CN111928421A - 补气增焓热泵系统及其预警控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种补气增焓热泵系统及其预警控制方法。所述预警控制方法包括：实时监测系统冷媒的状态参数和压缩机冷冻油温，当所述状态参数或冷冻油温出现异常时启动预警干预，通过调整排气温度和/或油温过热度控制冷冻油粘度保持在合理范围内。本发明提出的补气增焓系统预警控制方法有效地解决了补气增焓系统中冷冻油粘度下降的问题，提升了系统运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种补气增焓热泵系统及其预警控制方法。
背景技术
“煤改电”热泵采暖技术发展很快，传统的热泵系统为扩宽运行温度范围，提升超低温采暖能力，大多采用补气增焓系统。该系统中通过辅路对喷焓流量进行过热度控制，避免补气将液态制冷剂带入压缩机。由于受主路冷媒流量的影响，特别是变频压缩机系统冷媒循环流量变化大，增焓过热度控制存在以下问题：
1.压缩机频率剧烈变化时系统冷媒流量变化大，增焓控制调节不及时容易产生喷液情况，导致大幅降低压缩机排气温度与冷冻油温度，进而降低油温过热度，制冷剂与冷冻油具有一定的互溶特性，油温越低（油温过热度低）溶入的制冷剂越多，导致冷冻油被稀释，粘度下降，影响润滑性能，短期易产生压缩机过流保护，长期增加磨损，影响压缩机寿命；
2.冬季制热时，室外机（蒸发器）所处环境温度低，蒸发压力低，为保证室内换热器温度不变（高压不变），压缩机的压缩比增高，在这种超低温高压比工况，压缩机负荷重，如果增焓控制不合理、调节不及时容易造成排气温度、冷冻油温度过高，导致冷冻油的粘度下降，影响压缩机寿命。
发明内容
本发明提出一种补气增焓热泵系统及其预警控制方法，以解决增焓补气过程中存在的冷冻油粘度下降，影响压缩机寿命的问题。
本发明提出的补气增焓热泵系统预警控制方法包括：实时监测系统冷媒的状态参数和压缩机冷冻油温，当所述状态参数或冷冻油温出现异常时启动预警干预，通过调整排气温度和/或油温过热度，控制冷冻油粘度保持在合理范围内。
所述预警干预包括：排气温度过高预警干预，通过控制排气温度防止冷冻油温过高；和油温过低预警干预，通过控制油温过热度防止冷冻油被稀释。
优选地，本发明提出的预警控制方法包括以下步骤：
步骤1.系统预设排气温度过高预警值T排预警和油温过热度过低预警值
ΔT油预警；
步骤2.实时监测系统的排气温度和油温过热度，当两者中任一温度出现异常时进入预警干预控制；
步骤3.通过调节第一电子膨胀阀和/或第二电子膨胀阀的开度，或压缩机频率，使排气温度和油温过热度恢复至正常值。
优选地，所述系统冷媒的状态参数包括：排气压力、排气温度、增焓压力和增焓温度。
优选地，所述排气温度过高预警干预包括：
当排气温度大于设定值A时，先判断第二电子膨胀阀的开度是否开至最大，若否，则调大第二电子膨胀阀的开度，增加补气增焓流量，然后判断排气温度是否大于排气预警温度，若否，退出干预；
当第二电子膨胀阀已开至最大时，判断增焓过热度是否大于设定值b,若是，则调小第一电子膨胀阀的开度提升喷气流量，当排气温度小于等于排气预警温度和排气温度的平均值时，判断排气温度是否大于排气预警温度，如否，则退出干预；
当增焓过热度小于等于设定值b，或第一电子膨胀阀开度已经调至最小，或者排气温度大于排气预警温度和排气温度的平均值时，对压缩机进行降频操作。
优选地，压缩机进行降频操作前先判断压缩机频率是否最小，若是，则维持当前状态；若否，则降频并当排气温度大于排气预警温度时，退出干预。
优选地，所述油温过低预警干预包括：
当油温小于设定值B时，先判断增焓过热度是否小于等于设定值a，若是，则调小第二电子膨胀阀的开度，然后判断油温过热度是否小于油温预警过热度，若否，则退出干预；
当增焓过热度大于设定值a时，调小第一电子膨胀阀的开度，当油温过热度大于等于油温预警过热度时退出干预；
当第一电子膨胀阀已调至最小时，则对压缩机进行升频操作。
优选地，在压缩机升频过程中，先判断压缩机频率是否最大，若是，则维持当前状态；若否，则对压缩机进行升频操作，并判断油温过热度是否小于油温预警过热度，若否，则退出干预。
本发明提出一种带经济器的热泵空调系统，包括压缩机、水侧换热器和第一电子膨胀阀，所述水侧换热器和第一电子膨胀阀之间设有一经济器，该经济器和第一电子膨胀阀之间引出一条支路，该支路依次串联第二电子膨胀阀、经济器和增焓电磁阀，所述支路的另一端与压缩机补气口连通，所述热泵空调系统在制热运行时采用上述预警控制方法。
本发明还提出一种带闪蒸罐的热泵空调系统，包括压缩机、水侧换热器和第一电子膨胀阀，所述水侧换热器和第一电子膨胀阀之间串联有一闪蒸器和第二电子膨胀阀，所述闪蒸器的上部引出一条支路，该支路上设有增焓电磁阀，所述支路的另一端与压缩机补气口连通，所述热泵空调系统在制冷或制热运行时均采用上述的预警控制方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.针对压缩机频率剧烈变化时系统冷媒流量变化大的情况，能有效地对排气温度过高进行预警干预，通过控制排气温度防止冷冻油温过高，避免冷冻油被稀释，粘度下降，影响润滑性能，影响压缩机寿命；
2.通过对油温过低进行预警干预，在冬季制热超低温高压比工况下，避免排气温度和冷冻油温度过高导致冷冻油的粘度下降，影响压缩机寿命。
3.通过系统压力温度监测，在不增加系统硬件的情况下提升系统运行的可靠性。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：
图1是使用经济器增焓热泵系统的原理图；
图2是本发明预警控制方法的原理框图；
图3是本发明中控制参数的示意图；
图4是排气温度过高预警干预控制流程图；
图5是油温过低预警干预控制流程图；
图6是使用闪蒸罐增焓热泵系统的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
本发明提出的补气增焓热泵系统预警控制方法针对冷媒的状态参数或冷冻油温出现异常时启动预警干预，通过调整排气温度和/或油温过热度控制冷冻油粘度保持在合理范围内。
以下三种情况不在本申请讨论的范围之内：
系统根据用户设定水温与实际水温差值控制压缩机启动、停止、升频，或降频；
系统根据系统预设的目标吸气过热度范围与实际检测吸气过热度ΔT吸的差值调节电子膨胀阀1开度；
系统根据系统预设的目标增焓过热度范围与实际检测吸气过热度的差值调节电子膨胀阀的开度。
图1是一种带经济器的补气增焓热泵系统的示意图。该补气增焓热泵系统包括压缩机1、四通阀2、水侧换热器3、经济器4、第一电子膨胀阀5、室外换热器6和气液分离器7。水侧换热器给室内末端装置31提供冷冻水。经济器和第一电子膨胀阀之间引出一条支路8，该支路上依次串联第二电子膨胀阀9、经济器4和增焓电磁阀10，从主路引出的部分冷媒经第二电子膨胀阀降压后与高压中温的冷媒进行换热，然后引入压缩机进行补气。支路8上设有增焓压力传感器13和增焓感温包14。压缩机排气管道上设有高压传感器11和排气感温包12。
在图1展示的通过经济器提高补气增焓冷媒温度的系统中，仅制热模式增焓，制冷时经济器不工作。油温感温包位于压缩机底部冷冻油油池，用于检测冷冻油温度。排气温度可以采用排气压力对应的饱和温度。
本发明预警干预控制方法的原理框图如图2所示，包括以下步骤：
步骤1.系统预设排气温度过高预警值T排预警和油温过热度过低预警值
ΔT油预警。其中，T排预警应小于排气高温保护温度T排保护，油温过热度过低预警值ΔT油预警应大于油温过低保护温差ΔT油保护。
排气高温保护温度和油温过低保护温差和压缩机的自身特性有关，一般压缩机厂家都会标注排气温度不能超过排气高温保护温度，油温过热度要保持在油温过低保护温差之上。
步骤2.实时监测系统的排气温度和油温过热度，当两者中任一温度出现异常时进入预警干预控制。
所述的预警干预控制包括：排气温度过高预警干预和油温过低预警干预。系统运行参数包括：排气温度和压力、吸气温度和压力，增焓冷媒的温度和压力。
步骤3.通过调节第一电子膨胀阀和/或第二电子膨胀阀的开度，或压缩机频率，使排气温度和油温过热度恢复至正常值。
当实测排气温度大于排气温度过高预警值时，T排＞T排预警，或油温过热度小于油温过热度过低预警值时，ΔT油＜ΔT油预警，系统进入预警干预控制。
油温过热度ΔT油= T油- TP高，此处的TP高指排气压力对应的饱和温度。
刚开机时系统参数不稳定，因此开机后一段时间再对系统进行预警监测，比如X分钟内不做判断，开机超过X分钟后开始检测对应的参数，并判断是否T排＞T排警，或ΔT油＜ΔT油警，如是，系统进入预警干预控制。开机X分钟后的任何时间系统满足压缩机保护条件直接停机，满足其他停机条件也直接停机。
图3显示系统参数控制示意图。系统控制器控制高压传感器11、排气感温包12、增焓支路上的中压传感器13、增焓感温包14，以及压缩机底部的油温感温包15实时检测状态参数，然后根据预警控制逻辑控制第一电子膨胀阀5、第二电子膨胀阀9的开度、增焓电磁阀10的开闭，以及压缩机运行频率。
排气温度过高预警干预控制流程图如图4所示，包括：
当排气温度过高，例如大于设定值A时，进入排气过高预警干预控制后，先判断增焓支路8上的第二电子膨胀阀9的开度，如第二电子膨胀阀未开至最大步数，则通过开大第二电子膨胀阀来提升增焓支路的流量，增加压缩机增焓量可以显著降低排气温度。在开大第二电子膨胀阀9的过程中，实时检测排气压力T排，当满足T排＜T排预警条件后退出排气温度过高预警干预。
若第二电子膨胀阀9已开至最大，则判断增焓过热度（ΔT焓= T焓- TP中，其中TP中为增焓支路上的压力对应的饱和温度），若ΔT焓＞b（b为设定值）则说明增焓支路上的过热度过高，流量过小，未达到补气增焓降排气温度的效果，这时通过关小第一电子膨胀阀5来提升增焓支路的流量。在第一电子膨胀阀关小的过程中会减小主路流量导致吸气过热度提升进而导致排气温度升高，若T排＞(T排预警+T排)/2时增焓支路还没有产生喷焓降排气温度的效果，则停止第一电子膨胀阀的控制，通过降低压缩机频率进行调节。在关小第一电子膨胀阀的过程中，实时检测排气温度T排，当满足T排＜T排预警条件后退出排气温度过高预警干预。
若增焓过热度ΔT焓≤b，或关小第一电子膨胀阀5导致T排＞(T排预警+T排)/2，此时通过降低压缩机频率进行调节，降频过程中实时检测排气温度T排，当满足T排＜T排预警条件后退出排气温度过高预警干预。
若压缩机频率已降至最低频率，此时依然T排＞T排预警，则维持当前运行状态。
油温过低预警干预控制流程如图5所示，包括：
当油温过低，例如小于设定值B时，进入油温过低预警干预控制。此时，先判断增焓过热度，若增焓过热度小于等于设定值a,ΔT焓≤a，则关小第二电子膨胀阀9，降低增焓支路8的流量，提高增焓支路上冷媒的过热度，避免出现增焓支路冷媒的过热度太低，压缩机吸入液态冷媒导致油温被降低。在关小第二电子膨胀阀9的过程中，实时检测油温T油，当满足ΔT油＞ΔT油预警条件后退出油温过低预警干预。当关小第二电子膨胀阀的过程中，ΔT焓＞a时，则进入下一步判断。
当增焓支路上冷媒的过热度正常后判断第一电子膨胀阀5的步数，如第一电子膨胀阀未关至最小步数则通过关小主路上第一电子膨胀阀的开度提高主路过热度来提升油温。在关小第一电子膨胀阀5的过程中，实时检测油温T油，当满足ΔT油＞ΔT油预警条件后退出油温过低预警干预。
当主路第一电子膨胀阀5已关至最小，油温过热度仍在预警范围内，则判断压缩机频率。如压缩机频率未达到最大频率，则通过提升压缩机频率来提升油温。在压缩机升频过程中，实时检测油温T油，当满足ΔT油＞ΔT油预警条件后退出油温过低预警干预。
若压缩机频率已升至最低频率，此时依然ΔT油＜ΔT油警，则维持当前运行状态。
本发明提出的预警控制方法对排气温度和冷冻油温度进行了很好地控制，有效地避免了冷冻油被稀释产生的粘度下降，以及超低温高压比工况排气温度、冷冻油温度过高导致的冷冻油的粘度下降，保证了压缩机处于良好的润滑状态，延长了压缩机的使用寿命。
图6为设置闪发罐对压缩机进行增焓补气的系统图。该系统包括压缩机1、四通阀2、水侧换热器3、室外换热器6、第一电子膨胀阀5、闪蒸罐17、第二电子膨胀阀9、室外换热器3和汽液分离器7。水侧换热器3给室内末端装置31提供冷冻水。闪蒸器的上部引出一条增焓支路8，该增焓支路上设有增焓电磁阀10，增焓支路的另一端与压缩机补气口连通。在图6所示的热泵系统中制冷、制热均可以进行增焓补气。在增焓补气过程中的预警控制方法与上述实施例中的方法相似，在此不再赘述。
本发明提出的补气增焓系统预警控制方法有效地解决了补气增焓系统中控制不合理的问题，提升了系统运行的可靠性。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种补气增焓热泵系统预警控制方法，其特征在于，实时监测系统冷媒的状态参数和压缩机冷冻油温，当所述状态参数或冷冻油温出现异常时启动预警干预，通过调整排气温度和/或油温过热度，控制冷冻油粘度保持在合理范围内。
2.如权利要求1所述的预警控制方法，其特征在于，所述预警干预包括：排气温度过高预警干预，通过控制排气温度防止冷冻油温过高；和油温过低预警干预，通过控制油温过热度防止冷冻油被稀释。
3.如权利要求1所述的预警控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.系统预设排气温度过高预警值T排预警和油温过热度过低预警值
ΔT油预警；
步骤2.实时监测系统的排气温度和油温过热度，当两者中任一温度出现异常时进入预警干预控制；
步骤3.通过调节第一电子膨胀阀和/或第二电子膨胀阀的开度，或压缩机频率，使排气温度和油温过热度恢复至正常值。
4.如权利要求1所述的预警控制方法，其特征在于，所述状态参数包括：排气压力、排气温度、增焓压力和增焓温度。
5.如权利要求2所述的预警控制方法，其特征在于，所述排气温度过高预警干预包括：
当排气温度大于设定值A时，先判断第二电子膨胀阀的开度是否开至最大，若否，则调大第二电子膨胀阀的开度，增加补气增焓流量，然后判断排气温度是否大于排气预警温度，若否，退出干预；
当第二电子膨胀阀已开至最大时，判断增焓过热度是否大于设定值b,若是，则调小第一电子膨胀阀的开度提升补气流量，当排气温度小于等于排气预警温度和排气温度的平均值时，判断排气温度是否大于排气预警温度，如否，则退出干预；
当增焓过热度小于等于设定值b，或第一电子膨胀阀开度已经调至最小，或者排气温度大于排气预警温度和排气温度的平均值时，对压缩机进行降频操作。
6.如权利要求5所述的预警控制方法，其特征在于，压缩机进行降频操作时前先判断压缩机频率是否最小，若是，则维持当前状态；若否，则降频并当排气温度大于排气预警温度时，退出干预。
7.如权利要求2所述的预警控制方法，其特征在于，所述油温过低预警干预包括：
当油温小于设定值B时，先判断增焓过热度是否小于等于设定值a，若是，则调小第二电子膨胀阀的开度，然后判断油温过热度是否小于油温预警过热度，若否，则退出干预；
当增焓过热度大于设定值a时，调小第一电子膨胀阀的开度，当油温过热度大于等于油温预警过热度时退出干预；
当第一电子膨胀阀已调至最小时，则对压缩机进行升频操作。
8.如权利要求7所述的预警控制方法，其特征在于，在压缩机升频过程中，先判断压缩机频率是否最大，若是，则维持当前状态；若否，则对压缩机进行升频操作，并判断油温过热度是否小于油温预警过热度，若否，则退出干预。
9.一种补气增焓热泵系统，包括压缩机、水侧换热器和第一电子膨胀阀，所述水侧换热器和第一电子膨胀阀之间设有一经济器，该经济器和第一电子膨胀阀之间引出一条支路，该支路依次串联第二电子膨胀阀、经济器和增焓电磁阀，所述支路的另一端与压缩机补气口连通，其特征在于，所述热泵空调系统在制热运行时采用权利要求1-8任一项所述的预警控制方法。
10.一种补气增焓热泵系统，包括压缩机、水侧换热器和第一电子膨胀阀，所述水侧换热器和第一电子膨胀阀之间串联有一闪蒸器和第二电子膨胀阀，所述闪蒸器的上部引出一条支路，该支路上设有增焓电磁阀，所述支路的另一端与压缩机补气口连通，其特征在于，所述热泵空调系统在制冷或制热运行时均采用权利要求1-8任一项所述的预警控制方法。
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