一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统

技术领域

本发明涉及加热系统技术领域，具体涉及一种基于互频原理的应用于蒸发器、冷凝器等换热器翅片的感应加热系统。

背景技术

翅片是通常安装在需要进行热传导的换热装置表面的，导热性较强，用于增大换热装置的换热表面积，强化换热器与外界流体的换热性能，提高换热器的换热效率的金属片。换热器可作为加热器、冷凝器、蒸发器、冷却器和再沸器等，包括管壳式结构和板式结构两大类。现有技术中的翅片通常采用铝制材料，但不限于铝制这一金属材料，翅片包括绕管式、板式等，翅片的具体结构形状大小均根据需求和使用场景等设计。

在翅片型换热器的应用中，基于换热器的应用场景、以及装有换热器设备的使用需求，需要对翅片进行加热，例如对翅片进行除霜，再例如通过加热翅片来实现换热器对其他物体的热传导，面对这些对翅片进行加热的应用需求，有的是采用电阻加热管对翅片加热(例如冰箱蒸发器上翅片的除霜)，有的换热器中采用逆向制冷加热实现对翅片的除霜(例如空调室外机换热器上的翅片除霜)。但是这些对翅片的加热方式，都存在各种弊端，如下述问题：(1)在密闭空间通过对电阻加热管加热从而实现对空气加热再对翅片进行热传导从而除霜，这种加热方式对电阻加热管的温度要求极高，不仅加热速度慢，且加热管极易损坏：如冰箱蒸发器；(2)在开放环境中，如果环境温度很低，通过对加热管加热实现对空气加热再对翅片热传导的这个过程热量会大部分散失在环境中，除霜效果极低，如空调室外机冷凝器，所以当前空调冷凝器多用逆向制冷方式对翅片除霜，但是这种方法不仅在除霜过程中对室内无法加热，还会从室内吸收热量，最高造成室内8℃的温差；(3)当需要进行除霜翅片面积大时，电阻加热管不好匹配；(4)对翅片进行加热所消耗的能量较多，造成能源的浪费等。(5)影响安装有换热器的设备的正常工作，例如冰箱蒸发器的翅片除霜或空调冷凝器的翅片除霜时，就无法正常的制冷或制热工作。因此亟需提供一种对于翅片能够实现加热的技术以解决现有技术中存在的翅片加热问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统，包括互频加热主控板和互频功率器件，所述互频加热主控板包括整流滤波电路、电流检测电路、驱动电路、辅助电源电路和控制器，整流滤波电路连接电流检测电路，电流检测电路连接互频功率器件和控制器，辅助电源电路连接控制器，控制器连接驱动电路，驱动电路连接互频功率器件；整流滤波电路提供互频功率器件工作的电流和电压，电流检测电路用于检测整流滤波电路输出的电流得到第一电流数据，互频功率器件用于产生交变磁场，使得翅片产生涡流生热，辅助电源电路作为控制器的工作电源，通过控制器和驱动电路能够控制互频功率器件的工作频率，控制器能够采集第一电流数据并据此通过驱动电路切断互频功率器件工作的电压。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种针对于翅片进行加热的感应加热系统，采用基于互频效应的电磁感应技术，在电磁感应技术的基础上，结合互频非辐射原理控制发射源与翅片之间固有频率影响度，使二者可自然形成内动力机理闭环系统，可通过感应固有频率变化实现感知控制，且对环境、技术参数等干扰的敏感程度低。且对于金属中的非铁磁性金属(如铝、铜、金等)，当金属厚度达到拐点(微米级)时，可以实现感应加热。

本发明基于互频效应的电磁感应原理，根据不同条件下固有频率的相互影响发生变化这一理念，依据能量远距离无线传输以及感知控制的技术背景，实现针对每个设计环节都可以根据翅片的具体使用场景(感应加热面积、感应加热距离、感应加热金属材质、加热功率、加热环境等)及功能需求(加热用途、加热时间、温度范围、异常报警等)从加热系统中来匹配出来需要的互频加热主控板上的硬件电路部分、控制器上的软件功能模块、互频功率器件中的发射磁感组单个线圈功率密度、发射磁感组之间的排列以及发射磁感组和谐振器之间的匹配等系统参数，进行灵活配比调整即可实现针对特定使用场景及要求的感应加热，具有通用性。

本发明加热效率高，不存在安全隐患，且能在冰箱/空调等设备正常工作的情况下同步进行对翅片的加热。

附图说明

图1为本发明的一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统的硬件电路结构图。

图2为本发明的一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统的控制器软件功能模块结构图。

图3为本发明的一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统的结构示意图。

图4为本发明的一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统的安装板和发射磁感组的结构图。

其中：1、互频加热主控板，2、安装板，3、谐振器，4、翅片，5、发射磁感组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统，加热系统作为发射源，加热系统用于产生交变磁场。加热系统包括互频加热主控板1和互频功率器件，互频加热主控板1包括整流滤波电路、电流检测电路、驱动电路、辅助电源电路和控制器。如图1，整流滤波电路、电流检测电路和互频功率器件串联，辅助电源电路、控制器、驱动电路和互频功率器件串联，整流滤波电路连接电流检测电路，电流检测电路连接互频功率器件和控制器，辅助电源电路连接控制器，控制器连接驱动电路，驱动电路连接互频功率器件。整流滤波电路用于提供互频功率器件工作的电流和电压，电流检测电路用于检测整流滤波电路输出的电流数据得到第一电流数据并发送至控制器，互频功率器件通电后能够产生交变磁场，使翅片4产生涡流生热，实现了对翅片4的感应加热。辅助电源电路作为控制器的工作电源，用于提供控制器的工作电流电压。控制器能够采集电流检测电路的第一电流数据并能够据此进行判断和/或分析，根据判断和/或分析的结果能够通过驱动电路控制互频功率器件工作状态；控制器能够通过驱动电路控制互频功率器件的工作频率。

一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统作为发射源，互频加热主控板1作为无线加热的发射模块，具有所述翅片4的换热器作为发射源的目标方，如空调冷凝器或冰箱蒸发器作为目标方，空调冷凝器或冰箱蒸发器上的翅片4作为目标方的受热载体，受热载体的材料为金属材料，发射源与目标方之间通过互频感应连接。互频功率器件包括谐振器3与发射磁感组5，谐振器3与发射磁感组5串联形成发射谐振体，发射谐振体与电流检测电路串联、也与驱动电路串联。发射磁感组5包括线圈和与线圈连接的磁性材料。能够根据目标方所需求的功率以及限制条件(如加热面积、距离等)，灵活设计单个线圈的功率密度、发射磁感组5之间的排列以及发射磁感组5和谐振器3之间的匹配等系统参数，再将设计好的发射磁感组5按照设定好的排列方式进行连接。

上述整流滤波电路与外接电源相连。上述辅助电源电路可连接整流滤波电路，也可相连外接电源。

互频加热主控板1接入220V交流电后，220V交流电经过整流滤波电路转换成脉动直流电后，提供给互频功率器件。辅助电源将220V交流电\脉动直流电转换成控制器所需要的低压电供控制器工作，控制器能够输出信号，经过驱动电路放大后控制互频功率器件工作状态，通常包括控制互频功率器件的功率和控制互频功率器件的开关，互频功率器件工作时产生交变磁场，使翅片4产生涡流从而生热。

软件功能模块嵌入于硬件电路控制器中的单片机上，结合硬件电路一起对互频功率器件进行控制。如图2，控制器包括即控制器上载有数据采集模块、异物检测模块、用户接口模块和功率调节模块，控制器还包括即控制器上还载有系统保护电路、定时模块。其中用户接口模块、功率调节模块、数据采集模块直接与硬件电路进行信号传输。数据采集模块连接电流检测电路、异物检测模块、系统保护电路、用户接口模块和功率调节模块，用户接口模块连接异物检测模块、系统保护电路、功率调节模块和定时模块，异物检测模块、系统保护电路和功率调节模块均连接驱动电路。

当控制器判断第一电流数据小于预设值时，控制器通过驱动电路切断互频功率器件的工作电压。上述控制器能够采集电流检测电路的第一电流数据并能够据此通过驱动电路控制互频功率器件工作状态，对应异物检测功能，当目标方处于存在异物状态下，导致系统处于失谐状态，整流滤波电路对互频功率器件的供电电流变小，电流检测电路检测到的第一电流数据反馈给数据采集模块实现电信号到数字信号之间的转化后发送给异物检测模块，异物检测模块得出存在异物的检测结果并将检测结果反馈给驱动电路和用户接口模块，驱动电路控制互频功率器件断电，用户接口模块根据预先设置的提醒方式对用户进行相应声光提示。具体为：数据采集模块能够采集第一电流数据并发送至异物检测模块，异物检测模块能够根据第一电流数据判断互频功率器件是否正对应的预设的翅片4、以及能够根据第一电流数据判断互频功率器件和预设的翅片4之间是否有其他物体，若互频功率器件没有对应预设的翅片4(不是预设的翅片4而是其他金属设备，即此时的受热载体为异物)，或者互频功率器件和预设的翅片4之间有其他物体(互频功率器件和预设的翅片4两者之间有异物对加热进行干扰)，则异物检测模块发送异物信息至驱动电路和用户接口模块，驱动电路能够接收异物信息并据此切断互频功率器件工作的电压，也就是控制互频功率器件关闭；用户接口模块能够接收异物信息并据此进行显示和\或报警。

上述“控制器能够通过驱动电路控制互频功率器件的工作频率”对应加热系统的频率调节功能，通过频率调整互频功率器件的功率，当用户想要进行温度调节时，用户经由用户接口模块将该温度调节信息传递给功率调节模块，由功率调节模块根据指令控制驱动电路实现互频功率器件的功率调节功能。具体为：数据采集模块能够采集互频功率器件的电压得到第一电压数据，数据采集模块能够将第一电流数据和第一电压数据发送至功率调节模块；用户接口模块用于输入预设温度，用户接口模块能够根据预设温度得到温度调节信息，用户接口模块发送温度调节信息至功率调节模块，功率调节模块能够根据温度调节信息、第一电流数据和第一电压数据通过控制驱动电路调节互频功率器件的输出功率。

通过定时模块实现定时功能，当用户使用时间设定功能时，通过用户接口模块将时间设定信号传递给定时模块，到设定时间后定时模块将定时信号再传递给用户接口模块，用户接口模块对用户进行提示，用户接口模块也可根据定时信号通过驱动模块开启或关闭互频功率器件。

数据采集模块用于采集并发送加热系统温度数据、加热系统电压数据和加热系统电流数据，加热系统温度数据可包括的整流滤波电路的温度数据、电流检测电路的温度数据、互频功率器件的温度数据、驱动电路的温度数据、辅助电源电路的温度数据、加热系统外界的环境温度中的部分或全部，加热系统电压数据包括整流滤波电路的电压数据、电流检测电路的电压数据、互频功率器件的电压数据(第一电压数据)、驱动电路的电压数据、辅助电源电路的电压数据中的部分或全部，加热系统电流数据包括第一电流数据、驱动电路的电流数据、辅助电源电路的电流数据中的部分或全部。系统保护模块接收加热系统温度数据、加热系统电压数据和加热系统电流数据并据此判断加热系统是否正常运行即是否在设定的阈值范围中，若运行不正常(某一电压/电流/温度不在设定的阈值范围)则通过用户接口模块进行报警、且系统保护模块通过驱动电路切断互频功率器件工作的电压。数据采集模块连接用户接口模块，数据采集模块将探测的加热系统温度数据发送至用户接口模块，用户接口模块显示数据采集模块发送的加热系统温度数据。

本发明的一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统，通过本发明能够实现对蒸发器、冷凝器等换热器翅片4的加热，翅片4为金属材质，例如铝、铝合金、铜等，翅片4的材质可为铁磁材质也可为非铁磁材质，本发明用于对蒸发器冷凝器等换热器的翅片4加热、除霜，用于对基于翅片4的其他材料物体的热传导(例如通过翅片4对空气/有机材料等进行加热)。发射源的硬件电路，软件功能模块，单个线圈的功率密度、发射磁感组5之间的排列以及发射磁感组5和谐振器3之间的匹配等系统参数等均可灵活设计，实现不同应用场景下的不同功能：本发明能够针对所有含有蒸发器或冷凝器的结构进行感应加热，目标方金属的材质、形状、大小都可以根据实际情况进行匹配；发射源的硬件电路模块、软件功能模块以及线圈的功率、数量、排列方式和加热系统相关参数都可以根据需求进行设计匹配，具有通用性。如图3为本发明的应用状态图，翅片4的数量为多个，如图4安装板2上安装有四个发射磁感组5，安装板2上的发射磁感组5朝向翅片4，翅片4的翅片面垂直于发射磁感组5，图3中安装板2垂直于翅片4的翅片面。

冰箱制冷系统需采用蒸发器，空调需采用冷凝器，本发明可应用在冰箱和空调上。

下面以空调为例详述本发明，本发明能够用于空调室外机蒸发器的除霜，将空调设备自身电路板定义为设备主控板，将本发明的互频加热主控板1放置于设备主控板周边且二者之间进行电路连接，用以实现通讯(设备主控板下达开始除霜或停止除霜的指令给互频加热主控板1)。当设备主控板检测到需要进行除霜时，将除霜信号传达给互频加热主控板1，互频加热主控板1接收到除霜信号后对互频功率器件进行供电，生成交变磁场以使冷凝器上设有的非铁磁性的铝制翅片产生涡流生热，实现高效除霜。翅片4的一侧侧边临近互频功率器件的发射磁感组5、朝向互频功率器件的发射磁感组5，通常发射磁感组5与翅片4垂直设置，翅片4片体的两个表面(翅片面)均垂直于发射磁感组5。根据使用场景以及设备的具体需求对硬件电路、线圈数量、线圈功率、线圈排列方式以及软件功能模块进行模块化的配置。

对于空调冷凝器除霜，现有技术中对于空调冷凝器上翅片4的除霜，现今采用逆向制冷除霜技术。但是这种方法不仅在除霜过程中对室内无法加热，还会从室内吸收热量，最高造成室内8℃的温差，且通常在室外温度低于-10℃，由于室外机换热器无法化霜，会导致空调无法正常工作。当空调冷凝器的翅片4处于零下10℃的环境温度，当霜量达50g时定期除霜，采用本发明的感应加热系统预设置2min将霜化完，那么除霜测算数据为：

计算50g霜转化为水所需要吸收的热量：Q

将翅片4以室外温度零下10℃为参考加热到零上5℃能够实现化霜，所需要吸收的热量：Q

整个加热过程考虑到空气对流造成的热量散失：Q

只结合以上三个条件，不考虑其他影响因素的情况下，系统所需总热量：Q

本发明解决了针对于换热器在开放式环境下工作，当室外温度低于一定值就会由于对翅片4无法有效除霜造成的设备无法正常工作的问题，解决了行业痛点。

本发明采用基于互频效应的电磁感应技术，在当前电磁感应技术的基础上，结合互频非辐射原理控制互频加热主控板1与翅片4之间固有频率影响度，使二者可自然形成内动力机理闭环系统，可通过感应固有频率变化实现感知控制，且对环境、技术参数等干扰的敏感程度低。并通过参数设置和材料配比，感应传输距离可达30mm，同时感应加热效率能达95％以上，超国标一级能效5％。工业级最远可达到20cm，大幅度减小感应距离的限制。

本发明基于互频效应的电磁感应原理，根据不同条件下固有频率的相互影响发生变化这一理念，依据能量远距离无线传输以及感知控制的技术背景，实现针对每个部分都可以从加热系统中来匹配出来需要的互频加热主控板1上的硬件电路部分，控制器上的软件功能模块，单个线圈的功率密度、发射磁感组5之间的排列以及发射磁感组5和谐振器3之间的匹配等加热系统参数，来对指定情况匹配出最适合的发射源，且加热效率高，速度快，不存在安全隐患，且能在设备正常工作的情况下同步进行加热，最大程度减小了对冰箱/空调等设备正常工作的影响。

本发明的一种基于互频原理的应用于翅片的感应加热系统通过采用基于互频原理的电磁感应加热技术，提供了一种针对(铝制)翅片4的感应加热系统，铝制翅片可位于但不限于冷凝器、蒸发器上，适用于所有具有翅片4的换热器，适用于翅片4类结构的加热，适用于所有具有且需加热铝制翅片的机构。本发明作为一种无线感应加热系统，基于互频技术的使用，不仅适用于加热非铁磁性金属、大幅度增加了感应加热距离，且打破当前针对换热器翅片4加热存在诸多弊端的僵局，做到能够针对不同场景以及功能需求只需通过对硬件电路部分、软件功能模块、单个线圈的功率密度、发射磁感组5之间的排列以及发射磁感组5和谐振器3之间的匹配等加热系统参数进行灵活配比设计即可实现对感应金属的高效加热，应用于所需情况。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。