本发明涉及制冷领域，更具体而言，其涉及多级制冷系统及其控制方法。
背景技术：
目前，多级制冷系统因具有高制冷效率而得到广泛应用。然而，其对某些恶劣工况具有较差的适应性。例如，当机组长期以满负荷运转时，可能出现蒸发器处的冷却水出水温度较高，而冷凝器处的冷却水出水温度较低的情形。也即，冷凝器出水温度与蒸发器出水温度之间的温差变小。然而，此时对于系统的制冷量需求依旧很大。在这种制冷剂流量大而冷凝器与蒸发器压差小（其对应于冷凝器与蒸发器的温差）的情形下，极容易出现蒸发器过干的状况。此时，蒸发器内的压力与温度随之降低，因而会触发低温报警而导致系统停止运转。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种适用于工作温差小且冷量需求大等恶劣工况的多级制冷系统。
本发明的另一目的在于提供一种适用于工作温差小且冷量需求大等恶劣工况的多级制冷系统控制方法。
为实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种多级制冷系统，其包括：制冷回路，其包括通过管路依次连接的多级压缩机的吸气口、冷凝器、第一节流元件、蒸发器及多级压缩机的排气口；经济器支路，其包括经济器、第二节流元件以及第一控制阀，所述经济器具有经由所述第一节流元件连接至冷凝器的经济器进液口、经由所述第二节流元件连接至蒸发器的经济器出液口，以及经由控制阀连接至多级压缩机的中间级的经济器排气口；以及旁通支路，其从第二节流元件的下游接入所述蒸发器，并经由第一节流元件连接至所述冷凝器，且其上设置第二控制阀。
为实现本发明的另一目的，根据本发明的另一方面，还提供一种用于前述的多级制冷系统的控制方法，其包括：常规模式，导通经济器支路，断开旁通支路，所述多级制冷系统以多级制冷模式运行；旁通模式，导通旁通支路，断开经济器支路，所述多级制冷系统以单级制冷模式运行。
附图说明
图1是本发明的多级制冷系统的系统流路示意图。
图2是本发明的多级制冷系统在常规模式下的系统流路示意图。
图3是本发明的多级制冷系统在旁通模式下的系统流路示意图。
具体实施方式
参见图1，其示出了多级制冷系统100的一个实施例。该多级制冷系统100包括制冷回路110、经济器支路120以及旁通支路130。其中，制冷回路110用于提供常规模式下的多级制冷工作循环；经济器支路120用于在常规模式下为多级压缩机的中间级提供补气；而旁通支路130用于提供旁通模式下的单级制冷工作循环。本方案由此提供了一种能够在单级制冷与多级制冷之间进行切换的多级制冷系统。
具体而言，制冷回路110包括通过管路依次连接的多级压缩机111的排气口111b、冷凝器112、第一节流元件113、蒸发器114及多级压缩机111的吸气口111a。而经济器支路120包括经济器121、第二节流元件122以及第一控制阀123。经济器121具有经由第一节流元件113连接至冷凝器112的经济器121进液口、经由第二节流元件122连接至蒸发器114的经济器121出液口，以及经由控制阀连接至多级压缩机111的中间级111c的经济器121排气口。此外，还包括旁通支路130，其从第二节流元件122的下游接入蒸发器114，并经由第一节流元件113连接至冷凝器112，且其上设置第二控制阀131。
参见图2，在此种布置下，当系统在常规工况下希望以多级制冷模式运行时，可以导通经济器支路120，并断开旁通支路130。此时制冷剂经由压缩机111压缩后，经由其排气口111b排出并流至冷凝器112处冷凝散热，随后制冷剂经由冷凝器112底部的第一节流元件113膨胀节流后流至经济器121，并分成两路进一步参与循环。其中第一路液相制冷剂经过第二节流元件122膨胀节流后进入蒸发器114中蒸发吸热，随后由吸气口111a被吸入压缩机111中，参与新一轮的工作循环；另一路气相制冷剂经由第一控制阀123流入压缩机111的中间级111c补气，以提高循环效率。
另外，当出现小温差大冷量的恶劣工况时，使用前述常规模式容易发生蒸发器低温报警现象，甚至于导致系统停止运行。参见图3，此时，可以导通旁通支路130，并断开经济器支路120，将系统切换成以单级制冷模式运行。此时，制冷剂经由压缩机111压缩后，经由其排气口111b排出并流至冷凝器112处冷凝散热，随后制冷剂经由冷凝器112底部的第一节流元件113膨胀节流后流向旁通支路130，并经过旁通支路130中的第二控制阀131流入蒸发器114中蒸发吸热，随后由吸气口111a被吸入压缩机111中，参与新一轮的工作循环。
前述多级制冷系统既可以在常规工况下以多级制冷模式高效运行，又能以单级制冷模式克服在恶劣工况下所带来的小温差大冷量问题，具有更强的工作适应性及系统稳定性。
此外，作为可选的改进，系统中的第一控制阀123与第二控制阀131可以联动控制。例如，当控制第一控制阀123导通经济器支路120时，可以控制第二控制阀131断开旁通支路130；而当控制第一控制阀123断开经济器支路120时，可以控制第二控制阀131导通旁通支路130。至于控制阀的启停与流路通断之间，既可以正相关，也可以反相关。例如，作为一类示例，第一控制阀123和/或第二控制阀131为电动蝶阀。对于常闭式电动蝶阀，当启动通电时，其呈现为开启状态，此时流路导通；而对于常开式电动蝶阀，当启动通电时，其呈现为闭合状态，此时流路断开。
可选地，作为对各种工作模式的切换，存在相应的判断标准。在一个实施例中，该判断标准可以是蒸发温度、压缩机过热度或者能够反映这些参数的相关参数。因此，也存在对应的参数检测设备。如下提供参数检测设备的部分实施例以作说明。
例如，该系统可包括多个温度传感器，其分别用于检测蒸发温度和/或多级压缩机111排气温度和/或冷凝器112出水温度。其中，多级压缩机111的排气温度与冷凝器112出水温度之差可用于反映系统的过热度。当然，系统过热度也能够通过精确测量压力并进一步换算来获取，然而，这需要选择精度很高的传感器，物料成本将会大幅增加。因此，在综合考虑测量精度与成本的前提下，本实施例中更倾向于采用先前描述的测量方式。
再如，该系统还包括多个压力传感器，其分别用于检测蒸发压力和/或多级压缩机的排气压力；其中蒸发压力能够反映蒸发温度，排气压力能够反映排气温度。
此外，为配合前述实施例中的多级制冷系统的应用，还提供一种多级制冷系统的控制方法。该方法至少包括两种工作模式，即：常规模式，导通经济器支路120，断开旁通支路130，多级制冷系统100以多级制冷模式运行；以及旁通模式，导通旁通支路130，断开经济器支路120，多级制冷系统100以单级制冷模式运行。
如上提供了该控制方法的基本控制步骤。具体而言，其中的流路的导通和断开可以通过布置在流路中的控制阀来进行。例如，通过第一控制阀123的通断来控制经济器支路120的通断；和/或通过第二控制阀131的通断来控制旁通支路130的通断。可选地，为了简化对多个控制阀的控制，可将第一控制阀123与第二控制阀131之间通断进行关联，使得二者能够联动。例如，在第一控制阀123导通经济器支路120时，第二控制阀131断开旁通支路130；而在第一控制阀123断开经济器支路120时，第二控制阀131导通旁通支路130。
此外，对各种模式的切换应存在相应的判断标准。在一个实施例中，该判断标准可以是蒸发温度、压缩机过热度或者能够反映这些参数的相关参数。如下将分别对以这些参数作为判断标准来执行模式切换动作的部分实施例予以说明。
例如，当多级制冷系统100以常规模式运行时，在蒸发温度小于第一预设温度时，表明蒸发器114已经处于过干状态，蒸发温度和蒸发压力都很低，需切换至旁通模式；而在蒸发温度大于第一预设温度时，表明蒸发温度和蒸发压力尚处于正常范畴，可保持常规模式。可选地，为避免因工况波动而产生误判情形，还可加入时间上的判断标准。例如，在蒸发温度小于第一预设温度并持续第一预设时段时，切换至旁通模式。作为一个具体实施例，第一预设温度在1℃-10℃的区间内，而第一预设时段在1分钟至5分钟的区间内。当然，应当知道的是，该具体实施例中的参数可根据实际情况而发生改变。
又如，当多级制冷系统100以旁通模式运行时，在多级压缩机111排气温度与冷凝器112出水温度的差值小于第一预设温差时，表明系统过热度已经正常，可切换至常规模式；而在排气温度与冷凝器112出水温度的差值大于第一预设温差时，说明系统过热度仍然过高，故仍需保持旁通模式。可选地，为避免因工况波动而产生误判情形，还可加入时间上的判断标准。例如，在排气温度与冷凝器出水温度的差值小于第一预设温差并持续第二预设时段时，切换至常规模式。作为一个具体实施例，第一预设温差在0℃-6℃的区间内，而第二预设时段在1分钟至5分钟的区间内。当然，应当知道的是，该具体实施例中的参数可根据实际情况而发生改变。
再如，当多级制冷系统100以旁通模式运行时，在多级压缩机111的过热度小于第一预设过热值时，表明系统过热度已经正常，切换至常规模式；而在多级压缩机111的过热度大于第一预设过热值时，说明系统过热度仍然过高，保持旁通模式。
如下将结合前述实施例来进一步描述多级制冷系统100的工作过程。参见图2，在正常运行时，系统处于常规模式，控制第一控制阀123来导通经济器支路120，并控制第二控制阀131来断开旁通支路130。此时，制冷剂经由压缩机111压缩后从排气口111b进入冷凝器112冷凝散热，随后在第一节流元件113处节流降压后，进入经济器121并分为两路。随后，第一路气相制冷剂经由第一控制阀123进入压缩机中间级111c补气，以提高效率；而第二路液相制冷剂经由第二节流元件122节流降压后，进入蒸发器114内蒸发吸热，为应用环境提供冷量，且随后通过吸气口111a进入压缩机111开始新一轮的循环。
若系统检测到蒸发温度小于35华氏度并持续了10秒以上的时间，则判定其可能处于小温差大冷量的恶劣工况下。此时，应将系统切换至旁通模式，控制第二控制阀131来导通旁通支路130，并控制第一控制阀123来断开经济器支路120。此时，制冷剂经由压缩机111压缩后从排气口111b进入冷凝器112冷凝散热，随后在第一节流元件113处节流降压后，流入旁通支路130，并通过第二控制阀131流入蒸发器114内蒸发吸热，为应用环境提供冷量，且随后通过吸气口111a进入压缩机111开始新一轮的循环。
以上例子主要说明了本发明的多级制冷系统及其控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。