專利名稱：空調(diào)器過(guò)熱度控制系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)器，具體地說(shuō)，涉及使用脈寬調(diào)制壓縮機(jī)控制空調(diào)器過(guò)熱度控制系統(tǒng)和控制方法。
當(dāng)流出蒸發(fā)器的制冷劑的過(guò)熱度較高時(shí)，壓縮機(jī)過(guò)熱并引起壓縮機(jī)的效率降低。當(dāng)過(guò)熱度非常高時(shí)，保險(xiǎn)裝置被操作，停止了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。另一方面，當(dāng)過(guò)熱度非常低時(shí)，液體制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的可能性變得較高。
結(jié)果，必須適當(dāng)控制室內(nèi)單元熱交換(蒸發(fā)器)的過(guò)熱度，以便室內(nèi)單元的性能最佳化，減少多個(gè)室內(nèi)單元性能之間的差別，改善壓縮機(jī)和整個(gè)系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。
在常規(guī)的多體空調(diào)器中，因?yàn)槭褂霉潭ㄋ俣刃秃涂勺冝D(zhuǎn)數(shù)型壓縮機(jī)，在壓縮機(jī)工作期間，制冷劑的流動(dòng)速率不隨時(shí)間作很大變化。因此，蒸發(fā)器的入口和出口溫度平穩(wěn)地如圖8所示變化，使用檢測(cè)的入口和出口溫度之間的差控制過(guò)熱度不是很困難。
美國(guó)專利No 6047557和日本未審查專利申請(qǐng)平8-334094公開(kāi)了脈寬調(diào)制壓縮機(jī)作為另一種類型的可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)。這些壓縮機(jī)被使用在制冷系統(tǒng)中，每個(gè)制冷系統(tǒng)具有多個(gè)冷凍室或制冷室，并被設(shè)計(jì)為應(yīng)用短管，即位于壓縮機(jī)和蒸發(fā)器之間的制冷管的長(zhǎng)度較短。從而，這些壓縮機(jī)不能應(yīng)用到需要采用長(zhǎng)管的建筑物的空調(diào)系統(tǒng)和給定的控制環(huán)境不同于所述制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有公開(kāi)在空調(diào)中使用脈寬調(diào)制壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)和方法，特別是在多體空調(diào)器中；具體地說(shuō)，沒(méi)有公開(kāi)控制過(guò)熱度的方法。
當(dāng)在空調(diào)器中采用脈寬調(diào)制壓縮機(jī)時(shí)，周期地啟動(dòng)和停止制冷劑的流動(dòng)，這是因?yàn)榧词乖趬嚎s機(jī)工作時(shí)，裝載時(shí)間期(該期間制冷劑被排出)和卸載時(shí)間期(該期間制冷劑不被排出)被周期性地重復(fù)。因此，采用脈寬調(diào)制壓縮機(jī)的空調(diào)器具有的特性(溫度波動(dòng)現(xiàn)象)是蒸發(fā)器的入口和出口溫度根據(jù)制冷劑流動(dòng)的存在和缺乏上下變化。因此，在采用脈寬調(diào)制壓縮機(jī)的空調(diào)器中，在給定瞬間，蒸發(fā)器的過(guò)熱度不能由檢測(cè)的蒸發(fā)器的入口和出口溫度適當(dāng)?shù)赜?jì)算。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明原理的一方面，控制空調(diào)器過(guò)熱度的系統(tǒng)包括根據(jù)負(fù)載控制信號(hào)以脈寬調(diào)制方式控制的壓縮機(jī)；冷凝器、電子膨脹閥門和蒸發(fā)器，它們與所述壓縮機(jī)一起構(gòu)成制冷循環(huán)；檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)計(jì)算所述蒸發(fā)器過(guò)熱度的特性；控制單元，按照計(jì)算的過(guò)熱度調(diào)整所述電子膨脹閥門的開(kāi)口。
按照本發(fā)明原理的另一方面，一種控制空調(diào)器過(guò)熱度的方法，所述空調(diào)器包括按照負(fù)載控制信號(hào)以脈寬調(diào)制方式控制的壓縮機(jī)、電子膨脹閥門和蒸發(fā)器，該方法包括步驟檢測(cè)所述蒸發(fā)器的入口和出口溫度；根據(jù)檢測(cè)的入口和出口溫度計(jì)算過(guò)熱度；根據(jù)計(jì)算的過(guò)熱度計(jì)算所述電子膨脹閥門的目標(biāo)開(kāi)口值；把所述電子膨脹閥門調(diào)節(jié)到計(jì)算的目標(biāo)開(kāi)口值。
主要部件參考符號(hào)的描述2壓縮機(jī) 5蒸發(fā)器8室外單元9室內(nèi)單元26脈寬調(diào)制閥門 27室外控制單元28室外通信電路單元 29室內(nèi)控制單元30蒸發(fā)器入口溫度傳感器 31蒸發(fā)器出口溫度傳感器實(shí)現(xiàn)發(fā)明的具體方式下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的控制空調(diào)器過(guò)熱度的系統(tǒng)循環(huán)?？照{(diào)器1包括壓縮機(jī)2、冷凝器3、多個(gè)電子膨脹閥門4、多個(gè)蒸發(fā)器5，它們都由制冷管連接在一起，以形成閉合的制冷回路。關(guān)于制冷管，把壓縮機(jī)2的流出端連接到電子膨脹閥門4的流入端的制冷管是高壓管6，用于導(dǎo)引從壓縮機(jī)2排出的高壓制冷劑的流動(dòng)，而把電子膨脹閥門4的流出端連接到壓縮機(jī)2的流入端的制冷管是低壓管7，用于導(dǎo)引在電子膨脹閥門4中膨脹的低壓制冷劑的流動(dòng)。冷凝器3位于高壓管6上，而蒸發(fā)器5位于低壓管7上。當(dāng)壓縮機(jī)2工作時(shí)，制冷劑沿實(shí)線箭頭方向流動(dòng)。
空調(diào)1包括室外單元8和多個(gè)室內(nèi)單元9。室外單元8包括上述壓縮機(jī)2和冷凝器3。室外單元8還包括位于壓縮機(jī)2上游的低壓管7上的蓄壓器10和位于冷凝器3上游的高壓管6上的收集器11。蓄壓器10的作用是收集和蒸發(fā)沒(méi)有被蒸發(fā)的液體制冷劑，并使得蒸發(fā)的制冷劑流入壓縮機(jī)2。如果制冷劑在蒸發(fā)器5中沒(méi)有完全蒸發(fā)，則進(jìn)入蓄壓器10的制冷劑是液體制冷劑和氣體制冷劑的混合物。蓄壓器10蒸發(fā)液體制冷劑，并使得任何氣體制冷劑(制冷氣體)進(jìn)入壓縮機(jī)2。為達(dá)此目的，要求把位于蓄壓器10內(nèi)部的制冷管的入口和出口端設(shè)置在蓄壓器10的上部。
如果制冷劑在冷凝器3中沒(méi)有完全冷凝，則進(jìn)入收集器11的制冷劑是液體制冷劑和氣體制冷劑的混合物。收集器11的結(jié)構(gòu)使得液體制冷劑和氣體制冷劑相互之間分隔，只允許排出液體制冷劑。為達(dá)此目的，位于收集器11內(nèi)部的制冷管的入口和出口端被延伸到收集器11的下部。
為了旁路收集器11收集的氣體制冷劑，提供一排放旁路管12把收集器11連接到蓄壓器10上游的低壓管7。排放旁路管12的入口端位于收集器11的上部，所以，只是氣體制冷劑進(jìn)入排放旁路管12。排放閥門13提供在排放旁路管12上，并控制旁路的氣體制冷劑的流動(dòng)速度。圖1的雙點(diǎn)線箭頭表示氣體制冷劑的流動(dòng)方向。
從收集器11延伸的高壓管6的部分穿過(guò)蓄壓器10。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)使用經(jīng)過(guò)高壓管6的相對(duì)高溫的制冷劑蒸發(fā)在蓄壓器10收集的低溫的液體制冷劑。為了有效地蒸發(fā)制冷劑，位于蓄壓器10中的低壓管7的部分形成為U型，而穿過(guò)蓄壓器10的高壓管6的部分穿過(guò)低壓管7的U型部分的內(nèi)部。
室外單元8還包括把壓縮機(jī)2和冷凝器3之間的高壓管6的部分連接到蓄壓器10的熱氣旁路管14，液體旁路管15連接收集器11的下游側(cè)和蓄壓器10的上游側(cè)。熱氣閥門16位于熱氣旁路管14上，以便控制旁路熱氣的流動(dòng)速度，液體閥門17位于液體旁路管15上，以便控制旁路的液體制冷劑的流動(dòng)速度。因此，當(dāng)熱氣閥門16打開(kāi)時(shí)，從壓縮機(jī)2排放的熱氣部分以圖1的點(diǎn)線箭頭所示的方向沿?zé)釟馀月饭?4流動(dòng)。當(dāng)液體閥門17打開(kāi)時(shí)，從收集器11排放的液體制冷劑部分以圖1的雙點(diǎn)線箭頭所示的方向沿液體旁路管15流動(dòng)。
多個(gè)室內(nèi)單元9平行排列。每個(gè)室內(nèi)單元9包括電子膨脹閥門4和蒸發(fā)器5。從而，多個(gè)室內(nèi)單元9被連接到單個(gè)室外單元8。室內(nèi)單元的容量和形狀相互之間可以相同也可以不同。
同時(shí)，多個(gè)蒸發(fā)器入口溫度傳感器30的每一個(gè)放置在每個(gè)蒸發(fā)器5的入口，以檢測(cè)進(jìn)入蒸發(fā)器5的制冷劑的溫度，多個(gè)蒸發(fā)器出口溫度傳感器31的每一個(gè)放置在每個(gè)蒸發(fā)器5的出口，以檢測(cè)流出蒸發(fā)器5的制冷劑的溫度，這些溫度傳感器是測(cè)量制冷劑過(guò)熱度的性能檢測(cè)裝置，可以采用如壓力傳感器的其它測(cè)量裝置測(cè)量如壓力的任何其它性能。
如圖2a和2b所示，采用以脈寬調(diào)制方式控制的可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)作為壓縮機(jī)2。每個(gè)壓縮機(jī)2包括具有入口18和出口19的外殼20、位于外殼內(nèi)的電機(jī)21、由電機(jī)21的旋轉(zhuǎn)力旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)渦輪22、與旋轉(zhuǎn)渦輪22一起確定壓縮室23的固定渦輪24。旁路管25附著到外殼20，以把越過(guò)固定渦輪24的位置連接到入口18，螺旋閥門形式的脈寬調(diào)制(PWM)閥門26被安裝在旁路管25上。在圖2a中，PWM閥門26斷開(kāi)，旁路管25閉合。在這種狀態(tài)，壓縮機(jī)2流出制冷劑。這種狀態(tài)被稱為“裝載狀態(tài)”。在裝載狀態(tài)，壓縮機(jī)2以100％容量工作。在圖2a中，PWM閥門26接通，旁路管25打開(kāi)。在這種狀態(tài)，壓縮機(jī)2不流出制冷劑。這種狀態(tài)被稱為“卸載狀態(tài)”。在卸載狀態(tài)，壓縮機(jī)2以0％容量工作。電源供給到壓縮機(jī)2而不管裝載和卸載狀態(tài)，電機(jī)21以恒定速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)沒(méi)有電源供給壓縮機(jī)2時(shí)，電機(jī)21不旋轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)2不工作。
如圖3所示，壓縮機(jī)2在它工作期間周期地經(jīng)歷裝載和卸載狀態(tài)。裝載時(shí)間和卸載時(shí)間按照需要的制冷容量變化。在裝載期間蒸發(fā)器5的溫度降低，因?yàn)閴嚎s機(jī)流出制冷劑，而在卸載時(shí)間期間蒸發(fā)器5的溫度增加，因?yàn)閴嚎s機(jī)2沒(méi)有流出制冷劑。在圖3中，陰影線部分表示流出制冷劑的量。用于控制裝載時(shí)間和卸載時(shí)間的信號(hào)稱為負(fù)載控制信號(hào)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，壓縮機(jī)2的容量以這種方式變化，即裝載時(shí)間和卸載時(shí)間按照壓縮機(jī)2所要求的總制冷容量變化而每個(gè)循環(huán)周期保持為常數(shù)，如20分鐘。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于控制空調(diào)器過(guò)熱度的系統(tǒng)的方框圖。如圖4所示，室外單元8包括所連接的控制單元27，用于控制壓縮機(jī)和PWM閥門26。室外單元27連接到室外通信電路單元28，以便發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
每個(gè)室內(nèi)單元9包括連接到室內(nèi)控制單元29的室內(nèi)通信電路單元32，以便向室外單元8發(fā)送數(shù)據(jù)和從室外單元8接收數(shù)據(jù)。室外通信電路單元28和室內(nèi)通信電路單元32以無(wú)線或有線方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。蒸發(fā)器入口溫度傳感器30和蒸發(fā)器出口溫度傳感器31都連接到室內(nèi)控制單元29的輸入端口，電子膨脹閥門4連接到室內(nèi)控制單元29的輸出端口。
蒸發(fā)器入口溫度傳感器30檢測(cè)經(jīng)過(guò)電子膨脹閥門4之后進(jìn)入蒸發(fā)器5的制冷劑的溫度，蒸發(fā)器出口溫度傳感器31檢測(cè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器5的制冷劑的溫度，檢測(cè)的溫度信息被輸入到室內(nèi)控制單元29。室內(nèi)控制單元根據(jù)輸入的蒸發(fā)器的入口和出口溫度計(jì)算過(guò)熱度，并控制電子膨脹閥門5的開(kāi)口。
下面參考圖5描述控制過(guò)熱度的方法。首先，確認(rèn)PWM閥門的周期或壓縮機(jī)2的負(fù)載循環(huán)周期(S101)。壓縮機(jī)2的負(fù)載循環(huán)周期從室外單元8經(jīng)過(guò)室外通信單元28和室內(nèi)通信單元32被發(fā)送到室內(nèi)控制單元29。在這個(gè)實(shí)施例中，周期是如20秒的預(yù)置值，隨后，周期地或連續(xù)地檢測(cè)蒸發(fā)器5的入口和出口溫度(S102)。蒸發(fā)器5的入口溫度由蒸發(fā)器入口溫度傳感器30檢測(cè)，蒸發(fā)器5的出口溫度由蒸發(fā)器出口溫度傳感器31檢測(cè)。室內(nèi)控制單元29累計(jì)檢測(cè)的蒸發(fā)器5的入口和出口溫度和檢測(cè)周期，并計(jì)數(shù)檢測(cè)頻率(S103)。
之后，每個(gè)室內(nèi)控制單元29確定累計(jì)的檢測(cè)周期是否等于或超過(guò)壓縮機(jī)2的負(fù)載選環(huán)周期(S104)。如果答案是否定的，則重復(fù)上述步驟。如果累計(jì)的檢測(cè)周期大于或等于負(fù)載周期，則使用累計(jì)的入口和出口溫度和計(jì)數(shù)的檢測(cè)頻率計(jì)算平均入口和出口溫度。基本上，當(dāng)開(kāi)始控制過(guò)熱度時(shí)，室內(nèi)控制單元29確認(rèn)負(fù)載選環(huán)周期并計(jì)算平均入口和出口溫度。在實(shí)施例中，可以采用壓縮機(jī)2的裝載時(shí)間而不采用壓縮機(jī)的負(fù)載循環(huán)周期。在這種情況中，從室外單元8發(fā)送裝載時(shí)間信息。
之后，計(jì)算過(guò)熱度(S106)。在這個(gè)實(shí)施例中利用的過(guò)熱度是從蒸發(fā)器的平均出口溫度減去蒸發(fā)器的平均入口溫度獲得的值。當(dāng)計(jì)算過(guò)熱度時(shí)，根據(jù)過(guò)熱度計(jì)算電子膨脹閥4的預(yù)置目標(biāo)開(kāi)口值，并把電子膨脹閥4的開(kāi)口值調(diào)整到計(jì)算的目標(biāo)開(kāi)口值(S108)。在這種情況中，當(dāng)過(guò)熱度較高時(shí)，目標(biāo)開(kāi)口值被設(shè)置的較小，而當(dāng)過(guò)熱度較低時(shí)，目標(biāo)開(kāi)口值被設(shè)置的較大。
采用蒸發(fā)器5的入口和出口溫度計(jì)算蒸發(fā)器的過(guò)熱度的原因是補(bǔ)償脈寬調(diào)制壓縮機(jī)工作時(shí)間歇地出現(xiàn)制冷劑流出引起的溫度波動(dòng)現(xiàn)象。如圖6和7所示，因?yàn)椴捎妹}寬調(diào)制壓縮機(jī)時(shí)蒸發(fā)器的入口和出口溫度之間的差總是變化，在某一瞬間利用蒸發(fā)器的入口和出口溫度計(jì)算的過(guò)熱度可能偏離實(shí)際的過(guò)熱度。如圖6所示，盡管采用了平均溫度，當(dāng)用于平均溫度檢測(cè)的累計(jì)時(shí)間不同于壓縮機(jī)2的PWM閥門周期或負(fù)載循環(huán)周期時(shí)，因?yàn)槠骄肟诤统隹跍囟戎g差的變化，計(jì)算的過(guò)熱度可能不同于實(shí)際的過(guò)熱度。反之，如圖7所示，當(dāng)用于平均溫度檢測(cè)的累計(jì)時(shí)間等于壓縮機(jī)2的負(fù)載周期時(shí)，因?yàn)槠骄肟诤统隹跍囟戎g的差基本上是常數(shù)，計(jì)算的過(guò)熱度通常與實(shí)際的過(guò)熱度相同，因此，適當(dāng)?shù)乜刂屏诉^(guò)熱度。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明提供了一種控制過(guò)熱度的系統(tǒng)和方法，其中，使用每個(gè)蒸發(fā)器的入口和出口溫度控制過(guò)熱度，并采用與壓縮機(jī)的負(fù)載循環(huán)周期相同的時(shí)間周期計(jì)算蒸發(fā)器的平均入口和出口溫度計(jì)算過(guò)熱度，因此，補(bǔ)償了溫度波動(dòng)現(xiàn)象。結(jié)果，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)實(shí)際過(guò)熱度的過(guò)熱度，可以根據(jù)上述過(guò)熱度調(diào)整每個(gè)電子膨脹閥門的開(kāi)口，因此，最佳化了空調(diào)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種控制空調(diào)過(guò)熱度的系統(tǒng)，包括根據(jù)負(fù)載控制信號(hào)以脈寬調(diào)制方式控制的壓縮機(jī)；冷凝器、電子膨脹閥門和蒸發(fā)器，它們與所述壓縮機(jī)一起構(gòu)成制冷循環(huán)；檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)計(jì)算所述蒸發(fā)器過(guò)熱度的特性；控制單元，按照計(jì)算的過(guò)熱度調(diào)整所述電子膨脹閥門的開(kāi)口。
2.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述性能檢測(cè)裝置包括所述位于蒸發(fā)器入口的入口溫度傳感器和位于所述蒸發(fā)器的出口的出口溫度傳感器，所述的過(guò)熱度是在對(duì)應(yīng)所述壓縮機(jī)的負(fù)載循環(huán)周期的時(shí)間周期由所述入口溫度傳感器和所述出口溫度傳感器檢測(cè)的所述蒸發(fā)器的平均入口和出口溫度之間的差確定。
3.按權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述平均入口和出口溫度是在與所述壓縮機(jī)的負(fù)載循環(huán)周期相同的時(shí)間周期測(cè)量的溫度的平均值。
4.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述性能測(cè)量裝置包括位于所述蒸發(fā)器入口的入口溫度傳感器和位于所述蒸發(fā)器出口的出口溫度傳感器，所述的過(guò)熱度在所述壓縮機(jī)的裝載時(shí)間由所述入口溫度傳感器和所述出口溫度傳感器檢測(cè)的所述蒸發(fā)器的平均入口和出口溫度之間的差確定。
5.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機(jī)和所述冷凝器構(gòu)成室外單元，所述電子膨脹閥門和所述蒸發(fā)器構(gòu)成室內(nèi)單元，所述系統(tǒng)包括多個(gè)平行排列的室內(nèi)單元。
6.一種控制空調(diào)過(guò)熱度的方法，所述空調(diào)包括按照負(fù)載控制信號(hào)以脈寬調(diào)制方式控制的壓縮機(jī)、電子膨脹閥門、蒸發(fā)器，該方法包括步驟檢測(cè)所述蒸發(fā)器的入口和出口溫度；根據(jù)檢測(cè)的入口和出口溫度計(jì)算過(guò)熱度；根據(jù)計(jì)算的過(guò)熱度計(jì)算所述電子膨脹閥門的目標(biāo)開(kāi)口值；把所述電子膨脹閥門調(diào)節(jié)到計(jì)算的目標(biāo)開(kāi)口值。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述入口和出口溫度是在對(duì)應(yīng)所述壓縮機(jī)的負(fù)載循環(huán)周期的時(shí)間周期由所述入口溫度傳感器和所述出口溫度傳感器檢測(cè)的所述蒸發(fā)器的平均入口和出口溫度。
8.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述入口和出口溫度是在所述壓縮機(jī)的裝載時(shí)間由所述入口溫度傳感器和出口溫度傳感器檢測(cè)的所述蒸發(fā)器的平均入口和出口溫度。
全文摘要
公開(kāi)了一種控制空調(diào)過(guò)熱度的系統(tǒng)和方法?？照{(diào)包括根據(jù)負(fù)載控制信號(hào)以脈寬調(diào)制方式控制的壓縮機(jī),冷凝器、電子膨脹閥門和蒸發(fā)器,以至于構(gòu)成制冷循環(huán)系統(tǒng)。位于蒸發(fā)器入口的入口溫度傳感器和位于蒸發(fā)器出口的出口溫度傳感器連接到控制單元?？刂茊卧趯?duì)應(yīng)壓縮機(jī)的負(fù)載循環(huán)周期的時(shí)間周期由所述入口溫度傳感器和所述出口溫度傳感器檢測(cè)的所述蒸發(fā)器的平均入口和出口溫度計(jì)算蒸發(fā)器的過(guò)熱度,并按照計(jì)算的過(guò)熱度調(diào)整電子膨脹閥門的開(kāi)口。
文檔編號(hào)F24F11/02GK1380963SQ01801268
公開(kāi)日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2001年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月7日
發(fā)明者文重基, 金榮晚, 文濟(jì)明, 李庭泯, 金鐘燁, 趙日鏞 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社