CN103210265B - 空调设备的膨胀阀控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种降低HVAC系统的HVAC系统效率等级的周期损失系数的方法，包括：使用HVAC系统的电子膨胀阀的记录的电子膨胀阀位置运行HVAC系统，间断HVAC系统的运行，和使用与记录的电子膨胀阀位置相比允许更多制冷剂质量流过膨胀阀的电子膨胀阀位置重启HVAC系统的运行。

Description

空调设备的膨胀阀控制系统和方法
背景技术
一些制热、通风和空调系统(HVAC系统)可以包括热机械热膨胀阀(TXV)，其响应TXV的感温包所检测的温度通过TXV调节制冷剂的通过。TXV的感温包通常可以位于靠近蒸发器盘管的出口的压缩机吸气管线。
发明内容
在本公开的一些实施例中，提供一种减少HVAC系统的HVAC系统效率等级的循环损失系数的方法。该方法可以包括使用HVAC系统的电子膨胀阀的被记录的电子膨胀阀位置来运行HVAC系统、间断地运行HVAC系统和使用电子膨胀阀位置来重新运行HVAC系统，与被记录的电子膨胀阀位置相比，其允许更大的制冷剂质量流过膨胀阀。
在本发明的其它实施例中，提供了一种控制HVAC系统的电子膨胀阀的位置的方法。该方法可以包括在HVAC系统重新运行时依据预先记录的电子膨胀阀位置的百分比来运行电子膨胀阀。
在本发明的又一些实施例中，住宅用HVAC系统包括电子膨胀阀和构造成控制电子膨胀阀的位置的控制单元。控制单元可构造成响应于HVAC系统的重启运行，在基本上稳态的运行停止之后，控制电子膨胀阀溢流HVAC系统的压缩机。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现参照以下简要描述，并结合附图和详细描述，其中，相同的附图标记代表相同的零件。
图1是依据本公开的配置成提供制冷功能性的HVAC系统的简化示意图；
图2是依据本公开的配置成提供制热功能性的HVAC系统的简化示意图；
图3是示出用于控制EEV的周期运行方法的简单运行流程图；
图4是用于EEV的周期运行分布(profile)的表格；以及
图5是用于EEV的另一周期运行分布的表格。
具体实施方式
在一些HVAC系统，TXV可以提供制冷剂流的控制，使得在HVAC系统的稳态运行期间作为可接受的性能效率测量被测试的HVAC系统效率。然而，具有TXV的相同的HVAC系统，在说明HVAC系统的周期运行效果的测试过程期间，作为决定HVAC系统的效率的构件，可能难以满足预期的效率。在一些实施例中，具有TXV的HVAC系统难以满足期望的效率的问题可能至少部分地是由于在不一致和/或不可预知的条件下TXV运行的结果。因此，不可预知的TXV的性能可能导致不可预知的HVAC系统的运行，这又会导致较难预知HVAC系统的运行效率和/或较难预知HVAC系统的效率等级。需要一种在HVAC系统的周期运行期间以可预知的方式控制膨胀阀的系统和方法，以提高实际或被测试的HVAC系统的效率。
一些HVAC系统可能响应于运行测试的结果操作地测试和分配效率等级。对于一些HVAC系统期望的是以可预知的方式不仅在运行的稳定状态下进行，而且在HVAC系统的周期运行期间进行。一些包括TXV的HVAC系统在HVAC系统的周期运行期间可能难以提供期望的可预知能力，因为TXV依据TXV感温包检测的温度固有地运行。在某种情况下，TXV的感温包检测的温度可能是HVAC系统在不一致环境下运行的许多随机因素的函数。换句话说，在具有TXV的HVAC系统的周期运行期间，TXV可能会在第一设定运行环境下以第一方式限制制冷剂流，而相同HVAC系统的相同TXV可能会在第二设定运行环境下以第二方式限制制冷剂流。同样地，需要具有膨胀阀的HVAC系统，其可以在HVAC系统周期运行期间，不管初始运行环境而提供HVAC系统的更有效的和/或更可预见的运行。在一些实施例中，本公开可以提供一种所谓的“EEV循环分布”，其指令EEV以规定的方式运行，以确保良好的CD值(其中CD是通常已知的在季节性能源效率等级或SEER的计算中所使用的周期损失系数)和HVAC系统的高周期效率。
一些HVAC系统已经设有电子膨胀阀(EEV)和/或电机控制的膨胀阀，致力于提供HVAC系统的更有效的和/或更可预见的运行。例如，美国专利申请公开号No.US2009/0031740A1(以下简称为“公开号’740”)，其在全文中通过引用作为参考，在图1、2和3中分别公开了几个HVAC系统10、50和70，包括电子电动膨胀阀36、36a、36b。公开号’740非常详细地公开了HVAC系统10、50和70的组成和结构，并且进一步公开了电子电动膨胀阀36、36a、36b的控制方法。尤其是，电子电动膨胀阀36、36a、36b(以下总体上共同地称为EEV)的运行和控制在第[0037]-[0040]段和图5和7中公开，包括控制电子电动膨胀阀36、36a、36b的各种阶段和方法。
公开号’740公开了根据在HVAC系统启动的一段时间内(参见图5的步骤98)的预定的阀运动分布可以对EEV进行控制，之后在HVAC系统的正常运行期间根据反馈控制模式(参见图5的步骤100)进行控制。公开号’740的图7公开了几秒时间的数值表格和作为相对于EEV的初始启动位置的开度百分比的EEV的位置。因此，公开号’740公开了EEV可以根据在HVAC系统启动的一段时间内的预定阀运动分布进行控制，基于反馈的控制算法可以随时间逐步定相，以控制EEV的位置，因此逐步替代预定的阀运动分布的影响。本公开提供了控制和/或执行例如36、36a、36b的EEV的系统和方法。
现在参照图1，显示了依据本发明的一个实施例的HVAC系统100的简化示意图。更通常地，HVAC系统100配置成提供制冷功能，并且包括室外单元102和室内单元104。室外单元包括压缩机106，其有选择地压缩制冷剂，以在室外热交换器108中达到高压力。制冷剂随后从室外热交换器108流到室内单元104的EEV110。制冷剂流经EEV110并且进入室内热交换器112。在一些实施例中，上述制冷剂流可有助于HVAC系统100提供制冷功能。EEV110可由HVAC系统100的控制单元114控制。
现在参照图2，显示了依据本发明的一个实施例的HVAC系统200的简化示意图。更通常地，HVAC系统200配置成提供制热功能，并且包括室外单元202和室内单元204。室外单元包括压缩机206，其有选择地压缩制冷剂，以在室内热交换器212中达到高压力。制冷剂随后从室内热交换器212流到室外单元202的EEV210中。制冷剂流经EEV210并且进入室外热交换器208。在一些实施例中，上述制冷剂流可有助于HVAC系统200提供制热功能。EEV210可由HVAC系统200的控制单元214控制。
现在参照图3，显示如何将EEV(例如但不局限于公开号’740的图1、2和3的HVAC系统10、50和70的电动膨胀阀36、36a、36b)控制成获得高HVAC系统周期运行效率的简化运行流程图。更通常地，EEV可以依据周期运行方法1000进行控制。方法1000从方框1002开始，其中HVAC系统在已经充分运行之后重新开始运行，以达到稳态运行(如公开号’740中的通常定义那样)并记录所谓的“最终好的EEV位置”和“最终好的蒸发器温度(ET)”值。更通常地，“好的”EEV位置和“好的”ET值是在HVAC系统以基本上稳定的状态运行期间被记录的位置和值。在一些实施例中，最终好的EEV位置可能是在HVAC系统以基本上稳定的状态运行期间被记录的最终被记录的EEV位置。相似地，在一些实施例中，最终好的ET值可能是在HVAC系统以基本上稳定的状态运行期间被记录的最终被记录的ET值。在又一些实施例中，方法1000可简单地记录所谓的“最终记录EEV位置”和“最终记录ET”值，不管HVAC系统是否在稳定状态运行或在基本上稳定状态下运行。进一步地，最终记录EEV位置和最终记录ET值在某些情况下可能是“好的”值，在某些情况下，可能是简单的最终记录值。周期运行方法1000从方框1002开始发展到方框1004的阶段I运行。
阶段I运行通常包括控制EEV的位置作为最终记录EEV位置的扩乘器(multiplier)。在许多实施例中，扩乘器可能导致将EEV打开到比最终记录EEV位置大的开放位置。例如，在一些实施例中，阶段I可能包括用例如但不限于1.3的加权因子乘以最终记录EEV位置，由此如果EEV位于最终记录EEV位置的位置100，那么初始开度将位于与通过EEV的、会导致EEV打开到最终记录EEV位置的质量流相比允许更多制冷剂质量流经EEV的位置130。在其它实施例中，在依据阶段I的EEV控制期间的一些点处，最终记录EEV位置可乘以加权因子从约1.0到约5.0的重量因子。可以理解的是，当加权因子大于1.0时会引起具有液体制冷剂的压缩机的溢流度变化(当所有其它运行变量基本上保持恒定时)，这种情况可被限制为出现时间最多约5分钟或更少，以阻止由于液体制冷剂进入压缩机而可能产生的对压缩机的损坏。溢流压缩机通常被定义为这样一种情况，即，由于制冷剂气体温度(GT)在数值上与饱和液体温度或蒸发器温度(ET)基本相似而使液体制冷剂进入压缩机。气体温度(GT)与饱和液体温度或蒸发器温度(ET)的差异可称为过热(SH)(即，SH＝GT-ET)。在一些实施例中，制冷剂溢流压缩机可产生更高的周期运行效率和/或降低的CD值。在一些实施例中，在启动时允许更多的制冷剂质量流经EEV会增加热传递和相关吸入压力的比率，由此在HVAC系统已经运行足够长时间以接近稳态运行之前减少周期损失。
在其它实施例中，阶段I运行可包括将EEV打开到低于、等于和/或高于最终记录EEV位置的值的任意组合，只要在阶段I(在基本上达到稳态之前缺少HVAC系统的间断运行)的运行期间的一些点，EEV被打开到高于最终记录EEV位置的位置。阶段I运行的另一需求是，在阶段I运行期间的一些时间点，EEV被基本上控制成与当前和/或最终记录蒸发器温度(ET)和/或当前和/或最终记录气体温度(GT)和/或当前和/或最终记录过热值(SH)无关。在阶段I运行后，方法1000继续在方框1006处在阶段II中运行。
阶段II的运行通常包括合并使用测量的ET作为控制EEV位置的一个分量。更通常地，测量的ET可以与最终好的ET相比较，并且乘以ET加权因子。在一些实施例中，阶段II运行时间的开始通常与特殊HVAC系统的ET值变成HVAC的相对可靠和/或稳定的指示剂的通过实验确定的时间相关联。在一些实施例中，阶段II可包括用从0到约2.0的因子的加权因子乘以最终好的ET。然而最终好的ET可被扩乘以抵消阶段II中的各种加权因子，在依据阶段II(在基本上达到稳态之前缺少HVAC系统的间断运行)控制EEV期间的一些点，最终记录ET必须乘以正值或负值的加权因子。阶段II的运行可以持续，直到方法1000进展到方框1008处的阶段III的运行。
更通常地，阶段III的运行包括合并使用测量的ET和测量的GT作为控制EEV位置的分量。在一些实施例中，可从测量的ET中减去测量的GT，以确定测量的SH。更通常地是，测量的SH可与最终记录SH相比较，并且乘以SH加权因子。另外，测量的SH可与SH设定点相比较，并且乘以SH加权因子。在一些实施例中，阶段III运行时间的开始通常与通过实验确定的时间相关，特定HVAC系统的GT值(并由此SH值)变成HVAC系统运行状态的相对可靠和/或稳定的指示器。在一些实施例中，阶段III可包括将最终记录SH乘以从0到约1.0的因子的加权因子。然而最终记录SH可被扩乘以抵消阶段III中的各种加权因子，在依据阶段II(在基本上达到稳态之前缺少HVAC系统的间断运行)控制EEV期间的一些点，最终记录SH必须乘以正值的加权因子。阶段III的运行可以持续，直到方法1000在方框1010处停止。在一些实施例中，阶段III的运行可响应于满足将空间调节到所需温度(即，满足自动调温器所要求的温度)的HVAC系统而停止。在一些实施例中，阶段III的运行可由于SH反馈控制在全控制模式下(如公开号’740中描述的)而停止且方法1000用尽。当空间温度与所需温度足够偏离时，方法1000可被再次启动，导致HVAC系统再次循环。
现在参照图4，显示周期运行分布的示例。图4是一个表格，包括一列表示根据控制单元(例如但不限于控制单元114和214)从循环被认为开始的时间、一列用于扩乘抵消最终记录EEV位置的EEV位置加权因子、一列ET加权因子和一列SH加权因子。图4的周期运行分布显示从时间＝0到时间＝20，EEV被控制成具有最终记录EEV位置的130％的EEV位置。接下来，图4显示从时间＝20到时间＝100，EEV的位置被控制成从最终记录EEV位置的130％逐步变成最终记录EEV位置的100％。由于ET和SH被忽略(与加权因子0.0相关)，位于时间＝0到时间＝100之间的运行可被认为是阶段I的运行。
接下来，图4显示从时间＝100到时间＝130，EEV位置加权因子保持在1.0，而ET加权因子逐步从0增加到0.5。同样地，从时间＝100到时间＝130，测量的ET逐步影响EEV的位置直至加权因子为0.5。在这段时间，SH加权因子保持为0。在一些实施例中，在设置EEV的位置时，因为测量的ET被利用，测量的GT和/或测量的SH没有被利用，从时间＝100到时间＝130的这段时间可被称为阶段II的运行。
接下来，图4显示从时间＝130到时间＝150，EEV位置加权因子保持在1.0，而ET加权因子逐步从0.5增加到1.0且SH加权因子逐步从0增加到1.0。同样地，从时间＝130到时间＝150，测量的ET逐步影响EEV的位置直至加权因子为1.0，而测量的SH逐步增加影响EEV的位置直至加权因子为1.0。在一些实施例中，除了测量的GT和/或测量的SH，由于测量的ET被用来设定EEV的位置，从时间＝130到时间＝150的这段时间可被称为阶段III的运行，其在时间＝150时达到全部反馈控制。
在一些实施例中，完成全部反馈控制所需的时间，其中EEV位置、ET和SH的加权因子中的每一个都等于1.0，对于每一个可能需要直至约5分钟或更多。此外，可以意识到的是，EEV位置加权因子减少或增加的速率中的一个或多个速率、ET加权因子减少或增加的速率、SH加权因子增加或减少的速率，通常可随着基本上相似的HVAC系统的排量被改变或者随着影响接近和/或达到稳态运行所需的时间的任何其它HVAC系统的设计因子被改变而增加或减少。换句话说，由于不同排量和/或容量的HVAC系统趋于以不同速率循环制冷剂通过制冷回路，不同的HVAC系统可相当地趋于在不同时间达到稳态和/或接近稳态运行。
现在参照图5，示出了周期运行分布的另一个示例。图5是一个表格，包括一列表示根据控制单元(例如但不限于控制单元114和214)从循环被认为开始的时间、一列用于扩乘抵消最终记录EEV位置的EEV位置加权因子、一列ET加权因子和一列SH加权因子。图5的周期运行分布显示从时间＝0到时间＝60，EEV被控制为从最终记录EEV位置的110％逐步变成最终记录EEV位置的105％。由于ET和SH被忽略(与加权因子0.0相关)，位于时间＝0到时间＝60之间的运行可被认为是阶段I的运行。
接下来，图5显示从时间＝60到时间＝90，EEV位置加权因子从最终记录EEV位置的105％的EEV位置逐步变成最终记录EEV位置的100％，而ET加权因子从0逐步变为0.5。同样地，从时间＝60到时间＝90，测量的ET逐步影响EEV的位置直至加权因子为0.5。在这段时间，SH加权因子也从0逐步变成0.5。同样地，从时间＝60到时间＝90，测量的SH逐步影响EEV的位置直至加权因子为0.5。在这个实施例中，除了测量的GT和/或测量的SH，由于测量的ET没有被用来设定EEV的位置，从时间＝60到时间＝90的这段时间可被称为阶段III的部分运行。换句话说，由于测量的ET和测量的SH同时被用来立即遵循阶段I的运行，图5的周期运行分布不包括阶段II的运行周期。从时间＝90到时间＝105，EEV位置加权因子保持不变，而ET和SH加权因子中的每一个都从0.5逐步增加到1.0。从时间＝90到时间＝105的运行也可被称为阶段III的运行，导致在时间＝105时发生全部反馈控制。
可以理解，例如在图4和5中提供的时间值和各种加权因子可通过HVAC系统的实际运行和/或通过HVAC系统的模拟运行用实验来确定。在一些实施例中，可通过HVAC系统以不间断的方式首先运行至少约60分钟来确定HVAC系统的稳态，在这段持续时间后，假定在性能上没有进一步的大量收获，将通过HVAC系统的简单连续运行来获得。虽然HVAC系统在稳态下运行，EET位置、ET值、GT值和SH值可被记录。其后，HVAC系统可停止，并且允许返回到预运行状态，其中ET值、GT值、SH值和其它HVAC系统的温度和压力大体上相等，以响应延长暴露在外界环境。此后，HVAC系统可被重启并且EEV位置、ET值、GT值和SH值可被监测以确定在哪个逝去时间首先获得稳态运行(即，当EEV位置、ET值、GT值和SH值中的每一个值达到先前测量的稳态值)。在某些情况下，ET值可能在GT值和/或SH值之前达到可接受的值。因此，为ET加权因子通过实验确定的时间合理地涉及正确的稳态ET值，其可用作ET值能开始作为控制EEV位置的因子进行加权的时间。相似地，为GT值和/或SH加权因子通过实验确定的时间合理地涉及稳态GT值和/或稳态SH值，其可用作GT值和/或SH值可开始作为控制EEV位置的因子进行加权的时间。此外，在一些实施例中，分配给EEV位置的加权值可部分地基于在稳态运行期间通过实验确定的正确EEV位置和/或在不超过和不低于稳态运行点的情况下获得的正确运行HVAC系统的吸气压力。在启动期间通过逐步接近稳态吸气压力，并且不低于稳态吸气压力，可增加周期效率。
上述控制EEV的系统和方法可以为HVAC系统提供一致的周期运行，由于降低了CD值而使得HVAC系统可以更有效地运行和/或接受更高的效率级别。此外，使用上述方法和/或算法可以确定上述一致的运行，并且可通过控制EEV的功能性和/或运行的软件进行实施。此外，在一些实施例中，上述系统和方法可以使用“先前记录的值”或“记录值”，而不是“最终记录值”。换句话说，在一些实施例中，记录的EEV位置、记录的ET值、记录的GT值和记录的SH值在记录本文公开的系统和方法中可使用的每种位置和/或数值的时间上不是绝对最终的。
已经公开了至少一个实施例，本技术领域内技术人员对于实施例和/或实施例的特征所作出的变化、组合和/或修改均落入在本发明范围之内。通过组合、集成和/或省略实施例的某些特征而得出的可替代实施例也都落入在本发明范围之内。在表达陈述数字范围或限定的情形中，如此表达的范围或限定应被理解为：包括落入所表达陈述范围或限定内的类似值的反复范围或限定(例如，从约1至约10就包括2、3、4等；大于0.10就包括0.11、0.12、0.13等)。例如，只要公开了数字范围的下限R1和上限Ru，那么落入该范围内的任何数字就被具体地公开了。尤其是，该范围内的以下数字特别地予以公开：R＝R1+k×(Ru-R1)，其中，k是从1％至100％以1％为增量变化的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％…50％、51％、52％…95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，由上述定义的两个R数字定义的任何数字范围也就被具体地公开了。对于任何权利要求的要素使用术语“可选地”，是指需要该要素或替代地不需要该要素，两种替换方式都在权利要求的范围之内。使用诸如包括、包含和具有之类的广义的术语应被理解为是对诸如由什么组成、主要地由什么组成以及大致由什么组成之类的较狭义术语提供支持。因此，保护范围不受以上阐述的介绍所限制，但由附后的权利要求书予以定义，该范围包括权利要求主题的所有等价物。将各个和每个权利要求作为进一步揭示纳入到本说明书中，并且权利要求书是本发明的实施例。

Claims (11)

1.一种降低HVAC系统的HVAC系统效率等级的周期损失系数的方法，包括：
使用所述HVAC系统的电子膨胀阀的记录的电子膨胀阀位置运行所述HVAC系统；
间断所述HVAC系统的运行；和
使用与所述记录的电子膨胀阀位置相比允许更多制冷剂质量流过所述膨胀阀的电子膨胀阀位置重启所述HVAC系统的运行；
在使用与所述记录的电子膨胀阀位置相比允许更多制冷剂质量流过所述膨胀阀的电子膨胀阀位置重启所述HVAC系统之后，并且在所述HVAC系统运行的任何随后间断之前，基于所述电子膨胀阀位置和测得的蒸发器温度而不相对于所述HVAC系统的测得的过热来运行所述HVAC系统。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用允许更多制冷剂质量流过所述膨胀阀的电子膨胀阀位置运行所述HVAC系统包括：
至少部分地溢流所述HVAC系统的压缩机。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，溢流发生5分钟或更少。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
以记录的蒸发器温度运行所述HVAC系统，同时使用所述HVAC系统的电子膨胀阀的记录的电子膨胀阀位置运行所述HVAC系统。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述HVAC系统的重启运行后测量所述测得的蒸发器温度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
在根据测量的蒸发器温度运行电子膨胀阀的同时，响应于所述HVAC系统的重启运行后测量的测量过热运行电子膨胀阀。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
在根据测量的蒸发器温度运行电子膨胀阀后，响应于所述HVAC系统的重启运行后测量的测量过热运行电子膨胀阀。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与所述记录的电子膨胀阀位置相比允许更多制冷剂质量流过所述膨胀阀的电子膨胀阀位置是所述记录的电子膨胀阀位置的直至500％的位置。
9.一种住宅用HVAC系统，包括：
电子膨胀阀；和
控制单元，所述控制单元构造成控制所述电子膨胀阀的位置；
其中，所述控制单元构造成响应于所述HVAC系统的重启运行，在稳态的运行已经停止之后，控制电子膨胀阀以与记录的电子膨胀阀位置相比允许更多制冷剂质量流过所述膨胀阀；并且
其中，所述控制单元构造成在所述HVAC系统的重启运行后基于所述电子膨胀阀位置和测得的蒸发器温度而不相对于所述HVAC系统的测得的过热来控制所述电子膨胀阀。
10.如权利要求9所述的住宅用HVAC系统，其特征在于，所述控制单元进一步构造成在损坏压缩机之前减少所述压缩机的溢流。
11.如权利要求10所述的住宅用HVAC系统，其特征在于，所述控制单元进一步构造成：在基于所述电子膨胀阀位置和测得的蒸发器温度而不相对于所述HVAC系统的测得的过热来控制所述电子膨胀阀之后，响应于测量的气体温度和测量的过热中的至少一个控制电子膨胀阀的位置。
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