CN102032731B - 中央空调器及控制该中央空调器中冷媒流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一方面提供一种中央空调器，包括：蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀，电子膨胀阀连接在蒸发器与冷凝器之间冷媒管路上，还包括：液位计，与蒸发器或冷凝器连接；控制电子膨胀阀开度的控制器，具有输入端口和输出端口，控制器的输入端口与液位计信号发送端连接，控制器输出端口与电子膨胀阀信号接收端连接。另一方面，还提供一种控制中央空调器中冷媒流量的方法，包括：在中央空调器运行阶段，将液位计检测到的蒸发器或冷凝器的实时冷媒液位L1，发送给控制器；以及控制器将L1与第一目标液位L比较，并根据比较结果调节电子膨胀阀开度，以使L1逼近并最终到达L。本发明能够避免压机液击，并提高了对冷媒流量的控制精度。

Description

中央空调器及控制该中央空调器中冷媒流量的方法

技术领域

本发明涉及一种中央空调器及控制该中央空调器中冷媒流量的方法。

背景技术

中央空调器广泛应用于大型建筑中，具有换热量较大、能效比较高的特点。以现有技术中的制冷空调为例，通过压缩机将冷媒压缩成高温高压气体，然后经过冷凝器冷凝成液体，再经过节流装置后到蒸发器进行蒸发吸热，从而达到制冷目的。这个循环过程中在中央空调机组结构和冷媒已定的情况下，影响机组制冷量和能效比的主要因素就是冷媒流量的控制。目前控制冷媒流量的方式是通过响应过热度反馈信号进而控制节流装置的方式来实现的。冷媒流量控制装置包括有吸气温度传感器、吸气压力传感器及电子膨胀阀。吸气过热度的算法是用吸气温度减去蒸发温度，吸气温度可通过传感器直接测得，而蒸发温度则需计算得出。

例如，在中国专利200520129922.9中，公开了一种用于多联空调的冷媒循环量控制装置，具有电子膨胀阀、吸气温度传感器和低压压力传感器，控制方法是根据吸气温度传感器测得的吸气温度，减去低压压力传感器测得的低压压力所对应的饱和温度值，得到实际吸气过热度值，将该值与目标过热度值比较，根据比较结果通过调节电子膨胀阀开度控制冷媒流量。

这种冷媒流量控制方法的主要缺点在于控制精确度不高，因为在机组的整个运行过程中压力温度在实时变化，而过热度的获得过程中存在计算过程，非直接测量得出，因此不能完全地反映机组实时运行情况，导致影响控制精度。以机组开机时的情况为例，吸气温度传感器采集的温度接近于环境温度，机组开启后吸气压力传感器能够迅速反应实际压力，但温度变化没有压力变化快，所以刚开机时计算出的过热度会很大，这样会使电子膨胀阀开度很大。这种控制精度环节中出现的问题，将直接导致液击而影响压缩机寿命。不仅开机时如此，在负荷经常变化的场合，也会有这种控制精度受环境温度及工况影响较大的情况出现。这个缺点对于磁悬浮离心机组而言是有致命伤害的，因为这种机组的压缩机最高转速达50000转/分钟，液击很容易将压缩机的叶轮打坏使压缩机报废。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种中央空调器及控制该中央空调器中冷媒流量的方法，以提高冷媒流量的控制精度，并避免了压机液击的缺陷。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种中央空调器，包括：蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀，电子膨胀阀连接在蒸发器与冷凝器之间的冷媒管路上，还包括：液位计，与蒸发器或冷凝器连接；以及控制电子膨胀阀的开度的控制器，具有输入端口和输出端口，其中，控制器的输入端口与液位计的信号发送端连接，控制器的输出端口与电子膨胀阀的信号接收端连接。

优选地，还包括检测蒸发器和/或冷凝器中冷媒压力的压力传感器，其中，压力传感器连接于蒸发器和/或冷凝器，并且压力传感器具有压力信号发送端，压力信号发送端与控制器的输入端口连接。

优选地，液位计固定于蒸发器或冷凝器的外部。

优选地，中央空调器为具有磁悬浮离心压缩机的中央空调器，蒸发器连接于压缩机的吸气口侧，冷凝器连接于压缩机的排气口侧。

优选地，控制器为PID控制器。

另一方面，本发明还提供一种控制中央空调器中冷媒流量的方法，中央空调器具有开机初始阶段、运行阶段和关机阶段，该中央空调器为本发明前述任一中央空调器，所述方法包括如下步骤：步骤1，在中央空调器的运行阶段，将液位计检测到的蒸发器或冷凝器的实时冷媒液位L1，发送给控制器；以及步骤2，控制器将实时冷媒液位L1与设定的第一目标液位L进行比较，并根据比较的结果调节电子膨胀阀的开度，以使得实时冷媒液位L1逼近并最终到达第一目标液位L。

优选地，在所述中央空调器的开机初始阶段，压力传感器将蒸发器和/或冷凝器中冷媒的第一实时压力值P发送至控制器，控制器将第一实时压力值P与已设定的第一压力值区间[P1′，P1]的端点值进行比较，其中，若P≥P1，或P≤P1′，控制器发出压力预警信号及开度控制信号，电子膨胀阀响应于开度控制信号增大其开度M1，并且在满足P1′＜P＜P1的情形下，保持电子膨胀阀的开度不变。

优选地，在中央空调器的运行阶段，压力传感器将检测的第二实时压力值P′发送至控制器，控制器将第二实时压力值P′与已设定的第二压力值区间[P2′，P2]的端点值进行比较，其中，若P′≥P2，或P′≤P2′，控制器发出压力预警信号及开度控制信号，电子膨胀阀响应于开度控制信号增大其开度，直至满足P2′＜P′＜P2。

优选地，在中央空调器的关机阶段，中央空调器执行关机指令并设定第二目标液位L2，第二目标液位L2小于第一目标液位L；以及将液位计检测到的实时冷媒液位L1′发送至控制器，控制器将实时冷媒液位L1′与第二目标液位L2进行比较，并根据比较的结果控制电子膨胀阀的开度，以使得实时冷媒液位L1′逼近并最终到达第二目标液位L2。

本发明的有益效果是：(1)由于根据液位计检测的蒸发器或冷凝器中冷媒的液位信号，本发明能够实时控制电子膨胀阀的开度，消除了现有技术中由吸气过热度控制开度而造成的压机液击的缺陷，从而对压缩机有保护作用，减少了压缩机的维修概率；(2)控制精确度高，本发明采用的控制方式中所需的液位信号，与现有技术控制方式中所需的吸气过热度信号相比，本发明所需信号直接由测量得出，无需将温度压力等信号换算成过热度，由此使整个控制过程的灵敏度和精确度显著提高，从而使中央空调器的能力和能效发挥到设计极点，进一步，当本发明优选为磁悬浮离心机组时，具有更高的能效比；(3)运行更加稳定安全，压力传感器实时采集蒸发器和/或冷凝器中的冷媒的压力信号，控制器根据该压力信号控制电子膨胀阀的开度，使制冷系统中的压力始终保持在一个适当的水平，可保证系统稳定、安全运行。

附图说明

图1是本发明中央空调器的示意图，图中箭头方向表示冷媒流向。

图2是本发明的控制中央空调器中冷媒流量的方法的流程图，示出了响应于压力检测值控制电子膨胀阀之开度的流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行描述。

在中央空调机组结构和冷媒已定的情况下，影响机组换热量和能效比的主要因素就是冷媒流量的控制。事实上，对冷媒流量的控制可对应于对蒸发器和冷凝器中冷媒液位(液面高度)的控制。因为，吸气过热度越高，说明蒸发器中冷媒液面越低，就需要增大电子膨胀阀的开度以增加冷媒流量，这样，在降低了过热度的同时也发生了冷媒液面提高的效果；反之，吸气过热度低时，减小电子膨胀阀的开度以减少冷媒流量，在提高了过热度的同时也发生了冷媒液面降低的效果。因此，一个吸气过热度值，可对应于一个蒸发器中的冷媒液位，也就是说，控制冷媒液面的高度，与控制吸气过热度一样，可达到控制冷媒流量的目的。据此，本发明的一个方面提供一种中央空调器，通过控制冷媒液面高度实现控制冷媒流量的效果。

参见图1，本发明中央空调器包括蒸发器2、冷凝器3，以及将蒸发器2、冷凝器3连接起来的冷媒管路8。该中央空调器还包括压缩机1，蒸发器2连接于压缩机1的吸气口侧，冷凝器3连接于压缩机1的排气口侧。本实施例中，中央空调器优选为磁悬浮离心机组，即具有磁悬浮离心压缩机的中央空调。如图所示，中央空调器还具有液位计5、电子膨胀阀4以及控制电子膨胀阀4的开度的控制器7。其中，具有信号发送端的液位计5与冷凝器3连接，用于实时读取冷凝器3内的冷媒的液面高度(液位)，并通过其信号发送端发送读取到的液位信号，控制器7响应液位计5发送的液位信号以控制电子膨胀阀4的开度。根据不同的型号，液位计5可有不同的固定方式，本实施例中，液位计5固定于冷凝器3的外壁上。此外，具有信号接收端的电子膨胀阀4连接在位于蒸发器2和冷凝器3之间的冷媒管路8中，响应于接收到的控制信号，电子膨胀阀4以其不同的开度控制冷媒管路8中的冷媒的流量。再有，控制器7通过其输入端口和输出端口，将液位计5和电子膨胀阀4连接起来，用作信息反馈元件的液位计5连接于控制器7的输入端口，用作执行元件的电子膨胀阀4连接于控制器7的输出端口。

则，根据上述，液位计5可将其采集到的液位，通过其信号发送端实时地发送至控制器7的输入端口，控制器7将实时液位与预先设定的目标液位进行比较，根据两者的差值计算出电子膨胀阀4的校正开度，并将该校正开度的信号由其输出端口传递至电子膨胀阀4。电子膨胀阀4的信号接收端接收到该信号后，作出响应调整开度，使实际的冷媒液面高度快速逼近并最终达到目标液位，实现冷媒流量的控制。本发明采用的控制方式中所需的液面高度信号，与现有技术控制方式中所需的吸气过热度信号相比，就信号采集环节而言，本发明所需信号直接由测量得出，无需计算过程；就控制环节而言，程序所需接收的反馈信息量少，计算量相应地减小，由此使整个控制过程的灵敏度和精确度显著提高。因之，本发明的中央空调器具有更好的换热效果和更高的能效比。

尽管本实施例中液位计5与冷凝器3连接，不排除在其他实施例中液位计5与蒸发器2连接，连接方式及液位计5的功能，与本实施例相同。

继续参见图1，根据本发明的优选实施方式，中央空调还包括具有压力信号发送端的压力传感器6。图中所示压力传感器6有两个，分别与蒸发器2和冷凝器3连接。在其他实施例中，可以只设置一个压力传感器6，连接在蒸发器2上，或者连接在冷凝器3上。压力传感器6的压力信号发送端与控制器7的输入端口连接。该压力传感器6用于实时采集蒸发器2和/或冷凝器3中的冷媒的压力，并将该压力信号从其信号发送端传递至控制器7中，与预先设定的压力标准值进行比较。若蒸发器2和/或冷凝器3中的冷媒的压力过高或过低，控制器7将发出预警信号并输出控制信号以调整电子膨胀阀4的开度，使制冷系统中的压力回复到正常水平，保证系统安全运行。

本发明的另一方面提供一种上述中央空调器的冷媒流量控制方法，包括开机控制步骤、运行控制步骤和关机控制步骤，其中，中央空调器具有开机初始阶段、运行阶段、关机阶段，相应地，开机控制步骤在开机初始阶段执行，运行控制步骤在运行阶段执行，关机控制步骤在关机阶段执行。

具体来讲，参见图2，在开机控制步骤中，中央空调器执行开机指令时，电子膨胀阀4保持开度M1，该开度根据机组的不同情况设定。电子膨胀阀4在T1时间段内保持开度M1，其目的在于给压缩机1的冷却喷射提供一个较高的压差，如果压差不够，造成冷媒喷射不足，将导致压缩机1报警停机。在开机运行阶段(T1时间段内)，一种优选实施方式为，压力传感器6将蒸发器2和/或冷凝器3中冷媒的实时压力值P发送至控制器7，控制器7将P与事先已设定好的第一压力值区间[P1′，P1]的端点值进行比较。其中，端点值P1和P1′根据机组的自身结构设定，并且P1＞P1′。如果P≥P1，说明蒸发器2和/或冷凝器3中冷媒的压力过大；如果P≤P1′，说明蒸发器2和/或冷凝器3中冷媒的压力过小。这时，控制器7发出压力预警信号及用于开度的控制信号，电子膨胀阀4响应于控制器7的控制信号增大其开度M1，直至满足P1′＜P＜P1。

继续参见图2，T1时间段结束后，中央空调器机组进入运行阶段。在冷媒流量的运行控制步骤中，液位计5将实时读取的蒸发器2或冷凝器3中的冷媒液位L1通过其信号发送端发送至控制器7的输入端口，控制器7将L1与事先已设定好的第一目标液位L进行比较。应该理解，第一目标液位L是根据机组冷凝器3或蒸发器2的结构设计而计算出的最佳液面高度，冷媒具有该目标液位L时，机组即运行于最高能效比状态。实时的液位L1与第一目标液位L之间会存在一个差值，根据此差值，控制器7可计算出电子膨胀阀4的校正开度。进而，控制器7将该校正开度的控制信号传递至电子膨胀阀4的信号接收端，电子膨胀阀4响应于控制器7的控制信号调整其开度，使L1快速逼近并最终达到L。此控制过程可通过控制器7的PID模糊控制来实现。

进一步，在运行控制步骤中，即，在所述第一时间段T1后以及在所述中央空调器执行关机指令之前，一种优选实施方式是，压力传感器6将蒸发器2和/或冷凝器3中冷媒的实时压力值P′发送至控制器7，控制器7将P′与事先已设定好的第二压力值区间[P2′，P2]进行比较。其中，端点值P2和P2′根据机组自身的结构设定，并且P2＞P2′。若P′≥P2，说明蒸发器2和/或冷凝器3中冷媒的压力过大；或P′≤P2′，说明蒸发器2和/或冷凝器3中冷媒的压力过小。这时，控制器7就发出压力预警信号及用以控制开度的控制信号，电子膨胀阀4响应于控制器7的控制信号增大其开度，直至满足P2′＜P′＜P2。如此，将制冷系统中的冷媒压力控制到正常水平后，控制器7继续根据液位计5发送的实时液位L1进行冷媒流量控制。

进一步，在关机阶段，在中央空调器执行关机指令后，控制器7将实时液位L1′与事先已设定好的第二目标液位L2进行比较，计算电子膨胀阀4的校正开度并发出控制信号，电子膨胀阀4响应于控制器7的控制信号调整其开度，使L1′快速逼近于L2并保持在L2。其中，L2根据机组的结构设定，其目的在于保证下次开机前，机组蒸发器2或冷凝器3的液面不要太高，防止开机液击。

优选地，本发明中控制器为PID控制器。

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。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 (7)

1.一种中央空调器，包括：

蒸发器(2)、冷凝器(3)、电子膨胀阀(4)，所述电子膨胀阀(4)连接在所述蒸发器(2)与冷凝器(3)之间的冷媒管路(8)上，

其特征在于，还包括：

液位计(5)，与所述蒸发器(2)或冷凝器(3)连接；以及

控制所述电子膨胀阀(4)的开度的控制器(7)，具有输入端口和输出端口，

其中，所述控制器(7)的输入端口与所述液位计(5)的信号发送端连接，所述控制器(7)的输出端口与所述电子膨胀阀(4)的信号接收端连接，

还包括检测所述蒸发器(2)和/或冷凝器(3)中冷媒压力的压力传感器(6)，其中，所述压力传感器(6)连接于所述蒸发器(2)和/或冷凝器(3)，并且所述压力传感器(6)具有压力信号发送端，所述压力信号发送端与所述控制器(7)的输入端口连接，

所述压力传感器实时采集蒸发器和/或冷凝器中的冷媒的压力信号，控制器根据该压力信号控制电子膨胀阀的开度。

2.根据权利要求1所述的中央空调器，其特征在于，所述液位计(5)固定于所述蒸发器(2)或冷凝器(3)的外部。

3.根据权利要求1-2任一项所述的中央空调器，其特征在于，所述中央空调器为具有磁悬浮离心压缩机的中央空调器，所述蒸发器(2)连接于所述压缩机(1)的吸气口侧，所述冷凝器(3)连接于所述压缩机(1)的排气口侧。

4.根据权利要求1-2任一项所述的中央空调器，其特征在于，所述控制器(7)为PID控制器。

5.一种控制中央空调器中冷媒流量的方法，所述中央空调器具有开机初始阶段、运行阶段和关机阶段，其特征在于，所述中央空调器为权利要求1-4中任一项所述的中央空调器，所述方法包括如下步骤：

步骤1，在所述中央空调器的运行阶段，将所述液位计(5)检测到的所述蒸发器(2)或冷凝器(3)的实时冷媒液位L1，发送给所述控制器(7)；以及

步骤2，所述控制器(7)将所述实时冷媒液位L1与设定的第一目标液位L进行比较，并根据所述比较的结果调节所述电子膨胀阀(4)的开度，以使得所述实时冷媒液位L1逼近并最终到达所述第一目标液位L，

其中，在运行阶段，压力传感器实时采集蒸发器和/或冷凝器中的冷媒的压力信号，控制器根据该压力信号控制电子膨胀阀的开度，在将冷媒压力控制在第二压力值区间内后，控制器继续根据液位计发送的实时液位L1进行冷媒流量控制，

其中，在所述中央空调器的开机初始阶段，所述压力传感器(6)将所述蒸发器(2)和/或冷凝器(3)中冷媒的第一实时压力值P发送至所述控制器(7)，所述控制器(7)将所述第一实时压力值P与已设定的第一压力值区间[P1′，P1]的端点值进行比较，

其中，若P≥P1，或P≤P1′，所述控制器(7)发出压力预警信号及开度控制信号，所述电子膨胀阀(4)响应于所述开度控制信号增大其开度M1，并且在满足P1′＜P＜P1的情形下，保持所述电子膨胀阀(4)的开度不变。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述中央空调器的运行阶段，所述压力传感器(6)将检测的第二实时压力值P′发送至所述控制器(7)，所述控制器(7)将所述第二实时压力值P′与已设定的所述第二压力值区间[P2′，P2]的端点值进行比较，

其中，若P′≥P2，或P′≤P2′，所述控制器(7)发出压力预警信号及开度控制信号，所述电子膨胀阀(4)响应于所述开度控制信号增大其开度，直至满足P2′＜P′＜P2。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述中央空调器的关机阶段，所述中央空调器执行关机指令并设定第二目标液位L2，所述第二目标液位L2小于所述第一目标液位L；以及

将所述液位计(5)检测到的实时冷媒液位L1′发送至所述控制器(7)，所述控制器(7)将所述实时冷媒液位L1′与所述第二目标液位L2进行比较，并根据所述比较的结果控制所述电子膨胀阀(4)的开度，以使得所述实时冷媒液位L1′逼近并最终到达所述第二目标液位L2。

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