专利名称：空调机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及构成变频式空调机的冷冻循环的电子膨胀阀的开度控制技术，尤其是涉及不进行反馈控制而进行适当的膨胀阀的开度控制的空调机及其控制方法。
背景技术：
通常，空调机如图8所示具有由压缩机1，四通阀(以下称为阀)2，室内热交换器(以下，称为热交换器)3，室外热交换器(以下，称为热交换器)4，膨胀阀(以下，称为阀)5组成的冷冻循环。
在制冷运转时，该空调机控制阀2使致冷剂如虚线箭头所示从热交换器3按压缩机1、热交换器4、阀5的次序流动并返回热交换器3。这样，热交换器3作为蒸发器发挥功能并吸收周围的热量。另一方面，该空调机根据遥控器的设定风量等控制室内一侧的风扇(未图示)使其旋转，从而将经热交换器3进行了热交换的冷风吹出到室内。而且，以与室内温度和遥控器的设定温度之差相应的一定的运转频率使压缩机1运转以控制室温。
在制热运转时，与制冷运转相反，如实线箭头所示该空调机控制阀2使致冷剂从热交换器4按压缩机1、热交换器3、阀5的次序流动并返回热交换器4。这样，热交换器3作为冷凝器发挥作用并对周围放出热量。另一方面，该空调机根据遥控器的设定风量等控制室内风扇使其旋转，从而将经热交换器3进行了热交换的暖风吹出到室内。而且，以与室内温度和遥控器的设定温度之差相应的一定的运转频率使压缩机1运转以控制室温。
该空调机为了进行上述制冷制热运转，如图9所示，具有由微机、电动机等驱动电路及其它组成的室内机控制部(以下，称为控制部)6和室外机控制部(以下，称为控制部)7。控制部6按照由遥控器发出的指示控制室内风扇驱动电机等的同时，对控制部7转送一定的指令，控制部7按照该指令控制压缩机1。在此，所谓“一定的指令”是指与室温和设定值之差相应的运转频率，室内热交换器3的温度等。另外，空调机还具有检测热交换器3的温度的室内热交换器温度传感器8，检测压缩机1的吸入温度的吸入温度传感器9、检测热交换器4的温度的室外热交换器温度传感器10。
如上所述，冷冻循环由压缩机1、冷凝器、阀5、蒸发器依次以致冷剂管道连接而成。在这样的冷冻循环中对压缩机1进行变频控制时，若阀5的开度为一定时，则压缩机转数为低速运转时，流经冷冻循环的致冷剂量较少。而在高速运转时则有大量的致冷剂流经冷冻循环。这是由于冷冻循环的流道阻力为一定的缘故。
这样，使流经冷冻循环的致冷剂量仅依赖于压缩机转数时，流经蒸发器的致冷剂量少时，致冷剂在未通过蒸发器之前即已蒸发完了。因此，已被气化的致冷剂在蒸发器内被过热使蒸发器出口温度上升，从而蒸发器的热交换效率降低。另外，当流经蒸发器的致冷剂量多时，蒸发器内的致冷剂不能完全蒸发。因此，有致冷剂原样从蒸发器出口排出，该致冷剂被压缩机1吸入而引起返液现象，这往往成为压缩机1损伤的原因。
为了解决如上所述的问题，在用变频等对压缩机1进行变速控制的冷冻循环中，使用能控制阀5开度的电子膨胀阀。借此可控制膨胀阀开度使得通过蒸发器的致冷剂量经常保持最佳量。
控制膨胀阀开度的现有技术记载在例如日本特开平10-267430号公报中。即，采用了控制膨胀阀开度的称为“过热控制”的控制方法，该方法计测压缩机1的吸入温度和蒸发器的温度并使其差值(S-H)保持一定。由于压缩机1的吸入口用致冷剂管连接到蒸发器的排出口，因而若致冷剂量适当，压缩机1的吸入口的致冷剂温度(吸入温度)则比蒸发器所排出的致冷剂温度稍高。上述的控制方法就是利用了这一事实。
然而，采用这种控制方法，由于在致冷剂流量的变化和所测定的温度的变化之间必然产生时间延迟，因而造成对于室内温度的急剧变化等控制不能追踪。因此，如图10所示，往往引起膨胀阀开度相对于目标值上下波动加大被称作“振荡”的现象。当引起这样的振荡现象时，由于不能稳定地进行冷冻循环，致使室内环境恶化。
因此，为了抑制这种振荡现象提出了种种方法。例如，日本特开平10-267430号公报中提出了如下的方法。首先，在一个规定的时间间隔中监视(S-H)。然后，对(S-H)量达到比目标设定值高的第一设定值以上的次数和达到比目标设定值低的第二设定值以下的次数进行计数。进而，检测监视中心的膨胀阀的开度的最大值和最小值。而且，在该计数达到规定值以上时，控制在一定时间间隔中膨胀阀的开度使其固定在最大值与最小值之间的平均值。
采用这样的现有技术的结构，使用比膨胀阀开度受更大影响的压缩机1的吸入温度并利用闭环控制来控制膨胀阀。因此，在原理上是不可能不振荡的；在使极端的振荡收敛方面虽有效果，但产生某种程度的振荡则不能防止。另外，膨胀阀开度要达到稳定的最佳值需要很长时间，在这段时间中冷冻循环处于不稳定状态不可避免。或者存在需要进行复杂的控制处理等问题。
发明内容
本发明的目的就在于解决以上这些问题，提供一种空调机及其控制方法，它不进行反馈控制而能可靠地决定阀的开度，从而使冷冻循环实现稳定。
本发明的空调机将蒸发器的温度传感器安装在蒸发器的中间部分或与之相比靠吸入口一侧。而且，在电子膨胀阀控制中，使用该传感器的输出和压缩机的转数，按照一定的计算公式计算出蒸发器的热交换效率达到最大时的最佳阀开度并对该电子阀进行控制。
图1是表示本发明的实施例1的空调机的冷冻循环的简要结构图。
图2是本发明的实施例1的空调机的控制系统方框图。
图3是表示本发明的实施例1的空调机的基准膨胀阀开度对压缩机转数的特性图。
图4是表示本发明的实施例1的空调机的基准蒸发器温度对压缩机转数的特性图。
图5是表示本发明的实施例1的空调机的比蒸发器温度和比膨胀阀开度的关系的特性图。
图6是表示本发明的实施例1的空调机的蒸发器中间温度的变化对膨胀阀开度的变化的特性图。
图7是本发明的实施例2的空调机和控制系统的方框图。
图8是表示现有的空调机的冷冻循环的简要构成图。
图9是现有的空调机和控制系统方框图。
图10是说明现有的空调机的振荡动作的特性图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施例。另外，对于相同的部分标以相同的符号，以省略其详细说明。
实施例1图1是表示本发明实施例1的空调机的冷冻循环的简要结构图。该空调机具有压缩机21、四通阀22、室内热交换器(以下，称为热交换器)23、室外热交换器(以下，称为热交换器)24、电子膨胀阀(以下，称为阀)25。将它们用致冷剂管道20连接而形成冷冻循环。制冷时，热交换器23作为蒸发器、热交换器24作为冷凝器发挥作用；制热时，热交换器24作为蒸发器、热交换器23作为冷凝器发挥作用。
图2是本发明实施例1的空调机的控制系统的简要方框图。该空调机为进行制冷制热运转，具有由微机、电动机等的驱动电路、其它组成的室内机控制部分(以下，称为控制部)26和室外机控制部分(以下，称为控制部)71。控制部26按照由遥控器发出的指示控制室内风扇驱动电机等(未图示)的同时，将规定的指示转送到控制部71。另外，空调机还具有检测热交换器23的温度的室内热交换温度传感器(以下，称为传感器)28、检测压缩机21的吸入温度的吸入温度传感器(以下，称为传感器)29、检测热交换器24的温度的室外热交换温度传感器(以下，称为传感器)30。各温度传感器28、29、30由热敏电阻等温度检测元件构成。
控制部71使用通过控制部26转送的室内热交换器温度，从传感器30发送的室外热交换器温度，从传感器29发送的压缩机吸入温度，从压缩机旋转检测器(未图示)发送的压缩机转数等数据对空调机进行控制。另外，在本实施例中，传感器28和传感器30分别密合安装在热交换器23、24的中央部位、即中间部分。这是为了使其能够检测热交换器23、24的平均温度并难以受到膨胀阀开度的影响。这样，传感器28和传感器30在热交换器23、24作为蒸发器发挥作用时，已预先设置在蒸发器的中间部分和吸入口之间。
计算部件71A构成控制部71的一部分。计算部件71A计算出对于当时的蒸发器的致冷剂流量达到最佳时的膨胀阀的开度用以控制阀25。为了进行这种控制，计算部件71A使用压缩机转数和作为蒸发器发挥作用的热交换器中检测出的热交换器温度(蒸发器温度)。所谓“作为蒸发器发挥作用的热交换器”，在制冷运转时为热交换器23，在制热运转时为热交换器24。
以下，说明计算部件71A计算蒸发器效率达到最大的膨胀阀开度的方法。图3表示相对于压缩机转数，在标准性能试验条件下运转空调机时的蒸发器效率达到最大的膨胀阀的开度(基准膨胀阀开度)。而图3中，是以供给用于驱动阀25的步进电机的脉冲数表示的膨胀阀开度。即，设阀25在某个特定的开度时为“O”，对从这里开始为了使阀25达到一定的开度所必须的、供给给步进电机的脉冲数进行计数。这样一来，当以经验公式表示已知的压缩机转数和基准膨胀阀开度的关系时则如下式Phz＝K11+K12×N-K13×N2公式(1)式中Phz为基准膨胀阀开度(脉冲数)，N为压缩机转数(转/秒)，K11，K12，K13为由空调机的规格所决定的常数。
发明人等通过所进行的制冷运转的实验，求得K11＝59，K12＝3.147，K13＝0.01241。
图4是表示空调机的相对于压缩机转数的基准蒸发器温度的特性图。图4表示的是相对于空调机的转数，以标准试验条件运转空调机并调整膨胀阀的开度使蒸器的效率达到最大时的蒸发器温度(基准蒸发器温度)。这样，当以经验公式表示已知的压缩机转数和基准蒸发器温度的关系时则如下式Tec＝K21+K22/N-K23×N公式(2)式中Tec为基准蒸发器温度(℃)K21、K22、K23为由空调机的规格所决定的常数。
发明人等通过所进行的制冷运转的实验，求得K21＝13.72，K22＝157.8，K23＝0.04217。
图5是表示空调机的比蒸发器温度和比膨胀阀开度的关系的特性图。图5的特性图如下求得。以一定的压缩机转数运转空调机，调整膨胀阀的开度使蒸发器效率达到最大时测定蒸发器温度。将以基准膨胀阀开度Phz去除这时候的膨胀阀开度得到的值作为比膨胀阀开度P。另外，将以基准蒸发器温度Tec去除蒸发器温度得到的值作为比蒸发器温度tec。计测这些比膨胀阀开度P和比蒸发器温度tec，一边改变环境条件一边重复以上的计测便求得比蒸发器温度tec与比膨胀阀开关P的关系。这样，当以经验公式表示已求得的比蒸发器温度tec和比膨胀阀开度的关系时则如下式P＝K31+K32×tec+K33×tec2公式(3)其中P为比膨胀阀开度(脉冲数)，tec为比蒸发器温度(℃)，K31，K32，K33为由空调器的规格所决定的常数。
发明人等通过所进行的制冷运转的实验，求得K31＝0.7445，K32＝0.1424，K33＝0.106。
图6是表示相对于膨胀阀开度的变化蒸发器中间温度的变化的特性图，是在某一定运转条件下运转空调机，一边改变膨胀阀的开度一边测定蒸发器温度得到的结果。根据图6判断，即使改变膨胀阀的开度蒸发器的温度也只有稍许改变。
计算部件71A中装置有微机和储存有运算公式(1)、(2)、(3)的程序的存储器。然后，由已检测出的压缩机转数N用公式(1)计算出基准膨胀阀开度Phz，用公式(2)计算出基准蒸发器温度Tec。进而，计算部件71A用公式(3)由以基准蒸发器温度Tec去除已检测出的蒸发器温度得到的比蒸发器温度tec计算出比膨胀阀开度P。尔后，通过求比膨胀阀开度P和基准膨胀阀开度Phz的乘积，得到在当时的压缩机转数、蒸发器温度下的最佳膨胀阀开度。通过使用该最佳膨胀阀开度来控制阀25，作为用于控制的输入信息，则可以不使用对膨胀阀开度具有大影响的要素来实现控制。因此，可在不引起振荡的情况下稳定地进行冷冻循环运转。
在本实施例的空调机中，由内置于计算部件71A中的微机运算预先已经编程的计算公式从而计算出最佳膨胀阀开度。但是，预先将计算结果作为数据储存于存储部件71C中，再通过调出与已检测到的转数和蒸发器温度相对应的数据进行控制也能得到同样的效果。如果这样控制阀25，则可迅速而稳定地进行冷冻循环运转。
虽然上述说明中以制冷运转说明了各公式的常数，但在制热运转时则必须将这些常数置换为不同的值以进行控制。
实施例2图7是本发明的实施例2的空调机的控制方法所使用的控制装置的简要方框图。是在室外控制部(以下，称为控制部)72中装入了计算从变更压缩机转数开始的时间、并与设定时间进行比较的定时部71B。除此以外的结构与实施例1相同。
定时部71B在控制部72一变更压缩机转数时起定时器就开始计数，判断是否超过预先设定好的时间。若转数未变更，则控制部72按实施例1的公式(1)计算的基准膨胀阀开度进行冷冻循环的运转。而且，若由定时部71B判断经过设定的时间，则控制部72就按由计算部件71A使用实施例1的公式(1)、(2)、(3)计算的最佳膨胀阀开度进行冷冻循环的运转。采用这样的结构，即使在压缩机转数有很大变更的情况下，也可以预先在计算近似的运转后最佳膨胀阀开度的情况下进行可靠脉冲数的计算。
如上所述，采用本发明，通过检测受膨胀阀开度影响少、与压缩机转数、环境温度等相比变动较大的蒸发器的中间部分的温度以决定膨胀阀开度。因此，不需要复杂的反馈控制则可稳定地控制冷冻循环。另外，由于在计算中使膨胀阀开度和蒸发器中间部分温度无因次化，因而，即使在做成计算公式的过程中是以特定的压缩机转数做成的，但也可应用到其它的转数中。因此，可节约开发时的实验工时。
权利要求
1.一种空调机，其特征在于，具有功率可变的压缩机，冷凝器，电子膨胀阀，蒸发器，包含上述蒸发器的中间部分、设置在上述蒸发器的中间部分和上述蒸发器的吸入口之间的用于检测上述蒸发器的温度的温度传感器，使用上述温度传感器的输出和上述压缩机的上述转数、控制上述电子膨胀阀的开度到最佳开度、从而使得上述温度传感器输出的温度的上述蒸发器的热交换效率达到最大的控制部。
2.根据权利要求1所述的空调机，其特征在于，上述控制部进行如下计算使用一定的计算公式由上述压缩机的转数计算出基准膨胀阀开度和基准蒸发器温度；上述基准膨胀阀开度是在将上述压缩机转数以外的条件设置成一定的空调机的测定条件中，上述蒸发器的功率达到最大的上述电子膨胀阀的开度；上述基准蒸发器温度是调整上述电子膨胀阀的开度使上述蒸发器的效率达到最大时的上述温度传感器的温度；使用一定的计算公式由以上述基准蒸发器温度去除上述温度传感器输出的上述温度得到的比蒸发器温度计算出比膨胀阀开度；通过求上述基准膨胀阀开度和上述比膨胀阀开度的乘积以计算出上述膨胀阀的上述最佳开度。
3.根据权利要求1所述的空调机，其特征在于，还具有储存上述最佳开度的存储部，上述控制部使用储存在上述存储部中的上述最佳开度控制上述电子膨胀阀的开度。
4.根据权利要求2所述的空调机，其特征在于，还具有定时部，当上述压缩机的转数已改变时，上述控制部在上述定时部对规定时间进行计时期间，将上述电子膨胀阀的开度保持在上述基准膨胀阀开度；在上述定时部的计时超过规定时间之后，根据上述压缩机的改变后的转数和上述压缩机的改变后的上述蒸发器的温度控制上述膨胀阀的开度使上述蒸发器的效率达到最大。
5.一种空调机的控制方法，该空调机具有功率可变的压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器，其特征在于，具有以下步骤①检测包含上述蒸发器的中间部分、在上述蒸发器的中间部分和上述蒸发器的吸入口之间的上述蒸发器的温度的步骤；②检测上棕压缩机的转数的步骤；③为了用上述蒸发器的上述温度和上述压缩机的上述转数，使已检测出的上述蒸发器的上述温度中的上述蒸发器的热交换效率达到最大，将上述电子膨胀阀的开度控制到最佳开度的步骤。
6.根据权利要求5所述的空调机的控制方法，其特征在于上述步骤③还包括以下步骤④使用一定的计算公式由上述压缩机的转数计算出基准膨胀阀开度和基准蒸发器温度的步骤；上述基准膨胀阀开度是将上述压缩机转数以外的条件设置成一定的空调机的测定条件中，上述蒸发器的效率达到最大的上述电子膨胀阀的开度；上述基准蒸发器温度是调整上述电子膨胀阀的开度使上述蒸发器的效率达到最大时的上述蒸发器的温度；⑤使用一定的计算公式由以上述基准蒸发器温度去除已检测出的上述蒸发器的温度得到的比蒸发器温度算出比膨胀阀开度的步骤；⑥求上述基准膨胀阀开度和上述比膨胀阀开度的乘积的步骤。
7.根据权利要求6所述的空调机的控制方法，其特征在于还具有⑦储存上述最佳开度的步骤，使用上述已储存的上述最佳开度以控制上述电子膨胀阀开度。
8.根据权利要求6所述的空调机的控制方法，其特征在于还具有以下步骤⑧当上述压缩机的转数已改变时，对规定时间进行计时的步骤；⑨在上述步骤⑧的计时过程中保持上述电子膨胀阀的开度为上述基准膨胀阀开度的步骤；⑩在上述规定时间的计时超过后，根据上述压缩机改变后的转数和上述压缩的改变后的上述蒸发器的温度，控制上述膨胀阀的开度使上述蒸发器的效率达到最大的步骤。
全文摘要
本发明涉及构成变频式空调机的冷冻循环的电子膨胀阀的开度控制技术，尤其是涉及不进行反馈控制而进行适当的膨胀阀的开度控制的空调机及其控制方法。本发明的空调机将作为蒸发器发挥作用的热交换器的温度传感器安装在热交换器的中间部分或者与之相比更靠吸入口一侧，从而使膨胀阀开度的影响少、而且可检测热交换器的平均温度。并且，在电子膨胀阀的控制中，使用该传感器的输出和压缩机的转数，利用通过预先实验求得的计算公式计算蒸发器热交换效率达到最大的最佳膨胀阀的开度，以此控制电子膨胀阀。采用这种结构，不进行反馈控制，也能决定可靠的膨胀阀的开度，使冷冻循环稳定地进行。
文档编号F25B1/00GK1499148SQ20031010327
公开日2004年5月26日 申请日期2003年11月4日 优先权日2002年11月7日
发明者大泷镇雄 申请人:松下电器产业株式会社