TWI731722B

TWI731722B - 具有自動除霜功能的冷凍系統及其自動除霜控制方法

Info

Publication number: TWI731722B
Application number: TW109120836A
Authority: TW
Inventors: 李魁鵬; 黃柏憲; 吳柏輝
Original assignee: 國立臺北科技大學
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-06-21
Also published as: TW202201160A

Abstract

一種具有自動除霜功能的冷凍系統，包括：連接壓縮機的冷凝器、連接電子膨脹閥以及壓縮機的蒸發器、以及控制器，控制器依據時間序列連續地記錄蒸發器的多數筆溫度差判斷蒸發器是否需要進行除霜，當控制器判斷蒸發器需要進行除霜時，控制器啟動除霜裝置使除霜裝置對蒸發器進行除霜，且控制器關閉電子膨脹閥以及關閉壓縮機。本發明更包括一種冷凍系統的自動除霜控制方法。

Description

具有自動除霜功能的冷凍系統及其自動除霜控制方法

本發明係有關一種具有自動除霜功能的冷凍系統及其自動除霜控制方法，尤指通過常態製冷狀態運算以及製冷狀態乖離運算所達成具有自動除霜功能的冷凍系統及其自動除霜控制方法。

一般的除霜裝置，大多是定時啟動或定時停止之裝置。但因為結霜的情況會因為周圍環境之濕度狀況、使用頻率以及蒸發溫度條件而會有變動。因此，定時啟動或定時停止之除霜裝置常常造成除霜過度或除霜不足之問題，也衍生整體系統之溫度控制不穩定及高耗能之情況。

為此，如何設計出一種具有自動除霜功能的冷凍系統及其自動除霜控制方法，特別是解決現有技術之前述技術問題，乃為本案發明人所研究的重要課題。

本發明之一目的在於提供一種具有自動除霜功能的冷凍系統，可解決現有技術之除霜裝置常常造成除霜過度或除霜不足之問題，達到整體系統之溫度控制穩定及低耗能之目的。

為了達到前述目的，本發明之所提出的具有自動除霜功能的冷凍系統包括：壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、除霜裝置、第一溫度計、第二溫度計以及控制器。冷凝器連接壓縮機。電子膨脹閥連接冷凝器。蒸發器連接電子膨脹閥以及壓縮機。除霜裝置鄰近設置於蒸發器。第一溫度計測量蒸發器的出風口的第一溫度。第二溫度計測量電子膨脹閥的冷媒出口的第二溫度。控制器連接壓縮機、第一溫度計、第二溫度計、電子膨脹閥以及除霜裝置，控制器依據時間序列連續地記錄N筆第一溫度以及N筆第二溫度，並利用N筆第一溫度以及N筆第二溫度之間的N筆溫度差，判斷蒸發器是否需要進行除霜。其中，當控制器判斷蒸發器需要進行除霜時，控制器啟動除霜裝置，使除霜裝置對蒸發器進行除霜，且控制器關閉電子膨脹閥以及關閉壓縮機。

進一步而言，所述具有自動除霜功能的冷凍系統更包括第三溫度計，第三溫度計連接控制器，且測量所述冷凍系統的環境溫度，控制器連續地記錄環境溫度，當環境溫度大於或等於閥值時，控制器關閉除霜裝置，並啟動電子膨脹閥以及啟動壓縮機。

進一步而言，控制器對N筆溫度差進行常態製冷狀態運算，獲得常態製冷狀態參數。控制器對N筆溫度差進行抽樣取出其中M筆溫度差，並對M筆溫度差進行暫態製冷狀態運算，獲得暫態製冷狀態參數。控制器對常態製冷狀態參數進行製冷狀態乖離參數運算，獲得製冷狀態乖離參數。控制器依據製冷狀態乖離參數、常態製冷狀態參數以及暫態製冷狀態參數判斷蒸發器是否需要進行除霜。

進一步而言，當暫態製冷狀態參數大於常態製冷狀態參數以及製冷狀態乖離參數微分之和值時，控制器判斷蒸發器需要進行除霜。

本發明之另一目的在於提供一種冷凍系統的自動除霜控制方法，可解決現有技術之除霜裝置常常造成除霜過度或除霜不足之問題，達到整體系統之溫度控制穩定及低耗能之目的。

為了達到前述另一目的，本發明之所提出的冷凍系統包括壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發器、除霜裝置以及控制器，所述控制方法包括：測量蒸發器的出風口的第一溫度；測量電子膨脹閥的冷媒出口的第二溫度；以及控制器依據時間序列連續地記錄N筆第一溫度以及N筆第二溫度，並利用N筆第一溫度以及N筆第二溫度之間的N筆溫度差，判斷蒸發器是否需要進行除霜。其中，當控制器判斷蒸發器需要進行除霜時，控制器啟動除霜裝置，使除霜裝置對蒸發器進行除霜，且控制器關閉電子膨脹閥以及關閉壓縮機。

進一步而言，所述冷凍系統的自動除霜控制方法更包括：測量所述冷凍系統的環境溫度，控制器連續地記錄環境溫度，當環境溫度大於或等於閥值時，控制器關閉除霜裝置，並啟動電子膨脹閥以及啟動壓縮機。

進一步而言，所述冷凍系統的自動除霜控制方法更包括：控制器對N筆溫度差進行常態製冷狀態運算，獲得常態製冷狀態參數。控制器對N筆溫度差進行抽樣取出其中M筆溫度差，並對M筆溫度差進行暫態製冷狀態運算，獲得暫態製冷狀態參數。控制器對常態製冷狀態參數進行製冷狀態乖離參數運算，獲得製冷狀態乖離參數。控制器依據製冷狀態乖離參數、常態製冷狀態參數以及暫態製冷狀態參數判斷蒸發器是否需要進行除霜。

進一步而言，所述冷凍系統的自動除霜控制方法，更包括：當暫態製冷狀態參數大於常態製冷狀態參數以及製冷狀態乖離參數微分之和值時，控制器判斷蒸發器需要進行除霜。

在使用本發明所述具有自動除霜功能的冷凍系統時，控制器是依據時間序列連續地記錄N筆第一溫度以及N筆第二溫度，並通過所述N筆溫度差判斷蒸發器是否需要進行除霜。相較於傳統方式來說，由於傳統方式是依據定時啟動或定時停止的方式進行控制，常常造成除霜過度或除霜不足之問題。本發明的所述控制器可對N筆溫度差進行常態製冷狀態運算以獲得常態製冷狀態參數。所述控制器可對N筆溫度差進行抽樣取出其中M筆溫度差，並對M筆溫度差進行暫態製冷狀態運算以獲得暫態製冷狀態參數。所述控制器可對常態製冷狀態參數進行製冷狀態乖離參數運算以獲得製冷狀態乖離參數。最後所述控制器依據前述製冷狀態乖離參數、常態製冷狀態參數以及暫態製冷狀態參數判斷蒸發器是否需要進行除霜。且本發明更可進一步地判斷環境溫度是否大於或等於閥值，以使控制器關閉除霜裝置。本發明是依據實際環境狀態而自動化地進行除霜或停止除霜。

為此，本發明所述之具有自動除霜功能的冷凍系統及其自動除霜控制方法，可解決現有技術之除霜裝置常常造成除霜過度或除霜不足之問題，達到整體系統之溫度控制穩定及低耗能之目的。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明以及附圖，相信本發明特徵以及特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考以及說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10:壓縮機

20:冷凝器

30:電子膨脹閥

40:蒸發器

50:除霜裝置

51:加熱管

60:風扇

70:控制器

T10:第一溫度計

T20:第二溫度計

T30:第三溫度計

S1~S6:步驟

圖1為本發明具有自動除霜功能的冷凍系統之一實施例的系統示意圖；圖2為本發明具有自動除霜功能的冷凍系統之該實施例的架構示意圖；圖3為本發明具有自動除霜功能的冷凍系統之另一實施例的系統示意圖；以及圖4、圖5為本發明冷凍系統的自動除霜控制方法的示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點以及應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾以及變更。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小、元件數量等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技術之人士瞭解以及閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參閱圖1及圖2所示。其中，圖1為本發明具有自動除霜功能的冷凍系統之一實施例的系統示意圖。圖2為本發明具有自動除霜功能的冷凍系統之該實施例的架構示意圖。

在本發明之一實施例中，所述具有自動除霜功能的冷凍系統包括：壓縮機10、冷凝器20、電子膨脹閥30、蒸發器40、除霜裝置50、第一溫度計T10、第二溫度計T20、第三溫度計T30、風扇60以及控制器70。其中，冷凝器20連接壓縮機10。電子膨脹閥30連接冷凝器20。蒸發器40連接電子膨脹閥30以及壓縮機10。除霜裝置50鄰近設置於蒸發器40，在本發明之所述實施例中，除霜裝置50是連接加熱管51以對蒸發器40進行加熱並達成所述除霜之目的。第一溫度計T10測量蒸發器40的出風口的第一溫度T1(圖中未示)。第二溫度計T20測量電子膨脹閥30的冷媒出口的第二溫度T2(圖中未示)。第三溫度計T30測量所述冷凍系統的環境溫度T3(圖中未示)。所述風扇60是配置於蒸發器40的入風口處，用以將空氣傳送至蒸發器40中。控制器70連接壓縮機10、第一溫度計T10、第二溫度計T20、第三溫度計T30、電子膨脹閥30以及除霜裝置50。控制器70依據時間序列連續地記錄N筆(其中，N>1)第一溫度T1以及N筆第二溫度T2，並利用N筆第一溫度T1以及N筆第二溫度T2之間的N筆溫度差X _i=T2-T1，判斷蒸發器40是否需要進行除霜。

其中，當控制器70判斷蒸發器40需要進行除霜時，控制器70啟動除霜裝置50，使除霜裝置50通過加熱管51對蒸發器40進行除霜，且控制器70關閉電子膨脹閥30以及關閉壓縮機10，即限制冷媒從冷凝器20流入蒸發器40中，以避免影響除霜效率且降低不必要的功耗。在蒸發器40進行除霜的期間，控制器70連續地記錄環境溫度T3，當控制器70判斷環境溫度T3大於或等於閥值(圖中未示)時，控制器70關閉除霜裝置50，並啟動電子膨脹閥30以及啟動壓縮機10，以使冷媒重新從冷凝器20流入蒸發器40中。

進一步而言，在控制器70判斷蒸發器40是否需要進行除霜的期間，控制器70對N筆溫度差X _i進行常態製冷狀態運算，獲得常態製冷狀態參數

。控制器70對N筆溫度差X _i進行抽樣取出其中M筆(其中，M>1)溫度差X _i，並對M筆溫度差X _i進行暫態製冷狀態運算，獲得暫態製冷狀態參數

。控制器70對常態製冷狀態參數B進行製冷狀態乖離參數運算，獲得製冷狀態乖離參數

。控制器70依據製冷狀態乖離參數A、常態製冷狀態參數B以及暫態製冷狀態參數D判斷蒸發器40是否需要進行除霜。具體地，當控制器70判斷暫態製冷狀態參數D大於常態製冷狀態參數B以及製冷狀態乖離參數A微分之和值時，即當控制器70判斷D>B+dA時，控制器70判斷蒸發器40需要進行除霜。

請參閱圖3所示，為本發明具有自動除霜功能的冷凍系統之另一實施例的系統示意圖。此一實施例與前述實施例大致相同，惟更並列設置多一個壓縮機10，用以更增加所述冷凍系統的熱交換效率或改變系統整體的熵。

請參閱圖4、圖5所示，為本發明冷凍系統的自動除霜控制方法的示意圖。以下元件標號請一併參照圖1至圖3所示。首先控制器70通過第一溫度計T10測量蒸發器40的出風口的第一溫度T1(步驟S1)。控制器70通過第二溫度計T20測量電子膨脹閥30的冷媒出口的第二溫度T2(步驟S2)。控制器70依據時間序列連續地記錄N筆第一溫度T1以及N筆第二溫度T2，並利用N筆第一溫度T1以及N筆第二溫度T2之間的N筆溫度差X _i，判斷蒸發器40是否需要進行除霜(步驟S3)。其中，當控制器70判斷蒸發器40需要進行除霜時，控制器70啟動除霜裝置50，使除霜裝置50對蒸發器40進行除霜，且控制器70關閉電子膨脹閥30以及關閉壓縮機10(步驟S4)。繼而，控制器70通過第三溫度計T30連續地記錄環境溫度，且判斷環境溫度是否大於或等於閥值(步驟S5)。當環境溫度大於或等於閥值時，控制器70關閉除霜裝置50，並啟動電子膨脹閥30以及啟動壓縮機10(步驟S6)。

在使用本發明所述具有自動除霜功能的冷凍系統時，控制器70是依據時間序列連續地記錄N筆第一溫度T1以及N筆第二溫度T2，並通過所述N筆溫度差X _i判斷蒸發器40是否需要進行除霜。相較於傳統方式來說，由於傳統方式是依據定時啟動或定時停止的方式進行控制，常常造成除霜過度或除霜不足之問題。本發明的所述控制器70可對N筆溫度差X _i進行常態製冷狀態運算以獲得常態製冷狀態參數B。所述控制器70可對N筆溫度差X _i進行抽樣取出其中M筆溫度差X _i，並對M筆溫度差X _i進行暫態製冷狀態運算以獲得暫態製冷狀態參數D。所述控制器70可對常態製冷狀態參數B進行製冷狀態乖離運算，以獲得製冷狀態乖離參數A。最後所述控制器70依據前述製冷狀態乖離參數A、常態製冷狀態參數B以及暫態製冷狀態參數D判斷蒸發器40是否需要進行除霜。且本發明更可進一步地判斷環境溫度T3是否大於或等於閥值，以使控制器70關閉除霜裝置50。本發明是依據實際環境狀態而自動化地進行除霜或停止除霜。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明以及圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神以及其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。