CN113819673A - 一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，包括依次顺序连接形成回路的压缩机、冷凝器、蒸发器，所述压缩机、冷凝器及蒸发器之间通过四通换向阀及管路连接；所述冷凝器与蒸发器之间设置有实现变流量运行的单向阀及第一毛细管及第二毛细管，所述单向阀设置4个阀口，所述单向阀的第一阀口与冷凝器之间通过第一毛细管连接，所述单向阀的第二阀口与第三阀口之间通过第二毛细管连接，所述单向阀的第四阀口连接蒸发器的另一端。该变流量换向化霜系统可形成两条线路，即正向制冷线路及换向化霜线路，实现制冷过程与化霜过程的切换，无需额外在蒸发器下方设置电加热器进行化霜。
Description
技术领域
本发明涉及制冷设备技术领域，具体涉及一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统及方法。
背景技术
目前，行业内风冷冰箱、冷柜采用电加热管化霜方式，通常将电加热管布置于风道盖板内蒸发器下方，通过电加热管加热风道盖板内空气融化蒸发器管路及翅片霜层，由于电加热管由电能转化为热能效率低且通过空气传热化霜速度慢，为保证化霜效果须长时间加热，增加了耗电量同时造成制冷器具箱内温度波动。在制冷器具能效越来越严格趋势下，换向化霜方式可以作为一个重要突破口来引领技术创新及产品优势，虽有换向化霜技术应用于冷库领域，但未见有应用在冰箱、冷柜中的成熟方案，且现有换向化霜也不能匹配正常制冷和换向化霜功能的负荷要求，系统运行不稳定，运行效率有待提高；另一种研究较多的化霜方式是热气冲霜，通过旁通管路将压缩机排气口直接接入蒸发器(或化霜管)中，靠高温气体冲击管路化霜，之后高温制冷剂蒸汽混合着多余的制冷剂液体通过回气管路直接回到压缩机中，高蒸发温度工况使压缩机的工作电流远大于设计要求，短时间内造成过热、过载保护而停机并不能保证化霜效果，同时超负荷运行也增大了系统的电能消耗，且过多的制冷剂液体容易使排气阀片液击损坏造成压缩机报废，该方案仅适用于轻型商用制冷器具，在冷柜、冰箱领域并不适用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明了提供了一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统及方法，可实现正向制冷过程与换向化霜过程的切换，并通过单向阀及二级毛细管实现变流量转换，无需无需在蒸发器下方设置电加热器进行化霜，降低耗电量，节能环保。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，包括依次顺序连接形成回路的压缩机、冷凝器、蒸发器，所述压缩机、冷凝器及蒸发器之间通过四通换向阀及管路连接，所述四通换向阀的第一阀口及第二阀口分别与压缩机的出口及进口连接，所述四通换向阀的第三阀口及第四阀口分别与冷凝器及蒸发器的一端连接；
所述冷凝器与蒸发器之间设置有实现变流量运行的单向阀及第一毛细管及第二毛细管，所述单向阀设置4个阀口，所述单向阀的第一阀口与冷凝器之间通过第一毛细管连接，所述单向阀的第二阀口与第三阀口之间通过第二毛细管连接，所述单向阀的第四阀口连接蒸发器的另一端。
通过上述技术方案，该系统可形成两条线路，即正向制冷线路及换向化霜线路，实现制冷过程与化霜过程的切换，无需额外在蒸发器下方设置电加热器进行化霜。
进一步地，所述单向阀内部设置有单向阀芯，所述单向阀芯的打开方向为从单向阀的第三阀口、第四阀口一端至第一阀口、第二阀口一端。
进一步地，所述蒸发器底部设置有排水管，所述排水管内嵌设有融冰器，所述融冰器的一端与四通换向阀的第四阀口连接，另一端与蒸发器连接；所述融冰器包括管壳、翅片及导水槽，所述翅片设置若干个，若干个所述翅片环绕管壳的外壁上部设置，所述导水槽设置若干个，若干个所述导水槽位于管壳外壁且沿管壳长度方向设置。
进一步地，所述融冰器的翅片包括长波纹翅片及短波纹翅片，所述短波纹翅片位于长波纹翅片下方，所述短波纹翅片的长度为长波纹翅片的1/3～1/2。
进一步地，所述融冰器的管壳内设置有内螺纹，。
通过上述技术方案，长波纹翅片及短波纹翅片可增加传热面积，提高换热效率，且长波纹翅片最外侧与排水管内壁接触可提供最大加热面积，短波纹翅片位于长波纹翅片下方，且短波纹翅片的宽度小于长波纹翅片宽度，短波纹翅片的长度为长波纹翅片的1/3～1/2，利于上方融化的碎冰掉落；另外，化霜时，接触融冰器翅片及管壳的冰块最先融化，在管壳外壁设置导水槽，可以保证管壳与排水管内壁之间的冰块融化后，融化的冰水能快速疏导排放，提高后续融冰效率；另外，融冰器管壳内的内螺纹成一定的螺旋角度上升使流体旋转，使管道中流体产生与径向不同的二次流，增加湍流强度从而使对流换热加强，换热系数随之增加，同时内螺纹的齿会使内表面换热面积和刺破液膜能力增加，传热效果增强。
进一步地，所述冷凝器的一侧设置有可正向旋转及反向旋转的冷凝风机。
本发明的另一目的是提供一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜方法，包括执行正常制冷功能时的正向制冷过程及执行化霜功能时的换向化霜过程；
正向制冷过程为：压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀的第一阀口，此时四通换向阀的线圈不通电，高温高压制冷剂蒸汽从四通换向阀的第三阀口流出并进入冷凝器，通过冷凝器向外界环境散热冷凝，然后进入第一毛细管，经第一毛细管节流后的制冷剂流入单向阀的第一阀口，并从单向阀的第二阀口流出进入第二毛细管，经第二毛细管二次节流后的制冷剂流入单向阀的第三阀口，然后从单向阀的第四阀口流出进入蒸发器，在蒸发器内汽化吸热实现制冷效果，然后制冷剂蒸汽从蒸发器流出进入融冰器，再从四通换向阀的第四阀口、四通换向阀的第二阀口经管路回流至压缩机，实现制冷循环过程；
换向化霜过程为：压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀的第一阀口，此时四通换向阀的线圈通电，四通换向阀内部换向，高温高压制冷剂蒸汽从四通换向阀的第四阀口流出并进入融冰器，融冰器利用高温高压制冷剂的热量融化排水管内结冰，然后高温高压制冷剂蒸汽进入蒸发器，在蒸发器管路内部强制对流换热将热量传递到蒸发器管壁外侧及蒸发器翅片霜层，使蒸发器外部霜层融化，制冷剂蒸汽发生冷凝液化；制冷剂液体流入单向阀的第四阀口，单向阀内部的单向阀芯打开，制冷剂液体从单向阀的第一阀口流出并进入第一毛细管，经第一毛细管节流后的低温低压制冷剂进入冷凝器，在冷凝器内汽化相变吸收外界环境热量，制冷剂吸热后汽化为气体并进入四通换向阀的第三阀口，然后从四通换向阀的第二阀口流出，经管路回流至压缩机，实现换向化霜过程。
进一步地，所述正向制冷过程中冷凝风机的冷凝风机正向旋转，所述换向化霜过程中冷凝风机的冷凝风机反向旋转。
通过上述技术方案，在正向制冷过程中，冷凝风机正向旋转，其风向为：从冷凝器一侧吸风吹向压缩机，使冷凝器形成强制对流换热，将高温高压制冷剂蒸汽冷凝为液体，向外界散热，同时，对压缩机吹风散热，提高压缩机的运行效率；在换向化霜过程中，冷凝风机反向旋转，其风向为：从压缩机一侧吸风吹向冷凝器，在化霜过程中冷凝器流动制冷剂为低温工质，冷凝器表面开始凝露并结霜，冷凝风机反向旋转可有效防止将凝结水吹向冷凝风机本体及压缩机等电器元件，防止电器元件进水引起短路；且从压缩机一侧的过来的风经过压缩机加热，其温度高于环境温度，吹向冷凝器外表面，增加了换热温差，利于换热化霜状态下冷凝器增大换热量，另外，冷凝风机的反向旋转速度高于正向旋转速度，增大风量进一步强化冷凝器的换热效果，同时将冷凝器外表面的霜层吹落，防止冷凝器外形成结霜影响冷凝器的换热效率。
进一步地，所述换向化霜过程中，当制冷剂液体流入单向阀的第四阀口时，单向阀内部的单向阀芯打开，单向阀内部导通，此时第二阀口与第三阀口端口压力相同，制冷剂液体不流经第二毛细管。
通过上述技术方案，在换向化霜过程中，只经过一次节流，系统的循环流量增大一倍，可提供更多的热量用于化霜，提高化霜效率。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过四通换向阀实现正向制冷过程与换向化霜过程的切换，无需在蒸发器下方设置电加热器进行化霜，降低耗电量，节能环保；
(2)本发明通过单向阀及两级毛细管实现正向制冷过程与换向化霜过程的变流量循环，且无电磁阀等控制元件，通过流向及压力差即可实现流量调节，简单可靠且成本低；
(3)本发明通过在排水管内嵌设融冰器，且融冰器通过波纹翅片、内螺纹及导水槽等结构强化换热能力，提高热交换效率，进而提高融冰效率。
附图说明
为了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是本发明正向制冷过程的示意图；
图2是本发明换向化霜过程的示意图；
图3是融冰器的整体结构示意图；
图4是融冰器的俯视图；
图5是冷凝器的结构示意图；
图6是正向制冷过程中冷凝风机的风向示意图；
图7是换向化霜过程中冷凝风机的风向示意图。
图中标注：1.压缩机；2.冷凝器；3.蒸发器；4.四通换向阀；401.四通换向阀的第一阀口；402.四通换向阀的第二阀口；403.四通换向阀的第三阀口；404.四通换向阀的第四阀口；5.融冰器；501.管壳；502.导水槽；503.长波纹翅片；504.短波纹翅片；505.内螺纹；6.单向阀；601.单向阀的第一阀口；602.单向阀的第一阀口；603.单向阀的第一阀口；604.单向阀的第四阀口；7.第一毛细管；8.第二毛细管；9.冷凝风机；10.蒸发皿；11.排气管接管。
具体实施方式
本发明提供了一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”、“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的限制。
下面结合附图对本发明进行详细说明：
实施例1
参照图1及图2，本实施例提供的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，包括依次顺序连接形成回路的压缩机1、冷凝器2、蒸发器3，所述压缩机1、冷凝器2及蒸发器3之间通过四通换向阀4及管路连接，所述四通换向阀的第一阀口401及第二阀口402分别与压缩机1的出口及进口连接，所述四通换向阀4的第三阀口403及第四阀口404分别与冷凝器2及蒸发器3的一端连接；另外，所述蒸发器3底部设置有排水管，所述排水管内嵌设有融冰器5，所述融冰器5的底端通过管路与四通换向阀的第四阀口404连接，另一端通过管路与蒸发器3连接，即四通换向阀的第四阀口404、融冰器5及蒸发器3依次连通；另外，上述冷凝器2与蒸发器3之间设置有实现变流量运行的单向阀6及第一毛细管7、第二毛细管8。通过该系统可实现正向制冷过程及换向化霜过程。
具体地，上述单向阀6设置4个阀口，所述单向阀的第一阀口601与冷凝器2之间通过第一毛细管7连接，所述单向阀的第二阀口602与第三阀口603之间通过第二毛细管8连接，所述单向阀的第四阀口604连接蒸发器3的另一端；且所述单向阀6内部还设置有单向阀芯，所述单向阀芯的打开方向为从单向阀的第三阀口603、第四阀口604一端至单向阀的第一阀口601、第二阀口602一端，只能实现单向流通。
参照图3及图4，上述所述融冰器5包括管壳501、翅片及导水槽502，排水管的直径大于管壳的直径。
具体地，上述融冰器5的翅片包括长波纹翅片503及短波纹翅片504，长波纹翅片503及短波纹翅片504环绕管壳501的外壁上部设置，且长波纹翅片503及短波纹翅片504均设置6个，长波纹翅片503及短波纹翅片504沿管壳的圆周均匀分布，长波纹翅片503的最外侧与排水管内壁接触，短波纹翅片504位于长波纹翅片503下方，且短波纹翅片504的宽度小于长波纹翅片503宽度，短波纹翅片504的长度为长波纹翅片503的一半；上述导水槽502设置6个，6个所述导水槽502环绕管壳501外壁且沿管壳501长度方向设置；上述述融冰器的管壳501内还设置有内螺纹505，内螺纹505成一定的螺旋角度上升。
上述长波纹翅片503及短波纹翅片504可增加传热面积，提高换热效率，且长波纹翅片503最外侧与排水管内壁接触可提供最大加热面积，短波纹翅片504位于长波纹翅片503下方，且短波纹翅片504的长度为长波纹翅片503的1/2，利于上方融化的碎冰掉落；另外，化霜时，靠近融冰器管壳501的冰块最先融化，在管壳501外壁设置导水槽502，可以保证管壳501与排水管内壁之间的冰块融化后，融化的冰水能快速疏导排放，提高后续融冰效率；融冰器管壳501内的内螺纹505成一定的螺旋角度上升使流体旋转，使管道中流体产生与径向不同的二次流，增加湍流强度从而使对流换热加强，换热系数随之增加，同时内螺纹505的齿会使内表面换热面积和刺破液膜能力增加，传热效果增强。
参照图5，上述冷凝器2的一侧还设置有冷凝风机9，冷凝器2及冷凝风机9的下方设置有蒸发皿10，蒸发皿10的上方还设置有排气管接管11；上述冷凝风机9可正向旋转及反向旋转；上述排气管接管11的一端与冷凝器2连接，另一端与四通换向阀的第三阀口403连接，在正向制冷状态下，排气管接管11的作用为加热蒸发蒸发皿10内的化霜水，防止溢出蒸发皿10，在换向化霜状态下，排气管接管11仅用于连接冷凝器2与四通换向阀4；上述蒸发皿10用于储存化霜水并配合排气管接管蒸发水量，蒸发皿10内的化霜水来源于蒸发器3、排水管的化霜水及换向化霜过程中冷凝器2表面凝结水和冰霜融化后的化霜水。
基于上述一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其在使用过程中包括执行正常制冷功能时的正向制冷过程及执行化霜功能时的换向化霜过程。
正向制冷过程为：压缩机1排出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀的第一阀口401，此时四通换向阀4的线圈不通电，高温高压制冷剂蒸汽从四通换向阀的第三阀口403流出并进入冷凝器2，通过冷凝器2向外界环境散热冷凝，然后进入第一毛细管7，经第一毛细管7节流后的制冷剂流入单向阀的第一阀口601，并从单向阀的第二阀口602流出进入第二毛细管8，经第二毛细管8二次节流后的制冷剂流入单向阀的第三阀口603，然后从单向阀的第四阀口604流出进入蒸发器3，在蒸发器3内汽化吸热实现制冷效果，然后制冷剂蒸汽从蒸发器3流出进入融冰器5，再从四通换向阀的第四阀口404、四通换向阀的第二阀口402流出，并经管路回流至压缩机1，实现制冷循环过程；参照图6，在该正向制冷过程中，冷凝风机的冷凝风机9正向旋转，其风向为：从冷凝器2一侧吸风吹向压缩机1，使冷凝器2形成强制对流换热，将高温高压制冷剂蒸汽冷凝为液体，向外界散热，同时，对压缩机1吹风散热，提高压缩机1的运行效率。
换向化霜过程为：压缩机1排出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀的第一阀口401，此时四通换向阀4的线圈通电，四通换向阀4内部换向，高温高压制冷剂蒸汽从四通换向阀的第四阀口404流出并进入融冰器5，且高温高压制冷剂蒸汽在融冰器管壳内自下向上流动，融冰器5利用高温高压制冷剂的热量融化排水管内结冰，然后高温高压制冷剂蒸汽进入蒸发器3，在蒸发器3管路内部强制对流换热将热量传递到蒸发器3管壁外侧及蒸发器3翅片霜层，使蒸发器3外部霜层融化，制冷剂蒸汽发生冷凝液化；制冷剂液体流入单向阀的第四阀口604，单向阀6内部的单向阀芯打开，制冷剂液体从单向阀的第一阀口601流出并进入第一毛细管7，经第一毛细管7节流后的低温低压制冷剂进入冷凝器2，在冷凝器2内汽化相变吸收外界环境热量，制冷剂吸热后汽化为气体并进入四通换向阀的第三阀口403，然后从四通换向阀的第二阀口402流出，经管路回流至压缩机1，实现换向化霜过程。在上述换向化霜过程中，当制冷剂液体流入单向阀的第四阀口604时，单向阀6内部的单向阀芯打开，单向阀6内部导通，此时单向阀的第二阀口602与第三阀603口端口压力相同，制冷剂液体不流经第二毛细管8，即只经过一次节流，系统的循环流量增大一倍，可提供更多的热量用于化霜，提高化霜效率。
参照图7，在该换向化霜过程中，冷凝风机9反向旋转，其风向为：从压缩机1一侧吸风吹向冷凝器2，在化霜过程中冷凝器2流动制冷剂为低温工质，冷凝器2表面开始凝露并结霜，冷凝风机9反向旋转可有效防止将凝结水吹向冷凝风机9本体及压缩机1等电器元件，防止电器元件进水引起短路；且从压缩机1一侧的过来的风经过压缩机1加热，其温度高于环境温度，吹向冷凝器2外表面，增加了换热温差，利于换热化霜状态下冷凝器2增大换热量，另外，冷凝风机9的反向旋转速度高于正向旋转速度，增大风量进一步强化冷凝器2的换热效果，同时将冷凝器2外表面的霜层吹落，防止冷凝器2外形成结霜影响冷凝器2的换热效率。
需要说明的是，本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其特征在于，包括依次顺序连接形成回路的压缩机、冷凝器、蒸发器，所述压缩机、冷凝器及蒸发器之间通过四通换向阀及管路连接，所述四通换向阀的第一阀口及第二阀口分别与压缩机的出口及进口连接，所述四通换向阀的第三阀口及第四阀口分别与冷凝器及蒸发器的一端连接；
所述冷凝器与蒸发器之间设置有实现变流量运行的单向阀及第一毛细管及第二毛细管，所述单向阀设置4个阀口，所述单向阀的第一阀口与冷凝器之间通过第一毛细管连接，所述单向阀的第二阀口与第三阀口之间通过第二毛细管连接，所述单向阀的第四阀口连接蒸发器的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其特征在于，所述单向阀内部设置有单向阀芯，所述单向阀芯的打开方向为从单向阀的第三阀口、第四阀口一端至第一阀口、第二阀口一端。
3.根据权利要求1所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其特征在于，所述蒸发器底部设置有排水管，所述排水管内嵌设有融冰器，所述融冰器的一端与四通换向阀的第四阀口连接，另一端与蒸发器连接；所述融冰器包括管壳、翅片及导水槽，所述翅片设置若干个，若干个所述翅片环绕管壳的外壁上部设置，所述导水槽设置若干个，若干个所述导水槽位于管壳外壁且沿管壳长度方向设置。
4.根据权利要求3所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其特征在于，所述融冰器的翅片包括长波纹翅片及短波纹翅片，所述短波纹翅片位于长波纹翅片下方，所述短波纹翅片的长度为长波纹翅片的1/3～1/2。
5.根据权利要3所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其特征在于，所述融冰器的管壳内设置有内螺纹。
6.根据权利要求1所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜系统，其特征在于，所述冷凝器的一侧设置有可正向旋转及反向旋转的冷凝风机。
7.一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜方法，基于权利要求1-6任一项所述的变流量换向化霜系统实现，其特征在于，包括执行正常制冷功能时的正向制冷过程及执行化霜功能时的换向化霜过程；
正向制冷过程为：压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀的第一阀口，此时四通换向阀的线圈不通电，高温高压制冷剂蒸汽从四通换向阀的第三阀口流出并进入冷凝器，通过冷凝器向外界环境散热冷凝，然后进入第一毛细管，经第一毛细管节流后的制冷剂流入单向阀的第一阀口，并从单向阀的第二阀口流出进入第二毛细管，经第二毛细管二次节流后的制冷剂流入单向阀的第三阀口，然后从单向阀的第四阀口流出进入蒸发器，在蒸发器内汽化吸热实现制冷效果，然后制冷剂蒸汽从蒸发器流出进入融冰器，再从四通换向阀的第四阀口、四通换向阀的第二阀口经管路回流至压缩机，实现制冷循环过程；
换向化霜过程为：压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽进入四通换向阀的第一阀口，此时四通换向阀的线圈通电，四通换向阀内部换向，高温高压制冷剂蒸汽从四通换向阀的第四阀口流出并进入融冰器，融冰器利用高温高压制冷剂的热量融化排水管内结冰，然后高温高压制冷剂蒸汽进入蒸发器，在蒸发器管路内部强制对流换热将热量传递到蒸发器管壁外侧及蒸发器翅片霜层，使蒸发器外部霜层融化，制冷剂蒸汽发生冷凝液化；制冷剂液体流入单向阀的第四阀口，单向阀内部的单向阀芯打开，制冷剂液体从单向阀的第一阀口流出并进入第一毛细管，经第一毛细管节流后的低温低压制冷剂进入冷凝器，在冷凝器内汽化相变吸收外界环境热量，制冷剂吸热后汽化为气体并进入四通换向阀的第三阀口，然后从四通换向阀的第二阀口流出，经管路回流至压缩机，实现换向化霜过程。
8.根据权利要求7所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜方法，其特征在于，所述正向制冷过程中冷凝风机的冷凝风机正向旋转，所述换向化霜过程中冷凝风机的冷凝风机反向旋转。
9.根据权利要求7所述的一种用于冰箱、冷柜的变流量换向化霜方法，其特征在于，所述换向化霜过程中，当制冷剂液体流入单向阀的第四阀口时，单向阀内部的单向阀芯打开，单向阀内部导通，此时第二阀口与第三阀口端口压力相同，制冷剂液体不流经第二毛细管。
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