技术领域
[0001] 本
发明涉及
空调系统，具体地涉及
超声波除霜除垢装置及用于控制其的方法。
背景技术
[0002] 空调系统一般都包括在运行状态下能够在空调系统内循环流动的冷媒(也称为制冷剂或制冷工质)，该冷媒用于传递
热能以使空调系统能够产生冷却、冷冻或加热或其组合等功能。为了实现上述的冷却、冷冻或加热等功能，冷媒在每一个循环中都需要经历压缩、冷凝、膨胀和
蒸发过程。因此，空调系统通常都包括
压缩机、冷凝装置、膨胀装置和蒸发装置。冷凝装置和蒸发装置一般都由换热器构成，冷媒在换热器中与周围的空气进行热交换以实现冷却或加热空气的目的。在目前的家用或商用空调系统中，最常见的换热器是
翅片式换热器。翅片式换热器主要由多个发卡管(即U型换
热管)、
散热翅片、弯头和两个
管板组成。发卡管延伸穿过两个管板和每片散热翅片并且通过两个管板固定在一起，而所有散热翅片位于两个管板之间。弯头用于按照预先设计的流路将不同的发卡管连接起来。
[0003] 在低环境
温度下，空调系统一般在制热模式下运行，因此空调系统的室内机换热器充当
冷凝器以加热室内空气，而空调系统的室外机换热器则充当
蒸发器，低温低压的液体冷媒在室外机换热器中被蒸发成低温低压的气体冷媒。在制热过程中，尤其是在0℃左右，当蒸发温度低于空气中的
露点温度时，蒸发器(室外机换热器)的表面会进行不同程度的结霜，这种结霜增大了换热器的
传热热阻，增加气流
流动阻力，换热系数因此降低，进而导致换热器的性能变差。因此，蒸发器需要进行定期地除霜，以免影响蒸发器的换热性能。
[0004]
现有技术中有关换热器除霜的研究比较多。主要除霜方法包括电加热除霜，热气旁通除霜，逆向循环除霜等。最常用的除霜方法是逆循环除霜方法。在低
环境温度中，当进行逆循环除霜时，整个空调系统暂时地切换到类似制冷的模式，即室内机换热器变为蒸发器(室内空气因此被冷却而不是加热)，而室外机换热器变成冷凝器，使得高温高压的气体冷媒流过室外机换热器而融化室外机换热器外表面上的霜层。在低温环境下，例如寒冷的冬季，室内空气被冷却导致室内的热舒适性变差。另外，该除霜方法用时比较长，因此能耗也高。
[0005] 为了快速地除去换热器表面的霜层，中国实用新型
专利CN208952466U公开了一种改进的除霜技术，即利用超声波除去换热器表面霜层。具体地，CN208952466U公开了一种换热器，该换热器包括换热翅片、超声波激振器和振动传递件。换热翅片的侧面设置有安装孔，振动传递件的一端伸入安装孔，并且与换热翅片连接。振动传递件的另一端与超声波激振器连接。该超声波激振器能够通过振动传递件带动换热翅片发生振动以除去换热翅片表面的霜层。然后，CN208952466U没有涉及如何控制超声波激振器进行工作。
[0006] 另外，现有的空调系统大部分安装在较为空旷的地方。因此，在空调系统的长时间的运行过程中，换热器翅片表面会附着空气中的杂质而在换热器表面产生污垢，从而导致换热器的换热性能下降。然而，现有的空调系统基本不考虑换热器翅片表面
结垢对换热性能的影响。
[0007] 相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
[0008] 为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决控制
超声波换能器进行除霜和清除换热器表面结垢的技术问题，本发明提供了超声波除霜除垢装置，所述超声波除霜除垢装置适于布置到空调系统的换热器上并且包括：至少一个超声波换能器，所述超声波换能器将
电能转化为机械能以产生超声波，所述超声波用于将所述换热器上的霜层和/或污垢振落；以及控制系统，所述控制系统包括在线监测系统、反馈调节系统和所述空调系统的控制系统，其中，所述在线监测系统用于确定所述换热器的设定换热系数K0和在预定时间段内所述换热器的实际换热系数K，比较所述设定换热系数K0和实际换热系数K，并且将比较结果传递给所述反馈调节系统；所述反馈调节系统用于将所述比较结果反馈给所述空调系统的控制系统；所述空调系统的控制系统用于基于所述比较结果控制所述至少一个超声波换能器的打开或关闭。
[0009] 在上述超声波除霜除垢装置的优选技术方案中，所述在线监测系统包括信息存储模
块、
数据采集模块和数据分析模块，所述信息存储模块用于存储所述换热器的设定换热系数K0，所述数据采集模块用于采集在所述预定时间段内所述换热器的实际换热系数K，并且所述数据分析模块用于比较所述设定换热系数K0和实际换热系数K以产生所述比较结果。
[0010] 在上述超声波除霜除垢装置的优选技术方案中，所述信息存储模块还用于存储所述换热器的设定换热量Q0，所述设定换热系数K0能够基于所述设定换热量Q0获得。
[0011] 在上述超声波除霜除垢装置的优选技术方案中，所述比较结果包括K≥90％K0和K<90％K0的结果，所述空调系统的控制系统被设计成当K≥90％K0时关闭超声波换能器，而当K<90％K0时打开超声波换能器。
[0012] 在上述超声波除霜除垢装置的优选技术方案中，所述换热器为翅片式换热器，所述至少一个超声波换能器固定到所述翅片式换热器的管板上。
[0013] 本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，超声波除霜除垢装置包括至少一个超声波换能器，通过该至少一个超声波换能器所产生的超声波提供机械共振剪切作用，不仅能够对空调系统的换热器表面进行除霜，而且还能够去除换热器表面的污垢，因此提高了换热器的换热效率。另外，超声波除霜技术在除霜过程中不会影响空调系统的正常制热循环，因此室内的热舒适性能够得到保证。进一步地，超声波除霜除垢装置的控制系统由在线监测系统、反馈调节系统和空调系统的控制系统组成。在线监测系统用于确定换热器的设定换热系数K0和在预定时间段内换热器的实际换热系数K，比较设定换热系数K0和实际换热系数K，并且将比较结果传递给反馈调节系统。反馈调节系统用于将比较结果反馈给空调系统的控制系统。空调系统的控制系统则基于比较结果控制至少一个超声波换能器的打开或关闭。该控制系统通过实时的在线监测系统和反馈调节系统共同工作并且基于换热器的设定换热系数K0和实际换热系数K能够实现对超声波换能器的打开或关闭的精确控制，因此不仅能够提供高效率的除霜和/或除垢，并且通过超声波换能器的间隙性的工作，缩短了所用时间，极大地降低了能耗。
[0014] 优选地，在线监测系统包括信息存储模块、数据采集模块和数据分析模块以分别执行以下功能：存储换热器的设定换热系数K0，采集在预定时间段内换热器的实际换热系数K，和比较设定换热系数K0和实际换热系数K。信息存储模块还能用于存储换热器的设定换热量Q0，设定换热系数K0能够基于该设定换热量Q0获得。
[0015] 优选地，空调系统的控制系统被设计成当K≥90％K0时关闭超声波换能器，而当K<90％K0时打开超声波换能器。
[0016] 为了解决现有技术中的上述问题，本发明还提供用于控制超声波除霜除垢装置的方法，所述超声波除霜除垢装置适于布置到空调系统的换热器上并且包括至少一个超声波换能器和控制所述至少一个超声波换能器的打开和关闭的控制系统，所述方法通过所述控制系统来实施并且包括：存储所述换热器的设定换热系数K0；采集在预定时间段内所述换热器的实际换热系数K；比较所述设定换热系数K0和实际换热系数K；并且基于比较结果控制所述至少一个超声波换能器的打开和关闭，所述至少一个超声波换能器在打开时将电能转化为机械能以产生超声波，所述超声波将所述换热器上的霜层和/或污垢振落。
[0017] 在上述用于控制超声波除霜除垢装置的方法的优选技术方案中，所述方法还包括：当K≥90％K0时，关闭超声波换能器；并且当K<90％K0时，打开超声波换能器。
[0018] 在上述用于控制超声波除霜除垢装置的方法的优选技术方案中，存储所述换热器的设定换热量Q0，并且基于所述设定换热量Q0获得设定换热系数K0。
[0019] 在上述用于控制超声波除霜除垢装置的方法的优选技术方案中，所述控制系统包括在线监测系统、反馈调节系统和所述空调系统的控制系统，其中，所述在线监测系统存储所述换热器的设定换热系数K0，采集在预定时间段内所述换热器的实际换热系数K，比较所述设定换热系数K0和实际换热系数K，并且将比较结果传递给所述反馈调节系统；所述反馈调节系统将所述比较结果反馈给所述空调系统的控制系统；所述空调系统的控制系统基于所述比较结果控制所述至少一个超声波换能器的打开或关闭。
[0020] 在上述用于控制超声波除霜除垢装置的方法的优选技术方案中，所述在线监测系统包括用于存储所述换热器的设定换热系数K0的信息存储模块，用于采集在预定时间段内所述换热器的实际换热系数K的数据采集模块，和用于比较所述设定换热系数K0和实际换热系数K的数据分析模块。
[0021] 本领域技术人员能够理解的是，在本发明用于控制超声波除霜除垢装置的方法的技术方案中，该方法基于换热器的设定换热系数K0和实时测得的换热器的实际换热系数K，能够精确地确定换热器是否需要除霜和/或除垢，并通过控制打开超声波换能器来对换热器进行除霜和/或除垢。
附图说明
[0022] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
[0023] 图1是具有本发明超声波除霜除垢装置的换热器的
实施例的立体示意图；
[0024] 图2是本发明超声波除霜除垢装置的控制系统的实施例的示意图；
[0025] 图3是本发明用于控制超声波除霜除垢装置的方法的实施例的
流程图；
[0026] 图4是本发明用于控制超声波除霜除垢装置的方法的另一实施例的流程图。
[0027] 附图标记列表：
[0028] 1、换热器；11、发卡管；12、弯头；13、Y型
管接头；14、第一管板；15、第二管板；2、超声波换能器；3、控制系统；31、在线监测系统；32、反馈调节系统；33、空调系统的控制系统；311、信息存储模块；312、数据采集模块；313、数据分析模块。
具体实施方式
[0029] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
[0030] 为了解决精确除去换热器表面的霜层和/或污垢的技术问题，本发明提供了一种超声波除霜除垢装置，该超声波除霜除垢装置适于布置到空调系统(图中未示出)的换热器1(参照图1)上。该超声波除霜除垢装置包括至少一个超声波换能器2(参照图1)。超声波换能器2将电能转化为机械能以产生超声波，该超声波用于将换热器1上的霜层和/或污垢振落。超声波除霜除垢装置还包括控制系统3(参照图2)。控制系统3包括在线监测系统31、反馈调节系统32和空调系统的控制系统33，其中，在线监测系统31用于确定换热器1的设定换热系数K0和在预定时间段内换热器1的实际换热系数K，比较设定换热系数K0和实际换热系数K，并且将比较结果传递给反馈调节系统32。反馈调节系统32用于将比较结果反馈给空调系统的控制系统33空调系统的控制系统33用于基于比较结果控制至少一个超声波换能器2的打开或关闭。
[0031] 图1是具有本发明超声波除霜除垢装置的换热器的实施例的立体示意图。如图1所示，在该实施例中，换热器1为空调系统的室外机换热器，并且该换热器1是翅片式换热器，在图中未示出换热器1的翅片。该换热器1包括多个发卡管11、多个弯头12、多个Y型管接头13、第一管板14和第二管板15。所有发卡管11依次延伸穿过第一管板14、用于帮助换热的翅片和第二管板15。第一管板14和第二管板15位于换热器1的左右两端以将发卡管11固定在一起。弯头12
定位靠近第二管板15并且根据预先设定的冷媒流路将不同的发卡管11连接在一起。Y型管接头13定位也靠近第二管板15并且连接到不同的发卡管11的开口端，以便将冷媒分配到预定的发卡管11和允许冷媒离开发卡管11。
[0032] 参照图1，换热器1上还设有一个超声波换能器2。该超声波换能器2固定在第二管板15的上部，例如通过
焊接的方式或机械连接的方式。超声波换能器2在工作的时候将电能转化为超声
波形式的机械能并且只需要消耗很小的功率。该超声波然后被传递出去并且能够在换热器的表面产生机械共振剪切作用，从而使得换热器表面的霜层能够脱落。这种机械共振剪切作用同样也能使得换热器表面的污垢层脱落。因此，本发明的超声波除霜除垢装置不仅仅是在空调系统制热时被使用以进行除霜，而且在空调系统的运行过程中，该装置还能对换热器表面的污垢进行清除。另外，这种超声波除霜除垢装置取代了传统的逆循环除霜方法，使得空调系统的用户舒适性体验效果更好。
[0033] 在替代的实施例中，换热器1上可以设置两个或更多个的超声波换能器2。超声波换能器2的具体个数可以根据换热器的大小以及超声波换能器的规格来确定。如此设计的主要目的是在空调系统需要除霜时，本发明超声波除霜除垢装置能够将换热器表面的霜层去除干净。另外，换热器1也可以是室内机换热器。
[0034] 在替代的实施例中，超声波换能器2的具体
位置根据不同换热器来确定，可以布置在换热器的其它部分上，例如第一管板和/或第二管板上的其它位置，或者换热器的翅片上。
[0035] 图2是本发明超声波除霜除垢装置的控制系统的实施例的示意图。如图2所示，在该实施例中，控制系统3包括在线监测系统31、反馈调节系统32和空调系统的控制系统33。因此，超声波除霜除垢装置能够通过在线监测系统31和反馈调节系统32共同控制来决定其是否需要工作。在线监测系统31和反馈调节系统32集成在一起并且能够由
传感器、
数据处理装置(例如计算机)等组件构成。
[0036] 如图2所示，监测系统31包括信息存储模块311、数据采集模块312和数据分析模块313。信息存储模块311存储换热器1的设定换热系数K0。数据采集模块312采集在预定时间段内换热器1的实际换热系数K。数据分析模块313比较设定换热系数K0和实际换热系数K，并且将比较结果传递给反馈调节系统32。预定时间段可以是30分钟、1小时、2小时、或者其它更长或更短的时间段。在替代的实施例中，信息存储模块311还存储换热器1的设定换热量Q0。设定换热系数K0能够基于设定换热量Q0获得，例如利用以下的公式：
＊＊
Q＝K A △T，
其中，K为换热系数，△T为温差，而A为换热器的换热面积。
[0037] 继续参照图2，反馈调节系统32在收到在线监测系统31的比较结果后，将该比较结果反馈给空调系统的控制系统33。空调系统的控制系统33基于该比较结果控制超声波换能器2的打开或关闭。具体地，比较结果包括K≥90％K0和K<90％K0。当K≥90％K0时，意味着换热器表面不存在需要除去的霜层和/或污垢层，因此空调系统的控制系统33关闭超声波换能器2。当K<90％K0时，则意味着换热器表面存在需要除去的霜层和/或污垢层，因此空调系统的控制系统33打开超声波换能器2，以便利用超声波换能器2来振落换热器表面的霜层和/或污垢层。因此，该控制系统能够控制超声波换能器进行间隙性的工作，从而起到节能的作用。
[0038] 在替代的实施例中，比较结果根据空调系统的使用环境可以重新设定，例如在K≥92％K0时或在K≥95％K0时关闭超声波换能器2，否则就打开超声波换能器2。
[0039] 图3是本发明用于控制超声波除霜除垢装置的方法的实施例的流程图。超声波除霜除垢装置配置同上述实施例，即包括至少一个超声波换能器2以及控制该超声波换能器2的控制系统3。超声波除霜除垢装置通过该至少一个超声波换能器2所产生的超声波在换热器的表面产生机械共振剪切作用，对空调系统的换热器表面进行除霜和/或除垢。如图3所示，该方法通过控制系统3实施并且包括步骤S1、S2、S3、和S4。在步骤S1中，存储换热器的设定换热系数K0。在步骤S2中，采集在预定时间段内换热器的实际换热系数K。步骤S3则是比较设定换热系数K0和实际换热系数K。步骤S4则是基于步骤S3中的比较结果来控制超声波换能器的打开和关闭。在替代的实施例中，步骤S1可以是存储换热器1的设定换热量Q0。设定换热系数K0能够基于该设定换热量Q0获得。
[0040] 图4是本发明用于控制超声波除霜除垢装置的方法的另一实施例的流程图。如图4所示，在该实施例中，该方法包括步骤S1、S2、S3、S4、S5和S6。步骤S1、S2、S3和S4同上述实施例。步骤S5和S6则是基于两种具体的比较结果来实施的。当比较结果是K≥90％K0时，该方法控制至少一个超声波换能器2关闭(步骤S5)，因此超声波换能器2不用工作。当比较结果是K<90％K0时，该方法控制超声波换能器2打开(步骤S6)，因此超声波换能器2开始工作。通过该方法控制超声波换能器间歇性工作，不仅能够精确地控制换热器的除霜和/或除垢，而且还能够起到节能的作用。
[0041] 除非有相反明确的说明，上述方法的步骤的实施没有先后顺序的要求，例如一些步骤可以同时实施。
[0042] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术也方案都将落入本发明的之内。
