一种降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法与流程

本发明涉及一种降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法，属于空调技术领域。

背景技术：

壳管式蒸发器一般根据传输介质来区分，水水换热循环系统为其中常见的一大类。根据空调系统的运行原理，随着水温的不断变化，系统吸气温度、压力以及制冷剂流量均是不断变化的，由于这种动态的变化导致系统不得不进行实时的自适应运行控制，其中电子膨胀阀对制冷剂的节流控制起到了关键作用。目前，水水换热系统普遍采用吸气过热度控制进行节流控制，以达到能量交换效率最优化的目的。然而，对于降膜式壳管蒸发器，制冷剂从蒸发器的顶部加入后，在重力作用下沿布液器成膜状下降，并在此过程中蒸发。液体在单程型蒸发器中呈膜状流动，传热系数较高，制冷剂在蒸发面会出现气化现象，此过程中吸气温度与低压饱和温度的差值较小，因此采用吸气过热度控制会出现过热度目标值在0℃或者为负值，不利于目标过热度的设置。而且，目前对目标过热度设置要求过高，设置值不统一，若设置值过低系统的可靠性与安全性无法得到保证，若设置值过高时会降低换热器的换热效率，并且调节过程比较滞后，特别是水水换热循环系统运行状态处于实时变化时，调节过程的滞后往往导致系统性能的降低，无法快速自适应各种工况的变化。

同样，现有空调系统的制冷剂流量及节流方案也很难做到适应各种工况的自动调控，无法有效地保证系统运行在最适应的状态。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，通过提供一种降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法，能够保证水水换热的空调设备的制冷剂流量及节流程度能够根据工况自动调控，保护系统运行在最适应的状态。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

一种降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法，包括如下步骤：

(1)启动并初始化设置在空调系统制冷剂循环回路中的电子膨胀阀，将电子膨胀阀的开度设置在预定的初始开度；

(2)在电子膨胀阀启动预定的时间后，实时采集空调系统的蒸发器出水温度和低压饱和压力两个变量，把低压饱和压力换算为低压饱和温度，根据蒸发器出水温度和低压饱和温度的差值先暂定一个暂时目标温度；

(3)根据暂时目标温度调节膨胀阀开度，膨胀阀开度改变后，重新获取蒸发器出水温度和低压饱和温度，根据蒸发器出水温度和低压饱和温度差值的变化趋势对暂时目标温度进行调整；

(4)将步骤(2)中计算得出的暂时目标温度与步骤(3)中调整后的暂时目标温度进行对比，通过闭环控制系统调整电子膨胀阀的开度，重复步骤(3)，直至暂时目标温度接近或达到最终目标温度，以此最终目标温度确定膨胀阀的开度。

在优选的实施方式中，设定当前渐进温度tpv和暂时目标温度tsp，其中，当前渐进温度tpv＝蒸发器出水温度-低压饱和温度，步骤(4)中电子膨胀阀的开度调整方法为：

(1)当前渐进温度tpv＞暂时目标温度tsp时，电子膨胀阀采用多段pid控制，通过增大膨胀阀开度以增大蒸发器入口制冷剂的流量而降低当前渐进温度，从而达到更好的蒸发效果；

(2)当前渐进温度tpv＜暂时目标温度tsp时，通过减小电子膨胀阀开度以减小蒸发器入口制冷剂的流量而升高当前渐进温度，从而避免压缩机带液而产生湿压缩，从而保护压缩机正常的吸气过热度；

(3)当前渐进温度tpv＝暂时目标温度tsp时，电子膨胀阀处于稳定状态，保持当前的开度。

在优选的实施方式中，最终目标温度td设定为蒸发器在设计时的理想状态下的蒸发温度，暂时目标温度tsp由tpv-td的差值大小决定。

在优选的实施方式中，步骤(3)中暂时目标温度tsp的调整方法为：

预设渐进温度tpv的修正值范围，若tpv-td的差值大于该修正值范围的上限值，则减小暂时目标温度tsp，以将tpv-td的差值修正为该修正值范围的上限值；若tpv-td的差值小于该修正值范围的下限值，则增大暂时目标温度tsp，以将tpv-td的差值修正为该修正值范围的下限值。

在优选的实施方式中，所述修正值范围包括多个连续的呈梯度分布的子修正值范围，在每个子修正值范围下对暂时目标温度进行调整。

在优选的实施方式中，暂时目标温度tsp的调整方法为：

(1)如果tpv-td＞2℃，则tsp＝tpv-1.0℃

(2)如果2℃＞tpv-td＞1℃，则tsp＝tpv-0.5℃

(3)如果1℃＞tpv-td＞0.5℃，则tsp＝tpv-0.2℃

(4)如果-0.2℃＜tpv-td＜0.2℃，则tsp＝td。

在优选的实施方式中，所述低压饱和压力由压缩机低压传感器从压缩机吸气端测得，蒸发器出水温度由蒸发器出水温度传感器从蒸发器出水管路上的盲管测得。

本申请的有益效果包括但不限于：

本发明提供的降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法，实时多次修整暂时目标温度，保证电子膨胀阀保持在最优开度值域，简化了蒸发器制冷剂量的控制逻辑，降低了膨胀阀电气控制成本，提高了蒸发器换热效率，可以实现对制冷剂流量和节流程度的自动控制，保护设备系统的可靠和安全运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请涉及的降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法所适用的空调系统的示意图；

图中，1、压缩机；2、冷凝器；3、蒸发器；4、蒸发器出水温度传感器；5、电子膨胀阀；6、压缩机低压传感器。

具体实施方式

在以下内容中将会对本发明进行进一步的详细描述。但是需要指出的是，以下的具体实施方式仅仅以示例性的方式给出本发明的具体操作实例，但是本发明的保护范围不仅限于此。本发明的保护范围仅仅由权利要求书所限定。本领域技术人员能够显而易见地想到，可以在本发明权利要求书限定的保护范围之内对本发明所述的实施方式进行各种其它的改良和替换，并且仍然能够实现相同的技术效果，达到本发明的最终技术目的。

如图1中所示，空调系统包括由压缩机1、冷凝器2、蒸发器3构成的制冷剂循环回路，以及安装在制冷剂循环回路中的电子膨胀阀5；在蒸发器出水管路上的盲管安装蒸发器出水温度传感器4，用于测得蒸发器出水温度，在压缩机吸气端安装压缩机低压传感器6，用于测得低压饱和压力。

压缩机1低压进口端中的制冷剂为气态，通过压缩机1加压，气态的制冷剂在冷凝器2中转化为液态的制冷剂而释放热量将水加热，冷凝器2中的制冷剂经电子膨胀阀5节流后流入蒸发器3，制冷剂由于压力的降低而在蒸发器3内蒸发变为气态并吸收热量，气态的制冷剂进入压缩机1，经压缩机1加压后又在冷凝器2中冷凝而变为液态，如此往复循环，水换热介质经与冷凝器2和蒸发器3换热而达到空调制热和制冷的目的。根据系统的运行原理，随着水温的不断变化，系统吸气温度、压力以及制冷剂流量均是不断变化的，由于这种动态的变化导致系统不得不进行实时的自适应运行控制，其中电子膨胀阀对制冷剂的节流控制起到了关键作用。

本发明提供的降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法，包括如下步骤：

(1)控制空调系统上电，启动并初始化设置在空调系统制冷剂循环回路中的电子膨胀阀，将电子膨胀阀的开度设置在预定的初始开度；

(2)在电子膨胀阀启动预定的时间后，实时采集空调系统的蒸发器出水温度和低压饱和压力两个变量，把低压饱和压力换算为低压饱和温度，根据蒸发器出水温度和低压饱和温度的差值先暂定一个暂时目标温度；

(3)根据暂时目标温度调节膨胀阀开度，膨胀阀开度改变后，重新获取蒸发器出水温度和低压饱和温度，根据蒸发器出水温度和低压饱和温度差值的变化趋势对暂时目标温度进行调整；

(4)将步骤(2)中计算得出的暂时目标温度与步骤(3)中调整后的暂时目标温度进行对比，通过闭环控制系统调整电子膨胀阀的开度，重复步骤(3)，直至暂时目标温度接近或达到最终目标温度，以此最终目标温度确定膨胀阀的开度。

电子膨胀阀依据暂时目标温度进行pid控制调节，将当前渐进温度与暂时目标温度对比，并根据蒸发器温度变化趋势多次调整暂时目标温度，经过闭环控制使电子膨胀阀保持在最优开度。具体的，设定当前渐进温度tpv和暂时目标温度tsp，其中，当前渐进温度tpv＝蒸发器出水温度-低压饱和温度；步骤(4)中电子膨胀阀的开度调整方法为：

(1)当前渐进温度tpv＞暂时目标温度tsp时，电子膨胀阀采用多段pid控制，通过增大膨胀阀开度以增大蒸发器入口制冷剂的流量而降低当前渐进温度，从而达到更好的蒸发效果；

(2)当前渐进温度tpv＜暂时目标温度tsp时，通过减小电子膨胀阀开度以减小蒸发器入口制冷剂的流量而升高当前渐进温度，从而避免压缩机带液而产生湿压缩，从而保护压缩机正常的吸气过热度；

(3)当前渐进温度tpv＝暂时目标温度tsp时，电子膨胀阀处于稳定状态，保持当前的开度。

进一步的，最终目标温度td设定为蒸发器在设计时的理想状态下的蒸发温度，暂时目标温度tsp由tpv-td的差值大小决定。

进一步的，步骤(3)中暂时目标温度tsp的调整方法为：

预设渐进温度tpv的修正值范围，若tpv-td的差值大于该修正值范围的上限值，则减小暂时目标温度tsp，以将tpv-td的差值修正为该修正值范围的上限值；若tpv-td的差值小于该修正值范围的下限值，则增大暂时目标温度tsp，以将tpv-td的差值修正为该修正值范围的下限值。进一步的，所述修正值范围包括多个连续的呈梯度分布的子修正值范围，在每个子修正值范围下对暂时目标温度进行调整，暂时目标温度的调整值应当随着tpv-td差值的减小而减小，使tsp和td逐渐靠近。

具体的，子修正值范围依次设定为＞2℃、[1℃,2℃]、[0.5℃,1℃]、[-0.2℃,0.2℃]，暂时目标温度tsp的调整方法为：

(1)如果tpv-td＞2℃，则tsp＝tpv-1.0℃

(2)如果2℃＞tpv-td＞1℃，则tsp＝tpv-0.5℃

(3)如果1℃＞tpv-td＞0.5℃，则tsp＝tpv-0.2℃

(4)如果-0.2℃＜tpv-td＜0.2℃，则tsp＝td，此时空调系统基本处于稳定状态，电子膨胀阀除了轻微调节不再动作。

上述降膜式蒸发器电子膨胀阀的控制方法，实时多次修整暂时目标温度，保证电子膨胀阀保持在最优开度值域，简化了蒸发器制冷剂量的控制逻辑，降低了膨胀阀电气控制成本，提高了蒸发器换热效率，可以实现对制冷剂流量和节流程度的自动控制，保护设备系统的可靠和安全运行。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。