節能的製冷控制系統和方法
2023-06-13 08:49:51
專利名稱：節能的製冷控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及製冷領域，尤其涉及一種節能的製冷控制系統和方法。
背景技術：
製冷系統如今廣泛應用於各個領域，如冷庫、冰箱等，現有的製冷系統 主要包括冷凝器、儲液罐、電子膨脹閥、冷風機和壓縮機等幾個部分，但是
現有的製冷系統在實際使用中存在著諸多缺陷，現論述如下
假設某冷庫系統配置的冷風機最大製冷量為40kw,風扇額定功率為2kw, 最大空氣流通量23立方米/每小時，電子膨脹閥最大製冷量50kw，目標過熱度 控制在5K。在該系統實際運行中，隨著工況和系統達到了設定溫度後，系統 需要的製冷量將逐漸下降，假設此時系統的熱負荷為10kw,也就是說只要 10kw的製冷量即可以保持冷庫溫度的穩定，如果按照傳統的系統控制模式， 風扇運行在額定工況下，如果達到最佳過熱度控制的話，那麼系統的製冷量 輸出可能達到30kw，也就是說超過了系統當前的熱負荷，意味著庫溫將逐漸 下降。當庫溫達到允許的下限後，系統將關閉電子膨脹閥，關閉壓縮機，停 止製冷，但由於系統熱負荷的存在，庫溫將逐漸上升，當庫溫達到允許的上 限後，系統將重新開啟電子膨脹閥並開啟壓縮機開始製冷，然後溫度逐漸下 降，這就導致該製冷系統存在著下述缺陷
第一、由於熱負荷較小，將不斷往復上述過程，從而導致庫溫變化較大 以及壓縮機開啟頻繁，增加了壓縮機的能耗；
第二、由於最大空氣流通時可以對應最大的製冷量，而實際運行中系統 的製冷量大部分都是比額定製冷量小，也就意味著不需要相對應的最大風力 來達到相應的製冷量，而冷風機還以額定功率進行運行就造成了能量的浪費。
4第三、傳統製冷系統增加了因風扇轉動帶入的熱負荷，因而需要通過制 冷過程來將相應的能量帶走，從而也造成了能量的浪費。
發明內容
針對上述缺陷，本發明的目的在於提出一種節能的製冷控制方法以解決 傳統製冷系統過於耗能的問題。
本發明的另 一 目的在於提出 一 種節能的製冷控制系統以解決傳統製冷系 統過於耗能的問題。
本發明提出一種節能的製冷控制方法，其結合了電子膨脹閥和變頻器對
冷風機的製冷量進行控制，使製冷系統達到最佳效果，包括如下步驟
(1) 通過溫度傳感器採集當前製冷系統的庫溫，設製冷系統的庫溫設定值 為T,允許溫差為At;
(2) 根據當前庫溫情況，分別採用下述操作
(21) 庫溫高於允許範圍上限T+At時調節風扇轉速到額定頻率， 使冷風機在當前工況下具備最大製冷能力，然後調節電子膨脹闊的開啟 度，使其過熱度控制在設定目標範圍內；
(22) 庫溫在允許範圍T-At T+At內時
如果庫溫高於設定值T且下降速度過快，那麼主動減小電子膨脹閥 開啟度，並通過變頻器降低風扇工作頻率，使過熱度穩定在設定值附近； 如果庫溫高於設定值T且有上升到趨勢，那麼增加風扇的轉速，然後調 節電子膨脹閥使其供液量與系統所需製冷量匹配；
如果庫溫等於或低於設定值且庫溫下降，那麼減小電子膨脹閥開啟 度，然後測試庫溫是否繼續下降，若是則繼續減小開啟度，直到庫溫停 止下降的趨勢；
(23) 庫溫低於允許範圍下限T-At時關閉電子膨脹閥，調節冷風機 在設定運行狀態，確保空氣流通。
依照本發明較佳實施例所述的節能的製冷控制方法，步驟(21)將過熱度控 制在設定範圍內後，進一步分析當前的電子膨脹閥開啟度如果開啟度較小，那麼測試降低風扇轉速；如果調節後對於電子膨脹閥
開啟度和過熱度沒有明顯的下降，那麼說明調節後的風扇轉速和當前系統能 提供的最大製冷量匹配，否則將返回到上一滿足系統最大製冷量的風扇轉速。
依照本發明較佳實施例所述的節能的製冷控制方法，步驟(22)中庫溫等於或低 於設定值且庫溫下降的調節過程進一步包括如果該調節過程中開啟度調到 某個位置，庫溫相對穩定保持，那麼調節冷風機的轉速直到與當前開啟度的 冷量匹配的風量，即過熱度達到設定值，然後再檢查當前庫溫的趨勢，如果 是在10%的開啟度情況下繼續下降，那麼關閉電子膨脹閥，讓冷風機切換到 空閒狀態。依照本發明較佳實施例所述的節能的製冷控制方法，步驟(23)中冷 風機的設定運行模式由用戶根據需要通過軟體進行配置。
依照本發明較佳實施例所述的節能的製冷控制方法，其電子膨脹閥和所 述冷風機的變頻器調節都是通過控制器進行的，所述控制器連接至所述電子 膨脹閥和所述冷風機。
本發明又提出一種節能的製冷控制系統，包括冷凝器、儲液罐、電子膨 脹閥、冷風機和壓縮機，所述冷凝器、儲液罐、電子膨脹閥、冷風機和壓縮 機依次首尾相連組成一環狀製冷系統，還包括一用以控制冷風機電機頻率的 變頻器，所述變頻器連接至所述冷風機。
依照本發明較佳實施例所述的節能的製冷控制系統，還包括一控制器， 所述控制器連接至所述電子膨脹閥和所述冷風機。
本發明結合了電子膨脹閥和變頻器對冷風機的製冷量進行控制，使製冷 系統的庫溫更平穩，壓縮機、冷凝器的工作狀況更好，冷風機的電機工作更 有效，從而達到整個系統更節能。
上述所需的優點並不局限於在一個實施方案實施。
圖l為本發明 一節能的製冷控制系統的結構圖； 圖2為本發明 一節能的製冷控制方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖，具體說明本發明。
請參見圖1，其為本發明一節能的製冷控制系統的結構圖。該系統包括冷
凝器101、儲液罐102、電子膨脹閥103、冷風機104、壓縮機105、變頻器 106、控制器107、第一溫度傳感器108、第二溫度傳感器110和壓力傳感器 109,其中冷凝器101、儲液罐102、電子膨脹閥103、冷風機104和壓縮機 105依次首尾相連組成一環狀製冷系統。變頻器106則連接至冷風機104,控 制器107分別連接至電子膨脹閥103、變頻器106、第一溫度傳感器108、第 二溫度傳感器IIO和壓力傳感器109。
上述系統的各個部件很多都是現有技術，在此只介紹對本發明起突出作 用的幾個部分。對於整個製冷系統而言，最佳過熱度控制是製冷中節能的指 標之一，所以為了控制最佳過熱度，需要匹配相應的冷量，即通過調節冷風 機104的風扇轉速，然後以過熱度為目標調節電子膨脹閥103的開啟度。電 子膨脹閥103是一種可以根據實際應用中對製冷量要求而精確調節製冷量的 節流裝置，可以精確控制過熱度。變頻器106可以通過改變電源頻率來調節 冷風機104的轉速，從而改變冷風機104的製冷量及其電機的功率。
在實際應用中，電子膨脹閥103和冷風機104的選型都按照最大使用負 荷來配置，以滿足製冷系統最大需求時的冷量配置，且冷風機104的製冷量 和電子膨脹閥103的最大製冷量要匹配，否則將造成資源配置上的的浪費。 冷風機104的製冷量主要和冷風機結構相關，如翹片結構、蒸發麵積、空氣 流通、霜層厚度，其中翹片結構和蒸發麵積在完成組裝後已確定其相關參數， 霜層厚度與運行工況、運行時間等有關，將直接影響到冷風機的製冷能力， 因此在需要的時候將會進行化霜以確保其應有的製冷能力，而空氣流通與冷 風機104中電機的轉速有關，因此在冷風機104結構不變的情況下，可以通 過改變冷風機104的風扇轉速來調節冷風機104的製冷能力。這樣，通過變 頻器106改變冷風機104風扇的運行頻率來調節冷風機104的風速，進而適 當調節冷風機104的製冷能力，由於冷風機104風扇頻率的下降，可以降低 其電機的功率，從而可以達到節能的目的。
要對製冷系統的製冷進行控制，就必須掌握環境中的相關參數，比如庫溫、吸氣溫度、吸氣壓力等等。第一溫度傳感器108用以採集當前製冷系統 中的吸氣溫度，第二溫度傳感器110用以採集當前庫溫，而壓力傳感器109 用以採集系統的當前吸氣壓力，另外上述系統的過熱度也可以通過對吸氣溫 度和吸氣壓力進行運算來獲取。本系統中庫溫、吸氣溫度、吸氣壓力的獲取， 以及電子膨脹閥103和變頻器106的配合調節都是通過控制器107的控制來 實現的。
基於上述系統，本發明又提出一種節能的製冷控制方法，其結合了電子 膨脹閥和變頻器對冷風機的製冷量進行控制，使製冷系統達到最佳效果，請 參見圖2,其為本發明 一節能的製冷控制方法的流程圖，該方法包括如下步 驟
(1) 通過溫度傳感器採集當前製冷系統的庫溫和吸氣溫度，並通過壓力傳 感器採集當前系統的吸氣壓力，並通過一定的運算方法根據吸氣溫度和吸氣 壓力計算出當前系統過熱度。為了方便說明，在此假設製冷系統的庫溫設定 值為T,允許溫差為At。
(2) 製冷系統的控制器根據當前溫度傳感器採集的庫溫情況，分別控制制 冷系統的各部件進行下述4喿作
(21)當庫溫高於允許範圍上限T+At時這時需要對系統進行快速
降溫，所以需要調節製冷系統使其達到最大的製冷能力。具體的調節方 法可以如下通過變頻器調節冷風機電機的頻率，使冷風機風扇轉速到 額定頻率，即達到最大轉速，從而使冷風機在當前工況下具備最大的制 冷能力。然後再調節電子膨脹閥的開啟度，使其過熱度保持平穩並較好 地控制在設定目標範圍內，且庫溫正在逐漸下降。這時，再分析當前的 電子膨脹閥開啟度
如果電子膨脹閥開啟度較小，說明當前冷風機的風速高於其匹配的 最大製冷量，因為設計冷風機時提供的額定風速與其結構最大製冷量匹 商己，配置電子膨脹閥時在考慮餘量的情況下也達到最佳匹配。那麼測試 降低風扇轉速，如果調節後對於電子膨脹閥開啟度和過熱度沒有明顯的 下降，那麼說明調節後的風扇轉速和當前系統能提供的最大製冷量匹酉己，否則將返回到上一滿足系統最大製冷量的風扇轉速。上述電子膨脹閥開 啟度和過熱度的穩定狀態如果被打破，就可以得到一臨界狀態，從而可 以確定當前系統的最佳配置，但這個最佳配置是動態，所以需要通過不 斷的判斷調節以保持系統的動態平衡。
(22)當庫溫在設定允許範圍T- At~T+At內時 如果庫溫高於設定值T且下降速度過快，那麼主動減小電子膨脹閥 開啟度，並通過變頻器降低風扇工作頻率，使過熱度穩定在設定值附近， 從而使庫溫有變為小幅下降；如果庫溫有上升的趨勢，那麼需要增加風 扇的轉速，提高系統的製冷能力，然後調節電子膨脹閥使其供液量與系 統所需製冷量匹配，這麼做是為了防止庫溫回升超過允許的範圍；
如果庫溫等於或低於設定值T且呈下降，則減小電子膨脹閥開啟度， 然後測試庫溫是否繼續下降，若是則繼續減小開啟度，直到庫溫停止下 降的趨勢。如果該調節過程中開啟度調到某個位置，庫溫相對穩定保持， 那麼調節冷風機的轉速直到與當前開啟度的冷量匹配的風量，即過熱度 達到設定值，然後再檢查當前庫溫的趨勢，如果是在10%的開啟度情況 下繼續下降，那麼關閉電子膨脹閥，讓冷風機切換到空閒狀態。(23)庫溫 低於允許範圍下限T- At時關閉電子膨脹閥，調節冷風機在設定運行 狀態，確保空氣流通。用戶可根據需要通過軟體配置冷風機的運轉模式， 如可以包括關閉、低速、中速、額定等模式。
製冷系統的庫溫更平穩，壓縮機、冷凝器的工作狀況更好，冷風機的電機工 作更有效，從而達到整個製冷系統更節能。
以上公開的僅為本發明的幾個具體實施例，但本發明並非局限於此，任 何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1、一種節能的製冷控制方法，其結合了電子膨脹閥和變頻器對冷風機的製冷量進行控制，使製冷系統達到最佳效果，其特徵在於，包括如下步驟(1)通過溫度傳感器採集當前製冷系統的庫溫，設製冷系統的庫溫設定值為T，允許溫差為△t；(2)根據當前庫溫情況，分別採用下述操作(21)庫溫高於允許範圍上限T+△t時調節風扇轉速到額定頻率，使冷風機在當前工況下具備最大製冷能力，然後調節電子膨脹閥的開啟度，使其過熱度控制在設定目標範圍內；(22)庫溫在允許範圍T-△t～T+△t內時如果庫溫高於設定值T且下降速度過快，那麼主動減小電子膨脹閥開啟度，並通過變頻器降低風扇工作頻率，使過熱度穩定在設定值附近；如果庫溫高於設定值T且有上升到趨勢，那麼增加風扇的轉速，然後調節電子膨脹閥使其供液量與系統所需製冷量匹配；如果庫溫等於或低於設定值且庫溫下降，那麼減小電子膨脹閥開啟度，然後測試庫溫是否繼續下降，若是則繼續減小開啟度，直到庫溫停止下降的趨勢；(23)庫溫低於允許範圍下限T-△t時關閉電子膨脹閥，調節冷風機在設定運行狀態，確保空氣流通。
2、 如權利要求1所述的節能的製冷控制方法，其特徵在於，所述步驟(21)將過熱度控制在設定範圍內後，進一步分析當前的電子膨脹閥開啟度如果開啟度較小，那麼測試降低風扇轉速；如果調節後對於電子膨脹閥開啟度和過熱度沒有明顯的下降，那麼說明調節後的風扇轉速和當前系統能提供的最大製冷量匹配，否則將返回到上一滿足系統最大製冷量的風扇轉速。
3、 如權利要求1所述的節能的製冷控制方法，其特徵在於，所述步驟(22)中庫溫等於或低於設定值且庫溫下降的調節過程進一步包括如果該調節過程中開啟度調到某個位置，庫溫相對穩定保持，那麼調節冷風機的轉速直到與當前開啟度的冷量匹配的風量，即過熱度達到設定值，然後再檢查當前庫 溫的趨勢，如果是在10%的開啟度情況下繼續下降，那麼關閉電子膨脹閥， 讓冷風機切換到空閒狀態。
4、 如權利要求1所述的節能的製冷控制方法，其特徵在於，所述步驟(23)中冷風機的設定運行模式由用戶根據需要通過軟體進行配置。
5、 如權利要求1所述的節能的製冷控制方法，其特徵在於，所述電子膨所述電子膨脹閥和所述冷風機。
6、 一種節能的製冷控制系統，包括冷凝器、儲液罐、電子膨脹閥、冷風 機和壓縮機，所述冷凝器、儲液罐、電子膨脹閥、冷風機和壓縮機依次首尾 相連組成一環狀製冷系統，其特徵在於，還包括一用以控制冷風機電機頻率 的變頻器，所述變頻器連接至所述冷風機。
7、 如權利要求6所述的節能的製冷控制系統，其特徵在於，還包括一控 制器，所述控制器連接至所述電子膨脹閥和所述冷風機。
全文摘要
一種節能的製冷控制方法，其結合了電子膨脹閥和變頻器對冷風機的製冷量進行控制，使製冷系統達到最佳效果，包括如下步驟通過溫度傳感器採集當前製冷系統的庫溫，設製冷系統的庫溫設定值為T，允許溫差為Δt，根據「庫溫高於允許範圍上限T+Δt、庫溫在允許範圍T-Δt～T+Δt內、庫溫低於允許範圍下限T-Δt」三種情況分別對電子膨脹閥和冷風機的變頻器作相應的調節，從而使製冷系統的庫溫更平穩，壓縮機、冷凝器的工作狀況更好，冷風機的電機工作更有效，達到整個製冷系統更節能的有益效果。
文檔編號F25B49/02GK101476803SQ20091004591
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月22日 優先權日2009年1月22日
發明者巍 何, 侯大偉, 琪 曹, 李寶成, 勇 王, 獻 胡 申請人:上海愛控自動化設備有限公司