CN105745504A - 热交换器故障诊断 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种针对热交换器的故障诊断方法，其中测量周围空气温度和热交换器温度。本发明还揭示使用单一温度传感器结合微处理器来测量从热交换器发出的温度和所述热交换器周围的周围空气温度。

Description

热交换器故障诊断

技术领域

本发明涉及热交换器的故障诊断，其中测量周围空气温度和热交换器温度。

背景技术

制冷可定义为通过从封闭空间移除热且将热转移到其它地方来降低所述空间的温度。热传送的工作通常由热、磁性、电或其它装置驱动。制冷具有许多应用，包含(但不限于)：家用冰箱、工业冷冻柜、低温学和空气调节。热泵可使用制冷过程的热输出并且还可经设计为可逆的，但以其它方式类似于制冷单元。

蒸气压缩循环在大多数家用冰箱中以及许多大型市售和工业制冷系统中使用。蒸气压缩循环使用循环液体制冷剂作为媒介，其从待冷却的空间吸收和移除热且随后将所述热排出到其它地方。典型的单级蒸气压缩系统具有四个组件：压缩器、冷凝器或热交换器、热膨胀阀(也被称为节流阀)和蒸发器。

循环制冷剂在被称为饱和蒸气的热力学状态中进入压缩器，且经压缩到较高压力，从而也导致较高温度。所述热的经压缩蒸气随后处于被称为过热蒸气的热力学状态中，且其处于可以冷却水或冷却空气冷凝的温度和压力下。所述热蒸气经由冷凝器或热交换器投送，其在冷凝器或热交换器中通过流动穿过线圈、翅片或管件且在冷却水或冷却空气流动跨越所述线圈、翅片或管件的情况下冷却和冷凝为液体。就在此处，循环制冷剂从系统排出热且所排出的热由水或空气(无论哪个都可以)携载离开。

在被称为饱和液体的热力学状态中的经冷凝液体制冷剂接下来投送穿过膨胀阀，其在膨胀阀中经历压力的急剧减小。所述压力减小导致液体制冷剂的一部分的绝热闪蒸。绝热闪蒸的自制冷效应将液体和蒸气制冷剂混合物的温度降低到比待制冷的封闭空间的温度冷的温度。

所述冷混合物随后投送穿过蒸发器中的线圈或管件。风扇使封闭空间中的温热的空气跨越携载冷制冷液和蒸气混合物的线圈或管件循环。所述温热的空气蒸发冷制冷剂混合物的液体部分。同时，循环空气经冷却且因此将封闭空间的温度降低到所要温度。循环制冷剂在蒸发器中吸收和移除热，所述热随后在冷凝器中排出且由冷凝器中使用的水或空气转移到其它地方。

为完成制冷循环，来自蒸发器的制冷剂蒸气再次为饱和蒸气且投送回到压缩器中。

例如制冷饮料推销单元(RBMU)等制冷单元包括制冷系统(机电压缩器泵、制冷剂、蒸发器、热交换器和膨胀阀)，其装配有控制压缩器何时运行以控制冷冻隔舱的温度的构件。

压缩器的控制可通过多种方式实行。最简单的是，经由位于冷冻隔舱内部的机电装置实行控制，所述机电装置检测温度且含有接触件以将压缩器接通和断开。较复杂的电子装置具有冷冻隔舱中的温度传感器，其链接到定位在冷冻隔舱外部的电子控制装置，所述温度传感器含有用于将压缩器接通和断开的机构。

热交换器是排出从冷冻隔舱搜集的热的制冷系统的部分。通常，热交换器位于冷却隔舱外部且以经由其从周围环境通过电风扇或通过对流汲取的空气而冷却。

对于制冷单元，热传递发生的程度依据两个因素：

●热交换器周围的周围空气与循环液体/气体的温度之间的温差。

●可与热交换器交换的周围空气的质量。

当通过热交换器的空气的量(和热传递的程度)归因于被灰尘、碎屑等堵塞而显著减少时发生较差热交换。此时，制冷单元通常发出警报、自身关机，且警告工程师。

当周围温度过高，即周围空气与热交换器之间的温差太小时也发生低效热交换。在此情形中，制冷单元将关机，且将召唤工程师，假定热交换器发生故障和/或需要清理。饮料、易腐性食品等也被移除而停止出售。实际上，不存在故障，且因此a)不必要召唤工程师，且b)不必要移除可出售商品而停止出售。

因此，需要测量制冷单元附近的周围空气的温度(周围空气温度)和热交换器自身的温度(热交换器温度)以用于故障诊断。

举例来说，在制冷单元正经历高于正常热交换器温度的温度的情况下，重要的是知道周围空气温度以获得关于什么原因正引起高于正常的热交换器温度(热交换器过热)的正确诊断。热交换器经设计以去除热且通常以促进此目标的方式建构。存在许多不同设计(板、翅片和线圈、静态、辊筒)，但本质上其全部具有相同目标-形成可用于将热交换到保持在较低温度的媒介(空气、水等)的大表面区域。

因此，需要区别热交换器的真的故障与何时低效热交换是归因于不充分温差以使得能够发生热交换。

发明内容

本发明力图解决此问题，且因此在于针对在热交换器的故障诊断，其中测量周围空气温度和热交换器温度。

当热交换器在操作中时，其温度将上升到稳定状态、通常不会达到超过约50℃或高于周围的周围空气的温度约+20℃。一旦相关联装置不再需要热交换(例如制冷单元已达到其所要冷冻隔舱温度)，热交换器的操作就停止且其温度下降到周围空气温度的温度。

如果热交换器由灰尘和污垢包围，那么返回到周围空气温度受到阻碍，因为灰尘和污垢充当绝缘体且热交换器保持一些其操作热量。或者，如果周围空气温度接近热交换器的操作温度，那么热交换器将不能够足够冷却。

通过当热交换器不在操作中时测量周围空气温度，有可能区别热交换器的真的故障(例如需要清理)与周围空气温度的简单提升，在周围空气温度的简单提升的情形下，单元只需要额外时间冷却下来就可重新开始热交换过程。这两个情形之间的区别实现有效使用和工程师的召唤。实际上，大部分不必要的工程师召唤是针对在高周围空气条件下操作的RBMU而非热交换器堵塞。

在一个实施例中，本发明涵盖一种热交换器故障诊断方法，其包括：

a)在热交换器处于操作中时测量热交换器的温度，

b)在热交换器不在操作中时测量热交换器周围的周围空气的温度，

c)比较所述两个温度，以及

当所述两个温度之间的差大于选定温差时，发出警报，警告工程师和/或停止热交换器的操作。

通过测量热交换器周围的周围空气的温度和热交换器温度两者，有可能作出关于热交换器过热是由高周围空气温度还是热交换器堵塞或两者的组合所导致的判断。

在当前使用中，热交换器温度高于某一设定的点(比如，80或100摄氏度)触发单元中的警报且单元断开以防止过热。然而，根据本发明，在高温是高周围温度而非堵塞或故障的结果的情况下，如果单元能够自行诊断出高热交换器温度是归因于高周围温度，那么指示机器花费额外时间冷却下来然后重新开始热交换过程，而非不必要地将机器关机。以此方式，制冷单元能够保持可工作状态且减少召唤工程师的需要。

在持续记录高周围温度的情况下，单元可提供警告使得单元的位置可改变以允许热交换器周围较好的气流。

根据本发明，所述方法进一步包括初始设置步骤，其中设定热交换器的最大操作温度，且设定热交换器温度与周围空气温度之间的可接受温差(差量)以实现有效操作的热交换系统。

举例来说，热交换器高温可设定在比如100摄氏度，且差量为30摄氏度。

在一个实施例中，当热交换器高温超出最大设定温度且减去周围空气温度给出小于30摄氏度的差(差量)时可触发警报。然而，如果减去周围空气温度给出大于30摄氏度的差量读数，那么发出不同的警报，警告工程师和/或停止热交换器的操作。当热交换器被(例如)碎屑阻塞时，热交换器移除热的能力减小，且因此周围空气温度与热交换器的高温之间的差将增加。

在一个实施例中，热交换器的操作由例如泵等与热交换器相关联的压缩器的操作告知。

理想地，温度测量值存储在微处理器中，其中微处理器视为多用途可编程装置，其接受数字和/或模拟数据作为输入，根据存储在其存储器中的指令处理所述数字和/或模拟数据，且提供结果作为输出。

微处理器能够借助于例如开关等任何常规构件感测或检测压缩器是否正在运行，且保存温度读数。优选地，温度读数由微处理器保存到单独文件中(热交换器温度和周围空气温度)。随后从第一温度减去第二温度，且作出关于热交换器是否正在有效运作的诊断。

应了解，热交换器需要时间冷却下来再进行操作，且因此在优选实施例中，在足以使得热交换器能够冷却到或接近周围温度的时间周期之后测量热交换器周围的周围空气温度。举例来说，此时间周期可为在热交换器已停止操作之后近似2到5分钟。

在一个实施例中，由两个温度传感器测量所述两个温度：一个测量热交换器的温度，且第二个测量周围空气的温度。

在替代实施例中，由单一温度传感器测量所述两个温度。所述温度传感器可安装在热交换器上或附近。因为测量且随时间记录温度，所以两个传感器可由单一传感器代替。温度记录的差异足以使微处理器能够确定热交换器是否正在有效运作，且如果否，那么确定存在故障还是低效是归因于高周围空气温度。

在另一方面中，本发明在于使用单一温度探针或传感器结合微处理器来测量从热交换器发出的温度和热交换器周围的周围空气温度。通过在热交换器处于操作中时以及当其已停止时测量和记录温度读数，有可能使用相同温度传感器建立两个单独的离散温度测量值。

特定来说，单一传感器用于评估热交换器的效率使得当两个温度之间的差下降到临界水平以下时，微处理器能够确定是否低效是归因于高周围空气温度，且因此保持单元运作，而非发出警报和/或将相关联制冷系统关机。

此外，使用单一传感器代替两个传感器降低了例如冰箱单元等装置的构造的复杂性和成本，同时保持两个单独温度传感器的诊断能力。

附图说明

现将借助于如附图中所说明的实例详细地描述本发明，附图中：

图1是陈述用于本发明的方法和单一传感器(当安装在例如RBMU等制冷单元中时)的指令流的方案；以及

图2是陈述用于制冷单元中热交换器的过热的指令流的方案。

具体实施方式

将理解，制冷单元包含热交换器和压缩器，其中所述压缩器压缩且汽化循环制冷剂。所述单元还包含微处理器。

如图1所示，在单元初始启动时，微处理器开始双重例程以实现热交换器温度和周围空气温度的双重感测。首先，微处理器询问压缩器是否正在运行。

如果压缩器正在运行，那么微处理器开始高温例程以确定热交换器的温度。如果参数DTS(双温度传感器)等于1，那么双温度传感器在制冷单元上启用。随后确认压缩器正在运行，且指示温度传感器记录热交换器的当前温度(HT)。

如果参数DTS并不等于1且压缩器正在运行，那么微处理器仅仅指示记录热交换温度，因为并不启用双温度感测特征。

如图2中所说明，当压缩器正在运行且热交换器的温度超出最大预设阈值(例如，50与125摄氏度之间的温度)时，压缩器断开。然后，微处理器从高热交换器温度减去所存储的周围空气温度。如果两个温度之间的差小于编程值(例如30摄氏度)，那么将高周围温度标记为警示，且热交换器在冷却下来的延长周期之后继续操作。

如果两个温度之间的差大于编程值(例如约30摄氏度)，那么此可用于触发针对工程师的警报或服务请求，且/或制冷单元保持断开直至服务呼叫得到应答。

返回到图1，如果参数DTS并不等于1且压缩器不在运行，那么高温询问结束。

如果压缩器不在运行，那么起始例程的第二部分。如果参数DTS并不等于1，那么不启用双温度传感器且例程结束。

如果参数DTS等于1，那么确认双温度传感器经启用。微处理器随后询问压缩器是否关闭。如果压缩器记录为运行，那么例程的此部分结束，且温度传感器根据例程的第一重而仅仅记录热交换器的温度。

如果压缩器确认为关闭，那么微处理器询问静止时间是否已期满。

静止时间是对于其压缩器必须在循环之间关闭的最小时间量。此为了防止压缩器循环太频繁而导致机械损坏。静止时间在微处理器内设定且取决于压缩器和其预期负载。静止时间在压缩器断开时开始且针对RBMU的典型时间为2与5分钟之间。

如果静止时间尚未期满，那么例程等待直至此时间周期已期满为止。

一旦静止时间已期满，微处理器就指示温度传感器取得温度读数且将所述读数作为周围空气温度写入到微处理器的存储器。还启动周围空气温度计时器。

周围空气温度计时器为从预设静止时间结束所允许的额外时间以使微处理器能够记录周围空气温度。如果单元中的制冷隔舱达到需要压缩器运行的温度，那么制冷隔舱将启动压缩器且超驰控制周围空气温度计时器。温度传感器将随后恢复到上文描述的高温传感器例程，其中记录热交换器的温度。

直到压缩器重新启动和/或周围空气温度计时器期满才取得进一步周围空气温度读数。所述周围空气温度读数仅在压缩器为关闭时存储到存储器，且如果温度读数小于存储在微处理器存储器中的先前读数，则周围空气温度计时器正在运行。当较低温度读数存储到存储器时，存储于存储器值中的先前值被新的值覆写。这是为了防止错误地记录温度的恶意尖峰(由热交换器中的残余热所导致)。

一旦周围空气温度计时器结束或被制冷隔舱超驰控制，微处理器就指示温度传感器取得温度读数。此读数存储到微处理器存储器且覆写先前存储的值，而与其高于还是低于所存储的值无关。周围空气温度因此记录为所存储的最后温度。

一旦周围空气温度计时器已期满或由制冷隔舱超驰控制，例程就返回到开始且询问压缩器为开始还是关闭。因此，压缩器和温度记录与压缩器被节温器控制并行而起作用，且温度传感器视机会允许而记录周围空气温度。

综上所述，当压缩器正在运行时，温度传感器充当高温传感器且无规则地持续记录热交换器的温度。上文概述的规则仅在压缩器不在运行且静止时间已期满时适用。所述规则使得一旦压缩器和热交换器已经不在操作中持续至少预设静止时间周期，微处理器便能够从热交换器自身的温度确定热交换器周围的周围空气温度。

本发明的所描述方面和实施例的各种修改及变化将在不脱离本发明的范围的情况下为所属领域的技术人员显而易见。尽管已结合特定优选实施例描述本发明，但应理解如所主张的本发明不应不恰当地限于此类特定实施例。

Claims (26)

1.一种针对热交换器的故障诊断方法，其中测量周围空气温度和热交换器温度，所述方法包括：

a)在所述热交换器处于操作中时测量所述热交换器的温度，

b)在所述热交换器不在操作中时测量所述热交换器周围的周围空气的温度，

c)比较所述两个温度，以及

d)当所述两个温度之间的差大于选定温差时，发出警报，警告工程师和/或停止所述热交换器的操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在步骤a)到d)之前的步骤，其中：

i)设定针对所述热交换器的最大操作温度；以及

ii)设定所述热交换器温度与周围空气温度之间的温差以实现有效操作的热交换系统。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在约50到125摄氏度的范围内设定针对所述热交换器的所述最大操作温度。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述温差为约30摄氏度。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中由与所述热交换器相关联的压缩器或泵的操作告知所述热交换器的操作。

6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其中所述温度测量值存储在微处理器中。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述微处理器感测或检测所述泵或压缩器是否处于操作中。

8.根据权利要求6所述的方法，其中由所述微处理器将所述温度读数作为热交换器温度和周围空气温度保存到单独文件中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述微处理器从热交换器温度减去周围空气温度以确定所述热交换器是否正在有效运作。

10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的方法，其中在足以使所述热交换器能够冷却到或接近周围温度的时间周期之后进行周围空气温度的测量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述时间周期为在所述热交换器已停止操作之后约2与5分钟之间。

12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的方法，其中由两个温度传感器测量所述温度。

13.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的方法，其中由单一温度传感器测量所述温度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述单一温度传感器位于所述热交换器上或附近。

15.一种使用单一温度传感器结合微处理器的用法，其用以测量从热交换器发出的温度和所述热交换器周围的周围空气温度。

16.根据权利要求15所述的用法，其中所述温度传感器a)在所述热交换器处于操作中时测量从所述热交换器发出的所述温度，且b)在所述热交换器不在操作中时测量所述热交换器周围的周围空气的温度。

17.根据权利要求15或权利要求16所述的用法，其中从自所述热交换器发出的所述温度减去周围空气温度，且当所述两个温度之间的差大于约30摄氏度时，所述微处理器发布故障警告。

18.根据权利要求15到17中任一权利要求所述的用法，其中由与所述热交换器相关联的泵或压缩器的操作告知所述热交换器的操作。

19.根据权利要求18所述的用法，其中所述微处理器感测或检测所述泵或压缩器是否处于操作中。

20.根据权利要求15到19中任一权利要求所述的用法，其中所述微处理器保存所述温度读数。

21.根据权利要求20所述的用法，其中由所述微处理器将所述温度读数作为热交换器温度和周围空气温度保存到单独文件中。

22.根据权利要求21所述的用法，其中所述微处理器从热交换器温度减去周围空气温度以确定所述热交换器是否正在有效运作。

23.根据权利要求15到22中任一权利要求所述的用法，其中在足以使所述热交换器能够冷却到或接近周围温度的时间周期之后进行周围空气温度的测量。

24.根据权利要求23所述的用法，其中所述时间周期为在所述热交换器已停止操作之后约2与5分钟之间。

25.根据权利要求15到24中任一权利要求所述的用法，其中所述温度传感器位于所述热交换器上或附近。

26.根据权利要求15到25中任一权利要求所述的用法，其用以诊断热交换器中的故障。