CN209801880U - 电子膨胀阀控制装置及co2制冷热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及采暖领域以及制冷空调领域，公开了一种电子膨胀阀控制装置及CO2制冷热泵系统，该控制装置包括数据采集模块和控制模块；所述数据采集模块用于采集蒸发器的温度，所述控制模块用于根据所述数据采集模块采集到的温度作为信号反馈与设定值进行比较并进行比照，以对电子膨胀阀进行控制信号的输出。本实用新型通过控制电子膨胀阀的开度可以使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及采暖领域以及制冷空调领域，特别涉及一种电子膨胀阀控制装置及CO2制冷热泵系统。
背景技术
带喷射器的跨临界CO2制冷热泵系统中，包含压缩机、气冷器、喷射器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器。CO2从压缩机入口处被充入系统，在压缩机出口则变为高温高压气体，经过气冷器换热后，CO2制冷剂本身会降温，经过喷射器后产生的是CO2气液混合两相流体，两相流体在气液分离器内实现气液分离，其中CO2液态经电子膨胀阀后进入蒸发器换热后，气化的CO2作为引射流体会回到喷射器，因此形成一个完整的喷射制冷热泵循环。
对于电动汽车的制冷热泵系统，系统运行过程中，经过气液分离器后的CO2液体先经由电子膨胀阀后再进入蒸发器实现制冷作用。但膨胀阀的开度对系统的制冷量有直接的影响且属于非线性关系，无法实现对系统温度的精确调节，进而难以实现电动汽车的温度调节。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述，本申请要解决的技术问题应当是：提供一种电子膨胀阀控制装置及CO2制冷热泵系统，以通过调节电子膨胀阀的开度实现对电动汽车的温度调节。
(二)技术方案
为解决上述问题，本实用新型提供一种电子膨胀阀控制装置，包括：数据采集模块和控制模块；所述数据采集模块用于采集蒸发器的温度，所述控制模块用于根据所述数据采集模块采集到的温度作为信号反馈与设定值进行比较并进行比照，以对电子膨胀阀进行控制信号的输出。
进一步地，所述控制模块包括依次电连接的第一判断单元、第二判断单元和PID计算单元；所述数据采集模块依次通过所述第一判断单元、所述第二判断单元和所述PID计算单元与电子膨胀阀的控制端电连接；其中，所述第一判断单元用于计算所述蒸发器的温度与设定值的差值，并判断所述差值是否在预设范围内，若是则执行所述第二判断单元；所述第二判断单元用于根据所述差值与数据序列进行比照，将比照结果传输至所述PID计算单元；所述PID计算单元用于对向所述电子膨胀阀输出的电信号进行计算。
进一步地，所述控制模块还包括：输出单元，所述PID计算单元通过所述输出单元与所述电子膨胀阀的控制端电连接，用于在向所述电子膨胀阀的控制端发送预设范围内的电信号。
进一步地，所述控制模块还包括：通信单元，所述通信单元与所述第一判断单元和所述第二判断单元电连接，用于与外部的智能设备进行数据交互。
为解决上述问题，本实用新型还提供一种CO2制冷热泵系统，包括：制冷剂回路和如上述的电子膨胀阀控制装置，所述制冷剂回路包括：电子膨胀阀和蒸发器；其中，所述电子膨胀阀和所述蒸发器通过管路相互连通，所述的电子膨胀阀控制装置紧挨所述电子膨胀阀，所述数据采集模块设置在所述电子膨胀阀和所述蒸发器之间的管路中。
进一步地，所述制冷剂回路还包括：压缩机、气冷器、喷射器和气液分离器；其中，所述压缩机、所述气冷器和所述喷射器通过管路依次连接，所述喷射器设有第一进气口、第二进气口和排气口；所述喷射器的第一进气口通过管路与所述气冷器的出口连通，所述喷射器的第二进气口通过管路与所述蒸发器的出口连通，所述喷射器的出口通过管路与所述气液分离器的入口连通，所述气液分离器的排液口通过管路与所述电子膨胀阀的入口连通，所述气液分离器的排气口通过管路与所述压缩机的入口连通。
(三)有益效果
本实用新型提供一种电子膨胀阀控制装置及CO2制冷热泵系统，该电子膨胀阀控制装置通过蒸发温度作为信号反馈与设定值进行比较，差值驱动控制器与预存储的数据序列进行比照，之后经过PID算法计算对电子膨胀阀进行控制信号的输出，使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
附图说明
图1是本实用新型优选实施例中提供的电子膨胀阀控制装置的结构示意图；
图2是本实用新型优选实施例中提供的CO2制冷热泵系统的结构示意图；
其中，1：数据采集模块；2：控制模块；3：智能设备；4：电子膨胀阀；5：蒸发器；6：压缩机；7：气冷器；8：喷射器；9：气液分离器；21：第一判断单元；22：第二判断单元；23：PID计算单元；24：输出单元；25：通信单元。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供一种电子膨胀阀控制装置，主要应用于电动汽车内的制冷热泵系统，如图1所示，该电子膨胀阀控制装置包括：数据采集模块1和控制模块2。数据采集模块1用于采集蒸发器的温度，控制模块2可选用PLC控制模块，控制模块2用于根据数据采集模块1采集到的温度作为信号反馈与设定值进行比较并进行比照，以对电子膨胀阀进行控制信号的输出。
其中，数据采集模块1用于采集蒸发器的温度，控制模块2包括依次电连接的第一判断单元21、第二判断单元22和PID计算单元23。数据采集模块1依次通过第一判断单元21、第二判断单元22和PID计算单元23与电子膨胀阀的控制端电连接。
本实施例中，第一判断单元21用于计算蒸发器的温度与设定值的差值，并判断差值是否在预设范围内，若是则执行第二判断单元22。若否，则重新采集蒸发器的温度，再次计算蒸发器的温度与设定值的差值。第二判断单元22用于根据差值与数据序列进行比照，将比照结果传输至PID计算单元23。PID计算单元23用于对向所述电子膨胀阀输出的电信号进行计算。PID计算单元23利用PID(proportion integration differentiation，比例积分微分)算法对电子膨胀阀输出的电信号进行计算，使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
本实施例中，如图1所示，该电子膨胀阀控制装置还包括：控制模块2还包括：输出单元24，PID计算单元23通过输出单元24与电子膨胀阀的控制端电连接，用于在向电子膨胀阀的控制端发送预设范围内的电信号。一般情况下，输出单元24的输出电压为0～5V。
在初次运行时需要控制模块2进行0～5V输出电压递增对电子膨胀阀进行0-100％全范围开度的自检，获得开度与制冷量的比照数据序列并存储。系统运行时，第一判断单元21通过蒸发温度作为信号反馈与设定值进行比较，第二判断单元22利用差值驱动控制器与预存储的数据序列进行比照，之后经过PID计算单元23计算对电子膨胀阀进行0-5V的控制信号输出。一般情况下，差值越大输出的控制信号越强，反之越小则控制信号越弱。系统通过不断的比照，差值呈现振荡缩小趋势，逐渐达到并稳定在预期的制冷量设定值从而实现温度调节。
此外，控制模块2还包括：通信单元25，通信单元25与第一判断单元21和第二判断单元22电连接，用于与外部的智能设备3进行数据交互，即可直接通过智能设备3对该控制模块2进行设置。存储的数据也可通过通信单元25传输给智能设备3进行储存。
本实用新型实施例提供的电子膨胀阀控制装置通过蒸发温度作为信号反馈与设定值进行比较，差值驱动控制器与预存储的数据序列进行比照，之后经过PID算法计算对电子膨胀阀进行控制信号的输出，使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
本实用新型实施例还提供一种CO2制冷热泵系统，如图2所示，该CO2制冷热泵系统包括：制冷剂回路和电子膨胀阀控制装置，制冷剂回路包括：电子膨胀阀4和蒸发器5。
如图1所示，该电子膨胀阀控制装置包括：数据采集模块1和控制模块2。控制模块2用于根据数据采集模块1采集到的温度作为信号反馈与设定值进行比较并进行比照，以对电子膨胀阀4进行控制信号的输出。其中，电子膨胀阀4和蒸发器5通过管路相互连通，电子膨胀阀控制装置紧挨电子膨胀阀4，数据采集模块1设置在电子膨胀阀4和蒸发器5之间的管路中。需要说明的是，关于电子膨胀阀4控制装置具体的结构可参阅上述其他实施例，在此不再赘述。
本实施例中，制冷剂回路还包括：压缩机6、气冷器7、喷射器8和气液分离器9。
其中，压缩机6、气冷器7和喷射器8通过管路依次连接，喷射器8设有第一进气口、第二进气口和排气口。喷射器8的第一进气口通过管路与气冷器7的出口连通，喷射器8的第二进气口通过管路与蒸发器5的出口连通，喷射器8的出口通过管路与气液分离器9的入口连通，气液分离器9的排液口通过管路与电子膨胀阀4的入口连通，气液分离器9的排气口通过管路与压缩机6的入口连通。
本实施例中，喷射器8扩压后经过气液分离器9，经分离后液态CO2经过电子膨胀阀4后进入蒸发器5吸热气化，并作为第二流体进入喷射器8，而分离后的气态CO2重新进入压缩机6入口。
在带喷射器8的跨临界CO2制冷热泵系统中，由于电子膨胀阀4的开度对系统的制冷量有直接的影响且属于非线性关系，因此通过控制电子膨胀阀4的开度可以使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
具体地，制冷热泵系统运行时，CO2从压缩机6入口处被充入系统，从压缩机6的出口输出的高温高压气态CO2进入气冷器7，在气冷器7中放热降温后作为喷射器8的工作流体进入喷射器8内与从蒸发器5出口流入的引射流体混合后从喷射器8扩压管输出，并进入气液分离器9，经分离后液态CO2经过电子膨胀阀4降温降压后进入蒸发器5吸热气化伴随着温度升高，随后气态CO2作为引射流体从引射口进入喷射器8；经分离后的气态CO2重新进入压缩机6入口，系闭环实现一个完整的制冷热泵循环。
本实用新型实施例提供的CO2制冷热泵系统，由于其设有上述电子膨胀阀控制装置，通过蒸发温度作为信号反馈与设定值进行比较，差值驱动控制器与预存储的数据序列进行比照，之后经过PID算法计算对电子膨胀阀进行控制信号的输出，使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
本实用新型实施例还提供一种电子膨胀阀的控制方法，如图1和图2所示，该方法主要用于控制上述CO2制冷热泵系统，CO2制冷热泵系统的更加具体的结构可参阅上述图1和图2相关的文字描述，在此不再赘述，包括如下步骤：
步骤S1：采集蒸发器5的温度，计算蒸发器5的温度与设定值的差值，并判断差值是否在预设范围内。
其中，在进行步骤S1前，还可对输出电压递增对电子膨胀阀4进行0-100％全范围开度的自检，获得开度与制冷量的所述数据序列并存储。
具体地，在初次运行时需要控制模块2进行0～5V输出电压递增对电子膨胀阀4进行0-100％全范围开度的自检，获得开度与制冷量的比照数据序列并存储。系统运行时，第一判断单元21通过蒸发温度作为信号反馈与设定值进行比较，判断差值是否在预设范围内，例如差值小于10℃。
步骤S2：若差值在预设范围内，则根据差值与数据序列进行比照，确定PID算法参数。
本实施例中，若差值不在预设范围内，则继续执行步骤S1，重新采集蒸发器5的温度，再次计算蒸发器5的温度与设定值的差值。若差值在预设范围内，执行第二判断单元22，则根据差值与数据序列进行比照，第二判断单元22利用差值驱动控制器与预存储的数据序列进行比照
步骤S3：利用PID算法计算，向电子膨胀阀4进行控制信号输出。
确定了PID算法参数后，PID计算单元23通过PID公式计算，其中，kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。
其中，经过PID计算单元23计算对电子膨胀阀4进行0-5V的控制信号输出。一般情况下，差值越大输出的控制信号越强，反之越小则控制信号越弱。
步骤S3结束后，开始执行步骤S4：重新开始执行步骤S1至S3，直至采集到的蒸发器5的温度与设定值的差值在允许范围内，例如差值小于1℃。系统通过不断的比照，差值呈现振荡缩小趋势，逐渐达到并稳定在预期的制冷量设定值从而实现温度调节。
综上所述，本实用新型实施例提供的电子膨胀阀的控制方法，利用电子膨胀阀的开度对系统的制冷量有直接的影响且属于非线性关系，因此通过控制电子膨胀阀的开度可以使系统的制冷量达到并稳定在预期的设定值，从而实现对电动汽车的温度调节。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种电子膨胀阀控制装置，其特征在于，包括：
数据采集模块和控制模块；所述数据采集模块用于采集蒸发器的温度，所述控制模块用于根据所述数据采集模块采集到的温度作为信号反馈与设定值进行比较并进行比照，以对电子膨胀阀进行控制信号的输出。
2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀控制装置，其特征在于，所述控制模块包括依次电连接的第一判断单元、第二判断单元和PID计算单元；所述数据采集模块依次通过所述第一判断单元、所述第二判断单元和所述PID计算单元与所述电子膨胀阀的控制端电连接；
其中，所述第一判断单元用于计算所述蒸发器的温度与设定值的差值，并判断所述差值是否在预设范围内，若是则执行所述第二判断单元；所述第二判断单元用于根据所述差值与数据序列进行比照，将比照结果传输至所述PID计算单元；所述PID计算单元用于对向所述电子膨胀阀输出的电信号进行计算。
3.根据权利要求2所述的电子膨胀阀控制装置，其特征在于，所述控制模块还包括：
输出单元，所述PID计算单元通过所述输出单元与所述电子膨胀阀的控制端电连接，用于在向所述电子膨胀阀的控制端发送预设范围内的电信号。
4.根据权利要求2所述的电子膨胀阀控制装置，其特征在于，所述控制模块还包括：
通信单元，所述通信单元与所述第一判断单元和所述第二判断单元电连接，用于与外部的智能设备进行数据交互。
5.一种CO2制冷热泵系统，其特征在于，包括：
制冷剂回路和如权利要求1～4中任一项所述的电子膨胀阀控制装置，所述制冷剂回路包括：电子膨胀阀和蒸发器；
其中，所述电子膨胀阀和所述蒸发器通过管路相互连通，所述电子膨胀阀控制装置紧挨所述电子膨胀阀，所述数据采集模块设置在所述电子膨胀阀和所述蒸发器之间的管路中。
6.根据权利要求5所述的CO2制冷热泵系统，其特征在于，所述制冷剂回路还包括：
压缩机、气冷器、喷射器和气液分离器；
其中，所述压缩机、所述气冷器和所述喷射器通过管路依次连接，所述喷射器设有第一进气口、第二进气口和排气口；
所述喷射器的第一进气口通过管路与所述气冷器的出口连通，所述喷射器的第二进气口通过管路与所述蒸发器的出口连通，所述喷射器的出口通过管路与所述气液分离器的入口连通，所述气液分离器的排液口通过管路与所述电子膨胀阀的入口连通，所述气液分离器的排气口通过管路与所述压缩机的入口连通。
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| CN110296499A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-10-01 | 宁波奥克斯电气股份有限公司 | 一种电子膨胀阀异常原因判断方法、装置及空调器 |
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