CN111637654A - 应用于低温泵的变容积制冷系统、变容积方法、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于低温泵的变容积制冷系统、变容积方法、系统，包括容积调控单元；所述容积调控单元包括第一压力传感器、第二压力传感器、容积补充单元、控制器；所述第一传感器采集滤油器出气端的压力，第二压力传感器采集平衡罐进气端的压力；所述容积补充单元的出气端通过电动阀接入回气管路，并位于平衡罐的下游，所述平衡罐和容积补充单元与通过回气管路与压缩机连接；所述控制器根据与控制电动阀的启闭。通过在原有的制冷系统中，安装两个压力传感器，实时掌握排气管路和回气管路的压力，并根据采集压力与预设压力的比对，通过控制电动阀的启闭使储气罐接入回气管路，从而改变系统压差和排气管路压力，提高系统压力的稳定性，节能降耗。

Description

应用于低温泵的变容积制冷系统、变容积方法、系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，具体来说涉及应用于低温泵的变容积制冷系统、变容积方法、系统。
背景技术
低温泵广泛应用于半导体、集成电路生产领域，以GM制冷机为冷源实现内部极低温度冷凝、吸附腔体气体，从而实现极高真空，制冷机的膨胀机安装在低温泵内部，氦气压缩机置于外部。
氦气压缩机组件由压机泵、换热器、滤油器、吸附器、平衡罐、旁通组件、电控部件等部件组成，整机的制冷系统循环为：氦气通过回气管路进入压缩机组件，由压机泵将低压氦气压缩为高压氦气，经散热、过滤、吸附后离开压缩机，再通过排气管路进入低温泵内部的膨胀机进行膨胀降压产生冷量，低压的氦气再回至压缩机从而构成闭式制冷循环系统。
为方便用户操作，节约占地空间，通常为单台氦气压缩机连接多台低温泵的方式进行安装使用，涉及到的氦气压缩机的内部容积以及充装氦气工质的压力需要兼顾单台至多台低温泵工作时的需求。
因此，在单台或台数较少的低温泵运行时，以及低温泵再生重新降温过程中，制冷系统的排气压力过高整机能耗大，而在多台低温泵同时运行工作时，制冷系统的压差较低，低温泵的性能降低。
针对上述问题，申请号为200880104554.9公开的低温泵系统，其中的主压缩机的驱动频率基于高压气体供应管与低压气体回收管之间的压差被控制，从而实现调节系统压力。虽然达到了调节系统压力的目的，但是成本高，控制规则复杂，压缩机驱动频率频繁改变，对其寿命也有一定影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对一台压缩机对应多台低温泵，如何保证每台低温泵的制冷效果的同时还能节能降耗。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种应用于低温泵的变容积制冷系统，低温泵的进气端与进气管路连接，出气端与回气管路连接；所述进气管路上设置有滤油器，储气管路上设置有平衡罐；还包括容积调控单元；
所述容积调控单元包括第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)、容积补充单元、控制器；所述第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器(2)采集平衡罐进气端的压力Pl；所述容积补充单元的出气端通过电动阀(3)接入回气管路，并位于平衡罐的下游，所述平衡罐和容积补充单元与通过回气管路与压缩机连接；所述控制器根据Ph与Pl控制电动阀3的启闭。
进一步的，所述电动阀(3)的控制过程为：
首先计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀3保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀(3)开启；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1。
进一步的，所述第一压力传感器(1)和第二压力传感器(2)的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
进一步的，所述容器补充单元为储气罐。
相对应的，本发明还提供一种低温泵制冷系统的变容积控制方法，应用于上述的制冷系统，包括
S01.制冷系统开机前，电动阀(3)为开启状态，储气罐与制冷系统管路连通；制冷系统开机时，电动阀(3)关闭；
S02.第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器(2)采集平衡罐进气端的压力Pl；
S03.计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀(3)保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则压缩机关闭，电动阀(3)开启；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1；
S04.重复步骤S02-S03；
S05.制冷系统关机，电动阀(3)开启。
进一步的，所述第一压力传感器(1)和第二压力传感器(2)的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
相对应的，本发明还提供一种低温泵制冷系统的变容积控制系统，应用于上述的方法，包括
采集模块，用以滤油器出气端的压力Ph，和平衡罐进气端的压力Pl；
控制模块，用以根据Ph与Pl控制电动阀(3)的启闭；
实施模块，用以将容积补充单元接入回气管路。
进一步的，所述采集模块包括第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)；所述第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器(2)采集平衡罐进气端的压力Pl。
进一步的，所述控制模块的控制过程为：计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀(3)保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀(3)开启；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1。
进一步的，所述第一压力传感器(1)和第二压力传感器(2)的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
本发明的优点在于：
通过在原有的制冷系统中，安装两个压力传感器，实现实时掌握排气管路和回气管路的压力，并根据采集压力与预设压力的比对，通过控制电动阀的启闭使储气罐接入回气管路，从而调节系统压差和排气管路的压力Ph，提高系统压力的稳定性，达到节能降耗的目的。重要的是，通过2个传感器，结合阈值，控制过程简单，运算量小，响应及时。
附图说明
图1为本发明实施例中用于低温泵的变容积制冷系统组成示意框图；
图2为本发明实施例中用于低温泵的变容积制冷系统的控制流程图；
图3为本发明实施例中用于低温泵的变容积制冷系统框图；
图4为本发明实施例中用于低温泵的变容积制冷系统多个低温泵的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种应用于低温泵的变容积制冷系统，同时向多个低温泵供应压缩氦气。包括压缩泵、热交换器、滤油器、吸附器、平衡罐、储气罐、第一压力传感器1、第二压力传感器2、电动阀3。
压缩泵的出气端和出油端分别于热交换器的进气口和进油口连接，热交换器的出油口与压缩泵的进油口连接，热交换器的出气口与滤油器的进气口连接，滤油器的出油口与压缩泵的进气口连接，滤油器的出气口吸附器的进气口连接，吸附器的出气口通过多路支管分别与多个低温泵的进气口连接，如图4所示。多个低温泵的出气口与平衡泵的进气口连接，平衡泵的出气口与压缩机的进气口连接。
压缩机的出气口至低温泵的进气口之间的管理为排气管路，低温泵的出气口至压缩机的进气口之间的管路为回气管路。储气罐通过连接管接入回气管路，且位于平衡罐的下游。在连接管上安装有电动阀3，第一传感器安装在采集滤油器出气口，采集压力Ph，第二压力传感器2安装在平衡罐进气口，采集压力Pl；电动阀3、第一压力传感器1、第二压力传感器2均与控制器通信连接。
本实施例的工作原理为：按照氦气流向，压缩泵将低压氦气升压，冷冻油和氦气分进入换热器，通过冷却风机或冷却循环水换热(图例为风冷)，冷冻油完成换热后继续回至压缩机泵中对电机和压缩工质进行散热。高压氦气经过换热后，进入滤油器去除少量混杂的冷冻油分子后进入吸附器中进一步纯化进入进气连接管，高压端压力传感器外接在滤油器上实时采集系统运转时的压力Ph；进入低温泵内膨胀机端膨胀降压后的低压氦气进入回气连接管再进入氦气压缩机内的平衡罐中再回至压机泵中，并将滤油器中滤除的冷冻油并联带回压缩机泵中，低压端压力传感器与平衡罐连接，实时采集系统压力Pl。本实施例中使用的压缩泵为定频泵，膨胀机在运行过程中，系统压力会有波动，为了测量的准确性，所以第一压力传感器1、第二压力传感器2设置的采集时间为均为T，T时间内采集n次，对n次采集的数值求平均值，既得到Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
本实施例的变容积控制过程为：
如图2所示，开机前，电动阀3为打开状态，储气罐与系统管路连通，与系统压力一致。开机时，压缩泵开机，电动阀3关闭；第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器2采集平衡罐进气端的压力Pl；第一压力传感器1和第二压力传感器2的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。首先计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀3保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀3开启，此时储气罐压力大于回气管路压力，所以向回气管路补入氦气，提高回气管路压力，从而实现调节系统压力的目的；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1。其中本实施例P1、P2处于0.5～2.0MPa之间，P3、P4处于0.5～3.5MPa之间。
本实施例中，根据制冷系统的体量来匹配对应容积的储气罐，使得在压力调节时，储气罐可以向回气管路补入足够的氦气，从而满足系统压力调节需求。
本实施例中，在压缩泵的出油管路上，按照冷冻油的流向，依次设置有第一过滤器4和第一节流孔5；在滤油器的出油管路上依次安装有第二过滤器6和第二节流孔7，便于对油进一步过滤。在滤油器和吸附器之间的管路与储气罐与压缩泵之间的管路，连接有第一旁通管和第二旁通管，第一旁通管与排气管路的连接点位于第二旁通管与回气管路的连接点下游，第一旁通管与排气管路的连接点位于第二旁通管与排气管路连接点的上游，第一旁通管上安装有电磁阀8，第二旁通管上安装有旁通阀9；旁通阀9是设置定压差用来控制系统压缩机运行压力，电磁阀8用来停机时快速平衡高低压。平衡罐的进气端还通过补气阀1与补气机构连接，用以补气。
与上述制冷系统对应，本实施例还提供一种控制方法，如图2所示，包括
步骤1.开机前，电动阀3为开启状态，储气罐与制冷系统管路连通，压力保持一致；开机时，电动阀3关闭；
步骤2.第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器2采集平衡罐进气端的压力Pl；第一压力传感器1和第二压力传感器2的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
步骤3.计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀3保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀3开启，此时储气罐压力大于回气管路压力，所以向回气管路补入氦气，提高回气管路压力，从而实现调节系统压力的目的；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1；
步骤4.重复步骤2-3；
步骤5.制冷系统关机，电动阀3开启。
与上述制冷系统对应，本实施例还提供一种控制系统，如图3所示，包括
采集模块，包括第一压力传感器1、第二压力传感器2；所述第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器2采集平衡罐进气端的压力Pl。第一压力传感器1和第二压力传感器2的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
控制模块，用以根据Ph与Pl控制电动阀3的启闭；控制过程为：计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀3保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀3开启，此时储气罐压力大于回气管路压力，所以向回气管路补入氦气，提高回气管路压力，从而实现调节系统压力的目的；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1。
实施模块，为电动阀3，用以将储气罐接入回气管路。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种应用于低温泵的变容积制冷系统，低温泵的进气端与进气管路连接，出气端与回气管路连接；所述进气管路上设置有滤油器，储气管路上设置有平衡罐；其特征在于：还包括容积调控单元；
所述容积调控单元包括第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)、容积补充单元、控制器；所述第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器(2)采集平衡罐进气端的压力Pl；所述容积补充单元的出气端通过电动阀(3)接入回气管路，并位于平衡罐的下游，所述平衡罐和容积补充单元与通过回气管路与压缩机连接；所述控制器根据Ph与Pl控制电动阀3的启闭。
2.根据权利要求1所述的一种应用于低温泵的变容积制冷系统，其特征在于：所述电动阀(3)的控制过程为：
首先计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀3保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀(3)开启；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于低温泵的变容积制冷系统，其特征在于：所述第一压力传感器(1)和第二压力传感器(2)的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于低温泵的变容积制冷系统，其特征在于：所述容器补充单元为储气罐。
5.一种低温泵制冷系统的变容积控制方法，应用于权利要求1至4任一所述的制冷系统，其特征在于：包括
S01.制冷系统开机前，电动阀(3)为开启状态，储气罐与制冷系统管路连通；制冷系统开机时，电动阀(3)关闭；
S02.第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器(2)采集平衡罐进气端的压力Pl；
S03.计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀(3)保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀(3)开启；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1；
S04.重复步骤S02-S03；
S05.制冷系统关机，电动阀(3)开启。
6.根据权利要求5所述的一种低温泵制冷系统的变容积控制方法，其特征在于：所述第一压力传感器(1)和第二压力传感器(2)的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
7.一种低温泵制冷系统的变容积控制系统，应用权利要求5或6任一所述的方法，其特征在于：包括
采集模块，用以滤油器出气端的压力Ph，和平衡罐进气端的压力Pl；
控制模块，用以根据Ph与Pl控制电动阀(3)的启闭；
实施模块，用以将容积补充单元接入回气管路。
8.根据权利要求7所述的一种低温泵制冷系统的变容积控制系统，其特征在于：所述采集模块包括第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)；所述第一传感器采集滤油器出气端的压力Ph，第二压力传感器(2)采集平衡罐进气端的压力Pl。
9.根据权利要求7或8所述的一种低温泵制冷系统的变容积控制系统，其特征在于：所述控制模块的控制过程为：计算制冷系统的压差△P＝Ph-Pl，判断△P是否大于预设值P1或Ph是否大于预设值P3，若是，则电动阀(3)保持关闭状态；若否，则进而判断△P是否小于预设值P2且Ph是否小于预设值P4，运行时间T后，若是，则电动阀(3)；若否，则压缩机继续运行；其中P1＞P2，P3＞P4，P4＞P1。
10.根据权利要求9所述的一种低温泵制冷系统的变容积控制系统，其特征在于：所述第一压力传感器(1)和第二压力传感器(2)的采集时间为T，T时间内共计采集n次，Ph＝(∑Phi)/T，Pl＝(∑Pli)/T，其中i＝(1,2,3……n)，Phi为第一压力传感器第i次采集的压力值，Pli为第二压力传感器第i次采集的压力值。
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