CN104005214A - 一种热泵干衣机膨胀阀的控制方法 - Google Patents

一种热泵干衣机膨胀阀的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵干衣机膨胀阀的控制方法，通过检测热泵系统蒸发器蒸发温度和/或冷凝器表面温度和/或压缩机排气温度选择对应的膨胀阀调节模式，各调节模式下按照设定的方式调节膨胀阀的开度。蒸发器蒸发温度为蒸发器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处的温度；冷凝器表面温度为冷凝器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处的温度。膨胀阀的控制以对应各调节模式设定的间隔时间调节膨胀阀的开度增大和/或减小和/或维持不变。本发明配合压缩机控制和/或风机控制，提高了热泵工作效率，同时降低了能耗；另外通过膨胀阀的开度控制，避免了过量的制冷剂流入压缩机，相对延长了压缩机的使用寿命。

Description

一种热泵干衣机膨胀阀的控制方法
技术领域
本发明涉及一种干衣控制方法，具体是一种热泵干衣机热泵系统的控制方法，尤其是一种热泵干衣机根据检测温度调节膨胀阀开度大小以提高烘干效率的膨胀阀的控制方法。
背景技术
现有热泵式衣物干燥装置中设置有如下的空气循环通道：由热泵循环系统中的冷凝器进行过加热的加热空气被送入装有衣物的干燥室内，从衣物中夺取了水分的湿空气被送回到蒸发器处进行除湿，除湿后的空气再次由冷凝器加热，并送入干燥室中。
热泵干衣机烘干系统，压缩机系统耐受的压力为制冷剂对应60～70℃间温度对应的饱和压力，在烘干后期，随温度的升高，压缩机的冷凝温度会接近最高压力的限值。现有滚筒式热泵干衣机，设计有辅助冷凝器和辅助风机，以使在烘干后期或者在高温环境中辅助风机动作，对压缩机负荷进行调节。由于采用单控制温度设置，在烘干的中前期，都尽可能的提升烘干温度，在中前期利于烘干的完成；但在后期，筒内温度已经升高，烘干空气湿度在减小，需要的凝露点在降低，尽管湿度减小会使蒸发器的负荷降低，温度也降低，但由于压缩机的功率负荷在高值运行，进入滚筒的热量并没有减少，蒸发器温度的下降小于空气露点温度的下降；而冷凝风机的使用，则使热量更多的进入环境中，结果是在烘干后期增大了功率消耗，降低除湿效率。
申请号为200610153406.9的中国专利公开了一种能够使产生在干燥室与热泵之间循环的干衣空气的热泵实现稳定操作的衣物干燥装置。其中，由热泵中的加热器进行过加热的空气送入作为干燥室的盛水桶中，从盛水桶排出的空气穿过过滤器单元后回到热泵，由吸热器除湿之后再送至加热器，形成空气循环通道。过滤器单元中设有线屑过滤器，并且设有与空气排出口及空气导入口相连通的管道。
申请号为200410097855.7的中国专利公开了一种衣物干燥装置,包括：热泵装置；将干衣空气引导至热泵装置的吸热器、放热器和装有衣物的干衣室的风道；向所述风道中送入干衣空气的鼓风机；和控制装置。在干衣操作过程中，压缩机和鼓风机进行操作；当干衣操作发生中断时，控制装置使压缩机停止规定的时间。
上述采用热泵烘干方式的干衣装置，在环境温度较高，比如35～40℃环境下，烘干开始阶段，吹入洗衣/干衣筒内的空气温度迅速上升到60℃以上，从洗衣/干衣筒内吹出的空气温度，湿度也迅速上升。这种情况下，蒸发器内的制冷剂饱和压力较高，压缩机系统的负荷大，很快达到压缩机的临界工作压力。对定频压缩机系统，也会超出辅助散热风机和辅助冷凝器的散热范围，压缩机会由于压力过高和排气温度过高停止工作，烘干过程中压缩机间断工作，会对压缩机部件性能造成冲击，增加故障率。若采用压缩机系统，虽然压缩机会由控制系统调整压缩机的工作频率，对压缩机工作负荷进行调节，但压缩机自身也有个最低工作频率范围。制冷系统的高负荷工作，导致压缩机电机故障率极高，降低使用寿命。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种通过调整膨胀阀的开度来提高烘干效率同时降低热泵工作负荷进而降低烘干能耗的热泵干衣机膨胀阀的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种热泵干衣机膨胀阀的控制方法，通过检测热泵系统蒸发器蒸发温度和/或冷凝器表面温度和/或压缩机排气温度选择对应的膨胀阀调节模式，各调节模式下按照设定的方式调节膨胀阀的开度。
进一步的，蒸发器蒸发温度为蒸发器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处的温度；冷凝器表面温度为冷凝器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处的温度。
进一步的，膨胀阀的控制以对应各调节模式设定的间隔时间调节膨胀阀的开度增大和/或减小和/或维持不变。
进一步的，开始，先控制膨胀阀执行全闭动作使其处于完全关闭状态，然后打开膨胀阀至设定的初始位置，再启动压缩机，升频结束后间隔设定时间再执行膨胀阀的控制调节。
控制膨胀阀执行全闭动作为：先关闭膨胀阀的最大开度脉冲，然后反复执行开启设定的第一脉冲、关闭设定的第二脉冲上述动作，完成设定次数，设定的第一脉冲小于设定的第二脉冲。
本发明所述的控制方法，膨胀阀调节模式主要包括：
第一调节模式，蒸发器处于易结霜阶段，且压缩机排气温度与反映冷凝温度的冷凝器表面温度的差值大于设定值，该模式控制膨胀阀的开度增大，使得蒸发器蒸发温度上升；
第二调节模式，该模式控制膨胀阀的开度增大、减小或不变，使得烘干温度上升进而蒸发器蒸发温度上升；
第三调节模式，检测蒸发器蒸发温度大于第一设定值，控制膨胀阀的开度减小，使得蒸发器蒸发温度降低；
若检测蒸发器蒸发温度不大于第一设定值且检测温度不对应第一调节模式，则选择第二调节模式。
进一步的，在第一调节模式下，控制膨胀阀增大设定的开度，若多次增大膨胀阀开度直至膨胀阀允许的最大开度，或者连续增大膨胀阀开度次数达到设定次数，判断仍在第一调节模式条件下，则控制热泵压缩机和/或风机进行调节。
进一步的，在第二调节模式下，检测蒸发器出口温度TS与蒸发器蒸发温度Te计算蒸发过热度TS-Te，与设定的目标过热度TSH进行比较，求值过热度差异SH＝TS-Te-TSH，及过热度差异变化值ΔSH＝SHi－Shi-1，i、i-1为调节次数，Sh0＝0；SH=0，判断调节周期为N1秒/次；SH＝0，且ΔSH＝0时，判断调节周期为N2秒/次；其它情况判断调节周期为N3秒/次，N1≥N3≥N2，每次判断后根据SH及ΔSH的值调节膨胀阀开度增大或减小或维持不变。
在第二调节模式下，SH＞0，增大膨胀阀开度，增大的幅度与ΔSH值呈正方向变化，即ΔSH值越大，增加的开度越大，ΔSH值越小，增加的开度越小；SH＜0，减小膨胀阀开度，减小的幅度与ΔSH值呈反方向变化，即ΔSH值越小，减小的开度越大，ΔSH值越大，减小的开度越小；SH＝0时，若ΔSH＜0，则减小开度，若ΔSH＞0，则增大开度，变化幅度与ΔSH值对应；SH＝0，且ΔSH＝0时，维持开度不变。
进一步的，在第三调节模式下，控制膨胀阀减小设定的开度，若多次减小膨胀阀开度直至膨胀阀允许的最小开度，或者连续减小膨胀阀开度次数达到设定次数，判断蒸发器蒸发温度仍大于第一设定值，则控制热泵压缩机和/或风机进行调节。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明热泵干衣机在现有热泵模块的基础上，增加了对膨胀阀的调节以控制热泵工作效率的功能，在不同的蒸发温度下，以对应的调节模式控制膨胀阀开度增大/减小/保持不变，配合压缩机控制和/或风机控制，提高了热泵工作效率，同时降低了能耗；另外通过膨胀阀的开度控制，避免了过量的制冷剂流入压缩机，相对延长了压缩机的使用寿命。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明所述的热泵系统示意图；
图2是本发明所述的热泵干衣机示意图；
图3是本发明所述的膨胀阀控制流程图；
1滚筒、2送风风扇、3压缩机、4冷凝器、5膨胀阀、6蒸发器、7冷凝器温度传感器、8蒸发器温度传感器、9压缩机温度传感器
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所述的热泵干衣机包括滚筒1和设有滚筒下方的热泵干衣系统，由送风风扇2将热泵干衣系统产生的热风通过干衣风道导入到滚筒内干燥衣物，热泵干衣系统包括具有压缩机3、冷凝器4、膨胀阀5及蒸发器6的热泵模块，冷凝器4在冷凝器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处设有检测冷凝器冷凝温度的冷凝器温度传感器7，蒸发器6在蒸发器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处设有检测蒸发器蒸发温度的蒸发器温度传感器8，于压缩机3排气口处设有检测压缩机排气温度的压缩机温度传感器9。
如图3所示，本发明热泵干衣机膨胀阀的控制方法，通过检测热泵系统蒸发器蒸发温度和/或冷凝器表面温度和/或压缩机排气温度选择对应的膨胀阀调节模式，各调节模式下以设定的间隔时间调节膨胀阀的开度增大和/或减小和/或维持不变。
本发明膨胀阀调节模式与干衣过程其它控制热泵系统的程序如压缩机控制和/或风机控制配合使用，更利于热泵系统的稳定运行。
开始时，膨胀阀首先执行全闭动作，例如膨胀阀本身的最大开度为500脉冲，则关500脉冲，然后以开5个脉冲、关60个脉冲的频率反复5次，保证膨胀阀处于完全关闭状态。完成后，膨胀阀打开至初始位置210脉冲，压缩机启动。压缩机在升频结束后，间隔一设定时间，待热泵系统各检测点温度平稳后再进行膨胀阀的控制调节。
膨胀阀调节模式主要包括下述三种：
第一调节模式，蒸发器处于易结霜阶段，且压缩机排气温度与反映冷凝温度的冷凝器表面温度的差值大于设定值，该模式控制膨胀阀的开度增大，使得蒸发器蒸发温度上升；
第二调节模式，该模式控制膨胀阀的开度增大、减小或不变，使得烘干温度上升进而蒸发器蒸发温度上升；
第三调节模式，检测蒸发器蒸发温度大于第一设定值，控制膨胀阀的开度减小，使得蒸发器蒸发温度降低；
若检测蒸发器蒸发温度不大于第一设定值且检测温度不对应第一调节模式，则选择第二调节模式。
一般干衣过程中，在烘干初期，衣物温度较低，如果蒸发器温度传感器感知蒸发器蒸发温度小于0℃，表明蒸发器会容易发生结霜，此时判断压缩机排气温度与反映冷凝温度的冷凝器表面温度的差值是否大于设定值，如果是，说明蒸发器里面的制冷剂蒸发完全，属于第一调节模式对应的状态，调节膨胀阀往开度大的方向运行5个脉冲。此处判断蒸发器里面的制冷剂是否蒸发完全没有按照蒸发器前后表面的温度是因为，在0℃环境以下，即使制冷剂蒸发完全，检测结果也可能蒸发器前后温度趋于一致，因此采用压缩机排气温度与冷凝器表面温度的差值进行判断，结果会更准确。通过调节膨胀阀增大开度以增加制冷剂的流量，使蒸发温度上升；另外，在烘干初期流量增加也会使压缩机负荷增加，滚筒内升温过程加快。以设定的时间间隔循环上述过程，若多次增大膨胀阀开度直至膨胀阀允许的最大开度，或者连续增大膨胀阀开度次数达到设定次数，此时判断仍在上述第一调节模式条件下，则控制热泵压缩机和/或风机进行调节。
如果蒸发器温度传感器感知蒸发器蒸发温度不小于0℃，例如，干衣机环境温度较高时，或者，压缩机排气温度与反映冷凝温度的冷凝器表面温度的差值不大于设定值，则不能选择第一调节模式，将蒸发温度与预设的第一设定值比较，进而判断选择第二或第三调节模式。
在第二调节模式下，检测蒸发器出口温度TS与蒸发器蒸发温度Te计算蒸发过热度TS-Te，与设定的目标过热度TSH进行比较，求值过热度差异SH＝TS-Te-TSH，及过热度差异变化值ΔSH＝SHi－Shi-1，i、i-1为调节次数，Sh0＝0；SH=0，判断调节周期为N1秒/次；SH＝0，且ΔSH＝0时，判断调节周期为N2秒/次；其它情况判断调节周期为N3秒/次，N1≥N3≥N2，每次判断后根据SH及ΔSH的值调节膨胀阀开度增大或减小或维持不变。
在第二调节模式下，SH＞0，增大膨胀阀开度，增大的幅度与ΔSH值呈正方向变化，即ΔSH值越大，增加的开度越大，ΔSH值越小，增加的开度越小；SH＜0，减小膨胀阀开度，减小的幅度与ΔSH值呈反方向变化，即ΔSH值越小，减小的开度越大，ΔSH值越大，减小的开度越小；SH＝0时，若ΔSH＜0，则减小开度，若ΔSH＞0，则增大开度，变化幅度与ΔSH值对应；SH＝0，且ΔSH＝0时，维持开度不变。
第二调节模式一般在烘干中间时期起作用，此时，检测蒸发器蒸发温度不大于第一设定值，则检测蒸发器出口温度TS与蒸发器蒸发温度Te，与目标过热度TSH=5K进行比较，如果SH=0，判断调节周期为60秒/次；如果SH=0，且ΔSH=0时，判断调节周期为10秒/次；其它情况判断调节周期为30秒/次。
1、SH=5，说明过热度比目标过热度大5K，ΔSH=-3，说明目前检测过热度前回检测过热度变小3K，则膨胀阀调大2个脉冲开度；
2、SH=5，说明过热度比目标过热度大5K，ΔSH=3，说明目前检测过热度前回检测过热度变大3K，则膨胀阀调大9个脉冲开度；
3、SH=-5，说明过热度比目标过热度小5K，ΔSH=-3，说明目前检测过热度前回检测过热度变小3K，则膨胀阀调小9个脉冲开度；
4、SH=-5，说明过热度比目标过热度小5K，ΔSH=3，说明目前检测过热度前回检测过热度变大3K，则膨胀阀调小2个脉冲开度；
5、SH=0，说明过热度与目标过热度一致，ΔSH=-3，说明目前检测过热度前回检测过热度变小3K，则膨胀阀调小1脉冲开度进行微调；
6、SH=0，说明过热度与目标过热度一致，ΔSH=3，说明目前检测过热度前回检测过热度变大3K，则膨胀阀调大1脉冲开度进行微调；
7、SH=0，说明过热度与目标过热度一致，ΔSH=0，说明目前检测过热度前回检测过热度没有变化，则保持膨胀阀开度不变。
若检测计算如上述1-4情况后，则30秒后判断下次调节周期；若检测计算如上述5-6情况后，则60秒后判断下次调节周期；若检测计算如上述第7种情况后，则10秒后判断下次调节周期。
第三调节模式一般在烘干后期，随烘干温度的上升，蒸发温度也在上升，压缩机频率的变小也会使蒸发温度上升，为使蒸发温度不超过压缩机使用范围和降低蒸发器表面温度，在检测蒸发器蒸发温度大于第一设定值时，减小膨胀阀5个脉冲信号的开度，以设定的时间间隔循环上述过程，若多次减小膨胀阀开度直至膨胀阀允许的最小开度，或者连续减小膨胀阀开度次数达到设定次数，判断蒸发器蒸发温度仍大于第一设定值，则控制热泵压缩机和/或风机进行调节。
本发明膨胀阀的控制过程中，同步干衣判断程序，当满足干衣条件时，则停止干衣，否则，重复上述膨胀阀的控制程序。
上述实施方案仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热泵干衣机膨胀阀的控制方法，其特征在于：通过检测热泵系统蒸发器蒸发温度和/或冷凝器表面温度和/或压缩机排气温度选择对应的膨胀阀调节模式，各调节模式下按照设定的方式调节膨胀阀的开度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：蒸发器蒸发温度为蒸发器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处的温度；冷凝器表面温度为冷凝器入口位置到出口位置之间制冷剂发生相变位置处的温度。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：膨胀阀的控制以对应各调节模式设定的间隔时间调节膨胀阀的开度增大和/或减小和/或维持不变。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：开始，先控制膨胀阀执行全闭动作使其处于完全关闭状态，然后打开膨胀阀至设定的初始位置，再启动压缩机，升频结束后间隔设定时间再执行膨胀阀的控制调节。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：控制膨胀阀执行全闭动作为：先关闭膨胀阀的最大开度脉冲，然后反复执行开启设定的第一脉冲、关闭设定的第二脉冲上述动作，完成设定次数，设定的第一脉冲小于设定的第二脉冲。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：膨胀阀调节模式主要包括：
第一调节模式，蒸发器处于易结霜阶段，且压缩机排气温度与反映冷凝温度的冷凝器表面温度的差值大于设定值，该模式控制膨胀阀的开度增大，使得蒸发器蒸发温度上升；
第二调节模式，该模式控制膨胀阀的开度增大、减小或不变，使得烘干温度上升进而蒸发器蒸发温度上升；
第三调节模式，检测蒸发器蒸发温度大于第一设定值，控制膨胀阀的开度减小，使得蒸发器蒸发温度降低；
若检测蒸发器蒸发温度不大于第一设定值且检测温度不对应第一调节模式，则选择第二调节模式。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在第一调节模式下，控制膨胀阀增大设定的开度，若多次增大膨胀阀开度直至膨胀阀允许的最大开度，或者连续增大膨胀阀开度次数达到设定次数，判断仍在第一调节模式条件下，则控制热泵压缩机和/或风机进行调节。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在第二调节模式下，检测蒸发器出口温度TS与蒸发器蒸发温度Te计算蒸发过热度TS-Te，与设定的目标过热度TSH进行比较，求值过热度差异SH＝TS-Te-TSH，及过热度差异变化值ΔSH＝SHi－Shi-1，i、i-1为调节次数，Sh0＝0；SH=0，判断调节周期为N1秒/次；SH＝0，且ΔSH＝0时，判断调节周期为N2秒/次；其它情况判断调节周期为N3秒/次，N1≥N3≥N2，每次判断后根据SH及ΔSH的值调节膨胀阀开度增大或减小或维持不变。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：SH＞0，增大膨胀阀开度，增大的幅度与ΔSH值呈正方向变化，即ΔSH值越大，增加的开度越大，ΔSH值越小，增加的开度越小；SH＜0，减小膨胀阀开度，减小的幅度与ΔSH值呈反方向变化，即ΔSH值越小，减小的开度越大，ΔSH值越大，减小的开度越小；SH＝0时，若ΔSH＜0，则减小开度，若ΔSH＞0，则增大开度，变化幅度与ΔSH值对应；SH＝0，且ΔSH＝0时，维持开度不变。
10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在第三调节模式下，控制膨胀阀减小设定的开度，若多次减小膨胀阀开度直至膨胀阀允许的最小开度，或者连续减小膨胀阀开度次数达到设定次数，判断蒸发器蒸发温度仍大于第一设定值，则控制热泵压缩机和/或风机进行调节。
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