专利名称：一种具有排气除霜功能的中低温集成式冷藏/冷冻系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种冷藏/冷冻展示拒系统,尤其涉及一 种中低温集成式的冷藏/冷 冻展示拒系统，用于展示食品和/或饮料产品。
背景技术：
在通常情况下，超巿和便利店配备有许多展示拒，这些展示拒体可以是开放 的或可以具有门，用于将新鲜食物或饮料呈现给顾客，并将新鲜食物或饮料保持 在一定的温度环境中。由于空气源热泵或在制冷系统中的空气冷却器在环境温度 接近或低于水的冰点时，吸热的热交换器(也称为"蒸发器")上就会结霜，从 而导致热交换器的传热效率下降，甚至是整个系统的性能下降。最常规的除霜方 法包括电除霜和排气除霜，更具体地，采用电加热进行除霜的方法比较简单，但 是其工作效率相对偏低，除霜时间比较长并且在进行除霜时新鲜食物或饮料的温
度可能会明显升高；而采用排气除霜可以极大地改善热交换系统，并逐渐被越来 越广泛地应用到制冷系统中。
一般地，所有的制冷系统至少包括以下部件压缩机、冷凝器、至少一个与 展示拒联合在一起的蒸发器、膨胀阀、和在封闭循环回路内与上述装置连接在一 起的适宜的制冷剂管路。膨胀阀设置在相对于用于膨胀液态制冷剂的蒸发器的制 冷剂流动的入口的制冷剂管路的上游。该膨胀阀用来计算液态制冷剂，并将液态 制冷剂膨胀到 一 个期望的较低压力，其中该低压力根据先前进入到蒸发器的特定 制冷剂选取。现在以不同温度级别的制冷系统来予以详细说明，图1示出了现有 技术中的中温冷藏系统的结构原理框图，而图2示出了现有技术中的低温冷冻系 统的结构原理框图。如图1所示，该中温冷藏系统包括压缩机1、冷凝器2、 储液器3、膨胀阀4和蒸发器5。当低温低压的气体作为制冷剂经过压缩机1的 压缩处理后变为高温高压的气体，接着，该高温高压的气体进入冷凝器2进行冷 却而成为高温高压的液体并伴随着散热过程，然后，高温高压的液体经过储液器3而流至膨胀阀4。如前所述，该膨胀阀4可以根据所选定的制冷剂类型来选择 液态制冷剂膨胀后的期望压力，该膨胀阀4将高温高压的液体节流成低温低压的 液体和气体两相流，在通过蒸发器5后变为低温低压的气体并从空气气流中吸收 热量以形成制冷。类似地，在图2所示的低温冷冻系统中，也包括压缩机1、冷 凝器2、储液器3、膨胀阀4、蒸发器5和喷液阀6。在由膨胀阀4、蒸发器5、 压缩机1、冷凝器2和储液器3构成的制冷剂管路部分，该低温冷冻系统的工作 过程与中温冷藏系统相似，但是，对于该低温冷冻系统，为了降低压缩机1的排 气温度，而在压缩机1和储液器3之间增加了一个制冷剂管路的支路，并在其 上设置了喷液阀6。当高温高压的液体膨胀转化为低温低压的气体，在此转化过 程中吸收热量并降低压缩机1的吸气温度，从而降低压缩机1的排气温度，更 好地保护了压缩机组。
但是，采用独立的中温冷藏系统和低温冷冻系统在运行时，制冷效率较低， 能量消耗偏大。为了解决这一问题，开利公司已成功研发出一种中低温集成式冷 藏/冷冻系统，该集成式系统将原来独立的中温冷藏系统和低温冷冻系统集成于 一个CDU单元，然后通过结构的优化设计和两个系统之间的能量交换来提高集 成后的整个系统的使用效率。诚然，这种集成式的中低温冷藏/冷冻系统可以提 高系统的运行稳定性，占用空间小，并能"即插即用"地实现一体化解决方案而 为客户省去大量的安装和调试空间。然而，如何将排气除霜技术(D2D)成功地 应用于集成式的中低温冷藏/冷冻系统，是制冷领域的研发工程师急需解决的技 术问题。
发明内容
针对现有技术中的制冷系统在集成中温冷藏系统和低温冷冻系统时所存在的 技术缺陷，本发明提供了一种具有排气除霜功能的中低温集成式冷藏/冷冻系统。 采用本发明的该冷藏/冷冻系统，不仅增强了制冷效率，节约能源，还能在系统 正常运行状态和排气除霜状态之间进行切换，极大方便了客户的使用，也将系统 的运行稳定性提高到了 一个新的级别。
按照本发明的一个方面，提供了一种具有排气除霜功能的中低温集成式冷藏/ 冷冻系统。该系统集成了独立的中温冷藏系统和低温冷冻系统并对其进行优化设计，将D2D技术应用到集成式中低温系统中。该系统至少包括中温压缩机、 低温压缩机、冷凝器、储液器、中冷器、中温蒸发器、低温蒸发器，以及四个控 制阀、两个调节阀、两个单向阀和三个膨胀阀，通过控制这四个控制阀之间的动 作组合，在制冷循环操作和排气除霜操作之间进行切换控制。
其中，当第一控制阀开启和第二控制阀关闭，并且第四控制阀关闭至所述储 液器的制冷剂管路时，该中低温集成式系统执行制冷循环操作。进一步，当系统 执行制冷循环操作时，通过第一调节阀来调节所述低温压缩机的吸气温度，降低 所述低温压缩机的排气温度。
其中，当第一控制阀关闭和第二控制阀开启，并且第四控制阀关闭至所述中 冷器的制冷剂管路时，该中低温集成式系统执行排气除霜操作。进一步，当系统 执行排气除霜操作时，通过第二调节阀来调节所述低温压缩机的吸气温度，降低 所述低温压缩机的排气温度。
其中，当该中低温集成式系统在执行制冷循环操作或者排气除霜操作时，所 述中温压缩机和所述低温压缩才几都4更入运4亍。
按照本发明的又一个方面，提供了 一种在中低温集成式冷藏/冷冻系统中实现 制冷循环操作和排气除霜操作的切换方法。在该中低温集成式冷藏/冷冻系统中， 至少包括中温压缩机、低温压缩机、冷凝器、储液器、中冷器、中温蒸发器、低 温蒸发器，以及四个控制阀、两个调节阀、两个单向阀和三个膨胀阀，利用这四 个控制阀之间的动作組合，该集成系统可以在制冷循环操作和排气除霜操作之间 进行切换控制。更具体地，当第一控制阀开启和第二控制阀关闭，并且笫四控制 阀关闭至所述储液器的制冷剂管路时，该中低温集成式冷藏/冷冻系统执行制冷 循环操作；和当第一控制阀关闭和第二控制阀开启，并且第四控制阀关闭至所述 中冷器的制冷剂管路时，该系统执行排气除霜操作。
其中，所述系统执行制冷循环操作时，通过第一调节阀来调节所述低温压缩 机的吸气温度，降低所述低温压缩机的排气温度。
其中，所述系统执行排气除霜操作时，通过第二调节阀来调节所述低温压缩 机的吸气温度，降低所述低温压缩机的排气温度。
其中，在该低温蒸发器中安装温度传感器，预先设定所述温度传感器的相应 参数以确定排气除霜的开始时刻和结束时刻。采用本发明的中低温集成式冷藏/冷冻系统，不仅可以基于中温压缩机组和低 温压缩机组实现正常的制冷循环操作和排气除霜操作，还能够利用中温冷藏系统 和低温冷冻系统之间的热交换来提高整个集成化系统的运行效率。此外，低温蒸 发器中内置有温度传感器，通过智能控制相应参数可以快捷地确定排气除霜的开 始时刻和结束时刻。当进一步对低温蒸发器进行重新优化设计后，可以减少除霜 时间，保证除霜彻底。
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式
以后，将会更清楚地了解本发 明的各个方面。其中，
图1是一种现有技术中的中温冷藏系统的结构原理框图2是一种现有技术中的低温冷冻系统的结构原理框图3A示出了一种排气除霜系统中执行正常的制冷循环时的结构示意图，而 图3已示出了该排气除霜系统中执行排气除霜操作时的结构示意图4示出了一种中低温集成式冷藏/冷冻系统的结构示意图5示出了依据本发明一个或多个方面的具有排气除霜功能的中低温集成式 冷藏/冷冻系统的结构示意图6示出了如图5所示的中低温集成式冷藏/冷冻系统处于正常工作状态时的 原理示意图；而
图7示出了如图5所示的中低温集成式冷藏/冷冻系统处于排气除霜状态时的 原理示意图。
具体实施例方式
下面参照附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。 图3A示出了一种排气除霜系统中执行正常的制冷循环时的结构示意图，而 图3B示出了该排气除霜系统中执行排气除霜操作时的结构示意图。参照图3A 和图3B，该排气除霜系统主要包括中温压缩机、低温压缩机、中温蒸发器、低 温蒸发器以及控制阀1至5。在图3A和图3B中，各自虚线所示部分表示在各 自的工作状态时不参与循环的制冷剂管路，而各自实线所示部分表示在各自的工作状态时参与循环的制冷剂管路。从图3A中可以看出，当系统执行正常的制冷
循环时，低温低压的制冷剂分别经过各自的中温压缩机和低温压缩机进行压缩处 理后，打开控制阀1并将中温压缩机和低温压缩机排出的高温高压的气体传输至 冷凝器(未示出)，然后经过系统的部分制冷剂循环管路冷凝后分别从中温蒸发 器和低温蒸发器返回到各自的压缩机中。其中，当高温高压的液体经过低温蒸发
器转化为低温低压的气体后，需要通过控制阀4的节流控制来调节低温压缩机的 吸气温度，从而降低该低温压缩机的排气温度，更好地保护压缩机。从图3B中 可以看出，当系统执行排气除霜操作时，低温低压的制冷剂经过中温压缩机处理 后变成高温高压的气体，并通过控制阀2和3进入低温蒸发器，经过系统中的 部分管路进行冷凝处理后变成高温高压的液体，最后通过中温蒸发器回到中温压 缩机以及经由控制阀4和5回到低温压缩机。本领域的技术人员应当理解，还 可以在中温蒸发器的入口端添加膨胀阀，以将高温高压的液体节流成低温低压的 液体和气体两相流，在通过蒸发器后变为低温低压的气体并从空气气流中吸收热 量以形成制冷。
图4示出一种中低温集成式冷藏/冷冻系统的结构示意图。参照图4，该中低 温集成式冷藏/冷冻系统将原来独立的中温系统和低温系统集成于一个CDU单元 中，通过中温系统和低温系统之间的热交换以提高集成系统的性能。该集成系统 主要包括中温压缩机1、低温压缩机2、冷凝器3、储液器4、膨胀阀5、中冷 器6、调节阀7、膨胀阀8和9、低温蒸发器10和中温蒸发器11。进一步，冷 凝器3同时兼容独立式中温系统的冷凝器和独立式低温系统的冷凝器所具有的冷 却功能，以及储液器4替换了独立式中温系统和低温系统各自的储液器。其中， 中冷器6和膨胀阀5用于调节低温的过冷度，以提高系统的整体性能。现对该 集成系统的工作原理简要介绍如下低温低压的制冷剂经过中温压缩机1和低温 压缩机2压缩后排出高温高压的气体，该高温高压气体进入冷凝器3后转化为 高温高压的液体并散发大量的热量。当该高温高压的液体经储液器3后分为三条 管路第一路经过膨胀阀9节流成低温低压的液体和气体的两相流，进入中温蒸 发器11后转化为低温低压的气体并吸收热量形成制冷，然后回到中温压缩机1; 第二路经过中冷器6和膨胀阀8节流成低温低压的液体和气体的两项流，进入 低温蒸发器10后转化为低温低压的气体并吸收热量形成制冷，然后回到低温压缩机2;以及第三路经过膨胀阀5和中冷器6,调节低温的过冷度，并将制冷剂 过冷后回到中温压缩机1并且通过调节阀7来调节低温级的吸气温度以回到低 温压缩机2。由此可以看出，在该集成系统中，通过中间热交换器(中冷器6) 过冷低温级的供液温度，并利用能量转化来提高低温级的效率。实验数据表明， 低温级的能效比为1.1,中温级的能效比为2.2。这样，通过中温系统和低温系 统之间的能量交换可以提高整个集成系统的性能和中低温系统的运行稳定性。
图5示出依据本发明一个或多个方面的具有排气除霜功能的中低温集成式冷 藏/冷冻系统的结构示意图。参照图5，本发明的具有排气除霜功能的中低温集 成式冷藏/冷冻系统与图4中的中低温集成式冷藏/冷冻系统相比，引入了排气除 霜操作过程，并可以通过对相关阀门的控制来保证该集成式中低温系统在正常运 行状态和排气除霜状态之间的切换。具体地，图5所示的集成系统主要包括中 温压缩机、低温压缩机、冷凝器、储液器、中冷器、中温蒸发器、低温蒸发器以 及控制阀1至4、调节阀5和11、单向阀6和10、膨胀阀7至9。其中，该冷 凝器同时兼容独立式中温系统的冷凝器和独立式低温系统的冷凝器所具有的冷却 功能，以及储液器替换了独立式中温系统和低温系统各自的储液器。通过控制阀 1至4之间一定的动作組合，可以实现正常运行状态和排气除霜状态之间的切换， 而且通过调节阀5和11可以调节正常运行状态和排气除霜状态时低温系统的吸 气状态，降低低温压缩机的吸气温度，从而降低了低温压缩机的排气温度，更好 地4呆i正压缩才几组的稳、定运4亍。
图6示出了如图5所示的中低温集成式冷藏/冷冻系统处于正常工作状态时的 原理示意图。这里，图6中虛线所示部分表示在正常运行时不参与循环的制冷剂 管路，实线所示部分表示参与循环的制冷剂管路。具体来讲，当集成系统处于正 常运行状态时，控制阀2和单向阀6关闭，并且经由控制阀4至储液器的制冷 剂支路不参与循环。参照图6,根据制冷剂的流向来详细阐述系统在正常运行时 的工作原理低温低压的制冷剂分别经过中温压缩机和低温压缩机压缩后变成高 温高压的气体，经由控制阀1进入冷凝器后冷却为高温高压的液体并伴随散热过 程；当该高温高压的液体经单向阔和储液器后分为三条管路，这三条管路的具体 操作在上述图4的介绍中已经详细分解，此处不再累述。图7示出如图5所示的中低温集成式冷藏/冷冻系统处于排气除霜状态时的原 理示意图。同样，图7中虚线所示部分表示在排气除霜时不参与循环的制冷剂管 路，实线所示部分表示参与循环的制冷剂管路。具体来讲，当集成系统处于排气 除霜状态时，控制阀1和单向阀10、膨胀阀7和9均关闭，同时控制阀2和单 向阀6开启。参照图7，也根据制冷剂的流向来详细阐述系统在排气除霜时的工 作原理低温低压的制冷剂进入中温压缩机和经调节阀11进入低温压缩机压缩 处理后变为高温高压的气体，通过控制阀2和3进入低温蒸发器，然后经单向 阀6、控制阀4、储液器进入膨胀阀8,并节流为低温低压的液体和气体两相流 后通过中温蒸发器回到压缩机组。在排气除霜过程中，所有制冷剂管路中均没有 涉及冷凝器的使用。为了更好的提高排气除霜的执行效率并减少除霜时间，低温 蒸发器中内置有温度传感器，通过智能控制相应参数可以快捷地确定排气除霜的 开始时刻和结束时刻。当进一步对低温蒸发器进行重新优化设计后，可以减少除 霜时间，保证除霜彻底。
本领域的普通技术人员应当理解，上文中所述及的压缩机、中温压缩机和低 温压缩机，也同样适用于压缩机组、中温压缩机组和4氐温压缩机组。因而，依据 本发明 一个或多个方面的具体实施例并不只是局限于压缩机、中温压缩机和低温 压缩机的情形。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式
。但是，本领域中的普通技 术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具 体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定 的范围内。
权利要求
1. 一种中低温集成式冷藏/冷冻系统，它包括中温压缩机、低温压缩机、冷凝器、储液器、中间热交换器(中冷器)、中温蒸发器、低温蒸发器，其特征在于，所述系统还包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀及第四控制阀、第一调节阀和第二调节阀、第一单向阀和第二单向阀、第一膨胀阀、第二膨胀阀及第三膨胀阀，通过控制所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀的动作组合，在制冷循环操作和排气除霜循环操作之间进行切换控制。
2. 如权利要求1所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征在于，当所述第 一控制阀开启和所述第二控制阀关闭，并且所述第四控制阀关闭至所述储液器的 制冷剂管路时，所述系统执行制冷循环操作。
3. 如权利要求2所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征在于，所述系统 执行制冷循环操作时，通过所述第一调节阀来调节所述低温压缩机的吸气温度， 降低所述低温压缩机的排气温度。 —
4. 如权利要求1所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征在于，当所述第 一控制阀关闭和所述第二控制阀开启，并且所述第四控制阀关闭至所述中冷器的 制冷剂管路时，所述系统执行排气除霜操作。
5. 如权利要求4所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征在于，所述系统 执行排气除霜操作时，通过所述第二调节阀来调节所述低温压缩机的吸气温度， 降低所述低温压缩机的排气温度。
6. 如权利要求1至5中的任一项所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征 在于，所述系统在执行制冷循环操作或者排气除霜操作时，所述中温压缩机和所 述低温压缩机都投入运行。
7. 如权利要求4所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征在于，所述低温 蒸发器设置有温度传感器，预先设定所述温度传感器的相应参数可以确定排气除 霜的开始时刻和结束时刻。
8. 如权利要求1所述的中低温集成式冷藏/冷冻系统，其特征在于，所述中温 压缩机可以为中温压缩机組，所述《氐温压缩机可以为^氐温压缩才几組；所述中温蒸 发器可以为中温蒸发器组，所述低温蒸发器可以为低温蒸发器组。
9. 一种在中低温集成式冷藏/冷冻系统中进行制冷循环操作和排气除霜循环操 作的切换方法，所述中低温集成式冷藏/冷冻系统至少包括中温压缩机、低温压缩 机、冷凝器、储液器、中冷器、中温蒸发器、低温蒸发器，以及第一控制阀、第 二控制阀、第三控制阀和第四控制阀、第一调节阀和第二调节阀、第一单向阀和 第二单向阀、以及第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀，其特征在于，当所述 第 一控制阀开启和所述第二控制阀关闭，并且所述第四控制阀关闭至所述储液器 的制冷剂管路时，所述系统执行制冷循环操作；和当所述第一控制阀关闭和所述 第二控制阀开启，并且所述第四控制阀关闭至所述中冷器的制冷剂管路时，所述 系统执行排气除霜操作。
10. 如权利要求9所述的切换方法，其特征在于，所述系统执行制冷循环操作 时，通过所述第一调节阀来调节所述低温压缩机的吸气温度，降低所述低温压缩 机的排气温度。
11. 如权利要求9所述的切换方法，其特征在于，所述系统执行排气除霜操作 时，通过所述第二调节阀来调节所述低温压缩机的吸气温度，降低所述低温压缩 机的排气温度。
12. 如权刊要求9所述的切换方法，其特征在于，在所述低温蒸发器中安装温 度传感器，预先设定所述温度传感器的相应参数以确定排气除霜的开始时刻和结 束时刻。
13. 如权利要求9所述的切换方法，其特征在于，所述中温压缩机可以为中温 压缩机组，所述4氐温压缩机可以为低温压缩机组；所述中温蒸发器可以为中温蒸 发器组，所述低温蒸发器可以为低温蒸发器组。.
全文摘要
本发明揭示了一种具有排气除霜功能的中低温集成式冷藏/冷冻系统。它包括中低温压缩机组和中低温蒸发器，以及控制阀、调节阀、单向阀和膨胀阀，通过多个控制阀之间的动作组合，在制冷循环和除霜循环之间进行切换控制。本发明也揭示了一种在该系统中实现两种工作状态的切换方法。当第一控制阀开启和第二控制阀关闭，并且第四控制阀关闭至所述储液器的制冷剂管路时，执行制冷循环操作；和当第一控制阀关闭和第二控制阀开启，并且第四控制阀关闭至所述中冷器的制冷剂管路时，执行排气除霜操作。采用本发明的系统和切换方法，不仅可以实现制冷循环操作和排气除霜循环操作，还能够利用中温系统和低温系统之间的热交换来提高整个系统的运行效率。
文档编号F25B31/00GK101413745SQ20071018132
公开日2009年4月22日 申请日期2007年10月17日 优先权日2007年10月17日
发明者何志伟, 段传学, 众 顾 申请人:开利公司