CN1229612C

CN1229612C - 空调及其控制方法

Info

Publication number: CN1229612C
Application number: CNB2004100003294A
Authority: CN
Inventors: 山田吉人; 大泷镇雄
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: CN1517626A; JP2004218879A

Abstract

本发明提供的空调能实现冷冻循环稳定化，在空调的电子膨胀阀控制中，无需进行反馈控制便可精确地确定节流量，所述的对电子膨胀阀的控制是利用室内温度、室外温度、室内送风速度及压缩机1的转速，由计算方框71a用预先的实验得出的公式计算出使蒸发器热交换效率为最大时的最佳节流阀开启度，对电子膨胀阀5进行控制。

Description

空调及其控制方法

技术领域

本发明涉及构成变频式空调冷冻循环的电子膨胀阀开启度的控制方法及其使用该方法的空调。

背景技术

一般地，空调由如图4所示的压缩机1、四向阀2、室内热交换器3、室外热交换器4及电子膨胀阀5组成的冷冻循环构成。这种空调在制冷运转时，通过控制四向阀2，使冷却媒介沿虚线箭头所示从室内热交换器3开始按照压缩机1、室外热交换器4、电子膨胀阀5的顺序流回室内热交换器3。这样，使室内热交换器3作为蒸发器吸收周围的热量。另一方面，根据遥控器设定的风量等控制室内风扇的旋转，将通过热交换器3热交换过的冷风吹向室内。并且，根据室内温度与遥控器的设定温度之差，使压缩机1按所定的运转频率运转以控制室温。

而在制热运转时，与制冷运转相反，控制四向阀2使冷却媒介沿实线箭头所示从室外热交换器4开始按照压缩机1、室内热交换器3、电子膨胀器5的顺序流回室外热交换器4。这样，使室内热交换器作为凝缩器向周围放出热量。另一方面，根据遥控器设定的风量等控制室内风扇的旋转，将通过热交换器3热交换过的暖风吹向室内。并且，根据室内温度与遥控器的设定温度之差，使压缩机1按所定的运转频率运转以控制室温。

为进行上述的制冷和制热运转，空调如图5所示配备有由微机、电动机等的驱动电路、由其它组成的室内机控制部6及室外机控制部7。

室内控制部6根据遥控器的指示在对室内风扇驱动电机等进行控制的同时，向室外机控制部7传送所定的指令(与室温和设定值的差相应的运转频率、室内热交换器温度及其它)。

室外控制部7根据该指令控制压缩机1。

进一步地，空调还配备有测定室内热交换器3的温度的室内热交换器温度传感器11、测定压缩机1的吸入温度的吸气温度传感器12、测定室外热交换器4的温度的室外热交换温度传感器13。

用冷却媒介配管依次地将上述的压缩机、凝缩器、膨胀阀、蒸发器连接起来形成的冷冻循环中，在对压缩机进行变频控制时，压缩机的排出压力由使用环境温度、风扇风速、压缩机转速等决定。另外，冷却媒介流量由压缩机的排出压力与冷冻循环的流路阻力所决定。所以，为使冷冻循环稳定地进行，在对压缩机转速进行控制的同时，有必要改变膨胀阀的开启度以使冷冻循环中流动的冷却媒介的流量达到所定的值。

另一方面，在流过蒸发器的冷却媒介的流量中，对应于由蒸发器热交换的空气温度和风量存在一个最佳流量。即，流过蒸发器的冷却媒介的流量比最佳流量少时，冷却媒介会在通过蒸发器之中被蒸发掉。结果，气化的冷却媒介在蒸发器内过热，从而，蒸发器出口温度上升，蒸发器热交换效率下降。另外，流过蒸发器的冷却媒介的流量比最佳流量多时，蒸发器内的冷却媒介不能完全蒸发。

结果，蒸发器出口仍旧排出液态的冷却媒介，该液态的冷却媒介被压缩机吸入而引起液体回流现象，会成为压缩机损伤的原因。

为解决以上的问题，在通过变频等对压缩机进行变速控制的冷冻循环中，使用能够控制膨胀阀开启度的电子膨胀阀。这样，通过控制膨胀阀的开启度使得通过蒸发器的冷却媒介量通常保持在最佳流量。

膨胀阀开启度的控制方法公示在日本特开平10-267430号公报(第1页)上。该控制方法被称作过热控制，即测量压缩机的吸入温度和蒸发器的温度，通过控制膨胀阀的开启度使得它们的差(称之为(S-H)量)保持一定。该方法利用以下的事实，即，由于压缩机的吸入口通过冷却媒介配管与蒸发器的排出口相连接，如果冷却媒介的流量适当，则压缩机吸入口中的冷却媒介的温度(吸入温度)只稍高于蒸发器的排出冷却媒介的温度。然而，这种控制方法中，冷却媒介的流量变化与测定的温度变化之间必然会有时间延迟，因此，对于室内温度的急剧变化等，控制无法保持同步。结果，会产生如图6所示的被称之为振荡现象的膨胀阀的开启度相对于目标值在其上下作大的波动。当发生这种振荡现象时，由于冷冻循环动作不稳定，从而导致室内环境恶化这样的问题发生。这里，为抑制回流现象提出了各种各样的方法。例如，在上述的现有例子中提出了以下方法。即，在所定的时间内监视(S-H)量，并对该(S-H)量达到比目标设定值还高的第1设定值以上的次数和达到比目标设定值还低的第2设定值以下的次数进行计数。同时，测定出监视中膨胀阀开启度的最大值及最小值，当上述的计数数多于所定值时，所定的时间内膨胀阀的开启度固定为上述最大值和最小值的平均值。这样进行控制。

然而，上述现有的构成中，通过利用受到源自膨胀阀的开启度影响大的压缩机的吸入温度，通过闭合回路控制而对膨胀阀进行控制，以此消除振荡在原理上是不可能的。换而言之，在使极端的振荡收敛的点上是有效的，但却不能防止某些程度的振荡。另外，膨胀阀稳定在最佳值为止需要很长的时间，而在此期间，无法回避冷冻循环出现不稳定，因此，出现了必须采用复杂的控制过程等问题。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有问题提供一种能够完全地消除振荡、并且冷冻媒介流量可迅速地稳定在最佳值上的空调及其控制方法。

本发明提供了一种空调的控制方法，其中空调包括：由冷却媒介配管依次将功率可变的压缩机、室内热交换器、电子膨胀阀、室外热交换器连接起来的冷冻循环、将上述室内热交换器的热量传送到室内的速度可变的室内送风风扇、测定上述压缩机转速的压缩机转速测定装置、室内温度测定装置及室外温度测定装置，以及数据存储装置，在对于除上述压缩机转速以外的条件设为一定时的空调测定条件中，利用预先实验得出的计算公式，由上述压缩机转速算出使蒸发器效率为最大时的电子膨胀阀开启度为基准膨胀阀开启度，然后，对应于由室内温度、室外温度及室内送风风扇速度信息计算出的环境系数，利用预先的实验得出的公式计算出使蒸发器效率为最大时的电子膨胀阀开启度除以上述基准膨胀阀开启度所得的膨胀阀开启度比率，然后，利用由上述基准膨胀阀开启度与上述膨胀阀开启度比率之积而算出的膨胀阀开启度，对上述电子膨胀阀进行控制。

本发明提供的空调的控制方法的另一个方面在于，作为利用预先的实验得出的计算公式求出上述基准膨胀阀开启度及上述膨胀阀开启度比率的替代，将相对于上述压缩机转速及环境系数的使蒸发器效率为最大时的电子膨胀阀开启度预先储存在数据储存装置中，利用上述数据储存装置中储存的数据对上述电子膨胀阀的开启度进行控制。

附图说明

图1是本发明实施例中的空调控制系统的方框图。

图2是表示相对于空调压缩机转速的基准膨胀阀开启度的特性图。

图3是表示空调的环境系数与膨胀阀开启度比率之间关系的特性图。

图4是表示空调冷冻循环的概要组成图。

图5是现有空调的控制系统的方框图。

图6是说明现有空调压缩机的振荡形态的特性图

具体实施方式

以下参照附图就本发明的实施例进行说明。

图1是本发明实施例中空调的控制系统的概要方框图。图1中对于与图5中相同的组成要素使用相同的符号，并省略了对其的说明。另外，这里的冷冻循环与图4具有同样的组成。

图1中的室内机控制部6取回源自室内温度传感器8和其他等的信号，对室内送风风扇10和其他进行控制。从室内控制部6向室外机控制部71输出室内温度、室内送风风扇速度信息及其它必要的信息。

室外控制部71利用室内控制部6输出的室内温度和其他数据及从安装在室外机上的室外温度传感器和其他的信号，对压缩机转速、电子膨胀阀开启度和其他室外机的功能进行控制。

计算方框71a是室外机控制部的一部分，它根据压缩机转速、室外温度、室内温度、室内送风风扇速度信息，计算出蒸发器冷却媒介流量为最佳时的膨胀阀开启度，从而控制电子膨胀阀。

以下，对计算方框71a如何计算出使蒸发器效率为最大时的膨胀阀开启度进行说明。

图2是表示相对于空调压缩机转速的基准膨胀阀开启度的特性图，即空调在标准性能试验条件下运转时求出的蒸发器效率为最大时的相对于压缩机转速的膨胀阀开启度(基准膨胀阀开启度)。图中以向驱动电子膨胀阀的步进式马达供电的脉冲数表示了膨胀阀开启度。将膨胀阀某一开启度的时刻设为0，由此以膨胀阀达到所定的开启度所必须的、向步进式马达供电的脉冲数进行计数。这样求出的压缩机转速与基准膨胀阀开启度之间的关系用经验公式表示时，如公式1所示。

Phz＝k11+k12×N-k13×N² (公式1)

其中，Phz是基准膨胀阀开启度(脉冲数)，N是压缩机转速(转数/秒)，k11、k12、k13是取决于空调规格的常数。在一制冷运转实验例中，k11＝59、k12＝3.147、k13＝0.01241。

并且，由于使实际的蒸发机热交换效率成为最大时的膨胀阀最佳开启度由压缩机转速和空调负荷的组合而决定，所以，有必要根据负荷条件对上述的基准膨胀阀开启度进行修正。因此，定义了本发明中作为代表负荷条件的系数、以室内温度、室外温度及室内送风风扇风速的函数表示的环境系数Tk。然后，求出压缩机转速一定、环境系数变化时使蒸发器热交换效率成为最大时的各各膨胀阀开启度。进一步地，将该膨胀阀开启度除以基准膨胀阀开启度之值作为膨胀开启度比率，并求出环境系数与膨胀阀开启度比率的关系。

具体地，当室内温度为Tin，室外温度为Tout，室内送风风扇风速系数为a时，环境系数Tk用公式2定义。

Tk＝(Tin+0.1×Tout)×a (公式2)

作为举例，对于使用的空调，其室内风扇的风速可以按强、中、弱三档进行调节。这时，考虑风扇的实际送风能力，对应于强、中、弱将室内风扇的风速系数a分别取为1、0.95、0.9进行计算。

如上所述测定的环境系数与膨胀阀开启度比率的关系如图3所示。这样求出的环境系数与膨胀阀开启度比率的关系用经验公式表示时，如公式3所示。

p＝k31-k32×Tk+k33×Tk² (公式3)

其中，p是膨胀阀开启度比率(脉冲数)，k31、k32、k33是取决于空调规格的常数。

在一制冷运转实验的例子中，k31＝0.87657、k32＝0.018356、k33＝0.00072762。

计算方框71a中内设有微机和存有用公式1、公式2及公式3进行计算的程序的储存器。

于是，可利用公式1由压缩机转速算出基准膨胀阀开启度。进一步地，计算方框71a利用公式2由室内温度、室外温度及室内送风风扇风速系数算出环境系数后，利用公式3由环境系数算出膨胀阀开启度比率。

通过求出该膨胀阀开启度比率与基准膨胀阀开启度之积，便可得出该压缩机转速、室内温度、室外温度、室内风扇风速的最佳膨胀阀开启度。通过利用该最佳膨胀阀开启度对电子膨胀阀进行控制，能够实现不使用控制中所用的作为输入信息的影响膨胀阀开启度的要素的控制。

这样，就能够不出现振荡，并能够实现稳定地冷冻循环运转。

上述的说明是对制冷运转时各公式中的常数的说明，在制热运转时，必须将这些常数换成不同的值来进行控制。

另外，上述的实施例说明中，对于用内设于计算方框中的微机来计算预先编程的计算公式，从而算出最佳膨胀阀开启度也进行了说明。除此之外，将计算结果作为预先数据储存在储存器内，然后读出对应于测定出的转速及蒸发器温度的数据，并进行控制，也能够达到同样的效果。

如上所述，本发明具有如下的效果：利用不受膨胀阀开启度影响的压缩机的转速及由空调负荷决定的室内温度、室外湿度、室内风扇风速，算出最佳膨胀开启度，并进行控制，从而可不需进行复杂的反馈控制便能够实现稳定的冷冻循环控制。

Claims

1.一种空调的控制方法，其中空调包括：由冷却媒介配管依次将功率可变的压缩机、室内热交换器、电子膨胀阀、室外热交换器连接起来的冷冻循环、将上述室内热交换器的热量传送到室内的速度可变的室内送风风扇、测定上述压缩机转速的压缩机转速测定装置、室内温度测定装置及室外温度测定装置，以及数据存储装置，其特征在于：在对于除上述压缩机转速以外的条件设为一定时的空调测定条件中，利用预先实验得出的计算公式，由上述压缩机转速算出使蒸发器效率为最大时的电子膨胀阀开启度为基准膨胀阀开启度，然后，对应于由室内温度、室外温度及室内送风风扇速度信息计算出的环境系数，利用预先的实验得出的公式计算出使蒸发器效率为最大时的电子膨胀阀开启度除以上述基准膨胀阀开启度所得的膨胀阀开启度比率，然后，利用由上述基准膨胀阀开启度与上述膨胀阀开启度比率之积而算出的膨胀阀开启度，对上述电子膨胀阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的空调的控制方法，其特征在于：作为利用预先的实验得出的计算公式求出上述基准膨胀阀开启度及上述膨胀阀开启度比率的替代，将相对于上述压缩机转速及环境系数的使蒸发器效率为最大时的电子膨胀阀开启度预先储存在数据储存装置中，利用上述数据储存装置中储存的数据对上述电子膨胀阀的开启度进行控制。