專利名稱：利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制冷技術領域，具體涉及一種制冷機組。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，被冷卻介質的溫度控制通常有兩種方式 一種是通過壓縮 機卸載和啟?？刂品椒▽崿F(xiàn)；另一種是通過被冷卻介質(載冷劑)的自動旁通 混合調節(jié)方法來實現(xiàn)。
上述兩種方法在機組的實際運行中都存在缺點壓縮機卸載和啟?？刂?方法容易導致系統(tǒng)溫度波動過大和壓縮機使用壽命下降；而通過載冷劑側旁 通混合的方法進行控制，可以快速精確地控制載冷劑溫度，由于該方式必須增 加三通自動調節(jié)閥，管路系統(tǒng)復雜，同時導致載冷劑側的流動阻力大幅度加大， 載冷劑泵(或風機)的功率隨之要加大，因此該方法制造成本較高，運行成本也 高。
目前，電子膨脹閥和熱力膨脹閥一樣，通常僅用于制冷系統(tǒng)的過熱度控制， 以保證系統(tǒng)的安全和高效運轉。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種利用電子膨脹閥控制溫度的制 冷系統(tǒng)方案，電子膨脹閥將被用于直接調節(jié)控制被冷卻介質的入口或出口溫 度，制冷系統(tǒng)的制冷量通過電子膨脹閥自動調整進入蒸發(fā)器的制冷劑供液量 來實現(xiàn)，以精確控制載冷劑溫度。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案它包括制冷壓縮機l、
冷凝器2、干燥過濾器3、電子膨脹閥4和蒸發(fā)器7通過管道形成的密封系統(tǒng)， 它還包括電子膨脹閥驅動器5和設置在蒸發(fā)器7的載冷劑出口管路上的載冷 劑出口溫度傳感器6，所述載冷劑出口溫度傳感器6的輸出信號輸出至電子 膨脹閥驅動器5的第一信號輸入端，所述電子膨脹閥驅動器5的控制信號輸 出至電子膨脹閥4。當載冷劑出口溫度傳感器6所測得的被冷卻介質溫度高 時，電子膨脹閥4增大開度，加大制冷量；當所測得的被冷卻介質溫度低時， 電子膨脹閥4減小開度，減小制冷量。
本發(fā)明還包括設置在蒸發(fā)器的制冷劑回氣管路上的回氣溫度傳感器9和 回氣壓力傳感器10，所述回氣溫度傳感器9的溫度信號輸出至電子膨脹閥驅 動器5的第二信號輸入端，所述回氣壓力傳感器10的壓力信號輸出至電子膨 脹閥驅動器5的第三信號輸入端。如上所述的電子膨脹閥4、電子膨脹閥驅 動器5、載冷劑溫度傳感器6、回氣溫度傳感器9和回氣壓力傳感器10構成 一個電子膨脹閥控制系統(tǒng)，電子膨脹閥的開啟度主要根據(jù)載冷劑溫度進行精 確PID調節(jié)，常規(guī)的膨脹閥過熱度控制，在本方案中僅用于防止過熱度過低。 如此設計，可防止過熱度偏低，用于最小過熱度保護，也就是說，在過熱偏低 時電子膨脹閥將強制關小(即使冷卻介質溫度還較高)以保證過熱度在允許 范圍。
總的來說，上述的電子膨脹閥的控制原則是:在確保過熱度不低于允許值 的前提下根據(jù)載冷劑溫度的變化調節(jié)電子膨脹閥的開度以維持載冷劑溫度穩(wěn) 定.
為克服電子膨脹閥調節(jié)載冷劑溫度時可能導致的吸氣過熱度過高現(xiàn)象，
本發(fā)明還包括熱力膨脹閥8和熱力膨脹閥感應包11，所述熱力膨脹閥8的進 口通過管道與電子膨脹閥4的進口管道連通，熱力膨脹閥8的出口通過管道 與蒸發(fā)器7制冷劑輸出管道連通；所述熱力膨脹閥感應包11設置在壓縮機1 的進氣管道上。在電子膨脹閥調節(jié)過程中回氣過熱度大時自動打開，對制冷劑 回氣實施噴液冷卻，噴液量由熱力膨脹閥根據(jù)過熱度自動調整，使壓縮機吸氣 過熱度維持在正常范圍.。
作為本發(fā)明的更進一步改進，它還包括熱氣旁通閥12，其進口與壓縮機l 的出口管道連通，其出口與所述熱力膨脹閥8的出口管道連通。該熱氣旁通 閥在出口壓力低于閥門設定值時自動打開以維持出口壓力不致過低；熱氣旁 通閥的開啟壓力參照壓縮機允許的最低吸氣壓力來設定，這可以防止吸氣壓 力過低現(xiàn)象，進而保證壓縮機的吸氣壓力不低于允許范圍。該熱氣旁通措施 可以使壓縮機在較低低的制冷負荷需求時仍能持續(xù)運轉而不停機，保證溫度 控制精度。
本發(fā)明有效地利用了電子膨脹閥的PID控制功能，可以達到很高的溫度控 制精度。該發(fā)明方案可達到與采用載冷劑側自動旁通混合調節(jié)方法相同的控 制精度；同時，本發(fā)明具有設計合理、結構簡單的優(yōu)點，所述機組的制造成本 和運行成本均低于自動旁通混合調節(jié)方法。


圖1是本發(fā)明所述利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組的系統(tǒng)原理圖。
圖中l(wèi).制冷壓縮機；2.冷凝器；3.干燥過濾器；4.電子膨脹閥；5.電 子膨脹閥驅動器；6.載冷劑出口溫度傳感器；7.蒸發(fā)器；8.熱力膨脹閥；9.
蒸發(fā)器回氣溫度傳感器；10.回氣壓力傳感器；ll.熱力膨脹閥感溫包；12.
熱氣自動旁通閥。
具體實施例方式
下面結合說明書附圖具體說明具體實施方式
。
本實施方式為緊湊型(小尺寸)單個壓縮機的風冷冷水機組，出水溫度控
制精度20+/-0. 3°C， 制冷負荷需求為lkW 10kW。
本實施方式包括制冷壓縮機1、冷凝器2、干燥過濾器3、電子膨脹閥4 和蒸發(fā)器7通過管道形成的密封系統(tǒng)，它還包括電子膨脹閥驅動器5和設置 在蒸發(fā)器7的載冷劑出口管路上的載冷劑出口溫度傳感器6，所述載冷劑出 口溫度傳感器6的輸出信號輸出至電子膨脹閥驅動器5的第一信號輸入端， 所述電子膨脹閥驅動器5的控制信號輸出至電子膨脹閥4。它還包括設置在 蒸發(fā)器的制冷劑回氣管路上的回氣溫度傳感器9和回氣壓力傳感器10，所述 回氣溫度傳感器9的溫度信號輸出至電子膨脹閥驅動器5的第二信號輸入端， 所述回氣壓力傳感器10的壓力信號輸出至電子膨脹閥驅動器5的第三信號輸 入端。它還包括熱力膨脹閥8，所述熱力膨脹閥的感溫包ll設置在壓縮機l 的進氣管道上。它還包括熱氣旁通閥12，安裝于壓縮機的排氣管和蒸發(fā)器回 氣管之間。熱氣旁通閥的開啟壓力根據(jù)壓縮機允許最低吸氣壓力來設定。這 樣，當被冷卻介質的制冷負荷較低，回氣壓力低于壓縮機吸氣壓力允許范圍時， 熱氣旁通閥12自動打開，使高壓氣體旁通到低壓端，以維持吸氣壓力不低于 允許范圍，壓縮機可以在較低制冷負荷需求下仍持續(xù)運轉而不停機，以保證溫 度控制精度。
機組的基本技術規(guī)格如下
壓縮機:全封閉渦旋壓縮機，4.3匹；
管翅式冷凝器:迎風面積0.6平方米，4排，采用3/8"內螺紋銅管,O. 12mm 厚鋁翅片；
冷凝器風機無級調速外轉子軸流風機，配風機調速器，根據(jù)冷凝壓力 自動調整風速；
電子膨脹閥3RT; 熱力膨脹閥1RT;
熱氣旁通閥額定容量〉二3kW.(如DANFOSS的CPCE12);
蒸發(fā)器板式換熱器，設計蒸發(fā)溫度l(TC;
實驗結果表明該設計可以保證機組的出水溫度控制精度在20+/-0. 3°C
以內，同時機組的尺寸和成本得到了有效的控制；在系統(tǒng)中應用電子膨脹閥， 可以實現(xiàn)10 100%的精確容量調節(jié)，滿足溫度控制精度要求；同時根據(jù)計算
分析，約在3kW負荷以下時壓縮機的吸氣壓力將低于允許范圍，因此系統(tǒng)中應
該安裝熱氣旁通閥。
工作原理電子膨脹閥開啟度受來自電子膨脹閥驅動器的控制信號控制。
電子膨脹閥驅動器的工作邏輯如下根據(jù)載冷劑出口溫度(或進口溫度，根據(jù) 應用需要)的變化實施PID調節(jié)，溫度高時開大以增加制冷量，溫度低時關小
以減小制冷量。同時，根據(jù)測量的蒸發(fā)器回氣溫度和回氣壓力監(jiān)控蒸發(fā)器出 口制冷劑的過熱度，當過熱度低于設定的低限時，發(fā)出禁止繼續(xù)打開或減小電
子膨脹閥開度的信號；當過熱度高于設定低限時，過熱度將只是監(jiān)測，不參與 閥門開度控制。
其中，最大吸氣壓力保護(MOP)根據(jù)需要可以加入電子膨脹閥的控制邏
輯；本領域的技術人員根據(jù)現(xiàn)有技術可以實現(xiàn)自動控制部分，在此不再贅述。 在這個系統(tǒng)中，吸氣過熱度過高時將通過熱力膨脹閥的噴液冷卻來降低 過熱度。
在這個系統(tǒng)里，熱氣自動旁通閥的功能是當吸氣壓力低于壓縮機允許最 低吸氣壓力時自動打開，高壓氣體將旁通一部分到低壓側以維持一定的吸氣
壓力。所以熱氣旁通閥的開啟壓力應參照壓縮機的最低吸氣壓力進行設定； 設定值應不低于壓縮機的允許最低吸氣壓力.但如果整個應用范圍(主要驗證 制冷負荷最低時的情況)均不會出現(xiàn)吸氣壓力低于壓縮機允許范圍的情況，則 不需要熱氣旁通閥。
通過以上控制保護措施，制冷機的實際制冷量將可以根據(jù)制冷負荷需求 自動調整以精確控制載冷劑溫度。具體來說，當制冷負荷出現(xiàn)變化時，載冷劑 溫度會隨之發(fā)生變化，電子膨脹閥驅動器通過載冷劑溫度傳感器將迅速檢測 到載冷劑溫度變化趨勢，驅動器實施PID計算后發(fā)出調節(jié)指令調整電子膨脹 閥開度，通過改變進入蒸發(fā)器的供液量來調整制冷量使它和制冷負荷需求相 匹配，以保持載冷劑溫度穩(wěn)定。在電子膨脹閥調整過程中，電子膨脹閥驅動器 同時還檢測蒸發(fā)器出口的回氣溫度和壓力，如果計算出的過熱度低于設定值， 驅動器經(jīng)過計算后會發(fā)出指令要求關小閥門以減小供液量，從而保證回氣過 熱不低于允許值。從上面我們可以看出，電子膨脹閥的調整方式是在控制載冷 劑溫度穩(wěn)定的同時保證蒸發(fā)器回氣過熱度始終高于允許值，它不能保證過熱 度不會過高，因此，同時安裝一個熱力膨脹閥是必須的。當過熱度超過熱力膨 脹閥的開啟過熱度時，熱力膨脹閥會自動開啟以降低過熱度；這樣，在控制載 冷劑溫度的同時，壓縮機的吸氣過熱度也得以有效的控制。
熱氣自動旁通閥的安裝則是為了防止吸氣壓力過低而導致壓縮機保護停 機，使壓縮機能夠持續(xù)運轉不停機，避免壓縮機停機過程導致的溫度較大波 動。
應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應 當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本 發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1、利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組，其特征在于它包括制冷壓縮機(1)、冷凝器(2)、干燥過濾器(3)、電子膨脹閥(4)和蒸發(fā)器(7)通過管道形成的密封系統(tǒng)，它還包括電子膨脹閥驅動器(5)和設置在蒸發(fā)器(7)的載冷劑出口管路上的載冷劑出口溫度傳感器(6)，所述載冷劑出口溫度傳感器(6)的輸出信號輸出至電子膨脹閥驅動器(5)的第一信號輸入端，所述電子膨脹閥驅動器(5)的控制信號輸出至電子膨脹閥(4)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組，其特征在 于它還包括設置在蒸發(fā)器的制冷劑回氣管路上的回氣溫度傳感器(9)和回氣壓 力傳感器(10)，所述回氣溫度傳感器(9)的溫度信號輸出至電子膨脹閥驅動器(5) 的第二信號輸入端，所述回氣壓力傳感器(IO)的壓力信號輸出至電子膨脹閥驅 動器(5)的第三信號輸入端。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組，其特 征在于它還包括熱力膨脹閥(8)和熱力膨脹閥感應包(11)，所述熱力膨脹閥(8) 的進口通過管道與電子膨脹閥(4)的進口管道連通，熱力膨脹閥(8)的出口通過 管道與蒸發(fā)器(7)制冷劑輸出管道連通;所述熱力膨脹閥感應包(11)設置在壓縮 機(l)的進氣管道上。
4、 根據(jù)權利要求3所述的利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組，其特征在 于它還包括熱氣旁通閥(12)，其進口與壓縮機(l)的出口管道連通，其出口與所 述熱力膨脹閥(8)的出口管道連通。
全文摘要
利用電子膨脹閥控制溫度的制冷機組，它涉及制冷技術領域。為解決現(xiàn)有技術中精確控制載冷劑(被冷卻介質)溫度所存在的成本過高的問題，本發(fā)明采用下述技術方案它包括制冷壓縮機(1)、冷凝器(2)、干燥過濾器(3)、電子膨脹閥(4)和蒸發(fā)器(7)通過管道形成的密封系統(tǒng)，它還包括電子膨脹閥驅動器(5)和設置在蒸發(fā)器(7)的載冷劑出口管路上的載冷劑出口溫度傳感器(6)，所述載冷劑出口溫度傳感器(6)的輸出信號輸出至電子膨脹閥驅動器(5)的第一信號輸入端，所述電子膨脹閥驅動器(5)的控制信號輸出至電子膨脹閥(4)。制冷系統(tǒng)的制冷量通過電子膨脹閥自動調整進入蒸發(fā)器的制冷劑供液量來實現(xiàn)，以精確控制載冷劑溫度。
文檔編號F25B41/04GK101178275SQ20071017879
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權日2007年12月5日
發(fā)明者陳學勤 申請人:阿爾西制冷工程技術(北京)有限公司