CN101240962A - 一种基于压力-温度的二氧化碳热泵的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于压力－温度的二氧化碳热泵的控制方法，首先采集热泵系统的气体冷却器出口制冷剂温度、蒸发器翅片温度以及压缩机出口处制冷剂压力；然后将采集到的温度信号送入控制装置，得到压缩机出口处制冷剂的目标压力；将压力传感器采集到的压缩机出口处制冷剂压力与目标压力进行对比，得到控制信号，控制电子膨胀阀的开度，从而调整整个系统的运行参数；循环采集温度、压力信号，最终实现压缩机出口处制冷剂压力达到目标压力。本发明通过采集二氧化碳热泵系统的气体冷却器出口制冷剂温度、蒸发器翅片温度以及压缩机出口处制冷剂压力实现电子膨胀阀开度的控制，从而调节热泵系统压力，达到较好的COP值。

Description

一种基于压力-温度的二氧化碳热泵的控制方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳热泵的控制方法，具体涉及一种基于压力-温度的二氧化碳热泵的控制方法。

背景技术

近年来，自然工质二氧化碳因其无毒、不可燃、臭氧破坏指数ODP为0、全球变暖潜值GWP为1等优势越来越多地受到制冷行业的重视，二氧化碳作为制冷剂的应用研究也越来越显得重要。但是，它自身也存在很多问题：临界温度为31℃，常温冷却条件下系统循环的高压侧处于近临界或超临界状态；系统压力很高；节流损失很大。这些均使得二氧化碳作为制冷剂的系统存在控制上的难度。

现有二氧化碳热泵的主要部件有：压缩机，气体冷却器，中间换热器，电子膨胀阀，蒸发器和气液分离器。低压侧二氧化碳进入压缩机，被压缩为高压二氧化碳气体，进到气体冷却器，在其中被冷却，放出的热量用于加热热水，经气体冷却器后的二氧化碳进入中间换热器进一步冷却，然后经过电子膨胀阀节流降温并部分汽化，湿蒸汽进入蒸发器与空气换热变为气液混合物，经气液分离器后，进入中间换热器进一步加热，出来的二氧化碳气体进入压缩机，实现一个完整的循环。

由于系统高压侧压力较高，能达到100bar以上，同时二氧化碳在高压侧的变化处于超临界状态，比较复杂，这些使得二氧化碳热泵不同于常规热泵，控制难度相对较大。目前，国内外都在进行二氧化碳热泵的研究，其中控制方法的研究也略有所见，但是大部分都是针对系统整体运行过程而言，并没有针对提高二氧化碳热泵系统工作性能系数提出具体的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有阶段二氧化碳热泵控制技术中的不足，提出一种根据热泵系统运行性能系数COP与压缩机排气压力的对应关系提高热泵系统工作性能的基于压力-温度的二氧化碳热泵控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先通过气体冷却器温度传感器、蒸发器翅片温度传感器及压缩机出口压力传感器采集热泵系统的气体冷却器出口制冷剂温度、蒸发器翅片温度以及压缩机出口处制冷剂压力；

2)然后将采集到的温度信号送入控制装置，利用 $p_{\mathrm{opt}}=2.743{t_c}^{0.97}-0.175t_e$ 计算得到p_opt，其中t_c为气体冷却器出口制冷剂温度，t_e为蒸发器翅片温度，p_opt为计算出的压缩机出口处制冷剂的目标压力；

3)将压力传感器采集到的压缩机出口处制冷剂压力p₁与目标压力p_opt进行对比，得到控制信号，利用PID控制法，输出控制电流给电子膨胀阀，控制电子膨胀阀的开度，从而调整整个系统的运行参数；

4)循环采集步骤1)中所述温度、压力信号，重复步骤2)和步骤3)，最终实现压缩机出口处制冷剂压力p₁达到目标压力p_opt。

本发明的制冷剂为二氧化碳。

本发明通过采集二氧化碳热泵系统的气体冷却器出口制冷剂温度、蒸发器翅片温度以及压缩机出口处制冷剂压力实现电子膨胀阀开度的控制，从而调节热泵系统压力，达到较好的COP值。

附图说明

图1为二氧化碳热泵系统结构示意图；

图2为本发明的控制逻辑图；

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参见图1，本发明的二氧化碳热泵系统流程如下：二氧化碳气体进入压缩机1被压缩后，高温高压的二氧化碳气体进入气体冷却器2冷却，放出的热量用于加热热水，冷却后的超临界二氧化碳气体进入中间换热器3进一步冷却，然后通过电子膨胀阀4的节流，进入蒸发器5蒸发换热，换热后的低温低压二氧化碳制冷剂通过气液分离器6，分离出低温低压二氧化碳制冷剂气体进入中间换热器3，对从气体冷却器出来的超临界二氧化碳气体进一步冷却，回到压缩机1，完成一个循环。由于控制需要，该系统还包括，可编程控制器7、压缩机出口压力传感器8、气体冷却器温度传感器9和蒸发器翅片温度传感器10。

参照图2，二氧化碳热泵系统启动后，压力传感器8、气体冷却器温度传感器9和蒸发器翅片温度传感器10开始分别采集压缩机1出口排气压力、气体冷却器2出口温度及蒸发器5的翅片温度，并将采集到的信号送至可编程控制器7。可编程控制器7根据压力-温度公式 $p_{\mathrm{opt}}=2.743{t_c}^{0.97}-0.175t_e,$ 利用气体冷却器温度传感器9和蒸发器翅片温度传感器10采集到的温度值t_c和t_e，计算出此运行工况下最佳COP值对应的最优压力p_opt，作为控制系统调节的目标压力值。将压力传感器8采集到的实际压缩机排气压力p₁与目标压力p_opt进行对比，利用PID控制法，输出一个控制电流给电子膨胀阀4，改变其开度，从而改变蒸发器过热度和系统流量，最终改变到压缩机排气压力，此压力被压力传感器8采集，送至可编程控制器7，进一步进行运算和控制，最终达到一个稳定模式，压缩机排气压力达到目标压力p_opt，系统达到较好的工作性能。

Claims (2)

1、一种基于压力-温度的二氧化碳热泵的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)首先通过气体冷却器温度传感器(9)、蒸发器翅片温度传感器(10)及压缩机出口压力传感器(8)采集热泵系统的气体冷却器出口制冷剂温度、蒸发器翅片温度以及压缩机出口处制冷剂压力；

2)然后将采集到的温度信号送入控制装置，利用 $p_{\mathrm{opt}}=2.743{t_c}^{0.97}-0.175t_e$ 计算得到p_opt，其中t_c为气体冷却器出口制冷剂温度，t_e为蒸发器翅片温度，p_opt为计算出的压缩机出口处制冷剂的目标压力；

3)将压力传感器采集到的压缩机出口处制冷剂压力p₁与目标压力p_opt进行对比，得到控制信号，利用PID控制法，输出控制电流给电子膨胀阀(4)，控制电子膨胀阀(4)的开度，从而调整整个系统的运行参数；

4)循环采集步骤1)中所述温度、压力信号，重复步骤2)和步骤3)，最终实现压缩机出口处制冷剂压力p₁达到目标压力p_opt。

2、根据权利要求1所述的基于压力-温度的二氧化碳热泵的控制方法，其特征在于：所说的制冷剂为二氧化碳。

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