一种带直流发电机的燃气热泵系统及控制方法与流程

本发明公开一种热泵系统，特别是一种带直流发电机的燃气热泵系统及控制方法。

背景技术：

1、燃气热泵（gas engine driven heat pump，以下简称ghp）系统是一种利用燃气（包含天然气、液化石油气、沼气等）作为高品位驱动能源，通过燃气发动机做功直接驱动开启式压缩机工作，进而完成蒸气压缩式制冷循环而达到制冷或制热目的的空调系统。燃气热泵相对比于使用电力作为高品位驱动能源的电动热泵（简称ehp）而言在热泵理论上没有差别，是使用高效率的燃气发动机代替了电动热泵的电动机，因驱动源的改变会存在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，于此显著提高一次能源利用率。

2、燃气热泵由于使用了燃气发动机作为动力来源，发动机由于自身的特性，在不同转速下输出不同的扭矩和功率，带动压缩机压缩制冷剂循环做功。然而热泵总负荷受环境温度以及室内内机负荷需求影响，发动机需要根据负荷调节转速，控制输出功率匹配不同的负荷要求。这就导致大部分情况下，发动机并非工作在最佳效率区间，发动机效率相对较低。

技术实现思路

1、针对上述提到的现有技术中的燃气热泵效率相对较低的缺点，本发明提供一种带直流发电机的燃气热泵系统及控制方法，其将发动机系统、热泵系统、发电机系统、余热回收系统和控制系统集成在一起，可以根据发动机在不同转速运行状态调节发电机的功率输出来改变发动机的外特性曲线，从而提高发动机的效率。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种带直流发电机的燃气热泵系统，系统包括燃气发动机、压缩机、主换热器、油气分离器、四通阀、室外机冷媒换热器、室内机冷媒换热器、气液分离器和余热回收系统，压缩机与燃气发动机连接，主换热器与压缩机连接，主换热器通过依次串联连接的油气分离器、四通阀、室外机冷媒换热器、室内机冷媒换热器、四通阀和气液分离器与压缩机连接。

3、一种带直流发电机的燃气热泵的控制方法，该方法包括下述步骤：

4、步骤s1、控制器通过相应的传感器采集吸气压力、排气压力和当前环境温度参数；

5、步骤s2、判断空调压缩机是否有能需需求当空调启动时，则为空调系统运行时整个系统的控制方法，跳转至步骤s3，当空调不启动时，则为空调系统不运行时整个系统的控制方法，跳转至步骤s31；

6、步骤s3、根据控制器中的关系式计算出当前的压缩机能需w；

7、步骤s4、控制器根据内置的关系式s=f（w）计算得到当前的压缩机需求转速s0；

8、步骤s5、基于发动机和压缩机的固有传动比例，得到发动机的需求转速r0 =s0*d2/d1；

9、步骤s6、启动发动机，并控制发动机在需求转速s0下运行；

10、步骤s7、控制器计算出当前转速下比油耗的当前值c0和最低值c1；

11、步骤s8、比较当前油耗是否是处于经济区，如果处于经济区间，则转入步骤s9，如果未处于经济区间，则转入步骤s12；

12、步骤s9、发动机维持该转速运行，发电机系统不投入运行；

13、步骤s10、检测压缩机能需是否改变，如果是，则跳转至步骤s1，重复执行上述步骤，如果否，则执行步骤s11，按照步骤s11处理；

14、步骤s11、保持发动机按照当前转速运行；

15、步骤s12、控制器检索当前转速下最佳比油耗时的转矩t1；

16、步骤s13、控制器检索当前转速下最佳比油耗时对应功率p1；

17、步骤s14、控制器检索压缩机当前转速下的扭矩tm；

18、步骤s15、控制器计算出转矩的提升能力△t=t1-tm；

19、步骤s16、控制器根据发动机和发电机固有的传动关系m=s*d3/d1，计算发电机的转速；

20、步骤s17、控制器计算发电机功率每增加最小调节单位sp时对应增加的扭矩tsp=9550*sp/m；

21、步骤s18、判断tsp是否大于△t，如果是，则执行步骤s19，如果否，则执行步骤s20；

22、步骤s19、保持发电机的输出功率为0；

23、步骤s20、为tsp小于△t时控制器计算发电机增加功率sp后，当前发电机功率sp和压缩机功率w的和p0；

24、步骤s21、判断p0是否大于p1，如果是，则返回执行步骤s19，如果否，则执行步骤s22；

25、步骤s22、发电机调节占空比输出功率增加sp；

26、步骤s23、控制器计算发动机当前输出功率pm0和输出扭矩tm0；

27、步骤s24、控制器计算发电机功率增加sp后，发动机的输出扭矩tm1；

28、步骤s25、判断tm1是否超过t1，如果是，则执行步骤s28，如果否，则执行步骤s26；

29、步骤s26、控制器计算发动机功率输出增加sp后，发动机输出功率pm1；

30、步骤s27、判断pm1是否超过p1，如果是，则执行步骤s28，如果否，则执行步骤s22；

31、步骤s28、维持当前的发电机输出功率；

32、步骤s29、判断压缩机能需是否发生变化，如果是，则执行步骤s30，如果否，则执行步骤s28；

33、步骤s30、发电机停止输出，重新回到步骤s1执行；

34、步骤s31、检索发动机的最佳经济点，此时发动机的转速为s1，发动机的总扭矩输出te和功率输出pe相对最大；

35、步骤s32、发电机输出功率增加最小调节精度sp；

36、步骤s33、控制器计算发动机当前输出功率pme0和输出扭矩tme0；

37、步骤s34、控制器计算发电机输出功率增加sp后，发动机的输出扭矩tme1；

38、步骤s35、判断发动机的输出扭矩tme1是否超过最佳经济点发动机的额定扭矩te，如果是，则执行步骤s38，如果否，则执行步骤s36；

39、步骤s36、控制器计算发电机功率输出增加sp后，发动机输出功率pme1；

40、步骤s37、判断pme1是否超过pe，如果是，则执行步骤s38，如果否，则返回执行步骤s32；

41、步骤s38、发电机维持当前功率输出，后返回步骤s2进行初始判断。

42、本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

43、所述的余热回收系统包括缸套、热回收器和烟气废热回收器，缸套与燃气发动机连接，热回收器通过管道与缸套连接，烟气废热回收器通过管道与热回收器连接。

44、所述的压缩机设有两台，燃气发动机通过皮带传动同时带动两台压缩机运转，压缩机的运行与否通过离合器控制，离合器工作压缩机开始带载运行，空调系统开始运行；离合器断开压缩机脱离负载，空调系统停止运行。

45、所述的室外机冷媒换热器连接设置有室外机冷却水换热器，与室外机冷却水换热器连接有第三换热器。

46、所述的系统还包括第二换热器，第二换热器通过管道与第一换热器连接。

47、本发明的有益效果是：本发明针对现有的空调系统因为设计冗余导致长时间处于低效率小负荷或者停机闲置的场景，相比较单一的空调系统耦合了一套直流发电机系统，发电机可以根据发动机在不同转速运行状态调节发电机的功率输出来改变发动机的外特性曲线，从而提高发动机的效率。而单一的空调系统只能通过调节压缩机频率来调节效率，但是压缩机的可调频率比较窄，并且从原理上无法解决低负荷时能效低。带直流发电机的燃气热泵系统在低负荷区间可以通过控制发电机的输出功率从而整体提高发动机的效率，综合提高系统能效。同时空调系统的冷热调节也可以完美的解决发电机系统的散热问题，避免发电效率因为温升受到限制而降低，优势互补，综合能效得到极大的提高。

48、下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。