CN102997518B - 热交换系统的高精度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热交换系统的控制方法，所述热交换系统包括冷冻机，所述冷冻机包括压缩机、冷凝器、热交换器和用于控制冷媒流量的电子膨胀阀装置。所述控制方法包括：在冷冻机开启前，将所述电子膨胀阀装置复位至机械原点；冷冻机开启后预定时间内，将所述电子膨胀阀装置设定为预定开关比例；和冷冻机开启预定时间后，自由控制电子膨胀阀装置的开关比例。这样，可以实现冷冻机内的冷媒流量的精确控制，进而实现冷冻机的热交换功率的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及热交换领域，尤其涉及热交换系统的高精度控制方法。
背景技术
利用冷冻机进行温度控制的系统，大多是采用控制冷冻机冷媒（氟利昂）膨胀后的流量达到对控温物体的温度控制。而需要被控制的物体（设备）通常需要另外一个恒定温度或一个需要在一个可变的温度范围，例如摄氏-20度~80度中的某个温度。常用的方法是使用另外一种液体或气体（一次液体或气体，以下称循环流体）与上述冷冻机冷媒（氟利昂）通过热交换器进行热交换达到精确的循环液体温度控制，之后利用所述循环流体去控制控温物体的温度。这种热交换是通过控制冷冻机冷媒（氟利昂）的流量来调节热交换功率的，通常冷媒的流量多是通过ON/OFF(开/关)动作的电磁阀或机械感温式膨胀阀或毛细管等来完成，这些膨胀阀都很难对冷媒流量进行精确的控制。
因此，有必要提出一种改进的技术方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种热交换系统的高精度控制方法，其可以实现大功率热交换系统中冷冻机的冷媒流量的精确控制，此外还可以使得冷冻机的机油良好循环。
为了解决上述问题，本发明提出一种热交换系统的控制方法，所述热交换系统包括冷冻机，所述冷冻机包括压缩机、冷凝器、热交换器和用于控制冷媒流量的电子膨胀阀装置，所述控制方法包括：在冷冻机开启前，将所述电子膨胀阀装置复位至机械原点；冷冻机开启后预定时间内，将所述电子膨胀阀装置设定为预定开关比例；和冷冻机开启预定时间后，自由控制电子膨胀阀装置的开关比例。
进一步的，所述机械原点为所述电子膨胀阀装置的全开状态或全闭状态。
进一步的，所述自由控制电子膨胀阀装置的开关比例为根据需要自由的控制电子膨胀阀装置的开关比例。
进一步的，所述电子膨胀阀装置包括第一电子膨胀阀装置、第二电子膨胀阀装置和第三电子膨胀阀装置，所述冷凝器包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口，所述热交换器包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口，所述压缩机的输出端口与所述冷凝器的第一输入端口相连通，所述冷凝器的第一输出端口通过第一电子膨胀阀装置与热交换器的第一输入端口相连通，所述热交换器的第一输出端口与所述压缩机的输入端口相连通，所述压缩机的输出端口还通过第二电子膨胀阀装置与热交换器的第一输入端口相连通，所述冷凝器的第一输出端口还通过第三电子膨胀阀装置与所述压缩机的输入端口相连通；所述循环流体从所述热交换器的第二输入端口流入，从所述热交换器的第二输出端口流出，所述冷却流体从所述冷凝器的第二输入端口流入，从所述冷凝器的第二输出端口流出，所述冷冻机还包括与三个电子膨胀阀装置电性连接的用于控制各个电子膨胀阀装置的开关比例的冷冻控制器。
更进一步的，所述冷冻控制器通过控制第一电子膨胀阀的开关比例来控制热交换器的制冷；所述冷冻控制器通过控制第二电子膨胀阀的开关比例来控制热交换器的制热；和所述冷冻控制器通过控制第三电子膨胀阀的开关比例来控制对压缩机自身的冷却。
再进一步的，所述冷冻机还包括设置在所述冷媒的通路中的吸蓄池、接收罐、干燥器和视窗，所述冷凝器的第一输出端口与所述接收罐的输入端口连通，所述接收罐的输出端口经过干燥器和视窗与第一电子膨胀阀装置的输入端口和第三电子膨胀阀装置的输入端口连通，所述吸蓄池的输入端口与第三电子膨胀阀装置的输出端口和所述热交换器的第一输出端口连通，所述吸蓄池的输出端口与所述压缩机的输入端口连通。
与现有技术相比，本发明通过冷冻控制器对各个电子膨胀阀装置的开关比例的控制实现了热交换功率的精确控制。此外，为了使冷冻机的机油良好循环，在冷冻机开启时，可以在预定时间内先将各个电子膨胀阀装置设定为预定开关比例。
附图说明
图1为本发明中的热交换系统在一个实施例中的结构示意图；
图2为本发明中的热交换系统中的控制部分的结构框图；和
图3为本发明中的热交换系统中的控制方法在一个实施中的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。
图1为本发明中的热交换系统100在一个实施例中的结构示意图。如图1所示，所述热交换系统100包括冷冻机110、冷却流体通路120和循环流体通路130。
所述冷冻机110包括压缩机112、冷凝器114、热交换器115（或者称为蒸发器）、第一电子膨胀阀装置ELV1、第二电子膨胀阀装置ELV2和第三电子膨胀阀装置ELV3。所述冷冻机110中的冷媒与冷却流体通路120中的冷却流体在冷凝器114处进行热交换；循环流体通路130中的循环流体与所述冷冻机110中的冷媒在热交换器115处进行热交换。
所述冷凝器114包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口。所述热交换器115包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口。
所述压缩机112的输出端口与所述冷凝器114的第一输入端口相连通，所述冷凝器114的第一输出端口通过第一电子膨胀阀装置ELV1与热交换器115的第一输入端口相连通，所述热交换器115的第一输出端口与所述压缩机112的输入端口相连通，所述压缩机112的输出端口还通过第二电子膨胀阀装置ELV2与热交换器115的第一输入端口相连通，所述冷凝器114的第一输出端口通过第三电子膨胀阀装置ELV3与所述压缩机112的输入端口相连通。其中，第一电子膨胀阀装置ELV1和第二电子膨胀阀装置ELV1。每个电子膨胀阀装置的开关比例都是可调的，比如100%开启至0%开启，每5%一个调整等级，那么则有0%，5%，10%，……，95%，100%这么多的开关比例等级，这样可以非常精确的调整冷媒流过的流量，从而可以精确的控制热交换的功率，进而精确的控制循环流体的温度。
可以看出，所述冷冻机110中的冷媒有三条通路，第一条通路是从所述压缩机112的输出端口流出的冷媒，经过所述冷凝器114的第一输入端口和第一输出端口、第一电子膨胀阀装置ELV1、所述热交换器115的第一输入端口和第一输出端口、压缩机112的输入端口流回所述压缩机；第二条通路是从所述压缩机112的输出端口流出的冷媒，经过第二电子膨胀阀装置ELV2、所述热交换器115的第一输入端口和第一输出端口、压缩机112的输入端口流回所述压缩机；第三条通路是从所述压缩机112的输出端口流出的冷媒，经过所述冷凝器114的第一输入端口和第一输出端口、第三电子膨胀阀装置ELV3、压缩机112的输入端口流回所述压缩机。
在一个实施例中，如图2所示，所述冷冻机还包括与三个电子膨胀阀装置电性连接的冷冻控制器210，其可以控制各个电子膨胀阀装置ELV1、ELV2和ELV3的开关比例。每个电子膨胀阀装置ELV包括电子式膨胀阀和控制所述电子式膨胀阀的开关比例的步进电机或直流电机。所述冷冻控制器210通过控制所述步进电机或直流电机来控制所述电子式膨胀阀的开关比例。通过所述冷冻控制器210对各个电子膨胀阀装置ELV1，ELV2和ELV3的控制，从而可以精确的控制热交换的功率，进而精确的控制循环流体的温度。
在一个优选的实施例中，在所述冷冻机开启前(比如上电后，开启冷冻机前)，所述冷冻控制器控制所述电子式膨胀阀复位至其机械原点，所述机械原点可以为全开状态或全闭状态，以便后续可以对电子式膨胀阀进行准确定位控制。比如假如原始机械原点为0%(全关闭)，那么如果控制所述电子式膨胀阀的开关比例为20%，那么可以控制所述步进电机或直流电机向前增加4步，每步调整5%。
在一个实施例中，为了使冷冻机的机油良好循环，在冷冻机开启时，所述冷冻控制器先将各个电子膨胀阀装置ELV1，ELV2和ELV3的开关比例设定为预定开关比例值并运行预定时间。预定开关比例值可以根据需要设定，比如，可以先控制ELV1全开启，ELV2全开启，ELV3全关闭，当然也可以是其它开关比例值的组合。所述预定时间可以根据实际情况设定，比如可以设定为1分或其它时间值。在冷冻机运行预定时间后，所述冷冻控制器210可以自由控制各个电子膨胀阀装置的开关比例，即不再受预定开关比例值的限制，可以根据其它任何控制方式对各个电子膨胀阀装置的开关比例进行控制。
在本实施例中，所述冷冻机110还包括设置在所述冷媒的通路中的吸蓄池116、接收罐117、干燥器118和视窗119，所述冷凝器114的第一输出端口与所述接收罐117的输入端口连通，所述接收罐117的输出端口经过干燥器118和视窗119与第一电子膨胀阀装置ELV1的输入端口和第三电子膨胀阀装置ELV3的输入端口连通，所述吸蓄池116的输入端口与第三电子膨胀阀装置ELV3的输出端口和所述热交换器115的第一输出端口连通，所述吸蓄池116的输出端口与所述压缩机112的输入端口连通。
在所述冷却流体通路120上包括与冷凝器114第二输入端口连通的冷却流体通路入口122和与冷凝器114第二输出端口连通的冷却流体通路出口124。所述冷却流体从所述冷凝器114的第二输入端口流入，从所述冷凝器114的第二输出端口流出。在本实施例中，在所述冷却流体通路120上还设置有温度传感器126，其用于检测所述冷却流体的温度。
在所述循环流体通路130上包括与热交换器115的第二输入端口连通的循环流体通路入口132和与热交换器115第二输出端口连通的循环流体通路出口134。所述循环流体从所述热交换器115的第二输入端口流入，从热交换器115的第二输出端口流出。所述热交换系统还包括设置于所述循环流体通路130上的用于检测所述循环流体温度的温度传感器136，基于所述温度传感器136检测到的循环流体温度来控制各个电子膨胀阀装置ELV1、ELV2和ELV3的开关比例，从而实现热交换系统中冷冻机的冷媒流量的精确控制，进而实现被控对象的精确温度控制。在本实施例中，在所述循环流体管道入口132后和所述循环流体管道出口134前分别设置有一个检测所述循环流体温度的温度传感器136。
在本实施例中，所述热交换系统还包括设置于所述循环流体通路上的用于储存所述循环流体的循环流体罐137，设置于所述循环流体的通路上的用以驱动所述循环流体的流动的泵138和马达139，以及在所述循环流体通路入口132后和所述循环流体通路出口134前设置的旁通阀133。在所述流体罐137内设置有加热丝HT，其可以根据所述温度传感器136检测到的循环流体温度来使得所述加热丝HT开始或停止工作。
在本实施例中，所述循环流体为液体或气体，所述冷却流体为冷却水。
图3为本发明中的热交换系统100中的控制方法在一个实施中的流程示意图。所述控制方法包括如下步骤。
步骤310，在冷冻机开启前，将各个电子膨胀阀装置复位至机械原点，以便后续可以对电子式膨胀阀进行准确定位控制。所述机械原点为所述电子膨胀阀装置的全开状态或全闭状态。
步骤320，冷冻机开启后预定时间内，将各个电子膨胀阀装置设定为预定开关比例，以使得冷冻机的机油良好循环。预定开关比例可以根据需要设定，所述预定时间可以根据实际情况设定。
步骤330，冷冻机开启预定时间后，自由控制电子膨胀阀装置的开关比例。即可以根据其它任何控制方式或根据需要对各个电子膨胀阀装置的开关比例进行控制。
综上所述，本发明的热交换系统通过在所述冷凝器114的第一输出端口和热交换器115的第一输入端口之间设置第一电子膨胀阀装置ELV1；在所述压缩机112的输出端口和热交换器115的第一输入端口之间设置第二电子膨胀阀装置ELV2；在所述冷凝器114的第一输出端口与所述压缩机112的输入端口之间设置第三电子膨胀阀装置ELV3。在所述热交换系统还包括设置于所述循环流体通路130上的用于检测所述循环流体温度的温度传感器136，基于所述温度传感器检测到的循环流体温度来控制各个电子膨胀阀装置的开关比例，从而实现热交换系统中冷冻机的冷媒流量的精确控制，进而实现被控对象的精确温度控制。
此外，由于在冷冻机开启时，所述冷冻控制器先将各个电子膨胀阀装置ELV1，ELV2和ELV3的开关比例设定为预定开关比例值并运行预定时间，这样可以使得冷冻机的机油良好循环。
虽然通过实施例描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。
Claims (5)
1.一种热交换系统的控制方法，所述热交换系统包括冷冻机，所述冷冻机包括压缩机、冷凝器、热交换器和用于控制冷媒流量的电子膨胀阀装置，其特征在于，所述控制方法包括：
在冷冻机开启前，将所述电子膨胀阀装置复位至机械原点；
冷冻机开启后预定时间内，将所述电子膨胀阀装置设定为预定开关比例；和
冷冻机开启预定时间后，自由控制电子膨胀阀装置的开关比例，
所述电子膨胀阀装置包括第一电子膨胀阀装置、第二电子膨胀阀装置和第三电子膨胀阀装置，
所述冷凝器包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口，所述热交换器包括第一输入端口、与第一输入端口连通的第一输出端口、第二输入端口和与第二输入端口连通的第二输出端口，
所述压缩机的输出端口与所述冷凝器的第一输入端口相连通，所述冷凝器的第一输出端口通过第一电子膨胀阀装置与热交换器的第一输入端口相连通，所述热交换器的第一输出端口与所述压缩机的输入端口相连通，所述压缩机的输出端口还通过第二电子膨胀阀装置与热交换器的第一输入端口相连通，所述冷凝器的第一输出端口还通过第三电子膨胀阀装置与所述压缩机的输入端口相连通；
所述循环流体从所述热交换器的第二输入端口流入，从所述热交换器的第二输出端口流出，所述冷却流体从所述冷凝器的第二输入端口流入，从所述冷凝器的第二输出端口流出，
所述冷冻机还包括与三个电子膨胀阀装置电性连接的用于控制各个电子膨胀阀装置的开关比例的冷冻控制器，
每个电子膨胀阀装置包括电子式膨胀阀和控制所述电子式膨胀阀的开关比例的步进电机或直流电机，所述冷冻控制器通过控制所述步进电机或直流电机来控制所述电子式膨胀阀的开关比例。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述机械原点为所述电子膨胀阀装置的全开状态或全闭状态。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述自由控制电子膨胀阀装置的开关比例为根据需要自由的控制电子膨胀阀装置的开关比例。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
所述冷冻控制器通过控制第一电子膨胀阀的开关比例来控制热交换器的制冷；
所述冷冻控制器通过控制第二电子膨胀阀的开关比例来控制热交换器的制热；和
所述冷冻控制器通过控制第三电子膨胀阀的开关比例来控制对压缩机自身的冷却。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述冷冻机还包括设置在所述冷媒的通路中的吸蓄池、接收罐、干燥器和视窗，所述冷凝器的第一输出端口与所述接收罐的输入端口连通，所述接收罐的输出端口经过干燥器和视窗与第一电子膨胀阀装置的输入端口和第三电子膨胀阀装置的输入端口连通，所述吸蓄池的输入端口与第三电子膨胀阀装置的输出端口和所述热交换器的第一输出端口连通，所述吸蓄池的输出端口与所述压缩机的输入端口连通。
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