CN108072201A - 热泵系统及其启动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热泵系统及用于其的启动控制方法。该热泵系统包括：主换热回路，其包括顺序连接形成回路的双级压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器；经济器，其设置在冷凝器与蒸发器之间；补气支路，其从经济器的出气口连接至压缩机的补气口，补气支路上设置用于控制流路通断的经济器调节阀；以及控制装置；其中，控制装置在热泵系统的启动阶段基于蒸发器中的制冷剂状态特征来控制经济器调节阀的通断。在机组启动时，当蒸发器中的制冷剂状态特征意指系统的蒸发压力过低时，则控制装置将控制调节阀导通，压缩机从补气支路获得补气，进而避免从蒸发器内过度抽吸制冷剂气体而引发其蒸发压力过低的问题并导致机组启动失败。因此，在采用本发明的启动控制方法后，蒸发压力将恢复正常，机组能够启动成功。

Description

热泵系统及其启动控制方法
技术领域
本发明涉及热泵系统领域，更具体而言，其涉及一种热泵系统的启动控制方法。
背景技术
在当前使用补气增焓压缩机的制冷系统中，通常会采用经济器来为压缩机的中间级进行补气。此种补气支路一般包括对制冷剂在此进行节流的节流元件、与经济器进行换热的回路以及用于控制该支路的经济器调节阀。该经济器调节阀通常为常闭式阀，且随着整套机组通电而延时启动，以便维持整套系统正常运转。但在机组初期设置时，该延时启动的延迟时段长短难以把握，因为机组的运转状况一定程度依赖于机组安装环境。在一些情形下，若延迟时段较长，由于经济器调节阀在该时段内一直未能打开，这将导致蒸发器中的制冷剂一直被抽吸入压缩机而发生蒸发压力过低的问题；另一方面，若延迟时段较短，则此时经济器中依然积存了较多的制冷剂液体，这将导致压缩机中间级吸入过量制冷剂液体而发生喘振等问题，影响机组的可靠性及安全性。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够稳定启动的热泵系统。
本发明目的还在于提供一种用于稳定启动热泵系统的启动控制方法。
为实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种热泵系统，其包括：主换热回路，其包括顺序连接形成回路的双级压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器；经济器，其设置在所述冷凝器与所述蒸发器之间；补气支路，其从所述经济器的出气口连接至所述压缩机的补气口，所述补气支路上设置用于控制流路通断的经济器调节阀；以及控制装置；其中，所述控制装置在热泵系统的启动阶段基于所述蒸发器中的制冷剂状态特征来控制所述经济器调节阀的通断。
根据本发明的再一个方面，还提供一种热泵系统的启动控制方法，其包括：S100，在压缩机启动后的第一预设时段内，若所述蒸发器中的制冷剂状态特征低于设定阈值，则开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中；且/或S200，在压缩机启动后的第一预设时段内，若所述蒸发器中的制冷剂状态特征高于设定阈值，则在所述第一预设时段后开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中。
附图说明
图1是本发明的热泵系统的一个实施例的示意图。
图2是现有技术的热泵系统的蒸发器及冷凝器在启动控制过程中的温度变化的软件模拟示意图。
图3是现有技术的热泵系统各部件在启动控制过程中的状态变化的软件模拟示意图。
图4是本发明的一个实施例的热泵系统的在启动控制过程中的蒸发器及冷凝器温度变化的软件模拟示意图。
图5是本发明的一个实施例的热泵系统各部件在启动控制过程中的状态变化的软件模拟示意图。
具体实施方式
参见图1，其示出了根据本发明的构想的热泵系统的一个实施例。该热泵系统包括：主换热回路及补气支路。其中，主换热回路包括顺序连接形成回路的双级压缩机100a、100b、冷凝器200、节流元件以及蒸发器400；以及经济器500，其设置在冷凝器200与蒸发器400之间。该主换热回路主要起到提供常规制冷循环或制热循环的作用。另外，还包括补气支路，其从经济器500的出气口连接至压缩机100a、100b的补气口，且在补气支路上设置用于控制流路通断的经济器调节阀600。该补气支路主要起到为压缩机中间级适时补充气态制冷剂的作用，以满足实现双级压缩的需要。该还热泵系统包括控制装置；其中，该控制装置在热泵系统的启动阶段能够基于蒸发器400中的制冷剂状态特征来控制经济器调节阀600的通断。具体而言，作为一个示例，在机组启动时，当蒸发器400中的制冷剂状态特征意指其饱和蒸发压力过低时，则控制装置将控制经济器调节阀导通，压缩机从补气支路获得补气，进而避免从蒸发器内过度抽吸制冷剂气体而引发其蒸发压力过低的问题并导致机组启动失败。此时，蒸发压力将恢复正常，使得该机组能够启动成功。
其中，前述实施例中所应用的制冷剂状态特征包括蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力；且该热泵系统对应地包括制冷剂状态特征传感器，其可用于检测所述蒸发器及所述经济器内能够反映饱和蒸发压力的参数。在实施该方案的过程中，可存在多种传感器能够满足上述要求，如下将列举若干传感器示例来协助理解本构想。
作为一个示例，热泵系统对应地包括温度传感器，以用于检测蒸发器400内的制冷剂蒸发温度。作为又一示例，热泵系统对应地包括压力传感器，以用于检测蒸发器400内的制冷剂蒸发压力。
应当知道的是，当检测对象为制冷剂蒸发压力时，可以直接根据该制冷剂蒸发压力来获取所对应的饱和蒸发压力值。该获取过程可依赖于经验公式来进行计算或查询对应的特性参数表。而当检测对象为制冷剂蒸发温度时，可以首先根据该制冷剂蒸发温度获取对应的饱和蒸发温度，再根据该饱和蒸发温度来获取所对应的饱和蒸发压力。该获取过程同样可依赖于经验公式来进行计算或查询对应的特性参数表。
当然，根据前述原理及示例的教示，本领域技术人员也能够想到采用其他的制冷剂状态特征来进行控制。
可选地，作为一类具体示例，节流元件可以包括：设置在冷凝器200与经济器500之间的高压侧浮子阀300a和/或设置在蒸发器400与经济器500之间的低压侧浮子阀300b，以实现对本系统的节流效果。
根据本发明的另一方面，还提供一种用于热泵系统的启动控制方法，其既能够适用于前述实施例中的热泵，也可以适用于其他具有相应控制需求的热泵系统中。
该方法至少保护如下步骤：
S100，在压缩机100a、100b启动后的第一预设时段内，若蒸发器400中的制冷剂状态特征低于设定阈值，则启动经济器调节阀600，经济器500内积存的制冷剂被抽吸至压缩机100a、100b中；且/或S200，在压缩机100a、100b启动后的第一预设时段内，若蒸发器400中的制冷剂状态特征高于设定阈值，则在第一预设时段后启动经济器调节阀600，经济器500内积存的制冷剂被抽吸至压缩机100a、100b中。
第一预设时段为系统设置的常规滞后时间，可根据装置使用地的一般性环境状况来进行设置。例如，在一个示例中，第一预设时段为1-5分钟。
在此时段范围内，若发生了蒸发器400中的制冷剂状态特征低于设定阈值的状况，则意指若再不开启该经济器调节阀，将极有可能发生蒸发压力过低的问题，进而影响系统运行。此时，应当执行步骤S100，启动经济器调节阀600，经济器500内积存的制冷剂被抽吸至压缩机100a、100b中，进而降低压缩机从蒸发器处的制冷剂抽吸量。
若机组在该时段范围的整个运行过程中，出现蒸发器400中的制冷剂状态特征高于设定阈值的状况，则意指可以按照常规步骤运行。此时，应当执行步骤S200，在第一预设时段后启动经济器调节阀600，经济器500内积存的制冷剂被抽吸至压缩机100a、100b中。
详细而言，当该制冷剂状态特征包括蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力时，该启动控制方法可细化为：S100，在压缩机启动后的第一预设时段内，若蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力低于压力阈值，则开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中；且/或S200，在压缩机启动后的第一预设时段内，若蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力高于压力阈值，则在第一预设时段后开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中。
在此时段范围内，若发生了蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力低于压力阈值的状况，则意指若再不开启该经济器调节阀，将极有可能发生蒸发压力过低的问题，进而影响系统运行。此时，应当执行步骤S100，启动经济器调节阀600，经济器500内积存的制冷剂被抽吸至压缩机100a、100b中，进而降低压缩机从蒸发器处的制冷剂抽吸量。
若机组在该时段范围的整个运行过程中，蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力高于压力阈值，则意指可以按照常规步骤运行。此时，应当执行步骤S200，在第一预设时段后启动经济器调节阀600，经济器500内积存的制冷剂被抽吸至压缩机100a、100b中。
根据前述实施例中的启动控制方法，若需要应用蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力来作为判断参数，则首先需要获取蒸发器内能够反映饱和蒸发压力的参数。在此也提供若干种参数示例。
例如，蒸发器内能够反映饱和蒸发压力的参数包括制冷剂蒸发压力和/或制冷剂蒸发温度。其中，当蒸发器内能够反映饱和蒸发压力的参数包括制冷剂蒸发温度时，基于制冷剂蒸发温度获取饱和蒸发温度，并基于饱和蒸发温度与饱和蒸发压力的特性关系来获取饱和蒸发压力。
此外，其中用于作为判断依据之一的压力阈值也应当根据装置使用地的一般性环境状况来进行设置。例如，在一个示例中，该压力阈值所对应的温度阈值为在40°F以下。
可选地，为避免因传感器受到干扰而发生瞬时故障等意外状况的发生影响判断结果，在此还提供进一步的实施例。其中，在压缩机启动后的第一预设时段内，若蒸发器中的制冷剂状态特征低于设定阈值并持续第二预设时段，则开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中。此时，由于该异常判定状态持续了第二预设时段，则基本排除了误判的可能性。该措施能够进一步确保判断结果的准确性。
此外，在此提供一组对于应用该启动控制方法的热泵系统及现有技术的热泵系统的启动过程性能变化曲线的软件模拟示意图。
图2及图3示出了现有技术中的热泵系统的软件模拟结果。参见图2，其中实线标示的曲线为蒸发器制冷剂温度（ERT），而虚线标示的曲线为冷凝器制冷剂温度（CRT）。由图示可知，蒸发器制冷剂温度在机组启动约300秒后发生了温度骤降，这就是由于经济器调节阀长时间未能开启而导致蒸发器中的制冷剂积液一直被抽吸入压缩机而产生。该温度骤降阶段一直持续到机组在启动500秒后开启经济器调节阀时方才恢复。
再参见图3，其中细实线标示的曲线为变频器（vfd）的开度位置，其用于指示对压缩机运转频率的控制程度；虚线标示的曲线为进气导叶（gv1）的开度位置，其用于指示对压缩机进气口开度的控制程度；点划线标示的曲线为经济器调节阀（dmp）的开度位置，其用于指示对补气支路开度的控制程度；而粗实线标示的曲线为热气旁通阀（hgbp）的开度位置；其用于指示对热气旁通支路的控制程度。在该示例中，经济器调节阀被设定为在机组启动500秒后再开启。此时可见，进气导叶无法运动至正常开度。若在实际应用中，机组将会报警甚至于停机，而在该软件模拟中，由于未设置安全逻辑，所以进气导叶在经济器调节阀于500秒后开启时再重新缓慢地运动至设定开度。
对应地，图4及图5示出了本发明的一个实施例中的热泵系统的软件模拟结果。参见图4，其中实线标示的曲线为蒸发器制冷剂温度，而虚线标示的曲线为冷凝器制冷剂温度。由图示可知，蒸发器制冷剂温度在机组启动约300秒后发生了温度骤降。此时，控制装置检测到其对应的饱和蒸发压力低于设定的压力阈值，将控制经济器调节阀提前开启，随后该温度骤降幅度及趋势立刻得到遏止，并逐渐恢复正常启动工况。
再参见图5，其中细实线标示的曲线为变频器开度，虚线标示的曲线为进气导叶开度，点划线标示的曲线为经济器调节的开度，而粗实线标示的曲线为热气旁通阀的开度。在该示例中，当进口导叶在机组启动300秒左右无法继续开启时，经济器调节阀被打开。随后进口导叶得以继续开启，使整个机组启动过程正常进行。
以上例子主要说明了本发明的热泵系统及其启动控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (13)

1.一种热泵系统，其特征在于，包括：
主换热回路，其包括顺序连接形成回路的双级压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器；
经济器，其设置在所述冷凝器与所述蒸发器之间；
补气支路，其从所述经济器的出气口连接至所述压缩机的补气口，所述补气支路上设置用于控制流路通断的经济器调节阀；以及
控制装置；
其中，所述控制装置在热泵系统的启动阶段基于所述蒸发器中的制冷剂状态特征来控制所述经济器调节阀的通断。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述节流元件包括：设置在所述冷凝器与所述经济器之间的高压侧浮子阀和/或设置在所述蒸发器与所述经济器之间的低压侧浮子阀。
3.根据权利要求1或2所述的热泵系统，其特征在于，所述制冷剂状态特征包括蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力；所述热泵系统还包括制冷剂状态特征传感器，其用于检测所述蒸发器内能够反映制冷剂的饱和蒸发压力的参数。
4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括温度传感器，其用于检测所述蒸发器内制冷剂蒸发温度。
5.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括压力传感器，其用于检测所述蒸发器内制冷剂蒸发压力。
6.一种热泵系统的启动控制方法，其特征在于：
S100，在压缩机启动后的第一预设时段内，若所述蒸发器中的制冷剂状态特征低于设定阈值，则开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中；且/或
S200，在压缩机启动后的第一预设时段内，若所述蒸发器中的制冷剂状态特征高于设定阈值，则在所述第一预设时段后开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中。
7.根据权利要求6所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于，所述制冷剂状态特征包括蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力，其中：
S100，在压缩机启动后的第一预设时段内，若蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力低于压力阈值，则开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中；且/或
S200，在压缩机启动后的第一预设时段内，若蒸发器内制冷剂的饱和蒸发压力高于压力阈值，则在所述第一预设时段后开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中。
8.根据权利要求7所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于：基于蒸发器内能够反映饱和蒸发压力的参数来获取蒸发器内饱和蒸发压力。
9.根据权利要求8所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于：蒸发器内能够反映饱和蒸发压力的参数包括制冷剂蒸发压力和/或制冷剂蒸发温度。
10.根据权利要求9所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于：当蒸发器内能够反映饱和蒸发压力的参数包括制冷剂蒸发温度时，基于所述制冷剂蒸发温度获取饱和蒸发温度，并基于饱和蒸发温度与饱和蒸发压力的特性关系来获取饱和蒸发压力。
11.根据权利要求6至10任意一项所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于：所述第一预设时段为1-5分钟。
12.根据权利要求6至10任意一项所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于：所述压力阈值对应的温度阈值为在40°F以下。
13.根据权利要求6至10任意一项所述的热泵系统的启动控制方法，其特征在于，S100还包括：
在压缩机启动后的第一预设时段内，若所述蒸发器中的制冷剂状态特征低于设定阈值并持续第二预设时段，则开启经济器调节阀，经济器内积存的制冷剂被抽吸至压缩机中。
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