製冷循環系統及其控制方法與流程

2023-06-14 17:40:01 2

本發明涉及空調製冷系統技術領域，特別是涉及一種製冷循環系統及其控制方法。

背景技術：

現有的製冷循環都是基於壓縮機工作，通過壓縮機達到製冷系統的動態平衡及製冷循環。然而在超低溫製冷工況下，自然環境溫度較低時，使用壓縮機的製冷循環系統會比較耗能，其能效也相對受限，並且控制較複雜，維護和使用成本均較高。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供一種製冷循環系統及其控制方法，主要目的在於提高製冷循環系統在超低溫製冷工況下的性能係數和可靠性。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明的實施例提供一種製冷循環系統，包括冷凝器和蒸發器，所述蒸發器的冷媒出口與所述冷凝器的冷媒入口連接，所述系統還包括：

冷媒泵，所述冷媒泵的進流口與所述冷凝器的冷媒出口連接，所述冷媒泵的出流口與所述蒸發器的冷媒入口連接。

本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。

在前述的製冷循環系統中，可選的，製冷循環系統還包括：

第一檢測裝置，用於檢測所述蒸發器的蒸發殼管內的飽和壓力和所述蒸發器的進液管的溫度。

在前述的製冷循環系統中，可選的，製冷循環系統還包括：

第一控制模塊，用於根據所述蒸發器的蒸發殼管內的飽和壓力和所述蒸發器的進液管的溫度，控制所述冷凝器的風機的風量。

在前述的製冷循環系統中，可選的，當所述蒸發器的蒸發殼管內的飽和壓力小於或等於第一設定壓力，且所述蒸發器的進液管的溫度小於或等於第一設定溫度時，第一控制模塊控制所述冷凝器的風機的風量變小。

在前述的製冷循環系統中，可選的，製冷循環系統還包括：

第一開關閥，設置在所述蒸發器的冷媒出口與所述冷凝器的冷媒入口之間；

第二開關閥，設置在所述蒸發器的冷媒入口與所述冷媒泵的出流口之間；

第二檢測裝置，用於檢測所述蒸發器的出流口處流體的溫度。

在前述的製冷循環系統中，可選的，製冷循環系統還包括：

第二控制模塊，用於根據所述蒸發器的出流口處流體的溫度控制所述製冷循環系統停機或重啟。

在前述的製冷循環系統中，可選的，當所述蒸發器的出流口處流體的溫度小於或等於第一設定製冷溫度時，所述第二控制模塊控制所述製冷循環系統停機，且控制所述蒸發器側的流體泵保持開啟。

在前述的製冷循環系統中，可選的，製冷循環系統還包括：

節流裝置，並聯在所述冷媒泵的兩端。

在前述的製冷循環系統中，可選的，在所述製冷循環系統停機後，當所述製冷循環系統包括所述的第一檢測裝置，所述蒸發器的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且所述蒸發器的進液管的溫度小於第二設定溫度時，第二控制模塊控制所述第一開關閥、所述第二開關閥以及所述節流裝置開啟。

在前述的製冷循環系統中，可選的，在所述製冷循環系統停機後，當所述製冷循環系統包括所述的第一檢測裝置，所述蒸發器的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且所述蒸發器的進液管的溫度大於或等於第二設定溫度時，第二控制模塊控制所述冷媒泵開啟設定時間後再開啟所述冷凝器的風機。

另一方面，本發明的實施例還提供一種製冷循環系統的控制方法，包括如下步驟：

使用冷媒泵驅動冷媒在蒸發器和冷凝器之間循環。

本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。

前述的控制方法，其中，還包括：

檢測所述蒸發器的蒸發殼管內的飽和壓力和所述蒸發器的進液管的溫度；

根據所述蒸發器的蒸發殼管內的飽和壓力和所述蒸發器的進液管的溫度，控制所述冷凝器的風機的風量。

前述的控制方法，其中，當所述蒸發器的蒸發殼管內的飽和壓力小於或等於第一設定壓力，且所述蒸發器的進液管的溫度小於或等於第一設定溫度時，控制所述冷凝器的風機的風量變小。

前述的控制方法，其中，所述製冷循環系統還包括：

第一開關閥，設置在所述蒸發器的冷媒出口與所述冷凝器的冷媒入口之間；

第二開關閥，設置在所述蒸發器的冷媒入口與所述冷媒泵的出流口之間。

前述的控制方法，其中，還包括：

檢測所述蒸發器的出流口處流體的溫度；

根據所述蒸發器的出流口處流體的溫度控制所述製冷循環系統停機或重啟。

前述的控制方法，其中，當所述蒸發器的出流口處流體的溫度小於或等於第一設定製冷溫度時，控制所述製冷循環系統停機，且控制所述蒸發器側的流體泵保持開啟。

前述的控制方法，其中，所述製冷循環系統還包括並聯在所述冷媒泵的兩端的節流裝置；

在所述製冷循環系統停機後，當所述蒸發器的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且所述蒸發器的進液管的溫度小於第二設定溫度時，控制所述第一開關閥、所述第二開關閥以及所述節流裝置開啟。

前述的控制方法，其中，在所述製冷循環系統停機後，當所述蒸發器的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且所述蒸發器的進液管的溫度大於或等於第二設定溫度時，控制所述冷媒泵開啟設定時間後再開啟所述冷凝器的風機。

藉由上述技術方案，本發明製冷循環系統及其控制方法至少具有以下有益效果：

在本發明提供的技術方案中，相對於現有技術，無須使用壓縮機完成系統的製冷循環，在超低溫製冷工況下，自然環境溫度較低時，可以利用自然環境中的低溫空氣對冷媒進行冷凝，以實現製冷循環，而無需藉助壓縮機將冷媒壓縮至高壓狀態。其中，由於冷媒泵的功率與壓縮機相比要小得多，且可以無油潤滑，因此超低溫製冷工況下冷媒泵運行的性能係數和可靠性具有較大的優勢，從而提高了在超低溫製冷工況下採用冷媒泵的製冷循環系統的性能係數和可靠性。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。

附圖說明

圖1是本發明的一實施例提供的一種製冷循環系統的結構示意圖；

圖2是本發明的一實施例提供的一種製冷循環系統的控制部分的部分結構框圖；

圖3是本發明的一實施例提供的另一種製冷循環系統的結構示意圖；

圖4是本發明的一實施例提供的另一種製冷循環系統的控制部分的部分結構框圖；

圖5是本發明的一實施例提供的一種製冷循環系統的控制方法的流程示意圖；

圖6是本發明的一實施例提供的另一種製冷循環系統的控制方法的流程示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明申請的具體實施方式、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。在下述說明中，不同的「一實施例」或「實施例」指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特徵、結構、或特點可由任何合適形式組合。

如圖1所示，本發明的一個實施例提出的一種製冷循環系統100，包括冷凝器1、蒸發器2和冷媒泵3。蒸發器2的冷媒出口與冷凝器1的冷媒入口連接。冷媒泵3的進流口與冷凝器1的冷媒出口連接，冷媒泵3的出流口與蒸發器2的冷媒入口連接。

在上述提供的技術方案中，相對於現有技術，無須使用壓縮機完成系統100的製冷循環，在超低溫製冷工況下，自然環境溫度較低時，可以利用自然環境中的低溫空氣對冷媒進行冷凝，以實現製冷循環，而無需藉助壓縮機將冷媒壓縮至高壓狀態。其中，由於冷媒泵3的功率與壓縮機相比要小得多，且可以無油潤滑，因此超低溫製冷工況下冷媒泵3運行的性能係數和可靠性具有較大的優勢，從而提高了在超低溫製冷工況下採用冷媒泵3的製冷循環系統100的性能係數和可靠性。

在上述示例中，由於採用冷媒泵，可以節約使用成本及維護成本，實現超低溫製冷循環，具有超高能效比，提高本製冷循環系統100的市場競爭力。

如圖3所示，前述的製冷循環系統100還可以包括乾燥過濾器12，乾燥過濾器12設置在冷媒泵3與冷凝器1之間。乾燥過濾器12可以對流經內部的冷媒進行雜質過濾，以提高系統100的運行穩定性。

當本發明的製冷循環系統100在超低溫工況下運行時，製冷循環系統100的蒸發器2和冷凝器1在運行時存在諸多不確定因素，可靠性有較大未知性，主要原因在於：製冷循環系統100一般採用滿液式殼管蒸發器，當系統100在超低溫工況下運行，且蒸發殼管內的蒸發溫度以及蒸發器2的進液管的溫度均較低時，冷媒在系統100內循環時容易在蒸發器2的殼管的進液管表面結冰，直至殼管的進液管凍裂，導致蒸發器2和冷凝器1進水，進而使系統100報廢。上述蒸發器2的進液管是指蒸發器2的用於輸送冷媒的進液管道。為了規避此類風險，提高系統100運行的可靠性，如圖2所示，本發明的製冷循環系統100可以包括第一檢測裝置4，第一檢測裝置4用於檢測蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力和蒸發器2的進液管的溫度。用戶可以根據蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力和蒸發器2的進液管的溫度，控制冷凝器1的風機101的風量。

前述的第一檢測裝置4可以包括壓力傳感器(圖中未標示)和溫度傳感器(圖中未標示)。為了與下文中的溫度傳感器區分開，此次的溫度傳感器可以取為第一溫度傳感器。其中，壓力傳感器用於檢測蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力。第一溫度傳感器用於檢測蒸發器2的進液管的溫度。

具體的，在超低溫工況下，當蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力小於或等於第一設定壓力，且蒸發器2的進液管的溫度小於或等於第一設定溫度時，控制冷凝器1的風機101的風量變小。在超低溫工況下，當冷凝器1的風機101的風量變小時，冷凝器1的風機101吹到冷凝器1的殼管上的風量相應也變小，從而降低了冷凝器1的殼管內的冷媒與外界低溫空氣的熱交換，相應的，冷凝器1的殼管內的冷媒的溫度升高，溫度較高的冷媒在系統100內循環，當冷媒流經蒸發器2時，可以提高蒸發器2內冷媒的冷凝溫度以及蒸發器2的進液管的溫度，進而降低了蒸發器2的進液管在超低溫製冷工況下被凍裂的風險，提高了本發明製冷循環系統100的可靠性。

在一個具體的應用示例中，前述的第一設定壓力為290Kpa。前述的第一設定溫度不得低於-5℃—-10℃。

為了方便對冷凝器1的風量進行控制，優選的，如圖2所示，本發明的製冷循環系統100還包括第一控制模塊5，第一控制模塊5用於根據蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力和蒸發器2的進液管的溫度，控制冷凝器1的風機101的風量。

這裡需要說明的是：上述的第一控制模塊5可以為單片機或微處理器等。第一控制模塊5可以為製冷循環系統100自身的控制器。當然，也可以額外單獨設置一控制模塊對冷凝器1的風機101的風量進行控制。

為了方便對冷凝器1的風機101的風量進行控制，優選的，前述冷凝器1的風機101為變頻風機。

如圖3和圖4所示，本發明的製冷循環系統100還可以包括第一開關閥7、第二開關閥8以及第二檢測裝置9。第一開關閥7設置在蒸發器2的冷媒出口與冷凝器1的冷媒入口之間。第二開關閥8設置在蒸發器2的冷媒入口與冷媒泵3的出流口之間。第二檢測裝置9用於檢測蒸發器2的出流口處流體的溫度。用戶可以根據蒸發器2的出流口處流體的溫度控制製冷循環系統100停機或重啟。

上述的第二檢測裝置9可以包括溫度傳感器，為了與上文中的溫度傳感器區分開，此次的溫度傳感器可以取為第二溫度傳感器。第二溫度傳感器用於檢測蒸發器2的出流口處流體的溫度。

在一個具體的應用示例中，前述的第一開關閥7可以為電動蝶閥。第二開關閥8可以為單向閥。當然，第一開關閥7或第二開關閥8也可以為其它類型的開關閥，具體在此不一一舉例描述。其中，當第二開關閥8為單向閥時，單向閥的進流口與冷媒泵3的出流口連接，單向閥的出流口與蒸發器2的冷媒入口連接。

具體的，在超低溫工況下，當蒸發器2的出流口處流體的溫度小於或等於第一設定製冷溫度時，控制製冷循環系統100停機，且控制蒸發器2側的流體泵(圖中未標示)保持開啟。在本示例中，當蒸發器2的出流口處流體的溫度小於或等於第一設定製冷溫度時，說明蒸發器2的出流口處流體的溫度已達到製冷目標溫度點，換句話說：此時系統100機組的製冷能力已經達到可供用戶端換熱的條件，再繼續開機沒有必要。當本發明製冷循環系統100停機時，第一開關閥7、第二開關閥8、冷媒泵3以及冷凝器1的風機101均關閉。在本示例中，由於製冷循環系統100停機時第一開關閥7和第二開關閥8均關閉，且蒸發器2側的流體泵保持開啟，從而被第一開關閥7和第二開關閥8封閉在蒸發器2內的冷媒與蒸發器2內被流體泵持續泵送的溫度相對較高的流體一直換熱，使得在停機時蒸發器2內的冷媒的溫度升高，相應的蒸發器2的進液管的溫度也會升高，進而降低了蒸發器2的進液管在超低溫製冷工況下被凍裂的風險，進一步提高了本發明製冷循環系統100的可靠性。

為了方便對製冷循環系統100的停機或重啟進行控制，優選的，如圖4所示，本發明的製冷循環系統100還包括第二控制模塊10，第二控制模塊10用於根據蒸發器2的出流口處流體的溫度控制製冷循環系統100停機或重啟。

這裡需要說明的是：上述的第二控制模塊10可以為單片機或微處理器等。第二控制模塊10可以為製冷循環系統100自身的控制器。當然，也可以額外單獨設置一控制模塊對製冷循環系統100的停機或重啟進行控制。

其中，前述的第一控制模塊和第二控制模塊只是邏輯功能劃分，第一控制模塊和第二控制模塊可以為同一個控制裝置或控制單元，也可以是不同的，不局限於是物理區分開的兩個模塊。

本發明製冷循環系統100還可以包括節流裝置11，節流裝置11並聯在冷媒泵3的兩端，以減緩冷媒泵3的壓力，使過多的冷媒可以從節流裝置11側通過。

在一個具體的應用示例中，前述的節流裝置11可以為膨脹閥。當然，節流裝置11也可以為除膨脹閥之外的其它節流裝置，具體在此不一一贅述。

在前述製冷循環系統100包括第一檢測裝置4的示例中，在製冷循環系統100停機後，當第二檢測裝置9檢測到蒸發器2的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且第一檢測裝置4檢測到蒸發器2的進液管的溫度小於第二設定溫度時，第二控制模塊10控制第一開關閥7、第二開關閥8以及節流裝置11開啟。在本示例中，當第二檢測裝置9檢測到蒸發器2的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度時，說明此時從蒸發器2的出流口處流出的流體的溫度已經不能滿足用戶端的需求，如此需要對流經蒸發器2的流體繼續製冷。此時先將第一開關閥7、第二開關閥8以及節流裝置11開啟，冷媒泵3以及冷凝器1的風機101暫時先不開啟。由於在停機階段，蒸發器2內的冷媒一直被流體加熱，蒸發器2內的冷媒的蒸發溫度較高，相應的蒸發器2的殼管壓力較大，如此冷媒在蒸發器2殼管壓力的驅動下在系統100內自然循環。由於冷凝器1的風機101此時沒有開啟，使得冷媒在系統100內的冷凝效率較低，並且冷媒在流經蒸發器2時一直蒸發吸熱，使得系統100內冷媒的溫度逐漸升高，相應的蒸發器2的進液管的溫度也逐漸升高，如此避免了超低溫冷媒直接衝刷蒸發器2的進液管，降低了蒸發器2的進液管被凍裂的風險，從而進一步提高了系統100在超低溫工況下運行的可靠性。

這裡需要說明的是：上述在製冷循環系統100停機後，當第二檢測裝置9檢測到蒸發器2的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且第一檢測裝置4檢測到蒸發器2的進液管的溫度小於第二設定溫度時，第二控制模塊10控制節流裝置11逐步開啟。在一個具體的應用示例中，當節流裝置11為膨脹閥時，第二控制模塊10控制膨脹閥每次以增大5％的開度逐步打開，直至膨脹閥開到預設開度，如此可以讓冷媒在系統100內慢慢循環，以使冷媒的溫度能夠遞進式逐步升高。

從上文中的描述，系統100內的冷媒在蒸發器2的殼管壓力下自然循環，蒸發器2的進液管的溫度逐漸升高。當第一檢測裝置4檢測到蒸發器2的進液管的溫度大於或等於第二設定溫度時，第二控制模塊10控制冷媒泵3開啟設定時間後再開啟冷凝器1的風機101，使系統100進入冷媒泵3循環。由於冷媒泵3先於冷凝器1的風機101開啟，可以讓系統100先充分循環起來，使蒸發器2的進液管的溫度進一步升高後再開風機101，這樣可以進一步降低蒸發器2的進液管被凍裂的風險，從而進一步提高了系統100在超低溫工況下運行的可靠性。

在一個具體的應用示例中，前述冷媒泵3在開啟至少1分鐘之後再開啟冷凝器1的風機101。

這裡需要說明的是：前述製冷循環系統100在重啟時，冷媒泵3與冷凝器1的風機101兩者間隔開啟的時間可以根據蒸發器2的進液管的溫度進行控制。具體來說：系統100內的冷媒在蒸發器2的殼管壓力下自然循環，蒸發器2的進液管的溫度逐漸升高。當第一檢測裝置4檢測到蒸發器2的進液管的溫度大於或等於第二設定溫度，且小於第三設定溫度時，第二控制模塊10控制冷媒泵3開啟，此時冷凝器1的風機101暫時不開啟。冷媒泵3開啟後可以讓冷媒在系統100內充分循環，此時由於冷凝器1的風機101不開啟，系統100內的冷媒由於一直經過蒸發器2時在蒸發器2內蒸發吸熱，使得系統100內冷媒的溫度進一步逐漸升高，相應的，蒸發器2的進液管的溫度也在逐漸升高。當第一檢測裝置4檢測到蒸發器2的進液管的溫度大於或等於第三設定溫度時，第二控制模塊10控制冷凝器1的風機101開啟，如此製冷循環系統100全面開啟，並進入冷媒泵3循環。

另一方面，如圖5所示，本發明的實施例還提供一種製冷循環系統的控制方法，包括：

步驟S1：使用冷媒泵3驅動冷媒在蒸發器2和冷凝器1之間循環。

相對於現有技術，無須使用壓縮機完成系統100的製冷循環，在超低溫製冷工況下，自然環境溫度較低時，可以利用自然環境中的低溫空氣對冷媒進行冷凝，以實現製冷循環，而無需藉助壓縮機將冷媒壓縮至高壓狀態。其中，由於冷媒泵3的功率與壓縮機相比要小得多，且可以無油潤滑，因此超低溫製冷工況下冷媒泵3運行的性能係數和可靠性具有較大的優勢，從而提高了在超低溫製冷工況下採用冷媒泵3的製冷循環系統100的性能係數和可靠性。

進一步的，如圖6所示，前述的控制方法還包括：

步驟S2：檢測蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力和蒸發器2的進液管的溫度；

步驟S3：根據蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力和蒸發器2的進液管的溫度，控制冷凝器1的風機101的風量。

具體的，當蒸發器2的蒸發殼管內的飽和壓力小於或等於第一設定壓力，且蒸發器2的進液管的溫度小於或等於第一設定溫度時，第一控制冷凝器1的風機101的風量變小。在超低溫工況下，當冷凝器1的風機101的風量變小時，冷凝器1的風機101吹到冷凝器1的殼管上的風量相應也變小，從而降低了冷凝器1的殼管內的冷媒與外界低溫空氣的熱交換，相應的，冷凝器1的殼管內的冷媒的溫度升高，溫度較高的冷媒在系統100內循環，當冷媒流經蒸發器2時，可以提高蒸發器2內冷媒的冷凝溫度以及蒸發器2的進液管的溫度，進而降低了蒸發器2的進液管在超低溫製冷工況下被凍裂的風險，提高了製冷循環系統100的可靠性。

在前述的控制方法，當製冷循環系統100還包括第一開關閥7和第二開關閥8，且第一開關閥7設置在蒸發器2的冷媒出口與冷凝器1的冷媒入口之間，第二開關閥8設置在蒸發器2的冷媒入口與冷媒泵3的出流口之間時，如圖6所示，前述的控制方法還包括如下步驟：

步驟S4：檢測蒸發器2的出流口處流體的溫度。

步驟S5：根據蒸發器2的出流口處流體的溫度控制製冷循環系統100停機或重啟。

具體的，當蒸發器2的出流口處流體的溫度小於或等於第一設定製冷溫度時，控制製冷循環系統100停機，且控制蒸發器2側的流體泵保持開啟。其具體的工作過程可參見上文製冷循環系統100實施例中相應的描述，在此不再贅述。

在前述的控制方法，當製冷循環系統100還包括節流裝置11，且節流裝置11並聯在冷媒泵3的兩端時，前述的控制方法還包括如下步驟：在製冷循環系統100停機後，當蒸發器2的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且蒸發器2的進液管的溫度小於第二設定溫度時，控制第一開關閥7、第二開關閥8以及節流裝置11開啟。其具體的工作過程可參見上文製冷循環系統100實施例中相應的描述，在此不再贅述。

進一步的，在製冷循環系統100停機後，當蒸發器2的出流口處流體的溫度大於第一設定製冷溫度，且蒸發器2的進液管的溫度大於或等於第二設定溫度時，控制冷媒泵3開啟設定時間後再開啟冷凝器1的風機101。其具體的工作過程可參見上文製冷循環系統100實施例中相應的描述，在此不再贅述。

這裡需要說明的是：在不衝突的情況下，本領域的技術人員可以根據實際情況將上述各示例中相關的技術特徵相互組合，以達到相應的技術效果，具體對於各種組合情況在此不一一贅述。另外，上文中所提到的「超低溫」是指溫度小於或等於-25℃，且大於或等於-40℃。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。