一种制冷系统和控制方法与流程

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种制冷系统和控制方法。

背景技术：

制冷空调行业内，热气旁通技术很多时候用于除霜或者调整蒸发温度；在数码涡旋压缩机上，热气旁通主要起到负荷卸载作用，以降低能力输出。绝大部分的蒸汽压缩式热泵/制冷机组都不需要在停机时特意进行高低压的平衡处理，主要是机组本身可以通过一段时间的停机放置而达到高低压平衡，通常在几分钟即可达到高低压平衡状态，压缩机重新启动不会带压启动。

在一些精密控制需求温度的冷水机组或者油冷机组中，热气旁通直接把部分高温高压制冷剂通入节流后即蒸发器的进口端，与原来节流后的低温低压制冷剂液体混合，从而提高蒸发器入口的压力和温度，进一步影响到被冷却液体的出口温度。这种做法通常会造成制冷系统的波动，稳定时间过长，相应地被冷却液体的出口温度(也就是控制目标)也会出现波动影响，甚至有时候还不如原来的控制稳定性。

为了解决这种相互影响的波动，有些精密机组采用辅助电加热技术把被冷却液体的温度提升到目标温度范围，通过可控硅等设计对辅助电加热实施精密的加热能力输出，这种方法可以快速实现目标温度并且不会影响到制冷系统的稳定性。但缺点是需要耗费额外的电能、电加热的安全性比较差、可控硅对控制器的硬件设计和软件控制比较复杂。

由于现有技术中的制冷系统存在被冷却介质的温度调节存在波动，不稳定，甚至引起制冷系统的波动，稳定时间过长，相应地被冷却液体的出口温度(也就是控制目标)也会出现波动影响，无法快速实现被冷却介质达到目标温度并且不会影响到制冷系统的稳定性，需要耗费额外的电能、电加热的安全性比较差、可控硅对控制器的硬件设计和软件控制比较复杂等技术问题，因此本发明研究设计出一种制冷系统和控制方法。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的制冷系统存在无法同时实现被冷却介质快速稳定达到目标温度并且不会影响到制冷系统的稳定性，且不需要耗费额外的电能的缺陷，从而提供一种制冷系统和控制方法。

本发明提供一种制冷系统，其包括：

压缩机，冷凝器，电子膨胀阀和蒸发器；

冷却介质管路，其中通有被冷却介质，且所述冷却介质管路通入所述蒸发器中、使得制冷剂和被冷却介质在所述蒸发器中进行换热；

辅助蒸发器，并联设置在所述蒸发器的两端，且所述辅助蒸发器所在的支路为制冷剂支路，且所述辅助蒸发器设置在所述冷凝风机的出风侧、以使得所述冷凝风机吹出的热风与经过所述辅助蒸发器中的制冷剂管路中的制冷剂之间进行换热。

优选地，

所述制冷剂支路上还设置有旁通阀。

优选地，

所述辅助蒸发器包括风道和设置在所述风道入口处的风阀，所述风阀能够控制所述风道打开和关闭、以及调节开度大小。

优选地，

在所述冷却介质管路上位于所述蒸发器的出口端设置有第一温度传感器。

优选地，

在所述蒸发器的制冷剂入口端还设置有第二温度传感器，在所述制冷剂支路上位于所述辅助蒸发器的出口端设置有第三温度传感器；在所述压缩机的入口端还设置有第四温度传感器。

优选地，

当包括第一温度传感器时，所述第一温度传感器为感温包；当包括第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器时，所述第二温度传感器和所述第三温度传感器、第四温度传感器均为感温包。

优选地，

所述辅助蒸发器为翅片管换热器、肋片管散热器或平行流换热器。

优选地，

所述被冷却介质为水，使得水通入所述冷却介质管路经过所述蒸发器时被冷却。

本发明还提供一种制冷系统的控制方法，其使用前述的制冷系统，对被冷却介质的温度实现精确控制。

优选地，

当包括第一温度传感器时，通过所述第一温度传感器检测出所述蒸发器的被冷却介质的出口温度为ta，设定被冷却介质的目标温度为ts；

所述制冷系统启动时，调节压缩机频率和/或电子膨胀阀开度和/或冷凝风机转速，使得ta的温度达到ta≤ts+△t，所述△t为第一精度误差。

优选地，

当ts-△t-△t1≤ta≤ts+△t时，维持所述压缩机、所述电子膨胀阀和所述冷凝风机的当前运行状态，其中所述△t1为第二精度误差。

优选地，

当包括旁通阀时：

当ts-ta＞△t时，则加大风阀开度，并且ts-ta的差值越大风阀的开度越大，直到ta达到-△t≤ts-ta≤△t，此时维持风阀开度；

判断所述冷却介质出口温度ta是否满足-△t≤ts-ta≤△t，如满足，则维持现有风阀开度；

当ts-ta＜-△t时，则关闭所述旁通阀，并且调节所述压缩机频率增大、所述电子膨胀阀的开度增大和所述冷凝风机的转速增大中的至少一个，增大制冷量。

优选地，

当包括第三温度传感器和第四温度传感器时，通过所述第四温度传感器检测出压缩机吸气温度为tc，通过所述第三温度传感器检测出辅助蒸发器的出口温度为td；且还包括风阀时：

且当tc-td＞0时，则增加风阀开度，tc-td的值越大风阀增加的开度越大；

且当tc-td＜0时，则减小风阀开度，tc-td的值越小风阀减小的开度越大。

本发明提供的一种制冷系统和控制方法具有如下有益效果：

1.本发明通过设置辅助蒸发器并使得所述辅助蒸发器与所述蒸发器并联，且所述辅助蒸发器设置在所述冷凝风机的出风侧、以使得所述冷凝风机吹出的热风与经过所述辅助蒸发器中的制冷剂管路中的制冷剂之间进行换热，能够通过辅助蒸发器对经过其中的制冷剂进行加热作用，将多余制冷量对应的低温低压制冷剂通过并联旁通到辅助蒸发器，充分利用安全的翅片管冷凝器排放的热风对辅助蒸发器进行“加热”，实现多余冷量的中和，有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的控温目标，减小制冷系统波动对出水温度的影响，使得进入蒸发器的制冷量快速减少，从而提升经过蒸发器后的被冷却介质的温度；充分利用安全的翅片管冷凝器排放的热风对辅助蒸发器进行“加热”，实现多余制冷量的中和，由于不涉及制冷系统负载的控制变化，因此有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的出水控温目标,减小出水温度的波动性，无需采用额外的电加热器；无需利用高压热气旁通中和蒸发器的制冷量，制冷系统稳定性高。

2.本发明通过第一温度传感器以及旁通阀的设置，能够根据蒸发器内的冷冻介质出口温度与目标温度的偏差量，使得从风冷翅片管冷凝器吹出来的热风部分通过辅助蒸发器，加热制冷剂，从而使得被冷却介质的温度升高，直到出水温度到达控制目标，实现制冷系统的精准和快速稳定。旁通阀关闭并且风阀打开时，可以利用热风把辅助蒸发器内积存的低温低压制冷剂液体完全蒸发，防止制冷剂堆积影响制冷系统的正常运行。

附图说明

图1是本发明的制冷系统的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、压缩机；2、冷凝器；21、冷凝风机；3、电子膨胀阀；4、蒸发器；5、冷却介质管路；6、辅助蒸发器；61、风道；7、制冷剂管路；81、旁通阀；82、风阀；91、第一温度传感器；92、第二温度传感器；93、第三温度传感器；94、第四温度传感器。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种制冷系统，其包括：

压缩机1，冷凝器2，电子膨胀阀3和蒸发器4以及制冷剂管路7；

冷却介质管路5，其中通有被冷却介质，且所述冷却介质管路5通入所述蒸发器4中、使得制冷剂和被冷却介质在所述蒸发器4中进行换热；

辅助蒸发器6，设置在制冷剂管路7上，使得所述辅助蒸发器6与所述蒸发器4串联，且所述辅助蒸发器6设置在所述冷凝风机21的出风侧、以使得所述冷凝风机21吹出的热风与经过所述辅助蒸发器6中的制冷剂管路7中的制冷剂之间进行换热。

本发明通过设置辅助蒸发器并使得所述辅助蒸发器与所述蒸发器并联，且所述辅助蒸发器设置在所述冷凝风机的出风侧、以使得所述冷凝风机吹出的热风与经过所述辅助蒸发器中的制冷剂管路中的制冷剂之间进行换热，能够通过辅助蒸发器对经过其中的制冷剂进行加热作用，将多余制冷量对应的低温低压制冷剂通过并联旁通到辅助蒸发器，充分利用安全的翅片管冷凝器排放的热风对辅助蒸发器进行“加热”，实现多余冷量的中和，有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的控温目标，减小制冷系统波动对出水温度的影响，使得进入蒸发器的制冷量快速减少，从而提升经过蒸发器后的被冷却介质的温度；充分利用安全的翅片管冷凝器排放的热风对辅助蒸发器进行“加热”，实现多余制冷量的中和，由于不涉及制冷系统负载的控制变化，因此有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的出水控温目标,减小出水温度的波动性，无需采用额外的电加热器；无需利用高压热气旁通中和蒸发器的制冷量，制冷系统稳定性高。

优选地，

所述制冷剂支路7上还设置有旁通阀81。通过在制冷旁通支路上设置旁通阀的结构形式能够对制冷剂支路进行控制作用，以根据实际需求控制制冷剂是否进入制冷剂支路或进入制冷剂支路中制冷剂流量的大小，从而控制剩余进入蒸发器中的制冷剂流量的大小，从而控制对被冷却介质进行冷却的制冷量的量，实现介质温度的精准且智能的控制。

常规降温处理方法通过直接调节电子膨胀阀以调节进入蒸发器中的冷媒量的方法，其到达目标温度范围时系统的稳定速度非常慢。本发明在此基础上能快速到达目标温度，但通过对过冷的冷冻水进行升温处理速度更快，并且能够实现快速稳定控制、替代电加热的升温处理的节能性，避免冷冻水温度过低影响机床，常规方法中通过制冷机组的各种波动控制后再达到新的稳定过程需要比较长的时间，冷冻水温度过高时要达到新的稳定控制也是一个长时间的稳定控制过程，这是常规控温技术的不足之处。

优选地，

所述辅助蒸发器6包括风道61和设置在所述风道61入口处的风阀8，所述风阀8能够控制所述风道61打开和关闭、以及调节开度大小。通过设置风道能够接收冷凝风机吹来的热风，且在风道入口处设置风阀能够对风道进口的风进行控制作用，以根据实际需求控制被冷却介质是否被控温器加热，实现智能控制，对制冷系统的稳定性影响比较小。

辅助蒸发器与蒸发器处于并联关系，辅助蒸发器处于冷凝器排风出口侧，辅助蒸发器的制冷剂入口有旁通阀控制旁通量的大小，辅助蒸发器的冷量由经过风阀控制风量的热风吸收。因为旁通阀动作迅速，把蒸发器中多余的制冷剂旁通掉，可以快速实现蒸发器内冷冻水出口温度的精准控制；

无需旁通制冷剂时，关闭旁通阀，同时开启风阀并保持一段时间，可以把辅助蒸发器内积存的低温低压制冷剂液体完全蒸发，防止制冷剂堆积影响制冷系统的正常运行；水流量过低导致蒸发器容易发生冻结时，可以加大旁通制冷剂量，从而保证制冷系统的安全。

优选地，

在所述冷却介质管路5上位于所述蒸发器4的进口端设置有第一温度传感器91。通过在蒸发器的出口端设置第一温度传感器能够对被冷却介质进入蒸发器换热之后的温度实现检测作用；通过蒸发器出口的冷冻介质温度(低温冷冻水)与控温目标进行对比，根据偏差量计算所需要的加热量，进而准确控制风阀，使得蒸发器内的冷冻介质被精确加热到目标温度，实现快速稳定的控温目标。

本发明通过第一温度传感器以及旁通阀的设置，能够根据蒸发器内的冷冻介质出口温度与目标温度的偏差量，使得从风冷翅片管冷凝器吹出来的热风部分通过辅助蒸发器，加热制冷剂，从而减小进入蒸发器中的制冷剂，使得被冷却介质的温度升高，直到出水温度到达控制目标，实现制冷系统的精准和快速稳定。

优选地，在所述蒸发器4的制冷剂入口端还设置有第二温度传感器92，在所述制冷剂支路7上位于所述辅助蒸发器6的出口端设置有第三温度传感器93；在所述压缩机1的入口端还设置有第四温度传感器94。

根据出水温度ta与设定温度ts的偏差决定旁通阀开度；根据压缩机吸气温度tc与辅助蒸发器出口温度td的偏差决定风阀的开度，有利于辅助蒸发器的制冷剂出口温度的快速稳定控制，从而避免对制冷系统造成过大的波动影响

优选地，

当包括第一温度传感器91时，所述第一温度传感器91为感温包；当包括第二温度传感器92、第三温度传感器93和第四温度传感器94时，所述第二温度传感器92、所述第三温度传感器93和所述第四温度传感器94均为感温包。这是本发明的第一和第二温度传感器的优选结构形式。

优选地，

所述辅助蒸发器6为翅片管换热器、肋片管散热器或平行流换热器。这是本发明的辅助蒸发器的优选结构形式。

优选地，

所述被冷却介质为水，使得水通入所述冷却介质管路5经过所述蒸发器4时被冷却。这是本发明的被冷却介质的优选种类，能够通过水被控制达到精确温度后对精密零件进行冷却降温，提高冷却效果。

根据出水温度ta与设定温度ts的偏差决定风阀开度，ts＞ta+△t(△t为用户设定控温精度，如设定控制精度为±0.5℃，则△t＝0.5，其余类同)并且ts-ta越大，风阀开度越大。

如图1所示，压缩机、风冷翅片管冷凝器(含冷凝风机)、节流元件(本方案以电子膨胀阀为例)和蒸发器顺次连接，制冷剂流向与此顺序方向相同并形成基本制冷循环。

在上述基本制冷循环的基础上，电子膨胀阀的出口与蒸发器进口之间引出旁通点连接旁通管路，并依次连接有旁通阀和辅助蒸发器，辅助蒸发器的出口连接到蒸发器出口与压缩机吸气口之间。

辅助蒸发器置于两端开口的风道内，风道进口设置有可调节开度的风阀，风道进口正对翅片管冷凝器的出风方向。通过冷凝风机的余压和风阀的开度来控制风道内流过辅助蒸发器的热风流量，进而影响到辅助蒸发器的换热量。辅助蒸发器可以是翅片管换热器、肋片管散热器、平行流换热器等。

根据主蒸发器中冷冻水出口温度与设定温度的差值大小，决定旁通阀的开度大小，从而使得多余的低温低压制冷剂液体从辅助蒸发器通过，保证主蒸发器的低温低压制冷剂液体流量处于合适范围。

关闭旁通阀后，为防止辅助蒸发器内积存制冷剂液体过多，延迟一段时间后再关闭风阀，热风会把辅助蒸发器内积存的低压低温制冷剂液体充分蒸发为气体，保证制冷系统循环所需的制冷剂量。

出水管上布置有感温包a，电子膨胀阀出口管路上布置有感温包b，压缩机吸气总管路上布置有感温包c，辅助蒸发器的出口管路上布置有感温包d。

本发明还提供一种制冷系统的控制方法，其使用前任一项所述的制冷系统，对被冷却介质的温度实现精确控制。能够通过辅助蒸发器对经过其中的制冷剂进行加热作用，将多余制冷量对应的低温低压制冷剂通过并联旁通到辅助蒸发器，充分利用安全的翅片管冷凝器排放的热风对辅助蒸发器进行“加热”，实现多余冷量的中和，有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的控温目标，减小制冷系统波动对出水温度的影响，使得进入蒸发器的制冷量快速减少，从而提升经过蒸发器后的被冷却介质的温度；充分利用安全的翅片管冷凝器排放的热风对辅助蒸发器进行“加热”，实现多余制冷量的中和，由于不涉及制冷系统负载的控制变化，因此有利于制冷系统的稳定、快速实现精准的出水控温目标,减小出水温度的波动性，无需采用额外的电加热器；无需利用高压热气旁通中和蒸发器的制冷量，制冷系统稳定性高。

优选地，

当包括第一温度传感器91时，通过所述第一温度传感器91检测出所述蒸发器4的被冷却介质出口温度为ta；设定被冷却介质的目标温度为ts；

所述制冷系统启动时，调节压缩机频率和/或电子膨胀阀开度和/或冷凝风机转速，使得ta的温度达到ta≤ts+△t，所述△t为第一精度误差。优选以最快的速度(通常采用记忆状态下的运行参数进行启动运行，记忆状态下有机组的最佳运行组合参数)。

这是本发明的根据冷却介质进口温度的启动制冷系统的优选控制方法，能够使得通过蒸发器将被冷却介质降温冷却到目标温度ts的误差范围以下，这样能够使得被冷却介质的温度降至目标温度范围的误差范围以下，以便于进一步的升温以使其水温达到目标温度的误差范围以内。

优选地，

当ts-△t-△t1≤ta≤ts+△t时，维持所述压缩机、所述电子膨胀阀和所述冷凝风机的当前运行状态，其中所述△t1为第二精度误差。这是本发明的根据被冷却介质的出口温度在目标温度的误差范围内时的具体控制方式，ts-△t-△t1≤tb≤ts+△t说明被冷却介质的入口温度已达到目标设定温度的误差范围内，这时只需要维持压缩机、电子膨胀阀和冷凝风机的当前状态，便能维持被冷却介质的温度在目标温度范围内，满足所需要求。优选△t＝0.5℃，△t1＝0.5℃。

优选地，

当包括旁通阀81时：

当ts-ta＞△t时，则加大风阀开度，并且ts-ta的差值越大风阀的开度越大，直到ta达到-△t≤ts-ta≤△t，此时维持风阀开度；

判断所述冷却介质出口温度ta是否满足-△t≤ts-ta≤△t，如满足，则维持现有风阀开度；

当ts-ta＜-△t时，则关闭所述风阀，并且调节所述压缩机频率增大、所述电子膨胀阀的开度增大和所述冷凝风机的转速增大中的至少一个，增大制冷量。

这是本发明的根据冷却介质出口温度来进行控制的优选控制方式，即-△t≤ts-ta≤△t说明出口温度在目标设定温度误差范围内时，则保持风阀开度不变，对介质进行该状态下的继续持续加热；ts-ta＞△t说明介质出口温度过低，此时需要对介质进行增大制热量的方式进行控制，因此此时加大风阀的开度，以增大对介质的制热量，风阀开度的大小与温差(ts-ta)的大小呈正比，能够最快速度地提升介质的温度；ta＞ts说明出口水温度偏高了，应适当的减小风阀的开度，以略微地增大制冷量而减小介质温度；ts-ta＜-△t说明介质出口温度过高，此时需要对介质进行停止制热、转而进行制冷的方式进行控制，此时关闭所述风阀，并且调节所述压缩机频率增大、所述电子膨胀阀的开度增大和所述冷凝风机的转速增大中的至少一个，从而能够有效地降低介质的温度，以使其达到目标温度范围内，满足使用需求。

优选地，当包括第三温度传感器93和第四温度传感器94时，通过所述第四温度传感器94检测出压缩机吸气温度为tc，通过所述第三温度传感器93检测出辅助蒸发器的出口温度为td；且还包括风阀82时：

且当tc-td＞0时，则增加风阀开度，tc-td的值越大风阀增加的开度越大；

且当tc-td＜0时，则减小风阀开度，tc-td的值越小风阀减小的开度越大。

tc与td两者越接近，表明蒸发器和辅助蒸发器的出口温度越接近。当tc-td＞0时，说明辅助蒸发器出口温度较低，还需要对其加热，此时则增加风阀开度，tc-td的值越大风阀增加的开度越大；当tc-td＜0时，说明辅助蒸发器出口温度较高，需减小对其加热的程度，则减小风阀开度，tc-td的值越小风阀减小的开度越大，从而实现辅助蒸发器出口温度与压缩机吸气端温度趋于相等。

具体地，对辅助蒸发器的风阀开度的主要控制步骤如下：

1)开机运行时，根据设定温度ts，调节压缩机频率和/或电子膨胀阀开度和/或冷凝风机转速，以最快的速度(通常采用记忆状态下的运行参数进行启动运行，记忆状态下有机组的最佳运行组合参数)使得ta≤ts+△t(△t为用户设定控温精度，如设定控制精度为±0.5℃，则△t＝0.5，其余类同)；

2)当ts-△t-0.5≤ta≤ts+△t时，维持上述负载的运行状态，在此条件下对风阀进行控制；上述“最快的速度”通常采用记忆状态下的运行参数进行启动运行，记忆状态下有机组的最佳运行组合参数；

a)当ta＜ts-△t时，根据ts-ta的差值，增加风阀的开度，差值越大，开度增加值越大，直到风阀开启到最大则转入调节制冷系统的负载减小制冷量的输出；

b)判断出口温度-△t≤ts-ta≤△t是否成立。如是，则维持现有风阀开度；

c)当任何时候出现ta＞ts+△t时，停止风阀开度的调节，转为对制冷系统的负载进行调节控制加大制冷量的输出，直到重新满足上述1)。

d)tc与td两者越接近，表明蒸发器和辅助蒸发器的出口温度越接近。当tc-td＞0时，则增加风阀开度，tc-td的值越大风阀增加的开度越大；

e)当tc-td＜0时，则减小风阀开度，tc-td的值越小风阀减小的开度越大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。