耦合雙循環冰箱的溫度及耦合運行控制策略

何萬基, 沈 燕, 陳光明, 韓斌斌, 唐黎明

(1. 浙江大學 制冷與低溫研究所,浙江 杭州 310027；2. 浙江大學 浙江省制冷與低溫技術重點實驗室, 浙江 杭州 310027；3. 杭州華日電冰箱有限公司, 浙江 杭州 310027)

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耦合雙循環冰箱的溫度及耦合運行控制策略

何萬基1,2, 沈 燕1,2, 陳光明1,2, 韓斌斌3, 唐黎明1,2

(1. 浙江大學 制冷與低溫研究所,浙江 杭州 310027；2. 浙江大學 浙江省制冷與低溫技術重點實驗室, 浙江 杭州 310027；3. 杭州華日電冰箱有限公司, 浙江 杭州 310027)

針對現有冰箱控制策略僅對間室溫度進行控制而難以保證耦合雙循環冰箱耦合運行要求的問題,提出了溫度及耦合運行控制策略,在雙位調節上下溫度界限基礎上引入溫度偏移參數,實現了間室溫度和系統耦合運行的協同控制.利用冰箱動態模型對不同溫度偏移參數的控制方案進行模擬分析,得到了溫控精度和耦合控制效果較佳的最優參數組合.以一臺冰箱樣機為實驗對象,應用最優參數組合,開展了與常規控制策略的對比實驗以及變工況條件的實驗,實驗結果驗證了溫度及耦合運行控制策略的有效性和變工況適應性.在25 ℃環境溫度工況下,新型控制策略的耦合控制效果顯著優于常規控制策略.在變工況條件下,冰箱穩定運行時的耦合利用率普遍超過85 %,間室的溫度也基本維持在合理范圍內.

冰箱；控制策略；雙循環；耦合過程

目前市場上的冰箱產品絕大多數采用單循環回路制冷系統[1-3],這類系統應用于多溫位冰箱時難以保證各間室的溫控精度,而且增大了冷藏室蒸發器的熱力學不可逆損失.因此,研究者開始關注多循環回路制冷系統[4-7].雙壓縮機雙循環系統可以簡單地實現冰箱冷藏室和冷凍室的雙溫雙控,溫控精度高,有巨大的發展潛力,但由于壓縮機小型化后效率降低導致系統節能效果不佳,而且冰箱的初始成本也有所增加.基于此,唐黎明等[8-9]提出了雙壓縮機耦合雙循環系統,進一步提高了系統的性能系數(COP),彌補了獨立雙循環系統由于壓縮機小型化引起的性能降低問題.

通過合適的控制策略使冰箱間室的溫度波動維持在合理范圍內是冰箱使用的必要條件,也是冰箱控制的主要內容.耦合雙循環冰箱穩定運行時有兩種運行狀態：①耦合運行,兩個循環回路同時啟動運行；②單獨運行,兩個循環回路中僅有一個回路啟動運行.耦合雙循環冰箱設計時按照耦合運行工況設計,系統的運行性能也受耦合運行時間的影響.在現有控制策略[6,10-11]下,冰箱壓縮機的開停機僅受間室溫度影響,無法實現系統的耦合運行控制.

本文提出了一種溫度及耦合運行控制策略,通過引入溫度偏移參數實現了間室溫度及系統耦合的協同控制.利用冰箱動態模型對控制策略進行了模擬分析,并通過實驗驗證了溫度控制策略及耦合運行控制策略控制效果.在保證間室溫度在合理范圍內波動的前提下,溫度及耦合運行控制策略能夠顯著提升系統的耦合控制效果.

1 實驗與計算模型簡介

1.1 實驗測試說明

耦合雙循環系統的流程如圖1所示,在此基礎上研制了冰箱樣機.樣機采用定頻壓縮機,在冷凍室和冷藏室內各布置有感溫探頭感應箱內空氣溫度,可實現冷藏室和冷凍室溫度的獨立控制,并利用化霜定時器完成冰箱的全自動化霜控制.

圖1 雙壓縮機耦合雙循環冰箱流程圖Fig.1 Schematic diagram of dual-loop coupled RFs

實驗測試在杭州華日電冰箱有限公司的電冰箱性能實驗室完成,實驗室可實現變環境溫度、變相對濕度的調節.本文涉及的實驗均設定相對濕度為70%.試驗布置及測試過程如無特別說明,按照國標[12]進行.溫度測量采用銅-康銅熱電偶,精度為±0.5 ℃；功率測量采用HB404P智能交流功率表,精度等級為0.5級；數據采集通過安捷倫34972A完成.

1.2 計算模型說明

為了便于探究不同控制策略下間室溫度和壓縮機開停機變化的情況,本文利用一個冰箱動態集總參數模型[13-14]對系統進行模擬分析.模型極大地簡化了冰箱的動態換熱特性,其核心方程為

(1)

式中：Ci為研究對象(如間室空氣、冷凝器等)的熱容,J/K；Ti為研究對象的熱力學溫度,K；(KA)j為等效換熱系數,W/K；Tj為與研究對象進行換熱的對象(如蒸發器、環境空氣等)的熱力學溫度,K；qi為內部熱負荷,W.對比模擬結果和實驗數據[13],模型對箱內溫度和壓縮機開停機變化規律具有很高的精度,可用于研究冰箱在不同控制策略下的運行特性.

本文的模擬計算均以一個特定工況分析,即環境溫度θext=25 ℃,冷藏室和冷凍室設定溫度θRset和θFset分別為5 ℃和-18 ℃,冷藏室開停機溫度θRmax和θRmin分別為6 ℃和4 ℃,冷凍室開停機溫度θFmax和θFmin分別為-16 ℃和-20 ℃,間室初始溫度為25 ℃.

2 控制策略概述

2.1 雙回路獨立控制

市場上的冰箱產品一般采用簡單的壓縮機開停控制維持間室內的溫度,這種控制方式稱為溫度的雙位調節[10,15].雙位調節在設定溫度的上下各設有溫度界限參數θmax和θmin,溫度在上下溫度界限內作周期性的等振幅振蕩變化,振蕩中心接近設定溫度.因此,冰箱間室內必定存在溫度波動.雖然不能將溫度精確地控制在某一個溫度點,但是當儀器的靈敏度較高,且外界干擾不大時,溫度波動的振幅可以限制在工藝要求的范圍內.

樣機擁有2個相對獨立的儲藏間室和2個相對獨立的制冷循環回路,因此可采用獨立的雙溫雙控方式,即雙回路獨立控制策略,示意圖如圖2所示,圖中θR為冷藏室當前溫度,θF為冷凍室當前溫度.

通過計算模型模擬雙回路獨立控制策略下冷藏室和冷凍室溫度(θR和θF)與冷藏壓縮機和冷凍壓縮機功率(PR和PF)隨時間t的變化規律,結果見圖3.

圖2 雙回路獨立控制策略Fig.2 Schematic of dual-loop independent controlscheme

圖3 雙回路獨立控制策略模擬運行曲線Fig.3 Simulation results of dual-loop independent control scheme

由圖3可以看出,冷藏、冷凍壓縮機的開停機由各自間室的溫度控制.當冰箱穩定運行時,冷藏室和冷凍室溫度都呈周期性等振幅振蕩變化,溫度波動限制在設定范圍內,溫控精度得到保障.但是,冰箱系統的運行狀態在耦合運行和獨立運行中存在一定隨機性,且系統獨立運行時間明顯長于耦合運行時間.雙回路獨立控制策略難以發揮耦合雙循環系統COP提升的潛力,因此不適用于耦合雙循環冰箱.

2.2 溫度及耦合運行控制

普通冰箱壓縮機的開停機僅受間室溫度控制,因此控制結果只能體現對間室溫度的控制.根據雙位調節溫度等振幅振蕩原理,本文提出了一種溫度界限受壓縮機運行狀況影響的溫度變振幅振蕩控制方式,即溫度及耦合運行控制策略(temperature and coupling running combination control scheme, T&C control scheme),解決了常規控制策略難以保證系統耦合運行的問題.具體控制原理如下：

圖4 冷凍室優先的溫度及耦合運行控制策略示意圖Fig.4 Schematic of T&C control scheme with freezer compartment prior to refrigerator compartment

1)確定冷藏室和冷凍室溫度控制優先級,優先間室溫控精度高,采用普通的雙位調節控制,次級間室溫控精度較低,控制上在雙位調節溫度界限參數基礎上引入溫度偏移參數(temperature excursion parameters, TEPs).以冷凍室為優先間室,冷藏室為次級間室為例說明,此時控制策略示意圖如圖4所示,圖中ΔθE1、ΔθE2、ΔθE3、ΔθE4均為溫度偏移參數.

2)對于冷凍室,當θF≥θFmax時,冷凍壓縮機開機,當θF≤θFmin,冷凍壓縮機停機,如此循環；

3)對于冷藏室,室內溫度θR,根據冷凍壓縮機的開停情況,冷藏室的實際開停機溫度略有不同：

當冷凍壓縮機停機時,冷藏室開停機溫度θRmax和θRmin分別加上溫度偏移參數ΔθE1和ΔθE2,此時冷藏室實際開機溫度為θRmax+ΔθE1,實際停機溫度為θRmin+ΔθE2.當θR≥θRmax+ΔθE1時,冷藏壓縮機開機,當θR≤θRmin+ΔθE2時,冷藏壓縮機停機；

當冷凍壓縮機開機時,冷藏室開停機溫度θRmax和θRmin分別減去溫度偏移參數ΔθE3和ΔθE4,此時冷藏室實際開機溫度為θRmax-ΔθE3,實際停機溫度為θRmin-ΔθE4.當θR≥θRmax-ΔθE3時,冷藏壓縮機開機,當θR≤θRmin-ΔθE4時,冷藏壓縮機停機.

通過引入溫度偏移參數,使控制器在接收優先間室壓縮機的開停信號后,能夠對次級間室壓縮機開停機范圍進行局部微調,從而延長系統耦合運行時間,縮短單獨運行時間.耦合控制策略下次級間室壓縮機開停切換時的轉折溫度是變化的,導致次級間室溫度振蕩的振幅不斷變化,因此降低了次級間室的溫控精度.溫度偏移參數的取值決定了次級間室的溫控精度和系統的耦合效果,考慮到冰箱的使用要求,取值在0.5 ℃及以下時就能達到較好的耦合運行控制效果,且能滿足冰箱的使用要求.

通過計算模型模擬溫度及耦合運行控制策略下間室溫度與壓縮機功率隨時間變化的規律,溫度偏移參數ΔθE1、ΔθE2、ΔθE3、ΔθE4均取0.5 ℃.冷凍室優先和冷藏室優先的2種方案的模擬結果分別如圖5和6所示.

圖5 冷凍室優先的溫度及耦合運行控制策略模擬運行曲線Fig.5 Simulation results of T&C control scheme with freezer compartment prior to refrigerator compartment

圖6 冷藏室優先的溫度及耦合運行控制方案模擬運行曲線Fig.6 Simulation results of T&C control scheme with refrigerator compartment prior to freezer compartment

由圖5和6可知,無論是冷凍室優先控制還是冷藏室優先控制,系統快速地進入并穩定在耦合運行狀態,耦合控制效果明顯優于雙回路獨立控制策略.耦合控制策略能最大限度的發揮耦合雙循環系統的節能潛力,但是不可避免地使次級間室的溫度波動變得紊亂,溫控精度降低.

2.3 控制策略評價

2.3.1 耦合控制評價 本文利用耦合利用率評價控制策略的耦合控制效果,在定義耦合利用率前,對一些相關概念進行說明.在給定的環境溫度和間室平均溫度條件下,冰箱的工作時間百分率[12]為

(2)

式中:R為工作時間百分率；td為一定整數控制周期內的運行時間；tD為一定整數控制周期的總時間.對于耦合雙循環冰箱,有冷藏工作時間百分率RR、冷凍工作時間百分率RF和耦合工作時間百分率RC.據此,定義耦合雙循環系統的耦合利用率為

(3)

式中:ηC為耦合利用率；Rmin為冷藏工作時間百分率RR和冷凍工作時間百分率RF中較小者.

不同控制方案下冰箱穩定運行時的運行情況統計如表1所示.

表1 3種控制方案的運行時間百分比

由表1可知,與方案A相比,在方案B、C控制下的耦合利用率達100 %,有利于發揮系統COP提升的潛力；方案B延長了5 %的冷藏工作時間,有利于延長耦合運行時間,且可以減少冷藏壓縮機開機次數,在一定程度上避免壓縮機頻繁啟動；方案C減少了3 %的冷凍壓縮機開機時間,由于冷凍壓縮機的功率在冰箱運行時占很大比例,因此有利于減少冰箱的整體運行功耗.

2.3.2 溫度控制評價 在溫度及耦合運行控制策略下,次級間室的上下溫度界限由于溫度偏移參數的引入而不斷變化,導致溫度振蕩中心偏離設定溫度.當冰箱運行穩定時,3種控制方案下冷藏室和冷凍室溫度的振蕩情況如圖7所示.

圖7 間室溫度的模擬運行曲線Fig.7 Simulation results of compartment temperatures

由圖7中可以看出,方案B中冷藏室和方案C冷凍室的溫度振蕩中心明顯偏離設定溫度,但在冰箱穩定運行時,溫度振蕩的振幅變化很小,接近于等振幅振蕩,因此振蕩中心基本穩定.這種溫度波動方式有利于后期通過修正溫度偏移參數和設定溫度值提高間室的溫控精度.

本文以間室溫度偏差值評價控制方案的溫控精度,計算方法為

Δθ=θm-θset.

(4)

式中:Δθ為溫度偏差值,θset為設定箱內溫度,θm為箱內平均溫度,即為一個完整控制周期內各個最高溫度與最低溫度的算術平均值.在冰箱穩定運行時,不同控制方案的間室溫度情況如表2所示.

表2 3種控制方案的間室溫度偏差

由表2知,方案A中2個間室的平均溫度十分接近設定溫度,溫控精度高.方案B和方案C只能保證優先間室的溫控精度,為了提升耦合控制效果而降低了次級控制間室的溫控精度.次級間室的溫控精度降低0.5 ℃左右,考慮到冰箱實際使用環境的復雜性以及冰箱感溫探頭的精度,這樣的溫控精度可以接受.

3 最優溫度偏移參數

溫度偏移參數的取值決定了次級間室的溫控精度和系統的耦合效果.為了確定最優的參數組合,在冷凍室優先和冷藏室優先2種方案下選擇了3種溫度偏移參數的設定方式分別進行模擬計算,控制方案的設定方式見表3,表中：溫度偏移定值Δθe分別取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 ℃.模擬計算結果如圖8和9所示.

表3 溫度及耦合運行控制策略的6種具體控制方式

圖8 溫度偏移參數對耦合利用率的影響Fig.8 Effect of TEPs on coupling utilization ratio

圖9 溫度偏移參數對次級間室溫度偏差值的影響Fig.9 Effect of TEPs on temperature deviation of secondary compartment

由圖8和9可以看出,隨著偏移值Δθe的增大,系統的耦合控制效果逐漸增強,但次級間室的平均溫度逐漸偏離設定溫度.大多數控制方案能保證耦合利用率在80 %以上,偏移值Δθe取值在0.3～0.5 ℃時甚至能達到90 %以上.但是對于絕大多數控制方案,只有偏移值Δθe取值在0.1～0.2 ℃之間時才能保證次級間室溫度偏差值Δθ在0.1 ℃以內.

方案B2在偏移值Δθe取0.3～0.5 ℃時,能夠實現90%以上耦合利用率,且溫度偏差值在0.1 ℃內,能夠兼顧系統的耦合控制和間室的溫度控制,控制效果優異.

4 控制策略實驗研究

4.1 常規控制策略對比實驗

為驗證本文提出控制策略的有效性,取溫度偏移值Δθe=0.5 ℃,將方案B2應用到冰箱樣機中進行實驗測試,與雙回路獨立控制策略進行對比.實驗室環境溫度設為25 ℃,冷藏室和冷凍室的設定溫度分別為5 ℃和-18 ℃,間室保持空箱,即不放置冰箱試驗包.冰箱樣機穩定運行時,2種控制策略在一個化霜周期內的運行曲線分別如圖10和11所示.

圖10 雙回路獨立控制下溫度和功率變化曲線Fig.10 Temperature and power curves under dual-loop independent control scheme

圖11 溫度及耦合運行控制下溫度和功率變化曲線Fig.11 Temperature and power curves under T&C control scheme

由圖10中可以看出,在雙回路獨立控制策略下,冷藏、冷凍壓縮機開停機的關聯性不強,系統的耦合效果不佳.由圖11中可以看出,溫度及耦合運行控制策略則最大限度地保證了冷藏、冷凍壓縮機的耦合運行,2個壓縮機開停機規律性強,即使存在化霜過程的干擾,耦合控制策略依然能快速進入耦合運行狀態.為了比較控制策略的節能效果,不考慮風機、化霜加熱管等的功耗,將圖10和11中一個化霜周期內的壓縮機的耗電轉換成冰箱日耗電量E進行比較.2種控制策略的具體對比數據如表4所示.

由表4可以看出,在溫度控制方面,溫度及耦合控制策略的溫控精度與獨立控制策略相當,并沒有明顯削弱冰箱間室的溫控精度.在耦合控制方面,溫度及耦合運行控制策略的控制效果顯著優于獨立控制策略.在節能效果方面,冰箱在耦合控制策略下的耗電量僅有些許降低,這是由于樣機的優化尚未完成,系統未能充分發揮耦合作用的節能潛力.

表4 2種控制策略的控制效果比較

4.2 變工況實驗研究

冰箱使用的環境條件和用戶使用條件是變化的,為了研究溫度及耦合運行控制策略在變工況條件下的控制效果,開展了下列實驗：

1)變環境溫度：θext在22～38 ℃間變化,間室設定溫度θRset=5 ℃,θFset=-18 ℃,保持各間室空箱,即不放置冰箱試驗包；

2)變間室設定溫度θRset在2～8 ℃間變化,θFset在-22～-16 ℃間變化,環境溫度θext=25 ℃,保持各間室空箱；

3)變間室儲物量：冷藏室和冷凍室內放置的試驗包質量mR和mF在0～50 kg間變化,環境溫度θext=25 ℃,間室設定溫度θRset=5 ℃,θFset=-18 ℃,布置的熱電偶測量間室內空氣的溫度.

冰箱樣機穩定運行時一個化霜周期內的變工況實驗結果統計見表5～8：其中,表6中冷凍室設定溫度θFset=-18 ℃,表7中,冷藏室設定溫度θRset=5 ℃.

表5 變環境溫度下的控制效果

Tab.5 Control effect under varied environment temperature

θext/℃ηC/%θRm/℃θFm/℃221005.16-18.05251005.14-18.302885.365.29-18.263281.496.47-17.443574.765.38-18.963895.457.70-18.70

表6 變冷藏室設定溫度下的控制效果

Tab.6 Control effect under varied refrigerator compartment’s setting temperature

θRset/℃ηC/%θRm/℃θFm/℃21002.02-18.6531002.98-18.5251005.14-18.3061005.13-19.75761.117.29-18.3081008.96-17.79

表7 變冷凍室設定溫度下的控制效果

Tab.7 Control effect under varied freezer compartment’s setting temperature

θFset/℃ηC/%θRm/℃θFm/℃-161005.04-16.34-181005.14-18.30-201005.23-20.49-2287.075.43-22.13

表8 變間室儲物量下的控制效果

Tab.8 Control effect under varied compartment’s storage quantity

mF/kgmR/kgηC/%θRm/℃θFm/℃001005.14-18.3002087.514.94-18.3304094.735.39-18.2122098.285.41-18.7022201005.20-18.7322401005.03-18.545001005.07-17.9550201005.23-18.9650401005.63-19.02

4.3 實驗結果分析

4.3.1 溫度控制分析 由表5～8中可知,冷藏室和冷凍室的平均溫度均在不同程度上偏離了設定溫度,冷凍室普遍偏離設定溫度超過0.5 ℃,冷藏室基本偏離在0.5 ℃以內.主要原因是控制系統與新設備之間匹配不佳,后續需要對控制策略的細節進行優化,從硬件或者程序上調試參數,使間室溫度控制得更加精確.

銅-康銅熱電偶的測溫精度為±0.5 ℃,普通冰箱的溫控精度通常也在±0.5 ℃左右,存在一定測量誤差.溫度及耦合運行控制策略理論上所能引起的最大偏差為0.5 ℃,與模擬分析不同,實驗測試不能具體量化由于引入溫度偏移參數而引起的間室溫度偏差,只能從最終測試結果上反映控制策略能否滿足冰箱的溫控要求.從初步實驗測試結果看,溫度控制基本合理,通過后續優化后可以保證冰箱的使用要求.

4.3.2 耦合控制分析 表5～8的實驗測試數據充分體現了溫度及耦合運行控制策略在系統耦合運行控制方面的顯著效果,絕大多數工況下系統的耦合利用率在85%以上.但是存在部分工況,如表6中θRset=7 ℃,θFset=-18 ℃時,耦合利用率明顯低于其他工況,僅有61%.因此,控制策略并不能保證所有工況下的耦合控制效果,在個別工況下的耦合控制效果可能不顯著,但仍優于雙回路獨立控制策略.

由于冷藏室溫度控制要求的限制,冷藏壓縮機不可能完全與冷凍壓縮機耦合匹配.冷藏室設定溫度分別為6、7、8 ℃時的功率變化曲線如圖12所示,存在3種耦合匹配狀態.

圖12 3種冷藏室設定溫度下的功率曲線Fig.12 Power curves under different refrigerator compartment setting temperature

1)當θRset=6 ℃時,冷藏壓縮機停機時間較短,可以實現冷藏壓縮機開機區間和每個冷凍壓縮機開機區間的耦合匹配.

2)當θRset=8 ℃時,冷藏壓縮機停機時間較長,可以實現冷藏壓縮機開機區間和每間隔一個冷凍壓縮機開機區間的耦合匹配.

3)當θRset=7 ℃時,冷藏壓縮機停機時間在上述2種情況之間,就會出現冷藏壓縮機開機區間難以匹配到冷凍壓縮機開機區間的情況,使耦合利用率偏低.

雙位調節的溫度界限參數θmax和θmin決定了壓縮機開停區間的大致范圍,而溫度偏移參數ΔθE1、ΔθE2、ΔθE3、ΔθE4則決定了在大致范圍內進行局部微調的范圍.為了保證溫控精度,偏移參數取值不能過大,因此控制策略進行局部微調的范圍有所限制.如果冷藏、冷凍壓縮機開停區間的耦合性原本就很差,就不能通過局部微調實現優異的耦合控制效果.

在實驗測試時,控制策略僅設定了上偏移參數,ΔθE1=ΔθE2=0.5 ℃,下偏移參數ΔθE3=ΔθE4=0,調節范圍小.為了使控制策略在變工況下的耦合控制適應性增強,可同時設定上下偏移參數,適當拓寬局部微調的范圍.

5 結 論

本文分析了普通雙壓縮機冰箱的雙回路獨立控制的控制策略,并在此基礎上提出了一種溫度及耦合運行控制策略,實現了間室溫度及系統耦合運行的協同控制.通過模擬計算和實驗測試,本文提出的控制策略具有如下特征：

1)按照冷凍室優先控制,溫度偏移參數取ΔθE1=ΔθE2=0.5 ℃,ΔθE3=ΔθE4=0的設定方式是一種溫控精度和耦合控制效果相對較好的控制方案.

2)在冰箱穩定運行時,優先間室的溫控精度可以保證,但次級間室溫度呈變振幅振蕩波動,溫控精度降低,考慮到溫度偏移參數取值與冰箱感溫探頭精度相當,且冰箱的使用條件復雜,整體溫控精度足以保證冰箱的使用要求.

3)控制策略的耦合控制效果明顯優于常規控制策略,在變工況條件下基本能保證耦合利用率在85%以上,具有一定變工況的適應性.但是由于調節范圍的局限性,存在極少數工況下控制效果欠佳.

同時設定上下偏移參數可拓寬調節范圍,在未來的工作中,將進一步對多組同時設定上下溫度偏移參數的控制方式進行分析研究,以獲得變工況適應性更強的參數設定方式.同時從硬件或程序對冰箱樣機的溫控參數進行調試,以進一步提高間室溫控精度.

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Temperature and coupling running combination control scheme of dual-loop coupled refrigerator/freezer

HE Wan-ji1,2, SHEN Yan1,2, CHEN Guang-ming1,2, HAN Bin-bin3, TANG Li-ming1,2

(1.InstituteofRefrigerationandCryogenics,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China; 2.KeyLaboratoryofRefrigerationandCryogenicTechnologyofZhejiangProvince,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;3.HangzhouHuariRefrigeratorCo.,Ltd.,Hangzhou310027,China)

A temperature and coupling running combination control scheme was proposed aiming at the problem that existing control schemes of refrigerator/freezers (RFs) are based only on compartment temperature and are difficult to ensure the coupling running control of dual-loop coupled RF. The temperature excursion parameters (TEPs) were introduced into two-position control scheme’s upper and lower temperature limits, and synergy control between compartment temperature and coupling running of RF system were achieved. A series of numerical simulations were conducted in order to analyze the control effects of the new control scheme with different TEPs, and the optimum TEPs were obtained as results. The optimum TEPs were applied to a RF prototype, and comparison experiments with ordinary control scheme and experimental tests under variable working conditions were conducted The experimental results verified that the new control scheme was effective and adaptable. The coupling effect of the new control scheme is superior to the ordinary scheme at 25 ℃ ambient temperature. Even in variable working conditions, generally more than 85 % of coupling utilization ratio can be obtained, and compartments’ temperatures are maintained in a reasonable ranges.

refrigerator/freezer; control scheme; dual-loop; coupling process

2016-02-22.

浙江省重大科技專項重大工業資助項目(2014NM007).

何萬基(1991—),男,碩士生,從事冰箱制冷技術研究. ORCID: 0000-0001-5712-8986. E-mail: howanji@zju.edu.cn

唐黎明,男,教授, ORCID: 0000-0001-5111-9763. E-mail: lmtang@zju.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.08.014

TB 657.4

A

1008-973X(2016)08-1521-08

浙江大學學報(工學版)網址： www.journals.zju.edu.cn/eng