CN104633979B - 空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器及其控制方法，其中，空调器包括依次连接的压缩机、室内换热器、过冷器、第一电子膨胀阀和室外换热器，室内换热器和第一电子膨胀阀之间通过第一冷媒管连通，过冷器的第一端口和第二端口通过第一冷媒管连通，过冷器的第三端口和第四端口通过第二冷媒管连通，第二冷媒管的第一连接端与过冷器的第一端口和第一电子膨胀阀之间的第一冷媒管连通，第二冷媒管的第二连接端与压缩机的吸气口连通，在第二冷媒管的第一连接端与过冷器的第三端口之间的第二冷媒管上设置有第二电子膨胀阀。本发明的空调器及其控制方法，在充分发挥室外机换热器效果的同时，使得室外机换热器不结霜，提升了空调器的室内制热的舒适性和整体效能。

Description

空调器及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种空调器及其控制方法。

背景技术

空调器制热运行一段时间后，其外侧温度会由于蒸发而逐渐降低。现有的空调器在制热模式下，当室外侧环境温度较低、湿度较大或者室外风机出风不畅时，室外机换热器内制冷剂蒸发压力会降低，过低的蒸发压力会导致室外换热器的管路温度过低，当室外换热器的管路温度低于空气露点温度一定值时，大气中的水分会在冷凝器表面凝结成霜层，即室外侧发生结霜。结霜后，室外侧换热会更加恶劣，随着室外换热器的管路温度进一步降低，结霜过程会进一步加速，霜层的厚度也会由于制热的持续逐渐增加，进而导致外侧冷凝器的换热量大大减弱，室外机换热效果下降，能效降低。

而为了解决上述结霜问题，传统的空调器是当室外机结霜超过一定程度时，通过四通阀的换向将压缩机高温制冷剂转而排向室外机换热器来进行化霜。在制热除霜过程当中，室内机不能制热，导致室内环境温度下降，影响室内制热的舒适性，且除霜过程中，系统参数会产生剧烈波动，从而对空调器整体的能效产生不利影响。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种实现在制热过程中可以避免结霜的空调器及其控制方法。

为实现本发明目的而提供的空调器，包括依次连接的压缩机、室内换热器、第一电子膨胀阀和室外换热器，所述室内换热器和第一电子膨胀阀之间通过第一冷媒管连通，所述室内换热器和第一电子膨胀阀之间还设置有过冷器，所述过冷器包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，所述第一端口和第二端口通过所述第一冷媒管连通，所述第三端口和第四端口通过第二冷媒管连通，所述第二冷媒管的第一连接端与所述过冷器的第一端口和第一电子膨胀阀之间的第一冷媒管连通，所述第二冷媒管的第二连接端与所述压缩机的吸气口连通，在所述第二冷媒管的第一连接端与所述过冷器的第三端口之间的第二冷媒管上设置有第二电子膨胀阀。

相应地，为实现本发明目的而提供的本发明的空调器的控制方法，包括以下步骤：

S100，在制热模式下，获取室外换热器的饱和蒸发温度T_低和室外空气的露点温度T_露；

S200，调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入所述室外换热器的制冷剂流量；同时，调节第二电子通胀阀的开度，使所述室外换热器的饱和蒸发温度T_低大于所述室外空气的露点温度T_露。

在其中一个实施例中，所述步骤S100包括以下步骤：

S110，在所述室外换热器的进口管路上依次设置第一感温包和湿度传感器，实时监测室外空气的温度T_外和室外空气的湿度φ，并根据所述室外空气的温度T_外和室外空气的湿度φ，计算所述室外空气的露点温度T_露；

S120，在所述压缩机的吸气管路上设置低压传感器，在压缩机开启C秒后通过所述低压传感器第一次监测系统低压压力值P_低，以后每隔a秒检测一次，并将所述系统低压压力值P_低换算成制冷剂在该压力下的所述饱和蒸发温度T_低。

在其中一个实施例中，所述步骤S200包括以下步骤：

S210，在制热模式下，按照以下公式对所述第一电子膨胀阀的开度进行调节：

K_n=EXV1+K_n-1，n≥1；

其中：K_n为经过第n次调节后的所述第一电子膨胀阀的开度值，K_n-1为经过第n-1次调节后的所述第一电子膨胀阀的开度值，EXV1为在设定时间间隔s秒内所述第一电子膨胀阀的开度的变化值，所述第一电子膨胀阀的开度的初始值为K₀。

在其中一个实施例中，在所述步骤S210之前，还包括以下步骤：

S209，每间隔s秒按，照以下公式计算一次所述第一电子膨胀阀的开度的变化值EXV1：

EXV1=λ（T₁-T₂+1）；

其中，T₁为流入所述室外换热器的制冷剂的流入温度，T₂为流出所述室外换热器的制冷剂的流出温度，λ的取值范围为1～100。

在其中一个实施例中，所述步骤S200还包括以下步骤：

S220，在制热模式下，按照以下公式对所述第二电子膨胀阀的开度进行调节：

J_n=EXV2+J_n-1，n≥1；

其中，J_n为经过第n次调节后的所述第二电子膨胀阀的开度值，J_n-1为经过第n-1次调节后的所述第一电子膨胀阀的开度值，EXV2为在设定时间间隔a秒内所述第二电子膨胀阀的开度的变化值，所述第二电子膨胀阀的开度的初始值为J₀为0。

在其中一个实施例中，在所述步骤S220之前，还包括以下步骤：

S219，每间隔s秒按照以下公式计算所述第二电子膨胀阀的开度的变化值EXV2：

当T_低>0时，EXV2=0；

当T_低<0时，EXV2=β（T_露-D-T_低）；

其中，β的取值范围为1～100，D为常数，D的取值范围为0～10℃。

在其中一个实施例中，J_n的取值范围为50～2000，a的取值范围为40～300，C的取值范围为300～1200。

在其中一个实施例中，s的取值范围为40～300，K₀的取值范围为150～2000，K_n的取值范围为50～2000。

在其中一个实施例中，EXV1根据四舍五入原则取整数，EXV2根据四舍五入原则取整数。

本发明的有益效果：本发明的空调器及其控制方法，通过在制热模式下，获取室外换热器的饱和蒸发温度T_低和室外空气的露点温度T_露，进而通过调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入所述室外换热器的制冷剂流量，同时调节第二电子通胀阀的开度，使所述室外换热器的饱和蒸发温度T_低大于室外空气的露点温度T_露，实现了充分发挥室外换热器效能的同时，控制低压使得室外换热器在制热模式下不结霜，提升了空调器的整体能效。

附图说明

为了使本发明的空调器及其控制方法的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明空调器及其控制方法进行进一步详细说明。

图1为本发明的空调器的一个实施例的结构图；

图2为本发明的空调器控制方法的一个实施例流程图；

压缩机100，室内换热器200，第一电子膨胀阀300，室外换热器400，过冷器500，第二电子膨胀阀600，第一冷媒管10，第二冷媒管20，第一端口510、第二端口520、第三端口530，第四端口540。

具体实施方式

本发明提供的空调器的实施例，如图1所示，包括依次连接的压缩机100、室内换热器200、第一电子膨胀阀300和室外换热器400，室内换热器200和第一电子膨胀阀300之间通过第一冷媒管10连通，室内换热器200和第一电子膨胀阀300之间还设置有过冷器500，过冷器500包括第一端口510、第二端口520、第三端口530以及第四端口540，第一端口510和第二端口520通过第一冷媒管10连通，第三端口530和第四端口540通过第二冷媒管20连通，第二冷媒管20的第一连接端与过冷器500的第一端口510和第一电子膨胀阀300之间的第一冷媒管在节点A处连通，第二冷媒管20的第二连接端与压缩机100的吸气口连通，在第二冷媒管20的第一连接端与过冷器500的第三端口530之间的第二冷媒管上设置有第二电子膨胀阀600。优选地，第一电子膨胀阀为电子膨胀阀UKV32，第二电子膨胀阀为电子膨胀阀UKV18。

本发明提供的空调器，在制热模式下，第一电子膨胀阀主要是起到节流的作用，通过根据室外换热器的换热效率，调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入室外换热器的制冷剂流量，使流经室外换热器的制冷剂充分蒸发，可以最大效率的利用室外换热器的效率，同时减小了结霜的概率。需要说明的是电子膨胀阀的开度大小即代表了通过电子膨胀阀所在管路的制冷剂流量的大小。

参见图1，制冷剂流向如图1中的箭头所示，当第二电子膨胀阀600和第一电子膨胀阀300开启时，经过室内换热器200冷凝后的制冷剂在节点A处分流，大部分经过第一电子膨胀阀300节流之后由第一冷媒管10进入室外换热器400进行蒸发，而小部分制冷剂由第二冷媒管20通过第二电子膨胀阀600再次流经过冷器500，进而和经过室外换热器400蒸发之后的制冷剂混合，进入压缩机100。由于小部分制冷剂为中温中压的气液两相状态，因而可以达到提高室外换热器的蒸发压力P的效果。另外，由于通过第一电子膨胀阀进入到室外换热器的制冷剂分了一部分出去，相对而言室外换热器的制冷剂流量减少，使得流经室外换热器的制冷剂更容易蒸发完全，从而使室外换热器的蒸发压力P可以进一步提高。这样，通过调节第二电子通胀阀的开度，就可以提高室外换热器的饱和蒸发温度T_低，使得室外侧换热器的饱和蒸发温度T_低大于室外空气的露点温度T_露，实现室外换热器不结霜。

相应地，本发明提供的空调器的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

S100，在制热模式下，获取室外换热器的饱和蒸发温度T_低和室外空气的露点温度T_露；

S200，调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入室外换热器的制冷剂流量；同时，调节第二电子通胀阀的开度，使室外换热器的饱和蒸发温度T_低大于室外空气的露点温度T_露。

通过大量实验得知在制热模式时，当空调器的室外换热器的蒸发压力P达到露点压力P₀时（相应的制冷剂在该压力下的饱和蒸发温度T_低低于室外空气的露点温度T_露），外机开始结霜。通过控制室外换热器的饱和蒸发温度T_低，使室外换热器的饱和蒸发温度T_低高于室外空气的露点温度T_露，这样，在充分发挥室外换热器吸收空气能的前提下，即可实现室外换热器在制热模式下不结霜。

本发明的空调器的控制方法，通过在制热模式下，获取室外换热器的饱和蒸发温度T_低和室外空气的露点温度T_露，进而通过调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入室外换热器的制冷剂流量，同时调节第二电子通胀阀的开度，使室外换热器的饱和蒸发温度T_低大于室外空气的露点温度T_露，实现了充分发挥室外换热器效能的同时，控制低压使得室外换热器在制热模式下不结霜，提升了空调器的整体能效。

下面，对本发明实施例提供的空调器的控制方法的实现方式进行具体说明：

作为一种可实施方式，步骤S100包括以下步骤：

S110，在室外换热器的进口管路上依次设置第一感温包和湿度传感器，实时监测室外空气的温度T_外和室外空气的湿度φ，并根据室外空气的温度T_外和室外空气的湿度φ，计算室外空气的露点温度T_露。

S120，在压缩机的吸气管路上设置低压传感器，在压缩机开启C秒后通过低压传感器第一次监测系统低压压力值P_低，以后每隔a秒检测一次，并将系统低压压力值P_低换算成制冷剂在该压力下的饱和蒸发温度T_低。

优选地，a的取值范围为40～300，C的取值范围为300～1200。

作为一种可实施方式，步骤S200包括以下步骤：

S210，在制热模式下，按照以下公式对第一电子膨胀阀的开度进行调节：

K_n=EXV1+K_n-1，n≥1；

其中：K_n为经过第n次调节后的第一电子膨胀阀的开度值，K_n-1为经过第n-1次调节后的第一电子膨胀阀的开度值，EXV1为在设定时间间隔s秒内第一电子膨胀阀的开度的变化值，第一电子膨胀阀的开度的初始值为K₀，优选地，K₀的取值范围为150～2000，K_n的取值范围为50～2000。

优选地，在步骤S210之前，还包括以下步骤：

S209，每间隔s秒按照以下公式计算一次第一电子膨胀阀的开度的变化值EXV1：

EXV1=λ（T₁-T₂+1）；

其中，T₁为流入室外换热器的制冷剂的流入温度，T₂为流出室外换热器的制冷剂的流出温度，λ的取值范围为1～100，s的取值范围为40～300，EXV1根据四舍五入原则取整数。

需要说明的是，K₀和λ的取值根据实际机组和阀体的规格不同会有所变动，实际取值由实验确认。

作为一种可实施方式，在室外换热器和第一电子膨胀阀之间的管路上设置第一感温包，实时监测经第一电子膨胀阀节流之后，从室外换热器的进口处流进的制冷剂的温度T₁(单位℃)；在室外换热器的出口管路上设置第二感温包，实时监测从室外换热器的出口处流出的制冷剂的温度T₂(单位℃)。

作为一种可实施方式，步骤S200还包括以下步骤：

S220，在制热模式下，按照以下公式对第二电子膨胀阀的开度进行调节：

J_n=EXV2+J_n-1，n≥1；

其中，J_n为经过第n次调节后的第二电子膨胀阀的开度值，J_n-1为经过第n-1次调节后的第一电子膨胀阀的开度值，EXV2为在设定时间间隔a秒内第二电子膨胀阀的开度的变化值，第二电子膨胀阀的开度的初始值为J₀为0，J_n的取值范围为50～2000，a取值范围为40～300。

优选地，在步骤S220之前，还包括以下步骤：

S219，每间隔s秒，按照以下公式计算第二电子膨胀阀的开度的变化值EXV2：

当T_低>0时，EXV2=0；

当T_低<0时，EXV2=β（T_露-D-T_低）；

其中，β的取值范围为1～100，D为常数，D的取值范围为0～10℃，J_n的取值范围为50～2000，EXV2根据四舍五入原则取整数。

需要说明的是，D和β的取值根据实际机组和阀体的规格不同会有所变动，实际取值由实验确认。

综上，本发明实施例提供的空调器的控制方法，根据在制热模式下，第一电子膨胀阀主要是起到节流的作用，从而通过对第一电子膨胀阀的开度的调节，使流经室外换热器的制冷剂得到充分蒸发，最大效率的利用室外换热器的效率，其调节控制方式为：

首先，每间隔s秒，监测一次经第一电子膨胀阀节流后，流入室外换热器的制冷剂的流入温度T₁以及流出室外换热器的制冷剂的流出温度T₂，s的取值范围为40～300；

接下来，计算第一电子膨胀阀的开度的变化值EXV1，EXV1=λ（T₁-T₂+1），其中，λ的取值范围为1～100，EXV1根据四舍五入原则取整数；

最后，根据变化值EXV1对第一电子膨胀阀的开度按照以下公式进行调节：K_n=EXV1+K_n-1,其中，n≥1，K_n为经过第n次调节后的第一电子膨胀阀的开度值，K_n的初始值为K₀，K₀的取值范围为150～2000，且K_n的取值范围为50～2000。

本发明实施例提供的空调器的控制方法，根据在制热模式下，第二电子膨胀阀的主要作用是调节进入室外侧换热器的制冷剂量，从而通过调节其开度变化提高系统的低压，进而提高室外换热器的饱和蒸发温度T_低，使得室外侧换热器的饱和蒸发温度T_低大于室外空气的露点温度T_露，实现室外换热器不结霜，其调节控制方式为：

首先，在压缩机开启C秒后第一次监测系统低压压力值P_低，以后每隔a秒检测一次，常数a取值范围为40～300，常数C取值范围300～1200，并将系统低压压力值P_低换算成制冷剂在该压力下的饱和蒸发温度T_低；

然后，根据饱和蒸发温度T_低，计算第二电子膨胀阀的开度的变化值EXV2：当T_低>0时，EXV2=0，当T_低<0时,EXV2=β（T_露-D-T_低），其中，β的取值范围为1～100，D为常数，D的取值范围为0～10℃，EXV2根据四舍五入原则取整数；

最后，根据变化值EXV2对第二电子膨胀阀的开度按照以下公式进行调节：J_n=EXV2+J_n-1,其中，n≥1，J_n为经过第n次调节后的第二电子膨胀阀的开度值，J_n的初始值为0，且J_n的取值范围为50～2000。

其中，根据当前监测得到的室外环境温度T_外和室外环境湿度φ计算室外空气的露点温度T_露，可通过以下计算方式实现：

第一步，计算饱和湿空气分压力P_qb。

T=273.15+T_外；

当T_外为100～0℃时，

c₁=-5674.5359，c₂=6.392547，c₃=0.9677843×10^-2，c₄=0.62215701×10^-6，c₅=0.20747825×10^-18，c₆=0.9484024×10^-12，c₇=4.1635019；

当T_外为0～200℃时，

c₈=-5800.2206，c₉=1.3914993，c₁₀=-0.048640239，c₁₁=0.41764748×10^-14，c₁₂=-0.14452093×10^-7，c₁₃=6.5459673。

第二步，计算湿空气分压力P_q。

P_q=φP_qb，φ室外环境湿度。

第三步，计算室外空气的露点温度T_露。

T_露=c₁₄+c₁₅ln(P_qb)+c₁₆[ln(P_qb)]²

当T_露为-60～0℃时，c₁₄=-60.45，c₁₅=7.0322，c₁₆=0.37；

当T_露为0～70℃时，c₁₄=-35.957，c₁₅=-1.8726，c₁₆=1.1689。

本发明的空调器及其控制方法，通过在制热模式下，获取室外换热器的饱和蒸发温度T_低和室外空气的露点温度T_露，调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入室外换热器的制冷剂流量，同时调节第二电子通胀阀的开度，使室外换热器的饱和蒸发温度T_低大于室外空气的露点温度T_露，实现了充分发挥室外换热器效能的同时，控制低压使得室外换热器在制热模式下不结霜，提升了空调器的整体能效。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种空调器的控制方法，其特征在于，所述空调器包括依次连接的压缩机、室内换热器、第一电子膨胀阀和室外换热器，所述室内换热器和第一电子膨胀阀之间通过第一冷媒管连通，其特征在于，所述室内换热器和第一电子膨胀阀之间还设置有过冷器，所述过冷器包括第一端口、第二端口、第三端口以及第四端口，所述第一端口和第二端口通过所述第一冷媒管连通，所述第三端口和第四端口通过第二冷媒管连通，所述第二冷媒管的第一连接端与所述过冷器的第一端口和第一电子膨胀阀之间的第一冷媒管连通，所述第二冷媒管的第二连接端与所述压缩机的吸气口连通，在所述第二冷媒管的第一连接端与所述过冷器的第三端口之间的第二冷媒管上设置有第二电子膨胀阀；

所述控制方法包括以下步骤：

S100，在制热模式下，获取室外换热器的饱和蒸发温度T_低和室外空气的露点温度T_露；

S200，调节第一电子膨胀阀的开度，控制流入所述室外换热器的制冷剂流量；同时，根据饱和蒸发温度T_低计算第二电子膨胀阀的开度的变化值，并根据所述第二电子阀门的开度的变化值调节第二电子膨胀阀的开度，使所述室外换热器的饱和蒸发温度T_低大于所述室外空气的露点温度T_露。

2.根据权利要求1所述的空调器的控制方法，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：

S110，在所述室外换热器的进口管路上依次设置第一感温包和湿度传感器，实时监测室外空气的温度T_外和室外空气的湿度φ，并根据所述室外空气的温度T_外和室外空气的湿度φ，计算所述室外空气的露点温度T_露；

S120，在所述压缩机的吸气管路上设置低压传感器，在压缩机开启C秒后通过所述低压传感器第一次监测系统低压压力值P_低，以后每隔a秒检测一次，并将所述系统低压压力值P_低换算成制冷剂在该压力下的所述饱和蒸发温度T_低。

3.根据权利要求1或2所述的空调器的控制方法，其特征在于，所述步骤S200包括以下步骤：

S210，在制热模式下，按照以下公式对所述第一电子膨胀阀的开度进行调节：

K_n＝EXV1+K_n-1，n≥1；

其中：K_n为经过第n次调节后的所述第一电子膨胀阀的开度值，K_n-1为经过第n-1次调节后的所述第一电子膨胀阀的开度值，EXV1为在设定时间间隔s秒内所述第一电子膨胀阀的开度的变化值，所述第一电子膨胀阀的开度的初始值为K₀。

4.根据权利要求3所述的空调器的控制方法，其特征在于，在所述步骤S210之前，还包括以下步骤：

S209，每间隔s秒，按照以下公式计算一次所述第一电子膨胀阀的开度的变化值EXV1：

EXV1＝λ(T₁-T₂+1)；

其中，T₁为流入所述室外换热器的制冷剂的流入温度，T₂为流出所述室外换热器的制冷剂的流出温度，λ的取值范围为1～100。

5.根据权利要求4所述的空调器的控制方法，其特征在于，所述步骤S200还包括以下步骤：

S220，在制热模式下，按照以下公式对所述第二电子膨胀阀的开度进行调节：

J_n＝EXV2+J_n-1，n≥1；

其中，J_n为经过第n次调节后的所述第二电子膨胀阀的开度值，J_n-1为经过第n-1次调节后的所述第二电子膨胀阀的开度值，EXV2为在设定时间间隔s秒内所述第二电子膨胀阀的开度的变化值，所述第二电子膨胀阀的开度的初始值为J₀为0。

6.根据权利要求5所述的空调器的控制方法，其特征在于，在所述步骤S220之前，还包括以下步骤：

S219，每间隔s秒，按照以下公式计算所述第二电子膨胀阀的开度的变化值EXV2：

当T_低>0时，EXV2＝0；

当T_低<0时,EXV2＝β(T_露-D-T_低)；

其中，β的取值范围为1～100，D为常数，D的取值范围为0～10℃。

7.根据权利要求6所述的空调器的控制方法，其特征在于，J_n的取值范围为50～2000，a的取值范围为40～300，C的取值范围为300～1200。

8.根据权利要6所述的空调器的控制方法，其特征在于，s的取值范围为40～300，K₀的取值范围为150～2000，K_n的取值范围为50～2000。

9.根据权利要求6所述的空调器的控制方法，其特征在于，EXV1根据四舍五入原则取整数，EXV2根据四舍五入原则取整数。