CN101901017B - 节流机构的模糊控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节流机构的模糊控制系统及方法。根据本发明，制冷循环系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器，所述控制方法包含以下的步骤：监测蒸发器的制冷剂蒸发温度和蒸发器的供水流体温度，定义蒸发器的小温差为所述供水流体温度减去制冷剂蒸发温度的温度差；监测冷凝器排出的制冷剂温度和冷凝器排出的制冷剂饱和温度，定义冷凝器排出的制冷剂过冷度为所述制冷剂饱和温度减去制冷剂温度；利用所述蒸发器的小温差和冷凝器排出的制冷剂过冷度计算电子膨胀阀的节流口开度值。根据本发明的方法和设备可以解决现有技术中蒸发器液位信号不稳定导致无法实现对电子膨胀阀开度的稳定且精确的调节的问题。

Description

节流机构的模糊控制系统及方法

技术领域

本发明涉及用于包含螺杆式压缩机和以电子膨胀阀作为节流机构的制冷系统，尤其涉及对该制冷系统中的电子膨胀阀开度进行调节的装置和方法。

背景技术

制冷系统的原理是：制冷系统工作在高温环境和低温环境中，在制冷循环系统中制冷剂循环流动将低温环境中的热量排放到高温环境中，在热泵循环系统中制冷剂循环流动将低温环境中的低品位热量连同输入功率一同转化为高品位的热量排放到高温环境中。

图1示出了现有制冷系统的基本结构。制冷系统100应至少包含蒸发器、冷凝器、压缩机和节流机构四个部件。如图1所示，带箭头的实线示出了制冷剂在制冷循环系统100中循环流动的回路。压缩机101吸入从蒸发器103出气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩，排出高温高压的制冷剂过热气体送入冷凝器102，这些气体在冷凝器102中与高温环境交换热量，制冷剂气体冷凝为制冷剂液体，制冷剂冷凝释放潜热，排入高温环境中，高温高压的制冷剂液体再通过节流机构104变为低温低压的制冷剂气液两相混合物并流入蒸发器103中，制冷剂气液两相混合物在蒸发器103中与低温环境交换热量，制冷剂液体从低温环境中吸收热量蒸发为气体，这些气体再次被压缩机101吸入，由此开始下一轮循环。

制冷循环系统中的压缩机可选用螺杆式压缩机。通常地，螺杆压缩机的制冷系统和润滑油系统是非隔离型的，在制冷剂循环流动过程中，压缩机润滑油也处于循环流动过程中，润滑油的循环过程与制冷剂的循环流动是不完全相同的。压缩机的吸入和排出的制冷剂气体都携带有一定含量的液相和气相润滑油。在采用螺杆压缩机的制冷系统中，螺杆压缩机的轴承，转子和其他运动部件都需要通过喷油来达到润滑、密封、冷却的作用，而制冷系统中却需要尽量少的润滑油含量以保证换热器(包括蒸发器和冷凝器等)的传热性能。因此螺杆压缩机都配置有油分离器和油槽，油分离器和油槽可以内置于压缩机结构内部，也可以是外置油分离器和外置油槽，油分离器油槽通过系统压差和油泵装置提供压缩机所需循环的润滑油量的动力。

制冷循环系统中的蒸发器可选用满液式蒸发器。通常地，制冷系统的节流机构可以是热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流孔板和浮球阀等。但这几种节流机构由于其工作原理的不同并非都适合于采用满液式蒸发器的制冷系统。热力膨胀阀的工作原理是：通过控制蒸发器排出的制冷剂的过热度来控制膨胀阀的开度。热力膨胀阀控制用的过热度控制包括静态过热度和动态过热度两部分，在很低的过热度(如＜2℃)时，热力膨胀阀的控制有可能是震荡且不稳定的。此外，由于满液式蒸发器的换热管浸没于制冷剂气液两相混合物中，满液式蒸发器排出的制冷剂的过热度(通常称为蒸发器排出的吸气过热度)并不随制冷剂液位和供液量的变化有明显变化，而热力膨胀阀需要的吸气过热度需要呈近似线形的控制信号来近似线性的控制蒸发器的供液量。因此，热力膨胀阀不适合控制满液式蒸发器的制冷剂供液量。而节流孔板和浮球阀适用于特定容量和容量变化范围的制冷系统，适用于特定的控制精度要求。当冷凝器的配置不同时，诸如采用风冷式冷凝器，或者在控制精度要求高的应用场合中，节流孔板和浮球阀常常不能很好的发挥作用。因此，对于采用满液式蒸发器的制冷循环系统，电子膨胀阀作为节流机构可实现较高精度的近似线性的制冷剂供液量控制，可以采用更有效的控制信号来控制电子膨胀阀的节流口开度，并且适用于风冷冷凝器、水冷冷凝器等配置，且容量调节范围宽，比节流孔板和浮球阀的效果更好。

对于采用满液式蒸发器和壳侧冷凝器的制冷循环系统，通常需要对蒸发器的供液量(蒸发器液位)进行控制。这一控制通常可以采用步进电机电动蝶阀来改变进入蒸发器的制冷剂流量。电动蝶阀的控制信号通常来源于插入到壳侧冷凝器的液位传感器信号，通过控制冷凝器的液位来间接控制蒸发器的液位。然而，采用步进电机电动蝶阀和冷凝器液位传感器的方法会由于采用了其他类型的冷凝器而不能实现在其他系统设计上的通用性，并且电动蝶阀的不同开度的制冷剂供液量的变化线性也相对较差。因此，对于满液式蒸发器的系统，蒸发器的供液量也可以采用控制电子膨胀阀的开度来进行调节。电子膨胀阀开度的调节通常来源于由插入到满液式蒸发器的液位传感器采集的信号。然而在实际中，由于进入到蒸发器的是气体质量组分约占20％左右的气体和液体制冷剂的混合物，在与换热管接触时，与管内流体交换热量，换热管壁表面形成核态沸腾的气泡，因此整个蒸发器的筒体内处于剧烈沸腾的状态，这导致了液位信号的输出会比较剧烈因此十分不稳定，进而导致无法实现对电子膨胀阀开度的稳定且精确的调节。因此，为了得到稳定的蒸发器液位，需要对制冷循环系统的控制和结构设计进行改进，从而能够采集到可靠稳定的信号以精确地控制电子膨胀阀的开度。

发明内容

为了能克服上述缺点，得到稳定的蒸发器液位信号，本发明提出一种控制制冷剂循环系统中的电子膨胀阀开度的方法，所述的制冷循环系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器，所述方法包含以下的步骤：监测蒸发器的制冷剂蒸发温度和蒸发器的供水流体温度，定义蒸发器的小温差为所述供水流体温度减去制冷剂蒸发温度的温度差；监测冷凝器排出的制冷剂温度和冷凝器排出的制冷剂饱和温度，定义冷凝器排出的制冷剂过冷度为所述制冷剂饱和温度减去制冷剂温度；利用所述蒸发器的小温差和冷凝器排出的制冷剂过冷度计算电子膨胀阀的节流口开度值。

根据本发明的一个方面，所述方法还包含以下步骤：监测压缩机的油温度和压缩机的油压，根据所述油压计算所述压缩机的饱和油温，定义油温差为压缩机的油温度减去饱和油温，当压缩机的油温差高于或低于一个设定值时，控制电子膨胀阀的节流口开度。

根据本发明的另一个方面，所述方法还包含以下步骤：监测所述制冷循环系统的环境温度和所述压缩机的电流，计算出冷凝器排出的液体过冷度的控制目标值；定义冷凝器排出的平均过冷度为所述制冷剂过冷度的计算平均值；定义冷凝器排出的平均过冷度的静偏差为所述平均过冷度减去冷凝器排出的过冷度的目标值；定义冷凝器排出的平均过冷度的变化率为当前采样时刻的平均过冷度减去上一采样时刻的平均过冷度；根据所述控制目标值、所述平均过冷度的静偏差和所述平均过冷度的变化率计算或查表确定电子膨胀阀的第一开度值。

根据本发明的另一个方面，所述方法还包含以下步骤：监测所述制冷循环系统的环境温度，根据所述供水流体温度和环境温度计算蒸发器小温差的温度修正值；监测所述压缩机的电流，根据所述压缩机电流计算蒸发器小温差的负荷修正值；为蒸发器的小温差设定一个设定值，通过所述设定值、所述小温差的温度修正值和所述小温差的负荷修正值来计算蒸发器小温差的修正控制值；定义蒸发器的小温差的静偏差为所述小温差减去小温差的修正控制值；定义蒸发器的小温差的变化率为当前采样时刻的小温差减去上一个采样时刻的小温差；根据所述蒸发器小温差的修正控制值、所述蒸发器的小温差的静偏差和蒸发器的小温差的变化率计算或查表确定电子膨胀阀的第二开度值。

根据本发明的另一方面，其中所述的压缩机是螺杆式压缩机。所述的蒸发器是满液式蒸发器。

本发明还提供了实施上述控制制冷剂循环系统中的电子膨胀阀开度方法的相应设备。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是说明制冷循环系统的一般性工作原理的示意图；

图2是根据本发明的制冷循环系统和控制回路的示意图；

图3是根据本发明的电子膨胀阀的控制流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

下面结合附图对本发明做更为详尽的说明。

如图2所示，根据本发明的制冷系统200包括：压缩机201、冷凝器202、蒸发器203、电子膨胀阀(EXV)204、控制主板205和EXV控制器206。在图2中，带箭头的实线示出了制冷剂在制冷系统200中循环流动的回路。按照制冷剂在制冷系统200内的流动方向，电子膨胀阀(EXV)204的阀前为冷凝器202，阀后为蒸发器203，电子膨胀阀204接收来自于EXV控制器206输出的控制其节流口开度的控制信号。蒸发器203的水系统通过水泵形成循环流动，回水进入蒸发器203中与制冷剂交换热量后排出蒸发器203成为可供使用的供应水。

在根据本发明的制冷系统200中，还设置了多个传感器用于感测制冷系统200中不同位置的温度、压力等信号。在图2中，带箭头的虚线示出了由控制主板205采集各个传感器感测的信号进行计算处理，并最终输出到EXV控制器206用来控制电子膨胀阀204动作的控制回路。制冷系统200中设置的传感器包括：LLT温度传感器211，读出由冷凝器202排出的制冷剂的温度(LLT)并传输给控制主板205接收；SLLT压力传感器212，读出由冷凝器202排出的制冷剂的压力并传输给控制主板205接收，并在控制主板205处将所述压力读数转换成冷凝器202排出的制冷剂的饱和温度(SLLT)；ET压力传感器213，读出蒸发器203内的制冷剂蒸发压力并传输给控制主板205接收，并在控制主板205处将所述压力读数转换成蒸发器203内的制冷剂蒸发温度(ET)，这里需要说明的是，在此处采用了压力传感器而不是用温度传感器来读取蒸发温度，这是由于压力传感器的精度比热敏电阻温度传感器更高而且压力传感器的动作灵敏度比热敏电阻温度传感器更高；CHLFT温度传感器214，读出蒸发器203的供水流体温度(CHLFT)并传输给控制主板205接收；CHRFT温度传感器215，读出蒸发器203的回水流体温度(CHRFT)并传输给控制主板205接收；OST温度传感器216，读出压缩机201的油温(OST)并传输给控制主板205接收；OSP压力传感器217，读出压缩机201的油压(OSP)并传输给控制主板205接收，并在控制主板205处将所述压力读数转换成压缩机饱和油温(SOST)；电流传感器218，读出压缩机电流(CC)并传输给控制主板205接收；AT温度传感器219，读出环境温度(AT)并传输给控制主板205接收。控制主板205通过以上各个传感器采集到的信号并通过计算得到电子膨胀阀的节流口的动作步数，并将动作步数的动作指令传达给EXV控制器206，由EXV控制器206将动作步数的模拟信号转换为数字信号，并送达电子膨胀阀204的执行机构从而控制电子膨胀阀204的开度。

需要指出的是，在图2中所示的信号控制回路中，控制主板205和EXV控制器206设置为单独的模块，控制主板205采集信号，将信号处理后转化为电子膨胀阀的动作指令传达给EXV控制器206。但是也可以将控制主板205和EXV控制器206整合在同一个控制器中。此外，图2中所示为一个独立的压缩机，但可以将2个或2个以上的压缩机并联连接在同一个回路中。图2中所示为一个独立的制冷剂循环回路，但也可以是两个独立的制冷剂循环回路。图2中所示为一个单回路的满液式蒸发器，但可以是采用中间管板结构的双腔独立的双回路的满液式蒸发器。制冷系统200中使用的温度传感器和压力传感器可采用本领域技术人员熟知的可用于感测温度和压力的任意类型的传感器，例如温度传感器可采用热敏电阻式温度传感器。

用如上所述的传感器感测的温度和压力信号按照下列公式进行计算，定义出如下的变量：

DTE＝CHLFT-ET     (1)

ICSC＝SLLT-LLT    (2)

IOTD＝OST-SOST    (3)

其中，将蒸发器的小温差(DTE)定义为蒸发器的供水流体温度(CHLFT)减去蒸发器内的制冷剂蒸发温度(ET)；将冷凝器排出的液体制冷剂过冷度(ICSC)定义为冷凝器排出的制冷剂的饱和温度(SLLT)减去冷凝器排出的制冷剂的温度(LLT)；将油温差(IOTD)定义为压缩机的油温度(OST)减去饱和油温(SOST)。以上定义的变量DTE、ICSC和IOTD用于控制电子膨胀阀的节流口的开度，从而控制进入蒸发器的制冷剂供液量，最终实现较高精度的制冷剂供液量控制。

下面将进一步对控制电子膨胀阀204的节流开口度的控制方式进行说明。

根据本发明，控制电子膨胀阀节流口开度的最终目的是为了保证合适的满液式蒸发器的制冷剂液位，即合理的蒸发器供液量。但是，如果仅通过控制蒸发器的小温差来控制电子膨胀阀的开度，由于蒸发器的小温差的变化不是随蒸发器液位的变化而近似线性变化，这就造成了制冷剂液位变动的同时蒸发器小温差却保持不变，而仅当液位变化较大时，蒸发器的小温差才会变化，即当液位明显偏低时，小温差偏大；当液位明显偏高时，小温差偏小。这会导致压缩机出现连续的吸气带液现象。因此，仅采用小温差作为控制电子膨胀阀开度的变量，其控制精度和灵敏度较差。此外，小温差随液位变化而变化的范围应该在±2.0℃之内，在这么小的区间内要稳定地控制蒸发器的液位，控制精度和灵敏度都较差。

对于小温差而言，系统需要保持满液式蒸发器的小温差在控制区间范围内。过高的小温差说明蒸发器供液不足，过低的小温差说明蒸发器过量供液。控制蒸发器小温差过低可以避免压缩机吸入的过量的液体制冷剂，而控制蒸发器小温差过高可以避免由于压缩机吸入气体量不足导致的压缩机制冷量不足或者抽空。

此外，为避免制冷剂液体在节流机构中流动的降温、降压过程中的气体闪发导致的节流机构动作不稳定，节流机构容量损失导致蒸发器供液不足和供液不稳定，还需要控制冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度。对于采用满液式蒸发器的制冷系统，大部分的制冷剂量存在于满液式蒸发器中，因此有必要控制冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度。而且，通常的冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度的变化范围较大(如0℃～15℃)，冷凝器排出的过冷度变化范围宽，过冷度随膨胀阀的开度的变化线性度也较蒸发器的小温差好。

本发明正是综合考虑了蒸发器的小温差和冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度这两个参数的以上性质，采用了控制蒸发器的小温差和冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度相结合的方式，通过模糊控制的方法，使过冷度控制和小温差控制相互补充，以加强电子膨胀阀控制的稳定性和精度。通过二者相结合的方式，可以较好的间接控制蒸发器的供液量。因此，采用过冷度控制信号和小温差控制信号相结合，一方面可以保证蒸发器的传热性能，另一方面更保证了冷凝器的传热性能，机组的运行效率和运行稳定性由于可控制的过冷度而显著提高。

为了控制冷凝器排出的过冷度，通常在冷凝器排出口位置形成一段有效的制冷剂液封，这在制冷系统实际应用时都是常用且有益的控制手段。例如，如果当冷凝器的安装位置高于蒸发器的安装位置时，并且如果当冷凝器的制冷剂存贮量远小于蒸发器存贮量时，控制冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度，调节电子膨胀阀的节流口开度会达到降低蒸发器液位波动，达到更好的稳定蒸发器供液量的目的。例如，当制冷系统运行于高的压比下，且压缩机处于低负载运行时，控制冷凝器排出的过冷度形成制冷剂液封，以避免可能的高低压串气等问题。

本发明采用电子膨胀阀的阀前参量(冷凝器过冷度)和阀后参量(蒸发器小温差)相结合的方式来控制电子膨胀阀的节流口开度，控制回路与电子膨胀阀在制冷系统中工作在高温高压区制冷剂的冷凝器和低温低压区制冷剂的蒸发器的制冷剂循环回路是相匹配的。过冷度主要用于控制保证蒸发器和冷凝器的传热性能。保持冷凝器排出的过冷度在控制区间范围内，可以保证蒸发器在各种运行工况下的稳定供液，以便确保合适的满液式蒸发器的传热性能和冷凝器的传热性能，提高整机运行效率。小温差主要用于控制保证蒸发的传热性能和避免过量供液导致的压缩机吸气带液。保持满液式蒸发器的小温差在控制区间范围内，以避免蒸发器过供液导致的压缩机连续的吸气带液。综上所述，本发明采用了控制冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度和蒸发器的小温差相结合的方式来控制电子膨胀阀的开度的方法，可以显著提高蒸发器液位控制稳定性和精度。

除了如上所述的通过蒸发器的小温差和冷凝器排出的液体制冷剂的过冷度这两个参数的结合控制电子膨胀阀的开度以外，还可以通过检测压缩机润滑油的油温变化来控制电子膨胀阀的开度。螺杆压缩机虽然是最能够容忍吸气带液的压缩机，但是大量连续的吸气带液也会造成润滑油稀释、油膜冲散、轴承和转子损伤等问题。少量的吸气带液会冷却排气，提高压缩机的压缩效率。少量的吸气带液在压缩机压缩过程中吸收压缩热量而蒸发为气体，最终排出压缩机的是饱和或者过热的气体。当大量连续的吸气带液时，压缩过程无法完全气化这些吸入液体，排出的液体会滴落到压缩机的内置油槽或者外置油槽中，并在油槽中继续蒸发，从而吸收油的热量，从而显著降低压缩机的油温。因此，一旦出现大量连续的吸气带液，油温会出现明显的降低。通过检测油温的变化来控制电子膨胀阀的开度，可以避免压缩机连续大量的吸气带液的产生，以保护压缩机。

下面结合图3的控制流程图来详细说明根据本发明的电子膨胀阀的控制方法过程。

首先定义以下设定值和变量：MXSTEP为电子膨胀阀的最大开度，MNSTEP为电子膨胀阀的最小开度，n为电子膨胀阀的单位动作步数，ISTEP为电子膨胀阀预置步数，PELS为蒸发压力过低保护值，PE为蒸发压力，δ为蒸发压力变化率，定义为当前采样时刻的蒸发压力减去上一采样时刻的蒸发压力。以上7个参数可以通过制造商、安装者或使用者编程到系统控制中。

采样周期为i，采样周期的范围是1～50s，可通过编程设定。σ为设定机组启动时间，可通过制造商、安装者或使用者编程到系统控制中。一个采样周期内，同时采集各个传感器感测的信号进行计算处理，并最终输出到EXV控制器用来控制电子膨胀阀动作，也就是说在一个采样周期内完成一次所有控制信号的处理和一次电子膨胀阀的动作。

ΔT为水温差，定义为蒸发器的返回流体温度(CHRFT)减去蒸发器的供水流体温度(CHLFT)。

对于采用中间管板结构的双腔独立的双回路的满液式蒸发器，其中一个独立系统的出水温度为CHILFT，另一个独立系统的出水温度为MCHLFT，后者系统的小温差根据式(4)计算。两个温度分别用于计算各自独立的蒸发器小温差。MCHLFT根据CHLFT、CC、ΔT等参数通过表1计算得到。

DTE＝MCHLFT-ET                                    (4)

表1、MCHLFT计算

DTES为蒸发器小温差的设定值(可以通过制造商、安装者或使用者编程到系统控制中)，DTEC_SET1和DTEC_SET2分别是蒸发器小温差的温度修正值和蒸发器小温差的负荷修正值，DTEC为蒸发器小温差的修正控制值。DTEC是通过DTES、DTEC_SET1和DTEC_SET2三个参数通过公式(6)(8)计算得到，

DTEC＝(DTES+DTEC_SET1)×DTEC_SET2                            (6)

DTEC_SET1＝k1×CHLFT+k2×AT                                  (7)

DTEC_SET2＝k3+k4×CC                                         (8)

其中k1为0.63，k2为-0.15；k3为0.2，k4为0.85。

这样进行计算的目的是，蒸发器小温差的修正控制值DTEC是随着环境温度、水温和压缩机负荷而变化的。DTEC即蒸发器小温差的控制目标值。将蒸发器的小温差的静偏差ΔDTE定义为小温差DTE减去小温差的目标值DTEC；将蒸发器的小温差的变化率θ定义为当前采样时刻的小温差DTE(i)减去上一个采样时刻的小温差DTE(i-1)。

MLCSC是冷凝器排出的液体过冷度的控制目标值，MLCSC是根据环境温度AT和压缩机电流CC通过计算公式(7)计算得到，

MLCSC＝k4×CC+k5×AT                                        (7)

其中k4为0.12，k5为0.35。

这样计算的目的是，冷凝器排出的过冷度的控制目标值是根据环境温度和压缩机的负荷而变化的。

冷凝器排出的平均过冷度ACSC是冷凝器排出的过冷度ICSC的计算平均值，平均的压缩机油温差AOTD是压缩机油温差IOTD的计算平均值。ACSC和AOTD分别通过式(8)和式(9)计算得到，

$\mathrm{ACSC}=\left[\begin{array}{c}\frac{1}{\mathrm{\&sigma;}}\&times;\underset{i=0}{\overset{\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{ICSC}\left(i\right),i<\mathrm{\&sigma;}\\ \frac{1}{t}\&times;\underset{i}{\overset{i+t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{ICSC}\left(i\right),i\&GreaterEqual;\mathrm{\&sigma;}\end{array}\right.---\left(8\right)$

$\mathrm{AOTD}=\left[\begin{array}{c}\frac{1}{\mathrm{\&sigma;}}\&times;\underset{i=0}{\overset{\mathrm{\&sigma;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{IOTD}\left(i\right),i<\mathrm{\&sigma;}\\ \frac{1}{t}\&times;\underset{i}{\overset{i+t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{IOTD}\left(i\right),i\&GreaterEqual;\mathrm{\&sigma;}\end{array}\right.---\left(9\right)$

将冷凝器排出的平均过冷度的静偏差ΔACSC确定为冷凝器排出的平均过冷度ACSC减去冷凝器排出的过冷度的目标值(MLCSC)。将冷凝器排出的平均过冷度的变化率Φ确定为当前采样时刻的平均过冷度ACSC(i)减去上一采样时刻的平均过冷度ACSC(i-1)。

计算平均值可以采用几何平均值等本领域技术人员熟知的任意算法来实现。采用平均值的目的是消除机组不稳定运行时各参数不稳定的波动值，从而提高电子膨胀阀控制稳定性。

第一开度值EXV_STEP1是根据平均的冷凝器排出的平均过冷度ACSC确定的电子膨胀阀的开度值；第二开度值EXV_STEP2根据蒸发器的小温差DTE确定的电子膨胀阀的开度值。

EXV_STEP1是根据冷凝器排出的过冷度的目标值MLCSC、冷凝器排出的平均过冷度的静偏差ΔACSC和冷凝器排出的平均过冷度的变化率Φ三个参数通过查表2获得。

表2、EXV_STEP1

EEV_STEP1
						ACSC	φ＜-3	-3≤φ≤-1	-1≤φ≤1	1≤φ≤3	φ＞3
ACSC＜MLCSC-3	-5n	-4n	-3n	-2n	-n
						MLCSC-3≤ACSC＜MLCSC-1	-4n	-3n	-2n	-n	0
MLCSC-1≤ACSC＜MLCSC+1	-3n	-2n	-n	0	n
						MLCSC+1＜ACSC≤MLCSC+3	-2n	-n	0	n	2n
MLCSC+3＜ACSC≤MLCSC+5	0	n	2n	3n	4n
						MLCSC+5＜ACSC≤MLCSC+7	n	2n	3n	4n	5n
MLCSC+7＜ACSC≤MLCSC+9	2n	3n	4n	5n	6n
						MLCSC+9≤ACSC	3n	4n	5n	6n	6n

EXV_STEP2可以采用两种方法计算：1)根据蒸发器的小温差的目标值DTEC、蒸发器的小温差的静偏差ΔDTE和蒸发器的小温差的变化率θ三个参数通过查表3获得；或2)根据蒸发器的小温差的目标值DTEC、蒸发器的小温差的静偏差ΔDTE和蒸发器的小温差的变化率θ、压缩机的油温差设定值OTD_SET和平均的压缩机的油温差AOTD五个参数通过查表3获得。两种方法都可以单独用于确定电子膨胀阀的开度EXV_STEP2。采用方法1，可采用同时使用表3的控制区间1和控制区间2。采用方法2，仅使用控制区间1。当平均的压缩机的油温差(AOTD)高于设定值OTD_SET时，采用控制区间1，平均的压缩机的油温差(AOTD)低于设定值OTD_SET时，采用控制区间2。一般地，这里的OTD_SET的值是预先设置的，比如说，3摄氏度或5摄氏度等。

表3、EXV_STEP2

参阅图3，一开始在步骤20设定本发明中的各个变量的数值，即设定蒸发器小温差DTE和小温差的变化率θ、平均的冷凝器排出的过冷度ACSC和平均过冷度的变化率Φ、平均的压缩机油温差AOTD，分别作为控制为电子膨胀阀开度的变量。在步骤20中还需计算和查表DTEC、DTEC_SET1、DTE_SET2以及EXV_STEP1(下一时刻电子膨胀阀动作步数1)和EXV_STEP2(下一时刻电子膨胀阀动作步数2)这些参数的值。根据公式(4)～(9)和表2～表3。

在步骤21中，检查压缩机运行时间是否大于机组启动时间设定值σ，如果否则进入步骤23。在步骤23中，电子膨胀阀EXV将保持在预置步数位置ISTEP，并直到压缩机运行时间大于机组启动时间设定值σ后才进入步骤22。在步骤22中，检查AOTD≤OTD_SET条件是否满足；如果是，则电子膨胀阀EXV将保持在预置步数位置ISTEP，如果不是，则进入步骤24。从机组开机时刻算起，第一次程序进入到步骤24以后的下一个采样周期将不再执行步骤22，即从下一个采样周期，当满足步骤21的压缩机运行时间大于机组启动时间设定值σ后，程序直接进入到步骤24中，不再执行步骤22。

在步骤24中，将下一时刻电子膨胀阀的动作步数(EXV_STEP)定义为EXV_STEP1加上EXV_STEP1。电子膨胀阀在下一时刻的开度将被调整为EXV_NEW_POSITION(下一时刻EXV的开度)，它定义为当前时刻的电子膨胀阀的开度EXV_OLD_POSITION加上EXV_STEP。在步骤25中，检查当前时刻的蒸发压力PE是否小于蒸发压力保护值PELS加上30，如果否则程序进入步骤34中，如果是则程序进入步骤26，此时表明蒸发器的供液量不足，液位明显偏低；当蒸发器的供液量偏小时，最直接的反应就是蒸发器的液位已经很低，而蒸发器的小温差很高。当蒸发器内混合的润滑油的含量超过一定比例时，蒸发器的小温差会受到油含量的影响，即使供液量稳定，液位合理，小温差也会偏高，因此这里采用蒸发压力作为判断值比采用小温差作为判断值更能直接快速地判断是否产生了蒸发器供液明显偏少的现象，而如果采用小温差过低作为判断值会出现误判断。在步骤26中，判断当前时刻的蒸发压力PE是否小于蒸发压力保护值PELS，如果是则进入步骤28，如果否则进入步骤27。在步骤27中，判断蒸发压力变化率δ是否超过-50kPa，如果否则进入步骤34，如果是则步骤进入28。在步骤28中，下一时刻电子膨胀阀的动作步数(EXV_STEP)将被重新定义为14n，取代在步骤24中计算的EXV_STEP。步骤26和步骤27都可以通过判断进入步骤28。在步骤29中，下一时刻的开度EXV_NEW_POSITION将被重新计算，即EXV_NEW_POSITION＝EXV_OLD_POSITION+EXV_STEP，以取代在步骤24中计算的EXV_NEW_POSITION。在步骤30中，需要比较计算得到的下一时刻的开度EXV_NEW_POSITION是否超过EXV允许的极限最大开度MXSTEP，这一设定值可通过编程设定，目的是为了保证电子膨胀阀可以适用于不同冷量的蒸发器的供液控制。在步骤30中，如果EXV_NEW_POSITION超过极限最大开度MXSTEP，则在步骤31中将EXV_NEW_POSITION重新定义为MXSTEP，并进入步骤32；如果EXV_NEW_POSITION没超过极限最大开度MXSTEP，则保持在步骤29中计算值EXV_NEW_POSITION，直接进入步骤32。从步骤26～32的控制是针对蒸发器出现供液不足，蒸发压力的静偏差和变化率检测参数变化达到设定条件的情况进行的，此时电子膨胀阀会按照在步骤30或31计算的EXV_NEW_POSITION作为下一时刻的电子膨胀阀的开度。

在步骤34和步骤35中，电子膨胀阀在下一时刻的开度EXV_NEW_POSITION是在步骤24中计算得到的，将步骤24中计算得到EXV_NEW_POSITION和以下两个参数MNSTEP(极限最小开度)与MXSTEP(极限最大开度)进行比较。如果EXV_NEW_POSITION小于MNSTEP，则在步骤36中EXV_NEW_POSITION被重新赋值为MNSTEP；如果EXV_NEW_POSITION大于MXSTEP，则在步骤37中EXV_NEW_POSITION被重新赋值为MXSTEP；如果EXV_NEW_POSITION位于MNSTEP和MXSTEP之间，则EXV_NEW_POSITION就是最终的电子膨胀阀在下一时刻的开度。接着执行步骤38，按照此时的EXV_NEW_POSITION值调节电子膨胀阀的开度，至步骤38止，完成了这一采样周期内的一次电子膨胀阀的动作。返回到程序开始步骤20开始下一周期的电子膨胀阀动作程序。只要机组处于运行过程中，电子膨胀阀程序将始终循环执行。

根据本发明，电子膨胀阀的开度是根据平均的冷凝器排出的过冷度ACSC确定的电子膨胀阀的开度值EXV_STEP1和根据蒸发器的小温差DTE确定的电子膨胀阀的开度值EXV_STEP2来控制的，这两个变量分别通过模糊控制的方法查表得到。显然，模糊控制查表的方法和将表格转换为计算公式的方法是没有本质区别的。

本发明中也可以省略检测油温的步骤，亦能达到相似的效果，即省略图2中的步骤22或省略执行步骤22的装置。具体的步骤执行过程基本相同，这里不再重复。

本发明也适用于电子膨胀阀控制其他类型的蒸发器的供液量控制，所述的蒸发器不仅限于满液式蒸发器，也可适用于例如制冷剂在管外沸腾换热的蒸发器，如降膜式蒸发器、喷膜式蒸发器和板式满液蒸发器等。本发明也适用于通过其他类型的电动控制的节流机构，而不仅限于电子膨胀阀。

本发明的上述具体实施例在此用于描述本发明，而非意在将穷尽本发明或将本发明限制在这里所披露的某些具体的实施方式上。本领域技术人员可以明白的是，根据本发明的教导可以有多种变型或改变。选择这些实施例只是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使得本领域其他技术人员可以更好地利用本发明。具有各种变化形式的各种实施例都是适合于这一应用的。本发明的范围由附属的权利要求及其等效物所限定。

Claims (15)

1.一种控制制冷循环系统中的电子膨胀阀开度的方法，所述的制冷循环系统(200)包括压缩机(201)、冷凝器(202)和蒸发器(203)，所述方法包含以下的步骤：

监测蒸发器(203)的制冷剂蒸发温度(ET)和蒸发器(203)的供水流体温度(CHLFT)，定义蒸发器(203)的小温差(DTE)为所述供水流体温度(CHLFT)减去制冷剂蒸发温度的温度差(ET)；

监测冷凝器(202)排出的制冷剂温度(LLT)和冷凝器(202)排出的制冷剂饱和温度(SLLT)，定义冷凝器(202)排出的制冷剂过冷度(ICSC)为所述制冷剂饱和温度(SLLT)减去制冷剂温度(LLT)；

利用所述蒸发器(203)的小温差(DTE)和冷凝器(202)排出的制冷剂过冷度(ICSC)计算电子膨胀阀的节流口开度值。

2.根据权利要求1所述的方法，还包含以下步骤：

监测压缩机的油温度(OST)和压缩机的油压(OSP)，根据所述油压(OSP)计算所述压缩机的饱和油温(SOST)，定义油温差(IOTD)为压缩机的油温度(OST)减去饱和油温(SOST)，当压缩机的油温差(IOTD)高于或低于一个设定值(OTD_SET)时，控制电子膨胀阀的节流口开度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包含以下步骤：

监测所述制冷循环系统(200)的环境温度(AT)和所述压缩机(201)的电流(CC)，计算出冷凝器排出的液体过冷度的控制目标值(MLCSC)；

定义冷凝器排出的平均过冷度(ACSC)为所述制冷剂过冷度(ICSC)的计算平均值；

定义冷凝器排出的平均过冷度的静偏差(ΔACSC)为所述平均过冷度(ACSC)减去冷凝器排出的过冷度的目标值(MLCSC)；

定义冷凝器排出的平均过冷度的变化率(Φ)为当前采样时刻的平均过冷度(ACSC(i))减去上一采样时刻的平均过冷度(ACSC(i-1))；

根据所述控制目标值(MLCSC)、所述平均过冷度的静偏差(ΔACSC)和所述平均过冷度的变化率(Φ)计算或查表确定电子膨胀阀的第一开度值(EXV_STPE1)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，还包含以下步骤： 

监测所述制冷循环系统(200)的环境温度(AT)，根据所述供水流体温度(CHLFT)和环境温度(AT)计算蒸发器小温差的温度修正值(DTEC_SET1)；

监测所述压缩机(201)的电流(CC)，根据所述压缩机电流(CC)计算蒸发器小温差的负荷修正值(DTEC_SET2)；

为蒸发器(203)的小温差设定一个设定值(DTES)，通过所述设定值(DTES)、所述小温差的温度修正值(DTEC_SET1)和所述小温差的负荷修正值(DTEC_SET2)来计算蒸发器小温差的修正控制值(DTEC)；

定义蒸发器的小温差的静偏差(ΔDTE)为所述小温差(DTE)减去小温差的修正控制值(DTEC)；

定义蒸发器的小温差的变化率(θ)为当前采样时刻的小温差(DTE(i))减去上一个采样时刻的小温差(DTE(i-1))；

根据所述蒸发器小温差的修正控制值(DTEC)、所述蒸发器的小温差的静偏差(ΔDTE)和蒸发器的小温差的变化率(θ)计算或查表确定电子膨胀阀的第二开度值(EXV_STPE2)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述压缩机(201)是螺杆式压缩机。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述蒸发器(203)是满液式蒸发器。

7.一种控制制冷循环系统中的电子膨胀阀开度的设备，所述的制冷循环系统(200)包括压缩机(201)、冷凝器(202)和蒸发器(203)，所述设备包含以下装置：

监测所述蒸发器(203)的制冷剂蒸发温度(ET)的温度传感器；

监测所述蒸发器(203)的供水流体温度(CHLFT)的温度传感器；

监测所述冷凝器(202)排出的制冷剂温度(LLT)的温度传感器；

监测所述冷凝器(202)排出的制冷剂饱和温度(SLLT)的温度传感器；以及

计算电子膨胀阀的节流口开度值的装置，所述装置将蒸发器(203)的小温差(DTE)定义为所述供水流体温度(CHLFT)减去制冷剂蒸发温度的温度差(ET)，将冷凝器(202)排出的制冷剂过冷度(ICSC)定义为所述制冷剂饱和温度(SLLT)减去制冷剂温度(LLT)，利用所述蒸发器(203) 的小温差(DTE)和冷凝器(202)排出的制冷剂过冷度(ICSC)计算电子膨胀阀的节流口开度值。

8.根据权利要求7所述的设备，还包含以下装置：

监测所述压缩机的油温度(OST)的温度传感器；

监测所述压缩机的油压(OSP)的压力传感器；

利用所述压力传感器监测的油压(OSP)计算所述压缩机的饱和油温(SOST)的装置；

控制电子膨胀阀的节流口开度的装置，所述装置将油温差(IOTD)定义为压缩机的油温度(OST)减去饱和油温(SOST)，判断所述压缩机的油温差(IOTD)高于或低于一个设定值时控制电子膨胀阀的节流口开度。

9.根据权利要求7或8所述的设备，还包含以下装置：

监测所述制冷循环系统(200)的环境温度(AT)的温度传感器；

监测所述压缩机(201)的电流(CC)的电流传感器；

利用所述环境温度(AT)和所述压缩机(201)的电流(CC)计算出冷凝器排出的液体过冷度的控制目标值(MLCSC)的装置；

用于定义冷凝器排出的平均过冷度(ACSC)为所述制冷剂过冷度(ICSC)的计算平均值的装置；

用于定义冷凝器排出的平均过冷度的静偏差(ΔACSC)为所述平均过冷度(ACSC)减去冷凝器排出的过冷度的目标值(MLCSC)的装置；

用于定义冷凝器排出的平均过冷度的变化率(Φ)为当前采样时刻的平均过冷度(ACSC(i))减去上一采样时刻的平均过冷度(ACSC(i-1))的装置；

用于根据所述控制目标值(MLCSC)、所述平均过冷度的静偏差(ΔACSC)和所述平均过冷度的变化率(Φ)计算或查表电子膨胀阀的第一开度值(EXV_STPE1)的装置。

10.根据权利要求7或8所述的设备，还包含以下装置：

监测所述制冷循环系统(200)的环境温度(AT)的温度传感器；

用于根据所述供水流体温度(CHLFT)和环境温度(AT)计算蒸发器小温差的温度修正值(DTEC_SET1)的装置；

监测所述压缩机(201)的电流(CC)的电流传感器；

用于根据所述压缩机电流(CC)计算蒸发器小温差的负荷修正值 (DTEC_SET2)的装置；

用于为蒸发器(203)的小温差设定一个设定值(DTES)的装置；

用于通过所述设定值(DTES)、所述小温差的温度修正值(DTEC_SET1)和所述小温差的负荷修正值(DTEC_SET2)来计算蒸发器小温差的修正控制值(DTEC)的装置；

用于定义蒸发器的小温差的静偏差(ΔDTE)为所述小温差(DTE)减去小温差的修正控制值(DTEC)的装置；

用于定义蒸发器的小温差的变化率(θ)为当前采样时刻的小温差(DTE(i))减去上一个采样时刻的小温差(DTE(i-1))的装置；

用于根据所述蒸发器小温差的修正控制值(DTEC)、所述蒸发器的小温差的静偏差(ΔDTE)和蒸发器的小温差的变化率(θ)计算或查表确定电子膨胀阀的第二开度值(EXV_STPE2)的装置。

11.根据权利要求7或8所述的设备，其中所述压缩机(201)是螺杆式压缩机。

12.根据权利要求7或8所述的设备，其中所述蒸发器(203)是满液式蒸发器。

13.根据权利要求7或8所述的设备，其中所述温度传感器是热敏电阻式温度传感器。

14.根据权利要求9所述的设备，其中所述温度传感器是热敏电阻式温度传感器。

15.根据权利要求10所述的设备，其中所述温度传感器是热敏电阻式温度传感器。 

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