一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统及控制方法，该系统包括压缩机，冷凝器，回热器，温度传感器，二位三通电磁阀，短毛细管，单向阀，蒸发器和长毛细管；该系统通过配置二位三通电磁阀和单向阀实现了启动模式和制冷模式的切换；当系统处于启动模式时，二位三通电磁阀向短毛细管供液，增加了进入回热器的混合工质流量，使回热器出口温度迅速下降，因此系统中的高沸点组分逐步冷凝，大大降低了启动阶段的高压侧压力；当系统处于制冷模式时，二位三通电磁阀向长毛细管和蒸发器供液，使系统中的低沸点组分逐步冷凝，从而进一步降低制冷温度；本发明还提供该系统的控制方法，有效实现低温保存箱的快速启动和可靠高效的连续运行。

权利要求

1.一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，其特征在于：包括压缩机(1)、冷凝器(2)、回热器(3)、温度传感器(4)、二位三通电磁阀(5)、短毛细管(6)、单向阀(7)、蒸发器(8)和长毛细管(9)；所述压缩机(1)的排气出口与冷凝器(2)的入口相连；冷凝器(2)的出口与回热器(3)的热流侧入口相连；回热器(3)的热流侧出口与二位三通电磁阀(5)的入口相连；二位三通电磁阀(5)的出口分为两路，一路与长毛细管(9)的入口相连；长毛细管(9)的出口经过蒸发器(8)与单向阀(7)的入口相连；二位三通电磁阀(5)的另一路出口与短毛细管(6)的入口相连；短毛细管(6)的出口与单向阀(7)的出口汇流，然后和回热器(3)的冷流侧入口相连；回热器(3)的冷流侧出口与压缩机(1)的吸气口相连，形成整个制冷循环系统；

所述温度传感器(4)设置于回热器(3)的热流侧出口处，用于检测回热器出口的温度，并将相应的温度信号输出给二位三通电磁阀(5)，根据设定温度确定二位三通电磁阀(5)的流路方向；

所述的低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统的控制方法，根据回热器(3)热流侧出口温度的不同，该制冷系统主要有两种工作模式：启动模式和制冷模式；当压缩机(1)开启，温度传感器(4)检测到回热器(3)热流侧出口温度高于设定温度时，二位三通电磁阀(5)的出口转向短毛细管(6)，系统在启动模式下运行，此时采用短毛细管(6)作为节流装置，增加了进入回热器(3)的混合工质流量，使回热器(3)出口温度迅速下降，制冷系统中的高沸点组分逐步冷凝，从而降低启动阶段的高压侧压力；当压缩机(1)开启，温度传感器(4)检测到回热器(3)热流侧出口温度低于设定温度时，二位三通电磁阀(5)的出口转向长毛细管(9)，系统在制冷模式下运行，此时采用长毛细管(9)作为节流装置，使制冷系统中的低沸点组分逐步冷凝，从而进一步降低制冷温度，并以此制冷温度对低温保存箱内空间进行制冷。

2.根据权利要求1所述的一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，其特征在于：所述二位三通电磁阀(5)的出口分别与短毛细管(6)和长毛细管(9)的进口相连，该二位三通电磁阀(5)具有接收温度传感器(4)的温度信号的功能，并根据接收温度信号的大小来改变内部阀芯的位置，从而实现工作模式的切换，即分别向不同毛细管供液。

3.根据权利要求1所述的一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，其特征在于：所述的单向阀(7)设置于蒸发器(8)的出口，规定的流通方向是从所述蒸发器(8)的出口端到所述回热器(3)的冷流侧入口端，用于防止启动模式时混合工质倒流进入蒸发器(8)。

4.根据权利要求1所述的一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，其特性在于：所述控制方法具体包括如下步骤：

步骤1：当制冷系统通电后，首先检测低温保存箱内温度Tw，与设定的低温保存箱内温度Ts相比，若Tw‑Ts≤ΔT，则制冷系统不启动；若Tw‑Ts＞ΔT，则制冷系统自检并开启压缩机1，其中ΔT为温差设定值；

步骤2：温度传感器(4)采集回热器(3)热流侧出口的温度T4，与设定的回热器出口温度TR相比，若T4‑TR＞ΔT，则制冷系统进入启动模式，二位三通电磁阀(5)向短毛细管(6)供液；

若T4‑TR≤ΔT，则制冷系统进入制冷模式，二位三通电磁阀(5)向长毛细管(9)供液；同时开始对制冷系统运行时间进行计时，累计工作时间为t1；

步骤3：在制冷系统开机期间，定时检测低温保存箱内温度Tw，与设定低温保存箱内温度Ts相比；若Tw‑Ts＞ΔT，则对比累计工作时间t1与系统预设检测时间间隔ts，若t1＜ts，则制冷系统保持目前工作模式不变并继续工作；若t1≥ts，则t1清零，制冷系统回到步骤2，继续工作；若Tw‑Ts≤ΔT，则制冷系统关机，完成低温保存箱制冷过程。

说明书

一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统及控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于制冷与低温技术领域，具体涉及一种应用于低温保存箱(冰箱或冷柜等等)快速启动的混合工质制冷系统及控制方法。

背景技术

[0002] 近年来学者们对于非共沸混合工质在低温制冷系统中的应用展开了大量的研究，混合工质在冷凝和蒸发过程中存在温度滑移，在传统蒸气压缩制冷系统中可实现洛伦兹循
环，工质在冷凝和蒸发过程中的温度滑移降低了换热温差，减小了不可逆损失，因此有利于
系统性能的提高。采用混合工质的节流制冷系统具有结构简单，可靠性高和成本低等优点，
仅采用单级压缩就可以得到‑40℃以下的低温。

[0003] 然而，混合工质节流制冷系统在启动初期存在排气压力高，系统启动困难的问题。这是因为在制冷系统启动初期，系统整体制冷温度较高，混合工质在冷凝器中不能正常冷
凝，这会导致系统高压侧压力不断升高，当高压侧压力超过限定值后，会导致管路破裂并造
成严重事故。现有技术通常采用膨胀容器来储存多余的工质，但是这也带来了系统复杂、体
积大等缺点。

发明内容

[0004] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统及控制方法，在传统混合工质节流制冷系统的基础上，引入了一个
短毛细管、二位三通电磁阀和单向阀。该系统有两个工作模式：启动模式和制冷模式。在制
冷系统启动初期，即启动模式时，利用电磁三通阀向短毛细管供液，增加了进入回热器的混
合工质，使回热器出口温度迅速降低，因此混合工质高沸点组分先被逐步冷凝，降低系统高
压侧的压力；当回热器出口温度降低至设定温度时，系统模式切换为制冷模式，通过电磁三
通阀向长毛细管和蒸发器供液，使回热器中的混合工质低沸点组分逐步冷凝，进一步降低
制冷温度。该制冷系统仅通过二位三通电磁阀的切换，实现了低温保存箱的快速启动，在提
高系统启动速度的同时简化了系统，为混合工质节流制冷循环在低温保存箱的应用上提供
一定的推动作用。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0006] 一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，包括压缩机1，冷凝器2、回热器3、温度传感器4、二位三通电磁阀5、短毛细管6、单向阀7、蒸发器8和长毛细管9；所述压缩机1
的排气出口与冷凝器2的入口相连；冷凝器2的出口与回热器3的热流侧入口相连；回热器3
的热流侧出口与二位三通电磁阀5的入口相连；二位三通电磁阀5的出口分为两路，一路与
长毛细管9的入口相连；长毛细管9的出口经过蒸发器8与单向阀7的入口相连；二位三通电
磁阀5的另一路出口与短毛细管6的入口相连；短毛细管6的出口与单向阀7的出口汇流，然
后和回热器3的冷流侧入口相连；回热器3的冷流侧出口与压缩机1的吸气口相连，形成整个
制冷循环系统。

[0007] 所述温度传感器4设置于回热器3的热流侧出口处，用于检测回热器出口的温度，并将相应的温度信号输出给二位三通电磁阀5，根据设定温度确定二位三通电磁阀5的流路
方向。

[0008] 所述二位三通电磁阀5的出口分别与短毛细管6和长毛细管9的进口相连，该二位三通电磁阀5具有接收温度传感器4的温度信号的功能，并根据接收温度信号的大小来改变
内部阀芯的位置，从而实现工作模式的切换，即分别向不同毛细管供液。

[0009] 所述的单向阀7设置于蒸发器8的出口，规定的流通方向是从所述蒸发器8的出口端到所述回热器3的冷流侧入口端，用于防止启动模式时混合工质倒流进入蒸发器8。

[0010] 所述低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统的控制方法，根据回热器3热流侧出口温度的不同，该系统主要有两种工作模式：启动模式和制冷模式。当压缩机1开启，温度
传感器4检测到回热器3热流侧出口温度高于设定温度时，二位三通电磁阀5的出口转向短
毛细管6，系统在启动模式下运行，此时采用短毛细管6作为节流装置，增加了进入回热器3
的混合工质流量，使回热器3出口温度迅速下降，制冷系统中的高沸点组分逐步冷凝，从而
降低启动阶段的高压侧压力；当压缩机1开启，温度传感器4检测到回热器3热流侧出口温度
低于设定温度时，二位三通电磁阀5的出口转向长毛细管9，系统在制冷模式下运行，此时采
用长毛细管9作为节流装置，使制冷系统中的低沸点组分逐步冷凝，从而进一步降低制冷温
度，并以此制冷温度对低温保存箱内空间进行制冷。

[0011] 相对于常规的混合工质节流制冷循环系统，该应用于低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统具有以下有益效果：

[0012] (1)降低了低温保存箱启动阶段的高压侧压力，提高了启动速度和系统运行安全性。

[0013] (2)该系统没有采用大体积的膨胀容器，而是通过一个二位三通电磁阀和单向阀实现工作模式的切换，大大简化了制冷系统。

附图说明

[0014] 图1是本发明的制冷系统在启动模式下运行的示意图；

[0015] 图2是本发明的制冷系统在制冷模式下运行的示意图；

[0016] 图3是本发明的控制方法的流程图。

[0017] 图中：1、压缩机，2、冷凝器，3、回热器，4、温度传感器，5、二位三通电磁阀，6、短毛细管，7、单向阀，8、蒸发器，9、长毛细管。

具体实施方式

[0018] 该低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统有两种工作模式，包括启动模式和制冷模式，具体工作方法如下：

[0019] (1)启动模式

[0020] 如图1所示，本发明提供一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，在启动模式下，包括压缩机1，冷凝器2，回热器3，温度传感器4，二位三通电磁阀5，短毛细管6，单向阀
7；所述压缩机1出口的高压气态混合工质在冷凝器2中被冷却为气液两相混合工质；这部分
两相混合工质进入回热器3后将被进一步冷凝，但是由于启动阶段制冷温度较高，回热器并
不能将混合工质完全冷凝为液态；该两相混合工质进入二位三通电磁阀4，此时二位三通电
磁阀4的出口转向短毛细管6，并向短毛细管6供液；同时由于单向阀7的存在，启动模式时混
合工质不会向蒸发器8倒流；高压混合工质在短毛细管6中节流降温变成两相混合工质；该
低温低压的两相混合工质将经过回热器3被压缩机1所抽取，从而完成整个制冷循环过程。
在启动模式中，二位三通电磁阀5向短毛细管6供液，这提高了进入回热器3冷流侧的低温两
相混合工质的流量，使回热器3热流侧出口的温度迅速降低，混合工质的高沸点组分逐步冷
凝，从而降低了高压侧的压力。

[0021] (2)制冷模式

[0022] 如图2所示，本发明提供一种低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统，在制冷模式下，包括压缩机1，冷凝器2，回热器3，温度传感器4，二位三通电磁阀5，单向阀7，蒸发器8，
长毛细管9；所述压缩机1出口的高压气态混合工质在冷凝器2中被冷却为气液两相混合工
质；这部分两相混合工质进入回热器3，被冷却为饱和液态的混合工质；而该高压液态混合
工质将进入二位三通电磁阀4，此时二位三通电磁阀4的出口转向长毛细管9，并向长毛细管
9供液；高压液态混合工质在长毛细管9中节流降温变成两相混合工质；该低温低压的两相
混合工质将进入蒸发器8，蒸发吸热达到为保存箱制冷的目的；蒸发器8出口经的两相混合
工质经过回热器3被压缩机1所抽取，从而完成整个制冷循环过程。在制冷模式中，二位三通
电磁阀5向长毛细管9供液，提高节流效果，使回热器中的混合工质低沸点组分逐步冷凝，进
一步降低制冷温度。

[0023] 如图3所示，本发明还提供了该低温保存箱快速启动的混合工质制冷系统的控制方法，包括如下步骤：

[0024] 步骤1：当制冷系统通电后，首先检测箱内温度Tw，与设定的箱内温度Ts相比，若Tw‑Ts≤ΔT，则制冷系统不启动；若Tw‑Ts＞ΔT，则制冷系统自检并开启压缩机1，其中ΔT为温
差设定值；

[0025] 步骤2：温度传感器4采集回热器3热流侧出口的温度T4，与设定的回热器出口温度TR相比，若T4‑TR＞ΔT，则制冷系统进入启动模式，二位三通电磁阀5向短毛细管6供液；若
T4‑TR≤ΔT，则制冷系统进入制冷模式，二位三通电磁阀5向长毛细管9供液；同时开始对制
冷系统运行时间进行计时，累计工作时间为t1；

[0026] 步骤3：在制冷系统开机期间，定时检测低温保存箱内温度Tw，与设定低温保存箱内温度Ts相比；若Tw‑Ts＞ΔT，则对比累计工作时间t1与系统预设检测时间间隔ts，若t1＜
ts，则制冷系统保持目前工质模式不变并继续工作；若t1≥ts，则t1清零，制冷系统回到步骤
2，继续工作；若Tw‑Ts≤ΔT，则制冷系统关机，完成低温保存箱制冷过程。