CN108006851A - 一种换热设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热设备及其控制方法。所述换热设备包括翅片式换热器，还包括光发射装置和光接收装置，用于检测所述翅片式换热器的翅片上积累的异物，所述光发射装置和所述光接收装置分别设置在所述翅片式换热器的两侧，使得所述光发射装置发出的光能够穿过翅片间隙到达所述光接收装置。本发明的换热设备在运行时通过分析所述光接收装置采集到的来自所述光发射装置的光的情况，便可得出相应的翅片间隙中的异物积累情况，由此便可以获知翅片式换热器的脏堵情况。
Description
技术领域
本发明涉及换热设备技术领域，具体涉及一种换热设备及其控制方法。
背景技术
空调室外机中，其换热器多采用翅片式换热器。此种翅片式换热器的结构如图1和图1A所示，翅片式换热器包括冷媒管路1和多个翅片2，这些翅片2互相平行地布置，冷媒管路1来回地穿过这些翅片2，从而通过这些翅片2进行换热。在正常情况下，翅片换热器能够保证空调系统的换热要求。但是，由于相邻的翅片2之间的缝隙比较小，而空调室外机时长处于较为恶劣的环境中，例如空气污染物超标、风沙灰尘飞扬等等，很容易在翅片的间隙中积累异物而形成脏堵。随着换热器脏堵程度的增加，不仅缩小了翅片2的换热面积，而且还会因翅片间隙的堵塞而导致空调进风量的减小，从而会严重影响整个空调系统的换热效果。
发明内容
基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种换热设备及其控制方法，其能方便地检测翅片式换热器的翅片上积累的异物，从而可以避免空调系统的换热效果受到严重影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，一种换热设备，包括翅片式换热器，还包括光发射装置和光接收装置，用于检测所述翅片式换热器的翅片上积累的异物，所述光发射装置和所述光接收装置分别设置在所述翅片式换热器的两侧，使得所述光发射装置发出的光能够穿过翅片间隙到达所述光接收装置。
优选地，所述光发射装置为激光发射装置或红外光发射装置。
优选地，所述换热设备包括风机，所述风机的风叶位于所述翅片式换热器的一侧，所述光发射装置或所述光接收装置设置在所述风叶上。
优选地，位于所述翅片式换热器的另一侧的对应的光接收装置或光发射装置设置有一个或多个，并且布置在圆形轨迹上，所述圆形轨迹与所述风叶上的光发射装置或光接收装置的旋转运动轨迹同心且半径相等。
优选地，所述换热设备包括位于所述翅片式换热器的另一侧的翅片防撞格栅，位于所述翅片式换热器的另一侧的一个或多个光接收装置或光发射装置设置在所述翅片防撞格栅上。
优选地，所述风机为轴流式风机，所述光发射装置或所述光接收装置设置在所述风叶的朝向所述翅片式换热器的叶面上。
优选地，所述换热设备还包括报警单元，当所述光接收装置采集到的光强度E低于预设值时，所述报警单元给出报警信息，提示换热器异物积累超标。
优选地，所述预设值为E0-Δe，其中，E0为所述翅片式换热器完全无异物积累时所述光接收装置采集到的光强度，Δe为预设的偏差。
优选地，所述换热设备为空调室外机或一体式空调器，所述翅片式换热器为室外侧换热器。
优选地，所述换热设备具有化霜模式，用于在冬季运行时消除所述翅片式换热器上的冰霜；所述光发射装置和所述光接收装置用于在化霜模式运行过程中或运行结束后检测换热器上的冰霜消除情况。
根据本发明的另一方面，一种用于控制前面所述的换热设备的控制方法，包括步骤：
S10、启动所述光发射装置和所述光接收装置；
S20、根据所述光发射装置发出的光穿过翅片间隙到达所述光接收装置的情况，判断所述翅片式换热器的翅片上的异物积累情况。
优选地，步骤S20包括步骤：
S201、确认所述光发射装置和所述光接收装置的运行时间达到第一预定时间t0；
S202、检测所述光接收装置采集到的光强度E，并判断E<E0-Δe是否成立，其中，E0为所述翅片式换热器完全无异物积累时所述光接收装置采集到的光强度，Δe为预设的偏差；
S203、若E<E0-Δe成立，则认为换热器异物积累超标。
优选地，步骤S203中，
若E<E0-Δe不成立，则关闭所述光发射装置和所述光接收装置，所述换热设备正常运行；
和/或，若E<E0-Δe成立，所述换热设备给出故障提示。
优选地，所述换热设备在正常运行过程中，当所述换热设备的连续运行时间t达到第二预定时间T，便执行步骤S10。
优选地，所述换热设备为空调室外机或一体式空调器，且所述换热设备具有化霜模式，当所述换热设备运行化霜模式结束后，执行步骤S10。
本发明的换热设备设置有光发射装置和光接收装置，在运行时，通过分析所述光接收装置采集到的来自所述光发射装置的光的情况，便可得出相应的翅片间隙中的异物积累情况，由此便可以获知翅片式换热器的脏堵情况。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明的换热设备及其控制方法的优选实施方式进行描述。图中：
图1为翅片式换热器的结构示意图；
图1A为图1中的A-A剖视图；
图2为本发明的换热设备中所设置的光发射装置和光接收装置的原理示意图；
图3为根据本发明的优选实施方式的换热设备中光发射装置的一种布置方式示意图；
图4为根据本发明的优选实施方式的换热设备中光接收装置的一种布置方式示意图；
图5为根据本发明的优选实施方式的换热设备中光发射装置和光接收装置的一种布置方式的工作状态示意图；
图5A示出了图5的实施方式中光发射装置的运动轨迹和光接收装置的布置位置；
图6为根据本发明的一种优选实施方式的换热设备的控制流程示意图；
图7为根据本发明的另一种优选实施方式的换热设备的控制流程示意图。
具体实施方式
考虑到现有技术的空调器无法获知其室外机中翅片式换热器的脏堵情况，本发明的第一方面提供了一种换热设备，能够自动检测翅片式换热器的脏堵情况。该换热设备优选为空调室外机，但也可以是其他的空调设备或者其他类型的空调机组，例如一体式空调器等，只要其换热器(特别是室外侧换热器)采用翅片式换热器即可适用。
具体地，本发明的换热设备包括翅片式换热器5，并且还包括光发射装置3和光接收装置4，如图2所示，所述光发射装置3和所述光接收装置4可以合称为光收发装置，用于检测所述翅片式换热器的翅片上积累的异物，如灰尘沙土等脏物、或者冰霜等低温凝结物，这些异物的积累会影响到换热器的换热效果。其中，所述光发射装置3和所述光接收装置4分别设置在所述翅片式换热器5的两侧，使得所述光发射装置3发出的光能够穿过翅片间隙到达所述光接收装置4。
由于翅片式换热器5的各个翅片互相平行，因此，所述光收发装置应布置成使得所述光发射装置3和所述光接收装置4能够经一个翅片间隙互相面对，这样，在该翅片间隙畅通(即无异物积累或者仅有少量异物积累)的情况下，所述光发射装置3发出的光便能够穿过翅片间隙到达所述光接收装置4。而随着该翅片间隙中积累的异物不断增加，该翅片间隙逐渐由畅通变为不畅通甚至不透光，所述光发射装置3发出的光便会越来越难以穿过翅片间隙到达所述光接收装置4。
因此，通过分析所述光发射装置3发出的光穿过翅片间隙到达所述光接收装置4的情况，也即，分析所述光接收装置4采集到的光的情况，便可得出相应的翅片间隙中的异物积累情况，由此便可以获知翅片式换热器5的脏堵情况。
由于相应的光收发装置体积小、成本低、使用方便，因此本发明的换热设备在成本方面的增加几乎可以忽略。
优选地，所述光发射装置3和所述光接收装置4不与翅片式换热器5接触，也即，二者均与翅片式换热器5间隔开预定的距离，并且二者与翅片式换热器之间的距离可以相等，也可以不相等，因此，所述光发射装置3和所述光接收装置4可以在换热设备中选择任何合适的部位进行安装。
优选地，所述光发射装置3为激光发射装置3或红外光发射装置3，因而相应的光收发装置为激光收发装置或红外光收发装置。
为了更全面地检测翅片式换热器5的不同部位的脏堵情况，优选可以设置多套光收发装置，分别布置在不同的位置处。
优选地，如图3所示，所述换热设备包括风机6，所述风机6的风叶7位于所述翅片式换热器5的一侧，所述光发射装置3(或所述光接收装置4)设置在所述风叶7上。由于风叶7旋转，相应的光发射装置3或者光接收装置4也就跟着旋转，于是，一个光发射装置3(或者光接收装置4)便会形成圆形的旋转运动轨迹。
在这种情况下，在翅片式换热器5的一侧可以仅设置位于风叶7上的一个光发射装置3(或者光接收装置4)，而在翅片式换热器5的另一侧的对应的光接收装置4(或者光发射装置3)则可以设置多个，只要风叶7上的光发射装置3(或者光接收装置4)在旋转过程中能经翅片间隙而与他们相互面对即可。因此，优选地，位于所述翅片式换热器5的另一侧的对应的光接收装置4(或光发射装置3)设置有一个或多个，并且布置在圆形轨迹40上(参见图5A)，所述圆形轨迹40与所述风叶7上的光发射装置3(或光接收装置4)的旋转运动轨迹30同心且半径相等(参见图5A)。
当风叶7上设置有光发射装置3时，则翅片式换热器5的另一侧可以设置一个或多个光接收装置4。或者替代地，当风叶7上设置有光接收装置4时，则翅片式换热器5的另一侧可以设置一个或多个光发射装置3。这两种方式都能够实现对翅片式换热器5的一个或多个部位进行脏堵检测。
例如，如图5和图5A所示，风叶7上设置有一个光发射装置3(图中示出的多个光发射装置3表示的是光发射装置3运行过程中的多个位置)，其随着风叶7旋转时的运动位置形成一个圆形的旋转运动轨迹30，翅片式换热器5的另一侧例如设置有四个光接收装置4，他们布置在圆形轨迹40上，因所述旋转运动轨迹30与所述圆形轨迹40同心且半径相等，因此，在光发射装置3的旋转过程中，能够依次与四个光接收装置4相面对，从而使其发射出的光依次射向相应的光接收装置4，各个光接收装置4因此也就能采集到光。于是，在实际工作中，启动光发射装置3后，其将持续发射光，当其运动至与光接收装置4对应的位置时，光接收装置4便可采集到光。
对于每一个光接收装置4而言，在风叶7的旋转过程中，可以认为他们与光发射装置3相面对的几率(或时间)是相同的，而光发射装置3的光发射功率是固定的，因而分析这些光接收装置4的光接收情况，便能检测出翅片式换热器5的相应部位(也即光发射装置3和光接收装置4之间的连线与翅片式换热器5的交点处)的脏堵情况。
优选地，以空调室外机为例，前述圆形轨迹40以及旋转运动轨迹30的确定方式如下：可以在空调室外机未出厂时，先对空调室外机进行脏堵实验，找出易脏堵点，以风机6的轴线与翅片式换热器5的交点为圆心画出圆形轨迹40，并且所述圆形轨迹40能经过的易脏堵点越多越好，确定了这个圆形轨迹40，也就确定了相应的光发射装置3在风叶7上的位置，即距风叶7中心的距离等于前述圆形轨迹40的半径。
优选地，所述换热设备例如为空调室外机时，包括位于所述翅片式换热器5的另一侧的翅片防撞格栅8，如图4所示，位于所述翅片式换热器5的另一侧的一个或多个光接收装置4(或光发射装置3)可以设置在所述翅片防撞格栅8上，从而可以无需设置专门的安装结构，进一步保证换热设备的成本不增加。
优选地，如图3所示，所述风机6为轴流式风机，所述光发射装置3(或所述光接收装置4)设置在所述风叶7的朝向所述翅片式换热器5的叶面上。由于轴流式风机的叶片7沿径向从中心位置延伸到外周位置，因而所述光发射装置3(或所述光接收装置4)可以无障碍地设置在任意半径上，由此使得前述圆心轨迹40的选取过程更为灵活方便。
优选地，所述换热设备还包括报警单元(未示出)，当所述光接收装置4采集到的光强度E低于预设值时，所述报警单元可以给出报警信息，提示换热器异物积累超标，例如提示换热器脏堵等。其中，该预设值可以根据试验确定，以其所对应的脏堵程度尚未严重影响换热效果为宜。
优选地，所述预设值为E0-Δe，其中，E0为所述翅片式换热器5完全无异物积累时所述光接收装置4采集到的光强度，Δe为预设的偏差。例如，在换热设备未出厂时，其换热器不会有脏堵情况，此时进行测试所采集到的光强度为E0，其可作为标准值。
优选地，本发明的换热设备在实际运行过程中，当换热设备的实际连续运行时间t达到第二预定时间T时，光收发装置便可启动，光发射装置3开始发射光，在光收发装置启动第一预定时间t0后，便可以检测光接收装置4采集到的光强度E，当其中有光接收装置4采集到的光强度满足E<E0-Δe时，则判断为翅片式换热器5异物积累超标，例如脏堵超标。
当所述换热设备达到清除脏堵条件(也即异物积累超标)时，换热设备可以报脏堵故障，提醒用户及时清理维护。在此期间，相应的光收发装置可以持续工作，当检测到所有的光接收装置4采集到的光强度都满足E≥E0-Δe时，光收发装置便可停止工作，换热设备重新开始记录连续运行时间t，并重新进入正常运行过程。如果在用户清理维护后依旧有光接收装置4采集到的光强度满足E<E0-Δe，则脏堵故障不解除。有关检测脏堵情况的优选工作流程如图6所示。
优选地，所述换热设备为空调室外机或一体式空调器，所述翅片式换热器5为室外侧换热器。
优选地，本发明的换热设备还可以具有化霜模式，用于在冬季运行时消除所述翅片式换热器上5的冰霜；所述光发射装置3和所述光接收装置4可用于在化霜模式运行过程中或运行结束后检测翅片式换热器5上的冰霜消除情况。
例如，当换热设备运行化霜程序(也即进入化霜模式)一定的时间，在满足化霜退出条件后，可由相应的光收发装置检测空调室外机是否除霜干净，其检测原理与前述检测脏堵情况相同，如检测结果判断为空调室外机换热器异物积累仍超标(意味着化霜可能不彻底)，则需要换热设备继续运行化霜模式。有关检测化霜情况的优选工作流程如图7所示。
在上述工作的基础上，本发明的另一方面还提供了一种用于控制前面所述的换热设备的控制方法，参见图6-7，该方法包括步骤：
S10、启动光收发装置，也即启动所述光发射装置3和所述光接收装置4；
S20、根据所述光发射装置3发出的光穿过翅片间隙到达所述光接收装置4的情况，判断所述翅片式换热器5的翅片上的异物积累情况。
优选地，步骤S20包括步骤：
S201、确认所述光发射装置3和所述光接收装置4的运行时间达到第一预定时间t0，其中，第一预定时间t0的值可以从数秒到数百秒不等，具体取决于光发射装置3和光接收装置4的型号规格等，只要能保证光接收装置4采集的光达到分析光强度的所需的条件即可；
S202、检测所述光接收装置4采集到的光强度E，并判断E<E0-Δe是否成立，其中，E0为所述翅片式换热器完全无异物积累时所述光接收装置4采集到的光强度，Δe为预设的偏差，其量值例如可以是E0的1％到20％不等；
S203、若E<E0-Δe成立，说明相应的翅片间隙的透光性能明显下降，显然是翅片间隙中的异物积累较多，此时可以认为换热器异物积累超标，达到了需要清除脏堵的条件。
优选地，步骤S203中，
若E<E0-Δe不成立，说明相应的翅片间隙的透光性能仍良好，意味着翅片间隙中的异物积累量较少，无需进行清理，于是可关闭所述光发射装置3和所述光接收装置4，所述换热设备正常运行；
若E<E0-Δe成立，则所述换热设备可给出故障提示，例如可以报脏堵故障，提示用户清理维护。
在用户清理维护期间，相应的光收发装置可以持续工作，当检测到所有的光接收装置4采集到的光强度都满足E≥E0-Δe时，光收发装置可以停止工作，换热设备重新开始记录机组的连续运行时间t，并重新进入正常运行过程。如果在用户清理维护后依旧有光接收装置4采集到的光强度满足E<E0-Δe，则脏堵故障不解除。
优选地，所述换热设备在正常运行过程中，当所述换热设备的连续运行时间t达到第二预定时间T，便执行步骤S10。其中，第二预定时间T的值可以从数小时到数百小时不等，具体取值取决于换热设备所处的环境状况。
以下再结合图6说明本发明的换热设备在进行日常脏堵检测时的控制方法的详细步骤：
在换热设备(例如空调机组)运行过程中，检测换热设备连续运行时间t是否达到第二预定时间T；若未达到，则光收发装置不启动(即保持关闭)，机组保持正常运行；
若检测机组连续运行时间t达到第二预定时间T，则启动光收发装置，即执行步骤S10；
随后，执行步骤S201，也即判断光收发装置的运行时间是否达到第一预定时间t0；若未达到，则返回等待；若达到，则进入步骤S202，即，检测光接收装置4采集的光强度，并判断E<E0-Δe是否成立，随后进入步骤S203；
步骤S203中，若E<E0-Δe成立，则换热设备报脏堵故障，提示用户清理维护；若E<E0-Δe不成立，则光收发装置关闭，换热设备正常运行，并重新记录换热设备的连续运行时间t；
步骤S203执行完毕后，控制流程返回。
优选地，所述换热设备为空调室外机或一体式空调器，且所述换热设备具有化霜模式，当所述换热设备运行化霜模式结束后，执行步骤S10，也即，换热设备开始检测异物积累情况，例如检测残余的冰霜的量，从而可实现对化霜是否彻底的检测。
以下再结合图7说明本发明的换热设备在进行辅助化霜检测时的控制方法的详细步骤：
在换热设备(例如空调机组)运行过程中，判断换热设备是否满足化霜模式进入条件(具体判断方式可采用现有技术中的判断方法)；
若不满足，则换热设备继续正常运行；若满足，则换热设备运行化霜模式，开始化霜，并判断是否满足化霜模式退出条件(具体判断方式可采用现有技术中的判断方法)，持续化霜直至满足化霜模式退出条件；
在退出化霜模式的同时或之后，启动光收发装置，即执行步骤S10；
随后，执行步骤S201，也即判断光收发装置的运行时间是否达到第一预定时间t0；若未达到，则返回等待；若达到，则进入步骤S202，即，检测光接收装置4采集的光强度，并判断E<E0-Δe是否成立，随后进入步骤S203；
步骤S203中，若E<E0-Δe成立，则换热设备报脏堵故障，提示用户清理维护，这里，脏堵故障既有可能是化霜不彻底所致，因此可以继续运行化霜模式，也有可能是确实存在脏堵所致，因此需要清理脏堵；若E<E0-Δe不成立，则光收发装置关闭，换热设备正常运行；
步骤S203执行完毕后，控制流程返回。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (15)
1.一种换热设备，其特征在于，包括翅片式换热器，还包括光发射装置和光接收装置，用于检测所述翅片式换热器的翅片上积累的异物，所述光发射装置和所述光接收装置分别设置在所述翅片式换热器的两侧，使得所述光发射装置发出的光能够穿过翅片间隙到达所述光接收装置。
2.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述光发射装置为激光发射装置或红外光发射装置。
3.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备包括风机，所述风机的风叶位于所述翅片式换热器的一侧，所述光发射装置或所述光接收装置设置在所述风叶上。
4.根据权利要求3所述的换热设备，其特征在于，位于所述翅片式换热器的另一侧的对应的光接收装置或光发射装置设置有一个或多个，并且布置在圆形轨迹上，所述圆形轨迹与所述风叶上的光发射装置或光接收装置的旋转运动轨迹同心且半径相等。
5.根据权利要求4所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备包括位于所述翅片式换热器的另一侧的翅片防撞格栅，位于所述翅片式换热器的另一侧的一个或多个光接收装置或光发射装置设置在所述翅片防撞格栅上。
6.根据权利要求3所述的换热设备，其特征在于，所述风机为轴流式风机，所述光发射装置或所述光接收装置设置在所述风叶的朝向所述翅片式换热器的叶面上。
7.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备还包括报警单元，当所述光接收装置采集到的光强度E低于预设值时，所述报警单元给出报警信息，提示换热器异物积累超标。
8.根据权利要求7所述的换热设备，其特征在于，所述预设值为E0-Δe，其中，E0为所述翅片式换热器完全无异物积累时所述光接收装置采集到的光强度，Δe为预设的偏差。
9.根据权利要求1-8之一所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备为空调室外机或一体式空调器，所述翅片式换热器为室外侧换热器。
10.根据权利要求9所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备具有化霜模式，用于在冬季运行时消除所述翅片式换热器上的冰霜；所述光发射装置和所述光接收装置用于在化霜模式运行过程中或运行结束后检测换热器上的冰霜消除情况。
11.一种用于控制根据权利要求1-10之一所述的换热设备的控制方法，其特征在于，包括步骤：
S10、启动所述光发射装置和所述光接收装置；
S20、根据所述光发射装置发出的光穿过翅片间隙到达所述光接收装置的情况，判断所述翅片式换热器的翅片上的异物积累情况。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，步骤S20包括步骤：
S201、确认所述光发射装置和所述光接收装置的运行时间达到第一预定时间t0；
S202、检测所述光接收装置采集到的光强度E，并判断E<E0-Δe是否成立，其中，E0为所述翅片式换热器完全无异物积累时所述光接收装置采集到的光强度，Δe为预设的偏差；
S203、若E<E0-Δe成立，则认为换热器异物积累超标。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，步骤S203中，
若E<E0-Δe不成立，则关闭所述光发射装置和所述光接收装置，所述换热设备正常运行；
和/或，若E<E0-Δe成立，所述换热设备给出故障提示。
14.根据权利要求11-13之一所述的控制方法，其特征在于，所述换热设备在正常运行过程中，当所述换热设备的连续运行时间t达到第二预定时间T，便执行步骤S10。
15.根据权利要求11-13之一所述的控制方法，其特征在于，所述换热设备为空调室外机或一体式空调器，且所述换热设备具有化霜模式，当所述换热设备运行化霜模式结束后，执行步骤S10。
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