道3的制冷剂进行过冷，获得制冷量大于将融霜后的制冷剂输送至正在制冷的蒸发器4(b)(蒸发温度较低)进行蒸发的制冷量，更加充分地利用融霜后的制冷剂，获得更多的制冷量。
最后通过回路管道10将完成过冷工作的制冷剂输送回压缩机1，其中，在输送至压缩机1之前，通过调节旁管11将位于融霜后过冷前的制冷剂通入完成过冷工作后的制冷剂中，调节压缩机回气压力至合理范围，降低制冷剂的回气过热度，将回气过热度控制在合理范围的低值附近，提高制冷系统的制冷量。
实施例2
参见图2，与实施例1不同的是，在本实施例中，在过冷后，液体制冷剂吸热转化为气体制冷剂；通过融霜管道7将汽液混合体制冷剂输送至待融霜的蒸发器4(a)处，将气体制冷剂作为融霜介质，用于放热融化蒸发器上的结霜。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例中充当融霜介质的制冷剂首次蒸发吸热用于对设定的制冷环境进行冷却时，可提高能源利用效率。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、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)
1.一种对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，其特征在于，包括以下步骤：
将制冷主管道的制冷剂分流至待融霜的蒸发器处，所述分流的制冷剂作为融霜介质，放热融化蒸发器上的结霜；将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器；融霜后的制冷剂在主管道冷却器中蒸发吸热，对制冷主管道中的制冷剂进行过冷，所述主管道冷却器中的蒸发温度高于正在制冷的蒸发器的蒸发温度；将位于过冷前融霜后的制冷剂通入完成过冷工作后的制冷剂中，降低制冷剂的回气过热度，最后输送回压缩机进行循环工作。
2.根据权利要求1所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，其特征在于，所述分流的制冷剂为高温高压的气体制冷剂或液体制冷剂或汽液混合体制冷剂。
3.根据权利要求2所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，其特征在于，所述分流的制冷剂为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；
在制冷剂的分流过程中，先通过分流管道将冷凝器冷凝后形成的液体制冷剂分流至一次蒸发装置；液体制冷剂在一次蒸发装置中蒸发吸热，并转化为汽液混合体制冷剂或气体制冷剂；再通过融霜管道将汽液混合体制冷剂或气体制冷剂输送至所述待融霜的蒸发器处。
4.根据权利要求3所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法，其特征在于，在一次蒸发装置中，液体制冷剂进行蒸发吸热，对位于制冷主管道中的液体制冷剂进行过冷，或对设定的制冷环境进行冷却。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜方法的装置，集成在制冷系统中，其特征在于，包括用于将制冷主管道的制冷剂分流至待融霜的蒸发器中的融霜管道、用于对制冷主管道的制冷剂进行过冷的主管道冷却器、用于将融霜后的制冷剂输送至主管道冷却器中的融霜出液管道以及用于将过冷后的制冷剂输送回压缩机的回路管道；
所述融霜管道旁接在制冷主管道上；所述融霜出液管道的首端连接在待融霜的蒸发器的出口处，末端连接在主管道冷却器的进口处；
所述回路管道的首端连接在主管道冷却器的出口，末端连接在压缩机的入口；
所述融霜出液管道与回路管道之间旁接有调节旁管。
6.根据权利要求5所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，其特征在于，还包括用于供冷凝器冷凝后的液体制冷剂进行蒸发吸热的一次蒸发装置以及用于将制冷主管道中的液体制冷剂输送至一次蒸发装置中的分流管道，所述融霜管道的首端连接在一次蒸发装置的出口处，末端连接在待融霜的蒸发器的进口处。
7.根据权利要求5所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，其特征在于，所述一次蒸发装置包括一次膨胀阀和一次蒸发换热器，所述一次膨胀阀设置在分流管道上。
8.根据权利要求7所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，其特征在于，所述一次蒸发换热器设置在用于输送液体制冷剂的制冷主管道的外侧，用于对制冷主管道中的制冷剂进行过冷。
9.根据权利要求5所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，其特征在于，所述融霜管道上设有用于调节管道中的融霜介质的压力的融霜压力控制器和用于检测管道中的融霜介质的温度的温度传感器。
10.根据权利要求5所述的对制冷循环主路制冷剂过冷的融霜装置，其特征在于，所述回路管道上设有用于调节管道中的气体制冷剂压力的回路压力控制器。
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