[发明专利]一种空气能热水器快速除霜装置及方法

权利要求书

1.一种空气能热水器快速除霜装置的除霜方法，其特征在于：包括冷媒回路切换单元和压电除霜单元，其中：

所述冷媒回路切换单元包括蒸发器、四通阀、气液分离器、压缩机、换热器、储液罐、膨胀阀和过滤器，其中：所述四通阀、气液分离器和压缩机依次连接形成闭合回路；所述四通阀、换热器、储液罐、膨胀阀、过滤器和蒸发器依次连接形成闭合回路；

所述压电除霜单元包括设置在所述蒸发器的铜管上的多个压电材料；

包括以下步骤：

S1：结霜程度的检测：建立不同结霜条件下所述压缩机的功率与压缩机出口的冷媒气体压力之间的工程化物理模型，再搭建不同结霜情况下空气能热水器的原型样机，对所述原型样机进行实验测试，得到结霜程度、压缩机的功率和冷媒气体压力之间的数学关系，再对需要检测的压缩机的功率和冷媒气体压力进行采样，将采样的数据带入到结霜程度、压缩机的功率和冷媒气体压力之间的数学关系，判断所述蒸发器的铜管是否结霜并得出结霜程度；

S2：控制执行除霜，获取所述S1给出的结霜程度，确定所述蒸发器的铜管结霜后执行包括以下步骤：

S2.1：压电单元除霜：调节对所述压电材料施加的交变电压，使压电材料产生形变，附着在所述蒸发器的铜管上的冰霜受到巨大的应力而破裂，加速除霜过程；

S2.2：切换冷媒回路除霜：所述四通阀切换工作模态实现冷媒从所述换热器中吸收水的热能，在所述蒸发器的铜管上释放热量，产生的热量迅速被附着在蒸发器的铜管上的已经破裂的冰霜吸收，加快破裂的冰霜的融化速度；

所述S1中的结霜程度检测方法包括以下步骤：

(1)获取当天环境温度T_amb、环境相对湿度H_amb，确定空气能热水器当前处于结霜运行边界范围；

(2)以此时刻开始每隔ΔT时间执行一次结霜预测算法，并且每次预测算法执行时均需对所述压缩机的功率P_comp和冷媒高压气体压力P_press采样并得到n个数据，采样周期为T_s；

(3)采样压缩机的功率P_comp和冷媒高压气体压力P_press的n个数据，分别记为：{P_comp(1),P_comp(2),…,P_comp(n)}和{P_press(1),P_press(2),…,P_press(n)}，依据结霜程度、压缩机的功率和冷媒气体压力之间的数学关系α＝g(P_comp,P_press)，得到结霜程度数组{α(1),α(2),…,α(n)}，其中：α(i)＝g(P_comp(i),P_press(i))；

(4)获取{α(1),α(2),…,α(n)}的最大值α_max＝max{α(1),α(2),…,α(n)}，判断条件α_max＜α_thr和T_amb＞T_thr是否成立，其中：α_thr和T_thr分别为结霜程度最小设定阈值和温度设定阈值，如果是，说明所述空气能热水器不结霜，返回所述步骤(2)；否则，进入步骤(5)；

(5)计算平均值和标准方差判断是否成立，其中：θ为设定阈值，如果是，进入步骤(6)；否则，返回步骤(2)；

(6)得到空气能热水器结霜程度

(7)程序退出。

2.根据权利要求1所述的一种空气能热水器快速除霜装置的除霜方法，其特征在于：所述压电材料粘贴或者缠绕在蒸发器的铜管表面。

3.根据权利要求1所述的一种空气能热水器快速除霜装置的除霜方法，其特征在于：所述S2的控制执行除霜工作包括以下步骤：

(1)调用结霜程度预测算法子程序，并判断是否结霜，如果是，进入步骤(2)；否则，程序退出；

(2)获取所述结霜程度α，依据δ＝s(α)和F＝f(α)，计算出结霜程度为α时所述压电材料需产生的应变δ和频率F；依据计算产生应变δ和频率F时需施加给压电材料的电压

(3)控制所述四通阀由制热模式切换到除霜模式，并依据除霜模式下所述压缩机的功率Pcomp与结霜程度α之间的数学关系Pcomp＝D_frost(α)，获得压缩机的运行功率设定值实现快速可靠除霜；

(4)将所述和所述分别作为压电材料控制电源输出电压和压缩机运行功率设定值，并对所述压电材料进行控制；

(5)驱动所述压电单元、四通阀及压缩机进行除霜工作；

(6)程序退出。