【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热泵，尤其涉及一种跨临界co2喷射式热泵系统及最优效率控制方法。
技术介绍
1、近年来，由于hcfcs和hfcs制冷剂在热泵和制冷行业的广泛使用，其对臭氧层的破坏和全球变暖等环境问题，已逐渐受到社会广泛地关注，使用天然制冷剂已成为空调领域的研究热点。co2作为天然工质，具有对环境无污染、gwp低、odp为0、化学稳定性和安全性较好等优点，在跨临界二氧化碳热泵循环中得到提倡和广泛应用。然而，co2在节流前后压差较大，跨临界co2循环会造成较大的膨胀功损失。因此，co2的性能系数(cop)通常不如使用传统制冷剂的热泵循环。根据熵增原理，可以通过优化系统组件来减少节流过程的能量损失。利用喷射器取代了膨胀阀，喷射器这一组件可减少节流过程造成的热量损失。这种替代方法提高热泵效率方面的有效性得到了验证。研究表明：分别使用膨胀阀和喷射器作为节流装置的热泵系统，使用喷射器的循环理论cop提高了25％以上。通过实验的研究也得出了使用co2作为制冷剂的喷射器热泵系统比传统系统的cop高15％。同时，对比研究表明，与基本采用单蒸发器的喷射器热泵循环相比，具有两级蒸发的改良型喷射器热泵系统不仅可以在更大范围内工作，而且还能显著提高cop(28.6％)。跨临界co2喷射器热泵系统通过组件替代方案实现性能改进。但这种喷射器循环在不利的非设计条件下运行时，性能改善并不显著，而固定结构喷射器只有在狭窄的运行条件下才能发挥积极作用。由于喷射器循环对气体冷却器压力(或压缩机排气压力)更敏感，因此在特定运行条件下，喷射器的使用会导致系统性能下降。因此，
2、跨临界co2喷射式热泵系统的优化控制方法的特殊之处在于在满足设定负荷侧出口温度的前提下，可以通过优化控制方案来控制气体冷却器压力，实现在非设计工况下压缩机的功耗达到最低，即cop最大化。由于跨临界co2喷射式热泵系统的复杂性，需要确定哪些参数对系统的性能影响较大并对之采取措施，这种复杂的耦合关系和不确定性增加了对系统优化控制方法的确定和实施。而且需要大量的传感器获得喷射式热泵系统各个节点的状态参数，之进一步增加了系统的复杂性和成本。之前的研究者在此领域也做出了卓越的贡献，他们采用经验公式来分析和实施优化控制方法，但这种方法往往适用性不大，其原因在于，当系统结构发生改变时，之前的经验公式将不再适用。虽然跨临界co2喷射式热泵系统的节能效果明显优于常规热泵系统，但在变工况下热泵系统控制的复杂性导致市场应用受限，在市场上难以推广。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出一种跨临界co2喷射式热泵系统及最优效率控制方法，主要解决现有跨临界co2喷射式热泵系统在变工况下功耗不稳定的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提出一种跨临界co2喷射式热泵系统，包括变频压缩机，以及喷嘴的有效喉部面积可调的两相喷射器，所述变频压缩机的输出端与气体冷却器的工质通道输入端耦合，所述气体冷却器的工质通道输出端与中间换热器的高压通道输入端耦合，所述中间换热器的高压通道输出端与所述两相喷射器的输入端耦合，所述两相喷射器的输出端与第一蒸发器的工质通道输入端耦合，所述第一蒸发器的工质通道输出端与气液分离器的输入端耦合，所述气液分离器的液体输出端通过膨胀阀与第二蒸发器的工质通道输入端耦合，所述第二蒸发器的工质通道输出端与所述两相喷射器的输入端耦合，所述气液分离器的气体输出端与所述中间换热器的低压通道输入端耦合，所述所述中间换热器的低压通道输出端与所述变频压缩机的输入端耦合，所述第一蒸发器的热源通道输出端和所述第二蒸发器的热源通道输入端耦合；
3、其中，所述两相喷射器的输入端设置有压力传感器，所述压力传感器的数据输出端与第一pi控制器的数据输入端耦合，极值搜索控制器的数据输入端和数据输出端分别与所述变频压缩机的电流输入端和所述第一pi控制器的数据输入端耦合，所述第一pi控制器的控制端与所述两相喷射器的喷嘴调节受控端耦合。
4、在一些实施方式中，所述气体冷却器的水通道输出端设置有温度传感器，所述温度传感器的数据输出端与第二pi控制器的数据输入端耦合，所述所述第二pi控制器的控制端与所述变频压缩机的受控端耦合。
5、本专利技术第二方面提出一种跨临界co2喷射式热泵系统最优效率控制方法，用于控制上述的跨临界co2喷射式热泵系统，包括以下步骤：
6、所述极值搜索控制器实时获取所述变频压缩机的功耗值，并将所述功耗值计算得到对应的排气压力值；
7、所述第一pi控制器实时获取所述所述压力传感器传输的实时压力值，并将所述实时压力值与所述排气压力值进行比对，以所述实时压力值作为所述第一pi控制器的反馈值，通过所述第一pi控制器的比例积分调节，输出所述两相喷射器喷嘴当前预期的有效节流面积，根据所述有效节流面积调节所述两相喷射器喷嘴的有效喉部面积至最佳喉部面积。
8、本专利技术第三方面又提出另一种跨临界co2喷射式热泵系统最优效率控制方法，用于控制上述的跨临界co2喷射式热泵系统，包括以下步骤：
9、所述第二pi控制器实时获取所述所述温度传感器传输的实时温度值，并将所述实时温度值与预设的负荷出口温度值进行比对，通过所述第二pi控制器的比例积分调节，输出频率控制值，根据所述频率控制值调节所述变频压缩机的转速。
10、本专利技术的有益效果为：通过极值搜索控制调整两相喷射器驱动喷嘴的喉部面积，实现实时最佳状态运行，从而在处于非设计工况下实现实时最小功耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种跨临界CO2喷射式热泵系统，其特征在于，包括变频压缩机，以及喷嘴的有效喉部面积可调的两相喷射器，所述变频压缩机的输出端与气体冷却器的工质通道输入端耦合，所述气体冷却器的工质通道输出端与中间换热器的工质通道输入端耦合，所述中间换热器的高压通道输出端与所述两相喷射器的输入端耦合，所述两相喷射器的输出端与第一蒸发器的工质通道输入端耦合，所述第一蒸发器的工质通道输出端与气液分离器的输入端耦合，所述气液分离器的液体输出端通过膨胀阀与第二蒸发器的工质通道输入端耦合，所述第二蒸发器的工质通道输出端与所述两相喷射器的输入端耦合，所述气液分离器的气体输出端与所述中间换热器的低压通道输入端耦合，所述所述中间换热器的低压通道输出端与所述变频压缩机的输入端耦合，所述第一蒸发器的热源通道输出端和所述第二蒸发器的热源通道输入端耦合；
2.如权利要求1所述的跨临界CO2喷射式热泵系统，其特征在于，所述气体冷却器的水通道输出端设置有温度传感器，所述温度传感器的数据输出端与第二PI控制器的数据输入端耦合，所述所述第二PI控制器的控制端与所述变频压缩机的受控端耦合。
3.一种跨临界C
4.一种跨临界CO2喷射式热泵系统最优效率控制方法，用于控制如权利要求2所述的跨临界CO2喷射式热泵系统，其特征在于，包括以下步骤：
5.如权利要求3或4所述的跨临界CO2喷射式热泵系统最优效率控制方法，其特征在于，还包括，使用所述极值搜索控制器搜索所述两相喷射器喷嘴的最佳喉部面积，所述最佳喉部面积的获取过程包括：
6.如权利要求5所述的跨临界CO2喷射式热泵系统最优效率控制方法，其特征在于，当所述跨临界CO2喷射式热泵系统处于非设计工况，所述极值搜索控制器重新启动，根据所述最佳喉部面积计算得到最佳气体冷却器压力。
7.如权利要求5所述的跨临界CO2喷射式热泵系统最优效率控制方法，其特征在于，在步骤一中，所述阶跃响应测试包括：向所述气体冷却器分别施加9.3-9.7MPa、9.7-10.1MPa、10.1-10.5MPa和10.5-10.9MPa的压力信号，选取其中最慢的响应作为所述跨临界CO2喷射式热泵系统的动态特性响应特征，提取所述气体冷却器的工质通道的正弦扰动信号。
8.如权利要求5所述的跨临界CO2喷射式热泵系统最优效率控制方法，其特征在于，在步骤二中，根据所述正弦扰动信号设置所述高通滤波器和所述低通滤波器的二阶传递函数，所述高通滤波器和所述低通滤波器的二阶传递函数分别为和
9.如权利要求8所述的跨临界CO2喷射式热泵系统最优效率控制方法，其特征在于，在步骤二中，所述解调信号为：
...【技术特征摘要】
1.一种跨临界co2喷射式热泵系统，其特征在于，包括变频压缩机，以及喷嘴的有效喉部面积可调的两相喷射器，所述变频压缩机的输出端与气体冷却器的工质通道输入端耦合，所述气体冷却器的工质通道输出端与中间换热器的工质通道输入端耦合，所述中间换热器的高压通道输出端与所述两相喷射器的输入端耦合，所述两相喷射器的输出端与第一蒸发器的工质通道输入端耦合，所述第一蒸发器的工质通道输出端与气液分离器的输入端耦合，所述气液分离器的液体输出端通过膨胀阀与第二蒸发器的工质通道输入端耦合，所述第二蒸发器的工质通道输出端与所述两相喷射器的输入端耦合，所述气液分离器的气体输出端与所述中间换热器的低压通道输入端耦合，所述所述中间换热器的低压通道输出端与所述变频压缩机的输入端耦合，所述第一蒸发器的热源通道输出端和所述第二蒸发器的热源通道输入端耦合；
2.如权利要求1所述的跨临界co2喷射式热泵系统，其特征在于，所述气体冷却器的水通道输出端设置有温度传感器，所述温度传感器的数据输出端与第二pi控制器的数据输入端耦合，所述所述第二pi控制器的控制端与所述变频压缩机的受控端耦合。
3.一种跨临界co2喷射式热泵系统最优效率控制方法，用于控制如权利要求1所述的跨临界co2喷射式热泵系统，其特征在于，包括以下步骤：
4.一种跨临界co2喷射式热泵系统最优效率控制方法，用于控制如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚宇烈，刘广平，陆振能，姚远，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。