CN101446463A - 电子膨胀阀的控制方法、热泵装置自适应控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电子膨胀阀的控制方法、热泵装置的自适应控制方法及装置。电子膨胀阀的控制方法包括以下步骤：S110，电子膨胀阀启动并初始化，控制器将电子膨胀阀的开度设置在初始值；S120，在启动预定时间后，控制器确定电子膨胀阀的实际过热度；S130，控制器将实际过热度与目标过热度对比，确定电子膨胀阀的最优开度值域；以及S140，控制器将电子膨胀阀的开度调整至所述最优开度值域。由此，可保证热泵装置的制冷剂流量及节流程度应工况自动调控，保护系统运行在最佳状态，并且可快速获取电子膨胀阀最优开度，大大降低了滞后时间，实时地根据运行状态调整系统节流程度。

Description

电子膨胀阀的控制方法、热泵装置自适应控制方法及装置

技术领域

本发明涉及热泵装置及自动控制，尤其是涉及电子膨胀阀的控制方法、热泵装置自适应控制方法及装置。

背景技术

目前，为了提高能源利用效率，采用热泵装置提供生活热水越来越受到重视，但在现有的热泵装置中，在制热运行时普遍采用毛细管或热力膨胀阀进行节流，以达到制造热水的目的，同时由于系统在较高的冷凝温度下运行，所以系统的可靠性难以保证。

但是，在采用毛细管时，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，对于热泵装置这一宽领域的使用范围是极其不合理的，其结果容易导致在低温或高温工况下系统排气温度与压力过高，使得系统的可靠性与安全性均无法得到保证，并大大降低了系统的使用寿命。

另外，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，特别是热泵装置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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电子膨胀阀的控制方法，可将电子膨胀阀的开度调整到最优开度值域，从而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。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电子膨胀阀的控制方法，所述电子膨胀阀设置在热泵装置的冷媒循环回路中，所述冷媒循环回路中还设置有蒸发器，其中，所述的电子膨胀阀的控制方法通过控制器进行控制，包括以下步骤：

S110：所述电子膨胀阀启动并进行初始化，所述控制器将所述电子膨胀阀的开度设置在预定的初始值；

S120：在启动预定的时间后，所述控制器确定所述电子膨胀阀的实际过热度；

S130：所述控制器将所述实际过热度与目标过热度对比，确定所述电子膨胀阀的最优开度值域；以及

S140：所述控制器将所述电子膨胀阀的开度调整至所述最优开度值域。

另外，优选在步骤S140后还包括：

步骤S150，所述控制器将所述最优开度值域与预设的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，进入下一步骤S160，如果该值域范围大于所述最优开度偏差值，返回所述步骤S120，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S160，所述控制器确定所述电子膨胀阀的当前开度为最佳开度，并保持当前开度和当前最优开度值域。

另外，在上述电子膨胀阀的控制方法中，在所述步骤S160后还包括：

步骤S170，经过预定时间，所述控制器重新确定所述电子膨胀阀的实际过热度，并将重新确定的所述电子膨胀阀的实际过热度与所述目标过热度对比，将其差值作为变化开度。

优选方式为，根据上述电子膨胀阀的控制方法，在所述步骤S170后还包括：

步骤S180，所述控制器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，则保持当前最优开度值域，电子膨胀阀开度等于原有开度加变化开度，返回步骤S160，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S120，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。

另外，在上述任一项所述的电子膨胀阀的控制方法中，所述步骤S120中电子膨胀阀的实际过热度、以及所述步骤S130中所述目标过热度根据系统输入参数而确定。所述系统输入参数包括：蒸发器进口的制冷剂状态、蒸发器出口的制冷剂状态、以及压缩机排气口制冷剂的状态，并且，所述的蒸发器进口的制冷剂状态、所述的蒸发器出口的制冷剂状态、以及所述的压缩机排气口制冷剂的状态优选是制冷剂温度或制冷剂压力。上述制冷剂温度通过感温包或温度传感器测得，所述制冷剂压力通过压力传感器测得。

优选方式为：所述步骤S120中，电子膨胀阀的实际过热度＝蒸发器出口制冷剂温度-蒸发器(8)进口制冷剂温度；所述步骤S130中，所述目标过热度根据压缩机排气口制冷剂温度而设定。

另外，如果所述压缩机排气口制冷剂温度≥100℃，则电子膨胀阀目标过热度为0℃；如果80℃≤压缩机(1)排气口制冷剂温度<100℃时，则电子膨胀阀目标过热度为1℃；如果50℃≤压缩机排气口制冷剂温度<80℃时，则电子膨胀阀目标过热度为2℃；如果40℃≤压缩机排气口制冷剂温度<50℃时，则电子膨胀阀目标过热度为3℃；如果压缩机排气口制冷剂温度<40℃时，则电子膨胀阀目标过热度为4℃。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种热泵装置的自适应控制方法和装置：可实现不同环境温度下蒸发温度的自动控制，并能实时地根据运行状态调整系统节流程度，大大降低滞后的时间。

根据本发明的热泵装置自适应控制方法，所述热泵装置包括通过管路依次连接的压缩机、冷凝器、电子膨胀阀以及蒸发器，其中，所述方法包括如下步骤：

S1，热泵装置启动时，通过温度感温包对环境温度进行检测；

S2，所述热泵装置的风机控制器根据检测的环境温度确定风机档位；

S3，在所述风机档位下，所述电子膨胀阀根据上述任一项所述的控制方法确定最优开度。

优选方式为，在步骤S3后还包括步骤S4，当电子膨胀阀调节无法达到要求时，所述风机调低或调高一档。

根据本发明的热泵装置自适应控制装置，所述热泵装置包括通过管路依次连接的压缩机、冷凝器、电子膨胀阀以及蒸发器，其中，该热泵装置自适应控制装置包括：

环境温度检测单元，用于在热泵装置启动时对环境温度进行检测；

风机档位确定单元，根据检测的环境温度确定风机档位；

电子膨胀阀开度确定单元，根据上述任一项所述的控制方法确定电子膨胀阀的最优开度。

优选方式为，在电子膨胀阀调节无法达到要求时，风机档位确定单元将风机调低或调高一档。

综上所述，本发明具有如下技术效果：

1.利用本发明的技术方案，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度，并通过将其与一目标过热度对比，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.本发明使得热泵装置(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)的有效过热过，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

图1为热泵装置的系统图；

图2为热泵装置自适应控制方法的流程图；

图3为电子膨胀阀的控制方法的流程图；以及

图4为热泵装置自适应控制装置的方框图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。

图1为热泵装置的系统图，该热泵装置可以为热泵热水器和热泵空调系统等，如该图所示，压缩机1的低压进口端中的换热工质为气态，通过压缩机1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，对从冷水进口流入的冷水加热，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1加压后又在冷凝器6中冷凝而变为液态，如此往复循环，冷水经与冷凝器6换热而吸收冷凝器6的冷凝热，对从冷水进口流入冷凝器6的冷水加热，使其温度升高后从热水出口输出热水。

在该热泵装置中，根据系统的运行原理，随着水温的不断升高，系统的排气温度、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。

因此，针对上述情况，在本发明中，主要采用风机及电子膨胀阀7的结合控制，尤其是采用电子膨胀阀7调节，使得蒸发器6出口制冷剂保留一定的过热度。其中，电子膨胀阀7调节所的依赖信号包括：排气，蒸发器管温，以及吸气(或类似压力信号)。

下面，分别对本发明中热泵装置的电子膨胀阀7和风机的控制进行详细描述。

对电子膨胀阀7的控制：

如前所述，热泵装置随着不同的环境，其运行状态不同，为了保证最佳的运行状态，通过在初始启动时给定电子膨胀阀7假设的最佳开度，在系统运行预定时间、例如几分钟后，判定系统的调整方向，具体是根据例如各种温度感温包所检测的信号控制电子膨胀阀7的开度，通过正反方向的跳跃而调整到新的开度，再运行一段时间，并不断重复上述过程，使得系统接近最佳运行状态。

如图1所示，相关的温度传感器包括：压缩机排气感温包2、压缩机吸气感温包3、以及蒸发器管温感温包9。电子膨胀阀7根据感温包检测的温度(即系统输入参数)按后述控制流程进行自动控制，从而达到最佳的运行效果。

为了控制电子膨胀阀7的开度，主要检测的系统输入参数有：蒸发器8进口的制冷剂状态、蒸发器8出口的制冷剂状态、以及压缩机1排气口制冷剂的状态，该制冷剂状态包括制冷剂温度或制冷剂压力，其中蒸发器8的进口温度通过经由节流元件后进入蒸发器8时的铜管温度测得，蒸发器8的出口温度由蒸发器8的出口铜管温度测得，压缩机1的排气口测得的温度为排气温度。温度测试可采用感温包或温度传感器，具体地，设置在蒸发器8的进口处、蒸发器8的出口处以及压缩机1的排气口处的感温包或温度传感器9、3、2，用于分别检测蒸发器8的进口温度、蒸发器8的出口温度以及压缩机1的排气温度。

上述参数输入后，采用过热度算法确定电子膨胀阀7的当前位置，其主要的计算方法如下：

当前电子膨胀阀7的开度＝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-蒸发器进口温度。

目标过热度根据排气温度来给定，其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7目标过热度为0℃；

如果80℃≤排气温度<100℃时，电子膨胀阀7目标过热度为1℃；

如果50℃≤排气温度<80℃时，电子膨胀阀7目标过热度为2℃；

如果40℃≤排气温度<50℃时，电子膨胀阀7目标过热度为3℃；

如果排气温度<40℃时，电子膨胀阀7目标过热度为4℃。

另外，上述各个过热度也可以为过冷度。

接着，对风机运行的控制说明如下：

启动时，根据不同的环境温度确定初始风机档位，以合适的风机转速运行。在启动后，在该转速下电子膨胀阀7自动适应最佳过热度算法，以调节过热度。其中环境温度是通过环境感温包(未图示)进行检测。

另外，上述感温包不断地检测管温，当检测到蒸发温度过高、过热度偏大、电子膨胀阀7调节到最大仍无法达到要求时，则风机降低一档。

另外，如图3所示，为电子膨胀阀7的控制方法流程图。所述的电子膨胀阀的控制方法通过控制器进行控制，控制器为中央处理器等现有技术中的公知装置。在该控制方法中，包括热泵热水器或空调器等在内的热泵装置的制冷运行从启动开始，自动搜寻最佳电子膨胀阀7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7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，还包括PI控制、PID控制以及模糊控制等。

系统启动后，电子膨胀阀7开始进行复位动作，电子膨胀阀7开度由未知开度复位为0步。

首先，在步骤S110中，所述控制器设定(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7的开度范围给定假定值，一般在电子膨胀阀7的全部开度范围内中间段选取，或者通过试验确定电子膨胀阀7的初始开度。

电子膨胀阀7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S120中：所述控制器根据蒸发器8的出口温度与进口温度的差值，按照前述方法计算电子膨胀阀7的实际过热度。将计算得到的实际过热度与目标过热度比较，根据比较结果来设置电子膨胀阀7的开度值域。如果电子膨胀阀7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，则根据比较结果，电子膨胀阀的开度值域变为[C，B]或[B，D]。在步骤S130中：所述控制器判断实际过热度与目标过热度对比，确定所述电子膨胀阀7的最优开度值域，即电子膨胀阀7动作方向在[C，B]值域还是[B，D]值域。

在步骤S140中：搜索算法采用“二分法”进行，变化开度小于0时，表示电子膨胀阀7当前开度过大，最佳开度值在[C，B]范围内，相反，如果变化开度大于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]，且为整数，当前值域范围由[C，D]更新为[C，B]。此外，搜索算法并不局限于“二分法”，也可以按照比例分或其他值域划分方法，例如按照上下值域的1/3或1/4等作为新的假定最优开度，具体地，当按照上下值域的1/3作为新的假定最优开度时，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)/3]，当前值域范围由[C，D]更新为[C，B]，且更新值只能为整数。

同时，利用步骤S150，所述控制器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S160，所述控制器认为当前电子膨胀阀7的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，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S120，并重新确定新的最优开度值域以对所述电子膨胀阀7的开度进行调整。

在步骤S170中，经过预定时间，重新确定所述电子膨胀阀7的实际过热度，并将重新确定的所述电子膨胀阀的实际过热度与所述目标过热度对比，将其差值作为变化开度。在步骤S180中，如果上述变化开度大于设定偏差值A，那么返回并重新运行步骤S120。如果变化开度小于设定偏差值A，则保持当前最优开度值域，电子膨胀阀开度等于原有开度加变化开度，然后返回步骤S160，此时进行过热度小范围调节。

在运行范围内，电子膨胀阀7的开度具有上下限，当脉冲步数达到该设定值后，根据过热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，而向允许调整的范围内的调整电子膨胀阀7动作。

接着，以上述热泵装置为例，参照图2对本发明的热泵装置自适应控制方法的流程进行说明，其包括如下步骤：

S1：热泵装置启动时，通过温度感温包等对环境温度进行检测；

S2：所述热泵装置的风机控制器根据检测的环境温度确定风机档位，此时，根据环境温度的不同，在启动时可采用不同的风机转速；

S3：在上述风机档位下，电子膨胀阀7根据前面所述的控制方法确定最优开度。

S4：在无法利用当前风机档位和膨胀阀调节达到要求时，风机升高或降低一档。

具体而言，在上述步骤S4中，通过电子膨胀阀7的最优算法调节仍无法控制蒸发温度时，即检测蒸发温度过高，过热度偏大，调节电子膨胀阀7无法达到要求，则风机调低或调高一档后，再按风机与电子膨胀阀7耦合调整，时刻控制蒸发温度与过热度。

接着，参照图4对执行上述方法的自适应控制装置进行说明。该热泵装置自适应控制装置包括如下单元：

环境温度检测单元11，用于在热泵装置启动时对环境温度进行检测；

风机档位确定单元12：根据检测的环境温度确定风机档位；

电子膨胀阀开度确定单元13，根据前面所述的控制方法确定电子膨胀阀的最优开度。

其中，在电子膨胀阀调节仍无法达到要求时，所述风机档位确定单元12将风机调低或调高一档。

综上所述，根据本发明的热泵装置自适应控制方法和装置，采用电子膨胀阀和风机档位控制，能够有效地解决热泵装置模式下系统存在的不可靠因素，确保系统在最佳的负荷下运行。

以上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。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。

符号说明

1  压缩机                      2  压缩机排气感温包

3  吸气感温包                  4  蒸发器管温感温包

6  冷凝器                      7  电子膨胀阀

8  蒸发器                      9  蒸发器管温感温包

11 环境温度检测单元            12 风机档位确定单元

13 电子膨胀阀开度确定单元

Claims (14)

1.一种电子膨胀阀的控制方法，所述电子膨胀阀设置在热泵装置的冷媒循环回路中，所述冷媒循环回路中还设置有蒸发器，其特征在于，所述的电子膨胀阀的控制方法通过控制器进行控制，包括以下步骤：

S110：所述电子膨胀阀启动并进行初始化，所述控制器将所述电子膨胀阀的开度设置在预定的初始值；

S120：在启动预定的时间后，所述控制器确定所述电子膨胀阀的实际过热度；

S130：所述控制器将所述实际过热度与目标过热度对比，确定所述电子膨胀阀的最优开度值域；以及

S140：所述控制器将所述电子膨胀阀的开度调整至所述最优开度值域。

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，在步骤S140后还包括：

步骤S150，所述控制器将所述最优开度值域与预设的最优开度偏差值对比，如果该最优开度值域范围小于所述最优开度偏差值，进入下一步骤S160，如果该最优开度值域范围大于所述最优开度偏差值，返回所述步骤S120，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S160：所述控制器确定所述电子膨胀阀的当前开度为最佳开度，并保持当前开度和当前最优开度值域。

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S160后还包括：

步骤S170：经过预定时间，所述控制器重新确定所述电子膨胀阀的实际过热度，并将重新确定的所述电子膨胀阀的实际过热度与所述目标过热度对比，将其差值作为变化开度。

4.根据权利要求3所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，在所述步骤S170后还包括：

步骤S180，所述控制器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，则保持当前最优开度值域，电子膨胀阀开度等于原有开度加上变化开度，然后返回步骤S160，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S120，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。

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，

所述步骤S120中电子膨胀阀的实际过热度、以及所述步骤S130中所述目标过热度根据系统输入参数而确定。

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，所述系统输入参数包括：蒸发器(8)进口的制冷剂状态、蒸发器(8)出口的制冷剂状态、以及压缩机(1)排气口制冷剂的状态。

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，所述的蒸发器(8)进口的制冷剂状态、所述的蒸发器(8)出口的制冷剂状态、以及所述的压缩机(1)排气口制冷剂的状态是制冷剂温度或制冷剂压力。

8.根据权利要求7所述的热泵装置自适应控制方法，其特征在于，所述制冷剂温度通过感温包或温度传感器测得，所述制冷剂压力通过压力传感器测得。

9.根据权利要求7所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S120中，电子膨胀阀的实际过热度＝蒸发器(8)出口制冷剂温度-蒸发器(8)进口制冷剂温度；

所述步骤S130中，所述目标过热度根据压缩机(1)排气口制冷剂温度而设定。

10.根据权利要求9所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于，如果所述压缩机(1)排气口制冷剂温度≥100℃，则电子膨胀阀目标过热度为0℃；

如果80℃≤压缩机(1)排气口制冷剂温度<100℃时，则电子膨胀阀目标过热度为1℃；

如果50℃≤压缩机(1)排气口制冷剂温度<80℃时，则电子膨胀阀目标过热度为2℃；

如果40℃≤压缩机(1)排气口制冷剂温度<50℃时，则电子膨胀阀目标过热度为3℃；

如果压缩机(1)排气口制冷剂温度<40℃时，则电子膨胀阀目标过热度为4℃。

11.一种热泵装置自适应控制方法，所述热泵装置包括通过管路依次连接的压缩机(1)、冷凝器(6)、电子膨胀阀(7)以及蒸发器(8)，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：热泵装置启动时，通过温度感温包对环境温度进行检测；

S2：所述热泵装置的风机控制器根据检测的环境温度确定风机档位；

S3：在所述风机档位下，所述电子膨胀阀(7)根据权利要求1至10中任一项所述的控制方法确定最优开度。

12.根据权利要求11所述的热泵装置自适应控制方法，其特征在于，在步骤S3后还包括步骤S4：当电子膨胀阀调节无法达到要求时，所述风机调低或调高一档。

13.一种热泵装置自适应控制装置，所述热泵装置包括通过管路依次连接的压缩机(1)、冷凝器(6)、电子膨胀阀(7)以及蒸发器(8)，其特征在于，所述热泵装置自适应控制装置包括：

环境温度检测单元(11)，用于在热泵装置启动时对环境温度进行检测；

风机档位确定单元(12)，根据检测的环境温度确定风机档位；

电子膨胀阀开度确定单元(13)，根据权利要求1至10中任一项所述的控制方法确定电子膨胀阀的最优开度。

14.根据权利要求13所述的热泵装置自适应控制装置，其特征在于，在电子膨胀阀调节无法达到要求时，所述风机档位确定单元(12)将风机调低或调高一档。

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