CN107642873A - 一种空调及其启动时电子膨胀阀开度控制方法 - Google Patents
一种空调及其启动时电子膨胀阀开度控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种空调及其启动时电子膨胀阀开度控制方法，先根据压缩机启动前停机时间和室外环境温度判断本次启动是冷启动状态、热启动状态还是中间启动状态，电子膨胀阀的初始开度根据室内外环境温度、压缩机目标频率计算，再根据启动状态不同，设置电子膨胀阀初始开度的保持时间不同，在电子膨胀阀初始开度的保持时间内，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度，进入正常电子膨胀阀控制。本发明空调系统能够根据系统负荷情况尽快调整到电子膨胀阀的最佳开度，达到快速制冷、制热的目的。
Description
技术领域
本发明属于空调及其控制技术领域，特别是涉及一种空调及其启动时电子膨胀阀开度控制方法。
背景技术
现有空调在遥控开机后,制冷模式下大约需要5min才能达到预期的出风效果，制热模式下，根据室外环境温度的不同，达到目标制热出风温度所需的时间也不同，一般随着室外环境温度的降低达到目标出风温度所需的时间也越长，这个和制冷剂的迁移特性有关。而用户开机后的需求为空调能在最短的时间内达到所需的效果,这个和电子膨胀阀的控制是否尽快达到稳定最佳状态有很大关系。
目前随着对空调能效及舒适性要求的提高，因电子膨胀阀可以根据空调的实际负荷变动情况实现变流量节流，达到提高空调综合APF能效及舒适性的要求，因此,越来越多的厂家青睐采用电子膨胀阀来节流。而对于舒适性，用户使用空调的其中一个目的是希望开机后迅速达到合适的出风温度，来满足快速制冷、制热的目的。而由于空调是采用制冷剂的相变来气化制冷、液化制热的，对于一个确定的空调系统，从制冷系统压焓图可以看出：
A.制冷模式下需要蒸发侧内的两相制冷剂保持一个约0.6-1.1MPa（对R410A制冷剂）的压力来气化吸取室内空气中的热量，同时匹配合适的制冷剂流量供给，蒸发侧内保持一个合适的过热度,即可达到持续制冷的目的。
B.制热模式下需要冷凝侧内的两相制冷剂保持一个约2.6-3.0MPa（对R410A制冷剂）的压力来液化将热量释放到室内空气中，同时匹配合适的制冷剂流量供给，冷凝侧内保持一个合适的过冷度,即可达到持续制热的目的。
而对于电子膨胀阀节流的空调系统，空调启动后的快速制冷制热关键是制冷剂能够在尽量短的时间内稳定到上述A、B两点所述的状态，这里电子膨胀阀的调节起到关键的作用。目前空调的控制方法为，空调启动后，电子膨胀阀保持程序中根据机器大小预设一个固定初始开度，此固定初始开度保持一个固定时间后，电子膨胀阀再根据排气温度或排气过热度或吸气过热度来进行开度调节。此方法的缺点是没有考虑实际制冷剂系统在开机前所处的状态。因制冷剂的特性为：根据所处的室内外环境温度而进行相变、液态制冷剂迁移，即液态制冷剂会随着停机时间的延长，逐渐迁移到温度较低的地方，且温度低的地方液态制冷剂逐渐增多。
从制冷剂的迁移特性可以看出，对于不区分停机时间长短及机器所处的室内外环境温度而在机器启动后仅采用固定的电子膨胀阀初始开度及固定的初始开度保持时间，无法使系统处于最优状态，也无法满足快速制冷制热的目的，同时也不能提高压缩机的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，解决了现有电子膨胀阀无法满足快速制冷制热的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种空调启动时电子膨胀阀开度控制方法：
根据压缩机启动前的停机时间和室外环境温度判断本次启动属于冷启动状态、热启动状态或者中间启动状态，根据启动状态确定电子膨胀阀初始开度的保持时间；
获取压缩机运行频率,获取室内环境温度和室外环境温度;
根据压缩机运行频率、室内环境温度和室外环境温度计算电子膨胀阀的初始开度；
所述电子膨胀阀保持初始开度达到保持时间后，进入正常电子膨胀阀控制。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，在电子膨胀阀初始开度的保持时间内，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度，进入正常电子膨胀阀控制。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度的方法为：判断排气温度变化率大于设定值时，退出初始开度。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，所述压缩机为定频压缩机，所述电子膨胀阀初始开度Fk的计算方法如下：
制冷时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－a）*Kin+（Tout－b）*Kout]；
制热时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－c）*Kin+（Tout－d）*Kout]；
Hc为压缩机的电源频率；
Fe为基准开度；
Tin为压缩机启动时的室内环境温度，Kin为室内环境温度修正系数；
Tout为压缩机启动时的室外环境温度，Kout为室外环境温度修正系数；
a为标准制冷室内环境温度；b为标准制冷室外环境温度；c为标准制热室内环境温度；d为标准制热室外环境温度。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，所述压缩机为变频压缩机，所述电子膨胀阀初始开度Fk动态调节，所述电子膨胀阀初始开度Fk的计算方法如下：
制冷时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－a）*Kin+（Tout－b）*Kout]；
制热时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－c）*Kin+（Tout－d）*Kout]；
Hc为压缩机运行频率；
Fe为基准开度；
Tin为室内环境温度，Kin为室内环境温度修正系数；
Tout为室外环境温度，Kout为室外环境温度修正系数；
a为标准制冷室内环境温度；b为标准制冷室外环境温度；c为标准制热室内环境温度；d为标准制热室外环境温度。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，所述压缩机运行频率变化超过频率设定阈值时，重新计算所述电子膨胀阀初始开度Fk，直至压缩机的运行频率达到目标频率。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，所述室内环境温度变化超过温度设定阈值和/或室外环境温度变化超过温度设定阈值时，重新计算所述电子膨胀阀的初始开度Fk。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，冷启动状态时的初始开度保持时间＞中间启动状态时的初始开度保持时间＞热启动状态时的初始开度保持时间。
如上所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，所述中间启动状态时的初始开度保持时间为t0；所述冷启动状态时的初始开度保持时间为t0+△t；所述热启动状态时的初始开度保持时间为t0-△t。
一种空调，所述空调包括电子膨胀阀，所述电子膨胀阀按照上述的方法进行控制。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明能够根据系统制冷剂状态及所处的环境温度状态情况不同提前进行预判，确定电子膨胀阀的初始开度和初始开度保持时间,本发明能够快速使空调系统达到所需的状态，最终实现快速制冷、制热的目的，平均使用户达到所需效果相比现有的电子膨胀阀控制方案缩小2-3min。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本发明具体实施例启动状态示意图。
图2为本发明具体实施例控制方法的流程图。
具体实施方式
现有空调快速制冷制热是通过提高变频压缩机的升频速度来达到的，而升频速度较快虽能尽快使空调达到需要的效果，但会大大降低压缩机的使用寿命，具体分析如下：
1.在冷启动状态下压缩机升频较快，若电子膨胀阀采用固定的初始开度，会导致大量液态制冷剂迅速转移到室内换热器，进而会有大量液态制冷剂通过压缩机吸气口进入压缩机压缩腔内，出现液压缩现象，泵体及排气阀片会受到损伤，进而影响压缩机寿命。
2.因上述1出现的回液现象，在压缩机壳体内的液态制冷剂和润滑油混合在一起，随压缩机一起排出系统，极易导致压缩机缺油，整个压缩机内部运动部件出现缺油而磨损，影响压缩机寿命。
3.上述1中的压缩机快速升频，因系统制冷剂无法在短时间内循环起来，容易出现系统压比超出压缩机规格书的使用要求范围，从而影响压缩机泵体及排气阀片的寿命。同时在较低压处因制冷剂质量流量较小，带油能力较差，系统润滑油在快速升频的过程中不易回到压缩机，也造成压缩机空油现象。
4.对于不区分压缩机启动方式的快速升频，用户得到的快速制冷、制热效果主要是通过压缩机的功率转换而来，节能性较差，同时，因功率快速波动也容易对电网造成冲击。
以上问题的根源是快速制冷、制热功能没有从空调制冷系统中制冷剂的特性来考虑。为了提高用户使用空调的舒适性及空调压缩机的可靠性，本实施例针对系统中不同的制冷剂状态设置不同的电子膨胀阀开度来应对。
本实施例空调启动过程中对电子盘膨胀阀的开度进行动态控制，结合不同的启动状态，使电子膨胀阀开度、排气温度和系统制冷剂运行状态结合起来，使系统能够快速稳定达到所需的各参数，实现快速制冷制热的目的，提高空调使用舒适性。
本实施例先根据压缩机启动前停机时间和室外环境温度综合判断本次启动是冷启动状态、热启动状态还是中间启动状态。电子膨胀阀的初始开度根据室内外环境温度、压缩机目标频率计算，再根据启动状态不同，设置电子膨胀阀初始开度的保持时间。在电子膨胀阀初始开度的保持时间内，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度，进入正常电子膨胀阀控制。本实施例空调系统能够根据系统负荷情况尽快调整到电子膨胀阀的最佳开度，达到快速制冷、制热的目的。
具体的，本实施例空调启动时电子膨胀阀开度控制方法为：
根据压缩机启动前停机时间和室外环境温度判断本次启动属于冷启动状态、热启动状态或者中间启动状态。其中，冷启动状态、热启动状态和中间启动状态为事先根据室外环境温度和停机时间确定的，可存储于空调的存储空间。如图1所示，为本实施例的一种事先确定方式，启动状态与停机时间和室外环境温度有关。
获取压缩机运行频率,获取室内环境温度和室外环境温度。
根据压缩机运行频率、室内环境温度和室外环境温度计算电子膨胀阀的初始开度。
若压缩机为定频压缩机，电子膨胀阀初始开度Fk的计算方法如下：
制冷时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－a）*Kin+（Tout－b）*Kout]；
制热时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－c）*Kin+（Tout－d）*Kout]；
Hc为压缩机的电源频率，一般为50Hz；
Fe为根据空调容量大小、电子膨胀阀口径确定的一个基准开度；
Tin为压缩机启动时的室内环境温度，Kin为室内环境温度修正系数；
Tout为压缩机启动时的室外环境温度，Kout为室外环境温度修正系数；
a为标准制冷室内环境温度；b为标准制冷室外环境温度；c为标准制热室内环境温度；d为标准制热室外环境温度。一般的，a=27、b=35、c=20、d=7；当然，本发明并不限定在上述常数。
以上Fe、Hc、Kin、Kout根据空调具体配置情况提前设置于控制程序中， Tin、Tout从空调运行参数中读取。
若压缩机为变频压缩机，电子膨胀阀初始开度Fk动态调节，电子膨胀阀初始开度Fk的计算方法如下：
制冷时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－a）*Kin+（Tout－b）*Kout]；
制热时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－c）*Kin+（Tout－d）*Kout]；
Hc为压缩机运行频率；
Fe为根据空调容量大小、电子膨胀阀口径确定的一个基准开度；
Tin为室内环境温度，Kin为室内环境温度修正系数；
Tout为室外环境温度，Kout为室外环境温度修正系数；
a为标准制冷室内环境温度；b为标准制冷室外环境温度；c为标准制热室内环境温度；d为标准制热室外环境温度。一般的，a=27、b=35、c=20、d=7；当然，本发明并不限定在上述常数。
以上Fe、Kin、Kout根据空调具体配置情况提前设置于控制程序中，Hc、Tin、Tout从空调运行参数中读取。
在变频压缩机中，电子膨胀阀的初始开度Fk随运行频率的变化而变化，随环境温度的变化而变化。压缩机运行频率变化超过频率设定阈值时，重新计算所述电子膨胀阀初始开度Fk；室内环境温度变化超过温度设定阈值和/或室外环境温度变化超过温度设定阈值时，重新计算电子膨胀阀的初始开度Fk。本实施例中，压缩机运行频率每变化10Hz重新计算一次电子膨胀阀开度，室内环境温度变化大于1℃和/或室外环境温度变化大于1℃重新计算一次电子膨胀阀开度。因而，初始开度是根据空调所处的当前情况动态调节。
根据启动状态确定电子膨胀阀的初始开度的保持时间，电子膨胀阀保持初始开度达到保持时间后，进入正常电子膨胀阀控制。其中，冷启动状态时的初始开度保持时间＞中间启动状态时的初始开度保持时间＞热启动状态时的初始开度保持时间。中间启动状态时的初始开度保持时间为t0；冷启动状态时的初始开度保持时间为t0+△t；热启动状态时的初始开度保持时间为t0-△t。因启动状态不同，空调各运行参数反应的时间也不同，即冷启动状态下，因压缩机停机时间较长，且所处的环温较低，系统中制冷剂大部分迁移到环温较低外机中，压缩机启动后系统中的压力、温度参数等变化是缓慢的，而热启动刚好相反。因此电子膨胀阀需要针对不同的启动状态设置不同的初始阀开度保持时间，便于系统能够尽快稳定。
为进一步使系统快速稳定，在电子膨胀阀初始开度的保持时间内，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度，进入正常电子膨胀阀控制。本实施例优选判断排气温度变化率大于设定值时，退出初始开度。
δ排气=dT排气/dt
式中：δ排气为排气温度在单位时间内的变化率，T排气为空调对应的排气温度，从空调运行的排气温度参数采集而来，t为空调运行时间，由主控MCU采集而来。在空调启动后电子膨胀阀处于初始开度的保持时间内，若δ排气大于程序中预设的一个固定值时，则电子膨胀阀退出初始开度，按照正常控制逻辑开始调节。由于排气温度变化太快，制冷系统已处于异常状态，需要尽快调节电子膨胀阀来进行平衡排气温度。
如图2所示，本实施例空调电子膨胀阀开度控制方法包括如下步骤：
S1、空调遥控开机；
S2、启动状态判断；
S3、判断是否为热启动状态，若是，进入步骤S4，否则进入步骤S5。
S4、确定初始开度保持时间为t0-△t，进入步骤S9。
S5、判断是否为中间启动状态，若是，进入步骤S6，否则，进入步骤S7。
S6、确定初始开度保持时间为t0，进入步骤S9。
S7、判断是否为冷启动状态，若是，进入步骤S8。
S8、确定初始开度保持时间为t0+△t，进入步骤S9。
S9、计算电子膨胀阀初始开度，控制电子膨胀阀打开至初始开度。
S10、压缩机启动运行。
S11、判断是否满足提前退出初始开度，若是，进入步骤S13，否则，进入步骤S12。
S12、按照初始开度保持时间运行结束，进入步骤S13。
S13、进入正常电子膨胀阀控制。
本实施例还提出了一种空调，空调包括电子膨胀阀，电子膨胀阀按照上述控制方法进行控制。
综上所述，本实施例空调启动时电子膨胀阀开度控制方法产生了如下优点：
1.电子膨胀阀初始开度根据变频压缩机启动升频过程中的当前运行频率动态调节，实现制冷剂流量跟随变频压缩机的频率大小成正比变化，符合系统实际需求，能够避免变频压缩机出现回液、缺油、压比过大等问题，提高变频压缩机的使用寿命。
2.电子膨胀阀的初始开度计算结合当前的环境温度动态变化，能够比较准确的检测实际环境温度。因空调启动后，随着室内外风扇的转动，环境温度传感器处在一个流动的空气中，检测的温度相比静止的空气要更接近实际，从而计算的电子膨胀阀开度更接近目前环温下所处的制冷剂流量需要，达到最优效果，快速实现制冷、制热的目的。
3.电子膨胀阀初始开度的持续时间根据排气温度变化率提前退出，能够在系统制冷剂异常、系统异常等情况下尽快实现电子膨胀阀开度的调节，避免出现异常保护等现象。
4.对于热启动状态下，因空调系统停止时间较短，特别是压缩机排气温度受压缩机缸体的散热影响较大，温度变化较慢，同时制冷剂尚未根据环温进行大量迁移，当空调再次启动后，排气温度变化很快，系统也会在很短时间内形成平衡，初始开度持续时间因受排气温度变化率影响会很快退出，整个系统能快速稳定，达到极速制冷、制热的目的。
5.计算电子膨胀阀初始开度公式中采用国标要求的标冷室内外环温27/35度和标热室内外环温20/7度对比计算，使确定的基准开度Fe建立在标冷、标热的工况下，是用户最常用的环境条件下设置，更符合实际需要。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，所述方法为：
根据压缩机启动前的停机时间和室外环境温度判断本次启动属于冷启动状态、热启动状态或者中间启动状态，根据启动状态确定电子膨胀阀初始开度的保持时间；
获取压缩机运行频率,获取室内环境温度和室外环境温度;
根据压缩机运行频率、室内环境温度和室外环境温度计算电子膨胀阀的初始开度；
所述电子膨胀阀保持初始开度达到保持时间后，进入正常电子膨胀阀控制。
2.根据权利要求1所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，在电子膨胀阀初始开度的保持时间内，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度，进入正常电子膨胀阀控制。
3.根据权利要求2所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，根据排气温度的变化率判断是否提前退出初始开度的方法为：判断排气温度变化率大于设定值时，退出初始开度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，所述压缩机为定频压缩机，所述电子膨胀阀初始开度Fk的计算方法如下：
制冷时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－a）*Kin+（Tout－b）*Kout]；
制热时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－c）*Kin+（Tout－d）*Kout]；
Hc为压缩机的电源频率；
Fe为基准开度；
Tin为压缩机启动时的室内环境温度，Kin为室内环境温度修正系数；
Tout为压缩机启动时的室外环境温度，Kout为室外环境温度修正系数；
a为标准制冷室内环境温度；b为标准制冷室外环境温度；c为标准制热室内环境温度；d为标准制热室外环境温度。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，所述压缩机为变频压缩机，所述电子膨胀阀初始开度Fk动态调节，所述电子膨胀阀初始开度Fk的计算方法如下：
制冷时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－a）*Kin+（Tout－b）*Kout]；
制热时，Fk = (Hc+Fe)*[1+（Tin－c）*Kin+（Tout－d）*Kout]；
Hc为压缩机运行频率；
Fe为基准开度；
Tin为室内环境温度，Kin为室内环境温度修正系数；
Tout为室外环境温度，Kout为室外环境温度修正系数；
a为标准制冷室内环境温度；b为标准制冷室外环境温度；c为标准制热室内环境温度；d为标准制热室外环境温度。
6.根据权利要求5所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，所述压缩机运行频率变化超过频率设定阈值时，重新计算所述电子膨胀阀初始开度Fk,直至压缩机的运行频率达到目标频率。
7.根据权利要求5所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，所述室内环境温度变化超过温度设定阈值和/或室外环境温度变化超过温度设定阈值时，重新计算所述电子膨胀阀的初始开度Fk。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，冷启动状态时的初始开度保持时间＞中间启动状态时的初始开度保持时间＞热启动状态时的初始开度保持时间。
9.根据权利要求8所述的空调启动时电子膨胀阀开度控制方法，其特征在于，所述中间启动状态时的初始开度保持时间为t0；所述冷启动状态时的初始开度保持时间为t0+△t；所述热启动状态时的初始开度保持时间为t0-△t。
10.一种空调，所述空调包括电子膨胀阀，其特征在于，所述电子膨胀阀按照权利要求1-9任意一项所述的方法进行控制。
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