CN105042791B - 一种空调除霜在线监测与控制***及方法 - Google Patents

一种空调除霜在线监测与控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空调除霜在线监测和控制***及方法，包括空调铜管、防尘罩、过滤网；数个红外传感器，对空调铜管进行辐射力测量；至少一个热电偶，对空调铜管进行温度测量；中央控制芯片获取红外传感器及热电偶返回的数据通过斯特藩‑玻尔兹曼定律计算铜管表面实际发射率，进而判断是否需要除霜，控制除霜部件动作。本发明利用普朗克定律，根据铜管材料与霜的发射率差异较大，在相同温度下辐射力差值较大的原理来监测结霜情况，对硬件的改进小，成本低；本发明为直接判断策略，可实时监测直接判断是否结霜，判断精确，并能及时发出或中断除霜信号，其除霜动作无滞后性，从而使空调始终保持运行在最优性能条件下对结霜情况的判断比较准确。

Description

一种空调除霜在线监测与控制***及方法
技术领域
本发明涉及空调控制领域，具体为一种空调除霜在线监测和控制***及方法。
背景技术
空调冬季进行制热时，室外换热器铜管很容易结霜，进而影响整机运行效率，增加空调能耗。目前国内外学者对于除霜控制策略做了大量的理论和实验研究，主要方法如下：
空调除霜大致可分为定时控制法、时间温度法、最佳除霜时间控制法、压差控制法和自适应模糊控制除霜法等。
定时控制法是一种是早期采用的方法，在设定除霜时间时往往考虑极端的条件，必然产生不必要的除霜动作。
时间-温度法相对于定时控制法，有了较大的改进，是目前常用的方法。但是，此法综合了部分经验的因素，且不能反映出结霜之后机组性能的变化，故其可能在无霜的时候发出除霜动作，或者在结霜的情况下，发不出除霜信号。
最佳除霜时间控制法是通过试验和经验获得了最佳除霜时间，在实际情况下，通过对比实际除霜时间与最佳除霜时间，来判断除霜控制是否正确，从而确定除霜控制信号的发出和机组制热工作时间。此法是对时间控制法的改进，结合实际统计结果，以达到更准确的除霜控制，但是其不能准确确定结霜，主要是部分结果依靠经验来确定。
压差控制法原理是获取蒸发器进口与出口之间的压力差，通过与初始压差进行对比，若结霜，检测压差相对于初始压差会出现很大的变化，进而可将此作为除霜判断信号。此种方法具有一定的合理性，能在一定条件下间接判断，其压力可能是非霜因素造成，导致误差较大，为间接判断，无法判断压差是结霜造成还是别的一些因素造成。
自适应模糊控制除霜法：结霜时，热泵机组的参数会发生相应的变化，结合热泵机组参数及其工作环境条件，通过模糊控制算法，在满足一定的条件的情况下，发出除霜控制信号，同时，可以根据热泵机组参数的变化实时对除霜控制信号进行校正。此种方法运用综合因素来对结霜进行判断，相对于压差控制法，提高了判断的准确性。但是，仍为间接判断，并不能真实的反映出是否结霜。
综上所述，目前的除霜控制策略大多为间接判断策略，并不能真实反映出铜管是否结霜，因此在判断精度上还存在较大问题，从而可能产生不必要的除霜动作，或者在结霜的情况下不能发出除霜信号等问题；目前常用的除霜控制策略常采用时间量来作为判断是否结霜的参数之一。在实际运行过程中，可能无法及时的发现空调结霜情况，导致其除霜动作的产生存在一定的滞后性，从而无法使空调始终保持运行在最优性能条件下。
发明内容
1、本发明的目的。
为了解决现有技术中除霜控制采用经验值作为参考值或者通过间接参数的获取来判断是否除霜影响准确性的问题，而提出了一种空调除霜在线监测与控制***。
2、本发明所采用的技术方案。
空调除霜在线监测和控制***，包括：
空调铜管、防尘罩、过滤网；
数个红外传感器，对空调铜管进行辐射力测量；
至少一个热电偶，对空调铜管进行温度测量；
中央控制芯片获取红外传感器及热电偶返回的数据通过斯特藩-玻尔兹曼定律计算铜管表面实际发射率，进而判断是否需要除霜，控制除霜部件动作。
所述的防尘罩截面为为四方形或圆形。
所述的红外传感器每3个为一组，至少包含一组以上的红外传感器；一组传感器位于空调铜管同一截面上，并安装在空调铜管外面的防尘罩上，这一组红外传感器每两个之间夹角为60度。
所述的一组红外传感器中，一个红外传感器（4）位于空调铜管（1）的正上方的防尘罩顶部上，两个红外传感器（4）位于空调防尘罩下端两角处。
红外传感器到铜管距离小于5cm。
所述的红外传感器为两组。
所述的热电偶紧贴空调铜管放置。
一种空调除霜在线监测和控制方法，按照如下步骤进行：
步骤1、获取红外传感器的辐射力数据以及热电偶的温度数据；
步骤2、按照斯特藩-玻尔兹曼定律计算铜管表面实际发射率；
步骤3、判断一组以上红外传感器返回的数据计算得到的发射率是否大于0.9，如是则控制空调四通转向阀进行制冷循环除霜，跳转至步骤1，直至2个组的红外传感器的发射率都小于等于0.9时跳转至步骤4；否则跳转至步骤1；
步骤4、控制空调四通转向阀恢复制热循环。
3、本发明的有益效果。
（1）本发明利用普朗克定律（黑体辐射定律），利用铜管材料与霜的发射率差异较大，在相同温度下辐射力差值较大的原理来监测铜管结霜情况，对硬件的改进较小，成本低。
（2）本发明可实时监测铜管表面辐射力情况，通过程序计算可直接判断铜管表面是否结霜，判断精确，并能及时发出或中断除霜信号，其除霜动作无滞后性，从而使空调始终保持运行在最优性能条件下；
（3）本发明为直接判断策略，能真实反映出铜管是否结霜，因此对结霜情况的判断比较准确。
（4）将测量仪器放置在一个接近无尘的环境中，防尘罩可以阻挡上方全部的灰尘，过滤网对进入测量环境的空气进行过滤，使测量环境接近无尘，减少对测量的干扰。
（5）将热电偶布置在红外传感器的正下方进行测温，由于冷空气一般向下,使其所测温度与红外传感器所测铜管表面温度最接近，减少误差，使测量结果更加准确。
（6）由于铜管上部容易堆积灰尘,所以在布置红外传感器的时候既考虑能够均匀探测各个角度,同时减少灰尘对红外探测器的影响,按照顶端布置一个,低端两个角各布置一个的方式进行探测。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图；
图2是本发明的内部结构正面示意图；
图3是本发明的内部结构侧面示意图；
图中，1是空调铜管；2是防尘罩；3是过滤网；4是红外传感器；5是热电偶测温仪；6是中央控制芯片。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
实施例
一、本发明的优选结构如图1所示：
本发明包括空调铜管（1）、防尘罩（2）、过滤网（3）；
数个红外传感器（4），对空调铜管（1）进行辐射力测量；
至少一个热电偶（5），对空调铜管（1）进行温度测量；
中央控制芯片（6）获取红外传感器（4）及热电偶（5）返回的数据通过斯特藩-玻尔兹曼定律计算铜管表面实际发射率，进而判断是否需要除霜，控制除霜部件动作。
本发明将测量仪器放置在一个接近无尘的环境中，防尘罩可以阻挡上方全部的灰尘，过滤网对进入测量环境的空气进行过滤，使测量环境接近无尘。避免铜管表面积灰对测试结果的影响。霜的发射率约为0.98，积灰的发射率大于0.8，因此随着时间的推移，铜表面的积灰越来越多，会使测得的结霜情况一直偏大，甚至使空调工作异常，一直处于除霜工作状态。因此，将灰堵在仪器外，使测量结果更加准确。
将热电偶布置在红外传感器的正下方进行测温，使其所测温度与红外传感器所测铜管表面温度最接近，减少误差，使测量结果更加准确。
将测量***布置在最容易结霜的粗管上面，使整个***所测数据具有很强的实时性。将测量仪器布置在粗管与室外机U型管的接口处，使所测结霜情况更加接近室外机U型管的结霜情况，由于冬天整个空调机组的散失冷量基本上都是通过室外机U型管，因此只要对室外机U型管进行准确的测量，就能得到整个空调机组的结霜情况，从而对整个空调机组进行除霜，提高工作效率。
红外传感器到铜管距离很近，小于5cm，测量精度与分辨率很高，减少误差，对铜管表面的结霜情况进行测量结果更加准确。
多点测量，精确度得到进一步的提高。
二、本发明的工作原理：
本发明利用斯特藩-玻尔兹曼定律，利用铜管材料与霜的发射率差异较大（铜发射率为0.04，霜发射率为0.98），在相同温度下辐射力差值较大的原理来监测铜管结霜情况。在空调运行时，利用红外传感器测量铜管表面辐射力E，利用热电偶测出铜管表面的实际温度T，由斯特藩-玻尔兹曼定律可推导出铜管表面实际发射率ε，关系式如下：
E——被测物体的辐射力，W·m-2；
T——被测物体的绝对温度，K；
ε——发射率；
σ——斯特藩-玻耳兹曼常数，W·m-2·K-4。
若计算得到的实际发射率大于0.9，则说明铜管表面霜层较厚，空调运行经济性较差，需要除霜。
三、本发明的工作过程：
整个铜管上一共有六个测点，通过对测点发射率的测量，判断这个点是否结霜。如果有三个以上的点已经结霜，控制器控制四通换向阀，使空调进行制冷循环，进行除霜；除霜之后，当六个点都没有霜时，控制器控制四通换向阀，使空调恢复制热循环。从而使空调一直处于高效率运行中。

Claims (8)

1.一种空调除霜在线监测和控制***，其特征在于包括：
空调铜管（1）、防尘罩（2）、过滤网（3）；
数个红外传感器（4），对空调铜管（1）进行辐射力测量；
至少一个热电偶（5），对空调铜管（1）进行温度测量；
中央控制芯片（6）获取红外传感器（4）及热电偶（5）返回的数据通过斯特藩-玻尔兹曼定律计算铜管表面实际发射率是否大于0.9，进而判断是否需要除霜，控制除霜部件动作。
2.根据权利要求1所述的空调除霜在线监测和控制***，其特征在于：所述的防尘罩（2）截面为为四方形或圆形。
3.根据权利要求1或2所述的空调除霜在线监测和控制***，其特征在于：所述的红外传感器（4）每3个为一组，至少包含一组以上的红外传感器；一组传感器位于空调铜管（1）同一截面上，并安装在空调铜管（1）外面的防尘罩（2）上，这一组红外传感器每两个之间夹角为60度。
4.根据权利要求3所述的空调除霜在线监测和控制***，其特征在于：所述的一组红外传感器中，一个红外传感器（4）位于空调铜管（1）的正上方的防尘罩顶部上，两个红外传感器（4）位于空调防尘罩下端两角处。
5.根据权利要求4所述的空调除霜在线监测和控制***，其特征在于：所述的红外传感器为两组。
6.根据权利要求4所述的空调除霜在线监测和控制***，其特征在于：红外传感器到铜管距离小于5cm。
7.根据权利要求1所述的空调除霜在线监测和控制***，其特征在于：所述的热电偶（5）紧贴空调铜管（1）放置。
8.一种使用如权利要求4所述的***的空调除霜在线监测和控制方法，其特征在于按照如下步骤进行：
步骤1、获取红外传感器（4）的辐射力数据以及热电偶（5）的温度数据；
步骤2、按照斯特藩-玻尔兹曼定律计算铜管表面实际发射率；
步骤3、判断一组以上红外传感器返回的数据计算得到的发射率是否大于0.9，如是则控制空调四通转向阀进行制冷循环除霜，跳转至步骤1，直至2个组的红外传感器的发射率都小于等于0.9时跳转至步骤4；否则跳转至步骤1；
步骤4、控制空调四通转向阀恢复制热循环。
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