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CN116625020A - 制冷系统和其控制方法 - Google Patents

制冷系统和其控制方法 Download PDF

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CN116625020A
CN116625020A CN202210128771.3A CN202210128771A CN116625020A CN 116625020 A CN116625020 A CN 116625020A CN 202210128771 A CN202210128771 A CN 202210128771A CN 116625020 A CN116625020 A CN 116625020A
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liquid
refrigerant
throttling device
gas
dryness
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刘洪胜
胡记超
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Abstract

本申请提供了一种制冷系统和其控制方法。制冷系统包括：压缩机和冷凝器；以及第一节流装置，所述第一节流装置接收来自所述冷凝器的液态制冷剂；喷射器，所述喷射器包括高压流体入口，吸入流体入口和流体出口，所述喷射器的高压流体入口连接至所述第一节流装置，所述喷射器的流体出口连接至闪蒸罐，所述闪蒸罐的气相出口连接至压缩机入口，所述闪蒸罐的液相出口经第二节流装置连接至蒸发器，所述蒸发器连接至所述喷射器的吸入流体入口；以及控制器，所述控制器配置成基于所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。根据本发明的制冷系统和方法可在环境温度极低或室内外温差较大的情况下高效运行。

Description

制冷系统和其控制方法
技术领域
本发明涉及制冷系统领域，更具体地，本发明涉及一种在环境温度和目标温度存在较大差异的情况下应用的制冷系统和其控制方法。
背景技术
在室外温度较低例如-25℃至-15℃的情况下，常应用具有喷气增焓压缩机的制冷系统。当室外温度很低时，室外机热交换能力下降，压缩机正常回气口的回气量减少，压缩机功率降低，不能发挥最好效果。喷气增焓压缩机通过中间压力回气喷射口补充制冷气体，从而增加压缩机排气量，室内机热交换器制热的循环制冷剂量增加，实现制热量增加，其与单级压缩机相比，提高了系统效率和工作温度范围。例如该类系统在-15℃下制热能力提高近20%-50%。然而，在蒸发温度低于-30℃或环境温度低于-25℃时，或者在环境温度和目标温度的温差较大例如大于40℃时，即使是具有喷气增焓压缩机的制冷系统也难以应对，其效率将显著降低。
发明内容
本申请的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
根据一方面，提供了一种制冷系统，其包括：压缩机和冷凝器，还包括：
第一节流装置，所述第一节流装置对来自所述冷凝器的液态制冷剂进行节流以产生气液两相制冷剂；
喷射器，所述喷射器包括高压流体入口，吸入流体入口和流体出口，所述喷射器的高压流体入口连接至所述第一节流装置以接收所述气液两相制冷剂，所述喷射器的流体出口连接至闪蒸罐，所述闪蒸罐的气相出口连接至压缩机入口，所述闪蒸罐的液相出口经第二节流装置连接至蒸发器，所述蒸发器连接至所述喷射器的吸入流体入口；以及
控制器，所述控制器配置成基于所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。
可选地，在所述的制冷系统的实施例中，所述喷射器的吸入流体入口处或上游以及所述喷射器的流体出口处或下游分别设置有压力传感器以感测所述压力差，或者所述控制器配置成基于所述气液两相制冷剂的干度以及所述干度与所述压力差的关系来控制所述第一节流装置的开度，其中，所述制冷系统包括直接感测所述气液两相制冷剂的干度的干度传感器，或者所述制冷系统包括所述第一节流装置上游的第一压力传感器和第一温度传感器以及所述第一节流装置下游的第二压力传感器或第二温度传感器，所述控制器基于所述第一节流装置上游的制冷剂的温度和压力以及所述第一节流装置的下游的制冷剂的温度或压力来推算所述第一节流装置下游的所述气液两相制冷剂的干度。
可选地，在所述的制冷系统的实施例中，所述压缩机为喷气增焓压缩机，所述压缩机出口连接至所述冷凝器，所述冷凝器连接至经济器的第一管路，所述经济器上游或下游分叉出通至所述第一节流装置的第一通路和经另一节流装置通至经济器的第二管路并进而连接至所述喷气增焓压缩机的补气口的第二通路。
可选地，在所述的制冷系统的实施例中，所述压缩机为喷气增焓压缩机，所述压缩机出口连接至所述冷凝器，所述冷凝器经第三节流装置连接至第二闪蒸罐，所述第二闪蒸罐的液相出口连接至所述第一节流装置，所述第二闪蒸罐的气相出口连接至所述喷气增焓压缩机的补气口。
可选地，在所述的制冷系统的实施例中，所述第一节流装置为电子膨胀阀，所述控制器配置成控制所述电子膨胀阀的开度使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.05至0.5的干度，可选地，使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.08至0.3的干度。
可选地，在所述的制冷系统的实施例中，所述制冷系统采用亚临界制冷剂，例如R410A制冷剂，所述控制器配置成控制所述第一节流装置的开度使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.08至0.2的干度。
可选地，在所述的制冷系统制冷的实施例中，所述制冷系统采用跨临界制冷剂，例如CO2 制冷剂，所述控制器配置成控制所述第一节流装置的开度使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.15至0.3的干度。
另一方面，提供了一种根据上述实施例所述的制冷系统的控制方法，所述方法包括：
使所述冷凝器冷凝的制冷剂液体经过经济器或闪蒸罐；以及
使经过所述经济器或闪蒸罐的制冷剂液体在进入喷射器前通过节流装置进行节流来产生气液两相制冷剂，并且基于所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。
可选地，所述方法还包括基于所述气液两相制冷剂的干度以及所述干度与所述压力差的关系来控制所述第一节流装置的开度，其中，所述方法包括直接感测所述气液两相制冷剂的干度，或者所述方法包括基于所述第一节流装置上游的制冷剂的温度和压力以及所述第一节流装置的下游的制冷剂的温度或压力来推算所述第一节流装置下游的所述气液两相制冷剂的干度。
可选地，所述方法包括使所述气液两相制冷剂的干度在0.05至0.5的范围内，可选地，使所述气液两相制冷剂的干度在0.08至0.3的范围内。。
可选地，所述方法包括：采用R410A制冷剂，并使所述气液两相制冷剂具有0.08至0.2的干度；或者采用CO2制冷剂，并使所述气液两相制冷剂具有0.15至0.3的干度。
根据本发明的制冷系统和方法可在环境温度极低或环境温度和目标温度的温差较大的情况下高效运行。例如，喷气增焓压缩技术的局限在于环境温度低于-25℃时难以运行。根据本发明的实施例可以让喷气增焓压缩机系统运行在-25℃至-30℃及以下的环境温度，也即提高了喷气增焓系统的效率和工作温度范围。
附图说明
参照附图，本申请的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1是根据本发明的实施例的制冷系统的示意图；以及
图2是根据本发明的另一实施例的制冷系统的示意图。
具体实施方式
参考图1，其示出了根据本发明的实施例的制冷系统。制冷系统包括：压缩机1，其包括压缩机入口12和压缩机出口11，冷凝器2，第一节流装置51，第一节流装置51接收来自冷凝器2的液态制冷剂并将对其节流将其转化成气液两相制冷剂以及喷射器回路。喷射器回路包括：喷射器6，喷射器6包括高压流体入口61，吸入流体入口62和流体出口63，喷射器的高压流体入口61连接至第一节流装置51，喷射器的流体出口63连接至闪蒸罐7，闪蒸罐7的气相出口73连接至压缩机入口12，闪蒸罐7的液相出口72经第二节流装置52连接至蒸发器8，蒸发器8连接至喷射器的吸入流体入口62。第一节流装置51与控制器(未示出)连接，该控制器配置成基于所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。在所述压力差低于预设值时，则减小所述第一节流装置的开度，在压力差高于预设值时，则增加所述第一节流装置的开度，由此保证喷射器的高效运行。在一些实施例中，压力差可通过传感器直接感测，例如，在喷射器的吸入流体入口处或上游以及喷射器的流体出口处或下游分别设置有压力传感器以感测所述压力差。在另一些实施例中，可通过进入喷射器高压流体入口的两相制冷剂的状态，如其干度来进行控制。所谓干度即制冷剂中气相制冷剂占气液两相制冷剂的质量比例，其决定了喷射器的压升，控制制冷剂干度处于适当范围时同样能保证喷射器的高效运行。根据本发明的实施例中通过第一节流装置51将制冷剂转化成气液两相并控制制冷剂的干度，使得当液态制冷剂过冷度过高时仍然能够有效驱动喷射器系统，由此提高系统的性能，尤其是在低环境温度下或环境温度和目标温度的温差较大的情况下。更具体地，通过根据本发明的实施例的装置，可提高制冷系统在环境温度处于-15℃至-30℃(或甚至更低)的情况下的效率，例如提升5%至10%，换而言之，可提高制冷系统在蒸发温度处于-20℃至-35℃(或甚至更低)的情况下的效率，例如提升5%至10%。另一方面，可提高制冷系统的工作温度范围，例如向低温扩展5℃至10℃。
在一些实施例中，制冷剂的干度可通过传感器直接测量。在另一些实施例中，制冷系统可包括第一节流装置51上游的第一压力传感器和第一温度传感器以及第一节流装置51下游的第二压力传感器或第二温度传感器，控制器基于第一节流装置51上游的制冷剂的温度和压力以及第一节流装置51的下游的制冷剂的温度或压力来推算第一节流装置下游的气液两相制冷剂的干度。应当理解，由于第一节流装置51下游的制冷剂处于饱和状态，其温度和压力为对应关系，因此测量其中的一者便可推算其中另一者，以便推算制冷剂的干度。在一些实施例中，控制器可通过设定在一定干度范围中的阈值，并将实际测量值或推算值与所述阈值比较的方式动态地调节第一节流装置51的开度，例如当干度大于阈值，则适当增加第一节流装置51的开度，当干度小于阈值，则适当减小第一节流装置51的开度，。
在一些实施例中，压缩机1为喷气增焓压缩机，其包括：压缩机入口12、压缩机出口11和补气口13。压缩机出口11连接至冷凝器2，冷凝器2连接至经济器3的第一管路31，经济器下游分叉出通至第一节流装置51的第一通路41和经另一节流装置53通至经济器3的第二管路32并进而连接至喷气增焓压缩机1的补气口13的第二通路42。在备选实施例中，也可在经济器3上游处分叉处第一通路和第二通路。通过喷气增焓压缩机和喷射器回路的配合，使得制冷系统能够应对更低的环境温度或环境温度和目标温度之间的更大的温差。应当理解，由于在喷气增焓压缩机系统中冷凝的液态制冷剂经过经济器而过冷度增加，因此，过冷度高的液态制冷剂无法高效驱动喷射器回路，而通过第一节流装置51的节流以及相关控制能够产生气液两相制冷剂，该气液两相制冷剂可有效驱动喷射器回路以提高制冷系统的低环境温度下的效率。
在一些实施例中，控制器配置成控制第一节流装置51的开度使第一节流装置51下游的制冷剂为气液两相制冷剂并且具有0.05至0.5的干度。在一些实施例中，第一节流装置51为电子膨胀阀，控制器配置成控制电子膨胀阀51的开度使电子膨胀阀下游的气液两相制冷剂具有0.08至0.3的干度。在一些实施例中，制冷系统中采用亚临界制冷剂，如R410A制冷剂，控制器配置成控制第一节流装置51的开度使第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.08至0.2的干度。在一些实施例中，制冷系统采用跨临界制冷剂，如CO2制冷剂，控制器配置成控制所述第一节流装置51的开度使所述第一节流装置51下游的气液两相制冷剂具有0.15至0.3的干度。通过基于不同的制冷剂来配置第一节流装置51能够使喷射器回路更高效运行。
继续参考图2，其示出了应用喷气增焓压缩机的另一种制冷系统。在该实施例中，压缩机出口11连接至冷凝器2，冷凝器2经第三节流装置53连接至第二闪蒸罐9，第二闪蒸罐9的液相出口92连接至第一节流装置51，第二闪蒸罐93的气相出口连接至喷气增焓压缩机的补气口13。如图2所示的制冷系统可应用于机组规模较大的制冷系统，使得制冷系统能够应对更低的环境温度或室内外温差。在图2所示的制冷系统中，类似地，经过冷凝器的制冷剂在经过第二闪蒸罐后通过第一节流装置51产生两相制冷剂后能够更有效率地驱动喷射器回路，第一节流装置51的开度可如结合图1所描述的方式相同并可基于实际制冷系统中的制冷剂来控制。
根据另一方面，还提供了一种根据本发明的实施例的制冷系统的控制方法，包括：使冷凝器冷凝的制冷剂液体经过经济器或闪蒸罐；以及使经过所述经济器或闪蒸罐的制冷剂液体在进入喷射器前通过节流装置进行节流来产生气液两相制冷剂，并且基于所述所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。在一些实施例中，所述方法还包括基于所述气液两相制冷剂的干度以及所述干度与所述压力差的关系来控制所述第一节流装置的开度，其中，所述方法包括直接感测所述气液两相制冷剂的干度，或者所述方法包括基于所述第一节流装置上游的制冷剂的温度和压力以及所述第一节流装置的下游的制冷剂的温度或压力来推算所述第一节流装置下游的所述气液两相制冷剂的干度。在一些实施例中，所述方法包括控制所述节流装置的开度使所述气液两相制冷剂的干度在0.05至0.5的范围内。在一些实施例中，所述方法包括使所述气液两相制冷剂的干度在0.08至0.3的范围内。在一些实施例中，所述方法包括：采用R410A制冷剂，并使所述气液两相制冷剂具有0.08至0.2的干度；或者采用CO2制冷剂，并使所述气液两相制冷剂具有0.15至0.3的干度。
本申请以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本申请的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本发明的原理更容易理解。在不脱离本申请的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本申请进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本申请的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制冷系统，其包括：压缩机和冷凝器，其特征在于，还包括：
第一节流装置，所述第一节流装置对来自所述冷凝器的液态制冷剂进行节流以产生气液两相制冷剂；
喷射器，所述喷射器包括高压流体入口，吸入流体入口和流体出口，所述喷射器的高压流体入口连接至所述第一节流装置以接收所述气液两相制冷剂，所述喷射器的流体出口连接至闪蒸罐，所述闪蒸罐的气相出口连接至压缩机入口，所述闪蒸罐的液相出口经第二节流装置连接至蒸发器，所述蒸发器连接至所述喷射器的吸入流体入口；以及
控制器，所述控制器配置成基于所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述喷射器的吸入流体入口处或上游以及所述喷射器的流体出口处或下游分别设置有压力传感器以感测所述压力差，或者所述控制器配置成基于所述气液两相制冷剂的干度以及所述干度与所述压力差的关系来控制所述第一节流装置的开度，其中，所述制冷系统包括直接感测所述气液两相制冷剂的干度的干度传感器，或者所述制冷系统包括所述第一节流装置上游的第一压力传感器和第一温度传感器以及所述第一节流装置下游的第二压力传感器或第二温度传感器，所述控制器基于所述第一节流装置上游的制冷剂的温度和压力以及所述第一节流装置的下游的制冷剂的温度或压力来推算所述第一节流装置下游的所述气液两相制冷剂的干度。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述压缩机为喷气增焓压缩机，所述压缩机出口连接至所述冷凝器，所述冷凝器连接至经济器的第一管路，所述经济器上游或下游分叉出通至所述第一节流装置的第一通路和经另一节流装置通至经济器的第二管路并进而连接至所述喷气增焓压缩机的补气口的第二通路。
4.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述压缩机为喷气增焓压缩机，所述压缩机出口连接至所述冷凝器，所述冷凝器经第三节流装置连接至第二闪蒸罐，所述第二闪蒸罐的液相出口连接至所述第一节流装置，所述第二闪蒸罐的气相出口连接至所述喷气增焓压缩机的补气口。
5.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述第一节流装置为电子膨胀阀，所述控制器配置成控制所述电子膨胀阀的开度使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.05至0.5的干度，可选地，使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.08至0.3的干度。
6.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统采用亚临界制冷剂，例如R410A制冷剂，所述控制器配置成控制所述第一节流装置的开度使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.08至0.2的干度。
7.根据权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述制冷系统采用跨临界制冷剂，例如CO2制冷剂，所述控制器配置成控制所述第一节流装置的开度使所述第一节流装置下游的气液两相制冷剂具有0.15至0.3的干度。
8.一种如权利要求1所述的制冷系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
使所述冷凝器冷凝的制冷剂液体经过经济器或闪蒸罐；以及
使经过所述经济器或闪蒸罐的制冷剂液体在进入喷射器前通过节流装置进行节流来产生气液两相制冷剂，并且基于所述喷射器的所述流体出口和所述吸入流体入口之间的压力差来控制所述第一节流装置的开度。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述气液两相制冷剂的干度以及所述干度与所述压力差的关系来控制所述第一节流装置的开度，其中，所述方法包括直接感测所述气液两相制冷剂的干度，或者所述方法包括基于所述第一节流装置上游的制冷剂的温度和压力以及所述第一节流装置的下游的制冷剂的温度或压力来推算所述第一节流装置下游的所述气液两相制冷剂的干度。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括使所述气液两相制冷剂的干度在0.05至0.5的范围内，可选地，使所述气液两相制冷剂的干度在0.08至0.3的范围内，其中，所述方法包括：采用亚临界制冷剂，例如R410A制冷剂，并使所述气液两相制冷剂具有0.08至0.2的干度；或者采用跨临界制冷剂，例如CO2制冷剂，并使所述气液两相制冷剂具有0.15至0.3的干度。
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