阅读说明：本技术 一种变工况制冷循环系统及其控制方法 (Variable working condition refrigeration cycle system and control method thereof ) 是由 金英爱 赵强 麻世鸿 霍金禄 田浩然 朱琦 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及制冷设备、教学设备技术领域,具体是一种变工况制冷循环系统及其控制方法,包括壳体、管路、压缩机、冷凝器及蒸发器,所述管路依次接通所述压缩机、冷凝器及蒸发器形成制冷回路,所述蒸发器设置在所述壳体上；还包括：变工况节流装置,所述变工况节流装置设置在所述冷凝器与蒸发器之间；用于调节流至所述蒸发器的制冷剂流量,实现制冷工况的调节；以及监测模块,所述监测模块用于监测所述制冷回路的状态。本发明的有益效果是：结构相对简单,节约了设备成本,通过设置的变工况节流装置和监测模块,可以调节各个工况下的参数,来实现对制冷循环的更直观认识,进而了解和研究制冷循环。(The invention relates to the technical field of refrigeration equipment and teaching equipment, in particular to a variable working condition refrigeration cycle system and a control method thereof, wherein the variable working condition refrigeration cycle system comprises a shell, a pipeline, a compressor, a condenser and an evaporator, wherein the pipeline is sequentially communicated with the compressor, the condenser and the evaporator to form a refrigeration loop, and the evaporator is arranged on the shell; further comprising: the variable working condition throttling device is arranged between the condenser and the evaporator; the refrigerant flow rate to the evaporator is adjusted, and the adjustment of the refrigeration working condition is realized; and a monitoring module for monitoring the state of the refrigeration circuit. The invention has the beneficial effects that: the structure is simple relatively, has practiced thrift equipment cost, through the variable operating mode throttling arrangement and the monitoring module that set up, can adjust the parameter under each operating mode, realizes the more intuitional understanding to refrigeration cycle, and then knows and study refrigeration cycle.)

一种变工况制冷循环系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷设备、教学设备技术领域，具体是一种变工况制冷循环系统及其控制方法。

背景技术

随着时代的发展，人们对制冷行业有了新的要求，比如深冷速冻等加工需求，也有了需要对新型制冷理论加深研究的愿望，在制冷行业的发展和进步中，我们对制冷循环系统应有更深入的设计和研究。怎样用多负荷变工况的制冷系统更直观的研究制冷，以便于改进现有的制冷装置，比如快速制冷，深度制冷。在高校制冷教育中，也需要一种装置能让学生了解制冷循环，并且通过各个工况下的参数有更直观的认识。

现有的技术中，对多负荷变工况的制冷系统的构建，多是采用市场上的完整产品进行组装，其设备成本极高，且其调节手段固定，不便于学生通过各个工况下的参数调节来实现对制冷循环的更直观认识，进而了解和研究制冷循环。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变工况制冷循环系统及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变工况制冷循环系统，包括壳体、管路、压缩机、冷凝器及蒸发器，所述管路依次接通所述压缩机、冷凝器及蒸发器形成制冷回路，所述蒸发器设置在所述壳体上，还包括：变工况节流装置，所述变工况节流装置设置在所述冷凝器与蒸发器之间；用于调节流至所述蒸发器的制冷剂流量，实现制冷工况的调节；以及监测模块，所述监测模块用于监测所述制冷回路的状态。

作为本发明进一步的方案：所述变工况节流装置包括毛细管和阀门组件，若干所述毛细管并联连接，部分或全部所述毛细管上均设置有阀门组件，用于控制所述毛细管的通断。

作为本发明再进一步的方案：所述毛细管的内径、长度按设定尺寸设置。

作为本发明再进一步的方案：所述监测模块包括压力表和温度监测器，两个所述压力表分别设置在所述压缩机的进气口和出气口；所述温度监测器设置在所述壳体内，用于监测所述壳体的内部温度。

作为本发明再进一步的方案：所述蒸发器为排管蒸发器。

作为本发明再进一步的方案：所述壳体内安装有用于支撑所述壳体的支撑板。

作为本发明再进一步的方案：所述冷凝器上设置有风扇，所述风扇用于冷却所述冷凝器。

作为本发明再进一步的方案：还包括固定板，所述冷凝器通过所述固定板设置在所述壳体顶部或侧部。

本发明提供的另一个技术方案：一种变工况制冷循环系统的控制方法，采用如上任一所述的变工况制冷循环系统，具体步骤如下：

压缩机通电，记录所述监测模块对所述制冷回路的温度、压力监测数据；

调节n次所述变工况节流装置送至所述蒸发器的制冷剂流量，记录每次调节后所述监测模块对所述制冷回路的温度、压力监测数据。

作为本发明进一步的方案：所述n次至少为一次。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：结构相对简单，节约了设备成本，通过设置的变工况节流装置和监测模块，可以调节各个工况下的参数，来实现对制冷循环的更直观认识，进而了解和研究制冷循环。

附图说明

图1为变工况制冷循环系统的工作原理图一。

图2为变工况制冷循环系统的工作原理图二。

图3为变工况制冷循环系统的装配示意图。

图4为本发明实施例中壳体的结构示意图。

图5为本发明实施例中压缩机的结构示意图。

图6为本发明实施例中蒸发器的结构示意图。

图7为本发明实施例中冷凝器的结构示意图。

图8为变工况制冷循环系统的系统原理示意图。

附图中：1-压缩机、2-冷凝器、3-毛细管、4-蒸发器、5-壳体、6-管路、7-阀门组件、8-风扇、9-温度计、10-压力表；

a0-b0：压缩机中的等熵压缩过程；b0-c：冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程；

c-d0：节流阀内的等焓节流过程；d0-a0：蒸发器内的吸热等压气化过程。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参阅图1-7，本发明实施例中，一种变工况制冷循环系统，包括壳体5、管路6、压缩机1、冷凝器2及蒸发器4，所述管路6依次接通所述压缩机1、冷凝器2及蒸发器4形成制冷回路，所述蒸发器4设置在所述壳体5上，还包括：变工况节流装置，所述变工况节流装置设置在所述冷凝器2与蒸发器4之间；用于调节流至所述蒸发器4的制冷剂流量，实现制冷工况的调节；以及监测模块，所述监测模块用于监测所述制冷回路的状态。

具体的，制冷剂依次流通所述的压缩机1、冷凝器2、变工况节流装置及蒸发器4，所述蒸发器4对所述壳体进行制冷。通过定时调节制冷剂流过所述变工况节流装置的流量，来改变所述制冷回路的工况；通过监测模块监测所述箱体内的温度，绘制如图2所示的温度/通经变化图。或者，通过监测模块监测所述压缩机的进气口、出气口的气压，绘制如图1所示的压力/长度变化图，将各个工况下的参数制成图表，可以更直观的学习研究所述的变工况制冷循环系统。

本发明实施例中，所述制冷剂选用R134a型制冷剂，是一种无公害制冷剂，相比与其他制冷剂较环保；所述压缩机为QD110h，额定功率240W，制冷量为258W；所述壳体采用abs板材，以及金属保温板制成。

请参阅图3，本发明实施例中，所述变工况节流装置包括毛细管3和阀门组件7，若干所述毛细管3并联连接，部分或全部所述毛细管3上均设置有阀门组件7，用于控制所述毛细3的通断；所述毛细管3的内径、长度按设定尺寸设置。

具体的，所述毛细管3为铜制，分别为1m，2m，3m，所述阀门组件包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，所述的第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀分别安装在1m的毛细管，2m的毛细管，3m的毛细管上;调节出多种工况。

当仅2m的毛细管接通时，工况如下：a0-b0表示压缩机中的等熵压缩过程；b0-c表示冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程；c-d0表示节流阀内的等焓节流过程；d0-a0表示蒸发器内的吸热等压气化过程。

当仅1m的毛细管接通时，工况如下：a1-b1表示压缩机中的等熵压缩过程；b1-c表示冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程；c-d1表示节流阀内的等焓节流过程；d1-a1表示蒸发器内的吸热等压气化过程。

当仅3m的毛细管接通时，工况如下：a2-b2表示压缩机中的等熵压缩过程；b2-c表示冷凝器内的等压冷却、冷凝、过冷过程；c-d2表示节流阀内的等焓节流过程；d2-a2表示蒸发器内的吸热等压气化过程。

请参阅图3、8，本发明实施例中，所述监测模块包括压力表和温度监测器，两个所述压力,10分别设置在所述压缩机1的进气口和出气口；所述温度监测器设置在所述壳体5内，用于监测所述壳体5的内部温度。

具体的，所述温度监测器是温度计9，所述温度计9镶嵌在所述壳体上，可以在外部观察所述温度计的数值；或所述壳体相对温度计9的任一表面设有可视化窗口，根据所述变工况节流装置中不同毛细管的通断，所述压缩机1的进气口和出气口处的压力表差值会发生变化，将压力表数值记录；记录所述壳体5的内温度计9的数值变化值；进行分析，得到各个工况下，如图1、2所示的所述压缩机、冷凝器及蒸发器的工作效果图。

请参阅图6，本发明实施例中，所述蒸发器为排管蒸发器，所述排管蒸发器由排管呈S型往复折叠形成。

具体的，采用S型往复折叠的所述排管蒸发器，可以增加散热面积，提高其工作效率。

请参阅图3、4，本发明实施例中，所述壳体内安装有用于支撑所述壳体的支撑板。

具体的，在制冷的过程中，所述壳体受温度变化影响，发生形变，通过设置的支撑板可以减小所述壳体发生的形变量，保护壳体。

请参阅图3，本发明实施例中，所述冷凝器2上设置有风扇8，所述风扇8用于冷却所述冷凝器2。

具体的，所述冷凝器2在工作的过程中，温度升高，其工作效率下降，采用所述的风扇8对冷凝器2进行冷却，保证所述冷凝器2处于稳定、高效率的工作状态。

请参阅图3，本发明实施例中，还包括固定板，所述冷凝器2通过所述固定板设置在所述壳体顶部或侧部。

具体的，所述冷凝器2通过所述固定板设置在所述壳体的侧部。

优选的，所述冷凝器2通过所述固定板设置在所述壳体5顶部，可以节约空间。

优选的，所述冷凝器2和压缩机1均通过所述固定板设置在所述壳体5顶部，可以进一步节约空间。

本发明提供的另一实施例中，一种变工况制冷循环系统的控制方法，采用如上所述的变工况制冷循环系统，具体步骤如下：

压缩机通电，记录所述监测模块对所述制冷回路的温度、压力监测数据；

调节n次所述变工况节流装置送至所述蒸发器的制冷剂流量，记录每次调节后所述监测模块对所述制冷回路的温度、压力监测数据。

具体的，所述毛细管3为铜制，分别为1m，2m，3m，所述阀门组件包括第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀，所述的第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀分别安装在1m的毛细管，2m的毛细管，3m的毛细管上;通过各调节一次所述第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀实现所述变工况制冷循环系统的三种工况的控制。

制冷剂选用R-134a型制冷剂；所述蒸发器采用冷却排管；所述冷凝器用风扇冷却；所述压缩机为QD110h，额定功率240W，制冷量为258W；所述外壳用abs板材，以及金属保温板制成的。

进一步的，所述n次至少为一次；调节一次所述第一节流阀、第二节流阀和第三节流阀的其中一个，实现所述变工况制冷循环系统的一种工况的控制。

本发明的工作原理是：制冷剂依次流通所述的压缩机1、冷凝器2、变工况节流装置及蒸发器4，所述蒸发器4对所述壳体进行制冷；通过定时调节制冷剂流过所述变工况节流装置的流量，来改变所述制冷回路的工况；通过监测模块监测所述箱体内的温度，绘制如图2所示的温度/通经变化图。和/或者，通过监测模块监测所述压缩机的进气口、出气口的气压，绘制如图1所示的压力/长度变化图，将各个工况下的参数制成图表，通过观察分析图表，直观的学习研究所述的变工况制冷循环系统。

如图1、2所示，以下是对变工况制冷循环系统的压焓图（lnP-h）和温熵图（T-S）的详细说明：

都分为四个阶段：

d-a无功定压吸热；a-b绝热压缩；b-c无功定压放热；c-d 绝热节流。

c-d0-a0-b0是毛细管长度或通径为中等时的制冷循环曲线；

c-d1-a1-b1是毛细管长度最长或通径最窄时的制冷循环曲线；

c-d2-a2-b2是毛细管长度最短或通径最宽时的制冷循环曲线；

a2-b3作为参照表示理想条件下的可逆绝热压缩过程。

在提前通过确定高温环境确定冷凝温度和冷凝压力时（即改变条件时bc段压力相同），当使用不同的毛细管时：

在假定冷凝压力线恒定和过热度为0的情况下，

图1：

图1的b-c为冷凝压力等压线 d-a为蒸发压力等压线 a-b是绝热曲线；

1.如果将毛细管加长或通径变窄，会导致蒸发压力降低（如图1的d1-a1），制冷量可由图1中a1与d1的焓值之差即（h _k =h _a1 -h _d1 ）表示，可见伸长毛细管使制冷量小，制冷缓慢，只得适量增加制冷剂，之后制冷效果才会基本达到要求，在外部条件确定后，绝热指数确定，在d1-a1到达气相线处，a1依照一定的绝热指数压缩至冷凝压力的等压线Pb处。

2.如果将毛细管缩短或通径变宽，制冷剂通过的流量就越多，会导致蒸发压力升高（如图1的d2-a2），制冷量可由图1中a2与d2的焓值之差即（h _k =h _a2 -h _d2 ）表示，可见缩短毛细管使制冷量大，制冷加快，在外部条件确定后，绝热指数确定，在d2-a2到达气相线处，a2依照一定的绝热指数压缩至冷凝压力的等压线Pb处。

3.毛细管长度或通径居中时，压力线（d0-a0）和绝热曲线（a0-b0）则居于最大和最小之间。

图2：

图2的b-c为冷凝压力线 d-a为蒸发压力线 a-b是绝热曲线；

1.如果毛细管的长度越长，通径越小，制冷剂通过的流量就越少，压力也越低；根据本制冷剂热力性质，压力越低，相对应的温度就越低，即d1-a1线最低。在气相线处，根据温度和压力确定的绝热指数通过绝热曲线到达b1，由图可知b1处的温度最高。

2.如果毛细管的长度越短，通径越大，制冷剂通过的流量就越多，压力也越高；根据本制冷剂热力性质，压力越高，相对应的温度就越高，即d1-a1线最高。在气相线处，根据温度和压力确定的绝热指数通过绝热曲线到达b2，由图可知b1处的温度最低。

3.与图1一样，毛细管长度或通径居中时，压力线（d0-a0）和绝热曲线（a0-b0）均居于最大和最小之间。

需要说明的是，本发明所采用的压力表和温度计均为现有技术的应用，本专业技术人员能够根据相关的描述实现所要达到的功能，或通过相似的技术实现所需完成的技术特性，在这里就不再详细描述。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。