制冷循环系统及其控制方法与流程

本发明涉及空调制冷系统技术领域，特别是涉及一种制冷循环系统及其控制方法。

背景技术：

现有的制冷循环都是基于压缩机工作，通过压缩机达到制冷系统的动态平衡及制冷循环。然而在超低温制冷工况下，自然环境温度较低时，使用压缩机的制冷循环系统会比较耗能，其能效也相对受限，并且控制较复杂，维护和使用成本均较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种制冷循环系统及其控制方法，主要目的在于提高制冷循环系统在超低温制冷工况下的性能系数和可靠性。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种制冷循环系统，包括冷凝器和蒸发器，所述蒸发器的冷媒出口与所述冷凝器的冷媒入口连接，所述系统还包括：

冷媒泵，所述冷媒泵的进流口与所述冷凝器的冷媒出口连接，所述冷媒泵的出流口与所述蒸发器的冷媒入口连接。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

在前述的制冷循环系统中，可选的，制冷循环系统还包括：

第一检测装置，用于检测所述蒸发器的蒸发壳管内的饱和压力和所述蒸发器的进液管的温度。

在前述的制冷循环系统中，可选的，制冷循环系统还包括：

第一控制模块，用于根据所述蒸发器的蒸发壳管内的饱和压力和所述蒸发器的进液管的温度，控制所述冷凝器的风机的风量。

在前述的制冷循环系统中，可选的，当所述蒸发器的蒸发壳管内的饱和压力小于或等于第一设定压力，且所述蒸发器的进液管的温度小于或等于第一设定温度时，第一控制模块控制所述冷凝器的风机的风量变小。

在前述的制冷循环系统中，可选的，制冷循环系统还包括：

第一开关阀，设置在所述蒸发器的冷媒出口与所述冷凝器的冷媒入口之间；

第二开关阀，设置在所述蒸发器的冷媒入口与所述冷媒泵的出流口之间；

第二检测装置，用于检测所述蒸发器的出流口处流体的温度。

在前述的制冷循环系统中，可选的，制冷循环系统还包括：

第二控制模块，用于根据所述蒸发器的出流口处流体的温度控制所述制冷循环系统停机或重启。

在前述的制冷循环系统中，可选的，当所述蒸发器的出流口处流体的温度小于或等于第一设定制冷温度时，所述第二控制模块控制所述制冷循环系统停机，且控制所述蒸发器侧的流体泵保持开启。

在前述的制冷循环系统中，可选的，制冷循环系统还包括：

节流装置，并联在所述冷媒泵的两端。

在前述的制冷循环系统中，可选的，在所述制冷循环系统停机后，当所述制冷循环系统包括所述的第一检测装置，所述蒸发器的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且所述蒸发器的进液管的温度小于第二设定温度时，第二控制模块控制所述第一开关阀、所述第二开关阀以及所述节流装置开启。

在前述的制冷循环系统中，可选的，在所述制冷循环系统停机后，当所述制冷循环系统包括所述的第一检测装置，所述蒸发器的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且所述蒸发器的进液管的温度大于或等于第二设定温度时，第二控制模块控制所述冷媒泵开启设定时间后再开启所述冷凝器的风机。

另一方面，本发明的实施例还提供一种制冷循环系统的控制方法，包括如下步骤：

使用冷媒泵驱动冷媒在蒸发器和冷凝器之间循环。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的控制方法，其中，还包括：

检测所述蒸发器的蒸发壳管内的饱和压力和所述蒸发器的进液管的温度；

根据所述蒸发器的蒸发壳管内的饱和压力和所述蒸发器的进液管的温度，控制所述冷凝器的风机的风量。

前述的控制方法，其中，当所述蒸发器的蒸发壳管内的饱和压力小于或等于第一设定压力，且所述蒸发器的进液管的温度小于或等于第一设定温度时，控制所述冷凝器的风机的风量变小。

前述的控制方法，其中，所述制冷循环系统还包括：

第一开关阀，设置在所述蒸发器的冷媒出口与所述冷凝器的冷媒入口之间；

第二开关阀，设置在所述蒸发器的冷媒入口与所述冷媒泵的出流口之间。

前述的控制方法，其中，还包括：

检测所述蒸发器的出流口处流体的温度；

根据所述蒸发器的出流口处流体的温度控制所述制冷循环系统停机或重启。

前述的控制方法，其中，当所述蒸发器的出流口处流体的温度小于或等于第一设定制冷温度时，控制所述制冷循环系统停机，且控制所述蒸发器侧的流体泵保持开启。

前述的控制方法，其中，所述制冷循环系统还包括并联在所述冷媒泵的两端的节流装置；

在所述制冷循环系统停机后，当所述蒸发器的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且所述蒸发器的进液管的温度小于第二设定温度时，控制所述第一开关阀、所述第二开关阀以及所述节流装置开启。

前述的控制方法，其中，在所述制冷循环系统停机后，当所述蒸发器的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且所述蒸发器的进液管的温度大于或等于第二设定温度时，控制所述冷媒泵开启设定时间后再开启所述冷凝器的风机。

借由上述技术方案，本发明制冷循环系统及其控制方法至少具有以下有益效果：

在本发明提供的技术方案中，相对于现有技术，无须使用压缩机完成系统的制冷循环，在超低温制冷工况下，自然环境温度较低时，可以利用自然环境中的低温空气对冷媒进行冷凝，以实现制冷循环，而无需借助压缩机将冷媒压缩至高压状态。其中，由于冷媒泵的功率与压缩机相比要小得多，且可以无油润滑，因此超低温制冷工况下冷媒泵运行的性能系数和可靠性具有较大的优势，从而提高了在超低温制冷工况下采用冷媒泵的制冷循环系统的性能系数和可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的一实施例提供的一种制冷循环系统的结构示意图；

图2是本发明的一实施例提供的一种制冷循环系统的控制部分的部分结构框图；

图3是本发明的一实施例提供的另一种制冷循环系统的结构示意图；

图4是本发明的一实施例提供的另一种制冷循环系统的控制部分的部分结构框图；

图5是本发明的一实施例提供的一种制冷循环系统的控制方法的流程示意图；

图6是本发明的一实施例提供的另一种制冷循环系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种制冷循环系统100，包括冷凝器1、蒸发器2和冷媒泵3。蒸发器2的冷媒出口与冷凝器1的冷媒入口连接。冷媒泵3的进流口与冷凝器1的冷媒出口连接，冷媒泵3的出流口与蒸发器2的冷媒入口连接。

在上述提供的技术方案中，相对于现有技术，无须使用压缩机完成系统100的制冷循环，在超低温制冷工况下，自然环境温度较低时，可以利用自然环境中的低温空气对冷媒进行冷凝，以实现制冷循环，而无需借助压缩机将冷媒压缩至高压状态。其中，由于冷媒泵3的功率与压缩机相比要小得多，且可以无油润滑，因此超低温制冷工况下冷媒泵3运行的性能系数和可靠性具有较大的优势，从而提高了在超低温制冷工况下采用冷媒泵3的制冷循环系统100的性能系数和可靠性。

在上述示例中，由于采用冷媒泵，可以节约使用成本及维护成本，实现超低温制冷循环，具有超高能效比，提高本制冷循环系统100的市场竞争力。

如图3所示，前述的制冷循环系统100还可以包括干燥过滤器12，干燥过滤器12设置在冷媒泵3与冷凝器1之间。干燥过滤器12可以对流经内部的冷媒进行杂质过滤，以提高系统100的运行稳定性。

当本发明的制冷循环系统100在超低温工况下运行时，制冷循环系统100的蒸发器2和冷凝器1在运行时存在诸多不确定因素，可靠性有较大未知性，主要原因在于：制冷循环系统100一般采用满液式壳管蒸发器，当系统100在超低温工况下运行，且蒸发壳管内的蒸发温度以及蒸发器2的进液管的温度均较低时，冷媒在系统100内循环时容易在蒸发器2的壳管的进液管表面结冰，直至壳管的进液管冻裂，导致蒸发器2和冷凝器1进水，进而使系统100报废。上述蒸发器2的进液管是指蒸发器2的用于输送冷媒的进液管道。为了规避此类风险，提高系统100运行的可靠性，如图2所示，本发明的制冷循环系统100可以包括第一检测装置4，第一检测装置4用于检测蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力和蒸发器2的进液管的温度。用户可以根据蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力和蒸发器2的进液管的温度，控制冷凝器1的风机101的风量。

前述的第一检测装置4可以包括压力传感器(图中未标示)和温度传感器(图中未标示)。为了与下文中的温度传感器区分开，此次的温度传感器可以取为第一温度传感器。其中，压力传感器用于检测蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力。第一温度传感器用于检测蒸发器2的进液管的温度。

具体的，在超低温工况下，当蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力小于或等于第一设定压力，且蒸发器2的进液管的温度小于或等于第一设定温度时，控制冷凝器1的风机101的风量变小。在超低温工况下，当冷凝器1的风机101的风量变小时，冷凝器1的风机101吹到冷凝器1的壳管上的风量相应也变小，从而降低了冷凝器1的壳管内的冷媒与外界低温空气的热交换，相应的，冷凝器1的壳管内的冷媒的温度升高，温度较高的冷媒在系统100内循环，当冷媒流经蒸发器2时，可以提高蒸发器2内冷媒的冷凝温度以及蒸发器2的进液管的温度，进而降低了蒸发器2的进液管在超低温制冷工况下被冻裂的风险，提高了本发明制冷循环系统100的可靠性。

在一个具体的应用示例中，前述的第一设定压力为290Kpa。前述的第一设定温度不得低于-5℃—-10℃。

为了方便对冷凝器1的风量进行控制，优选的，如图2所示，本发明的制冷循环系统100还包括第一控制模块5，第一控制模块5用于根据蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力和蒸发器2的进液管的温度，控制冷凝器1的风机101的风量。

这里需要说明的是：上述的第一控制模块5可以为单片机或微处理器等。第一控制模块5可以为制冷循环系统100自身的控制器。当然，也可以额外单独设置一控制模块对冷凝器1的风机101的风量进行控制。

为了方便对冷凝器1的风机101的风量进行控制，优选的，前述冷凝器1的风机101为变频风机。

如图3和图4所示，本发明的制冷循环系统100还可以包括第一开关阀7、第二开关阀8以及第二检测装置9。第一开关阀7设置在蒸发器2的冷媒出口与冷凝器1的冷媒入口之间。第二开关阀8设置在蒸发器2的冷媒入口与冷媒泵3的出流口之间。第二检测装置9用于检测蒸发器2的出流口处流体的温度。用户可以根据蒸发器2的出流口处流体的温度控制制冷循环系统100停机或重启。

上述的第二检测装置9可以包括温度传感器，为了与上文中的温度传感器区分开，此次的温度传感器可以取为第二温度传感器。第二温度传感器用于检测蒸发器2的出流口处流体的温度。

在一个具体的应用示例中，前述的第一开关阀7可以为电动蝶阀。第二开关阀8可以为单向阀。当然，第一开关阀7或第二开关阀8也可以为其它类型的开关阀，具体在此不一一举例描述。其中，当第二开关阀8为单向阀时，单向阀的进流口与冷媒泵3的出流口连接，单向阀的出流口与蒸发器2的冷媒入口连接。

具体的，在超低温工况下，当蒸发器2的出流口处流体的温度小于或等于第一设定制冷温度时，控制制冷循环系统100停机，且控制蒸发器2侧的流体泵(图中未标示)保持开启。在本示例中，当蒸发器2的出流口处流体的温度小于或等于第一设定制冷温度时，说明蒸发器2的出流口处流体的温度已达到制冷目标温度点，换句话说：此时系统100机组的制冷能力已经达到可供用户端换热的条件，再继续开机没有必要。当本发明制冷循环系统100停机时，第一开关阀7、第二开关阀8、冷媒泵3以及冷凝器1的风机101均关闭。在本示例中，由于制冷循环系统100停机时第一开关阀7和第二开关阀8均关闭，且蒸发器2侧的流体泵保持开启，从而被第一开关阀7和第二开关阀8封闭在蒸发器2内的冷媒与蒸发器2内被流体泵持续泵送的温度相对较高的流体一直换热，使得在停机时蒸发器2内的冷媒的温度升高，相应的蒸发器2的进液管的温度也会升高，进而降低了蒸发器2的进液管在超低温制冷工况下被冻裂的风险，进一步提高了本发明制冷循环系统100的可靠性。

为了方便对制冷循环系统100的停机或重启进行控制，优选的，如图4所示，本发明的制冷循环系统100还包括第二控制模块10，第二控制模块10用于根据蒸发器2的出流口处流体的温度控制制冷循环系统100停机或重启。

这里需要说明的是：上述的第二控制模块10可以为单片机或微处理器等。第二控制模块10可以为制冷循环系统100自身的控制器。当然，也可以额外单独设置一控制模块对制冷循环系统100的停机或重启进行控制。

其中，前述的第一控制模块和第二控制模块只是逻辑功能划分，第一控制模块和第二控制模块可以为同一个控制装置或控制单元，也可以是不同的，不局限于是物理区分开的两个模块。

本发明制冷循环系统100还可以包括节流装置11，节流装置11并联在冷媒泵3的两端，以减缓冷媒泵3的压力，使过多的冷媒可以从节流装置11侧通过。

在一个具体的应用示例中，前述的节流装置11可以为膨胀阀。当然，节流装置11也可以为除膨胀阀之外的其它节流装置，具体在此不一一赘述。

在前述制冷循环系统100包括第一检测装置4的示例中，在制冷循环系统100停机后，当第二检测装置9检测到蒸发器2的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且第一检测装置4检测到蒸发器2的进液管的温度小于第二设定温度时，第二控制模块10控制第一开关阀7、第二开关阀8以及节流装置11开启。在本示例中，当第二检测装置9检测到蒸发器2的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度时，说明此时从蒸发器2的出流口处流出的流体的温度已经不能满足用户端的需求，如此需要对流经蒸发器2的流体继续制冷。此时先将第一开关阀7、第二开关阀8以及节流装置11开启，冷媒泵3以及冷凝器1的风机101暂时先不开启。由于在停机阶段，蒸发器2内的冷媒一直被流体加热，蒸发器2内的冷媒的蒸发温度较高，相应的蒸发器2的壳管压力较大，如此冷媒在蒸发器2壳管压力的驱动下在系统100内自然循环。由于冷凝器1的风机101此时没有开启，使得冷媒在系统100内的冷凝效率较低，并且冷媒在流经蒸发器2时一直蒸发吸热，使得系统100内冷媒的温度逐渐升高，相应的蒸发器2的进液管的温度也逐渐升高，如此避免了超低温冷媒直接冲刷蒸发器2的进液管，降低了蒸发器2的进液管被冻裂的风险，从而进一步提高了系统100在超低温工况下运行的可靠性。

这里需要说明的是：上述在制冷循环系统100停机后，当第二检测装置9检测到蒸发器2的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且第一检测装置4检测到蒸发器2的进液管的温度小于第二设定温度时，第二控制模块10控制节流装置11逐步开启。在一个具体的应用示例中，当节流装置11为膨胀阀时，第二控制模块10控制膨胀阀每次以增大5％的开度逐步打开，直至膨胀阀开到预设开度，如此可以让冷媒在系统100内慢慢循环，以使冷媒的温度能够递进式逐步升高。

从上文中的描述，系统100内的冷媒在蒸发器2的壳管压力下自然循环，蒸发器2的进液管的温度逐渐升高。当第一检测装置4检测到蒸发器2的进液管的温度大于或等于第二设定温度时，第二控制模块10控制冷媒泵3开启设定时间后再开启冷凝器1的风机101，使系统100进入冷媒泵3循环。由于冷媒泵3先于冷凝器1的风机101开启，可以让系统100先充分循环起来，使蒸发器2的进液管的温度进一步升高后再开风机101，这样可以进一步降低蒸发器2的进液管被冻裂的风险，从而进一步提高了系统100在超低温工况下运行的可靠性。

在一个具体的应用示例中，前述冷媒泵3在开启至少1分钟之后再开启冷凝器1的风机101。

这里需要说明的是：前述制冷循环系统100在重启时，冷媒泵3与冷凝器1的风机101两者间隔开启的时间可以根据蒸发器2的进液管的温度进行控制。具体来说：系统100内的冷媒在蒸发器2的壳管压力下自然循环，蒸发器2的进液管的温度逐渐升高。当第一检测装置4检测到蒸发器2的进液管的温度大于或等于第二设定温度，且小于第三设定温度时，第二控制模块10控制冷媒泵3开启，此时冷凝器1的风机101暂时不开启。冷媒泵3开启后可以让冷媒在系统100内充分循环，此时由于冷凝器1的风机101不开启，系统100内的冷媒由于一直经过蒸发器2时在蒸发器2内蒸发吸热，使得系统100内冷媒的温度进一步逐渐升高，相应的，蒸发器2的进液管的温度也在逐渐升高。当第一检测装置4检测到蒸发器2的进液管的温度大于或等于第三设定温度时，第二控制模块10控制冷凝器1的风机101开启，如此制冷循环系统100全面开启，并进入冷媒泵3循环。

另一方面，如图5所示，本发明的实施例还提供一种制冷循环系统的控制方法，包括：

步骤S1：使用冷媒泵3驱动冷媒在蒸发器2和冷凝器1之间循环。

相对于现有技术，无须使用压缩机完成系统100的制冷循环，在超低温制冷工况下，自然环境温度较低时，可以利用自然环境中的低温空气对冷媒进行冷凝，以实现制冷循环，而无需借助压缩机将冷媒压缩至高压状态。其中，由于冷媒泵3的功率与压缩机相比要小得多，且可以无油润滑，因此超低温制冷工况下冷媒泵3运行的性能系数和可靠性具有较大的优势，从而提高了在超低温制冷工况下采用冷媒泵3的制冷循环系统100的性能系数和可靠性。

进一步的，如图6所示，前述的控制方法还包括：

步骤S2：检测蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力和蒸发器2的进液管的温度；

步骤S3：根据蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力和蒸发器2的进液管的温度，控制冷凝器1的风机101的风量。

具体的，当蒸发器2的蒸发壳管内的饱和压力小于或等于第一设定压力，且蒸发器2的进液管的温度小于或等于第一设定温度时，第一控制冷凝器1的风机101的风量变小。在超低温工况下，当冷凝器1的风机101的风量变小时，冷凝器1的风机101吹到冷凝器1的壳管上的风量相应也变小，从而降低了冷凝器1的壳管内的冷媒与外界低温空气的热交换，相应的，冷凝器1的壳管内的冷媒的温度升高，温度较高的冷媒在系统100内循环，当冷媒流经蒸发器2时，可以提高蒸发器2内冷媒的冷凝温度以及蒸发器2的进液管的温度，进而降低了蒸发器2的进液管在超低温制冷工况下被冻裂的风险，提高了制冷循环系统100的可靠性。

在前述的控制方法，当制冷循环系统100还包括第一开关阀7和第二开关阀8，且第一开关阀7设置在蒸发器2的冷媒出口与冷凝器1的冷媒入口之间，第二开关阀8设置在蒸发器2的冷媒入口与冷媒泵3的出流口之间时，如图6所示，前述的控制方法还包括如下步骤：

步骤S4：检测蒸发器2的出流口处流体的温度。

步骤S5：根据蒸发器2的出流口处流体的温度控制制冷循环系统100停机或重启。

具体的，当蒸发器2的出流口处流体的温度小于或等于第一设定制冷温度时，控制制冷循环系统100停机，且控制蒸发器2侧的流体泵保持开启。其具体的工作过程可参见上文制冷循环系统100实施例中相应的描述，在此不再赘述。

在前述的控制方法，当制冷循环系统100还包括节流装置11，且节流装置11并联在冷媒泵3的两端时，前述的控制方法还包括如下步骤：在制冷循环系统100停机后，当蒸发器2的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且蒸发器2的进液管的温度小于第二设定温度时，控制第一开关阀7、第二开关阀8以及节流装置11开启。其具体的工作过程可参见上文制冷循环系统100实施例中相应的描述，在此不再赘述。

进一步的，在制冷循环系统100停机后，当蒸发器2的出流口处流体的温度大于第一设定制冷温度，且蒸发器2的进液管的温度大于或等于第二设定温度时，控制冷媒泵3开启设定时间后再开启冷凝器1的风机101。其具体的工作过程可参见上文制冷循环系统100实施例中相应的描述，在此不再赘述。

这里需要说明的是：在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。另外，上文中所提到的“超低温”是指温度小于或等于-25℃，且大于或等于-40℃。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。