CN112146314A - 氨泵供液制冷系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种氨泵供液制冷系统及其控制方法。该氨泵供液制冷系统包括：压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、低压循环桶、氨泵、蒸发器和控制系统。压缩机的排气端与冷凝器的进口连接，冷凝器的出口与储液器的进液口连接；储液器的出口与膨胀阀的进口连接，膨胀阀的出口与低压循环桶的供液口连接；低压循环桶的出液口与氨泵的入口连接，氨泵的出口与蒸发器的进口连接；蒸发器的出口与低压循环桶的回流口连接，低压循环桶的回气口与压缩机的吸气口连接；控制系统与膨胀阀连接，用于控制膨胀阀的开度以调节储液器中的液位高度。该制冷系统能够有效减少氨泄漏事故发生的概率，极大提升制冷系统的安全可靠性。

Description

氨泵供液制冷系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种氨泵供液制冷系统及其控制方法。

背景技术

氨泵供液制冷系统是液泵加压供液形式的制冷系统。在蒸发系统与膨胀阀之间设置一个低压循环桶，低压循环桶内部的液体由氨泵增压后，对蒸发系统实行强制供液，从蒸发系统回到低压循环桶的氨，在低压循环桶内气液分离，分离出的干蒸汽被压缩机吸入，分离出的液体则再次参与泵加压供液循环。与其它供液方式相比，该供液形式使得蒸发器内的制冷剂为两相流，因此不易积油；其次，氨泵供液为余量供液，可以实现3～6倍的供液倍率；蒸发器内表面湿润性好，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，从而蒸发器的换热面积有所减少；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。

为满足多个蒸发器变热负荷的制冷需求，现有的氨泵供液制冷系统的氨充注量总是按照蒸发器最大热负荷时所需的循环量进行充注。然而，当蒸发器总热负荷较小时，储液器中往往储存着大量的液氨制冷剂，这部分液体由于压力较高而极易发生泄漏。泄露的氨具有毒性和可燃性，会对工作人员的安全造成威胁。

发明内容

本发明实施例提供一种氨泵供液制冷系统及其控制方法，用以解决现有技术中储液器中由于储存着大量液氨制冷剂而极易发生泄漏导致工作人员的安全受到威胁的问题。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种氨泵供液制冷系统，包括：压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、低压循环桶、氨泵、蒸发器和控制系统。

其中，所述压缩机的排气端与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述储液器的进液口连接；

其中，所述储液器的出口与所述膨胀阀的进口连接，所述膨胀阀的出口与所述低压循环桶的供液口连接；

其中，所述低压循环桶的出液口与所述氨泵的入口连接，所述氨泵的出口与所述蒸发器的进口连接；

其中，所述蒸发器的出口与所述低压循环桶的回流口连接，所述低压循环桶的回气口与所述压缩机的吸气口连接；

其中，所述控制系统与所述膨胀阀连接，用于控制所述膨胀阀的开度以调节所述储液器中的液位高度。

根据本发明的实施例，所述控制系统包括输入模块、PID控制模块和液位传感器。

所述液位传感器安装在所述储液器上，所述液位传感器的液位信号输出端与所述PID控制模块的液位采集信号输入端连接，所述PID控制模块的开度控制信号输出端与所述膨胀阀的开度控制信号输入端连接，所述PID控制模块的数据输入端与所述输入模块的数据输出端连接。

根据本发明的实施例，所述输入模块中的输入设备为触摸屏或键盘。

根据本发明的实施例，所述PID控制模块为PLC、单片机或计算机。

根据本发明的实施例，所述液位传感器为钢带浮子式液位传感器、电子式液位传感器、电磁式液位传感器或超声波式液位传感器。

根据本发明的实施例，所述压缩机为制冷机组，所述制冷机组为活塞式并联机组或螺杆式并联机组。

根据本发明的实施例，所述冷凝器为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器或蒸发冷式冷凝器。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种氨泵供液制冷系统的控制方法，所述控制方法用于控制如上所述的氨泵供液制冷系统，所述控制方法包括以下步骤：

通过输入模块向PID控制模块输入所述储液器的最低液位设定值；

经由液位传感器实时检测所述储液器的液位实际值；

将所述最低液位设定值与所述液位实际值进行比较，并基于比较结果控制所述膨胀阀的开度，以调节所述储液器中的液位高度。

根据本发明的实施例，通过所述输入模块将比例P值、积分I值、微分D值以及采集周期T值输入至所述PID控制模块中；

将所述最低液位设定值与所述液位实际值进行比较，并基于比较结果，通过PID控制模块计算所述膨胀阀的目标开度并对所述膨胀阀的开度进行调节，以调节所述储液器中的液位高度。

根据本发明的实施例，所述将最低液位设定值与液位实际值进行比较，并基于比较结果控制膨胀阀的开度，以调节储液器中的液位高度的步骤，具体包括：

响应于所述液位实际值大于所述最低液位设定值，增大所述膨胀阀的开度；或者

响应于所述液位实际值等于所述最低液位设定值，保持所述膨胀阀的开度不变；或者

响应于所述液位实际值小于所述最低液位设定值，减小所述膨胀阀的开度。

在本发明实施例提供的氨泵供液制冷系统中，所述压缩机的排气端与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述储液器的进液口连接，所述储液器的出口与所述膨胀阀的进口连接，所述膨胀阀的出口与所述低压循环桶的供液口连接，所述低压循环桶的出液口与所述氨泵的入口连接，所述氨泵的出口与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口与所述低压循环桶的回流口连接，所述低压循环桶的回气口与所述压缩机的吸气口连接，所述控制系统与所述膨胀阀连接，用于控制所述膨胀阀的开度以调节所述储液器中的液位高度。

通过设置所述控制系统，与现有的氨泵供液制冷系统相比较，所述储液器中高压液氨制冷剂的存储量较少，可选择较小尺寸储液器，使得更多的液氨存储在所述低压循环桶中，进而有效减小氨泄漏事故发生的概率，提升制冷系统工作的安全可靠性。

并且，氨饱和状态液体密度随饱和温度的降低而增加。本发明更多的氨液存储在温度较低的所述低压循环桶中，能够有效减少所述储液器与所述低压循环桶的总容积尺寸，直接减小了占用机房的面积，使得整个氨泵供液制冷系统更加紧凑。

进一步，在本发明实施例提供的氨泵供液制冷系统控制方法中，所述储液器中存储的高压液体制冷剂较多时，所述控制系统调节所述膨胀阀的开度增大；所述储液器中存储的高压液体制冷剂处于标准水平时，所述控制系统调节所述膨胀阀的开度不变；所述储液器中存储的高压液体制冷剂较少时，所述控制系统调节所述膨胀阀的开度减小。

通过这种方法，能够精确控制所述膨胀阀的开度，进而精确调节所述储液器中的高压液体制冷剂的存储量。从而进一步提升了氨泵供液制冷系统工作的安全性。

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是本发明实施例提供的氨泵供液制冷系统原理图；

图2是本发明实施例提供的氨泵供液制冷系统中低压循环桶的接口示意图；

图3是本发明实施例提供的氨泵供液制冷系统中储液器的液位控制流程方框图。

附图标记：

1：冷凝器；2：蒸发器；3：氨泵；4：输入模块；5：PID控制模块；6：压缩机；7：液位传感器；8：储液器；9：电子膨胀阀；10：低压循环桶；101：回流；102：供液口；103：回气口；104出液口。

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”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的一部分实施例，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。

下面结合图1至图3对本发明实施例提供的氨泵供液制冷系统及其控制方法进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

如图1和图2所示，本发明第一方面的实施例提供了一种氨泵供液制冷系统。该氨泵供液制冷系统包括：压缩机6、冷凝器1、储液器8、膨胀阀9、低压循环桶10、氨泵3、蒸发器2和控制系统。

其中，压缩机6的排气端与冷凝器1的进口连接，冷凝器1的出口与储液器8的进液口连接。

其中，储液器8的出口与膨胀阀9的进口连接，膨胀阀9的出口与低压循环桶10的供液口102连接。

其中，低压循环桶10的出液口104与氨泵3的入口连接，氨泵3的出口与蒸发器2的进口连接。

其中，蒸发器2的出口与低压循环桶10的回流口101连接，低压循环桶10的回气口103与压缩机6的吸气口连接。

其中，控制系统与膨胀阀9连接，用于控制膨胀阀9的开度以调节储液器8中的液位高度。

此处应当说明的是，储液器8的容积尺寸远小于低压循环桶10的容积储存。储液器8不承担多余制冷剂的存储功能，其仅作为冷凝器1出口的液体制冷剂的缓冲容器，以保证膨胀阀9前的制冷剂为饱和或过冷状态的液体。

通过设置控制系统，与现有的氨泵供液制冷系统相比较，该氨泵供液制冷控制系统能够减小储液器8中高压液氨制冷剂的存储量，使得更多的液氨存储在低压循环桶10中，进而有效减小氨泄漏事故发生的概率，提升制冷系统工作的安全可靠性。

并且，氨饱和状态液体密度随饱和温度的降低而增加。本发明更多的氨液存储在温度较低的低压循环桶10中，能够有效减少储液器8与低压循环桶10的总容积尺寸，直接减小了占用机房的面积，使得整个氨泵供液制冷系统更加紧凑。

在本发明的一个实施例中，控制系统包括输入模块4、PID控制模块5和液位传感器7，液位传感器7安装在储液器8上，液位传感器7的液位信号输出端与PID控制模块5的液位采集信号输入端连接，PID控制模块5的开度控制信号输出端与膨胀阀9的开度控制信号输入端连接，PID控制模块5的数据输入端与输入模块4的数据输出端连接。

由上述实施例的描述可知，在上述控制系统中，输入模块4将储液器8的最低液位设定值输入至PID控制模块5中；

连接在储液器8上的液位传感器7将储液器8中的实际液位由液位传感器7的液位信号输出端经过PID控制模块5的液位采集信号输入端输送至PID控制模块5中；

PID控制模块5经过对比并计算后得到的膨胀阀9的开度值由PID控制模块5的开度控制信号输出端经膨胀阀9的开度控制信号输入端输送至膨胀阀9以进行调节膨胀阀9的开度；

由此使得储液器8中的液位值达到最低液位设定值。

通过上述控制系统进行调整储液器8中的液位值，使其液位值达到最低液位设定值来减少液氨泄漏风险，调控的精确度较高，因此更加有效的减少了液氨泄漏的可能性。

并且，该氨泵供液制冷系统中的液位传感器7安装在体积相对较小的储液器8上，代替了现有技术中将液位传感器7安装在体积相对较大的低压循环桶10上，由此，可以选择尺寸较小的液位传感器7，减少了液位传感器7的一次投入成本；

同时，该控制系统通过控制小体积的储液器8的液位，进而可以调整大体积的低压循环桶10的液位，液位控制的滞后性更小，精度更高。

在本发明的实施例中，输入模块4中的输入设备为触摸屏或键盘。

在本发明的实施例中，PID控制模块5为PLC、单片机或计算机。

在本发明的实施例中，液位传感器7为钢带浮子式液位传感器、电子式液位传感器、电磁式液位传感器或超声波式液位传感器。

在本发明的实施例中，压缩机6为制冷机组，制冷机组为活塞式并联机组或螺杆式并联机组。

在本发明的实施例中，冷凝器1为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器或蒸发冷式冷凝器。

在本发明的实施例中，膨胀阀9为电子膨胀阀或者热力膨胀阀。

根据以上描述的实施例可知，输入模块4、PID控制模块5、液位传感器7、压缩机6、冷凝器1以及膨胀阀9的具体结构有多种选择，使得该氨泵供液制冷系统具有较高的灵活性。

另外，本发明第二方面的实施例提供了一种氨泵供液制冷系统的控制方法。该控制方法用于控制如上所述的氨泵供液制冷系统，该控制方法包括以下步骤：

通过输入模块4向PID控制模块5输入储液器8的最低液位设定值；

经由液位传感器7实时检测储液器8的液位实际值；

将最低液位设定值与液位实际值进行比较，并基于比较结果控制膨胀阀9的开度，以调节储液器8中的液位高度。

进一步地，如图3所示，在本发明的实施例中，通过输入模块4将比例P值、积分I值、微分D值以及采集周期T值输入至PID控制模块5中；

将最低液位设定值与液位实际值进行比较，并基于比较结果，通过PID控制模块5计算膨胀阀9的目标开度并对膨胀阀9的开度进行调节，以调节储液器8中的液位高度；

延时时间T后，重复上述步骤。

此处应当理解的是，PID控制模块5为正反馈控制，即P值始终小于0。

更进一步地，在本发明的实施例中，将最低液位设定值与液位实际值进行比较，并基于比较结果控制膨胀阀9的开度，以调节储液器8中的液位高度的步骤，具体包括：

响应于液位实际值大于最低液位设定值，增大膨胀阀9的开度；或者

响应于液位实际值等于最低液位设定值，保持膨胀阀9的开度不变；或者

响应于液位实际值小于最低液位设定值，减小膨胀阀9的开度。

具体地，在本发明的实施例中，压缩机6的排气端将高压气体制冷剂输送至冷凝器1中，高压气体制冷剂经冷凝器1冷凝为高压液体制冷剂并流至储液器8中。

储液器8中的高压液体制冷剂的液位较高时，PID控制模块5计算膨胀阀9的目标开度并使得膨胀阀9的开度增大；储液器8中的高压液体制冷剂的液位处于标准水平时，PID控制模块5控制膨胀阀9的开度不变；储液器8中的高压液体制冷剂的液位较低时，PID控制模块5计算膨胀阀9的目标开度并使得膨胀阀9的开度减小。

部分高压液体制冷剂经膨胀阀9转变为低压液体制冷剂并流至低压循环桶10中。

低压液体制冷剂经氨泵3被输送至蒸发器2中后转变为蒸汽制冷剂，蒸汽制冷剂回流至低压循环桶10中。

蒸汽制冷剂经过压缩机6的吸气口进入压缩机6后进行下一循环过程。

由以上描述的实施例可知，该控制方法首先采集储液器8的实际液位值，随后将该实际液位值与最低液位设定值进行比较，然后实时调整膨胀阀9开度的来控制储液器8中高压液氨的存储量，使得更多的液氨存储在低压循环桶10中，从而减小氨泄露故障发生概率，提高系统安全可靠性。

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。

Claims (10)

1.一种氨泵供液制冷系统，包括压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、低压循环桶、氨泵和蒸发器，其特征在于，还包括控制系统，所述压缩机的排气端与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述储液器的进液口连接，所述储液器的出口与所述膨胀阀的进口连接，所述膨胀阀的出口与所述低压循环桶的供液口连接，所述低压循环桶的出液口与所述氨泵的入口连接，所述氨泵的出口与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口与所述低压循环桶的回流口连接，所述低压循环桶的回气口与所述压缩机的吸气口连接，所述控制系统与所述膨胀阀连接，用于控制所述膨胀阀的开度以调节所述储液器中的液位高度。

2.根据权利要求1所述的氨泵供液制冷系统，其特征在于，所述控制系统包括输入模块、PID控制模块和液位传感器，所述液位传感器安装在所述储液器上，所述液位传感器的液位信号输出端与所述PID控制模块的液位采集信号输入端连接，所述PID控制模块的开度控制信号输出端与所述膨胀阀的开度控制信号输入端连接，所述PID控制模块的数据输入端与所述输入模块的数据输出端连接。

3.根据权利要求2所述的氨泵供液制冷系统，其特征在于，所述输入模块中的输入设备为触摸屏或键盘。

4.根据权利要求2或3所述的氨泵供液制冷系统，其特征在于，所述PID控制模块为PLC、单片机或计算机。

5.根据权利要求2所述的氨泵供液制冷系统，其特征在于，所述液位传感器为钢带浮子式液位传感器、电子式液位传感器、电磁式液位传感器或超声波式液位传感器。

6.根据权利要求1所述的氨泵供液制冷系统，其特征在于，所述压缩机为制冷机组，所述制冷机组为活塞式并联机组或螺杆式并联机组。

7.根据权利要求1所述的氨泵供液制冷系统，其特征在于，所述冷凝器为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器或蒸发冷式冷凝器。

8.一种氨泵供液制冷系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法用于控制权利要求1至7中任一项所述的氨泵供液制冷系统，所述控制方法包括以下步骤：

通过输入模块向PID控制模块输入所述储液器的最低液位设定值；

经由液位传感器实时检测所述储液器的液位实际值；

将所述最低液位设定值与所述液位实际值进行比较，并基于比较结果控制所述膨胀阀的开度，以调节所述储液器中的液位高度。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：

通过所述输入模块将比例P值、积分I值、微分D值以及采集周期T值输入至所述PID控制模块中；

将所述最低液位设定值与所述液位实际值进行比较，并基于比较结果，通过PID控制模块计算所述膨胀阀的目标开度并对所述膨胀阀的开度进行调节，以调节所述储液器中的液位高度。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述将最低液位设定值与液位实际值进行比较，并基于比较结果控制膨胀阀的开度，以调节储液器中的液位高度的步骤，具体包括：

响应于所述液位实际值大于所述最低液位设定值，增大所述膨胀阀的开度；或者

响应于所述液位实际值等于所述最低液位设定值，保持所述膨胀阀的开度不变；或者

响应于所述液位实际值小于所述最低液位设定值，减小所述膨胀阀的开度。

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