CN101495815A - 控制空调器的启动运行的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制具有压缩机以及室内和室外风扇的空调器的启动运行的方法，包括以下步骤：(a)计算室内制冷/制热负荷；(b)计算压缩机的基准运行频率；(c)在第一时间段期间驱动室内和室外风扇，以便调整室内和室外压力之间的压力平衡；(d)在预设时间段期间驱动压缩机时，提高压缩机的运行频率；(e)将压缩机的运行频率设置为基准运行频率，并驱动压缩机。在预设时间段期间以步进方式提高压缩机的运行频率，并在整个预设时间段中保持压缩机的运行频率低于基准运行频率。

Description

控制空调器的启动运行的方法
技术领域
概括地说，本发明涉及控制空调器的运行的方法，具体地说，本发明涉及控制空调器中的压缩机的启动运行的方法，该方法根据室内温度和预设温度之间的差值调整压缩机的运行量。
背景技术
如本领域公知的那样，典型的空调器具有如图1所示的结构。
参照图1，典型的空调器大致分为室外单元110和室内单元120。室外单元110包括：压缩机111、四通阀112、室外换热器113、电子膨胀阀(EEV)114、储存器115和室外风扇116。室内单元120包括室内换热器121和室内风扇123。
在具有上述结构的典型空调器的制冷运行中，将在压缩机111中压缩的高温高压气态制冷剂通过四通阀112导入室外换热器113，所述室外换热器113的功能相当于冷凝器。这种高压气态制冷剂通过室外换热器113与温度低于制冷剂的温度的室外空气进行热交换，以冷凝为高压状态。这里，室外风扇116是由室外风扇马达(未示出)驱动的，并用于与室外空气进行强制流通。
随着高压冷凝气态制冷剂通过EEV 114，其通过节流变为低温低压的液态制冷剂，并传送到室内单元120的室内换热器121。这里，室内风扇123是由室内风扇马达(未示出)驱动的，并用于与室内空气强制流通。
接下来，通过在室内换热器121与室内空气进行热传导，使液态的制冷剂蒸发，其中室内换热器121的功能相当于蒸发器。在蒸发之后，低温低压气态制冷剂沿着循环管路流回室外单元110，在循环管路中，其通过四通阀112并通过储存器115再一次导入压缩机111。这里，使用储存器115将导入压缩机111的制冷剂转变为干饱和蒸汽。
此外，在具有上述结构的典型空调器的制热运行中，反转在四通阀112处制冷剂的流向，从而，制冷剂的流向与上述制冷运行过程中的制冷剂流向相反。这时，由于室内换热器121的功能相当于冷凝器(不同于制冷运行时的功能)，通过室内风扇123，温暖的空气再一次循环到室内环境中。即，空调器的制热运行过程中的制冷剂流沿着以下循环管路：例如，“压缩机111→四通阀112→室内换热器121→EEV114→室外换热器113→四通阀112→储存器115→压缩机111”。
其间，在这种空调器(即根据室内温度和预设温度的差值通过使用上述制冷剂循环系统来调整压缩机的运行量的空调器)中，如果从启动开始就以目标频率驱动压缩机，则压缩机就可能会因为其超负荷运行而损坏，并产生震动和噪音。
解决上述问题的一个传统方法是：在驱动空调器的时候，根据具有可变转动频率的压缩机的启动运行算法而分两个阶段改变压缩机的运行频率和EEV的开启程度。
具体地说，如图2中所示，压缩机运行于两个不同的频率，即，第一启动频率A和第二启动频率B。同样，相应地，EEV运行于两个不同的开启程度，即，EEV的第一启动开启程度a和第二启动开启程度b。
具体地说，在第一启动频率A期间，将EEV开启到第一启动开启程度a，而在第二启动频率B期间，将EEV开启到第二启动开启程度b。随后，压缩机就运行于一个特定频率，并且EEV开启到一个特定开启程度，该特定频率和特定开启程度是根据(取决于用户设定的特定温度的)热负荷而合理设置的。
然而，在上述驱动空调器的传统方法(即，在驱动空调器的时候，分两个阶段改变压缩机的运行频率和EEV的开启程度的方法)中，仍然存在一些根本问题。例如，如果压缩机上的负荷由于室内和/或室外温度的突然升高而快速增加，或者如果空调器中的制冷剂泄露，那么压缩机的排气温度就会随着压力的增加而过度增高。温度过度增高的结果就是压缩机可能会损坏或排气管可能会破裂。
此外，由于压缩机在空调器的整个运行过程中的特性使其成为了振动源，所以由于上述原因导致的压力过度增加就会变成排气管的疲劳致损的另一个因素。
发明内容
技术问题
从而，本发明的一个目的就是提供一种控制空调器运行的方法，该方法能够通过在室内压力和室外压力之间建立平衡状态、并随后以逐渐的方式调整压缩机的运行频率来实现最优的压缩机启动条件，该平衡状态是在响应运行开始信号而运行压缩机之前，通过驱动室内和/或室外风扇达到的。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种控制具有压缩机以及室内和室外风扇的空调器的启动运行的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)根据室内温度、室外温度以及所述室内温度和目标温度之间的差值，计算室内制冷/制热负荷；
(b)通过使用所计算出的室内制冷/制热负荷，计算压缩机的基准运行频率；
(c)当输入空调器的运行开始信号后，在第一时间段期间驱动室内和室外风扇，以便调整室内和室外压力之间的压力平衡；
(d)在预设时间段期间驱动压缩机时，以步进方式提高压缩机的运行频率，其中，在整个预设时间段中，保持压缩机的运行频率低于基准运行频率；
(e)将压缩机的运行频率设置为基准运行频率，并驱动压缩机。
根据本发明的另一方面，提供一种控制具有压缩机以及室内和室外风扇的空调器的启动运行的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)根据室内温度、室外温度以及室内温度和目标温度之间的差值，计算室内制冷/制热负荷；
(b)通过使用所计算出的室内制冷/制热负荷，计算压缩机的基准运行频率；
(c)当输入空调器的运行开始信号后，在第一时间段期间驱动室内和室外风扇，以便调整室内和室外压力之间的压力平衡；
(d)在第二时间段期间，将压缩机的运行频率设置为小于基准运行频率的初始运行频率，并驱动压缩机；
(e)在第三时间段期间，将压缩机的运行频率设置为基准运行频率和当前运行频率之间的中值频率，并驱动压缩机；
(f)将步骤(e)重复N次，其中N是大于1的整数预设值；
(g)将压缩机的运行频率设置为基准运行频率，并驱动压缩机。
有益效果
如上所述，不同于传统的方法(即，在驱动压缩机的时候，分两个阶段改变压缩机的运行频率和EEV的开启程度)，本发明以以下方式控制压缩机的启动运行。在电源开启时，根据室内温度和预设目标温度之间的差值和校正系数计算基准运行频率，并随后，在输入运行开始信号时，通过驱动室内和室外风扇来建立室内和室外压力之间的平衡状态。其后，以步进方式将压缩机的运行频率提高到计算出的基准运行频率。从而，通过降低压缩机的排气压力(discharge pressure)的增长率，能够实现最优的压缩机运行条件，并从而可以有效地防止现有的技术问题，即由压缩机的排气压力和温度的过度增高而引发的压缩机损坏或排气管破裂。
附图说明
通过下面结合附图给出的实施例的详细描述，本发明的上述和其他目的和特征将变得更加显而易见，在附图中：
图1示出了典型的空调器系统的整体结构图；
图2给出了解释分两个时间间隔控制空调器的启动运行的传统方法的时序图；
图3示出了空调器的运行控制设备的方框图，该设备适合应用根据本发明的实施例的空调器的运行控制方法；
图4和图5为示出了根据本发明的空调器的运行控制方法的流程图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述本发明的各个实施例。
如下文中的描述，不同于传统方法(即，操作空调器的时候，分两个阶段改变压缩机的运行频率和EEV的开启程度的方法)，本发明以以下方式控制压缩机的启动运行：在输入电源时，根据室内温度和预设温度的差值以及每个校正系数来计算基准运行频率。其后，在输入运行开始信号后，通过驱动室内和室外风扇首先建立室内压力和室外压力之间的平衡状态之后，以步进方式将压缩机的运行频率提高到计算出的基准运行频率。通过使用这种技术手段能够更容易地实现本发明的目的。
图3示出了空调器的运行控制设备的方框图，该设备适合应用根据本发明的空调器的运行控制方法。运行控制设备包括：室内温度传感器302、室外温度传感器304、操作模块306、控制模块308、存储模块309、EEV驱动模块310、室内风扇驱动模块312、室外风扇驱动模块314以及压缩机驱动模块316。
参照图3，室内温度传感器302安装在(例如)图1中所示的室内单元120的特定位置，用于测量室内温度。随后，将测得的室内温度传送到控制模块308。同样的，室外温度传感器304安装在(例如)图1中所示的室外单元110的特定位置，用于测量室外温度。随后，将测量的室外温度传送到控制模块308。
操作模块306设置有多个操作键，用于使用户能够输入各种运行信息，例如：上电、运行模式(制冷运行模式、制热运行模式等等)、目标温度、目标风量等等。将从用户接收的各种运行信息传送到控制模块308。
控制模块308包括(例如)微处理器等等，用于执行空调器的整体运行控制，并确定室内温度、室外温度以及室内温度和目标温度的差值的校正系数。为此，在存储模块309中，以表格的形式预先存储了室内温度、室外温度以及室内温度和目标温度的差值的校正系数。
此外，控制模块308根据预设制冷量、预设制热量和每个确定的校正系数来计算室内制冷/制热负荷；并根据计算出的室内制冷/制热负荷来计算压缩机的基准运行频率。控制模块308根据计算出的基准运行频率对压缩机的启动运行进行自适应控制。这里，制冷和制热量为根据室内单元量的固定值。
此外，对于根据本发明的空调器的运行控制，控制模块308对室内风扇、室外风扇、EEV、压缩机等等的运行进行自适应(即，以步进方式或逐渐地)控制操作。下面将参照图4和图5对这些过程进行更详细的描述。
接下来，EEV驱动模块310响应由控制模块308提供的开启程度控制信号，控制图1中所示的EEV 114的开启程度。室内风扇驱动模块312响应来自控制模块308的室内风扇驱动控制信号对图1中所示的室内风扇123的运行进行控制。室外风扇驱动模块314响应来自控制模块308的室外风扇驱动控制信号对图1中所示的室外风扇116的运行进行控制。最后，压缩机驱动模块316响应来自控制模块308的压缩机驱动控制信号来控制压缩机111以预设运行频率运行。
下面，将对根据本发明的(使用具有上述结构的空调器的运行控制设备的)空调器的运行控制的步进过程进行描述。
图4和图5为示出了根据本发明的实施例的空调器的运行控制方法的流程图。
参照图4和图5，当在空调器处于待机节电模式期间由用户输入上电信号时，即，如果从操作模块306输入上电信号(步骤S402和S404)，则室内温度传感器302测量室内温度(室内空气温度)Tai并将Tai提供给控制模块308，同时，室外温度传感器304测量室外温度(室外空气温度)Tao并将Tao传送到控制模块308(步骤S406)。
响应于上述操作，控制模块308参照存储在存储模块309中的校正系数表，确定室内温度的校正系数FTai、室外温度的FTao以及室内温度和目标温度(用户设定温度)的差值dT的FdT(步骤S408)。这里，如上确定的每个校正系数都用于调整压缩机的运行频率。
为了上述目的，存储模块309存储制成表格形式的校正系数。例如，可将那些校正系数定义为如表格1到3中所示的那样。
表1
[表1]
Figure A20078002838600111
表2
[表2]
Figure A20078002838600112
表3
[表3]
Figure A20078002838600121
表1示出了在制冷和制热运行模式下用于调整压缩机运行频率的室内温度的校正系数的示例列表，表2表示制冷和制热运行模式下用于调整压缩机运行频率的室外温度的校正系数的示例列表。表3描述了在制冷和制热运行模式下室内温度和目标温度的差值的校正系数的示例列表。
随后，控制模块308根据预设制冷量Qc、预设制热量Qh、室内温度的校正系数FTai、室外温度的校正系数FTao以及室内温度和目标温度的差值的校正系数FdT，通过公式1计算室内制冷/制热负荷Q(步骤S410)。
公式1
[公式1]
Figure A20078002838600122
接下来，控制模块308根据从公式1中得出的室内制冷/制热负荷Q通过使用公式2计算压缩机运行的基准运行频率Fb(步骤S412)。如公式2中所示，Fb是Q的函数。
公式2
[公式2]
Fb＝F(Q)
通常，制冷运行时，空调器中的压缩机运行频率范围近似为30Hz到70Hz，制热运行时，运行频率范围近似为30Hz到95Hz。因此，如果空调器处于制冷模式，则控制模块308计算出的压缩机的基准运行频率在大约30Hz到70Hz的范围内。类似地，如果空调器处于制热模式，则控制模块308计算出的压缩机的基准运行频率在大约30Hz到95Hz的范围内。
也就是说，当电源开启的时候，压缩机运行的基准运行频率是通过上述过程计算出的。
在计算出基准运行频率之后，控制模块308检查是否从操作模块306接收到运行开始信号(即，基于用户操作(或提前设定)的运行开始信号)(步骤S414)。在步骤S414的检查结果中，如果输入运行开始信号，则控制模块308改变EEV 114的开启程度。其后，控制模块308通过使用四通阀112来改变制冷剂的流通路径，使其适合运行条件，并且，同时在预设时间段运行室内风扇123和室外风扇116(步骤S416和S418)。这时，压缩机111的运行频率为0Hz。在步骤S418，标记符号t1表示第一预设时间段(例如，1分钟)，标记符号n1表示已过去的时间段。
在第一预设时间段运行室内风扇123和室外风扇116、而不在一旦接收到运行开始信号时就立刻驱动压缩机的原因是为了在驱动压缩机111之前调整室内/室外的压力平衡。
接下来，步骤S418的检查的结果中，如果第一预设时间段t1已经过去，则控制模块308将压缩机111的运行频率设置为小于基准运行频率的第一预设频率m1(例如，30Hz)，并驱动压缩机111。在第二预设时间段(例如，1分钟)以第一预设频率m1运行压缩机111(步骤S420和步骤S422)。在步骤S422，标记符号t2表示第二预设时间段，标记符号n2表示已过去的时间段，其中，在第二预设时间段期间，以第一设置频率m1驱动压缩机111。
在步骤S422中检查的结果内，如果第二预设时间t2已经过去，则控制模块308将压缩机111的运行频率设置为第二设置频率m2，该第二设置频率m2的值在(例如)计算出的基准运行频率和第一预设频率m1之间，并且控制模块308以第二预设频率m2驱动压缩机111。在第三预设时间段中(例如，1分钟)压缩机111运行于第二预设频率m2(步骤S424和S426)。在步骤S426，标记符号t3表示第三预设时间段，标记符号n3表示已过去的时间段，其中，在第三预设时间段期间以第二预设频率m2驱动压缩机111。对于压缩机111的稳定运行控制，优选情况下将第二预设频率m2设置为(但不限于)计算出的基准运行频率和第一预设频率m1之间的中值。
在步骤S426的检查结果中，如果第三预设时间段t3已经过去，则控制模块308将压缩机111的运行频率设置为第三预设频率m3，第三预设频率m3为(例如)计算出的基准运行频率和第二预设频率m2之间的频率，并以第三预设频率m3驱动压缩机111。在第四预设时间段(例如，1分钟)期间，压缩机111继续运行于第三预设频率m3(步骤S428和S430)。在步骤S430，标记符号t4表示其间以第三预设频率m3驱动压缩机111的第四预设时间段，标记符号n4表示已经过去的时间段。对于压缩机111的稳定运行控制，优选情况下，将第三预设频率m3设置为(但不限于)计算出的基准运行频率和第二预设频率m2之间的中值。
最后，在步骤S430检查的结果中，如果第四预设时间段t4已经过去，则控制模块308通过以计算出的基准运行频率驱动压缩机111来终止压缩机111的启动运行(步骤S432)。
根据本发明的空调运行控制方法，可通过以下方式实现最优的压缩机驱动条件，即执行压缩机的启动控制，使压缩机的运行频率在特定间隔以步进方式增加，直到压缩机的运行频率达到目标运行频率(基准运行频率)为止。从而，压缩机的排气压力缓慢地增加，并因此能够更高效地防止诸如压缩机中的油焦化之类的技术问题，这种问题是由于压力的增加而引发的排气温度的快速增加而导致的。
此外，由于控制压缩机的启动来在特定间隔以步进方式将压缩机运行频率增加到目标运行频率，所以能够抑制运行电流的增加，以便达到对压缩机马达的RPM的更精确控制，从而实现本发明的首要目的，即，使用转动频率受控的压缩机对高效制冷/制热系统进行最优控制。
其间，根据本发明的实施例，尽管压缩机的启动是通过以步进方式经四阶段(0Hz以及第一至第三预设频率)将压缩机的运行频率增加到基准运行频率来控制的，但是该实施例仅是为了说明的目的，本发明并不受此限制。如果应用需要，或根据应用，压缩机的运行频率可分为多于四个的阶段(例如，五个、六个、七个、八个阶段等等)并通过多于四个的阶段进行控制，很明显，通过使用上述方案，能够更平稳地控制压缩机的启动运行。
此外，根据本发明的实施例，尽管压缩机的驱动是均匀地以四个阶段(其中每一阶段为一分钟)的运行频率进行的，但是该实施例仅是为了说明的目的，本发明并不受此限制。很明显，考虑到各种因素(例如，压缩机的周围环境)，可以增长或减短该时间段。也要注意，无论何时需要或根据应用，都可将在每阶段压缩机的运行时间进行不等地设置。
此外，根据本发明的实施例，尽管室内温度、室外温度和温度差(即，室内温度和目标温度的差值)的校正系数是从预存储的表格中读取的，但是该实施例仅是为了说明的目的，本发明并不受此限制。很明显，作为除预存储在表格中的另一种选择，可以以实时的方式计算校正系数。
虽然上面参照实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将会明白，在不脱离权利要求书定义的本发明的保护范围的基础上，可以进行各种变化和修改。

Claims (11)

1、一种控制具有压缩机以及室内和室外风扇的空调器的启动运行的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)根据室内温度、室外温度、以及所述室内温度和目标温度之间的差值，计算室内制冷/制热负荷；
(b)通过使用所计算出的室内制冷/制热负荷，计算所述压缩机的基准运行频率；
(c)当输入所述空调器的运行开始信号后，在第一时间段期间驱动所述室内和室外风扇，以便调整室内和室外压力之间的压力平衡；
(d)在预设时间段期间驱动所述压缩机时，以步进方式提高所述压缩机的运行频率，其中，在整个所述预设时间段中，保持所述压缩机的运行频率低于所述基准运行频率；
(e)将所述压缩机的运行频率设置为所述基准运行频率，并驱动所述压缩机。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(a)包括以下步骤：
(a1)测量所述室内和室外温度，并计算所测得的室内温度和所述目标温度之间的差值；
(a2)根据预设校正系数，分别确定所述室内温度、所述室外温度以及所述温度差值的校正系数；
(a3)通过使用预设制冷量、预设制热量以及所确定的校正系数，计算所述室内制冷/制热负荷。
3、根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中驱动所述室内和室外风扇之前，将所述压缩机的运行频率设置为0Hz。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤(d)包括以下步骤：
(d1)在第二时间段期间，将所述压缩机的运行频率设置为小于所述基准运行频率的第一频率，并驱动所述压缩机；
(d2)在第三时间段期间，将所述压缩机的运行频率设置为范围在所述基准运行频率和所述第一频率之间的第二频率，并驱动所述压缩机；
(d3)在第四时间段期间，将所述压缩机的运行频率设置为范围在所述基准运行频率和所述第二频率之间的第三频率，并驱动所述压缩机。
5、根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二频率是所述基准运行频率和所述第一频率之间的中值频率。
6、根据权利要求4所述的方法，其中，所述第三频率是所述基准运行频率和所述第二频率之间的中值频率。
7、根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一至第四时间段均具有相等的时间长度。
8、一种控制具有压缩机以及室内和室外风扇的空调器的启动运行的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)根据室内温度、室外温度、以及所述室内温度和目标温度之间的差值，计算室内制冷/制热负荷；
(b)通过使用所计算出的室内制冷/制热负荷，计算所述压缩机的基准运行频率；
(c)当输入所述空调器的运行开始信号后，在第一时间段期间驱动所述室内和室外风扇，以便调整室内和室外压力之间的压力平衡；
(d)在第二时间段期间，将所述压缩机的运行频率设置为小于所述基准运行频率的初始运行频率，并驱动所述压缩机；
(e)在第三时间段期间，将所述压缩机的运行频率设置为所述基准运行频率和当前运行频率之间的中值频率，并驱动所述压缩机；
(f)将所述步骤(e)重复N次，其中N是大于1的整数预设值；
(g)将所述压缩机的运行频率设置为所述基准运行频率，并驱动所述压缩机。
9、根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤(a)包括以下步骤：
(a1)测量所述室内和室外温度，并计算所测得的室内温度和所述目标温度之间的差值；
(a2)根据预设校正系数，分别确定所述室内温度、所述室外温度以及所述温度差值的校正系数；
(a3)通过使用预设制冷量、预设制热量以及所确定的校正系数，计算所述室内制冷/制热负荷。
10、根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤(c)中驱动所述室内和室外风扇之前，将所述压缩机的运行频率设置为0Hz。
11、根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一至第三时间段均具有相等的时间长度。
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