專利名稱：熱交換系統(tǒng)的高精度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換領(lǐng)域，尤其涉及熱交換系統(tǒng)的高精度控制方法。
背景技術(shù)：
利用冷凍機進行溫度控制的系統(tǒng)，大多是采用控制冷凍機冷媒(氟利昂)膨脹后的流量達到對控溫物體的溫度控制。而需要被控制的物體(設(shè)備)通常需要另外一個恒定溫度或一個需要在一個可變的溫度范圍，例如攝氏-20度 80度中的某個溫度。常用的方法是使用另外一種液體或氣體(一次液體或氣體，以下稱循環(huán)流體)與上述冷凍機冷媒(氟利昂)通過熱交換器進行熱交換達到精確的循環(huán)液體溫度控制，之后利用所述循環(huán)流體去控制控溫物體的溫度。這種熱交換是通過控制冷凍機冷媒(氟利昂)的流量來調(diào)節(jié)熱交換功率的，通常冷媒的流量多是通過0N/0FF (開/關(guān))動作的電磁閥或機械感溫式膨脹閥或毛細管等來完成，這些膨脹閥都很難對冷媒流量進行精確的控制。因此，有必要提出一種改進的技術(shù)方案來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種熱交換系統(tǒng)的高精度控制方法，其可以實現(xiàn)大功率熱交換系統(tǒng)中冷凍機的冷媒流量的精確控制，此外還可以使得冷凍機的機油良好循環(huán)。為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種熱交換系統(tǒng)的控制方法，所述熱交換系統(tǒng)包括冷凍機，所述冷凍機包括壓縮機、冷凝器、熱交換器和用于控制冷媒流量的電子膨脹閥裝置，所述控制方法包括在冷凍機開啟前，將所述電子膨脹閥裝置復(fù)位至機械原點；冷凍機開啟后預(yù)定時間內(nèi)，將所述電子膨脹閥裝置設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例；和冷凍機開啟預(yù)定時間后，自由控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例。進一步的，所述機械原點為所述電子膨脹閥裝置的全開狀態(tài)或全閉狀態(tài)。進一步的，所述自由控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例為根據(jù)需要自由的控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例。進一步的，所述電子膨脹閥裝置包括第一電子膨脹閥裝置、第二電子膨脹閥裝置和第三電子膨脹閥裝置，所述冷凝器包括第一輸入端口、與第一輸入端口連通的第一輸出端口、第二輸入端口和與第二輸入端口連通的第二輸出端口，所述熱交換器包括第一輸入端口、與第一輸入端口連通的第一輸出端口、第二輸入端口和與第二輸入端口連通的第二輸出端口，所述壓縮機的輸出端口與所述冷凝器的第一輸入端口相連通，所述冷凝器的第一輸出端口通過第一電子膨脹閥裝置與熱交換器的第一輸入端口相連通，所述熱交換器的第一輸出端口與所述壓縮機的輸入端口相連通，所述壓縮機的輸出端口還通過第二電子膨脹閥裝置與熱交換器的第一輸入端口相連通，所述冷凝器的第一輸出端口還通過第三電子膨脹閥裝置與所述壓縮機的輸入端口相連通；所述循環(huán)流體從所述熱交換器的第二輸入端口流入，從所述熱交換器的第二輸出端口流出，所述冷卻流體從所述冷凝器的第二輸入端口流入，從所述冷凝器的第二輸出端口流出，所述冷凍機還包括與三個電子膨脹閥裝置電性連接的用于控制各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例的冷凍控制器。更進一步的，所述冷凍控制器通過控制第一電子膨脹閥的開關(guān)比例來控制熱交換器的制冷；所述冷凍控制器通過控制第二電子膨脹閥的開關(guān)比例來控制熱交換器的制熱；和所述冷凍控制器通過控制第三電子膨脹閥的開關(guān)比例來控制對壓縮機自身的冷卻。再進一步的，所述冷凍機還包括設(shè)置在所述冷媒的通路中的吸蓄池、接收罐、干燥器和視窗，所述冷凝器的第一輸出端口與所述接收罐的輸入端口連通，所述接收罐的輸出端口經(jīng)過干燥器和視窗與第一電子膨脹閥裝置的輸入端口和第三電子膨脹閥裝置的輸入端口連通，所述吸蓄池的輸入端口與第三電子膨脹閥裝置的輸出端口和所述熱交換器的第一輸出端口連通，所述吸蓄池的輸出端口與所述壓縮機的輸入端口連通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過冷凍控制器對各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例的控制實現(xiàn)了熱交換功率的精確控制。此外，為了使冷凍機的機油良好循環(huán)，在冷凍機開啟時，可以在預(yù)定時間內(nèi)先將各個電子膨脹閥裝置設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例。


圖1為本發(fā)明中的熱交換系統(tǒng)在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中的熱交換系統(tǒng)中的控制部分的結(jié)構(gòu)框圖；和圖3為本發(fā)明中的熱交換系統(tǒng)中的控制方法在一個實施中的流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指與所述實施例相關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性至少可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非必須都指同一個實施例，也不必須是與其他實施例互相排斥的單獨或選擇實施例。此外，表示一個或多個實施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序并非固定的指代任何特定順序，也不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。圖1為本發(fā)明中的熱交換系統(tǒng)100在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述熱交換系統(tǒng)100包括冷凍機110、冷卻流體通路120和循環(huán)流體通路130。所述冷凍機110包括壓縮機112、冷凝器114、熱交換器115 (或者稱為蒸發(fā)器)、第一電子膨脹閥裝置ELV1、第二電子膨脹閥裝置ELV2和第三電子膨脹閥裝置ELV3。所述冷凍機110中的冷媒與冷卻流體通路120中的冷卻流體在冷凝器114處進行熱交換；循環(huán)流體通路130中的循環(huán)流體與所述冷凍機110中的冷媒在熱交換器115處進行熱交換。所述冷凝器114包括第一輸入端口、與第一輸入端口連通的第一輸出端口、第二輸入端口和與第二輸入端口連通的第二輸出端口。所述熱交換器115包括第一輸入端口、與第一輸入端口連通的第一輸出端口、第二輸入端口和與第二輸入端口連通的第二輸出端□。所述壓縮機112的輸出端口與所述冷凝器114的第一輸入端口相連通，所述冷凝器114的第一輸出端口通過第一電子膨脹閥裝置ELVl與熱交換器115的第一輸入端口相連通，所述熱交換器115的第一輸出端口與所述壓縮機112的輸入端口相連通，所述壓縮機112的輸出端口還通過第二電子膨脹閥裝置ELV2與熱交換器115的第一輸入端口相連通，所述冷凝器114的第一輸出端口通過第三電子膨脹閥裝置ELV3與所述壓縮機112的輸入端口相連通。其中，第一電子膨脹閥裝置ELVl和第二電子膨脹閥裝置ELV1。每個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例都是可調(diào)的，比如100%開啟至0%開啟，每5%—個調(diào)整等級，那么則有0%，5%，10%,……，95%，100%這么多的開關(guān)比例等級，這樣可以非常精確的調(diào)整冷媒流過的流量，從而可以精確的控制熱交換的功率，進而精確的控制循環(huán)流體的溫度。可以看出，所述冷凍機110中的冷媒有三條通路，第一條通路是從所述壓縮機112的輸出端口流出的冷媒，經(jīng)過所述冷凝器114的第一輸入端口和第一輸出端口、第一電子膨脹閥裝置ELV1、所述熱交換器115的第一輸入端口和第一輸出端口、壓縮機112的輸入端口流回所述壓縮機；第二條通路是從所述壓縮機112的輸出端口流出的冷媒，經(jīng)過第二電子膨脹閥裝置ELV2、所述熱交換器115的第一輸入端口和第一輸出端口、壓縮機112的輸入端口流回所述壓縮機；第三條通路是從所述壓縮機112的輸出端口流出的冷媒，經(jīng)過所述冷凝器114的第一輸入端口和第一輸出端口、第三電子膨脹閥裝置ELV3、壓縮機112的輸入
端口流回所述壓縮機。在一個實施例中，如圖2所示，所述冷凍機還包括與三個電子膨脹閥裝置電性連接的冷凍控制器210，其可以控制各個電子膨脹閥裝置ELV1、ELV2和ELV3的開關(guān)比例。每個電子膨脹閥裝置ELV包括電子式膨脹閥和控制所述電子式膨脹閥的開關(guān)比例的步進電機或直流電機。所述冷凍控制器210通過控制所述步進電機或直流電機來控制所述電子式膨脹閥的開關(guān)比例。通過所述冷凍控制器210對各個電子膨脹閥裝置ELV1，ELV2和ELV3的控制，從而可以精確的控制熱交換的功率，進而精確的控制循環(huán)流體的溫度。在一個優(yōu)選的實施例中，在所述冷凍機開啟前(比如上電后，開啟冷凍機前)，所述冷凍控制器控制所述電子式膨脹閥復(fù)位至其機械原點，所述機械原點可以為全開狀態(tài)或全閉狀態(tài)，以便后續(xù)可以對電子式膨脹閥進行準確定位控制。比如假如原始機械原點為0%(全關(guān)閉)，那么如果控制所述電子式膨脹閥的開關(guān)比例為20%，那么可以控制所述步進電機或直流電機向前增加4步，每步調(diào)整5%。在一個實施例中，為了使冷凍機的機油良好循環(huán)，在冷凍機開啟時，所述冷凍控制器先將各個電子膨脹閥裝置ELV1，ELV2和ELV3的開關(guān)比例設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例值并運行預(yù)定時間。預(yù)定開關(guān)比例值可以根據(jù)需要設(shè)定，比如，可以先控制ELVl全開啟，ELV2全開啟，ELV3全關(guān)閉，當然也可以是其它開關(guān)比例值的組合。所述預(yù)定時間可以根據(jù)實際情況設(shè)定，比如可以設(shè)定為I分或其它時間值。在冷凍機運行預(yù)定時間后，所述冷凍控制器210可以自由控制各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例，即不再受預(yù)定開關(guān)比例值的限制，可以根據(jù)其它任何控制方式對各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例進行控制。在本實施例中，所述冷凍機110還包括設(shè)置在所述冷媒的通路中的吸蓄池116、接收罐117、干燥器118和視窗119，所述冷凝器114的第一輸出端口與所述接收罐117的輸入端口連通，所述接收罐117的輸出端口經(jīng)過干燥器118和視窗119與第一電子膨脹閥裝置ELVl的輸入端口和第三電子膨脹閥裝置ELV3的輸入端口連通，所述吸蓄池116的輸入端口與第三電子膨脹閥裝置ELV3的輸出端口和所述熱交換器115的第一輸出端口連通，所述吸蓄池116的輸出端口與所述壓縮機112的輸入端口連通。在所述冷卻流體通路120上包括與冷凝器114第二輸入端口連通的冷卻流體通路入口 122和與冷凝器114第二輸出端口連通的冷卻流體通路出口 124。所述冷卻流體從所述冷凝器114的第二輸入端口流入，從所述冷凝器114的第二輸出端口流出。在本實施例中，在所述冷卻流體通路120上還設(shè)置有溫度傳感器126，其用于檢測所述冷卻流體的溫度。在所述循環(huán)流體通路130上包括與熱交換器115的第二輸入端口連通的循環(huán)流體通路入口 132和與熱交換器115第二輸出端口連通的循環(huán)流體通路出口 134。所述循環(huán)流體從所述熱交換器115的第二輸入端口流入，從熱交換器115的第二輸出端口流出。所述熱交換系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述循環(huán)流體通路130上的用于檢測所述循環(huán)流體溫度的溫度傳感器136，基于所述溫度傳感器136檢測到的循環(huán)流體溫度來控制各個電子膨脹閥裝置ELVl、ELV2和ELV3的開關(guān)比例，從而實現(xiàn)熱交換系統(tǒng)中冷凍機的冷媒流量的精確控制，進而實現(xiàn)被控對象的精確溫度控制。在本實施例中，在所述循環(huán)流體管道入口 132后和所述循環(huán)流體管道出口 134前分別設(shè)置有一個檢測所述循環(huán)流體溫度的溫度傳感器136。在本實施例中，所述熱交換系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述循環(huán)流體通路上的用于儲存所述循環(huán)流體的循環(huán)流體罐137，設(shè)置于所述循環(huán)流體的通路上的用以驅(qū)動所述循環(huán)流體的流動的泵138和馬達139，以及在所述循環(huán)流體通路入口 132后和所述循環(huán)流體通路出口134前設(shè)置的旁通閥133。在所述流體罐137內(nèi)設(shè)置有加熱絲HT，其可以根據(jù)所述溫度傳感器136檢測到的循環(huán)流體溫度來使得所述加熱絲HT開始或停止工作。在本實施例中，所述循環(huán)流體為液體或氣體，所述冷卻流體為冷卻水。圖3為本發(fā)明中的熱交換系統(tǒng)100中的控制方法在一個實施中的流程示意圖。所述控制方法包括如下步驟。步驟310，在冷凍機開啟前，將各個電子膨脹閥裝置復(fù)位至機械原點，以便后續(xù)可以對電子式膨脹閥進行準確定位控制。所述機械原點為所述電子膨脹閥裝置的全開狀態(tài)或全閉狀態(tài)。步驟320，冷凍機開啟后預(yù)定時間內(nèi)，將各個電子膨脹閥裝置設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例，以使得冷凍機的機油良好循環(huán)。預(yù)定開關(guān)比例可以根據(jù)需要設(shè)定，所述預(yù)定時間可以根據(jù)實際情況設(shè)定。步驟330，冷凍機開啟預(yù)定時間后，自由控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例。即可以根據(jù)其它任何控制方式或根據(jù)需要對各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例進行控制。綜上所述，本發(fā)明的熱交換系統(tǒng)通過在所述冷凝器114的第一輸出端口和熱交換器115的第一輸入端口之間設(shè)置第一電子膨脹閥裝置ELVl ;在所述壓縮機112的輸出端口和熱交換器115的第一輸入端口之間設(shè)置第二電子膨脹閥裝置ELV2 ;在所述冷凝器114的第一輸出端口與所述壓縮機112的輸入端口之間設(shè)置第三電子膨脹閥裝置ELV3。在所述熱交換系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述循環(huán)流體通路130上的用于檢測所述循環(huán)流體溫度的溫度傳感器136，基于所述溫度傳感器檢測到的循環(huán)流體溫度來控制各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例，從而實現(xiàn)熱交換系統(tǒng)中冷凍機的冷媒流量的精確控制，進而實現(xiàn)被控對象的精確溫度控制。此外，由于在冷凍機開啟時，所述冷凍控制器先將各個電子膨脹閥裝置ELV1，ELV2和ELV3的開關(guān)比例設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例值并運行預(yù)定時間，這樣可以使得冷凍機的機油良好循環(huán)。
雖然通過實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明有許多變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
1.一種熱交換系統(tǒng)的控制方法，所述熱交換系統(tǒng)包括冷凍機，所述冷凍機包括壓縮機、冷凝器、熱交換器和用于控制冷媒流量的電子膨脹閥裝置，其特征在于，所述控制方法包括 在冷凍機開啟前，將所述電子膨脹閥裝置復(fù)位至機械原點； 冷凍機開啟后預(yù)定時間內(nèi)，將所述電子膨脹閥裝置設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例；和 冷凍機開啟預(yù)定時間后，自由控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述機械原點為所述電子膨脹閥裝置的全開狀態(tài)或全閉狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述自由控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例為根據(jù)需要自由的控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述電子膨脹閥裝置包括第一電子膨脹閥裝置、第二電子膨脹閥裝置和第三電子膨脹閥裝置， 所述冷凝器包括第一輸入端口、與第一輸入端口連通的第一輸出端口、第二輸入端口和與第二輸入端口連通的第二輸出端口，所述熱交換器包括第一輸入端口、與第一輸入端口連通的第一輸出端口、第二輸入端口和與第二輸入端口連通的第二輸出端口， 所述壓縮機的輸出端口與所述冷凝器的第一輸入端口相連通，所述冷凝器的第一輸出端口通過第一電子膨脹閥裝置與熱交換器的第一輸入端口相連通，所述熱交換器的第一輸出端口與所述壓縮機的輸入端口相連通，所述壓縮機的輸出端口還通過第二電子膨脹閥裝置與熱交換器的第一輸入端口相連通，所述冷凝器的第一輸出端口還通過第三電子膨脹閥裝置與所述壓縮機的輸入端口相連通； 所述循環(huán)流體從所述熱交換器的第二輸入端口流入，從所述熱交換器的第二輸出端口流出，所述冷卻流體從所述冷凝器的第二輸入端口流入，從所述冷凝器的第二輸出端口流出， 所述冷凍機還包括與三個電子膨脹閥裝置電性連接的用于控制各個電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例的冷凍控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于， 所述冷凍控制器通過控制第一電子膨脹閥的開關(guān)比例來控制熱交換器的制冷； 所述冷凍控制器通過控制第二電子膨脹閥的開關(guān)比例來控制熱交換器的制熱；和 所述冷凍控制器通過控制第三電子膨脹閥的開關(guān)比例來控制對壓縮機自身的冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述冷凍機還包括設(shè)置在所述冷媒的通路中的吸蓄池、接收罐、干燥器和視窗，所述冷凝器的第一輸出端口與所述接收罐的輸入端口連通，所述接收罐的輸出端口經(jīng)過干燥器和視窗與第一電子膨脹閥裝置的輸入端口和第三電子膨脹閥裝置的輸入端口連通，所述吸蓄池的輸入端口與第三電子膨脹閥裝置的輸出端口和所述熱交換器的第一輸出端口連通，所述吸蓄池的輸出端口與所述壓縮機的輸入端口連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱交換系統(tǒng)的控制方法，所述熱交換系統(tǒng)包括冷凍機，所述冷凍機包括壓縮機、冷凝器、熱交換器和用于控制冷媒流量的電子膨脹閥裝置。所述控制方法包括在冷凍機開啟前，將所述電子膨脹閥裝置復(fù)位至機械原點；冷凍機開啟后預(yù)定時間內(nèi)，將所述電子膨脹閥裝置設(shè)定為預(yù)定開關(guān)比例；和冷凍機開啟預(yù)定時間后，自由控制電子膨脹閥裝置的開關(guān)比例。這樣，可以實現(xiàn)冷凍機內(nèi)的冷媒流量的精確控制，進而實現(xiàn)冷凍機的熱交換功率的精確控制。
文檔編號F25B41/06GK102997518SQ20121035850
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者張翔 申請人:無錫溥匯機械科技有限公司