專利名稱：制冷系統(tǒng)的熱能回收控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從制冷系統(tǒng)回收廢熱，尤其是涉及從制冷系統(tǒng)回收熱能的控制方法。
背景技術(shù)：
在工廠、商業(yè)場所和家庭中使用制冷系統(tǒng)來使局部區(qū)域的溫度低于自然溫度。一般制冷系統(tǒng)的制冷原理是壓縮機(jī)吸入從蒸發(fā)器出來的較低壓力的工質(zhì)蒸汽，使之壓力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成壓力較高的液體，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后，成為壓力較低的液體后，送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)而成為壓力較低的蒸汽，再送入壓縮機(jī)的入口，從而完成制冷循環(huán)。與自然冷卻相比，“制冷”的過程實(shí)際上是通過消耗一定的外界能量(如電能、熱能、太陽能等)，把熱量從“低溫?zé)嵩础鞭D(zhuǎn)移到“高溫?zé)嵩础钡倪^程。制冷系統(tǒng)在制冷時(shí)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的高溫制冷工質(zhì)通過冷凝器將熱量排放到室外，這種熱量稱為空調(diào)的廢熱，并對(duì)周圍環(huán)境造成熱污染。由于廢熱包括從室內(nèi)(“低溫?zé)嵩础?帶出的熱量和制冷機(jī)消耗一定的外界能量做功產(chǎn)生的熱量，因此廢熱量比制冷量更大。若將此廢熱回收利用，不僅可以減少環(huán)境熱污染，還可以達(dá)到節(jié)能的目的。為此，目前的熱能回收方案在壓縮機(jī)的出口配備熱能回收熱交換器，通過水循環(huán)來回收壓縮機(jī)排氣熱量。不過對(duì)于制冷系統(tǒng)來說，其首要任務(wù)是進(jìn)行制冷，如果因?yàn)榛厥諢崮艿年P(guān)系，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)無法正常工作，是得不償失的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制冷系統(tǒng)的熱能回收控制方法，其在確保制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，從制冷系統(tǒng)回收盡可能多的熱能。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提出一種制冷系統(tǒng)的熱能回收控制方法，應(yīng)用于具有熱能回收功能的制冷系統(tǒng)中。制冷系統(tǒng)在壓縮機(jī)的下游和冷凝器之間配置一熱能回收系統(tǒng)。熱能回收系統(tǒng)包括熱交換器和三通閥。熱交換器具有一進(jìn)水管路和一出水管路，三通閥設(shè)在出水管路上，三通閥的第一端和第二端連接出水管路，第三端連接進(jìn)水管路的旁路。本發(fā)明的方法包括以下步驟在正常工況下，根據(jù)最小回路負(fù)荷計(jì)算一第一目標(biāo)水流量；其中，最小回路負(fù)荷是制冷系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)回路中運(yùn)行壓縮機(jī)占本回路的最小冷量比例?？刂迫ㄩy以使流經(jīng)熱交換器的水流量達(dá)到該第一目標(biāo)水流量。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，上述方法還包括，當(dāng)壓縮機(jī)排氣溫度測量值高于一上限時(shí)，提高流經(jīng)熱交換器的水流量至超過第一目標(biāo)水流量。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，第一目標(biāo)水流量的計(jì)算公式為
腳肝AT· MCCWFRT = -~
outset in其中WFRT是第一目標(biāo)水流量，Λ T是流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差，MCC是最小回路負(fù)荷，Toutset是熱能回收系統(tǒng)出水溫度設(shè)置點(diǎn)，Tin是熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度。
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根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，上述方法還包括確保壓縮機(jī)的排氣飽和溫度高于環(huán)境溫度。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，確保壓縮機(jī)的排氣飽和溫度高于環(huán)境溫度的步驟包括如果Tin < Tamb-AT，則根據(jù)以下公式計(jì)算一第二目標(biāo)水流量，
腳肝AT· MCCWFRT =-Kr τ \ τ，
Tamb + Coef *[Tamb -AT-T1J-Tm其中，WFRT是第二目標(biāo)水流量，Λ T是流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差，MCC是最小回路負(fù)荷，Tamb是環(huán)境溫度，Tin是熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度，Coef是能夠使制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)系數(shù)且根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果得出；并且控制三通閥以使流經(jīng)熱交換器的水流量達(dá)到該第二目標(biāo)水流量。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，確保壓縮機(jī)的排氣飽和溫度高于環(huán)境溫度的步驟包括降低冷凝器的進(jìn)風(fēng)量，以提高壓縮機(jī)的排氣飽和溫度。本發(fā)明的配備熱能回收系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)中，由于考慮最小回路負(fù)荷來確定目標(biāo)水流量，使得制冷系統(tǒng)不會(huì)受到低溫水流的沖擊，確保了制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中圖I示出制冷系統(tǒng)原理圖。圖2示出示例性熱能回收系統(tǒng)的水循環(huán)圖。圖3示出本發(fā)明中改善排氣飽和溫度的曲線。圖4示出本發(fā)明中限制熱能回收水流量的區(qū)域。圖5示出本發(fā)明一實(shí)施例的熱能回收水流量控制原理圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出一種典型的制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)11、冷凝器14、除液器15、電子膨脹閥16 (Electronic Expansion Valve, EXV)以及蒸發(fā)器17。壓縮機(jī)11、冷凝器14和蒸發(fā)器17組成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。電子膨脹閥16設(shè)置在冷凝器4和蒸發(fā)器之間。為了實(shí)現(xiàn)熱能回收，在制冷系統(tǒng)中配置了熱能回收熱交換器(Heat Recovery Heat exchanger,HRHE) 12和三通閥13。熱交換器12安裝在壓縮機(jī)11的下游，其一方面通過壓縮機(jī)11的排氣，另一方面通過循環(huán)水，二者在熱交換器12內(nèi)進(jìn)行熱交換。由此，熱交換器12冷卻壓縮機(jī)的排氣并將能量注入給獨(dú)立的水循環(huán)，用于提供熱水。三通閥13第一端和第二端連接在出水管路上，第三端連接進(jìn)水管路的旁路。第三端的開口可以控制，以確定從進(jìn)水管路直接流入出水管路的水流量。圖2示出示例性熱能回收系統(tǒng)的水循環(huán)圖。參照?qǐng)D2所示，在這一水循環(huán)環(huán)境中包含水罐21、膨脹罐22、循環(huán)泵23、安全閥24、進(jìn)水溫度傳感器25、熱交換器26、三通閥27、出水溫度傳感器28和主加熱器29。在一實(shí)施例中，虛框中的部件可以安裝于工廠內(nèi)，而其他部件則由客戶提供。
進(jìn)水溫度傳感器25、熱交換器26、三通閥27、出水溫度傳感器28組成熱能回收系統(tǒng)。循環(huán)水管路流經(jīng)熱交換器26和水罐21，循環(huán)水在熱交換器26處吸收熱量，并在水罐21內(nèi)釋放熱量。進(jìn)水溫度傳感器25設(shè)在熱交換器26的進(jìn)水管路，用來檢測熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度。出水溫度傳感器28設(shè)在熱交換器26的出水管路，用來檢測熱能回收系統(tǒng)出水溫度。主加熱器29設(shè)在水罐21內(nèi)，為客戶應(yīng)用維持足夠高的循環(huán)溫度。膨脹罐22、循環(huán)泵23、安全閥24設(shè)置在進(jìn)水管路上。循環(huán)泵23從水罐21抽取水流。進(jìn)水管路的進(jìn)水量可以根據(jù)客戶需要，由循環(huán)泵23控制。但是并非所有來自進(jìn)水管路的進(jìn)水都必然會(huì)流經(jīng)熱交換器26。舉例來說，當(dāng)制冷系統(tǒng)能夠提高足夠多的廢熱時(shí)，所有進(jìn)水可以流經(jīng)熱交換器26。然而，當(dāng)制冷系統(tǒng)沒有能力提供足夠多的廢熱時(shí)，部分水會(huì)經(jīng)過三通閥27直接流到出水管路而不經(jīng)過熱交換器26。三通閥27通過調(diào)整流經(jīng)熱交換器26的水流量以提供盡可能大的熱容量而不導(dǎo)致制冷系統(tǒng)故障或失效。目標(biāo)水流量衡量流經(jīng)熱交換器26的水流量占來自進(jìn)水管路的水流量的比例，以百分比衡量。因此根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，熱能回收控制方法應(yīng)考慮制冷系統(tǒng)的負(fù)荷。根據(jù)一實(shí)施例中，一個(gè)目標(biāo)水流量基礎(chǔ)算法引入了最小回路負(fù)荷。最小回路負(fù)荷是指制冷系統(tǒng)中運(yùn)行壓縮機(jī)占本回路的最小冷量比例，以百分比衡量。為此，計(jì)算制冷系統(tǒng)中的各個(gè)回路中，正在運(yùn)行的壓縮機(jī)占本回路中所有壓縮機(jī)的冷量比例(即回路負(fù)荷)，并選取冷量比例最小的那一回路，其冷量比例即作為最小回路負(fù)荷。當(dāng)然，目標(biāo)水流量應(yīng)基于熱交換器出水溫度設(shè)置點(diǎn)和熱交換器進(jìn)水溫度。公式I描述了目標(biāo)水流量的示例性計(jì)算方法
腳肝AT· MCCWFRT = -~
outset inWFRT(% )是目標(biāo)水流量，即期望流經(jīng)熱交換器的水流量；AT(°C )是流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差，這是在熱交換器26 (圖2)的進(jìn)口和出口之間的水溫差；MCC (% )是最小回路負(fù)荷；Toutset (°C )是熱能回收系統(tǒng)出水溫度設(shè)置點(diǎn)，這是客戶希望達(dá)到的溫度，可以通過出水溫度傳感器26來監(jiān)控是否滿足這一設(shè)置點(diǎn)；Tin(°C )是熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度，可由進(jìn)水溫度傳感器25測定。由于引入了最小回路負(fù)荷，能夠保護(hù)具有較小負(fù)荷的運(yùn)行回路免于受到大量低溫?zé)崮芑厥账鞯挠绊憽?本發(fā)明的另一實(shí)施例引入保護(hù)手段來避免高的壓縮機(jī)排氣溫度。通常，壓縮機(jī)有最大排氣溫度限值，超過這一限值將導(dǎo)致壓縮機(jī)的某些部分失效，因此控制方法應(yīng)避免壓縮機(jī)運(yùn)行在這一狀態(tài)。在根據(jù)熱交換器出水溫度設(shè)置點(diǎn)、熱交換器進(jìn)水溫度和最小回路負(fù)荷確定目標(biāo)水流量的基礎(chǔ)上，當(dāng)排氣溫度測量值高于一最大排氣溫度時(shí)，應(yīng)提高流經(jīng)熱交換器的水流量至超過前述的目標(biāo)水流量。更高的水流量有助于降低排氣溫度。提高水流量的措施可持續(xù)到檢測到壓縮機(jī)排氣溫度下降到允許值，例如回落到最大排氣溫度之下。在一較佳實(shí)施例中，如果水流量已經(jīng)達(dá)到100 %，而壓縮機(jī)排氣溫度仍然高于最大
5排氣溫度，還可以降低所希望的排氣飽和溫度。當(dāng)制冷系統(tǒng)運(yùn)行熱能回收功能時(shí)，熱能回收水溫可能低于環(huán)境溫度。低溫水會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，使冷凝器盤管作為蒸發(fā)器運(yùn)行，并導(dǎo)致低溫冷卻損失、低壓縮機(jī)吸氣壓力、以及過熱控制不穩(wěn)定等問題。本發(fā)明的又一實(shí)施例的目標(biāo)是在熱能回收水溫低于環(huán)境大氣溫度時(shí)能確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，并降低觸發(fā)故障診斷的可能性。上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方案包括制冷端改進(jìn)和水端改進(jìn)。對(duì)于制冷端，控制排氣飽和溫度略高于環(huán)境溫度，以確保冷凝器的盤管不會(huì)像蒸發(fā)器那樣工作。對(duì)于水端，降低熱交換器的水流量，以降低冷水對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。根據(jù)一實(shí)施例，以下的邏輯可以確保冷凝器盤管出口飽和溫度高于環(huán)境溫度。Texvsat = Tdisat-ATcoilsat其中，Texvsat (°C )是進(jìn)入EXV飽和溫度。Tdisat是排氣飽和溫度(V )，即從壓縮機(jī)下游測量的排氣氣壓計(jì)算出的飽和溫度。Λ Trailsat是盤管端飽和溫度降低值(°C )，即壓縮機(jī)出口和EXV入口間的飽和溫度
差，是由盤管端壓降Praildrap導(dǎo)出。由于進(jìn)入EXV飽和溫度不應(yīng)低于環(huán)境溫度，因此排氣飽和溫度被控制為高出環(huán)境溫度一個(gè)差值，使得盤管作為冷凝器(而不是蒸發(fā)器)正常工作。提升排氣飽和溫度的方法包括降低冷凝器14(參照?qǐng)DI)的進(jìn)風(fēng)量。在一個(gè)實(shí)施例中，這可以通過降低冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來達(dá)到。圖3示出本發(fā)明中改善排氣飽和溫度的曲線。根據(jù)另一實(shí)施例，為確保冷凝器盤管出口飽和溫度高于環(huán)境溫度，可以降低目標(biāo)水流量。以下計(jì)算的目標(biāo)暗示了根據(jù)實(shí)際工況和實(shí)際容量得出的最大允許水流量。計(jì)算可以在熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度<環(huán)境溫度-熱交換器設(shè)計(jì)溫度差時(shí)觸發(fā)，公式2如下
脈評(píng)AT^MCCWFRT = -~( -κτ τ \ τ，
Tamb + Coef *[Tamb -AT-T1J-Tm
其中，WFRT(% )是目標(biāo)水流量；
AT(0C)是流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差，
MCC(% )是最小回路負(fù)荷；
Tamb (°C )是環(huán)境溫度，即制冷系統(tǒng)的外界溫度；
Tin(°C )是熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度，可由進(jìn)水溫度傳感器25測定；
Coef是能夠使制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)系數(shù)且根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行確定和/
或調(diào)整。
圖4中示出上述計(jì)算見效的區(qū)域(粗線區(qū)域)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了確保冷凝器盤管出口飽和溫度高于環(huán)境溫度，可以優(yōu)先提高排氣飽和溫度，在這一手段無效時(shí)，再降低目標(biāo)水流量。圖5示出本發(fā)明一實(shí)施例的熱能回收水流量控制原理圖。參照?qǐng)D5所示,控制邏輯中引入了排氣溫度Tdis，熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度Tin，流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差A(yù)T，壓縮機(jī)吸氣壓力，熱能回收系統(tǒng)出水溫度設(shè)置點(diǎn)Τ ，壓縮機(jī)狀態(tài)，環(huán)境溫度Tamb等參數(shù)?？刂七壿嫲ǜ鶕?jù)最小回路載荷、水端的最高排氣溫度保護(hù)、運(yùn)行工況辨識(shí)等因素，計(jì)算目標(biāo)水流量。然后根據(jù)目標(biāo)水流量計(jì)算三通閥的閥門位置。最后，輸出三通閥控制信號(hào)。
考慮了最小回路載荷的計(jì)算例如是基于前述的公式I計(jì)算第一目標(biāo)水流量；考慮了水端的最高排氣溫度保護(hù)是在公式I的基礎(chǔ)上，當(dāng)排氣溫度測量值高于一最大排氣溫度時(shí)，提高流經(jīng)熱交換器的水流量至超過前述的第一目標(biāo)水流量。而在熱交換器進(jìn)水溫度<環(huán)境溫度-熱交換器設(shè)計(jì)溫度差時(shí)，基于前述的公式2計(jì)算第二目標(biāo)水流量。在本發(fā)明的實(shí)施例中，既可以根據(jù)各種預(yù)想的情況計(jì)算目標(biāo)水流量，然后再各種情況出現(xiàn)時(shí)根據(jù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)水流量進(jìn)行控制，也可以只根據(jù)正常情況計(jì)算目標(biāo)水流量并進(jìn)行控制，然后在其他情況出現(xiàn)時(shí)再計(jì)算對(duì)應(yīng)的目標(biāo)水流量并進(jìn)行控制。另外，盡管圖5所示出的控制邏輯考慮了本發(fā)明各實(shí)施例中所描述的因素，但是可以理解，本發(fā)明的控制邏輯可以僅考慮這些因素中的一個(gè)或者多個(gè)。這一控制邏輯可以集成到一控制器中，以實(shí)施本發(fā)明的熱能回收控制方法。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.制冷系統(tǒng)的熱能回收控制方法，應(yīng)用于具有熱能回收功能的制冷系統(tǒng)中，所述制冷系統(tǒng)在壓縮機(jī)的下游和冷凝器之間配置一熱能回收系統(tǒng)，所述熱能回收系統(tǒng)包括熱交換器和三通閥，所述熱交換器具有一進(jìn)水管路和一出水管路，所述三通閥設(shè)在所述出水管路上，所述三通閥的第一端和第二端連接出水管路，第三端連接進(jìn)水管路的旁路，所述方法包括以下步驟在正常工況下，根據(jù)最小回路負(fù)荷計(jì)算一第一目標(biāo)水流量；其中，最小回路負(fù)荷是制冷系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)回路中運(yùn)行壓縮機(jī)占本回路的最小冷量比例；以及控制所述三通閥以使流經(jīng)熱交換器的水流量達(dá)到所述第一目標(biāo)水流量。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)壓縮機(jī)排氣溫度測量值高于一上限時(shí)，提高流經(jīng)熱交換器的水流量至超過所述第一目標(biāo)水流量。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，第一目標(biāo)水流量的計(jì)算公式為wfrt=at*mcc，T -Toutset in其中WFRT是第一目標(biāo)水流量，Δ T是流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差，MCC是最小回路負(fù)荷，Toutset是熱能回收系統(tǒng)出水溫度設(shè)置點(diǎn)，Tin是熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括確保壓縮機(jī)的排氣飽和溫度高于環(huán)境溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，確保壓縮機(jī)的排氣飽和溫度高于環(huán)境溫度的步驟包括如果Tin< Tamb-AT,則根據(jù)以下公式計(jì)算一第二目標(biāo)水流量，WFRT =-MCC-——，Tamb+Coef ^(Tamb-AT-Tm)-Tm其中，WFRT是第二目標(biāo)水流量，Λ T是流經(jīng)熱交換器的設(shè)計(jì)水溫度差，MCC是最小回路負(fù)荷，Tamb是環(huán)境溫度，Tin是熱能回收系統(tǒng)進(jìn)水溫度，Coef是能夠使制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)系數(shù)且根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果得出，并且控制所述三通閥以使流經(jīng)熱交換器的水流量達(dá)到所述第二目標(biāo)水流量。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，確保壓縮機(jī)的排氣飽和溫度高于環(huán)境溫度的步驟包括降低冷凝器的進(jìn)風(fēng)量，以提高壓縮機(jī)的排氣飽和溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)的熱能回收控制方法，應(yīng)用于具有熱能回收功能的制冷系統(tǒng)中。制冷系統(tǒng)在壓縮機(jī)的下游和冷凝器之間配置一熱能回收系統(tǒng)。熱能回收系統(tǒng)包括熱交換器和三通閥。熱交換器具有一進(jìn)水管路和一出水管路，三通閥設(shè)在出水管路上，三通閥的第一端和第二端連接出水管路，第三端連接進(jìn)水管路的旁路。本發(fā)明的方法包括以下步驟在正常工況下，根據(jù)最小回路負(fù)荷計(jì)算一第一目標(biāo)水流量；其中，最小回路負(fù)荷是制冷系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)回路中運(yùn)行壓縮機(jī)占本回路的最小冷量比例?？刂迫ㄩy以使流經(jīng)熱交換器的水流量達(dá)到該第一目標(biāo)水流量。
文檔編號(hào)F25B49/02GK102914107SQ20111022226
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者蘆曉明, 任海濤, 王新文, 莊迅, S·芒斯, J-M·熱奈, L·貝托霍 申請(qǐng)人:特靈空調(diào)系統(tǒng)(中國)有限公司