CN1182353C - 一种双温蒸汽压缩式制冷系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法，它包括两个子循环系统控制器和环境温度传感器，子循环系统由压缩机冷凝器蒸发器和节流元件等部件组成，不同子循环系统选用的压缩机具有不同的压力比，子循环系统之间通过受控电磁阀选通或关闭来实现跨循环运行；除了传统的控制方式外，增加了环境温度为新的控制参数，根据外界环境温度的变化或用户的要求，通过控制器对各个电磁阀选通控制，使得不同节流能力的毛细管分别工作，从而实现分温区多循环(同时冷冻冷藏单独冷冻和单独冷藏等)多个制冷流程。本发明具有运行节能功能扩展的特点，适应气候条件的变化或者用户使用特点，减少上述制冷系统全年的运行能耗。
Description
技术领域
本发明属于制冷机械技术领域，涉及一种蒸气压缩式制冷系统及其控制方法，特别涉及一种如电冰箱、电冰柜等带有保温层的双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法。
背景技术
目前，小型开停式蒸气压缩制冷装置采用单根毛细管作为节流元件，其循环流程图如图1所示，它包括压缩机101、冷凝器102、干燥过滤器103、毛细管104、低温蒸发器105、高温蒸发器106。这类装置多是全年全天候工作，其热负荷变化较大。以电冰箱为例，目前只粗略地分为温带型、亚热带型、热带型等，并按照最恶劣的工况设计、生产，没有综合考虑季节变化、昼夜温差。当昼夜温差超过8℃时，加上白天开门带进来的热负荷，致使电冰箱的昼夜热负荷相差约20％；季节变化(如在西安地区)使电冰箱的冷凝温度在30℃～60℃之间变化，而蒸发温度基本不变，其热负荷变化达到50％以上。对于采用单根毛细管作为节流元件的制冷装置，由于其调节流量的能力极为有限，因而压缩机昼夜开停工作周期不均衡、频繁启动，季节能效比低。
此外，在传统的冰箱制冷系统循环中还存在的不足之处有：制冷剂经毛细管节流以后先经过冷冻室蒸发器再经过冷藏室蒸发器。由于要满足冷冻室温度为-18℃，制冷剂的蒸发温度则要在-23℃左右，而冷藏室温度一般为0℃～5℃之间，当制冷剂与冷藏室之间进行换热时，将会造成很大的传热不可逆损失；压缩机的启停一般由冷藏室温度控制，冷冻室温度不能精确控制。冰箱冷藏室的温度一旦升高到设定开机温度，冰箱制冷系统即开始工作，冷冻室也随之制冷，有时会出现冷藏室温度尚高时，冷冻室温度却降低到-30℃以下。这样的系统不能解决各个间室的按需分配要求，增加了冰箱的能耗。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法。
实现上述发明目的的解决方案是，本发明的系统包括两个独立的子循环系统、控制器和环境温度传感器，每个子循环系统都是由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件、干燥过滤器和储液器组成，不同子循环所选用的压缩机具有不同的压力比，子循环系统之间通过受控电磁阀选通或关闭可以实现跨循环运行；除了传统的控制方式外，增加了环境温度为新的控制参数，当外界环境温度的变化或者根据用户的要求，通过控制器对各个电磁阀选通控制来保证不同节流能力的毛细管分别工作，从而实现分温区、多循环(同时冷冻冷藏、单独冷冻和单独冷藏等)多个制冷流程。
本发明的双温蒸气压缩式制冷系统的控制方法是，制冷系统包括两个独立的制冷内、外子循环系统和控制器以及和控制器连接的环境温度传感器；每个子循环制冷系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件、干燥过滤器、储液器和控制器，其控制内容包括：
(1)该制冷系统除了根据各个制冷间室的温度来控制外，增加了环境温度为新的控制参数，当制冷系统处于不同的工作温度区时，其工作状态不同；
(2)在不同的工作温度区里，上述制冷系统的子循环系统可以独立工作，也可以利用电磁阀的选通进行跨循环工作；
(3)在不同的工作温度区里，两个子系统中的压缩机的工作状态不同；
(4)在不同的工作温度区里，采用不同节流能力的毛细管，改变制冷系统的供液量。
本发明的双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法，结合当地的气温变化，对现有的制冷装置进行改进，采用两个制冷循环，可以适应由于外界环境温度变化引起的制冷装置热负荷变化较大的要求。采取这些措施，使得制冷装置节能效果非常明显，各制冷间室自由开关。
四、附图说明
图1是传统的小型开停式蒸气压缩制冷装置的循环流程图；
图2为本发明的双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法的循环流程图。
五、具体实施方式
下面结合附图和发明人给出的具体实施例，对本发明作进一步的描述。
依照本发明的技术方案，以双温蒸气压缩式制冷循环(如电冰箱)及其控制方法为例，其结构如图2所示，它包括两个独立的制冷内、外子循环系统和控制器222以及环境温度传感器223，外循环系统包括定转速高压力比的第一压缩机201、第一冷凝器202、第一干燥过滤器203、第一受控电磁阀204、第二受控电磁阀206、第三受控电磁阀225、第一毛细管205、第二毛细管207、第三毛细管224、低温蒸发器208和第一储液器209，它制取低蒸发温度的冷量给冷冻室；内循环系统包括变转速低压力比的第二压缩机210、第二冷凝器211、第二干燥过滤器212、第四受控电磁阀213、第五受控电磁阀215、第四毛细管214、第五毛细管216、高温蒸发器217和第二储液器218，制取高蒸发温度的冷量给冷藏室；内、外循环系统之间通过第六、第七、第八受控电磁阀219、220、221来连接。当外界环境温度的变化引起的制冷系统的热负荷变化或者根据用户的要求，通过控制器222对各个电磁阀选通控制来实现分温区、多循环(同时冷冻冷藏、单独冷冻和单独冷藏等)多个制冷流程。具体控制方法是：控制器222除了根据各个间室的温度控制外，还预先设定的高、中、低三个工作温区(具体温度可根据当地的气候条件而定)，它利用温度传感器223感受环境温度的变化，将温度信号传给控制器222，由控制器判断外界环境温度所处工作温区后，给出执行信号决定压缩机和电磁阀的工作状态。当环境温度处于高温区时，第二、第四受控电磁阀206、213打开，其余受控电磁阀204、215、219、220、221、225关闭，第一压缩机201、第二压缩机210均工作，第二压缩机210低速运转，第二毛细管207、第四毛细管214工作，内、外循环系统独立工作，分别为冷冻室和冷藏室提供冷量；当环境温度处于中温区时，第一、第七、第六受控电磁阀204、220、219打开，其余受控电磁阀206、213、215、221、225关闭，第二压缩机210和第一毛细管205工作，第一压缩机201停止工作，内、外循环相连为一整体，第二压缩机210高速运转保证冷冻室和冷藏室的冷量需求；当环境温度处于低温区时，第三、第六、第八受控电磁阀225、219、221打开，其余受控电磁阀204、206、213、215、220关闭，第二压缩机210低速运转工作，第三毛细管224工作，其余毛细管不工作，内、外循环依旧相连，只为冷冻室供冷，不再为冷藏室提供冷量。
实施例：全年全天候工作的双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法
参见图2，图2所示的是依本发明的双温蒸气压缩式制冷系统及其控制方法，适用于如电冰箱、电冰柜等带有保温层的双温储物设备。在本实施例中，参照我国中部地区的西安为例，其四季温度变化如表1所示。根据当地温度的变化，对型号BCD-195冰箱(其中冷冻室为45L，冷藏室为150L，工质为R134a)为进行分温区设计和改装，将温度分为三个区间：①18℃以上；②18℃～4℃；③4℃以下。发明人采用具有不同压力比不同转速的两台压缩机即第一压缩机201、第二压缩机210，其中第一压缩机201为定转速高压力比的压缩机，第二压缩机210为变转速低压力比的压缩机；并选取了不同节流能力的毛细管205、207、214、216、224；受控电磁阀204、206、213、215、219、220、221、225，控制器222和感受环境温度的传感器223。
当外界环境温度处于第①温区，第二受控电磁阀206、第四受控电磁阀213打开，其余受控电磁阀204、215、219、220、221、225关闭，第一和第二压缩机201、210均工作，第二、第四毛细管207、214工作，冷冻室、冷藏室为单独的循环系统，互相不影响，根据用户需要可以随时关闭任一回路。
当外界环境温度处于第②温区，第一、第七、第六受控电磁阀204、220、219打开，其余受控电磁阀206、213、215、221、225关闭，第二压缩机210和第一毛细管205工作，第一压缩机201停止工作，低温蒸发器208、高温蒸发器217为串连的循环系统。由于环境温度相对较低，冷藏室温度相对较高，其热负荷相对较小，由高温蒸发器217与冷藏室之间换热的不可逆损失将会减少。另外，如果需要单独使用冷冻室，将第七受控电磁阀220关闭，第八受控电磁阀221打开；需要单独使用冷藏室则关闭第四、六、七、八受控电磁阀213、219、220、221，打开第五受控电磁阀215，第五毛细管216工作，从而做到冷冻室，冷藏室的循环自由启停。
当外界环境温度处于第③温区，由于外界环境温度小于4℃，冷藏室平均温度也为4℃左右，将第三、第六、第八受控电磁阀225、219、221打开，其余受控电磁阀204、206、213、215、220关闭，只有第二压缩机210和第三毛细管224工作，其余毛细管不工作，从而关闭冷藏室循环，冷冻室循环单独运行。
需明确说明的是，本实施例并不是唯一的例子，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明要求保护的范围和本质的情况下，可以对发明进行各种修改，如扩展到多温循环、第二压缩机210采用定转速压缩机、各子循环制冷系统采用不同于本发明根数的毛细管等，都可以实现本发明的部分功能，这些修改同样属于本发明的保护范围。
表1.西安地区某年各月气温的统计
| 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 | |
| 平均最高温度(℃) | 4.8 | 7.7 | 14.0 | 20.4 | 25.8 | 31.6 | 32.0 | 31.1 | 24.7 | 19.3 | 12.1 | 6.1 |
| 平均最低温度(℃) | -4.2 | -1.8 | 3.2 | 8.9 | 13.8 | 18.8 | 21.6 | 20.8 | 15.5 | 9.8 | 2.8 | -2.9 |
Claims (4)
1.一种双温蒸气压缩式制冷系统，其特征在于：包括两个独立的制冷内、外子循环系统和控制器[222]以及和控制器[222]连接的环境温度传感器[223]；
外子循环系统制取低蒸发温度的冷量给冷冻室，包括：第一压缩机[201]、第一冷凝器[202]、第一干燥过滤器[203]、第一受控电磁阀[204]、第二受控电磁阀[206]、第三受控电磁阀[225]、第一毛细管[205]、第二毛细管[207]、第三毛细管[224]、低温蒸发器[208]和第一储液器[209]；
内子循环系统制取高蒸发温度的冷量给冷藏室，包括：第二压缩机[210]、第二冷凝器[211]、第二干燥过滤器[212]、第四受控电磁阀[213]、第五受控电磁阀[215]、第四毛细管[214]、第五毛细管[216]、高温蒸发器[217]和第二储液器[218]；
内、外子循环系统之间通过第六、第七、第八受控电磁阀[219、220、221]连接；通过控制器[222]对各个电磁阀选通或关闭控制，可进行跨循环运行，实现分温区、多循环多个制冷流程。
2.如权利要求1所述的双温蒸气压缩式制冷系统，其特征在于，所述第一压缩机[201]为定转速高压力比压缩机，所述第二压缩机[210]为变转速低压力比压缩机。
3.一种双温蒸气压缩式制冷系统的控制方法，所述制冷系统包括两个独立的制冷内、外子循环系统和控制器以及和控制器连接的环境温度传感器；每个子循环制冷系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件、干燥过滤器、储液器和控制器，其特征在于：
(1)该制冷系统除了根据各个制冷间室的温度来控制外，增加了环境温度为新的控制参数，当制冷系统处于不同的工作温度区时，其工作状态不同；
(2)在不同的工作温度区里，上述制冷系统的子循环系统可以独立工作，也可以利用电磁阀的选通进行跨循环工作；
(3)在不同的工作温度区里，两个子系统中的压缩机的工作状态不同；
(4)在不同的工作温度区里，采用不同节流能力的毛细管，改变制冷系统的供液量。
4.如权利要求3所述的双温蒸气压缩式制冷系统的控制方法，其特征在于，所述的压缩机的工作状态是指压缩机的压力比、转速以及压缩机是否工作。
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