蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统.pdf

蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、第一段回热器、第二段回热器、第三段回热器、控制器、蒸发器进口温度传感器、第一段回热器进口温度传感器、第二段回热器进口温度传感器、第三段回热器进口温度传感器。蒸发器进口温度传感器、第一段回热器进口温度传感器、第二段回热器进口温度传感器、第三段回热器进口温度传感器的温度信号均传给控制器，用以调节膨胀阀的开度。本发明设计既可以让蒸发器出口的制冷剂控制在比较大的干度又不出现过热，蒸发器没有完全放出的冷量通过回热器得到有效利用，系统的总体效率得到提高，同时在控制方法上只需要测量一些温度值，控制装置成本较低。

1.  一种蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、膨胀阀(3)、蒸发器(4)，其特征在于还包括第一段回热器(5)、第二段回热器(6)、第三段回热器(7)、控制器(8)、蒸发器进口温度传感器(9)、第一段回热器进口温度传感器(10)、第二段回热器进口温度传感器(11)、第三段回热器进口温度传感器(12)，压缩机(1)出口与冷凝器(2)进口连接，冷凝器(2)出口与第三段回热器(7)高压侧进口连接，第三段回热器(7)高压侧出口通过连接管与第二段回热器(6)高压侧进口连接，第二段回热器(6)高压侧出口通过连接管与第一段回热器(5)高压侧进口连接，第一段回热器(5)高压侧出口与膨胀阀(3)进口连接，膨胀阀(3)出口与蒸发器(4)进口连接，蒸发器(4)出口通过连接管与第一段回热器(5)低压侧进口连接，第一段回热器(5)低压侧出口通过连接管与第二段回热器(6)低压侧进口连接，第二段回热器(6)低压侧出口通过连接管与第三段回热器(7)低压侧进口连接，第三段回热器(7)低压侧出口通过连接管与压缩机(1)进口连接，蒸发器进口温度传感器(9)安装在紧贴蒸发器进口管外壁面上，第一段回热器进口温度传感器(10)安装在紧贴第一段回热器(5)低压侧进口连接管外壁面上，第二段回热器进口温度传感器(11)安装在紧贴第二段回热器(6)低压侧进口连接管外壁面上，第三段回热器进口温度传感器(12)安装在紧贴第三段回热器(7)低压侧进口连接管外壁面上。温度传感器(9～12)的输出端均与控制器(8)输入端电连接，控制器(8)的输出端与膨胀阀(3)控制端电连接。

2.  根据权利要求1所述的蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统，其特征是膨胀阀(3)的开度控制策略为：当蒸发器进口温度传感器(9)测得的温度小于第一段回热器进口温度传感器(10)测得的温度时，控制器(8)调大膨胀阀(3)的开度，一直到蒸发器进口温度传感器(9)测得的温度大于或者等于第一段回热器进口温度传感器(10)测得的温度，当蒸发器进口温度传感器(9)测得的温度大于或者等于第一段回热器进口温度传感器(10)的温度时，进一步比较第一段回热器进口温度传感器(10)和第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度，如果第一段回热器进口温度传感器(10)测得的温度小于第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度，通过控制器(8)进一步调大膨胀阀(3)的开度，一直到第一段回热器进口温度传感器(10)测得的温度大于或者等于第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度，当第一段回热器进口温度传感器(10)测得的温度大于或者等于第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度时，进一步比较第二段回热器进口温度传感器(11)和第三段回热器进口温度传感器(12)测得的温度。如果第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度小于第三段回热器进口温度传感器(12)测得的温度，保持膨胀阀(3)开度不变，如果第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度大于或者等于第三段回热器进口温度传感器(12)测得的温度，通过控制器(8)减小膨胀阀(3)的开度，一直到第二段回热器进口温度传感器(11)测得的温度小于第三段回热器进口温度传感器(12)测得的温度。

3.  根据权利要求1和2所述的蒸发器出口制冷剂为大干二相状态的高效制冷系统，其特征是第一段回热器(5)、第二段回热器(6)、第三段回热器(7)均采用双管外壁面接触式换热器，第一段回热器(5)和第二段回热器(6)的热交换面积均等于第三段回热器(7)的一半，膨胀阀(3)采用步进电机控制式膨胀阀，控制器(8)采用单片机，蒸发器进口温度传感器(9)、第一段回热器进口温度传感器(10)、第二段回热器进口温度传感器(11)、第三段回热器进口温度传感器(12)均采用热电阻。

蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统
技术领域：
本发明涉及一种制冷系统，尤其涉及一种用于食品储藏保鲜以及空气调节提供冷源的蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统，属于制冷技术领域。
背景技术：
在制冷系统中，制冷剂侧具有的制冷能力和制冷效率均与蒸发温度密切相关。蒸发温度越高，制冷剂侧的制冷能力越大、效率越高。但是蒸发温度升高时，蒸发器的传热温差减小，传热面积一定的蒸发器本身所能传递的制冷量减小，制冷剂具有的制冷能力可能不能完全释放出来，这样会造成系统的实际制冷能力与制冷效率降低。因此在制冷系统的设计与运行控制中，必须最大限度地利用蒸发器的传热面积，以求在制冷剂侧具有的制冷能力不浪费的条件下，尽可能提高制冷剂的蒸发温度。
目前提高制冷系统运行效率所采用的方法是控制蒸发器出口的过热度，使其尽可能小。因为过热制冷剂的对流换热系数远小于二相制冷剂，制冷剂过热区面积的增加，将使蒸发器的传热能力降低。当过热度增加时，通过调节膨胀阀来增加制冷剂的流量和蒸发温度，可使过热度减小，过热区的面积减小，从而使系统的制冷量增加、效率提高。
根据过热度来调整流量的方法，虽然简单有效，但是需要蒸发器中保留一块过热区。进一步的换热系数分析表明，当二相制冷剂的干度大于0.9时，换热系数将急剧下降。因此从有效利用蒸发器、提高系统效率角度考虑，不仅应当使得蒸发器中没有过热区，而且应当是干度大于0.9的二相制冷剂。
由于在过热度控制中，只需要测试温度，比较简单。而如果要使蒸发器以二相形式出口，并控制其干度，最好是能够测试干度，并以此作为控制量。但是干度不能直接测量，因此如何采用简单有效的方法，使蒸发器中的制冷剂以高干度的二相状态流出，则是提高制冷系统效率需要解决的问题。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种蒸发器出口制冷剂为大干度二相状态的高效制冷系统。
为实现这样的目的，本发明提供的制冷系统，主要包括：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、第一段回热器、第二段回热器、第三段回热器、控制器、蒸发器进口温度传感器、第一段回热器进口温度传感器、第二段回热器进口温度传感器、第三段回热器进口温度传感器。蒸发器进口温度传感器、第一段回热器进口温度传感器、第二段回热器进口温度传感器、第三段回热器进口温度传感器的温度信号均传给控制器，控制器根据这些温度信号来调节膨胀阀的开度。控制的目标是使制冷剂从二相到过热的转变点只发生在第二段回热器中。这样由于第一段回热器中制冷剂仍为二相，因此蒸发器出口的制冷剂必定是二相，同时由于第三段回热器中的制冷剂肯定是过热，这样蒸发器出口的干度不可能很小。只要合理设计回热器各段的大小，可以将蒸发器出口干度控制在大于0.9并且小于1。初步设计时，可以使第一回热器、第二回热器的热交换面积均等于第三回热器的一半。这样由于系统的过热气体热交换量一般难以超过整个循环的10％，当制冷剂的二相与过热的转变点控制在第二回热器中时，可以保证进入第一回热器的制冷剂的干度是大于0.9，即蒸发器出口的制冷剂为大干度二相制冷剂。
膨胀阀的开度控制采用如下的控制策略：当蒸发器进口温度传感器测得的温度小于第一段回热器进口温度传感器的温度时，此时蒸发器出口制冷剂为过热，控制器调大膨胀阀的开度，一直到蒸发器进口温度传感器测得的温度大于或者等于第一段回热器进口温度传感器测得的温度。当蒸发器进口温度传感器测得的温度大于或者等于第一段回热器进口温度传感器的温度时，进一步比较第一段回热器进口温度传感器和第二段回热器进口温度传感器测得的温度。如果第一段回热器进口温度传感器测得的温度小于第二段回热器进口温度传感器测得的温度，此时在第一段换热器中就发生过热，通过控制器进一步调大膨胀阀的开度，一直到第一段回热器进口温度传感器测得的温度大于或者等于第二段回热器进口温度传感器测得的温度。当第一段回热器进口温度传感器测得的温度大于或者等于第二段回热器进口温度传感器测得的温度时，进一步比较第二段回热器进口温度传感器和第三段回热器进口温度传感器测得的温度。如果第二段回热器进口温度传感器得到的温度小于第三段回热器进口温度传感器测得的温度，说明在第二段换热器中发生二相到过热的转变，这是我们所希望的，保持膨胀阀开度不变。如果第二段回热器进口温度传感器测得地温度大于或者等于第三段回热器进口温度传感器测得的温度，说明此时第二段回热器出口为二相，此时需要通过控制器减小膨胀阀的开度，以减小流量，一直到第二段回热器进口温度传感器测得的温度小于第三段回热器进口温度传感器测得的温度。
本发明具有显著的优点和积极效果。本发明设计既可以让蒸发器出口的制冷剂控制在比较大的干度又不出现过热，同时在控制方法上只需要测量一些温度值，控制装置成本较低，而且蒸发器没有完全放出的冷量通过回热器得到有效利用。这样系统的总体效率提高，成本增加不多。
附图说明：
图1为本发明蒸发器出口制冷剂为二相状态的高效制冷系统示意图。
图中，1是压缩机，2是冷凝器，3是膨胀阀，4是蒸发器，5是第一段回热器，6是第二段回热器，7是第三段回热器，8是控制器，9是蒸发器进口温度传感器，10是第一段回热器进口温度传感器，11是第二段回热器进口温度传感器，12是第三段回热器进口温度传感器。
图中虚线表示控制信号连接。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明主要包括压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、蒸发器4、第一段回热器5、第二段回热器6、第三段回热器7、控制器8、蒸发器进口温度传感器9、第一段回热器进口温度传感器10、第二段回热器进口温度传感器11、第三段回热器进口温度传感器12。
压缩机1出口与冷凝器2进口连接，冷凝器2出口与第三段回热器7高压侧进口连接，第三段回热器7高压侧出口与第二段回热器6高压侧进口连接，第二段回热器6高压侧出口与第一段回热器5高压侧进口连接，第一段回热器5高压侧出口与膨胀阀3进口连接，膨胀阀3出口与蒸发器4进口连接，蒸发器4出口与第一段回热器5低压侧进口连接，第一段回热器5低压侧出口与第二段回热器6低压侧进口连接，第二段回热器6低压侧出口与第三段回热器7低压侧进口连接，第三段回热器7低压侧出口与压缩机1进口连接。
蒸发器进口温度传感器9安装在紧贴蒸发器进口管外壁面上，第一段回热器进口温度传感器10安装在紧贴第一段回热器5低压侧进口连接管外壁面上，第二段回热器进口温度传感器11安装在紧贴第二段回热器6低压侧进口连接管外壁面上，第三段回热器进口温度传感器12安装在紧贴第三段回热器7低压侧进口连接管外壁面上。温度传感器9～12的输出端均与控制器8输入端电连接，控制器8的输出端与膨胀阀3控制端电连接。
第一段回热器5、第二段回热器6、第三段回热器7均采用双管外壁面接触式换热器，第一段回热器5和第二段回热器6的热交换面积均等于第三段回热器7的一半，膨胀阀3采用步进电机控制式膨胀阀，控制器8采用单片机，蒸发器进口温度传感器9、第一段回热器进口温度传感器10、第二段回热器进口温度传感器11、第三段回热器进口温度传感器12均采用热电阻。
膨胀阀的开度控制采用如下的控制策略：当蒸发器进口温度传感器9测得的温度小于第一段回热器进口温度传感器10的温度时，此时蒸发器4出口制冷剂为过热，控制器8调大膨胀阀3的开度，一直到蒸发器进口温度传感器9测得的温度大于或者等于第一段回热器进口温度传感器10测得的温度。当蒸发器进口温度传感器9测得的温度大于或者等于第一段回热器进口温度传感器10的温度时，进一步比较第一段回热器进口温度传感器10和第二段回热器进口温度传感器11测得的温度。如果第一段回热器进口温度传感器10测得的温度小于第二段回热器进口温度传感器11测得的温度，此时在第一段换热器5中就发生过热，通过控制器8进一步调大膨胀阀3的开度，一直到第一段回热器进口温度传感器10测得的温度大于或者等于第二段回热器进口温度传感器11测得的温度。当第一段回热器进口温度传感器10测得的温度大于或者等于第二段回热器进口温度传感器11测得的温度时，进一步比较第二段回热器进口温度传感器11和第三段回热器进口温度传感器12测得的温度。如果第二段回热器进口温度传感器11测得的温度小于第三段回热器进口温度传感器12测得的温度，说明在第二段换热器6中发生二相到过热的转变，保持膨胀阀3开度不变。如果第二段回热器进口温度传感器11测得的温度大于或者等于第三段回热器进口温度传感器12测得的温度，说明第二段回热器6出口为二相，此时通过控制器8减小膨胀阀3的开度，以增加流量，一直到第二段回热器进口温度传感器11测得的温度小于第三段回热器进口温度传感器12测得的温度。