膨胀阀的前馈控制方法技术

一种控制制冷系统（１０）中膨胀阀（３０）的方法。该方法包括以下步骤：根据主反馈控制量控制膨胀阀（３０）的调节；根据辅助前馈控制量控制膨胀阀（３０）的调节。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

Feedforward control method of expansion valve

A method of controlling an expansion valve (30) in a refrigeration system (10). The method comprises the following steps of controlling the adjustment of the expansion valve (30) according to the main feedback control quantity; and controlling the expansion valve (30) according to the auxiliary feedforward control quantity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的目标是对加热、通风、空调或制冷(简称为HVAC/R)系统中的膨胀阀进行前馈控制。这里要叙述的本专利技术的最佳实施例中，HVAC/R系统是水冷冻机系统。虽然我们的讨论以水冷冻机为例，但本专利技术可适用于一切具有可预测的系统扰动的HVAC/R系统。所谓系统扰动包括压缩机启动、加载或减载引起的压缩机容量的变化、系统所用的各种冷却介质物理量的变化(例如蒸发器或冷凝器中的水温的变化)、由诸如风扇启动引起的冷凝器冷却容量的变化、蒸发器中热交换器容量的变化、设定值的变化、冷却塔容量的变化，以及由建筑物负荷变动引起的变化等。在水冷冻机系统中，水在蒸发器中被冷却，以向别处的空调机提供冷却介质。水既便宜又安全，而且很容易通过主水环路由管道输送到空气调节器。空气调节器在空气和水之间进行热交换以调节空气温度，供一个区域或建筑物使用。水冷冻机系统中蒸发器的作用是通过与制冷剂的热交换来控制水温。制冷剂经过一个环路在整个冷冻机系统中循环。在制冷剂环路中，制冷剂从蒸发器进入压缩机并在其中提升压力而改变其冷凝点。经过压缩的制冷剂从压缩机进入冷凝器，并在那儿通过与冷却介质(通常为一辅助水系统)的热交换，由蒸汽冷凝成液态制冷剂。然后液态制冷剂经过膨胀阀返回蒸发器，继续冷冻机系统的循环。典型冷冻机系统的概况见于下列美国专利US 4,780,061(Butterworth)；US4,762,409(Tischer)；US 4,730,995(Dewhirst)；US 4,662,819(Tischer)和US 5,201,648(Lakowske)，所有这些专利均已转让给本专利技术的受让人，并被本专利技术所引用。冷冻机系统中的膨胀阀是电子膨胀阀，它根据测得的制冷剂离开压缩机后的过热量调节流过膨胀阀的制冷剂流量。典型的电子膨胀阀见于下列美国专利US 5,083,745(Tischer)；US 4,986,085(Tischer)；US4,928,494(Glamm)和US 5,011,112(Glamm)。这些专利均已转让给本专利技术的受让人并被本专利技术所引用。压缩机的容量通常根据蒸发器的出水温度调节。各种压缩机容量和冷冻机容量的控制方法在下列美国专利中有说明US 5,027,608(Rentmeester等)；US 5,203,685(Anderson等)；US5,211,026(Linnert)；US 4,715,190(Han等)和US 4,689,967(Han等)。这些专利均已转让给本专利技术的受让人并被本专利技术所引用。虽然这些不同的控制膨胀阀和压缩机容量的方法是有效而经济的，但仍可能也希望有更好的控制方法。更具体地说，一般对膨胀阀的控制是通过将代表膨胀阀动作结果(通常为测得的过热量)的信号反馈来实现的。这种控制方式尽管是有效的，但都是后效式的而不是先期式的。因此，膨胀阀不断地对系统扰动(例如压缩机容量的变化)作出反应。专利技术概要本专利技术的主要目的是为水冷冻机一类的HVAC和制冷系统提供更好的控制方法。本专利技术的目的、特色和优点之一，是将对膨胀阀的控制直接与系统扰动联系起来。系统扰动包括诸如负载的变化、压缩机容量的变化，或系统所用的各种热交换流体温度的变化。本专利技术的目的、特色和优点之一，是对膨胀阀提供前馈控制。在正常的容量控制过程中，膨胀阀的位置是由压缩机容量的变化确定的。这样就可预测系统的扰动。本专利技术的目的、特色和优点之一，是提供一个直接对压缩机容量变化作出反应的膨胀阀。本专利技术的目的之一，是提供一个直接对进入蒸发器的水的温度变化作出反应的膨胀阀。本专利技术的目的之一，是提供一个直接对进入和离开蒸发器的水的温度差的变化作出反应的膨胀阀。本专利技术的目的、特色和优点之一，是根据主要控制标准(以下简称主控量)对膨胀阀提供闭环控制，并根据辅助控制标准(以下简称辅控量)提供膨胀阀的开环控制。本专利技术的另一个目的，是以排出液体的过热量作为主控量，而以蒸发器的进水温度或进、出水温度之差作为辅控量。本专利技术的另一个目的，是以蒸发器中制冷剂液面为主控量，而以压缩机容量为辅控量。本专利技术的目的、特色和优点之一，是利用由压缩机减荷器来的前馈控制信号，在系统产生扰动的瞬间重新调整膨胀阀的位置，以减小排出液体过热量或制冷剂液面的波动范围。本专利技术的目的、特色和优点之一，是根据指示减荷器位置、饱和蒸发器温度和饱和冷凝温度的信号，来确定和控制电子膨胀阀的位置。本专利技术的另一个目的，是在减荷器位置或饱和工作温度发生变化的瞬间，重新调整膨胀阀的位置。本专利技术的另一个目的，是当蒸发器液面上升或下降时，通过调整膨胀阀的位置来控制蒸发器中液面的高低。本专利技术的另一个目的，是当流出液体过热量上下变动时，通过调整膨胀阀的位置来控制流出液体的过热量。本专利技术的另一个目的，是根据电动机电流的变化重新调整膨胀阀的位置。本专利技术的目的、特色和优点之一，是提供一个根据压缩机的抽气速率而开启的膨胀阀。该抽气速率是按膨胀阀两边的压力差及制冷剂的密度计算出来的。本专利技术提供一种控制制冷系统中膨胀阀的方法，它包含以下步骤按主要的反馈控制量控制膨胀阀的调节；按辅助的前馈控制量控制膨胀阀的调节。本专利技术还提供一种控制包含膨胀装置和压缩装置的制冷系统中制冷剂流量的方法。该方法包括以下步骤测量压缩装置的抽气能力或立方英尺/分钟(CFM)的位移能力；调整膨胀装置使与测得的压缩机容量相匹配。本专利技术还提供一种膨胀阀的控制方法，步骤如下(a)根据主控量不断控制膨胀阀；(b)确定由膨胀阀控制的系统中辅控量的扰动；(c)按辅控量对膨胀阀提供前馈控制信号；(d)按辅控量控制膨胀阀。本专利技术还进一步提供制冷或HVAC系统中控制膨胀阀的方法，步骤如下按主控量提供膨胀阀的闭环控制；根据至少一个与主控量不同的辅控量提供膨胀阀的开环控制。本专利技术附带提供一种控制冷冻系统容量的方法，该系统包含循环连接的压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。在此系统中，蒸发器接收具有某一温度的进水，提供具有某一温度的出水，同时压缩机压缩具有某一测得的过热量的制冷剂。该控制方法包括以下步骤测量出水温度和制冷剂的过热量；确定作为出水温度与设定值之差的函数的出水温度误差；提供当膨胀阀按测得的过热量进行调节时容量控制的主模式；提供当膨胀阀按出水温度误差或压缩机容量的变化进行调节时容量控制的辅助模式。本专利技术还进一步提供一种根据冷冻机系统容量变化重新定位膨胀阀的方法。该冷冻机系统具有一台调节进水温度并提供出水的蒸发器。该方法包括以下步骤监测蒸发器的进水温度；监测蒸发器的出水温度；确定进水和出水温度之差；确定温差的设定值；将水的温差与温差设定值进行比较以建立误差；重新调整膨胀阀使得此误差最小。本专利技术附带提供一种水冷冻机系统，它包含一台将流体冷却的蒸发器和一台压缩机，后者接收由蒸发器加热过的制冷剂，并通过压缩改变制冷剂的冷凝温度。该系统还包含一台冷凝器，它接收经压缩机压缩了的制冷剂并使之冷凝，一个膨胀装置，它接收经冷凝器冷凝了的制冷剂并有控制地使之返回蒸发器；一个控制器，它在操作上与膨胀装置相连接，用以控制膨胀装置的动作。该系统还包含一个与控制器相连的前馈控制单元以预测蒸发器负载的变化。前馈控制包含一个主传感器，用来探测主控量，并据此控制膨胀阀的动作。附图简述附图说明图1为采用本专利技术的前馈控制概念的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制制冷系统中膨胀阀的方法，该方法包括以下步骤： 根据主反馈控制量控制膨胀阀的调节； 根据辅助前馈控制量控制膨胀阀的调节。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L思比克，DC莱维尔，CM勾肖，
申请(专利权)人：美国标准公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]