基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法技术

制冷剂喷射可以提升热泵制热量和能效，但喷射热量来自热泵自身，是无源喷射，喷射特性表现为热泵性能提升幅度有限，极低温环境下热泵无法运行。针对该问题，本发明专利技术提出了一种基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵，其充分利用低品位热源，如太阳能，高温废水、废气等，使外部热源的热量与喷射制冷剂在过冷器中充分换热，获得热量的制冷剂喷射到压缩机中间压力腔，从而使外部热量转化到热泵机组中，并获得热功增益，进而不但大幅提高热泵的制热能力和能效，而且能够有效提高用户的使用舒适性，并拓宽热泵适用范围，使热泵能够应用于‑15℃以下的地区。同时，本发明专利技术还提出了上述基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法
本专利技术涉及一种热泵，具体是一种基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法。
技术介绍
随着经济的发展和人们生活水平的不断提高以及城镇化建设的发展，空调采暖系统的应用日益广泛，由此带来的建筑能耗巨大。在全球范围内，发达国家建筑能耗约占社会总能耗的37-40％，我国建筑能耗占社会总能耗的33％以上，而在建筑能耗中，空调和采暖设备耗能占比最大，高达65％以上。另一方面，人们对居住环境的舒适性和卫生提出了更高的要求，常规空调由于能效普遍偏低，而且低温环境下制热量和能效衰减严重；而燃煤锅炉取暖，不仅不卫生，而且还污染环境，是产生雾霾的罪魁祸首，同时容易造成煤气中毒。因此常规的空调和采暖设备难以满足高品质生活的需求和能效要求。目前正在进行的“煤改电”项目，采用电能驱动的热泵，逐渐取代传统的采暖设备，已经成为大势所趋，在该项目的推动下，热泵已经开始进入普通家庭，并为广大消费者接受。热泵用于制热采暖时，存在低环境温度下制热能力和能效衰减严重的问题，这成为了阻碍该技术推广使用的主要因素。为解决上述问题，目前的热泵多采用喷气增焓技术，其原理是通过中间压力吸气孔吸入一部分中间压力的冷媒，与经过部分压缩的冷媒混合后再压缩，单台压缩机实现两级压缩，以此增加冷凝器中的制冷剂流量，加大主循环回路的焓差，进而提高压缩机的效率。上述的喷气增焓技术虽然在一定程度上提升了热泵的制热能力和能效，但是这种带有过冷器的制冷剂喷射，由于喷射制冷剂和主回路中的制冷剂采用的是内部热交换，并没有从外部吸收热量，是一种制冷剂无源喷射，因此在实际上对热泵的制热能力和能效的提升幅度有限，在实际应用过程中，上述这种制冷剂无源喷射热泵的制热量提升幅度一般在10％左右，采取优化控制措施后，最大提升幅度也不超过20％，而且热泵的能效提升幅度更是有限，这样就限制了热泵的使用，当环境温度低于-15℃以下时，低温热泵将无法发挥制热作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的其中一个技术问题是，提供一种制热能力和能效好，适用范围广的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种以下结构的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵：包括热泵系统、喷射系统、外部热源和外部热源泵，热泵系统包括循环连通的压缩机、冷凝器、蒸发器、主节流阀和四通阀；喷射系统包括过冷器和过冷节流阀，过冷器上设有制冷剂换热管和外部热源换热管，过冷节流阀一端与冷凝器的出口端连通，过冷节流阀的另一端与制冷剂换热管的进口端连通，制冷剂换热管的出口端与压缩机的中间压力腔连通，外部热源泵连通在外部热源换热管的进口端与外部热源的出口端之间。采用上述结构后，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵能够充分利用外部热源，特别是低品位热源，并将低品位热源转化为高品位热源，以此不但能够有效提高过冷器的换热性能，从而大大提高了热泵的制热能力和能效，而且还解决了热泵在低环境温度下的制热能力和能效衰减严重的问题，使热泵能够应用于环境温度低于-15℃地区，从而大大拓宽了热泵的适用范围。本专利技术所述的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵，其中，外部热源的出口端处设有外部热源温度传感器，制冷剂换热管的进口端处设有过冷器进口温度传感器，制冷剂换热管的出口端处设有过冷器出口温度传感器。上述结构能够对外部热源泵的启停进行精确控制，从而使热泵的运行更为稳定，保证热泵的制热能力和能效。本专利技术要解决的另一个技术问题是，提供一种上述基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，包括以下步骤：在热泵运行过程中，通过外部热源温度传感器实时检测外部热源温度Th,in，通过过冷器进口温度传感器实时检测制冷剂换热管进口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,in，通过过冷器出口温度传感器实时检测制冷剂换热管出口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,out；当外部热源温度Th,in≤过冷器喷射出口温度Tinj,out时，控制外部热源泵停止运行，使外部热源不能进入到过冷器中；当外部热源温度Th,in＞过冷器喷射出口温度Tinj,out时，控制外部热源泵启动运行，使外部热源能够进入到过冷器中。采用上述控制方法后，与现有技术相比，本专利技术的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法具有以下优点：本专利技术的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法能够使热泵充分利用外部热源，特别是低品位热源，并将低品位热源转化为高品位热源，以此不但能够有效提高热泵中的过冷器的换热性能，从而大大提高了热泵的制热能力和能效，而且还使热泵能够应用于环境温度低于-15℃地区，从而大大拓宽了热泵的适用范围。本专利技术所述的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其中，在基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵中，与压缩机吸气口连接的管路上设有吸气温度传感器，与蒸发器的进口端连接的管路上设有蒸发器进口温度传感器；主节流阀根据热泵的过热度控制调节，热泵的过热度定义为：压缩机吸气温度Ts-除霜温度Tdef；当实际过热度＞目标过热度时，主节流阀开大；当实际过热度＜目标过热度时，主节流阀关小；当实际过热度＝目标过热度时，主节流阀保持当前开度；其中，目标过热度为热泵的系统预设温度值，压缩机吸气温度Ts由吸气温度传感器获取，除霜温度Tdef由蒸发器进口温度传感器获取。上述对主节流阀的控制调节能够有效保证热泵的运行可靠性。本专利技术所述的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其中，在基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵中，与冷凝器的出口端连接的管路上设有冷凝器出口温度传感器，与压缩机排气口连接的管路上设有高压压力传感器；过冷节流阀根据热泵的过冷度控制调节，热泵的过冷度定义为：热泵高压对应的饱和温度Pd_t-液管温度Tliq；当实际过冷度＞目标过冷度时，过冷节流阀开大；当实际过冷度＜目标过冷度时，过冷节流阀关小；当实际过冷度＝目标过冷度时，过冷节流阀保持当前开度；其中，目标过冷度为热泵的系统预设温度值，热泵高压对应的饱和温度Pd_t由高压压力传感器获取到热泵高压压力后换算得到，液管温度Tliq由冷凝器出口温度传感器获取。上述对过冷节流阀的控制调节能够有效保证热泵的运行可靠性。本专利技术所述的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其中，在基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵中，与压缩机排气口连接的管路上设有排气温度传感器；过冷节流阀根据热泵的压缩机排气过热度进行修正调节，热泵的压缩机排气过热度定义为：压缩机排气温度Td-热泵高压对应的饱和温度Pd_t；当实际压缩机排气过热度＜设定值B时，过冷节流阀关小；当实际压缩机排气过热度＞设定值C时，过冷节流阀开大；当设定值B≤实际压缩机排气过热度≤设定值C时，过冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：包括热泵系统、喷射系统、外部热源(20)和外部热源泵(21)，所述热泵系统包括循环连通的压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)、主节流阀(4)和四通阀(5)；所述喷射系统包括过冷器(16)和过冷节流阀(17)，所述过冷器(16)上设有制冷剂换热管(18)和外部热源换热管(19)，所述过冷节流阀(17)一端与冷凝器(2)的出口端连通，所述过冷节流阀(17)的另一端与制冷剂换热管(18)的进口端连通，所述制冷剂换热管(18)的出口端与压缩机(1)的中间压力腔连通，所述外部热源泵(21)连通在外部热源换热管(19)的进口端与外部热源(20)的出口端之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：包括热泵系统、喷射系统、外部热源(20)和外部热源泵(21)，所述热泵系统包括循环连通的压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)、主节流阀(4)和四通阀(5)；所述喷射系统包括过冷器(16)和过冷节流阀(17)，所述过冷器(16)上设有制冷剂换热管(18)和外部热源换热管(19)，所述过冷节流阀(17)一端与冷凝器(2)的出口端连通，所述过冷节流阀(17)的另一端与制冷剂换热管(18)的进口端连通，所述制冷剂换热管(18)的出口端与压缩机(1)的中间压力腔连通，所述外部热源泵(21)连通在外部热源换热管(19)的进口端与外部热源(20)的出口端之间。


2.根据权利要求1所述的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：所述外部热源(20)的出口端处设有外部热源温度传感器(22)，所述制冷剂换热管(18)的进口端处设有过冷器进口温度传感器(23)，所述制冷剂换热管(18)的出口端处设有过冷器出口温度传感器(24)。


3.一种根据权利要求2所述基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在热泵运行过程中，所述主节流阀(4)和过冷节流阀(17)按照一定的目标调节开度，同时通过所述外部热源温度传感器(22)实时检测外部热源温度Th,in，通过所述过冷器进口温度传感器(23)实时检测制冷剂换热管(18)进口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,in，通过过所述冷器出口温度传感器(24)实时检测制冷剂换热管(18)出口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,out；
当外部热源温度Th,in≤过冷器喷射出口温度Tinj,out时，控制所述外部热源泵(21)停止运行，使所述外部热源(20)不进入到过冷器(16)中；
当外部热源温度Th,in＞过冷器喷射出口温度Tinj,out时，控制所述外部热源泵(21)启动运行，使所述外部热源(20)能够进入到过冷器(16)中。


4.根据权利要求3所述的基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其特征在于：在所述基于低品位热源的制冷剂有源喷射热泵中，与所述压缩机(1)吸气口连接的管路上设有吸气温度传感器(26)，与所述蒸发器(3)的进口端连接的管路上设有蒸发器进口温度传感器(28)；
所述主节流阀(4)根据热泵的过热度控制调节，热泵的过热度定义为：
压缩机吸气温度Ts-除霜温度Tdef；
当实际过热度＞目标过热度时，所述主节流阀(4)开大；
当实际过热度＜目标过热度时，所述主节流阀(4)关小；
当实际过热度＝目标过热度时，所述主节流阀(4)保持当前开度...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂虬，朱建军，邓晨冕，
申请(专利权)人：宁波工程学院，浙江艾奇尼环境科技有限公司，宁波市海智普智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33