CN105579798A - 使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备 - Google Patents

使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统中的蒸发器除霜的设备，其包括：i)霜检测传感器50，其用于从控制处理器60的输出部接收霜感测信号，并向所述控制处理器60的输入部传送霜检测信号，其中，通过向霜投射红外线并且投射和从霜接收反射红外线来生成所述霜检测信号；ii)所述控制处理器60，其用于在信号转换部中将所述霜检测信号转换成数字信号以估算所述霜检测信号是否高于由信号设定部61设定的阈值，并将操作信号传送至除霜器70以及将显示信号传送至信号显示部62；以及iii)所述除霜器70，其基于来自所述控制处理器60的信号进行操作。

Description

使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备
技术领域
本发明涉及一种通过以下步骤对制冷系统的蒸发器除霜的设备：i)使用红外线发射二极管传感器检测形成在冰箱、冷藏库、冷冻库或热泵中装配的蒸发器上的霜；ii)将信号从控制处理器传送至除霜系统；并且iii)通过操作除霜系统对蒸发器除霜。
另一方面，本PCT申请要求于2013年8月26日提交的韩国专利申请第10-2013-100895号“使用红外线发射二极管传感器对制冷系统中的蒸发器除霜的设备”以及于2014年2月17日提交的韩国专利申请第10-2014-17681号“使用红外检测传感器对制冷系统中的蒸发器除霜的设备”这二者的优先权。
背景技术
在冰箱、冷藏库、冷冻库或热泵中，使用制冷剂通过循环和热交换来冷却空间。通常，通过包括4个冷却周期步骤的循环来进行冷却，这些步骤是制冷剂的压缩、冷凝、膨胀和伴有热交换的蒸发。因此，在制冷系统中装配有压缩器、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。
可以对4个冷却周期步骤进行如下解释。在压缩器中压缩气相制冷剂，在冷凝器中通过与周围空气进行热交换来冷却压缩的制冷剂，在膨胀阀处调节冷却的液相制冷剂流并使其膨胀，并且在蒸发器中将液相制冷剂蒸发成气相，其中环境热量被吸收以用于蒸发。最后，可以将冷却的空气提供至制冷系统中的储藏室或冷却空间中。
另外，使来自蒸发器的气相制冷剂循环至压缩器中。之后，从压缩器开始冷却周期并重复该冷却周期。随着环境热量被吸收到由蒸发器围绕的空间中，蒸发器的表面的温度会变低。因此，由于相对较热并且潮湿的环境空气，在蒸发器的表面上会出现凝结的水分，这将导致在蒸发器的表面上形成霜。
另外，在蒸发器的表面上形成的霜会随时间变厚。因此，与环境空气的热交换的效率会变低，这将导致冷却效率下降及电能的过度消耗。
通常，为了解决这种问题，将计时器装配至制冷系统中，以用于测量压缩器的累积操作时间。在经过阈值累积操作时间之后，通过操作蒸发器周围的供热部来执行除霜。
然而，在这种传统除霜的情况下，必须基于阈值累积操作时间的推移来周期性地执行除霜，而不对形成在蒸发器的表面上的霜量进行测量。因此，其缺点在于不能有效地移除形成在蒸发器的表面上的霜。另外，由于除霜操作，也导致不必要的电能消耗以及温度增加。
为了克服这种缺陷，在韩国在先公开第10-2011-88745号“冷却设备和用于检测霜的方法”中披露了通过电学传感器来检测和测量霜并且根据来自电学传感器的信号来移除霜。
根据所述专利，使用多个传感器，通过冷却销之间的电容来检测和测量霜。另外，通过电容量来计算和测量霜量。然而，除了该检测方法的相对复杂性之外，由于检测信号中可能包括噪声信号，因此不能将检测信号视为是可靠的。
另一方面，在韩国在先公开第10-2013-143452号“霜检测设备和方法”中披露了通过红外反射来检测和测量蒸发器上的霜的形成，其包括以下步骤：从红外线发射部发射红外线；在霜上反射红外线；并且在红外线接收部处测量所反射的红外线。
然而，在从发射部发射出红外线并且在红外线接收部处接收并测量所反射的红外线的情况下，从霜反射的红外线的灵敏度可根据介质的条件发生变化。另外，红外线的吸收也可根据介质的类型而不同。当然，即使从红外线发射部发射出相同强度的红外线，来自红外发生器的红外线也可能存在强度偏差，这会导致检测灵敏度的差异。
在产生并接收红外线的过程中，为了完全消除霜检测传感器中出现的偏差或误差，本申请的发明人开发出一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统中的蒸发器除霜的设备，该设备通过如下这些步骤进行操作：i)在标准电压下，从红外线发射二极管D1产生红外线，并将红外线投射至蒸发器；ii)在红外线发射二极管D2处投射检测红外线，并接收反射红外线，以测量施加至红外线发射二极管D2的电压；iii)基于施加至红外线发射二极管D2的因红外线干扰和光电效应而下降的电压，在控制处理器处估算蒸发器上的霜厚度；并且iv)当霜厚度高于阈值时，操作除霜系统。
发明内容
技术问题
待解决的问题是开发出一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备，以在产生并接收红外线的过程中完全消除在霜检测传感器中出现的偏差或误差。另外，对制冷系统的蒸发器除霜的设备可以通过以下步骤进行操作：i)在标准电压下，从红外线发射二极管D1产生红外线，并将红外线投射至蒸发器；ii)在红外线发射二极管D2处投射检测红外线并接收反射红外线，以测量施加至红外线发射二极管D2的电压；iii)基于施加至红外线发射二极管D2的因红外线干扰和光电效应而下降的电压，在控制处理器处估算蒸发器上的霜厚度；并且iv)当霜厚度高于阈值时，使除霜系统操作。
技术方案
本发明的目的在于提供一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备，其包括：i)霜检测传感器50，其用于从控制处理器60的输出部接收霜感测信号，并向所述控制处理器60的输入部传送霜检测信号，其中，通过向霜投射红外线并且投射和从霜接收反射红外线来生成所述霜检测信号；ii)所述控制处理器60，其用于在信号转换部中将所述霜检测信号转换成数字信号以估算所述霜检测信号是否高于由信号设定部61设定的阈值，并将操作信号传送至除霜器70以及将显示信号传送至信号显示部62；以及iii)所述除霜器70，其基于来自所述控制处理器60的信号进行操作。
另外，所述霜检测传感器50按照以下步骤进行操作：i)在红外线发射部51处在标准电压V1下将来自红外线发射二极管D1的所述红外线投射至所述蒸发器；ii)在红外线接收部52的红外线发射二极管D2处投射检测红外线并接收所述反射红外线，其中，由于红外线干扰和光电效应，施加至所述红外线发射二极管D2的信号电压V2相比于所述标准电压降低；且iii)测量所述信号电压。
另外，在所述蒸发器20上未形成霜40的情况下，因为能以无红外线干扰的方式投射所述检测红外线，所以所测量的所述信号电压V2没有降低，而在所述蒸发器20上形成霜40的情况下，因为由于所述检测红外线和来自霜的所述反射红外线之间的红外线干扰而难以投射所述检测红外线，所以所测量的所述信号电压V2降低。
作为霜检测传感器50的另一个实施例，所述霜检测传感器50能够按照以下步骤进行操作：i)在红外线发射部51处在标准电压V1下将来自红外线发射二极管D1的所述红外线投射至所述蒸发器；ii)在红外线接收部52的晶体管TR处投射检测红外线并接收所述反射红外线，其中，由于红外线干扰和光电效应，施加至所述晶体管TR的信号电压V2相比于所述标准电压V1降低；并且iii)测量所述信号电压。
另外，所述控制处理器60包括：i)信号设定部61，在所述信号设定部中能够输入和设定有除霜模式、除霜时间、除霜方法、除霜灵敏度、霜形成灵敏度和/或强制除霜时段；以及ii)信号显示部62，在所述信号显示部中能够显示设定除霜模式、设定除霜时间、设定除霜方法和/或对所述蒸发器除霜的报警信号。
另外，所述红外线的波长为800～950nm，并且所述红外线发射部51中的红外线发射二极管D1的标准电压V1为5V。
有益效果
本发明的有益效果在于提供了一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备，以在产生并接收红外线的过程中完全在消除霜检测传感器中出现的偏差或误差。另外，对制冷系统的蒸发器除霜的设备可以通过以下步骤进行操作：i)在标准电压下，从红外线发射二极管D1产生红外线，并将红外线投射至蒸发器；ii)在红外线发射二极管D2处投射检测红外线并接收反射红外线，以测量施加至红外线发射二极管D2的电压；iii)基于施加至红外线发射二极管D2的因红外线干扰和光电效应而下降的电压，在控制处理器处估算蒸发器上的霜厚度；并且iv)当霜厚度高于阈值时，使除霜系统操作。
本发明的其它有益效果在于使除霜器的操作时间最小化，这是因为在对蒸发器除霜时，除霜器的操作会根据来自控制处理器的实时信号而停止。当然，由于操作时间最小化，可以有效地节约除霜成本。
附图说明
图1是表示本发明的霜检测传感器、控制处理器和除霜器的结构的框图。控制处理器60包括信号设定部61和信号显示部62，在信号设定部中可输入和设定有除霜模式、除霜时间、除霜方法、除霜灵敏度、霜形成灵敏度和/或强制除霜周期，并且在信号显示部中可显示设定除霜模式、设定除霜时间、设定除霜方法和/或对蒸发器除霜的报警信号。
图2示出了本发明的除霜器系统的示意图。
图3a示出了表示在蒸发器上未形成霜的情况下红外线发射部51处的红外线投射以及红外线接收部52处的检测红外线投射的详细图。
图3b示出了表示在蒸发器上形成霜的情况下红外线发射部51处的红外线投射及红外线接收部52处的检测红外线投射的详细图。红外线干扰可发生在来自红外线接收部的检测红外线与来自霜的反射红外线之间。
图3c示出了在蒸发器上未形成霜的情况下的霜检测传感器的另一个实施例的另一图。在蒸发器上未形成霜的情况下，红外线从红外线发射部51投射，但投射的红外线不从蒸发器反射。因此，在红外线接收部52处不会检测到反射的红外线。
图3d示出了在蒸发器上形成霜的情况下霜检测传感器的另一个实施例的另一幅图。在蒸发器上形成霜的情况下，从红外线发射部51投射红外线，并且投射的红外线从蒸发器上的霜反射。因此，可以通过红外线接收部52中的晶体管TR处的电压生成来检测反射的红外线。
图4a示出了构成霜检测传感器中的红外线发射部51和红外线接收部52的电路。红外线发射部中的红外线发射二极管D1施加有标准电压(5V)，并且红外线接收部中的红外线发射二极管D2施加有信号电压(5V反向电压)。
图4b示出了表示在霜检测传感器的红外线接收部处测量的信号电压和霜厚度之间的关系的曲线图。随着霜厚度的增加，红外线接收部处的信号电压因反向电压的产生而降低。霜的阈值厚度由T1表示，并且在该厚度处测量的信号电压由V1表示。
图4c示出了另一个霜检测传感器中的电路的另一个实施例。在标准电压下，从红外线发射部51中的红外线发射二极管D1投射红外线至蒸发器20。根据反射红外线的强度，可以通过在红外线接收部52中的晶体管TR处生成的电压来测量霜的形成。
图5示出了霜检测传感器的示意图。霜检测传感器包括位于待与蒸发器的销连接的传感器的前部的右连接段和左连接段。
图6示出了表示在本发明的控制处理器中的除霜器的设定操作条件的流程图。根据该设定操作条件，基于来自控制处理器的信号来操作除霜器。
附图标记说明
10.冷却装置20.蒸发器30.霜
40.红外线反射50.霜检测传感器51.红外线发射部D1
52.红外线接收部D260.控制处理器70.除霜器
100.蒸发器中的蒸发管110.蒸发销
具体实施方式
本发明涉及一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统的蒸发器除霜的设备，该设备包括：i)霜检测传感器50，其用于接收来自控制处理器60的输出部的霜感测信号，并将霜检测信号传送至控制处理器60的输入部，其中，通过向霜投射红外线并投射和接收来自霜的反射红外线来生成霜检测信号；ii)控制处理器60，其用于在信号转换部中将霜检测信号转换成数字信号，以估算霜检测信号是否高于由信号设定部61设定的阈值，并将操作信号传送至除霜器70，且将显示信号传送至信号显示部62；以及iii)除霜器70，其基于来自控制处理器60的信号进行操作。
可以参照附图更详细地解释本发明。
图1是表示本发明的霜检测传感器、控制处理器和除霜器的构造的框图。
控制处理器60是本发明的构造的关键元件。霜检测传感器50与控制处理器60连接，以便传递电信号。另外，除霜器70也与控制处理器连接，以便进行操作以对蒸发器除霜。
霜检测传感器50包括红外线发射部和红外线接收部，并与控制处理器60连接，以便传递电信号。在标准电压下，优选地5V标准电压下，红外线发射部51中的红外线发射二极管D1生成并投射红外线，并将其投射至蒸发器20。红外线接收部52中的红外线发射二极管D2也生成并投射检测红外线，以测量施加至红外线发射二极管D2的信号电压，由于红外线干扰和光电效应，该信号电压相比于标准电压降低。接着，霜检测传感器中的测量信号被传送至控制处理器60。
另外，来自霜检测传感器的模拟电压信号在控制处理器60的信号转换部中被滤波并转换成数字信号。然后，如果数字信号高于霜的阈值，那么来自控制处理器的操作信号被传送至除霜器70。
另外，控制处理器60包括信号设定部61和信号显示部62，在信号设定部中可以输入和设定有除霜模式、除霜时间、除霜方法、除霜灵敏度、霜形成灵敏度和/或强制除霜时段，并且在信号显示部中可以显示设定除霜模式、设定除霜时间、设定除霜方法和/或对蒸发器除霜的报警信号。
最后，通过除霜器70的操作来对形成在制冷系统的蒸发器上的霜进行除霜，其中，除霜器根据来自控制处理器60的信号进行操作。当然，只要加热设备可以对蒸发器除霜，任意类型的除霜器均是可用的。
图2示出了本发明的除霜器系统的示意图。
如图2所示，在将来自红外线发射部51的红外线投射至蒸发器20，形成在蒸发器上的霜反射红外线40，并在红外线接收部52处检测和测量红外线干扰之后，霜检测传感器可以测量红外线干扰信号。
所述红外线的波长的范围为800～950nm。
图3a示出了表示在蒸发器上未形成霜的情况下红外线发射部51处的红外线投射以及红外线接收部52处的检测红外线投射的详细图。
如果在蒸发器上未形成霜，则从红外线发射部51投射的红外线在蒸发器的蒸发管100或蒸发销110处被吸收。因此，不从蒸发器反射红外线。另外，从红外线接收部52投射的检测红外线在不受任何干扰的情况下被投射。因此，红外线接收部52的红外线发射二极管D2的电压应当与红外线发射部51的红外线发射二极管D1的电压相同。红外线发射二极管D1的电压优选为5V。
图3b示出了表示在蒸发器上形成霜的情况下红外线发射部51处的红外线投射及红外线接收部52处的检测红外线投射的详细图。红外线干扰可发生在来自红外线接收部的检测红外线与来自霜的反射红外线之间。
如果在蒸发器上形成霜，则从红外线发射部51投射的红外线在蒸发器上的霜上被反射。因此，从蒸发器反射红外线。另外，从红外线接收部52投射的检测红外线与从霜反射的红外线存在干扰。因此，由于该红外线干扰，红外线接收部52的红外线发射二极管D2的电压应当相比于红外线发射部51的红外线发射二极管D1的电压下降。
图3c示出了在蒸发器上未形成霜的情况下霜检测传感器的另一个实施例的另一图。
在蒸发器上未形成霜的情况下，从红外线发射部51投射红外线，但投射的红外线不从蒸发器反射。因此，在红外线接收部52处不会检测到反射的红外线。从而，不会出现由反射的红外线造成的电压生成。
图3d示出了在蒸发器上形成霜的情况下霜检测传感器的另一个实施例的另一图。
在蒸发器上形成霜的情况下，从红外线发射部51投射红外线，并且投射的红外线从蒸发器上的霜反射。因此，可以通过在红外线接收部52的晶体管TR处的电压生成来检测反射的红外线。
图4a示出了构成霜检测传感器中的红外线发射部51和红外线接收部52的电路。
红外线发射部中的红外线发射二极管D1施加有标准电压(5V)，且红外线接收部中的红外线发射二极管D2施加有信号电压(5V反向电压)。随着反射的红外线的增加，反向电压也增加，这导致红外线发射二极管D2处的信号电压下降。因此，由于该红外线干扰，红外线接收部52中的红外线发射二极管D2的电压应当相比于红外线发射部51中的红外线发射二极管D1的电压(5V)下降。
另一方面，如果未形成霜，则不反射红外线，这不会导致反向电压的产生。因此，红外线接收部的信号电压应当与红外线发射部的标准电压相同。
图4b示出了表示在霜检测传感器的红外线接收部处测量的信号电压和霜厚度之间的关系的曲线图。
随着霜厚度的增加，红外线接收部处的信号电压因反向电压的产生而降低。霜的阈值厚度由T1表示，并且在该厚度处测量的信号电压由V1表示。
当然，可以通过红外线接收部处的信号电压V1来测量霜的阈值厚度T1。另外，也可以在控制处理器60处通过信号设定部61中的设定来设定信号电压V1。
图4c示出了另一个霜检测传感器中的电路的另一个实施例。
在电路的另一个实施例中，使用晶体管代替优选实施例中的红外线发射二极管D2，以测量电压。
在标准电压下，从红外线发射部51的红外线发射二极管D1向蒸发器20投射红外线。根据反射红外线的强度，可以通过在红外线接收部52的晶体管TR处生成的电压来测量霜的形成。
图5示出了霜检测传感器的示意图。霜检测传感器包括位于待与蒸发器的销连接的传感器的前部的右连接段和左连接段。
另外，霜检测传感器50包括包含红外线发射二极管D1的红外线发射部和包含红外线发射二极管D2的红外线接收部。
图6示出了表示本发明的控制处理器中的除霜器的设定操作条件的流程图。根据该设定操作条件，除霜器基于来自控制处理器的信号进行操作。
控制处理器60包括信号设定部61及信号显示部62，在信号设定部中可以输入和设定有除霜模式、除霜时间、除霜方法、除霜灵敏度、霜形成灵敏度和/或强制除霜时段，且在信号显示部中可以显示设定除霜模式、设定除霜时间、设定除霜方法和/或对蒸发器除霜的报警信号。
在该图中，示出了设定除霜时间、除霜模式、除霜方法和结霜灵敏度的过程。另外，还示出了设定阈值霜形成灵敏度、除霜时段和识别延迟时间的步骤。
另外，如果超过阈值的信号被从霜检测传感器50传送至控制处理器60，那么除霜器70将根据来自控制处理器的操作信号并基于所安装的程序来进行操作。在完成霜移除之后，响应于由霜检测传感器50检测的信号，除霜器将停止。
另外，本发明能够使除霜器的操作时间最小化，这是因为在对蒸发器除霜时，除霜器的操作会根据来自控制处理器的实时信号而停止。当然，由于操作时间最小化，可以有效地节约除霜成本。

Claims (6)

1.一种使用红外线发射二极管传感器对制冷系统中的蒸发器除霜的设备，其包括：
i)霜检测传感器(50)，其用于从控制处理器(60)的输出部接收霜感测信号，并向所述控制处理器(60)的输入部传送霜检测信号，其中，通过向霜投射红外线并且投射和从霜接收反射红外线来生成所述霜检测信号；
ii)所述控制处理器(60)，其用于在信号转换部中将所述霜检测信号转换成数字信号以估算所述霜检测信号是否高于由信号设定部(61)设定的阈值，并将操作信号传送至除霜器(70)以及将显示信号传送至信号显示部(62)；以及
iii)所述除霜器(70)，其基于来自所述控制处理器(60)的信号进行操作。
2.根据权利要求1所述的对蒸发器除霜的设备，其中，所述霜检测传感器(50)按照以下步骤进行操作：
i)在红外线发射部(51)处在标准电压(V1)下将来自红外线发射二极管(D1)的所述红外线投射至所述蒸发器；
ii)在红外线接收部(52)的红外线发射二极管(D2)处投射检测红外线并接收所述反射红外线，其中，由于红外线干扰和光电效应，施加至所述红外线发射二极管(D2)的信号电压(V2)相比于所述标准电压降低；且
iii)测量所述信号电压。
3.根据权利要求2所述的对蒸发器除霜的设备，其中，在所述蒸发器(20)上未形成霜(40)的情况下，因为能以无红外线干扰的方式投射所述检测红外线，所以所测量的所述信号电压(V2)没有降低，而在所述蒸发器(20)上形成霜(40)的情况下，因为由于所述检测红外线和来自霜的所述反射红外线之间的红外线干扰而难以投射所述检测红外线，所以所测量的所述信号电压(V2)降低。
4.根据权利要求1所述的对蒸发器除霜的设备，其中，所述霜检测传感器(50)能够按照以下步骤进行操作：
i)在红外线发射部(51)处在标准电压(V1)下将来自红外线发射二极管(D1)的所述红外线投射至所述蒸发器；
ii)在红外线接收部(52)的晶体管(TR)处投射检测红外线并接收所述反射红外线，其中，由于红外线干扰和光电效应，施加至所述晶体管(TR)的信号电压(V2)相比于所述标准电压(V1)降低；并且
iii)测量所述信号电压。
5.根据权利要求1所述的对蒸发器除霜的设备，其中，所述控制处理器(60)包括：
i)信号设定部(61)，在所述信号设定部中能够输入和设定有除霜模式、除霜时间、除霜方法、除霜灵敏度、霜形成灵敏度和/或强制除霜时段；以及
ii)信号显示部(62)，在所述信号显示部中能够显示设定除霜模式、设定除霜时间、设定除霜方法和/或对所述蒸发器除霜的报警信号。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的对蒸发器除霜的设备，其中，所述红外线的波长为800～950nm，并且所述红外线发射部(51)中的红外线发射二极管(D1)的标准电压(V1)为5V。
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