CN100555152C - 电子膨胀阀的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子膨胀阀的控制方法，电子膨胀阀设置在设备的冷媒循环回路中，循环回路中还设置有蒸发器，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：S1O：启动电子膨胀阀并进行初始化，将电子膨胀阀的开度设置在预定的初始值；S20：在启动预定的时间后，根据蒸发器的出口温度与进口温度的差值，确定电子膨胀阀的实际过热度/过冷度；S30：将实际过热度/过冷度与目标过热度/过冷度对比，确定电子膨胀阀的最优开度值域；S40：将电子膨胀阀的开度调整至所述最优开度值域。本发明实现对设备制冷剂流量和节流程度的自动控制。并且能够适应工况而自动调控，从而保护系统运行在最适应的状态，确保可靠和安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及用于诸如空调和热泵热水器中的电子膨胀阀的控制方法。
背景技术
目前，为了提高能源利用效率，生活热水采用热泵热水器提供越来越受到重视。
在现有的热泵热水器中，在制热运行时普通采用毛细管或热力膨胀阀进行节流，以达到热水的目的。然而，采用毛细管制冷剂流量和节流程度均无法自动调控，往往只能适应某些工况的使用要求，对于热泵热水器宽领域的使用范围是极其不合理的，其结果容易导致低温或高温工况下系统排气温度和/或压力过高，系统的可靠性与安全性均无法得到保证，并大大降低了系统使用寿命。
由于不能保证制冷剂的有效过冷，更不能保证制冷剂分配均匀，从而使得压缩机入口处的温度偏高，压缩机的能力不能得到充分发挥，导致压缩机效率降低，系统运行不稳定，增加功耗、浪费能源的问题。同时对于热力膨胀阀由于是根据系统吸气端的过热度来自动调整，虽然相对毛细管有所改善，但调节过程明显滞后，无法有效地保证系统运行在最适应的状态，特别是热泵热水器运行状态处于实时变化时，调节过程的滞后往往导致系统性能上的降低，无法快速自适应各种工况的变化。
同样，现有空调系统的制冷剂流量及节流程度也很难做到适应各种工况的自动调控，无法有效地保证系统运行在最适应的状态。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种电子膨胀阀的控制方法，能够通过将电子膨胀阀的开度自动调整到最优开度值域，实现对制冷剂流量和节流程度的自动控制，保护设备系统的可靠和安全运行。
本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种电子膨胀阀的控制方法，能够保证诸如热泵热水器或空调器的制冷剂流量及节流程度能够适应工况而自动调控，保护系统运行在最适应的状态。
为解决本发明的第一技术问题，提供了一种电子膨胀阀的控制方法，所述电子膨胀阀设置在设备的冷媒循环回路中，所述循环回路中还设置有蒸发器，其特征在于，所述的电子膨胀阀控制方法包括以下步骤：S10：启动所述电子膨胀阀并进行初始化，将所述电子膨胀阀的开度设置在预定的初始值；S20：在启动预定的时间后，根据所述蒸发器的出口温度与进口温度的差值，确定所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度；S30：将所述实际过热度/过冷度与目标过热度/过冷度对比，确定所述电子膨胀阀的最优开度值域；以及S40：将所述电子膨胀阀的开度调整至所述最优开度值域。
为解决本发明的第二技术问题，进一步地，在所述步骤S10中，设定最优开度偏差值，该方法还包括：步骤S50：将所述最优开度值域与所述最优开度偏差值对比。如果该值域范围小于所述最优开度偏差值，进入下一步，如果该值域范围大于所述最优开度偏差值，返回所述步骤S20，并重新确定新的最优开度值域以对所述电子膨胀阀的开度进行调整；步骤S60：确定所述电子膨胀阀的当前开度为最佳开度，并保持当前开度。
进一步地，在所述步骤S60后还包括：步骤S70：经过预定时间，重新确定所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度，并将重新确定的所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度与所述目标过热度/过冷度对比，将其差值作为变化开度，按照所述变化开度调整所述电子膨胀阀的开度，使所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度趋向于所述目标过热度/过冷度。
优选地，在所述步骤S70后还包括：步骤S80：将所述变化开度与所述最优开度偏差值对比，如果所述变化开度小于所述最优开度偏差值，则确定所述电子膨胀阀的当前开度仍为最佳开度，则返回步骤S60，如果所述变化开度大于所述最优开度偏差值，则返回所述步骤S20，并重新确定新的最优开度值域以对所述电子膨胀阀的开度进行调整。
其中，所述步骤S40中以二分法作为预设算法，将电子膨胀阀开度调至所述最优开度值域范围的二分之一处。
根据本发明的一个方面，所述电子膨胀阀用于热泵热水器中，根据所述电子膨胀阀的实际过热度与所述目标过热度的差值，对所述电子膨胀阀的开度进行调节。
其中，所述目标过热度根据压缩机排气口的排气温度来确定。
其中，所述目标过热度与排气温度的关系设定如下：如果排气温度≥100℃，电子膨胀阀的目标过热度设定为0℃；如果80℃≤排气温度＜100℃，电子膨胀阀的目标过热度为1℃；如果50℃≤排气温度＜80℃，电子膨胀阀的目标过热度为2℃；如果40℃≤排气温度＜50℃，电子膨胀阀的目标过热度为3℃；如果排气温度＜40℃，电子膨胀阀的目标过热度为4℃。
根据本发明的另一个方面，所述电子膨胀阀用于空调器中，根据所述过冷度对所述电子膨胀阀的开度进行调节。
本发明具有如下技术效果：
1.利用本发明的方案，在电子膨胀阀启动后预定时间，系统会确定电子膨胀阀的实际过热/过冷度，并通过将其与一目标过热/过冷度对比，而确定最优开度值域，并将电子膨胀阀的开度调整到最优开度值域，因而设备可以实现对制冷剂流量和节流程度的自动控制，保护设备系统的可靠和安全运行。
2.通过设定最优开度偏差值，并且将所述最优开度值域与所述最优开度偏差值对比判断，可以将电子膨胀阀的开度自动调整到最佳开度，从而能够保证诸如热泵热水器或空调器的制冷剂流量及节流程度能够适应工况而自动调控，保护系统运行在最适应的状态。
3.本发明使得设备(例如热泵热水器、空调等)可以根据工况自动搜索算法，快速获取电子膨胀阀最优开度，大大降低了滞后的时间，并能实时地根据运行状态调整系统节流程度。该过程是通过精确的电子膨胀阀调节，保证冷媒(或称制冷剂)的有效过热，达到了系统自适应高效稳定运行的目的。
4.本发明通过搜索算法快速寻找每次启动情况下的最优初始开度后，大大缩短了系统调整的时间，同时在制热或制冷过程中使得实时电子膨胀阀实时地结合过热度调节算法，始终在较小的范围内自适应调整。并且系统在整个运行周期内均能根据自身的状态实时调整，以达到最优的运行状态和性能。
附图说明
通过以下结合附图所作的详细描述，可以更清楚地理解本发明的目的、优点及特征，其中，相同的特征使用相同的标号，图中：
图1为空气源热泵热水器系统图。
图2为空气源热泵空调系统图。
图3是本发明实施例的最优化开度搜索与调节流程图。
具体实施方式
为了有助于理解本发明，下面参照附图1、2、3，说明本发明的实施例，但本发明的保护范围并不局限于该实施例。
附图1中为热泵热水器系统图，根据系统的运行原理，随着水温的不断升高，系统排气温度，压力以及制冷剂流量均是不断变化的，由于这种动态的变化导致系统不得不进行实时的自适应运行控制，其中电子膨胀阀控制起到了关键作用，相关的温度传感器包括有：排气、吸气、蒸发器管温感温包，分别对应标号2，3，9。电子膨胀阀7根据各输入参数按控制流程(如图3所示)进行自动控制，达到最佳的运行效果。压缩机1低压进口端中的换热工质为气态，通过压缩机加压，气态的换热工质(冷媒)通过四通换向阀4在冷凝器6中转化为液态的换热工质而释放热量，将水加热，冷凝器中的换热工质经电子膨胀阀7节流后流入蒸发器8，换热工质由于压力的降低而在蒸发器8内蒸发变为气态，并吸收热量，气态的换热工质进入压缩机1，经压缩机加压后又在冷凝器中冷凝而变为液态，如此往复循环，冷水经与冷凝器换热而吸收冷凝器的冷凝热，温度升高而输出热水。
为了控制电子膨胀阀开度，主要的系统输入参数有：蒸发器进口温度，蒸发器出口温度(吸气)以及排气温度。其中蒸发器进口温度由节流元件后进入蒸发器时的铜管温度测得，蒸发器出口温度由蒸发器出口铜管温度测得，压缩机排气口测得的温度为排气温度。温度测试采用感温包或温度传感器。根据这些参数输入后，采用过热度算法确定电子膨胀阀当前位置，其主要的计算方法如下：
当前电子膨胀阀开度＝原有开度+变化开度
其中：变化开度＝实际过热度(数值)-目标过热度(数值)；而：实际过热度＝蒸发器出口温度T出口-蒸发器进口温度T进口。
目标过热度根据排气温度来给定，它与排气温度的关系可以设定如下：
如果排气温度≥100℃，电子膨胀阀目标过热度为0℃；
如果80℃≤排气温度＜100℃时，电子膨胀阀目标过热度为1℃；
如果50℃≤排气温度＜80℃时，电子膨胀阀目标过热度为2℃；
如果40℃≤排气温度＜50℃时，电子膨胀阀目标过热度为3℃；
如果排气温度＜40℃时，电子膨胀阀目标过热度为4℃；
图2为热泵空调系统图。制冷运行时，压缩机1低压进口端中的换热工质为气态，通过压缩机加压，气态的换热工质通过四通换向阀4在冷凝器6中转化为液态的换热工质而释放热量，冷凝器6中的换热工质经电子膨胀阀7节流后流入蒸发器8，换热工质由于压力的降低而在蒸发器8内蒸发变为气态，并吸收热量，气态的换热工质进入压缩机1，经压缩机加压后又在冷凝器6中冷凝而变为液态，如此往复循环，对于空调制热时制冷剂先通过蒸发器，由电子膨胀阀7节流后，进入冷凝器6，此时电子膨胀阀控制算法采用的蒸发器管温变为感温包5，其他原理类似。
图3所示包括了热泵热水器或空调器制冷运行从启动开始，自动搜寻最佳电子膨胀阀开度，在最接近最优开度后，停止搜索，系统认为此时的开度即为最佳的电子膨胀阀开度，后续仅在此基础上进行过热度调节。过热度算法不限于上述给出的方法，包括PI控制，PID控制以及模糊控制等。
系统启动后，电子膨胀阀开始进行复位动作，电子膨胀阀开度由未知开度复位为0步。
在步骤S10设定(假定)初始最优开度偏差值A和参考(假定)最优开度B。最优开度偏差值A根据要求搜索最优开度精度要求来给定。最优开度B根据电子膨胀阀开度范围给定假定值，一般在电子膨胀阀全部开度范围内中间段选取。
电子膨胀阀动作到B脉冲步数时，为了避免开机初期调节的不稳定性，开机运行三分钟内保持给定开度B不变，之后开始进入本次运行的最优化开度搜索算法。
在步骤S20时，根据蒸发器的出口温度与进口温度的差值，计算电子膨胀阀的实际过热度。将计算得到的实际过热度/过冷度与目标过热度/过冷度比较，根据过热度来设置电子膨胀阀开度值域。如果电子膨胀阀动作的脉冲范围[C，D]，第一次进入搜索算法时，假定最优开度为B，则根据过热度/过冷度设置的开度值域为[C，B]或[B，D])。在系统或制冷运行时，给定采样周期到达后，按步骤S20，控制器根据过热度/过冷度算法计算得到当前变化开度，同时判断搜索算法下一步准备控制电子膨胀阀的开度值。
步骤S30中：判断实际过热度/过冷度与目标过热度/过冷度对比，确定所述电子膨胀阀的最优开度值域，即电子膨胀阀动作方向在[C，B]值域还是[B，D]值域。
步骤S40中，搜索算法采用“二分法”进行，当前过热度小于0时，表示电子膨胀阀当前开度过大，最佳开度值在[C，B]范围内，相反，如果过热度大于0，最佳开度值在[B，D]范围内，根据“二分搜索算法”，如果最佳开度值在[C，B]范围内，则将当前开度B更新为(C+B)/2，当前值域范围由[C，D]更新为[C，B]。
同时，利用步骤S50，判断该值域范围是否小于设定的最优开度偏差值A。
如果满足条件，则根据步骤S60，认为当前电子膨胀阀开度即为最接近的最优膨胀阀开度，保持当前开度，可以退出最优开度算法，或进入下一步。
如果该值域范围大于所述最优开度偏差值，返回所述步骤S20，并重新确定新的最优开度值域以对所述电子膨胀阀的开度进行调整。
S70步骤，经过预定时间，重新确定所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度。开始采用过热度算法实时的更新系统流量和膨胀阀开度，此时电子膨胀阀动作幅度较小。
在步骤S80中，如果上述电子膨胀阀动作范围大于设定偏差值A，那么返回并重新运行步骤S20，直到获得最接近的最优开度值为止。如果电子膨胀阀动作范围小于设定偏差值A，则返回S60，进行过热度/过冷度小范围调节。
在运行范围内，电子膨胀阀开度具有上下限，当脉冲步数达到该设定值后，过热度/过冷度算法计算出的调整步数超出限定范围的部分不再接受开度指令，而强制将该开度限制于该上下限上，而向范围内的调整允许动作电子膨胀阀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。例如，参照上述实施方式，采用过热度/过冷度判定，把启动开始阶段电子膨胀阀最优开度算法调整为其他类似的搜索算法均属于本发明专利的技术构思，相关人员在本发明的基本原理内，可以对算法和控制过程等进行相应的改变和调整。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.电子膨胀阀的控制方法，所述电子膨胀阀设置在设备的冷媒循环回路中，所述循环回路中还设置有蒸发器，其特征在于，所述的电子膨胀阀控制方法包括以下步骤：
S10：启动所述电子膨胀阀并进行初始化，将所述电子膨胀阀的开度设置在预定的初始值；
S20：在启动预定的时间后，根据所述蒸发器的出口温度与进口温度的差值，确定所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度；
S30：将所述实际过热度/过冷度与目标过热度/过冷度对比，确定所述电子膨胀阀的最优开度值域；
S40：将所述电子膨胀阀的开度调整至所述最优开度值域，
其中，在所述步骤S10中，设定最优开度偏差值，所述方法还包括：
步骤S50：将所述最优开度值域与所述最优开度偏差值对比，如果该值域范围小于所述最优开度偏差值，进入下一步，如果该值域范围大于所述最优开度偏差值，返回所述步骤S20，并重新确定新的最优开度值域以对所述电子膨胀阀的开度进行调整；
步骤S60：确定所述电子膨胀阀的当前开度为最佳开度，并保持当前开度。
2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，在所述步骤S60后还包括：
步骤S70：经过预定时间，重新确定所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度，并将重新确定的所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度与所述目标过热度/过冷度对比，将其差值作为变化开度，按照所述变化开度调整所述电子膨胀阀的开度，使所述电子膨胀阀的实际过热度/过冷度趋向于所述目标过热度/过冷度。
3.根据权利要求2所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，在所述步骤S70后还包括：
步骤S80：将所述变化开度与所述最优开度偏差值对比，如果所述变化开度小于所述最优开度偏差值，则确定所述电子膨胀阀的当前开度仍为最佳开度，则返回步骤S60，如果所述变化开度大于所述最优开度偏差值，则返回所述步骤S20，并重新确定新的最优开度值域以对所述电子膨胀阀的开度进行调整。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S40中以二分法作为预设算法，将电子膨胀阀开度调至所述最优开度值域范围的二分之一处。
5.根据权利要求4所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述电子膨胀阀用于热泵热水器中，根据所述电子膨胀阀的实际过热度与所述目标过热度的差值，对所述电子膨胀阀的开度进行调节。
6.根据权利要求5所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述目标过热度根据压缩机排气口的排气温度来确定。
7.根据权利要求6所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述目标过热度与排气温度的关系设定如下：
如果排气温度≥100℃，电子膨胀阀的目标过热度设定为0℃；
如果80℃≤排气温度＜100℃，电子膨胀阀的目标过热度为1℃；
如果50℃≤排气温度＜80℃，电子膨胀阀的目标过热度为2℃；
如果40℃≤排气温度＜50℃，电子膨胀阀的目标过热度为3℃；
如果排气温度＜40℃，电子膨胀阀的目标过热度为4℃。
8.根据权利要求4所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述电子膨胀阀用于空调器中，根据所述过冷度对所述电子膨胀阀的开度进行调节。
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