一種雙機(jī)快速降溫低溫制冷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及低溫制冷技術(shù)，特別涉及一種雙機(jī)快速降溫低溫制冷系統(tǒng)，以實現(xiàn)低溫制冷系統(tǒng)快速、高效、穩(wěn)定降溫及單臺壓縮機(jī)故障時能正常工作的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)通過使用適合的混合工質(zhì)，在正常壓比下通過一次節(jié)流獲取低溫，是一種高效、穩(wěn)定及可靠的低溫制冷系統(tǒng)，其在醫(yī)學(xué)、生物工程、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]在低溫制冷機(jī)的使用中，特別是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物工程等領(lǐng)域，其要求制冷系統(tǒng)在工作期間不能出現(xiàn)故障而導(dǎo)致無法制冷，否則造成的損失可能比低溫制冷機(jī)本身大得多。雖然單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)是一種能夠長期穩(wěn)定運行的制冷系統(tǒng)，但是根據(jù)墨菲定律，可能出現(xiàn)的故障就一定會發(fā)生，因此需要在故障發(fā)生時有應(yīng)對的措施，保證故障發(fā)生時，制冷系統(tǒng)仍能夠正常工作。
[0004]一般機(jī)器中最可能出現(xiàn)故障的部件是運動部件，而在單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)中，除了風(fēng)冷冷凝器中的風(fēng)機(jī)，就只有壓縮機(jī)，相對于簡單的電機(jī)而言，壓縮機(jī)出現(xiàn)故障的可能性要大得多，因此要提高單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)的可靠性，需要在壓縮機(jī)出現(xiàn)故障時，仍能保證制冷系統(tǒng)能夠正常工作，其中一種簡單的方法是增加一臺壓縮機(jī)，在運行中的壓縮機(jī)故障停機(jī)時，開啟備用的壓縮機(jī)，以保證制冷系統(tǒng)的正常運行。
[0005]另外，對于單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)而言，混合工質(zhì)循環(huán)組分比例直接決定了制冷系統(tǒng)的性能，運行工況不同時，單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)對應(yīng)的最佳混合工質(zhì)循環(huán)組分比例也不相同。然而單級混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)在對混合工質(zhì)充灌時一般是以設(shè)計工況下對應(yīng)的最佳混合工質(zhì)循環(huán)組分比例為目標(biāo)進(jìn)行配比，因此制冷系統(tǒng)從常溫降低到設(shè)計工況對應(yīng)低溫時，其效率會偏離其在適合混合工質(zhì)循環(huán)組分比例下的運行效率，這使得降溫速率變慢。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型一方面提供了一種雙機(jī)快速降溫低溫制冷系統(tǒng)，包括通過管道連接形成制冷工質(zhì)循環(huán)路徑的壓縮機(jī)單元、油分離器單元、風(fēng)冷冷凝器單元、干燥器單元、回?zé)崞鲉卧?、?jié)流單元、蒸發(fā)器單元、回?zé)崞鲉卧庖悍蛛x器單元，還包括調(diào)節(jié)閥、控制單元，所述壓縮機(jī)單元包括并聯(lián)的第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)，所述第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)的輸入端通過分配器連接氣液分離器單元，所述第一壓縮機(jī)和第二壓縮機(jī)的輸出端分別通過第一單向閥和第二單向閥連接油分離器單元，所述分配器的入口還與油分離器單元的回油口及氣液分離器單元出口相連；所述調(diào)節(jié)閥通過管路連接于干燥器單元出口和氣液分離器單元之間，所述控制單元通過電路分別與位于蒸發(fā)器單元出口的溫度傳感器、調(diào)節(jié)閥、節(jié)流單元、第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)、位于壓縮機(jī)單元排氣端的溫壓傳感器相連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)為同一類型壓縮機(jī)且額定功率、排氣量也相等。
[0008]進(jìn)一步地，所述分配器呈單一進(jìn)口雙出口的三通結(jié)構(gòu)，兩出口分別連接第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)，其流通面積相同，與進(jìn)口距離也相同，而進(jìn)口流通面積則為兩出口流通面積之和。
[0009]進(jìn)一步地，所述節(jié)流單元及調(diào)節(jié)閥均為電子膨脹閥。
[0010]另一方面，本實用新型還提供了一種基于上述系統(tǒng)的雙機(jī)快速降溫低溫制冷方法，包括步驟:
[0011]步驟1、開啟所述第一壓縮機(jī)、第二壓縮機(jī)，所述節(jié)流單元為高溫工況下對應(yīng)設(shè)定開度，控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值，實現(xiàn)高溫工況下的快速制冷，所述高溫工況指當(dāng)蒸發(fā)器單元出口的溫度大于預(yù)設(shè)的工況溫度上限值時的系統(tǒng)工況；
[0012]步驟2、當(dāng)蒸發(fā)器單元的出口的制冷劑溫度到達(dá)高溫工況下對應(yīng)設(shè)定溫度，或因降溫較快使蒸發(fā)器單元的出口的制冷劑溫度直接降到低于高溫工況下對應(yīng)的設(shè)定溫度時，控制單元控制節(jié)流單元緩慢遞減到低溫工況下對應(yīng)設(shè)定開度，同時所述控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值，實現(xiàn)系統(tǒng)由高溫工況向低溫工況的過渡，所述的低溫工況是指當(dāng)蒸發(fā)器單元出口的溫度小于預(yù)設(shè)的工況溫度下限值時的系統(tǒng)工況；
[0013]步驟3、當(dāng)節(jié)流單元與調(diào)節(jié)閥開度分別調(diào)整到各自對應(yīng)設(shè)定開度時，控制單元發(fā)出控制指令關(guān)閉所述第二壓縮機(jī)，同時快速關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，接著控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度為低溫工況下的預(yù)定開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值，實現(xiàn)低溫工況下的正常制冷；
[0014]步驟4、當(dāng)蒸發(fā)器單元的出口的制冷劑溫度到達(dá)穩(wěn)定工況對應(yīng)的目標(biāo)溫度，或因降溫較快使蒸發(fā)器單元的出口的制冷劑溫度直接降到低于穩(wěn)定工況對應(yīng)的目標(biāo)溫度時，則通過對所述第一壓縮機(jī)進(jìn)行周期性關(guān)閉和開啟，維持蒸發(fā)器單元的出口的制冷劑溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，而控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值，實現(xiàn)穩(wěn)定工況下的正常制冷；
[0015]步驟5、當(dāng)?shù)谝粔嚎s機(jī)在穩(wěn)定工況處于開啟狀態(tài)時，控制單元判斷第一壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，若第一壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，控制單元發(fā)出控制指令關(guān)閉所述第一壓縮機(jī)并發(fā)出壓縮機(jī)故障警報，緊接著控制單元發(fā)出控制指令開啟所述第二壓縮機(jī)，第二壓縮機(jī)通過周期性關(guān)閉和開啟，維持蒸發(fā)器單元的出口的制冷劑溫度穩(wěn)定在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，而控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值，實現(xiàn)穩(wěn)定工況下的正常制冷。
[0016]進(jìn)一步地，所述控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值具體包括:
[0017]當(dāng)壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度超過設(shè)定的最大排氣壓力與溫度時，所述控制單元發(fā)出控制指令使所述調(diào)節(jié)閥開度以1%的速度遞增直到壓縮機(jī)單元排氣壓力與溫度低于設(shè)定的最大排氣壓力與溫度；當(dāng)壓縮機(jī)單元排氣壓力和溫度低于設(shè)定的最大排氣壓力或溫度上限值的90%時，所述控制單元發(fā)出控制指令使所述調(diào)節(jié)閥開度以1%的速度遞減直到壓縮機(jī)單元排氣壓力與溫度大于最大排氣壓力與溫度上限值的90%。
[0018]進(jìn)一步地，所述控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值具體還包括:
[0019]當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度為100%，且壓縮機(jī)單元排氣壓力與溫度仍大于最大排氣壓力與溫度時，調(diào)節(jié)閥開度不再增大，控制單元通過控制指令發(fā)出排氣壓力或是排氣溫度過大警報。
[0020]進(jìn)一步地，所述控制單元根據(jù)壓縮機(jī)單元排氣端制冷工質(zhì)的壓力、溫度調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，確保壓縮機(jī)單元的排氣壓力與溫度不超過設(shè)定的最大排氣壓力及溫度值具體還包括:
[0021]當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度為0，且當(dāng)壓縮機(jī)單元排氣壓力和溫度仍低于設(shè)定的最大排氣壓力或溫度上限值的90%時，調(diào)節(jié)閥開度不再減少，控制單元通過控制指令發(fā)出排氣壓力和排氣溫度過低警報。
[0022]進(jìn)一步地，步驟5中所述控制單元通過獲取第一壓縮機(jī)功率值來判斷第一壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，若功率大于0，則表示第一壓縮機(jī)正常工作，否則將第一壓縮機(jī)視為出現(xiàn)故障。
[0023]進(jìn)一步地，所述制冷工質(zhì)使用二元及二元以上混合工質(zhì)作為制冷劑，所述二元混合工質(zhì)包括R600a/R23、R600/R1150，其充灌質(zhì)量百分比均為60/40，所述二元以上混合工質(zhì)包括1?60(^/1?32/1?14、1?60(^/1?170/1?50、1?600/1?170/1?50、1?60(^/1?290/1?1150/1?50/^2，其充灌質(zhì)量百分比分別為:44/16/40、58/27/15、49/32/19、15/29/20/29/8。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型通過控制單元采集壓縮機(jī)單元排氣壓力、溫度、功率以及蒸發(fā)器單元出口溫度，并對節(jié)流單元、調(diào)節(jié)閥以及壓縮機(jī)單元輸出控制指令，使得制冷系統(tǒng)能高效、穩(wěn)定地長期運行，同時當(dāng)其中一臺壓縮機(jī)出現(xiàn)故障時，仍能保證制冷系統(tǒng)的正常工作。
【附圖說明】
[0025]圖1是所述雙機(jī)快速降溫低溫制冷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是圖1中A處的壓縮機(jī)單元的放大示意圖。
[0027]圖中:1-風(fēng)扇；2-風(fēng)冷冷凝器單元；3_干燥器單元；4_調(diào)節(jié)閥；5_回?zé)崞鲉卧?-蒸發(fā)器單元；7_節(jié)流單元；8_控制單元；9_分配器；10_第一壓縮機(jī)；11_第一單向閥；12-油分離器單元；13_第二單向閥；14_第二壓縮機(jī)；15_氣液分離器單元。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的實用新型目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0029]實施例一
[0030]如圖1所示，一種雙機(jī)快速降溫低溫制冷系統(tǒng)，包括通過管道連接形成制冷工質(zhì)循環(huán)路徑的壓縮機(jī)單元、油分離器單元12、具風(fēng)扇I的風(fēng)冷冷凝器單元2、干燥器單元3、回?zé)崞鲉卧?、節(jié)流單元7、蒸發(fā)器單元6、回?zé)崞鲉卧?、氣液分離器單元15，還包括調(diào)節(jié)閥4、控制單元8，如圖2所示，所述壓縮機(jī)單元包括并聯(lián)的第一壓縮機(jī)10和第二壓縮機(jī)14，所述第一壓縮機(jī)10和第二壓縮機(jī)14的輸入端通過分配器9連接氣液分離器單元15，所述第一壓縮機(jī)10和第二壓縮機(jī)14的輸出端分別通過第一單向閥11和第二單向閥13連接油分離器單元12，所述分配器9的入口還與油分離器單元12的回油口及氣液分離器單元15出口相連；所述調(diào)節(jié)閥4通