本發(fā)明涉及熱泵系統(tǒng)，具體為一種熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

1、空氣源熱泵現多采用中間換熱器(即經濟器)，實現機組在超低溫環(huán)境下穩(wěn)定運行。其原理是通過噴氣增焓壓縮機的中間壓力吸氣孔吸入一部分中間壓力的氣體，與經過部分壓縮的冷媒混合后再壓縮，實現以單臺壓縮機完成兩級壓縮的效果，增加了水側換熱器中的制冷劑流量，加大了主循環(huán)回路的焓差，擴寬了熱泵機組的運行范圍，同時一定程度地解決了壓縮機在低環(huán)溫高水溫的大壓比工況運行時排氣溫度過高的問題。

2、但采用經濟器實現補氣增焓效果的空氣源熱泵機組，其輔路電子膨脹閥控制方式一般是根據補氣回路中冷媒進出經濟器的溫度差值(即輔路過熱度)和輔路目標過熱度設定值的偏差值來調節(jié)閥開度，以此調節(jié)進入壓縮機的補氣量。這種調節(jié)方式雖然一定程度上能夠實現機組補氣增焓的效果，但是僅根據輔路過熱度來調節(jié)補氣量并不能確保壓縮機的補氣壓力為最佳中間壓力，達到最佳補氣比，從而無法充分發(fā)揮出壓縮機在低環(huán)溫下的最佳制熱效果。而且，在相同補氣壓力下,補氣過熱度對制冷量和制冷性能系數的過熱度影響較小。

技術實現思路

1、為解決上述背景技術中提出的問題，本發(fā)明基于現有技術提供了一種熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)及其控制方法，其保證機組運行時，通過計算熱泵系統(tǒng)補氣比與壓縮機中間壓力占比的偏差值來控制輔路電子膨脹閥的開度，以使機組的補氣壓力達到最佳中間壓力，實現機組的最優(yōu)制熱性能。

2、為實現以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現：一種熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)，包括主循環(huán)回路和補氣輔路，主循環(huán)回路上依次設有壓縮機、水側換熱器、中間換熱器、風側換熱器以及氣液分離器，水側換熱器和中間換熱器主路進口相連，中間換熱器主路出口與風側換熱器分液頭相連，中間換熱器主路出口與分液頭之間的主循環(huán)回路上設有主路過濾器和主路膨脹閥；水側換熱器和中間換熱器之間的熱交換更加高效，能有效降低能量損失，并提高熱回收能力。氣液分離器的設置有效分離系統(tǒng)中的氣體和液體，減少氣泡對泵和換熱器的影響。精確調節(jié)主循環(huán)回路中的流體流量和壓力，確保每個換熱器能在最佳條件下運行。

3、補氣輔路包括輔路進液管和輔路出液管，輔路進液管與水側換熱器和中間換熱器之間的主循環(huán)回路連通，輔路進液管另一端與中間換熱器輔路進口相連，輔路進液管上設有輔路過濾器和輔路膨脹閥，中間換熱器輔路出口和壓縮機補氣口之間通過輔路出液管相連。補氣輔路的輔路過濾器防止雜質進入中間換熱器，有效防止主循環(huán)回路中因氣體混入而造成的壓力波動，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了因壓力不穩(wěn)定帶來的潛在風險。補氣輔路的設計允許在系統(tǒng)需要時靈活補充氣體，保持系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)，確保長期穩(wěn)定運行。

4、作為本發(fā)明進一步的方案，所述壓縮機排氣口與水側換熱器進口之間的主循環(huán)回路沿排氣方向依次設有高壓傳感器、高壓開關。高壓傳感器實時監(jiān)測主循環(huán)回路的壓力變化，確保系統(tǒng)在預定的壓力范圍內運行。及時發(fā)現潛在的故障或異常情況，增強系統(tǒng)的安全性和可靠性。

5、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述中間換熱器主路進口處設有主進溫度傳感器，主進溫度傳感器檢測得到主進溫度，中間換熱器主路出口處設有主出溫度傳感器，主出溫度傳感器檢測得到主出溫度，中間換熱器輔路進口處設有輔進溫度傳感器，輔進溫度傳感器檢測得到輔進溫度，中間換熱器輔路出口處設有輔出溫度傳感器，輔出溫度傳感器檢測得到輔出溫度，所述輔路出液管上還設有補氣壓力傳感器。各個溫度傳感器可實時監(jiān)測各個流體通道的溫度變化，為系統(tǒng)的運行狀態(tài)提供重要數據支持，實現精確的溫度控制，提高換熱效率。

6、通過對主路和輔路溫度的監(jiān)測，及時調整換熱器的操作參數，優(yōu)化熱交換過程。根據進出溫度的差異，調整流體流量，提高熱交換效率。

7、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述氣液分離器與壓縮機之間的主循環(huán)回路上設有低壓傳感器和低壓開關。

8、低壓傳感器實時監(jiān)測主循環(huán)回路中的低壓狀態(tài)，提供系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，及時發(fā)現異常情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。低壓開關在壓力下降到設定閾值時會自動切斷系統(tǒng)或發(fā)出警報，防止因低壓引起的氣體回流、壓縮機損壞或系統(tǒng)故障，從而增強系統(tǒng)的保護能力。

9、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述壓縮機吸氣口處設有吸氣溫度傳感器，壓縮機排氣口處設有排氣溫度傳感器。實時監(jiān)測壓縮機的吸氣和排氣溫度，收集溫度數據，確保壓縮機在安全和高效的溫度范圍內運行。

10、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述水側換熱器的換熱進口處設有進水溫度傳感器，水側換熱器的換熱出口處設有出水溫度傳感器。實時監(jiān)測換熱器的進水溫度和出水溫度，確保系統(tǒng)的運行參數可視化，便于操作人員進行有效管理。實時的溫度數據計算換熱器的熱交換效率，調整流量和其他操作參數，提高整體換熱效率，節(jié)約能源。自動化控制系統(tǒng)收集溫度數據，實現精確的閉環(huán)控制，實時調整流量和泵速，以適應不同工況需求，提升系統(tǒng)的智能化水平。

11、作為本發(fā)明更進一步的方案，所述熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)上還設有環(huán)境溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器檢測得到環(huán)境溫度，所述主路膨脹閥為eev電子膨脹閥，輔路膨脹閥為evi電子膨脹閥。

12、作為本發(fā)明更進一步的方案，一種熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)的控制方法，一種熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)，包括控制模塊，控制模塊包括預設的控制程序，控制程序編碼設有溫度函數、密度函數、焓函數以及熵函數，控制模塊捕捉初始信息參數，通過調用refprop函數中的溫度函數、密度函數、焓函數以及熵函數，得到理論補氣比a和系統(tǒng)補氣比a＇,并預設中間換熱器補氣輔路的蒸發(fā)壓力達到的最佳中間壓力值，中間壓力值范圍[pmin,pmax]。

13、作為本發(fā)明更進一步的方案，一種熱泵中間換熱器補氣系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟：

14、步驟1：給定壓縮機等熵效率，壓縮機吸氣管溫降和壓降與排氣管溫降和壓降，水側換熱器側過冷度值，風側換熱器側過熱度值，實時獲取壓縮機的運行頻率，蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，調用溫度函數、焓函數和熵函數，分別計算得到系統(tǒng)運行的蒸發(fā)溫度，冷凝溫度，壓縮機吸氣焓值以及初級壓縮等熵值；

15、步驟2：在步驟1的基礎上，預設一個中間壓力值并根據中間壓力值，再次調用焓函數和能量函數，分別計算得到壓縮機初壓縮等熵焓值、初壓縮實際焓值、初壓縮內能、補氣混合之后中間腔的內能、中間腔焓值、二級壓縮機熵值、壓縮末端的理論焓值、壓縮末端的實際焓值以及壓縮機排氣溫度；

16、步驟3：利用步驟1和步驟2中得到的數據，調用密度函數，得到壓縮機初壓縮工質密度ρ1和補氣后工質密度ρ3，計算理論補氣比a，

17、理論補氣比α計算公式為：α＝ρ1/ρ3-1；

18、步驟4：根據預設的中間壓力值，給定冷凝壓力，補氣輔路壓降、補氣輔路過熱度和主循環(huán)回路過冷度，得到中間換熱器補氣輔路evi電子膨脹閥的前、后壓力和溫度，補氣輔路出口溫度和出口壓力，主循環(huán)回路出口壓力和主循環(huán)回路出口溫度，再調用焓函數得到中間換熱器主路進口焓值h5、中間換熱器主路出口焓值h6以及中間換熱器輔路出口焓值h8，計算出補氣輔路制冷劑流量與主循環(huán)回路制冷劑流量的比值，即系統(tǒng)補氣比a＇，

19、依據能量守恒定律，系統(tǒng)補氣比a＇計算公式為：

20、α'＝(h5-h6)/(h8-h5)；

21、步驟5：將步驟3中得到的理論補氣比α和步驟4中得到的系統(tǒng)補氣比a＇進行比較，以a/a＇≤±1％時的中間壓力值范圍[pmin,pmax]作為目標參數，控制輔路evi電子膨脹閥的開度，從而使輔路補氣壓力達到最佳中間壓力范圍；

22、步驟6：當a/a＇＞1％時，即實際補氣壓力大于pmax時或者實際補氣壓力小于pmin時；

23、當實際補氣壓力大于pmax時，取pmax與實際補氣壓力差值，再根據計算公式計算補氣輔路的evi電子膨脹閥開度控制量，并將輔路電子膨脹閥控制為通過計算公式計算的閥開度控制量,使得輔路補氣壓力達到中間壓力值范圍[pmin,pmax]；

24、當實際補氣壓力小于pmin時，取實際補氣壓力與pmin差值，再根據計算公式計算補氣輔路的evi電子膨脹閥開度控制量，并將輔路電子膨脹閥控制為通過計算公式計算的閥開度控制量,使得輔路補氣壓力達到中間壓力值范圍[pmin,pmax]；

25、步驟7：步驟6中，將輔路電子膨脹閥控制為通過計算公式計算的閥開度控制量，計算公式如下：

26、

27、

28、其中，δ1和δ2均表示補氣輔路evi電子膨脹閥的開度控制量；

29、θ1表示補氣輔路的實際壓力與最佳中間壓力值上限pmax的差值；

30、θ2表示補氣輔路的實際壓力與最佳中間壓力值下限pmin的差值；

31、kp表示比例系數；ki表示積分系數；kd表示微分系數；

32、步驟8：當a/a＇≤±1％時，補氣輔路壓力處于最佳中間壓力值范圍[pmin,pmax]，壓縮機排氣口處的高壓傳感器實時檢測系統(tǒng)的排氣壓力值，排氣壓力值對應換算成高壓飽和溫度值，壓縮機排氣口處的排氣溫度傳感器實時檢測系統(tǒng)的排氣溫度值，根據排氣溫度值與高壓飽和溫度值，可計算得到熱泵系統(tǒng)的實際排氣過熱度；

33、步驟9：在步驟8的基礎上，系統(tǒng)給定一個目標排氣過熱度的預設值，將實際排氣過熱度與目標排氣過熱度作差，根據計算公式計算輔路電子膨脹閥的開度控制量，使得實際排氣過熱度達到目標排氣過熱度，控制輔路電子膨脹閥的開度計算公式如下：

34、

35、δ3表示補氣輔路evi電子膨脹閥的開度控制量；θ3表示補氣輔路的實際排氣過熱度與目標排氣過熱度的差值；kp是比例系數；ki是積分系數；kd是微分系數。

36、與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本系統(tǒng)根據熱泵機組運行的蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，壓縮機的頻率，制冷量等參數，引用refprop函數，計算出機組壓縮機整個二級壓縮過程的各狀態(tài)參數，包括初級壓縮末壓力，焓值，密度，中間腔焓值和混合密度，根據壓縮機最佳中間壓力比值與主路循環(huán)補氣比的偏差值范圍確定出熱泵機組主路循環(huán)的補氣量。

37、通過調節(jié)輔路電子膨脹閥的開度，使機組的輔路出口壓力值(即補氣壓力)接近壓縮機最佳中間壓力。當補氣量達到最佳中間壓力時，熱泵機組的制熱量和性能系數極大的提升。通過補氣控制方式，保證機組運行時，通過計算熱泵系統(tǒng)補氣比與壓縮機中間壓力占比的偏差值來控制輔路電子膨脹閥的開度，使得機組的補氣壓力為最佳中間壓力，從而實現機組的最優(yōu)制熱性能。