CN113865203A - 制冷系统、化霜控制方法以及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制冷系统、化霜控制方法以及制冷设备，制冷系统包括：形成制冷循环回路的压缩机、冷凝器以及蒸发器组，蒸发器组由至少两个并联设置的蒸发器构成。制冷系统还包括：与压缩机以及蒸发器组形成回热化霜回路的回热器，回热器的第一换热管路连接在制冷循环回路中，冷凝器流出的冷媒能够经过回热器的第一换热管路送到蒸发器；回热器的第二换热管路连接在回热化霜回路中，蒸发器化霜后流出的冷媒能够经过回热器的第二换热管路送回压缩机；每个蒸发器可独立切换接入制冷循环回路或回热化霜回路。本发明在提高冷媒过冷度的同时确保化霜正常进行，避免“液击”现象和保证化霜冷凝后的冷媒液体正常流动循环。

Description

制冷系统、化霜控制方法以及制冷设备

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及制冷系统、化霜控制方法以及制冷设备。

背景技术

冷库是常见的制冷设备，在大型工业冷库制冷系统中，结霜是一种非常普遍的现象。一般认为，当空气流过蒸发器表面且蒸发器表面温度低于0℃，蒸发器就会有表面结霜现象的产生。由于形成的霜层导热率低，降低了蒸发器的换热性能，不仅增加能耗也会一定程度导致吸气带液。

传统技术通常采用热氟融霜对低温冷库的结霜蒸发器进行融霜，热氟融霜需要有充足的热源—气态高压高温冷媒，经过压缩机排气管分流不断地进入蒸发器，从而融化霜层。冷媒化霜完成后有以下两种处理方式：

1、当冷媒化霜完冷凝成液体后，该冷媒液体被直接提供给其他蒸发器进行蒸发制冷，蒸发器融霜产生的冷媒液体由于冷凝不完全等因素，可能导致气液混合物的存在，使得冷媒流动不畅，融霜结束后蒸发器有可能存液，当该蒸发器恢复制冷时，有可能对压缩机产生“液击”现象；

2、当冷媒化霜完冷凝成液体后，该液体不直接供给其他蒸发器，直接进入高压储液器，虽能避免化霜完的液体和高压直接供液混合造成的不良影响，但由于化霜压力通常小于正常制冷冷凝压力，导致排液无法正常全部进入高压储液器中。

因此，如何克服现有热氟融霜方法的不足、实现制冷与融霜同步运行是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有热氟融霜技术存在的上述缺陷，本发明提出制冷系统、化霜控制方法以及制冷设备，该制冷系统将化霜后发生相变的冷媒液体导入回热器与制冷工况下的冷媒进行热交换，在提高冷媒过冷度的同时确保化霜正常进行，避免“液击”现象和保证化霜冷凝后的冷媒液体正常流动循环。

本发明采用的技术方案是，设计制冷系统，包括：形成制冷循环回路的压缩机、冷凝器以及蒸发器组，蒸发器组由至少两个并联设置的蒸发器构成。

制冷系统还包括：与压缩机以及蒸发器组形成回热化霜回路的回热器，回热器的第一换热管路连接在制冷循环回路中，冷凝器流出的冷媒能够经过回热器的第一换热管路送到蒸发器；回热器的第二换热管路连接在回热化霜回路中，蒸发器化霜后流出的冷媒能够经过回热器的第二换热管路送回压缩机；每个蒸发器可独立切换接入制冷循环回路或回热化霜回路。

进一步的，回热器的第一换热管路通过供液集管连接所述蒸发器组的制冷进口端，蒸发器组的制冷出口端通过融霜集管连接压缩机的排气口；回热器的第二换热管路通过回液集管连接蒸发器组的制冷进口端，蒸发器组的制冷出口端通过回气集管连接压缩机的吸气口。其中，供液集管、回液集管、融霜集管以及回气集管均设有与各个蒸发器一一对应连接的分液口，每个分液口安装有独立工作的阀件。

进一步的，每个蒸发器的制冷进口端均通过两个并联的支路与供液集管和所述回液集管连接，一支路安装有制冷节流装置和切换阀，另一支路安装有单向阀，切换阀在蒸发器接入制冷循环回路时被打开，单向阀仅允许冷媒流出蒸发器的制冷进口端。

进一步的，回热器的第二换热管路进口安装有回热节流装置和回热控制阀，回热控制阀在所有蒸发器均接入制冷循环回路时保持关闭。

进一步的，每个蒸发器均单独安装有电加热装置。

本发明还提出了上述制冷系统的化霜控制方法，包括：

判断接在制冷循环回路中的制冷蒸发器是否达到化霜开启条件；

若是，则将达到化霜开启条件的制冷蒸发器作为待定蒸发器，判断所有待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值，若是，则按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式，若否，则开启所有待定蒸发器进入回热化霜模式。

进一步的，按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式包括：

根据制冷量的大小对待定蒸发器进行排序；

由小至大依次将待定蒸发器的制冷量进行叠加得到校验制冷量，每次叠加后计算当前校验制冷量与制冷系统的总制冷量的校验比值；

选择处于设定值之下且最接近设定值的校验比值，根据该校验比值的校验制冷量开启对应的待定蒸发器进入回热化霜模式。

进一步的，化霜控制方法还包括：

当所有待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值超过设定值时，先筛选出所有待定蒸发器中的最小制冷量；

判断最小制冷量与制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值；

若是，则开启所有待定蒸发器进入电热化霜模式，待定蒸发器在进入电热化霜模式时其对应的电加热装置被打开；

若否，则按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式，待定蒸发器在进入回热化霜模式时被接入回热化霜回路。

进一步的，化霜控制方法还包括：

按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

判断是否有待定蒸发器达到化霜结束条件；

若是，则待定蒸发器恢复为制冷蒸发器重新接入制冷循环回路，返回判断剩余待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值。

进一步的，化霜控制方法还包括：开启所有待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

判断是否有待定蒸发器达到化霜结束条件；

若是，则将待定蒸发器作为制冷蒸发器重新接入制冷循环回路，判断是否所有待定蒸发器均接入制冷循环回路，若是，则返回判断接在制冷循环回路中的制冷蒸发器是否达到化霜开启条件。

进一步的，待定蒸发器的制冷量为该待定蒸发器的进出口焓差与冷媒质量流量的乘积，制冷系统的总制冷量为该制冷系统的进出口焓差与总冷媒质量流量的乘积。

本发明还提出了制冷设备，包括：制冷系统和控制所述制冷系统运行状态的控制器，该控制器执行上述的化霜控制方法。

在一实施例中，制冷设备为冷库。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在制冷系统中设计回热器，将化霜后发生相变的冷媒液体导入回热器与冷凝器流出的冷媒进行热交换，实现化霜与制冷同步进行，在提高冷媒过冷度的同时确保化霜正常进行，避免“液击”现象和保证化霜冷凝后的冷媒液体正常流动循环；

2、设计供液集管、融霜集管、回液集管以及回气集管，每个集管配置有与蒸发器数量相同的分液口，实现各个蒸发器的独立控制且确保冷媒均衡分配；

3、根据达到化霜开启条件的待定蒸发器的制冷量与制冷系统的总制冷量之间的大小关系，调整不同的化霜策略，化霜过程连续快速的同时保证冷库温度平稳，提升冷库的使用效果。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明中制冷系统的连接示意图；

图2是本发明中制冷循环回路的冷媒流向图；

图3是本发明中回热化霜回路的冷媒流向图；

图4是本发明中化霜控制方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出制冷系统适用于制冷设备，尤其是冷库等。制冷系统包括：压缩机1、冷凝器3、回热器4以及蒸发器组5等，蒸发器组5由至少两个并联设置的蒸发器构成，蒸发器可以安装在不同的房间中。压缩机1、冷凝器3以及蒸发器组5连接形成制冷循环回路，压缩机1、蒸发器组5以及回热器4连接形成回热化霜回路，压缩机1的排气口连接有油分离器2，吸气口连接有气液分离器6，排气口排出的冷媒经过油分离器2之后进入冷凝器3或蒸发器组5，进入吸气口的冷媒均经过气液分离器6分离。

回热器4的第一换热管路连接在制冷循环回路中，冷凝器3流出的冷媒能够经过回热器4的第一换热管路送到蒸发器，回热器4的第二换热管路连接在回热化霜回路中，蒸发器化霜后流出的冷媒能够经过回热器4的第二换热管路送回压缩机1，每个蒸发器可独立切换接入制冷循环回路或回热化霜回路，制冷循环回路和回热化霜回路的冷媒通过回热器4进行热交换，第二换热管路的冷媒吸收第一换热管路的冷媒的热量，提高第一换热管路流出冷媒的过冷度，同时确保化霜正常进行。

以下详细说明制冷系统的连接结构，蒸发器组5的两端分别是制冷进口端和制冷出口端，由于蒸发器在回热化霜回路或者制冷循环回路的冷媒流向相反，因此蒸发器组5的制冷进口端实际上是化霜出口端、制冷出口端实际上是化霜进口端。

回热器4的第一换热管路通过供液集管7连接蒸发器组5的制冷进口端，蒸发器组5的制冷出口端通过融霜集管9连接压缩机1的排气口，回热器4的第二换热管路通过回液集管8连接蒸发器组5的制冷进口端，蒸发器组5的制冷出口端通过回气集管10连接压缩机1的吸气口。每个集管上与蒸发器组5连接的端部设有若干个与蒸发器数量相同的分液口，分液口与各个蒸发器一一对应连接，每个分液口安装有独立工作的阀件。具体来说，供液集管7的各个分液口安装有供液电磁阀，回液集管8的各个分液口安装有回液电磁阀，融霜集管9的各个分液口安装有融霜电磁阀，回气集管10的各个分液口安装有回气电磁阀，通过阀件和分液口实现各个蒸发器的独立控制，并且保证冷媒能够均衡分配。

每个蒸发器的制冷进口端均通过两个并联的支路与供液集管7和回液集管8连接，一支路安装有制冷节流装置和切换阀，另一支路安装有单向阀，切换阀在蒸发器接入制冷循环回路时被打开，单向阀仅允许冷媒流出蒸发器的制冷进口端。回热器4的第二换热管路进口安装有回热节流装置和回热控制阀11，回热控制阀11在所有蒸发器均接入制冷循环回路时保持关闭，回热控制阀11在有蒸发器接入回热化霜回路时被打开，将化霜后发生相变的冷媒液体经过回流节流装置进行节流降压，导入回热器4与冷凝器3流出的冷媒进行热交换，实现融霜与制冷工况同步进行，保证化霜过程的连续快速，同时其他蒸发器制冷正常运行，避免“液击”现象。

如图1所示，以蒸发器组由四个蒸发器5-1~5-4构成为例，该四个蒸发器的供液电磁阀从左至右分别是7-1~7-4、回液电磁阀从左至右分别是8-1~8-4、融霜电磁阀从左至右分别是9-1~9-4、回气电磁阀从右至左分别是10-1~10-4，制冷系统的工作流程如下。

如图2所示，所有蒸发器均处于制冷模式，供液电磁阀7-1~7-4打开，回液电磁阀8-1~8-4关闭，融霜电磁阀9-1~9-4关闭，回气电磁阀10-1~10-4打开。冷媒流向为：高温高压气态冷媒→油分离器→冷凝器→回热器→供液集管→供液电磁阀→制冷节流装置→蒸发器→回气集管→气液分离器 →压缩机的吸气口。

如图3所示，部分蒸发器进入回热化霜模式、另一部分蒸发器处于制冷模式，以蒸发器5-1化霜且蒸发5-2、5-3、5-4制冷为例：融霜电磁阀9-1打开，融霜电磁阀9-2、9-3、9-4关闭；供液电磁阀7-1关闭，供液电磁阀7-2、7-3、7-4打开；回液电磁阀8-1打开，回液电磁阀8-2、8-3、8-4关闭。制冷模式的冷媒流向为：高温高压气态冷媒→油分离器→冷凝器→回热器→供液集管→供液电磁阀→制冷节流装置→蒸发器→回气集管→气液分离器→压缩机的吸气口；回热化霜模式的冷媒流向为：高温高压气态冷媒→油分离器→融霜集管→融霜电磁阀→蒸发器→单向阀→回液电磁阀→回热控制阀→回热节流装置→回热器→气液分离器→压缩机的吸气口。

进一步的，为加快蒸发器的化霜效率，每个蒸发器均单独安装有电加热装置，当蒸发器组结霜情况严重时通过电加热装置对蒸发器加热进行化霜，蒸发器能在较短时间内完成化霜，保证制冷系统能满足任何情况下的化霜要求。

如图3所示，本发明还提出了上述制冷系统的化霜控制方法，包括：

判断室内温度是否降至需求温度，将温度降至需求温度的房间的蒸发器对应支路上的供液电磁阀关闭、回气电磁阀关闭、回液电磁阀关闭、融霜电磁阀关闭，将温度高于需求温度的房间的蒸发器对应支路上的供液电磁阀打开、回液电磁阀关闭、融霜电磁阀关闭、回气电磁阀打开；

判断接在制冷循环回路中的制冷蒸发器是否达到化霜开启条件；

若是，则将达到化霜开启条件的制冷蒸发器作为待定蒸发器，判断所有待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值，若是，则按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式，若否，则开启所有待定蒸发器进入回热化霜模式；

若否，则返回判断制冷蒸发器是否达到化霜开启条件。

该化霜控制方法是根据达到化霜开启条件的待定蒸发器的制冷量与制冷系统的总制冷量之间的大小关系，调整不同的化霜策略，化霜过程连续快速的同时保证冷库温度平稳，提升冷库的使用效果。

需要指出的是，待定蒸发器的制冷量为该待定蒸发器的进出口焓差与冷媒质量流量的乘积，制冷系统的总制冷量为该制冷系统的进出口焓差与总冷媒质量流量的乘积。实际应用时，在各个蒸发器的进口或出口安装流量检测装置，通过流量检测装置检测蒸发器的冷媒质量流量，各个蒸发器的进口和出口安装温度传感器和压力传感器，通过温度传感器和压力传感器的检测数据获取该蒸发器的进出口焓差。在压缩机的排气口或吸气口安装流量检测装置，通过流量检测装置检测制冷系统的总冷媒质量流量，压缩机的排气口和吸气口安装温度传感器和压力传感器，通过温度传感器和压力传感器的检测数据获取该制冷系统的进出口焓差。当然，流量检测装置的安装方式可以根据具体情况设计，制冷量也可以采用其他参数反映或者采用其他设备检测，本发明对此不作限制。

在一些实施例中，按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式的实施过程如下：

根据制冷量的大小对待定蒸发器进行排序；

由小至大依次将待定蒸发器的制冷量进行叠加得到校验制冷量，每次叠加后计算当前校验制冷量与制冷系统的总制冷量的校验比值；

选择处于设定值之下且最接近设定值的校验比值，根据该校验比值的校验制冷量开启对应的待定蒸发器进入回热化霜模式。

设定值可以根据制冷系统的实际情况设计，一般来说，设定值的取值在0至30%之间，当设定值取值为四分之一时为最佳，在此比例下选择待定蒸发器进入回热化霜模式，既能够最大程度提高化霜速度，又能够使冷库的温度保持平稳。

上述化霜控制方法中做出化霜策略后，不同的化霜策略有对应的化霜退出执行流程。

第一种是按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式的化霜退出执行流程：

待定蒸发器进入回热化霜模式之后，该待定蒸发器的融霜电磁阀打开、供液电磁阀关闭、回气电磁阀关闭、回液电磁阀打开，回热器的回热电磁阀打开；

判断是否有待定蒸发器达到化霜结束条件；

若是，则待定蒸发器恢复为制冷蒸发器重新接入制冷循环回路，该制冷蒸发器的融霜电磁阀关闭、供液电磁阀打开、回气电磁阀打开、回液电磁阀关闭，返回判断剩余待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值。

第二种是开启所有待定蒸发器进入回热化霜模式的化霜退出执行流程：

待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

判断是否有待定蒸发器达到化霜结束条件；

若是，则将待定蒸发器作为制冷蒸发器重新接入制冷循环回路，判断是否所有待定蒸发器均接入制冷循环回路，若是，则返回判断制冷蒸发器是否达到化霜开启条件。

应当理解的是，在化霜控制方法中，随着待定蒸发器逐步完成化霜，剩余待定蒸发器的数量越来越少，最后剩余的所有待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值必然会小于等于设定值，此时开启最后剩余的所有待定蒸发器进入回热化霜模式，执行上述第二种化霜退出执行流程。

在一些实施例中，化霜控制方法还包括：

当所有待定蒸发器的制冷量之和与制冷系统的总制冷量的比值超过设定值时，先筛选出所有待定蒸发器中的最小制冷量；

判断最小制冷量与制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值；

若是，则说明蒸发器组的结霜情况严重，开启所有待定蒸发器进入电热化霜模式，待定蒸发器在进入电热化霜模式时其对应的电加热装置被打开，通过电加热装置加热使蒸发器快速化霜，缩短化霜时间，能满足任何情况下的化霜要求；

若否，则说明蒸发器组的结霜情况一般，按照设定逻辑选择部分待定蒸发器进入回热化霜模式，待定蒸发器在进入回热化霜模式时被接入回热化霜回路，通过制冷系统自身的高温冷媒给蒸发器化霜，减少化霜带来的电能消耗，节能环保的同时保证制冷系统的正常供冷。

需要指出的是，上文中出现的化霜开启条件和化霜结束条件可以采用现有判断条件，比如以蒸发器制冷运行的持续时间作为化霜开启条件，以回热化霜运行的持续时间作为化霜退出条件，也可以检测蒸发器的管温等参数是否达到对应的目标温度作为判断条件，本发明对此不作限制。

本发明还提出了制冷设备，包括：制冷系统和控制制冷系统运行状态的控制器，该控制器执行上述的化霜控制方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.制冷系统，包括：形成制冷循环回路的压缩机、冷凝器以及蒸发器组，所述蒸发器组由至少两个并联设置的蒸发器构成，其特征在于，还包括：与所述压缩机以及所述蒸发器组形成回热化霜回路的回热器；

所述回热器的第一换热管路连接在制冷循环回路中，所述冷凝器流出的冷媒能够经过所述回热器的第一换热管路送到所述蒸发器；

所述回热器的第二换热管路连接在所述回热化霜回路中，所述蒸发器化霜后流出的冷媒能够经过所述回热器的第二换热管路送回所述压缩机；

每个所述蒸发器可独立切换接入所述制冷循环回路或所述回热化霜回路。

2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述回热器的第一换热管路通过供液集管连接所述蒸发器组的制冷进口端，所述蒸发器组的制冷出口端通过融霜集管连接所述压缩机的排气口；所述回热器的第二换热管路通过回液集管连接所述蒸发器组的制冷进口端，所述蒸发器组的制冷出口端通过回气集管连接所述压缩机的吸气口；

所述供液集管、回液集管、融霜集管以及回气集管均设有与各个所述蒸发器一一对应连接的分液口，每个分液口安装有独立工作的阀件。

3.根据权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，每个所述蒸发器的制冷进口端均通过两个并联的支路与所述供液集管和所述回液集管连接，一支路安装有制冷节流装置和切换阀，另一支路安装有单向阀，所述切换阀在所述蒸发器接入所述制冷循环回路时被打开，所述单向阀仅允许冷媒流出所述蒸发器的制冷进口端。

4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述回热器的第二换热管路进口安装有回热节流装置和回热控制阀，所述回热控制阀在所有所述蒸发器均接入所述制冷循环回路时保持关闭。

5.根据权利要求1至4任一项所述的制冷系统，其特征在于，每个所述蒸发器均单独安装有电加热装置。

6.制冷系统的化霜控制方法，所述制冷系统采用权利要求1至5任一项所述的制冷系统，其特征在于，所述化霜控制方法包括：

判断接在所述制冷循环回路中的制冷蒸发器是否达到化霜开启条件；

若是，则将达到化霜开启条件的制冷蒸发器作为待定蒸发器，判断所有所述待定蒸发器的制冷量之和与所述制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值，若是，则按照设定逻辑选择部分所述待定蒸发器进入回热化霜模式，若否，则开启所有所述待定蒸发器进入回热化霜模式。

7.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，按照设定逻辑选择部分所述待定蒸发器进入回热化霜模式包括：

根据制冷量的大小对所述待定蒸发器进行排序；

由小至大依次将所述待定蒸发器的制冷量进行叠加得到校验制冷量，每次叠加后计算当前校验制冷量与所述制冷系统的总制冷量的校验比值；

选择处于所述设定值之下且最接近所述设定值的校验比值，根据该校验比值的校验制冷量开启对应的待定蒸发器进入回热化霜模式。

8.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，还包括：

当所有所述待定蒸发器的制冷量之和与所述制冷系统的总制冷量的比值超过设定值时，先筛选出所有所述待定蒸发器中的最小制冷量；

判断所述最小制冷量与所述制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值；

若是，则开启所有所述待定蒸发器进入电热化霜模式；

若否，则按照设定逻辑选择部分所述待定蒸发器进入回热化霜模式。

9.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，还包括：

按照设定逻辑选择部分所述待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

判断是否有所述待定蒸发器达到化霜结束条件；

若是，则所述待定蒸发器恢复为制冷蒸发器重新接入所述制冷循环回路，返回判断剩余待定蒸发器的制冷量之和与所述制冷系统的总制冷量的比值是否超过设定值。

10.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，还包括：开启所有所述待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

所述待定蒸发器进入回热化霜模式之后；

判断是否有所述待定蒸发器达到化霜结束条件；

若是，则将所述待定蒸发器作为制冷蒸发器重新接入所述制冷循环回路，判断是否所有待定蒸发器均接入所述制冷循环回路，若是，则返回判断接在所述制冷循环回路中的制冷蒸发器是否达到化霜开启条件。

11.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，所述待定蒸发器在进入回热化霜模式时被接入所述回热化霜回路，所述待定蒸发器在进入电热化霜模式时其对应的电加热装置被打开。

12.根据权利要求6所述的化霜控制方法，其特征在于，所述待定蒸发器的制冷量为该待定蒸发器的进出口焓差与冷媒质量流量的乘积，所述制冷系统的总制冷量为该制冷系统的进出口焓差与总冷媒质量流量的乘积。

13.制冷设备，包括：制冷系统和控制所述制冷系统运行状态的控制器，其特征在于，所述控制器执行权利要求6至12任一项所述的化霜控制方法。

14.根据权利要求13所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备为冷库。

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