CN114370717A - 一种热交换系统及其控制方法及空调器 - Google Patents

一种热交换系统及其控制方法及空调器 Download PDF

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CN114370717A CN202111653467.2A CN202111653467A CN114370717A CN 114370717 A CN114370717 A CN 114370717A CN 202111653467 A CN202111653467 A CN 202111653467A CN 114370717 A CN114370717 A CN 114370717A
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张改
廖建恒
杨北超
任小林
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Abstract

本发明提供了一种热交换系统，包括利用管道顺序连接的压缩机、四通换向阀、室外换热器、冷凝器温度传感器、电子膨胀阀、高压截止阀、室内换热器、低压截止阀、气液分离器，排气温度传感器及高压压力传感器，低压压力传感器及吸气温度传感器；还包括室外环境温度传感器和控制器。还提供了热交换系统的控制方法及空调器。本申请通过压力传感器检测系统压力和温度传感器检测温度，共同来调节电子膨胀阀，能更精准的调节电子膨胀阀的流量，减少因流量的变化引起的环境温度的变化，提高系统的稳定性；系统压力能及时精准的反应系统运行状态，更精准的调节电子膨胀阀的流量，使空调系统的负荷变化更能快速适应外界的负荷的变化，空调的舒适性更高。

Description

一种热交换系统及其控制方法及空调器
【技术领域】
本申请涉及空调技术领域，尤其涉及一种热交换系统及其控制方法及空调器。
【背景技术】
现有空调器，通过温度传感器检测温度，计算系统的实时排气过热度和吸气过热度，来调节电子膨胀阀的开度，系统运行的稳定性差。
因为通过温度传感器检测系统的温度变化有一个传热过程以及热损失，导致温度检测的精度低，温度滞后于实际的系统温度，同时系统的温度变化滞后于系统压力变化，完全采用温度传感器检测温度来调节膨胀阀的流量，不能及时的反馈系统的真实的运行状态，导致流量调节不精准、波动大，引起系统热负荷变化大，导致内侧环境温度波动大，系统运行不稳定。
当外界环境发生变化引起空调运行负荷发生变化时，空调系统的运行变化、系统温度的变化滞后与系统的压力变化，这时通过温度传感器检测温度，来控制电子膨胀阀的流量，会导致流量的急剧的变化，使系统运行不稳，降低空调的舒适性。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种热交换系统及其控制方法及空调器，更精准的调节电子膨胀阀的流量，提高系统运行的稳定性，提高空调的舒适性。
本发明提供了一种热交换系统，包括利用管道顺序连接的压缩机、四通换向阀、室外换热器、冷凝器温度传感器、电子膨胀阀、高压截止阀、室内换热器、低压截止阀、气液分离器，所述压缩机和所述四通换向阀之间设有用于监测排气温度的排气温度传感器及用于监测高压压力的高压压力传感器，所述气液分离器和所述四通换向阀之间设有用于监测低压压力的低压压力传感器及用于监测过热蒸汽温度的吸气温度传感器；还包括用于测量环境温度的室外环境温度传感器和用于控制所述电子膨胀阀的控制器。
进一步地，所述冷凝器温度传感器与所述电子膨胀阀之间设有过滤器；所述高压截止阀与所述电子膨胀阀之间设有过滤器。
本发明还提供了一种热交换系统的控制方法，包括如下步骤：
获取排气温度Td和高压压力SPH，利用查表法得到压力SPH下的饱和液体温度Tdt，计算热交换系统的排气过热度DTSH＝Td-Tdt；
判断排气过热度DTSH是否大于等于目标排气过热度α，若是，则进入排气过热度的变化调节，若否，则进入吸气过热度的变化调节；
获取过热蒸汽温度Ts和低压压力SPL，利用查表法得到压力SPL下的饱和蒸汽温度Tse，计算热交换系统的吸气过热度SH＝Ts-Tse；
判断吸气过热度SH是否大于等于目标吸气过热度λ，若是，则调节电子膨胀阀开度，若否，则保持电子膨胀阀开度。
进一步地，在所述判断排气过热度DTSH是否大于等于目标排气过热度α，若是，则进入排气过热度的变化调节，若否，则进入吸气过热度的变化调节步骤中，
当排气过热度DTSH小于目标排气过热度α时，则判断排气过热度DTSH是否大于等于最小排气过热度β，若是，则进入吸气过热度的变化调节，若否，则进入电子膨胀阀的快速调节。
进一步地，在调节过程中实时计算热交换系统的排气过热度DTSH和热交换系统的吸气过热度SH，判断β≤DTSH＜α和|SH|＜λ同时成立时，电子膨胀阀开度保持。
进一步地，所述排气过热度的变化调节为：
一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为y，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+y
Figure BDA0003445239320000031
其中，y表示电子膨胀阀调节步数，Ki_c表示常数，Kd_c表示常数，y0表示常数，P表示调节前电子膨胀阀开度。
进一步地，所述吸气过热度的变化调节为：
|SH|≥λ时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为γ，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+γ
Figure BDA0003445239320000032
其中，γ表示电子膨胀阀调节步数，Ki_e表示常数，Kd_e表示常数，γ0表示常数，λ表示目标吸气过热度，P表示调节前电子膨胀阀开度。
进一步地，所述电子膨胀阀的快速调节为：
DTSH＜β时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为x，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P-x
Figure BDA0003445239320000041
其中，x表示电子膨胀阀调节步数，K4表示常数，K5表示常数，B表示常数，P表示调节前电子膨胀阀开度。
进一步地，按照以下公式确定所述目标排气过热度α：
Figure BDA0003445239320000042
其中，α表示目标排气过热度，A表示排气过热度常数，F表示压缩机运行频率(即转速)，K1表示频率常数，K2表示环境温度变化常数，K3表示常数，Ta表示实际环境温度，T表示温度常数。
本发明提供了一种空调器，包括上述所述的热交换系统。
与现有技术相比，本申请有如下优点：
通过压力传感器检测系统压力和温度传感器检测温度，共同来调节电子膨胀阀，能更精准的调节电子膨胀阀的流量，减少因流量的变化引起的环境温度的变化，提高系统的稳定性；外界的负荷的变化引起空调系统的负荷变化时，系统压力能及时精准的反应系统运行状态，更精准的调节电子膨胀阀的流量，使空调系统的负荷变化更能快速适应外界的负荷的变化，室内环境温度变化小，空调的舒适性更高，同时提供系统运行的稳定性。
【附图说明】
图1为本申请热交换系统的示意图。
图2为本申请热交换系统的控制方法实施例一的流程图。
图3为本申请热交换系统的控制方法实施例二的流程图
【具体实施方式】
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
如图1所示，本发明提供的一种热交换系统包括利用管道101顺序连接的压缩机1、四通换向阀4、室外换热器5、冷凝器温度传感器6、电子膨胀阀8、高压截止阀9、室内换热器10、低压截止阀12、气液分离器15，所述压缩机1和所述四通换向阀4之间设有用于监测排气温度的排气温度传感器2及用于监测高压压力的高压压力传感器3，所述气液分离器15和所述四通换向阀4之间设有用于监测低压压力的低压压力传感器13及用于监测过热蒸汽温度的吸气温度传感器14；还包括用于测量环境温度的室外环境温度传感器16和用于控制所述电子膨胀阀8的控制器18。通过增加高压压力传感器3和低压压力传感器13来监测压力，通过查表法将压力转换为温度，通过控制器18来计算并控制所述电子膨胀阀8的开度，进而精准的控制温度。
优选地，所述冷凝器温度传感器6与所述电子膨胀阀8之间设有过滤器7；所述高压截止阀9与所述电子膨胀阀8之间设有过滤器7，可除去雪种中的杂质和水分。
优选地，还包括用于检测室内温度的室内环境温度传感器17。
本方法实施例一：
如图2所示，本发明还提供了一种热交换系统的控制方法，包括如下步骤：
S01：获取排气温度Td和高压压力SPH，利用查表法得到压力SPH下的饱和液体温度Tdt，计算热交换系统的排气过热度DTSH＝Td-Tdt；
S02：判断排气过热度DTSH是否大于等于目标排气过热度α，若是，则进入排气过热度的变化调节，若否，则进入吸气过热度的变化调节；
S03：获取过热蒸汽温度Ts和低压压力SPL，利用查表法得到压力SPL下的饱和蒸汽温度Tse，计算热交换系统的吸气过热度SH＝Ts-Tse；
S04：判断吸气过热度SH是否大于等于目标吸气过热度λ，若是，则调节电子膨胀阀开度，若否，则保持电子膨胀阀开度。
通过排气温度传感器2获取排气温度Td，通过高压压力传感器3获取高压压力SPH，通过低压压力传感器13获取低压压力SPL，通过吸气温度传感器14获取过热蒸汽温度Ts，通过查表法查相应制冷剂的热物理性质表，得到压力SPH下的饱和液体温度Tdt和压力SPL下的饱和蒸汽温度Tse，分别计算出热交换系统的排气过热度DTSH＝Td–Tdt及热交换系统的吸气过热度SH＝Ts–Tse。将排气过热度DTSH与目标排气过热度α进行比较：
若DTSH≥α时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为y，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+y
Figure BDA0003445239320000071
其中，y表示电子膨胀阀调节步数，Ki_c表示常数，如0.10-1.0，Kd_c表示常数，如0.10-2.0，y0表示常数，如0-10，P表示调节前电子膨胀阀开度；
若DTSH＜α时，则排气温度不调节，进入到吸气过热度调节；将吸气过热度SH与目标吸气过热度λ进行比较：
若|SH|≥λ时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为γ，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+γ
Figure BDA0003445239320000072
其中，γ表示电子膨胀阀调节步数，Ki_e表示常数，如0.10-1.0，Kd_e表示常数，如0.10-2.0，γ0表示常数，如0-8，λ表示目标吸气过热度，P表示调节前电子膨胀阀开度；
若|SH|＜λ时，电子膨胀阀步数保持不变，γ＝0。
在电子膨胀阀调节过程中，实时监测排气过热度DTSH和吸气过热度SH的值，并与目标排气过热度α及目标吸气过热度λ比较，采用相应的计算公式，实时调整电子膨胀阀的开度；当DTSH＜α和|SH|＜λ同时成立时，电子膨胀阀开度保持。
本方法实施例二：
考虑到压缩机的运行安全，给出一个最小排气过热度β参与控制，最小排气过热度β为常数，如0-10。
如图3所示，本发明还提供了一种热交换系统的控制方法，包括如下步骤：
S11：获取排气温度Td和高压压力SPH，利用查表法得到压力SPH下的饱和液体温度Tdt，计算热交换系统的排气过热度DTSH＝Td-Tdt；
S12：判断排气过热度DTSH与目标排气过热度α及最小排气过热度β的大小关系：
S121：若DTSH≥α时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为y，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+y
Figure BDA0003445239320000081
其中，y表示电子膨胀阀调节步数，Ki_c表示常数，如0.10-1.0，Kd_c表示常数，如0.10-2.0，y0表示常数，如0-10，P表示调节前电子膨胀阀开度；
S122：若DTSH＜β时，则电子膨胀阀快速调节，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为x，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P-x
Figure BDA0003445239320000091
其中，x表示电子膨胀阀调节步数，K4表示常数，如1-10，K5表示常数，如0-10，B表示常数，如10-40，P表示调节前电子膨胀阀开度。
若DTSH＜β时，此时已经处于较低状态，所以需要加快调节。
S123：若β≤DTSH＜α时，则排气温度不调节，进入到吸气过热度调节；
S13：获取过热蒸汽温度Ts和低压压力SPL，利用查表法得到压力SPL下的饱和蒸汽温度Tse，计算热交换系统的吸气过热度SH＝Ts-Tse；
S14：判断吸气过热度SH是否大于等于目标吸气过热度λ，若是，则调节电子膨胀阀开度，若否，则保持电子膨胀阀开度；
若|SH|≥λ时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为γ，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+γ
Figure BDA0003445239320000092
其中，γ表示电子膨胀阀调节步数，Ki_e表示常数，如0.10-1.0，Kd_e表示常数，如0.10-2.0，γ0表示常数，如0-8，λ表示目标吸气过热度，P表示调节前电子膨胀阀开度；
若|SH|＜λ时，电子膨胀阀步数保持不变，γ＝0。
在电子膨胀阀调节过程中，实时监测排气过热度DTSH和吸气过热度SH的值，并与目标排气过热度α、最小排气过热度β、目标吸气过热度λ比较，采用相应的计算公式，实时调整电子膨胀阀的开度；当β≤DTSH＜α和|SH|＜λ同时成立时，电子膨胀阀开度保持。
优选的，按照以下公式确定所述目标排气过热度α：
Figure BDA0003445239320000101
其中，α表示目标排气过热度，A表示排气过热度常数，如25-50，F表示压缩机运行频率(即转速)，K1表示频率常数，如0.1-0.7，K2表示环境温度变化常数，如0.1-0.5，K3表示常数，如0-35，Ta表示实际环境温度，T表示温度常数，如制冷时取35,制热时取7，通常取名义制冷、制热工况下的外环境温度值。
以上各公式中的常数为通过拟合几种实验条件下的实验数据得到的最优函数的系数，实验条件包括：
在以下条件下实际运行(有环境温度恒定、环境温度一直变化等诸多情况)
1.外侧环境温度不变化、内侧热负荷不变化。
2.外侧环境温度不变化、内侧热负荷变化。
3.外侧环境温度变化(制热：-20到30度，制冷：-15到60度)，内侧热负荷不变化。
4.外侧环境温度变化(制热：-20到30度，制冷：-15到60度)，内侧热负荷变化。
内侧热负荷的变化：可以是内侧环境温度变化(0到35度)引起的、也可以是用户自己调整设定温度(压缩机频率的变化)引起的。
实验室中，在以上的各种组合情况下，进行实际运行，监测系统的排气温度、吸气温度、冷凝器的进、出口温度，蒸发器进、出口温度，排气压力、吸气压力、电流、热负荷等参数的变化，系统最终稳定时的状态，稳定需要的时间，综合判断常数的合理性。
本发明还提供了一种空调器，包括上述所述的热交换系统及其控制方法。

Claims (10)

1.一种热交换系统，包括利用管道(101)顺序连接的压缩机(1)、四通换向阀(4)、室外换热器(5)、冷凝器温度传感器(6)、电子膨胀阀(8)、高压截止阀(9)、室内换热器(10)、低压截止阀(12)、气液分离器(15)，其特征在于，所述压缩机(1)和所述四通换向阀(4)之间设有用于监测排气温度的排气温度传感器(2)及用于监测高压压力的高压压力传感器(3)，所述气液分离器(15)和所述四通换向阀(4)之间设有用于监测低压压力的低压压力传感器(13)及用于监测过热蒸汽温度的吸气温度传感器(14)；还包括用于测量环境温度的室外环境温度传感器(16)和用于控制所述电子膨胀阀(8)的控制器(18)。
2.根据权利要求1所述的热交换系统，其特征在于，所述冷凝器温度传感器(6)与所述电子膨胀阀(8)之间设有过滤器(7)；所述高压截止阀(9)与所述电子膨胀阀(8)之间设有过滤器(7)。
3.一种热交换系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取排气温度Td和高压压力SPH，利用查表法得到压力SPH下的饱和液体温度Tdt，计算热交换系统的排气过热度DTSH＝Td-Tdt；
判断排气过热度DTSH是否大于等于目标排气过热度α，若是，则进入排气过热度的变化调节，若否，则进入吸气过热度的变化调节；
获取过热蒸汽温度Ts和低压压力SPL，利用查表法得到压力SPL下的饱和蒸汽温度Tse，计算热交换系统的吸气过热度SH＝Ts-Tse；
判断吸气过热度SH是否大于等于目标吸气过热度λ，若是，则调节电子膨胀阀开度，若否，则保持电子膨胀阀开度。
4.根据权利要求3所述的热交换系统的控制方法，其特征在于，在所述判断排气过热度DTSH是否大于等于目标排气过热度α，若是，则进入排气过热度的变化调节，若否，则进入吸气过热度的变化调节步骤中，
当排气过热度DTSH小于目标排气过热度α时，则判断排气过热度DTSH是否大于等于最小排气过热度β，若是，则进入吸气过热度的变化调节，若否，则进入电子膨胀阀的快速调节。
5.根据权利要求4所述的热交换系统的控制方法，其特征在于，在调节过程中实时计算热交换系统的排气过热度DTSH和热交换系统的吸气过热度SH，判断β≤DTSH＜α和|SH|＜λ同时成立时，电子膨胀阀开度保持。
6.根据权利要求3-5任一项所述的热交换系统的控制方法，其特征在于，所述排气过热度的变化调节为：
一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为y，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+y
Figure FDA0003445239310000021
其中，y表示电子膨胀阀调节步数，Ki_c表示常数，Kd_c表示常数，y0表示常数，P表示调节前电子膨胀阀开度。
7.根据权利要求3-5任一项所述的热交换系统的控制方法，其特征在于，所述吸气过热度的变化调节为：
|SH|≥λ时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为γ，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P+γ
Figure FDA0003445239310000031
其中，γ表示电子膨胀阀调节步数，Ki_e表示常数，Kd_e表示常数，γ0表示常数，λ表示目标吸气过热度，P表示调节前电子膨胀阀开度。
8.根据权利要求4或5所述的热交换系统的控制方法，其特征在于，所述电子膨胀阀的快速调节为：
DTSH＜β时，一段时间t内，电子膨胀阀调节一次，步数为x，按照以下公式确定所述电子膨胀阀的开度：
电子膨胀阀的开度＝P-x
Figure FDA0003445239310000032
其中，x表示电子膨胀阀调节步数，K4表示常数，K5表示常数，B表示常数，P表示调节前电子膨胀阀开度。
9.根据权利要求3-5任一项所述的热交换系统的控制方法，其特征在于，按照以下公式确定所述目标排气过热度α：
Figure FDA0003445239310000033
其中，α表示目标排气过热度，A表示排气过热度常数，F表示压缩机运行频率，K1表示频率常数，K2表示环境温度变化常数，K3表示常数，Ta表示实际环境温度，T表示温度常数。
10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的热交换系统。
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