CN108387031B

CN108387031B - 一种热泵系统的控制方法

Info

Publication number: CN108387031B
Application number: CN201810131492.6A
Authority: CN
Inventors: 许兵兵; 毕孝法; 尚锋; 史长奎; 苏勇; 辛伟
Original assignee: Qingdao Langjin New Energy Equipment Co ltd
Current assignee: Shandong Longertek Technology Co Ltd
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: CN108387031A

Abstract

本发明提供了一种热泵系统，包括通过制冷管路顺序连接的压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置、室内换热器及气液分离器，所述热泵系统还包括辅助回路，所述辅助回路进口设置在所述压缩机和四通阀进口之间的管路上，出口设置在所述汽液分离器进口和四通阀回气管出口之间的管路上，所述辅助回路上设置有辅助节流装置，当室外环境温度降低、热泵系统低压压力过低时所述辅助节流装置开启。本发明同时提供了热泵系统的控制方法。本发明提供的热泵系统和控制方法，能够在较低的环境温度下稳定制热，提高了定频热泵制热稳定制热的外环温下限和适应性，并改善了压缩机在此工况下的工作条件，延长了热泵系统的寿命。

Description

一种热泵系统的控制方法

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，尤其是一种能在较低环境温度下运行的热泵系统的控制方法。

背景技术

目前定频电动客车热泵一般只能在较高的室外环境温度下运行，一般热泵可正常运行的环境温度最低为-5℃左右，当环境温度进一步降低时，低压压力下降，超出压缩机的安全运行范围，严重缩短了压缩机寿命，而且，环境温度进一步降低时，会触发低压压力保护开关动作，从而使热泵停机，若强行运行热泵，热泵会频繁的启停，无法持续运行提供热量，也严重损害了压缩机使用寿命。目前普遍的方案是冬季外界环温较高时采用热泵制热，在温度低于0℃或者更低温度时仅使用PTC电加热制热，相对热泵来说，电加热制热能效较低，也相对缩短了电动客车的续航里程，目前在热泵领域，可以使热泵在较低环境温度下运行的技术是补气增焓技术，通过使用经济器和带补气口的压缩机等将制冷剂分成两路，通过补气回路制冷剂来冷却主流路中的制冷剂，提高输气量，降低了压缩机排气温度等，使压缩机的运行条件变好，可以使热泵在较低环境温度下持续运行。但是这种方案成本较高，占用空间大，而且需要特殊的压缩机，一般极少应用在电动客车热泵系统中。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种能在较低环境温度下运行的热泵系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种热泵系统的控制方法，其技术方案是：

一种热泵系统的控制方法，所述热泵系统包括通过制冷管路顺序连接的压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置、室内换热器、气液分离器，以及辅助回路，所述辅助回路进口设置在所述压缩机和四通阀进口之间的管路上，出口设置在所述气液分离器进口和四通阀回气管出口之间的管路上，所述辅助回路上设置有辅助节流装置，当室外环境温度降低、热泵系统低压压力过低时所述辅助节流装置开启；所述热泵系统还包括控制整个热泵系统运转的控制器，以及与所述控制器连接的压力传感器及温度传感器，所述压力传感器设置在所述气液分离器入口处，向所述控制器发送所述气液分离器入口处的压力值，所述温度传感器检测所述室外换热器的进风温度并将温度信号传输给所述控制器，所述控制器根据所述压力值、温度信号控制所述辅助节流装置的开启或关闭，具体包括如下步骤，

S1，控制器内预设辅助节流装置的开启压力阈值a；

S2，热泵运行时，检测气液分离器入口处的实时压力值P1；

S3，计算压差△P＝a-P1，当△P>0时，辅助节流装置开启，将压缩机排气的一部分通过辅助回路引入到气液分离器的进口，提高吸气压力，达到压缩机的安全运行范围；

控制器内预设有n个线性增长的压差，压差从小到大排列形成n+1个连续的压力区间，每个压力区间对应一个辅助节流装置的开度值；

当△P≤0时，控制器认定压缩机可正常运转，辅助节流装置始终处于关闭状态，回到步骤S2，继续重新检测热泵系统运行过程气液分离器进气口处的压力值，再进入步骤S3中；

S31，当△P>0时,判断△P所在的压力区间，控制器根据所在压力区间对应的辅助节流装置的开度值控制其开度；

S32，检测室外换热器进风温度T，控制器计算热泵系统中制冷剂在温度T时的饱和液态压力PS，计算m＝Ps-P1，控制器内预设△Pshut，当m>△Pshut时，保持辅助节流装置的开度不变，当m≤△Pshut时，辅助节流装置的开度减小至下一压力区间对应的开度；

S33，检测压缩机排气管温度T2，当T2大于等于预设值T0时，热泵系统停止运行；

S4，顺序重复步骤S2和S3，至停机；

步骤S32和S33为可选项，当控制方法中具有这两步时，首先进行S32步骤中关于室外换热器进风温度T的实时检测，m>△Pshut或者辅助节流装置开度为零后，进入步骤S33，再重回步骤S2，重复进行P1值的实时检测，当设置S32和S33中的任一步骤时，每一步骤结束后，重回步骤S2进行P1的检测；当不设有S32和S33 时，直接进入步骤S4,循环步骤S2至S4，至停机。

进一步的，当△P大于预设的最大压差时，辅助节流装置的开度为全开，当△P>0且小于最小压差时，辅助节流装置的开度为最小值。

进一步的，当m>△Pshut*110％时，保持辅助节流装置的开度不变，当 m≤△Pshut*110％时，判断为m≤△Pshut，辅助节流装置的开度减小至下一压力区间对应的开度。

进一步的，辅助节流装置的开启压力阈值a高于压缩机安全运行允许的最低压力值Pa，且预设的最大压差小于辅助节流装置的开启压力阈值a与Pa的差值。

综上所述，本发明提供的一种热泵系统的控制方法，在热泵系统的制冷回路中增加辅助回路，提高了热泵系统在较低环境温度下的低压压力，并根据系统参数和环境温度调节低压压力，使得定频热泵系统可以在较低的环境温度下稳定制热，提高了定频热泵制热稳定制热的外环温下限和适应性，并改善了压缩机在此工况下的工作条件，延长了热泵系统的寿命。

附图说明：

图1：本发明一种热泵系统的制冷系统组成示意图；

图2:本发明一种热泵系统控制方法的流程图。

其中：压缩机1，低压压力传感器2，辅助节流装置3，辅路进管4，辅路出管5，四通阀6，室外换热器7，节流装置8，室内换热器9，气液分离器10。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种热泵系统的控制方法，热泵系统包括通过制冷管路顺序连接的压缩机1、四通阀6、室外换热器7、节流装置8、室内换热器9及气液分离器10，还包括辅助回路，辅助回路进口设置在压缩机1和四通阀6进口之间的管路上，出口设置在气液分离器10进口和四通阀6回气管出口之间的管路上，辅助回路上设置有辅助节流装置3，当室外环境温度降低、热泵系统低压压力过低时辅助节流装置3 开启。

如图1所示，本发明提供的一种热泵系统，通过制冷管路顺序连接有压缩机1、四通阀6、室外换热器7、节流装置8、室内换热器9，在气液分离器10与压缩机1 的连接管路上，安装有低压压力传感器2，在压缩机1与四通阀6的管路与四通阀6 与气液分离器10的管路之间，设置有辅助回路，辅助回路包括顺序连接的辅路进管 4、辅助节流装置3、辅路出管5。四通阀6的结构和功能与现有技术中的相同，具有四个连通口，通过管路，分别与压缩机1的排气端、吸气端、室外换热器7、室内换热器9连通，根据制冷、制热的需求，选择制冷剂的走向，由四通阀6改变制冷剂的流向，在外界环境温度适宜的情况下，当需要制冷时，制冷剂从压缩机1出来，经四通阀6后，依次进入室外换热器7、节流装置8、室内换热器9，经气液分离器10回到压缩机1内，完成制冷剂的闭环循环；当需要制热时，制冷剂从压缩机1出来，经四通阀6换向，依次进入室内换热器9、节流装置8、室外换热器7，经气液分离器10回到压缩机1内，完成制冷剂的闭环循环。

在压缩机1和气液分离器10之间，并联有辅助回路，辅助回路包括顺序连接的辅路进管4、辅助节流装置3、辅路出管5，辅路进管4的进口连接在压缩机1和四通阀6进口之间的管路上，辅路出管5的出口连接在气液分离器10进口和四通阀6 回气管出口之间的管路上，常态下(环境温度适宜压缩机1可正常工作的情况下)，热泵系统正常运行，辅助节流装置3处于关闭状态，不开启，辅助回路中无制冷剂流；当环境温度较低，热泵系统低压压力过低，超过压缩机允许的安全运行范围或是低压压力开关11动作，压缩机1无法正常运行时，辅助节流装置3开启，将压缩机1排气的一部分通过辅助回路引入到气液分离器10的进口，经气液分离器10回到压缩机1，这样一方面提高气液分离器10的吸气压力，使其达到压缩机1的安全运行范围，另一方面降低了压缩比，改善系统回油性能，从而改善压缩机1的运行条件，低压压力的提高也避免了低压压力开关11频繁启停，使热泵系统可以在较低环境温度下稳定运行。

辅助节流装置3开度可以调节，优选采用耐高温的电子膨胀阀，根据控制器内预设的控制方法，对辅助节流装置3的开度大小从0到100％开启程度进行调节，具体调节方法不限，还可在辅助回路上增加电磁阀，以便在不需要开启辅助回路时有效阻断辅助回路。

热泵系统还包括控制器，控制器接收开关机信号，根据开关机信号控制热泵系统的运转。热泵系统包括设置在外界环境中的设置有室外换热器7的室外机，以及设置在室内环境用于改善调解室内温度的设置有室内换热器9的室内机。在室外机设置有温度传感器，推荐设置在室外换热器7进风口上，用以感知室外换热器7进风的温度，在气液分离器10入口处设置有压力传感器，感知气液分离器10入口处的压力值，温度传感器和压力传感器与控制器连接，将感知的温度信号和压力值传输给控制器，控制器接收到温度信号和压力值以后，利用内置的辅助回路控制模块，判断并控制辅助回路中辅助节流装置3的开启或关闭，并进一步可以根据温度信号和压力值的具体情况，控制辅助节流装置3的开度。

本发明提供的实施例提供的上述热泵系统的控制方法，如图2所示，热泵系统的控制方法包括以下步骤：

S1，控制器内置的辅助回路控制模块预设辅助节流装置3的开启压力阈值a，此压力阈值a高于压缩机1运行允许的最低压力值Pa，并预设气液分离器10入口压力值P1与压力阈值a之间n个压差值：△P1，△P2，△P3……△Pn，其中，△P1至△Pn 依次增大，且△Pn<a-Pa，n个压差值形成n+1个压差区间：(0，△P1]、(△P1,△P2]、 (△P2,△P3]……(△Pn-1,△Pn]、(△Pn,∞]，设定辅助节流装置3总开度为 1，即100％开启状态，设定b为辅助节流装置3的最小开度，为总开度的1/(n+1)，则线性连续的压差区间(0，△P1]、(△P1,△P2]、(△P2,△P3]……(△Pn-1, △Pn]、(△Pn,∞]依次对应辅助节流装置3的开度大小分别为b，2b，3b……nb， 100％。

其中a值的确定与压缩机1的型号及效率、制冷剂灌注量等内容相关，可根据大量的实验数据总结得出，原则上，a要高于压缩机1安全运行允许的最低压力值，且要高于低压压力开关(当热泵系统中设有时)的保护值。

S2，热泵系统停机时，辅助节流装置3处于关闭状态，热泵系统运行时，检测气液分离器10入口处的实时压力值P1，并将压力值P1传输给控制器内置的辅助回路控制模块。压力值P1可通过设置在气液分离器10与压缩机1之间管路上的低压压力传感器2检测得到。

S3，辅助回路控制模块根据预设的辅助节流装置3的开启压力阈值a与检测到的气液分离器10入口处的实时压力值P1计算压力差值：△P＝a-P1，当△P>0时，控制器认定压缩机1在低温环境下无法下正常运转，控制器第一次变更辅助节流装置3 的开度，控制辅助节流装置3开启，将压缩机1排气的一部分通过辅助回路引入到气液分离器10的进口，提高吸气压力，使压力值P1增大，达到压缩机1的安全运行范围；当△P≤0时，控制器认定压缩机1可正常运转，辅助节流装置3始终处于关闭状态。需要说明的是，△P越大，辅助节流装置3的开度越大，最大开到100％。

为精确控制辅助回路的制冷剂流量，精准降低压缩比，改善回油性能，在控制器的辅助回路控制模块内如前文所述预设n个呈线性增长的压力差值，压力差值按从小到大的顺序排列，每个骤设的压力差值对应一个辅助节流装置的开度，随着压力差值的增大，辅助节流装置3的开度也增大，确切来说，n个线性增长的压力差值按从小到大的顺序排列，可形成n+1个连续的压力差值范围，每个压力差值范围，对应一个辅助节流装置3的开度。第n个压力差值高于压缩机1安全运行允许的最低压力值Pa。图2中，VAL为辅助节流装置3的代称。

如步骤S1中所述，在本发明提供的实施例中，控制器内预设n个压力差值，△P1，△P2，△P3……△Pn，其中△P1至△Pn依次增大，对应的辅助节流装置3的开度也依次增大，n个压力差值形成n+1个连续的压力差值区间，每个压力差值区间分别对应一个辅助节流装置3的开度，随着压力差值区间的增长，即辅助节流装置3的开度也按线性增长的方式，分为n+1级，最高级为辅助节流装置3的开度为100％。

因此，步骤S中还包括：

S31，将计算得到的实时△P与预设的n个压力差值进行比较，判断实时的△P 在哪个压力差值区间内，控制器(辅助回路控制模块)根据判断结果可以得到对应的辅助节流装置3的开度，从而控制辅助节流装置3以相应的开度启动并使制冷剂从辅路进管5进入辅助节流装置3，再经辅路出管6进入到气液分离器10的进气端。如前文所述，当△P≤0时，辅助节流装置3处于关闭状态，当0<△P≤△P1时，辅助节流装置3开度为总开度的1/(n+1)，即开度为b，当△P1<△P≤△P2时辅助节流装置3开度为总开度的2/(n+1)，即开度为2b，当△P2<△P≤△P3时辅助节流装置3开度为总开度的3/(n+1)，即开度为3b，以此类推，△Pn-1<△P≤△Pn时辅助节流装置3开度为总开度的n/(n+1)，即开度为nb，当△P9<△P时辅助节流装置3 开度为总开度的100％，即开度为(n+1)b，(n+1)b＝1。

以上示例为本发提供的实施例中简单但直接有效的预设方式，n个预设的压力差值和对应的辅助节流装置3的开度均为线性增长，在实际应用中，可根据实验结果，以及预设的压力差值的数量，确定不同的对应方式。在此不做限制说明，同样的，也不可以将此做为发明内容的具体限定。

为进一步精确控制压缩机1的压缩比，实现更好的热泵系统的运行效果，将通过以上方式得到辅助节流装置3的开度大小的值做为初始值，或者说，前述方法得到了辅助节流装置3开度大小的理论值，需要通过以下步骤来进一步调整辅助节流装置3的开度大小，得到辅助节流装置3开度大小的实际值：

S32，当通过前述方法检测到△P>0时，温度传感器检测室外换热器7进风温度 T，并将温度信号传输给控制器，温度传感器设置在室外换热器7的进风侧，优选在室外换热器7的进风侧设置有多个温度传感器，控制器同时接受多个温度信号，取算术平均值为进风温度T，或加权平均值为进风温度T，控制器根据实时接收的温度信号，计算热泵系统中制冷剂在温度T时的饱和液态压力PS，计算m＝Ps-P1，控制器内预设外环温对应的饱和蒸发压力与当前蒸发压力有效期值的下限设定值△Pshut，比较m与△Pshut的大小，当m>△Pshut时，保持辅助节流装置3的初值开度(通过前述方法，比较△P得到的开度)不变，当m≤△Pshut时，辅助节流装置3的开度减小，如可减小至下一压差区间对应的开度。在本发明中，为进一步精确制辅助节流装置3的开度，当m>△Pshut*110％时，保持辅助节流装置3的初值开度不变，当m≤△Pshut*110％时，判定m≤△Pshut，对辅助节流装置3的开度进行第二次调节，辅助节流装置3的开度减小，在本发明中，当m≤△Pshut*110％时，辅助节流装置3的开度减小至下一压差区间对应的开度。

S33，检测压缩机1排气管温度T2，当T2大于等于预设值T0时，热泵系统停止运行。当压缩机1排气管温度T2大于压缩机停止运行的预设温度T0时，热泵系统停止工作。

S4，循环进行步骤S2至S4，至停机。

为避免因频繁调节辅助节流装置3的开度而导致辅助节流装置3的损耗，可设定每隔t段时间后，重复步骤S32，即每隔t段时间，控制器根据实时的温度信号，调整辅助节流装置3的实际开度值。或者，为进一步精准的进行辅助节流装置3的实际开度，温度传感器实时检测室外换热器7的进风温度T并传输给控制器，控制器每隔t段时间，将接收的多个T值取平均值，根据平均值来调整辅助节流装置3 的实际开度，平均值可为加权平均值，因热泵系统在运行过程中，室外换热器7的进风温度变化可能会比较大，因此进一步采用移动加平均法计算平均值，一方面，避免辅助节流装置3开度的频繁调节，另一方面，移动加权平均法计算出来的温度值比较均衡和准确，控制更准确。

当步骤S3中检测到△P≤0时，控制器认定压缩机1可正常运转，辅助节流装置3始终处于关闭状态，回到步骤S2，继续重新检测热泵系统运行过程气液分离器 10进气口处的压力值，再进入步骤S3中，且步骤S32和S33为可选项，当控制方法中具有这两步时，首先进行S32步骤中关于室外换热器进风温度T的实时检测， m>△Pshut或者辅助节流装置3开度为零后，进入步骤S33，再重回步骤S2，重复进行P1值的实时检测，当设置S32和S33中的任一步骤时，每一步骤结束后，重回步骤S2进行P1的检测。当同样的，P1值的实时检测也可间隔一定的时间段，并可根据需要，选择间隔一定时间后的实时P1值，或是时间段内多个P1值的加权平均值，当不设有S32和S33时，直接进入步骤S4,循环步骤S2至S4，至停机。

综上所述，本发明提供的一种热泵系统，在制冷回路中增加辅助回路，并提供了热泵的控制方法，提高了热泵系统在较低环境温度下的低压压力，并根据系统参数和环境温度调节低压压力，使得定频热泵系统可以在较低的环境温度下稳定制热，提高了定频热泵制热稳定制热的外环温下限和适应性，并改善了压缩机在此工况下的工作条件，延长了热泵系统的寿命。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种热泵系统的控制方法，其特征在于：所述热泵系统包括通过制冷管路顺序连接的压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置、室内换热器、气液分离器，以及辅助回路，所述辅助回路进口设置在所述压缩机和四通阀进口之间的管路上，出口设置在所述气液分离器进口和四通阀回气管出口之间的管路上，所述辅助回路上设置有辅助节流装置，当室外环境温度降低、热泵系统低压压力过低时所述辅助节流装置开启；所述热泵系统还包括控制整个热泵系统运转的控制器，以及与所述控制器连接的压力传感器及温度传感器，所述压力传感器设置在所述气液分离器入口处，向所述控制器发送所述气液分离器入口处的压力值，所述温度传感器检测所述室外换热器的进风温度并将温度信号传输给所述控制器，所述控制器根据所述压力值、温度信号控制所述辅助节流装置的开启或关闭，具体包括如下步骤，

S1，控制器内预设辅助节流装置的开启压力阈值a；

S2，热泵运行时，检测气液分离器入口处的实时压力值P1；

S4，顺序重复步骤S2和S3，至停机；

步骤S32和S33为可选项，当控制方法中具有这两步时，首先进行S32步骤中关于室外换热器进风温度T的实时检测，m>△Pshut或者辅助节流装置开度为零后，进入步骤S33，再重回步骤S2，重复进行P1值的实时检测，当设置S32和S33中的任一步骤时，每一步骤结束后，重回步骤S2进行P1的检测；当不设有S32和S33时，直接进入步骤S4,循环步骤S2至S4，至停机。

2.如权利要求1所述的一种热泵系统的控制方法，其特征在于：当△P大于预设的最大压差时，辅助节流装置的开度为全开，当△P>0且小于最小压差时，辅助节流装置的开度为最小值。

3.如权利要求1所述的一种热泵系统的控制方法，其特征在于：当m>△Pshut*110％时，保持辅助节流装置的开度不变，当m≤△Pshut*110％时，判断为m≤△Pshut，辅助节流装置的开度减小至下一压力区间对应的开度。

4.如权利要求1所述的一种热泵系统的控制方法，其特征在于：辅助节流装置的开启压力阈值a高于压缩机安全运行允许的最低压力值Pa，且预设的最大压差小于辅助节流装置的开启压力阈值a与Pa的差值。