一种燃气源热泵系统及控制方法

技术领域

本发明涉及热泵处理技术领域，尤其涉及一种燃气源热泵系统及控制方法。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息并且不构成现有技术。

燃气热泵是一种以天然气为能源，用燃气发动机取代电动机来驱动压缩机运转，通过燃气燃烧过程做功，同时回收发动机缸套余热和烟气余热的新型空调装置，整个机组仅风机等辅助部件耗电。

现有的燃气热泵通常因为自身的控制系统无法进行及时调节或者无法进行较高运行效率体现，进而导致燃气热泵的能源利用效率较低，同时也无法对能源燃烧过程中的燃烧余热进行合理且及时地回收，造成热量的浪费。

发明内容

发明人通过研究发现：大量的发动机缸套热和排烟废热可余热回收构建分布式能源系统进行能源的梯级利用，显著提高一次能源利用率，进而可以实现对能源的高效利用，同时冷却水回收的发动机和排烟余热在冬季还可用于除霜。

本公开的目的在于提供一种燃气源热泵系统及控制方法，来解决现有技术无法提供一种可以实现燃气热泵可靠性调节以及运行高效的系统的技术问题。

据本公开的一个方面，提供一种燃气源热泵系统，包括燃烧单元、与所述燃烧单元连接的功能单元、以及与所述燃气发动机连接的控制单元；所述功能单元与所述燃烧单元之间连接有冷凝器以及热交换器，所述冷凝器与所述热交换器分别连接在所述功能单元的两侧；所述燃烧单元内包括燃气发动机以及与所述燃气发动机连接的压缩机，所述压缩机连接有四通换向阀；所述功能单元内包括制热电磁阀，以及与所述制热电磁阀并路设置的制冷电磁阀，所述制热电磁阀与所述制冷电磁阀一端阀口均连接有电子膨胀阀。

需要说明的是，本公开由燃气发动机驱动压缩机压缩制冷剂，通过四通阀、制冷电磁阀及制热电磁阀控制制冷热模式，通过冷凝器对外界空气进行换热，通过电子膨胀阀控制制冷/热循环系统，通过压缩机系统里的冷媒与用户端的导热介质在热交换器里形成并流或者逆流，接着通过中间隔层板片进行热交换，换得所需的冷热能，可以有效实现燃气热泵系统可靠性调节，其中导热介质通常为防冻液。

本公开的一些实施例中，所述功能单元还包括与所述冷凝器连接的第四单向阀、与所述第四单向阀并路设置的第一单向阀。

本公开的一些实施例中，其特征在于，所述功能单元还包括与所述燃气发动机连接的液相电磁阀。

本公开的一些实施例中，与所述第四单向阀同路还设置有第二单向阀。

本公开的一些实施例中，所述第二单向阀的并路位置设置有第三单向阀。

本公开的一些实施例中，所述燃气发动机与所述热交换器之间还设置有吸气压力传感器。

本公开的一些实施例中，所述燃气发动机与所述热交换器之间还设置有与所述吸气压力传感器并路设置的吸气温度传感器。

据本公开的另一个方面，提供一种燃气源热泵控制方法，包括如下步骤：

步骤1.控制单元采集需要的参数，所述参数包括压缩机吸气压力、压缩机吸气温度、换热器进口温度、换热器出口温度、发动机转速、膨胀阀开度、环境温度；

步骤2.将采集到的参数传入传感器中，传感器通过电流或者电压信号接入到控制单元的I/O模块上；

步骤3.根据控制单元中预先设定好的关系式计算得到机组需求负荷Q

步骤3.依据预先设定好的关系式计算初步目标转速V

步骤4.结合目标转速V

步骤5.依据预先设定好的关系式计算初步膨胀阀开度F

F

其中，F

步骤6.结合目标转速F

步骤7.依据压缩机吸气过热度、热交换器的进出口温差、燃气发动机转速反馈、电子膨胀阀开度反馈协同调整燃气发动机转速与电子膨胀阀开度，设定过热度与实际过热度差值小于K

步骤8.依据电子膨胀阀开度反馈同时结合当前燃气发动机转速的K

步骤9.依据过热度微调电子膨胀阀的开度，微调过程通过PID控制，其中PID的控制表达式为：

其中，F(t)为电子膨胀阀的开度输出、e(t)为控制单元的输入，即电子膨胀阀开度的设定值与电子膨胀阀开度的实际值的偏差、K

步骤10.燃气发动机转速及电子膨胀阀的开度在设定值的±K

本公开的一些实施例中，所述目标转速V

其中，Q

本公开的一些实施例中，所述需求负荷Q

其中，V为燃气发动机当前转速、K

本公开与目前公开的技术相比，具有如下的优点和有益效果：本公开通过设置热交换热器可以在夏季或者冬季将热量转移至室外散热或者从环境中提取热量用于为室内供热，同时本公开由四通换向阀进行工况的转换，实现夏季制冷、冬季制热的压缩式制冷供热装置，同时本公开提供的分布式能源系统进行能源的梯级利用，显著提高一次能源利用率，实现了对能源的高效利用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的燃气源热泵系统示意图；

图2是本发明的燃气源热泵控制方法流程图；

图3是本发明的燃气源热泵的规定转速列表图。

图例说明：

1-燃气发动机；2-压缩机；3-四通换向阀；4-控制单元；5-冷凝器；6-吸气压力传感器；7-吸气温度传感器；8-热交换器；9-第四单向阀；10-制热电磁阀；11-制冷电磁阀；12-第二单向阀；13-电子膨胀阀；14-液相电磁阀；15-第一单向阀；16-第三单向阀；其中为了避免与技术特征发生干扰，图1中采用虚线进行部分特征指代。

具体实施方式

请一并参考说明附图1-图2，本实施例提供了一种燃气源热泵系统及控制方法，该燃气源热泵系统及控制方法已经处于实际使用阶段。

之后参考附图来更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的说明性实施例。但是，本发明还以许多不同的形式体现并且不应当理解为限制于这里叙述的实施例。相反，这些实施例被提供以便本公开充分和完整，并且将本发明的范围完全传递给本领域技术人员。

需要理解的是，尽管术语第一、第二等可以在这里用来描述各种元件，但这些元件不应当被这些术语限制。这些术语只用来区别一个元件与另一个元件。

这里所使用的术语只用于描述特定实施例的目的而不试图限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括多数形式，除非上下文清楚指明不是这样。将进一步理解，术语“包括”和“包含”当在这里使用时规定了所阐明特征、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元素、部件和/或其组合的存在或添加。

除非相反定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，诸如在常用词典里所定义的术语应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的意思相一致的意思，并且将不按照理想化的或非常正式意思来解释，除非特意在这里这样定义。

参考根据本发明的实施例的方法、系统和计算机程序产品的框图和流程图来在下面的部分描述本发明。将会理解，框图或流程图的方框以及框图或流程图中方框的组合可以至少部分地由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给一个或多个企业、应用、个人、普遍和/或嵌入式计算机系统，使得经由计算机系统执行的该指令创建用于实现方框图的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置、模块、设备、方法。也可以在其它实施例中使用通用计算机系统和/或专用硬件的组合。

还应当注意，在一些替换实施方式中，在流程图中标注的功能/动作可能不是按流程图标注的顺序发生的。例如接连示出的两个方框可以事实上基本并发地执行，或者这些方框有时以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能/动作。最后，一个或多个方框的功能可以是单独的或与其它方框的功能组合。

为了更好理解本公开的内容，现将本公开中的部分术语进行解释：

并路：水平间隔设置的通路；

同路：同一条通路；

规定转速：即为本领域技术人员可以通过公开资料获取的转速，具体为图3所示。

系统实施例

本实施例至少包括以下内容：一种燃气源热泵系统，参考附图1，包括燃烧单元、与燃烧单元连接的功能单元、以及与燃气发动机1连接的控制单元4；功能单元与燃烧单元之间连接有冷凝器5以及热交换器8，冷凝器5与热交换器8分别连接在功能单元的两侧；燃烧单元内包括燃气发动机1以及与燃气发动机1连接的压缩机2，压缩机2连接有四通换向阀3；功能单元内包括制热电磁阀10，以及与制热电磁阀11并路设置的制冷电磁阀11，制热电磁阀10与制冷电磁阀11一端阀口均连接有电子膨胀阀13。功能单元还包括与冷凝器连接的第四单向阀9、与第四单向阀9并路设置的第一单向阀15。功能单元还包括与燃气发动机1连接的液相电磁阀14。

其中继续参考附图1，可以理解的是，与第四单向阀9同路还设置有第二单向阀12，第二单向阀12的并路位置设置有第三单向阀16；燃气发动机1与热交换器8之间还设置有吸气压力传感器6，燃气发动机1与热交换器8之间还设置有与吸气压力传感器6并路设置的吸气温度传感器7。

工作时，本公开的系统的工作原理如下：

首先对于热泵系统而言，分为制冷以及制热，具体为：

制冷时，系统内低温低压的气态冷媒经压缩机2压缩后形成的高温高压气态冷媒流经冷凝器5，通过冷凝器5内部换热片释放热量到大气中冷凝冷媒，冷凝后的高压液态制冷剂流经电子膨胀阀13，通过给电子膨胀阀13内步进电机提供的信号来控制进内部的螺纹驱动阀针运动，由此实现电子膨胀阀13流量与面积的控制达到节流降压的目的，节流后低温低压气液两相态冷媒通过热交换器8与用户端的导热介质换热吸收导热介质的热量达到用户端制冷而冷媒蒸发成低温低压气态冷媒，随后低温低压气态冷媒回到压缩机2而继续压缩成高温高压气态冷媒排到冷凝器5，从而构成完整的热泵系统循环；

制热时，通过四通换向阀3使冷媒流向换向。对于余热回收系统而言，燃气发动机1的冷却水热回收器和烟气热回收器中含有大量热量可供回收利用，燃气发动机1的冷却水出水温度达到78℃时将两个的热量回收到热泵系统中或者外接的水系统中进行针对性利用，其中针对性利用是指根据用户使用环境可定制出水温度，如生活用热水、化工用热水等，同时一部分热量为冷凝器5除霜达到无霜的效果。在夏季余热回收系统的热量可以加热制得生活热水而进行使用，而在冬季供暖模式下运行的热泵，正好可将这些废热加以回收利用，这使得整个系统的制热性能得到进一步提高。

本公开系统的制冷和制热运行机制都是控制燃气发动机1转速与电子膨胀阀13开度达到控制压缩机2吸气过热度，制冷和制热的运行区别就是冷媒的循环方向相反，基于上述，为了更好理解本公布的系统，本公开还提供了另一个方面，一种控制方法，参考说明附图2，其具体为如下实施例：

方法实施例

本实施例至少包括以下内容：提供一种燃气源热泵控制方法，为了更好理解控制方法作业原理，需要优先说明的是膨胀阀及转速控制方案为：根据吸气压力与吸气温度计算出吸气过热度，根据吸气过热度、电子膨胀阀开度、环境温度，热交换器用户端温差综合计算出预期负荷，控制单元根据预期负荷调节通过燃气发动机的控制单元调节燃气发动机的转速，同步根据过热度及预期负荷调节电子膨胀阀开度。

基于上述理解，本公开的控制方法包括如下步骤：

步骤1.控制单元采集需要的参数，所述参数包括压缩机吸气压力、压缩机吸气温度、换热器进口温度、换热器出口温度、发动机转速、膨胀阀开度、环境温度；

步骤2.将采集到的参数传入传感器中，传感器通过电流或者电压信号接入到控制单元的I/O模块上；

步骤3.根据控制单元中预先设定好的关系式计算得到机组需求负荷Q

步骤3.依据预先设定好的关系式计算初步目标转速V

步骤4.结合目标转速V

步骤5.依据预先设定好的关系式计算初步膨胀阀开度F

F

其中，F

步骤6.结合目标转速F

步骤7.依据压缩机吸气过热度、热交换器的进出口温差、燃气发动机转速反馈、电子膨胀阀开度反馈协同调整燃气发动机转速与电子膨胀阀开度，设定过热度与实际过热度差值小于K

步骤8.依据电子膨胀阀开度反馈同时结合当前燃气发动机转速的K

步骤9.依据过热度微调电子膨胀阀的开度，微调过程通过PID控制，其中PID的控制表达式为：

其中，F(t)为电子膨胀阀的开度输出、e(t)为控制单元的输入，即电子膨胀阀开度的设定值与电子膨胀阀开度的实际值的偏差、K

步骤10.燃气发动机转速及电子膨胀阀的开度在设定值的±K

其中：

目标转速V

其中，Q

其中，

需求负荷Q

其中，V为燃气发动机当前转速、K

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。