CN113432336A - 一种喷气增焓空气源热泵***及动态排气过热度控制方法 - Google Patents

一种喷气增焓空气源热泵***及动态排气过热度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷气增焓空气源热泵***及动态排气过热度控制方法，喷气增焓空气源热泵***，包括水侧换热器及环境温度获取装置，所述水侧换热器的出水口处设置有出水温度探头；通过所述出水温度探头获取出水温度，通过所述环境温度获取装置获取环境温度。本发明的有益效果是：通过对***排气过热度的动态控制方式，实现超低温空气源热泵***在不同环温和水温工况下的能效最优。

Description

一种喷气增焓空气源热泵***及动态排气过热度控制方法
技术领域
本发明涉及排气过热度控制技术领域，更具体地说，涉及一种喷气增焓空 气源热泵***及动态排气过热度控制方法。
背景技术
在我国北方地区冬季室外气温低，传统的空气源热泵较难适应室外环境低 温工况，其主要原因是空气源热泵在室外环境低温工况下工作时会因压缩机排 气温度过高而影响其正常运行。尤其当环境温度低于0℃时，压缩机排气温度 甚至高于130℃，压缩机排气温度过高将使润滑油变稀，润滑条件恶化，甚至 引起润滑油的碳化和出现拉缸等现象。因此，普通空气源热泵在低于0℃时 无法正常运行。
为了提高空气源热泵的制热效率，并解决由于室外环境温度过低导致传统 空气源热泵出现高压缩比及高排气温度的问题，提出了喷气增焓技术。喷气增 焓技术采用了经济器循环设计，通过准二级压缩中间冷却的原理，解决了高压 缩比及高排气温度的问题，使得空气源热泵在室外环境最低温度-25℃的工况 下仍能正常运转。喷气增焓技术的控制核心是通过调节压缩机喷气口的制冷剂 流量，将压缩机的排气温度稳定在理想的目标范围内，从而提高***运行的稳 定性及综合能效。
现有技术的排气温度理论公式为：排气温度＝排气过热度+饱和冷凝 温度(根据高压压力换算得出)。
由于***高压压力与出水温度的线性关系一致，因此饱和冷凝温度可以由 出水温度代替进行排气温度换算；
因此以上公式可以等效于：排气温度＝排气过热度+出水温度；
现有方案以【制热温差】代替排气过热度，【制热温差】为可调节参数， 默认35℃。此时控制方案实现的是随着出水温度不断变化，排气温度亦不断 变化，从而确保***在不同工况下的稳定运行。
但是随着对超低温空气源热泵***研究的不断深入，发现在不同工况下控 制相同的排气过热度，无法最大程度上发挥***能效，即排气过热度应当是跟 随运行工况的变化而不断变化，如此方能实现各个工况下的***能效最大化。
发明内容
本发明提供了一种喷气增焓空气源热泵***及动态排气过热度控制方法， 能够解决现有技术中在不同工况下控制相同的排气过热度，无法最大程度上发 挥***能效，即排气过热度并非是跟随运行工况的变化而不断变化的问题。
为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种喷气增焓空气源热泵***， 包括水侧换热器及环境温度获取装置，所述水侧换热器的出水口处设置有出水 温度探头；
通过所述出水温度探头获取出水温度，通过所述环境温度获取装置获取环 境温度。
还包括压缩机、四通阀、风测换热器、经济器及储液器；
所述水侧换热器的氟入口连接至所述四通阀的第一油口，所述四通阀的第 二油口连接至所述风侧换热器的一端，所述风侧换热器的另一端连接至所述经 济器的第一接口及第二接口，所述经济器的第三接口连接至储液器的一端，所 述储液器的另一端连接至所述水侧换热器的氟入口，所述压缩机的接口连接至 所述经济器的第四接口，所述压缩机的吸气口及排气口分别连接至所述四通阀 的第三油口及第四油口。
还包括吸气压力探头、低压开关、气液分离器及吸气温度探头；
所述气液分离器的一端连接于所述压缩机的吸气口，所述气液分离器的另 一端连接于所述四通阀的第三油口，所述吸气压力探头及所述低压开关连接于 所述压缩机的吸气口及所述气液分离器之间，所述吸气温度探头连接于所述四 通阀的第三油口及所述气液分离器之间。
还包括连接于所述压缩机的排气口及所述四通阀的第四油口之间的排气 温度探头及高压开关。
还包括翅片温度探头、干燥过滤器、主路电子膨胀阀及辅路电子膨胀阀；
所述风侧换热器的另一端连接至所述干燥过滤器的一端，所述翅片温度探 头连接于所述风侧换热器及所述干燥过滤器之间，所述干燥过滤器的另一端连 接至所述主路电子膨胀阀的一端，所述主路电子膨胀阀的另一端连接至所述辅 路电子膨胀阀的一端及所述经济器的第一接口，所述辅路电子膨胀阀的另一端 连接至所述经济器的第二接口。
第二方面，提供一种动态排气过热度控制方法，采用如上所述的喷气增焓 空气源热泵***实现，所述动态排气过热度控制方法包括：
通过所述出水温度探头获取出水温度，通过所述环境温度获取装置获取环 境温度；
依据所述环境温度获取动态的排气过热度；
依据所述出水温度及所述排气过热度获取并修正排气温度。
所述依据所述环境温度获取动态的排气过热度，包括：
y＝Ax2+Bx+C
其中，y为所述排气过热度，x为所述环境温度，A、B、C为预设的参数。
所述依据所述环境温度获取动态的排气过热度，还包括：
设置所述环境温度的范围；
判断所获取的环境温度是否处于所述范围之外；
若所获取的环境温度未处于所述范围之外，则依据所获取的环境温度获取 所述排气过热度；
若所获取的环境温度处于所述范围之外，则继续判断所获取的环境温度大 于所述范围的上限值或者所获取的环境温度小于所述范围的下限值；
若所获取的环境温度大于所述范围的上限值，则依据所述上限值获取所述 排气过热度；
若所获取的环境温度小于所述范围的下限值，则依据所述下限值获取所述 排气过热度。
所述依据所述出水温度及所述排气过热度获取并修正排气温度，包括：
判断所述出水温度是否小于预设的温度阈值；
若否，则
z＝y+D+F
其中，z为所述排气温度，D为所述出水温度，F为预设的修正式；
若是，则
z＝y+D。
所述修正式为：
F＝(D-G)×H/I
其中，G为所述预设的温度阈值，H/I表示出水温度每变化I摄氏度，则产 生H摄氏度的修正。
本发明的有益效果是：
通过对***排气过热度的动态控制方式，实现超低温空气源热泵***在不 同环温和水温工况下的能效最优。超低温空气源热泵***的喷气增焓控制由传 统的固定排气过热度控制方式升级为动态排气过热度控制方式，从而有效的提 升了机组制热能力与综合能效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种喷气增焓空气源热泵***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长 度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水 平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理 解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限 定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。 在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的 限定。
在本发明中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本发明 中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更 具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。 在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技 术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其 它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本 发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合 本发明所公开的原理和特征的最广范围相一致。
请参阅图1，图1是本发明提供的一种喷气增焓空气源热泵***的结构示 意图，本发明提供的喷气增焓空气源热泵***包括水侧换热器3、环境温度获 取装置(图未示)、压缩机1、四通阀2、风侧换热器9、经济器5、储液器4、 吸气压力探头17、低压开关18、气液分离器10、吸气温度探头16、排气温度 探头11、高压开关12、翅片温度探头15、干燥过滤器8、主路电子膨胀阀6 及辅路电子膨胀阀7。
本实施例中，喷气增焓空气源热泵***又被称为经济器5(或称闪蒸器、 中间冷却器)***，循环示意图见图1。其流程为：高温、高压的制冷剂气体经 过水侧换热器3进行冷凝冷却，并将冷凝放出的热量传递给末端循环水，吸热 升温的循环水用于供暖。冷凝后的制冷剂回路分为两路：主回路为制冷回路， 辅助回路为喷气回路。图1中，制热时制冷剂流动按实线箭头，制冷时制冷剂 流动按虚线箭头，四通阀2失电时制冷剂按制冷水工况方向流动。
所述水侧换热器3的出水口处设置有出水温度探头14；通过所述出水温 度探头14获取出水温度，通过所述环境温度获取装置(图未示)获取环境温 度，显然的，环境温度获取装置设置于喷气增焓空气源热泵***所处的环境中。 所述水侧换热器3的氟入口连接至所述四通阀2的第一油口，所述四通阀2 的第二油口连接至所述风侧换热器9的一端，所述风侧换热器9的另一端连接 至所述经济器5的第一接口及第二接口，所述经济器5的第三接口连接至储液 器4的一端，所述储液器4的另一端连接至所述水侧换热器3的氟出口，所述压缩机1的接口连接至所述经济器5的第四接口，所述压缩机1的吸气口及排 气口分别连接至所述四通阀2的第三油口及第四油口。所述气液分离器10的 一端连接于所述压缩机1的吸气口，所述气液分离器10的另一端连接于所述 四通阀2的第三油口，所述吸气压力探头17及所述低压开关18连接于所述压 缩机1的吸气口及所述气液分离器10之间，所述吸气温度探头16连接于所述 四通阀2的第三油口及所述气液分离器10之间。排气温度探头11及高压开关 12连接于所述压缩机1的排气口及所述四通阀2的第四油口之间。所述风侧 换热器9的另一端连接至所述干燥过滤器8的一端，所述翅片温度探头15连 接于所述风侧换热器9及所述干燥过滤器8之间，所述干燥过滤器8的另一端 连接至所述主路电子膨胀阀6的一端，所述主路电子膨胀阀6的另一端连接至 所述辅路电子膨胀阀7的一端及所述经济器5的第一接口，所述辅路电子膨胀 阀7的另一端连接至所述经济器5的第二接口。
本实施例中，辅助回路中的制冷剂液体经过辅路电子膨胀阀7降压到一定 中间压力后变为中压气、液混合物并与来自主回路的温度较高的制冷剂液体在 经济器5中发生热交换，辅助回路的制冷剂液体吸收热量变为气体，通过压缩 机1的辅助进气口补入压缩机1工作腔；同时，主回路的制冷剂得到过冷却， 这部分过冷的制冷剂经过主路电子膨胀阀6后进入风侧换热器9。
在风侧换热器9中，主回路的制冷剂吸收低温环境中的热量而变为低压气 体进入压缩机1吸气腔，经过一段内压缩后，主、辅回路的制冷剂在压缩机1 工作腔中混合，然后随着工作腔的转动这两部分制冷剂边压缩边混合直至混合 过程结束，混合后的制冷剂经压缩机1进一步压缩后排出压缩机1至此，形成 一个完整的封闭循环。
喷气增焓压缩机1采用两级节流中间喷气技术，采用经济器5进行气液分 离，实现增焓效果。它通过中低压时边压缩边喷气混合冷却，然后高压时正常 压缩，提高压缩机1排气量，达到低温环境下提升制热能力的目的。
以上各个部件的功能描述如下表：
Figure BDA0003039050710000081
Figure BDA0003039050710000091
Figure BDA0003039050710000101
本案提供的一种动态排气过热度控制方法，采用如上所述的喷气增焓空气 源热泵***实现，所述动态排气过热度控制方法包括步骤S1-S3：
S1、通过所述出水温度探头14获取出水温度，通过所述环境温度获取装 置获取环境温度；
S2、依据所述环境温度获取动态的排气过热度；步骤S2包括步骤S21-S27：
S21、按照下式计算排气过热度：
y＝Ax2+Bx+C
其中，y为所述排气过热度，x为所述环境温度，A、B、C为预设的参数。
本实施例中，现有技术的排气温度理论公式：排气温度＝排气过热度+饱 和冷凝温度(根据高压压力换算得出)。
由于***高压压力与出水温度的线性关系一致，因此饱和冷凝温度可以由 出水温度代替进行排气温度换算；
因此以上理论公式可以等效于：排气温度＝排气过热度+出水温度；
一般认为压缩机1排气过热度值是稳定不变的，但随着对超低温空气源热 泵***研究的不断深入，发现在不同工况下控制相同的排气过热度，无法最大 程度上发挥***能效，即排气过热度应当是跟随运行工况的变化而不断变化， 如此方能实现各个工况下的***能效最大化。实践证明对喷气增焓***的辅助 回路进行流量控制，可以有效控制压缩机1排气过热度在理想范围内，因此动 态排气过热度的控制方案成为提高***各个工况下综合能效的关键要素。
根据上述公式：排气温度＝排气过热度+出水温度，将排气过热度值定义 为“y”，通过大量实验的数据积累与统计，得出结论：“y值”随环境温度的 变化有以上函数关系。A、B、C分别是可调参数，默认A＝0.01、B＝-0.75、C＝40， A、B、C根据机组配置不同进行参数调整。
S22、设置所述环境温度的范围。
本实施例中，环境温度计算时向下取整运算，范围是-30℃至17℃。
S23、判断所获取的环境温度是否处于所述范围之外；
S24、若所获取的环境温度未处于所述范围之外，则依据所获取的环境温 度获取所述排气过热度；
S25、若所获取的环境温度处于所述范围之外，则继续判断所获取的环境 温度大于所述范围的上限值或者所获取的环境温度小于所述范围的下限值；
S26、若所获取的环境温度大于所述范围的上限值，则依据所述上限值获 取所述排气过热度；
S27、若所获取的环境温度小于所述范围的下限值，则依据所述下限值获 取所述排气过热度。
本实施例中，环境温度低于-30℃按-30℃计算，高于17℃按17℃计算。
S3、依据所述出水温度及所述排气过热度获取并修正排气温度。步骤S3 包括步骤S31-S33：
S31、判断所述出水温度是否小于预设的温度阈值；
本实施例中，温度阈值设置为30℃。
S32、若否，则
z＝y+D+F
其中，z为所述排气温度，D为所述出水温度，F为预设的修正式；其中， 所述修正式为：
F＝(D-G)×H/I
其中，G为所述预设的温度阈值，H/I表示出水温度每变化I摄氏度，则产 生H摄氏度的修正。
本实施例中，当出水温度≥30℃时，排气温度＝Y+出水温度+(出水温度 -30)*2/5，其中“2/5”表示出水温度每变化5度，则产生2度的修正。
S33、若是，则
z＝y+D。
本实施例中，当出水温度＜30℃时，排气温度＝Y+出水温度；排气温度目 标上限值为116.0℃。
由此，通过排气过热度控制方式为动态控制，实现动态排气过热度控制逻 辑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷气增焓空气源热泵***，其特征在于，包括水侧换热器及环境温度获取装置，所述水侧换热器的出水口处设置有出水温度探头；
通过所述出水温度探头获取出水温度，通过所述环境温度获取装置获取环境温度。
2.根据权利要求1所述的喷气增焓空气源热泵***，其特征在于，还包括压缩机、四通阀、风测换热器、经济器及储液器；
所述水侧换热器的氟入口连接至所述四通阀的第一油口，所述四通阀的第二油口连接至所述风侧换热器的一端，所述风侧换热器的另一端连接至所述经济器的第一接口及第二接口，所述经济器的第三接口连接至储液器的一端，所述储液器的另一端连接至所述水侧换热器的氟出口，所述压缩机的接口连接至所述经济器的第四接口，所述压缩机的吸气口及排气口分别连接至所述四通阀的第三油口及第四油口。
3.根据权利要求2所述的喷气增焓空气源热泵***，其特征在于，还包括吸气压力探头、低压开关、气液分离器及吸气温度探头；
所述气液分离器的一端连接于所述压缩机的吸气口，所述气液分离器的另一端连接于所述四通阀的第三油口，所述吸气压力探头及所述低压开关连接于所述压缩机的吸气口及所述气液分离器之间，所述吸气温度探头连接于所述四通阀的第三油口及所述气液分离器之间。
4.根据权利要求2所述的喷气增焓空气源热泵***，其特征在于，还包括连接于所述压缩机的排气口及所述四通阀的第四油口之间的排气温度探头及高压开关。
5.根据权利要求2所述的喷气增焓空气源热泵***，其特征在于，还包括翅片温度探头、干燥过滤器、主路电子膨胀阀及辅路电子膨胀阀；
所述风侧换热器的另一端连接至所述干燥过滤器的一端，所述翅片温度探头连接于所述风侧换热器及所述干燥过滤器之间，所述干燥过滤器的另一端连接至所述主路电子膨胀阀的一端，所述主路电子膨胀阀的另一端连接至所述辅路电子膨胀阀的一端及所述经济器的第一接口，所述辅路电子膨胀阀的另一端连接至所述经济器的第二接口。
6.一种动态排气过热度控制方法，采用如权利要求1所述的喷气增焓空气源热泵***实现，其特征在于，所述动态排气过热度控制方法包括：
通过出水温度探头获取出水温度，通过环境温度获取装置获取环境温度；
依据所述环境温度获取动态的排气过热度；
依据所述出水温度及所述排气过热度获取并修正排气温度。
7.根据权利要求6所述的动态排气过热度控制方法，其特征在于，所述依据所述环境温度获取动态的排气过热度，包括：
y＝Ax2+Bx+C
其中，y为所述排气过热度，x为所述环境温度，A、B、C为预设的参数。
8.根据权利要求7所述的动态排气过热度控制方法，其特征在于，所述依据所述环境温度获取动态的排气过热度，还包括：
设置所述环境温度的范围；
判断所获取的环境温度是否处于所述范围之外；
若所获取的环境温度未处于所述范围之外，则依据所获取的环境温度获取所述排气过热度；
若所获取的环境温度处于所述范围之外，则继续判断所获取的环境温度大于所述范围的上限值或者所获取的环境温度小于所述范围的下限值；
若所获取的环境温度大于所述范围的上限值，则依据所述上限值获取所述排气过热度；
若所获取的环境温度小于所述范围的下限值，则依据所述下限值获取所述排气过热度。
9.根据权利要求7所述的动态排气过热度控制方法，其特征在于，所述依据所述出水温度及所述排气过热度获取并修正排气温度，包括：
判断所述出水温度是否小于预设的温度阈值；
若否，则
z＝y+D+F
其中，z为所述排气温度，D为所述出水温度，F为预设的修正式；
若是，则
z＝y+D。
10.根据权利要求9所述的动态排气过热度控制方法，其特征在于，所述修正式为：
F＝(D-G)×H/I
其中，G为所述预设的温度阈值，H/I表示出水温度每变化I摄氏度，则产生H摄氏度的修正。
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