CN109405179A - 空调系统及空调系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种空调系统及空调系统的控制方法，空调系统包括壳体、换热器、第一光照传感器及信号处理模块，换热器固定于壳体且具有连通壳体内外的多个通道；第一光照传感器，设于壳体内，第一光照传感器检测壳体内部的光强；信号处理模块与第一光照传感器电连接，信号处理模块接收壳体内部的光强，并对壳体内部的光强与第一预设阈值进行比较，或信号处理模块根据壳体内部的光强及壳体外部的光强确定光强衰减值，信号处理模块对光强衰减值与第二预设阈值进行比较，信号处理模块根据比较结果判断所述换热器的通道内是否存在异物。本申请中通过检测壳体内部的光强，从而确定光通过换热器的光强衰减值，准确判断通道内是否存在霜、污垢等异物。

Description

空调系统及空调系统的控制方法

技术领域

本申请涉及空调技术领域，具体涉及一种空调系统及空调系统的控制方法。

背景技术

现有空调系统的换热器除霜控制逻辑主要包括以下几类：一、定时化霜，这种控制方式较为简单，但容易造成部分能量的浪费，对系统效率影响较大；二、根据环境温度来控制化霜，但温度并不能完全体现结霜的环境机理，除霜判断不准确，在很多恶劣工况下是不能准确除霜；三、根据多个温度和压力双重参数，并且有比较复杂的控制逻辑实现，这种方法除霜动作较为准确，但多个传感器的配置和联动控制对机组控制器的设计要求比较高，同时也会带来成本的增加。

发明内容

本申请提供一种除霜准确且能耗低的空调系统及空调系统的控制方法。

本申请提供一种空调系统，包括壳体、换热器、第一光照传感器及信号处理模块，所述换热器固定于壳体且具有连通壳体内外的多个通道；所述第一光照传感器，设于所述壳体内，所述第一光照传感器检测所述壳体内部的光强；所述信号处理模块与第一光照传感器电连接，所述信号处理模块接收壳体内部的光强，并对壳体内部的光强与第一预设阈值进行比较，或信号处理模块根据壳体内部的光强及壳体外部的光强确定光强衰减值，所述信号处理模块对所述光强衰减值与第二预设阈值进行比较，所述信号处理模块根据比较结果判断所述换热器的通道内是否存在异物。

进一步的，所述空调系统包括与信号处理模块电连接的第二光照传感器，第二光照传感器检测壳体外部的光强，所述信号处理模块接收壳体外部的光强并与壳体内部的光强确定所述光强衰减值。

进一步的，所述空调系统包括与信号处理模块电连接的存储器，壳体外部的光强储存于存储器，所述信号处理模块获取壳体外部的光强并与壳体内部的光强确定所述光强衰减值。

进一步的，所述空调系统包括至少两个第一光照传感器，所述至少两个第一光照传感器并联连接且分布于壳体内部的不同位置。

进一步的，所述空调系统包括设于壳体外部的光源，所述光源产生的光自所述通道传播至所述壳体内。

进一步的，所述空调系统包括导光装置，所述导光装置连接于光源且朝向所述换热器延伸。

进一步的，所述空调系统包括清洁装置，所述控制方法包括判断换热器通道存在异物时，信号处理模块控制清洁装置清理通道中的异物。

本申请还提供一种空调系统的控制方法，所述空调系统包括壳体、换热器及信号处理模块，所述换热器具有连通壳体内外的通道，所述控制方法包括判断通道内是否存在异物，其特征在于：所述判断通道内是否存在异物：通过光照传感器获取壳体内部的光强，或获取壳体内外的光强衰减值；信号处理模块对壳体内部的光强和第一预设阈值进行比较，或信号处理模块对壳体内外的光强衰减值和第二预设阈值进行比较，根据比较结果判断所述换热器的通道内是否存在异物。

进一步的，所述控制方法包括：在空调系统开机时，判断通道内是否存在异物；在空调系统处于制热模式时，判断通道内是否存在异物。

进一步的，所述控制方法包括：在空调系统处于制热模式时，判断所述通道内存在异物后，判断所述异物为污垢还是霜。

进一步的，所述空调系统包括设于壳体外部的辅助光源，所述控制方法包括：光照传感器检测到光线不足或不同光源光线复杂时，信号处理模块控制光源开启。

本申请中通过检测壳体内部的光强，从而确定光通过换热器的通道时光强的衰减值，从而准确判断通道内是否存在霜、污垢等异物，确保异物能够及时清理，避免异物遮挡进风而导致空调系统工作效率的降低。

附图说明

图1所示为本申请空调系统的一个实施例的系统框图；

图2所示为本申请空调系统的一个实施例的结构示意图；

图3所示为本申请空调系统的一个实施例的结构示意图；

图4所示为本申请空调系统的一个实施例的结构示意图；

图5所示为本申请空调系统的一个实施例的结构示意图；

图6所示为本申请空调系统的控制方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作确定，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

请参照图1及图2所示，本申请实施例的空调系统包括壳体1、换热器2、风机3、第一光照传感器4、信号处理模块5及存储器10。所述换热器2安装于壳体1的进风区域，所述风机3安装于壳体的出风区域，所述第一光照传感器4与信号处理模块5电连接。当然，空调系统还可以包括压缩机、换向阀等元件。

所述换热器2包括盘管21及形成于盘管21之间的通道22，冷媒在盘管内流动，气流在盘管之间(即通道22)流动，从而实现热交换。所述通道连通壳体1的内部和外部。光(以较细的多根箭头表示)和气流(以较粗的单根箭头表示)可以自通道22进入壳体内部，气流在风机3的作用下流出。

如果通道22内存在异物，如污垢或霜，进入壳体内部的风量和光的量都会减少。风量减小，则会影响空调系统的换热，进而影响整机的工作效率，同时污垢导致进风的阻力增大，空调系统的功耗也会相应增加。因而可通过检测进入壳体内部的光的量确定通道22内是否存在异物，以免异物影响整机的效率。

所述第一光照传感器4(也可称作内部光照传感器)安装于壳体1的内部，用于检测壳体1内部的光强。所述信号处理模块5与第一光照传感器4电连接，获取壳体1内部的光强并与第一预设阈值ε₀进行比较，根据比较结果判断所述换热器2的通道内是否存在异物。第一预设阈值ε₀可根据空调系统在洁净状态下(例如首次开机时)壳体内部的光强来设置，由于不同时间的外界光强不同，导致内部光强也不同，因而可采集多个时间点(例如早晨、中午、傍晚)内部光强作为第一预设阈值，在对应的时间内调用对应的第一预设阈值ε₀。

当壳体1内部的光强低于第一预设阈值时，信号处理模块可判断通道22内存在异物；反之则不存在异物。本实施例中，所述空调系统还包括清洁装置8，例如可以是除霜装置，用于清除盘管表面(或通道22)凝结的霜，例如可以是加热器。在其他实施例中，空调系统还包括与信号处理模块5电连接的提示装置7，信号处理模块5可驱动提示装置7发出提示信息，提示信息例如是声学提示、光学提示或两者兼有。

请结合图3，本实施例中，所述空调系统包括两个第一光照传感器41、42，且两个第一光照传感器41、42分别分布于壳体1内部的不同位置，信号处理模块5采集壳体内部两个位置的光强并对两个光强计算平均值，再将光强的平均值与第一预设阈值ε₀进行比较，以判断通道内是否存在异物。在其他实施例中，空调系统可以包括多个第一光照传感器，信号处理模块对壳体内部的多个求平均值(例如是算术平均值、几何平均值、加权平均值等)，再将光强的平均值与第一预设阈值进行比较，以判断通道内是否存在异物。设置至少两个第一关照传感器，相较于单个第一光照传感器来说，检测的光强(实际为平均值)更为准确，不易出现判断错误。

请结合图4，所述空调系统还包括的第二光照传感器6(也可称作外部光照传感器)，第二光照传感器6固定于壳体的外部支架(未标号)。所述第二光照传感器6用于获取壳体外部的光强，所述信号处理模块壳体内外的光强差值(也可以称作光强衰减值)，并与第二预设阈值ε₁进行比较，根据比较结果判断所述换热器的通道内是否存在异物。第二预设阈值ε₁可选用在洁净状态下光通过通道22的光强衰减值。在其他实施例中，还可如图3所示的实施例一样，设置多个第一光照传感器4，在对壳体内部的光强取平均值后再计算与壳体外部的光强的差值，并与第二预设阈值ε₁进行比较，判断的准确度更高。

在弱光环境下(例如夜晚)，外部的光照很弱，能够通过通道22进入壳体内部的光线更加微弱，难以进行检测，即使能够检测误差也很大；在存在多种光线时，光强衰减值可能受到不同光线的影响。请结合图5，本实施例中，所述空调系统还包括辅助光源9，所述辅助光源9安装于壳体1的外部，辅助光源9发出的光的光强远大于外界光线的光强。对于确定的辅助光源来说，辅助光源9所发出的光的光强是已知的，只需设置一个第一光照传感器4检测壳体内部的光强即可。信号处理模块5对已知的外部光强与内部光强取差值，再与预设的阈值进行比较，在弱光环境或复杂光线环境下，仍然可以判断通道22内是否存在异物。在其他实施例中，还可如图4实施例一样设置第二光照传感器6，来感测壳体外部的光强，这样有利于进一步提高判断的准确性。

下面来推导具体的计算方法。假设空调系统的室外无遮挡情况下某点测得的光强为Po，机组内透过盘管某点测得的光强为Pi，两者的差值为外侧光线被盘管21阻隔而产生的光强衰减ΔPfin、盘管21可能的结霜或污垢导致的光强衰减ΔP及光线反射等导致测量误差产生的一个残差项δ之和。

Po–Pi＝ΔPfin+ΔP+δ

因而需要通过测量得到ΔP，以标志机组盘管结霜或污垢的状态。即

ΔP＝Po–ΔPfin–δ–Pi

此处由洁净盘管翅片产生的光线衰减为ΔPfin，由于盘管的物理尺寸及形状不变，产生的衰减可以认为是一个确定的量，具体可通过理论计算或者是实验测试得到，因此Po–ΔPfin可以简化为η*Po。

对于残差项δ，可以通过安装位置的调整，减少翅片光线反射的影响，比如光照传感器不正对盘管21的反射面。由于光照传感器只感测可见光，由盘管温度变化产生的红外效应可以忽略。因此，δ可以忽略。

由此ΔP可以简化为ΔP＝η*Po–Pi

其中η，Po，Pi均可以通过光照传感器直接或间接测得。

在实际情况中，正常日照光强与所处的地理位置、所在的时间段及该位置的气象条件等多种因素相关。因此，Po是一个复杂的集合，Po＝{po|po＝f(location,time,weather)}，Pi也是一个同样的集合。Po可以通过实施获取当地气象数据得到，此时对于系统控制来说需要接入网络，并且储存Po的存储器，采集Pi，通过实时对比；空调系统也可内置存储器，用于储存壳体外部的光强Po。无论哪种存储器，都需要与信号处理模块5电连接，以使信号处理模块5能够获得壳体外部的光强Po。在这种情况下通过一个(或一组)第一光照传感器即可测出光强衰减ΔP，确定ΔP₀与第二预设阈值ε₁的关系，若ΔP₀>ε₁，则判断盘管中存在污垢；反之则不存在。

如存在污垢或霜，可提醒用户对盘管进行清洁或除霜，也可设置清洁装置8，在判断存在污垢后控制清洁装置进行自动清洁；如不存在污垢，则进入下一步骤。

请结合图4，在另一个实施例中，也可以采用实时对比，此时可忽略地理位置、时段及气象的影响。此时，需要两个或两组光照传感器(即第一光照传感器及第二光照传感器)配合判断，即实时测量得到Po，Pi，η，通过计算或测试得到洁净盘管的光强衰减率。例如在空调系统第一次开机时，通过第一光照传感器4及第二光照传感器6可测量得到Po，Pi，η。类似的，确定ΔP₀与第二预设阈值ε₁的关系，若ΔP₀>ε₁，则判断盘管中存在污垢；反之则不存在。

在外界光线比较复杂的情况下，自然光线通过通道22的光强衰减可能会受到复杂光线情况的干扰，此时可以设置辅助光源9，以达到通过光照传感器控制除霜或提示清污的需要。请结合图5，在这种情况下，由于辅助光源9的光强可控，可以将辅助光源9的光强远远大于外侧自然光的影响，这样可不设置第二光照传感器，外侧仅安装一个发射平行光线的辅助光源9，辅助光源9的中心需要与第一光照传感器4A对中，辅助光源9的中心线垂直于盘管21表面安装。辅助光源9可以连接一个垂直于换热器2表面的导光装置91，所述导光装置91朝向换热器2延伸，导光装置91用于减少复杂光线的干扰，增加测量的准确度。导光装置91例如为套管，套管的侧壁可以设有多个开孔，保证空气流入，不影响盘管21的换热。第一光照传感器4A与光源9的安装尽量靠近盘管表面并保持适当距离，以减少周围自然光线对光源光线的影响，同时尽可能的测量较大面积的范围，以保证对于结霜和污垢判断的准确性。此传感器的安装也可以采用多组并联安装的方式提高准确性。

此时的ΔP计算稍有不同。由于有辅助光源Pa，变形为：

Po+Pa–Pi＝ΔPfin+ΔP+δ

ΔP＝Po+Pa–ΔPfin–δ–Pi

同样的，与前述类似，通过安装将δ忽略。外侧辅助光源的光强Pa远大于外界自然光Po，则此时上式可以简化为

ΔP＝Pa–ΔPfin–Pi

如前一样处理洁净盘管产生的光强衰减ΔPfin，光强衰减率η’，则

ΔP＝η’*Pa–Pi

其中η’可以通过光照传感器测量标定，Pa为辅助光源9的光强且为固定值，测量Pi可得出ΔP，用于判断盘管中是否存在结霜或污垢。

需要指出的是，如果由于一些局限无法保证Pa>>Po，则需要采取壳体内外侧均布置光照传感器，且壳体外侧布置辅助光源的形式，具体判断方法如前所述。

弱光环境中，也需要设置辅助的光源9，ΔP的计算方式与外界光线复杂的情况相同，不再赘述。

请结合图6，本申请还提供一种空调系统的控制方法，所述控制方法包括：

S1：开机，即接收开机命令后启动空调系统的电源。

S2：判断工作环境，判断是正常环境(譬如白天)还是弱光环境(譬如晚上或阴天)，如判断是正常环境，则进行S3；如判断是弱光环境，则启动光源9后进行S3。

S3：判断换热器的通道22中是否存在污垢。

在空调系统的初始状态下，换热器的通道22内(或者说盘管21表面)是洁净且未结霜的，异物造成的光强衰减值ΔP为0，换热器引起的光强衰减为ΔPfin。当开机运行制冷模式下工作一段时间后，ΔP0>0，此时，认为盘管非洁净。实际中可设置第二预设阈值ε₁，ε₁的值可以由实验测试数据或模拟计算数据确定。若ΔP0<ε₁时，通道22清洁(可能存在少量污垢，但对进风影响较小)，反之，通道22内存在污垢，对进风构成影响，进而会影响空调系统的工作效率。

在其他实施例中，可根据Po–Pi(盘管21与异物共同造成的光强衰减值)设置第二预设阈值ε₁’，通过第一光照传感器及第二光照传感器分别获得壳体内部及外部的光强，计算得出壳体内外的光强衰减，并与ε₁’进行比较。若ΔPfin+ΔP<ε₁’，通道22清洁，反之，通道22内存在污垢。

当然，也可根据Po–ΔPfin–ΔP(壳体内部光照强度)设置预设阈值ε₀，Pi>ε₀时，通道22清洁，反之，通道22内存在污垢。这时的ε₀可以是一个数组，包括多个时间点的Pi的取值，例如早晨、中午、傍晚、夜晚等，在各个时间段之间取对应的壳体内部光照强度的预设值。

可选的，若开启外部辅助的光源9(弱光环境或光线复杂的环境)，则需要设置第一预设阈值ε₀’，Pi>ε₀’时，通道22清洁，反之，通道22内存在污垢。同样，ε₀’的取值可以由实验测试数据或模拟计算数据确定。对于弱光环境与光线复杂的环境，还可进行进一步区分，即ε₀’可对应取两个不同值。

若存在污垢，空调系统的信号处理模块5发出报警提示，报警提示可通过提示装置7发出声学或光学信号，以提醒操作者对通道22进行清洁，提示装置例如为蜂鸣器或灯；在一个实施例中，也可以设置清洁装置，在信号处理模块检测到通道内存在污垢时，信号处理模块控制清洁装置进行自动清理，无需人工操作。

值得注意的是，本申请中的壳体内外的光强衰减值，可以指换热器与异物共同遮挡引起的光强衰减值，也可指异物遮挡而引起的光强衰减值。

在对污垢清理(人工清理或自动清理)后进入步骤S4。

S4：判断空调系统的工作模式是否制热模式。

如判断空调系统的工作模式非制热模式(例如为制冷模式或换气模式)，则进入步骤S6，如空调系统的工作模式为制热模式，在换热过程中换热器的通道22内可能结霜，因而需要进行结霜判断。

S5：判断换热器的通道22内是否结霜。

在空调系统在制热模式下运行一段时间t后，若通道22内结霜，因结霜引起光强衰减值不断增大，可设置用于判断结霜的第二预设阈值为ε。当光强衰减值ΔPt>ε时，信号处理模块判断通道22内结霜(或者成为盘管结霜)；反之，则继续运行。ε的值可以由实验测试数据或模拟计算数据确定。

与污垢判断类似，也可根据其他参数(例如换热器2与异物共同造成的光强衰减阈值或壳体的内部光照强度)来设置预设阈值，不再进行赘述。

可选的，若开启外部辅助的光源9(弱光环境或光线复杂的环境)，则需要设置一个盘结霜的预设阈值，取值可以由实验测试数据或模拟计算数据确定。

若检测到通道22内结霜，信号处理模块5控制清洁装置8进行除霜，无需人工操作，除霜装置例如为加热元件，通过加热使霜融化而脱离盘管21；若检测到通道22内没有结霜或完成除霜动作，则继续运行。

当空调系统在制热模式下运行时，盘管可能因为结霜，也可能因为污垢，又或二者共同作用导致ΔP大于判断结霜的第二预设阈值为ε。因此需要区分上述两种情况，以避免污垢与结霜判断的混淆。

例如根据时间进行判断，当光照传感器在第一时刻t1测出ΔP大于阈值ε的判断结霜，产生除霜指令并进行除霜动作；在下一个时刻t2判断结霜，产生除霜指令并进行除霜动作。设定两次结霜的合理时间间隔为T，T可以根据实验测试或模拟计算得到，如果t2–t1<T，则认为结霜判断为假，可推定是污垢或其他故障。如果t2–t1>T，则认为结霜为真，执行除霜动作。根据系统逻辑的稳健性，可以设定一个安全系数sf，判断式变为t2-t1>sf*T，此时判断为结霜，反之可推定是污垢或其他故障。

另外还可以配合其他传感器配合判断，例如通过温度传感器感测温度。当光照传感器判断为结霜时，若判断为真，则盘管21温度较低；若判断为假，盘管温度基本没有变化，亦即可以结合盘管21的温度进行判断。其他实施例中，也可以结合其他系统参数进行逻辑确认判断，比如露点温度、蒸发压力、风机转速和电流等。

S6：继续运行

检测到通道内通道洁净后，空调系统继续正常运行。

S7：关机，即接收关机命令后关闭空调系统的电源。

需要说明的是，所述控制方法的各个步骤可根据实际需求进行增减。

本申请中通过检测壳体内部的光强，从而确定光通过换热器的光强衰减值，从而准确判断通道内是否存在霜、污垢等异物，确保异物能够及时清理，避免异物遮挡进风而导致空调系统工作效率的降低。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种空调系统，其特征在于：包括：

壳体(1)；

换热器(2)，固定于壳体(1)且具有连通壳体内外的多个通道(22)；

第一光照传感器(4)，设于所述壳体内，所述第一光照传感器(4)检测所述壳体(1)内部的光强；

信号处理模块(5)，与第一光照传感器(4)电连接，所述信号处理模块获取壳体内部的光强并与第一预设阈值(ε₀、ε₀’)进行比较，或信号处理模块获取壳体内部的光强并与壳体外部的光强确定光强衰减值，所述信号处理模块对所述光强衰减值与第二预设阈值(ε₁、ε₁’、ε)进行比较，所述信号处理模块(5)根据比较结果判断所述换热器的通道(22)内是否存在异物。

2.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述空调系统包括与信号处理模块电连接的第二光照传感器(6)，第二光照传感器(6)检测壳体(1)外部的光强，所述信号处理模块(5)获取壳体外部的光强并与壳体内部的光强确定所述光强衰减值。

3.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述空调系统包括与信号处理模块电连接的存储器(10)，所述壳体外部的光强储存于存储器(10)，所述信号处理模块(5)获取壳体(1)外部的光强并与壳体(1)内部的光强确定所述光强衰减值。

4.如权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述空调系统包括至少两个第一光照传感器(41、42)，所述至少两个第一光照传感器(41、42)并联连接且分布于壳体(1)内的不同位置。

5.如权利要求1至4项中任一项所述的空调系统，其特征在于：所述空调系统包括设于壳体外部的辅助光源(9)，所述光源(9)产生的光自所述通道(22)进入所述壳体(1)。

6.如权利要求5所述的空调系统，其特征在于：所述空调系统包括导光装置(91)，所述导光装置(91)连接于光源(9)且朝向所述换热器(2)延伸。

7.一种空调系统的控制方法，所述空调系统包括壳体(1)、换热器(2)、光照传感器(4、6)及信号处理模块(5)，所述换热器(2)具有连通壳体内外的通道(22)，所述控制方法包括判断通道内是否存在异物，其特征在于：所述判断通道内是否存在异物：

通过光照传感器(4、6)获取壳体(1)内部的光强或获取壳体(1)内外的光强衰减值；

信号处理模块(5)对壳体内部的光强和第一预设阈值(ε₀、ε₀’)进行比较，或信号处理模块(5)对壳体内外的光强衰减值和第二预设阈值(ε₁、ε₁’、ε)进行比较，根据比较结果判断所述换热器的通道内是否存在异物。

8.如权利要求7所述的空调系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：

在空调系统开机时，判断通道内是否存在异物；

在空调系统处于制热模式时，判断通道内是否存在异物。

9.如权利要求8所述的空调系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括：在空调系统处于制热模式时，判断所述通道(22)内存在异物后，判断所述异物是污垢还是霜。

10.如权利要求7所述的空调系统的控制方法，其特征在于：所述空调系统包括设于壳体外部的辅助光源(9)，所述辅助光源发出的光通过通道(22)进入壳体(1)，所述控制方法包括：光照传感器(4、6)检测到光线不足或多种光线时，信号处理模块控制辅助光源(9)开启。