CN117029304A - 一种空调热泵***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调热泵***及其控制方法，所述***包括有设置在第二增焓补气管上的卸载阀，在经济器的第一输出端与第二换热器的输入端之间的管道上设置有联通至经济器第二输入端的第三增焓补气管，在所述第三增焓补气管上设置有增焓膨胀阀。本发明与传统技术相比，能够在增焓电子膨胀阀在最小开度下仍能继续降低***补气量，达成降低机组功率的效果。

Description

一种空调热泵***及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调***负荷调整器件技术领域，更具体地，涉及一种空调热泵***及其控制方法。
背景技术
目前国内制造的低温空气源热泵会使用补气增焓压缩机，在低环境温度条件下，会开启增焓回路，通过增焓回路进行压缩机补气量提升，同时提升机组能效水平。在部分符合运转条件下或低频运转状态下，***不需过大的增焓补气量，通常情况下，热泵厂家会选择开启与不开启增焓两种，在开启状态下，***增焓电子膨胀阀会关闭至最小开度，即便如此，***补气量仍超出***需求。此时***制热能力有超出用户需求的情况，同时机组功率会由于增焓阀的开启而升高，从而增加用户耗电量。
现有技术公开了一种双缸变容压缩机***、变容增焓***及控制方法，该***设置有第一控制阀组件来控制双缸变容压缩机的变容口与排气口的连通或变容口与吸气口的连通，实现双缸变容压缩机在单缸运行和双缸运行之间的切换；同时在压缩机的变容口处设有变容罐，变容罐对回流到压缩机变容口所连接的管路上的气态冷媒进行气液分离，防止液态冷媒进入压缩机中发生相变。该方案的缺陷是：利用压缩机排气或回气出口的冷媒与增焓口进行连接，相当于冷媒是在压缩机内部循环从而达到卸载的目的，而并没有解决增焓电子膨胀阀最小开度时***补气量仍超出***需求的问题。
为此，结合以上需求和现有技术的缺陷，本申请提出了一种空调热泵***及其控制方法。
发明内容
本发明提供了一种空调热泵***及其控制方法，能够对传统补气增焓控制逻辑进行调整，使得增焓电子膨胀阀在最小开度下仍能继续降低***补气量，达成降低机组功率的效果，实现能力容量的进一步下调。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明第一方面提供了一种空调热泵***，所述空调热泵***包括有：压缩机、经济器、气液分离器、第一换热器、第二换热器和四通阀；所述压缩机的第一输出口连接至四通阀的第一输入口，所述四通阀的第一输出口连接至第一换热器的输入口，经第一换热器的输出口连接至经济器的第一输入端，经济器的第一输出端通过管道连接至第二换热器的输入端，在所述管道上设置有电子膨胀阀，第二换热器的输出端连接至四通阀的第二输入口，经四通阀的第二输出口连接至气液分离器的输入端，气液分离器的输出端连接至压缩机的第一输入口；所述经济器的第二输出端通过第一增焓补气管与压缩机的第二输入口连接，通过第二增焓补气管与第三输入口连接。
进一步的，在所述第二增焓补气管上设置有卸载阀，在经济器的第一输出端与第二换热器的输入端之间的管道上设置有联通至经济器第二输入端的第三增焓补气管，在所述第三增焓补气管上设置有增焓膨胀阀。
进一步的，所述压缩机为双转子补气压缩机或双通道补气压缩机。
根据上述技术特征，本发明能够解决传统热泵空调的低环境温度状态下增焓电子膨胀阀开至最小状态下能力仍超需求的问题，压缩机上下压缩腔在此状态下会出现不对称现象，可能引发压缩机过流问题。
进一步的，所述卸载装置根据环境温度、进水温度、出水温度、增焓进口温度、增焓出口温度和压缩机的实际频率控制第二增焓补气管连通或中断；所述环境温度由设置在所述第二换热器上的第一测温装置获取；所述进水温度由设置在所述第一换热器上的第二测温装置获取；所述出水温度由设置在所述第一换热器上的第三测温装置获取；所述增焓进口温度由设置在所述经济器第二输入端上的第四测温装置获取；所述增焓出口温度由设置在所述经济器第二输出端上的第五测温装置获取；所述压缩机的实际频率由设置在压缩机上的检测装置获取。
进一步的，所述第一换热器为套管换热器，所述第二换热器为翅片换热器。
进一步的，所述卸载阀为电磁阀或电子膨胀阀。
本发明第二方面提供了一种空调热泵***的控制方法，该方法用于所述的一种空调热泵***，包括以下步骤：
S1、获取空调热泵***的环境温度Ta、进水温度Ti、出水温度To、增焓进口温度T1、增焓出口温度T2和压缩机的实际频率P，根据环境温度Ta、进水温度Ti和出水温度To设定压缩机在当前环境温度的目标频率P′。
S2、判断压缩机的实际频率P是否符合第一判断条件，若是，控制增焓膨胀阀(8)关闭至最小开度；否则，根据增焓进口温度T1和增焓出口温度T2计算增焓过热度ΔT，根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀开大或关小。
S3、判断压缩机的实际频率P是否符合第二判断条件，若是，控制卸载阀关闭，中断第二增焓补气管；否则，控制增焓膨胀阀关闭，中断第三增焓补气管。
S4、循环执行步骤S2-S3。
进一步的，所述压缩机在当前环境温度的目标频率P′的设定过程为：根据制冷制热环境温度限频值进行最大值设定，若中途无限频条件，则机组会持续升至最高频率。
进一步的，所述第一判断条件具体为：判断实际频率P与目标频率P′的关系是否满足P≤P‘×70％；所述第二判断条件具体为：判断实际频率P与目标频率P′的关系是否满足P‘×40％≤P≤P‘×70％。
进一步的，所述增焓过热度ΔT的计算过程为：
ΔT＝T1-T2
所述根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀开大或关小的过程具体为：
当增焓过热度ΔT满足ΔT<0.5℃时，控制增焓膨胀阀每隔60s关小15N；当增焓过热度ΔT满足0.5℃≤ΔT≤3℃时，控制增焓膨胀阀根据预设的PID参数进行调节；当增焓过热度ΔT满足3℃<ΔT时，控制增焓膨胀阀立刻开大10N，然后每隔30s开大6N。
其中，N表示增焓膨胀阀的开度单位。
进一步的，所述PID参数具体为：
其中，Kp表示比例常数，Ki表示积分常数，Kd表示微分常数，e(t)表示输出随时间的变化函数，t表示时间。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供了一种空调热泵***及其控制方法，通过在增焓补气管上增设卸载阀和增焓膨胀阀，能够在增焓开度关闭至最小的情况下，进一步降低增焓能力，达成降低部分负荷能力下降低机组功率水平的效果，解决了传统热泵空调的低环境温度状态下增焓电子膨胀阀开至最小状态下能力仍超需求的问题。
附图说明
图1为本发明一种空调热泵***的结构示意图。
图2为本发明一种实施例中制热的循环过程示意图。
图3为本发明一种实施例中制冷的循环过程示意图。
图4为本发明一种空调热泵***的控制方法的流程图。
图5为本发明一种实施例中根据判断结果调整增焓膨胀阀的流程图。
图6为本发明一种空调热泵***部分负荷能力卸载***的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1和图2所示，本发明提供了一种空调热泵***，所述空调热泵***包括有：压缩机1、经济器2、气液分离器3、第一换热器4、第二换热器5和四通阀6；所述压缩机1的第一输出口101连接至四通阀6的第一输入口601，所述四通阀6的第一输出口602连接至第一换热器4的输入口401，经第一换热器4的输出口402连接至经济器2的第一输入端201，经济器2的第一输出端202通过管道连接至第二换热器5的输入端501，在所述管道上设置有电子膨胀阀9，第二换热器5的输出端502连接至四通阀6的第二输入口603，经四通阀6的第二输出口604连接至气液分离器3的输入端301，气液分离器3的输出端302连接至压缩机1的第一输入口102；所述经济器2的第二输出端203通过第一增焓补气管与压缩机1的第二输入口103连接，通过第二增焓补气管与第三输入口104连接。
在所述第二增焓补气管上设置有卸载阀7，在经济器2的第一输出端202与第二换热器5的输入端501之间的管道上设置有联通至经济器2第二输入端204的第三增焓补气管，在所述第三增焓补气管上设置有增焓膨胀阀8。
进一步的，所述压缩机为双转子补气压缩机或双通道补气压缩机。
需要说明的是，本发明对于传统低温热泵空调所使用的压缩机进行了调整，去掉了位于压缩机1第二输入口103和第三输入口104之间的增焓口气液分离器。在增焓开度关闭至最小的状态下，能进一步降低增焓部分能力，达成降低部分负荷下的机组功率水平的效果。通过上述技术特征，本发明能够解决传统热泵空调的低环境温度状态下增焓电子膨胀阀开至最小状态下能力仍超需求的问题，压缩机上下压缩腔在此状态下会出现不对称现象，可能引发压缩机过流问题。
在一个具体的实施例中，如图1所示，在经济器2的第一输出端202和第二换热器5的输入端501之间的管道上设置有过滤器，在第一换热器4的输出口402和经济器2的第一输入端201之间同样设置有过滤器。
进一步的，所述卸载阀7根据环境温度、进水温度、出水温度、增焓进口温度、增焓出口温度和压缩机1的实际频率控制第二增焓补气管连通或中断。所述环境温度由设置在所述第二换热器5上的第一测温装置701获取；所述进水温度由设置在所述第一换热器4上的第二测温装置702获取；所述出水温度由设置在所述第一换热器4上的第三测温装置703获取；所述增焓进口温度由设置在所述经济器2第二输入端204上的第四测温装置704获取；所述增焓出口温度由设置在所述经济器2第二输出端203上的第五测温装置705获取；所述压缩机1的实际频率由设置在压缩机1上的检测装置706获取。
在一个具体的实施例中，如图1所示，在经济器2的第一输出端202连接至第二换热器5的输入端501之间的管道上设置有电子膨胀阀。
需要说明的是，所述电子膨胀阀用于主路节流过程，便于蒸发吸收热量；所述增焓膨胀阀8用于增焓流路节流，便于为经济器2主路提供低温冷媒，从而增大经济器2主路的过冷度。
进一步的，所述第一换热器4为套管换热器，所述第二换热器5为翅片换热器。
进一步的，所述卸载阀7为电磁阀或电子膨胀阀。
需要说明的是，通常在部分负荷下，使用端能力需求较低，因此机组运转频率较低，当频率低于当前目标频率的70％时，机组增焓关闭至最小开度，当频率低于当前目标频率的60％时，机组关闭卸载电磁阀，只保留下压缩腔补气，当频率低于当前目标频率40％时，机组关闭增焓电子膨胀阀，不再补气。
需要说明的是，热泵空调***制热过程如图2所示，此时主流路：压缩机1的第一输出口101排气，接四通阀6的第一输入口601，通过四通阀6的第一输出口602接第一换热器4，通过第一换热器4接经济器2的第一输入端201，通过经济器2的第一输出端202接电子膨胀阀9，接第二换热器5的输入端501，通过第二换热器5的输出端502接四通阀6的第二输入口603，通过四通阀6的第二输出口604接气液分离器3的输入端301，通过气液分离器3的输出端302接压缩机1的第一输入口102。
增焓流路：经济器2的第一输出端202通过增焓膨胀阀8接经济器2的第二输入端204，通过经济器2的第二输出端203接卸载阀7。
在一个具体的实施例中，某机组制热运行，-20℃环境温度下，50℃出水温度下，机组目标频率为100Hz，当机组达温停机前，主动降频至70Hz以下时，则此状态为部分负荷状态。
需要说明的是，热泵空调***制冷过程如图3所示，此时主流路：压缩机1的第一输出口101排气接四通阀6的第一输入口601，通过四通阀6的第二输入口603接第二换热器5的输出端502，第二换热器5的输入端501通过电子膨胀阀9连接至经济器2的第一输出端202，通过经济器2的第一输入端201接第一换热器4，通过第一换热器4接四通阀6的第一输出口602，通过四通阀6的第二输出口604接气液分离器3的输入端301，通过气液分离器3的输出端302接压缩机1的第一输入口102。
增焓流路：电子膨胀阀9通过增焓膨胀阀8连接至经济器2的第二输入端204，通过经济器2的第二输出端203接卸载阀7。
在一个具体的实施例中，某机组制冷运行，35℃环境温度下，7℃出水温度下，机组目标频率为70Hz，由于末端设备部分开启，设备主动降频至49Hz以下时，则此状态为部分负荷状态。
在一个具体的实施例中，所述卸载阀7可以更换为电子膨胀阀，通过控制流量，能够提高上下压缩腔压缩过程的平衡性。
实施例2
基于上述实施例1，结合图4和图5，本实施例还提供了一种空调热泵***的控制方法，该方法用于所述的一种空调热泵***，包括以下步骤：
S1、获取空调热泵***的环境温度Ta、进水温度Ti、出水温度To、增焓进口温度T1、增焓出口温度T2和压缩机1的实际频率P，根据环境温度Ta、进水温度Ti和出水温度To设定压缩机在当前环境温度的目标频率P′。
需要说明的是，当前环温水温对应目标频率，其检测方式为主控电脑板逻辑设定。
S2、判断压缩机1的实际频率P是否符合第一判断条件，若是，控制增焓膨胀阀8关闭至最小开度；否则，根据增焓进口温度T1和增焓出口温度T2计算增焓过热度ΔT，根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀8开大或关小。
S3、判断压缩机1的实际频率P是否符合第二判断条件，若是，控制卸载阀7关闭，中断第二增焓补气管；否则，控制增焓膨胀阀8关闭，中断第三增焓补气管。
S4、循环执行步骤S2-S3。
需要说明的是，步骤S4的目的是，动态调整空调热泵***的增焓补气量。
进一步的，所述压缩机1在当前环境温度的目标频率P′的设定过程为：根据制冷制热环境温度限频值进行最大值设定，若中途无限频条件，则机组会持续升至最高频率。
进一步的，所述第一判断条件具体为：判断实际频率P与目标频率P′的关系是否满足P≤P‘×70％；所述第二判断条件具体为：判断实际频率P与目标频率P′的关系是否满足P‘×40％≤P≤P‘×70％。
进一步的，如图4所示，所述增焓过热度ΔT的计算过程为：
ΔT＝T1-T2
所述根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀8开大或关小的过程具体为：
当增焓过热度ΔT满足ΔT<0.5℃时，控制增焓膨胀阀8每隔60s关小15N；当增焓过热度ΔT满足0.5℃≤ΔT≤3℃时，控制增焓膨胀阀8根据预设的PID参数进行调节；当增焓过热度ΔT满足3℃<ΔT时，控制增焓膨胀阀8立刻开大10N，然后每隔30s开大6N。
其中，N表示增焓膨胀阀8的开度单位。
进一步的，所述PID参数具体为：
其中，Kp表示比例常数，Ki表示积分常数，Kd表示微分常数，e(t)表示输出随时间的变化函数，t表示时间。
需要说明的是，所述PID参数的输出信号是由输入信号通过比例系数、积分系数和微分系数共同作用下得到的输出。PID参数设定的意义是保证机组在运行过程中的稳定控制，通过累计和预判机组接下来的变化趋势进行比例缩放抵消其变化所带来的影响。
在一个具体的实施例中，当0.5℃≤增焓过热度≤3℃，增焓膨胀阀8不再动作。
实施例3
基于实施例1和实施例2，本实施提供了一种空调热泵***的控制***，如图6所示，包括有：环境检测模块、第一判断模块和第二判断模块。
所述环境检测模块获取空调热泵***的环境温度Ta、进水温度Ti、出水温度To、增焓进口温度T1、增焓出口温度T2和压缩机1的实际频率P，根据环境温度Ta、进水温度Ti和出水温度To设定压缩机在当前环境温度的目标频率P'。
所述第一判断模块判断压缩机1的实际频率P是否符合第一判断条件，若是，控制增焓膨胀阀8关闭至最小开度；否则，根据增焓进口温度T1和增焓出口温度T2计算增焓过热度ΔT，根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀8开大或关小。
所述第二判断模块判断压缩机1的实际频率P是否符合第二判断条件，若是，控制卸载阀7关闭，中断第二增焓补气管；否则，控制增焓膨胀阀8关闭，中断第三增焓补气管。
附图中描述结构位置关系的图标仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空调热泵***，所述空调热泵***包括有：压缩机(1)、经济器(2)、气液分离器(3)、第一换热器(4)、第二换热器(5)和四通阀(6)；所述压缩机(1)的第一输出口(101)连接至四通阀(6)的第一输入口(601)，所述四通阀(6)的第一输出口(602)连接至第一换热器(4)的输入口(401)，经第一换热器(4)的输出口(402)连接至经济器(2)的第一输入端(201)，经济器(2)的第一输出端(202)通过管道连接至第二换热器(5)的输入端(501)，在所述管道上设置有电子膨胀阀(9)，第二换热器(5)的输出端(502)连接至四通阀(6)的第二输入口(603)，经四通阀(6)的第二输出口(604)连接至气液分离器(3)的输入端(301)，气液分离器(3)的输出端(302)连接至压缩机(1)的第一输入口(102)；所述经济器(2)的第二输出端(203)通过第一增焓补气管与压缩机(1)的第二输入口(103)连接，通过第二增焓补气管与第三输入口(104)连接；其特征在于，在所述第二增焓补气管上设置有卸载阀(7)，在经济器(2)的第一输出端(202)与第二换热器(5)的输入端(501)之间的管道上设置有联通至经济器(2)第二输入端(204)的第三增焓补气管，在所述第三增焓补气管上设置有增焓膨胀阀(8)。
2.根据权利要求1所述的一种空调热泵***，其特征在于，所述压缩机(1)为双转子补气压缩机或双通道补气压缩机。
3.根据权利要求2所述的一种空调热泵***，其特征在于，所述卸载阀(7)根据环境温度、进水温度、出水温度、增焓进口温度、增焓出口温度和压缩机(1)的实际频率控制第二增焓补气管连通或中断；所述环境温度由设置在所述第二换热器(5)上的第一测温装置(701)获取；所述进水温度由设置在所述第一换热器(4)上的第二测温装置(702)获取；所述出水温度由设置在所述第一换热器(4)上的第三测温装置(703)获取；所述增焓进口温度由设置在所述经济器(2)第二输入端(204)上的第四测温装置(704)获取；所述增焓出口温度由设置在所述经济器(2)第二输出端(203)上的第五测温装置(705)获取；所述压缩机(1)的实际频率由设置在压缩机(1)上的检测装置(706)获取。
4.根据权利要求2所述的一种空调热泵***，其特征在于，所述第一换热器(4)为套管换热器，所述第二换热器(5)为翅片换热器。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种空调热泵***，其特征在于，所述卸载阀(7)为电磁阀或电子膨胀阀。
6.一种空调热泵***的控制方法，该方法用于权利要求1-5任一项所述的一种空调热泵***，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取空调热泵***的环境温度Ta、进水温度Ti、出水温度To、增焓进口温度T1、增焓出口温度T2和压缩机(1)的实际频率P，根据环境温度Ta、进水温度Ti和出水温度To设定压缩机在当前环境温度的目标频率P′；
S2、判断压缩机(1)的实际频率P是否符合第一判断条件，若是，控制增焓膨胀阀(8)关闭至最小开度；否则，根据增焓进口温度T1和增焓出口温度T2计算增焓过热度ΔT，根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀(8)开大或关小；
S3、判断压缩机(1)的实际频率P是否符合第二判断条件，若是，控制卸载阀(7)关闭，中断第二增焓补气管；否则，控制增焓膨胀阀(8)关闭，中断第三增焓补气管；
S4、循环执行步骤S2-S3。
7.根据权利要求6所述的一种空调热泵***的控制方法，其特征在于，所述压缩机在当前环境温度的目标频率P′的设定过程为：根据制冷制热环境温度限频值进行最大值设定，若中途无限频条件，则机组会持续升至最高频率。
8.根据权利要求7所述的一种空调热泵***的控制方法，其特征在于，所述第一判断条件具体为：判断实际频率P与目标频率P′的关系是否满足P≤P‘×70％；所述第二判断条件具体为：判断实际频率P与目标频率P′的关系是否满足P‘×40％≤P≤P‘×70％。
9.根据权利要求8所述的一种空调热泵***的控制方法，其特征在于，所述增焓过热度ΔT的计算过程为：
ΔT＝T1-T2
所述根据增焓过热度ΔT的大小控制增焓膨胀阀(8)开大或关小的过程具体为：
当增焓过热度ΔT满足ΔT<0.5℃时，控制增焓膨胀阀(8)每隔60s关小15N；当增焓过热度ΔT满足0.5℃≤ΔT≤3℃时，控制增焓膨胀阀(8)根据预设的PID参数进行调节；当增焓过热度ΔT满足3℃<ΔT时，控制增焓膨胀阀(8)立刻开大10N，然后每隔30s开大6N；
其中，N表示增焓膨胀阀(8)的开度单位。
10.根据权利要求9所述的一种空调热泵***的控制方法，其特征在于，所述PID参数具体为：
其中，Kp表示比例常数，Ki表示积分常数，Kd表示微分常数，e(t)表示输出随时间的变化函数，t表示时间。
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