温控结构、制冷系统及温控方法与流程

本发明涉及制冷技术领域，更具体地，涉及一种温控结构、制冷系统及温控方法。

背景技术：

蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，低温的冷凝液体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，气化吸热，达到制冷的效果。

带喷射器的跨临界co2制冷系统中，液态的co2进入蒸发器，经过蒸发器后，co2从液相变成气相；由于蒸发器采用的是水冷的方式，实际上就是co2制冷剂与水换热，当co2制冷剂本身的制冷量与加热器的加热热量相等时，co2的进出口温度及水的入口温度都会保持稳定，系统即可稳定运行。

在系统运行过程中，如果co2制冷剂本身的制冷量大于蒸发器中水的换热量，蒸发器出口温度则会一直降低；同理，如果co2制冷剂本身的制冷量小于蒸发器中水的换热量，那么蒸发器出口温度则会一直升高，系统都不能稳定运行。因此，控温系统的温度控制效果直接影响着系统的运行情况和系统制冷性能表现。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种温控结构、制冷系统及温控方法，以解决蒸发器出口温度不稳定、系统运行不稳定、不安全的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种温控结构，包括蒸发器、加热机构、冷却机构和温控机构；所述蒸发器内设置有第一换热管道，所述蒸发器外部设有媒质循环管道，所述媒质循环管道的出口与所述第一换热管道的入口连接，所述媒质循环管道的入口与所述第一换热管道的出口连接；

所述加热机构与所述媒质循环管道接触，用于加热所述媒质循环管道中的媒质；

所述冷却机构与所述媒质循环管道接触，用于冷却所述媒质循环管道中的媒质；

所述温控机构包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述蒸发器的入口或出口处，所述加热机构和所述冷却机构分别与所述温控机构电连接。

进一步地，所述媒质循环管道包括第一媒质循环管道、第二媒质循环管道和液箱；

所述第一媒质循环管道的入口与所述第一换热管道的出口连接，所述第一媒质循环管道的出口与所述液箱的入口连接，所述液箱的出口与所述第二媒质循环管道的入口连接，所述第二媒质循环管道的出口与所述第一换热管道的入口连接；

所述加热机构的加热件和所述冷却机构的冷却件均浸入到所述液箱内盛装的媒质中。

进一步地，所述冷却机构包括冷却剂供应单元、控制阀和所述冷却件；

所述冷却件的入口与所述冷却剂供应单元连接，所述冷却件的出口设置所述控制阀，所述控制阀与所述温控机构电连接。

进一步地，所述冷却剂供应单元连接有压力安全监控单元。

进一步地，所述温控机构还连接有功率监控单元，用于监控所述加热机构对媒质的加热量或所述冷却机构对媒质的冷却量。

根据本发明的另一个方面，还提供一种制冷系统，包括上述温控结构。

进一步地，还包括压缩机构、喷射器和气液分离器；

所述压缩机构的出口与所述喷射器的入口连接，所述喷射器的出口与所述气液分离器的入口连接，所述气液分离器的第一出口与所述压缩机构的入口连接；

所述气液分离器的第二出口与所述蒸发器内第二换热管道的入口连接，所述第二换热管道的出口与所述喷射器的入口连接。

进一步地，所述压缩机构的出口与所述喷射器的入口连通的管道上设置有气冷机构。

根据本发明的另一个方面，还提供一种温控方法，包括：

获取蒸发器出口或入口处换热媒质的实时温度；

将所述实时温度与预设温度进行比较；

若所述实时温度高于预设温度，冷却所述蒸发器外部管道中的换热媒质，直至所述蒸发器外部管道中换热媒质达到预设值；

若所述实时温度低于预设温度，加热所述蒸发器外部管道中的换热媒质，直至所述蒸发器外部管道中换热媒质达到预设值。

(三)有益效果

本发明提出的一种温控结构、制冷系统及温控方法，其有益效果主要如下：

通过设置加热机构和冷却机构，并使加热机构和冷却机构均与媒质循环管道接触，且在蒸发器的入口处或出口处设置温度传感器，根据所获取的温度实时启动加热机构或冷却机构，以对第一媒质换热管道内的媒质进行加热或冷却处理，调控第一换热管道与第二换热管道的换热效率，以使第二换热管道出口处媒质的温度保持恒定，提高系统运行稳定性和安全性。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种温控结构的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种制冷系统的结构示意图；

图中，1-蒸发器；2-水泵；3-液箱；4-加热件；5-冷却件；6-控制阀；7-冷却剂供应单元；8-压力安全监控单元；9-温控机构；10-状态指示单元；11-功率监控单元；12-压缩机构；13-气冷机构；14-喷射器；15-气液分离器；16-膨胀阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1所示，本实施例提供一种温控结构，包括蒸发器、加热机构、冷却机构和温控机构；所述蒸发器内设置有第一换热管道，所述蒸发器外部设有媒质循环管道，所述媒质循环管道的出口与所述第一换热管道的入口连接，所述媒质循环管道的入口与所述第一换热管道的出口连接；

所述加热机构与所述媒质循环管道接触，用于加热所述媒质循环管道中的媒质；

所述冷却机构与所述媒质循环管道接触，用于冷却所述媒质循环管道中的媒质；

所述温控机构包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述蒸发器的入口或出口处，所述加热机构和所述冷却机构分别与所述温控机构电连接。

具体地，蒸发器1的内部设置有第一换热管道和第二换热管道。第一换热管道和第二换热管道的换热媒质在蒸发器1内部换热。优选第一换热管道和第二换热管道内流通的媒质的流向相反。其中，在带喷射器的跨临界co2制冷系统中，第一换热管道中流通的媒质通常采用水，第二换热管道中流通的媒质通常为co2。

在蒸发器1的外部设置有媒质循环管道。媒质循环管道的入口与第一换热管道的出口连接，媒质循环管道的出口与第一换热管道的入口连接。媒质循环管道与第一换热管道形成一个闭环的循环结构，其中的媒质在流入第一换热管道中后，与第二换热管道中的媒质换热，换热后的媒质流入到媒质循环管道中，由与媒质循环管道接触的加热机构或冷却机构对其进行加热或冷却，以循环与蒸发器1内第二换热管道中的媒质换热。

其中，冷却机构和加热机构分别与媒质循环管道接触，用于对媒质循环管道内流通的媒质进行冷却或加热。冷却机构和加热机构分别还与温控机构9电连接。通过温控机构9测得的蒸发器1入口或出口处的温度，启动加热机构对媒质循环管道内流通的媒质进行加热，或者启动冷却机构对媒质循环管道内流通的媒质进行冷却处理。

温控机构9包括微控单元和温度传感器。温度传感器与微控单元电连接；温度传感器设置在蒸发器1的入口处或出口处，用于获取蒸发器1入口或出口处的温度。具体地，温度传感器可设置在第一换热管道的入口或出口处，用于获取第一换热管道入口处或出口处媒质的温度；温度传感器也可设置在第二换热管道的入口处或出口处，用于获取第二换热管道入口处或出口处媒质的温度。优选温度传感器设置在第一换热管道的入口处。

根据所获取温度位置的不同，对应设置预设温度。温度传感器获取的实时温度数据输送至微控单元。微控单元将实时温度与预设温度进行对比，并根据不同的比对结果，启动加热机构或冷却机构。

例如，第二换热管道内入口处媒质的温度为t1，出口处媒质的温度为t2，第一换热管道入口处媒质的温度为t3，出口处媒质的温度为t4。温度传感器即用于获取第一换热管道入口处媒质的实时反馈温度。

当实时反馈温度高于预设温度tsv时，则微控单元控制启动冷却机构，冷却机构开始对媒质循环管道内的媒质进行冷却处理，以降低进入到第一换热管道入口处的媒质的温度，直至第一换热管道入口处的媒质的温度达到合理值或合理范围。

当实时反馈温度低于预设温度tsv时，则微控单元控制启动加热机构，加热机构开始对媒质循环管道内的媒质进行加热处理，以提高进入到第一换热管道入口处的媒质的温度，直至第一换热管道入口处的媒质的温度达到合理值或合理范围。

其中，微控单元还可与状态指示单元10电连接，用于显示温控结构处于加热、冷却或保温的状态。其中，温控机构9还可包括显示单元，用于显示温控机构9获取的温度参数；例如，由温度传感器获取的蒸发器1入口处或出口处的实时温度tpv，还可用于显示设定温度tsv等。

通过设置加热机构、冷却机构和温控机构9，能够实时、快速调整进入第一换热管道内媒质的温度，以调控第一换热管道和第二换热管道的换热效率，进而使第二换热管道出口处媒质的温度保持稳定，提高系统运行的稳定性和安全性。

在带喷射器的跨临界co2制冷系统中，由于蒸发器中的co2制冷剂是与水换热，只有当co2制冷剂本身的制冷量与第一换热管道内水的换热热量相等时，蒸发器内第二换热管道入口处和出口处co2的温度及蒸发器内第一换热管道入口处和出口处水的温度都会保持稳定，系统即可稳定运行。采用本发明的控温结构的使用不仅可有效控制循环水系统中进入蒸发器的水入口温度，亦可确保系统持续稳定地运行，并使其具有良好的制冷性能表现。

在一个具体的实施例中，所述媒质循环管道包括第一媒质循环管道、第二媒质循环管道和液箱；

所述第一媒质循环管道的入口与所述第一换热管道的出口连接，所述第一媒质循环管道的出口与所述液箱的入口连接，所述液箱的出口与所述第二媒质循环管道的入口连接，所述第二媒质循环管道的出口与所述第一换热管道的入口连接；

所述加热机构的加热件和所述冷却机构的冷却件均浸入到所述液箱内盛装的媒质中。

在上述实施例的基础上，本实施例具体说明加热机构和冷却机构分别与媒质循环管道的关系。具体地，液箱3内盛装有与第一媒质循环管道和第二媒质循环管道中相同的媒质。第一媒质循环管道、液箱3、第二媒质循环管道和第一换热管道形成闭合的循环结构。其中，加热机构与温控机构9连接，可以是加热件4直接与微控单元连接，也可以是微控单元与控制加热件4的其他微控器或控制器件连接；冷却机构与温控机构9连接，可以是冷却件直接与温控单元连接，也可以是微控单元与控制冷却件5的其他微控器或控制器件连接。

作为其中一种可实现的方式，加热机构的加热件4以及冷却机构的冷却件5均浸没到液箱3内的媒质中。当启动冷却机构时，此时，加热机构的加热件4不运作；冷却机构的冷却件5开始对液箱3内盛装的媒质进行冷却处理，使由液箱3的出口进入到第二媒质循环管道内的媒质的温度降低，进而使进入第一换热管道入口处媒质的温度降低，直至进入第一换热管道入口处媒质的温度达到合理值或在合理范围内，停止冷却机构的运作。

当启动加热机构时，此时，冷却机构的冷却件5不运作；加热机构的加热件4开始对液箱3内盛装的媒质进行加热处理，使由液箱3的出口进入到第二媒质循环管道内的媒质的温度升高，进而使进入第一换热管道入口处媒质的温度升高，直至进入第一换热管道入口处媒质的温度达到合理值或在合理范围内，停止加热机构的运作。其中，加热机构的加热件4可采用潜水式加热器或其他可直接浸没于液体中的加热器件。其中，液箱3与第一换热管道的入口连通的管道上还可设置水泵2。

作为另一中可实现的方式，加热机构的加热件4可直接与媒质循环管道接触，加热件4的热量传递至媒质循环管道，进而传递至媒质循环管道内的媒质，以加热媒质循环管道内的媒质。同时，冷却机构的冷却件5可直接与媒质循环管道接触，冷却件5温度较低的能量传递至媒质循环管道，进而传递至媒质循环管道内的媒质，以冷却媒质循环管道内的媒质。例如，加热机构和冷却机构均可采用换热器，不同的是，换热器内用于与媒质循环管道内媒质换热的媒质的温度不同。又例如，加热机构或冷却机构还可直接对媒质循环管道进行加热或冷却处理。

其中，为便于对加热机构的在线实时调控，微控单元和加热机构之间可通过继电器等结构电连接，以自动控制加热机构的启动或停止。本发明采用液箱，并将冷却机构的冷却件5和加热机构的加热件4都浸没于同一液箱3内的结构，能够简化结构；并且，直接对媒质循环管道中的媒质进行加热或冷却，其加热或冷却效果更好，能量利用率更高。

在一个具体的实施例中，所述冷却机构包括冷却剂供应单元、控制阀和所述冷却件；

所述冷却件的入口与所述冷却剂供应单元连接，所述冷却件的出口设置所述控制阀，所述控制阀与所述温控机构电连接。

在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明冷却机构的结构。冷却件5浸没在液箱3内盛装的媒质中。其入口与冷却剂供应单元连接，出口处设置控制阀6。具体地，冷却件5可采用盘管式换热器；盘管式换热器浸没在液箱3内的媒质中，能够增加冷却件5与媒质的接触面积，提高冷却效率。其中，盘管式加热器的换热面积可根据实际换热需求适当调整。

设置在冷却件5出口的控制阀6与温控机构9中微控单元电连接。当需要启动冷却机构时，微控单元控制打开控制阀6，使冷却剂供应单元7中的冷却剂能够进入到冷却件5内。冷却剂在经过冷却件5的过程中，与液箱3内的媒质进行换热，以降低液箱3内媒质的温度。当需停止冷却机构时，微控单元控制关闭控制阀6，冷却剂供应单元7内的冷却剂无法进入到冷却件5中，不执行冷却处理。

其中，冷却剂供应单元7可采用液氮罐；采用液氮作为冷却剂；也可采用其他冷却剂。当冷却剂供应单元7采用液氮罐时，冷却件5的出口处可直接与外部环境连通。也即，当打开控制阀6时，冷却件5内通过的氮气直接经冷却件5的出口排出，进入外部环境。为便于对冷却机构的调控，控制阀6可采用电磁阀。

当冷却剂供应单元7内的冷却剂为无害、可直接排放到大气中的物料时，冷却件5的出口处除设置控制阀6外，无需再设置其他结构；当冷却剂供应单元7内的冷却剂为不可直接排放到大气中的物料时，可在冷却件5的出口处连接回收机构，在回收机构与冷却件5连通的管道上设置上述控制阀6。采用上述冷却机构，其冷却效果好，能够使结构更简单。

在一个具体的实施例中，所述冷却剂供应单元连接有压力安全监控单元。在上述各实施例的基础上，本实施例进一步说明冷却机构的机构。冷却剂供应单元7连接压力安全监控单元8，可实时检测冷却剂供应单元7内的压力变化，并根据系统的压力变化进行适当的调整，确保冷却剂供应单元7的安全运行。例如，压力安全监控单元8可采用安全阀。

在一个具体的实施例中，所述温控机构还连接有功率监控单元，用于监控所述加热机构对媒质的加热量或所述冷却机构对媒质的冷却量。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明功率监控单元。具体地，功率监控单元11与温控机构9的微控单元电连接，通过监控加热机构加热时的功率变化，获取加热机构对媒质循环管道中媒质的加热量，或者，通过监控冷却机构冷却处理时的功率变化，获取冷却机构对媒质循环管道中媒质的冷却量，进一步调控加热机构或冷却机构的运作时间或功率等，以更准确、更高效对媒质循环管道内媒质的加热或冷却过程进行监控和调控。其中，功率监控单元11可采用功率计等功率测量器件。

例如，当第一换热管道入口处媒质的实时温度低于预设温度tsv时，则微控单元控制启动加热机构对媒质循环管道内的媒质进行加热。由于加热机构对媒质循环管道内媒质进行加热后，第一换热管道入口处媒质的温度反馈到微控单元会有一个时间的延后，而通过增设功率监控单元11，功率监控单元11通过对加热机构加热功率变化的监控，可以获取对媒质循环管道内媒质的加热量，进而在加热量已达到合理值或合理范围内，而第一换热管道入口处媒质的实时反馈温度还低于预设温度tsv时，便可以停止加热机构的运作，从而能够降低能量消耗，更准确和高效调控加热过程。同样，当启动冷却机构时，也可通过温控机构9和功率监控单元11的配合使用，更准确和高效调控冷却过程。

在一个具体的实施例中，还提供一种制冷系统，该制冷系统包括上述温控结构。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明一种制冷系统。采用包括上述温控结构的制冷系统，由于第二换热管道出口处媒质的温度更稳定，整个制冷系统的运行稳定性和安全性能大幅提升。

在一个具体的实施例中，该制冷系统还包括压缩机构、喷射器和气液分离器；

所述压缩机构的出口与所述喷射器的入口连接，所述喷射器的出口与所述气液分离器的入口连接，所述气液分离器的第一出口与所述压缩机构的入口连接；

所述气液分离器的第二出口与所述蒸发器内第二换热管道的入口连接，所述第二换热管道的出口与所述喷射器的入口连接。

在上述各实施例的基础上，本实施例进一步说明制冷系统的结构。参见图2所示，制冷系统运行时，从压缩机构12输出的高温高压气态co2进入喷射器14，作为工作流体进入喷射器14内，与从蒸发器1第二换热管道的出口流入的引射流体混合后从喷射器14扩压管输出，并进入气液分离器15，经分离后，液态co2由蒸发器1第二换热管道的入口进入蒸发器1吸热气化，得到的气态co2作为引射流体从引射口进入喷射器14；经分离后的气态co2重新进入压缩机构12入口，系统闭环实现一个完整的制冷循环。其中，气液分离器15与蒸发器1第二换热管道的入口连通管道上还可设置有膨胀阀16。

在一个具体的实施例中，所述压缩机构的出口与所述喷射器的入口连通的管道上设置有气冷机构。在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明制冷系统的结构。增设气冷机构13，使压缩机构12输出的高温高压气态co2先进入气冷机构13中，在气冷机构13中放热降温后再进入到喷射器14中。

在一个具体的实施例中，还提供一种温控方法，包括：获取蒸发器出口或入口处换热媒质的实时温度；

将所述实时温度与预设温度进行比较；

若所述实时温度高于预设温度，冷却所述蒸发器外部管道中的换热媒质，直至所述蒸发器外部管道中换热媒质达到预设值；

若所述实时温度低于预设温度，加热所述蒸发器外部管道中的换热媒质，直至所述蒸发器外部管道中换热媒质达到预设值。

在上述各实施例的基础上，本实施例具体说明温控方法。在带喷射器的跨临界co2制冷系统中，由于蒸发器1中的co2制冷剂是与水换热，只有当co2制冷剂本身的制冷量与第一换热管道内水的换热热量相等时，蒸发器1第二换热管道入口处和出口处co2的温度及蒸发器1第一换热管道入口处和出口处水的温度都会保持稳定，系统即可稳定运行。采用本发明的控温系统的使用不仅可有效控制循环水系统中进入蒸发器1的水入口温度，亦可确保系统持续稳定地运行，并使其具有良好的制冷性能表现。

本发明的温控结构、制冷系统及温控方法，通过在液箱内盛装的媒质中浸没入加热件和冷却件，并在蒸发器的入口处或出口处设置温度传感器，根据所获取的温度实时启动加热机构或冷却件，以对第一媒质换热管道内的媒质进行加热或冷却处理，调控第一换热管道与第二换热管道的换热效率，以使第二换热管道出口处媒质的温度保持恒定，提高系统运行稳定性和安全性。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。