CN112146297A - 制冷系统及其运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷技术领域，提供了一种制冷系统及其运行控制方法。该制冷系统，包括压缩单元、虹吸罐、低压循环桶和PID控制机构，所述压缩单元与所述虹吸罐的连通管路上设有油冷却阀，所述虹吸罐与所述低压循环桶的连通管路上设有电子膨胀阀，所述虹吸罐上设有液位传感器，所述PID控制机构分别与所述油冷却阀、所述电子膨胀阀和所述液位传感器连接。本发明通过采集油冷却阀开启个数，确定虹吸罐最低液位值，之后通过控制虹吸罐液位的方法来调整高压侧制冷剂液体的存储量，使蒸发系统在热负荷较小时，更多的制冷剂存储在低压循环桶内，从而降低制冷剂泄露发生概率。

Description

制冷系统及其运行控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别是涉及一种制冷系统及其运行控制方法。

背景技术

泵供液制冷系统是液泵加压供液的一种形式，是在蒸发系统与膨胀阀之间设置一个低压循环桶(或气液分离器)，其内部的低温制冷剂液体由泵增压后，对蒸发系统实行强制多倍循环供液，从蒸发系统回到低压循环桶的制冷剂为气液两相，在低压循环桶内进行气液分离，分离出的干蒸气会同节流产生的闪发蒸气被压缩机吸气端吸入，而分离出的液体则和相当蒸发量的新补充液体，又被泵输送到蒸发系统进行再循环。与其它供液方式相比，该供液形式蒸发器内制冷剂为两相流，从而不易积油；其次，氨泵供液为余量供液，可以实现多倍的供液倍率，蒸发器内表面湿润性更好，再加上蒸发器内部不易积油，制冷剂与蒸发器之间的热交换效果好，从而这种系统蒸发器的换热面积可以有所减少；同时，由于蒸发器的液体压力较高，向同一蒸发温度的多个蒸发器供入的制冷剂液体易于调节均匀，蒸发温度较稳定。

为满足蒸发系统多个蒸发器变热负荷的制冷需求，现有的泵供液制冷系统的制冷剂充注量往往按照蒸发器最大热负荷时所需循环量充注，然而，在蒸发系统总热负荷较小时，制冷系统所需制冷剂循环量减少，大量的制冷剂液体被存储在储液器与虹吸罐中，这部分液体由于在系统的高压侧，极易发生制冷剂泄漏。对于采用R407C、R404A与R507这种由多种物质组成的混合工质的泵供液制冷系统的制冷剂泄露，其组分质量的变化，将直接影响到系统的制冷性能；对于采用R717、R600a与R32等易燃易爆制冷剂的制冷系统的制冷剂泄漏，会对人类的财产与生命安全造成威胁。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种制冷系统，以解决现有制冷系统中制冷剂易发生泄漏的问题。

本发明还提出一种制冷系统的运行控制方法。

根据本发明第一方面实施例的一种制冷系统，包括压缩单元、虹吸罐、低压循环桶和PID控制机构，所述压缩单元与所述虹吸罐的连通管路上设有油冷却阀，所述虹吸罐与所述低压循环桶的连通管路上设有电子膨胀阀，所述虹吸罐上设有液位传感器，所述PID控制机构分别与所述油冷却阀、所述电子膨胀阀和所述液位传感器连接。

根据本发明的一个实施例，所述压缩单元包括油分离器、压缩机和油冷却器，所述油分离器的制冷剂进口与所述压缩机的排气口连接，所述油分离器的回油口与所述油冷却器的油进口连接，所述压缩机的吸气口分别与所述油冷却器的出油口和所述低压循环桶的制冷剂回气口连接，所述油冷却器的制冷剂出口与所述虹吸罐的回气口连接，所述油冷却器的制冷剂进口通过第一管路与所述虹吸罐的油冷供液口连接，所述油冷却阀设于所述第一管路上。

根据本发明的一个实施例，所述虹吸罐的制冷供液口通过第二管路与所述低压循环桶的进液口连接，所述电子膨胀阀设于所述第二管路上。

根据本发明的一个实施例，所述电子膨胀阀与所述虹吸罐之间的所述第二管路上设有主供液阀，所述主供液阀与所述PID控制机构连接。

根据本发明的一个实施例，所述PID控制机构包括输入模块、PID控制模块和驱动模块，所述输入模块的输出端与所述PID控模块的输入端连接，所述PID控制模块的采集端与所述液位传感器连接，所述PID控制模块的输出端分别与所述油冷却阀和所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与所述电子膨胀阀连接。

根据本发明的一个实施例，还包括蒸发单元，所述蒸发单元包括蒸发器，所述蒸发器的进液口通过第三管路与所述低压循环桶的供液口连接，所述蒸发器的出液口与所述低压循环桶的回液口连接。

根据本发明的一个实施例，所述第三管路上设有循环泵，所述循环泵与所述蒸发器之间的所述第三管路上设有制冷供液阀。

根据本发明的一个实施例，还包括冷凝器，所述冷凝器的出液口与所述虹吸罐的进液口连接，所述冷凝器的进液口分别与所述虹吸罐的平衡口和所述压缩单元的制冷剂出口连接。

根据本发明的一个实施例，所述电子膨胀阀为电磁式电子膨胀阀或电动式电子膨胀阀。

根据本发明第二方面实施例的一种制冷系统的运行控制方法，包括如下步骤：

向所述PID控制机构输入设定参数值；

通过所述PID控制机构采集所述油冷却阀的开启个数；

通过所述PID控制机构计算获得所述虹吸罐的理论液位值；

通过所述PID控制机构采集所述液位传感器监测的所述虹吸罐内的实际液位值，并与所述理论液位值判断比较，获得对比结果；

通过所述PID控制机构根据对比结果向所述电子膨胀阀发送开度调整指令，调整所述电子膨胀阀的开度；

间隔设定时间，重复上述步骤。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

1、通过控制虹吸罐液位的方法来调整高压侧制冷剂液体的存储量，使蒸发系统在热负荷较小时，更多的制冷剂存储在低压循环桶内，从而降低制冷剂泄露发生概率；

2、通过实时采集压缩机正在运行的数量，实时调整虹吸罐液位稳定值，以满足各压缩单元油冷负荷，进一步减小了系统高压侧制冷剂存储量，进一步降低制冷剂泄露发生概率；

3、不设置高压储液器，减少了设备投入成本，另外在虹吸罐内连接制冷供液口的管道无需高出罐体最低点，又可降低虹吸罐生产加工成本；

4、制冷剂饱和状态液体密度随饱和温度的降低而增加，更多的液体制冷剂存储在温度较低的低压循环桶中，减少了高压储液器与低压循环桶总容积尺寸，直接减小了机房空间的占用；

5、在容积尺寸较小的虹吸罐上安装规格较小的液位传感器，代替传统在容积尺寸较大的低压循环桶上安装规格较大的液位传感器，减少了液位传感器的一次投入成本；

6、通过控制储液器小容积的液位，进而调整低压循环桶液位，液位控制滞后性更小，更加容易控制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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讲，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为本发明实施例制冷系统的结构示意图；

图2为本发明实施例制冷系统中油分离器的结构示意图；

图3为本发明实施例制冷系统中油冷却器的结构示意图；

图4为本发明实施例制冷系统中低压循环桶的结构示意图；

图5为本发明实施例制冷系统中虹吸罐的结构示意图；

图6为本发明实施例制冷系统的运行控制方法的结构框示图。

附图标记：

1、油分离器；101、油分离器制冷剂出口；102、油分离器制冷剂进口；103、油分离器回油口；2、压缩机；3、油冷却器；301、油冷却器制冷剂进口；302、油冷却器制冷剂出口；303、油冷却器油出口；304、油冷却器油进口；4、油冷却阀；5、主供液阀；6、电子膨胀阀；7、低压循环桶；701、低压循环桶回液口；702、低压循环桶供液口；703、低压循环桶回气口；704、低压循环桶出液口；8、循环泵；9、蒸发器；10、制冷供液阀；11、液位传感器；12、冷凝器；13、虹吸罐；1301、虹吸罐进液口；1302、虹吸罐平衡口；1303、虹吸罐回气口；1304、虹吸罐油冷供液口；1305、虹吸罐制冷供液口；14、第一管路；15、第二管路；16、第三管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种制冷系统，包括压缩单元、虹吸罐13、低压循环桶7和PID控制机构，所述压缩单元与所述虹吸罐13的连通管路上设有油冷却阀4，所述虹吸罐13与所述低压循环桶7的连通管路上设有电子膨胀阀6，所述虹吸罐13上设有液位传感器11，所述PID控制机构分别与所述油冷却阀4、所述电子膨胀阀6和所述液位传感器11连接。

根据本发明的一个实施例，所述压缩单元包括油分离器1、压缩机2和油冷却器3，所述油分离器1的制冷剂进口与所述压缩机2的排气口连接，所述油分离器1的回油口与所述油冷却器3的油进口连接，所述压缩机2的吸气口分别与所述油冷却器3的出油口和所述低压循环桶7的制冷剂回气口连接，所述油冷却器3的制冷剂出口与所述虹吸罐13的回气口连接，所述油冷却器3的制冷剂进口通过第一管路14与所述虹吸罐13的油冷供液口连接，所述油冷却阀4设于所述第一管路14上。

根据本发明的一个实施例，所述虹吸罐13的制冷供液口通过第二管路15与所述低压循环桶7的进液口连接，所述电子膨胀阀6设于所述第二管路15上。

根据本发明的一个实施例，所述电子膨胀阀6与所述虹吸罐13之间的所述第二管路15上设有主供液阀5，所述主供液阀5与所述PID控制机构连接。

根据本发明的一个实施例，所述PID控制机构包括输入模块、PID控制模块和驱动模块，所述输入模块的输出端与所述PID控模块的输入端连接，所述PID控制模块的采集端与所述液位传感器11连接，所述PID控制模块的输出端分别与所述油冷却阀4和所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与所述电子膨胀阀6连接。

根据本发明的一个实施例，还包括蒸发单元，所述蒸发单元包括蒸发器9，所述蒸发器9的进液口通过第三管路16与所述低压循环桶7的供液口连接，所述蒸发器9的出液口与所述低压循环桶7的回液口连接。

根据本发明的一个实施例，所述第三管路16上设有循环泵8，所述循环泵8与所述蒸发器9之间的所述第三管路16上设有制冷供液阀10。

根据本发明的一个实施例，还包括冷凝器12，所述冷凝器12的出液口与所述虹吸罐13的进液口连接，所述冷凝器12的进液口分别与所述虹吸罐13的平衡口和所述压缩单元的制冷剂出口连接。

根据本发明的一个实施例，所述电子膨胀阀6为电磁式电子膨胀阀6或电动式电子膨胀阀6。

具体的，本发明实施例制冷系统，如图1所示，包括多个并联连接的压缩单元(本实施例中设置3个)、多个并联连接的蒸发单元(本实施例中设置3个)、低压循环桶7、循环泵8、虹吸罐13、冷凝器12和PID控制机构。

每个压缩单元包括油分离器1、压缩机2和油冷却器3，如图2所示，油分离器1设有油分离器制冷剂出口101、油分离器制冷剂进口102和油分离器回油口103。如图3所示，油冷却器3设有油冷却器制冷剂进口301、油冷却器制冷剂出口302、油冷却器油进口304和油冷却器油出口303。

如图4所示，低压循环桶7设有低压循环桶回液口701、低压循环桶供液口702、低压循环桶回气口703和低压循环桶出液口704。

如图5所示，虹吸罐13设有虹吸罐进液口1301、虹吸罐平衡口1302、虹吸罐回气口1303、虹吸罐油冷供液口1304和虹吸罐制冷供液口1305。

油分离器制冷剂进口102与压缩机2的排气口连接，油分离器回油口103与油冷却器油出口303连接，油冷却器油进口304与压缩机2的吸气口连接，多个油分离器制冷剂出口101并联后与冷凝器12的进液口连接，多个压缩机2的吸气口并联后与低压循环桶回气口703连接。

多个油冷却器制冷剂出口302并联后与虹吸罐回气口1303连接，油冷却器制冷剂进口301与第一管路14的一端连接，第一管路14上设有油冷却阀4，多个第一管路14的另一端并联后与虹吸罐油冷供液口1304连接。

虹吸罐13上设有液位传感器11，实时采集虹吸罐13内的实际液位值。值得说明的是，液位传感器11可采用钢带浮子式或电子式或电磁式或超声波式的液位传感器11中的任一种。

冷凝器12的出液口与虹吸罐进液口1301连接，冷凝器12的进液口与虹吸罐平衡口1302连接。

虹吸罐制冷供液口1305通过第二管路15与低压循环桶供液口702连接，沿虹吸罐13至低压循环桶7的方向，第二管路15上依次设有主供液阀5和电子膨胀阀6。值得说明的是，电子膨胀阀6为电磁式电子膨胀阀6或电动式电子膨胀阀6。主供液阀5用以控制第二管路15的通断，电子膨胀阀6通过调整自身开度，进而控制第二管路15的流量。

每个蒸发单元包括蒸发器9和第三管路16，第三管路16上设有制冷供液阀10，多个第三管路16的一端并联后通过循环泵8与低压循环桶出液口704连接，第三管路16的另一端与蒸发器9的进液口连接，多个蒸发器9的出液口并联后与低压循环桶回液口701连接。

PID控制机构包括输入模块、PID控制模块、压缩机2启动检测模块和驱动模块。输入模块的输出端与PID控制模块的输入端连接，用以向PID控制模块输入采集周期时间值、比例P值、积分I值和微分D值。值得说明的是，输入模块可选用触摸屏、键盘、按钮中的任一种。

压缩机2启动检测模块的输出端与PID控制模块的输入端连接，用以将采集的压缩机2启动个数值输送至PID控制模块内。本实施例中，设置3个压缩机2，也就是说，压缩机2启动检测模块采集的数值为0或1或2或3。

PID控制模块的采集端与液位传感器11连接，用以实时接收液位传感器11采集的虹吸罐13内的实际液位值。

PID控制模块的输出端分别与主供液阀5、多个制冷供液阀10和多个油冷却阀4连接，用以发送通断指令，实现对第一管路14、第二管路15和第三管路16的通断控制。

PID控制模块的输出端与驱动模块的输入端连接，用以向驱动模块发送开度调整指令，驱动模块的输出端与电子膨胀阀6连接，根据开度调整指令驱动调整电子膨胀阀6的开度，进而实现对第二管路15流量的调整。值得说明的是，PID控制模块为嵌入后PID算法的PLC、单片机、计算机中的任一种。

如图6所示，本发明实施例还提供一种制冷系统的运行控制方法，包括如下步骤：

向所述PID控制机构输入设定参数值，

通过所述PID控制机构采集所述油冷却阀的开启个数；

通过所述PID控制机构计算获得所述虹吸罐13的理论液位值；

通过所述PID控制机构采集所述液位传感器11监测的所述虹吸罐13内的实际液位值，并与所述理论液位值判断比较，获得对比结果；

通过所述PID控制机构根据对比结果向所述电子膨胀阀6发送开度调整指令，调整所述电子膨胀阀6的开度；

间隔设定时间，重复上述步骤。

本发明实施例制冷系统的运行控制方法，具体步骤如下：

(1)上电初始化参数设定，通过输入模块向PID控制模块输入实际液位值、压缩机2启动数值的采集周期T值，以及比例P值、积分I值、微分D值；

(2)液位传感器11实时检测虹吸罐13内的实际液位值，压缩机2启动检测模块实时检测压缩机2正在运行的个数，并将实际液位值和个数间隔时间T输送至PID控制模块；

(3)PID控制模块依据采集到的正在运行的压缩机2的个数，计算出满足所有正在运行的压缩机2对应油冷却阀4打开时的理论液位值，并将理论液位值与PID控制模块采集到的虹吸罐13内的实际液位值对比，对比结果作为PID控制模块中PID算法的输入值计算出电子膨胀阀6开度(若实际液位值大于理论液位值，电子膨胀阀6的开度加大，增加第二管路15的流量，使虹吸罐13内的液位值降低，直至实际液位值等于理论液位值；若实际液位值小于理论液位值，电子膨胀阀6的开度减小，减小第二管路15的流量，使虹吸罐13内的液位值升高，直至实际液位值等于理论液位值)；

(4)PID控制模块将计算出的电子膨胀阀开度值转换为电信号，输送至驱动模块，驱动模块驱动电子膨胀阀6调整，达到相应开度值；

(5)延时时间T后，重复步骤(1)至(4)。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

1、通过控制虹吸罐液位的方法来调整高压侧制冷剂液体的存储量，使蒸发系统在热负荷较小时，更多的制冷剂存储在低压循环桶内，从而降低制冷剂泄露发生概率；

2、通过实时采集压缩机正在运行的数量，实时调整虹吸罐液位稳定值，以满足各压缩单元油冷负荷，进一步减小了系统高压侧制冷剂存储量，进一步降低制冷剂泄露发生概率；

3、不设置高压储液器，减少了设备投入成本，另外在虹吸罐内连接制冷供液口的管道无需高出罐体最低点，又可降低虹吸罐生产加工成本；

4、制冷剂饱和状态液体密度随饱和温度的降低而增加，更多的液体制冷剂存储在温度较低的低压循环桶中，减少了高压储液器与低压循环桶总容积尺寸，直接减小了机房空间的占用；

5、在容积尺寸较小的虹吸罐上安装液位传感器，代替传统在容积尺寸较大的低压循环桶上安装，减少了液位传感器的一次投入成本。

6、通过控制储液器小容积的液位，进而调整低压循环桶液位，液位控制滞后性更小，精度更高。

最后应说明的是：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。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种制冷系统，其特征在于，包括压缩单元、虹吸罐、低压循环桶和PID控制机构，所述压缩单元与所述虹吸罐的连通管路上设有油冷却阀，所述虹吸罐与所述低压循环桶的连通管路上设有电子膨胀阀，所述虹吸罐上设有液位传感器，所述PID控制机构分别与所述油冷却阀、所述电子膨胀阀和所述液位传感器连接。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述压缩单元包括油分离器、压缩机和油冷却器，所述油分离器的制冷剂进口与所述压缩机的排气口连接，所述油分离器的回油口与所述油冷却器的油进口连接，所述压缩机的吸气口分别与所述油冷却器的出油口和所述低压循环桶的制冷剂回气口连接，所述油冷却器的制冷剂出口与所述虹吸罐的回气口连接，所述油冷却器的制冷剂进口通过第一管路与所述虹吸罐的油冷供液口连接，所述油冷却阀设于所述第一管路上。

3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述虹吸罐的制冷供液口通过第二管路与所述低压循环桶的进液口连接，所述电子膨胀阀设于所述第二管路上。

4.根据权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，所述电子膨胀阀与所述虹吸罐之间的所述第二管路上设有主供液阀，所述主供液阀与所述PID控制机构连接。

5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述PID控制机构包括输入模块、PID控制模块和驱动模块，所述输入模块的输出端与所述PID控模块的输入端连接，所述PID控制模块的采集端与所述液位传感器连接，所述PID控制模块的输出端分别与所述油冷却阀和所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与所述电子膨胀阀连接。

6.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，还包括蒸发单元，所述蒸发单元包括蒸发器，所述蒸发器的进液口通过第三管路与所述低压循环桶的供液口连接，所述蒸发器的出液口与所述低压循环桶的回液口连接。

7.根据权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述第三管路上设有循环泵，所述循环泵与所述蒸发器之间的所述第三管路上设有制冷供液阀。

8.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，还包括冷凝器，所述冷凝器的出液口与所述虹吸罐的进液口连接，所述冷凝器的进液口分别与所述虹吸罐的平衡口和所述压缩单元的制冷剂出口连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的制冷系统，其特征在于，所述电子膨胀阀为电磁式电子膨胀阀或电动式电子膨胀阀。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的制冷系统的运行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

向所述PID控制机构输入设定参数值；

通过所述PID控制机构采集所述油冷却阀的开启个数；

通过所述PID控制机构计算获得所述虹吸罐的理论液位值；

通过所述PID控制机构采集所述液位传感器监测的所述虹吸罐内的实际液位值，并与所述理论液位值判断比较，获得对比结果；

通过所述PID控制机构根据对比结果向所述电子膨胀阀发送开度调整指令，调整所述电子膨胀阀的开度；

间隔设定时间，重复上述步骤。

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