CN110749116A - 低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅路结构 - Google Patents

低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅路结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅路结构，属于制冷空调与低温热泵技术领域。解决了现有的电子膨胀阀、热力膨胀阀的成本高且控制复杂、因采用单毛细管的方式不能解决高压缩比的极限工况下排气偏高容易导致引起报警的问题。本低温热泵系统中的增焓辅路结构包括经济器，经济器上的经济器主路进口与外部的水侧换热器之间、经济器主路出口和外部的空气侧换热器之间各自通过主管路一一密封连通等。本低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅路结构的优点在于：降低了因采用电子膨胀阀的生产成本且逻辑控制更简单，同时降低因采用单毛细管的方式导致的高压缩比的极限工况下排气偏高容易报警的机率。

Description

低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅 路结构
技术领域
本发明属于制冷空调与低温热泵技术领域，尤其是涉及一种采用经济器作为中间换热器的低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅路结构。
背景技术
目前采用经济器补气辅路的低温定频热泵机组，其补气增焓辅路的制冷剂流量控制主要有3种方式：
第一种是采用单毛细管节流：如图1至2所示，由于低温定频热泵机组采用固定频率运行，在正常运行工况范围内需要的补气制冷剂流量相差不会太大，采用毛细管基本就可以满足补气的调节需求，采用该方式的成本更有优势，但也存在一个问题就是，特别在低温极限制热工况下，系统的蒸发温度低、冷凝温度高，高低压压缩比很大，排气温度非常高，由于毛细管没有宽泛的流量调节作用，采用单根毛细管已控制不住该极限工况下的排气温度而容易造成排气过高保护，有些厂家选择通过控制加大主路节流阀的开度来提高冷媒循环流量以达到降低排气温度的目的，但这样做的结果就是蒸发器进口制冷剂的干度加大、换热潜热比重降低导致本就很低的换热能力进一步下降，压缩机吸气带液可能造成压缩机液击损坏；
第二种是采用电子膨胀阀进行控制：如图3至4所示，在正常情况下，电子膨胀阀根据布置于补气辅路经济器进出口的温度传感器检测到的温度差(出口温度-进口温度)作为辅路实际过热度与控制程序设定的辅路目标过热度进行比对来达到PID调节，当排气温度超过程序设定的目标排气值时膨胀阀转为根据排气过热度控制，即当实际排气温度大于目标排气温度时，辅路电子膨胀阀根据实际排气温度与程序设定的目标排气温度的偏差情况进行自动控制，保证排气温度不超过设定排气值，电子膨胀阀具有控制精度高、调节范围广的特点，但其成本比采用毛细管更高且控制较复杂，定频机系统采用固定频率运行，在正常运行范围内补气了解量相差不太大，采用本方式无成本优势；
第三种是采用热力膨胀阀进行控制：热力膨胀阀也是根据辅路的过热度控制，与电子膨胀阀电子调节方式不同的是，热力膨胀阀为机械式控制，不需要温度额外传感器检测进出口温度，仅需根据膨胀阀自带的感温包检测的温度转换为的压力与实际检测的压力进行控制，但在极限工况下的情况与采用毛细管的方式类同，不能通过热力膨胀阀开度的调节有效控制排气温度值，另外采用热力膨胀阀时系统相对复杂，其成本比采用毛细管或电子膨胀阀的方式更高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种解决现有的补气增焓辅路中因采用电子膨胀阀或热力膨胀阀的方式导致的成本高且逻辑控制复杂、或因采用单毛细管的方式不能解决高压缩比的极限工况下排气偏高容易导致引起报警保护从而停机的问题的低温热泵系统中的增焓辅路结构。
本发明的第二个目的是针对上述问题，提供一种在解决补气增焓的问题的同时能降低生产成本、且操控简单的低温热泵系统。
本发明的第三个目的是针对上述问题，提供一种操控本方案中的具有双毛细管的增焓辅路结构以解决高压缩比的极限工况下排气偏高容易导致引起报警保护从而停机的问题的低温热泵系统增焓辅路控制方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的低温热泵系统中的增焓辅路结构，包括经济器，经济器上的经济器主路进口与外部的水侧换热器之间、经济器主路出口和外部的空气侧换热器之间各自通过主管路一一密封连通，经济器上的经济器辅路出口与外部的压缩机之间通过增焓总管路一一密封连通，其特征在于，经济器和其与外部的水侧换热器之间的主管路之间设有一条补气分管路和一条补液分管路，补气分管路一端与该主管路密封连通、另一端与连接经济器辅路进口密封连通，补液分管路一端与该主管路密封连通、另一端与增焓总管路密封连通，补气分管路上设有补气毛细管，补液分管路上设有喷液毛细管，补气分管路上位于补气毛细管和与其连通的主管路之间设有增焓电磁阀，补液分管路上位于喷液毛细管和与其连通的主管路之间设有喷液电磁阀。
在上述的低温热泵系统中的增焓辅路结构中，补液分管路与主管路连通的位置相比于补气分管路与主管路连通的位置更靠近外部的水侧换热器。
上述的低温热泵系统，包括由主管路依次连接压缩机、水侧换热器和空气侧换热器而形成的一个封闭的热泵机组，其特征在于，所述的压缩机、水侧换热器和空气侧换热器之间设有上述的低温热泵系统中的增焓辅路结构。
在上述的低温热泵系统中，该增焓辅路结构与水侧换热器之间的主管路上设有储液器。
上述的低温热泵系统增焓辅路控制方法，所述系统为权利要求3至4任一低温热泵系统，所述控制方法包括以下步骤：
检测温度，通过环境感温探头检测环境温度T环，通过排气感温探头检测排气温度T排；
根据检测到的环境温度T环是否符合预设的增焓电磁阀的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭增焓电磁阀；
当增焓电磁阀为开合状态时且根据检测到的排气温度T排是否符合预设的增焓电磁阀的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭增焓电磁阀；
检测到的环境温度T环是否符合预设的喷液电磁阀的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭喷液电磁阀；
每隔预设的温度检测时间t检测后，重复上述的步骤，直至热泵机组停止运行。
在上述的低温热泵系统增焓辅路控制方法中，增焓电磁阀的开启条件包括热泵机组处于制热模式且压缩机持续运行至少3min、和T环≤T增焓-T增焓回差，T增焓为预设的关闭增焓电磁阀的T环所应满足的最小环境温度值，T增焓回差为预设的用于控制是否开启增焓电磁阀的一个温度区间值，增焓电磁阀只有在同时满足上述的增焓电磁阀的开启条件时该增焓电磁阀才能开启；增焓电磁阀的闭合条件包括T环＞T增焓。
在上述的低温热泵系统增焓辅路控制方法中，增焓电磁阀的闭合条件还包括压缩机已处于关闭状态，和压缩机处于除霜状态，和热泵机组处于非制热模式下，增焓电磁阀只需满足该增焓电磁阀的闭合条件中的任一个，就关闭该增焓电磁阀。
在上述的低温热泵系统增焓辅路控制方法中，喷液电磁阀的开启条件包括压缩机开机后T排≥T喷液，T喷液为预设的开启喷液电磁阀时T排所应满足的最小排气温度值；喷液电磁阀的闭合条件包括T排≤T喷液–C，C为代表排气过渡区间值的常数。
与现有技术相比，本低温热泵系统增焓辅路控制方法、低温热泵系统及其增焓辅路结构的优点在于：本方案中的增焓辅路结构采用双毛细管、且每个毛细管由对应的一个电磁阀进行控制，这样做的好处是：与增焓辅路采用电子膨胀阀或热力膨胀阀的方式相比成本较低且逻辑控制更简单，只需要简单的控制两个电磁阀(即增焓电磁阀和喷液电磁阀)的通断；相比增焓辅路采用单毛细管的方式，其解决了高压缩比的极限工况下排气偏高容易报保护的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1提供了现有技术中采用单毛细管控制方案的处于制热模式时的热泵系统原理图。
图2提供了现有技术中采用单毛细管控制方案的处于制冷模式时的热泵系统原理图。
图3提供了现有技术中采用电子膨胀阀控制方案的处于制热模式时的热泵系统原理图。
图4提供了现有技术中采用电子膨胀阀控制方案的处于制冷模式时的热泵系统原理图。
图5提供了本发明实施例中的处于制热模式时的热泵系统原理图。
图6提供了图5中I处的局部放大图。
图7提供了本发明实施例中的处于制冷模式时的热泵系统原理图。
图中，图中，压缩机101、空气侧换热器102、风机103、主路节流阀104、经济器105、储液器106、水侧换热器107、气液分离器108、四通换向阀109、高压开关110、低压开关111、出水温度探头112、排气感温探头113、吸气感温探头114、翅片感温探头115、环境感温探头116、补气毛细管117、增焓电磁阀118、喷液毛细管119、喷液电磁阀120、蒸发感温探头121、进水温度探头122、经济器主路进口123、经济器主路出口124、经济器辅路进口125、经济器辅路出口126、主管路127、增焓总管路128、补气分管路129、补液分管路130。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图5至7所示，本低温热泵系统中的增焓辅路结构，包括经济器105，经济器105上的经济器主路进口123与外部的水侧换热器107之间、经济器主路出口124和外部的空气侧换热器102之间各自通过主管路127一一密封连通，经济器105上的经济器辅路出口126与外部的压缩机101之间通过增焓总管路128一一密封连通，其特征在于，经济器105和其与外部的水侧换热器107之间的主管路127之间设有一条补气分管路129和一条补液分管路130，补气分管路129一端与该主管路127密封连通、另一端与连接经济器辅路进口125密封连通，补液分管路130一端与该主管路127密封连通、另一端与增焓总管路128密封连通，补气分管路129上设有补气毛细管117，补液分管路130上设有喷液毛细管119，补气分管路129上位于补气毛细管117和与其连通的主管路127之间设有增焓电磁阀118，补液分管路130上位于喷液毛细管119和与其连通的主管路127之间设有喷液电磁阀120。
具体地，这里的经济器105上的冷媒流动路径为：在系统处于制冷模式时，只有在主路上有冷媒流动，即冷媒按空气侧换热器102→主管路127→经济器主路出口124→经济器主路进口123→主管路127→水侧换热器107的路径流动，而补气辅路和补液辅路(即包括补气分管路129、补液分管路130和增焓总管路128)内无冷媒流通；在系统处于制热模式时，在主路上，冷媒按水侧换热器107→主管路127→经济器主路进口123→经济器主路出口124→主管路127→空气侧换热器102的路径流动，在补气辅路上也同时存在冷媒，其通过经济器105与主路上的冷媒进行热交换，冷媒按补气分管路129→经济器辅路进口125→经济器辅路出口126→增焓总管路128的路径最后流入压缩机101上的补气口，当喷液电磁阀120开启时，补液辅路内也有冷媒流动，其按补液分管路1306→增焓总管路128的路径最后流入压缩机101。
进一步地，补液分管路130与主管路127连通的位置相比于补气分管路129与主管路127连通的位置更靠近外部的水侧换热器107。
另外地，本低温热泵系统，包括由主管路127依次连接压缩机101、水侧换热器107和空气侧换热器102而形成的一个封闭的热泵机组，其特征在于，所述的压缩机101、水侧换热器107和空气侧换热器102之间设有上述的低温热泵系统中的增焓辅路结构。
作为优选，该增焓辅路结构与水侧换热器107之间的主管路127上设有储液器106。有利于对补液分管路130提供充足的液态冷媒。
另外地，本低温热泵系统增焓辅路控制方法，用于上述的低温热泵系统中，所述控制方法包括以下步骤：
检测温度，通过环境感温探头116检测环境温度T环，通过排气感温探头113检测排气温度T排；
根据检测到的环境温度T环是否符合预设的增焓电磁阀118的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭增焓电磁阀118；
当增焓电磁阀118为开合状态时且根据检测到的排气温度T排是否符合预设的增焓电磁阀118的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭增焓电磁阀118；
检测到的环境温度T环是否符合预设的喷液电磁阀120的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭喷液电磁阀120；
每隔预设的温度检测时间t检测后，重复上述的步骤，直至热泵机组停止运行。
具体地，增焓电磁阀118的开启条件包括热泵机组处于制热模式且压缩机101持续运行至少3min、和T环≤T增焓-T增焓回差，T增焓为预设的关闭增焓电磁阀118的T环所应满足的最小环境温度值，T增焓回差为预设的用于控制是否开启增焓电磁阀118的一个温度区间值，增焓电磁阀118只有在同时满足上述的增焓电磁阀118的开启条件时该增焓电磁阀118才能开启；增焓电磁阀118的闭合条件包括T环＞T增焓；喷液电磁阀120的开启条件包括压缩机101开机后T排≥T喷液，T喷液为预设的开启喷液电磁阀120时T排所应满足的最小排气温度值；喷液电磁阀120的闭合条件包括T排≤T喷液–C，C为代表排气过渡区间值的常数，。
上述的C为代表排气过渡区间值的常数，当喷液电磁阀120打开后冷凝器的高压液态制冷剂直接经过喷液毛细管119到压缩机101上的补气口，使得排气温度T排显著下降。若排气温度T排降幅太大，排气温度过热度不够可能存在液压缩，对压缩机101运行不利。故需给出一个排气温度稳定区间，当排气温度T排降低到区间下限时关闭喷液电磁阀120，当排气温度T排上升到区间上限值(即T喷液)时打开喷液电磁阀120，保证压缩机101没有液压缩的同时确保能将排气降低至合理的范围。
进一步地，增焓电磁阀118的闭合条件还包括压缩机101已处于关闭状态，和压缩机101处于除霜状态，和热泵机组处于非制热模式下，增焓电磁阀118只需满足该增焓电磁阀118的闭合条件中的任一个，就关闭该增焓电磁阀118。
工作原理：本低温热泵系统由压缩机101、冷凝器(即本方案中的处于制热模式时的水侧换热器107或处于制冷模式下的空气侧换热器102)、主路节流阀104、蒸发器(即本方案中的处于制热模式时的空气侧换热器102或处于制冷模式下的水侧换热器107)、增焓辅路结构等组成。其中本方案中的增焓辅路结构采用双毛细管进行控制，通过冷凝器出来的主管路(127)上引出一路毛细管(即补气毛细管117)用来调节补气循环量并通过增焓电磁阀118控制其通断；另引出一路毛细管(即喷液毛细管119)用于高负荷下排气温度的控制，该毛细管通过喷液电磁阀120控制其通断；在负荷相对不大的情况下只需打开增焓电磁阀118补气，以加大压缩机101的冷媒循环量，提高系统换热能力及能效，而在负荷较高压缩比较大的情况下，当排气上升到一定值但未达到排气过高保护之前，在增焓电磁阀118保持打开的情况上再打开喷液电磁阀120，高压液态冷媒经喷液毛细管119节流降压回到压缩机101上的补气口，有效降低排气温度。
下面给出低温热泵系统增焓辅路控制方法的两个具体案例。
案例1：环境温度T环为-5℃，出水温度45℃，T喷液预设为105℃，T增焓预设为20℃，T增焓回差预设为1℃时，系统开机并运行达到3min后，满足T环≤T增焓-T增焓回差，检测到排气温度T排为78℃(＜105℃)，增焓电磁阀118得电处于打开状态，该路毛细管(即补气毛细管117)导通加大了冷媒循环量，提高系统换热能力。
案例2：环境温度T环为-20℃，出水温度55℃，T喷液预设为105℃，T增焓预设为20℃，T增焓回差预设为1℃时，系统开机并运行达到3min后，满足T环≤T增焓-T增焓回差，检测到排气温T排为112℃(＞105℃)，增焓电磁阀118和喷液电磁阀120都得电，两毛细管(即补气毛细管117和喷液毛细管119)均处于导通状态，提高系统换热能力的同时有效降低排气温度。假若此时不打开喷液电磁阀120，排气温度T排可能会继续上升达到排气保护温度(如115℃)，机组在该工况下就没法正常工作，满足不了用户需求。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了压缩机101、空气侧换热器102、风机103、主路节流阀104、经济器105、储液器106、水侧换热器107、气液分离器108、四通换向阀109、高压开关110、低压开关111、出水温度探头112、排气感温探头113、吸气感温探头114、翅片感温探头115、环境感温探头116、补气毛细管117、增焓电磁阀118、喷液毛细管119、喷液电磁阀120、蒸发感温探头121、进水温度探头122、经济器主路进口123、经济器主路出口124、经济器辅路进口125、经济器辅路出口126、主管路127、增焓总管路128、补气分管路129、补液分管路130等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种低温热泵系统中的增焓辅路结构，包括经济器(105)，所述的经济器(105)上的经济器主路进口(123)与外部的水侧换热器(107)之间、经济器主路出口(124)和外部的空气侧换热器(102)之间各自通过主管路(127)一一密封连通，所述的经济器(105)上的经济器辅路出口(126)与外部的压缩机(101)之间通过增焓总管路(128)一一密封连通，其特征在于，所述的经济器(105)和其与外部的水侧换热器(107)之间的主管路(127)之间设有一条补气分管路(129)和一条补液分管路(130)，所述的补气分管路(129)一端与该主管路(127)密封连通、另一端与连接经济器辅路进口(125)密封连通，所述的补液分管路(130)一端与该主管路(127)密封连通、另一端与增焓总管路(128)密封连通，所述的补气分管路(129)上设有补气毛细管(117)，所述的补液分管路(130)上设有喷液毛细管(119)，所述的补气分管路(129)上位于补气毛细管(117)和与其连通的主管路(127)之间设有增焓电磁阀(118)，所述的补液分管路(130)上位于喷液毛细管(119)和与其连通的主管路(127)之间设有喷液电磁阀(120)。
2.根据权利要求1所述的低温热泵系统中的增焓辅路结构，其特征在于，所述的补液分管路(130)与主管路(127)连通的位置相比于补气分管路(129)与主管路(127)连通的位置更靠近外部的水侧换热器(107)。
3.一种低温热泵系统，包括由主管路(127)依次连接压缩机(101)、水侧换热器(107)和空气侧换热器(102)而形成的一个封闭的热泵机组，其特征在于，所述的压缩机(101)、水侧换热器(107)和空气侧换热器(102)之间设有权利要求1至2任一所述的低温热泵系统中的增焓辅路结构。
4.根据权利要求3所述的低温热泵系统，其特征在于，该增焓辅路结构与水侧换热器(107)之间的主管路(127)上设有储液器(106)。
5.一种低温热泵系统增焓辅路控制方法，其特征在于：所述系统为权利要求3至4任一所述的低温热泵系统，所述控制方法包括以下步骤：
检测温度，通过环境感温探头(116)检测环境温度T环，通过排气感温探头(113)检测排气温度T排；
根据检测到的环境温度T环是否符合预设的增焓电磁阀(118)的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭增焓电磁阀(118)；
当增焓电磁阀(118)为开合状态时且根据检测到的排气温度T排是否符合预设的增焓电磁阀(118)的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭增焓电磁阀(118)；
检测到的环境温度T环是否符合预设的喷液电磁阀(120)的开启条件或闭合条件来控制是开启还是关闭喷液电磁阀(120)；
每隔预设的温度检测时间t检测后，重复上述的步骤，直至热泵机组停止运行。
6.根据权利要求5所述的低温热泵系统增焓辅路控制方法，其特征在于，所述的增焓电磁阀(118)的开启条件包括热泵机组处于制热模式且压缩机(101)持续运行至少3min、和T环≤T增焓-T增焓回差，所述的T增焓为预设的关闭增焓电磁阀(118)的T环所应满足的最小环境温度值，所述的T增焓回差为预设的用于控制是否开启增焓电磁阀(118)的一个温度区间值，所述的增焓电磁阀(118)只有在同时满足上述的增焓电磁阀(118)的开启条件时该增焓电磁阀(118)才能开启；所述的增焓电磁阀(118)的闭合条件包括T环＞T增焓。
7.根据权利要求6所述的低温热泵系统增焓辅路控制方法，其特征在于，所述的增焓电磁阀(118)的闭合条件还包括压缩机(101)已处于关闭状态，和压缩机(101)处于除霜状态，和热泵机组处于非制热模式下，所述的增焓电磁阀(118)只需满足该增焓电磁阀(118)的闭合条件中的任一个，就关闭该增焓电磁阀(118)。
8.根据权利要求5所述的低温热泵系统增焓辅路控制方法，其特征在于，所述的喷液电磁阀(120)的开启条件包括压缩机(101)开机后T排≥T喷液，所述的T喷液为预设的开启喷液电磁阀(120)时T排所应满足的最小排气温度值；所述的喷液电磁阀(120)的闭合条件包括T排≤T喷液–C，所述的C为代表排气过渡区间值的常数。
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