[发明专利]一种主动式动态降温控制装置及方法

权利要求书

1.一种主动式动态降温控制装置，其特征在于，包括制冷基本单元、控制单元和降温空间；其中：

压缩机、冷凝器和蒸发器依次相连形成的闭环即为制冷基本单元；

被冷却对象和所述蒸发器均置于所述降温空间内；

所述控制单元包括控制器和控制阀；其中：

所述控制阀设于冷凝器和蒸发器之间，通过改变其开度来调整压缩机输出冷量；

所述控制器根据存储的性能参数和实时采集的运行参数来对所述控制阀发出调整指令，实现制冷过程中压缩机输出冷量与被冷却对象换热量的动态平衡；

所述压缩机输出冷量即从蒸发器的制冷剂到被冷却对象的换热量Q_a1＝kA(T_o-T_e)；上式中：

A为被冷却对象的换热面积；

T_o为被冷却对象温度；

T_e为制冷剂蒸发温度；

k为制冷剂与被冷却对象之间的换热系数；

上式中：

h₁为制冷剂与壁面之间的对流换热系数；

δ为蒸发器壁面厚度；

λ为蒸发器壁面导热系数；

h₂为蒸发器壁面与空气的换热系数；

h₃为空气与被冷却对象的换热系数；

所述被冷却对象换热量即蒸发器的冷风送出来的被冷却对象换热量Q_a2＝cm(T_in-T_out)；上式中：

c为空气比热；

m为空气质量流量；

T_in为蒸发器回风温度；

T_out为蒸发器送风温度；

控制器通过实时监测压缩机输出冷量与被冷却对象换热量之间的关系，分析得出是换热限制了冷量传递还是压缩机制冷量限制了冷量传递的结论，进一步通过控制器使得压缩机输出冷量与被冷却对象换热量动态相等，直到被冷却对象达到设定温度。

2.根据权利要求1所述的主动式动态降温控制装置，其特征在于，所述控制器的输入端与压缩机、温度传感器组、蒸发器风机分别相连，用于采集运行参数；输出端则与所述控制阀相连接，用于根据采集的运行参数和预先存储的性能参数来调整控制阀的阀门开度。

3.根据权利要求2所述的主动式动态降温控制装置，其特征在于，所述温度传感器组包括第一温度传感和第二传感器，分别用于采集蒸发器的送风温度和回风温度。

4.根据权利要求2所述的主动式动态降温控制装置，其特征在于，预先存储的性能参数包括压缩机性能参数和蒸发器风机性能参数；其中：

压缩机性能参数为压缩机性能曲线，为压缩机制冷量与运行参数之间的关系曲线，运行参数包括蒸发温度、冷凝温度、吸排气压力以及输入功率和吸气压力关系曲线；

蒸发器风机性能参数为风机转速与质量流量的关系。

5.一种主动式动态降温控制方法，用于如权利要求1至4任一所述的主动式动态降温控制装置，具体包括如下步骤：

传热步骤：蒸发器内的制冷剂蒸发吸热使蒸发器的壁面温度降低，通过对流换热将温度降低所获得的冷量传递给在降温空间内的空气后进一步传递给被冷却对象；

调节步骤：在传热步骤进行的过程中，控制器根据存储的压缩机和蒸发器的性能参数，结合实时采集的运行参数，通过调整控制阀的开度来实现制冷过程中压缩机输出冷量与被冷却对象换热量的动态平衡，直至被冷却对象的温度达到设定水平。

6.根据权利要求5所述的主动式动态降温控制方法，其特征在于，当制冷剂与被冷却对象的传热量受压缩机输出制冷量限制时，控制阀保持最大开度，使压缩机输出最大制冷量，使被冷却对象降温速度最快。

7.根据权利要求5所述的主动式动态降温控制方法，其特征在于，在上述主动式动态降温控制方法中，当制冷剂与被冷却对象的传热量受对流换热系数限制时，控制阀保持最小开度，使蒸发温度与被冷却对象保持最大换热温差，使被冷却对象降温速度最快。