[发明专利]基于间歇式加载工作的空气源热泵超声波共振除霜方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气源热泵蒸发器的除霜和抑制结霜技术领域，特别涉及基于间歇式加载工作的空气源热泵超声波共振除霜方法。

背景技术

蒸发器是基于空气源热泵构建的制冷系统的一个关键部件，热泵系统空气侧蒸发器的表面结霜会堵塞翅片间隙(蒸发器的空气通道)，减少翅片间的空气流量，增大蒸发器的热阻，降低了蒸发器的换热效率。

目前蒸发器主要采用加热融霜的除霜方法，包括四通阀逆向热气除霜和电加热除霜，当蒸发器上沉积的霜足够多时，才开启除霜功能。空调在冬季制热时，加热化霜阶段压缩机停止室内制热，造成温度下降，影响室内舒适度；而冷风机、冰箱在加热化霜时，储藏的物品因受到温度的反复波动影响，带来储藏质量的下降。

功率超声主要指高于15kHz、振幅小、能量大、人耳不易直接听到的一种声波。功率超声可以诱发机械振动效应、热效应和空化效应。功率超声波在固体中传播的速度和功率能力均远大于在空气中的传播能力，可以引起明显的机械振动效应，它将超声的声能转化为机械振动，使固体介质以及固体介质表面的微小物体发生低振幅、高频率的振动。此外，据相关的研究表明，功率超声波还具有加速解冻、影响结晶特性和过程等特殊的物理效应。

日本Adachi，K等学者通过换能器和变幅杆向铝条上(20mm*92.6mm*1.9mm)连续施加超声纵向振动的方式以研究抑制结霜效果，试验中发现，施加频率为37kHz、最大振幅为3.1μm的超声振动可以减少铝片上60％的结霜量。

国内阎勤劳等介绍了冷风机的超声波除霜，可以保证冷风机连续运行48小时无霜堵，肋片间仍有2-3mm的间隙，但论文中没有说明换能器的安装方式和超声波的加载方式。

意大利学者在一个大翅片间距的蒸发器的每个翅片上粘贴多个压电片，依靠压电片的连续超声振动进行除霜/抑制结霜。

韩国三星电子公司申请了冰箱蒸发器的除霜专利，依靠多个超声振动器的振动除霜(机械振动)，但没有说明超声振动的加载机制。

韩国LG电子公司提出了采用超声波反射的除霜装置专利，依靠超声波在空气中的传播、反射，向结霜物体辐射超声波，通过渗透热到物体内实现除霜。

上海交大陆志等在专利中提到了采用探针作为触发条件，在霜层达到1mm时启动超声，依靠超声振动的方式除霜，但没有说明超声振动的加载机制。

东南大学陈振乾介绍了在空气中传播超声波抑制结霜的方法，超声波加载为连续加载。

目前超声除霜和抑制结霜技术的研究主要通过两个途径，其一是依靠超声波在空气中传播，使得冷面附近的水蒸气形成紊流波动，干扰水蒸气在冷面的霜的形成；其二是依靠固体内传播超声波引发的机械振动效应。两种途径在用于除霜时的换能器选型原则、安装方法和工作机制参数不明确，而导致无法商业化。同时，超声波换能器在大功率下连续工作，会急剧发热，易引起换能器和超声波电源的损坏，并引起换能器的谐振频率大幅度漂移，功率输出效率下降。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供基于间歇式加载工作的空气源热泵超声波共振除霜方法，采用功率超声波产生低振幅、高频、高加速度振动施加于蒸发器表面来除霜或抑制结霜，振动施加采用基于时间机制的间歇式工作方式，具体间歇周期和施振时间根据环境温度、湿度和工作状态确定，以保证超声波振动频率与生长的霜晶体的固有频率相一致，实现高效率的共振除霜，并具有良好的节能降耗效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于间歇式加载工作的空气源热泵超声波共振除霜方法，在蒸发器上加装超声波换能器，调整超声波换能器处于谐振工作状态，谐振频率通过阻抗分析仪或者扫频激励方式测定，由超声电源驱动超声换能器按照间歇式加载方式进行超声除霜。

所述的超声波换能器包括压电片、夹心式压电换能器和磁致伸缩型的超声波换能器，超声振动的类型包括采用纵向振动和径向振动模式，纵向振动频率选用范围为15kHz-200kHz，径向振动频率选用范围为20kHz-4MHz。

所述的超声电源具有自动频率跟踪功能，以更好的保证超声谐振。

所述的间歇式加载方式为基于时间控制的间歇式工作机制，采用间歇连续式或间歇冲击式，间歇连续式指间隔一定时间T1后，连续振动时间T2，即间歇周期时间为T1，工作时间为T2，且T1≥T2；间歇冲击式指间隔一定时间后按照短时间内的间歇方法工作的模式，在对应的短时间段内T2工作时，间歇时间定义T1’，工作时间设定为T2’，且T1’≥T2’。