CN100545551C - 空调机的过热度控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用能力可变型压缩机的空调机过热度控制系统及其方法，其目的在于通过利用蒸发器中间温度和冷凝器中间温度在低温条件下也可以正确控制吸入到压缩机的制冷剂过热度(吸入过热度)。为此，本发明所提供的空调机过热度控制系统，该空调机包含能力可变型压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器而构成制冷循环，该空调机过热度控制系统包含：用于监测所述蒸发器温度的蒸发器温度传感器；用于监测所述冷凝器温度的冷凝器温度传感器；控制部，以用于从所监测的冷凝器温度预测所述压缩机排出压力，并根据所预测的压缩机排出压力和所监测的蒸发器温度计算目标排出温度而控制所述压缩机的吸入过热度。

Description

空调机的过热度控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种使用能力可变型压缩机的空调机，尤其涉及将吸入到压缩机的制冷剂过热度(吸入过热度)控制为最适宜过热度的空调机过热度控制系统及其方法。

背景技术

通常，空调机是以对室内进行制冷或制热为目的的装置，通过使用在室内机及室外机之间循环制冷剂的通常的制冷循环，利用液体状态制冷剂被气化时吸收周围热量而再次被液化时排放其热量的特性进行制冷或制热。为了调节这种空调机的制冷/制热能力，采用能力可变型压缩机。

一般的空调机在一台室外机上连接一台室内机，但最近用户对一台或一台以上室外机上连接具有多种形态和容量的多个室内机的多空调系统(Multisystem air conditioner)的需求越来越多，这种多空调系统用来对学校、公司以及医院等具有多个分离空间的场所进行制冷或制热运行。

这种多空调系统，由于制冷/制热需求能力将根据设置各室内机的场所环境特性而改变，因此当确定能够应付室内需求负荷的压缩机容量时，压缩机对应于该容量而改变能力。

此时，控制从蒸发器流出的制冷剂过热度维持适当的值，以确保压缩机中始终流入蒸汽状态的气体制冷剂。这是由于当从蒸发器流出的制冷剂过热度高时，会导致压缩机过热及效率降低；当过热度过高时，安全装置被启动而中断整个系统的运行；并且，当过热度过低时，液体状态制冷剂流入到压缩机中可能导致压缩机运行出现问题。

原先，过热度(degree of superheat)是指加热到饱和温度以上的过热蒸汽温度和对应其压力的饱和温度之间的差，实际上是通过压力传感器和温度传感器测定易于测定的压缩机吸入压力和吸入温度之后，通过用于调节设在室内侧热交换器(蒸发器)上游侧的电子膨胀阀开度的反馈控制来控制过热度。

但是，在这种现有空调机中利用压缩机吸入压力和吸入温度控制过热度时，由于压力传感器的误差而不能测定正确的饱和温度。通常，饱和压力越高由压力传感器误差引起的饱和温度计算差值越小，而饱和压力越低饱和温度变化越大，从而不能计算出正确的饱和温度。因此，在低温条件下运行时，难以正确控制压缩机的吸入过热度。

此外，还存在因为使用高价的压力传感器而提高成本的问题。

发明内容

本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种在使用能力可变型压缩机的空调机中通过利用蒸发器中间温度和冷凝器中间温度而正确控制低温条件下的压缩机吸入过热度的空调机过热度控制系统及其方法。

为了实现上述目的本发明所提供的空调机过热度控制系统，该空调机包含能力可变型压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器而构成制冷循环，其特征在于包含：用于监测所述蒸发器温度的蒸发器温度传感器；用于监测所述冷凝器温度的冷凝器温度传感器；控制部，以用于从所监测的蒸发器温度预测所述压缩机的吸入压力，从所监测的冷凝器温度预测所述压缩机的排出压力，并根据所预测的压缩机的吸入压力和排出压力以及所监测的蒸发器温度计算目标排出温度而控制所述压缩机的吸入过热度。

并且，所述蒸发器温度传感器是设在所述室内热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制冷运行时监测通过室内热交换器的制冷剂蒸发温度。

并且，所述蒸发器温度传感器是设在所述室外热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制热运行时监测通过室外热交换器的制冷剂蒸发温度。

并且，所述冷凝器温度传感器是设在所述室外热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制冷运行时监测通过室外热交换器的制冷剂冷凝温度。

并且，所述冷凝器温度传感器是设在所述室内热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制热运行时监测通过室内热交换器的制冷剂冷凝温度。

并且，所述控制部在计算目标排出温度时考虑通过配管时的压力下降而补偿所述蒸发器温度及冷凝器温度。

本发明所提供的空调机过热度控制方法，该空调机包含能力可变型压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器而构成制冷循环，其特征在于包含步骤：监测所述蒸发器温度；监测所述冷凝器温度；从所监测的蒸发器温度预测所述压缩机的吸入压力，从所监测的冷凝器温度预测所述压缩机的排出压力，并根据所预测的压缩机的吸入压力和排出压力以及所监测的蒸发器温度计算目标排出温度而控制所述压缩机的吸入过热度。

并且，控制所述压缩机的吸入过热度的步骤在计算目标排出温度时考虑通过配管时的压力下降而补偿所述蒸发器温度及冷凝器温度，从而控制目标过热度。

附图说明

图1为依据本发明第一实施例所提供的空调机制冷循环图；

图2为依据本发明第二实施例所提供的空调机制冷循环图；

图3为本发明所提供的空调机过热度控制结构图；

图4为表示本发明所提供的空调机过热度控制操作顺序的流程图；

主要符号说明：10、12、14为压缩机，16为压缩机排出温度传感器，20为四通阀，30为室内热交换器，36为室内热交换器温度传感器，40为膨胀阀，50为室外热交换器，56为室外热交换器温度传感器，100为输入部，110为控制部。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明实施例。

图1为依据本发明第一实施例所提供的空调机制冷循环图。如图1所示，本发明所提供的空调机包含压缩机10、四通阀20、室内热交换器30、膨胀阀40、室外热交换器50及储液器60，所述压缩机10为能力可变型压缩机。

所述压缩机10具有吸入口10a和排出口10b，并将从吸入口10a吸入的低温低压气体状态制冷剂压缩为高温高压气体状态制冷剂之后通过排出口10b排出。

所述四通阀20具有通过压缩机10吸入口10a和排出口10b分别连接到室内热交换器30和室外热交换器50的两个独立通道20a、20b，并根据用户选择的制冷运行和制热运行模式切换制冷剂流向。

所述室内热交换器30设在室内侧，在制冷运行模式中起蒸发器的作用而将低温低压液体状态制冷剂蒸发为气体状态制冷剂，在制热运行模式中起冷凝器作用而将高温高压气体状态制冷剂冷凝为常温高压液体状态制冷剂，从而对应制冷剂的焓变与周围空气进行热交换。

所述膨胀阀40是设在室内热交换器30和室外热交换器50之间，并将从某一侧被冷凝之后流入的常温高压液体状态制冷剂膨胀为低温低压的液体成分和气体成分相混合的两相制冷剂并对其进行减压的电子膨胀阀(EEV：Electronic Expansion Valve)。

所述室外热交换器50设在室外侧并与所述室内热交换器30相反，在制冷运行时作为冷凝器运行而在制热运行时作为蒸发器运行，由此与周围空气进行热交换。

所述储液器60设在压缩机10的吸入口10a侧，用于将被吸入到压缩机10的制冷剂完全变换为气体状态制冷剂。

并且，空调机为了提高室内侧与室外侧的热交换能力而具有调节空气流动的风扇32、52，室外热交换器50侧具有室外风扇52，室内热交换器30侧具有室内风扇32，而且各风扇32、52根据风扇电机34、54的运行而旋转。

所述室内风扇32在促进室内热交换器30中流动的制冷剂与空气之间的热交换作用的同时产生室内空间所需的冷风或暖风，所述室外风扇52促进室外热交换器50中流动的制冷剂与空气之间的热交换作用。

并且，所述压缩机10排出口10b侧设有用于监测从压缩机10排出的制冷剂温度的压缩机排出温度传感器16，所述室内热交换器30中间部设有用于监测通过室内热交换器30的制冷剂温度(具体来说是冷凝温度)的室内热交换器温度传感器36，室外热交换器50中间部设有用于监测通过室外热交换器50的制冷剂温度(具体来说是蒸发温度)的室外热交换器温度传感器56。

如上所述的空调机中，制冷运行和制热运行模式根据用户的选择切换四通阀20而改变制冷剂的流向。

例如，制热运行时制冷剂沿着图1的实线箭头方向形成以压缩机10→四通阀20→室内热交换器30→膨胀阀40→室外热交换器50→四通阀20→储液器60→压缩机10的顺序循环的制冷循环。

相反，制冷运行时制冷剂沿着图1的虚线箭头方向形成以压缩机10→四通阀20→室外热交换器50→膨胀阀40→室内热交换器30→四通阀20→储液器60→压缩机10的顺序循环的制冷循环。

图2为依据本发明第二实施例所提供的空调机制冷循环图，与图1相同的部分使用相同的标号及名称，并省略重复说明。

图2中，本发明所提供的空调机与图1相同，包含压缩机(12、14)、四通阀20、室内热交换器30、膨胀阀40、室外热交换器50及储液器60，所述压缩机是具有多个压缩机12、14的多组型压缩机。

所述多个压缩机12、14分别具有吸入口12a、14a和排出口12b、14b，并将从吸入口12a、14a吸入的低温低压气体状态制冷剂压缩为高温高压气体状态制冷剂之后通过各自排出口12b、14b排出。

并且，所述压缩机12、14的排出口12b、14b侧与图1相同，设有用于监测从压缩机12、14排出的制冷剂温度的压缩机排出温度传感器16。

图3为本发明实施例所提供的空调机过热度控制结构图，除了图1及图2中示出的装置以外，还包含输入部100、控制部110、压缩机驱动部120、室外风扇电机驱动部130、室内风扇电机驱动部140、阀驱动部150及显示部160。

所述输入部100由操作部等构成，以用于输入用户所选择的运行模式(制冷或制热)、设定温度、设定风量等运行信息。

所述控制部110是接收用户指令而控制压缩机(10、12、14)、室内风扇32及室外风扇52运行的微机，该微机利用压缩机排出温度传感器16、室内热交换器温度传感器36、室外热交换器温度传感器56的监测值控制吸入到压缩机10、12、14的制冷剂过热度。

所述压缩机驱动部120根据控制部110的压缩机控制信号而控制压缩机10、12、14的驱动，室外风扇电机驱动部130根据控制部110的室外风扇控制信号控制室外风扇电机54的驱动，室内风扇电机驱动部140根据控制部110的室内风扇控制信号控制室内风扇电机34的驱动。

所述阀驱动部150根据控制部110的阀控制信号控制四通阀20、膨胀阀40的驱动，显示部160根据控制部110的显示控制信号显示空调机的运行状态和错误模式等。

下面说明如上所述的空调机过热度控制系统及其方法的动作过程及作用效果。

图4为表示本发明所提供的空调机过热度控制操作顺序的流程图，下面围绕着在图1所示的空调机制冷循环中进行制冷运行时的过热度控制进行说明。

首先，用户通过输入部100选择所期望的运行模式(制冷或制热运行)和设定温度、设定风量等信息，所选择的运行信息被输入到控制部110。

随之，所述控制部110根据室内温度和设定温度的比较结果判断是否运行压缩机10(S200)，如果运行压缩机10，则控制部110通过阀驱动部150切换四通阀20，以使制冷剂流动转换为实线或虚线方向而进行制热或制冷运行(S202)，如图1所示。

图1中进行制冷运行时，制冷剂根据压缩机10的运行沿着虚线箭头方向形成以压缩机10→四通阀20→室外热交换器50(具体来说是冷凝器)→膨胀阀40→室内热交换器30(具体来说是蒸发器)→四通阀20→储液器60→压缩机10的顺序循环的制冷循环，从而将在室内热交换器30进行热交换的冷空气排到室内而进行制冷运行。

在进行这种制冷运行时，通过设在压缩机10排出口10b侧的压缩机排出温度传感器16监测从所述压缩机10排出的制冷剂温度(T_dis，下面称排出温度)，通过设在室外热交换器50中间部的室外热交换器温度传感器56监测通过所述室外热交换器50的制冷剂温度(T_cond，下面称冷凝器中间温度)，通过设在室内热交换器30中间部的室内热交换器温度传感器36监测通过所述室内热交换器30的制冷剂温度(T_eva，下面称蒸发器中间温度)，并将上述监测值分别输入到控制部110中(S204)。

因此，所述控制部110利用压缩机排出温度传感器16、室外热交换器温度传感器56、室内热交换器温度传感器36的监测值开始进行吸入到压缩机10的制冷剂过热度控制过程。首先，利用函数式表示压缩机排出温度T_dis如[式1]所示(S206)。

[式1]

$T_{\mathrm{dis}}=(T_{\mathrm{suc}}+273.15){\left(\frac{P_{\mathrm{dis}}}{P_{\mathrm{suc}}}\right)}^{\frac{k-1}{k}}-273.15$

在此，T_dis表示压缩机排出温度，T_suc表示压缩机吸入温度，P_suc表示压缩机吸入压力，P_dis表示压缩机排出压力，k为常数。

在所述[式1]中，压缩机吸入压力P_suc和压缩机排出压力P_dis可以由蒸发器中间温度T_eva和冷凝器中间温度T_cond计算(S208)，假设蒸发器中间温度T_eva和冷凝器中间温度T_cond为饱和温度，则如[式2]和[式3]所示。

[式2]

P_suc＝f(T_eva，mid)

[式3]

P_dis＝f(T_cond，mid)

因此，若能预测并补偿从作为蒸发器的室内热交换器30至压缩机10吸入口10a的压力下降量，则可以从蒸发器中间温度T_eva预测压缩机吸入压力P_suc，从而可以从所述式[1]选定用于对压缩机10进行保护和最适宜控制的目标排出温度T_dis(S210)。另外，为了补偿因配管引起的压力下降，为了在作为蒸发器的室内热交换器30和作为冷凝器的室外热交换器50中进行补偿利用式[4]和[式5]。

[式4]

T_{eva，mid，补偿}＝f(T_eva，mid)

[式5]

T_{cond，mid，补偿}＝f(T_cond，mid)

此时，压缩机吸入温度T_suc通常利用3-7度左右的过热度而表示为下述[式6]。

[式6]

T_suc＝T_{eva，mid，补偿}+ΔT

因此，压缩机10的目标排出温度T_dis可以整理成下述[式7](S212)。

此时，蒸发器中间温度T_eva和冷凝器中间温度T_cond的补偿会根据制冷剂量与配管管径而有所变化，为了便于使用而整理成下述[式8]。

T_dis＝C_condT_{cond，mid，补偿}+C_evaT_{eva，mid，补偿}+C_superHeat

如此，从蒸发器中间温度T_eva和冷凝器中间温度T_cond计算压缩机10目标排出温度T_dis来调节膨胀阀40的开度，从而可以正确控制压缩机10的吸入过热度(S214)。

然后，控制部110判断是否输入空调机的运行停止指令(S216)，若输入运行停止指令，则结束空调机的所有运行。

综上所述，本发明所提供的空调机过热度控制系统及其方法，在使用能力可变型压缩机的空调机中可以利用蒸发器中间温度和冷凝器中间温度而正确控制低温条件下的压缩机吸入过热度，而且还可以不使用高价的压力传感器，从而可以节减成本。

Claims (8)

1、一种空调机过热度控制系统，该空调机包含能力可变型压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器而构成制冷循环，其特征在于包含：

用于监测所述蒸发器温度的蒸发器温度传感器；

用于监测所述冷凝器温度的冷凝器温度传感器；

控制部，以用于从所监测的蒸发器温度预测所述压缩机的吸入压力，从所监测的冷凝器温度预测所述压缩机的排出压力，并根据所预测的压缩机的吸入压力和排出压力以及所监测的蒸发器温度计算目标排出温度而控制所述压缩机的吸入过热度。

2、根据权利要求1所述的空调机过热度控制系统，其特征在于所述蒸发器温度传感器是设在室内热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制冷运行时监测通过室内热交换器的制冷剂蒸发温度。

3、根据权利要求1所述的空调机过热度控制系统，其特征在于所述蒸发器温度传感器是设在室外热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制热运行时监测通过室外热交换器的制冷剂蒸发温度。

4、根据权利要求1所述的空调机过热度控制系统，其特征在于所述控制部在计算目标排出温度时考虑通过配管时的压力下降而补偿所述蒸发器温度及冷凝器温度。

5、根据权利要求1所述的空调机过热度控制系统，其特征在于所述冷凝器温度传感器是设在所述室外热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制冷运行时监测通过室外热交换器的制冷剂冷凝温度。

6、根据权利要求1所述的空调机过热度控制系统，其特征在于所述冷凝器温度传感器是设在所述室内热交换器中间部的温度传感器，以用于在空调机的制热运行时监测通过室内热交换器的制冷剂冷凝温度。

7、一种空调机过热度控制方法，该空调机包含能力可变型压缩机、冷凝器、膨胀阀及蒸发器而构成制冷循环，其特征在于包含步骤：

监测所述蒸发器温度；

监测所述冷凝器温度；

从所监测的蒸发器温度预测所述压缩机的吸入压力，从所监测的冷凝器温度预测所述压缩机的排出压力，并根据所预测的压缩机的吸入压力和排出压力以及所监测的蒸发器温度计算目标排出温度而控制所述压缩机的吸入过热度。

8、根据权利要求7所述的空调机过热度控制方法，其特征在于控制所述压缩机的吸入过热度的步骤在计算所述目标排出温度时考虑通过配管时的压力下降而补偿所述蒸发器温度及冷凝器温度，以此控制目标过热度。

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