一种燃气源热泵系统及控制方法与流程

本发明涉及热泵处理，尤其涉及一种燃气源热泵系统及控制方法。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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：

12、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；

13、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；

14、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qx；

15、步骤3.依据预先设定好的关系式计算初步目标转速vs；

16、步骤4.结合目标转速vs调整燃气发动机转速，在加速时间ta内控制单元按照规定转速自动调整到目标转速；

17、步骤5.依据预先设定好的关系式计算初步膨胀阀开度fs，其中开度的表达式为：

18、fs＝fv+(scs-scd)·k3

19、其中，fv为电子膨胀阀的当前开度、scs为目标过热度、scd为当前过热度、k3过热度系数,系数为固定值；

20、步骤6.结合目标转速fs调整电子膨胀阀的开度，在加速时间tb内通过控制单元输出脉冲信号到电子膨胀阀逐步调整电子膨胀阀的开度，开度在限定范围fk内以维持转速波动较大时燃气源热泵系统的稳定性；

21、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ka％；

22、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kb％微调燃气发动机的转速；

23、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：

24、

25、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、kp为控制单元的比例系数、ti为控制单元的积分时间、td为控制单元的微分时间；

26、步骤10.燃气发动机转速及电子膨胀阀的开度在设定值的±kc％内偏差达到设定的目标过热度，系统稳定运行。

27、本公开的一些实施例中，所述目标转速vs表达式为：

28、

29、其中，qx为需求负荷、qmax为发动机最大负荷、f0为电子膨胀阀的初始开度、k1为发动机系数，系数为固定值、k2为电子膨胀阀的系数，系数为固定值。

30、本公开的一些实施例中，所述需求负荷qx的表达式为：

31、

32、其中，v为燃气发动机当前转速、k1为燃气发动机系数，系数为固定值、fv为电子膨胀阀的当前开度、k2为电子膨胀阀的系数，系数为固定值、qmax为燃气发动机最大负荷，载荷为固定值、g为热交换器的导热介质的流量、c为导热介质的比热容、tout为导热介质的出口温度、tint为导热介质的进口温度。

33、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。

技术特征：

1.一种燃气源热泵系统，其特征在于，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(1)连接的控制单元(4)；

2.根据权利要求1所述的一种燃气源热泵系统，其特征在于，所述功能单元还包括与所述冷凝器连接的第四单向阀(9)、与所述第四单向阀(9)并路设置的第一单向阀(15)。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种燃气源热泵系统，其特征在于，所述功能单元还包括与所述燃气发动机(1)连接的液相电磁阀(14)。

4.根据权利要求2所述的一种燃气源热泵系统，其特征在于，与所述第四单向阀(9)同路还设置有第二单向阀(12)。

5.根据权利要求4所述的一种燃气源热泵系统，其特征在于，所述第二单向阀(12)的并路位置设置有第三单向阀(16)。

6.根据权利要求1所述的一种燃气源热泵系统，其特征在于，所述燃气发动机(1)与所述热交换器(8)之间还设置有吸气压力传感器(6)。

7.根据权利要求6所述的一种燃气源热泵系统，其特征在于，所述燃气发动机(1)与所述热交换器(8)之间还设置有与所述吸气压力传感器(6)并路设置的吸气温度传感器(7)。

8.一种燃气源热泵控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种燃气源热泵控制方法，其特征在于，所述目标转速vs表达式为：

10.根据权利要求1所述的一种燃气源热泵控制方法，其特征在于，所述需求负荷qx的表达式为：

技术总结
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，其系统包括燃烧单元、功能单元、控制单元；功能单元与燃烧单元之间连接有冷凝器以及热交换器；燃烧单元内包括燃气发动机以及压缩机，压缩机连接有四通换向阀；功能单元内包括制热电磁阀以及与制热电磁阀并路设置的制冷电磁阀，制热电磁阀与制冷电磁阀一端阀口均连接有电子膨胀阀，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。

技术研发人员：杨晶,曾行,臧占稳,胡志伦,姜尔加
受保护的技术使用者：成都安美科能源管理有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13