CN113939702B

CN113939702B - 用于检测水冰形成的装置

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Publication number: CN113939702B
Application number: CN201980096906.9A
Authority: CN
Inventors: M·乌苏路; N·亚林
Original assignee: Wester Electronic Industry And Trade Co ltd
Current assignee: Wester Electronic Industry And Trade Co ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: US11480383B2; CN113939702A; EP3977029A1; US20220205704A1; JP2022537900A; KR20220012232A; EP3977029B1; WO2020239230A1

Abstract

本发明涉及一种用于检测在基板(122)上形成水冰的装置(10)，所述装置包括第一永磁体(204)和第二永磁体(206)。永磁体(204、206)间隔开并布置成一个磁体(204)的北极与另一个磁体(206)的南极相对。容器(200)容装处于永磁体(204、206)之间的空间内的水体(202)。磁体(204)中的至少一个能够在容器(200)中移动。导热器件(208)在基板(122)与容器(200)中的水体(202)之间传导热。当将热从容器(200)中的水体(202)传导到基板(122)时，水体(202)的温度下降到水密度最大所处的温度以下，水体的体积增大，驱动第一永磁体和第二永磁体(204、206)彼此分隔开。

Description

用于检测水冰形成的装置

技术领域

本公开涉及一种用于检测水冰形成的装置。

背景技术

存在许多易于结冰或结霜的装置和设备，即，易于或容易在装置和设备的某部分上的积聚冰的装置和设备。一些示例包括制冷设备、空调单元等，制冷设备包括特别的冷冻机和制冷机等。

所谓的无霜制冷设备(诸如冷冻机和制冷机)等，采用各种方法以用于防止冰积聚。这种方法的一个示例是周期性地加热冷冻机和制冷机以融化在内部可能已经形成的任何冰。例如，易于冰积聚的冷冻机和制冷机的一部分可以在每隔8小时或10小时左右加热5分钟或10分钟左右。这种过程可能是浪费且低效率的，因为它不管是否实际上已形成了冰。

无霜冻制冷设备的其他示例依赖于可以测量例如温度和湿度的一个或多个电子传感器，以及基于传感器的输出来确定何时需要解冻的微控制器。这样的布置是复杂的，需要微控制器编程，并且可能不可靠。

发明内容

根据本文公开的一个方面，提供了一种用于检测在基板上形成水冰的装置，所述装置包括：

第一永磁体；

第二永磁体；

第一永磁体和第二永磁体间隔开并布置成一个永磁体的北极与另一个永磁体的南极相对，使得第一永磁体和第二永磁体通常彼此吸引；

容器，所述容器容装处于第一永磁体和第二永磁体之间的空间内的水体；

第一永磁体和第二永磁体中的至少一个永磁体能够相对于另一个永磁体在容器中移动；和

导热器件，所述导热器件用于在所述基板与容器中的水体之间传导热；

由此，当在使用时通过导热器件将热从容器中的水体传导到所述基板上时，水体的温度下降到水密度最大所处的温度以下，水体的体积增大，这就驱动第一永磁体和第二永磁体彼此分隔开。

这种装置不需要电子传感器或微控制器或其他处理器等来检测冰的形成或控制解冻过程。因此，该装置可相对简单且制造成本不高。

在一个示例中，容装水体的容器是隔热的。

在一个示例中，所述设备包括开关，使得所述开关在已驱动第一永磁体和第二永磁体时操作，从而第一永磁体和第二永磁体之间的距离超过阈值距离。

在一个示例中，所述阈值距离使得仅在容器中的水体冻结时操作开关。

在一个示例中，所述开关包括第一电导体和第二电导体，所述第一电导体相对于可移动的永磁体固定，以与可移动的永磁体一起移动，第二电导体相对于另一永磁体固定，由此，使第一电导体和第二电导体彼此接触，以在第一永磁体和第二永磁体之间的距离超过阈值距离时操作开关。

在该示例中，当使第一电导体和第二电导体彼此接触时，第一电导体和第二电导体可以形成电阻加热器，该电阻加热器可用于提供热以解冻基板。也就是说，该装置可以检测在基板上形成冰并且在检测到冰时自动执行解冻过程以解融冰。

还提供了一种设备，所述设备包括：

易于结霜的基板；和

如上所述的装置；

其中，所述装置的导热器件与所述基板热接触，以在基板与装置的容器中的水体之间传导热。

在该装置包括如上所述的开关的示例中，该装置布置成使得开关的操作使加热器操作以解冻基板。

在该装置布置成使得开关的操作使加热器如上所述地操作的情况下，加热器可以由装置的第一电导体和第二电导体提供。

在一个示例中，该装置包括第二传热器件，当电力在使所述第一电导体和第二电导体彼此接触时通过所述第一电导体和第二电导体时，第二传热器件用于将热从所述第一电导体和第二电导体传递到所述基板。

在一个示例中，所述设备是制冷设备，所述基板是通过所述制冷设备载运制冷剂的管道。

附图说明

为了帮助理解本公开并展示如何可以实现实施例，通过示例来参考附图，附图中：

图1示意性示出了根据本公开的实施例的装置的示例和制冷设备的示例；和

图2示意性示出了图1的装置的更详细且局部虚线化的视图。

具体实施方式

术语“制冷设备”在本文中将用来特别地包括冷冻机和制冷机等。如本文所使用的术语“制冷设备”还可以包括空调单元和易于结霜的其他装置或设备，包括依赖于制冷剂流动的特定装置或设备，除非上下文另有要求。

在本公开的示例中，提供了一种用于检测在基板上形成水冰的装置，其使用永磁体的磁力以及水在其温度下降到(约)4℃以下时膨胀和/或水在0℃冻结以形成冰的事实。该装置不需要电子传感器或微控制器或其他处理器等来控制解冻过程。在一些示例中，该装置还提供了操作加热器的开关，和/或该装置本身可以作为加热器操作。

现在参考附图，图1示意性示出了连接到制冷设备100的示例的根据本公开的实施例的装置10的示例。在该示例中，制冷设备100是制冷机或冷冻机。在一些示例中，制冷设备可以是空调单元或易于冻结或具有易于冻结的部件的一些其他设备。

制冷设备100实现蒸汽压缩制冷循环，以冷却制冷设备100内的空间110。具体地，在该示例中，实施蒸汽压缩制冷循环(下面更详细地描述)以冷却空间110中的冷冻部分111至0℃以下。空间110的其他部分也将根据冷冻部分111的温度和制冷设备100的布局进行冷却。在任何情况下，冷冻部分111代表空间110的子部分，诸如食品等的物质可以放置在子部分中以冷冻它们。更一般地，即使制冷设备100不具有如此的冷冻部分，蒸汽压缩制冷循环可也用来冷却制冷设备100的空间110。

制冷设备100包括管120的封闭回路，其包含所选择的制冷剂，用于冷却空间110的内部(例如，制冷设备的食品储存部分)。具体地，管120的回路包括位于冷冻部分111内的内部部段122和位于空间110外部的外部部段124。

选择制冷剂，制冷剂的蒸发温度使得它将在从冷冻部分111的内部吸收热时在内部部段122中蒸发。由于该原因，内部部段122常常被称为蒸发器122。

提供压缩机123以压缩已蒸发的制冷剂并显著提高其温度。高压、高温的制冷剂蒸汽从压缩机123行进通过回路120的“热”的外部部段124。外部部段124用作制冷循环中的冷凝器，将热传递到环境(例如，制冷设备100所位于的房间)。可以提供散热器或风扇以改善热传递。热传递导致外部部段124中的至少一些制冷剂蒸汽冷凝而返回液体形式。

高压制冷剂现在被冷却并且至少部分地呈液体形式，其行进到膨胀阀121，该膨胀阀降低制冷剂的压力，从而使其膨胀和冷却。然后低压低温的制冷剂行进通过冷冻部分111内的蒸发器122(用作制冷循环中的蒸发器)，以吸收来自冷冻部分111内部的热。结果，行进通过蒸发器122的冷却的制冷剂液体蒸发，之后继续行进到压缩机123，以完成制冷循环。

压缩机123可以由低功率直流(DC)电机驱动，根据回路的外部部段124所需的制冷剂蒸汽的压力和温度以及回路的蒸发器122所需的冷却速率选择直流电机。

由于由管120的蒸发器122在冷冻部分111内产生的低温，来自空气的湿度可能冻结到蒸发器122上，导致冰层随时间推移积聚。蒸发器122上和/或在制冷设备100的其他部分中的冰积聚(也称为“霜”)是不希望的，因为它占据了冷冻部分111或制冷设备100的其他部分内的否则可用于储存(例如，食品)的空间，并且降低制冷设备100的效率。制冷设备的使用者可以通过允许冷冻部分111加热到冰融化点并且然后去除所得到的液态水而周期性地手动解冻制冷设备。

一些已知的制冷设备具有诸如电阻加热器或其他加热元件的器件，用于简要地加热冷冻部分以融化冰层，从而解冻冷冻部分。在这种已知的制冷设备中，可以在循环中自动且周期性地进行解冻过程，而不管蒸发器上实际积聚了多少霜。这种过程可能是浪费且低效率的，因为它不管实际上是否已经形成有冰。无霜制冷设备的其他示例依赖于可以测量例如温度和湿度的一个或多个电子传感器以及基于传感器的输出来确定何时需要解冻的微控制器。这样的器件是复杂的，需要微控制器编程，并且可能不可靠。

根据本公开的示例，装置10用于检测在制冷设备100的某部分上形成冰或“霜”。在该示例中，装置10专门用于检测在蒸发器122上形成冰，但也可用来检测在其他部件上形成冰。装置10的该示例不需要电子传感器或控制器等。

特别地参照图2，其示意性示出了装置10的更详细且局部虚线化的视图。装置10具有容纳水体202的容器200。容器200是中空圆筒。容器200的壁是隔热的。容器200可以例如由塑料材料制成。

容器200容纳两个永磁体204、206。磁体204、206通过水体202彼此间隔开。磁体204、206布置成使得相对的磁极彼此相对。也就是说，一个磁体204的北极与另一个磁体206的南极相对。因此，磁体204、206倾向于彼此吸引。磁体204、206中的至少一个磁体可在容器200内移动。在所示的示例中，在图中最上面的磁体204可在容器200内移动。(此处，在提及附图时针对“上部”和“下部”等的参照提供方便)。通常，装置10可以沿其他方向布置，尽管上部磁体204可竖直上下移动的竖直方向可能是最方便和有效的。)在该示例中，另一个磁体206在容器200内被固定以抵抗运动。因此，正常地，磁体204、206通过磁吸引而朝向彼此偏压，磁吸引将磁体204、206拉到一起，磁体204、206通过水体202保持间隔开。

装置10与基板或易于结霜的部件热连通，在该示例中，该基板或部件是制冷设备100的蒸发器122。具体地，水体202与蒸发器122热连通。在所示的示例中，这是通过在水体202和蒸发器122之间延伸的第一导热器件208来实现的。在所示的示例中，导热器件208由高导热率的金属棒或类似物形成，诸如铜或铝等。在该具体示例中，导热器件208具有由两个夹紧臂形成的夹紧部分210，该夹紧臂从装置10的主体延伸出，并且可以围绕蒸发器122夹紧。另一热导体212也由高导热率的金属或类似物形成，从夹紧部分210延伸到装置10的主体中，并与水体202热接触。热导体212可以例如行进通过容器200的壁中的口或通孔来接触水202。作为可替代方案，容器200的壁(通常是隔热的)可以具有导热的板或插入件等，并且热导体212与该导热的部件接触。

在使用中，如果在蒸发器122上形成冰且当在蒸发器122上形成冰时，通过在容器200中的水体202外部的导热器件208和热导体212传导热。这导致水202的温度下降。如已知的，水稍微异常，原因在于：水在(约)4℃下具有最大密度，这稍微高于水冻结点0℃(在标准压力下)。因此，随着容器200中的水202的温度下降到大约4℃以下，水202的体积增大。这驱动永磁体204、206分隔开。此外，再次如已知的，随着水冻结以在0℃下形成冰，体积增大相当显著，大约为9％左右。因此，随着容器200中的水202的温度下降到0℃，水202的冷冻驱动永磁体204、206以相对大的量分隔开(特别是，将分离增大到大约9％左右，如果是优选的，则容器200的壁是刚性的)。在任何情况下，永磁体204、206的该运动分离可以看作是已在蒸发器122上形成冰的指示。可以注意到的是，这在不需要(电子或类似)温度传感器、湿度传感器等的情况下实现。

迄今为止，所描述的装置10因此操作以检测在基板上形成冰，在该示例中，基板是制冷设备100的蒸发器122。装置10可以进一步布置成使得然后对蒸发器122进行加热以融化或解融蒸发器122上的冰。为此，装置10可以布置成使得可移动的磁体204移动通过阈值距离的运动操作开关。阈值距离可以很小，例如，对应于水202的温度下降到4℃和0℃之间的某处。可替代地，阈值距离可以稍微较大，例如，对应于水202的温度下降到0℃并且因此此时水202已结冰。

为此，装置10具有两个电导体214、216。两个电导体214、216可以由例如金属形成，诸如镍铬合金(NiCr、镍铬)，白铜或铜镍(CuNi)等。第一电导体214相对于可移动的磁体204固定(例如，通过直接连接到可移动的磁体204)，以与可移动的磁体204一起移动。第二电导体216相对于另一磁体206固定。第二电导体216布置成与第一电导体214相对，并且在第一电导体214的移动路径中。而且，两个电导体214、216在水202的温度相对高时(其指示在蒸发器122上没有形成冰)通常彼此分隔开。电导体214、216之间的距离使得随着水202的温度降低，并且在一个示例中使得随着水202结冰，可移动的磁体204的运动驱动第一可移动电导体214与第二电导体216接触。两个电导体214、216之间的该接触可以具有闭合开关的效果。

例如，两个电导体214、216可以是连接到加热器(未示出)的电路的一部分，该加热器与蒸发器122接触或至少相邻。当两个电导体214，216彼此接触时，其可以用来接通加热器，这继而融化已形成在蒸发器122上的冰。

在另一个示例中，当使两个电导体214、216彼此接触时，装置10本身可以提供用于融化已形成在蒸发器122上的冰的电阻加热器。例如，两个电导体214、216可以连接到电源的相对侧，以形成具有电源的电路。当使得两个电导体214、216彼此接触时，这闭合电路，从而允许电力经过两个电导体214、216以加热两个电导体214、216。

在图2中所示的另一个示例中，装置10具有主外壳218，该主外壳218由导电材料形成，该导电材料可以是与两个电导体214、216所使用的材料相同的材料。用于水202的容器200和两个永磁体204、206固定在外壳218内。电源220在一侧处连接到外壳218并且在另一侧处连接到第一(可移动的)电导体214。电源220可以最终从AC主电源导出电力。电源220到第一电导体214的连接是通过外壳218的壁中的细长槽222实现的，使得在第一电导体214在外壳218内来回移动时可以保持该连接。当使两个电导体214、216彼此接触时，这闭合具有电源220的电路。在该示例中，使外壳218和第一电导体214和第二电导体216升温。

在这些最后两个示例中的任一者中，随着第一电导体214和第二电导体216和可选的外壳218升温，该热用于融化蒸发器122上的冰。

在最后这两个示例中，将来自第一电导体214和第二电导体216和可选的外壳218的热传递到蒸发器122，可以使用多种选项。在一个示例中，装置10简单地放置成靠近蒸发器122，使得通过对流传递热。可替代地或另外地，装置10可以具有在外壳218和蒸发器122之间延伸的第二导热器件224。类似于第一导热器件208，第二导热器件224可以具有由两个夹紧臂形成的夹紧部分226，夹紧臂从装置10延伸出并且可以围绕蒸发器122夹紧。这使得热能够通过传导传送到蒸发器122，这可以提供更快且更有效的冰解融。可以存在用于将热量传送到蒸发器122的若干这样的第二导热器件。如果存在易于结霜的蒸发器122的若干特定部件，这可能是特别有用的，因为热可以更特别地导向那些部件。另一方面，可能存在更好地提供对蒸发器122更普遍的加热的情况。在这种情况下，可能没有将热热传导到蒸发器122，而是通过对流进行热传递。

在任何情况下，一旦蒸发器122上的冰已经融化并且其温度升高到0℃以上，就通过第一导热器件208从蒸发器122将热传递到容器200中的“水”体202(目前是冰)。这融化容器200中的冰202，使其体积减小。两个磁体204、206之间的吸引力将可移动的磁体204拉向固定磁体206，这断开两个电导体214、216之间的接触。这使得加热器断电，无论加热器是外部加热器还是由设备10提供。

因此，装置10提供了检测基板上形成冰，在该示例中，基板是制冷设备的蒸发器122，但是在其他示例中可以是制冷设备或其他设备的另一部分或部件。这得以实现而不需要电子传感器或微控制器或其他处理器等。在一个示例中，装置10还提供用于加热冰以融化冰的加热器，或者至少提供用于加热器的开关，该开关在检测到基板上形成冰时自动接通以融化冰。

在所示的示例中，第一电导体214呈球体的形式，或者至少半球，第二电导体216相应地是半球形的。这提供了第一电导体214和第二电导体216之间的宽、大的接触面积。可替代地，第一电导体214和第二电导体216可以是另外形状，诸如圆柱形。

已经描述了装置10主要用于检测在诸如制冷机或冷冻机的制冷设备100的蒸发器122上形成冰和解冻蒸发器。如上所述，装置10可以用于其他应用中，包括例如具有热交换器或其他容易结冰的其他部件的空调单元或其他设备。

此外，已经针对容器200中的液体202是水的示例描述了装置10。如应意识到的，这依赖于水的所谓的“异常”属性之一，即固定质量的水的体积随着其冻结而增大，而不是更常见的减小。还有材料的体积随着它们冻结或至少随着温度从某一温度下降到另一温度(即使该材料不冻结)而增大的其他材料。这些材料包括熔融二氧化硅、硅、镓、锗、锑和铋。根据具体应用和相关温度，代替水或除了水之外，可能在容器200中使用这些材料。

本文所述的示例应理解为本发明实施例的说明性示例。设想了其他实施例和示例。与任何一个示例或实施例相关地描述的任何特征可以单独使用或与其他特征组合使用。另外，与任何一个示例或实施例相关地描述的任何特征也可以与任何其他示例或实施例的一个或多个特征组合使用，或者与任何其他示例或实施例的任何组合来组合使用。此外，在本发明的在权利要求中限定的范围内，也可以利用本文未描述的等同方案和变型方案。

Claims

1.一种用于检测在基板上形成水冰的装置，所述装置包括：

第一永磁体；

第二永磁体；

2.根据权利要求1所述的装置，其中，容装水体的容器是隔热的。

3.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括开关，使所述开关在已驱动第一永磁体和第二永磁体时操作，使得第一永磁体和第二永磁体之间的距离超过阈值距离。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述阈值距离使得仅在容器中的水体冻结时操作开关。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述开关包括第一电导体和第二电导体，所述第一电导体相对于可移动的永磁体固定，以与可移动的永磁体一起移动，第二电导体相对于另一永磁体固定，由此，使第一电导体和第二电导体彼此接触，以在第一永磁体和第二永磁体之间的距离超过阈值距离时操作开关。

6.一种设备，所述设备包括：

易于结霜的基板；和

根据权利要求1至5中任一项所述的装置；

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述装置是根据权利要求3至5中任一项所述的装置，所述装置布置成使得所述开关的操作使加热器操作以解冻基板。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述装置是根据权利要求5所述的装置，所述加热器由所述装置的第一电导体和所述第二电导体提供。

9.根据权利要求8所述的设备，所述设备包括第二传热器件，当电力在使所述第一电导体和第二电导体彼此接触时通过所述第一电导体和第二电导体时，第二传热器件用于将热从所述第一电导体和第二电导体传递到所述基板。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的设备，其中，所述设备是制冷设备，所述基板是通过所述制冷设备载运制冷剂的管道。