一种双机快速降温低温制冷系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低温制冷技术，特别涉及一种双机快速降温低温制冷系统及方法，以实现低温制冷系统快速、高效、稳定降温及单台压缩机故障时能正常工作的目的。
【背景技术】
[0002]单级混合工质节流制冷系统通过使用适合的混合工质，在正常压比下通过一次节流获取低温，是一种高效、稳定及可靠的低温制冷系统，其在医学、生物工程、化工等领域得到广泛应用。
[0003]在低温制冷机的使用中，特别是应用于医学、生物工程等领域，其要求制冷系统在工作期间不能出现故障而导致无法制冷，否则造成的损失可能比低温制冷机本身大得多。虽然单级混合工质节流制冷系统是一种能够长期稳定运行的制冷系统，但是根据墨菲定律，可能出现的故障就一定会发生，因此需要在故障发生时有应对的措施，保证故障发生时，制冷系统仍能够正常工作。
[0004]一般机器中最可能出现故障的部件是运动部件，而在单级混合工质节流制冷系统中，除了风冷冷凝器中的风机，就只有压缩机，相对于简单的电机而言，压缩机出现故障的可能性要大得多，因此要提高单级混合工质节流制冷系统的可靠性，需要在压缩机出现故障时，仍能保证制冷系统能够正常工作，其中一种简单的方法是增加一台压缩机，在运行中的压缩机故障停机时，开启备用的压缩机，以保证制冷系统的正常运行。
[0005]另外，对于单级混合工质节流制冷系统而言，混合工质循环组分比例直接决定了制冷系统的性能，运行工况不同时，单级混合工质节流制冷系统对应的最佳混合工质循环组分比例也不相同。然而单级混合工质节流制冷系统在对混合工质充灌时一般是以设计工况下对应的最佳混合工质循环组分比例为目标进行配比，因此制冷系统从常温降低到设计工况对应低温时，其效率会偏离其在适合混合工质循环组分比例下的运行效率，这使得降温速率变慢。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种双机快速降温低温制冷系统，包括通过管道连接形成制冷工质循环路径的压缩机单元、油分离器单元、风冷冷凝器单元、干燥器单元、回热器单元、节流单元、蒸发器单元、回热器单元、气液分离器单元，还包括调节阀、控制单元，所述压缩机单元包括并联的第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机和第二压缩机的输入端通过分配器连接气液分离器单元，所述第一压缩机和第二压缩机的输出端分别通过第一单向阀和第二单向阀连接油分离器单元，所述分配器的入口还与油分离器单元的回油口及气液分离器单元出口相连；所述调节阀通过管路连接于干燥器单元出口和气液分离器单元之间，所述控制单元通过电路分别与位于蒸发器单元出口的温度传感器、调节阀、节流单元、第一压缩机、第二压缩机、位于压缩机单元排气端的温压传感器相连接，用于根据获取的温度、压力和功率值向调节阀、节流单元、第一压缩机、第二压缩机发出控制指令。
[0007]进一步地，所述第一压缩机、第二压缩机为同一类型压缩机且额定功率、排气量也相等。
[0008]进一步地，所述分配器呈单一进口双出口的三通结构，两出口分别连接第一压缩机、第二压缩机，其流通面积相同，与进口距离也相同，而进口流通面积则为两出口流通面积之和。
[0009]进一步地，所述节流单元及调节阀均为电子膨胀阀。
[0010]另一方面，本发明还提供了一种基于上述系统的双机快速降温低温制冷方法，包括步骤:
步骤1、开启所述第一压缩机、第二压缩机，所述节流单元为高温工况下对应设定开度，控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值，实现高温工况下的快速制冷，所述高温工况指当蒸发器单元出口的温度大于预设的工况温度上限值时的系统工况；
步骤2、当蒸发器单元的出口的制冷剂温度到达高温工况下对应设定温度，或因降温较快使蒸发器单元的出口的制冷剂温度直接降到低于高温工况下对应的设定温度时，控制单元控制节流单元缓慢递减到低温工况下对应设定开度，同时所述控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值，实现系统由高温工况向低温工况的过渡，所述的低温工况是指当蒸发器单元出口的温度小于预设的工况温度下限值时的系统工况；
步骤3、当节流单元与调节阀开度分别调整到各自对应设定开度时，控制单元发出控制指令关闭所述第二压缩机，同时快速关闭调节阀，接着控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度为低温工况下的预定开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值，实现低温工况下的正常制冷；
步骤4、当蒸发器单元的出口的制冷剂温度到达稳定工况对应的目标温度，或因降温较快使蒸发器单元的出口的制冷剂温度直接降到低于稳定工况对应的目标温度时，则通过对所述第一压缩机进行周期性关闭和开启，维持蒸发器单元的出口的制冷剂温度稳定在目标温度范围内，而控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值，实现稳定工况下的正常制冷；
步骤5、当第一压缩机在稳定工况处于开启状态时，控制单元判断第一压缩机的工作状态，若第一压缩机出现故障，控制单元发出控制指令关闭所述第一压缩机并发出压缩机故障警报，紧接着控制单元发出控制指令开启所述第二压缩机，第二压缩机通过周期性关闭和开启，维持蒸发器单元的出口的制冷剂温度稳定在目标温度范围内，而控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值，实现稳定工况下的正常制冷。
[0011]进一步地，所述控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值具体包括:
当压缩机单元的排气压力与温度超过设定的最大排气压力与温度时，所述控制单元发出控制指令使所述调节阀开度以1%的速度递增直到压缩机单元排气压力与温度低于设定的最大排气压力与温度；当压缩机单元排气压力和温度低于设定的最大排气压力或温度上限值的90%时，所述控制单元发出控制指令使所述调节阀开度以1%的速度递减直到压缩机单元排气压力与温度大于最大排气压力与温度上限值的90%。
[0012]进一步地，所述控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值具体还包括:
当调节阀开度为100%，且压缩机单元排气压力与温度仍大于最大排气压力与温度时，调节阀开度不再增大，控制单元通过控制指令发出排气压力或是排气温度过大警报。
[0013]进一步地，所述控制单元根据压缩机单元排气端制冷工质的压力、温度调整调节阀开度，确保压缩机单元的排气压力与温度不超过设定的最大排气压力及温度值具体还包括:
当调节阀开度为0，且当压缩机单元排气压力和温度仍低于设定的最大排气压力或温度上限值的90%时，调节阀开度不再减少，控制单元通过控制指令发出排气压力和排气温度过低警报。
[0014]进一步地，步骤5中所述控制单元通过获取第一压缩机功率值来判断第一压缩机的工作状态，若功率大于0，则表示第一压缩机正常工作，否则将第一压缩机视为出现故障。
[0015]进一步地，所述制冷工质使用二元及二元以上混合工质作为制冷剂，所述二元混合工质包括R600a/R23、R600/R1150，其充灌质量百分比均为60/40，所述二元以上混合工质包括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，其充灌质量百分比分别为:44/16/40、58/27/15、49/32/19、15/29/20/29/8。
[0016]与现有技术相比，本发明通过控制单元采集压缩机单元排气压力、温度、功率以及蒸发器单元出口温度，并对节流单元、调节阀以及压缩机单元输出控制指令，使得制冷系统能高效、稳定地长期运行，同时当其中一台压缩机出现故障时，仍能保证制冷系统的正常工作。
【附图说明】