喷淋制冷设备及控制方法与流程

本发明涉及制冷装置，尤其涉及一种喷淋制冷设备及控制方法。

背景技术：

目前制冷设备的冷量传递过程( 热量传递过程与之相反) ：蒸发器内的制冷剂蒸发吸热，所产生冷量通过“导热”的方式使紧贴蒸发器的制冷设备内胆温度降低，低温的制冷设备内胆通过自然对流、辐射( 如果内部有强制对流装置的换热方式为强制对流) 使制冷设备内部封闭气体降温，低温气体通过自然对流( 如果内部有强制对流装置的换热方式为强制对流) 与储物进行换热，将储物的热量带走。制冷设备内壁与储物也通过辐射换热的方式将储物的热量带走。

上述的冷量传递过程存在两个主要问题：一是制冷设备内部是以空气为主要换热介质，由于空气的密度(1.164kg/m3，20℃ ) 和导热系数(2.524×10-2W/(m·℃ )) 较低，造成传热系数低；二是自然对流和辐射换热( 制冷设备内壁面与储物温差范围内) 两种换热方式本身换热系数较低，在10 ～ 100W/(m2·℃ ) 范围内。一方面，根据换热量＝换热系数×传热温差×换热面积的传热学基本公式，当制冷设备储物较多时，需要较高的换热热量，制冷设备一般通过降低蒸发温度( 即增加传热温差) 来实现，而根据热力学卡诺定理，制冷设备蒸发温度越低，制冷性能系数(COP) 越低，降温速度就越慢；另一方面，目前制冷设备温控器的感温包置于制冷系统的管路上( 一般放置于蒸发器管路出口处)，通过蒸发器出口处的温度来判断冷藏室内空气温度是否降低到设定值，当制冷设备内部的空气温度降低到设定温度下限时压缩机即停机，直至制冷设备内部的空气温度上升到温控器设定的温度上限时压缩机才重新开机工作。由于空气温度与储物温度存在较大温差，所以当压缩机停机时，储物温度并没有降低到设定温度，因此储物热量很快把制冷设备内部空气加热，温度升高到压缩机重新开机工作，直接导致压缩机的频繁启停。降温速度慢使得冰柜的节能性亟待提高，而压缩机的启停频繁使得冰柜的工作可靠性下降，大大缩短压缩机的使用寿命。

目前，利用水代替空气作为换热冷媒的水制冷设备，通过水与储物的强制对流换热，传热系数范围在1000 ～ 10000W/(m2·℃ )，这在一定程度上增加了制冷设备的传热系数，但是水制冷设备的内部须有大量水存在，水的液面高度决定了制冷设备容积的利用程度，同时大量水的存在也增加了制冷设备强度的要求。此外制冷系统的蒸发器放置于制冷设备内部，占用了制冷设备的有效容积。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种喷淋制冷设备及控制方法，旨在降低喷淋制冷设备的压缩机的启停次数，实现速冷的功能。

本发明提供的技术方案是，一种喷淋制冷设备，其特征在于，包括：制冷循环系统、液体循环系统和箱体；所述制冷循环系统包括连接在一起的压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器；所述液体循环系统包括液体泵、喷嘴和储液罐，所述液体泵经所述蒸发器与所述喷嘴相连接，所述喷嘴活动设置在所述箱体的内腔中，所述液体泵与所述储液罐相连接，所述储液罐连接至所述箱体的内腔。

进一步的，所述喷嘴滑动设置在所述箱体上，和/或，所述喷嘴可摆动的设置在所述箱体上，和/或，所述喷嘴可转动的设置在所述箱体上。

进一步的，所述制冷循环系统还包括四通阀和切换开关，所述四通换向阀的公共入口和公共出口分别与所述压缩机的排气管和吸气管连接，所述四通换向阀的另外两通分别与所述冷凝器和所述蒸发器相连接，所述毛细管设于所述冷凝器和所述蒸发器之间；所述切换开关用于触发控制所述四通换向阀换向。

进一步的，所述储液罐与所述液体泵之间还依次设置有调节阀和过滤器。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统包括温控器、温度传感器、压差传感器和位置开关，所述温度传感器设于所述储液罐和所述箱体底部的集液口之间，所述温控器与所述温度传感器、所述液体泵、所述压缩机分别相连接，所述压差传感器设于所述液体泵的进、出口之间，所述压差传感器连接至所述压缩机，所述位置开关设于所述箱体的门体处。

进一步的，所述蒸发器为板式换热器或套管式换热器，所述液体泵通过所述蒸发器与所述喷嘴相连接；或者，所述液体泵与喷嘴之间通过管道连接，所述管道与所述蒸发器导热连接。

本发明还提供一种喷淋制冷设备的控制方法，所述喷淋制冷设备包括：制冷循环系统、液体循环系统和箱体；所述制冷循环系统包括连接在一起的压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器；所述液体循环系统包括液体泵、喷嘴和储液罐，所述液体泵经所述蒸发器与所述喷嘴相连接，所述喷嘴活动设置在所述箱体的内腔中，所述液体泵与所述储液罐相连接，所述储液罐连接至所述箱体的内腔；

控制方法为：通过所述蒸发器与所述液体循环系统中的喷淋液体进行换热，所述液体循环系统中的喷淋液体通过所述喷嘴以喷淋方式与箱体内腔的储物换热。

进一步的，所述喷淋制冷设备还包括控制系统，所述控制系统包括温控器、温度传感器、压差传感器和位置开关，所述温度传感器设于所述储液罐和所述箱体底部的集液口之间，所述温控器与所述温度传感器、所述液体泵、所述压缩机分别相连接，所述压差传感器设于所述液体泵的进、出口之间，所述压差传感器连接至所述压缩机，所述位置开关设于所述箱体的门体处；

控制方法具体包括：

S1：喷淋制冷设备通电后，所述位置开关判断门体是否打开，若打开，则所述液体循环系统和所述制冷循环系统不启动；若没有打开，则转入S2；

S2：所述温控器比较所述温度传感器传回的温度与设定值，若传回的温度高于设定值，则启动所述液体泵；若传回的温度低于设定值，同时所述液体泵的进出口之间的压差传感器显示有压差，则启动所述制冷循环系统，喷淋制冷设备进入工作状态；

S3：当所述温度传感器传回的温度达到设定值，所述温控器发出停机信号，所述制冷系统和所述液体循环系统相继被切断，停止工作。

进一步的，控制方法还包括：若在工作过程中打开门体，所述液体循环系统和所述制冷循环系统同时被切断，停止工作。

进一步的，所述制冷循环系统还包括四通阀和切换开关，所述四通换向阀的公共入口和公共出口分别与所述压缩机的排气管和吸气管连接，所述四通换向阀的另外两通分别与所述冷凝器和所述蒸发器相连接，所述毛细管设于所述冷凝器和所述蒸发器之间；所述切换开关用于触发控制所述四通换向阀换向；控制方法还包括：通过切换开关切换四通换向阀来改变制冷剂的流向，实现制冷循环系统的蒸发器和冷凝器的功能互换，将制冷控制切换为制热控制。

本发明提供的喷淋制冷设备及控制方法，通过制冷循环系统对液体循环系统中的喷淋液体进行冷却，喷淋液体将通过喷头直接喷射到箱体内腔盛放的储物上，低温的喷淋液体将直接与储物进行热交换，而由于液体的传热系数更换，储物上的喷淋液体能够快速与储物进行热交换，提高了制冷设备的性能系数，提高了能量利用效率，实现了速冷的功能；同时，由于降温速度较快，也使得压缩机的启停次数明显减少，延长了喷淋制冷设备的使用寿命；同样的，通过改变四通阀的状态，还可以实现将制冷控制切换为制热控制，实现了速冷/速热的多功能，成为全季节电器，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明喷淋制冷设备实施例的原理图一；

图2为本发明喷淋制冷设备实施例的原理图二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例喷淋制冷设备，主要包括压缩机1、冷凝器3、毛细管4、蒸发器5、液体泵6、喷嘴7、储液罐8、调节阀9、过滤器10、温控器11、温度传感器12、压差传感器13、位置开关14以及箱体15。其中，压缩机1、冷凝器3、毛细管4和蒸发器5组成制冷循环系统；液体泵6、过滤器10、喷嘴7、储液罐8和调节阀9组成液体循环系统；温控器11、温度传感器12、压差传感器13和位置开关14组成控制系统。

制冷循环系统的结构具体为：压缩机1、冷凝器3、毛细管4和蒸发器5依次循环连接在一起形成供冷媒流动的制冷回路。

液体循环系统的结构具体为：液体泵6输出的喷淋液体经蒸发器5进行制冷后输送到喷嘴7，喷嘴7伸入箱体15的内腔，液体泵6依次经过滤器10、调节阀9与储液罐8相连接，储液罐8连接至箱体15的内腔。其中，箱体15的内腔底部可以形成有集液口（未图示），储液罐8与该出液口连接收集箱体15中的喷淋液体；另外，蒸发器15可以采用板式换热器或套管式换热器等结构，蒸发器15中具有两条流路，其中一条流路供冷媒流动，另一条流路供喷淋液流动，液体泵6通过蒸发器5与喷嘴7连接，或者，液体泵6与喷嘴7之间直接通过管道连接，该管道贴在蒸发器5上以通过蒸发器5制冷流经该管道中的喷淋液。

控制系统的结构具体为：温度传感器12设于储液罐8和箱体15底部的集液口之间，温控器11与温度传感器12、液体泵6、压缩机1分别连接，压差传感器13设于液体泵6的进、出口之间，压差传感器13还连接至压缩机1，位置开关14设于箱体15的门体处，用于判断箱体15上的门体（未图示）是否打开。

其中，本实施例中的喷嘴7活动设置在箱体1的内腔中，在实际使用过程中，可以通过调整喷嘴7的位置和姿态，调节喷淋的方向。喷嘴7可以滑动设置在所述箱体1上，和/或，所述喷嘴7可摆动的设置在所述箱体1上，和/或，所述喷嘴7可转动的设置在所述箱体1上。

下面结合附图对本实施例喷淋制冷设备的工作过程及控制方法进行说明，以箱体15中冷藏的储物为饮料为例。

本实施例喷淋制冷设备的工作状态主要分为启动、运行、停机和门体打开四种工况，饮料尽量以竖直角度的方式存放于箱体15的内腔中，设定喷嘴7的喷淋液滴粒径到中等大小，中位数的喷淋液滴的粒径值为1-3mm，关闭门体，温控器11设定温度值为10℃，接通电源，本实施例喷淋制冷设备进入启动工况阶段。

制冷循环系统通过蒸发器5与液体循环系统中的喷淋液体换热，液体循环系统通过喷嘴7将制冷后的喷淋液体喷射到储物上进行换热；控制系统同时控制制冷循环系统和液体循环系统；液体循环系统同时控制制冷循环系统，制冷循环系统的步骤具体为：

首先根据冷门体的位置开关14判断门体是否打开（此时已关闭）；然后温度传感器12传递给温控器11的温度信号为常温（因为饮料刚刚放入），与设定温度值有偏差，温控器11随即控制液体泵6电源接通，液体循环系统开始工作，同时接通压缩机1电源；

但是压缩机1电源接通后，压缩机1是否启动还受压差传感器13的控制，通过压差传感器13判断液体泵6的进出口是否已成功建立压差，若已经成功建立压差，则液体循环系统正常工作，压缩机1启动，制冷循环系统开始工作。

冷量的传递过程为：制冷循环系统的蒸发器5内的制冷剂蒸发吸热产生冷量，液体循环系统（以水为例，喷淋液体为纯水、乙二醇、丙三醇中的一种或几种或者酚的乙醇水溶液或者碱金属和碱土金属的可溶性盐（如氯化钠、氯化钙）的水溶液，根据储物的冷藏、冷冻温度选择适用的喷淋液体）的水由液体泵6泵送至蒸发器5处进行制冷，吸收制冷剂的冷量变为冷水，冷水通过喷嘴7雾化为高速小液滴，小液滴直接喷射到饮料包装表面，与饮料换热，同时由于小液滴具有很高的流速，打到饮料上会使饮料震动，使冷量快速从饮料包装传递到饮料内部，同时减少饮料外围与内部的温差，使饮料充分冷却；经过与饮料换热后的液滴温度升高，并汇集于箱体15底部，靠重力从集液口排入液体循环系统的储液罐8，然后依次经调节阀9、过滤器10被液体泵6泵入到蒸发器5处，进入下一轮循环。

水从箱体15的集液口进入储液罐8时会流经温度传感器12，将水的温度信号传递给温控器11。由于冷量的不断传递，饮料的温度逐渐降低，回水的温度也逐渐降低。当温度达到设定的10℃时，温控器11同时断开液体泵6和压缩机1的电源，液体循环系统和制冷循环系统同时停止工作，进入停机工况。由于外界热量的不断传入，使内部饮料温度逐渐上升，当达到温控器11启动的上限值，喷淋制冷设备重新启动。

喷淋制冷设备在正常运行时，若中途打开门体，为防止喷嘴7喷出的液体飞出箱体15，位置开关14控制液体泵6和压缩机1同时断电，液体循环系统和制冷循环系统同时被切断，喷淋制冷设备停止工作。待门体合上后，重新启动液体泵6和压缩机1。

分析发现，冷量与储物换热的在最薄弱环节就在喷淋制冷设备内部，从而本发明将换热系数可达到100000W/ (m2•℃)的喷淋换热技术引入到喷淋制冷设备制冷领域，同时，根据流体力学、传热学的基本定律提出了喷淋方式可调且喷淋液滴粒径由箱体15内部储物种类确定，就制冷功能而言，本发明喷淋制冷设备除了出售冷藏软瓶饮料，还可以实现对水果或者包装食品的速冻。

例如：

对于瓶装饮料而言，选择接近柱状的喷淋液滴粒径将液体喷淋到储物表面，而对于玻璃、金属瓶装饮料选择较大的喷淋液滴粒径（液滴的中位数粒径为2-5.5mm）、塑料瓶装液体饮料其次（液滴的中位数直径值的范围为1-3mm）、水果则选择较小喷淋液滴粒径（液滴的中位数直径值的范围为0.5-2mm）。这是因为较大的液滴粒径具有相对较高的动能，可以使饮料瓶及内部液体震动，在强化储物外部换热的同时也对内部换热进行强化，进一步实现制冷设备的速冷/速热功能。

而对于如水果类的储物，因其表面易损且内部导热是整个传热的瓶颈环节，过分强化外部换热对整体贡献不大，因此只需提供均匀的低温环境即可，所以选择接近雾化的喷淋液滴粒径。

箱体15内部换热系数的提高使得从制冷剂到储物的换热系数提高，传递相同热量所需要的温差就会减小，采用本发明的技术方案进行制冷，制冷循环系统的蒸发温度与温控器11的感温包温度之间的温差≤5℃，与储物的目标温度之间温差≤10℃，大大优化了制冷循环系统的性能。

传统制冷设备在大负荷下压缩机频繁启停的根本原因有两个：一是温控器感温包的位置；二是蒸发温度与储物之间有较大温差。其中，如前所述，喷淋技术的引入减少了蒸发温度与储物之间的温差，另一方面，本发明将温度传感器12安装于制冷设备箱体15底部的集液口与储液罐8之间。在128L制冷设备内部装入80瓶500ml瓶装水的前提下，通过实验对比，24h内，传统制冷设备启停100次，而本发明的速冷节能柜仅启停了2次。

如图2所示，除实现上述的速冷功能外，本实施例喷淋制冷设备基于上述技术方案，区别在于还可以加热箱体15中的储物，具体的，所述制冷循环循环还包括四通换向阀2和切换开关（未图示）；制冷循环系统的结构具体为：四通换向阀2的公共入口和公共出口分别与压缩机1的排气管和吸气管连接，四通换向阀2的另外两通分别与冷凝器3和蒸发器5相连接，毛细管4设于冷凝器3和蒸发器5之间；切换开关通过控制电源与四通换向阀2相连接。

具体而言，需要由制冷状态切换为制热状态时，扳动切换开关，控制电源给四通换向阀2一个高电平脉冲，实现的四通换向阀2换向，制冷剂的流动方向改变，蒸发器5和冷凝器3的功能互换，转而实现速热功能，可以使本实施例喷淋制冷设备在冬季或者其他需要的场合作为“热饮”加热器，提高了能量利用效率，降低了闲置率，充分发挥了本实施例喷淋制冷设备的使用频率，使其成为全季节的多功能电器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。