一种制冷系统优化控制实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种制冷系统优化控制实验装置，其目的是实现一种节能和实用的蒸气压缩制冷优化控制结构。整体控制结构采用串级形式，下层为分散控制层，其功能是快速克服各种内外扰动，使各被控量趋于设定值；上层为设定值优化层，利用当前的运行条件，通过使能耗最小在线求得分散控制系统的冷凝压力和蒸发压力设定值。实验结果表明，所提供的优化控制实验装置可以快速自动设置最优压力值，并且当环境温度和制冷负荷等工作条件变化时，相对于常规控制装置节能量可达20%左右。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种制冷系统优化控制实验装置，其目的是实现一种节能和实用的蒸气压缩制冷优化控制结构。整体控制结构采用串级形式，下层为分散控制层，其功能是快速克服各种内外扰动，使各被控量趋于设定值；上层为设定值优化层，利用当前的运行条件，通过使能耗最小在线求得分散控制系统的冷凝压力和蒸发压力设定值。实验结果表明，所提供的优化控制实验装置可以快速自动设置最优压力值，并且当环境温度和制冷负荷等工作条件变化时，相对于常规控制装置节能量可达20%左右。【专利说明】一种制冷系统优化控制实验装置
本技术属于制冷系统节能设备
，具体涉及蒸汽压缩制冷系统能耗优化控制实验装置。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，空调系统、冷库和冷藏室等的应用越来越多、规模越来越大，其能源消耗非常巨大。制冷装置和系统为空调和冷库等提供冷源，其能耗占整个系统能耗的大部分，因此其节能潜力巨大。目前蒸气压缩制冷系统其冷凝压力和蒸发压力的控制都比较简单，均采用压力设定值不变即恒值控制方式，这种方式虽然简单可靠，但不利于节能。当环境温度和负荷变化时，压力设定值不能自适应的调整，从而导致系统能耗较大。
技术实现思路
本技术为了克服目前技术上的不足，在现有压缩机、风机、水泵等部件变频调速技术的基础上，提供了一种通过改变制冷系统蒸发压力和冷凝压力设定值的方式来适应环境温度和制冷负荷的变化，从而达到制冷系统节能的目的。该技术解决目前技术问题所采用的技术方案如下:本技术提出了在线压力设定值优化串级控制(优化层+分散控制层)实验装置，如图1所示。当环境温度和制冷负荷变化时，通过调整制冷系统冷凝压力和蒸发设定值来达到能耗优化控制的目的。该实验装置包括电加热丝、水箱、水温控制器、压缩机、蒸发器压力控制器、计算机(嵌入式工控机)、冷凝器压力控制器、冷凝风机的变频电机、冷凝风机、冷凝器、过热度控制器、膨胀阀(电子膨胀阀)、蒸发器、冷水泵和冷水泵的变频电机，其中电加热水箱出口端与冷水泵连通，冷水泵与蒸发器进口端连通，电加热水箱入口端与蒸发器出口端连通，水温控制器与冷水泵连接，水温控制器还与电加热水箱入口端和蒸发器出口端之间的管道连接，蒸发器出口端与压缩机连通，压缩机与冷凝器入口端连通，冷凝器出口端与膨胀阀连通，膨胀阀与蒸发器入口端连通，蒸发器压力控制器与蒸发器出口端以及压缩机连接，过度热控制器与蒸发器出口端及膨胀阀连接，冷凝器压力控制器与冷凝器入口端及冷凝风机连接，计算机与蒸发器压力控制器及冷凝器压力控制器连接。如图1所示，该实验装置中，用一个带电阻丝的电加热水箱来模拟制冷负荷，这样制冷负荷可通过电加热器方便地调节，其调节范围为O?10kW。整个实验系统置于一个人工环境室内，其温度可调范围为-5?40°C。实验装置中用计算机控制优化层和监视参数，分散控制层采用常规的PID控制器，分别是水温控制器、蒸发器压力控制器、冷凝器压力控制器和过热度控制器。在制冷系统中，管道中的制冷剂经膨胀阀节流，而膨胀阀的开度由过热度控制器控制，节流后的低温低压液态制冷剂经管道进入蒸发器中吸热制冷，而制冷负荷由水温控制器控制冷水泵的转速来调节，从蒸发器中出来的气态制冷剂由管道流经压缩机进行压缩增压，然后通过冷凝器冷凝放热。期间压缩机入口端的制冷剂蒸发压力与压缩机出口端的制冷剂冷凝压力依据总能耗最小实时求得其设定值，其中总能耗由压缩机、冷凝风机、冷水泵三个部件的分能耗组成。本技术的技术效果:在环境温度调至28°C、加热量(制冷负荷)调至3.Skff的额定工作条件下进行实验。首先只投入常规的分散控制系统，运行30分钟后，优化方案再投运(即将上位计算机接入控制系统)。图2、3所示分别是优化控制投入运行前后的能耗变化和压力变化图。由图2可见，总能耗在20分钟内由1.4kff降至1.1kff,并基本稳定在此能耗水平，节能量约为20%。由图3可见，冷凝器压力由1.32MPa降至1.23MPa，而蒸发器压力由0.50MPa升至0.58MPa。可见，优化算法自动找到了该实验条件下的冷凝压力和蒸发压力最优值。【专利附图】【附图说明】图1为本技术制冷系统能耗优化控制实验装置示意图。图2为优化前后能耗变化图。图3为优化前后压力变化图。【具体实施方式】本实验装置包括电加热丝1、水箱2、水温控制器3、压缩机4、蒸发器压力控制器5、计算机6 (嵌入式工控机)、冷凝器压力控制器7、冷凝风机的变频电机8、冷凝风机9、冷凝器10、过热度控制器11、膨胀阀12 (电子膨胀阀)、蒸发器13、冷水泵14和冷水泵的变频电机15。其中电加热水箱出口端与冷水泵14连通，冷水泵14与蒸发器13进口端连通，电加热水箱入口端与蒸发器13出口端连通，水温控制器3与冷水泵14连接，水温控制器3还与电加热水箱入口端和蒸发器13出口端之间的管道连接，蒸发器13出口端与压缩机4连通，压缩机4与冷凝器10入口端连通，冷凝器10出口端与膨胀阀12连通，膨胀阀12与蒸发器13入口端连通，蒸发器压力控制器5与蒸发器13出口端以及压缩机4连接，过度热控制器10与蒸发器13出口端及膨胀阀12连接，冷凝器压力控制器7与冷凝器10入口端及冷凝风机9连接，计算机6与蒸发器压力控制器5及冷凝器压力控制器7连接。该实验装置中，用一个带电阻丝的电加热水箱来模拟负荷要求，这样制冷负荷可通过电加热器方便地调节，其调节范围为O?10kW。整个实验系统置于一个人工环境室内，其温度可调范围为-5?40°C。实验装置中用计算机6控制优化层(实时改变压力设定值)和监视参数，分散控制层采用常规的PID控制器(4个)，分别是水温控制器3、蒸发器压力控制器5、冷凝器压力控制器7和过热度控制器11。在制冷系统中，管道中的制冷剂经膨胀阀12节流，而膨胀阀的开度由设定值不变的过热度控制器11控制，节流后的低温低压液态制冷剂经管道进入蒸发器13中吸热制冷，而制冷负荷由设定值不变的水温控制器3控制冷水泵14的转速来调节，从蒸发器中出来的气态制冷剂由管道流经压缩机4进行压缩增压，然后通过冷凝器10冷凝放热。期间压缩机4进入端的制冷剂蒸发压力与压缩机4出口端的制冷剂冷凝压力依据总能耗最小实时求得其设定值，其中总能耗由压缩机4、冷凝风机9、冷水泵14三个部件的分能耗组成。为了测定制冷总能耗(包括压缩机、风机和水泵的耗电量)，将压缩机4、冷凝风机9和水泵14的电动机的电源插头插接在串有专用电度表的同一根电源线上，直接可读出三者的耗电总量。【权利要求】1.一种制冷系统优化控制实验装置，其特征在于，所述实验装置包括电加热丝(I)、水箱(2)、水温控制器(3)、压缩机(4)、蒸发器压力控制器(5)、计算机(6)、冷凝器压力控制器(7)、冷凝风机的变频电机(8)、冷凝风机(9)、冷凝器(10)、过热度控制器(11)、膨胀阀(12)、蒸发器(13)、冷水泵(14)和冷水泵的变频电机(15);所述电加热水箱出口端与冷水泵(14)连通，冷水泵(14)与蒸发器(13)进口端连通，电加热水箱入口端与蒸发器(13)出口端连通；所述水温控制器(3)与冷水泵(14)连接，水温控制器(3)还与电加热水箱入口端和蒸发器(13)出口端之间的管道连接；所述蒸发器(13)出口端与压缩机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷系统优化控制实验装置，其特征在于，所述实验装置包括电加热丝（1）、水箱（2）、水温控制器（3）、压缩机（4）、蒸发器压力控制器（5）、计算机（6）、冷凝器压力控制器（7）、冷凝风机的变频电机（8）、冷凝风机（9）、冷凝器（10）、过热度控制器（11）、膨胀阀（12）、蒸发器（13）、冷水泵（14）和冷水泵的变频电机（15）；所述电加热水箱出口端与冷水泵（14）连通，冷水泵（14）与蒸发器（13）进口端连通，电加热水箱入口端与蒸发器（13）出口端连通；所述水温控制器（3）与冷水泵（14）连接，水温控制器（3）还与电加热水箱入口端和蒸发器（13）出口端之间的管道连接；所述蒸发器（13）出口端与压缩机（4）连通，压缩机（4）与冷凝器（10）入口端连通，冷凝器（10）出口端与膨胀阀（12）连通，膨胀阀（12）与蒸发器（13）入口端连通；所述蒸发器压力控制器（5）与蒸发器（13）出口端以及压缩机（4）连接；所述过度热控制器（10）与蒸发器（13）出口端及膨胀阀（12）连接；所述冷凝器压力控制器（7）与冷凝器（10）入口端及冷凝风机（9）连接；所述计算机（6）与蒸发器压力控制器（5）及冷凝器压力控制器（7）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永红，王成，赵永青，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43