CN114440493B - 耦合机组、耦合机组的控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耦合机组、耦合机组的控制方法及控制系统，该控制方法包括：驱动所述溶液循环回路中溶液循环流动，并启动驱动热源对所述溶液循环回路中发生器内部的溶液进行加热浓缩，同时对溶液蒸发出的冷剂冷凝；当所述发生器溶液出口浓度达到预设浓度时，开启所述冷剂循环回路，利用冷剂冷量对所述冷媒循环回路中的冷媒进行降温，当所述冷媒循环回路的冷媒冷凝压力降低至预定压力值时，启动所述冷媒循环回路的压缩机；在耦合机组启动初期，当冷媒冷凝压力达到预定压力值时，此时溶液侧达到预定制冷能力，此时启动压缩机可大大缓冲对压缩机的冲击，从而保证了压缩机可以平稳启动。
Description
技术领域
本发明涉及耦合机组控制技术领域，特别涉及一种耦合机组、耦合机组的控制方法及控制系统。
背景技术
热泵机组根据其驱动方式的不同，分为电驱动热泵、燃气驱动式热泵和吸收式热泵。
电驱动热泵是一种压缩式工作模式，其主要部件包括压缩机、节流部件、蒸发器和冷凝器，冷媒循环流动于四者形成的冷媒循环管路中，其中压缩机做功所需的能源来源于电能。冷媒在压缩机内部被压缩形成高温高压的冷媒介质，高温高压的冷媒介质在冷凝器内部被冷凝成液体冷媒介质，液体冷媒介质经节流部件进入蒸发器，在蒸发器中吸热，最后回到压缩机，压缩机再次将其压缩编程高温高压介质。压缩机耗电成本高，COP比较低，投资回报较差。
而，吸收式热泵是一种利用少量高温热源为驱动热源，溴化锂溶液或者其他溶液为吸收剂，水位冷剂，回收利用低温热源的机组。即利用少量高温热源能将低温余热转化为所需的中温品质热源。通常低温余热的温度具有一定的要求，低温余热温度不能太低，目前在15摄氏度左右，这样就限制了吸收式机组对于外界余热利用的限制。
虽然当前也现存一些综合运动电驱动和吸收式原理工作的余热回收系统，但是因二者工作原理截然不同，二者并行工作存在难以匹配，系统工作稳定性差的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种耦合机组的控制方法，所述耦合机组包括溶液循环回路、冷剂循环回路和冷媒循环回路，所述冷剂循环回路能够与所述冷媒循环回路进行热量传递；该控制方法包括：
驱动所述溶液循环回路中溶液循环流动，并启动驱动热源对所述溶液循环回路中发生器内部的溶液进行加热浓缩，同时对溶液蒸发出的冷剂冷凝；
当所述发生器溶液出口浓度达到预设浓度时，开启所述冷剂循环回路，利用冷剂冷量对所述冷媒循环回路中的冷媒进行降温，当所述冷媒循环回路的冷媒冷凝压力降低至预定压力值时，启动所述冷媒循环回路的压缩机。
在耦合机组启动初期，先启动溶液侧的溶液泵使溶液不断浓缩，再启动冷剂泵使冷剂对未启动压缩机状态时的冷媒进行冷却，最后启动压缩机，这样通过冷媒冷凝压力判断溶液侧吸收式模块的制冷能力，当冷媒冷凝压力达到预定压力值时，此时溶液侧达到预定制冷能力，此时启动压缩机可大大缓冲对压缩机的冲击，从而保证了压缩机可以平稳启动。
可选的，所述发生器溶液出口浓度依据冷剂冷凝温度和浓溶液出口温度计算获得。
可选的，在驱动溶液循环之前，还进行以下步骤：对所述压缩机的油泵和油压以及其他在所述压缩机启动以后与之有联锁保护的仪表进行动作和功能确认。
可选的，压缩机启动后，通过以下方式控制所述压缩机加载至所需工况：
根据用户使用需求参数预先计算压缩机的目标排气量和目标冷媒冷凝温度；
在零至所述目标排气量之间设定依次增大的N个中间排气量，以将所述压缩机的加载排气分为N+1个阶段，每个阶段进行如下判断：检测当前工况的冷媒冷凝温度，当所述当前工况的冷媒冷凝温度与所述目标冷媒冷凝温度差值在第一预设温差范围维持预设时间段后，将压缩机的排气量增大至下一中间排气量，直至所述压缩机的排气量达到目标排气量；
其中N为大于等于1的自然数。
可选的，通过控制所述压缩机的出气管上的流量阀的开度实现所述压缩机排气量的调节。
可选的，当所述压缩机达到目标排气量后，所述耦合机组的控制方法还进一步包括：
检测当前工况供给用户的冷水出口温度和当前工况的冷媒冷凝温度；
先调节压缩机容量使得当前工况供给用户的冷水出口温度与预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内；
再判断当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值是否在第二预设温差范围，如果是，则保持溶液侧容量不变。
可选的，当当前工况供给用户的冷水出口温度与所述预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内，且当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值超出第二预设温差范围时，调节溶液侧容量以使当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值位于第二预设温差范围。
此外，本发明提供了一种耦合机组的控制系统，包括存储有上述任一项所述耦合机组的控制方法的控制器。
另外，本发明提供了一种耦合机组，包括溶液循环回路、冷剂循环回路和冷媒循环回路，所述冷剂循环回路能够与所述冷媒循环回路进行热量传递，还包括上述所述的耦合机组的控制系统。
可选的，至少包括发生器、吸收器、冷剂冷凝器、耦合式蒸发器、压缩机和蒸发器，所述发生器和所述吸收器通过管路形成所述溶液循环回路，所述发生器产生的冷剂蒸汽经所述冷剂冷凝器冷凝后进入所述耦合式蒸发器，所述压缩机、所述耦合式蒸发器和所述蒸发器形成冷媒循环回路，所述冷剂在所述耦合式蒸发器内部与所述压缩机的高温冷媒换热。
本发明所提供的控制方法是以耦合机组和耦合机组的控制系统为实施基础的，故耦合机组和耦合机组的控制系统也具有上述耦合机组的控制方法的上述技术效果。
附图说明
图1为本发明一种实施例中耦合机组的控制方法的流程图；
图2为本发明一种实施例中耦合机组的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合耦合机组、控制方法、控制系统、附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图2，图1为本发明一种实施例中耦合机组的控制方法的流程图；图2为本发明一种实施例中耦合机组的结构示意图。
本发明提供了一种耦合机组，其包括溶液循环回路、冷剂循环回路和冷媒循环回路，冷剂循环回路能够与冷媒循环回路进行热量传递，冷剂可以与冷媒直接换热，也可以中间介质实现二者的换热。本文给出了冷剂与冷媒在一个换热器内部进行直接换热的具体实施方式。
具体地，耦合机组包括溶液侧模块和冷媒侧模块，溶液侧模块1至少包括发生器13、冷剂冷凝器14、吸收器11和耦合式蒸发器12，冷媒侧模块至少包括压缩机2、节流装置5和冷媒蒸发器3，其中耦合式蒸发12器能够实现溶液侧冷剂和冷媒侧冷媒的换热。发生器13和吸收器11通过管路连接形成溶液循环回路(图中未示出但是不妨碍本领域内技术人员的理解)。外部驱动热源进入发生器13内部对流入发生器的溶液进行加热浓缩使其变成浓溶液，浓溶液进入吸收器内部吸收冷剂蒸汽被稀释，同时放出热量。稀释后的稀溶液再次进入发生器13被加热浓缩。
冷剂冷凝器14的作用是将发生器蒸发出的冷剂蒸汽冷凝成液态冷剂，液态冷剂进入耦合式蒸发器12内部能够吸收压缩机2高温冷媒的热量变成冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收器11被溶液吸收。
本发明中压缩机2、耦合式蒸发器12和冷媒蒸发器3通过管路形成冷媒循环回路。冷媒蒸发器3的换热管路与外部供给用户的水管路形成回路。
当然，溶液侧模块和冷媒侧模块中可以进一步设置开关阀，用于相应流量控制，如图2中压缩机和冷媒蒸发器之间还设置有开关阀4，用于调节进入耦合式蒸发器12内部冷媒量。
本发明提供了一种耦合机组的控制方法，该控制方法主要包括：
S1、驱动溶液循环回路中溶液循环流动，并启动驱动热源对溶液循环回路中发生器内部的溶液进行加热浓缩，同时对溶液蒸发出的冷剂冷凝；
S2、当发生器溶液出口浓度达到预设浓度时，开启冷剂循环回路，利用冷剂冷量对冷媒循环回路中的冷媒进行降温，当冷媒循环回路的冷媒冷凝压力降低至预定压力值时，启动冷媒循环回路的压缩机。
即本发明中的耦合机组在启动初始阶段，先启动溶液侧的溶液循环回路，并且控制驱动热源进入发生器内部对循环溶液加热浓缩，此时溶液在吸收器中并不稀释，因此溶液循环回路中的溶液浓度将逐渐升高，当到达预设浓度时，再启动冷剂循环回路，冷剂将对冷媒循环回路中存在的冷媒进行热量交换，此时冷媒回路中的压缩机不工作，冷媒循环回路中的冷媒为常压冷媒，在冷剂的作用下，冷媒循环回路管路中存在的冷媒其冷凝温度也将降低，同时冷媒冷凝压力也将降低，当冷媒循环回路的冷媒冷凝压力降低至预定压力值时，启动压缩机，压缩机将对冷媒循环回路中的冷媒进行压缩做功。
即在耦合机组启动初期，先启动溶液侧的溶液泵使溶液不断浓缩，再启动冷剂泵使冷剂对未启动压缩机状态时的冷媒进行冷却，最后启动压缩机，这样通过冷媒冷凝压力判断溶液侧吸收式模块的制冷能力，当冷媒冷凝压力达到预定压力值时，此时溶液侧达到预定制冷能力，此时启动压缩机可大大缓冲对压缩机的冲击，从而保证了压缩机可以平稳启动。
另外，本文中通过冷媒冷凝压力判断溶液侧的制冷能力，判断比较准确。
当然，冷媒冷凝压力可以直接获取，也可以通过其他参数计算获取。
上述实施例中，发生器溶液出口浓度可以依据冷剂冷凝温度和浓溶液出口温度计算获得。
在压缩机启动后，需要不断增加压缩机负荷以增长至目标负荷。
对于单独的压缩式热泵机组，在启动完成以后，即可根据负荷进行加载动作，加载动作由调节机构对压缩机的排气量进行调节，动作很快，但是对于耦合机组，由于压缩机组的冷却能量需要由溶液侧来提供，而溶液侧的加载过程需要通过提高溶液浓度，是一个相对缓慢的过程，如果压缩机加载过快，溶液侧的冷却能力无法满足压缩机的冷却需求，压缩机会因为无法得到充分的冷却而导致高压报警，因此需要在加载过程来协调溶液侧与压缩机的加载动作。
在压缩机启动后通过以下方式控制压缩机加载至所需工况，具体如下。
根据用户使用需求参数预先计算压缩机的目标排气量和目标冷媒冷凝温度；
在零至目标排气量之间设定依次增大的N个中间排气量，以将压缩机的加载排气分为N+1个阶段，每个阶段进行如下判断：检测当前工况的冷媒冷凝温度，当当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值在第一预设温差范围维持预设时间段后，将压缩机的排气量增大至下一中间排气量，直至压缩机的排气量达到目标排气量；其中N为大于等于1的自然数。
上述实施例中，将压缩机的加载分成N+1个阶段，每个阶段中冷媒冷凝温度逐渐上升，当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值在第一预设温差范围维持预设时间段，此时表明当前溶液侧的制冷能力能够满足压缩机当前中间排气量的需求，然后增大压缩机排气量至下一个中间排气量，增大排气量瞬间冷媒冷凝温度必然降低，然后再逐渐上升直至冷媒冷凝温度上升至与目标冷媒冷凝温度差值在第一预设温差范围维持预设时间段，然后再增大压缩机的排气量。
在进入每个阶段的初始时间段内，不对当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度进行比较。这样可以避免系统频繁动作。
上述各实施例中，在驱动溶液循环之前，还进行以下步骤：对所述压缩机的油泵和油压以及其他在所述压缩机启动以后与之有联锁保护的仪表进行动作和功能确认。
在一种具体实施例中，可以通过控制压缩机的出气管上的流量阀的开度实现压缩机排气量的调节，该方式控制逻辑简单。例如在一种具体实施例中，目标排气量为流量阀全开度的70％，加载阶段可以划分为5个阶段，每个阶段的预设时间段可以为30s。
当所述压缩机达到目标排气量后，所述耦合机组的控制方法还进一步包括：
检测当前工况供给用户的冷水出口温度和当前工况的冷媒冷凝温度；
先调节压缩机容量使得当前工况供给用户的冷水出口温度与预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内；
再判断当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值是否在第二预设温差范围，如果是，则保持溶液侧容量不变。
耦合机组包括压缩机容量调节机构和溶液侧容量调节阀，分别用于调节用户负荷调节和冷媒冷凝温度的调节。
当耦合机组的压缩机加载至目标排气量后，本发明还可以通过以下方式控制溶液侧和冷媒侧协调工作。
当当前工况供给用户的冷水出口温度与预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内，且当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值超出第二预设温差范围时，调节溶液侧容量以使当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值位于第二预设温差范围。
需要说明的是，本文所述的容量是指通过调节溶液侧驱动热源的投入量来获得的对冷媒的冷却能力。
本文中第一预设温度差范围、第二预设温度差范围、预设时间段、目标排气量、目标冷媒冷凝温度等参数可以根据具体应用环境合理进行设定，不局限于本文中所示数值，即使本文不示出上述参数的具体值，并不妨碍本领域内技术人员对本文技术方案的理解和实施。
上述各控制方法中，冷媒冷凝温度、冷媒冷凝压力为冷媒在耦合式蒸发器内冷凝的温度和压力。
此外，本发明还提供了一种耦合机组的控制系统，包括存储有上述任一项实施例所述的耦合机组的控制方法的控制器。
具体地，控制器可以包括启动模块、加载模块和协调工作模块。
启动模块，存储有用于驱动溶液循环回路中溶液循环流动，并启动驱动热源对溶液循环回路中发生器内部的溶液进行加热浓缩，同时对溶液蒸发出的冷剂冷凝；当发生器溶液出口浓度达到预设浓度时，开启冷剂循环回路，利用冷剂冷量对冷媒循环回路中的冷媒进行降温，当冷媒循环回路的冷媒冷凝压力降低至预定压力值时，启动冷媒循环回路的压缩机。
加载模块，根据用户使用需求参数预先计算压缩机的目标排气量和目标冷媒冷凝温度；在零至目标排气量之间设定依次增大的N个中间排气量，以将压缩机的加载排气分为N+1个阶段，每个阶段进行如下判断：检测当前工况的冷媒冷凝温度，当当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值在第一预设温差范围维持预设时间段后，将压缩机的排气量增大至下一中间排气量，直至压缩机的排气量达到目标排气量；其中N为大于等于1的自然数。
协调工作模块，用于检测当前工况供给用户的冷水出口温度和当前工况的冷媒冷凝温度；先调节压缩机容量使得当前工况供给用户的冷水出口温度与预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内；再判断当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值是否在第二预设温差范围，如果是，则保持溶液侧容量不变；
或者/和，当当前工况供给用户的冷水出口温度与预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内，且当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值超出第二预设温差范围时，调节溶液侧容量以使当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值位于第二预设温差范围。
本发明所提供的控制方法是以耦合机组和耦合机组的控制系统为实施基础的，故耦合机组和耦合机组的控制系统也具有上述耦合机组的控制方法的上述技术效果。
以上对本发明所提供的一种耦合机组、耦合机组的控制方法及控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种耦合机组的控制方法，所述耦合机组包括溶液循环回路、冷剂循环回路和冷媒循环回路，所述冷剂循环回路能够与所述冷媒循环回路进行热量传递；其特征在于，该控制方法包括：
驱动所述溶液循环回路中溶液循环流动，并启动驱动热源对所述溶液循环回路中发生器内部的溶液进行加热浓缩，同时对溶液蒸发出的冷剂冷凝；
当所述发生器溶液出口浓度达到预设浓度时，开启所述冷剂循环回路，利用冷剂冷量对所述冷媒循环回路中的冷媒进行降温，当所述冷媒循环回路的冷媒冷凝压力降低至预定压力值时，启动所述冷媒循环回路的压缩机；
压缩机启动后，通过以下方式控制所述压缩机加载至所需工况：
根据用户使用需求参数预先计算压缩机的目标排气量和目标冷媒冷凝温度；
在零至所述目标排气量之间设定依次增大的N个中间排气量，以将所述压缩机的加载排气分为N+1个阶段，每个阶段进行如下判断：检测当前工况的冷媒冷凝温度，当所述当前工况的冷媒冷凝温度与所述目标冷媒冷凝温度差值在第一预设温差范围维持预设时间段后，将压缩机的排气量增大至下一中间排气量，直至所述压缩机的排气量达到目标排气量；
其中N为大于等于1的自然数。
2.如权利要求1所述的耦合机组的控制方法，其特征在于，所述发生器溶液出口浓度依据冷剂冷凝温度和浓溶液出口温度计算获得。
3.如权利要求1所述的耦合机组的控制方法，其特征在于，在驱动溶液循环之前，还进行以下步骤：对所述压缩机的油泵和油压以及其他在所述压缩机启动以后与之有联锁保护的仪表进行动作和功能确认。
4.如权利要求1至3任一项所述的耦合机组的控制方法，其特征在于，通过控制所述压缩机的出气管上的流量阀的开度实现所述压缩机排气量的调节。
5.如权利要求1至3任一项所述的耦合机组的控制方法，其特征在于，当所述压缩机达到目标排气量后，所述耦合机组的控制方法还进一步包括：
检测当前工况供给用户的冷水出口温度和当前工况的冷媒冷凝温度；
先调节压缩机容量使得当前工况供给用户的冷水出口温度与预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内；
再判断当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值是否在第二预设温差范围，如果是，则保持溶液侧容量不变。
6.如权利要求5所述的耦合机组的控制方法，其特征在于，当当前工况供给用户的冷水出口温度与所述预存目标冷水出口温度的差值在预设温度差值范围内，且当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值超出第二预设温差范围时，调节溶液侧容量以使当前工况的冷媒冷凝温度与目标冷媒冷凝温度差值位于第二预设温差范围。
7.一种耦合机组的控制系统，其特征在于，包括存储有上述1至6任一项所述耦合机组的控制方法的控制器。
8.一种耦合机组，包括溶液循环回路、冷剂循环回路和冷媒循环回路，所述冷剂循环回路能够与所述冷媒循环回路进行热量传递，其特征在于，还包括上述权利要求7所述的耦合机组的控制系统。
9.如权利要求8所述的耦合机组，其特征在于，至少包括发生器、吸收器、冷剂冷凝器、耦合式蒸发器、压缩机和蒸发器，所述发生器和所述吸收器通过管路形成所述溶液循环回路，所述发生器产生的冷剂蒸汽经所述冷剂冷凝器冷凝后进入所述耦合式蒸发器，所述压缩机、所述耦合式蒸发器和所述蒸发器形成冷媒循环回路，所述冷剂在所述耦合式蒸发器内部与所述压缩机的高温冷媒换热。
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| CN108518890A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-11 | 宋世海 | 一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统 |
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2021
- 2021-03-30 CN CN202110341386.2A patent/CN114440493B/zh active Active
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