CN111707049A - 用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统及方法，所述系统包括：压缩机、冷凝器、节流阀、制冷剂桶、泵、流量控制阀、蒸发器、气液分离器和压力传感器；压缩机、冷凝器、节流阀、制冷剂桶依次通过管路连通成闭合主回路；制冷剂桶、泵、流量控制阀、蒸发器、气液分离器依次通过管路连通成泵桶供液回路。本发明基于气液分离器第二出口压力与制冷剂桶第三进口压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口压力与制冷剂桶第四进口压力，获得第二压力差值；基于第一压力差值、第二压力差值确定制冷系统蒸发器内制冷剂供液量水平，通过流量控制阀实现控制调节，具有易操作、精度高、适用性广和经济性好的优点。

Description

用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统及方法
技术领域
本发明属于制冷系统技术领域，特别涉及一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统及方法。
背景技术
大型冷库制冷系统多采用泵桶供液的形式给蒸发器供液，且蒸发器出口制冷剂多为两相流体，导致蒸发器进出口制冷剂的温度与压力几乎不变，无法通过蒸发器进出口制冷剂的温度差值确定蒸发器的供液量是否充足。此外，由于大型冷库制冷系统存在多个不同负荷的终端，每个终端对应不同的蒸发器且热负荷都不同，需要精准地控制每个蒸发器的供液量。
目前，传统的控制方法是根据冷库终端的温度来调节流量控制阀，但是该方法具有一定的滞后性且精确度较低，无法达到精确控制与节能的目的；另外，由于冷库制冷系统制冷剂具有低温高压的特性，采用流量计对供液量进行控制的方法较难实现，且经济性较差，用户接受度较差。
综上，如何精确、经济地控制泵桶供液制冷系统制冷剂质量流量，成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明具有易操作、精度高、适用性广和经济性好的优点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，包括：压缩机、冷凝器、节流阀、制冷剂桶、泵、流量控制阀、蒸发器、气液分离器和压力传感器；压缩机、冷凝器、节流阀、制冷剂桶依次通过管路连通成闭合主回路；制冷剂桶、泵、流量控制阀、蒸发器、气液分离器依次通过管路连通成泵桶供液回路；
其中，所述制冷剂桶设置有制冷剂桶第一进口、制冷剂桶第一出口、制冷剂桶第二进口、制冷剂桶第三进口、制冷剂桶第四进口和制冷剂桶第二出口；其中，制冷剂桶第一进口通过节流阀与冷凝器相连通，制冷剂桶第一出口与压缩机相连通；制冷剂桶第二进口、制冷剂桶第三进口和制冷剂桶第四进口从高到低依次设置；制冷剂桶第二出口与泵相连通；
所述气液分离器设置有气液分离器第一进口、气液分离器第一出口、气液分离器第二出口和气液分离器第三出口；其中，气液分离器第一进口与蒸发器相连通；气液分离器第一出口、气液分离器第二出口和气液分离器第三出口从高到低依次设置；气液分离器第一出口通过第一管路与制冷剂桶第二进口相连通，气液分离器第二出口通过第二管路与制冷剂桶第三进口相连通，气液分离器第三出口通过第三管路与制冷剂桶第四进口相连通；
所述压力传感器用于获取气液分离器第二出口、气液分离器第三出口的压力，用于获取制冷剂桶第三进口、制冷剂桶第四进口的压力；
运算处理模块，用于基于气液分离器第二出口压力与制冷剂桶第三进口压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口压力与制冷剂桶第四进口压力，获得第二压力差值；基于第一压力差值、第二压力差值确定制冷系统蒸发器内制冷剂供液量水平，通过流量控制阀实现控制调节。
本发明的进一步改进在于，第一管路、第二管路和第三管路的直径依次减小。
本发明的进一步改进在于，还包括：视镜，用于观测气液分离器第二出口、气液分离器第三出口处的含气、含液状况。
本发明的进一步改进在于，运算处理模块包括：
运算器，用于基于气液分离器第二出口压力与制冷剂桶第三进口压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口压力与制冷剂桶第四进口压力计算第二压力差值；
比较器，用于将第一压力差值和第二压力值分别与预设阈值比较，得出控制信号；
输出单元，用于根据控制信号输出控制指令调节流量控制阀。
本发明的进一步改进在于，所述气液分离器为立式气液分离器。
本发明的进一步改进在于，制冷剂桶第一出口设置于制冷剂桶的顶部；制冷剂桶第三出口设置于制冷剂桶的中部。
本发明的进一步改进在于，气液分离器第一出口、气液分离器第二出口和气液分离器第三出口分别置于气液分离器的顶部、中部和下部。
本发明的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制方法，基于本发明上述的控制系统，包括以下步骤：
获取气液分离器第二出口、气液分离器第二出口的压力；获取制冷剂桶第三进口、制冷剂桶第四进口的压力；
基于气液分离器第二出口压力与制冷剂桶第三进口压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口压力与制冷剂桶第四进口压力，获得第二压力差值；
若第一压力差值大于临界压力差值X，则确定气液分离器第二出口带液；若第一压力差值小于临界压力差值X，则确定气液分离第二出口不带液；
若第二压力差值大于临界压力差值Y，则确定气液分离器第三出口不含气；若第二压力差值小于临界压力差值Y，则确定气液分离器第三出口含气；
气液分离器第二出口带液，调节流量控制阀，减小供液量；气液分离器第三出口含气，则调节流量控制阀，增加供液量；气液分离第二出口不带液且第三出口不含气，不调节流量控制阀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
传统的控制方法是根据冷库终端的温度来调节流量控制阀，但是该方法具有一定的滞后性且精确度较低，无法达到精确控制与节能的目的。本发明提供的制冷剂质量流量控制系统或方法是基于压力传感器在测点所测的压力值，获得临界压力差值，进而判断是否需要增加或减少供液量，无须等到终端温度变化后才进行调节，具有较高的精度与及时性。
由于冷库制冷系统中的制冷剂具有低温高压的特性，采用流量计对供液量进行控制的方法较难实现，其适用范围具有一定的局限性，且经济性较差，因而用户接受度较差。本发明提供的制冷剂质量流量控制系统或方法主要使用压力传感器测量所需数据，压力传感器与流量计相比具有低成本、适用范围广、经济性好的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中，泵桶供液制冷系统的原理示意图；
图3是本发明实施例中，泵桶供液制冷系统中气液分离器的原理示意图；
图4是本发明实施例中，泵桶供液制冷系统中制冷剂桶的原理示意图；
图5是本发明实施例中，用视镜法观测气液分离器第二出口是否带液，第三出口是否含气的气液分离器原理示意图；
图中，21-压缩机，22-冷凝器，23-节流阀，24-制冷剂桶，25-泵，26-流量控制阀，27-蒸发器，28-气液分离器；
241-制冷剂桶第一进口，242-制冷剂桶第一出口，243-制冷剂桶第二进口，244-制冷剂桶第三进口，245-制冷剂桶第四进口，246-制冷剂桶第二出口，247-第三压力传感器，248-第四压力传感器；
281-气液分离器第一进口，282-气液分离器第一出口，283-气液分离器第二出口，284-气液分离器第三出口，285-第一压力传感器，286-第二压力传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一种用于泵25桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制方法，包括以下步骤：
请参阅图2，所述泵25桶供液制冷系统包括：压缩机21、冷凝器22、节流阀23、制冷剂桶24、泵25、流量控制阀26、蒸发器27、气液分离器28和压力传感器；此外，还可包含管路与其他常规连接件、传感器和控制处理元件；各部件的连接关系为：压缩机21、冷凝器22、节流阀23、制冷剂桶24依次通过管路连通成闭合主回路；制冷剂桶、泵25、流量控制阀26、蒸发器27、气液分离器28依次连通成泵25桶供液回路。
请参阅图3，所述气液分离器28设置有气液分离器第一进口281、气液分离器第一出口282、气液分离器第二出口283、气液分离器第三出口284，对应连接管路的直径依次减小；其中，气液分离器第一进口281设置于气液分离器28的左侧；气液分离器第一出口282、气液分离器第二出口283、气液分离器第三出口284分别置于气液分离器28的顶端、右中部与右下部，且分别用管路与制冷剂桶第二进口243、制冷剂桶第三进口244和制冷剂桶第四进口245相连通。
请参阅图4，所述制冷剂桶24有两个出口和四个进口，包括：制冷剂桶第一进口241、制冷剂桶第一出口242、制冷剂桶第二进口243、制冷剂桶第三进口244、制冷剂桶第四进口245和制冷剂桶第二出口246；其中，制冷剂桶第一出口242、制冷剂桶第二出口246分别置于制冷剂桶24的顶端与底端；制冷剂桶第一进口241、制冷剂桶第二进口243、制冷剂桶第三进口244、制冷剂桶第四进口245分别置于制冷剂桶24的左上部、右上部、右中部与右下部。
请参阅图3至图5，所述压力传感器，包括：第一压力传感器285、第二压力传感器286，用于采集气液分离器第二出口283和气液分离器第三出口284的出口压力；第三压力传感器247、第四压力传感器248，用于采集制冷剂桶第三进口244和制冷剂桶第四进口245的进口压力。具体可以是，气液分离器第二出口283、气液分离器第三出口284处分别布置第一压力传感器285、第二压力传感器286；第一压力传感器285用于测量气液分离器第二出口283处压力，第二压力传感器286用于测量气液分离器第三出口284处压力。制冷剂桶第三进口244、制冷剂桶第四进口245处分别布置两个压力传感器，即第三压力传感器247与第四压力传感器248；第三压力传感器247用于测量制冷剂桶第三进口244处压力，第四压力传感器248用于测量制冷剂桶第四进口245处压力。
所述控制方法包括：基于所述气液分离器第二出口283压力与所述制冷剂桶第三进口244压力，计算获得第一压力差值；基于所述气液分离器第三出口284压力与所述制冷剂桶第四进口245压力，计算获得第二压力差值；根据所述第一压力差值判断气液分离器第二出口283是否带液；根据所述第二压力差值判断气液分离器第三出口284是否含气。
请参阅图1，本发明实施例中所述控制方法具体包括：步骤100用于控制泵桶向蒸发器27的供液量；本发明方法由框101开始；在框102中，测量气液分离器第二、三出口压力与制冷剂桶第三、四进口压力，并将四个压力输入值框103中；在框103中计算气液分离器第二出口283压力与制冷剂桶第三出口压力的差值作为第一压力差值，并计算气液分离器第三出口284压力与制冷剂桶第四进口245压力的差值作为第二压力差值，将两个压力差值输入框104中。在框104中判断第一压力差值是否大于临界压力差值X。如果第一压力差值大于临界压力差值X，则将结果输入至框105a中，在框105a中确定气液分离器第二出口283带液，进而确定气液分离器内制冷剂液面处在第二出口所在高度，并将结果输入至框106a中，在框106a中输出“制冷系统蒸发器内供液量水平过高”，并调节流量控制阀26，减小供液量；如果第一压力差值小于临界压力差值X，则将第二压力差值输入框105b中，并在框105b中确定气液分离器第二出口283不带液，且将第二压力差值输入框106b中。在框106b中判断第二压力差值是否大于临界压力差值Y。如果第二压力差值大于临界压力差值Y，则将结果输入至框107a中，在框107a中确定气液分离器第三出口284不含气，进而确定气液分离器内制冷剂液面处在第二出口与第三出口之间，并将结果输入至框108a中，在框108a中输出“制冷系统蒸发器内供液量水平适中”，且不调节流量控制阀26；如果第二压力差值小于临界压力差值Y，则将结果输入至框107b中，在框107b中确定气液分离器第三出口284含气，进而确定气液分离器内制冷剂液面处在第三出口所在高度，并将结果输入至框108b中，在框108b中输出“制冷系统蒸发器内供液量水平过低”，并调节流量控制阀26，增加供液量。
本发明实施例中，所述气液分离器为立式气液分离器且有足够的高度。
本发明实施例中，气液分离器第二出口283带液，则确定气液分离器内制冷剂液面处在第二出口所在高度，进而确定制冷系统蒸发器27内供液量水平过高；气液分离器第三出口284含气，则确定气液分离器内制冷剂液面处在第三出口所在高度，进而确定制冷系统蒸发器27内供液量水平过低；气液分离器第二出口283不带液且第三出口不含气，则确定气液分离器内制冷剂液面处在第二出口与第三出口之间，进而确定制冷系统蒸发器27内供液量水平适中。如果确定制冷系统蒸发器27内制冷剂供液量水平过高，则调节流量控制阀26，减小供液量。如果确定制冷系统蒸发器27内制冷剂供液量水平过低，则调节流量控制阀26，增加供液量。如果确定制冷系统蒸发器27内制冷剂供液量水平适中，则不调节流量控制阀26。
请参阅图5，本发明实施例中，用于确定气液分离器第二出口是否带液，第三出口是否含气的方法可以包括：在气液分离器第二出口与第三出口的管路上安装视镜。
本发明实施例中，其基本结构与图3类似，其差别在于用两个视镜代替图3中第一压力传感器与第二压力传感器。
本发明实施例中，所述基于上述第一压力差值与第二压力差值确定制冷系统蒸发器内制冷剂供液量水平的步骤还包括：如果第一压力差值大于临界压力差值X，则确定气液分离器第二出口带液；如果第一压力差值小于临界压力差值X，则确定气液分离第二出口不带液；如果第二压力差值大于临界压力差值Y，则确定气液分离器第三出口不含气；如果第二压力差值小于临界压力差值Y，则确定气液分离器第三出口含气。
本发明实施例中，所述制冷剂桶第二、三、四进口分别与气液分离器第一、二、三出口连接，其特征在于，还包含：连接制冷剂桶第二进口与气液分离器第一出口的管路直径偏大；连接制冷剂桶第三进口与气液分离器第二出口的管路直径适中；连接制冷剂桶第四进口与气液分离器第三出口的管路直径偏小。
综上所述，本发明提供了一种用于泵桶供液制冷系统制冷剂质量流量的控制方法，所述制冷系统包括：压缩机；冷凝器；节流阀；制冷剂桶，该制冷剂桶有两个出口和四个进口，包括第一、二出口分别置于制冷剂桶的顶端与底端和第一、二、三、四进口分别置于制冷剂桶的左上部、右上部、右中部与右下部；泵；流量控制阀；蒸发器；气液分离器，该气液分离器有一个进口置于气液分离器的左侧和三个出口，包括第一、二、三出口分别置于气液分离器的顶端、右中部与右下部，且分别用管路与制冷剂桶第二、三、四进口连接；压力传感器，包括第一、二压力传感器，用于采集气液分离器第二、三出口压力，第三、四压力传感器，用于采集制冷剂桶第三、四进口；根据获取的四个压力值计算第一压力差值与第二压力差值；根据第一压力差值判断气液分离器第二出口是否带液；根据第二压力差值判断气液分离器第三出口是否含气；气液分离器第二出口带液，则调节流量控制阀，减小供液量；气液分离器第三出口含气，则调大流量控制阀，增加供液量；气液分离器第二出口不带液且第三出口不含气，则不调节流量控制阀。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，包括：压缩机(21)、冷凝器(22)、节流阀(23)、制冷剂桶(24)、泵(25)、流量控制阀(26)、蒸发器(27)、气液分离器(28)、压力传感器和运算处理模块；其中，压缩机(21)、冷凝器(22)、节流阀(23)、制冷剂桶(24)依次通过管路连通成闭合主回路；制冷剂桶(24)、泵(25)、流量控制阀(26)、蒸发器(27)、气液分离器(28)依次通过管路连通成泵桶供液回路；
所述制冷剂桶(24)设置有制冷剂桶第一进口(241)、制冷剂桶第一出口(242)、制冷剂桶第二进口(243)、制冷剂桶第三进口(244)、制冷剂桶第四进口(245)和制冷剂桶第二出口(246)；其中，制冷剂桶第一进口(241)通过节流阀(23)与冷凝器(22)相连通，制冷剂桶第一出口(242)与压缩机(21)相连通；制冷剂桶第二进口(243)、制冷剂桶第三进口(244)和制冷剂桶第四进口(245)从高到低依次设置；制冷剂桶第二出口(246)与泵相连通；
所述气液分离器(28)设置有气液分离器第一进口(281)、气液分离器第一出口(282)、气液分离器第二出口(283)和气液分离器第三出口(284)；其中，气液分离器第一进口(281)与蒸发器(27)相连通；气液分离器第一出口(282)、气液分离器第二出口(283)和气液分离器第三出口(284)从高到低依次设置；气液分离器第一出口(282)通过第一管路与制冷剂桶第二进口(243)相连通，气液分离器第二出口(283)通过第二管路与制冷剂桶第三进口(244)相连通，气液分离器第三出口(284)通过第三管路与制冷剂桶第四进口(245)相连通；
所述压力传感器用于获取气液分离器第二出口(283)、气液分离器第三出口(284)的压力，用于获取制冷剂桶第三进口(244)、制冷剂桶第四进口(245)的压力；
所述运算处理模块用于基于气液分离器第二出口(283)压力与制冷剂桶第三进口(244)压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口(284)压力与制冷剂桶第四进口(245)压力，获得第二压力差值；基于第一压力差值、第二压力差值确定制冷系统蒸发器内制冷剂供液量水平，通过流量控制阀(26)实现控制调节。
2.根据权利要求1所述的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，第一管路、第二管路和第三管路的直径依次减小。
3.根据权利要求1所述的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，还包括：
视镜，用于观测气液分离器第二出口(283)、气液分离器第三出口(284)处的含液、含气状况。
4.根据权利要求1所述的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，运算处理模块包括：
运算器，用于基于气液分离器第二出口(283)压力与制冷剂桶第三进口(244)压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口(284)压力与制冷剂桶第四进口(245)压力，获得第二压力差值；
比较器，用于将第一压力差值和第二压力值分别与预设阈值比较，得出控制信号；
输出单元，用于根据控制信号输出控制指令调节流量控制阀(26)。
5.根据权利要求1所述的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，所述气液分离器(28)为立式气液分离器。
6.根据权利要求1所述的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，制冷剂桶第一出口(242)设置于制冷剂桶(24)的顶部；制冷剂桶第三出口(244)设置于制冷剂桶(24)的中部。
7.根据权利要求1所述的一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制系统，其特征在于，气液分离器第一出口(282)、气液分离器第二出口(283)和气液分离器第三出口(284)分别置于气液分离器(28)的顶部、中部和下部。
8.一种用于泵桶供液制冷系统的制冷剂质量流量控制方法，其特征在于，基于权利要求1所述的控制系统，包括以下步骤：
获取气液分离器第二出口、气液分离器第三出口的压力；获取制冷剂桶第三进口、制冷剂桶第四进口的压力；
基于气液分离器第二出口压力与制冷剂桶第三进口压力，获得第一压力差值；基于气液分离器第三出口压力与制冷剂桶第四进口压力，获得第二压力差值；
若第一压力差值大于临界压力差值X，则确定气液分离器第二出口带液；若第一压力差值小于临界压力差值X，则确定气液分离第二出口不带液；
若第二压力差值大于临界压力差值Y，则确定气液分离器第三出口不含气；若第二压力差值小于临界压力差值Y，则确定气液分离器第三出口含气；
气液分离器第二出口带液，调节流量控制阀，减小供液量；气液分离器第三出口含气，则调节流量控制阀，增加供液量；气液分离第二出口不带液且第三出口不含气，不调节流量控制阀。
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