一种热交换系统及其控制方法和空调器与流程

本发明涉空调技术领域，尤其涉及一种热交换系统及其控制方法和空调器。

背景技术：

温度控制是一个很广泛的应用需求，实现原理都是通过一个热交换系统，通过实际测量受控点的温度偏差，动态计算并输出适当的加热或制冷量(制冷量可以看作负数的加热量)，使其刚好抵消受控点的环境热负荷，进而消除受控点的温度偏差。具体的控制算法种类很多，其中应用最为广泛的是pid算法，可以实现温度的精确恒定控制。

但是以热力膨胀阀为代表的传统制冷设备，完全不具备调节制冷量的能力。因此在采用pid算法的精确控温应用中，普遍采用热补偿的方式，具体来说是将制冷设备全载运行，同时用pid控制电加热器的输出热量来抵消多余的冷量。显而易见，这种方式会产生大量的无用能耗，节能性很差，另一方面制冷设备始终满载运行，疲劳度很高，影响了寿命及可靠性。

近些年变容量压缩机和电子膨胀阀的应用量已出现明显得上升趋势，但由于很多人错误地将压缩机的排气量简单地等同于制冷量，或者，即使意识到制冷量调节关键在于膨胀阀，但缺乏变容量压缩机正确的控制配合，因此始终无法稳定地调节实际制冷量的输出。另外，即便成功降低了制冷量，但往往都会采用热气旁通的方式来平衡压缩机的工况，使得整体能耗没有得到充分降低，同时热气旁通自身的不稳定性又极大影响了制冷量调节的稳定性。

与纯机械的热力膨胀阀不同，电子膨胀阀是一种由步进电机驱动的电动调节阀，其开度可被电子产品中的处理器任意指定，这为制冷系统的动态运行控制手段带来了极大灵活性和更多的可能性。

因此，本领域亟需一种能够更精准、更稳定地调节实际制冷/热量的热交换系统及其控制方法和空调器，以使得整体能耗得到充分降低，提高制冷/热量调节的稳定性，满足实际应用的需要。

有鉴于此，提出本发明。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种热交换系统的控制方法，所述控制方法能够更精准、更稳定地调节实际制冷/制热量。

本发明的另一个目的在于提供一种热交换系统。

本发明的另一个目的在于提供一种具有上述热交换系统的空调器。

具体的，本发明提供了一种热交换系统的控制方法，所述热交换系统包括压缩机和电子膨胀阀，所述控制方法包括以下步骤：

a、输入设定温度；

b、根据设定温度和实测温度计算制冷量k％；

c、以设定的电子膨胀阀最大开度限值为100％，将电子膨胀阀的实际开度调节到k％。

采用上述方案，直接根据制冷百分比调节电子膨胀阀开度，使制冷量调节更精准、更及时，并且实现电子膨胀阀与压缩机的配合，使制冷过程更平稳。计算制冷量的方法根据实际情况进行选择：方法一：行业公认的pid算法；方法二：温差与制冷量一一对应的查表法；方法三：利用热力学计算公式计算制冷量q＝cm(t-t’)，其中c为制冷介质的比热容，m为制冷介质的质量，t为实测温度，t’为设定温度；方法四：逐次逼近法，每隔一段时间查看温差，逐次加少量制冷量，直至符合设定温度。所述热交换系统内的介质可为水或空调器中常用的制冷剂。

进一步，上述控制方法还包括以下步骤：

d、根据压缩机吸气管道处所测压力、温度计算出过热度，根据过热度调节压缩机的加载比例。

采用上述方案，实现电子膨胀阀、压缩机双重控制制冷量，利用压缩机配合电子膨胀阀，使温度调节更平稳，防止在预设温度上下大范围浮动，上述的控制方法在精确调节制冷量方面，具有极佳的效果，特别是在降低制冷量输出的同时，所有机电设备工作量均有相应的下降，不仅大幅降低了能耗，提高了能效比，还极大提升了系统整体的可靠性及运行寿命。

进一步，步骤c中包括以下步骤：

c1、判断电子膨胀阀最大制冷量是否小于等于压缩机最大制冷量：

c2、若是，按照制冷量百分比k％调节电子膨胀阀的开度比例；

c3、若否，限制电子阀的最大开度限值，使电子膨胀阀最大制冷量等于压缩机最大制冷量。

采用上述方案，电子膨胀阀最大制冷量大于压缩机最大制冷量时，压缩机在配合电子膨胀阀时，压缩机排气容量跟不上电子膨胀阀的开度，致使制冷量调节不稳定，而限制电子阀最大开度限值，可使制冷量调节得更稳定。

进一步，步骤d中包括以下步骤：

d1、测得压缩机吸气管道的温度t1与压力p1，利用查表法得到压力p1下的制冷剂的饱和温度t0，计算过热度δt＝t1-t0；

d2、判断过热度δt是否在预设最优范围ta到tb内(ta<tb)：

d3、若否，判断δt是否大于tb：

d4、若是，减小压缩机加载比例；

d5、若否，增大压缩机加载比例。

采用上述方案，吸气如果完全无过热度，即δt＝0，就有可能产生回气带液，甚至引起湿冲程液击损坏压缩机；过热度偏高会引起压缩机排气温度升高，压缩机运行工况恶化，寿命降低；过热度最优范围为5℃≤δt≤6℃，即ta＝5℃、tb＝6℃，此时确保实现所需制冷量，让压缩机付出最少的能耗，同时能最大程度地减小压缩机压比，使压缩机工作在最轻松的状态。

进一步，上述控制方法还包括以下步骤：

e、根据排气温度或排气压力调节压缩机排气容量，再根据过热度反向调节电子膨胀阀的最大开度限值。

采用上述方案，通过检测排气温度和/或排气压力，实现对压缩机的保护，减少能耗，使制冷/制热过程更平稳，对热交换系统进行安全保护，用于防范系统设备异常及环境恶化。

进一步，所述步骤e包括以下步骤：

e1、判断排气温度t2或排气压力p2是否高于预警值：

e2、若是，减小压缩机排气容量；判断δt是否小于ta：若是，减小膨胀阀的最大开度限值；

e3、若否，判断δt是否大于tb：若是，恢复电子膨胀阀的最大开度限值。

采用上述方案，步骤e2中减小压缩机排气容量时，容易出现压缩机过热度δt过低的情况，此时，反向控制电子膨胀阀，通过减小电子膨胀阀开度，使过热度δt处于预设最优范围；排气温度和排气压力低于预警值时，易出现过热度δt过高的情况，此时回复电子膨胀阀的最大开度限制，使过热度δt处于预设最优范围，从而保障制冷/制热过程平稳运行，对热交换系统进行安全保护，用于防范系统设备异常及环境恶化。

本发明还提供了一种热交换系统，包括利用管道顺序连接的压缩机、冷凝器、储液器、电子膨胀阀、蒸发器，所述热交换系统还包括电子控制器、第一温度传感器、第一压力传感器，还包括设置在排气管道上的预警传感器；所述第一温度传感器、所述第一压力传感器分别用于测量压缩机吸气管道的压力和温度，所述预警装置用于测量压缩机排气管道异常信号；所述压缩机、电子膨胀阀、蒸发器、第一温度传感器、第一压力传感器、预警装置与所述电子控制器电性连接，所述压缩机、电子膨胀阀受所述电子控制器控制。

采用上述方案，电子膨胀阀作为截流装置，所述电子控制器可以通过控制其开度快速并准确改变所述热交换系统输出的制冷量或制热量。所述电子控制器可以是含有单片机的电路板，或者是可编程逻辑控制器plc，或者是其它类型的计算机。所述电子控制器读取各传感器所感应到的数据，利用内部逻辑，对电子控制阀的开度、压缩机的排气容量进行自动控制，实现对制冷/热量的精确控制。所述冷凝器释放热量，能用来室内制暖，也可为室外机；所述蒸发器吸收热量，能用来室内制冷，也可为室外机，所述热交换系统能满足制冷和/或制热功能。所述第一温度传感器、第一压力传感器用于测量吸气管道温度和压力，以便计算制冷量；所述预警装置用于测量排气管道的异常信号，如过高的温度和/或压力，以便保护所述热交换系统各部件，延长使用寿命，减少危险。

进一步，所述热交换系统还包括油分离器，所述油分离器通过管道分别与压缩机、冷凝器连接。

采用上述方案，压缩机出来的高压气体进入油分离器后，将润滑油从气体中分离出来，分离出的润滑油，集中于油分离器的下部，可定期排出，或者利用浮球阀，使润滑油自动回到压缩机中。

进一步，所述预警装置包括第二温度传感器和/或第二压力传感器。

采用上述方案，所述第二温度传感器用于测量排气管道温度，所述第二压力传感器用于测量排气管道压力，用于监测排气管道的异常压力和温度，及时根据排气管道的压力/温度调节电子膨胀阀与压缩机，使制冷/制热过程正常、平稳地进行。

优选的，所述压缩机采用变频压缩机、数码涡旋压缩机、多并联压缩机的一种或几种。

采用上述方案，所述变频压缩机通过改变频率改变压缩机的排气容量，频率越低排气容量越小；所述数码涡旋压缩机通过改变加载/卸载的占空比改变压缩机的排气容量，加载比例越小排气容量越小；所述多并联压缩机通过改变并联个数改变压缩机的排气容量，数量越少排气容量越小；采用上述压缩机，以便实现电子控制器自动化控制压缩机的排气容量，进而与电子膨胀阀的制冷量相适配，提供更精准地控制制冷量、制热量。

进一步，所述电子控制器内部设置有pid控制器。

采用上述方案，采用pid算法计算制冷/制热量，使温度调节得更平稳。

基于上述的热交换系统，本发明还提供了一种空调器，该空调器包括如上所述的热交换系统，由于上述的热交换系统具有上述的技术效果，具有该热交换系统的空调器也应具有相应的技术效果。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、直接根据制冷百分比调节电子膨胀阀开度，使制冷量调节更精准、更及时，并且实现电子膨胀阀与压缩机的配合，使制冷过程更平稳；

2、通过电子控制器读取各传感器所感应到的数据，利用内部逻辑，对电子控制阀的开度、压缩机的排气容量进行自动控制，是制冷/制热过程更平稳，更精准；

3、通过压缩机配合电子膨胀阀，使过热度δt等于预设最优预设值t3，使温度调节更平稳，防止在预设温度上下大范围浮动，上述的控制方法在精确调节制冷量方面，具有极佳的效果，特别是在降低制冷量输出的同时，所有机电设备工作量均有相应的下降，不仅大幅降低了能耗，提高了能效比，还极大提升了系统整体的可靠性及运行寿命；

4、在压缩机排气容量最大或排气温度/压力过高需减小压缩机排气容量时，通过电子膨胀阀反过来配合压缩机，使过热度δt等于预设最优预设值t3，使保护压缩机，提高运行寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明热交换系统的控制方法一种实施方式的示意图。

图2为本发明热交换系统一种实施方式的示意图；

附图标记说明

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

1、压缩机；2、油分离器；3、冷凝器；4、储液器；5、电子膨胀阀；6、蒸发器；7、电子控制器；8、第一温度传感器；9、第一压力传感器；10、第二温度传感器；11、第二压力传感器；101、管道；102、吸气管道；103、排气管道。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例一

参考图1，本发明提供了一种热交换系统的控制方法，所述热交换系统包括压缩机和电子膨胀阀，所述控制方法包括以下步骤：

热交换系统开始运行，a、用户输入设定温度；

b、根据设定温度和实测温度计算制冷量k％；

c、以设定的电子膨胀阀最大开度限值为100％，将电子膨胀阀的实际开度调节到k％。

采用上述方案，直接根据制冷百分比调节电子膨胀阀开度，使制冷量调节更精准、更及时，并且实现电子膨胀阀与压缩机的配合，使制冷过程更平稳。计算制冷量的方法根据实际情况进行选择但不限于以下：方法一：行业公认的pid算法；方法二：温差与制冷量一一对应的查表法；方法三：利用热力学计算公式q＝cm(t1-t0)计算制冷量；方法四：逐次逼近法，每隔一段时间查看温差，逐次加少量制冷量，直至符合设定温度。所述热交换系统内的介质可为水或空调器中常用的制冷剂。

在本发明的一个优选实施方式中，上述控制方法还包括以下步骤：

d、根据压缩机吸气管道处所测压力、温度计算出过热度，根据过热度调节压缩机的加载比例。

采用上述方案，实现电子膨胀阀、压缩机双重控制制冷量，利用压缩机配合电子膨胀阀，使温度调节更平稳，防止在预设温度上下大范围浮动，上述的控制方法在精确调节制冷量方面，具有极佳的效果，特别是在降低制冷量输出的同时，所有机电设备工作量均有相应的下降，不仅大幅降低了能耗，提高了能效比，还极大提升了系统整体的可靠性及运行寿命。

在本发明的一个优选实施方式中，步骤c中包括以下步骤：

c1、判断电子膨胀阀最大制冷量是否小于等于压缩机最大制冷量：

c2、若是，按照制冷量百分比k％调节电子膨胀阀的开度比例；

c3、若否，限制电子阀的最大开度限值，使电子膨胀阀最大制冷量等于压缩机最大制冷量。

采用上述方案，电子膨胀阀最大制冷量大于压缩机最大制冷量时，压缩机在配合电子膨胀阀时，压缩机排气容量跟不上电子膨胀阀的开度，致使制冷量调节不稳定，而限制电子阀最大开度限值，可使制冷量调节得更稳定。

在本发明的一个优选实施方式中，步骤d中包括以下步骤：

d1、测得压缩机吸气管道的温度t1与压力p1，利用查表法得到压力p1下的制冷剂的饱和温度t0，计算过热度δt＝t1-t0；

d2、判断过热度δt是否在预设最优范围ta到tb内(ta<tb)：

d3、若否，判断δt是否大于tb：

d4、若是，减小压缩机加载比例；

d5、若否，增大压缩机加载比例。

采用上述方案，吸气如果完全无过热度，即δt＝0，就有可能产生回气带液，甚至引起湿冲程液击损坏压缩机；过热度偏高会引起压缩机排气温度升高，压缩机运行工况恶化，寿命降低；过热度最优范围为5℃≤δt≤6℃，即ta＝5℃、tb＝6℃，此时确保实现所需制冷量，让压缩机付出最少的能耗，同时能最大程度地减小压缩机压比，使压缩机工作在最轻松的状态。

在本发明的一个优选实施方式中，上述控制方法还包括以下步骤：

e、根据排气温度或排气压力调节压缩机排气容量，再根据过热度反向调节电子膨胀阀的最大开度限值。

采用上述方案，通过检测排气温度和/或排气压力，实现对压缩机的保护，减少能耗，使制冷/制热过程更平稳，对热交换系统进行安全保护，用于防范系统设备异常及环境恶化。

在本发明的一个优选实施方式中，所述步骤e包括以下步骤：

e1、判断排气温度t2或排气压力p2是否高于预警值：

e2、若是，减小压缩机排气容量；判断δt是否小于ta：若是，减小膨胀阀的最大开度限值；

e3、若否，判断δt是否大于tb：若是，恢复电子膨胀阀的最大开度限值。

采用上述方案，步骤e2中减小压缩机排气容量时，容易出现压缩机过热度δt过低的情况，此时，反向控制电子膨胀阀，通过减小电子膨胀阀开度，使过热度δt处于预设最优范围；排气温度和排气压力低于预警值时，易出现过热度δt过高的情况，此时回复电子膨胀阀的最大开度限制，使过热度δt处于预设最优范围，从而保障制冷/制热过程平稳运行，对热交换系统进行安全保护，用于防范系统设备异常及环境恶化。

进一步，判断热交换系统是否停止运行：若是，热交换系统停止运行；若否，跳至步骤a前重复步骤b-f。

实施例二

参考图2，本发明提供了一种热交换系统，包括利用管道101顺序连接的压缩机1、冷凝器3、储液器4、电子膨胀阀5、蒸发器6，所述热交换系统还包括电子控制器7、第一温度传感器8、第一压力传感器9，还包括设置在排气管道103上的预警传感器；所述第一温度传感器8、所述第一压力传感器9分别用于测量压缩机1吸气管道102的压力和温度，所述预警装置用于测量压缩机1排气管道103异常信号；所述压缩机1、电子膨胀阀5、蒸发器6、第一温度传感器8、第一压力传感器9、预警装置与所述电子控制器7电性连接，所述压缩机1、电子膨胀阀5受所述电子控制器7控制。

采用上述方案，电子膨胀阀5作为截流装置，所述电子控制器7可以通过控制其开度快速并准确改变所述热交换系统输出的制冷量或制热量。所述电子控制器7可以是含有单片机的电路板，或者是可编程逻辑控制器plc，或者是其它类型的计算机。所述电子控制器7读取各传感器所感应到的数据，利用内部逻辑，对电子控制阀的开度、压缩机1的排气容量进行自动控制，实现对制冷/热量的精确控制。所述冷凝器3释放热量，能用来室内制暖，也可为室外机；所述蒸发器6吸收热量，能用来室内制冷，也可为室外机，所述热交换系统能满足制冷和/或制热功能。所述第一温度传感器8、第一压力传感器9用于测量吸气管道102温度和压力，以便计算制冷量；所述预警装置用于测量排气管道103的异常信号，如过高的温度和/或压力，以便保护所述热交换系统各部件，延长使用寿命，减少危险。

在本发明的一个优选实施方式中，所述热交换系统还包括油分离器2，所述油分离器2通过管道101分别与压缩机1、冷凝器3连接。

采用上述方案，压缩机1出来的高压气体进入油分离器2后，将润滑油从气体中分离出来，分离出的润滑油，集中于油分离器2的下部，可定期排出，或者利用浮球阀，使润滑油自动回到压缩机1中。

在本发明的一个优选实施方式中，所述预警装置包括第二温度传感器10或第二压力传感器11。

在本发明的一个优选实施方式中，所述预警装置包括第二温度传感器10和第二压力传感器11。

采用上述方案，所述第二温度传感器10用于测量排气管道103温度，所述第二压力传感器11用于测量排气管道103压力，用于监测排气管道103的异常压力和温度，及时根据排气管道103的压力/温度调节电子膨胀阀5与压缩机1，使制冷/制热过程正常、平稳地进行。

在本发明的一个优选实施方式中，所述压缩机1采用变频压缩机、数码涡旋压缩机、多并联压缩机的一种或几种。

采用上述方案，所述变频压缩机通过改变频率改变压缩机1的排气容量，频率越低排气容量越小；所述数码涡旋压缩机通过改变加载/卸载的占空比改变压缩机1的排气容量，加载比例越小排气容量越小；所述多并联压缩机通过改变并联个数改变压缩机1的排气容量，数量越少排气容量越小；采用上述压缩机1，以便实现电子控制器7自动化控制压缩机1的排气容量，进而与电子膨胀阀5的制冷量相适配，提供更精准地控制制冷量、制热量。

在本发明的一个优选实施方式中，所述电子控制器7内部设置有pid控制器。

采用上述方案，采用pid算法计算制冷/制热量，使温度调节得更平稳。

本实施例中的热交换系统可以采用实施例一中的控制方法进行控制，以使温度调节更平稳，防止在预设温度上下大范围浮动，特别是在降低制冷量输出的同时，所有机电设备工作量均有相应的下降，不仅大幅降低了能耗，提高了能效比，还极大提升了系统整体的可靠性及运行寿命。

实施例三

基于上述的热交换系统，本发明还提供了一种空调器，该空调器包括如上所述的热交换系统，由于上述的热交换系统具有上述的技术效果，具有该热交换系统的空调器也应具有相应的技术效果。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。