一种多温冷库温度控制系统的制作方法

本实用新型涉及制冷与低温工程和食品冷藏冷冻领域，更具体地说是涉及一种多温冷库温度精密控制系统。

背景技术：

冷库是冷链物流的重要组成部分，担负着各类食品的冷冻、冷藏和保质保鲜的任务。根据被贮存食品的种类和存储时长，设置不同的储存温度，冷库通常有低温、中温和高温储存间室(库房)。大型冷库普遍采用独立的低温制冷机组与专业的库房配套，而中小型商用或船用冷库通常使用一套二级压缩制冷机组为低温库和中温库提供冷量。基于制冷机组能量控制的经济性、便利性及整机的可靠性，二级压缩制冷机组的低压级和高压级通常采用具有能量调节功能的压缩机(如变频压缩机和螺杆式压缩机)或多台压缩机的并联机组。

冷库中各库房的温度通常采用双位调节，即保持库温在设定值±温度偏差的范围内波动。由于冷库的热负荷频繁变化，各库房负荷分配不均匀，甚至具有随机性，制冷机组长时间工作在部分负荷状态。常规的多温冷库能量调节的控制规则是以制冷机组回气压力作为输入信号，大于低温库的蒸发压力设定值时执行制冷机组加载，小于低温库的蒸发压力设定值时执行减载，并不考虑即时冷库的总体运行状况。对于二级压缩制冷机组的中、低温冷库，实际运行有如下四种运行状况：一是中、低温库全部或大部分运行；二是低温库运行，中温库大部分或全部停机；三是中温库运行，低温库大部分或全部停机；四是中、低温库全部停止运行。当运行在第三种状况下，回气压力接近于中温库的蒸发压力，如采用低温库蒸发压力作为比较对象，显然应该加载，而此时冷库的总负荷较低，实际应该执行减载；同时，回气压力接近二级压缩制冷系统的中间压力时，如仍然运行二级压缩制冷，高压级压缩机极容易损坏。

针对多温冷库用二级压缩制冷系统，其高、低压压缩机的能量调节一直是困扰业内的难题，包括测量信号、调节信号和被调参数的选择，库温偏差等级的辨识、调节量的计算、施加和执行。对于多温冷库用二级压缩制冷系统这种大延迟、大惯量的复杂热系统，单纯根据偏差信息进行控制，极易引起系统震荡。

技术实现要素：

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多温冷库温度控制系统，以期实现冷库温度的精密控制，并解决由于多温冷库负荷频繁变化和季节性变化，各库房负荷分配不均匀及负荷变化的随机性，引起的制冷系统能量调节不合理、运行不可靠和效率低等问题，给出可靠的控制策略。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型多温冷库温度控制系统，所述多温冷库包括制冷机组和冷库；

所述冷库包括：一个或一个以上的低温库、一个或一个以上的中温库；

所述制冷机组包括：由一台压缩机构成或是由多台压缩机并联连接构成的低压压缩机组)、由一台压缩机构成或是由多台压缩机并联连接构成的高压压缩机组，还包括：油分离器、冷凝器、高压储液器、油冷却器和过冷器；

所述制冷机组的制冷剂供液经过出液控制阀进入冷库，并通过管路分别连接低温库供液电磁阀和中温库供液电磁阀，在所述低温库供液电磁阀之后依次连接低温库膨胀阀、低温库蒸发器和止回阀；在所述中温库供液电磁阀之后依次连接中温库膨胀阀、中温库蒸发器和蒸发压力调节阀；冷库中经吸热蒸发产生的制冷剂气体接入到所述制冷机组的集气总管；

所述集气总管一路与低压压缩机组的进气口直接连通；集气总管的另一路经过电磁阀连通高压压缩机组的进气口；在集气总管上分别设置压力传感器和温度传感器；

所述低压压缩机组的排气通过中压管路连接所述高压压缩机组的进气端；所述高压压缩机组的排气口连接油分离器的进气口；所述油分离器的排气口连接冷凝器的进气口，所述冷凝器的出液口连接高压储液器的进液口；

所述高压储液器中导出的制冷剂液体一路接入油冷却器作为冷源，在油冷却器中吸热气化后返回到高压储液器的上部，并从高压储液器的上部经排气管进入冷凝器，并在冷凝器中放热冷凝；另一路从高压储液器底部导出，通过供液主路进入过冷器，在所述供液主路中分流出旁通支路，由旁通支路分流出的部分制冷剂液体经过旁通节流阀降压后进入过冷器，在过冷器中吸热蒸发产生的制冷剂气体通过补气管路导入中压管道，与低压压缩机组的排气混合；在过冷器中被进一步冷却的制冷剂液体经出液控制阀进入所述冷库；

所述油冷却回路，高压压缩机组的排气经油分离器分离出高温润滑油，高温润滑油由出油管路导入油冷却器的润滑油入口，经所述油冷却器冷却后的低温润滑油进入回油主路，所述回油主路分别通过回油支路连接各压缩机的润滑油入口，在所述回油主路与高压压缩机组之间的回油支路中串联设置第一回油支路电磁阀和第一回油支路节流阀，在所述回油主路与低压压缩机组之间的回油支路中串联设置第二回油支路电磁阀和第二回油支路节流阀；

本实用新型多温冷库温度控制系统的特点也在于：

所述低压压缩机组和高压压缩机组中各压缩机为变频涡旋式压缩机、螺杆式压缩机、或变频离心式压缩机；

所述冷凝器为风冷管片式换热器、或蒸发式冷凝器；

所述油冷却器和过冷器为板式换热器或壳管式换热器。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型在集气总管与高压压缩机组之间设置了受电磁阀控制通、断的连接管，在低温库和中温库都在工作时，通道电磁阀关闭，运行二级压缩制冷，即运行工作模式一；在低温库大部分或全部达到设定温度停止工作，而中温库尚未达到设定温度仍在供液降温时，集气总管的回气压力处于中压附近，此时设定低压压缩机组停机，电磁阀导通，高压压缩机组独立运行，即运行工作模式二，有效避免采用二级压缩导致高压压缩机组过载故障，提高制冷机组的可靠性和能效。

附图说明

图1是本实用新型系统构成示意图。

图中标号：1a低温库供液电磁阀，1b中温库供液电磁阀，2a低温库温度传感器，2b中温库温传感器，3a低温库膨胀阀，3b中温库膨胀阀，4低温库蒸发器，5中温库蒸发器，6a低温库过热度传感器，6b中温库过热度传感器，7止回阀，8蒸发压力调节阀，9集气总管，10压力传感器，11温度传感器，12电磁阀，13低压压缩机组，14中压管路，15高压压缩机组，16油分离器，17冷凝器，18排气管，19高压储液器，20油冷却器，21回油主路，22a第一回油支路电磁阀，22b第二回油支路电磁阀，23a第一回油支路节流阀，23b第二回油支路节流阀，24供液主路，25旁通支路，26旁通节流阀，27过冷器，28补气管路，29出液控制阀，30制冷机组，40冷库，401低温库，402中温库。

具体实施方式：

参见图1，本实施例中多温冷库包括制冷机组30和冷库40；冷库40包括一个或一个以上的低温库401，以及一个或一个以上的中温库402；制冷机组30包括：由一台压缩机构成或是由多台压缩机并联连接构成的低压压缩机组13，以及由一台压缩机构成或是由多台压缩机并联连接构成的高压压缩机组15，还包括：油分离器16、冷凝器17、高压储液器19、油冷却器20和过冷器27。

如图1所示，制冷机组30的制冷剂供液经过出液控制阀29进入冷库40，并通过管路分别连接低温库供液电磁阀1a和中温库供液电磁阀1b，在低温库供液电磁阀1a之后依次连接低温库膨胀阀3a、低温库蒸发器4和止回阀7；在中温库供液电磁阀1b之后依次连接中温库膨胀阀3b、中温库蒸发器5和蒸发压力调节阀8；冷库40中经吸热蒸发产生的制冷剂气体接入到制冷机组30的集气总管9。

集气总管9一路与低压压缩机组13的进气口直接连通；集气总管9的另一路经过电磁阀12连通高压压缩机组15的进气口；在集气总管9上分别设置压力传感器10和温度传感器11。

低压压缩机组13的排气通过中压管路14连接高压压缩机组15的进气端；高压压缩机组15的排气口连接油分离器16的进气口；油分离器16的排气口连接冷凝器17的进气口，冷凝器17的出液口连接高压储液器19的进液口。

高压储液器19中导出的制冷剂液体一路接入油冷却器20作为冷源，在油冷却器20中吸热气化后返回到高压储液器19的上部，并从高压储液器19的上部经排气管18进入冷凝器17，并在冷凝器17中放热冷凝；另一路从高压储液器19底部导出，通过供液主路24进入过冷器27，在供液主路24中分流出旁通支路25，由旁通支路25分流出的部分制冷剂液体经过旁通节流阀26降压后进入过冷器27，在过冷器27中吸热蒸发产生的制冷剂气体通过补气管路28导入中压管道14，与低压压缩机组13的排气混合；在过冷器27中被进一步冷却的制冷剂液体经出液控制阀29进入冷库40。

油冷却回路，高压压缩机组15的排气经油分离器16分离出高温润滑油，高温润滑油由出油管路导入油冷却器20的润滑油入口，经油冷却器20冷却后的低温润滑油进入回油主路21，回油主路21分别通过回油支路连接各压缩机的润滑油入口，在回油主路21与高压压缩机组15之间的回油支路中串联设置第一回油支路电磁阀22a和第一回油支路节流阀23a，在回油主路21与低压压缩机组13之间的回油支路中串联设置第二回油支路电磁阀22b和第二回油支路节流阀23b。

具体实施中，低压压缩机组13和高压压缩机组15中各压缩机为变频涡旋式压缩机、螺杆式压缩机、或变频离心式压缩机；冷凝器17为风冷管片式换热器、或蒸发式冷凝器；油冷却器16和过冷器27为板式换热器或壳管式换热器。

本实施例中多温冷库温度控制系统的温度控制方法是按如下方式通过控制各库房的制冷剂供液量和蒸发温度实现各库房温度的控制：

在低温库蒸发器4的出口端设置低温库过热度传感器6a，依据低温库过热度传感器6a测量获得的过热度值控制低温库膨胀阀3a的开度，精确调节低温库蒸发器4的制冷剂供液量；

在中温库蒸发器5的出口端设置中温库过热度传感器6b，依据中温库过热度传感器6b测量获得的过热度值控制中温库膨胀阀3b的开度，调节中温库蒸发器5的制冷剂供液量；

在低温库401中设置低温库温度传感器2a，当由低温库温度传感器2a检测获得的低温库温度达到设定的低温库温度下限时，关闭低温库供液电磁阀1a，停止向低温库401的制冷剂供液；当低温库温度达到设定的低温库温度上限时，开启低温库供液电磁阀1a，恢复向低温库401的制冷剂供液；使低温库401的温度的设定的温度范围内波动；

在中温库402中设置中温库温度传感器2b，当由中温库温度传感器2b检测获得的中温库温度达到设定的中温库温度下限时，关闭中温库供液电磁阀1b，停止向中温库402的制冷剂供液；当中温库温度达到设定的中温库温度上限时，开启中温库供液电磁阀1b，恢复向中温库402的制冷剂供液；使中温库402的温度的设定的温度范围内波动。

利用蒸发压力调节阀8和中温库膨胀阀3b的共同调节作用，将蒸发压力调节为蒸发压力设定值；利用止回阀7隔离中温库402中流出的中压制冷剂气体对低温库401的扰动。

本实施例中针对多温冷库温度的控制方法，包括对各库房蒸发器制冷剂流量和蒸发温度的控制，通过蒸发器过热度测量调节蒸发器的供液量，进而实现供冷量与热负荷的匹配；通过库温控制器检测库房内温度，控制供液电磁阀的开通、闭合，控制库温在设定的温度范围内等幅波动，从而实现库温的精确控制。

本实施例中多温冷库温度控制系统的能量调节方法是：

以集气总管9的回气压力为辨识信号，使制冷机组30在如下工作模式中切换工作：

定义：

pc是由压力传感器10检测获得的集气总管9中制冷剂气体压力的检测值；

p1为低温库401的蒸发压力设定值；

p2为中温库402的蒸发压力设定值，且：p2>p1，δp为压力允差。

工作模式一：pc<p2-δp，电磁阀12关闭，低压压缩机组13和高压压缩机组15同时工作；冷库所需制冷量由低压压缩机组13和高压压缩机组15共同提供，控制低压压缩机组13和高压压缩机组15的加载或减载实现制冷量调节；工作模式一中的制冷剂的循环回路为：多温冷库40的各库房完成蒸发吸热的制冷剂气体进入制冷机组30的集气总管9，其后依次进入低压压缩机组13、高压压缩机组15，高压压缩机组15排气经油分离器16分离后的高温制冷剂气体进入冷凝器17，在冷凝器内放热冷凝为高压液态制冷剂，冷凝后的制冷剂流入高压储液器19，高压储液器里的制冷剂一路流入油冷却器20，冷却润滑油后的气体通过高压储液器上部，返回至冷凝器17的入口端；另一路则通过底部进入供液主路24，供液主路24中的少量制冷剂经过旁通支路25和旁通节流阀26后进入过冷器27，在过冷器27内吸热蒸发后通过补气管道28进入中压管道14，在中压管道14内与低压压缩机组排气混合后进入高压压缩机组15，其余主流制冷剂进入过冷器27完成过冷作用后经过出液控制阀29进入多温冷库40。

工作模式二：p2+δp≥pc≥p2-δp，电磁阀12开启，高压压缩机组15工作，低压压缩机组13停机；冷库所需制冷量全部由高压压缩机组15提供，控制高压压缩机组15的加载或减载实现制冷量调节；工作模式二中的制冷剂的循环回路为：多温冷库40的各库房完成蒸发吸热的制冷剂气体进入集气总管9，通过电磁阀12进入高压压缩机组15，高压压缩机组15排气经油分离器16分离后的高温制冷剂气体进入冷凝器17，在冷凝器内放热冷凝为高压液态制冷剂，冷凝后的制冷剂流入高压储液器19，高压储液器里的制冷剂一支路流入油冷却器20对润滑油进行冷却；另一路则通过底部进入供液主路24，供液主路24的少量制冷剂经过旁通支路25和旁通节流阀26后进入过冷器27，在过冷器27内吸热蒸发后通过补气管道28、中压管道14进入高压压缩机组15；其余制冷剂进入过冷器27完成过冷后经过出液控制阀29进入多温冷库40。

工作模式二能够有效防止高压压缩机组过载故障，在集气总管9与高压压缩机组15之间设置电磁阀12控制通断，防止在低温库大部分或全部达到设定温度停止供液，集气总管9中回气压力过高时，仍然运行二级压缩，导致高压压缩机组过载故障，提高制冷机组的可靠性和能效。

若pc>p2+δp，通常为出现冷凝风机故障或冷却水系统故障等严重问题，需要及时排除，因此设置系统报警，并进行系统故障巡检，若系统报警持续时间超过设定时限tmax，将tmax取值5-10分钟，则执行紧急停机；

本实施例中多温冷库温度控制系统的能量调节方法是：针对制冷机组30的输出制冷量q0采用模糊控制规则进行调节，模糊控制规则是以综合负荷偏差δpt为目标参数，执行压缩机的加载或减载，从而控制制冷机组的输出制冷量q0；

综合负荷偏差δpt由式1计算获得：

δpt＝α*pc/ps+pl+β*tc/ts+tg-1(1)

其中：

α为压力系数，β为温度系数，且：α+β＝1；

ps为蒸发压力设定值，在工作模式一中，ps＝p1；在工作模式二中，ps＝p2；

pl为制冷剂从蒸发器入口到集气总管9的流动损失；

tc是由温度传感器11检测获得的集气总管9中制冷剂气体温度的检测值；

ts为蒸发温度设定值，在工作模式一中，ts＝t1；在工作模式二中，ts＝t2；t1为低温库蒸发温度设定值、t2为高温库蒸发温度设定值；

tg为设定过热度；

设定：综合负荷偏差δpt为五个等级，从大到小依次为：正大、正中、零、负中和负大；

设定：δpt变化率为dδpt/dt，从大到小依次为：正大、正中、零、负中和负大；

设定：压缩机排量或转速的调节量u按从大到小依次为：正大、正中、零、负中和负大，通过控制压缩机的加载或减载调节制冷机组的输出制冷量q0；调节量u对于变频压缩机而言，指其供电频率或转速，调节量u使压缩机的排气量发生变化，进而与制冷量直接关联。

建立模糊规则，通过测量pc和tc，计算获得δpt和dδpt/dt，经模糊化计算，并将模糊化计算结果转化为制冷机组30加载或减载的精确控制量，利用精确控制量控制压缩机执行加载或减载，实现制冷机组的制冷量精确控制。

本实用新型中综合负荷偏差δpt是无量纲量，其兼顾了蒸发压力偏差与回气过热度偏差这二个影响因子，能更好地反映制冷量与热负荷的匹配状况，作为制冷系统能量控制的调节信号，调节系统的准确性、稳定性更优。

本实施例中针对多温冷库用二级压缩制冷机组的能量调节控制方法，包括测量信号、调节信号的选择，偏差等级的辨识和管理，并应用模糊控制技术进行调节量的计算，有效地解决了多温冷库用二级压缩制冷系统这种大延迟、大惯量的复杂热系统能量调节的过度调节和调节滞后的问题。不但重视被调参数的偏差信息，而且引入了偏差变化率，判断被调参数的变化趋势并施加控制，可有效改善二级压缩制冷机组运行的平稳性，避免被调参数震荡。以综合负荷偏差δpt作为调节信号。常规的制冷机组普遍使用蒸发器出口过热度作为制冷量控制的调节信号。过热度大，表示制冷量小于热负荷，则制冷机加载，反之亦然。但影响过热度测量的干扰因素多，测量误差大，变化幅度大，稳定性不好。回气压力近似等于蒸发压力，其减小值为蒸发器至测量点的流动损失，能够通过计算获得，与制冷机组热负荷偏差的耦合性好，正偏差时表示制冷量小于热负荷，则制冷机加载，反之亦然。相比过热度，回气压力的稳定性好，干扰因素少，易准确测量。