CN103348189A - 用于辅助热源的各部件的耗损水平测量 - Google Patents

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Abstract

在至少某些实施例中，空气处理器包括盘管和风机。空气处理器还包括具有多个加热元件的辅助热源。辅助热源执行耗损水平测量算法，以在多个辅助加热循环中循环使用加热元件。

Description

用于辅助热源的各部件的耗损水平测量
背景技术
在热泵和制冷循环中，制冷剂在循环通过系统时交替地吸收和放出热能并被压缩、冷凝、膨胀和蒸发。具体来说，液体制冷剂从冷凝器流动通过膨胀装置（例如膨胀阀）并进入蒸发器。当制冷剂流过膨胀装置和蒸发器时，制冷剂的压力降低，制冷剂相变成气体，且制冷剂吸收热能。气态制冷剂从蒸发器行进到压缩机，并然后返回冷凝器。当制冷剂流过压缩机和冷凝器时，制冷剂的压力升高，制冷剂相变回液体，且制冷剂放出热能。实施该过程以将热能放出入空间（例如加热房子）或从空间去除热能（例如空气调节房子）。总之，热泵是将热量从房子内部去除的过程（例如夏季期间）逆向进行的空调器，以从外部空气吸收热量并将热量移到内部（例如冬季期间）。
热泵通常本身在低至约25至30华氏度的温度下是有效的。在较低温度下，可使用气体炉或辅助电加热器来辅助热泵。换言之，热泵可与辅助电加热器同时运行。此外，辅助电加热器也可在热泵需要维护的情况下用作紧急加热器。
在正常运行条件下，当室内温度在热泵运行期间降低时，辅助电加热器通过恒温器自动启动。还有时在湿冷天气期间，此时室外盘管可能结冰且热泵将进入除霜循环。除霜循环将加热过程逆向进行（即，启动空气调节过程），致使室外盘管加热并融化所有的冰。除霜循环可能持续几分钟并然后再次启动加热过程。在除霜循环期间，可启动辅助电加热，因为热泵在内部盘管处产生冷空气。
用于辅助电加热操作的加热元件和其它部件寿命有限。因此，需要努力改进用于辅助电加热操作的部件的性能/耐用性和/或降低其使用频率。
发明内容
在至少某些实施例中，空气处理器包括盘管和风机。空气处理器还包括具有多个加热元件的辅助热源。辅助热源执行耗损水平测量算法，以在多个辅助加热循环中循环使用加热元件。
在至少某些实施例中，用于空气处理器的辅助热源的控制系统包括恒温器界面，该恒温器界面构造成接收来自恒温器的加热请求并响应于加热请求确定辅助加热循环。控制系统还包括耦合到恒温器界面的耗损水平测量逻辑器。该耗损水平测量逻辑器构造成访问多个加热元件中每个的使用追踪信息，并基于使用追踪信息在辅助加热循环期间产生控制信号以对多个加热元件中的至少一个通电。
在至少一些实施例中，一种方法包括通过控制器接收来自恒温器的加热请求。该方法还包括通过控制器访问多个加热元件中每个的耗损追踪信息。该方法还包括通过控制器基于耗损追踪信息产生控制信号来对多个加热元件中的至少一个通电。
附图说明
图1示出根据本发明一实施例的热泵系统；
图2示出根据本发明一实施例的辅助加热系统；
图3示出根据本发明一实施例的方法；以及
图4示出根据本发明一实施例的用于辅助热源的控制加热元件选择的方法。
具体实施方式
在以下说明书中，分别用相同的标号标示整个说明书和附图中相同的部件。为了清楚和一致，各实施例的某些特征可以略微概括或示意形式示出。如本领域技术人员将理解的，各公司可以按不同名称来称呼部件。本文不旨在区分名称不同但功能相同的组件。在以下讨论和权利要求书中，术语“包括”和“包含”是以可扩充的方式来使用的，并且因而应被解释为意味着“包括但不限于…”。同样，术语“耦合”旨在意味着非直接或直接的电连接。因而，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接电连接或通过经由其它设备和连接的非直接电连接。
图1示出根据本发明一实施例的热泵系统100。在热泵系统100中，制冷剂循环通过室外盘管102、压缩机106、室内盘管122和膨胀阀112。箭头104、108、110和114示出制冷剂在加热循环中流动的方向。
更具体地，在加热循环中，室外盘管102使制冷剂蒸发。当液体制冷剂蒸发时，其从室外空气带走热量。气态制冷剂从室外盘管102流到（箭头104）压缩机106，在该处气态制冷剂被压缩以产生高压过热制冷剂蒸汽。蒸汽离开压缩机106并流到（箭头108）室内盘管122。在室内盘管122处，来自风机（鼓风机）124的空气从蒸汽移走热量（加热室内空气），且当移走足够热量时，蒸汽冷凝成高压液体。该高压液体从室内盘管122流到（箭头110）膨胀阀112，该膨胀阀112计量高压液体到室外盘管102的流量（箭头114）。可按需要重复本文描述的加热循环过程。例如，可响应于恒温控制信号启用和/或保持热泵系统100的加热循环。
如图1所示，室内盘管122和风机124可以是空气处理器120的部件。空气处理器120还包括辅助热源126，按需要启用辅助热源126。例如，可响应于探测到热泵系统100的加热循环期间室内温度已降低而启用辅助热源126。附加地或替代地，可响应于探测到热泵加热循环不工作或不可用（例如在除霜循环期间）而启用辅助热源126。换言之，辅助热源126通常在热泵加热循环不足或不可用时启用。这是因为热泵加热循环比运行辅助热源126具有更高的能量效率。如果需要，辅助热源126可实施为独立热源而不是用于热泵系统100的补充热源。
如图所示，辅助热源126包括构造成将电转换成热的加热元件128。例如，加热元件128可对应于电阻金属线。这种电阻金属线可形成为单一金属或金属组合的不同尺寸和形状（例如带状、直的或盘绕的）。加热元件128可附加地或替代地由陶瓷材料组成。总之，加热元件128可关于材料、尺寸和/或形状变化。此外，不同加热元件128可关于成本、效率、耐用性和/或功率额定值变化。因而，有空气处理器120或本文使用的辅助热源126的多种可能变型。
作为一个示例，辅助热源126可由3或4个加热元件128组成，这些加热元件128选择性地通过208伏3相电源或230-240伏单相电源通电。实施在辅助热源126中的加热元件128各自具有对应于所需辅助热容量的预定功率额定值。根据各种实施例，可在辅助加热循环期间同时对某些或所有加热元件128供电，只要功率/热量的总量不超过预定安全阈值即可。为了确保符合安全规范，辅助热源126还可包括诸如断路器和热保护装置（循环或非循环的）的安全装置（未示出）。此外，可使用辅助加热循环期间加热元件128的多级操作。例如，如果辅助加热循环期间辅助热源126的总功率额定值超过预定阈值（例如10kW），则实施这种多级操作。在某些实施例中，辅助热源126将由加热元件128利用的电流限制为40安培，该值可对应于同时运行的两个加热元件128。如前文指出的，各实施例可变化且因此给出的实例并不表示限制其它实施例。
根据至少某些实施例，辅助热源126执行耗损水平测量算法130以循环使用加热元件128，从而加热元件128的劣化（由于其使用）随时间更均匀地分布。耗损水平测量算法130也可应用于用于每个加热元件128的切换机构。假设对于每个加热请求循环，并不需要所有的加热元件128，则耗损水平测量算法130延长各加热元件128的总寿命。此外，耗损水平测量算法130使辅助热源126能够利用更小、更廉价的切换机构来接通/断开每个加热元件128。例如，可使用中继器来代替接触器。尽管本文的几个实施例描述了用于切换机构的中继器，也可替代地使用接触器。在某些实施例中，每个加热元件128具有分开的中继器（或接触器），如稍后对图2所描述的。对辅助热源126实施耗损水平测量算法130还延长这些中继器的寿命。
响应于对辅助热源126的加热请求，可改变通电的加热元件128的数量。换言之，不同的加热请求可对应于启用不同数量的加热元件。对于某些辅助加热循环，通过耗损水平测量算法130来选择单个加热元件128。对于其它辅助加热循环，通过耗损水平测量算法130来选择两个或多个加热元件128。如前所述，在一个阶段或多个阶段中的辅助加热循环期间可启用加热元件128。每个辅助加热循环可在固定时期（例如1分钟、5分钟等）后终止。或者，一旦达到所需结果（例如达到所需温度、消耗预定量的能量/电流），则每个辅助加热循环可终止。
在至少某些实施例中，对于每个辅助加热循环，耗损水平测量算法130确定哪个加热元件128使用得最少，并然后对于当前辅助加热循环选择该用得最少的加热元件来通电。如果对于单个辅助加热循环需要多个加热元件128，耗损水平测量算法130基于相同标准（最少使用的）选择多个加热元件128。为了使耗损水平测量算法130如本文所揭示的选择最少使用的加热元件128，需要用于追踪加热元件128的使用的技术。
根据至少某些实施例，可通过对给定加热元件128被选择或通电的辅助加热循环的次数进行计数来追踪给定加热元件128的使用。对每个加热元件128存储这些计数并根据需要由耗损水平测量算法130访问这些计数用于选择下一加热元件128。附加地或替代地，耗损水平测量算法130可追踪每个加热元件128的总运行时间（不同的辅助加热循环致使加热元件128的不同运行时间），并可在确定对那个加热元件通电时使用追踪到的运行时间信息。
可响应于由辅助热源126接收的加热请求来进行由耗损水平测量算法130进行的选择过程。例如，加热请求可提供关于对于辅助加热循环将需要多少加热元件128的信息和是否将使用加热元件128的多级启用的信息。对于某些实施例，对于每个辅助加热循环所使用的加热元件128的数量和其启用是固定的。在这些情况下，在接收加热请求之前可进行所要通电的下一加热元件的选择。
辅助热源126还可实施故障处理算法132。故障处理算法132运行以探测为辅助加热循环所选加热元件何时未正确运行。故障可与例如加热元件128本身、接通/断开机构、电源与所选加热元件之间的导电线、循环热断路装置（恒温开关）和/或保险丝相关。探测机构可对应于电压水平探测、电流水平探测、温度探测和/或确定所选加热元件未按预期发热的其它技术。
根据至少某些实施例，故障处理算法132与耗损水平测量算法130协作以确保关于每个加热元件128使用了多少次的精确追踪。例如，如果故障处理算法132探测到故障，则耗损水平测量算法132选择用于辅助加热循环的下一加热元件。可按需要继续用故障处理算法132探测故障并用耗损水平测量算法130选择下一加热元件的过程。此外，应更新使用追踪信息以反映探测到故障的辅助加热循环的结果。作为示例，对于每个探测到的故障，用于相应加热元件的计数可不增加到正在追踪的使用计数，或可将先前增加的计数取走。通过不增加到对应于探测到的故障的加热元件的计数，耗损水平测量算法130将为下一辅助加热循环选择相同的加热元件（仍是使用最少的）。在该实施例中，辅助热源将试图为每个随后的辅助加热循环对先前的故障加热元件通电。替代地，故障处理算法132可使耗损水平测量算法130避免选择对应于对预定数量的辅助加热循环探测到故障的加热元件128，或者直到接收到加热元件用的重置信号为止。
图2示出根据本发明一实施例的辅助加热系统200。如图所示，辅助加热系统200包括耦合到恒温器210和电源220的辅助热源126。在操作中，辅助热源126从恒温器210接收加热请求信号。例如，恒温器210可断定加热请求信号由恒温器210测得的当前温度何时降到所需温度以下。附加地或替代地，恒温器210可响应于用户请求（不考虑温度）或响应于热泵不可用（例如，除霜循环期间）断定加热请求信号。
一旦接收到加热请求信号时，控制系统202配置成执行对应于加热请求的辅助加热循环。在辅助加热循环期间，控制系统202通过选择性地关闭切换件212A-212N来选择将对哪个加热元件128A-128N通电。如图所示，控制系统202输出切换件控制信号（CTR_R1至CTR_RN）以控制切换件212A-212N何时打开或关闭。当关闭给定切换件时（例如切换件212A），通过来自电源220的电力对相应加热元件（例如加热元件128A）通电并放出热量。在至少某些实施例中，切换件212A-212N可对应于例如中继器。尽管图2的辅助热源126示出用于每个加热元件的切换件，其它实施例可实施用于一对加热元件的切换件或其它构造。此外，加热元件128A-128N可关于其功率额定值变化，且因此切换件的构造也可变化（即，切换件212A-212N的功率额定值可与加热元件128A-128N的功率额定值匹配或不匹配）。在某些实施例中，每个加热元件128A-128N与陶瓷基部214A-214N关联，陶瓷基部214A-214N将各加热元件128A-128N电和热隔离。
在图2中，控制系统202包括耗损水平测量逻辑器204、故障处理逻辑器206、以及加热元件循环计数器208。控制系统202还包括恒温器界面203，该恒温器界面203可操作以从恒温器210接收加热请求并确定响应于加热请求的动作。由恒温器界面203确定（或接收）的动作可例如包括同时通电的多个加热元件。附加地或替代地，由恒温器界面203确定或接收的加热请求动作循环可包括分段（定时）参数，从而以分阶方式对多个加热元件128A-128N通电。
在至少某些实施例中，耗损水平测量逻辑器204对应于具有足够处理/存储容量的微处理器，以进行对图1所描述的耗损水平测量算法130。类似地，故障处理逻辑器206可对应于具有足够处理/存储容量的微处理器，以进行对图1所描述的故障处理算法132。此外，加热元件循环计数器208可对应于具有足够处理/存储容量的微处理器以进行本文描述的加热元件循环计数操作。在某些实施例中，可实施中继器循环计数器来代替或添加到加热元件循环计数器208（即，追踪中继器使用而非加热元件使用）。
在至少某些实施例中，耗损水平测量逻辑器204、故障处理逻辑器206以及加热元件循环计数器208可组合在单个集成电路（IC）上。替代地，耗损水平测量逻辑器204、故障处理逻辑器206以及加热元件循环计数器208可用分开的IC来实施。在任一情况下，耗损水平测量逻辑器204、故障处理逻辑器206以及加热元件循环计数器208构造成彼此通信以输出用于辅助加热循环的适当切换器控制信号CTR_R1至CTR_RN。
响应于来自恒温器210的加热请求，耗损水平测量逻辑器204访问由用于每个加热元件128A-128N的加热元件循环计数器208所追踪的循环计数信息。耗损水平测量逻辑器204还可构造成确定在加热请求动作循环期间仅一个加热元件可利用并加速对这一个加热元件通电。
耗损水平测量逻辑器204基于所访问的循环计数信息断定中继器控制信号（CTR_R1至CTR_RN）中的至少一个。换言之，耗损水平测量逻辑器204确定本文所述的使用最少的加热元件并断定相应的中继器控制信号（CTR_R1至CTR_RN）来响应于加热请求为辅助加热循环对使用最少的加热元件通电。耗损水平测量逻辑器204可运行以断定多个中继器控制信号以为辅助加热循环对多个加热元件通电。在某些实施例中，耗损水平测量逻辑器204如本文所述以多级方式断定用于辅助加热循环的多个中继器控制信号。耗损水平测量逻辑器204还可与加热元件循环计数器208通信，以更新用于加热元件128A-128N的循环计数信息。或者，加热元件循环计数器208可监测切换件212A-212N的运行以追踪用于加热元件128A-128N的循环计数信息。或者，加热元件循环计数器208可从传感器（例如温度传感器、电压传感器、电流传感器）接收信息以追踪用于加热元件128A-128N的循环计数信息。
在辅助加热循环期间，故障处理逻辑器206构造成探测是否出现如本文所述妨碍对所选加热元件通电的故障。故障处理逻辑器206也可与加热元件循环计数器208和/或耗损水平测量逻辑器204通信以确保精确追踪关于每个加热元件128使用了多少次。例如，如果故障处理逻辑器206探测到故障，则耗损水平测量逻辑器204选择用于辅助加热循环的下一加热元件。可按需要继续用故障处理逻辑器206探测故障并用耗损水平测量逻辑器204选择下一加热元件的过程。此外，应当更新由加热元件循环计数器208保持的加热元件循环追踪信息，以反映其中如本文所述探测到故障的辅助加热循环的结果。作为示例，对于每个探测到的故障，用于相应加热元件的计数可不增加到正在由加热元件循环计数器208所追踪的循环计数，或可将先前增加的计数取走。通过不增加到对应于探测到的故障的加热元件的计数，耗损水平测量逻辑器204将为下一辅助加热循环选择相同的加热元件（仍是使用最少的）。在该实施例中，辅助热源将试图为每个随后的辅助加热循环对先前的故障加热元件通电。替代地，故障处理逻辑器206可使耗损水平测量逻辑器204避免选择对应于对预定数量的辅助加热循环探测到故障的加热元件，或者直到接收到加热元件的重置信号为止。
图3示出根据本发明一实施例的方法300。该方法300可通过例如辅助热源控制器或控制系统来实施。如图所示，方法300包括从恒温器接收加热请求（方框302）。该方法300还包括访问多个加热元件中的每个的耗损追踪信息（方框304）。最后，方法300包括产生控制信号以基于所访问的耗损追踪信息来对多个加热元件中的至少一个通电（方框306）。
在至少某些实施例中，方法300可另外包括响应于加热请求而确定所要通电的加热元件的数量，以及如果需要的话，应用用于对预定数量的加热元件通电的分级顺序。该方法300可另外包括更新耗损追踪信息以响应于加热请求考虑所通电的任何加热元件。该方法300还可包括探测加热元件故障并避免对相应于加热元件故障的加热元件的耗损追踪信息进行更新。该方法300可另外包括确定是否仅有一个加热元件可用，且如果这样，响应于加热请求加速该一个加热元件的使用（即，仅在多个加热元件或多个中继器可供选择时才访问循环计数信息）。
图4示出根据本发明一实施例用于辅助热源的控制加热元件选择的方法400。该方法400可通过例如辅助热源控制器或控制系统来实施。如图所示，方法400在方框402处开始并通过接收加热请求而继续（方框404）。可通过例如恒温器接收加热请求。如果加热元件中继器的数量不大于一（判定方框406），则响应于加热请求为辅助加热循环选择中继器（即，仅中继器可用）（方框416）。然后更新用于所选中继器的循环计数数据（方框414）且该方法在方框420处终止。当使用仅一个加热元件时更新循环计数数据使得如果将附加的一个或多个加热元件添加到系统能够执行耗损水平测量。例如，可通过耗损水平测量算法选择新的加热元件，直到其循环计数数据与较旧的一个或多个加热元件相同为止。
如果加热元件中继器的数量大于一（判定方框406），则根据为每个中继器存储的循环计数数据响应于加热请求为辅助加热循环选择至少一个中继器（方框408）。例如，可使用循环计数数据响应于加热请求为辅助加热循环确定和选择使用最少的一个或多个中继器。
如果探测到关闭的中继器故障（判定方框410），则选择关闭的中继器（方框418）且该方法在方框420处终止。如果探测到另一类型的故障（判定方框410），则根据循环计数数据选择下一中继器（方框412），且方法400返回到判定方框410。如果未探测到故障（判定方框410），则为选择的中继器更新循环计数数据（方框414）且该方法在方框420处终止。根据至少某些实施例，方框414处循环计数数据的更新考虑探测到的任何故障。换言之，当选择故障中继器或对应于发生故障加热元件的中继器时不更新循环计数数据。
本文已经充分详细地描述了各较佳实施例，相信能够使本领域的技术人员实践各实施例。尽管本文已经详细描述了各较佳实施例，但本领域的技术人员还会认识到可进行各种替代和改型而不偏离所附权利要求书的范围和精神。例如，辅助热源126的各部件是可更换和/或可缩放的。换言之，旧的加热元件和/或其切换机构可用新的部件来更换。类似地，可增加新的加热元件和其切换机构以增加辅助热源126的总加热能力。因而，本文描述的耗损水平测量算法126可考虑更换部件和/或附加部件。例如，耗损水平测量算法130与旧部件同样地处理新部件或可不同地处理新部件（比旧部件更频繁地选择新部件）。

Claims (21)

1.一种空气处理器，包括：
盘管；
风机；以及
辅助热源，所述辅助热源具有多个加热元件，其中所述辅助热源执行耗损水平测量算法，以在多个辅助加热循环中循环使用所述加热元件。
2.如权利要求1所述的空气处理器，其特征在于，所述辅助热源包括控制器，所述控制器执行所述耗损水平测量算法以为每个辅助加热循环选择至少一个加热元件进行通电。
3.如权利要求2所述的空气处理器，其特征在于，所述辅助热源包括用于每个加热元件的切换单元，且每个切换单元选择性地操作以根据由所述控制器产生的控制信号对其相应的加热元件通电。
4.如权利要求3所述的空气处理器，其特征在于，每个切换单元对应于中继器。
5.如权利要求3所述的空气处理器，其特征在于，每个切换单元对应于接触器。
6.如权利要求2所述的空气处理器，其特征在于，所述控制器访问为每个加热元件存储的循环计数信息，以为每个辅助加热循环选择至少一个加热元件进行通电。
7.如权利要求2所述的空气处理器，其特征在于，所述控制器构造成访问耗损追踪信息以为给定辅助加热循环选择使用最少的加热元件，并在给定辅助加热循环期间更新耗损追踪信息以考虑通电的任何加热元件。
8.如权利要求2所述的空气处理器，其特征在于，所述控制器构造成探测加热元件故障的发生并响应于所探测的加热元件故障实施故障处理算法。
9.如权利要求8所述的空气处理器，其特征在于，所述故障处理算法使所述控制器避免为与所述探测到的加热元件故障关联的任何加热元件更新耗损追踪信息。
10.一种用于空气处理器的辅助热源的控制系统，所述控制系统包括：
恒温器界面，所述恒温器界面构造成接收来自恒温器的加热请求并响应于所述加热请求确定辅助加热循环；
耗损水平测量逻辑器，所述耗损水平测量逻辑器耦合到所述恒温器界面逻辑器，其中所述耗损水平测量逻辑器构造成访问多个加热元件中每个的使用追踪信息，并基于所述使用追踪信息在所述辅助加热循环期间产生控制信号以对所述多个加热元件中的至少一个通电。
11.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，由所述恒温器界面确定的所述辅助加热循环包括多个加热元件以同时通电。
12.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，由所述恒温器界面确定的所述辅助加热循环包括定时参数，从而以分级方式对多个加热元件通电。
13.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述耗损水平测量逻辑器构造成在所述辅助加热循环期间更新所述耗损追踪信息以考虑通电的任何加热元件。
14.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述耗损水平测量逻辑器构造成确定在所述辅助加热循环期间仅一个加热元件可利用并加速对所述一个加热元件通电。
15.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述耗损水平测量逻辑器响应于加热元件故障构造成避免为对应的加热元件更新使用追踪信息。
16.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述耗损水平测量逻辑器响应于加热元件故障构造成在下一辅助加热循环期间选择对应于所述故障的加热元件。
17.一种方法，包括：
通过控制器接收来自恒温器的加热请求；
通过所述控制器访问多个加热元件中每个的耗损追踪信息；以及
通过所述控制器基于所述耗损追踪信息产生控制信号来对所述多个加热元件中的至少一个通电。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
响应于所述加热请求确定多个加热元件进行通电；以及
如果需要的话，应用分级次序以对预定数量的加热元件通电。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：更新所述耗损追踪信息以响应于所述加热请求考虑所通电的任何加热元件。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：探测加热元件故障并避免对相应于所述加热元件故障的加热元件的耗损追踪信息进行更新。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：确定是否仅一个加热元件可用，且如果是的话，响应于所述加热请求加速所述一个加热元件的使用。
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