一种分离式低温制冷设备的制作方法

本发明涉及冷藏技术领域，具体涉及一种分离式低温制冷设备。

背景技术：

现有的低温制冷设备多为一体式的，即压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、风机等与箱体组装在一起，一体式的低温制冷设备体积较大，压缩机在工作的时候会产生振动和噪音，降低室内舒适度。而且冷凝器所散发的热量直接排放在室内，在夏天明显升高室内温度，降低制冷效果，增加室内空调的负荷，不利于能源的可持续发展。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种分离式低温制冷设备，包括：

一室内机，包括分离式低温制冷设备箱体以及蒸发器；

一室外机，包括压缩机、冷凝器；

所述室内机与所述室外机通过制冷剂管道连接，所述制冷剂管道用以实现制冷剂在所述室内机和所述室外机之间的制冷循环；

所述室外机包括：

一制冷剂储存装置，用于储存及释放制冷剂；

一制冷剂控制单元，包括：

一测量模块，用于测量所述制冷剂管道的长度、内径以及制冷剂的密度；

一数据处理模块，用于接收所述测量模块所测量的数据并存储以及计算所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量；

所述制冷剂管道包括高压管、低压管，所述高压管包括高压管内部管道、高压管外部管道，所述低压管包括低压管内部管道、低压管外部管道。

较佳的，所述数据处理模块由以下公式确定所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量：

M＝αM₀+ρ_gLA+ρ_dL′A′

公式中，M为所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量，单位为kg；M₀为所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量初始值，单位为kg；ρ_g为所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值，单位为kg/m³；ρ_d所述低压管外部管道内制冷剂密度的平均值，单位为kg/m³；α为修正系数；π为圆周率；d为所述高压管外部管道的内径，单位为m；d′为所述低压管外部管道的内径，单位为m；k₁为所述高压管外部管道的沿程阻力系数；k₂为所述低压管外部管道的沿程阻力系数；L为所述高压管外部管道的有效长度，单位为m；L′为所述低压管外部管道的有效长度，单位为m；A为所述高压管外部管道的有效流通面积，单位为m²；A′为所述低压管外部管道的有效流通面积，单位为m²；ε₁为所述高压管外部管道的局部阻力系数；ε₂为所述低压管外部管道的局部阻力系数；L_i为所述高压管外部管道的第i个直管的长度，所述高压管外部管道共有n个直管；θ_j为所述高压管外部管道的第j个连接头的圆心角，所述高压管外部管道共有m个连接头；R_1j、R_2j分别为所述高压管外部管道的第j个连接头的外径、内径；L′_f为所述低压管外部管道的第f个直管的长度，所述低压管外部管道共有h个直管；θ′_p为所述低压管外部管道的第p个连接头的圆心角，所述低压管外部管道共有q个连接头；R′_1p、R′_2p分别为所述低压管外部管道的第p个连接头的外径、内径。

较佳的，所述测量模块包括第一密度传感器、第二密度传感器，所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器设置于所述高压管外部管道的内部，用于测量所述高压管外部管道内的制冷剂密度并传输至所述数据处理模块。

较佳的，所述第一密度传感器为谐振式液体密度传感器，设置于所述高压管外部管道的直管的管壁处；

所述第二密度传感器为超声波式液体密度传感器，设置于所述高压管外部管道的直管的径向管中心处。

较佳的，所述数据处理模块由以下公式确定所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值：

公式中，ρ_g为所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值，单位为kg/m³；ρ_1s为所述第一密度传感器第s次所测量的密度值，单位为kg/m³；ρ_2s为所述第一密度传感器第s次所测量的密度值，单位为kg/m³；t为所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的总次数；s为所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的密度值的序号，b为修正值。

较佳的，所述室外机包括节流装置，所述制冷剂储存装置通过第一管路与所述节流装置的上游管路相连接，所述第一管路上设置有第一电磁阀，用于控制制冷剂的释放流量。

较佳的，所述制冷剂储存装置通过第二管路与所述节流装置的下游管路相连接，所述第二管路上设置有第二电磁阀，用于控制制冷剂的流入流量。

较佳的，所述制冷剂控制单元包括控制模块，所述控制模块与所述第一电磁阀以及所述第二电磁阀电连接，用于控制所述第一电磁阀以及所述第二电磁阀的开闭。

较佳的，所述室内机还包括排水管，所述高压管上设置有储水盒；

所述排水管与所述储水盒相连，用于将所述冷凝水排出至所述储水盒；

所述储水盒上设置有排汽孔，用于储存和蒸发冷凝水。

较佳的，所述排汽孔的数量满足以下公式：

公式中，x为需要所述储水盒的体积，单位为L；y代表所述排汽孔的数量，单位为个；为向上取整符号。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，将冰箱分为室内机和室外机，热量直接排在室外，减少室内与冰箱内温度的温差，节约室内空调装机量，节省能源；2，通过制冷剂控制单元可以快速精确的确定所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量，避免了制冷剂充注量不足或过量引起的制冷效率下降等问题，有效提高所述分离式低温制冷设备的制冷效率，使得所述分离式低温制冷设备更加节能；3，通过所述制冷剂储存装置，能够实现制冷剂的储存与释放，与所述制冷剂控制单元联合使用，实现制冷剂充注量的精确调控；4，在高压管上设置储水盒，利用所述高压管的高温将所述储水盒内的水蒸发，在所述储水盒设置一定数量的排汽孔，使得所述排汽孔能够快速的将所述储水盒内经过所述高温管道蒸发的水汽排出，且不出现满溢的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明一种分离式低温制冷设备的示意图；

图2是本发明实施例一的一种分离式低温制冷设备的制冷原理图；

图3是本发明实施例二的一种分离式低温制冷设备的制冷原理图。

图中数字表示：

1-室内机；11-蒸发器；2-室外机；21-压缩机；22-冷凝器；23-风机；24-节流装置；25-制冷剂储存装置；251-第一电磁阀；252-第二电磁阀；26-制冷剂控制单元；3-电线；4-低压管；5-高压管；6-排水管。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

参见附图1，本发明提供一种分离式低温制冷设备，包括室内机1，室外机2，所述室内机1与所述室外机2通过制冷剂管道以及电线3连接。

参见附图2，所述室内机1包括分离式低温制冷设备箱体、蒸发器11，所述室外机2包括压缩机21、冷凝器22、风机23、节流装置24，本发明将一体式冰箱中的压缩机21、冷凝器22、风机23等产生热量、振动和噪声的部件集中到所述室外机2中，分离式低温制冷设备实现了室内外机组的分离，可以扩大所述分离式低温制冷设备箱体的容量，降低室内的热量和噪音，提高室内生活环境的质量，本发明结构简单、安装检修方便、造价低廉，可以最大限度地降低室内的热量和噪音。

所述制冷剂管道包括低压管4、高压管5以及所述压缩机21、所述冷凝器22和所述节流装置24之间的连接管路，用以实现制冷剂在所述室内机1和所述室外机2之间的制冷循环。所述低压管4根据位置的不同又可以分为低压管内部管道和低压管外部管道，同样的，所述高压管5根据位置的不同也可以分为高压管内部管道和高压管外部管道，所述高压管内部管道以及所述低压管内部管道位于所述室内机1和所述室外机2的内部，所述高压管外部管道以及所述低压管外部管道位于所述室内机1和所述室外机2的外部，在所述分离式低温制冷设备安装时，所述高压管外部管道以及所述低压管外部管道会根据所述分离式低温制冷设备的规格以及用户的不同要求而设置不同的管径、壁厚、长度等。所述高压管外部管道包括直管和连接头，所述低压管外部管道包括直管和连接头。

所述分离式低温制冷设备在工作时，制冷循环是由压缩、冷凝、节流和蒸发四个过程组成，这些过程分别发生在所述压缩机21、所述冷凝器22、所述节流装置24、所述蒸发器11这四个部件。制冷剂在所述室内机1和所述室外机2的封闭的所述制冷剂管道内流动，并与外界进行换热，从而达到制冷的目的。制冷剂在各部件里的运行过程是：低温低压的制冷剂蒸气从所述蒸发器11中经过所述低压管4被吸入所述压缩机21，经过压缩变成高温高压的气体后进入所述冷凝器22；经过冷凝放热过程，制冷剂由气态变成高温高压的液态；液态制冷剂经过所述节流装置24时相态不发生改变，温度和压力均降低；低温低压的液态制冷剂经过所述高压管5后进入所述蒸发器11，在所述蒸发器11内吸热蒸发为气态，再次进入所述压缩机21，完成制冷的循环。上述过程循环往复，最终实现所述分离式低温制冷设备的制冷过程。制冷过程中，所述风机23将气态高温高压制冷剂冷凝放出的热量排出所述室外机2。

所述节流装置24为毛细管或电子膨胀阀。

所述室外机2还包括制冷剂储存装置25以及制冷剂控制单元26，所述制冷剂储存装置25用于储存及释放制冷剂，所述制冷剂储存装置25通过第一管路与所述节流装置的上游管路相连接，所述第一管路上设置有第一电磁阀251，通过控制所述第一电磁阀251的开闭控制制冷剂的流出流量。

所述制冷剂控制单元26包括输入模块、测量模块、数据处理模块、控制模块。用户通过所述输入模块进行参数设置并存储于所述数据处理模块。所述测量模块包括密度传感器，用于在线测量所述高压管外部管道内的制冷剂密度以及所述低压管外部管道内的制冷剂密度，并将所测量的数据传输至所述数据处理模块。

所述测量模块还包括长度测量器，用于测量所述高压管外部管道的直管以及所述低压管外部管道的直管长度和内径，并将所测量的数据传输至所述数据处理模块。所述长度测量器可以是激光长度测量器，将所述激光长度测量器安装于所述高压管外部管道的直管以及所述低压管外部管道的直管内部。所述数据处理模块接收所述长度测量器所测量的数据并存储以及数据处理。所述控制模块用于控制所述第一电磁阀251的启闭。

与传统的一体式冰箱相比，所述分离式低温制冷设备在安装时根据用户的需求不同，所述高压管外部管道以及所述低压管外部管道的长度、内径也会出现不同，这就需要对所述分离式低温制冷设备中制冷剂的充注量重新调整。而且所使用的制冷剂的种类、制冷剂的相态变化以及温度变化对制冷剂密度均会有一定的影响，而制冷剂密度的变化对所述分离式低温制冷设备的制冷剂的充注量也会有影响。所述数据处理模块由以下公式(1)-(5)确定所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量：

M＝αM₀+ρ_gLA+ρ_dL′A′ (1)

公式中，M为所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量，单位为kg；M₀为所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量初始值，单位为kg；ρ_g为所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值，单位为kg/m³；ρ_d所述低压管外部管道内制冷剂密度的平均值，单位为kg/m³；α为修正系数；π为圆周率；d为所述高压管外部管道的内径，单位为m；d′为所述低压管外部管道的内径，单位为m；k₁为所述高压管外部管道的沿程阻力系数；k₂为所述低压管外部管道的沿程阻力系数；L为所述高压管外部管道的有效长度，单位为m；L′为所述低压管外部管道的有效长度，单位为m；A为所述高压管外部管道的有效流通面积，单位为m²；A′为所述低压管外部管道的有效流通面积，单位为m²；ε₁为所述高压管外部管道的局部阻力系数；ε₂为所述低压管外部管道的局部阻力系数；L_i为所述高压管外部管道的第i个直管的长度，所述高压管外部管道共有n个直管；θ_j为所述高压管外部管道的第j个连接头的圆心角，所述高压管外部管道共有m个连接头；R_1j、R_2j分别为所述高压管外部管道的第j个连接头的外径、内径；L′_f为所述低压管外部管道的第f个直管的长度，所述低压管外部管道共有h个直管；θ′_p为所述低压管外部管道的第p个连接头的圆心角，所述低压管外部管道共有q个连接头；R′_1p、R′_2p分别为所述低压管外部管道的第p个连接头的外径、内径。

公式中，M₀为所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量初始值，不考虑所述高压管外部管道以及所述低压管外部管道的影响，在安装前通过试验确定M₀的最佳值。通过上述公式(1)-(5)，首先分别求出所述高压管外部管道的有效长度L以及所述低压管外部管道的有效长度L′，然后综合考虑所述高压管外部管道以及所述低压管外部管道的局部阻力系数、沿程阻力系数的影响，求出所述高压管外部管道的有效流通面积A以及所述低压管外部管道的有效流通面积A′，然后通过测量计算得到所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值以及所述低压管外部管道内制冷剂密度的平均值，最后通过乘法以及加法运算即可求出所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量M。用户通过所述输入模块输入所述修正系数、所述制冷剂管道的局部阻力系数、沿程阻力系数以及所述连接头的圆心角、内径、外径等参数。所述连接头采用标准化连接头，所述连接头的圆心角、内径、外径可直接获得。

对于一体式冰箱，制冷剂充注量可以在安装前就调试到最佳值，但是对于分离式低温制冷设备，在现场安装过程中，所述室内机1以及所述室外机2之间的制冷剂管道的长度、制冷剂有效流通面积以及制冷剂密度等参数会影响所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量，而且所述制冷剂管道的长度、制冷剂有效流通面积会根据安装情况的不同而设置不同的参数，无法在安装前就确定，而且受安装现场条件的限制难以在安装现场进行调试，这对于所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量的确定会造成一定的困难。当所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量不足时会导致所述室内机1内的所述蒸发器结霜或结露；压缩机吸、排气压力下降；吸气温度偏高使得所述分离式低温制冷设备制冷效率下降，达不到制冷效果；压缩机开机率升高；能耗增加。当所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量过量时，会导致蒸发不完的液体回到所述压缩机中，使所述压缩机外壳结霜或结露；冷凝压力升高，蒸发压力和蒸发温度也升高，降温速度减慢，制冷效率下降。对于不同的所述制冷剂管道的设置，所述数据处理模块综合考虑制冷剂的密度，直管的长度、内径，管道的局部阻力系数、沿程阻力系数以及连接头等参数的影响，通过上述公式(1)-(5)进行计算，可以快速准确的得到所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量。所述数据处理模块将计算得到的所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量传输至所述控制模块，所述控制模块与所述第一电磁阀251电连接，通电时，所述第一电磁阀251的开启，制冷剂由所述制冷剂储存装置25流入所述节流装置24，当所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量达到计算数值后，断开所述第一电磁阀251电连接，所述第一电磁阀251关闭。

所述制冷剂控制单元26通过上述公式(1)-(5)可以快速准确的确定所述分离式低温制冷设备所需要的制冷剂充注量，通过控制所述制冷剂储存装置25的所述第一电磁阀251的开闭，控制制冷剂的释放流量，避免了制冷剂充注量不足或过量引起的制冷效率下降等问题，提高制冷效率，使得所述分离式低温制冷设备更加节能。

本发明所使用的制冷剂为R22、R404a、R290等常规制冷剂。

所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值以及所述低压管外部管道内制冷剂密度的平均值通过所述密度传感器测量并将所述测量值传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块接收所述测量值并进行存储以及计算得到平均值。

所述密度传感器包括第一密度传感器、第二密度传感器、第三密度传感器、第四密度传感器。所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器设置于所述高压管外部管道的内部，用于测量所述高压管外部管道内制冷剂的密度。所述第三密度传感器设置于所述低压管外部管道的内部，用于测量所述低压管外部管道内制冷剂的密度。

进一步的，所述第一密度传感器为谐振式液体密度传感器，所述第一密度传感器设置于所述高压管外部管道的所述直管的管壁处，制冷剂在所述直管的管壁的流速最小，使得所述第一密度传感器所测量的所述高压管外部管道内的制冷剂的密度值更加精确。所述第一密度传感器将测量值传输至所述数据处理模块。

所述第二密度传感器为超声波式液体密度传感器，设置于所述高压管外部管道的所述直管的径向管中心处，将所述第二密度传感器设置于所述高压管外部管道的所述直管的径向管中心处能够有效的降低管道内气泡等杂质对测量值的影响，使得测量值更加精确。所述第二密度传感器将测量值传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块将接收到的数据进行存储与处理。

所述第一密度传感器与所述第二密度传感器的测量频率相同，即相同时间段内，所述第一密度传感器以及所述第一密度传感器所采集的次数相同，且所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器在同一时间点采集所述高压管外部管道不同位置处的制冷剂密度。所述数据处理模块将接受到的同一时间点的所述第一密度传感器所测量的密度值ρ_1s以及所述第二密度传感器所测量的密度值ρ_2s进行比较分析，并计算得到所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值ρ_g，所述数据处理模块由以下公式(6)和公式(7)确定所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值：

公式中，ρ_g为所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值，单位为kg/m³；ρ_1s为所述第一密度传感器第s次所测量的密度值，单位为kg/m³；ρ_2s为所述第一密度传感器第s次所测量的密度值，单位为kg/m³；t为所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的总次数；s为所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的密度值的序号，b为修正值。用户通过所述输入模块设置所述修正值。

理论上来说，通过所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的密度值应该一致或者相差不大，通过上述公式(6)和公式(7)，将所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的密度值进行函数运算，对于两者差别较大的数据，经过所述函数运算均为0，对于两者差距保持在所设定的范围内的数据，经过所述函数运算均为1，以此函数运算结果作为对应所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的密度值的和的系数，就可以只保留符合保留条件的所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器所测量的密度值数据，求出所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值。

所述第一密度传感器以及所述第二密度传感器同时对所述高压管外部管道内制冷剂密度进行测量，通过函数计算排除通过两种测量方式获得的差异较大的数据，这样计算简单方便且能够较快的排除波动范围较大的数值，使得所得到的所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值更接近实际值，提高了数据结果的准确性，排除了数据采集过程中液体流动状态、周围环境以及杂质等对测量造成的影响，降低了数据测量的误差发生率。所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值的确定通过量化的公式进行计算，排除异常数据过程简单，执行目的明确，计算迅速且使得所获得的平均值更加接近实际值，从而可以获得较为精确的所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量，避免了制冷剂充注量不足或过量引起的制冷效率下降等问题，提高制冷效率，使得所述分离式低温制冷设备更加节能。

所述第三密度传感器以及所述第四密度传感器为气体密度传感器，设置于所述低压管外部管道的内部，用于测量所述低压管外部管道内制冷剂的密度并将测量值传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块将接收到的数据进行存储与处理，所述数据处理模块的计算得到所述低压管外部管道内制冷剂密度的平均值ρ_d，所述ρ_d计算过程与所述高压管外部管道内制冷剂密度的平均值ρ_g的计算过程相同。

实施例二

与实施例一不同的是，参见附图3，所述制冷剂储存装置25还设置有第二管路，通过所述第二管路与所述节流装置的下游管路相连接，所述第二管路上设置有第二电磁阀252，通过控制所述第二电磁阀252的开闭控制制冷剂的流入流量。所述高压管外部管道以及所述低压管外部管道内制冷剂密度受温度以及压强等参数的变化而变化，因此在线实时测量制冷剂的密度，能够实时反应所述分离式低温制冷设备的工作状态，所述制冷剂控制单元26调用所述测量值计算得到所述分离式低温制冷设备的制冷剂充注量的实时理论值，当制冷剂充注量高于理论值时，通过所述制冷剂控制单元26的所述控制模块控制所述第二电磁阀252的开启，使得所述分离式低温制冷设备内部的制冷剂部分流入所述制冷剂储存装置25。当制冷剂充注量低于理论值时，通过所述制冷剂控制单元26的所述控制模块控制所述第一电磁阀251的开启，使得所述制冷剂储存装置25的制冷剂流入所述分离式低温制冷设备的所述制冷剂管道内，当达到理论值时，则关闭所述第一电磁阀251。通过所述制冷剂储存装置25以及所述第一电磁阀251、第二电磁阀252，能够实现制冷剂的储存与释放，与所述制冷剂控制单元26联合使用，能够实时对所述分离式低温制冷设备内的制冷剂充注量实现精确调节，有利于提高所述压缩机的能效比，提高制冷效率，使得所述分离式低温制冷设备更加节能。

实施例三

在上述实施方式的基础上，参见附图1，所述室内机1还包括排水管6，所述排水管6将所述室内机1内的冷凝水及其化霜水排出。对于一些不方便直接排水的地方，在所述高压管5上设置储水盒，所述储水盒上设置有进水口，所述排水管6与所述储水盒的所述进水口相连接，将所述冷凝水或所述化霜水排入所述储水盒，然后利用所述高压管5的高温将所述储水盒内的水蒸发。所述储水盒上部设置有盖体，所述盖体能阻止外部杂物进入所述储水盒，避免了外部杂物占用所述储水盒的有效储水空间，所述盖体上设置有排汽孔，所述排汽孔能将所述储水盒内经所述高压管5高温加热产生的水汽排出。

所述储水盒的所述盖体具有倒V结构，所述排汽孔设置于所述盖体的侧面，将所述排汽孔设置在所述盖体的侧面，使得所述排汽孔上不易积聚灰尘，避免灰尘堵塞所述排汽孔，导致所述储水盒内的水无法顺利排出。所述排汽孔的孔径为0.01-0.3mm。根据不同规格的冰箱设置不同体积的所述储水盒，所述排汽孔的数量与所述储水盒的体积之间满足以下公式：

公式中，x为需要所述储水盒的体积，单位为L；y代表所述排汽孔的数量，单位为个；为向上取整符号，例如通过公式(8)，只需要测量所述储水盒的体积就可以快速得到需要设置的所述排汽孔的数量，使得所述排汽孔能够快速的将所述储水盒内经过所述高温管道蒸发的水汽排出，且不出现满溢的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。