[发明专利]一种跨临界二氧化碳复合热泵系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种跨临界二氧化碳复合热泵系统的控制方法，包括CO₂主路压缩机、气冷‑气冷复合器、过冷‑蒸发复合器、蒸发器和CO₂辅助压缩机；气冷‑气冷复合器包含CO₂主路、CO₂辅路和水路三个通路；过冷‑蒸发复合器包含CO₂主路过冷段和CO₂辅路蒸发段两个通路。本发明根据回水温度包括两种工作模式，使得机组应用范围更广，满足日常需要；本发明中只有一个制冷剂与水的换热器，相比较现有的临界CO₂复合热泵中的三个水和制冷剂的换热器，本循环水路为一进一出的单一回路，系统简单，降低了故障率；本发明辅助回路采用变频压缩机可以使热泵热水器系统能够在更宽负荷和温度条件下长时间稳定可靠运行，降低电能消耗，还可以降低压缩机的启动电流。

主权项

1.一种跨临界二氧化碳复合热泵系统的控制方法，其特征在于，所述一种跨临界二氧化碳复合热泵系统，包括CO2主路压缩机(1)、气冷‑气冷复合器(2)、过冷‑蒸发复合器(3)、蒸发器(5)和CO2辅助压缩机(6)；气冷‑气冷复合器(2)包含CO2主路(9)、CO2辅路(10)和水路(11)三个通路；过冷‑蒸发复合器(3)包含CO2主路过冷段(12)和CO2辅路蒸发段(13)两个通路；所述一种跨临界二氧化碳复合热泵系统包含主路和辅路两个回路；主路：CO2主路压缩机(1)的出口连接气冷‑气冷复合器(2)的CO2主路(9)的进口，气冷‑气冷复合器(2)的CO2主路(9)的出口连接过冷‑蒸发复合器(3)的CO2主路过冷段(12)进口，过冷‑蒸发复合器(3)的CO2主路过冷段(12)的出口连接蒸发器(5)的进口，蒸发器(5)的出口连接CO2主路压缩机(1)的进口；辅路：CO2辅助压缩机(6)的出口连接气冷‑气冷复合器(2)的CO2辅路(10)的进口，气冷‑气冷复合器(2)CO2辅路(10)的出口连接过冷‑蒸发复合器(3)的CO2辅路蒸发段(13)的进口，过冷‑蒸发复合器(3)的CO2辅路蒸发段(13)的出口连接CO2辅助压缩机(6)的进口；主路上过冷‑蒸发复合器(3)和蒸发器(5)之间设置有CO2主路膨胀阀(4)；辅路上气冷‑气冷复合器(2)和过冷‑蒸发复合器(3)之间设置有CO2辅路膨胀阀(7)；所述一种跨临界二氧化碳复合热泵系统工作在循环型制热模式下，所述控制方法包括：CO2主路压缩机工作，主路打开，CO2辅助压缩机工作，辅路打开；风扇处于开启状态；主路：CO2工质由状态点a经过CO2主路压缩机的压缩后达到状态点b，进入气冷‑气冷复合器的CO2主路中，对水路中的循环水进行加热，并且自身冷却到合适的温度达到状态点c，然后流经过冷‑蒸发复合器的CO2主路过冷段，与CO2辅路蒸发段进行换热，进一步冷却降温，达到状态点d，然后进入CO2主路膨胀阀进行膨胀，膨胀后的低压工质达到状态点e，进入到蒸发器进行蒸发，吸收热量，回到状态点a，最后回到CO2主路压缩机的进口；辅路：CO2工质由状态点f经过CO2辅助压缩机的压缩后达到状态点g，进入气冷‑气冷复合器的CO2辅路中，对水路中的循环水进行加热，并且自身冷却降温达到状态点h，接着进入CO2辅路膨胀阀进行膨胀达到状态点i，膨胀后的低压工质进入过冷‑蒸发复合器的CO2辅路蒸发段，与CO2主路过冷段换热，进一步冷却CO2主路过冷段，自身蒸发吸热达到状态点f，最后回到CO2辅助压缩机的进口；辅路控制方法：采集环境温度t_环、用户设定的气冷‑气冷复合器的CO₂辅路出口的温度t_g,out辅路和用户设定的气冷‑气冷复合器的水路出口的温度t_回水，通过公式(1)计算出CO₂辅助压缩机的排气压力通过调节CO₂辅路膨胀阀(7)的开度来达到给定的压力；根据公式(2)计算出CO₂辅助压缩机的电机频率f_压缩机6，使压缩机的频率随着工况进行变化；主路控制方法：采集环境温度t环、用户设定的气冷‑气冷复合器的CO2主路出口的温度tg,out主路和用户设定的气冷‑气冷复合器的水路出口的温度t回水；然后通过公式(3)计算出CO2主路压缩机的最优排气压力PCO2,主路，通过调节CO2主路膨胀阀的开度来达到给定的压力；气冷‑气冷复合器(2)包括三个内管和一个外管，两个内管作为CO2主路(9)，一个内管作为CO2辅路(10)，外管和三个内管之间的通路为水路(11)；三个内管呈正三角形布置，三个内管间的管间距相同，均为DL；三个内管的直径相同均为D2，外管的直径为D1；两个作为CO2主路(9)的内管在气冷‑气冷复合器(2)外侧的两端均合成一个管子，一端的管子连接CO2主路压缩机(1)的排气口，另一端的管子连接CO2主路过冷段(12)；三个内管间的管间距DL、三个内管的直径D2和外管的直径D1的关系为：DL＝1.7D2                 (4)D1/D2＝3.7                (5)。