專利名稱：空調(diào)機及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及構成變頻式空調(diào)機的冷凍循環(huán)的電子膨脹閥的開度控制技術，尤其是涉及不進行反饋控制而進行適當?shù)呐蛎涢y的開度控制的空調(diào)機及其控制方法。
背景技術：
通常，空調(diào)機如圖8所示具有由壓縮機1，四通閥(以下稱為閥)2，室內(nèi)熱交換器(以下，稱為熱交換器)3，室外熱交換器(以下，稱為熱交換器)4，膨脹閥(以下，稱為閥)5組成的冷凍循環(huán)。
在制冷運轉時，該空調(diào)機控制閥2使致冷劑如虛線箭頭所示從熱交換器3按壓縮機1、熱交換器4、閥5的次序流動并返回熱交換器3。這樣，熱交換器3作為蒸發(fā)器發(fā)揮功能并吸收周圍的熱量。另一方面，該空調(diào)機根據(jù)遙控器的設定風量等控制室內(nèi)一側的風扇(未圖示)使其旋轉，從而將經(jīng)熱交換器3進行了熱交換的冷風吹出到室內(nèi)。而且，以與室內(nèi)溫度和遙控器的設定溫度之差相應的一定的運轉頻率使壓縮機1運轉以控制室溫。
在制熱運轉時，與制冷運轉相反，如實線箭頭所示該空調(diào)機控制閥2使致冷劑從熱交換器4按壓縮機1、熱交換器3、閥5的次序流動并返回熱交換器4。這樣，熱交換器3作為冷凝器發(fā)揮作用并對周圍放出熱量。另一方面，該空調(diào)機根據(jù)遙控器的設定風量等控制室內(nèi)風扇使其旋轉，從而將經(jīng)熱交換器3進行了熱交換的暖風吹出到室內(nèi)。而且，以與室內(nèi)溫度和遙控器的設定溫度之差相應的一定的運轉頻率使壓縮機1運轉以控制室溫。
該空調(diào)機為了進行上述制冷制熱運轉，如圖9所示，具有由微機、電動機等驅動電路及其它組成的室內(nèi)機控制部(以下，稱為控制部)6和室外機控制部(以下，稱為控制部)7?？刂撇?按照由遙控器發(fā)出的指示控制室內(nèi)風扇驅動電機等的同時，對控制部7轉送一定的指令，控制部7按照該指令控制壓縮機1。在此，所謂“一定的指令”是指與室溫和設定值之差相應的運轉頻率，室內(nèi)熱交換器3的溫度等。另外，空調(diào)機還具有檢測熱交換器3的溫度的室內(nèi)熱交換器溫度傳感器8，檢測壓縮機1的吸入溫度的吸入溫度傳感器9、檢測熱交換器4的溫度的室外熱交換器溫度傳感器10。
如上所述，冷凍循環(huán)由壓縮機1、冷凝器、閥5、蒸發(fā)器依次以致冷劑管道連接而成。在這樣的冷凍循環(huán)中對壓縮機1進行變頻控制時，若閥5的開度為一定時，則壓縮機轉數(shù)為低速運轉時，流經(jīng)冷凍循環(huán)的致冷劑量較少。而在高速運轉時則有大量的致冷劑流經(jīng)冷凍循環(huán)。這是由于冷凍循環(huán)的流道阻力為一定的緣故。
這樣，使流經(jīng)冷凍循環(huán)的致冷劑量僅依賴于壓縮機轉數(shù)時，流經(jīng)蒸發(fā)器的致冷劑量少時，致冷劑在未通過蒸發(fā)器之前即已蒸發(fā)完了。因此，已被氣化的致冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)被過熱使蒸發(fā)器出口溫度上升，從而蒸發(fā)器的熱交換效率降低。另外，當流經(jīng)蒸發(fā)器的致冷劑量多時，蒸發(fā)器內(nèi)的致冷劑不能完全蒸發(fā)。因此，有致冷劑原樣從蒸發(fā)器出口排出，該致冷劑被壓縮機1吸入而引起返液現(xiàn)象，這往往成為壓縮機1損傷的原因。
為了解決如上所述的問題，在用變頻等對壓縮機1進行變速控制的冷凍循環(huán)中，使用能控制閥5開度的電子膨脹閥。借此可控制膨脹閥開度使得通過蒸發(fā)器的致冷劑量經(jīng)常保持最佳量。
控制膨脹閥開度的現(xiàn)有技術記載在例如日本特開平10-267430號公報中。即，采用了控制膨脹閥開度的稱為“過熱控制”的控制方法，該方法計測壓縮機1的吸入溫度和蒸發(fā)器的溫度并使其差值(S-H)保持一定。由于壓縮機1的吸入口用致冷劑管連接到蒸發(fā)器的排出口，因而若致冷劑量適當，壓縮機1的吸入口的致冷劑溫度(吸入溫度)則比蒸發(fā)器所排出的致冷劑溫度稍高。上述的控制方法就是利用了這一事實。
然而，采用這種控制方法，由于在致冷劑流量的變化和所測定的溫度的變化之間必然產(chǎn)生時間延遲，因而造成對于室內(nèi)溫度的急劇變化等控制不能追蹤。因此，如圖10所示，往往引起膨脹閥開度相對于目標值上下波動加大被稱作“振蕩”的現(xiàn)象。當引起這樣的振蕩現(xiàn)象時，由于不能穩(wěn)定地進行冷凍循環(huán)，致使室內(nèi)環(huán)境惡化。
因此，為了抑制這種振蕩現(xiàn)象提出了種種方法。例如，日本特開平10-267430號公報中提出了如下的方法。首先，在一個規(guī)定的時間間隔中監(jiān)視(S-H)。然后，對(S-H)量達到比目標設定值高的第一設定值以上的次數(shù)和達到比目標設定值低的第二設定值以下的次數(shù)進行計數(shù)。進而，檢測監(jiān)視中心的膨脹閥的開度的最大值和最小值。而且，在該計數(shù)達到規(guī)定值以上時，控制在一定時間間隔中膨脹閥的開度使其固定在最大值與最小值之間的平均值。
采用這樣的現(xiàn)有技術的結構，使用比膨脹閥開度受更大影響的壓縮機1的吸入溫度并利用閉環(huán)控制來控制膨脹閥。因此，在原理上是不可能不振蕩的；在使極端的振蕩收斂方面雖有效果，但產(chǎn)生某種程度的振蕩則不能防止。另外，膨脹閥開度要達到穩(wěn)定的最佳值需要很長時間，在這段時間中冷凍循環(huán)處于不穩(wěn)定狀態(tài)不可避免?；蛘叽嬖谛枰M行復雜的控制處理等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于解決以上這些問題，提供一種空調(diào)機及其控制方法，它不進行反饋控制而能可靠地決定閥的開度，從而使冷凍循環(huán)實現(xiàn)穩(wěn)定。
本發(fā)明的空調(diào)機將蒸發(fā)器的溫度傳感器安裝在蒸發(fā)器的中間部分或與之相比靠吸入口一側。而且，在電子膨脹閥控制中，使用該傳感器的輸出和壓縮機的轉數(shù)，按照一定的計算公式計算出蒸發(fā)器的熱交換效率達到最大時的最佳閥開度并對該電子閥進行控制。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的空調(diào)機的冷凍循環(huán)的簡要結構圖。
圖2是本發(fā)明的實施例1的空調(diào)機的控制系統(tǒng)方框圖。
圖3是表示本發(fā)明的實施例1的空調(diào)機的基準膨脹閥開度對壓縮機轉數(shù)的特性圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施例1的空調(diào)機的基準蒸發(fā)器溫度對壓縮機轉數(shù)的特性圖。
圖5是表示本發(fā)明的實施例1的空調(diào)機的比蒸發(fā)器溫度和比膨脹閥開度的關系的特性圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施例1的空調(diào)機的蒸發(fā)器中間溫度的變化對膨脹閥開度的變化的特性圖。
圖7是本發(fā)明的實施例2的空調(diào)機和控制系統(tǒng)的方框圖。
圖8是表示現(xiàn)有的空調(diào)機的冷凍循環(huán)的簡要構成圖。
圖9是現(xiàn)有的空調(diào)機和控制系統(tǒng)方框圖。
圖10是說明現(xiàn)有的空調(diào)機的振蕩動作的特性圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施例。另外，對于相同的部分標以相同的符號，以省略其詳細說明。
實施例1圖1是表示本發(fā)明實施例1的空調(diào)機的冷凍循環(huán)的簡要結構圖。該空調(diào)機具有壓縮機21、四通閥22、室內(nèi)熱交換器(以下，稱為熱交換器)23、室外熱交換器(以下，稱為熱交換器)24、電子膨脹閥(以下，稱為閥)25。將它們用致冷劑管道20連接而形成冷凍循環(huán)。制冷時，熱交換器23作為蒸發(fā)器、熱交換器24作為冷凝器發(fā)揮作用；制熱時，熱交換器24作為蒸發(fā)器、熱交換器23作為冷凝器發(fā)揮作用。
圖2是本發(fā)明實施例1的空調(diào)機的控制系統(tǒng)的簡要方框圖。該空調(diào)機為進行制冷制熱運轉，具有由微機、電動機等的驅動電路、其它組成的室內(nèi)機控制部分(以下，稱為控制部)26和室外機控制部分(以下，稱為控制部)71?？刂撇?6按照由遙控器發(fā)出的指示控制室內(nèi)風扇驅動電機等(未圖示)的同時，將規(guī)定的指示轉送到控制部71。另外，空調(diào)機還具有檢測熱交換器23的溫度的室內(nèi)熱交換溫度傳感器(以下，稱為傳感器)28、檢測壓縮機21的吸入溫度的吸入溫度傳感器(以下，稱為傳感器)29、檢測熱交換器24的溫度的室外熱交換溫度傳感器(以下，稱為傳感器)30。各溫度傳感器28、29、30由熱敏電阻等溫度檢測元件構成。
控制部71使用通過控制部26轉送的室內(nèi)熱交換器溫度，從傳感器30發(fā)送的室外熱交換器溫度，從傳感器29發(fā)送的壓縮機吸入溫度，從壓縮機旋轉檢測器(未圖示)發(fā)送的壓縮機轉數(shù)等數(shù)據(jù)對空調(diào)機進行控制。另外，在本實施例中，傳感器28和傳感器30分別密合安裝在熱交換器23、24的中央部位、即中間部分。這是為了使其能夠檢測熱交換器23、24的平均溫度并難以受到膨脹閥開度的影響。這樣，傳感器28和傳感器30在熱交換器23、24作為蒸發(fā)器發(fā)揮作用時，已預先設置在蒸發(fā)器的中間部分和吸入口之間。
計算部件71A構成控制部71的一部分。計算部件71A計算出對于當時的蒸發(fā)器的致冷劑流量達到最佳時的膨脹閥的開度用以控制閥25。為了進行這種控制，計算部件71A使用壓縮機轉數(shù)和作為蒸發(fā)器發(fā)揮作用的熱交換器中檢測出的熱交換器溫度(蒸發(fā)器溫度)。所謂“作為蒸發(fā)器發(fā)揮作用的熱交換器”，在制冷運轉時為熱交換器23，在制熱運轉時為熱交換器24。
以下，說明計算部件71A計算蒸發(fā)器效率達到最大的膨脹閥開度的方法。圖3表示相對于壓縮機轉數(shù)，在標準性能試驗條件下運轉空調(diào)機時的蒸發(fā)器效率達到最大的膨脹閥的開度(基準膨脹閥開度)。而圖3中，是以供給用于驅動閥25的步進電機的脈沖數(shù)表示的膨脹閥開度。即，設閥25在某個特定的開度時為“O”，對從這里開始為了使閥25達到一定的開度所必須的、供給給步進電機的脈沖數(shù)進行計數(shù)。這樣一來，當以經(jīng)驗公式表示已知的壓縮機轉數(shù)和基準膨脹閥開度的關系時則如下式Phz＝K11+K12×N-K13×N2公式(1)式中Phz為基準膨脹閥開度(脈沖數(shù))，N為壓縮機轉數(shù)(轉/秒)，K11，K12，K13為由空調(diào)機的規(guī)格所決定的常數(shù)。
發(fā)明人等通過所進行的制冷運轉的實驗，求得K11＝59，K12＝3.147，K13＝0.01241。
圖4是表示空調(diào)機的相對于壓縮機轉數(shù)的基準蒸發(fā)器溫度的特性圖。圖4表示的是相對于空調(diào)機的轉數(shù)，以標準試驗條件運轉空調(diào)機并調(diào)整膨脹閥的開度使蒸器的效率達到最大時的蒸發(fā)器溫度(基準蒸發(fā)器溫度)。這樣，當以經(jīng)驗公式表示已知的壓縮機轉數(shù)和基準蒸發(fā)器溫度的關系時則如下式Tec＝K21+K22/N-K23×N公式(2)式中Tec為基準蒸發(fā)器溫度(℃)K21、K22、K23為由空調(diào)機的規(guī)格所決定的常數(shù)。
發(fā)明人等通過所進行的制冷運轉的實驗，求得K21＝13.72，K22＝157.8，K23＝0.04217。
圖5是表示空調(diào)機的比蒸發(fā)器溫度和比膨脹閥開度的關系的特性圖。圖5的特性圖如下求得。以一定的壓縮機轉數(shù)運轉空調(diào)機，調(diào)整膨脹閥的開度使蒸發(fā)器效率達到最大時測定蒸發(fā)器溫度。將以基準膨脹閥開度Phz去除這時候的膨脹閥開度得到的值作為比膨脹閥開度P。另外，將以基準蒸發(fā)器溫度Tec去除蒸發(fā)器溫度得到的值作為比蒸發(fā)器溫度tec。計測這些比膨脹閥開度P和比蒸發(fā)器溫度tec，一邊改變環(huán)境條件一邊重復以上的計測便求得比蒸發(fā)器溫度tec與比膨脹閥開關P的關系。這樣，當以經(jīng)驗公式表示已求得的比蒸發(fā)器溫度tec和比膨脹閥開度的關系時則如下式P＝K31+K32×tec+K33×tec2公式(3)其中P為比膨脹閥開度(脈沖數(shù))，tec為比蒸發(fā)器溫度(℃)，K31，K32，K33為由空調(diào)器的規(guī)格所決定的常數(shù)。
發(fā)明人等通過所進行的制冷運轉的實驗，求得K31＝0.7445，K32＝0.1424，K33＝0.106。
圖6是表示相對于膨脹閥開度的變化蒸發(fā)器中間溫度的變化的特性圖，是在某一定運轉條件下運轉空調(diào)機，一邊改變膨脹閥的開度一邊測定蒸發(fā)器溫度得到的結果。根據(jù)圖6判斷，即使改變膨脹閥的開度蒸發(fā)器的溫度也只有稍許改變。
計算部件71A中裝置有微機和儲存有運算公式(1)、(2)、(3)的程序的存儲器。然后，由已檢測出的壓縮機轉數(shù)N用公式(1)計算出基準膨脹閥開度Phz，用公式(2)計算出基準蒸發(fā)器溫度Tec。進而，計算部件71A用公式(3)由以基準蒸發(fā)器溫度Tec去除已檢測出的蒸發(fā)器溫度得到的比蒸發(fā)器溫度tec計算出比膨脹閥開度P。爾后，通過求比膨脹閥開度P和基準膨脹閥開度Phz的乘積，得到在當時的壓縮機轉數(shù)、蒸發(fā)器溫度下的最佳膨脹閥開度。通過使用該最佳膨脹閥開度來控制閥25，作為用于控制的輸入信息，則可以不使用對膨脹閥開度具有大影響的要素來實現(xiàn)控制。因此，可在不引起振蕩的情況下穩(wěn)定地進行冷凍循環(huán)運轉。
在本實施例的空調(diào)機中，由內(nèi)置于計算部件71A中的微機運算預先已經(jīng)編程的計算公式從而計算出最佳膨脹閥開度。但是，預先將計算結果作為數(shù)據(jù)儲存于存儲部件71C中，再通過調(diào)出與已檢測到的轉數(shù)和蒸發(fā)器溫度相對應的數(shù)據(jù)進行控制也能得到同樣的效果。如果這樣控制閥25，則可迅速而穩(wěn)定地進行冷凍循環(huán)運轉。
雖然上述說明中以制冷運轉說明了各公式的常數(shù)，但在制熱運轉時則必須將這些常數(shù)置換為不同的值以進行控制。
實施例2圖7是本發(fā)明的實施例2的空調(diào)機的控制方法所使用的控制裝置的簡要方框圖。是在室外控制部(以下，稱為控制部)72中裝入了計算從變更壓縮機轉數(shù)開始的時間、并與設定時間進行比較的定時部71B。除此以外的結構與實施例1相同。
定時部71B在控制部72一變更壓縮機轉數(shù)時起定時器就開始計數(shù)，判斷是否超過預先設定好的時間。若轉數(shù)未變更，則控制部72按實施例1的公式(1)計算的基準膨脹閥開度進行冷凍循環(huán)的運轉。而且，若由定時部71B判斷經(jīng)過設定的時間，則控制部72就按由計算部件71A使用實施例1的公式(1)、(2)、(3)計算的最佳膨脹閥開度進行冷凍循環(huán)的運轉。采用這樣的結構，即使在壓縮機轉數(shù)有很大變更的情況下，也可以預先在計算近似的運轉后最佳膨脹閥開度的情況下進行可靠脈沖數(shù)的計算。
如上所述，采用本發(fā)明，通過檢測受膨脹閥開度影響少、與壓縮機轉數(shù)、環(huán)境溫度等相比變動較大的蒸發(fā)器的中間部分的溫度以決定膨脹閥開度。因此，不需要復雜的反饋控制則可穩(wěn)定地控制冷凍循環(huán)。另外，由于在計算中使膨脹閥開度和蒸發(fā)器中間部分溫度無因次化，因而，即使在做成計算公式的過程中是以特定的壓縮機轉數(shù)做成的，但也可應用到其它的轉數(shù)中。因此，可節(jié)約開發(fā)時的實驗工時。
權利要求
1.一種空調(diào)機，其特征在于，具有功率可變的壓縮機，冷凝器，電子膨脹閥，蒸發(fā)器，包含上述蒸發(fā)器的中間部分、設置在上述蒸發(fā)器的中間部分和上述蒸發(fā)器的吸入口之間的用于檢測上述蒸發(fā)器的溫度的溫度傳感器，使用上述溫度傳感器的輸出和上述壓縮機的上述轉數(shù)、控制上述電子膨脹閥的開度到最佳開度、從而使得上述溫度傳感器輸出的溫度的上述蒸發(fā)器的熱交換效率達到最大的控制部。
2.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于，上述控制部進行如下計算使用一定的計算公式由上述壓縮機的轉數(shù)計算出基準膨脹閥開度和基準蒸發(fā)器溫度；上述基準膨脹閥開度是在將上述壓縮機轉數(shù)以外的條件設置成一定的空調(diào)機的測定條件中，上述蒸發(fā)器的功率達到最大的上述電子膨脹閥的開度；上述基準蒸發(fā)器溫度是調(diào)整上述電子膨脹閥的開度使上述蒸發(fā)器的效率達到最大時的上述溫度傳感器的溫度；使用一定的計算公式由以上述基準蒸發(fā)器溫度去除上述溫度傳感器輸出的上述溫度得到的比蒸發(fā)器溫度計算出比膨脹閥開度；通過求上述基準膨脹閥開度和上述比膨脹閥開度的乘積以計算出上述膨脹閥的上述最佳開度。
3.根據(jù)權利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于，還具有儲存上述最佳開度的存儲部，上述控制部使用儲存在上述存儲部中的上述最佳開度控制上述電子膨脹閥的開度。
4.根據(jù)權利要求2所述的空調(diào)機，其特征在于，還具有定時部，當上述壓縮機的轉數(shù)已改變時，上述控制部在上述定時部對規(guī)定時間進行計時期間，將上述電子膨脹閥的開度保持在上述基準膨脹閥開度；在上述定時部的計時超過規(guī)定時間之后，根據(jù)上述壓縮機的改變后的轉數(shù)和上述壓縮機的改變后的上述蒸發(fā)器的溫度控制上述膨脹閥的開度使上述蒸發(fā)器的效率達到最大。
5.一種空調(diào)機的控制方法，該空調(diào)機具有功率可變的壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器，其特征在于，具有以下步驟①檢測包含上述蒸發(fā)器的中間部分、在上述蒸發(fā)器的中間部分和上述蒸發(fā)器的吸入口之間的上述蒸發(fā)器的溫度的步驟；②檢測上棕壓縮機的轉數(shù)的步驟；③為了用上述蒸發(fā)器的上述溫度和上述壓縮機的上述轉數(shù)，使已檢測出的上述蒸發(fā)器的上述溫度中的上述蒸發(fā)器的熱交換效率達到最大，將上述電子膨脹閥的開度控制到最佳開度的步驟。
6.根據(jù)權利要求5所述的空調(diào)機的控制方法，其特征在于上述步驟③還包括以下步驟④使用一定的計算公式由上述壓縮機的轉數(shù)計算出基準膨脹閥開度和基準蒸發(fā)器溫度的步驟；上述基準膨脹閥開度是將上述壓縮機轉數(shù)以外的條件設置成一定的空調(diào)機的測定條件中，上述蒸發(fā)器的效率達到最大的上述電子膨脹閥的開度；上述基準蒸發(fā)器溫度是調(diào)整上述電子膨脹閥的開度使上述蒸發(fā)器的效率達到最大時的上述蒸發(fā)器的溫度；⑤使用一定的計算公式由以上述基準蒸發(fā)器溫度去除已檢測出的上述蒸發(fā)器的溫度得到的比蒸發(fā)器溫度算出比膨脹閥開度的步驟；⑥求上述基準膨脹閥開度和上述比膨脹閥開度的乘積的步驟。
7.根據(jù)權利要求6所述的空調(diào)機的控制方法，其特征在于還具有⑦儲存上述最佳開度的步驟，使用上述已儲存的上述最佳開度以控制上述電子膨脹閥開度。
8.根據(jù)權利要求6所述的空調(diào)機的控制方法，其特征在于還具有以下步驟⑧當上述壓縮機的轉數(shù)已改變時，對規(guī)定時間進行計時的步驟；⑨在上述步驟⑧的計時過程中保持上述電子膨脹閥的開度為上述基準膨脹閥開度的步驟；⑩在上述規(guī)定時間的計時超過后，根據(jù)上述壓縮機改變后的轉數(shù)和上述壓縮的改變后的上述蒸發(fā)器的溫度，控制上述膨脹閥的開度使上述蒸發(fā)器的效率達到最大的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及構成變頻式空調(diào)機的冷凍循環(huán)的電子膨脹閥的開度控制技術，尤其是涉及不進行反饋控制而進行適當?shù)呐蛎涢y的開度控制的空調(diào)機及其控制方法。本發(fā)明的空調(diào)機將作為蒸發(fā)器發(fā)揮作用的熱交換器的溫度傳感器安裝在熱交換器的中間部分或者與之相比更靠吸入口一側，從而使膨脹閥開度的影響少、而且可檢測熱交換器的平均溫度。并且，在電子膨脹閥的控制中，使用該傳感器的輸出和壓縮機的轉數(shù)，利用通過預先實驗求得的計算公式計算蒸發(fā)器熱交換效率達到最大的最佳膨脹閥的開度，以此控制電子膨脹閥。采用這種結構，不進行反饋控制，也能決定可靠的膨脹閥的開度，使冷凍循環(huán)穩(wěn)定地進行。
文檔編號F25B1/00GK1499148SQ20031010327
公開日2004年5月26日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權日2002年11月7日
發(fā)明者大瀧鎮(zhèn)雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社