CN1220004C - 空调器过热度控制系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制空调过热度的系统和方法。空调包括根据负载控制信号以脉宽调制方式控制的压缩机，冷凝器、电子膨胀阀门和蒸发器，以至于构成制冷循环系统。位于蒸发器入口的入口温度传感器和位于蒸发器出口的出口温度传感器连接到控制单元。控制单元在对应压缩机的负载循环周期的时间周期由所述入口温度传感器和所述出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度计算蒸发器的过热度，并按照计算的过热度调整电子膨胀阀门的开口。

Description

空调器过热度控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及空调器，具体地说，涉及使用脉宽调制压缩机控制空调器过热度控制系统和控制方法。
背景技术
随着建筑物逐渐增大，对多体空调器的消费要求也在增加，在多体空调器中，多个室内单元连接到单个室外单元。在这种多体空调器中，室内单元要求的制冷容量按照室外单元安装位置的环境特性的改变而变化。这个要求由调节位于室内单元侧热交换器或蒸发器上游的电子膨胀阀的开口实现。具体地说，在多体空调器的情况中，因为室内单元和室外单元之间的制冷管的长度不同，因此，制冷剂经历了不同的流阻，所以蒸发器的过热度(每个蒸发器的过热度＝蒸发器的出口温度-蒸发器的入口温度)是不同的。在理论上，过热度的意思是过热蒸汽的温度和饱和蒸汽的温度之间的差。实践上，蒸发器的入口和出口温度之间的差常常称为过热度，并被用来控制过热度。
当流出蒸发器的制冷剂的过热度较高时，压缩机过热并引起压缩机的效率降低。当过热度非常高时，保险装置被操作，停止了整个空调系统的运行。另一方面，当过热度非常低时，液体制冷剂进入压缩机的可能性变得较高。
结果，必须适当控制室内单元热交换(蒸发器)的过热度，以便室内单元的性能最佳化，减少多个室内单元性能之间的差别，改善压缩机和整个系统的效率和稳定性。
在常规的多体空调器中，因为使用固定速度型和可变转数型压缩机，在压缩机工作期间，制冷剂的流动速率不随时间作很大变化。因此，蒸发器的入口和出口温度平稳地如图8所示变化，使用检测的入口和出口温度之间的差控制过热度不是很困难。
美国专利No 6047557和日本未审查专利申请平8-334094公开了脉宽调制压缩机作为另一种类型的可变容量压缩机。这些压缩机被使用在制冷系统中，每个制冷系统具有多个冷冻室或制冷室，并被设计为应用短管，即位于压缩机和蒸发器之间的制冷管的长度较短。从而，这些压缩机不能应用到需要采用长管的建筑物的空调系统和给定的控制环境不同于所述制冷系统的压缩机。此外，在现有技术中，没有公开在空调中使用脉宽调制压缩机的控制系统和方法，特别是在多体空调器中；具体地说，没有公开控制过热度的方法。
当在空调器中采用脉宽调制压缩机时，周期地启动和停止制冷剂的流动，这是因为即使在压缩机工作时，装载时间期(该期间制冷剂被排出)和卸载时间期(该期间制冷剂不被排出)被周期性地重复。因此，采用脉宽调制压缩机的空调器具有的特性(温度波动现象)是蒸发器的入口和出口温度根据制冷剂流动的存在和缺乏上下变化。因此，在采用脉宽调制压缩机的空调器中，在给定瞬间，蒸发器的过热度不能由检测的蒸发器的入口和出口温度适当地计算。
发明内容
因此，本发明考虑到现有技术中存在的上述问题，所以，本发明的目的是提供一种控制采用脉宽调制压缩机的空调器的过热度的系统及方法，在其中，对应实际过热度的蒸发器的过热度由补偿入口和出口温度的波动计算的，并根据计算出的过热度控制电子膨胀阀门，从而使整个空调系统在最佳状态下工作。
为实现上述目的，一种控制空调过热度的系统，包括：
根据负载控制信号以脉宽调制方式控制的压缩机；
冷凝器、电子膨胀阀门和蒸发器，它们与所述压缩机一起构成制冷循环；
检测装置，用于检测计算所述蒸发器过热度的特性；
控制单元，按照计算的过热度调整所述电子膨胀阀门的开口。
所述检测装置包括位于蒸发器入口的入口温度传感器和位于蒸发器出口的出口温度传感器，所述的过热度是在对应所述压缩机的负载循环周期的时间周期由所述入口温度传感器和所述出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度之间的差确定。
按照本发明的另一方面，一种控制空调过热度的方法，所述空调包括按照负载控制信号以脉宽调制方式控制的压缩机、电子膨胀阀门、蒸发器，该方法包括步骤：
检测所述蒸发器的入口和出口温度；
根据检测的入口和出口温度计算过热度；
根据计算的过热度计算所述电子膨胀阀门的目标开口值；
把所述电子膨胀阀门调节到计算的目标开口值。
所述入口和出口温度是在对应所述压缩机的负载循环周期的时间周期由所述入口温度传感器和所述出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度。
附图说明
图1示出本发明控制空调器过热度的系统循环；
图2a示出在装载位置上的脉宽调制压缩机的剖面图，图2b示出在卸载位置上的脉宽调制压缩机的剖面图；
图3示出图2a和图2b的压缩机工作期间装载时间、卸载时间和制冷剂排放量之间的关系图表；
图4是控制本发明空调器过热度系统的方框图；
图5是控制本发明空调器过热度系统方法的流程图；
图6是显示在本发明空调中当压缩机的负载循环周期不同于计算的蒸发器的平均温度的周期时，蒸发器的入口和出口温度变化的图形；
图7是显示在本发明空调中当压缩机的负载循环周期与计算的蒸发器的平均温度的周期相同时，蒸发器的入口和出口温度变化的图形；
图8是常规多体空调器的入口和出口温度变化的图形。
主要部件参考符号的描述：
2：压缩机                  5：蒸发器
8：室外单元                9：室内单元
26：脉宽调制阀门              27：室外控制单元
28：室外通信电路单元          29：室内控制单元
30：蒸发器入口温度传感器      31：蒸发器出口温度传感器
实现发明的具体方式
下面参考附图详细描述本发明的实施例。图1是本发明实施例的控制空调器过热度的系统循环。空调器1包括压缩机2、冷凝器3、多个电子膨胀阀门4、多个蒸发器5，它们都由制冷管连接在一起，以形成闭合的制冷回路。关于制冷管，把压缩机2的流出端连接到电子膨胀阀门4的流入端的制冷管是高压管6，用于导引从压缩机2排出的高压制冷剂的流动，而把电子膨胀阀门4的流出端连接到压缩机2的流入端的制冷管是低压管7，用于导引在电子膨胀阀门4中膨胀的低压制冷剂的流动。冷凝器3位于高压管6上，而蒸发器5位于低压管7上。当压缩机2工作时，制冷剂沿实线箭头方向流动。
空调1包括室外单元8和多个室内单元9。室外单元8包括上述压缩机2和冷凝器3。室外单元8还包括位于压缩机2上游的低压管7上的蓄压器10和位于冷凝器3上游的高压管6上的收集器11。蓄压器10的作用是收集和蒸发没有被蒸发的液体制冷剂，并使得蒸发的制冷剂流入压缩机2。如果制冷剂在蒸发器5中没有完全蒸发，则进入蓄压器10的制冷剂是液体制冷剂和气体制冷剂的混合物。蓄压器10蒸发液体制冷剂，并使得任何气体制冷剂(制冷气体)进入压缩机2。为达此目的，要求把位于蓄压器10内部的制冷管的入口和出口端设置在蓄压器10的上部。
如果制冷剂在冷凝器3中没有完全冷凝，则进入收集器11的制冷剂是液体制冷剂和气体制冷剂的混合物。收集器11的结构使得液体制冷剂和气体制冷剂相互之间分隔，只允许排出液体制冷剂。为达此目的，位于收集器11内部的制冷管的入口和出口端被延伸到收集器11的下部。
为了旁路收集器11收集的气体制冷剂，提供一排放旁路管12把收集器11连接到蓄压器10上游的低压管7。排放旁路管12的入口端位于收集器11的上部，所以，只是气体制冷剂进入排放旁路管12。排放阀门13提供在排放旁路管12上，并控制旁路的气体制冷剂的流动速度。图1的双点线箭头表示气体制冷剂的流动方向。
从收集器11延伸的高压管6的部分穿过蓄压器10。这种结构通过使用经过高压管6的相对高温的制冷剂蒸发在蓄压器10收集的低温的液体制冷剂。为了有效地蒸发制冷剂，位于蓄压器10中的低压管7的部分形成为U型，而穿过蓄压器10的高压管6的部分穿过低压管7的U型部分的内部。
室外单元8还包括把压缩机2和冷凝器3之间的高压管6的部分连接到蓄压器10的热气旁路管14，液体旁路管15连接收集器11的下游侧和蓄压器10的上游侧。热气阀门1 6位于热气旁路管14上，以便控制旁路热气的流动速度，液体阀门17位于液体旁路管15上，以便控制旁路的液体制冷剂的流动速度。因此，当热气阀门16打开时，从压缩机2排放的热气部分以图1的点线箭头所示的方向沿热气旁路管14流动。当液体阀门17打开时，从收集器11排放的液体制冷剂部分以图1的双点线箭头所示的方向沿液体旁路管15流动。
多个室内单元9平行排列。每个室内单元9包括电子膨胀阀门4和蒸发器5。从而，多个室内单元9被连接到单个室外单元8。室内单元的容量和形状相互之间可以相同也可以不同。
同时，多个蒸发器入口温度传感器30的每一个放置在每个蒸发器5的入口，以检测进入蒸发器5的制冷剂的温度，多个蒸发器出口温度传感器31的每一个放置在每个蒸发器5的出口，以检测流出蒸发器5的制冷剂的温度，这些温度传感器是测量制冷剂过热度的性能检测装置，可以采用如压力传感器的其它测量装置测量如压力的任何其它性能。
如图2a和2b所示，采用以脉宽调制方式控制的可变容量压缩机作为压缩机2。每个压缩机2包括具有入口18和出口19的外壳20、位于外壳内的电机21、由电机21的旋转力旋转的旋转涡轮22、与旋转涡轮22一起确定压缩室23的固定涡轮24。旁路管25附着到外壳20，以把越过固定涡轮24的位置连接到入口18，螺旋阀门形式的脉宽调制(PWM)阀门26被安装在旁路管25上。在图2a中，PWM阀门26断开，旁路管25闭合。在这种状态，压缩机2流出制冷剂。这种状态被称为“装载状态”。在装载状态，压缩机2以100％容量工作。在图2a中，PWM阀门26接通，旁路管25打开。在这种状态，压缩机2不流出制冷剂。这种状态被称为“卸载状态”。在卸载状态，压缩机2以0％容量工作。电源供给到压缩机2而不管装载和卸载状态，电机21以恒定速度旋转。当没有电源供给压缩机2时，电机21不旋转，压缩机2不工作。
如图3所示，压缩机2在它工作期间周期地经历装载和卸载状态。装载时间和卸载时间按照需要的制冷容量变化。在装载期间蒸发器5的温度降低，因为压缩机流出制冷剂，而在卸载时间期间蒸发器5的温度增加，因为压缩机2没有流出制冷剂。在图3中，阴影线部分表示流出制冷剂的量。用于控制装载时间和卸载时间的信号称为负载控制信号。在本发明的实施例中，压缩机2的容量以这种方式变化，即装载时间和卸载时间按照压缩机2所要求的总制冷容量变化而每个循环周期保持为常数，如20分钟。
图4是根据本发明的用于控制空调器过热度的系统的方框图。如图4所示，室外单元8包括所连接的控制单元27，用于控制压缩机和PWM阀门26。室外单元27连接到室外通信电路单元28，以便发送和接收数据。
每个室内单元9包括连接到室内控制单元29的室内通信电路单元32，以便向室外单元8发送数据和从室外单元8接收数据。室外通信电路单元28和室内通信电路单元32以无线或有线方式发送和接收数据。蒸发器入口温度传感器30和蒸发器出口温度传感器31都连接到室内控制单元29的输入端口，电子膨胀阀门4连接到室内控制单元29的输出端口。
蒸发器入口温度传感器30检测经过电子膨胀阀门4之后进入蒸发器5的制冷剂的温度，蒸发器出口温度传感器31检测已经经过蒸发器5的制冷剂的温度，检测的温度信息被输入到室内控制单元29。室内控制单元根据输入的蒸发器的入口和出口温度计算过热度，并控制电子膨胀阀门5的开口。
下面参考图5描述控制过热度的方法。首先，确认PWM阀门的周期或压缩机2的负载循环周期(S101)。压缩机2的负载循环周期从室外单元8经过室外通信单元28和室内通信单元32被发送到室内控制单元29。在这个实施例中，周期是如20秒的预置值，随后，周期地或连续地检测蒸发器5的入口和出口温度(S102)。蒸发器5的入口温度由蒸发器入口温度传感器30检测，蒸发器5的出口温度由蒸发器出口温度传感器31检测。室内控制单元29累计检测的蒸发器5的入口和出口温度和检测周期，并计数检测频率(S103)。
之后，每个室内控制单元29确定累计的检测周期是否等于或超过压缩机2的负载选环周期(S104)。如果答案是否定的，则重复上述步骤。如果累计的检测周期大于或等于负载周期，则使用累计的入口和出口温度和计数的检测频率计算平均入口和出口温度。基本上，当开始控制过热度时，室内控制单元29确认负载选环周期并计算平均入口和出口温度。在实施例中，可以采用压缩机2的装载时间而不采用压缩机的负载循环周期。在这种情况中，从室外单元8发送装载时间信息。
之后，计算过热度(S106)。在这个实施例中利用的过热度是从蒸发器的平均出口温度减去蒸发器的平均入口温度获得的值。当计算过热度时，根据过热度计算电子膨胀阀4的预置目标开口值，并把电子膨胀阀4的开口值调整到计算的目标开口值(S108)。在这种情况中，当过热度较高时，目标开口值被设置的较小，而当过热度较低时，目标开口值被设置的较大。
采用蒸发器5的入口和出口温度计算蒸发器的过热度的原因是补偿脉宽调制压缩机工作时间歇地出现制冷剂流出引起的温度波动现象。如图6和7所示，因为采用脉宽调制压缩机时蒸发器的入口和出口温度之间的差总是变化，在某一瞬间利用蒸发器的入口和出口温度计算的过热度可能偏离实际的过热度。如图6所示，尽管采用了平均温度，当用于平均温度检测的累计时间不同于压缩机2的PWM阀门周期或负载循环周期时，因为平均入口和出口温度之间差的变化，计算的过热度可能不同于实际的过热度。反之，如图7所示，当用于平均温度检测的累计时间等于压缩机2的负载周期时，因为平均入口和出口温度之间的差基本上是常数，计算的过热度通常与实际的过热度相同，因此，适当地控制了过热度。
工业应用性
如上所述，本发明提供了一种控制过热度的系统和方法，其中，使用每个蒸发器的入口和出口温度控制过热度，并采用与压缩机的负载循环周期相同的时间周期计算蒸发器的平均入口和出口温度计算过热度，因此，补偿了温度波动现象。结果，可以计算出对应实际过热度的过热度，可以根据上述过热度调整每个电子膨胀阀门的开口，因此，最佳化了空调系统。

Claims (6)

1.一种控制空调过热度的系统，包括：
根据负载控制信号以脉宽调制方式控制的压缩机；
冷凝器、电子膨胀阀门和蒸发器，它们与所述压缩机一起构成制冷循环；
检测装置，用于检测计算所述蒸发器过热度的特性；
控制单元，按照计算的过热度调整所述电子膨胀阀门的开口。
所述检测装置包括位于蒸发器入口的入口温度传感器和位于蒸发器出口的出口温度传感器，所述的过热度是在对应所述压缩机的负载循环周期的时间周期由所述入口温度传感器和所述出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度之间的差确定。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述平均入口和出口温度是在与所述压缩机的负载循环周期相同的时间周期测量的温度的平均值。
3.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述性能测量装置包括位于所述蒸发器入口的入口温度传感器和位于所述蒸发器出口的出口温度传感器，所述的过热度在所述压缩机的装载时间由所述入口温度传感器和所述出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度之间的差确定。
4.按权利要求1所述的系统，其特征在于所述压缩机和所述冷凝器构成室外单元，所述电子膨胀阀门和所述蒸发器构成室内单元，所述系统包括多个平行排列的室内单元。
5.一种控制空调过热度的方法，所述空调包括按照负载控制信号以脉宽调制方式控制的压缩机、电子膨胀阀门、蒸发器，该方法包括步骤：
检测所述蒸发器的入口和出口温度；
根据检测的入口和出口温度计算过热度；
根据计算的过热度计算所述电子膨胀阀门的目标开口值；
把所述电子膨胀阀门调节到计算的目标开口值。
所述入口和出口温度是在对应所述压缩机的负载循环周期的时间周期由所述入口温度传感器和所述出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于所述入口和出口温度是在所述压缩机的装载时间由所述入口温度传感器和出口温度传感器检测的所述蒸发器的平均入口和出口温度。
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