CN115900169A - 一种余热回收型风冷冰箱及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种余热回收型风冷冰箱及其控制方法，冰箱包括冰箱制冷系统、余热回收系统、化霜控制系统和控制器，冰箱制冷系统包括压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、流量调节阀、三介质换热器、节流装置、翅片蒸发器；余热回收系统包括三介质换热器、热回收管、循环泵；化霜控制系统包括流量调节阀、设置于翅片蒸发器下方的加热器、设置于冰箱间室的温度传感器和时间记录设备。本申请结合蒸汽压缩回热循环及余热回收蓄热技术，解决了传统冰箱制冷和除霜过程中，所存在压缩比偏大导致制冷效率较低和电加热除霜效率较低导致冰箱冷冻间室温升偏高的问题。
Description
技术领域
本申请涉及冰箱电加热除霜及蓄热技术领域，具体涉及一种余热回收型风冷冰箱及其控制方法。
背景技术
风冷式冰箱凭借可以自动除霜、制冷速度快、温度均匀性好等优势，已成为现阶段主要的冰箱类型。传统风冷式冰箱的除霜过程，电加热装置置于翅片蒸发器底部进行除霜，产生的热量通过热对流或热传导的方式，对翅片表面霜层进行加热，热量首先融化翅片蒸发器上翅片表面的霜层，再依次加热低温蒸发器的制冷管路。然后热量以对流方式，不断往上移动，直至将翅片蒸发器顶部的翅片上所有霜层融化完全。为此，为尽可能保证翅片蒸发器表面除霜完全，增加加热器的工作时间和加热功率，成为最直接、最简单的操作方法。
传统风冷冰箱的化霜方法存在如下缺点：1、热量传递依靠自然环境下的热辐射和热对流进行化霜，存在除霜不彻底；2、底部霜层较厚，易造成上下无法实现同步的化霜过程，加热时间较长；3、加热器工作时间长、功率高，周边箱胆和塑料部件存在安全隐患；4、除霜热量将底层翅片蒸发器的翅片上霜层融化后，同时除霜热量开始加热制冷管路，热量自下而上依次加热，大量除霜热，用于加热制冷管和融霜水，造成大量无效热，除霜效率低；5、加热器工作时间长、功率高对冰箱间室温度波动以及耗电量影响大。
与此同时，传统风冷式冰箱，在夏季或气温较高的环境内工作时，存在因压缩机压缩比较高，而导致的冷凝散热效率较低和制冷量较小的问题，制冷效率存在明显不足。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种余热回收型风冷冰箱及其控制方法。
为实现以上目的，本申请采用如下技术方案。
一种余热回收型风冷冰箱及其控制方法，包括：
冰箱制冷系统，包括压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、流量调节阀、三介质换热器、节流装置以及翅片蒸发器；
余热回收系统，包括三介质换热器、热回收管以及循环泵；其中，三介质换热器装有蓄热物质；
化霜控制系统，包括流量调节阀、设置于翅片蒸发器下方的加热器、以及设置于余热回收型风冷冰箱内的温度传感器和时间记录设备；和
控制器；
其中，压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、三介质换热器和节流装置依次连接；翅片蒸发器的一端与节流装置连接，另一端与三介质换热器连接；三介质换热器还与压缩机连接；流量调节阀的一端与连接第一冷凝器和第二冷凝器的管路连接，另一端与连接第二冷凝器和三介质换热器的管路连接；循环泵、翅片蒸发器和三介质换热器通过热回收管依次首尾相连形成循环；并且
其中，控制器根据温度传感器测得的温度值和所述时间记录设备记录的时间值来控制压缩机的启停、流量调节阀的开度和循环泵的启停。
温度传感器包括设置于冰箱翅片蒸发器上的化霜温度传感器、设置于三介质换热器表面的蓄热温度传感器、以及设置于冰箱间室内的间室温度传感器；
其中，当间室温度传感器测得的冰箱间室温度大于或等于第一预设温度时，开启压缩机；当冰箱间室温度小于或等于第二预设温度时，压缩机停止工作；所述压缩机的转子转速和/或频率随着所述冰箱间室温度值的增加而增加；其中，第一预设温度大于第二预设温度；
其中，当蓄热温度传感器测得的蓄热物质温度值小于或等于第三预设温度，流量调节阀开启；当蓄热温度传感器测得的蓄热物质温度值大于或等于第四预设温度，流量调节阀关闭；流量调节阀的开度随着蓄热物质温度值的降低而增大；其中，第三预设温度小于第四预设温度；并且
其中，当蓄热物质的温度值小于或等于第三预设温度且化霜温度传感器测得的温度值小于第五预设温度时，循环泵停止工作，并将加热器通电。
当压缩机累计工作时间大于等于设时间时，所述压缩机断电，所述循环泵通电对翅片蒸发器的制冷剂管路预热，并且将电源通电时间、压缩机累计工作时间、和冰箱开门累计时间清零。
热回收管以焊接或缠绕的方式，依附在翅片蒸发器的制冷剂管路上。
三介质换热器内还设置有蒸发盘管和冷凝盘管；蒸发盘管的蒸发进口与翅片蒸发器的工质出口连接，蒸发盘管的蒸发出口与压缩机的进口连接；冷凝盘管的冷凝进口与第二冷凝器的工质出口和流量调节阀连接，冷凝盘管的冷凝出口与节流装置的进口连接。
三介质换热器表面设置有保温材料。
本申请还提供如下的技术方案。
一种余热回收型风冷冰箱的控制方法，包括以下步骤：
S1、实时获取设置于冰箱翅片蒸发器上的化霜温度传感器测得的化霜温度值、设置于三介质换热器表面的蓄热温度传感器测得的蓄热物质的温度值、以及设置于冰箱间室内的间室温度传感器测得的冰箱间室温度值；
S2、如果冰箱间室温度值大于等于第一预设温度时，启动压缩机，开启制冷模式；
如果冰箱间室温度值小于等于第二预设温度时，关闭压缩机，制冷模式停止；其中，第一预设温度大于第二预设温度；
S3、如果蓄热物质的温度值小于等于第三预设温度，流量调节阀开启；
如果蓄热物质的温度值大于等于第四预设温度，流量调节阀关闭，并且流量调节阀的开度随着蓄热物质温度值的降低而增大；其中，第三预设温度小于第四预设温度；
S4、当压缩机累计工作时间大于或等于预设时间时，所述压缩机断电，所述循环泵通电，并对翅片蒸发器的制冷剂管路进行预热，并且将电源通电时间、压缩机累计工作时间、和冰箱开门累计时间清零；
S5、当所述蓄热物质的温度值小于或等于所述第三预设温度、且所述化霜温度值小于第五预设温度时，循环泵停止工作，并将加热器通电；以及
S6、当所述化霜温度值大于所述第五预设温度时，将所述加热器通电，所述压缩机启动。
本申请与现有技术相比的有益效果是：结合蒸汽压缩回热循环及余热回收蓄热技术，解决了传统冰箱制冷和除霜过程中，所存在压缩比偏大导致制冷效率较低和电加热除霜效率较低的问题，利用三介质换热器巧妙的实现了制冷循环的回热过程，增加了翅片蒸发器的单位制冷量，提高了压缩机进气口工质焓值；热回收管的使用，提高了制冷过程的蒸发器的换热效率，同时对除霜过程的蒸发器制冷剂管进行预热，大大提高了冰箱的除霜效率，有效抑制了除霜过程中冰箱间室的温度回升，解决了传统冰箱制冷和除霜过程中，所存在压缩比偏大导致制冷效率较低和电加热除霜效率较低导致冰箱冷冻间室温升偏高的问题。
附图说明
图1为本申请的原理图。
图2为本申请的冷凝盘管结构示意图。
图3为本申请的蒸发盘管结构示意图。
图4为本申请的三介质换热器的主视图。
图5为本申请的三介质换热器的俯视图。
图6为本申请的热回收管与翅片的结构示意图。
附图标记：101-压缩机；102-第一冷凝器；103-第二冷凝器；104-流量调节阀；105-三介质换热器；106-节流装置；107-翅片蒸发器；108-热回收管；109-循环泵；201-冷凝进口；202-冷凝出口；111-冷凝盘管；203-蒸发进口；204-蒸发出口；110-蒸发盘管；112-蓄热物质；205-热回收管进口；206-热回收管出口；207-翅片；208-制冷剂工质管。
具体实施方式
为了对本申请的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面结合附图和具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本申请所保护的范围。
如图1所示，本申请提供了一种余热回收型风冷冰箱，包括冰箱制冷系统、余热回收系统、化霜控制系统组成和控制器，冰箱制冷系统包括压缩机101、第一冷凝器102、第二冷凝器103、流量调节阀104、三介质换热器105、节流装置106、翅片蒸发器107；余热回收系统包括三介质换热器105、热回收管108、循环泵109；化霜控制系统包括流量调节阀104以及置于冰箱间室内的温度传感器和时间记录设备。
压缩机101、第一冷凝器102、第二冷凝器103、三介质换热器105和节流装置106依次连接；翅片蒸发器107的一端与节流装置106连接，另一端与三介质换热器105连接；三介质换热器105还与压缩机101连接；流量调节阀104的一端与连接第一冷凝器102和第二冷凝器103的管路连接，另一端与连接第二冷凝器103和三介质换热器105的管路连接；循环泵109、翅片蒸发器107和三介质换热器105通过热回收管108依次首尾相连形成循环。
在本申请的一个具体的实施例中，节流装置106为热力膨胀阀、毛细管阀或电子膨胀阀的任意一种或两种。
冰箱制冷系统，压缩机101出口制冷工质经第一冷凝器102冷凝放热后分两路，一路经第二冷凝器103继续冷凝降温，与经流量调节阀104后的另一路工质混合，一并进入三介质换热器105内过冷降温；过冷降温后的工质，经节流装置106降压节流后，进入翅片蒸发器107内吸热蒸发，工质流经三介质换热器105吸热升温后，进入压缩机101；翅片蒸发器107作为冰箱冷源，在风机驱动下对冰箱间室降温；三介质换热器105内装有蓄热物质112，经第二冷凝器103的工质与来自流量调节阀104的工质混合，经冷凝进口201进入三介质换热器105的冷凝盘管111内，将热量传递给蓄热物质112降温放热，由冷凝出口202流出；翅片蒸发器107出口工质由蒸发进口203进入三介质换热器105的蒸发盘管110内来自蓄热物质112热量而后升温，由蒸发出口204流出。
冰箱的运行模式包括：制冷模式、制冷管预热模式和加热器工作模式。
上述余热回收型风冷冰箱的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、实时获取设置于冰箱翅片蒸发器上的化霜温度传感器测得的化霜温度值、设置于三介质换热器表面的蓄热温度传感器测得的蓄热物质的温度值、以及设置于冰箱间室内的间室温度传感器测得的冰箱间室温度值。
化霜控制系统实时获取温度传感器的温度值。
温度传感器包括：
设置于冰箱翅片蒸发器107上并用于测量化霜温度值的化霜温度传感器、设置于三介质换热器105表面并用于测量蓄热物质112的温度以及设置于冰箱间室内的间室温度传感器。根据温度值与预设温度值之间的大小关系，控制冰箱运行模式及流量调节阀104开度。
S2、如果冰箱间室温度值大于等于第一预设温度时，启动压缩机，开启制冷模式；压缩机101的转子转速和/或频率随着冰箱间室温度值的增加而增加。
如果冰箱间室温度值小于等于第二预设温度时，关闭压缩机，制冷模式停止。
第一预设温度与第二预设温度分别为冰箱间室温度的上限值和下限值，第一预设温度大于第二预设温度。
本实施例中，对于多间室风冷冰箱，压缩机的启停与各间室传感器温度有关；以单门冷冻式风冷冰箱为例，冰箱控制面板冷冻室-24℃、环境温度25℃：此时：第一预设温度-20℃；第二预设温度-26℃。
根据冰箱间室温度与预设温度值的大小关系，控制风冷冰箱的运行模式。
冰箱制冷模式开启后，压缩机101出口高温高压工质，经第一冷凝器102放热冷凝后，一路经第二冷凝器103继续冷凝降温，与来自流量调节阀104另一路工质混合，一并进入三介质换热器105的冷凝盘管111内，将热量传输给蓄热物质110，蓄热物质110吸热升温；翅片蒸发器107出口工质进入三介质换热器105内的蒸发盘管110内吸收蓄热物质112的热量。
制冷模式中可以增加翅片蒸发器107肋片传热效率。S3、如果蓄热物质的温度值小于等于第三预设温度，流量调节阀开启；
如果蓄热物质的温度值大于或等于第四预设温度，流量调节阀关闭，并且流量调节阀的开度随着蓄热物质温度值的降低而增大。
第三预设温度和第四预设温度分别为三介质换热器105内蓄热物质112的温度下限值和上限值，第三预设温度小于第四预设温度。本实施例中，风冷冰箱的冷凝温度30℃，此时：第三预设温度5℃；第四预设温度25℃。
三介质换热器105表面设置保温材料及蓄热温度传感器，蓄热温度传感器将温度信号传输给冰箱控制面板后，控制流量调节阀104的开度，进而控制三介质换热器105内的蓄热物质112的温度。流量调节阀104的开度随着蓄热物质112温度值的降低而增大。
S4、冰箱除霜控制系统中，当压缩机101累计工作时间大于或等于预设时间时，压缩机101断电，循环泵109通电，并对翅片蒸发器107的制冷剂管路208进行预热，开启制冷管预热模式，且将电源通电时间、压缩机累计工作时间、开门累计时间清零。
本实施例中，设定第五预设温度3℃。
传统风冷冰箱的除霜过程中，置于翅片蒸发器底部的电加热器通电，热量以对流和辐射方式，从翅片蒸发器底部开始化霜，从下至上，直到翅片蒸发器表面霜层完全去除；此化霜过程存在不均，或许底部霜层尚有余霜而此时顶部霜层融化完全。为此，由于化霜不均严重，设定第五预设温度5～8℃，来确保翅片蒸发器表面化霜完全。
本申请创新之处在于：热回收管的使用，以导热方式将热量传递给霜层，霜层出现大部分融化或脱落；当循环泵断电，加热器通电后，少量的霜层或脱落的霜层促使除霜效率大幅提高，除霜时间缩短。为此，本发明设定第五预设温度3℃左右足以化霜完全。
因此，第五预设温度降低，间接降低了除霜过程，冰箱间室温度升高。
第五预设温度为置于冰箱风道内翅片蒸发器上化霜传感器温度上限值。
预设时间与压缩机的累计运行时间、冰箱累计开门时间以及环境温度有关，具体如下：
假定预设时间：t；
压缩机累计工作时间：tcom，每次化霜完成后清零；
冰箱开门累计工作时间：tdoor，每次化霜完成后清零；
t＝tcom+tdoor*k；
k为与环境温度相关的系数。
S5、当所述蓄热物质112的温度值小于或等于所述第三预设温度、且所述化霜温度值小于第五预设温度时，循环泵109停止工作，并将加热器通电。
S6、当所述化霜温度值大于所述第五预设温度时，化霜过程结束，将加热器通电，并启动压缩机101。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
本申请并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本申请的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本申请的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本申请的保护范围之内。
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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的。不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种余热回收型风冷冰箱，其特征是，包括：
冰箱制冷系统，包括压缩机(101)、第一冷凝器(102)、第二冷凝器(103)、流量调节阀(104)、三介质换热器(105)、节流装置(106)以及翅片蒸发器(107)；
余热回收系统，包括三介质换热器(105)、热回收管(108)以及循环泵(109)；其中，所述三介质换热器(105)装有蓄热物质(112)；
化霜控制系统，包括流量调节阀(104)、设置于所述翅片蒸发器(107)下方的加热器、设置于所述余热回收型风冷冰箱内的温度传感器和时间记录设备；和
控制器；
其中，所述压缩机(101)、所述第一冷凝器(102)、所述第二冷凝器(103)、所述三介质换热器(105)和所述节流装置(106)依次连接；所述翅片蒸发器(107)的一端与所述节流装置(106)连接，另一端与所述三介质换热器(105)连接；所述三介质换热器(105)还与所述压缩机(101)连接；所述流量调节阀(104)的一端与连接所述第一冷凝器(102)和所述第二冷凝器(103)的管路连接，另一端与连接所述第二冷凝器(103)和所述三介质换热器(105)的管路连接；所述循环泵(109)、所述翅片蒸发器(107)和所述三介质换热器(105)通过所述热回收管(108)依次首尾相连形成循环；并且
其中，所述控制器根据所述温度传感器测得的温度值和所述时间记录设备记录的时间值来控制所述压缩机(101)的启停、所述流量调节阀(104)的开度和所述循环泵(109)的启停。
2.根据权利要求1所述的余热回收型风冷冰箱，其特征是，所述温度传感器包括设置于冰箱翅片蒸发器(107)上的化霜温度传感器、设置于所述三介质换热器(105)表面的蓄热温度传感器、以及设置于冰箱间室内的间室温度传感器；
其中，当所述间室温度传感器测得的冰箱间室温度值大于或等于第一预设温度时，开启所述压缩机(101)；当所述冰箱间室温度小于或等于第二预设温度时，所述压缩机(101)停止工作；所述压缩机(101)的转子转速和/或频率随着所述冰箱间室温度值的增加而增加；其中，所述第一预设温度大于所述第二预设温度；
其中，当所述蓄热温度传感器测得的蓄热物质温度值小于或等于第三预设温度，所述流量调节阀(104)开启；当所述蓄热温度传感器测得的蓄热物质温度值大于或等于第四预设温度，所述流量调节阀(104)关闭；所述流量调节阀(104)的开度随着所述蓄热物质温度值的降低而增大；其中，所述第三预设温度小于所述第四预设温度；
其中，当所述蓄热物质(112)的温度值小于或等于所述第三预设温度且所述化霜温度传感器测得的温度值小于第五预设温度时，所述循环泵(109)停止工作，并将所述加热器通电；并且
其中，当所述化霜温度值大于所述第五预设温度时，将所述加热器通电，所述压缩机(101)启动。
3.根据权利要求1所述的余热回收型风冷冰箱，其特征是，当压缩机累计工作时间大于或等于预设时间时，所述压缩机(101)断电，所述循环泵(109)通电，并对翅片蒸发器(107)的制冷剂管路(208)进行预热，并且将电源通电时间、压缩机累计工作时间、和冰箱开门累计时间清零。
4.根据权利要求1所述的余热回收型风冷冰箱，其特征是，所述热回收管(108)以焊接或缠绕的方式，依附在翅片蒸发器(107)的制冷剂管路(208)上。
5.根据权利要求1所述的余热回收型风冷冰箱，其特征是，所述三介质换热器(105)内还设置有蒸发盘管(110)和冷凝盘管(111)；所述蒸发盘管(110)的蒸发进口(203)与所述翅片蒸发器(107)的工质出口连接，所述蒸发盘管(110)的蒸发出口(204)与所述压缩机(101)的进口连接；所述冷凝盘管(111)的冷凝进口(201)与所述第二冷凝器(103)的工质出口和所述流量调节阀(104)连接，所述冷凝盘管(111)的冷凝出口(202)与所述节流装置(106)的进口连接。
6.根据权利要求1所述的余热回收型风冷冰箱，其特征是，所述三介质换热器(105)表面设置有保温材料。
7.一种余热回收型风冷冰箱的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、实时获取设置于冰箱翅片蒸发器(107)上的化霜温度传感器测得的化霜温度值、设置于三介质换热器(105)表面的蓄热温度传感器测得的蓄热物质(112)的温度值、以及设置于冰箱间室内的间室温度传感器测得的冰箱间室温度值；
S2、如果冰箱间室温度值大于或等于第一预设温度时，启动压缩机(101)，开启制冷模式；
如果冰箱间室温度值小于或等于第二预设温度时，关闭所述压缩机(101)，制冷模式停止；其中，所述第一预设温度大于所述第二预设温度；
S3、如果蓄热物质(112)的温度值小于或等于第三预设温度，流量调节阀(104)开启；
如果所述蓄热物质(112)的温度值大于或等于第四预设温度，所述流量调节阀(104)关闭，并且所述流量调节阀(104)的开度随着所述蓄热物质温度值的降低而增大；其中，所述第三预设温度小于所述第四预设温度；
S4、当压缩机累计工作时间大于或等于预设时间时，所述压缩机(101)断电，所述循环泵(109)通电，并对翅片蒸发器(107)的制冷剂管路(208)进行预热，并且将电源通电时间、压缩机累计工作时间、和冰箱开门累计时间清零；
S5、当所述蓄热物质(112)的温度值小于或等于所述第三预设温度、且所述化霜温度值小于第五预设温度时，循环泵(109)停止工作，并将加热器通电；以及
S6、当所述化霜温度值大于所述第五预设温度时，将所述加热器通电，所述压缩机(101)启动。
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