CN1214436A - 空调器和制冷剂预热器出口温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
空调***包括具有可变容量压缩机、四向阀、室外热交换器和制冷剂预热器的一个室外机组和互相相连的具有室内热交换器的至少一个室内机组。饱和温度计算器计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。制冷剂预热器出口温度检测电路检测在制冷剂预热器出口附近的制冷剂温度。过热计算器计算在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热。压缩机频率控制电路调节压缩机频率,从而使经计算的制冷剂过热保持在特定值上。
Description
本发明一般涉及具有与一个室外机组相连的一个或多个室内机组的空调器***，特别是(但不是唯一地)，涉及控制在加热模式操作期间加热制冷剂的制冷剂预热器(refrigerant heater)的出口温度控制方法，以保持在制冷剂预热和制冷剂循环之间的平衡。
空调器***包括热泵型空调器和具有制冷剂预热器的制冷剂预热型空调器，其中所述热泵型空调器通过运用从低温侧提取的热量在高温侧进行运作，
在具有制冷剂预热器的空调器中，使制冷剂循环在加热模式操作期间添加的热量的情况下保持平衡是十分重要的。此外，随着制冷剂循环的显著变化会导致这种平衡被轻易地破坏，而携带高制冷剂负荷的长制冷剂管路、操作机组数量的变化以及室内机组的风机输出的改变会导致制冷剂循环的显著变化。当破坏这种平衡而且添加的热量超过制冷剂循环的散热量时，制冷剂预热器的出口温度过度升高。这会导致压缩机温度问题、润滑剂变质废气温度问题和其它问题。相反，如果制冷剂循环超过预热器的热容量，那么可能发生流体倒流到压缩机的情况，这导致压缩机可靠性的降低，和到压缩机的输入的上升。
在日本专利公报(未审查)58-19663和58-22851揭示的具有从压缩机到制冷剂预热器的带有连到旁通管的旁通阀的旁通管的空调***中提到这个问题。当加热期间负荷变化时，打开旁通阀以使制冷剂从压缩机的制冷剂出口回流到制冷剂预热器的制冷剂入口，从而控制制冷剂循环以调节负荷。
然而，当打开旁通阀以使制冷剂从压缩机的制冷剂出口回流到制冷剂预热器的制冷剂入口时，通常流到室内机组的经加热制冷剂被转移到制冷剂预热器。这导致热容量降低大约3％，并阻止从室内排出***的100％热容量。
此外，提高旁通管和旁通阀会使生产更加困难，从而增加生产成本。
发展本发明以克服上述缺点。
因此本发明的目的在于，提供空调***和制冷剂预热器出口温度控制方法，它能够适当使制冷剂预热和制冷剂循环保持平衡以通过预先控制制冷剂预热器的出口温度，阻止运用简单结构的制冷剂预热器出口温度的异常上升。
本发明的另一个目的在于，提供空调***和制冷剂预热器出口温度控制方法，它能根据室内机组的所需负荷有效燃烧和制冷剂循环控制。
在完成上述和其它目的，根据本发明的空调***包括一个室外机组和通过制冷剂管路互相相连的至少一个室内机组。室外机组包括可变容量压缩机、四向阀、室外热交换器和制冷剂预热器；而室内机组具有室内热交换器。空调***还包括饱和温度计算装置，用于在制冷剂预热器出口压力下计算饱和温度；制冷剂预热器出口温度检测装置，用于检测制冷剂预热器的出口温度；制冷剂过热计算装置，用于根据制冷剂预热器出口温度检测装置的输出和饱和温度计算装置的输出，计算在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热；和压缩机频率调节装置，用于调节压缩机频率，从而由压缩机过热计算装置计算的压缩机过热变成预定值。
方便的是，饱和温度计算装置包括压缩机出口温度检测装置，用于检测来自压缩机的制冷剂输出的温度，并通过把由压缩机出口温度检测装置检测到的温度代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。
作为替代，饱和温度计算装置包括压缩机出口压力检测装置，用于检测来自压缩机的制冷剂压力输出，而且通过把由压缩机出口压力检测装置检测到的制冷剂压力代入特定等式，计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。
当由制冷剂过热计算装置计算的制冷剂过热超过预定值时，随着过热程度的上升，压缩机频率逐步增加；当经计算的制冷剂过热小于预定值时，随着过热程度的下降，压缩机频率减小；和控制压缩机频率变化，从而压缩机频率减小的平均斜率小于压缩机频率增加的平均斜率。
有利的是，对于压缩机频率的任一次增加，都限定最大频率变化。
再有利的是，由从压缩机输出的制冷剂的温度限定并确定最小压缩机频率。
根据本发明的制冷剂预热器出口温度控制方法包括：计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度；检测制冷剂预热器出口温度；根据经计算的饱和温度和检测到的制冷剂预热器出口温度，计算在制冷剂预热器处的制冷剂过热；和调节压缩机频率，从而经计算的制冷剂过热变成预定值。
方便的是，计算饱和温度的步骤包括检测从压缩机输出的制冷剂温度，和通过把经检测的温度代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。
作为替代，计算饱和温度的步骤包括检测从压缩机输出的制冷剂的压力，和通过把经检测的制冷剂压力代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。
结合附图，通过以下对于本发明的较佳实施例的详细描述，本发明的上述和其它目的和特性将会变得更加明显，所有附图中相似部分均标以相同的标号。
图1是根据本发明的较佳实施例的空调***的制冷剂制冷循环的电路图；
图2是在如图1所示的空调***中的控制电路的方框图，其中控制压缩机频率、燃烧和膨胀阀门口(expansion valve opening)；
图3是示出在室温和在如图1所示的空调***中设置的温度之间温差的温带分布表；
图4示出在如图1所示的空调***中冷却和减湿模式操作期间用于确定压缩机频率的控制等式的结果的曲线；
图5示出在如图1所示的空调***中加热模式操作期间用于确定压缩机频率的控制等式的结果的曲线；
图6示出在如图1所示的空调***中加热模式期间用于确定燃烧级(combustion level)(K)的控制等式的结果的曲线；
图7示出在如图1所示的空调***中，在根据图6确定的燃烧级(K)和燃料之间的关系曲线；
图8是用于描述当在如图1所示的空调***中，在加热模式下操作一个室内机组然后打开第二室内机组时，执行的控制处理的流程图；
图9是用于描述当在如图1所示的空调***中，在加热模式下操作一个室内机组，然后打开一个室内机组时，执行的控制处理的时序图；
图10是用于描述当在如图1所示的空调***中，在加热模式下操作两个室内机组，然后关闭一个室内机组时，执行的控制处理的流程图；
图11是用于描述当在如图1所示的空调***中，在加热模式下操作两个室内机组，然后关闭一个室内机组时，执行的控制处理的时序图；
图12示出当在如图1所示的空调***中，操作一个室内机组然后打开第二室内机组时，制冷剂的高压级(high pressure level)的显著变化引起的各种参数的变化的曲线；
图13示出当在如图1所示的空调***中，操作一个室内机组然后打开第二室内机组时，制冷剂预热器的燃烧级的显著变化引起的各种参数的变化的曲线；
图14示出当在如图1所示的空调***中操作两个室内机组然后关闭一个室内机组时，制冷剂的高压级的显著变化引起各种参数的变化的曲线；
图15示出当在如图1所示的空调***中，操作两个室内机组然后关闭一个室内机组时，制冷剂预热器的燃烧级的显著变化引起的各种参数的变化；
图16是用于描述在如图1所示的空调***中制冷剂预热器的预先控制的流程图；
图17示出在如图1所示的空调***中，在制冷剂预热器出口处的过热制冷剂的温度和压缩机频率变化之间的关系；和
图18是如图2所示的控制电路的另一种形式的方框图。
本申请是基于1997年9月30日在日本申请的申请号为9-267230的申请，通过引用，包括于此。
图1示出体现本发明的空调***的制冷循环。这个空调***是多个房间的空调***，它包括单个室外机组2和与其相连的多个(例如，两个)室内机组4a和4b。
如图1所示，室外机组2包括变频器驱动可变容量(频率)压缩机6(inverter-driven,variable capacity(frequency)compressor 6)、室外热交换器8和用于加热和冷却模式选择的四向阀10。室内机组4a和4b分别包括室内热交换器12a和12b。
通过流体分布管路16a和16b以及气体分布管路20a和20b连接室外机组2和室内机组4a和4b。从在室外机组2中的主流体管路14分出流体分布管路16a和16b，而且从室外机组2中的主气体管路18分出气体分布管路20a和20b。例如，把可由分级马达(stepping motor)调节其打开的脉冲可控马达驱动膨胀阀22a和22b安装在流体分布管路16a和16b中。还把用于检测来自压缩机6的制冷剂温度的压缩机出口温度传感器23设置在主气体管路18中。
压缩机出口温度传感器23的主要功能在于检测经压缩的制冷剂的高压饱和温度。可以把压缩机出口温度传感器23设置在单个制冷剂预热器类型空调***中压缩机的制冷剂出口和室内热交换器的制冷剂出口之间的任何地方。然而，相对于室外机组的独立控制，高压饱和温度的稳定性以及在靠近高压出口处的温度检测，如图1所示的位置是较好的位置。
还从主流体管路14分出制冷剂预热器管路26，并绕在制冷剂预热器28的周围。把双向阀24安装在制冷剂预热器管路26中。在制冷剂预热器出口和蓄热器30之间连接的进入管31把从主流体管路14分出的制冷剂预热器管路26连到压缩机6的进口侧。还把用于检测来自制冷剂预热器28的制冷剂输出温度的制冷剂预热器输出温度传感器33设置在进入管31处。
把螺线管式泵(solenoid pump)32和燃烧口马达(burner motor)34设置在制冷剂预热器28的附近。螺线管式泵32稳定地提供燃料，而燃烧口马达34向用于燃烧的制冷剂预热器28提供空气。
室内机组4a和4b还包括用于检测设有室内机组4a或4b的室温的室内温度计36a和36b，和用户用它可以控制操作模式(加热或冷却)、室温和空调***的开或关状态的控制电路38a和38b。
注意，还把止回阀42和44以及限流器46设置在室外机组2。
如图1所示构造制冷循环，由四向阀10使在冷却模式操作期间来自压缩机6的冷冻剂流向室外热交换器8，利用它与室外空气交换热量并冷凝制冷剂。然后，经冷凝的制冷剂通过限流器46，利用它减小制冷剂压力，并把制冷剂转换成更容易蒸发的状态。冷凝的低压制冷剂从主流体管路14流到两个流体分布管路16a和16b。根据各个室内机组4a和4b的冷却要求，运用下面所述的方法按比例地打开马达驱动膨胀阀22a和22b。然后，低压制冷剂以与需要成正比的流速流到室内热交换器12a和12b、蒸发并从气体分布管路20a和20b回到主气体管路18。然后，气化的制冷剂通过四向阀10、蓄热器30并重新进入压缩机6的进入侧。
注意，由下面描述的控制方法根据在***上的全部负荷确定压缩机频率。
当选择加热模式时，在已知期间内关闭双向阀24。然后，由在制冷剂回收循环中，由压缩机6回收从止回阀42通过室外热交换器8到止回阀44循环的制冷剂。当完成制冷剂回收循环时，打开双向阀24，使来自压缩机6的高温、高压制冷剂通过四向阀10并从主气体管路18流到气体分布管路20a和20b。然后，高温、高压制冷剂流到室内热交换器12a和12b，此处它冷凝成流体。然后由流体分布管路16a和16b的马达驱动膨胀阀22a和22b把压力降到中间压力。
在冷却模式操作下，运用下面描述的方法，根据各个室内机组4a和4b的要求，控制马达驱动膨胀阀22a和22b，而且制冷剂以与所需负荷成正比的流速流到室内热交换器12a和12b。
中间压力制冷剂从主流体管路14通过双向阀24流到制冷剂预热器管路26，和到制冷剂预热器28。根据下面描述的加热方法控制，制冷剂预热器28把制冷剂加热预热到特定温度，然后把制冷剂转换成通过蓄热器30流回到压缩机6的进入侧的气体。
下面参照图2(相应控制电路的方框图)和图3(对于温差ΔT的温带分布表)，描述控制压缩机频率、燃烧和马达驱动膨胀阀门口的方法。注意，温差ΔT是室温Tr减去温度设置Ts。
一个室内机组4a的室温检测电路48根据相应的室温36a的输出，检测其中设有室内机组4a室温(下面简称“室温”)，并把所得温度信号(Tr)发送到温差计算器50。实质上同时地，设置鉴别器52确定温度(Ts)和由控制电路38a设定的操作模式，并向温差计算器50提供这个信息。温差计算器50计算温差ΔT(=Tr-Ts)，并把温差ΔT转换成如图3所述的频率以得到温差信号。
开/关鉴别器54确定是否由控制电路38a打开或关闭室内机组4a。把室内机组4a的额定容量存储在额定容量存储器56中。
由室内机组4a的信号传输电路58把来自额定容量存储器56的额定容量信号、来自温差计算器50的温差信号和来自开/关鉴别器54操作模式信号和开/关状态信号传输到室外机组2的信号接收电路60。注意，把这些信号从每个室内机组发送到室外机组2。
把从信号接收电路60接收到的信号有选择地发送到压缩机频率和燃烧控制计算器62，和阀门口计算器64。如果在所选操作模式之间存在矛盾，即，如果设置一个室内机组用于加热而设置另一个室内机组用于冷却，那么由室内机组选择操作模式(首先接收到来自它的信号)确定室外机组2是否处于加热或冷却模式。假设，关闭在这种情况下设为不同操作模式的室内机组，而且把用于该室内机组的开/关状态信号设为关状态。
根据来自室内机组4a和4b的额定容量信号，温差信号、操作模式信号和开/关状态信号，压缩机频率和燃烧控制计算器62从负荷系数表66读取对于每个室内机组的负荷等级系数，如下表1所示。然后，计算器62把负荷等级系数的总和乘以已知常量，并加入补偿值以确定压缩机6的频率。
表1冷却，减湿循环 Fc Fcmax
0 1 2 3 4 5 6 7 82.2kw 0 8 10 11 12 14 16 18 202.5kw 0 10 11 12 14 16 18 20 222.8kw 0 11 12 14 16 18 20 22 243.2kw 0 12 14 16 18 20 22 24 27加热， Fh Fhmax
0 1 2 3 4 5 6 7 82.2kw 0 20 23 26 29 31 34 38 402.5kw 0 21 24 27 31 35 39 43 452.8kw 0 22 26 30 34 38 43 48 503.2kw 0 23 27 31 35 40 47 55 67
更具体地说，从图3中的表获得的压缩机频率值(No.)表示两个室内机组4a和4b的温差信号。在冷却和减湿操作模式期间，根据所提供的压缩机频率值(No.)，从负荷系数表66(表1)获得负荷等级系数Ln1和Ln2，而且计算室内机组4a和4b的全部负荷Lnφ。把压缩机6的操作频率设为所得值以调整在冷却和减湿模式下的室外机组2的最初操作。
在加热模式操作下，根据所提供的压缩机频率值(No.)从负荷系数表66(表1)再次获得两个室内机组4a和4b的负荷等级系数Ln1和Ln2，而且计算室内机组4a和4b的全部负荷Lnφ以设定室外机组2的负荷等级Lnk。然后把压缩机6的操作频率设为这个负荷等级Lnk以调整在加热模式下的室外机组2的最初操作。
用下列等式计算在冷却和减湿以及加热模式下的控制值。
A．用于冷却和减湿的控制等式
1)单个房间操作
Lnφ=a1×Ln1+b1或者
Lnφ=a1×Ln2+b1
2)2个房间操作
(ⅰ)如果Ln1+Ln2＜34
Lnφ=a1×(Ln1+Ln2)+b1
(ⅱ)如果Ln1+Ln2≥34
Lnφ=a2×(Ln1+Ln2)+b2
其中，a1＞a2，和b1＜b2。
把压缩机6的操作频率设为由上述适当的等式得到的Lnφ(Comp Hz=Lnφ)。
B．用于加热的控制等式
1)单个房间操作
Lnφ=a3×Ln1+b3或者
Lnφ=a3×Ln2+b3
2)2个房间操作
Lnφ=a4×(Ln1+Ln2)+b4
其中，a3＞a4，和b3＜b4。
用所得值Lnφ代替Lnk，而且把压缩机6的操作频率设为值Lnk。
Lnk=Lnφ
Comp Hz=Lnk
注意，上述值a1至a4，和b1至b4是根据压缩机6的容量、制冷剂管路尺寸和其他可变参数确定的实验值。
图4和5示出从上述等式获得的结果，其中在计算中用到下列值。
a1=30/12
b1=-8
a2=13/12
b2=37
a3=15/17
b3=0.5
a4=5/13
b4=25.2
如图4所示，在单个房间、冷却/减湿模式操作下可把压缩机6设定的最小操作频率是28Hz。在两个房间的情况下，最小操作频率是32Hz，低频保护不能在这频率下进行操作。最大操作频率是98Hz。
如图5所示，在单个或两个房间、加热模式操作期间可以设定压缩机6的最小操作频率分别是20Hz和41Hz。在这些模式下最大操作频率分别是49Hz和61Hz。
在下述表2中示出来自室内机组4a和4b的示例信号并说明如下。
表2
室内机组 操作模式 开/关信号 额定容量 频率N0.
4a 加热 开 2.2kw 6
4b 加热 开 2.5kw 4
从表1和表2可见，室内机组4a和4b的负荷等级系数Ln1和Ln2分别是34和31。因此压缩机的频率Hz是
Hz=Lnφ=5/13×(34+31)+25.2≈50
把这个计算的结果转换成发送到用于控制压缩机6的压缩机驱动电路(未图示)的频率信号。压缩机频率和燃烧控制计算器62之后根据来自每个室内机4a和4b的额定容量信号、温差信号、操作模式信号和开/关状态信号，有规律地重复上述计算，在需要时校正其结果并把校正值发送到压缩机驱动电路作为用于频率控制压缩机6的频率信号。
如上所述，根据操作室内机组的数量，运用特定计算方法，确定压缩机6的频率。在用单个室内机组进行低频操作期间，通过在低操作频率下驱动压缩机6，低输入负荷操作是可行的。当整个负荷增加时，可以增加压缩机6的操作频率以补偿制冷剂管路的压力损耗，从而保证高制冷剂循环和高效率操作。当加热模式下操作两个或多个室内机组时，即使整个室内需要与设有单个室内机组操作的相同，也必须要在较高频率下驱动压缩机6，以补偿携带制冷剂的管路的增加体积。然而，在某一点后，随着单个室内机组操作管路压力大大增加，因而用单个室内机组操作需要较高压缩机频率。
膨胀阀门口计算器64用与上述相同的方法确定膨胀阀门口。即，根据由每个室内机组4a和4b输出的额定容量信号、温差信号、操作模式信号和开/关状态信号，从负荷系数表66(下表3)选择负荷等级系数，而且根据室内机组4a和4b的额定容量，从最初阀门口表70(下表4)读取最初阀门口值。注意，确定最初阀门口值，从而可以控制每个室内机组以即使当组合使用不同额定容量的室内机组时，也展示预定性能。
表3冷却，减湿循环 Fc FcmaxP0-值 0 1 2 3 4 5 6 7 82.2kw 关 0.7 0.8 0.8 0.85 0.85 0.95 1.0 1.22.5kw 关 0.7 0.8 0.8 0.85 0.85 0.95 1.0 1.22.8kw 关 0.7 0.8 0.8 0.85 0.85 0.95 1.0 1.23.2kw 关 0.7 0.8 0.8 0.85 0.85 0.95 1.0 1.2加热， Fh FhmaxP0-值 0 1 2 3 4 5 6 7 82.2kw 关 0.8 0.85 0.85 0.9 0.95 1.0 1.1 1.22.5kw 关 0.8 0.85 0.85 0.9 0.95 1.0 1.1 1.22.8kw 关 0.8 0.85 0.85 0.9 0.95 1.0 1.1 1.23.2kw 关 0.8 0.85 0.85 0.9 0.95 1.0 1.1 1.2
注意，P0-值是负荷等级系数，而“关闭”表示完全关闭的阀。
表4
最初阀门口(脉冲)
冷却/减湿 加热2.2kw 180 3502.5kw 230 3802.8kw 280 4203.2kw 350 480
确定膨胀阀22a和22b的阀门口作为各个负荷等级系数与在下列等式中所示的最初阀门口的乘积
阀门口=P0x最初脉冲数
其中，P0是负荷等级系数，而最初脉冲数是从表4获得的值。
在上述例子中，室内机组4a和4b的负荷等级系数是1.0和0.9，而且各个最初阀门口数是350和380。对于膨胀阀22a和22b的阀门口是350和342。然后，向各个阀驱动电路(未图示)提供所得阀门口值作为膨胀阀门口信号。
然后，通过驱动各个阀马达350和342脉冲调整膨胀阀22a和22b的实际物理阀门口。之后，每隔一段时间，运用上述方法对于每个阀再计算阀门口，按照需要校正计算结果而且向膨胀阀驱动电路提供膨胀阀门口信号。
下面描述对于在上述多个房间空调***中的加热模式燃烧控制所特有的问题。
当在加热模式下操作时，根据在制冷剂管路中的制冷剂预热器28的温度(燃烧)和制冷剂管线中的制冷剂(制冷剂循环)温度，使制冷剂预热器28的制冷剂出口温度保持平衡。如果燃烧(制冷剂预热器温度)相对于制冷剂循环很高，那么制冷剂出口温度将升高；如果燃烧相对于循环很低，那么制冷剂出口温度将降低。下面描述为什么会在多个房间空调***中发生这种情况。
*当操作各个室内机组(打开和关闭，或者操作模式改变)时，在任何特定时间内，携带制冷剂的制冷剂管路的全部有效长度都有可能发生变化。因此，制冷剂循环可以较大变化，导致制冷剂预热器的制冷剂出口温度的较大变化。
*给***加料所需的大量制冷剂意味着要当操作室内机组时预热的制冷剂的量显著变化。循环制冷剂的量的这种变化影响制冷剂预热器温度。
*与单个房间空调***相比，在最大操作容量下，制冷剂循环会发生较大变化。在最小操作容量下，还需要精确的温控、容易打破在制冷剂循环控制期间燃烧和制冷剂循环之间的平衡而且制冷剂温度大幅变化。
作为制冷剂出口温度上升或下降的结果，可能发生下列问题。
(Ⅰ)当制冷剂出口温度上升时
*性能下降(热交换器效率下降)
*当温度上升时，关闭制冷剂预热器和压缩机，以保护它们不被损坏。这导致由于重复开关燃烧口所引起的预热器和继电器的使用寿命缩短，并降低舒适程度。
*当温度不正常地升高时，使制冷剂循环油碳化、妨碍压缩机润滑并导致压缩机损坏。可以使制冷剂预热器的铝外壳和围绕制冷剂预热器的铜管变形和损坏。
*废气温度上升。
(ⅱ)当制冷剂出口温度下降时
*制冷剂过热下降导致压缩机流体压缩(流体回流)，这又反过来导致异常轴损耗。
*在制冷剂预热器中形成冷凝。把这种冷凝与燃烧的硫磺氧化物副产物混合一起，形成腐蚀铝的硫磺酸。
*输入负荷上升。
为了避免上述问题，根据本发明在多个房间空调***中用下面描述的方法控制燃烧。
每个室内机组4a和4b根据进口温度和室内机组的温度设置之间的差设定压缩机6的频率值(No.)，并把它输出到室外机组2。
室外机组2从室内机组4a和4b的性能等级和频率值(No.)得出负荷等级系数Ln1和Ln2，而且计算全部负荷Lnφ。然后，用全部负荷Lnφ代替负荷等级Lnk，而且根据下列等式计算较佳燃烧级(K)，以确定室外机组的操作负荷等级。
*计算较佳燃烧级(K)
1)用一个室内机组操作
K=-(256-K1max)/(Lnk1max-Lnk1min)×(Lnk-Lnk1min)+256
2)用两个室内机组操作
K=-K2min/(Lnk2max-Lnk2min)×(Lnk-Lnk2min)+K2min
其中，如下定义K1max,K2min,Lnk1max,Lnk1min,Lnk2min和Lnk2max
K1max, 69
K2min, 145
Lnk1min, 20
Lnk1max, 42
Lnk2min, 42
Lnk2max, 61
图6画出上述控制等式的曲线。注意，例如，考虑到如图7所示的燃料供应，确定对于指定的制冷剂循环的较佳燃烧级(K)。即，当计算较佳燃烧级(K)时，根据所得K值，初始化螺线管式泵32频率和燃烧口马达34速度设置，以适当设置和调整燃料和空气供应。根据从室内机组4a和4b输出的频率值(No.)，初始化与室内机组4a和4b链接的膨胀阀22a和22b，即，运用在冷却模式下用到的相同方法控制压缩机频率。应注意，用与确定压缩机频率类似的方法，确定燃烧级。
此外，还注意，如此限定在用单个房间操作时的最大燃烧级与用两个房间操作时的最小燃烧级之间的关系，从而压缩机频率保持相同，对于具有较少操作室内机组的结构而言燃烧级较高。这是因为相对于用单个房间操作的制冷剂循环，制冷剂管路压力损坏较大，因而在特定压缩机频率下用单个室内机组操作的情况下燃烧较大。
于是，通过根据整个房间的全部需要控制压缩机频率，而且根据每个房间的负荷确定单个膨胀阀22a和22b的阀门口，运用上述方法可以根据每个房间的需要传递所需加热或冷却容量。
因此，可以使房间更加舒适，而且减小能源消耗，同时精确和最佳控制制冷循环。
下面，参照图8中的流程图和图9中的时序图，描述控制数量变化的多个操作机组的较佳方法。通过举例的方法，假设两个室内机组4a和4b之一最初在加热模式下进行操作，之后另一个机组也开始在加热模式下进行操作。
把设有室内机组4a和4b的房间分别定义为房间A和房间B。首先，只有房间A的室内机组4a在加热模式下进行操作。然后，在房间B中的另一个室内机组4b开始在加热模式下进行操作。在室内机组4b启动之后，立即打开与房间B相对应的膨胀阀22b，从而制冷剂流到在房间A中的室内机组4a和在房间B中的室内机组4b。因此，流到制冷剂预热器28的制冷剂下降。结果，破坏制冷剂预热和制冷剂消耗之间的平衡，从而存在着制冷剂预热器28的制冷剂出口温度异常升高的隐患。
参照图8中的流程图，以房间A的室内机组4a在加热模式下进行操作开始流程(步骤S1)。为了避免当对于房间B中的室内机组4b接收到加热模式操作信号时发生上述异常升温，打开室内机组4b的风机(步骤S3)，而且通过压缩机频率逐步增加到预先限定的高频设置(在该例中为61Hz)或者增加到根据房间负荷计算的频率级，增加制冷剂循环。还初始化并开始递增用于从接收到操作信号开始跟踪时间的经过时间计数器T1和T2。
当经过的时间T1达到特定时间t(在本实施例中为30秒)(步骤S5和S6)时，打开对于房间B室内机组4b的膨胀阀22b。然后，逐步增加螺线管式泵32频率和燃烧口马达34速度(步骤S8和S9)以逐步增加制冷剂预热器28燃烧。
应注意，控制螺线管式泵32频率和燃烧口马达34速度的增长速率低于压缩机频率的增长速率，从而防止制冷剂温度的异常升高。还应注意，可以与打开膨胀阀22b同时或者稍稍滞后，增加燃烧。然而，如果在打开膨胀阀22b之前增加，那么制冷剂预热器28的制冷剂出口温度的异常升高是明显危险的。
当从接收到操作信号开始经过的时间T2增加到第二特定时间t(在该例中为180秒)(步骤S10和S1)，把压缩器频率逐步减小到根据房间负荷确定的值(步骤S12)。
应注意，在图8中的流程图和图9中的时序图中示出作为同时发生的增加压缩机频率和操作室内机组风机。然而，可能风机操作滞后于增加压缩机频率一特定期间。还描述逐步连续增加的制冷剂预热器燃烧，但是可以把该过程改为不连续增加。在这种情况下，必须把燃烧增加的平均速率设为小于压缩机频率增加的速率。
下面，参照图10中的流程图和图11中的时序图，描述控制数量变化的操作机组的更佳方法。在这种情况下，通过举例的方法假设两个室内机组4a和4b在加热模式下进行操作，之后关闭两个室内机组之一(在下面的例子中指定室内机组4b)。
现在参照图10中的流程图，以两个室内机组4a和4b在加热模式下进行操作开始流程(步骤S21)。当接收到表示关闭室内机组4b的信号(步骤S22)时，初始化并开始增加用于从接收到停止(关)信号开始跟踪时间的经过时间计数器T1、T2和T3。还通过逐步减小螺线管式泵32频率和燃烧口马达34速度来减少制冷剂预热器28燃烧(步骤S23和S24)。
当经过时间T1达到特定时间t(在本实施例中为60秒)(步骤S25和S26，逐步关闭对于房间B室内机组的膨胀阀22b(步骤S27)。
当经过时间T2达到特定时间t(在本实施例中为90秒)(步骤S28和S29)，关闭室内机组4b的风机(步骤S30)。
当经过时间T3达到特定时间t(在本实施例中为210秒)时，把压缩机频率不连续地减小到特定计算值。由压缩机频率和燃烧控制计数器62根据房间的全部所需负荷计算该值。通过减小制冷剂循环，保持制冷剂预热和制冷剂循环之间的平衡，而且可以阻止制冷剂预热器28的制冷剂出口温度的异常升高。
应注意，在接收停止(关闭)循环和实际停止室内机组风机之间的延迟时间依赖于燃烧口的热容量。因此，如果燃烧口的热容量很高，那么必须增加该延迟时间。
图12至15示出根据本发明，作为在多个房间空调***中操作室内机组的数量变化的结果获得的数据。图12和13画出当从一个室内机组操作变换为两个室内机组操作时获得的数据的曲线，而图14和15画出当从两个室内机组操作变换为一个室内机组操作时获得的数据的曲线。
更具体地说，当打开额定容量为2.2kw的室内机组，同时已经运作额定容量为3.2kw的室内机组，获得如图12曲线的数据。压缩机频率、较佳燃烧级(K)和其它特定参数如下变化。
(1)当在图12中的时刻T(1)打开2.2kw机组而且3.2kw机组风机处于HIGH状态时，压缩机频率从36Hz到61Hz。
(2)经过时间T(2)，打开的2.2kw机组的膨胀阀从80到350脉冲同等物，而且燃烧级(K)从98降至80。
(3)经过时间T(3)，压缩机频率从61Hz到54Hz。
当操作从单个房间变成两个房间操作时，在如图12上述的时刻(1)和(2)之间，压缩机出口压力会由显著的变化(降低)，它直接影响制冷剂循环。然而，通过把压缩机频率增加到61Hz，然后稍作延迟即打开新开始的室内机组的膨胀阀，逐步增加螺线管式泵频率和燃烧。不会明显地破坏制冷剂循环和燃烧之间的平衡。虽然在入口温度(制冷剂预热器出口温度)和压缩机的出口温度都稍有下降，但是下降不明显。
图13示出当2.2kw室内机组进行操作然后打开分开的3.2kw室内机组时所得结果。下面，再次示出燃烧频率、较佳燃烧级(K)和其它特定参数。
(1)在时刻T(1)时，打开3.2kw机组，而且压缩机频率从24Hz到61Hz。
(2)在时刻T(2)时，打开的3.2kw机组的膨胀阀门口从80到480脉冲同等物。
(2)-(7)从时刻T(2)到(7)，燃烧级(K)逐步降至K=40。
如图13所示，通过不连续地增加螺线管式泵频率可以获得燃烧的显著变化。然而，高压并没有显著变化，而且所观察的进口温度或出口温度也没有显著变化。这是因为在增加螺线管式泵频率之前，压缩机频率增加到61Hz，而且适当地调整对于刚打开的室内机组的膨胀阀的阀门口。
图14示出当2.2kw和3.2kw室内机组进行操作然后关闭2.2kw机组时获得的结果。下面再示出压缩机频率、较佳燃烧级(K)和其它特定参数。
(1)在时刻T(1)，燃烧级K从80到98。
(2)在时刻T(2)，关闭的2.2kw机组阀门口从350到80脉冲同等物。
(3)在时刻T(3)，关闭2.2kw机组，而且3.2kw机组风机变为低。
(4)在时刻T(4)，压缩机频率从48Hz降至42Hz。
虽然在如图14所示的这种情况下，高压有显著变化，但是根据图11中的时序图，通过控制***元件，可以阻止进口温度和出口温度的骤然变化。
图15示出当2.2kw和3.2kw室内机组进行操作然后当关闭3.2kw机组时获得的结果。下面再次示出压缩机频率、较佳燃烧级(K)和其它特定参数。
(1)在时刻T(1)，燃烧级K从K=40变到最大燃烧级。
(2)在时刻T(2)，关闭的3.2kw机组阀门口从480到80脉冲同等物。
(3)在时刻T(3)，关闭3.2kw机组。
(4)在时刻T(4)，压缩机频率从58Hz降至52Hz。
虽然在如图15所示的情况下，作为减小螺线管式泵频率的结果燃烧有显著变化，但是根据如图11所示的时序图，通过控制***元件可以阻止高压、进口温度和出口温度的骤然变化。
应注意，在如图8所示的步骤S12或者在如图10所示的步骤S33中减小压缩机频率之后，实现如下所述的出口温度预先控制处理以预测制冷剂预热器28出口温度。
还应注意，对于多个房间空调***或者单个制冷剂预热器型房间空调器，可以使用下述的制冷剂预热器出口温度预测。然而，下列描述是根据如图1所示的多个房间空调***。
图16是示出制冷剂预热器28的出口温度预先控制。如图所示，预先控制处理以初始化各个参数开始(步骤S41)。然后，运用压缩机出口温度传感器23，检测在压缩机6的出口侧的制冷剂的温度，它对出口温度检测电路72提供所得检测信号。因此，出口温度检测电路72检测出口温度t1(步骤S42)。
然后，向饱和温度计算器74提供该出口温度t1，其中所述饱和温度计算器74运用下列等式计算对于制冷剂预热器28的出口压力的饱和温度Tsat(步骤S43)。
Tsat=axt1+b
其中，a和b是实验值。根据所实施的实验，把这些设为大约a=1.54和b=10.6。应注意，值运用对于a和b的这些值，根据上述等式确定的Tsat被确认为实质上等于对于制冷剂预热器28的出口压力的饱和温度。
更具体地说，由于由制冷剂管路的压力损坏确定出口压力，所以如果已知在高压侧的制冷剂压力，可以计算在制冷剂预热器型空调器的制冷循环中的制冷剂预热器出口温度。通过把计算的出口温度与实际检测到的出口温度相比较并用温度差控制制冷剂预热，可以控制制冷剂预热器出口温度。
因此，需要检测由制冷剂预热器出口温度传感器33完成的实际制冷剂预热器出口温度。然后，把检测信号输入到制冷剂预热器出口温度电路76，利用它检测制冷剂预热器出口温度Tsat。把这个制冷剂预热器出口温度Tout和饱和温度Tsat输入到过热计算器78。过热计算器78运用下列等式计算ΔSH(步骤S45)。
ΔSH=Tout-Tsat-c
其中，c是为了在制冷剂预热器出口温度下保持预定SH值(过热程度)在步骤S44中设定的补偿系数，和在低频压缩机操作期间，在压缩机出口处确定SH值。注意，补偿系数c依赖于压缩机频率。例如，当压缩机频率为25Hz或更高时，c=8。例如，当压缩机频率低于25Hz时，c=10。
然后，在确定选择方框S46中估计所得ΔSH。如果0≤ΔSH＜2，那么过程返回到S42。如果不是这样，那么确定选择方框S47确定是否2≤ΔSH。如果是这样，那么过程进到步骤S48；如果不是，那么过程分流到S50。
在步骤S48中，把压缩机频率COMPHz与限定最大频率MAX(Hz)相比较。如果实际压缩机频率小于最大频率，那么增加压缩机频率(步骤S49)。如果压缩机频率已经处于最大频率，那么控制回路到步骤S42。
如果回到步骤S47中2≤ΔSH，把压缩机频率COMPHz与限定最小频率MIN(Hz)相比较。如果实际压缩机频率大于最小频率，那么减小压缩机频率(步骤S51)。如果压缩机频率已经处于最小频率，那么控制回到步骤S42。
图17示出当在这个步骤S49和51中，调节ΔSH和压缩机频率之间的关系。在下列表5还示出相同信息。因此，在步骤S49和51中，由压缩机频率控制电路82根据由过热计算器78和如下表5所示的调节值的表80计算的ΔSH信号，确定压缩机频率的变化。然后，把所得频率调节值发送到压缩机驱动电路(未图示)以进行压缩机频率控制。
表5
ΔSH 压缩机频率变化
20≤ΔSH +7.0Hz
10≤ΔSH＜20 +6.0Hz
8≤ΔSH＜10 +5.0Hz
6≤ΔSH＜8 +4.0Hz
5≤ΔSH＜6 +3.0Hz
4≤ΔSH＜5 +2.0Hz
2≤ΔSH＜4 +1.0Hz
0≤ΔSH＜2 ±0Hz
-2≤ΔSH＜0 -1.0Hz
-6≤ΔSH＜-2 -2.0Hz
ΔSH＜-6 -3.0Hz
如图16所示的结果是控制压缩机频率，从而ΔSH接近零，即，在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热接近上述补偿系数c。
如果由过热计算器78计算的制冷剂预热(见图17和表5)大于预定设置，那么相对于制冷剂过热升高逐步增加压缩机频率。如果制冷剂过热小于预定设置，那么相对于制冷剂过热降低逐步减小压缩机频率。注意，压缩机频率下降的平均斜率要比压缩机频率上升的平均斜率平缓得多。
通过控制压缩机频率，当在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热非常高时，可以大大增加压缩机频率，而且可以很快抑制制冷剂预热器出口温度的异常升高。当过热低于预先限定的设置时，可以大大降低压缩机频率，从而阻止流体从制冷剂预热器回到压缩机。注意，由于压缩机频率的骤然下降会导致制冷剂预热器出口温度的异常升高，所以必须逐步降低压缩机频率。
控制在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热和压缩机频率变化之间的关系，从而平均减小的斜率要比压缩机频率的平均增加的斜率平缓得多，从而当降低压缩机频率时制冷剂预热器温度异常升高。
注意，把压缩机频率的最大增加设为7Hz。这是因为压缩机频率增加与输入升高相关。通过限定压缩机频率的增加，可以抑制输入的上升，而且可以实现有效操作。当发生制冷剂泄漏时这特别重要。更具体地说，由于制冷剂循环减小，所以当制冷剂泄漏时制冷剂出口温度容易上升，因而在制冷剂预热器出口处超热制冷剂的温度上升。通过增加压缩器频率控制它，但是如果压缩器频率上升太多，可能发生输入异常升高。
虽然没有在图16中的流程图中示出，但是根据压缩机的制冷剂出口温度，还设定最小压缩机频率限度。更具体地说，当两个室内机组在多个房间空调***中操作的情况下，在压缩机处的制冷剂出口温度为40℃或者低于40℃时，把最小压缩机频率设为38Hz。在单个房间空调器或者仅仅一个室内机组在多个房间空调***中进行操作的情况下，当在压缩机处的制冷剂出口温度为45℃或更高时，把最小压缩机频率设为35Hz。
当通过减小压缩机频率，把在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热控制在特定值时，当压缩机频率低于某一点时制冷剂循环大幅下降。当改变室内机组的风机速度时，由于高压变化导致制冷剂循环显著变化。在某种情况下，不可能补偿制冷剂循环的这种变化，而且制冷剂预热器出口温度异常升高。然而，通过设定压缩机频率可以下降到的最小频率，可以调节室内机组操作变化引起的循环变化。
当加到空调***的制冷剂很高时，制冷循环变得很湿，而且在制冷剂预热器出口处的过热下降。于是，开始压缩机频率减小控制，但是如果压缩机频率大大降低、那么制冷剂循环也大幅下降而且不能调节室内机组送风机速度的变化(高压变化)。这是因为高压侧的变化直接导致低压侧的变化，而且高压级变化大大影响制冷剂循环，因为在制冷剂预热***的制冷循环中不提供任何限流器。
应注意，在如上所述构成的空调***中，由出口温度传感器23检测来自压缩机6的制冷剂温度，但是作为替代，可以用出口压力传感器84代替出口温度传感器23。
图18是包括出口温度传感器84来代替出口温度传感器23的空调***的方框图。
如图18所示，由出口温度传感器84感测从压缩机6输出的制冷剂的压力，而且向检测压力的出口压力检测电路86提供所得压力信号，借此检测压力。如上所述，如果已知在高压侧的制冷剂压力，那么由制冷剂管路的压力损失确定制冷剂预热器出口压力。结果，通过把检测到的出口压力代到已知等式中，可以预测制冷剂预热器出口压力。
对于熟悉本技术领域的人员而言，这个事实是显而易见的，即，虽然上述本发明的较佳实施例具有两个连到多个房间空调***中的一个室外机组上的两个室内机组，但是室内机组的数量并不局限于两个，而实质上无论有两个、三个或多个室内机组，都可以采用相同的控制方法。
同样显而易见的是，如上所述，可以向制冷剂预热器型单个房间空调***提供制冷剂预热器出口温度的预先控制。
如上所述构成，根据本发明的空调***提供下列益处和优点。
根据制冷剂预热器出口温度检测装置的输出和饱和温度计算装置的输出，计算在压缩器预热器出口处的制冷剂过热。然后，调节压缩机频率，从而经计算的过热达到特定值。因此，通过根据制冷剂预热器出口温度直接调节制冷剂循环，可以有效地控制制冷剂预热器出口温度。
当制冷剂预热超过制冷剂循环的散热量时，通过增加压缩机频率增加制冷剂循环。于是，可以阻止压缩机温度的异常上升和由制冷剂预热器出口温度的异常上升引起的压缩机损坏。此外，当制冷剂循环超过制冷剂预热器的热容量时，通过减小压缩器频率，降低制冷剂循环。于是，可以阻止由流体回到压缩机引起的对压缩机的损坏以及由制冷剂预热器出口温度的下降所引起的制冷剂预热器中的冷凝导致的铝外壳的腐蚀。
应注意，由于没有提供从压缩机到制冷剂预热器的旁通阀和旁通管，所以可以获得100％的制冷剂预热器燃烧作为用于房间加热的热量。由于不破坏制冷剂循环和加热之间的平衡，所以空调***还可以更有效地进行操作。
在本发明的另一种形式中，饱和温度计算装置包括用于检测从压缩机传递的制冷剂温度，或者用于检测从压缩机输出的制冷剂压力的装置。
如果检测制冷剂温度，那么通过把检测到的压力代入特定等式中，饱和温度计算装置预先计算在制冷剂预热器器出口压力下的饱和温度。在这种情况下，使用低价的压缩器出口温度传感器的制冷剂预热器出口温度传感器，能控制制冷剂出口温度。
如果检测制冷剂压力，那么通过将检测到的压力代入特定等式中，饱和温度计算装置预先计算在制冷剂预热出口压力下的饱和温度，用高压传感器检测高压饱和温度，从而精确检测使饱和温度并作出快速反应。
在上述结构的任一种结构中，当由制冷剂过热计算装置计算的制冷剂过热超过预定值时，随着过热程度上升，最好逐步增加压缩机频率。如果经计算的制冷剂过热小于预定值，那么随着过热程度下降，逐步减小压缩机频率。在这两种情况下，可以把制冷剂过热快速调节到特定值，而且可以实现高效操作。
此外，控制压缩机频率变化，从而压缩机频率降低的平均斜率小于压缩机频率增加的平均斜率。因此，可以快速恢复高效操作，阻止制冷剂循环的下降，从而阻止制冷剂预热器的过热。
此外，较佳的是，对于在压缩机频率中的任何上升，限定最大频率变化。可以抑制到压缩机的输入增加，可以实现低输入电平操作，而且可以避免由高制冷剂预热器出口温度引起的压缩机上的异常高温负荷。
此外或者作为替代，还由压缩机的制冷剂温度限定并确定最小压缩机频率。结果，当作为房间环境的变化结果，发生高压变化(制冷剂循环变化)(例如，室内机组的吹风机输出变化)，在正常温度下保持制冷剂预热器出口温度，而且避免回到压缩机的流体。
本发明还提供用于在上述空调***中，控制制冷剂预热器出口温度的方法。这种控制方法计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度；检测制冷剂预热器出口温度；根据经计算的饱和温度和经检测的制冷剂预热器出口温度，计算在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热；和调节压缩机频率，从而经计算的制冷剂过热变成特定值。
因此，根据制冷剂预热器出口温度，通过直接调节制冷剂循环，可以有效地控制制冷剂预热器出口温度。
上述方法的饱和温度计算步骤最好检测从压缩机传递的制冷剂的温度，并通过把经检测的温度代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。在这种情况下，运用例如低成本压缩机出口温度传感器和制冷剂预热器出口温度传感器，可以控制制冷剂预热器出口温度。
作为替代，饱和温度计算步骤检测从压缩机输出的制冷剂的压力，通过把经检测的制冷剂压力代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。在这种情况下，由高压传感器检测高压饱和温度，从而精确检测饱和温度和作为快速反应。
虽然，参照附图，结合较佳实施例，描述本发明，但是应注意，对于熟悉本技术领域的人员而言，各种变化和变更都是显而易见的。应理解，这种变化和变更都包含在所附权利要求书限定的本发明的范围内。
Claims (9)
1．一种空调***，其特征在于，包括：
一个室外机组，它包括可变容量压缩机、四向阀、室外热交换器和制冷剂预热器；
通过制冷剂管路与上述室外机组相连并具有室内热交换器的至少一个室内机组；
饱和温度计算装置，用于在制冷剂预热器出口压力下计算饱和温度；
制冷剂预热器出口温度检测装置，用于检测所述制冷剂预热器的出口温度；
制冷剂过热计算装置，用于根据所述制冷剂预热器出口温度检测装置的输出和所述饱和温度计算装置的输出，计算在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热；和
压缩机频率调节装置，用于调节压缩机频率，从而由所述压缩机过热计算装置计算的所述压缩机过热变成预定值。
2．如权利要求1所述的空调***，其特征在于，所述饱和温度计算装置包括压缩机出口温度检测装置，用于检测来自所述压缩机输出的制冷剂的温度，并通过把由所述压缩机出口温度检测装置检测到的温度代入特定等式，预先计算在所述制冷剂预热器出口压力下的所述饱和温度。
3．如权利要求1所述的空调***，其特征在于，所述饱和温度计算装置包括压缩机出口压力检测装置，用于检测来自所述压缩机输出的制冷剂压力，而且通过把由所述压缩机出口压力检测装置检测到的所述制冷剂压力代入特定等式，计算在所述制冷剂预热器出口压力下的所述饱和温度。
4．如权利要求1所述的空调***，其特征在于，当由所述制冷剂过热计算装置计算的制冷剂过热超过所述预定值时，随着过热程度的上升，压缩机频率逐步增加；当经计算的制冷剂过热小于所述预定值时，随着过热程度的下降，所述压缩机频率减小；和控制所述压缩机频率变化，从而压缩机频率减小的平均斜率小于压缩机频率增加的平均斜率。
5．如权利要求1所述的空调***，其特征在于，对于所述压缩机频率的任一次增加，都限定最大频率变化。
6．如权利要求1所述的空调***，其特征在于，由从所述压缩机输出的制冷剂的温度限定并确定最小压缩机频率。
7．一种控制方法，用于在具有一个室外机组和通过制冷剂管路互相相连的至少一个室内机组的空调***中控制制冷剂预热器出口温度，所述室外机组具有可变容量压缩机、四向阀、室外热交换器和制冷剂预热器，所述室内机组具有室内热交换器，所述控制方法包括下列步骤：
计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度；
检测制冷剂预热器出口温度；
根据所述经计算的饱和温度和检测到的制冷剂预热器出口温度，计算在制冷剂预热器出口处的制冷剂过热；和
调节压缩机频率，从而使所述经计算的制冷剂过热变成预定值。
8．如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，计算所述饱和温度的步骤包括检测从所述压缩机输出的制冷剂温度，和通过把所述经检测的温度代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的所述饱和温度。
9．如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，计算所述饱和温度的步骤包括检测从所述压缩机输出的制冷剂的压力，和通过把经检测的制冷剂压力代入特定等式，预先计算在制冷剂预热器出口压力下的饱和温度。
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