空调器以及控制该空调器的电子膨胀阀的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于冷却或加热室内的空气的空调器以及控制该空调器的电子膨胀阀的方法。
背景技术
一般而言，空调器是一种用于冷却或加热如居室空间、饭店、办公室等室内空间的设备。这种空调器包括一台将制冷剂压缩成高温高压的气体状态的压缩机、一个将通过压缩机的制冷剂冷凝成高温高压的液体状态的冷凝器、一个将通过冷凝器的制冷剂减压成低温低压的液体状态的膨胀组件、和一个将通过膨胀组件的制冷剂蒸发成低温低压的气体状态地蒸发器。压缩机、冷凝器、膨胀组件和蒸发器通过制冷剂管道连接。用微型计算机控制这种空调器的运行。
一种热泵式空调器还包括如三通阀或四通阀之类的换向阀，该换向阀根据冷却/加热功能改变制冷剂的流动方向，由此使空调器有选择地按冷却或加热模式运行。
在空调器的冷却模式中，室外热交换器起冷凝器的作用，室内热交换器起蒸发器的作用。反之，在空调器的加热模式中，室外热交换器起蒸发器的作用，室内热交换器起冷凝器的作用。
在冷却模式中，空调器使室内空气流过起蒸发器作用的室内热交换器，这样就将冷却的空气排放到室内。在加热模式中，空调器使室内的空气流过起冷凝器的作用的室内热交换器，这样就将加热的空气排放到室内。
目前开发出的空调器采用变频式压缩机，这种压缩机可以根据室内的冷却负载或加热负载随时改变其制冷剂压缩容量。因此，可以适当地应对冷却负载或加热负载的变化，使空调器的冷却效率或加热效率达到最佳。
通常，可以用毛细管或电子膨胀阀作为膨胀组件。电子膨胀阀主要用作调节制冷剂流速的膨胀组件，以便能够随时改变空调器的冷却能力或加热能力。
此时，可控制电子膨胀阀的开度，致使因压缩机入口处的制冷剂温度和蒸发器中的制冷剂温度之间的温差引起的当前过热度与预定的目标过热度相符。
当然可以事先在微型计算机中存储一表格，该表格包括与压缩机的制冷剂压缩容量相一致的目标过热度。
当用户选择冷却模式和加热模式中的一个模式并设定需要的目标温度时，压缩机运行，使制冷机压缩容量可根据目标温度和房间温度之间的温差确定的冷却负载或加热负载随时改变。对当前的过热度进行测量，并根据压缩机的制冷剂压缩容量计算目标过热度。控制电子膨胀组件的开度，使当前过热度与目标过热度一致，由此使制冷剂的流速得到控制。在这种情况下，制冷剂流过压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器，从而使空调器实现冷却功能或加热功能。
近来空调器的尺寸有所增加，所以需要多台压缩机。在这种情况下，让一台或多台压缩机有选择地运行，以便随时改变运行压缩机的制冷剂总压缩容量。因此，必须控制电子膨胀阀的开度，使制冷剂的流速随时根据制冷剂总压缩容量而改变。
此时，在制冷剂流速即制冷剂循环量小于制冷剂压缩容量时，压缩机可能过热。在制冷剂流速大于制冷剂压缩容量时，液态制冷剂可能进入压缩机，从而造成压缩机损伤，且限制了空调器冷却效率或加热效率的提高。
当空调器处于冷却模式时，如果室外温度较高，则热被传递到处于室外空气中的、用作冷凝器的室外热交换器，由此增加了冷却负载。当空调器处于加热模式时，如果室外温度较高，则热被传递到处于室外空气中的、用作蒸发器的室外热交换器，因此在制冷剂流过室外热交换器以后，通过室外热交换器的制冷剂温度和进入压缩机的制冷剂温度相对提高，使得压缩机过热。所以，必须根据室外温度控制电子膨胀阀的开度。
据此，为了根据具有多台压缩机的空调器的制冷剂总压缩容量控制电子膨胀阀的开度，必须测量当前过热度，并且应当根据制冷剂总压缩容量和室外温度设定目标过热度。此外，必须控制电子膨胀阀的开度，以便使当前过热度与目标过热度一致。
【发明内容】
本发明旨在克服上述问题，因此，本发明要解决的技术问题是：提供一种空调器，其中，使一台或多台压缩机运行，以便能根据室内的冷却或加热负载随时控制制冷剂总压缩容量，并控制电子膨胀阀的开度，从而调节制冷剂的流速，迅速移去冷却或加热负载。
本发明另一要解决的技术问题是：提供一种对空调器的电子膨胀阀进行控制的方法，其中，控制电子膨胀阀的开度，使当前过热度与根据运行压缩机的制冷剂总压缩容量及根据冷却或加热负载使一台或多台压缩机运行期间的室外温度设定的目标过热度一致，从而迅速移去冷却或加热负载，提高压缩机的可靠性。
根据本发明的一个方面，上述目的和其他目的可以通过提供下述空调器来实现，该空调器包括：多台用于压缩制冷剂的压缩机；一个冷凝制冷剂的冷凝器；一个使制冷剂膨胀的电子膨胀阀；一个使制冷剂蒸发的蒸发器；一个用于改变制冷剂流动方向的换向阀；用于连接所述压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器和换向阀的制冷剂管道；以及一台控制空调器运行的微型计算机，其中，所述微型计算机控制电子膨胀阀的开度，使当前过热度与根据运行的压缩机的制冷剂压缩容量(一台或多台)及一台或多台压缩机运行情况下的室外温度设定的目标过热度一致，从而使制冷剂压缩容量根据冷却或加热负载随时改变。
优选该空调器还包括：一个安装在压缩机入口处的第一温度传感器，该温度传感器测量吸入压缩机的制冷剂的温度；一个安装在蒸发器上的第二温度传感器，该温度传感器测量通过蒸发器的制冷剂的温度；以及一个安装在室外的第三温度传感器，该温度传感器测量室外温度，其中，微型计算机将第一温度传感器测量到的压缩机入口处的制冷剂温度和第二温度传感器测量到的蒸发器上的制冷剂温度之间的温差设定为当前过热度，并根据运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂压缩容量及第三温度传感器测得的室外温度设定目标过热度。
此外，优选所述多台压缩机包括制冷剂压缩容量不同的第一和第二压缩机，第一压缩机的制冷剂压缩容量可以大于第二压缩机的压缩容量。
根据冷却负载或加热负载，可使第一和第二压缩机同时运行或只选择第一和第二压缩机中的一台运行。
优选微型计算机包括一些用于根据运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂压缩容量和室外温度变化存储目标过热度的表格。
根据本发明的另一方面，提供一种控制空调器的电子膨胀阀的方法，该方法包括如下步骤：(a)使多台压缩机中的一台或多台运行，从而可根据冷却/加热负载随时改变运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂压缩容量；(b)根据运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂压缩容量及步骤(a)中使一台或多台压缩机运行情况下的室外温度计算当前过热度并同时设定目标过热度；和(c)控制电子膨胀阀的开度，使步骤(b)中计算出的当前过热度与目标过热度一致。
优选所述步骤(a)包括确定制冷剂压缩容量为总制冷剂压缩容量的x％的第一压缩机和制冷剂压缩容量为总制冷剂压缩容量的(100-x)％的第二压缩机是同时运行还是有选择地运行的步骤。所述步骤(a)还可以包括根据冷却或加热负载使第一和第二压缩机同时运行的步骤，或根据冷却或加热负载只选择第一和第二压缩机中的一台运行的步骤。
此外，优选根据运行的压缩机(一台或多台)入口处的制冷剂温度和蒸发器中的制冷剂温度之间的温差计算所述步骤(b)中的当前过热度。
另外，在冷却或加热模式中，如果在所述步骤(a)中第一和第二压缩机同时运行，则优选将在所述步骤(b)中设定的目标过热度设定成大于冷却或加热模式中如果在所述步骤(a)中只选择第一和第二压缩机中的一台运行时在步骤(b)中设定的目标过热度。
在冷却模式中，如果在步骤(a)时的室外温度不高于第一设计温度，则优选将在步骤(b)中设定的目标过热度设定成小于冷却模式中如果室外温度高于第一设计温度时在步骤(b)中设定的目标过热度。
优选在冷却模式中，如果第一和第二压缩机同时运行，而且在步骤(a)时的室外温度不高于40℃，则将在步骤(b)时的目标过热度设定为-2℃，而在冷却模式中，如果第一和第二压缩机同时运行，而且在步骤(a)时的室外温度高于40℃，则可以将在步骤(b)时的目标过热度设定为-3℃。
此外，在冷却模式中，如果只选择第一和第二压缩机中的一台运行，而且在步骤(a)时的室外温度不高于40℃，则可以将步骤(b)中的目标过热度设定成0℃，而在冷却模式中，如果只选择第一和第二压缩机中的一台运行，而且在步骤(a)时的室外温度高于40℃，则可以将在步骤(b)的目标过热度设定成-1℃。
优选在加热模式中，如果在所述步骤(a)时的室外温度不高于第二设计温度，将在所述步骤(b)设定的目标过热度设定成小于加热模式中在所述步骤(a)时的室外温度高于第二设计温度时在所述步骤(b)中设定的目标过热度。所述步骤(b)还可以包括如下步骤：在加热模式中，如果在所述步骤(a)时的室外温度不高于第三设计温度，则使第一和第二压缩机同时运行，所述第三设计温度低于所述第二设计温度。
更优选的是，在加热模式中，如果第一和第二压缩机同时运行，而且在所述步骤(a)时的室外温度不高于-4℃，将所述步骤(b)中的目标过热度设定成-1℃，而在加热模式中，如果第一和第二压缩机同时运行，而且在所述步骤(a)时的室外温度高于-4℃而不高于20℃时，则可以将所述步骤(b)中的目标过热度设定成-2℃，在加热模式中，如果第一和第二压缩机同时运行，而且在所述步骤(a)时的室外温度高于20℃时，则可以将所述步骤(b)中的目标过热度设定成-3℃。
此外，在加热模式中，如果只选择第一和第二压缩机中的一台运行，而且在所述步骤(a)时的室外温度不高于20℃，则可以将所述步骤(b)的目标过热度设定成0℃，而在加热模式中，如果只选择第一和第二压缩机中的一台运行，而且在所述步骤(a)时的室外温度高于20℃，则可以将所述步骤(b)的目标过热度设定成-1℃。
【附图说明】
通过下面结合附图的详细描述将能更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征及其它优点。附图中：
图1是本发明的空调器的示意图；
图2是本发明空调器的微型计算机的方框图；
图3是本发明空调器在冷却模式时制冷剂流动的示意图；
图4是本发明空调器在加热模式时制冷剂流动的示意图；和
图5是用于控制本发明空调器的电子膨胀阀的方法的流程图。
【具体实施方式】
现在结合附图详细描述本发明的优选实施方式。
如图1和2所示，本发明的空调器包括一个安装在室外的室外单元(A)，在冷却模式时，该室外单元压缩、冷凝和膨胀制冷剂；一个安装在室内的室内单元(B)，该室内单元通过制冷剂管道与室外单元(A)相连，从而在冷却模式时蒸发制冷剂；以及一台微型计算机(C)，该微型计算机控制多台压缩机的运行，并控制室外单元(A)的电子膨胀阀的运行。
此处，室外单元(A)包括第一和第二压缩机2和4、一个室外热交换器6、一台室外风扇6a、一个电子膨胀阀8、一个油分离单元14和将这些构件连接起来的制冷剂管道，管道上设有多个止回阀2a和4a。室内单元(B)包括一个室内热交换器10和一台室内风扇10a。
更具体地说，将出口管路o和o’分别连接到第一和第二压缩机2和4的端部的一端。为了防止制冷剂回流到第一和第二压缩机2和4中，将第一和第二止回阀2a和4a装在出口管路o和o’上。将连接管道c与出口管路o和o’相连，使通过两根出口管路o和o’流出的制冷剂在此汇集在一起，然后在进行空气调节循环期间将制冷剂引向冷凝器、膨胀组件和蒸发器。
从连接管道c的端部分支出入口管路i和i’，并将所述入口管路与第一和第二压缩机2和4相连，以便将制冷剂引向第一和第二压缩机2和4。将油分离单元14设置在连接管道c与入口管路i和i’之间，该油分离单元将与制冷剂一起从第一和第二压缩机2和4排出的油从制冷剂中分离出来，以便将分离出的油供给第一和第二压缩机2和4，并防止制冷剂进入第一和第二压缩机2和4。
此处，将一个用于有选择地控制制冷剂流动方向的换向阀12设置在与第一和第二止回阀2a和4a的端部相连的连接管道c上。换向阀12可以使经第一和第二压缩机2和4压缩的制冷剂朝室外热交换器6流动，由此实现冷却循环，或使制冷剂流向室内热交换器10，从而实现加热循环。
第一压缩机2和第二压缩机4分别具有不同的制冷剂压缩容量，使第一压缩机2的制冷剂压缩容量为空调器的总制冷剂压缩容量的x％，使第二压缩机4的制冷剂压缩容量为空调器的总制冷剂压缩容量的(100-x)％。第一压缩机2的制冷剂压缩容量大于第二压缩机4的制冷剂压缩容量。可根据需要移去的冷却负载或加热负载使第一和第二压缩机2和4同时运行或有选择地运行。
电子膨胀阀8调节制冷剂通过其的通路的开度，由此控制循环流过空调系统的制冷剂的流速。可根据冷却负载或加热负载控制电子膨胀阀8的开度。
将室外风扇6a装在室外热交换器6的一侧附近，将室内风扇10a装在室内热交换器10的一侧附近。因此，室外风扇6a和室内风扇10a的转速可随加热负载或冷却负载的变化而改变，由此分别控制室外空气和室内空气的送风量。
空调器的微型计算机(c)控制第一和第二压缩机2和4的运行、电子膨胀阀8的开度及室内风扇10a和室外风扇6a的转速。具体地说，该空调器的微型计算机(c)控制第一和第二压缩机2和4、电子膨胀阀8及室外风扇6a和室内风扇10a的运行，使当前过热度达到目标过热度。
此时，所述空调器包括一个装在第一和第二压缩机2和4的入口管路i和i’上的第一温度传感器22，该温度传感器用于测量吸入运行的压缩机(一台或多台)中的制冷剂的温度，以便测量当前过热度；一个安装在室内热交换器10或室外热交换器6的制冷剂管道上的第二温度传感器24，在冷却或加热模式中，该温度传感器测量通过起蒸发器作用的所述热交换器的制冷剂的温度；以及一个安装在室外对室外温度进行测量的第三温度传感器26。
微型计算机(c)利用第一温度传感器22测量的第一和第二压缩机2和4的入口管路i和i’中的制冷剂温度和第二温度传感器24测量的蒸发器中的制冷剂温度之间的温差计算当前过热度。然后，微型计算机(c)根据运行的多台压缩机的制冷剂总压缩容量和第三温度传感器26测得的室外温度设定目标过热度。
微型计算机(c)根据制冷剂压缩容量和室外温度存储一个包括目标过热度的表格。
更具体地说，从下面的表格1和2中得到目标过热度。表格1和2中包括制冷剂压缩容量为x％的第一压缩机和制冷剂压缩容量为(100-x)％的第二压缩机同时运行时根据室外温度设计的目标过热度，或者只有第二压缩机运行时根据室外温度设计的目标过热度。
[表1]冷却模式 室外温度(T) 第一和第二压缩机运行 (100％) 第二压缩机运行 (100-X％) 不高于40℃ -2℃ 0℃ 高于40℃ -3℃ -1℃
[表2]加热模式 室外温度(T) 第一和第二压缩机运行 (100％) 第二压缩机运行 (100-X％) 不高于-4℃ -1℃ - -4℃～20℃ -2℃ 0℃ 高于20℃ -3℃ -1℃
下面结合表1描述空调器在冷却模式时设定目标过热度的方法。当根据冷却负载使第一压缩机2和第二压缩机4同时运行时，如果室外温度(T)不高于40℃，则将目标过热度设定成-2℃。另一方面，如果室外温度(T)高于40℃，则将目标过热度设定成-3℃。
也就是说，在冷却模式中，当室外温度(T)较高时，热量从室外空气中传递到起冷凝器作用的室外热交换器6，使实际冷却负载增加。于是，为了提高制冷剂的流速以便迅速移去所增加的冷却负载，将目标过热度调节到比较高。
如果冷却负载减少，于是只有第二压缩机4运行，则将目标过热度调节到比第一压缩机2和第二压缩机4同时运行时的过热度高2℃。
也就是说，如果只有第二压缩机4运行，制冷剂压缩容量比第一压缩机2和第二压缩机4同时运行时的制冷剂压缩容量小，因此，可以使只有第二压缩机4运行时的目标过热度减小，从而使流速正比于较小制冷剂压缩容量而减小。
另一方面，结合表2描述空调器在加热模式时设定目标过热度的方法。当根据加热负载使第一压缩机2和第二压缩机4同时运行时，如果室外温度(T)不高于-4℃，则将目标过热度设定成-1℃。如果室外温度(T)高于-4℃而不高于20℃，则将目标过热度设定成-2℃。另外，如果室外温度(T)高于20℃，则将目标过热度设定成-3℃。
也就是说，在加热模式中，当室外温度(T)较高时，热量从室外空气中传递到起蒸发器作用的室外热交换器6，使通过室外热交换器6的制冷剂的温度略有提高。这样，在制冷剂通过室外热交换器6以后，进入第一压缩机2和第二压缩机4的制冷剂的温度也提高。因此，为了防止第一压缩机2和第二压缩机4过热，就将目标过热度调节到比较高的值，使制冷剂流速增加。
如果加热负载减少，于是只有第二压缩机4运行，则将目标过热度调节到比第一压缩机2和第二压缩机4同时运行时的过热度高2℃。
也就是说，如果只有第二压缩机4运行，制冷剂压缩容量比第一压缩机2和第二压缩机4同时运行时制冷剂压缩容量小，因此，可以使只有第二压缩机4运行的目标过热度减小，从而使流速与较小制冷剂压缩容量成比例地减小。
如果只有第二压缩机4运行，则在室外温度(T)不高于-4℃时，起蒸发器作用的室外热交换器6可能因为较小制冷剂压缩容量和低的室外温度而结霜。在这种情况下，由于为了加热已结霜的室外热交换器6而使空调器按除霜模式运行，所以不需要设定目标过热度。
下面结合图3至5详细描述控制上述空调器运行的方法。
首先，用户选择冷却模式或加热模式，并设定需要的目标温度。然后，根据室内应当移去的冷却负载或加热负载使第一压缩机2和第二压缩机4运行(S1和S2)。
此处，用户如果选择冷却模式，则室外热交换器6起冷凝器的作用，室内热交换器10起蒸发器的作用。换向阀12将从第一压缩机2和第二压缩机4排出的制冷剂引向室外热交换器6，制冷剂按顺序循环流过第一和第二压缩机2和4、室外热交换器6、电子膨胀阀8和室内热交换器10。
另一方面，在用户选择加热模式的情况下，室外热交换器6起蒸发器的作用，室内热交换器10起冷凝器的作用。换向阀12将从第一和第二压缩机2和4排出的制冷剂引导到室内热交换器10，制冷剂按顺序循环流过第一和第二压缩机2和4、室内热交换器10、电子膨胀阀8和室外热交换器6。
此时，冷却或加热负载可根据室温和用户设定的目标温度之间的温差确定。为了迅速移去冷却或加热负载，开始时使第一和第二压缩机2和4同时运行。但是，在第一和第二压缩机2和4同时运行而移去了部分冷却负载或加热负载以后，可以只使第二压缩机4运行。
第二，在第一和第二压缩机2和4中的一台或两者运行的情况下，计算当前过热度(S3)。
此时，用安装在第一和第二压缩机2和4的入口i和i’处第一温度传感器22测量第一和第二压缩机2和4的入口i和i’处的制冷剂温度(T1)，利用安装在冷却模式时起蒸发器作用的室内热交换器10上的第二温度传感器24测量蒸发器中的制冷剂温度(T2)，以及用安装在室外热交换器6上的第三温度传感器26测量蒸发器中的制冷剂的温度(T)，所述室外热交换器在加热模式时起蒸发器的作用。
当将第一和第二温度传感器22和24测量的温度(T1和T2)输入到微型计算机(C)中时，微型计算机(C)计算第一和第二压缩机2和4的入口i和i’中的制冷剂温度(T1)和蒸发器中的制冷剂温度(T2)之间的温差，由此将得到的温差看成是当前过热度。
第三，计算了当前过热度以后，测量室外温度(T)，然后根据制冷剂压缩容量和室外温度(T)设定目标过热度(S4)。
此时用安装在室外的第三温度传感器26测量室外温度(T)。当将运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂压缩容量和室外温度(T)输入到微型计算机(C)中时，微型计算机(C)根据事先存储在该微型计算机(C)内的表格中的制冷剂压缩容量和室外温度(T)求得目标过热度。
更具体地说，制冷剂压缩容量越大，室外温度(T)越高，目标过热度也就越大。
第四，控制电子膨胀阀8的开度，使在步骤(S3)计算出的当前过热度与在步骤(S4)设定的目标过热度一致(S5)。
通常，电子膨胀阀8的开度为0～510脉冲的值的范围。如果电子膨胀阀8的开度值为0脉冲，则电子膨胀阀8的制冷剂通路关闭。另外，如果电子膨胀阀8的开度值为510脉冲，则电子膨胀阀8的制冷剂通路完全开启。微型计算机(C)根据制冷剂压缩容量和室外温度(T)改变电子膨胀阀8的开度，由此控制循环制冷剂的流速，使空调器迅速应对冷却或加热负载的变化。
微型计算机(C)控制第一和第二压缩机2和4的运行，控制室外和室内风扇6a和10a的转速，以及控制电子膨胀阀8的开度，使当前过热度与目标过热度一致。
由于微型计算机(C)根据冷却负载或加热负载使第一和第二压缩机2和4中的一台或两者运行，而且还控制电子膨胀阀8的开度，因此当前过热度与根据制冷剂压缩容量和室外温度设定的目标过热度一致，微型计算机(C)根据冷却负载或加热负载随时改变制冷剂压缩容量，根据制冷剂压缩容量和室外温度调节制冷剂的流速，因此，所述空调器能迅速移去冷却或加热负载。
用于控制本发明空调器运行的装置和方法具有如下优点：
首先，由于本发明空调器包括多台压缩机，其中一台或多台压缩机可根据冷却或加热模式时的冷却或加热负载运行，从而可以随时改变运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂总压缩容量。还由于本发明空调器包括一个微型计算机，该微型计算机用于控制电子膨胀阀的开度，使当前过热度与根据制冷剂压缩容量和室外温度设定的目标过热度一致，因此，所述空调器可根据冷却或加热负载随时改变制冷剂压缩容量，而且还可根据制冷剂压缩容量和室外温度控制制冷剂的流速，因此能迅速移去冷却或加热负载。
其次，本发明的控制空调器运行的方法包括如下步骤：在一台或多台压缩机运行的情况下测量当前过热度，使运行的压缩机(一台或多台)的制冷剂压缩容量根据冷却或加热负载随时改变；根据制冷剂压缩容量和室外温度计算目标过热度；并对用于调节制冷剂流速的电子膨胀阀的开度进行控制，使当前过热度与目标过热度一致，这样，在制冷剂流速小于制冷剂压缩容量的情况下，可以防止运行的压缩机(一台或多台)过热，而在制冷剂流速大于冷剂压缩容量的情况下，可以避免液态制冷剂进入运行的压缩机(一台或多台)中。因此，可以提高压缩机的可靠性。
虽然为了说明而对本发明的优选实施方式作了描述，但本领域的技术人员很清楚，在不超出所附的权利要求书描述的本发明的构思和保护范围的前提下，可以进行各种改型，增加和删除。