一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)及其控制方法，該二氧化碳熱泵系統(tǒng)，包括溫度感應(yīng)裝置、相連接構(gòu)成回路的壓縮機(jī)、氣體冷卻器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、氣液分離器、回?zé)崞?、三通閥，回路中的制冷劑為二氧化碳，氣體冷卻器中設(shè)置有與二氧化碳換熱的水循環(huán)回路，水循環(huán)回路設(shè)置在進(jìn)水口與出水口之間。本發(fā)明系統(tǒng)整體的控制方法只基于一種算法，系統(tǒng)穩(wěn)定性更有保障。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳熱泵由于二氧化碳冷媒特殊的屬性，存在最優(yōu)壓力，因此基于最優(yōu)壓力控制的方法也是二氧化碳熱泵控制方法采用較多的算法，但是由于該算法存在一定的適用范圍，即氣體冷卻器出口溫度在一定范圍內(nèi)適用該算法，范圍之外需要與其他控制方法銜接，系統(tǒng)在控制方案的銜接上容易存在漏洞或震蕩。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種只基于一種算法，系統(tǒng)穩(wěn)定性更有保障的二氧化碳熱泵系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是:
一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)，包括相連接構(gòu)成回路的壓縮機(jī)、氣體冷卻器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、氣液分離器、回?zé)崞?、三通閥，回路中的制冷劑為二氧化碳，氣體冷卻器中設(shè)置有與二氧化碳換熱的水循環(huán)回路，水循環(huán)回路設(shè)置在進(jìn)水口與出水口之間，還包括溫度感應(yīng)裝置。
[0005]優(yōu)選地，該二氧化碳熱泵系統(tǒng)還包括編程控制器，編程控制器與溫度感應(yīng)裝置相連接并用于控制二氧化碳熱泵系統(tǒng)運(yùn)行，溫度感應(yīng)裝置包括檢測(cè)環(huán)境溫度的環(huán)溫傳感器、設(shè)置在氣體冷卻器中檢測(cè)其出口溫度的第一傳感器、設(shè)置在進(jìn)水口并檢測(cè)其進(jìn)水溫度的第二溫度傳感器、設(shè)置在出水口并檢測(cè)其實(shí)際出水溫度的第三溫度傳感器。
[0006]一種上述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度To和采集的當(dāng)前環(huán)境溫度T，利用Tc=f (To，T)計(jì)算出理論上進(jìn)水溫度與氣體冷卻器出口的溫差Tc ;采集氣體冷卻器出口的實(shí)際溫度Tl和進(jìn)水溫度Ti，計(jì)算Tl和Ti的溫差Tr，根據(jù)Tr與Tc的大小關(guān)系，利用PID控制方法，調(diào)節(jié)膨脹閥開(kāi)度或水流量，最終達(dá)到目標(biāo)出水溫度To，其中，Tc=f(To, T)是關(guān)于目標(biāo)出水溫度To和環(huán)境溫度T的函數(shù)。
[0007]優(yōu)選地，設(shè)定第三溫度傳感器檢測(cè)出的實(shí)際出水溫度Tg與目標(biāo)出水溫度To之間的溫差為a，Tg-To≤a即認(rèn)為是達(dá)到目標(biāo)出水溫度，a為用戶(hù)設(shè)定。
[0008]優(yōu)選地，膨脹閥開(kāi)度EXP范圍為0%_100%，設(shè)定系統(tǒng)控制的膨脹閥最低值為EXP (min)，最大值為 EXP (max)。
[0009]優(yōu)選地，當(dāng)TKTc時(shí)，利用PID控制算法，控制調(diào)大膨脹閥開(kāi)度EXP，至系統(tǒng)實(shí)際出水溫度Tg到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度To ;如果膨脹閥開(kāi)度EXP到達(dá)設(shè)定的最大值EXP (max)，而實(shí)際出水溫度Tg仍未到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度To，則通過(guò)調(diào)節(jié)水流量，循環(huán)上述步驟，最終達(dá)到目標(biāo)出水溫度To。
[0010]優(yōu)選地，當(dāng)Tr > Tc,利用PID控制算法，調(diào)小膨脹閥開(kāi)度EXP，至系統(tǒng)實(shí)際出水溫度到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的出水溫度To ;如果膨脹閥開(kāi)度EXP到達(dá)設(shè)定的最小值EXP (min)，而實(shí)際出水溫度Tg仍未到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度，則通過(guò)調(diào)節(jié)水流量，循環(huán)上述步驟，最終達(dá)到目標(biāo)出水溫度To。
[0011]具體包括如下步驟:
步驟1、二氧化碳熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)以后，用戶(hù)設(shè)置目標(biāo)出水溫度To ;第三溫度傳感器采集頭際出水溫度Tg ；
步驟2、計(jì)算實(shí)際出水溫度Tg與用戶(hù)設(shè)置的目標(biāo)出水溫度To之間溫差，如果Tg-To≤a，則回到步驟1，反之則進(jìn)入步驟3;
步驟3、采集環(huán)境溫度T、氣體冷卻器出口溫度Tl和進(jìn)水溫度Ti，根據(jù)f (To，T)計(jì)算出理論上進(jìn)水溫度與氣體冷卻器出口溫度的目標(biāo)溫差Tc，同時(shí)計(jì)算出實(shí)際溫差Tr，Tr=Tl-Ti,分為以下三種情況:
(1)如果Tr=Tc,則回到步驟2進(jìn)行判別；
(2)如果Tr〈Tc，則調(diào)大膨脹閥，并檢測(cè)膨脹閥開(kāi)度是否達(dá)到設(shè)定最大限值EXP(max):
①如果沒(méi)有達(dá)到最大限值EXP(max)，則檢測(cè)實(shí)際溫差Tr與目標(biāo)溫差Tc，如果:
a、Tr=Tc，則檢 測(cè)ITg-ToI是否小于等于a，是，則回到步驟I;否，則調(diào)節(jié)水流量后，重新回到步驟I ;
b、Tr? Tc,則重新回到步驟I ；
②如果達(dá)到最大限值EXP(max)，則調(diào)節(jié)水流量，回到步驟I ;
(3)如果Tr>Tc，則調(diào)小膨脹閥，并檢測(cè)膨脹閥開(kāi)度是否達(dá)到設(shè)定最小限值EXP(min):
①如果沒(méi)有達(dá)到最小限值EXP(min)，則檢測(cè)實(shí)際溫差Tr與目標(biāo)溫差Tc，如果:
a、Tr=Tc，則檢測(cè)ITg-ToI是否小于等于a，是，則回到步驟I;否，則調(diào)節(jié)水流量后，重新回到步驟I ;
b、Tr? Tc,則重新回到步驟I ；
②如果達(dá)到最小限值EXP(min)，則調(diào)節(jié)水流量，回到步驟I
由于以上技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明采用基于溫度參數(shù)控制的二氧化碳熱泵的控制方法，彌補(bǔ)了基于最優(yōu)壓力控制方法的不足，系統(tǒng)整體的控制方法只基于一種算法，系統(tǒng)穩(wěn)定性更有保障。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明二氧化碳熱泵系統(tǒng)的示意圖；
圖2為基于本發(fā)明二氧化碳熱泵系統(tǒng)目標(biāo)出水溫度的控制方法的流程圖；
其中:1、壓縮機(jī)；2、氣體冷卻器；3、電子膨脹閥；4、蒸發(fā)器；5、氣液分離器；6、回?zé)崞鳎?br> 7、三通閥。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)，而本發(fā)明不受以下實(shí)施例的范圍限制。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0014]如附圖1所示，本發(fā)明一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)，包括編程控制器、溫度感應(yīng)裝置、相連接構(gòu)成回路的壓縮機(jī)1、氣體冷卻器2、電子膨脹閥3、蒸發(fā)器4、氣液分離器5、回?zé)崞?、三通閥7，回路中的制冷劑為二氧化碳，氣體冷卻器2中設(shè)置有與二氧化碳換熱的水循環(huán)回路，水循環(huán)回路設(shè)置在進(jìn)水口與出水口之間，溫度感應(yīng)裝置包括檢測(cè)環(huán)境溫度的環(huán)溫傳感器、設(shè)置在氣體冷卻器中檢測(cè)其出口溫度的第一傳感器、設(shè)置在進(jìn)水口并檢測(cè)其進(jìn)水溫度的第二溫度傳感器、設(shè)置在出水口并檢測(cè)其實(shí)際出水溫度的第三溫度傳感器，編程控制器與溫度感應(yīng)裝置相連接并用于控制二氧化碳熱泵系統(tǒng)運(yùn)行。
[0015]如附圖2所示，本發(fā)明二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，具體包括如下步驟:
步驟1、二氧化碳熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)以后，用戶(hù)設(shè)置目標(biāo)出水溫度To ;第三溫度傳感器采集頭際出水溫度Tg ；
步驟2、計(jì)算實(shí)際出水溫度Tg與用戶(hù)設(shè)置的目標(biāo)出水溫度To之間溫差，如果Tg-To ( a，則回到步驟1，反之則進(jìn)入步驟3，其中，a設(shè)定為第三溫度傳感器檢測(cè)出的實(shí)際出水溫度Tg與目標(biāo)出水溫度To之間的溫差，ITg-ToI≤a即認(rèn)為是達(dá)到目標(biāo)出水溫度，a為用戶(hù)設(shè)定；
步驟3、采集環(huán)境溫度T、氣體冷卻器出口溫度Tl和進(jìn)水溫度Ti，根據(jù)f (To，T)計(jì)算出理論上進(jìn)水溫度與氣體冷卻器出口溫度的目標(biāo)溫差Tc，其中，Tc=f (To，T)是關(guān)于目標(biāo)出水溫度To和環(huán)境溫度T 的函數(shù)，同時(shí)計(jì)算出實(shí)際溫差Tr，Tr=Tl-Ti,分為以下三種情況:
(1)如果Tr=Tc,則回到步驟2進(jìn)行判別；
(2)如果Tr〈Tc，則調(diào)大膨脹閥，并檢測(cè)膨脹閥開(kāi)度是否達(dá)到設(shè)定最大限值EXP(max):
①如果沒(méi)有達(dá)到最大限值EXP(max)，則檢測(cè)實(shí)際溫差Tr與目標(biāo)溫差Tc，如果:
a、Tr=Tc，則檢測(cè)ITg-ToI是否小于等于a，是，則回到步驟I;否，則調(diào)節(jié)水流量后，重新回到步驟I ;
b、Tr? Tc,則重新回到步驟I ；
②如果達(dá)到最大限值EXP(max)，則調(diào)節(jié)水流量，回到步驟I ;
(3)如果Tr>Tc，則調(diào)小膨脹閥，并檢測(cè)膨脹閥開(kāi)度是否達(dá)到設(shè)定最小限值EXP(min):
①如果沒(méi)有達(dá)到最小限值EXP(min)，則檢測(cè)實(shí)際溫差Tr與目標(biāo)溫差Tc，如果:
a、Tr=Tc，則檢測(cè)ITg-ToI是否小于等于a，是，則回到步驟I;否，則調(diào)節(jié)水流量后，重新回到步驟I ;
b、Tr? Tc,則重新回到步驟I ；
②如果達(dá)到最小限值EXP(min)，則調(diào)節(jié)水流量，回到步驟I。
[0016]本實(shí)施例中，膨脹閥開(kāi)度EXP范圍為0%_100%，設(shè)定系統(tǒng)控制的膨脹閥最低值為EXP (min)，最大值為 EXP (max)。
[0017]本發(fā)明采用基于溫度參數(shù)控制的二氧化碳熱泵的控制方法，彌補(bǔ)了基于最優(yōu)壓力控制方法的不足，系統(tǒng)整體的控制方法只基于一種算法，系統(tǒng)穩(wěn)定性更有保障。
[0018]以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)，包括相連接構(gòu)成回路的壓縮機(jī)、氣體冷卻器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、氣液分離器、回?zé)崞?、三通閥，所述回路中的制冷劑為二氧化碳，所述氣體冷卻器中設(shè)置有與所述二氧化碳換熱的水循環(huán)回路，所述水循環(huán)回路設(shè)置在進(jìn)水口與出水口之間，其特征在于:還包括溫度感應(yīng)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)，其特征在于:還包括編程控制器，所述編程控制器與所述溫度感應(yīng)裝置相連接并用于控制所述二氧化碳熱泵系統(tǒng)運(yùn)行，所述溫度感應(yīng)裝置包括檢測(cè)環(huán)境溫度的環(huán)溫傳感器、設(shè)置在所述氣體冷卻器中檢測(cè)其出口溫度的第一傳感器、設(shè)置在所述進(jìn)水口并檢測(cè)其進(jìn)水溫度的第二溫度傳感器、設(shè)置在所述出水口并檢測(cè)其實(shí)際出水溫度的第三溫度傳感器。
3.—種如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度To和采集的當(dāng)前環(huán)境溫度T，利用Tc=f (To，T)計(jì)算出理論上進(jìn)水溫度與氣體冷卻器出口的溫差Tc ;采集氣體冷卻器出口的實(shí)際溫度Tl和進(jìn)水溫度Ti，計(jì)算Tl和Ti的溫差Tr，根據(jù)Tr與Tc的大小關(guān)系，利用PID控制方法，調(diào)節(jié)膨脹閥開(kāi)度或水流量，最終達(dá)到目標(biāo)出水溫度To，其中，Tc=f(To，T)是關(guān)于目標(biāo)出水溫度To和環(huán)境溫度T的函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:設(shè)定第三溫度傳感器檢測(cè)出的實(shí)際出水溫度Tg與目標(biāo)出水 溫度To之間的溫差為a，Tg-To Sa即認(rèn)為是達(dá)到目標(biāo)出水溫度，a為用戶(hù)設(shè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:膨脹閥開(kāi)度EXP范圍為0%-100%，設(shè)定系統(tǒng)控制的膨脹閥最低值為EXP (min)，最大值為EXP (max)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:當(dāng)TKTc時(shí)，利用PID控制算法，控制調(diào)大膨脹閥開(kāi)度EXP，至系統(tǒng)實(shí)際出水溫度Tg到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度To ;如果膨脹閥開(kāi)度EXP到達(dá)設(shè)定的最大值EXP (max)，而實(shí)際出水溫度Tg仍未到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度To，則通過(guò)調(diào)節(jié)水流量，循環(huán)上述步驟，最終達(dá)到目標(biāo)出水溫度To0
7.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:當(dāng)Tr> Tc,利用PID控制算法，調(diào)小膨脹閥開(kāi)度EXP，至系統(tǒng)實(shí)際出水溫度到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的出水溫度To ;如果膨脹閥開(kāi)度EXP到達(dá)設(shè)定的最小值EXP (min)，而實(shí)際出水溫度Tg仍未到達(dá)用戶(hù)設(shè)定的目標(biāo)出水溫度，則通過(guò)調(diào)節(jié)水流量，循環(huán)上述步驟，最終達(dá)到目標(biāo)出水溫度To。
8.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:具體包括如下步驟: 步驟1、二氧化碳熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)以后，用戶(hù)設(shè)置目標(biāo)出水溫度To ;第三溫度傳感器采集頭際出水溫度Tg ； 步驟2、計(jì)算實(shí)際出水溫度Tg與用戶(hù)設(shè)置的目標(biāo)出水溫度To之間溫差，如果Tg-To≤a，則回到步驟1，反之則進(jìn)入步驟3; 步驟3、采集環(huán)境溫度T、氣體冷卻器出口溫度Tl和進(jìn)水溫度Ti，根據(jù)f (To，T)計(jì)算出理論上進(jìn)水溫度與氣體冷卻器出口溫度的目標(biāo)溫差Tc，同時(shí)計(jì)算出實(shí)際溫差Tr，Tr=Tl-Ti,分為以下三種情況: (I)如果Tr=Tc,則回到步驟2進(jìn)行判別；(2)如果Tr〈Tc，則調(diào)大膨脹閥，并檢測(cè)膨脹閥開(kāi)度是否達(dá)到設(shè)定最大限值EXP(max): ①如果沒(méi)有達(dá)到最大限值EXP(max)，則檢測(cè)實(shí)際溫差Tr與目標(biāo)溫差Tc，如果: a、Tr=Tc，則檢測(cè)ITg-ToI是否小于等于a，是，則回到步驟I;否，則調(diào)節(jié)水流量后，重新回到步驟I ; b、Tr? Tc,則重新回到步驟I ； ②如果達(dá)到最大限值EXP(max)，則調(diào)節(jié)水流量，回到步驟I ;(3)如果Tr>Tc，則調(diào)小膨脹閥，并檢測(cè)膨脹閥開(kāi)度是否達(dá)到設(shè)定最小限值EXP(min): ①如果沒(méi)有達(dá)到最小限值EXP(min)，則檢測(cè)實(shí)際溫差Tr與目標(biāo)溫差Tc，如果: a、Tr=Tc，則檢測(cè)ITg-ToI是否小于等于a，是，則回到步驟I;否，則調(diào)節(jié)水流量后，重新回到步驟I ; b、Tr關(guān)Tc,則重新回到步驟I； ②如果達(dá)到最小限值EXP(min)，則調(diào)節(jié)水流量，回到步驟I。
【文檔編號(hào)】F25B30/02GK103940148SQ201410184059
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】熊丹, 湯曉亮, 尤軍, 周大農(nóng) 申請(qǐng)人:江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司, 蘇州蘇凈安發(fā)空調(diào)有限公司