CN111578548B - 冰箱制冷系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冰箱制冷系统及其控制方法。所述的冰箱制冷系统包括双级压缩机、冷藏蒸发器，变温蒸发器和冷冻蒸发器，其中，所述冷藏蒸发器和所述变温蒸发器并联后出口汇合的管路上依次连接闪蒸器、第二节流装置和冷冻蒸发器，所述变温蒸发器的入口与所述冷冻蒸发器的出口还并联有一旁通，该旁通中的制冷剂与冷冻蒸发器出口的制冷剂汇合后与所述双级压缩机的低压吸气口连通，所述闪蒸器的气相出口与所述双级压缩机的补气口连通。本发明能够实现各间室最大程度自由控制，给予各间室需求的最佳换热温差，提高能效比。

Description

冰箱制冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种智能高效用于双级三蒸发器的冰箱制冷系统及其控制方法。

背景技术

目前冰箱行业中常用的制冷系统为风冷单系统，此类系统只有一个冷冻蒸发器，冷藏室及变温室是通过风道输送经过冷冻蒸发器的低温空气换热制冷，由于蒸发温度为冷冻蒸发温度，冷藏及变温室物品易出现霜冻，且风道送风制冷易引起不同功能区串味，影响用户体验。另一方面，从能效角度，冰箱压缩机一般采用多档变频控制，系统一般保持90%以下开停比，存在开机功率浪费，且冷藏、变温室换热温差大，压缩机效率较低，降低系统能效。针对单系统缺陷，目前市场中高端产品也有使用串并联形式的三系统方案，其能解决各功能区串味问题，并且冷藏蒸发器串联冷冻蒸发器、变温蒸发器串联冷冻蒸发器，上述两路再与单冷冻蒸发器回路三路并联的设计能够一定程度提升单间室制冷的自由度，但还是无法做到每一个间室制冷不影响其它间室，所以其依然存在冷藏室、变温室蒸发换热温差大、冷藏物易冻伤、各间室控制自由度小和系统能效低等问题。

发明内容

本发明提出一种智能高效用于双级三蒸发器的冰箱制冷系统及其控制方法，以解决现有技术中存在的各间室温度控制自由度小，冷藏物易冻伤、系统能效低的问题。

本发明提出的冰箱制冷系统包括双级压缩机、冷藏蒸发器，变温蒸发器和冷冻蒸发器，其中，所述冷藏蒸发器和所述变温蒸发器并联后依次与闪蒸器、第二节流装置和冷冻蒸发器连接，所述变温蒸发器的入口与所述冷冻蒸发器的出口还并联有一旁通，该旁通中的制冷剂与冷冻蒸发器出口的制冷剂汇合后与所述双级压缩机的低压吸气口连通，所述闪蒸器的气相出口与所述双级压缩机的补气口连通。

优选地，所述冷藏蒸发器的入口和所述变温蒸发器的一端通过第一三通切换阀和第二三通切换阀连接，所述变温蒸发器的另一端通过第三三通切换阀与所述冷藏蒸发器的出口连接。

优选地，所述第一三通切换阀的两个出口分别与冷藏蒸发器和第二三通切换阀的入口连通，第二三通切换阀的第一出口与变温蒸发器的一个接口连通，所述变温蒸发器的另一个接口与第三三通切换阀的第一入口连通，所述第三三通切换阀的出口与所述闪蒸器的入口连通，所述第三三通切换阀的第二入口管道与所述第二节流装置的出口连通，所述第二三通切换阀的第二出口与所述旁通连通。

优选地，所述闪蒸器的气相出口与所述双级压缩机的补气口之间设有单向阀。

优选地，所述双级压缩机高压出口依次与冷凝器、防凝管、干燥过滤器、第一节流装置和第一三通切换阀连接。

优选地，所述旁通与所述冷冻蒸发器出口的汇合管道中设有储液器。

本发明还提出一种上述冰箱制冷系统的控制方法，该方法能在以下七种制冷运行模式中切换：单冷藏制冷、冷藏高压级冷冻低压级制冷、变温同冷藏高压级制冷、单变温高压级制冷、变温高压级冷冻低压级制冷、冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷，以及冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷。

上述控制方法根据各间室的温度控制制冷运行模式，包括：

当冷藏室温度达到设定上限值时，系统切换至单冷藏制冷模式；

当冷藏室和冷冻室都有制冷需求时，系统切换到冷藏高压级冷冻低压级制冷模式；

当冷藏室和变温室都有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到变温同冷藏高压级制冷模式；

当变温室有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到单变温高压级制冷模式；

当变温室和冷冻室都有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到变温高压级冷冻低压级制冷模式；

当变温室、冷藏室和冷冻室都有制冷需求且变温设定温度＜T时，系统切换到冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷模式；

当变温室、冷藏室和冷冻室都有制冷需求且变温设定温度≥T时，系统切换到冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷模式。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

使用双级压缩三系统冰箱能够有效减少压缩机停机次数，最大程度做到系统的连续运行，且实现单间室的独立灵活控制，降低个各间室的换热温差，解决现有方案的冷藏物易冻伤，系统能效较低等问题。

附图说明

图1为本发明提出的冰箱制冷系统的原理图；

图2为本发明冰箱单冷藏制冷模式系统循环图；

图3为本发明冰箱冷藏高压级、冷冻低压级制冷模式循环图；

图4为本发明冰箱变温同冷藏高压级制冷模式循环图；

图5为本发明冰箱单变温高压级制冷模式循环图；

图6为本发明冰箱变温高压级、冷冻低压级制冷模式循环图；

图7为本发明冰箱冷冻同变温低压级、冷藏高压级制冷模式循环图;

图8为本发明冰箱冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷模式循环图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。

本发明提出的用于双级压缩多蒸发器冰箱的技术方案通过双级压缩的高、低压级特性结合冰箱的多蒸发器设计，能够实现冷冻、冷藏、变温不同间室的多组合多蒸发温度制冷模式，并且可根据变温的需求，自由调配合适的蒸发温度，提升了冰箱制冷系统的智能调控水平，在能够细致处理部分负荷的制冷需求进行节能提效的情况下，提升客户的使用体验。

如图1所示，本发明提出的冰箱制冷系统包括双级压缩机1、冷凝器2、防凝管3、干燥过滤器4、第一节流装置5、冷藏蒸发器7，变温蒸发器11和冷冻蒸发器14。三个蒸发器分别设置在冷藏室、变温室和冷冻室，以满足不同食品的储藏温度要求。其中，冷藏蒸发器7和变温蒸发器11并联后出口汇合的管路上依次连接闪蒸器8、第二节流装置13和冷冻蒸发器14。变温蒸发器的入口与冷冻蒸发器的出口还并联有一旁通16，该旁通中的制冷剂与冷冻蒸发器出口的制冷剂汇合后进入储液器15，然后与双级压缩机1的低压吸气口连通。经闪蒸器8的气相出口流出的制冷剂经过单向阀9后与双级压缩机的补气口连通。

制冷系统的连接方式：单机双级压缩机1排出的高压高温制冷剂进入冷凝器2冷却成高压中温的液体，然后经过防凝管3（防凝管安装在箱体壁面内，防止箱体壁面产生凝露）、干燥过滤器4、高压侧第一节流装置5（本实施例采用毛细管）到第一三通切换阀6的入口601。第一三通切换阀的第一出口602连接冷藏蒸发器7的入口，冷藏蒸发器与闪蒸器8连通，闪蒸器8的气相冷媒出口通过单向阀9连接到单机双级压缩机1的补气口（可以是双级压缩机的第二级进气口），液相出口连接到低压侧第二节流装置13（该实施例为毛细管），再经过冷冻蒸发器14、储液器15最终连接到双级压缩机1的低压吸气口。第一三通切换阀6的第二出口603与第二三通切换阀10的入口101连接，第二三通切换阀10的第二出口103连接到冷冻蒸发器14与储液器15之间，与冷冻蒸发器出口的制冷剂汇合，然后经储液器至双级压缩机的低压吸气端。第二三通切换阀10的第一出口102与变温蒸发器11的一个接口连接，变温蒸发器的另一个接口与第三三通切换阀12的第一入口121连接。第三三通切换阀的出口123连接至冷藏蒸发器7与闪蒸器8之间，第二入口122的管道连接至第二节流装置13与冷冻蒸发器14之间。各个间室设有温度传感器，系统控制器根据温度传感器采集的温度控制各个蒸发器的工作。三通切换阀采用电磁阀控制。

本发明提出的冰箱制冷系统可以在以下七种制冷运行模式之间切换，分别是单冷藏制冷、冷藏高压级冷冻低压级制冷、变温同冷藏高压级制冷、单变温高压级制冷、变温高压级冷冻低压级制冷、冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷和冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷。以上的模式可以通过对各间室温度的智能判断进行精准地控制，最大程度满足冰箱运行时的各种情况。各模式下的具体运行方案如下：

1、模式一，单冷藏制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当只有冷藏室温度达到设定温度上限或用户手动启动单冷藏制冷模式时，系统切换至单冷藏制冷模式。制冷循环如图2所示，高温高压冷媒通过双级压缩机1高压级排气，流入到冷凝器2中变为中温高压液体，再依次经过防凝管3、干燥过滤器4、第一节流装置5，制冷剂进行一次节流，此时第一三通切换阀6仅通过第一出口602连通冷藏蒸发器7，制冷剂从冷藏蒸发器出来后流入闪蒸器8中，闪蒸后的气态冷媒经过单向阀9流入压缩机1的中压吸气端，此时双级压缩机1只运行高压级，低压级不运行。

按照上述循环进行的制冷系统，能够使冷藏间室的蒸发温度由传统冰箱的-25℃以下提升到-5℃，提高冷藏室的出风温度，减少冷藏物冻伤的风险，并且仅使用双级压缩机的高压侧、提升蒸发温度，在降低压缩机运行功率的同时提高压缩机机械效率，能效能提升60％以上。

2、模式二，冷藏高压级冷冻低压级制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当冷藏室和冷冻室均有制冷需求时，系统切换到冷藏高压级冷冻低压级制冷模式。制冷循环如图3所示，冷媒运行线路为双级压缩机1高压级排气经过冷凝器2、防凝管3、干燥过滤器4、第一节流装置5到第一三通切换阀6,此时第一三通切换阀的第一出口602连通冷藏蒸发器7，制冷剂从冷藏蒸发器出来之后进入闪蒸器8，气态冷媒经过单向阀9进入到双级压缩机1的中压吸气端；闪蒸器8中的液态冷媒依次经过第二节流装置13、冷冻蒸发器14、储液器15，回到双级压缩机1的低压吸气端。

上述运行模式压缩机两级运行，能够实现根据冷冻、冷藏不同间室的温度需求调节合适的蒸发温度，提升制冷系统的运行效率。

3、模式三，变温同冷藏高压级制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当冷藏室和变温室均有制冷需求且变温室设定温度≥T（T为变温系统设定界限值）时，系统切换到变温同冷藏高压级制冷模式，制冷循环如图4所示。此时系统在单冷藏制冷模式的基础上，第一三通切换阀6的两路出口都联通，第一出口602与变温蒸发器11连通，第二出口603与第二三通切换阀10的入口101连通。变温蒸发器11的出口与第三三通切换阀12的第一入口121连通，第三三通切换阀的出口123与闪蒸器8的进口连通。此模式双级压缩机只在高压级运行，低压级不运行。

此模式能在模式一的基础上,同步实现变温间室的高效控制和变温间室的冷藏温度需求。

4、模式四，单变温高压级制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当变温室有制冷需求且变温室设定温度≥T（T为变温系统设定界限值）时，系统切换到单变温高压级制冷模式，此时使第一三通切换阀6的第二出口603连通第二三通切换阀10的入口101、第一三通切换阀6的第一出口602与冷藏蒸发器7不连通，变温蒸发器出来的制冷剂通过第三三通切换阀的出口123到闪蒸器8，然后经过单向阀9到双级压缩机的中压吸气端。此模式双级压缩机只运行高压级，低压级不运行，如图5所示。

5、模式五，变温高压级、冷冻低压级制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当变温室和冷冻室均有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到变温高压级冷冻低压级制冷模式。此模式是在模式二的基础上，对第一三通切换阀6、第二三通切换阀10、第三三通切换阀12采取不同的控制，其中第一三通切换阀6的进口601与第一节流装置5的出口连通，第二出口603与第二三通切换阀的进口101连通，第二三通切换阀10的第一出口102连通变温蒸发器11，变温蒸发器的出口与第三三通切换阀12的第一入口121连通，第三三通切换阀的出口123与闪蒸器8的进口相连，闪蒸器的气相出口的制冷剂经过单向阀9到双级压缩机的中压吸气端，液相出口制冷剂经过第二节流装置13、冷冻蒸发器14和储液器15后到双级压缩机的低压吸气端。压缩机的两级都运行，如图6所示。

6、模式六，冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当变温室、冷藏室和冷冻室都有制冷需求且变温室设定温度＜T时，系统切换到冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷模式。如图7所示，第一三通切换阀6的第一出口602连通冷藏蒸发器7，第二三通切换阀10的第一出口102连接变温蒸发器11，第二出口103连通储液器15的进口，第三三通切换阀12的第二入口122连接第二节流装置13的出口。闪蒸器8底部出口制冷剂经第二节流装置13后分成两路，一路去冷冻蒸发器14，另一路去第二三通切换阀12的第二入口122。此模式是各间室同时制冷时的全系统运行情况之一，其中变温室温度控制需求是偏向冷冻制冷需求，双级压缩机两级都运行。

7、模式七，冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷。

系统控制器接收到各间室的温度后进行判断，当变温室、冷藏室和冷冻室都有制冷需求且变温设定温度≥T时，系统切换到冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷模式。如图8所示，第一三通切换阀6的两路出口全通，第二三通切换阀10的入口101连接第一三通切换阀6的第二出口603，第一出口102连接变温蒸发器11，第三三通切换阀12的第一入口121连接变温蒸发器11，出口123连接闪蒸器8的进口。闪蒸器的气相出口经单向阀9连接双级压缩机的中压吸气端，液相出口经第二节流装置13、冷冻蒸发器14、储液器15到双级压缩机的低压吸气端。此模式是各间室同时制冷时的全系统运行情况之一，其中变温室温度控制需求是偏向冷藏制冷需求，压缩机两级运行。

本发明提出的冰箱制冷系统运行中通过各间室不同温度的需求，能够智能判断选择能耗优先的循环模式，满足不同制冷负荷组合形式下的制冷要求，且能够根据各间室不同的温度设定采用适合的蒸发温度，防止冷藏物的冻伤风险，提高用户的使用体验。

作为可替代的实施方式，单机双级压缩机可使用双压缩机形成高压级压缩、低压级压缩配搭使用，这种方式在成本、结构空间需求等方面会有所增加，且压缩机能效无法保证。

由于本发明提出的双级压缩三个蒸发器的设计及相应控制方案，相对于目前市场现有的冰箱方案能够实现各间室最大程度自由控制，给予各间室需求的最佳换热温差，从而实现冰箱系统近似无级连续运行，做到能效及用户体验感的双提升。

以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冰箱制冷系统，包括双级压缩机、冷藏蒸发器，变温蒸发器和冷冻蒸发器，其特征在于，所述冷藏蒸发器和所述变温蒸发器并联后出口汇合的管路上依次连接闪蒸器、第二节流装置和冷冻蒸发器，所述变温蒸发器的入口与所述冷冻蒸发器的出口还并联有一旁通，该旁通中的制冷剂与冷冻蒸发器出口的制冷剂汇合后与所述双级压缩机的低压吸气口连通，所述闪蒸器的气相出口与所述双级压缩机的补气口连通。

2.如权利要求1所述的冰箱制冷系统，其特征在于，所述冷藏蒸发器的入口和所述变温蒸发器的一端通过第一三通切换阀（6）和第二三通切换阀（10）连接，所述变温蒸发器的另一端通过第三三通切换阀（12）与所述冷藏蒸发器的出口连接。

3.如权利要求2所述的冰箱制冷系统，其特征在于，所述第一三通切换阀（6）的两个出口分别与冷藏蒸发器（7）和第二三通切换阀（10）的入口连通，第二三通切换阀的第一出口与变温蒸发器（11）的一个接口连通，所述变温蒸发器的另一个接口与第三三通切换阀（12）的第一入口连通，所述第三三通切换阀的出口与所述闪蒸器（8）的入口连通，所述第三三通切换阀的第二入口管道与所述第二节流装置（13）的出口连通，所述第二三通切换阀的第二出口与所述旁通（16）连通。

4.如权利要求1所述的冰箱制冷系统，其特征在于，所述闪蒸器的气相出口与所述双级压缩机的补气口之间设有单向阀（9）。

5.如权利要求1所述的冰箱制冷系统，其特征在于，所述双级压缩机高压出口依次与冷凝器、防凝管、干燥过滤器、第一节流装置和第一三通切换阀连接。

6.如权利要求1所述的冰箱制冷系统，其特征在于，所述旁通与所述冷冻蒸发器出口的汇合管道中设有储液器。

7.一种权利要求1至6任一项所述冰箱制冷系统的控制方法，其特征在于，所述的控制方法在以下七种制冷运行模式之间切换：单冷藏制冷、冷藏高压级冷冻低压级制冷、变温同冷藏高压级制冷、单变温高压级制冷、变温高压级冷冻低压级制冷、冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷，以及冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，根据各间室的温度控制制冷运行模式的切换，包括：

当冷藏室温度达到设定上限值时，系统切换至单冷藏制冷模式；

当冷藏室和冷冻室都有制冷需求时，系统切换到冷藏高压级冷冻低压级制冷模式；

当冷藏室和变温室都有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到变温同冷藏高压级制冷模式；

当变温室有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到单变温高压级制冷模式；

当变温室和冷冻室都有制冷需求且变温室设定温度≥T时，系统切换到变温高压级冷冻低压级制冷模式；

当变温室、冷藏室和冷冻室都有制冷需求且变温设定温度＜T时，系统切换到冷冻同变温低压级冷藏高压级制冷模式；

当变温室、冷藏室和冷冻室都有制冷需求且变温设定温度≥T时，系统切换到冷冻低压级变温同冷藏高压级制冷模式。

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