[发明专利]一种空气能热水器快速除霜装置及方法

说明书

本发明公开了一种空气能热水器快速除霜装置及方法，其中，除霜装置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；除霜方法包括以下步骤：结霜程度的检测、控制执行除霜。本发明能够保证空气能热水器的效能和用户使用舒适度，还能防止空气能热水器在结霜状态下长时间运行而导致寿命和可靠性大幅度降低的问题出现。

技术领域

本发明涉及空气能热泵领域，特别涉及一种空气能热水器快速除霜装置及方法。

背景技术

空气能热水器因其具有高效、节能、环保的优势，广泛应用于家庭、企事业单位及小区楼栋的热水供应及冬季室内取暖。然而，在冬季使用过程中，由于室外温度较低，蒸发器换热装置铜管会结霜。

结霜是空气能热水器面临的一个严重问题，一方面，不仅影响空气能热水器的效能和用户使用舒适度；另一方面，空气能热水器在结霜状态长时间运行会导致寿命及可靠性大大降低。所以，快速、可靠的对空气能热水器进行除霜有利于提高热水器的制热量和效率，确保系统稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种空气能热水器快速除霜装置及方法。本发明可以实现对附着在室外蒸发器铜管上的冰霜进行压电应变除霜和热熔霜，加快除霜速度和减小除霜能耗。

本发明的技术方案：一种空气能热水器快速除霜装置，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。

前述的一种空气能热水器快速除霜装置中，所述压电材料粘贴或者缠绕在蒸发器的铜管表面。

根据上述空气能热水器快速除霜装置的除霜方法，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。

前述的空气能热水器快速除霜方法中，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(压缩机的出口压力)采样并得到n个数据，采样周期为T_s；