CN102901293B - 精密调节电子膨胀阀的空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空调领域中精密调节电子膨胀阀的空调器及其控制方法，能对电子膨胀阀的流量提前进行调节。该空调器及其控制方式，是在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置分别设置2个温度传感器；温度传感器的温度采样周期为0.1-1秒，中央处理单元根据蒸发器或冷凝器上2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度以及温度变化速率和方向，当室内温度传感器检测的温度接近设定温度时，中央处理单元根据计算结果对电子膨胀阀的开启度进行提前调节控制，控制过热度或过冷度为0-2℃。可以实现在压缩机相同频率下空调系统能力的增加，从而达到节能10%并使空调运行在舒适性的温度范围内，可广泛用于带电子膨胀阀的变频空调器中。

Description

精密调节电子膨胀阀的空调器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调及其控制方法，尤其是涉及一种利用精密调节电子膨胀阀进行精确控温的空调及其控制方法。

背景技术

空调作为制冷或制热设备，已经成为了人们生活的一部分，实实在在地提高了人们生活的舒适性。为了更好地实现对空调器的控制，需要对空调的温度进行检测，通过温度这个变量来实现对空调的控制功能。如专利号为CN200910203600.7的授权专利，所采用的技术方案就是配备用于检测过热度及过冷度的传感器和能够调节所喷射的制冷剂量的喷射膨胀阀，由此制冷运行时控制冷凝器出口侧的过冷度，而制热运行时控制所喷射的制冷剂的过热度，以使在制冷运行及制热运行时喷射最合适的制冷剂量，从而在任何制冷制热运行条件下均能确保系统的可靠性。

又如，专利号为CN200710112061.7的授权专利，所采用的技术方案是一种电子膨胀阀的控制方法，监控电子膨胀阀的开启度，同时通过改变电子膨胀阀的开启度调节过热度；当电子膨胀阀的开启度被异常改变时，可修改确定开启度大小的开启度计算公式，以及根据修改的开启度计算公式，调节电子膨胀阀的开启度。

再如，专利号为CN200510015731.4的授权专利，所采用的技术方案是一种压缩机排气温度的控制方法，通过感知压缩机排气口温度并根据感知结果进行判断和控制。感知压缩机排气口温度并根据感知结果进行判断的过程中，首先判断压缩机排气口温度是否大于设定温度，当大于时，增加线性膨胀阀的开启度。该技术方案是在现有的只对室内机出口制冷剂管的温度进行控制的基础上，增加了对压缩机排气口温度的控制。

过去，为了降低成本，在一些负荷变化不大的空调中，使用了毛细管进行节流，由于毛细管只有固定节流效果，不能很好适应制冷系统随工况的变化；对于一定的制冷系统，在一定范围内，采用毛细管节流的方式都可以达到制冷/制热的效果，但制冷/制热的能力有所不同，需要考虑到制冷和制热的情况，使毛细管的匹配最优。但随着人们对节能和舒适性的要求，空调已经转向直流变频，用毛细管进行节流不能很好发挥直流变频空调的节能舒适特性，正逐渐被电子膨胀阀替代。电子膨胀阀调节可以简单看成是一系列规格的毛细管的选用，根据制冷剂流量需要控制最佳的膨胀阀开启度，从而达到节能的目的。在变频空调中，由于制冷压缩机根据需要不断调整转速，使制冷剂流量发生变化，与毛细管相比,电子膨胀阀可以不断变化开启度来匹配制冷剂流量,相同情况下空调能效更高，更好控制避免电子膨胀阀出现震荡，使温度波动明显降低,因此能满足某些情况下的恒温要求。

但是，直流变频空调是一种迟滞系统，在压缩机频率快速上升或下降时，温度变化明显滞后于功率变化，而目前所有膨胀阀调节都是基于温度变化进行调整，且温度测量精度是1℃，采用上述的技术方案和目前存在的其它现有技术方案，受迟滞系统的影响，不能更好地实现产品节能和满足消费者使用中的舒适性，系统不可避免会出现控制震荡。举例说明如下：

以前，主要是通过调节变频压缩机的频率来控制室温，如设定室内温度为26度，首先是调节压缩机的运转频率，同时调节电子膨胀阀的开启度来控制制冷剂的流量，当检测到室内温度接近26度时，如25度或27度时，压缩机的频率就维持不变。由于空调是个迟滞的系统，温度的检测是迟滞的，压缩机频率的变动也滞后，制冷剂流量的调节同样也滞后，采用以前的1度测量精度控制电子膨胀阀的技术方案，就会出现超调或室温变化范围较大，造成能源的浪费和消费者的不适的感觉。

可见，温度的精确与否，以及能否对电子膨胀阀的流量提前进行调节直接影响到空调的正常运行和节能效果。但以前的技术方案，基本上采用了过冷度或过热度的技术方案来控制空调的正常运转，采用的是普通的温度传感器或是精度不高的控制技术方案来调节电子膨胀阀的开度，检测的精度为1度,也没有对温度传感器的采样周期进行规定，也就不能适应温度快速变化的冷媒系统，即不能实现更加精确化和节能化控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对电子膨胀阀的流量提前进行调节的空调器及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：精密调节电子膨胀阀的空调器，包括压缩机、蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀和设置在室内机上的室内温度传感器，其特征是：包括中央处理单元，在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置分别设置2个温度传感器；温度传感器的温度采样周期为0.1-1秒，中央处理单元根据蒸发器或冷凝器上2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度以及温度变化速率和方向，当室内温度传感器检测的温度接近设定温度时，中央处理单元根据计算结果对电子膨胀阀的开启度进行提前调节控制，控制过热度或过冷度为0-2℃。

进一步的是，温度传感器采用高精度温度传感器，测量精度为0.1℃-1℃。

进一步的是，停机时，压缩机延迟停机。

进一步的是，停机时，电子膨胀阀通过延长关闭时间达到过度关闭。

进一步的是，电子膨胀阀采用步进电动机驱动。

精密调节电子膨胀阀的空调器的控制方法，其特征是：采用以下步骤：

A、设定目标过热度或过冷度为≤2℃，中央处理单元根据设置在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置设置的2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度；

B、中央处理单元根据计算出的过热度或过冷度，判断是否大于目标过热度或过冷度；

C、当计算出的过热度或过冷度大于目标过热度或过冷度时，计算出电子膨胀阀的目标开启度；

D、根据计算出的目标开启度，中央处理单元发出控制指令对电子膨胀阀的开启度进行提前调节控制。

进一步的是，温度传感器采用高精度温度传感器，测量精度为0.1℃-1℃。

进一步的是，停机时，压缩机延迟停机。

进一步的是，停机时，电子膨胀阀通过延长关闭时间达到过度关闭。

本发明的有益效果是：采用本发明，可以实现在压缩机相同频率下空调系统能力的增加，与采用毛细管的空调系统相比，效能可以增加10%以上，及可以采用降低压缩机频率来达到相同制冷量或制热量，从而达到节能10%并使空调运行在舒适性的温度范围内，可广泛用于带电子膨胀阀的变频空调器中。

附图说明

图1是采用毛细管节流的空调系统示意图；

图2是采用电子膨胀阀节流的空调系统示意图；

图3精密调节电子膨胀阀的控制流程图。

图中标记为：1-电子膨胀阀

图1中，虚线箭头为制热时制冷剂的流动方向，实线箭头为制冷时制冷剂的流动方向；图2中，实心箭头为制热时制冷剂的流动方向，空心箭头为制冷时制冷剂的流动方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图2～图3所示，本发明的精密调节电子膨胀阀的空调器，包括压缩机、蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀1和设置在室内机上的室内温度传感器，还包括中央处理单元，在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置分别设置2个温度传感器；温度传感器的温度采样周期为0.1-1秒，中央处理单元根据蒸发器或冷凝器上2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度以及温度变化速率和方向，当室内温度传感器检测的温度接近设定温度时，中央处理单元根据计算结果对电子膨胀阀1的开启度进行提前调节控制，控制过热度或过冷度为0-2℃。为了实现精确的温度检测，通过缩小目前温度传感器的取样周期来实现，如将其缩小到1秒以内，或者进一步缩小到0.5秒以内。由于采用了预调节的方式，同时将温度传感器的取样周期缩小到1秒以内，加上中央处理单元的快速处理能力，使其反应速度快，控制更精准。根据需要，还可以在压缩机的吸气管的前部设置一个温度传感器，用于检测压缩机吸气温度。

上述中央处理单元包括控制单元、存储单元、执行单元、AD转换单元、输入输出单元、驱动电路单元以及显示单元。控制器单元的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上，控制系统的被控量，经过传感器，AD转换单元，通过输入接口送到控制单元，该控制单元控制电子膨胀阀1的开启度；显示单元用来显示运行的过热度或过冷度等。上述电路属于本领域的常规控制电路，这里不再赘述。

采用上述技术方案的空调器，采用了精度较高的过热度值，并将该过热度值通过中央处理单元转换成控制电子膨胀阀1的控制信号例如脉冲信号，能够实现精确调节膨胀阀的开启度，即对冷媒流量进行微调或精调，从而达到节能和使用的舒适性。

电子膨胀阀1的驱动方式是中央处理单元中的控制单元通过对温度传感器采集得到的参数进行计算，向驱动电路发出调节指令，由驱动电路单元向电子膨胀阀1输出电信号，驱动电子膨胀阀1的动作。如果空调系统需要改变过热度或过冷度，仅仅需要改变一下控制程序中的源代码或者将过热度或过冷度设置为一定范围内的一个变量，就可改变过热度或过冷度的设定值。

电子膨胀阀1的开启度的大小，可以控制冷媒流量，当其开度较小时，通过蒸发器的制冷剂流量也很小。这时，流量较少的制冷剂很容易在蒸发器内变成热气体，在蒸发器出口处有一定的过热度。随着电子膨胀阀1开启度不断增大，制冷剂流量也在不断增加，蒸发器的换热量也随冷媒流量的增加而逐渐增加。电子膨胀阀1的开启度再继续增大，当制冷剂流量增大到一定程度以后，换热条件已经不能使制冷剂出口有过热度，出口已经处于两相区，这时过热度已经接近于零，使用以前的控制方法，很容易发生液击现象，即以前的控制方法，过热度不能进一步的减小，为了防止液击，使用过热度控制空调冷媒的流量，使过热度的最小值不小于2-4℃，其不能小于2℃是其极限小值。采用本发明的技术方案，可将过热度值进一步的降低，低于2度，甚至到零度，可以为0.8度，0.6度，0.5度，或者是1度等。采用了本发明，就可以进一步减小过热度，因过热度的检测更加精确和响应时间更短，同时利用更加快速的硬件处理电路，再配合软件系统，就可以实现精确控制电子膨胀阀的开度，从而达到精确控温的目的。这时，还可以考虑压缩机的转速问题；或者在时制冷剂的流量与压缩机的转速相一致的流量。

众所周知，空调运行系统是一种迟滞运行系统，压缩机频率变动温度变化明显滞后，在以1℃为感知单位的控制方式不容易快速获取温度上升速率，如假定室温设定的温度为26℃，采用以前的空调系统，温度的调节范围为1℃，温度误差为正负1℃，以空调制热运行为例当温度超过27℃时压缩机才开始调整频率，随着频率变化，因温度传感器滞后感受到温度变化，电子膨胀阀1的开启度才进行调整，这样就会浪费过多的能源，消费者也会感到不舒适。为了精确控制冷媒的流量，实现精确控温，本发明采用温度传感器采用高精度温度传感器，测量精度为0.1℃-1℃，尤其是采用0.1℃的测量精度。如果温度传感器的精度不够，可以通过一定的技术措施，如通过温度——电阻关联表的一一对应关系，使用现有的温度传感器采用例如上述的关联表形成一定的拟合曲线，将现有的温度传感器的值进一步细化为0.1度的精度，做成表格，预存在空调的存储器中，从而将温度传感器的精度提高到0.1℃，在空调运行时提前并精确控制电子膨胀阀1的开启度。用曲线拟合实现传感器温度补偿算法，属于现有技术，这里不再赘述。而采用本发明的空调系统，温度传感器的精度可到0.1度，甚至更低，这样温度的误差为正负0.1℃，即在26.1℃就开始回调温度，即在26.1℃时通过控制器减少压缩机的频率或减少制冷剂的质量流量；甚至在25.5℃或24.5℃就减小电子膨胀阀1的开启度，利用空调系统的迟滞特性，将室温精确控制在26℃附近，因此时室温可能在24℃，但系统的迟滞，温度还是上升的，此时提前减少流量，正好满足室内负荷的要求，达到了节约能源的目的，同时也提高了消费者使用中舒适感觉。本发明采用中央处理单元，能快速并同时计算出温度变化的速度和加速度，利用该速度和加速度值来提前调节电子膨胀阀的开启度，使电子膨胀阀的开启度变化与压缩机的频率匹配，从而解决了快速达到设定温度并且不出现超过设定温度造成的能源浪费的问题。

目前，空调装置长时间停机时,由于电子膨胀阀1和截止阀不可能完全关死,制冷剂会在冷凝压力、蒸发压力两者的压差作用下向蒸发器迁移,并凝结成液体。当蒸发器在系统中低于冷凝器时，液态制冷剂就会在重力作用下集聚在蒸发器内，冷凝器中则是气态制冷剂。为了不造成在空调启动时出现液击现象，可在空调停机时，采用压缩机延迟停机一定的时间，如延迟30秒，或者将电子膨胀1关闭时间延长，达到过度关闭，例如对于步进电机驱动的电子膨胀1可以过度关闭一定的步数，如1步，7步，也可大于7步，或者5步等。这样做的目的，是在空调停机时，用于彻底关死电子膨胀阀1或是抽走蒸发器中的冷媒。

电子膨胀阀1可以采用步进电动机进行驱动，通过一定的脉冲信号，如三相六拍或四相八拍的驱动方式，控制步进电动机正转或反转，从而完成对其开启度的控制，进而控制了冷媒的流量。过去，电子膨胀阀1的控制系统依据蒸发器进出口的温度传感器收集的信息来控制阀门的开启度，配合压缩机随时调节制冷剂的流量。为充分利用蒸发器的面积，实现蒸发温度和过热度的精确控制，在一定程度上满足人们对空调系统舒适性和节能性的要求，就需要精确的温度调节和精确的冷媒流量控制。步进电机电动式电子膨胀阀部件主要包括阀体、步进电机、控制单元等。

由上可知，精密调节电子膨胀阀的空调器的控制方法采用以下步骤：

A、设定目标过热度或过冷度为≤2℃，中央处理单元根据设置在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置设置的2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度；

B、中央处理单元根据计算出的过热度或过冷度，判断是否大于目标过热度或过冷度；

C、当计算出的过热度或过冷度大于目标过热度或过冷度时，计算出电子膨胀阀1的目标开启度；

D、根据计算出的目标开启度，中央处理单元发出控制指令对电子膨胀阀1的开启度进行提前调节控制。

为了进一步提高控制精度，温度传感器采用高精度温度传感器，测量精度为0.1℃-1℃。

为了不造成在空调启动时出现液击现象，停机时，压缩机延迟停机，还可以采用电子膨胀阀1通过延长关闭时间达到过度关闭。

Claims (9)

1.精密调节电子膨胀阀的空调器，包括压缩机、蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀(1)和设置在室内机上的室内温度传感器，其特征是：包括中央处理单元，在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置分别设置2个温度传感器；温度传感器的温度采样周期为0.1-1秒，中央处理单元根据蒸发器或冷凝器上2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度以及温度变化速率和方向，当室内温度传感器检测的温度接近设定温度时，中央处理单元根据计算结果对电子膨胀阀(1)的开启度进行提前调节控制，控制过热度或过冷度为0-2℃。

2.如权利要求1所述的精密调节电子膨胀阀的空调器，其特征是：温度传感器采用高精度温度传感器，测量精度为0.1℃-1℃。

3.如权利要求1或2所述的精密调节电子膨胀阀的空调器，其特征是：停机时，压缩机延迟停机。

4.如权利要求1或2所述的精密调节电子膨胀阀的空调器，其特征是：停机时，电子膨胀阀(1)通过延长关闭时间达到过度关闭。

5.如权利要求1或2所述的精密调节电子膨胀阀的空调器，其特征是：电子膨胀阀(1)采用步进电动机驱动。

6.精密调节电子膨胀阀的空调器的控制方法，其特征是：采用以下步骤：

A、设定目标过热度或过冷度为≤2℃，中央处理单元根据设置在蒸发器的出口和中部位置或冷凝器的入口和中部位置设置的2个温度传感器的温度差值，计算出过热度或过冷度；

B、中央处理单元根据计算出的过热度或过冷度，判断是否大于目标过热度或过冷度；

C、当计算出的过热度或过冷度大于目标过热度或过冷度时，计算出电子膨胀阀(1)的目标开启度；

D、根据计算出的目标开启度，中央处理单元发出控制指令对电子膨胀阀(1)的开启度进行提前调节控制。

7.如权利要求6所述的精密调节电子膨胀阀的空调器的控制方法，其特征是：温度传感器采用高精度温度传感器，测量精度为0.1℃-1℃。

8.如权利要求6或7所述的精密调节电子膨胀阀的空调器的控制方法，其特征是：停机时，压缩机延迟停机。

9.如权利要求6或7所述的精密调节电子膨胀阀的空调器的控制方法，其特征是：停机时，电子膨胀阀(1)通过延长关闭时间达到过度关闭。