一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统及其控制方法与流程

本发明涉及二氧化碳制冷技术领域，具体涉及一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统及其控制方法。

背景技术：

二氧化碳制冷因在-25℃～-45℃的低温段具有显著能效优势，并且具有优越的安全性和环保性，逐渐成为低温段冷冻冷藏的首选冷媒。

二氧化碳制冷广泛应用于冷库或速冻机的速冻领域，冷库和速冻机的使用温度很低，一般在-30℃～-40℃左右。以冷库为例，冷库的二氧化碳制冷系统通常由二氧化碳回路、二氧化碳机组和冷风机组成，二氧化碳回路通常由储液器、管路以及管路上的各类阀门组成，储液器中存储有低温的液体二氧化碳，二氧化碳回路与冷风机连通。冷风机设置在冷库内，包括蒸发器和高速风机，蒸发器包括与二氧化碳回路连通的换热管，高速风机的出风口朝向蒸发器。

当二氧化碳回路导通时，低温的液体二氧化碳会流动到换热管中，与换热管外部的空气换热，使空气温度降低形成冷气，在高速风机的吹送下，冷气会流动到冷库各处，使冷库内的温度降低。换热后的二氧化碳温度会升高，然后回流到储液器中，由二氧化碳机组对二氧化碳进行压缩、冷凝和节流，使二氧化碳恢复成低温状态，通过二氧化碳回路进入冷风机中重复使用。

上述应用于速冻领域的二氧化碳制冷系统存在着以下缺陷：其一，由于冷库或速冻机的使用温度很低，此时二氧化碳机组中压缩机的效率很低，导致制冷系统的整体运行效率偏低；其二，速冻领域降温区间大，温差往往在30k以上，同时要求降温快，迅速通过冰晶区，因此，整个二氧化碳制冷系统各个部件均以-40℃～-45℃的蒸发温度的要求进行配置，这样会导致设备成本高昂，并且在运行时运行成本和运行能效也高于实际需求，导致现有的二氧化碳制冷系统不合理、不经济。

综上所述，现有技术中，应用于速冻领域的二氧化碳制冷系统存在着能效低、设备成本和运行成本高的缺点。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一在于提供一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统，目的之二在于提供一种上述二氧化碳制冷系统的控制方法。本发明应用于速冻领域，在满足降温速冻的需求下，可提高系统的整体能效，降低设备成本和运行成本，并且解决了系统变温时对管路、阀件的冲击问题。

本发明所述的一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统，包括冷风机、低温级模块和中温级模块；所述低温级模块与所述冷风机连通形成低温级回路；所述中温级模块与所述冷风机连通形成中温级回路；所述低温级回路和所述中温级回路均用于流通二氧化碳，且所述低温级回路中二氧化碳的温度低于所述中温级回路中二氧化碳的温度；

所述低温级回路包括低温级流入段和低温级回气段，所述低温级回气段内设有用于控制所述低温级回气段通断的第一电磁阀组；所述第一电磁阀组包括并联的第一电磁阀和第二电磁阀，且所述第一电磁阀的通径大于所述第二电磁阀的通径；

所述中温级回路包括中温级流入段和中温级回气段，所述中温级流入段内设有用于控制所述中温级流入段通断的第二电磁阀组，所述第二电磁阀组包括并联的第三电磁阀和第四电磁阀，且所述第三电磁阀的通径大于所述第四电磁阀的通径。

优选地，所述冷风机包括制冷剂入口和制冷剂出口，所述低温级流入段和所述中温级流入段分别与所述制冷剂入口连通；所述制冷剂出口分别与所述低温级回气段和所述中温级回气段相通，在所述制冷剂入口处设有第一截止阀，在所述制冷剂出口处设有第二截止阀。

优选地，所述低温级模块包括第三截止阀、第四截止阀、第一过滤器、第一膨胀阀、第一单向阀、第五电磁阀和循环桶；所述循环桶用于储存温度为-40℃～-30℃的低温二氧化碳；

所述循环桶的出口、所述第三截止阀、所述第一过滤器、所述第五电磁阀、所述第一膨胀阀和所述第一单向阀依次连通形成所述低温级流入段；

所述第一电磁阀组、所述第四截止阀和所述循环桶的入口依次连通形成所述低温级回气段。

优选地，所述中温级模块包括第五截止阀、第二过滤器、第二膨胀阀、第六电磁阀、第二单向阀和储液器；所述储液器用于储存温度为-10℃～-5℃的中温二氧化碳；

所述储液器的出口、所述第五截止阀、所述第二过滤器、所述第二电磁阀组和所述第二膨胀阀依次连通形成所述中温级流入段；

所述第六电磁阀、所述第二单向阀和所述储液器的入口依次连通形成所述中温级回气段。

优选地，所述第一电磁阀、所述第三电磁阀、所述第五电磁阀和所述第六电磁阀均为伺服电磁阀；所述第二电磁阀和所述第四电磁阀为电动两通阀。

一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统的控制方法，应用于如上所述的二氧化碳制冷系统，所述二氧化碳制冷系统包括中温制冷模式和低温制冷模式；

中温制冷模式下，低温级回路关闭，中温级回路开启，二氧化碳在中温级回路中流通；

低温制冷模式下，低温级回路开启，中温级回路关闭，二氧化碳在低温级回路中流通；

当需要从中温制冷模式切换至低温制冷模式时，依次关闭中温级流入段和中温级回气段；然后先开启第二电磁阀，待所述第二电磁阀的前后压差到达预设压差时，再开启第一电磁阀和第五电磁阀，所述二氧化碳制冷系统由中温制冷模式进入低温制冷模式；

当需要从低温制冷模式切换至中温制冷模式时，依次关闭低温级流入段和低温级回气段；然后先开启第四电磁阀，待所述第四电磁阀的前后压差到达预设压差时，再开启第三电磁阀和第六电磁阀，所述二氧化碳制冷系统由低温制冷模式进入中温制冷模式。

优选地，中温制冷模式下，中温二氧化碳从储液器的出口流出，依次经过第五截止阀、第二过滤器、第二电磁阀组、第二膨胀阀和第一截止阀，进入冷风机中与冷库换热，使冷库温度降低；换热后的中温二氧化碳依次经过第二截止阀、第六电磁阀和第二单向阀后回流到储液器的入口；

低温制冷模式下，低温二氧化碳从循环桶的出口流出，依次经过第三截止阀、第一过滤器、第五电磁阀、第一膨胀阀、第一单向阀和第一截止阀，进入冷风机中与冷库换热，使冷库温度降低；换热后的低温二氧化碳依次经过第二截止阀、第一电磁阀组和第四截止阀回流到所述循环桶的入口；

所述中温二氧化碳的温度为-10℃～-5℃，所述低温二氧化碳的温度为-40℃～-30℃。

优选地，当冷库温度高于-5℃时，所述二氧化碳制冷系统处于中温制冷模式，当冷库温度为-10℃～-5℃时，所述二氧化碳制冷系统由中温制冷模式切换至低温制冷模式。

优选地，在所述冷库内设置温度传感器以检测冷库温度，或者通过控制制冷时间控制冷库温度。

优选地，所述预设压差小于或等于1.5bar。

本发明所述的一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统及其控制方法，其优点在于，本发明的二氧化碳制冷系统，设置了中温级回路和低温级回路，包括中温制冷模式和低温制冷模式，在速冻时，首先使系统进入中温制冷模式，中温级回路中有二氧化碳流通，通过中温制冷模式使冷库内的温度降低。当冷库内的温度降低至一定温度时，使系统由中温制冷模式切换至低温制冷模式，通过低温制冷模式使冷库内的温度进一步降低，实现速冻。由于中温级回路的设备成本、运行成本和运行能效都低于低温级回路，本发明的二氧化碳制冷系统采用分阶段降温的设计，可以显著降低设备成本和运行成本，提高系统的整体能效，特别是中温级的运行能效，更加合理且更加经济，减少运行能耗。

另外，本发明通过并联的电磁阀构成电磁阀组的结构，通过电磁阀组控制回路的通断。当需要进行运行模式切换时，先打开通径较小的电磁阀，使二氧化碳由高压端缓慢地向低压端泄放。待电磁阀前后压差降至一定数值时，打开并联的通径更大的电磁阀，使该回路完全导通，系统完成模式切换。这样可以有效避免系统变换制冷模式时，由于阀件前后的压力差骤然泄放给管路及阀件带来的冲击，能有效延长管路及阀件的使用寿命，降低安全隐患。本发明的构思还可应用于变温库中，解决变温库切换使用时巨大的压力给管路和阀件带来冲击的问题。

附图说明

图1是本发明所述一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统的结构示意图。

附图标记说明：1-冷风机，2-循环桶，3-储液器，sva1-第一截止阀，sva2-第二截止阀，sva3-第三截止阀，sva4-第四截止阀，sva5-第五截止阀，e1-第一电磁阀，e2-第二电磁阀，e3-第三电磁阀，e4-第四电磁阀，e5-第五电磁阀，e6-第六电磁阀，reg1-第一膨胀阀，reg2-第二膨胀阀，sca1-第一单向阀，sca2-第二单向阀，fia1-第一过滤器，fia2-第二过滤器。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种分阶段降温的二氧化碳制冷系统，包括冷风机1、低温级模块和中温级模块，低温级模块和中温级模块均与冷风机1相连通，分别形成低温级回路和中温级回路。低温级回路内流通有低温二氧化碳，中温级回路中流通有中温二氧化碳。系统运行时，低温级回路和中温级回路择一导通，为冷风机1供给低温二氧化碳或中温二氧化碳，使所述的二氧化碳制冷系统进入低温制冷模式或者中温制冷模式。低温级回路和中温级回路分别与低温级二氧化碳机组和中温级二氧化碳机组连通，二氧化碳机组由依次连通的压缩机、冷凝器和节流管组成，用于将换热后升温的二氧化碳进行压缩、冷凝和节流，使其重新恢复低温状态。不同点在于，与低温级回路连通的低温级二氧化碳机组的功率更高，运行时的功率和能耗也更高，其能输出温度更低的二氧化碳，而与中温级回路连通的中温级二氧化碳机组的功率和运行能耗则相对较低，其输出的二氧化碳的温度也相对较高。

中温制冷模式下，由中温二氧化碳在冷风机1中与空气换热，其换热能力较低温二氧化碳较弱，所能制冷的温度有限。但中温级回路对管路及机组的要求较低，运行时能耗也较低。

低温制冷模式下，由低温二氧化碳在冷风机1中与空气换热，其换热能力更强，所能制冷的温度也更低，但相应的，对于管路的低温度要求、机组的功率要求以及运行时的功率和能耗也更高。

在速冻时，首先使系统进入中温制冷模式，中温级回路中有二氧化碳流通，通过中温制冷模式使冷库内的温度降低。当冷库内的温度降低至一定温度时，使系统由中温制冷模式切换至低温制冷模式，通过低温制冷模式使冷库内的温度进一步降低，实现速冻。由于中温级回路的设备成本和运行成本都低于低温级回路，所以本发明的二氧化碳制冷系统可以显著降低设备成本和运行成本，提高系统的整体能效，更加合理且更加经济，减少运行能耗。

低温级回路包括冷风机1前段的低温级流入段和冷风机1后段的低温级回气段。低温二氧化碳从低温级流入段流入冷风机1内，在冷风机1中换热，然后从冷风机1中流出，进入低温级回气段中，通过低温级回气段回流，冷却后重复循环。

中温级回路包括冷风机1前段的中温级流入段和冷风机1后段的中温级回气段。中温二氧化碳通过中温级流入段进入冷风机1内，换热后通过中温级回气段回流循环。

在低温级回气段内设有用于控制低温级回气段通断的第一电磁阀组，第一电磁阀组包括并联的第一电磁阀e1和第二电磁阀e2，且第一电磁阀e1的通径大于第二电磁阀e2的通径，即第一电磁阀e1的流量大于第二电磁阀e2的流量，第一电磁阀e1作为低温级回气段的主阀门，第二电磁阀e2作为旁通阀。当第一电磁阀组的两端存在着较大的压力差时，如果直接打开作为主阀门的第一电磁阀e1，两端的压力将直接冲击第一电磁阀组和管道，反复的冲击将会缩短阀组和管道的使用寿命，进而缩短系统的运行寿命，并且存在着较大的安全隐患。

由于本实施例在第一电磁阀e1处设置了旁通的第二电磁阀e2，只打开通径较小的第二电磁阀e2时，低温级回气段初步导通，单位时间流量很小，根据堵塞流原理，低温级回路中的二氧化碳会慢慢泄放，从高压端缓慢地流动到低压端，并且在流动的过程中，两端的压力差会逐渐减小，直至两端的压强趋于平衡。此时再打开第一电磁阀e1，使低温级回路完全导通，就可以解决压力差冲击导致缩短系统运行寿命的问题。

在中温级流入段内设有用于控制中温级流入段通断的第二电磁阀组，第二电磁阀组包括并联的第三电磁阀e3和第四电磁阀e4，且第三电磁阀e3的通径大于第四电磁阀e4的通径。第三电磁阀e3作为中温级流入段的主阀门，第四电磁阀e4作为旁通阀。在控制中温级流入段导通时，也按照先开启第四电磁阀e4(旁通阀)，待两端压强平衡后再开启第三电磁阀e3(主阀门)的顺序。其原理与第一电磁阀组相同，在此不再赘述。该结构同样是为了解决过大的压差直接冲击阀件和管道，导致缩短系统使用寿命的问题。

本发明通过并联的电磁阀构成电磁阀组的结构，通过电磁阀组控制回路的通断。当需要进行运行模式切换时，先打开通径较小的电磁阀，使二氧化碳由高压端缓慢地向低压端泄放。待电磁阀前后压差降至一定数值时，打开并联的通径更大的电磁阀，使该回路完全导通，系统完成模式切换。这样可以有效避免系统变换制冷模式时，由于阀件前后的压力差骤然泄放给管路及阀件带来的冲击，能有效延长管路及阀件的使用寿命，降低安全隐患。本发明的构思还可应用于变温库中，解决变温库切换使用时巨大的压力给管路和阀件带来冲击的问题。

冷风机1一般设置在冷库内，包括蒸发器和高速风机，蒸发器设有换热管。换热管的两端分别为制冷剂入口和制冷剂出口，高速风机的出风口朝向换热管。制冷剂入口分别与低温级流入段和中温级流入段连通，制冷剂出口分别与低温级流出段和中温级流出段连通。当中温级回路导通时，中温二氧化碳从中温级回路流入冷风机1的换热管内，高速风机鼓出的气流与换热管内的中温二氧化碳换热，气流降温形成冷气，冷气在高速风机的吹送作用下，流动到冷库各处，使冷库的温度降低。而中温二氧化碳在换热后温度升高，通过中温级回气段回流循环。低温级回路导通时，低温级回路与冷风机1的换热过程与中温级回路相同，在此不再赘述，区别点在于低温级回路换热时，冷风机1可输出温度更低的冷气。

本实施例中，在制冷剂入口和制冷剂出口处分别设有第一截止阀sva1和第二截止阀sva2。第一截止阀sva1和第二截止阀sva2可控制制冷剂入口和制冷剂出口的开闭，第一截止阀sva1和第二截止阀sva2一般处于开启状态，当需要对系统进行检修时才会关闭，可以在检修时良好的保护系统，方便检修。

低温级模块具体包括第三截止阀sva3、第四截止阀sva4、第一过滤器fia1、第一膨胀阀reg1、第一单向阀sca1、第五电磁阀e5和循环桶2；循环桶2中储存有温度为-40℃～-30℃的低温二氧化碳。

循环桶2的出口和冷风机1的制冷剂入口通过管道连通形成低温级流入段的管路结构，第三截止阀sva3、第一过滤器fia1、第五电磁阀e5、第一膨胀阀reg1和第一单向阀sca1依次设置在上述的管道上，形成低温级流入段。

冷风机1的制冷剂出口与循环桶2的入口通过管道连通形成低温级回气段的管路结构，第一电磁阀组和第四截止阀sva4依次设置在上述的管路上，形成低温级回气段。

中温级模块包括第五截止阀sva5，第二过滤器fia2、第二膨胀阀reg2、第六电磁阀e6、第二单向阀sca2和储液器3；储液器3中储存有温度为-10℃～-5℃的中温二氧化碳。

储液器3的出口与冷风机1的制冷剂入口通过管道连通，形成中温级流入段的管路结构，第五截止阀sva5，第二过滤器fia2、第二电磁阀组和第二膨胀阀reg2依次设置在上述的管道上，形成中温级流入段。

冷风机1的制冷剂出口与储液器3的入口通过管道连通，形成中温级回气段的管路结构。第六电磁阀e6和第二单向阀sca2依次设置在上述管道上，形成中温级回气段。

其中，第一过滤器fia1和第二过滤器fia2均用于过滤掉管路中跟随二氧化碳流动的焊渣等杂质，防止杂质损坏系统的组件。

第一膨胀阀reg1和第二膨胀阀reg2可选用手动膨胀阀或电子膨胀阀，其作用是增加二氧化碳的过冷度，对二氧化碳进行进一步节流，降低二氧化碳温度，提高系统效率。

第一单向阀sca1和第二单向阀sca2均用于防止二氧化碳倒流导致系统损坏。另外，在系统意外停电停止运行时，电磁阀断电处于关闭状态，当系统中的二氧化碳积液的温度和压力因断电而回升时，中温级回气段上的第二单向阀sca2可在压差作用下正向开启，泄放冷风机1内的压力，从而保护冷风机1、管路和阀件。解决了意外停电或冷库急停时冷风机1和管路中的二氧化碳积液温度、压力回升对系统的安全隐患。

第五电磁阀e5用于控制低温级流入段的通断。

第一电磁阀组用于控制低温级回气段的通断。

第二电磁阀组用于控制中温级流入段的通断。

第六电磁阀e6用于控制中温级回气段的通断。

第三截止阀sva3、第四截止阀sva4和第五截止阀sva5一般处于开启状态，在检修系统时才会关闭，可以在检修时保护系统，方便检修。

另外，第一电磁阀组和第二电磁阀组均可采用iclx两步开启电磁阀代替，但其单个阀门的成本高达1-2万元，成本高昂，导致整套系统的造价很高，不符合本发明降低设备成本的发明目的，所以不予采用。

也可以采用单个的icm电动阀，该电动阀可以通过plc控制两步打开。也可以采用icsh调节阀，需要通过plc给出两个开启信号两步打开。上述的两种阀门也可以实现本发明两步开启的发明构思，但一方面该类阀门的成本普遍较高，另一方面需要额外设置plc，而且控制过程复杂，容易出错，均不予采用。

发明人经过实际测试，本实施例的小电磁阀旁通的方式，能够很好的实现本发明先开启小电磁阀，再开启大电磁阀以避免压力冲击的发明构思，且阀件价格低、成本低，控制方便。

第一电磁阀e1、第三电磁阀e3、第五电磁阀e5和第六电磁阀e6均选用伺服电磁阀，第二电磁阀e2和第四电磁阀e4为电动两通阀。伺服电磁阀具有优良的可控制性，并且可以根据指令，控制阀门的开启角度。电动两通阀可以通过电控制开启或关闭，且成本较低，控制简易。选用合适通径的电动两通阀作为第二电磁阀e2和第四电磁阀e4，就可以实现本发明的技术效果，并且可以节约成本和控制步骤。

本实施例还提供了一种基于上述二氧化碳制冷系统的控制方法，具体如下。

上述的二氧化碳制冷系统包括两种制冷模式，分别为中温制冷模式和低温制冷模式。

中温制冷模式下，第一电磁阀组和第五电磁阀e5关闭，低温级回路关闭，第二电磁阀组和第六电磁阀e6开启，中温级回路开启。储液器3中的中温二氧化碳从储液器3的出口处流出，进入中温级流入段内，然后进入冷风机1中进行换热，对冷库进行中温制冷，换热完毕后通过中温级回气段回流到储液器3中，再通过中温二氧化碳机组降温后循环使用。

低温制冷模式下，第二电磁阀组和第六电磁阀e6关闭，中温级回路关闭，第一电磁阀组和第五电磁阀e5开启，低温级回路开启。循环桶2内的低温二氧化碳从循环桶2的出口处流出，进入低温级流入段内，然后进入冷风机1中进行换热，对冷库进行低温制冷，换热完毕后通过低温级回气段回流到循环桶2中，再通过低温二氧化碳机组降温后循环使用。

中温制冷模式下，冷风机1蒸发器内流通的二氧化碳的温度为-10℃～-5℃。低温制冷模式下，冷风机1蒸发器内流通的二氧化碳的温度为-40℃～-30℃。当系统进行模式切换时，电磁阀前后两侧的二氧化碳温度存在着较大的差异，比如当系统从中温制冷模式切换至低温制冷模式时，冷风机1一侧的二氧化碳温度约为-10℃左右，而循环桶2一侧的二氧化碳温度为-40℃左右。温度差会使电磁阀前后两侧的管道内存在压力差，此时冷风机1一侧的压强约为25.5bar(-10℃时)，而循环桶2一侧的压强约为8.3bar(-40℃时)，电磁阀两侧存在17.2bar的压强差。即在进行模式切换时，中温二氧化碳一侧的压强会高于低温二氧化碳一侧的压强，此时如果直接打开管道上的电磁阀，该压力差会直接冲击阀件和管道，因此，如何避免模式切换时压差对阀件和管道的冲击，是模式切换过程的关键技术问题。

为了解决这一技术问题，发明人在低温级回气段上设置在第一电磁阀组，第一电磁阀组设置为两个并联的电磁阀结构，并且第一电磁阀e1的通径大于第二电磁阀e2的通径。因为系统在从中温制冷模式切换至低温制冷模式时，冷风机1一侧的压强较高，而循环桶2一侧的压强较低，此时可以通过低温级回气段将冷风机1一侧的压力进行泄放，所以将第一电磁阀组设置在低温级回气段上，先通过通径较小的第二电磁阀e2缓慢泄放二氧化碳，并使两侧的压力逐渐趋于平衡，以避免压差骤然泄放时对管道和阀件的冲击。

而系统从低温制冷模式切换至中温制冷模式时则正好相反，冷风机1一侧的压强较低，而储液器3一侧的压强较高，所以可以通过中温级流入段来平衡两侧的压力。因此将第二电磁阀组设置在中温级流入段上，先通过通径较小的第四电磁阀e4缓慢泄放二氧化碳，并使两侧的压力逐渐趋于平衡。

发明人根据系统进行模式切换时的压强特征，分别在低温级回气段和中温级流入段上设置第一电磁阀组和第二电磁阀组，有效地解决了模式切换时压差骤然泄放给阀件和管路带来冲击的问题，能有效延长管路及阀件的使用寿命，降低安全隐患。

在系统需要从中温制冷模式切换至低温制冷模式时，先依次关闭中温级流入段和中温级回气段。然后先打开旁通的第二电磁阀e2，使低温级回气段小通径导通。由于第二电磁阀e2的通径较小，二氧化碳会缓慢地从高压端泄放到低压端，压力不会骤然对阀件和管道产生冲击；并且两侧的压强会逐渐趋于平衡，压强差逐渐变小。当压强差到达预设压差时，再打开第一电磁阀e1和第五电磁阀e5，使低温级回路完全导通，系统正式进入低温制冷模式。

在系统需要从低温制冷模式切换至中温制冷模式时，先依次关闭低温级流入段和低温级回气段。然后先开启旁通的第四电磁阀e4，使中温级流入段小通径导通。由于第四电磁阀e4的通径较小，二氧化碳会缓慢地从高压端泄放到低压端，压力不会骤然对阀件和管道产生冲击，并且两侧的压强会逐渐趋于平衡，压强差会逐渐变小。当压强差到达预设压差时，再打开第三电磁阀e3和第六电磁阀e6，使中温级回路完全导通，系统正式进入中温制冷模式。

由于中温二氧化碳的温度为-10℃～-5℃，也就是说，当冷库温度到达-10℃～-5℃的区间内时，中温制冷模式难以继续提供有效的制冷效果，如冷库需要进一步降温，需要切换到低温制冷模式，因此在系统实际运行时，可以将系统进行模式切换的触发条件设置为冷库温度到达-10℃～-5℃。即当冷库温度高于-5℃时，使系统处于中温制冷模式。中温制冷模式下，冷库温度持续降低，待冷库温度到达-10℃～-5℃时，系统从中温制冷模式切换到低温制冷模式，通过-40℃～-30℃的低温二氧化碳进行低温制冷，可使冷库的温度降至-40℃～-30℃，实现速冻。以冷库内的温度作为切换模式的触发条件，一方面可以使冷库提供有效的速冻效果，另一方面可以降低系统在中温级的能耗，提高系统的整体能效。

为了精确控制系统进行模式切换的时机，需要对冷库内的温度进行监控。具体可以在冷库内设置温度传感器，以实时检测冷库内的温度。或者通过控制制冷时间，在固定的制冷模式下，系统单位时间内的制冷量为一个固定的数值范围，通过对制冷时间进行计算，可以计算出总的制冷量，然后根据冷库容积等相关参数，可以计算出大概的冷库温度。或者在多次制冷后，根据经验，操作人员可以知悉在中温制冷模式下，多长时间可使冷库内的温度到达-5℃左右。可以根据实际需求进行设置。

预设压差小于或等于1.5bar。该压差骤然泄放基本不会对阀件及管路造成影响，可有效保护阀件及管路。

为了更好的理解和解释本发明，下面将阐述本发明的一个应用实例。

以冷库速冻为例，本实施例的二氧化碳制冷系统设置在冷库内，冷风机1设置在冷库的顶板处。低温级回路和中温级回路的各个阀件、管路及储液器3和循环桶2等按上文所述的连接关系常规布置。

一批货物的初始温度为10℃-25℃，需要将其速冻至-18℃。将货物送入冷库内，关闭冷库的密封门。启动本实施例所述的二氧化碳制冷系统，使系统进入中温制冷模式，此时，第一电磁阀组和第五电磁阀e5均关闭，低温级流入段和低温级回气段均关闭，低温级回路关闭。第二电磁阀组和第六电磁阀e6均开启，中温级流入段和中温级回气段均开启。中温二氧化碳机组工作。

中温制冷模式下，中温二氧化碳从储液器3的出口流出，依次经过中温级流入段的第五截止阀sva5、第二过滤器fia2、第二电磁阀组和第二膨胀阀reg2，进入冷风机1中与冷库换热，使冷库的温度降低，换热后的中温二氧化碳依次经过第六电磁阀e6和第二单向阀sca2后回流到储液器3中。中温二氧化碳机组使换热后的二氧化碳降温，使其恢复低温，然后重复上述流程，循环流动。

在中温制冷系统的持续制冷下，冷库及冷库内货物的温度持续降低，待冷库内的温度降至-10℃～-5℃，系统由中温控制切换到低温控制。

此时，先关闭第二电磁阀组，使中温级流入段关闭，然后关闭第六电磁阀e6，使中温级回气段关闭。然后打开第二电磁阀e2，二氧化碳通过第二电磁阀e2从高压端向低压端缓慢泄放，并且两侧的压强逐渐趋于平衡。待第二电磁阀e2的前后压差到达1.5bar左右时，再开启第一电磁阀e1和第五电磁阀e5，低温级回路导通，系统由中温制冷模式切换到低温制冷模式。

低温制冷模式下，低温二氧化碳从循环桶2的出口流出，依次经过第三截止阀sva3、第一过滤器fia1、第五电磁阀e5、第一膨胀阀reg1和第一单向阀sca1，进入冷风机1中与冷库换热，使冷库温度降低；换热后的低温二氧化碳依次经过第一电磁阀组和第四截止阀sva4回流到所述循环桶2的入口

在低温制冷模式的持续制冷作用下，冷库内的温度持续降低，将货物速冻到指定温度后，这批货物的速冻完成。在进行下一批货物速冻时，需要将系统由低温制冷模式切换到中温制冷模式。

此时先依次关闭第五电磁阀e5和第一电磁阀组，使低温级回路关闭。再打开第四电磁阀e4，二氧化碳通过第四电磁阀e4从高压端向低压端缓慢泄放，并且两侧的压强逐渐趋于平衡。待所述第四电磁阀e4的前后压差到达1.5bar时，再开启第三电磁阀e3和第六电磁阀e6，所述二氧化碳制冷系统由低温制冷模式进入中温制冷模式。并重复上述的中温制冷流程。

本发明的二氧化碳制冷系统采用低温级回路和中温级回路的分阶段降温设计，可以显著降低设备成本和运行成本，提高系统的整体能效，特别是中温级的运行能效，更加合理且更加经济，减少运行能耗。并且在低温级回气段和中温级流入段分别设置并联结构的第一电磁阀组和第二电磁阀组，解决了模式切换时压差冲击阀件和管路的问题，该构思还可应用于变温库中，解决变温库切换使用时巨大的压力给管路和阀件带来冲击的问题。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括在“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90°或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。