CN106871486B - 电子膨胀阀控制方法及空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子膨胀阀控制方法及空气源热泵系统，所述控制方法包括如下步骤：通过调节主电子膨胀阀的开度使得压缩机的吸气过热度达到第一目标过热度；当空气源热泵系统工作在制热模式下，压缩机的吸气过热度D1＝T4‑T3，T3为制热模式下第一换热器的制冷剂入口温度、T4为压缩机的吸气温度；当空气源热泵系统工作在制冷模式下，压缩机的吸气过热度D1＝T4‑T6，T4为压缩机的吸气温度、T6为制冷模式下第二换热器的制冷剂入口温度；本发明最终目的是使系统以较快的速度进入最佳运行状态，以及卸载掉压缩机启动之前的前后压力差，进而防止压缩机在超负载启动时的启动力矩过大，避免了启动电流大而对电网造成很大冲击的问题。

Description

电子膨胀阀控制方法及空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及一种电子膨胀阀控制方法及空气源热泵系统。

背景技术

随着社会经济的发展，传统的燃煤锅炉取暖方式受到能源与环境各方面的制约，新兴取暖方式受到关注。作为分散采暖方式中的一种，空气源热泵具有安装灵活、高效节能、无排放污染的优点，在我国长江流域、黄河流域应用广泛。然而，空气源热泵以室外空气作为热源，在空气温度较低的情况下制热时，会面临制热量和制热性能系数下降的问题，甚至会因为控制不合理而无法正常运行。

另外，空气源热泵系统在应用过程中，工况变化范围较大，普通的节流机构如热力膨胀阀和毛细管等逐渐被电子膨胀阀替代。电子膨胀阀的控制算法和开度设定对于系统长期稳定、高效运行、以及快速达到稳定状态至关重要。不合适的电子膨胀阀控制算法会使系统中压缩机运行工况恶化，甚至会导致系统工作效率降低，从而限制了空气源热泵在北方寒冷及严寒地区的应用。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种电子膨胀阀控制方法及空气源热泵系统。

本发明的技术方案是：

一种电子膨胀阀控制方法，所述控制方法应用于空气源热泵系统中，所述空气源热泵系统包括压缩机、位于所述压缩机吸气回路中的主电子膨胀阀、以及位于主电子膨胀阀和所述压缩机的吸气端之间的第二换热器，所述控制方法包括如下步骤：

通过调节所述主电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的吸气过热度达到第一目标过热度；当所述空气源热泵系统工作在制热模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T3，其中，T3为制热模式下第一换热器的制冷剂入口温度、T4为压缩机的吸气温度；当所述空气源热泵系统工作在制冷模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T6，其中，T4为压缩机的吸气温度、T6为制冷模式下第二换热器的制冷剂入口温度；

进一步地，所述空气源热泵系统还包括位于压缩机补气回路中的补气电子膨胀阀，所述控制方法还包括如下步骤：

通过调节所述补气电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的补气过热度达到第二目标过热度；所述压缩机的补气过热度D2＝T8-T7，其中：T7为经济器的辅助回路入口温度、T8为经济器的辅助回路出口温度，所述经济器的辅助回路位于补气电子膨胀阀和压缩机的补气端之间；

进一步地，在压缩机启动之前，判断是否满足预设启动条件，如果满足预设启动条件则压缩机正常启动，否则压缩机不进行启动，同时控制系统进行报警；

进一步地，所述预设启动条件为环境温度T1满足-26℃≤T1≤50℃；

进一步地，根据环境温度T1和第二换热器的水出口温度T9来设定所述主电子膨胀阀的初始开度A；

进一步地，所述第一目标过热度为5℃。

一种空气源热泵系统，包括：压缩机、四通阀、用于在制冷剂与空气之间换热的第一换热器、用于在制冷剂与水之间换热的第二换热器、储液罐、经济器、气液分离器、主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀；

所述压缩机具有吸气端、排气端和补气端；所述四通阀的A口与所述压缩机的排气端相连通；所述四通阀的D口与所述第一换热器相连通；所述四通阀的C口与所述气液分离器相连通；所述四通阀的B口与所述第二换热器相连通；所述经济器具有主回路和辅助回路；所述压缩机的补气端与经济器的辅助回路相连通；

所述系统的制冷过程如下：气态制冷剂经过所述压缩机压缩后形成高温高压气体，该高温高压气体通过所述四通阀的A口和D口后进入第一换热器，在冷凝放热后变为液态制冷剂；所述液态制冷剂由所述第一换热器流出后进入储液罐，该液态制冷剂由所述储液罐流出后分成两路，其中一路经由补气电子膨胀阀后进入经济器的辅助回路，另外一路直接进入经济器的主回路；所述辅助回路的制冷剂与所述主回路的制冷剂进行换热后，辅助回路中的制冷剂由所述补气端回到压缩机，主回路中的制冷剂经由主电子膨胀阀后进入第二换热器；在所述第二换热器的作用下吸热蒸发，并依次经由所述四通阀的B口和C口进入气液分离器；进入气液分离器的制冷剂经过气液分离后得到的气态制冷剂通过所述吸气端回到压缩机；

所述系统的制热过程如下：气态制冷剂经过所述压缩机压缩后形成高温高压气体，该高温高压气体通过所述四通阀的A口和B口后进入第二换热器，在该第二换热器的作用下所述高温高压气体转变为液态制冷剂，并进入到储液罐；由所述储液罐流出的液态制冷剂分成两路，其中一路经由补气电子膨胀阀后进入经济器的辅助回路，另外一路直接进入经济器的主回路；所述辅助回路的制冷剂与所述主回路的制冷剂进行换热后，辅助回路中的制冷剂由所述补气端回到压缩机，主回路中的制冷剂经由主电子膨胀阀后进入第一换热器；在所述第一换热器的作用下吸热蒸发，并依次经由所述四通阀的D口和C口进入气液分离器；进入气液分离器的制冷剂经过气液分离后得到的气态制冷剂通过所述吸气端回到压缩机；

所述系统还包括与所述四通阀、主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀相连接的控制部件；所述控制部件通过调节所述主电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的吸气过热度达到第一目标过热度；当所述空气源热泵系统工作在制热模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T3，其中，T3为制热模式下第一换热器的制冷剂入口温度、T4为压缩机的吸气温度；当所述空气源热泵系统工作在制冷模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T6，其中，T4为压缩机的吸气温度、T6为制冷模式下第二换热器的制冷剂入口温度；

进一步地，所述控制部件通过调节所述补气电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的补气过热度达到第二目标过热度；所述压缩机的补气过热度D2＝T8-T7，其中：T7为经济器的辅助回路入口温度、T8为经济器的辅助回路出口温度；

另外，所述系统还包括：

设置在所述第一换热器和储液罐之间的第一单向阀；

设置在所述第二换热器与储液罐之间的第二单向阀；

设置在所述主电子膨胀阀和第一换热器之间的第三单向阀；

和/或设置在所述主电子膨胀阀和第二换热器之间的第四单向阀；

另外，所述系统还包括：

用于检测环境温度的第一温度检测部件；

用于检测所述第一换热器的表面温度的第二温度检测部件；

用于检测所述第一换热器的制冷剂入口温度的第三温度检测部件；

用于检测所述压缩机的吸气温度的第四温度检测部件；

用于检测所述压缩机的排气温度的第五温度检测部件；

用于检测所述第二换热器的制冷剂出口温度的第六温度检测部件；

用于检测所述经济器的辅助回路入口温度的第七温度检测部件；

用于检测所述经济器的辅助回路出口温度的第八温度检测部件；

用于检测第二换热器的水入口温度的第九温度检测部件；

和用于检测第二换热器的水出口温度的第十温度检测部件。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的电子膨胀阀控制方法及空气源热泵系统，最终目的是使系统以较快的速度进入最佳运行状态，以及卸载掉压缩机启动之前的前后压力差，进而防止压缩机在超负载启动时的启动力矩过大，避免了启动电流大而对电网造成很大冲击的问题；通过主电子膨胀阀的调节，能够使得压缩机工作在最佳状态；通过补气电子膨胀阀的调节，便于提高压缩机的能效比、制热量和制冷量，提高了系统能效比；本发明利于空气源热泵在北方寒冷及严寒地区的应用。

附图说明

图1是本发明所述空气源热泵系统的结构示意图；

图2是本发明所述控制部件与其外围部件之间的连接示意图；

图3是本发明所述控制部件的工作流程图。

图中：1、压缩机，2、四通阀，3、第一换热器，4、第二换热器，5、储液罐，6、经济器，7、气液分离器，8、主电子膨胀阀，9、补气电子膨胀阀，10、第一单向阀，11、第二单向阀，12、第三单向阀，13、第四单向阀，14、风扇，a、吸气端，b、排气端，c、补气端。

具体实施方式

一种电子膨胀阀控制方法，所述控制方法应用于空气源热泵系统中，所述空气源热泵系统包括压缩机、位于所述压缩机吸气回路中的主电子膨胀阀、以及位于主电子膨胀阀和所述压缩机的吸气端之间的第二换热器，所述控制方法包括如下步骤：通过调节所述主电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的吸气过热度达到第一目标过热度；当所述空气源热泵系统工作在制热模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T3，其中，T3为制热模式下第一换热器的制冷剂入口温度、T4为压缩机的吸气温度；当所述空气源热泵系统工作在制冷模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T6，其中，T4为压缩机的吸气温度、T6为制冷模式下第二换热器的制冷剂入口温度；进一步地，所述空气源热泵系统还包括位于压缩机补气回路中的补气电子膨胀阀，所述控制方法还包括如下步骤：通过调节所述补气电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的补气过热度达到第二目标过热度；所述压缩机的补气过热度D2＝T8-T7，其中：T7为经济器的辅助回路入口温度、T8为经济器的辅助回路出口温度，所述经济器的辅助回路位于补气电子膨胀阀和压缩机的补气端之间；进一步地，在压缩机启动之前，判断是否满足预设启动条件，如果满足预设启动条件则压缩机正常启动，否则压缩机不进行启动，同时控制系统进行报警；进一步地，所述预设启动条件为环境温度T1满足-26℃≤T1≤50℃；进一步地，根据环境温度T1和第二换热器的水出口温度T9来设定所述主电子膨胀阀的初始开度A；进一步地，所述第一目标过热度为5℃。

如图1和图2所示的一种空气源热泵系统，包括：压缩机、四通阀、用于在制冷剂与空气之间换热的第一换热器、用于在制冷剂与水之间换热的第二换热器、储液罐、经济器、气液分离器、主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀；所述压缩机具有吸气端、排气端和补气端；所述四通阀的A口与所述压缩机的排气端相连通；所述四通阀的D口与所述第一换热器相连通；所述四通阀的C口与所述气液分离器相连通；所述四通阀的B口与所述第二换热器相连通；所述经济器具有主回路和辅助回路；所述压缩机的补气端与经济器的辅助回路相连通；所述系统的制冷过程如下：气态制冷剂经过所述压缩机压缩后形成高温高压气体，该高温高压气体通过所述四通阀的A口和D口后进入第一换热器，在冷凝放热后变为液态制冷剂；所述液态制冷剂由所述第一换热器流出后进入储液罐，该液态制冷剂由所述储液罐流出后分成两路，其中一路经由补气电子膨胀阀后进入经济器的辅助回路，另外一路直接进入经济器的主回路；所述辅助回路的制冷剂与所述主回路的制冷剂进行换热后，辅助回路中的制冷剂由所述补气端回到压缩机，主回路中的制冷剂经由主电子膨胀阀后进入第二换热器；在所述第二换热器的作用下吸热蒸发，并依次经由所述四通阀的B口和C口进入气液分离器；进入气液分离器的制冷剂经过气液分离后得到的气态制冷剂通过所述吸气端回到压缩机；所述系统的制热过程如下：气态制冷剂经过所述压缩机压缩后形成高温高压气体，该高温高压气体通过所述四通阀的A口和B口后进入第二换热器，在该第二换热器的作用下所述高温高压气体转变为液态制冷剂，并进入到储液罐；由所述储液罐流出的液态制冷剂分成两路，其中一路经由补气电子膨胀阀后进入经济器的辅助回路，另外一路直接进入经济器的主回路；所述辅助回路的制冷剂与所述主回路的制冷剂进行换热后，辅助回路中的制冷剂由所述补气端回到压缩机，主回路中的制冷剂经由主电子膨胀阀后进入第一换热器；在所述第一换热器的作用下吸热蒸发，并依次经由所述四通阀的D口和C口进入气液分离器；进入气液分离器的制冷剂经过气液分离后得到的气态制冷剂通过所述吸气端回到压缩机；所述系统还包括与所述四通阀、主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀相连接的控制部件；所述控制部件通过调节所述主电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的吸气过热度达到第一目标过热度；当所述空气源热泵系统工作在制热模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T3，其中，T3为制热模式下第一换热器的制冷剂入口温度、T4为压缩机的吸气温度；当所述空气源热泵系统工作在制冷模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T6，其中，T4为压缩机的吸气温度、T6为制冷模式下第二换热器的制冷剂入口温度；进一步地，所述控制部件通过调节所述补气电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的补气过热度达到第二目标过热度；所述压缩机的补气过热度D2＝T8-T7，其中：T7为经济器的辅助回路入口温度、T8为经济器的辅助回路出口温度；另外，所述系统还包括：设置在所述第一换热器和储液罐之间的第一单向阀；设置在所述第二换热器与储液罐之间的第二单向阀；设置在所述主电子膨胀阀和第一换热器之间的第三单向阀；和/或设置在所述主电子膨胀阀和第二换热器之间的第四单向阀；另外，所述系统还包括：用于检测环境温度的第一温度检测部件；用于检测所述第一换热器的表面温度的第二温度检测部件；用于检测所述第一换热器的制冷剂入口温度的第三温度检测部件；用于检测所述压缩机的吸气温度的第四温度检测部件；用于检测所述压缩机的排气温度的第五温度检测部件；用于检测所述第二换热器的制冷剂出口温度的第六温度检测部件；用于检测所述经济器的辅助回路入口温度的第七温度检测部件；用于检测所述经济器的辅助回路出口温度的第八温度检测部件；用于检测第二换热器的水入口温度的第九温度检测部件；和用于检测第二换热器的水出口温度的第十温度检测部件。

如图3所示，本发明所述控制部件的工作流程包括如下步骤：

步骤1：在压缩机启动之前，计算并设定主电子膨胀阀的初始开度，并保持所述主电子膨胀阀处于初始开度一定时间，执行步骤2；

步骤2：在压缩机启动之后，继续保持所述主电子膨胀阀处于初始开度一定时间，然后计算所述压缩机的吸气过热度，执行步骤3；

步骤3：判断吸气过热度是否为第一目标过热度，是则执行步骤4，否则执行步骤5；

步骤4：保持所述主电子膨胀阀当前开度，执行步骤6；

步骤5：调节所述主电子膨胀阀的开度，使得吸气过热度达到第一目标过热度，执行步骤6；

步骤6：延时一定时间后设定补气电子膨胀阀的初始开度，然后计算所述压缩机的补气过热度，执行步骤7；

步骤7：判断补气过热度是否为第二目标过热度，是则执行步骤8，否则执行步骤9；

步骤8：保持所述补气电子膨胀阀当前开度；

步骤9：调节所述补气电子膨胀阀的开度，使得补气过热度达到第二目标过热度。

本发明所述四通阀具有A口、B口、C口和D口；当所述四通阀处于关闭状态时，A口与D口连通，B口与C口连通；当所述四通阀处于打开状态，A口与B口连通，C口与D口连通；所述控制部件与所述第一温度检测部件、第二温度检测部件、第三温度检测部件、第四温度检测部件、第五温度检测部件、第六温度检测部件、第七温度检测部件、第八温度检测部件、第九温度检测部件和/或第十温度检测部件相连接；所述系统还包括与所述控制部件相连接的报警部件；所述第一换热器还具备风扇；在压缩机启动之前，所述控制部件设定所述主电子膨胀阀的初始开度，并控制所述主电子膨胀阀处于初始开度一定时间，这一步骤可以在系统自检之后执行；第一温度检测部件、第二温度检测部件、第三温度检测部件、第四温度检测部件、第五温度检测部件、第六温度检测部件、第七温度检测部件、第八温度检测部件、第九温度检测部件和/或第十温度检测部件分别进行相应的温度检测工作，对上述各温度检测部件的温度检测结果的采集和获知可以在系统自检过程中完成；在压缩机启动之前还包括如下步骤：控制部件判断是否满足预设启动条件，如果满足预设启动条件则压缩机正常启动，否则压缩机不进行启动同时控制进行报警；所述预设启动条件可以为环境温度T满足-26℃≤T1≤50℃；故若T＞50℃或T＜-26℃，压缩机均不启动同时进行报警；进而能够避免系统在超高温环境或超低温环境下工作，保证了压缩机的正常运行，延长了使用寿命；系统自检过程还包括检测系统各点的压力状况；本发明根据环境温度T1和第二换热器的水出口温度T9来设定所述主电子膨胀阀的初始开度A，具体地，初始开度A＝f(T1,T9)，其中f(x,y)可以表示事先存储在系统中的预设函数形式，应用时，x＝T1,y＝T9；所述第一目标过热度为5℃，在北方寒冷地区，经过大量实验证明，压缩机在吸气过热度取值为5℃时能够工作在最佳状态；所述主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀均可以采用调节范围宽例如全开脉冲数2000、高精度、反应速度快的电子膨胀阀。

本发明通过主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀的配置，结合系统其它组成部分如经济器，最终目的是使系统以较快的速度进入最佳运行状态，以及卸载掉压缩机启动之前的前后压力差，进而防止压缩机在超负载启动时的启动力矩过大，避免了启动电流大而对电网造成很大冲击的问题；通过主电子膨胀阀的调节，能够使得压缩机工作在最佳状态；通过补气电子膨胀阀的调节，便于提高压缩机的能效比、制热量和制冷量，提高了系统能效比。本发明所述系统通过控制四通阀的换向，能够完成相应的制冷过程和采暖过程，并且可以实现热水功能，十分适合北方寒冷地区；实现了对电子膨胀阀开度的实时控制、快速及精确调节。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种空气源热泵系统，其特征在于所述系统包括：压缩机、四通阀、用于在制冷剂与空气之间换热的第一换热器、用于在制冷剂与水之间换热的第二换热器、储液罐、经济器、气液分离器、主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀；

所述压缩机具有吸气端、排气端和补气端；所述四通阀的A口与所述压缩机的排气端相连通；所述四通阀的D口与所述第一换热器相连通；所述四通阀的C口与所述气液分离器相连通；所述四通阀的B口与所述第二换热器相连通；所述经济器具有主回路和辅助回路；所述压缩机的补气端与经济器的辅助回路相连通；

所述系统的制冷过程如下：气态制冷剂经过所述压缩机压缩后形成高温高压气体，该高温高压气体通过所述四通阀的A口和D口后进入第一换热器，在冷凝放热后变为液态制冷剂；所述液态制冷剂由所述第一换热器流出后进入储液罐，该液态制冷剂由所述储液罐流出后分成两路，其中一路经由补气电子膨胀阀后进入经济器的辅助回路，另外一路直接进入经济器的主回路；所述辅助回路的制冷剂与所述主回路的制冷剂进行换热后，辅助回路中的制冷剂由所述补气端回到压缩机，主回路中的制冷剂经由主电子膨胀阀后进入第二换热器；在所述第二换热器的作用下吸热蒸发，并依次经由所述四通阀的B口和C口进入气液分离器；进入气液分离器的制冷剂经过气液分离后得到的气态制冷剂通过所述吸气端回到压缩机；

所述系统的制热过程如下：气态制冷剂经过所述压缩机压缩后形成高温高压气体，该高温高压气体通过所述四通阀的A口和B口后进入第二换热器，在该第二换热器的作用下所述高温高压气体转变为液态制冷剂，并进入到储液罐；由所述储液罐流出的液态制冷剂分成两路，其中一路经由补气电子膨胀阀后进入经济器的辅助回路，另外一路直接进入经济器的主回路；所述辅助回路的制冷剂与所述主回路的制冷剂进行换热后，辅助回路中的制冷剂由所述补气端回到压缩机，主回路中的制冷剂经由主电子膨胀阀后进入第一换热器；在所述第一换热器的作用下吸热蒸发，并依次经由所述四通阀的D口和C口进入气液分离器；进入气液分离器的制冷剂经过气液分离后得到的气态制冷剂通过所述吸气端回到压缩机；

所述系统还包括与所述四通阀、主电子膨胀阀和补气电子膨胀阀相连接的控制部件；所述控制部件通过调节所述主电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的吸气过热度达到第一目标过热度；当所述空气源热泵系统工作在制热模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T3，其中，T3为制热模式下第一换热器的制冷剂入口温度、T4为压缩机的吸气温度；当所述空气源热泵系统工作在制冷模式下，所述压缩机的吸气过热度D1＝T4-T6，其中，T4为压缩机的吸气温度、T6为制冷模式下第二换热器的制冷剂入口温度,

所述控制部件通过调节所述补气电子膨胀阀的开度使得所述压缩机的补气过热度达到第二目标过热度；所述压缩机的补气过热度D2＝T8-T7，其中：T7为经济器的辅助回路入口温度、T8为经济器的辅助回路出口温度,

根据环境温度T1和第二换热器的水出口温度T9来设定所述主电子膨胀阀的初始开度A。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵系统，其特征在于所述系统还包括：

设置在所述第一换热器和储液罐之间的第一单向阀；

设置在所述第二换热器与储液罐之间的第二单向阀；

设置在所述主电子膨胀阀和第一换热器之间的第三单向阀；

和/或设置在所述主电子膨胀阀和第二换热器之间的第四单向阀。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵系统，其特征在于所述系统还包括：

用于检测环境温度的第一温度检测部件；

用于检测所述第一换热器的表面温度的第二温度检测部件；

用于检测所述第一换热器的制冷剂入口温度的第三温度检测部件；

用于检测所述压缩机的吸气温度的第四温度检测部件；

用于检测所述压缩机的排气温度的第五温度检测部件；

用于检测所述第二换热器的制冷剂出口温度的第六温度检测部件；

用于检测所述经济器的辅助回路入口温度的第七温度检测部件；

用于检测所述经济器的辅助回路出口温度的第八温度检测部件；

用于检测第二换热器的水入口温度的第九温度检测部件；

和用于检测第二换热器的水出口温度的第十温度检测部件。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵系统，其特征在于在压缩机启动之前，所述控制部件判断是否满足预设启动条件，如果满足预设启动条件则压缩机正常启动，否则压缩机不进行启动，同时控制系统进行报警。

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