CN114893923A - 一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统及控制方法 - Google Patents

一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，系统包含喷气增焓压缩机、冷凝器、气液分离器、第一蒸发冷凝器、第二蒸发冷凝器、蒸发器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、储液罐、第一电磁截止阀、第二电磁截止阀和毛细管。该新型系统一方面通过引入喷气增焓技术优化系统循环结构，改善其理论性能，另外一方面通过增加旁通回路实现混合工质运行组分浓度的主动调控，使工质运行组分浓度始终处于适宜的范围，维持系统的稳定高效运行。

Description

一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统及控制方法
技术领域
本发明属于制冷热泵技术领域，具体涉及一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统及控制方法。
背景技术
目前，在工业生产和日常生活中，对高温制热和低温制冷的需求越来越广泛。自复叠系统仅需一台压缩机即可实现内部自行复叠，满足大温跨条件下的高温制热和低温制冷需求，相对于复叠系统具有结构简单、成本低等诸多优点，获得了越来越广泛的应用和发展。但自复叠系统的运行能效相对较低，这一方面是受到系统循环理论性能的限制，另一方面是因为在实际运行过程中，自复叠系统中混合工质的运行组分浓度往往会偏离最佳组分浓度，从而导致系统实际工作性能大大低于其理论性能。为解决这一问题，本发明提出了一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，该新型系统一方面通过引入补气增焓技术优化自复叠系统循环结构，提升其理论性能，另一方面通过在气液分离器液相出口设置旁通回路，实现工质运行组分浓度的主动调控，从而有效改善自复叠系统的制冷/制热性能。该自复叠系统可广泛应用于大温跨条件下的高温制热和低温制冷场景，相对于常规的自复叠系统具有更加优异的性能，应具备明朗的发展前景。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，并提供其控制方法。该新型系统可从优化循环结构和实现工质组分浓度主动调控两个方面提升自复叠系统的性能，拓展其应用前景。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，该制冷系统包括喷气增焓压缩机，喷气增焓压缩机出口连接冷凝器制冷剂入口，冷凝器制冷剂出口连接气液分离器入口，气液分离器气相出口连接第一蒸发冷凝器热流体入口，第一蒸发冷凝器热流体出口连接第二蒸发冷凝器热流体入口，第二蒸发冷凝器热流体出口连接第二电子膨胀阀入口，第二电子膨胀阀出口连接蒸发器制冷剂入口，蒸发器制冷剂出口连接第二蒸发冷凝器冷流体入口和毛细管出口，第二蒸发冷凝器冷流体出口连接喷气增焓压缩机吸气口；气液分离器液相出口连接第一电子膨胀阀入口和第一电磁截止阀入口，第一电子膨胀阀出口连接第一蒸发冷凝器冷流体入口，第一蒸发冷凝器冷流体出口连接喷气增焓压缩机补气口；第一电磁截止阀出口连接储液罐入口，储液罐出口连接第二电磁截止阀入口，第二电磁截止阀出口连接毛细管入口。
所述储液罐具有进口和出口，进口应位于罐体上部或顶部，出口应位于罐体下部或底部。
所述第一和第二蒸发冷凝器为套管式换热器或板式换热器。
相应的，本发明还提出了上述基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统的控制方法，具体如下：
1)基于压缩机补气口处制冷剂过热度进行第一电子膨胀阀的开度调节：当过热度大于预设值Tsc1，增大第一电子膨胀阀的开度；当过热度小于预设值Tsc2，减小第一电子膨胀阀的开度；当过热度在Tsc1和Tsc2之间时，保持第一电子膨胀阀的开度不变。
2)基于压缩机吸气口处制冷剂过热度进行第二电子膨胀阀的开度调节：当过热度大于预设值Tse1，增大第二电子膨胀阀的开度；当过热度小于预设值Tse2，减小第二电子膨胀阀的开度；当过热度在Tse1和Tse2之间时，保持第二电子膨胀阀的开度不变。
3)基于系统冷凝压力进行工质浓度的主动调控：当系统冷凝压力高于上限值Pu，则打开第二电磁截止阀，释放储液罐中富含高沸点组分的混合工质到系统中，直至系统冷凝压力降低至目标值Ps；当系统冷凝压力低于下限值Pd，则打开第一电磁截止阀，将气液分离器液相出口的部分富含高沸点组分的混合工质储存到储液罐中，直至系统冷凝压力上升至目标值Ps；当系统冷凝压力在Pd和Pu之间时，保持第一电磁阀和第二电磁阀关闭。
所述过热度预设目标值Tsc1，Tsc2，Tse1和Tse1为系统预设定值，无需实时计算。
所述系统冷凝压力目标值Ps、下限值Pd、上限值Pu为变量，需要根据系统特性和运行工况，实时计算得出。
本发明的有益效果为：1)通过优化循环结构，耦合自复叠系统和喷气增焓技术的优点，提升系统循环理论性能；2)在气液分离器液相出口设置旁通回路用于工质运行组分浓度调节，结合系统控制方法，实现混合工质运行组分浓度的主动调控，使系统中工质运行组分浓度始终处于适宜的范围，改善自复叠系统中长期存在的混合工质运行组分浓度偏离最佳组分浓度导致系统性能衰减的问题，提升系统实际运行性能。
附图说明
图1是本发明一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统的结构示意图。
图中：1-喷气增焓压缩机，2-冷凝器，3-气液分离器，4-第一电子膨胀阀，5-第一蒸发冷凝器，6-第二蒸发冷凝器，7-第二电子膨胀阀，8-蒸发器，9-第一电磁截止阀，10-储液罐，11-第二电磁截止阀，12-毛细管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1对本发明作进一步地详细描述：
如图1所示，本发明一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统包括喷气增焓压缩机1，喷气增焓压缩机1出口连接冷凝器2制冷剂入口，冷凝器2制冷剂出口连接气液分离器3入口，气液分离器3气相出口连接第一蒸发冷凝器5热流体入口，第一蒸发冷凝器5热流体出口连接第二蒸发冷凝器6热流体入口，第二蒸发冷凝器6热流体出口连接第二电子膨胀阀7入口，第二电子膨胀阀7出口连接蒸发器8制冷剂入口，蒸发器8制冷剂出口连接第二蒸发冷凝器6冷流体入口和毛细管12出口，第二蒸发冷凝器6冷流体出口连接喷气增焓压缩机1吸气口；气液分离器3液相出口连接第一电子膨胀阀4入口和第一电磁截止阀9入口，第一电子膨胀阀4出口连接第一蒸发冷凝器5冷流体入口，第一蒸发冷凝器5冷流体出口连接喷气增焓压缩机1补气口；第一电磁截止阀9出口连接储液罐10入口，储液罐10出口连接第二电磁截止阀11入口，第二电磁截止阀11出口连接毛细管12入口。
所述储液罐具有进口和出口，进口应位于罐体上部或顶部，出口应位于罐体下部或者底部。
所述第一和第二蒸发冷凝器为套管式换热器或板式换热器。
相应的，本发明还提出了上述基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统的控制方法，具体如下：
1)基于压缩机补气口处制冷剂过热度进行第一电子膨胀阀的开度调节：当过热度大于预设值Tsc1，增大第一电子膨胀阀的开度；当过热度小于预设值Tsc2，减小第一电子膨胀阀的开度；当过热度在Tsc1和Tsc2之间时，保持第一电子膨胀阀的开度不变。
2)基于压缩机吸气口处制冷剂过热度进行第二电子膨胀阀的开度调节：当过热度大于预设值Tse1，增大第二电子膨胀阀的开度；当过热度小于预设值Tse2，减小第二电子膨胀阀的开度；当过热度在Tse1和Tse2之间时，保持第二电子膨胀阀的开度不变。
3)基于系统冷凝压力进行工质浓度的主动调控：当系统冷凝压力高于上限值Pu，则打开第二电磁截止阀，释放储液罐中富含高沸点组分的混合工质到系统中，直至系统冷凝压力降低至目标值Ps；当系统冷凝压力低于下限值Pd，则打开第一电磁截止阀，将气液分离器液相出口的部分富含高沸点组分的混合工质储存到储液罐中，直至系统冷凝压力上升至目标值Ps；当系统冷凝压力在Pd和Pu之间时，保持第一电磁阀和第二电磁阀关闭。
所述过热度预设目标值Tsc1，Tsc2，Tse1和Tse1为系统预设定值，无需实时计算。
所述系统冷凝压力目标值Ps、下限值Pd、上限值Pu为变量，需要根据系统特性和运行工况，实时计算得出。
与现在常规的自复叠系统相比，本发明所示的基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，一方面可以通过引入喷气增焓技术优化系统循环结构，改善其理论性能，另外一方面通过增加旁通回路实现混合工质运行组分浓度的主动调控，使工质运行组分浓度始终处于适宜的范围，保证系统实际性能达到或接近其理论性能，维持系统的稳定高效运行，提升该新型系统在制冷和热泵领域的应用潜力，拓展应用前景。

Claims (6)

1.一种基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，其特征在于，包含喷气增焓压缩机，喷气增焓压缩机出口连接冷凝器制冷剂入口，冷凝器制冷剂出口连接气液分离器入口，气液分离器气相出口连接第一蒸发冷凝器热流体入口，第一蒸发冷凝器热流体出口连接第二蒸发冷凝器热流体入口，第二蒸发冷凝器热流体出口连接第二电子膨胀阀入口，第二电子膨胀阀出口连接蒸发器制冷剂入口，蒸发器制冷剂出口连接第二蒸发冷凝器冷流体入口和毛细管出口，第二蒸发冷凝器冷流体出口连接喷气增焓压缩机吸气口；气液分离器液相出口连接第一电子膨胀阀入口和第一电磁截止阀入口，第一电子膨胀阀出口连接第一蒸发冷凝器冷流体入口，第一蒸发冷凝器冷流体出口连接喷气增焓压缩机补气口；第一电磁截止阀出口连接储液罐入口，储液罐出口连接第二电磁截止阀入口，第二电磁截止阀出口连接毛细管入口。
2.根据权利要求1所述的基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，其特征在于，所述储液罐具有进口和出口，进口应位于罐体上部或顶部，出口应位于罐体下部或底部。
3.根据权利要求1所述的基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统，其特征在于，所述第一和第二蒸发冷凝器为套管式换热器或板式换热器。
4.基于权利要求1-3任一项所述的基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统的控制方法，其特征在于，具体包括以下过程：
1)基于压缩机补气口处制冷剂过热度进行第一电子膨胀阀的开度调节：当过热度大于预设值Tsc1，增大第一电子膨胀阀的开度；当过热度小于预设值Tsc2，减小第一电子膨胀阀的开度；当过热度在Tsc1和Tsc2之间时，保持第一电子膨胀阀的开度不变；
2)基于压缩机吸气口处制冷剂过热度进行第二电子膨胀阀的开度调节：当过热度大于预设值Tse1，增大第二电子膨胀阀的开度；当过热度小于预设值Tse2，减小第二电子膨胀阀的开度；当过热度在Tse1和Tse2之间时，保持第二电子膨胀阀的开度不变；
3)基于系统冷凝压力进行工质浓度的主动调控：当系统冷凝压力高于上限值Pu，则打开第二电磁截止阀，释放储液罐中富含高沸点组分的混合工质到系统中，直至系统冷凝压力降低至目标值Ps；当系统冷凝压力低于下限值Pd，则打开第一电磁截止阀，将气液分离器液相出口的部分富含高沸点组分的混合工质储存到储液罐中，直至系统冷凝压力上升至目标值Ps；当系统冷凝压力在Pd和Pu之间时，保持第一电磁阀和第二电磁阀关闭。
5.根据权利要求4所述的基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统的控制方法，所述过热度预设目标值Tsc1，Tsc2，Tse1和Tse1为系统预设定值，无需实时计算。
6.根据权利要求4所述的基于工质组分浓度主动调控的自复叠系统的控制方法，所述系统冷凝压力目标值Ps、下限值Pd、上限值Pu为变量，需要根据系统特性和运行工况，实时计算得出。
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