TW499558B - Method for controlling an electronic expansion valve based on cooler pinch and discharge superheat - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 、本發明係與使用在冷凍裝置和/或熱泵中的壓縮機之領 域有關/具體地說，係與使用一電子膨脹閥來控制冷卻哭 夾和保護排放過熱有關。 熱泵系2使用一冷卻劑以承載在一循環迴路之相對較熱 7和彳盾％迴路之相對較冷側之間的熱能。冷卻劑之壓縮 發生在迴路的較熱側，在處一壓縮機提高冷卻劑之溫度。 t卻刎之揮舍發生在迴路之較冷側，在該處冷卻劑被允許 y 此ie成一溫度下降，因為膨脹需要熱。熱能在^ 路之一側上被加入冷卻劑中並在另一側上從冷卻劑中取 出’因為冷卻-劑和室内和室外空氣之間相對的溫度差異， 以利用至外空氣做為一熱能源秦一熱能槽。 主疋逆的’因此熱泵可用來做加熱或冷卻用。住宅 加，和冷卻單元是雙向的，因為通當的閥和控制裝置選擇 性地經由室内采口 > Μ >故絮θ + 至外熱父換引導冷卻劑如此使得室内的執 冷卻劑循環迴路之熱側上以側以供 在冷側上以供冷；gp夕^ ^ 丨/、热I用以及 Λ ^ ^ ^ _ 用。一循壞風扇在室内埶交換哭釦妳 由導皮至内空間的導管上使室 …、又換的和經 内空間中抽出空氣並將空氣帶回；返回導管從室 風扇在室外熱交換器上使周圍空氣父換器。同樣地一 空氣中，或從其中抽出可得的熱。、之，並將熱釋至開放 =二型式的熱泵系統只在冷卻劑 空氣之間有一足夠的溫差時才操作、ϋ、在各別熱交換器上的 加熱來說，只要在空氣和冷卻劑之S維持熱能之轉移。對 熱能大於操作壓縮機和各別風j j的溫差為能使可得的 的電能，則熱泵系統 發明說明（2) 為有效的。對^ 說是足夠的，^部:°兄，空氣和冷卻劑之間的溫差一般來 與熱泵、類似地運P :疋f ,天。空氣調節器，或冷凍裝置， 數其他方面，循p i ^疋將熱從室内轉移至室外。在大多 , 循疋相同的。 Ϊ冷卻劑從冷凝器士 膨脹閥（EXV) $ „ ' 么务^柃，其通過一諸如一電子 允許冷卻劑彳>u /、fc α糸統^中的主要流控制為此膨脹閥，其 造成部份液二;壓至蒸發器中的低壓膨脹。膨脹 器溫度。m ΐ以將液體的其餘部份冷卻至蒸發 感測器輸人所少亦由m控制，以基於 的熱感測器1時第二輸入是來自飽和吸入 評s。报夕二，人為基礎，獲呀在蒸發器内之液體多少之 用ϋ雨2二σ題會因為將熱感測器安裝在蒸發器内以及使 生。° 、輸入來決定蒸發器内的液體多少缺乏精確性而產 ψ ί二=，控制一種使用在一熱泵或冷凍裝置之冷凍循環 1卜=，脹_)以維持最小夾量以藉由監視在冷卻 ^ ^ &和吸入溫度之間的溫度差來確保正確湧進的冷 7 =換性能。監視放出過熱以保護壓縮機不受液體延 遲。若排放過熱低於·預期值，調節EXV開口。控制器監視 =些系統變數，其是用來決定EXV之最佳位置以使系統性 旎，正確的排放過熱值，以及適當的冷卻劑數量最佳化。 根據發明之一實施例，一種用以控制在一冷凍循環系統 中的電子膨脹閥之方法包括下一列一步驟、··藉由監視在冷卻劑

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溫度差來確保正確湧進的冷卻 之放出過熱來保護系統之壓縮 先決定的值時，修正電子膨脹 五、發明說明（3) 液體和飽和吸入溫度之間的 劑交換性能，藉由監視系統 機，及'當放出過熱低於一預 閥之開口大小。 根據發明之一實施例，一種用以控制在一冷凍循環系統 中的電子膨脹閥之方法包括下列步驟：決定系統之飽和吸 入溫度（SST);決定系統之飽和放出溫度（SDT);決定系統 之較冷液體溫度，決定糸統之飽和冷凝溫度（s c τ )·決定 夾量為CFT減SST ;決定一夾量錯誤為夾量減掉夾量設定 點；決定夾量〜率為目前的夾量減掉一特定時間之前的夾 量；決定放出過熱為SDT減掉SCT-;決定放出過熱錯誤為放 出過熱減掉放出過熱設定點；決定放出過熱率為目前的放 出過熱減掉一特定時間前的放出遍熱；設定一特定溫度的 無政範圍；以及以夾量錯誤，夾量率，放出過熱錯誤，放 出過熱率，以及無效範圍為基礎來控制電子膨脹閥之移 W] 〇 -

根據發明之一實施例，一種用以控制在一冷凍循環系統 的電子膨脹閥之裝置包括：用以決定系統之夾量之裝 用以決定系統之夾量錯誤之裝置；用以決定系統之夾 =f之裝置；用以決·定系統之放出過熱之裝置；用以決定 '、統之放出過熱錯誤之裝置；用以決、定系統之放出過熱率 ^ ί置二用以設定一特定溫度之無效範圍之裝置；用以以 改=錯誤，夾量率，放出過熱錯誤，放出過熱率，以及無 义範圍為基礎控制電子膨脹閥^移動、之裝置。

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圖1顯示一冷康系統之示意圖。 圖2(包括圖2A , 2B和2C)顯示本發明之方法之修改流程 筝考圖1，一基本冷凍系統1〇包括一冷凝器2〇，其s么 由-電子膨脹閥EXV液體地連接至—蒸發謂。嶋;V! 控制器15加以控制。蒸發器3〇經由一壓縮細液體地2 至冷凝器20。雖然只顯示一壓縮機，但在相同電路中2 地連接超過一個壓縮機在技藝上是已知的。返回水（或 氣）進入蒸發器3 0，在该處熱被轉移至一冷卻劑。雖= :~卻劑電-路，但使用二個獨立的冷卻劑電路在技蓺' 是已知的。較冷的供應水（或空氣）如冷卻所必需地循二 一轉換器或電熱調節器80讀取由控制器丨5所接收的較二、 體溫度（CFT)。一壓力轉換器50讀取冷卻劑之飽和冷凝7溫之 度並將讀數轉換成在控制器1 5上的飽和冷凝溫度（s 口）。 二壓力轉換器60讀取冷卻劑之飽和吸入壓力並將讀數轉換 成在控制器15上的飽和吸入溫度（SST)。一放出氣體電熱、 調節器感測器70提供飽和放出溫度（SDT)給控制器丨5。或、 者，一壓力轉換器讀取冷卻劑之飽和放出壓〜並將讀數轉換 成SDT。較常使用壓力轉換器，因為它們較已知用以直接、 測量溫度之裝置準確.。 夾2：定義為CFT減SST。放出過熱（DSH)定義為sdt減掉 sct。在本發明之方法中，這些值用來控制Εχν之移動，且 如此控制在系統1 〇内的冷卻劑流動。最好控制EXV以維持 最小夾量以藉由監視冷卻劑液1和飽、和吸入溫度之間的溫

499558 五、發明說明（5) 度差來確保正確的較冷交換性能。正常地打開EXv減少冷 卻劑夾量，如此增加冷卻劑交換性能。然而，將EXV打開 太多會 '造成放出過熱之下降，低的油壓，以及減少的冷卻 劑流。因此本發明有二個目標，一為維持一小的冷卻劑夾 量，而另一為保護放出過熱。

參考圖2，一初始化步驟1 1 〇設定使用在本發明之方法中 的不同變數之值。雖然可使用任何合理的循環時間，但方 法之循環每10秒運作。控制器15讀取CFT，SST，SDt和SCT 之值（圖1) °Pinch定義為CFT減SST，PINCH-ERR0R定義為 PINCH減PINCH二SETPOINT(由製造商，安裝者，或使用者安 排入系統中），以及PINCH一RATE定義為目前的pinch減10秒 前的PINCH。DSH定義為SDT減SCT_，DSH-ERR0R定義為DSH減 DSH一SETPOINT(由製造商，安裝者，或使用者排入系統控 制器中），以及DSH一RATE定義為目前的DSH減掉1〇秒前的 DSH。 在步驟112中，將PINCH 一 ERROR之絕對值與DEADBAND相 比。當夾量錯誤小於"無效範圍"時，對EXV未加上任何移 動。無效範圍是用來避免因感測器之不精確、所引起的不穩 定。無效範圍之值選擇性地由使用者設定，但在做為例子 供本發明使用之環境.中，無效範圍設定為〇 · 4卞。若 PINCH一ERROR之絕對值大於DEADBAND〜在步驟1 14中 EXV一MOV 設定為（PINCH-ERROR 減DEADBAND)乘KP 加上 PINCH-RATE乘KD。否則，不對EXV —MOV值做任何改變。κρ 為比例增益，且乘以夾量錯誤1得到、成比例的動作。在本

第9頁 五、發明說明（6) ==例中’ KP為每度F為〇· 33個百分比。KD為衍生的妗只 ^乘以夾量錯誤之改變率以得到衍生動作。對本實施曰二 吕’KD·為每10秒每度F為0.33百分比。比例和衍生動作^ =表以百分比為單位之m動作。負的結果對應為關閉 動作’同時一正的結果對應為打開的動作。 然後，在步驟11 6中，檢查系統時鐘以得知系統是否已 執行超過3分鐘。若不是，在步驟jig中， £乂？一？〇811'1(^一111111設定為£乂7之動作之總可能的範圍之 52%且控制傳至步驟1 62。即，在可花費一些時間的啟動程 序期間略過放-出過熱保護，且EXV位置限制重新初化為 5 2%。若系統已執行超過三分鐘·，在步驟丨2 〇中檢查 DSH 一 ERROR，且若小於-3.5°F，在步驟122中EXV_MOV設定 義-0·33%加上0.0 33乘DSH 一 RATE，且控制傳至步驟162。若 不是，在步驟1 24中檢查EXV_M0V以得知其是否小於零。 若EXV_M0V小於零，即，若夾量小於設定點，在步驟1 26 中控制器檢查以得知是否DSH_ERR0R大於2 °F且 EXV—POSITION 小於40%且PINCH_ERROR大於-0.5T，且若如 此，在步驟128中EXV_M0V設定為0%。若不是'，在步驟130 中，控制器檢查以得知DSH_ERR0是否大於-1 °F，且 EXV_P0SITI0N是否小於36%，且若是，EXV — M0V在步驟132 中設定義0%。否則，控制傳至步驟1 6、2。若在步驟1 24中 EXV_M0V小於零，在步驟134中控制器檢查以得知是否 DSH_ERR0R小於-2卞，且若是，EXV—M0V設定為-0.2%，之 後控制傳至步驟1 62。否則，在也驟1、38中控制器檢查以得

第10頁 499558 五、發明說明（7) — ' 知是否EXV —POSITION 減6°/。大於EXV —OLD —POSITION。即，控 制器檢查以得知是否在有6% 2EXV打開動作時，獲得在冷 卻劑夾ΐ中的實際減少（在步驟14〇中定義為大於〇· 6卞之 改k )，因為若未獲得一實際的減少，£ X V在其最佳位置上 打開。若EXV 一POSIT ION減6%在步驟138中未大於 EXV —OLD-POSITION，控制傳至步驟146。若其較大，在步 驟140中控制器檢查以得知是否PINCH一LAST—EXV減掉

PNI—ERROR 大於 〇·6ΐ，且若不是，EXV —POSITION-LIMIT 在 步驟 142 中設定義EXV 一 POSITION。若 PINCH—LAS 丁一 EXV 減 PINCH —ERROR不大於〇·6 DF,在步驟144中 EXV一OLD一POSITION 設定義EXV —POSITION 且PINCH —LAST —EXV 設定為PINCH—ERROR 。 然後在步驟146中，控制器檢查以得知是否DSHLERROR小 於-1°F，且若是，在步驟148中EX V—MOV設定為〇%且 EXV 一 POSITION-LIMIT 設定為 EXV-P0SITI0N，之後控制傳至 步驟162。若不是，控制器檢查以得知是否EXV_P0SITI0N 大於£1[?031丁101^1^11^1丁，且若是，在步驟152中£\¥^0¥ 設定為0°/。且控制傳至步驟162。若EXV_P0SIT、I0N不大於 EXV —P0SITI0N_LIMIT，在步驟154中控制器檢查以得知是 否DSH —ERROR小於1°F♦且EXV —MOV大於0.46%，且若是，在步 驟156中EXV—MOV設定義0. 46%。否則-在步驟158中控制器 檢查以得知是否DSH_ERR0R大於零，且若是， £乂¥_?〇81丁1〇11^1^!11'在步驟160中設定為£乂¥一？〇311'1(^加 上2%。 一 一 v

第11頁 499558 五、發明說明（8) 一 若DSH-ERROR不大於零，在步驟1 62中控制器檢查以得知 是否PINCH_RATE大於0· 4 °F，其指出操作狀況可能已改 變。若是，在步驟1 64中EXV_OLD_POSIT ION設定為 EXV-POSITION。若不是，在步驟166中控制器檢查以得知 是否PINCH —LAST —EXV 減PINCH —ERROR 小於-0.2 T，且若 是，在步驟168 中 PINCH-LAST —EXV 設定為PINCH_ERR〇R。然 後’在步驟170中，移動EXV且EXV_M0V變數重置為零。然 後循環再度開始。

根據本發明，控制EXV以維持最小夾量以藉由觀察在CFT 和SST之間的溫度改變來確保冷卻劑交換性能。EXV開口動 作一般減少冷卻劑夾量且如此增·加了冷卻劑交換性能。

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Claims (1)

1. 499558 六、申請專利範圍 — 1. 一種用以控制一冷卻劑循環系統中之電子膨脹閥之 方法，其特徵為下列步驟： 藉 '由監視在該冷卻劑中之液體和該系統之飽和吸入溫 度之間的溫度改變來確保適當的湧入冷卻劑交換性能； 藉由監視該系統之放出過熱來保護該系統之壓縮機； 以及 當該放出過熱低於一預先決定的值時，修正該電子膨 脹閥之開口大小。 2. —種用以控制一冷卻劑循環系統中的電子膨脹閥之 方法，其特徵-·為下列步驟： 決定該糸統之飽和吸入溫度_(S S T)， 決定該系統之飽和放出溫度（S DT); 決定該系統之冷卻劑液體溫慶（CFT); 決定該系統之飽和冷凝溫度（SCT); 決定為該C F T減該S S T之夾量； 決定為該夾量減一夾量設定點之夾量錯誤； 決定為目前的夾量減一特定時間之前的夾量之夾量 率； 決定為該SDT減該SCT之放出過熱； 決定為該放出過#減一放出過熱設定點之放出過熱錯 -χσ ♦ - Wk > 、 決定為目前的放出過熱減一特定時間之前的放出過熱 之放出過熱率； 設定一特定溫度的無效範肩」以、及

   第14頁 499558 六、申請專利範圍 一 以該夾量錯誤，該夾量率，該放出過熱錯誤，該放出 過熱率，以及該無效範圍為基礎控制該電子膨脹閥之移 動。' 3. 一種用以控制一冷卻劑循環中之電子膨脹閥之裝 置，其特徵在於： 用以決定該系統之夾量之裝置； 用以決定該系統之夾量錯誤之裝置； 用以決定該系統之夾量率之裝置； 用以決定該系統之放出過熱之裝置； 用以決定-·該系統之放出過熱錯誤之裝置； 用以決定該系統之放出過熱·率之裝置； 用以設定一特定溫度之無效範圍之裝置；以及 用以根據該夾量錯誤，該夾量率，該放出過熱錯誤， 該放出過熱率，以及該無效範圍為基礎來控制該電子膨脹 閥之移動之裝置。

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