CN115628563A - 自复叠制冷系统、其控制方法、存储装置和处理器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自复叠制冷系统、其控制方法、存储装置和处理器。所述自复叠制冷系统包括第一节流阀J1、蒸发冷凝器EC、第二回热器R2、从所述蒸发冷凝器的回气出口管道引出的旁通B和两位三通电磁阀W,所述两位三通电磁阀的第一接口a与所述第二回热器回气出口管道连通,第二接口b与所述蒸发冷凝器回气进气管道连通,第三接口c与所述旁通的另一端连通,所述两位三通电磁阀用于切换从所述第二回热器流出的回气工质的流向。本发明降低了蒸发冷凝器中高低温工质换热损失,提升了降温速度。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域,尤其涉及一种自复叠制冷系统、其控制方法、存储装置及处理器。
背景技术
在超低温制冷领域目前采用的是自复叠或者多级复叠制冷系统。多级复叠制冷循环通常由至少两个单独的制冷系统组成,其造价成本较高,因此自复叠系统有一定的成本优势,也是一些企业选择的实施方案。
自复叠制冷循环是利用非共沸多元混合工质在相平衡时气液相成分不同的特点,一次压缩后通过冷凝器和气液分离器将高沸点工质和低沸点工质自动分离并进入两个制冷循环进行复叠,使沸点最低的制冷剂进入蒸发器,达到制取低温的目的。由于自复叠制冷系统增加了一个气液分离器,减少了一台压缩机与油分离器,具有减小制冷装置体积、降低成本、减少运动部件和简单可靠的优点。
然而,在自复叠制冷系统中,低沸点工质蒸发吸热将高沸点工质冷凝为液态,两者的换热过程主要通过蒸发冷凝器进行。为了提高制冷系数,通常在低温侧安装回热器对进入蒸发器的低温工质进行过冷,以致低温工质在回热器排气口温度通常要高于节流后的液态高温工质,如果直接混合流入蒸发冷凝器,由于高温工质先对回热器排气口出来的低温工质进行降温,再共同用于气液分离器出口的低温工质降温,势必导致冷凝蒸发器内的换热损失较大。
发明内容
本发明提出一种自复叠制冷系统、其控制方法、存储装置和处理器,以解决上述现有技术中存在的高低温制冷工质换热损失大的技术问题。
本发明提出的自复叠制冷系统包括第一节流阀J1、蒸发冷凝器EC、第二回热器R2、从所述蒸发冷凝器的回气出口管道引出的旁通B和一两位三通电磁阀W,所述两位三通电磁阀的第一接口a与所述第二回热器回气出口管道连通,第二接口b与所述蒸发冷凝器回气进气管道连通,第三接口c与所述旁通的另一端连通,所述两位三通电磁阀用于切换从所述第二回热器流出的回气工质的流向。
进一步地,在所述第一节流阀出口管道和所述第二回热器的回气出口管道上分别设置有温度检测元件。
在一实施例中,当所述第二回热器的回气出口工质温度高于所述第一节流阀出口工质温度时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;当所述第二回热器回气出口工质温度不高于所述第一节流阀出口工质温度时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
在另一实施例中,当所述第二回热器的回气出口工质焓值高于所述第一节流阀出口工质焓值时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;当所述第二回热器回气出口工质焓值不高于所述第一节流阀出口焓值时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
优选地,所述自复叠制冷系统包括用管路依次连通的压缩机A、冷凝器C、第一回热器R1、蒸发冷凝器EC、第二回热器R2、第二节流阀J2和蒸发器E,所述第一回热器排出的高压中温工质进入气液分离器S,所述气液分离器中的气体通过管道与所述蒸发冷凝器的进气口连通,所述气液分离器中的液体通过管道与所述蒸发冷凝器的回气进口连通,所述蒸发器出口通过管道依次与所述第二回热器、所述两位三通阀、所述蒸发冷凝器、所述第一回热器和所述压缩机吸气口连通。
优选地,所述自复叠制冷系统的控制器与所述温度检测元件通信,并根据所述第二回热器的回气出口工质温度/焓值与所述第一节流阀出口工质温度/焓值的比较结果控制所述两位三通电磁阀的通断。
本发明还提出一种上述自复叠制冷系统的控制方法,包括:
实时监测第二回热器的回气出口和第一节流阀出口的工质温度;
当所述第二回热器的回气出口工质温度高于所述第一节流阀出口工质温度时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;
当所述第二回热器回气出口工质温度不高于所述第一节流阀出口温度时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
作为一种替代实施例,可根据温度与焓值的对应关系,实时监测第二回热器的回气出口和第一节流阀出口的工质焓值;
当所述第二回热器的回气出口工质焓值高于所述第一节流阀出口工质焓值时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;当所述第二回热器回气出口工质焓值不高于所述第一节流阀出口焓值时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
本发明还提出一种存储装置,用于存储计算机程序,所述计算机程序运行时执行上述自复叠制冷系统的控制方法。
本发明还提出一种处理器,用于运行计算机程序,所述计算机程序运行时执行上述自复叠制冷系统的控制方法。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.降低了蒸发冷凝器中高低温工质换热损失,提升降温速度;
2.降低高温工质冷媒用量;
3.有利于冷凝器出口处的高温工质从混合工质中更好分离。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明,其中:
图1为传统自复叠制冷系统的原理图;
图2为自复叠系统温度与组分浓度图;
图3为本发明提出的自复叠制冷系统原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚,以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解,以下具体实施例仅用以解释本发明,并不对本发明构成限制。
请参照图1,传统自复叠制冷系统包括:压缩机A、冷凝器C、第一回热器R1、气液分离器S、蒸发冷凝器EC、第二回热器R2、第一节流阀J1、第二节流阀J2和蒸发器E。混合工质经压缩机A压缩、冷凝器C冷凝、第一回热器R1预冷后,流入气液分离器S,气液分离器中的气态工质经过蒸发冷凝器EC、第二回热器R2、第二节流阀J2后为低温低压的液态工质,然后流入蒸发器E吸热制冷。从蒸发器E流出的气态工质依次经过第二回热器R2,蒸发冷凝器EC和第一回热器R1后返回压缩机重新压缩循环。气液分离器S中的液态工质经第一节流阀J1降压后通过三通阀与来自第二回热器回气出口的工质汇合,流入蒸发冷凝器EC的回气进气口,对来自气液分离器的气体工质进行换热。
图2是自复叠系统的温度与组分浓度图。由于自复叠制冷系统为混合工质,从液态变为气态的温度线(又称泡点线)与从气态变为液态的温度线(又称露点线)是不同的,图中椭圆部分的上部为露点线,下部为泡点线,上下线之间的差值表示相同组分浓度的温度变化。图1和图2中用数字显示了工质在循环中的不同状态点对应的温度。从图2中可以看到,蒸发器E流出的气态工质状态点81的温度为T81,经过第二回热器R2后状态点为91,温度提升到T91,此温度高于从第一节流阀J1流出的工质状态点52的温度T52。两种温度不同的工质如果直接混合流入蒸发冷凝器EC,由于第一节流阀J1出来的高温工质先对第二回热器排气口出来的低温工质进行降温,再共同用于气液分离器出口的气体工质降温,势必导致冷凝蒸发器内的换热损失加大。
本发明提出的自复叠制冷系统在传统自复叠制冷系统的基础上,增加一个旁通和一个两位三通电磁阀,采用温度检测元件对蒸发器排气温度和气液分离器中高温工质节流后温度进行检测,并根据检测结果通过两位三通阀切换从蒸发器回气的低温工质的流向。
如图3所示,本发明提出的自复叠制冷系统中,在第一节流阀J1的出口和第二回热器R2的回气管出口处分别设置有温度检测元件,并在蒸发冷凝器EC的回气出口管道上引出一条旁通B,该旁通的另一端与两位三通阀W的第三接口c连通,第二回热器R2的回气出口管道与两位三通阀的第一接口a连通,蒸发冷凝器EC的回气进气管道与两位三通阀的第二接口b连通。自复叠制冷系统的控制器与温度检测元件和两位三通阀通信,当第二回热器回气管出口工质温度高于第一节流阀出口工质温度时,控制两位三通阀的第一接口a和第三接口c连通,第一接口a与第二接口b断开,第二回热器回气管出口的工质通过旁通与蒸发冷凝器回气出口的工质汇合;当第二回热器回气管出口工质温度不高于第一节流阀出口工质温度时,两位三通阀的第一接口a和第二接口b连通,第一接口a与第三接口c断开,第二回热器回气管出口的工质与第一节流阀出口工质汇合进入蒸发冷凝器,对来自气液分离器的气体工质进行换热。
当第二回热器回气管出口工质温度高于第一节流阀出口工质温度时,如果直接与液态高温工质混合流入蒸发冷凝器,液态高温工质会先对回气来的低温工质进行降温,然后共同对气液分离器中的气态高温工质进行降温,由于液态低温工质经过两次温差换热,换热损失较大。针对这种情况,本发明中的两位三通电磁阀断开回气与蒸发冷凝器的通道,连通回气与蒸发冷凝器回气出口管道之间的旁通B,使气液分离器中的排气与第一节流阀过来的工质进行换热,第二回热器出口的回气与蒸发冷凝器回气出口工质汇合。这样,一方面,可以对高温高压气体进行预冷,另一方面,蒸发冷凝器中换热温差小,换热效率高。
当第二回热器回气管出口温度不高于第一节流阀出口工质温度时,两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,第一接口a与第三接口c断开,此时气态低温工质与液态工质混合流入蒸发冷凝器换热。由于蒸发冷凝器中换热温差小,换热效率高。本发明通过减小换热温差和换热级数,有效降低了换热损失,提升了系统制冷系数。
本发明在传统自复叠制冷系统基础上,通过增加旁通B和两位三通电磁阀W并实时监测第一节流阀出口状态点52的温度T52与回气状态点91的温度T91。当温度T91高于温度T52时,两位三通电磁阀W导通旁通B,使状态点91与状态点110导通,而状态点91与状态点10之间的通道断开,第二回热器R2的回气直接进入第一回热器R1中与冷凝器C出来的工质进行换热,对第一回热器R1进气进行预冷。当状态点91的温度T91不高于状态点52的温度T52时,两位三通电磁阀W使状态点91与状态点110之间的旁通断开,状态点91与状态点10之间的管路导通,第二回热器R2出来的回气与第一节流阀J1流出液体混合后流入蒸发冷凝器EC,对气液分离器S流出的气态低温工质进行降温。
需要指出的是,以上实施例选定了两级自复叠制冷系统和两位三通电磁阀,仅用于说明本发明改变冷媒流向的控制方法,并不用以限制本发明。
作为一种替换的实施例,前述通过检测特定状态点温度控制三通电磁阀通断的方式可以改为检测特定状态点焓值来控制三通电磁阀的通断。因为温度和焓值有对应关系,温度高,焓值通常也高。状态点91的温度T91高于状态点52的温度T52等同于状态点91的焓值H91高于状态点52的焓值H52。依据焓值的控制方法与依据温度的控制方法相同,即状态点91的焓值H91高于状态点52的焓值H52时,两位三通电磁阀W导通状态点91与状态点110之间的旁通,而状态点91与状态点10之间的管路断开;当状态点91的焓值H91不高于状态点52的焓值H52时,两位三通电磁阀W断开状态点91与状态点110之间的旁通,打开状态点91与状态点10之间的通路。
本发明还提出一种上述自复叠制冷系统的控制方法,包括以下步骤:
实时监测第二回热器的回气出口和第一节流阀出口的工质温度/焓值;
当所述第二回热器的回气出口工质温度/焓值高于所述第一节流阀出口工质温度/焓值时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,第一接口a与第三接口c连通;
当所述第二回热器回气出口工质温度/焓值不高于所述第一节流阀出口温度/焓值时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,第一接口a与第三接口c断开。
本发明提出的自复叠制冷系统的控制方法可编辑成计算机程序并存储于存储装置中,当处理器调用存储装置中存储的计算机程序时,可执行上述的自复叠制冷系统的控制方法。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是,凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化,都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自复叠制冷系统,包括第一节流阀J1、蒸发冷凝器EC和第二回热器R2,其特征在于,还包括一从所述蒸发冷凝器的回气出口管道引出的旁通B和一两位三通电磁阀W,所述两位三通电磁阀的第一接口a与所述第二回热器回气出口管道连通,第二接口b与所述蒸发冷凝器回气进气管道连通,第三接口c与所述旁通的另一端连通,所述两位三通电磁阀用于切换从所述第二回热器流出的回气工质的流向。
2.如权利要求1所述的自复叠制冷系统,其特征在于,所述第一节流阀出口管道和所述第二回热器的回气出口管道上分别设置有温度检测元件。
3.如权利要求2所述的自复叠制冷系统,其特征在于,当所述第二回热器的回气出口工质温度高于所述第一节流阀出口工质温度时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;当所述第二回热器回气出口工质温度不高于所述第一节流阀出口工质温度时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
4.如权利要求2所述的自复叠制冷系统,其特征在于,当所述第二回热器的回气出口工质焓值高于所述第一节流阀出口工质焓值时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;当所述第二回热器回气出口工质焓值不高于所述第一节流阀出口焓值时,所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
5.如权利要求1所述的自复叠制冷系统,其特征在于,所述自复叠制冷系统包括用管路依次连通的压缩机A、冷凝器C、第一回热器R1、蒸发冷凝器EC、第二回热器R2、第二节流阀J2和蒸发器E,所述第一回热器排出的工质进入气液分离器S,所述气液分离器中的气体通过管道与所述蒸发冷凝器的进气口连通,所述气液分离器中的液体经过第一节流阀后与所述蒸发冷凝器的回气进口连通,所述蒸发器出口通过管道依次与所述第二回热器、所述两位三通阀、所述蒸发冷凝器、所述第一回热器和所述压缩机吸气口连通。
6.如权利要求2所述的自复叠制冷系统,其特征在于,所述自复叠制冷系统的控制器与所述温度检测元件通信,并根据所述第二回热器的回气出口工质温度/焓值与所述第一节流阀出口工质温度/焓值的比较结果控制所述两位三通电磁阀的通断。
7.一种权利要求1-6任一项所述自复叠制冷系统的控制方法,其特征在于,包括:
实时监测第二回热器的回气出口和第一节流阀出口的工质温度;
当所述第二回热器的回气出口工质温度高于所述第一节流阀出口工质温度时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;
当所述第二回热器回气出口工质温度不高于于所述第一节流阀出口温度时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
8.一种权利要求1-6任一项所述自复叠制冷系统的控制方法,其特征在于,包括:
实时监测第二回热器的回气出口和第一节流阀出口的工质焓值;
当所述第二回热器的回气出口工质焓值高于所述第一节流阀出口工质焓值时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b断开,与第三接口c连通;
当所述第二回热器回气出口工质焓值不高于于所述第一节流阀出口焓值时,控制所述两位三通电磁阀的第一接口a与第二接口b连通,与第三接口c断开。
9.一种存储装置,用于存储计算机程序,其特征在于,所述计算机程序运行时执行权利要求7或8所述的自复叠制冷系统的控制方法。
10.一种处理器,用于运行计算机程序,其特征在于,所述计算机程序运行时执行权利要求7或8所述的自复叠制冷系统的控制方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118224768A (zh) * | 2024-05-22 | 2024-06-21 | 昆明理工大学 | 一种同时高效回收多品位低温余热的内复叠式高温热泵系统 |
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