CN106797677A - 用于检测加热器故障和防止干烧的系统和方法 - Google Patents

用于检测加热器故障和防止干烧的系统和方法 Download PDF

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Abstract

披露了一种加热器(300)。加热器(300)可被配置成当加热元件(320)断裂或故障时发出警报。加热器(300)也可被配置成当加热元件(320)可能经历干烧状态时将加热元件(320)连接至相对低的电压。

Description

用于检测加热器故障和防止干烧的系统和方法
技术领域
本公开涉及加热器，例如，加热、通风和空调(HVAC)系统中的防冻加热器。更具体地，本公开涉及检测加热器故障和/或防止加热器干烧的系统和方法。该加热器可与HVAC系统的组件(例如蒸发器、水箱和/或冷凝器)一起工作，当所述组件易受冻结状态影响和/或经历冻结状态时，它可提供热量。
背景技术
HVAC系统的组件在工作过程中可能经历冻结状态。例如，当环境温度相对低(例如在或大约3℃)时，HVAC系统的蒸发器中的水可能遭受冻结状态。HVAC系统的其他组件，例如冷凝器和水箱，也可能在工作过程中经历冻结状态。术语“冻结状态”一般指当组件内和/或组件外表面上的液体(例如水或制冷剂)可能冻结时的状态。当HVAC系统的组件可能经历冻结状态时，可使用加热器(例如防冻加热器)来提供热量。
发明内容
披露了一种加热器，例如，HVAC系统中的防冻加热器。在一些实施例中，加热器可包括：加热元件；包括高电压功率和低电压功率的电源；以及被配置成为加热元件选择高电压功率或低电压功率的电压选择器。在一些实施例中，电压选择器可被配置成基于加热元件的温度选择高电压功率或低电压功率。
在一些实施例中，加热器可包括位于加热元件的一位置上的温控器。在一些实施例中，加热器可进一步包括监视警报和继电器；并且电源、继电器、监视警报、加热元件和电压选择器可串联连接，由此形成功率电路。
在一些实施例中，监视警报可被配置成当功率电路断开时发起一警报。
系统、方法和控制理念的其他特征和方面通过对下面的详细说明和附图的考虑将变得清楚。
附图说明
现在参照附图，其中相同的附图标记在所有图中表示相应的部件。
图1示出HVAC制冷系统的示意图。
图2示出传统加热器设计。
图3A和图3B示出根据本公开一个实施例的加热器。图3A示出加热器的加热元件连接至相对高电压功率。图3B示出加热器的加热元件连接至相对低电压功率。
图4A和图4B示出如何确定用于选择相对高电压或相对低电压的阈值。图4A示出加热元件的示意图。图4B示出温度/时间图和安培/时间图。
具体实施方式
HVAC系统的组件，例如蒸发器、冷凝器和/或水箱，在工作过程中可能经历冻结状态，例如当单元处于相对低的环境温度下时。可使用加热器(例如防冻加热器)来防止组件经历冻结状态和/或使组件从冻结状态恢复。
现在参见构成说明书的一部分的附图，并且这些附图中借助可将各实施例投入实践的实施例的阐述予以示出。要理解，本文中使用的术语是为了描述附图的目的并且这些实施例不应当被认为对范围构成限制。
图1示出一种HVAC系统100，其包括压缩机102、冷凝器104、膨胀装置106和蒸发器108，由此形成制冷回路。蒸发器108可包括水箱109，该水箱109被配置成将工作流体(例如水)提供给蒸发器108。
当环境温度相对低(例如在或大约3℃))时，水箱109中的工作流体可能冻结。如图所示，水箱109可配备加热器110以帮助防止冻结状态和/或从冻结状态恢复。
图2示出传统加热器配置。加热器210包括加热元件220和控制器230。加热元件220可位于组件209(例如水箱)的空间211内。加热器210可由电源240供电。受控的开关230能够控制是否将电源240提供给加热元件220。一般来说，当提供电源240时，加热元件220可提供热量，而当不提供电源240时，加热元件220不提供热量。
在传统加热器配置中，受控的开关230可以是位于组件209的外壳213上的温控器，要理解，温控器也可位于其他位置(例如在壳体213内部)。当外壳213的温度低于一温度阈值(例如3℃))时，例如，受控的开关230可将电源240连接至加热元件220。当外壳213的温度高于温度阈值时，例如，受控的开关230可将电源240从加热元件220断开。
加热器210可能经历“干烧”状态。术语“干烧状态”指在空间211内没有液体或液体(例如水)非常少时加热元件220连接至电源240以提供热量的情形。加热元件220在干烧状态下可能相对容易损坏，例如因为加热元件220的过热。干烧状态可能发生在例如当HVAC系统的用户排空组件209时。
图3A和图3B示出根据本公开的一个实施例的加热器300。该加热器300可被配置成当包括加热元件320的电路断开(例如电路的组件断裂或故障)时发出警报(例如监视警报304)。加热器300也可被配置成当加热元件320例如可能经历干烧状态时将加热元件320连接至相对低的电压功率(例如图3B)。
加热器300包括加热元件320，该加热元件320可位于组件309(例如水箱)内以提供热量。加热元件320包括第一端子321和第二端子322。电压选择器330可被配置成有选择地将第一端子321连接至电源340，该电源340包括相对高的电压功率和相对低的电压功率。参见图3A，第一端子321被连接至高电压电路328(例如直接接地)。结果，加热元件320被提供了相对高的电压功率。参见图3B，第一端子321被选择至包括电阻分压器325的低电压电路327。结果，加热元件320被提供了相对低的电压功率。
加热元件320的第二端子322串联连接至监视警报304、继电器306和电源340。继电器306包括继电器开关306a。继电器开关306a具有“导通”状态和“断开”状态。当继电器开关306a处于“断开”状态时，加热元件320被从电源340断开连接。当继电器开关306a处于“导通”状态时，加热元件被连接至电源340。
在一些实施例中，加热器300也包括功率开关350和控制器331。控制器331在一些实施例中可被配置成例如控制功率开关350的状态。功率开关350被配置成控制继电器306的状态。在一些实施例中，控制器331可位于组件309上，并基于例如组件309的外表面上的温度来控制功率开关350和/或警报开关304的状态。在一些实施例中，控制器331可以是温控器(例如双金属温控器、毛细管温控器、压力型温控器等等)。在一些实施例中，控制器331可以是电温度控制器或数字温度控制器。
在工作中，当组件309处于相对高的温度(例如高于3℃))时，组件309一般不易受冻结状态影响。在这种状态下，控制器331可被配置成将功率开关350设定至“断开”状态。功率开关350的“断开”状态可将继电器开关306a触发至“断开”状态。加热元件由此被从电源340断开连接。
当例如组件309处于相对低温度(例如在或大约3℃))时，组件309可能容易受冻结状态影响。在这种状态下，控制器331可被配置成将功率开关350设定至“导通”状态。功率开关350的“导通”状态可将继电器开关306a触发至“导通”状态。加热元件320可被连接至电源340，并且加热元件320可提供热量。
被配置成将功率提供给加热元件320以提供热量的功率电路可包括功率源340、继电器306、监视警报304、加热元件322和电压选择器330，该电压选择器330可连接至电源340的低电压电路327或高电压电路328。当例如功率电路处于正常工作时，例如加热元件320连接至电源340并提供热量时，监视警报304将不发出警报。当例如功率电路断开时，例如如果功率电路的组件(例如加热元件320)断裂或故障时，监视警报304将提供警报以通知消费者。在一些实施例中，警报可包括听觉警报和/或光警报。
在一些实施例中，警报可包括能通过有线或无线方式被发送至位于远端的设备的警报信号。在一些实施例中，警报可包括一种以上类型警报的组合。
电压选择器330被配置成监视加热元件320的温度。当加热元件320的温度低于阈值时，电压选择器330被配置成将加热元件320连接至高电压电路328(例如连接至相对高的电压功率)，由此加热元件320能够正常地提供热量。当加热元件320的温度达到或超出该阈值时，这可能指示加热元件320可能经历干烧情形，此时电压选择器330被配置成将加热元件320连接至低电压电路327(例如连接至相对低的电压功率)以保护加热元件320免于过热。当加热元件320连接至低电压电路327时，由加热元件320提供的热量可以被减少，由此导致加热元件320的较低工作温度。在一些实施例中，低电压电路237可被配置成将一电压提供给加热元件320，该电压有助于使加热元件320保持在低于安全工作温度。在一些实施例中，低电压电路327可被配置成提供用于使监视警报304保持断开的电压。在一些实施例中，低电压电路327可被配置成将加热元件320的温度保持在低于安全工作状态但高于电压选择器330的阈值，以使电压选择器330不会在相对高电压电路328和相对低电压电路327之间频繁地循环。
当加热元件连接至相对低电压时(例如连接至低电压电路327)，仍然能够将电压提供给监视警报304以使监视警报304不发出警报。
图4A和图4B示出对于加热元件420(例如对应于图3A和图3B中的加热元件320)确定相对高电压(例如220v AC)和相对低电压(例如60v AC)之间切换的阈值的方法。
图4A示出加热元件420的示意图，该加热元件420具有长度L。为了确定阈值，可在干烧测试中沿该长度L在一个或多个位置(例如420a、420b、420c和420d)取温度读数。温度读数位置可以是例如相对接近线(例如线423)连接至加热元件420之处(例如420d)、相对接近加热元件420的中心(例如420a)、在加热元件420的安装部上(例如420c)或其他适合的位置(例如420b、420d)。
图4B示出在将电流(图示为电流曲线431)提供至加热元件420之后在每个位置处随时间变化的温度读数。曲线430a对应于位置420a，曲线430b对应于位置420b，曲线430c对应于位置420c，而曲线430d对应于位置420d。
可基于图4B中的曲线来选择阈值。基于图4B所示的曲线，在一个位置(例如位置420d)处的温度可对应于在另一位置(例如位置420a)处的温度。例如，曲线430d上的温度读数可对应于一特定时间点。并且该特定时间点可被用来将曲线430d上的温度读数对应于其它曲线430a、430b和/或430c上的温度读数。由此，可将阈值设定在方便温度测量的位置处，同时该阈值可对应于另一位置处的期望的温度(例如安全工作温度)。
在一个实施例中，电压选择器(例如图3中的电压选择器330)可被配置成基于在位置420d处的阈值进行切换，在位置420d处，线423连接至加热元件420。阈值(例如在或大约212℃))可以等于或低于线423能够忍受的温度(例如对于特氟龙包覆的线而言，在或大约250℃))。当达到或超出该阈值时，电压选择器可将电源从相对高电压切换至相对低电压。
在另一实施例中，电压选择器可被配置成基于在位置420d处的阈值进行切换。在位置420d处的阈值可对应于加热元件420的安全操作温度，例如在位置420a或420b处的安全工作温度。当达到在位置420d处的阈值时，这指示加热元件的温度可能超出安全工作温度，此时电压选择器可将电源从相对高的电压切换至相对低的电压。
要注意，本文公开的实施例可适用于加热器可能经历干烧状态的情形。
方面
方面1-6中的任何一个可与方面7-14中的任何一个结合。方面7-12中的任何一个可与方面13、14中的任何一个结合。
方面1.一种加热器，包括：
加热元件；
电源，其包括高电压功率和低电压功率；以及
电压选择器，其被配置成为所述加热元件选择所述高电压功率或所述低电压功率；
其中所述电压选择器被配置成基于所述加热元件上的温度来选择所述高电压功率或所述低电压功率。
方面2.方面1的加热器，其中所述电压选择器包括位于所述加热元件上的温控器。
方面3.方面1-2的加热器，还包括：
监视警报；以及
继电器；
其中所述电源、所述继电器、所述监视警报、所述加热元件和所述电压选择器被串联连接，由此形成功率电路。
方面4.方面3的加热器，其中所述监视警报被配置成当所述功率电路断开时发出警报。
方面5.方面1-4的加热器，其中所述加热元件位于HVAC系统的组件上。
方面6.方面1-5的加热器，其中所述加热元件位于HVAC系统的水箱上。
方面7.一种HVAC系统，包括：
蒸发器；
被配置成将热量提供给蒸发器的加热器，其中所述加热器包括：
加热元件；
电源，其包括高电压功率和低电压功率；以及
电压选择器，其被配置成为所述加热元件选择所述高电压功率或所述低电压功率；
其中所述电压选择器被配置成基于所述加热元件上的温度选择所述高电压功率或所述低电压功率。
方面8.方面7的HVAC系统，其中所述电压选择器包括被定位在所述加热元件上的温控器。
方面9.方面7-8的HVAC系统，其中所述加热器还包括：
监视警报；以及
继电器；
其中所述继电器、所述监视警报、所述加热元件、所述电压选择器和所述电源串联地连接，由此形成一电路。
方面10.方面9的HVAC系统，其中所述监视警报被配置成当所述电路断开时发出警报。
方面11.方面7-10的HVAC系统，其中所述加热元件位于所述蒸发器上。
方面12.方面7-11的HVAC系统，其中所述加热元件位于所述蒸发器的水箱上。
方面13.一种为HVAC系统中的组件提供热量的方法，包括：
测量所述HVAC系统中的加热元件的温度；
当所述加热元件的温度超出一阈值时，将所述加热元件连接至高电压功率；以及
当所述加热元件的温度低于一阈值时，将所述加热元件连接至低电压功率。
方面14，方面13的方法，还包括：
当所述加热元件经历故障时，发出警报。
对于前面的描述，要理解可对细节作出改变而不脱离本发明的范围。说明书和所描述的实施例应当被认为仅是示例性的，本发明真实的范围和精神由权利要求书的宽广含义表示。

Claims (14)

1.一种加热器，包括：
加热元件；
电源，其包括高电压功率和低电压功率；以及
电压选择器，其被配置成为所述加热元件选择所述高电压功率或所述低电压功率；
其中所述电压选择器被配置成基于所述加热元件上的温度来选择所述高电压功率或所述低电压功率。
2.如权利要求1所述的加热器，其中所述电压选择器包括位于所述加热元件上的温控器。
3.如权利要求1所述的加热器，还包括：
监视警报；以及
继电器；
其中所述电源、所述继电器、所述监视警报、所述加热元件和所述电压选择器被串联连接，由此形成一功率电路。
4.如权利要求3所述的加热器，其中所述监视警报被配置成当所述功率电路断开时发出警报。
5.如权利要求1所述的加热器，其中所述加热元件位于HVAC系统的组件上。
6.如权利要求1所述的加热器，其中所述加热元件位于HVAC系统的水箱上。
7.一种HVAC系统，包括：
蒸发器；
被配置成将热量提供给蒸发器的加热器，其中所述加热器包括：
加热元件；
电源，其包括高电压功率和低电压功率；以及
电压选择器，其被配置成为所述加热元件选择所述高电压功率或所述低电压功率；
其中所述电压选择器被配置成基于所述加热元件上的温度来选择所述高电压功率或所述低电压功率。
8.如权利要求7所述的HVAC系统，其中所述电压选择器包括被定位在所述加热元件上的温控器。
9.如权利要求7所述的HVAC系统，其中所述加热器还包括：
监视警报；以及
继电器；
其中所述继电器、所述监视警报、所述加热元件、所述电压选择器和所述电源串联地连接，由此形成一电路。
10.如权利要求9所述的HVAC系统，其中所述监视警报被配置成当所述电路断开时发出警报。
11.如权利要求7所述的HVAC系统，其中所述加热元件位于所述蒸发器上。
12.如权利要求7所述的HVAC系统，其中所述加热元件位于所述蒸发器的水箱上。
13.一种为HVAC系统中的组件提供热量的方法，包括：
测量所述HVAC系统中的加热元件的温度；
当所述加热元件的温度超出一阈值时，将所述加热元件连接至高电压功率；以及
当所述加热元件的温度低于一阈值时，将所述加热元件连接至低电压功率。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：
当所述加热元件经历故障时，发出警报。
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