CN103292432A - 精确调控电子膨胀阀的方法、装置及精确控温空调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调技术，具体的说是涉及一种精确调控电子膨胀阀的方法、装置及精确控温空调。本发明所述的方法主要步骤为：设置多个温度传感器采集空调系统中不同部位在空调工作过程中的温度值，将采集到的多个温度值进行处理后得到温度差值，与预设的目标值进行比较，判断温度差值是否大于目标值，若是，则获取温度差值与目标值的差值，并根据该差值得到电子膨胀阀的目标开启度，由控制系统根据目标开启度对电子膨胀阀进行调节，若否，则保持电子膨胀阀开度不变。本发明的有益效果为，通过精确控温的技术来控制电子膨胀阀的开度，达到空调更加节能的目的，提高了空调系统的舒适性和节能性。本发明尤其适用于空调。

Description

精确调控电子膨胀阀的方法、装置及精确控温空调

技术领域

本发明涉及空调技术，具体的说是涉及一种精确调控电子膨胀阀的方法、装置及精确控温空调。

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，实实在在地提高人们生活的舒适性。为了更好地实现控制，空调需要检测温度，通过温度这个变量来实现空调的功能。如专利号为CN200910203600.7所提供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用膨胀阀，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。

如申请号为200710112061.7的中国专利，所公开的技术方案是一种电子膨胀阀的方法，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，修改确定开启度大小的开启度计算公式；和根据修改的开启度计算公式，调节电子膨胀阀的开启度。

又如申请号为200510015731.4的中国专利，所公开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的阶段。感知压缩机排气口温度并根据感知结果进行判断的阶段，有判断压缩机排气口温度是否大于设定温度的阶段，当大于时，增加线性膨胀阀的开度的阶段。该技术方案是在现有的只对室内机出口制冷剂管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。即，当在排气口温度过高的情况下，优先进行降低排气口温度的线性膨胀阀控制逻辑。避免了“过热度满足，但总体开度过小”的不合理现象，使空调整个系统运行更加合理化。

可见，温度的精确与否，直接影响到空调的正常运行。但上述的技术方案，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，检测的精度为1度。能否采用一种技术方案，将现有温度精度进一步的提高，通过精确控温的技术来控制电子膨胀阀的开度，达到更加节能的目的。本发明正是采用一种新的技术方案，解决了节能和舒适性的技术问题。

发明内容

本实发明所要解决的技术问题是，就是针对目前空调中过热度与过冷度控制精确较低的问题，提出一种精确调控电子膨胀阀的方法、装置及精确控温空调。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.设置多个温度传感器采集空调系统中不同部位在空调工作过程中的温度值；

b.将采集到的多个温度值进行处理后得到温度差值，与预设的目标值进行比较，判断温度差值是否大于目标值，若是，则进入步骤c，若否，则保持电子膨胀阀开度不变并返回步骤a；

c.获取温度差值与目标值的差值，并根据该差值得到电子膨胀阀的目标开启度，由控制系统根据目标开启度对电子膨胀阀进行调节。

具体的，所述温度传感器为高精度温度传感器，测量精度范围为0.1～1℃。

具体的，所述温度传感器的温度采样周期为0.1～1秒。

具体的，所述预设的目标值为较小的过热度或过冷度，所述过热度或过冷度≤1℃。

具体的，所述空调系统包括压缩机和蒸发器，所述温度传感器至少设置在压缩机吸气管的前部、蒸发器的出口处和蒸发器的中部。

具体的，所述温度传感器设置在蒸发器后部的最后一根蒸发管的左端、右端和中间的任意两处。

精确调控电子膨胀阀的装置，其特征在于，包括控制器单元、传感器单元、AD转换单元、存储单元、显示单元、驱动电路单元和电子膨胀阀，

所述AD转换单元分别与传感器单元和存储单元连接，所述传感器单元为温度传感器，用于采集温度信号，并将采集到的信号传递到AD转换单元，所述AD转换单元将接收到的信号转换为数字信号，并传递到存储单元，所述存储单元用于存储接收到的温度值与设定的控制值，并提供给控制器单元；

所述控制器单元分别与存储单元、显示单元和驱动电路单元连接，所述控制器单元用于根据存储单元存储的温度值与设定的控制值，计算出所需的控制电子膨胀阀的开度，并将控制指令发送到驱动电路，将计算结果与控制方式发送到显示单元进行显示；

所述驱动电路单元与电子膨胀阀连接，根据接收到的控制指令对电子膨胀阀的开度进行调节。

精确控温空调，包括压缩机、蒸发器和冷凝器，其特征在于，还包括精确调控电子膨胀阀的装置，所述温度传感器分别设置在压缩机、蒸发器和冷凝器上。

具体的，还包括过热度设定装置，所述过热度设定装置用于设定较大过热度值和较小过热度值，所述较大过热度值用于控制空调快速制冷或制热，所述较小过热度值用于对电子膨胀阀的精确调节，所述温度传感器包括多个，至少设置在蒸发器的出口、入口及后部。

具体的，所述温度传感器设置在蒸发器的出口、入口、中部和后部，压缩机吸气管的前部，蒸发器后部的最后一根蒸发管的左端、右端和中间，冷凝器的出口、入口、中部和后部，所述温度传感器的测量精度范围为0.1～1℃，温度采样周期为0.1～1秒。

本发明的有益效果为，通过精确控温的技术来控制电子膨胀阀的开度，达到空调更加节能的目的，提高了空调系统的舒适性和节能性。

附图说明

图1为毛细管节流的空调系统的结构示意图；

图2为电子膨胀阀节流的空调系统的结构示意图；

图3为双过热度控制的空调的中央处理单元的结构框图；

图4为精密调节电子膨胀阀的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的工作原理做进一步的说明：

过去，为了降低成本，在一些负荷变化不大的环境中，使用了毛细管进行节流，如图1所示，但随着人们对舒适性和节能的要求，用毛细管进行节流已经不能满足要求，其正逐渐被电子膨胀阀替代，如图2所示。电子膨胀阀作为一种新型的节流器件，相比于传统的节流装置，如毛细管，具有很大的优势，但其价格较贵，一定程度上限制了其使用。电子膨胀阀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，从而完成对其开度的控制，进而控制了冷媒的流量。过去，电子膨胀阀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，满足人们对空调系统舒适性和节能性的要求，就需要精确的温度和精确的冷媒流量。

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。为了实现精确的温度检测，本发明采用的技术方案是通过缩小目前温度传感器的取样周期，如将其缩小到1秒以内；为了精确控制冷媒的流量，就需要提高温度传感器的精度，如将其提高的0.1度的精度。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，将其精度提高到0.1度的精度。

为了满足精度和精确性的要求，本发明的空调设置有中央处理器，用于运算和控制；设置有信号检测单元，用于检测信号；温度传感器，用于获取温度信号，如可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；也可在制冷时，在蒸发器的出口设置一个高精度温度传感器。同理，在制热时，在蒸发器出口，设置一个或两个高精度温度传感器。同时也在蒸发器的中部设置高精度的温度传感器，该蒸发器出口设置的高精度温度传感器与设置在蒸发器中部的高精度温度传感器的差值，为过热度，利用该精确的过热度控制电子膨胀阀的开度，从而达到节能和调节空调运行舒适性的温度。

为了满足更高精度和精确性的要求，本发明的空调设置有中央处理器，用于处理数据和控制电子膨胀阀的开启度，设置有信号检测单元，用于检测信号；温度传感器，用于获取温度信号，如可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；也可在制冷时，在蒸发器的最后一根蒸发管设置一个或两个高精度温度传感器，该高精度温度传感器可以分别设置在该蒸发管的左右两端，或者一个在中间，一个在末端。同理，在制热时，在蒸发器后部，如蒸发器后部的最后一根蒸发管设置一个或两个高精度温度传感器，该高精度温度传感器可以分别设置在该蒸发管的左右两端，或者一个在中间，一个在末端。

该中央处理单元包括控制单元、传感器单元、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，经过传感器单元，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的开度；显示单元用来显示运行的过冷度。

过去，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度，其不能小于2度。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。

采用上述技术方案的空调，采用了两个过热度值，即一个较大的过热度值，用于快速的制冷和制热，同时使用了一个较小的过热度值，满足了对电子膨胀阀精确调节的目的。这个较大的过热度，可以是蒸发器出口与入口的温度差值，由于其差值较大，该差值所转换的脉冲信号也较大，可以实现快速调节膨胀阀的开度；而蒸发器后部的温度传感器与蒸发器出口的温度差值，是较小的过热度，其转换的输出脉冲可以对电子膨胀阀的开度，即冷媒流量进行微调或精调。

电子膨胀阀启动，其就可以控制冷媒流量，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。随着电子膨胀阀开度不断增大，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。当膨胀阀开度再继续增大，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，使用过去的控制方法，很容易发生液击现象，即原来的控制方法，过热度不能进一步的减小，即过热度在2度到4度之间的值，是其极限小值。采用了本发明，就可以进一步减小过热度，因过热度的检测进行了后移，这时，还可以不必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。

目前，空调装置长时间停机时,由于膨胀阀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，或者将电子膨胀阀过度关闭一定的步数，如1步，7步，也可大于7步，或者5步。这样做的目的，是在空调停机时，用于彻底关死电子膨胀阀或是抽走蒸发器中的冷媒。

本发明采用了两个过热度，当空调的室温接近设定温度时，为实现节能，或者保持室温恒定，通过对电子膨胀阀的精确控制，实现冷媒流量的精确控制，使冷媒在蒸发器中完全蒸发掉；完成了对空调的精准控制，达到了节能和舒适的目的。当然，该较小的过热度的输出信号，可以通过变换来控制压缩机的转速，使压缩机以合适的频率运转，从而达到节能的目的。

不过，不论如何节能的空调的运行也需要耗费一定的电能，为了达到节能的目的，人们进一步地开发出了变频空调。然而，变频空调也是把温度作为一个控制输入变量，通过控制和操作，最终实现空调的舒适性的功能。为了实现对空调制冷剂的蒸发和冷凝温度进行正常又准确的控制，现有技术是在空调上设置了一个套管，套管是金属做成的，然后焊接在空调的盘管上；或者通过一个U型装置，该U型装置固定在空调室内机或室外机，或者固定在空调的盘管上；或者直接通过一个卡子将温度传感器与制冷剂管道固定起来，该卡子可以是具有弹性的金属卡子。但是上述的现有技术，由于设置了中间过渡元件，在温度传递过程中将会造成延迟，将会降低测量精度和增大测量时间。为了缩短温度测量的时间和减少偏差，可以将温度传感器与盘管直接接触，然后用一种固定装置将其固定。

本发明还包括一个精确调控电子膨胀阀的装置，如图3所示，该控制装置包括控制器单元、传感器单元、AD转换单元、存储单元、显示单元、驱动电路单元和电子膨胀阀，其中，AD转换单元分别与传感器单元和存储单元连接，所述传感器单元为温度传感器，用于采集温度信号，并将采集到的信号传递到AD转换单元，所述AD转换单元将接收到的信号转换为数字信号，并传递到存储单元，所述存储单元用于存储接收到的温度值与设定的控制值，并提供给控制器单元；控制器单元分别与存储单元、显示单元和驱动电路单元连接，所述控制器单元用于根据存储单元存储的温度值与设定的控制值，计算出所需的控制电子膨胀阀的开度，并将控制指令发送到驱动电路，将计算结果与控制方式发送到显示单元进行显示；驱动电路单元与电子膨胀阀连接，根据接收到的控制指令对电子膨胀阀的开度进行调节。

电子膨胀阀的驱动方式是控制器通过对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，由驱动板向电子膨胀阀输出电信号，驱动电子膨胀阀的动作。

具体控制方法如图4所示，当空调上电启动后，通过温度传感器检测蒸发器温度并计算出过热度，判断过热度是否大于目标过热度，如果大于，则计算出电子膨胀阀目标开度，发送控制指令驱动控制电子膨胀阀进行调节，若不大于，则电子膨胀阀开度保持不变。

如果空调系统需要改变过热度，仅仅需要改变一下控制程序中的源代码或者将过热度设置为一定范围内的一个变量，就可改变过热度的设定值。

当然，上述用两个过热度来控制电子膨胀阀开度的装置和方法，完全适用于过冷度的方法来控制电子膨胀阀的开度。只需要将温度传感器设置在冷凝器相应的位置，然后利用其出入口温度的差值，就可采用同样的技术方案控制电子膨胀阀的开度。在空调系统中可以设置过热度和过冷度设定装置，可通过过热度设定装置和过冷度设定装置设定较大过热度值和较小过热度值以及过冷度。

Claims (10)

1.精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.设置多个温度传感器采集空调系统中不同部位在空调工作过程中的温度值；

b.将采集到的多个温度值进行处理后得到温度差值，与预设的目标值进行比较，判断温度差值是否大于目标值，若是，则进入步骤c，若否，则保持电子膨胀阀开度不变并返回步骤a；

c.获取温度差值与目标值的差值，并根据该差值得到电子膨胀阀的目标开启度，由控制系统根据目标开启度对电子膨胀阀进行调节。

2.根据权利要求1所述的精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，所述温度传感器为高精度温度传感器，测量精度范围为0.1～1℃。

3.根据权利要求2所述的精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，所述温度传感器的温度采样周期为0.1～1秒。

4.根据权利要求1～4任意一项所述的精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，所述预设的目标值为较小的过热度或过冷度，所述过热度或过冷度≤1℃。

5.根据权利要求4所述的精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，所述空调系统包括压缩机和蒸发器，所述温度传感器至少设置在压缩机吸气管的前部、蒸发器的出口处和蒸发器的中部。

6.根据权利要求5所述的精确调控电子膨胀阀的方法，其特征在于，所述温度传感器设置在蒸发器后部的最后一根蒸发管的左端、右端和中间的任意两处。

7.用于权利要求1所述的精确调控电子膨胀阀的方法的装置，其特征在于，包括控制器单元、传感器单元、AD转换单元、存储单元、显示单元、驱动电路单元和电子膨胀阀，

所述AD转换单元分别与传感器单元和存储单元连接，所述传感器单元为温度传感器，用于采集温度信号，并将采集到的信号传递到AD转换单元，所述AD转换单元将接收到的信号转换为数字信号，并传递到存储单元，所述存储单元用于存储接收到的温度值与设定的控制值，并提供给控制器单元；

所述控制器单元分别与存储单元、显示单元和驱动电路单元连接，所述控制器单元用于根据存储单元存储的温度值与设定的控制值，计算出所需的控制电子膨胀阀的开度，并将控制指令发送到驱动电路，将计算结果与控制方式发送到显示单元进行显示；

所述驱动电路单元与电子膨胀阀连接，根据接收到的控制指令对电子膨胀阀的开度进行调节。

8.精确控温空调，包括压缩机、蒸发器和冷凝器，其特征在于，还包括如权利要求7所述的精确调控电子膨胀阀的装置，所述温度传感器分别设置在压缩机、蒸发器和冷凝器上。

9.根据权利要求8所述的精确控温空调，其特征在于，还包括过热度设定装置，所述过热度设定装置用于设定较大过热度值和较小过热度值，所述较大过热度值用于控制空调快速制冷或制热，所述较小过热度值用于对电子膨胀阀的精确调节，所述温度传感器包括多个，至少设置在蒸发器的出口、入口及后部。

10.根据权利要求9所述的精确控温空调，其特征在于，所述温度传感器设置在蒸发器的出口、入口、中部和后部，压缩机吸气管的前部，蒸发器后部的最后一根蒸发管的左端、右端和中间，冷凝器的出口、入口、中部和后部，所述温度传感器的测量精度范围为0.1～1℃，温度采样周期为0.1～1秒。

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