[发明专利]一种跨临界CO2热泵热水器系统最优排气压力的极值搜索控制系统及方法

说明书

本发明提供一种跨临界CO₂热泵热水器系统最优排气压力的极值搜索控制及其方法，系统中，压缩机的出口连接气体冷却器的制冷剂管路入口，气体冷却器的制冷剂管路出口通过中间换热器的第一管路和电子膨胀阀连接蒸发器的入口，蒸发器连接气液分离器的入口，气液分离器的气体出口通过中间换热器的第二管路连接压缩机的入口；极值搜索控制器所控制的系统输入为压缩机的耗功测量值，输出为压缩机排气压力设定值；在气体冷却器中进行热交换的水流量和进口温度保持不变，使用第一PI控制器控制压缩机转速从而保持水侧出口温度不变；压缩机的排气压力由第二控制器改变电子膨胀阀的有效通流面积控制。本发明能够保证跨临界CO₂热泵能够高效稳定地运行。

技术领域

本发明属于热泵技术领域，特别涉及一种CO₂热泵控制系统及方法。

背景技术

近些年，随着人们对环境问题的日益关注，使用环境友好型制冷剂日益成为政府以及各种研究机构所关注的目标，其中，使用自然工质作为制冷剂，是其中最重要的部分。CO₂具有良好的环保性能，作为制冷剂不会对环境产生任何不利的影响。自从前国际制冷学会主席G.Lorentzen提出现代跨临界CO₂循环以来，对于跨临界CO₂制冷装置的研究与应用又一次成为在全球范围内受重视的热点。

普通热泵热水器在低温环境下，热效率和可靠性迅速降低，同时很难甚至无法提供高于60℃的热水，使用区域和温区都受到极大的限制。而跨临界CO₂热泵热水器即使在环境温度低于于0℃的寒冷地区，亦然能够产生高于90℃的热水，并保持很好的性能及长时间的持续无故障运行。跨临界CO₂热泵热水器可高效地将热水供应和采暖合为一体，市场前景极为广阔。

在跨临界CO₂热泵热水器系统的研究中，系统最优排气压力的研究是其最核心的内容之一，而其中对最优排气压力存在的理论解释最为基本；其次是哪些参数对系统最优排气压力有着具体的影响和对应参数对最优排气压力影响的程度，在确定的系统组件匹配和确定的运行工况下，如何通过控制系统参数获得准确的最优排气压力值；最后则是如何实现对变工况条件下系统最优排气压力的控制。众多学者都在此领域做出显著的贡献，并且提出了跨临界CO₂热泵系统的最优排气压力关联式。然而在研究过程中，大多对系统的循环过程进行了不同程度的简化，在拟合的最优排气压力关联式时也对主要变量进行了选择，这导致在大多数公式中只包含气体冷却器出口温度和环境温度等变量，其变量个数也往往不超过3个。然而在工程实际中，由于各自系统的差异，在关联式所考虑的主要工况相同时最优排气压力也各不相同，因此在实际的排气压力控制中难以推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨临界CO₂热泵热水器系统最优排气压力的极值搜索控制方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种跨临界CO₂热泵热水器系统最优排气压力的极值搜索控制系统，包括压缩机、气体冷却器、中间换热器、电子膨胀阀、蒸发器、气液分离器、极值搜索控制器、第一PI控制器和第二控制器；

压缩机的出口连接气体冷却器的制冷剂管路入口，气体冷却器的制冷剂管路出口通过中间换热器的第一管路和电子膨胀阀连接蒸发器的入口，蒸发器连接气液分离器的入口，气液分离器的气体出口通过中间换热器的第二管路连接压缩机的入口；

极值搜索控制器所控制的输入为压缩机的耗功W，输出为压缩机的排气压力设定值；在气体冷却器中进行热交换的水流量和进口温度保持不变，使用第一PI控制器控制压缩机转速从而保持水侧出口温度不变；压缩机的排气压力由第二控制器改变电子膨胀阀的有效通流面积控制。

进一步的，气体冷却器的水路出口设有温度传感器T，第一PI控制器连接温度传感器T和压缩机。