一种高温区压缩机过热控制增强方法与流程

1.本发明涉及高环境温度下的各类空调、冷液机和热泵机组等设备技术领域，尤其涉及一种高温区压缩机过热控制增强方法。


背景技术：

2.因受全球气温逐步上升，个别地区夏季的温度越来越高已成为常态，用以改善室内环境的空气调节设备也越来越多的受到高温侵袭，造成高温保护和高温功耗增加等不利因素，影响设备的安全运行。特别对一些沙漠戈壁高温地区或高温热炉等工业厂房作业区，有时气温高达50℃～80℃。相关标准也显示，高温环境也有考核要求，如jb/t11965
‑
2014《高环温车用空调机》，最高环境温度为80℃；gb/t 7725
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2004《房间空调调节器》，最高环境温度为52℃；gjb/t 1913a
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2006《军用方舱空调设备通用规范》，最高环境温度为55℃；gjb/t 9168
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2017《军用雷达循环冷却液制冷机组通用规范》最高环境温度为55℃等。
3.在高温环境下，依靠蒸气压缩制冷原理设计的制冷设备，因冷凝负荷和系统高压的影响，耗功越来越严重，造成压缩机处于高负荷或超负荷工作状态，有时压缩机排气温度高达120℃以上，引起压缩机内润滑油变质和油膜破坏，压缩机失效风险陡增。行内业通常的做法有3种，
①
系统中增设排气温度响应阀，以一个固定的温度为控制目标，控制压缩机的最高排气温度满足压缩机工作要求，无法实现整个高温区间内的优化控制；
②
系统中增设旁通喷射阀，也通常以一个固定目标温度来控制压缩机的最高排气温度，不足同上；
③
调节节流元件的过热度，对热力膨胀阀或电子膨胀阀而言，本身就是为实现过热度而设计的，具有自动调节功能，这点在常温下表现良好，但随着环境温度的升高，蒸发器面积又不能自动缩小，节流元件的过热度已无法有效控制，从而引发压缩机排气温度超标。
4.随着全工况高效运行的发展需求，特别在整个高温区如何精准控制压缩机的工作温度，实现节能运行，值得研究。


技术实现要素：

5.本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高温区压缩机过热控制增强方法。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：一种高温区压缩机过热控制增强方法，包括有主节流元件、辅节流元件、辅控制单元、蒸发器、气液分离器和压缩机，所述辅节流元件的入口端和所述主节流元件的入口端并联，所述辅节流元件的出口端和所述蒸发器的出口端合并，合并后接入所述气液分离器入口，气液分离器出口接入所述压缩机入口，所述的辅控制单元的信号输出端连接辅节流元件的控制端，所述辅控制单元在高温区检测到主节流元件无法实现过热度或排气温度精准控制时，依据预先制定的控制目标，开启辅节流元件，直接将所述主节流元件前的制冷剂等比例喷液冷却至压缩机吸气端实现过热增强控制，所述辅控制单元首先要确定高温区环境工作范围，即环境温度的上限值和下限值，然后采用两点线性控制方法对所述压缩机的过
热进行控制，具体如下：依据上、下限值和优化设计参数后，得出对应的过热度数值，通过两点式直线方程，得出过热度t
过
＝f(t
环
)函数，式中，t
环
为环境温度值。
7.辅控制单元的信号输入端连接有环境温度传感器t
环
，在压缩机的出口端设有排气温度传感器t
排
，在所述蒸发器中部设有温度传感器t
蒸
，在蒸发器的出口端设有蒸发压力传感器p
c
和温度传感器t
吸
，在所述蒸发器出口端与主节流元件的感温包和外平衡管之后均安装有温度传感器tc，所述的环境温度传感器t
环
、排气温度传感器t
排
、温度传感器t
蒸
、蒸发压力传感器p
c
、温度传感器t
吸
和温度传感器tc均与辅控制单元连接。
8.所述辅节流元件采用电子膨胀阀或电子控制阀。
9.所述蒸发器用于空调时，采用翅片式换热器；蒸发器用于冷液机或液冷源时，采用板式换热器或壳管式换热器。
10.所述的主节流元件采用毛细管或热力膨胀阀或电子膨胀阀。
11.本发明工作原理如下：所述辅控制单元在高温区检测到主节流元件无法实现过热度或排气温度精准控制时，依据事先制定的控制目标，开启辅节流元件，直接将所述主节流元件前的制冷剂等比例喷液冷却至压缩机吸气端实现过热增强控制。所述辅控制单元首先要确定高温区环境工作范围，如设计高温区环境为50℃～70℃，即对应得到环境温度上限值为70℃，下限值为50℃，然后采用两点线性控制方法对所述压缩机的过热进行控制，具体如下：依据上、下限值和优化设计参数后，得出对应的过热度数值，通过两点式直线方程，得出过热度t
过
＝f(t
环
)函数。如，对应上限值70℃，下限值50℃时的过热度分别为1℃和5℃，即t
过
＝(70－t
环
)/5 1。
12.所述辅控制单元依据环境温度t
环
和拟合函数，等比例开启所述辅节流元件的开度，实现过热度控制。
13.所述的气液分离器为所述辅节流元件喷射来的低温不饱和液体提供进一步换热、缓冲和分离，若所述压缩机自带有气液分离器的，可免除设置。
14.本发明进一步阐述如下：所述压缩机的高温区工作范围，是依据产品的工作环境需求和与之相适应的制冷剂等因素而确定，如采用中高温型制冷剂（如r22、r134a、r142b、r227ea、xp140等）时，上限值有的甚至超过80℃；下限值依据设计需要，不限于50℃。
15.所述辅控制单元可以是一个独立的单元，不受原有控制系统控制，这种方式用来加装或改装都比较方便，但不排除在电控设计时，将这部分功能和算法嵌入到新的控制系统中，成为总体控制系统的一部分。
16.在所述两点线性控制方法中，当高温区范围较大时，不排除将高温区分段设立，但基本方法不变。
17.所述高温区环境温度下限值对应的过热度数值为标准工况下的过热度数值。如标准工况外环境温度为35℃时，设计过热度为5℃；高温区环境温度下限值50℃时，设计过热度为5℃；在35℃～50℃之间，有所述主节流元件进行控制。
18.当所述主节流元件在高温区无法实现过热度控制时，通过所述辅节流元件可以得到有效动态控制，每一环境温度下均有不同的过热度的响应，而且可以实现不间断连续控
制，也是带来最优控制的一条重要途径。
19.本发明的优点是：1、本发明在高温区依据不同环境温度，动态响应不同的过热度，以改善和弥补原节流元件的不足，使系统高温运行更稳定。
20.2、本发明通过有效控制压缩机吸、排气温度，降低了高温区功耗，实现压缩机部分节能超10%。
21.3、本发明可方便嫁接到高环境温度下的各类空调、冷液机和热泵机组等产品上，有很较强的推广性。
22.4、本发明流程清晰、函数简单、实现容易。
附图说明
23.图1为本发明的空调用原理示意图。
24.图2为本发明的冷液机用原理示意图。
具体实施方式
25.如图1、2所示，一种高温区压缩机过热控制增强方法，包括有主节流元件1、辅节流元件5、辅控制单元6、蒸发器2、气液分离器3和压缩机4，所述辅节流元件5的入口端和所述主节流元件1的入口端并联，所述辅节流元件5的出口端和所述蒸发器2的出口端合并，合并后接入所述气液分离器3入口，气液分离器3出口接入所述压缩机4入口，所述的辅控制单元6的信号输出端连接辅节流元件5的控制端，辅控制单元6的信号输入端连接有环境温度传感器t
环
，在压缩机4的出口端设有排气温度传感器t
排
，在所述蒸发器2中部设有温度传感器t
蒸
，在蒸发器2的出口端设有蒸发压力传感器p
c
和温度传感器t
吸
，在所述蒸发器2出口端与主节流元件的感温包和外平衡管之后均安装有温度传感器tc，所述的环境温度传感器t
环
、排气温度传感器t
排
、温度传感器t
蒸
、蒸发压力传感器p
c
、温度传感器t
吸
和温度传感器tc均与辅控制单元6连接。
26.所述辅控制单元6在高温区检测到主节流元件1无法实现过热度或排气温度精准控制时，依据预先制定的控制目标，开启辅节流元件5，直接将所述主节流元件1前的制冷剂等比例喷液冷却至压缩机4吸气端实现过热增强控制，所述辅控制单元6首先要确定高温区环境工作范围，即环境温度的上限值和下限值，然后采用两点线性控制方法对所述压缩机的过热进行控制，具体如下：依据上、下限值和优化设计参数后，得出对应的过热度数值，通过两点式直线方程，得出过热度t
过
＝f(t
环
)函数，式中，t
环
为环境温度值。如，对应上限值70℃，下限值50℃时的过热度分别为1℃和5℃，即t
过
＝(70－t
环
)/5 1，式中，t
环
为环境温度值。
27.所述辅节流元件5采用电子膨胀阀或电子控制阀，具有关断和开度比例调节功能并受辅控制单元的控制。
28.所述蒸发器2用于空调时，采用翅片式换热器；蒸发器用于冷液机或液冷源时，采用板式换热器或壳管式换热器。
29.所述的主节流元件1采用毛细管或热力膨胀阀或电子膨胀阀。
30.节能对比分析：例如，取环境温度70℃，冷凝温度85℃，蒸发温度20℃，制冷剂r134a，所述辅节流
元件不工作，蒸发器通常产生严重过热，取过热度为20℃（压缩机回气温度为40℃），则通过对应制冷剂压焓图得出相应的热力循环图，并得到压缩机理论排气温度为106℃，其前后焓值分别为428.5kj/kg和465.7 kj/kg，即焓差为37.2kj/kg；若所述辅节流元件工作，控制过热度为1℃（压缩机回气温度为21℃），则通过对应制冷剂压焓图得出相应的热力循环图，并得到压缩机理论排气温度为92℃，其前后焓值分别为409.6kj/kg和442.3 kj/kg，即焓差为32.7kj/kg。若取4kw空调工质循环量均为150kg/h，则压缩机理论功耗＝工质循环量
×
焓差，分别为1550w和1362.5w，节电约12.1%。
31.案例可知：
①
排气温度下降14℃，高温区压缩机的油温和电机温升得到有效控制；
②
压缩机理论功耗下降12.1%，高温区压缩机的最大运行电流得到有效缓解。
32.在所述两点线性控制方法中，当高温区范围较大时，不排除将高温区分段设立，但基本方法不变。
33.所述高温区环境温度下限值对应的过热度数值为标准工况下的过热度数值。如标准工况外环境温度为35℃时，设计过热度为5℃；高温区环境温度下限值50℃时，设计过热度为5℃；在35℃～50℃之间，有所述主节流元件1进行控制。
34.当所述主节流元件1在高温区无法实现过热度控制时，通过所述辅节流元件5可以得到有效动态控制，每一环境温度下均有不同的过热度或排气温度的响应，而且可以实现不间断连续控制，也是带来最优控制的一条重要途径。