CN101368803A - 全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法 - Google Patents

全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法，其目的在于更快更安全地保护为了补偿流入到全热交换器的室外空气温度而设置的PTC加热器。为此，本发明针对将室内空气排到室外并将室外空气流入到室内而对室内空气进行换气的全热交换器，包括：补偿所述室外空气温度的加热器；检测所述加热器的运行电流的电流检测部；控制部，其根据所述检测出的运行电流测定消耗功率而判断所述加热器的发热状态，并根据该判断结果控制施加在所述加热器上的电源。

Description

全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法，尤其涉及可以保护为补偿流入到全热交换器的室外空气温度而设置的PTC加热器的全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法。
背景技术
通常，全热交换器是使排出的室内空气和流入的室外空气之间发生热交换的装置，以用于减小将密闭室内空间中的混浊的空气排到室外并把室外清新的空气流入到室内的室内空气换气过程中发生的热损失。
韩国公开专利公报第2003-0063856号公开了这种全热交换器。
该公报所公开的全热交换器通过进气通道和排气通道连通室内和室外，从而利用排气风扇将密闭室内空间中的混浊的空气通过排气通道往室外排出，而利用进气风扇将室外清新的空气通过进气通道流入到室内，由此，进行室内空气的换气。此时，设置在进气通道和排气通道的交叉点的全热交换元件使通过进气通道的室外空气和通过排气通道的室内空气以互相隔离的状态进行热交换，从而减少换气过程中发生的热损失。
这种全热交换器虽然为了减少换气过程中发生的热损失而在进气通道和排气通道的交叉点设置了全热交换元件，但是在冬季的寒冷条件下，由于冰冷的室外空气温度导致冷风直接流入到室内，所以其热交换性能会因为全热交换元件结露、结霜等原因而下降。
为了解决这种问题，最近在全热交换器的室外空气流入侧设置PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)加热器来补偿室外空气温度，并根据PTC加热器的设置还一同准备用于保护PTC加热器的保护装置。
现有的PTC加热器保护装置通常将由温度保险丝、温控器等构成的机械性保护装置连接于PTC加热器电源端，而检查PTC加热器的发热温度，从而在PTC加热器处于异常状态(过热状态)的条件下切断电源，以安全地保护PTC加热器。
但是，如上所述的现有全热交换器用PTC加热器保护装置由于是通过机械性温度检查进行保护控制，因此在异常状态条件下因PTC加热器的温度上升而使保护装置动作(切断电源)时会发生约100～240秒的时间延迟，而且当温度保险丝为保护PTC加热器而断路时不便于维修。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种可以更快更安全地保护为补偿室外空气温度而设置在全热交换器的室外空气流入侧的PTC加热器的全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法。
本发明的另一个目的在于提供一种利用通过检测PTC加热器的运行电流而得到的消耗功率信息来判断PTC加热器的发热状态，从而更加准确地进行保护控制的全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种全热交换器用加热器保护装置，该全热交换器将室内空气排到室外，并将室外空气流入到室内，从而对室内空气进行换气，该加热器保护装置包括:补偿所述室外空气温度的加热器；检测所述加热器运行电流的电流检测部；控制部，其根据所述检测出的运行电流测定消耗功率来判断所述加热器的发热状态，并根据该判断结果控制施加在所述加热器上的电源。
并且，所述加热器是设置在所述全热交换器室外空气流入侧的PTC加热器。
并且，所述电流检测部是检测流过所述加热器运行电流的分流电阻。
并且，所述控制部利用所述检测出的运行电流和施加在所述加热器的电源电压来测定消耗功率。
并且，所述控制部比较所述测定出的消耗功率与额定消耗功率，来检查消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比的差值是否在预先设定的一定范围以上。
并且，所述控制部当消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比的差值在预先设定的一定范围以上时，判断所述加热器处于过热状态。
并且，所述控制部当判断所述加热器处于过热状态时，切断施加在所述加热器上的电源来进行控制。
并且，所述控制部当判断所述加热器处于过热状态时，控制用于提示对所述加热器进行检查的信号输出。
并且，所述一定范围是80％以内。
另外，本发明提供一种全热交换器用加热器保护控制方法，该全热交换器为了补偿室外空气温度而在室外空气流入侧设置加热器，该方法特征在于包括以下步骤:检测流过所述加热器的运行电流；根据所述检测出的运行电流来测定消耗功率；比较所述测定出的消耗功率与额定消耗功率，根据消耗功率测定值与所述额定消耗功率的比较值来判断所述加热器的发热状态；根据所述判断结果来控制施加在所述加热器上的电源。
并且，所述的测定消耗功率为：根据所述检测出的运行电流和施加在所述加热器上的电源电压的乘积来测定消耗功率。
并且，所述的判断加热器发热状态为：通过检查消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比的差值是否在预先设定的一定范围以上，来判断所述加热器的过热状态。
并且，所述的判断加热器发热状态为：所述消耗功率测定值与额定消耗功率相比具有所述一定范围以上的差值时，判断所述加热器处于过热状态。
并且，所述的控制施加在加热器上的电源为：当判断所述加热器处于过热状态时，切断施加在所述加热器上的电源。
并且，根据本发明的保护控制方法，还包括当判断所述加热器处于过热状态时，输出用于提示对所述加热器进行检查的信号。
根据本发明所提供的全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法，为了更快更安全地保护为了补偿室外空气温度而设置在全热交换器的室外空气流入测的PTC加热器，检测PTC加热器的运行电流而测定消耗功率，再利用所测定的消耗功率信息来判断PTC加热器的过热状态，因而可以更加准确地进行PTC加热器的保护控制，进而可及时适用于与产品责任相关的法规及对应设计上，由此不仅确保产品的安全性，还能提高运行质量。
附图说明
图1为示出本发明实施例所提供的全热交换器结构的立体图；
图2为示出本发明实施例所提供的全热交换器结构的俯视图；
图3为示出本发明实施例所提供的全热交换器中的空气流动的概要图；
图4为本发明实施例所提供的全热交换器的用于保护PTC加热器的控制框图；
图5为示出本发明实施例所提供的全热交换器的用于保护PTC加热器的控制动作顺序的流程图；
图6为示出本发明实施例所提供的全热交换器随PTC加热器发热温度而发生的消耗功率变化的曲线图；
主要符号说明：11为室外空气流入口，21为进气风扇，31为排气风扇，40为热交换元件，51为室外空气流入通道，60为PTC加热器，62为温度保护器，70为电源部，74为控制部，76为加热器驱动部，78为电流检测部，82为显示部。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1为示出本发明实施例所提供的全热交换器结构的立体图，图2为示出本发明实施例所提供的全热交换器结构的俯视图，图3为示出本发明实施例所提供的全热交换器中的空气流动的概要图。
如图1至图3所示，本发明提供的全热交换器包括:形成箱型外观的主体10；设置在主体10内部一侧的进气单元20，用于流入室外空气供给到室内；在主体10的内部设置于进气单元20的对角线方向的排气单元30，用于流入室内空气排到室外；设置在主体10内部的热交换元件40，其使排到室外的室内空气与流入到室内的室外空气之间发生热交换。
所述主体10一侧(左侧)的室外侧分别形成用于流入室外空气的室外空气流入口11和用于将通过热交换元件40的室内空气排到室外的室内空气排出口12，所述主体10另一侧(右侧)的室内侧分别形成用于流入室内空气的室内空气流入口13和用于将通过热交换元件40的室外空气供应到室内的室外空气排出口14。
所述进气单元20包括进气风扇21和进气风扇电机22，进气风扇21的流入侧与主体10的内部空间相连通，而进气风扇21的排出侧与室外空气排出口14相连通。同样，排气单元30包括排气风扇31和排气风扇电机32，排气风扇31的流入侧与主体10的内部空间相连通，而排气风扇31的排出侧与室内空气排出口12相连通。
所述热交换元件40具有六面体形状，在室外空气流入口11和热交换元件40的第一面41之间设有在其内部形成室外空气流入通道51的室外空气流入管52，这用于将流入到主体10内部的室外空气引导到热交换元件40，而在位于第一面41相反侧的热交换元件40第二面42和进气风扇21的流入侧之间设有室外空气排出通道53。同样，在室内空气流入口13和热交换元件40的第三面43之间设有在其内部形成室内空气流入通道54的室内空气流入管55，这用于将流入到主体10内部的室内空气引导到热交换元件，而在位于第三面43的相反侧的热交换元件40的第四面44和排气风扇31的流入侧之间设有室内空气排出通道56。
并且，所述热交换元件40构成为使从室外进到室内的空气和从室内排到室外的空气在互相隔离的状态下进行热交换，为此具有以一定间距叠层的多个衬板(liner)45和布置在该衬板45之间的隔离物46(spacer)。隔离物46由连续地形成峰和谷而使其剖面呈波形的板材所构成，以在维持热交换元件形状的同时在衬板45之间的空间中形成空气通道47。以下，将多个衬板45的叠层方向定义为热交换元件40的高度方向。
尤其，在本发明提供的室外空气流入通道51中，设置用于补偿通过室外空气流入口11流入到主体10内部的室外空气温度的温度补偿用PTC(PositiveTemperature Coefficient)加热器60。在PTC加热器60的电源端设置作为PTC加热器60的机械性保护装置的双金属(bimetal)温度保护器62，从而当PTC加热器60的发热温度超过100℃时，切断提供给PTC加热器60的电源，而当PTC加热器60的发热温度降至90℃以下时，发生恢复以重新向PTC加热器60提供电源。
所述PTC加热器60是具有正温度特性(即温度上升时PTC电阻值增加，而温度下降时PTC电阻值减小)的半导体加热器，在冬季寒冷条件下，加热通过室外空气流入口11流入的冰冷的室外空气以补偿流入到主体10内部的室外空气温度，从而可防止全热交换元件40的结露、结霜等问题。
图4为本发明实施例所提供的全热交换器的用于保护PTC加热器的控制框图，其包括电源部70、输入部72、控制部74、加热器驱动部76、电流检测部78、风扇驱动部80及显示部82。
所述电源部70供应使全热交换器运行的驱动电源和施加到PTC加热器60上的电源电压等，所述输入部72根据用户指令输入全热交换器运行信息(运行时间、运行风量等)和运行或停止信号。
所述控制部74是控制全热交换器的全部动作的微型计算机，根据从输入部72输入的运行或停止信号来控制全热交换器的运行动作。
所述加热器驱动部76根据控制部74的加热控制信号来控制PTC加热器60的动作，所述电流检测部78是检测出PTC加热器60上流过的运行电流并将其结果传到控制部74的分流电阻。
所述风扇驱动部80根据控制部74的风扇控制信号控制进气风扇21和排气风扇31的动作。所述显示部82根据控制部74的显示控制信号输出根据PTC加热器60过热状态的检查信号，使用户易于确认PTC加热器60的过热状态。
并且，控制部84接收电流检测部78所检测出的PTC加热器60的运行电流，并以施加在PTC加热器60上的电源电压和运行电流的乘积来测定PTC加热器60的根据发热的实际消耗功率，利用所测定的消耗功率信息来判断全热交换器发生异常状态所引起的PTC加热器60的过热状态。
所述控制部74利用消耗功率信息来判断PTC加热器60的过热状态的方法是，将所测定的消耗功率与额定消耗功率进行比较，当消耗功率测定值与额定消耗功率相比具有一定范围(约80％)以上的差值时，判断PTC加热器60处于过热状态，并控制加热器驱动部76切断提供给PTC加热器60的电源。这是由于PTC电阻值随着PTC加热器60发热温度的上升而迅速增加时，其消耗功率会减小到额定消耗功率的20％，之后，PTC加热器60在过热状态维持一定消耗功率并在饱和温度(230℃)状态下稳定下来。
下面，说明如上所述的全热交换器用温度补偿加热器保护装置及其控制方法的动作过程及作用效果。
图5为示出本发明实施例所提供的全热交换器的用于保护PTC加热器的控制动作顺序的流程图。
首先，判断全热交换器是否处于运行状态(100)，当处于运行状态时，控制部74通过风扇驱动部80启动进气风扇21和排气风扇31(102)。
根据进气风扇21的运行，室外空气沿着室外空气流入通道51及室外空气排出通道53流动。同样，根据排气风扇31的运行，室内空气沿着室内空气流入通道54及室内空气排出通道56流动。从而开始进行将室内空间混浊的空气排到室外，使室外空气清新的流入到室内的换气运行。此时，在室外空气流入通道51及室外空气排出通道53与室内空气流入通道54及室内空气排出通道56交叉点上设置的全热交换元件40使室外空气和室内空气以相互隔离的状态进行热交换，从而减少换气过程中发生的热损失。
若全热交换器开始进行换气运行，为了补偿通过室外空气流入口11流入到室外空气流入通道51的室外空气温度，控制部74通过加热器驱动部76给PTC加热器60提供电源，使PTC加热器60发热来加热流入的室外空气(104)。这是为了防止在冬季寒冷条件下因冰冷室外空气的流入而发生全热交换元件40的结露、结霜等问题。
若PTC加热器60开始发热，PTC电阻值就会开始根据PTC加热器60发热温度的上升而变化，如果全热交换器发生异常状态(例如，通道堵塞或风扇故障等)，则随着PTC加热器60发热温度迅速上升，PTC电阻值也迅速增加。如果PTC电阻值迅速增加，流过PTC加热器60的运行电流就会减小。
接着，连接在PTC加热器60的电流检测部78当PTC加热器60开始发热时通过分流电阻检测出流过PTC加热器60的运行电流，并传到控制部74(106)，控制部74接收电流检测部78所检测出的PTC加热器60的运行电流，并以提供给PTC加热器60的电源电压和运行电流的乘积来测定PTC加热器60的根据发热的实际消耗功率(108)。
之后，控制部74比较测定出来的消耗功率和额定消耗功率(根据电源电压的供给而定的输入功率)(110)，判断消耗功率测定值与额定消耗功率相比是否具有一定范围(约80％)以上的差值(112)。这是在判断当全热交换器发生异常状态时，因PTC电阻值随着PTC加热器60的温度上升迅速增加，消耗功率是否如图6所示减小到额定消耗功率的20％的水平。
当消耗功率测定值与额定消耗功率相比不具有一定范围以上的差值时，控制部74判断PTC加热器60处于正常的发热状态，并返回所述步骤106反复进行之后的动作。
另一方面，当消耗功率测定值与额定消耗功率相比具有一定范围以上的差值时，控制部74判断PTC加热器60处于过热状态，并通过加热器驱动部76立即切断提供给PTC加热器60的电源，从而又快又安全地保护PTC加热器60(114)。
此外，控制部74还可以按一定时间(约5秒)周期以一定次数(约3次)测定消耗功率，并根据所测定的消耗功率变化率来判断PTC加热器60的过热状态。这种情形跟以往(约100～240秒)相比，在PTC加热器60处于过热状态时，也能缩短用于切断提供给PTC加热器60的电源所需的时间，从而可以更快更安全地保护PTC加热器60。
与此同时，控制部74通过显示部82输出根据PTC加热器60的过热状态的检查信号，使用户易于确认PTC加热器60的过热状态(116)。
除了所述用于保护PTC加热器60的电气保护控制之外，本发明为了更加安全地保护PTC加热器60，在PTC加热器60电源端设置了作为机械性保护装置的温度保护器62，当PTC加热器60的发热温度在100℃以上时，温度保护器62断开电源端而切断提供给PTC加热器60的电源，而当PTC加热器60的发热温度降至90℃以下时，温度保护器62连接电源端而重新恢复向PTC加热器60提供电源。
如图6所示，可知温度保护器62根据导热特性在4分钟内顺利地上升至100℃。因此，由温度保护器62检测PTC加热器60的实际过热状态而做出保护动作需耗去4分钟以上的时间，所以本发明中通过检测PTC加热器60的运行电流，使得当PTC加热器60处于过热状态时立即切断提供给PTC加热器60的电源而没有用于进行保护动作的延迟时间，从而与现有技术相比可更快更安全地进行保护控制。
另外，虽然在本发明的实施例中，以PTC加热器60设置于全热交换器的情形为例进行说明，但是本发明并不限定于此，在将PTC加热器60设置于各种制冷制热设备的结构中，显然也能达到与本发明同样的目的及效果。

Claims (15)

1.一种全热交换器用加热器保护装置，该全热交换器将室内空气排到室外，并将室外空气流入到室内，从而对室内空气进行换气，其特征在于包括：
补偿所述室外空气温度的加热器；
检测所述加热器运行电流的电流检测部；
控制部，其根据所述检测出的运行电流测定消耗功率而判断所述加热器的发热状态，并根据该判断结果控制施加在所述加热器上的电源。
2.根据权利要求1所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述加热器是设置在所述全热交换器室外空气流入侧的PTC加热器。
3.根据权利要求1所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述电流检测部是检测流过所述加热器运行电流的分流电阻。
4.根据权利要求1所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述控制部利用所述检测出的运行电流和施加在所述加热器的电源电压来测定消耗功率。
5.根据权利要求4所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述控制部比较所述测定出的消耗功率与额定消耗功率，以检查消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比的差值是否在预先设定的一定范围以上。
6.根据权利要求5所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述控制部当消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比的差值在预先设定的一定范围以上时，判断所述加热器处于过热状态。
7.根据权利要求6所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述控制部当判断所述加热器处于过热状态时，切断施加在所述加热器上的电源来进行控制。
8.根据权利要求6所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述控制部当判断所述加热器处于过热状态时，控制用于提示对所述加热器进行检查的信号输出。
9.根据权利要求5所述的全热交换器用加热器保护装置，其特征在于所述一定范围是80％以内。
10.一种全热交换器用加热器保护控制方法，该全热交换器为了补偿室外空气温度而在室外空气流入侧设置加热器，该方法特征在于包括以下步骤：
检测流过所述加热器的运行电流；
根据所述检测出的运行电流来测定消耗功率；
比较所述测定出的消耗功率与额定消耗功率，根据消耗功率测定值与所述额定消耗功率的比较值来判断所述加热器的发热状态；
根据所述判断结果来控制施加在所述加热器上的电源。
11.根据权利要求10所述的全热交换器用加热器保护控制方法，其特征在于所述的测定消耗功率为：根据所述检测出的运行电流和施加在所述加热器上的电源电压的乘积来测定消耗功率。
12.根据权利要求10所述的全热交换器用加热器保护控制方法，其特征在于所述的判断加热器发热状态为：通过检查消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比的差值是否在预先设定的一定范围以上，来判断所述加热器的过热状态。
13.根据权利要求12所述的全热交换器用加热器保护控制方法，其特征在于所述的判断加热器发热状态为：所述消耗功率测定值与所述额定消耗功率相比具有所述一定范围以上的差值时，判断所述加热器处于过热状态。
14.根据权利要求13所述的全热交换器用加热器保护控制方法，其特征在于所述的控制施加在加热器上的电源为：当判断所述加热器处于过热状态时，切断施加在所述加热器上的电源。
15.根据权利要求13所述的全热交换器用加热器保护控制方法，其特征在于还包括：当判断所述加热器处于过热状态时，输出用于提示对所述加热器进行检查的信号。
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