[發(fā)明專利]基于間歇式加載工作的空氣源熱泵超聲波共振除霜方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110402190.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN102435027A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐光華;王定遠(yuǎn);陶唐飛;羅愛玲;張四聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B47/00
• 分類號(hào): F25B47/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 弋才富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空氣源熱泵蒸發(fā)器的除霜和抑制結(jié)霜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于間歇式加載工作的空氣源熱泵超聲波共振除霜方法。

背景技術(shù)

蒸發(fā)器是基于空氣源熱泵構(gòu)建的制冷系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，熱泵系統(tǒng)空氣側(cè)蒸發(fā)器的表面結(jié)霜會(huì)堵塞翅片間隙(蒸發(fā)器的空氣通道)，減少翅片間的空氣流量，增大蒸發(fā)器的熱阻，降低了蒸發(fā)器的換熱效率。

目前蒸發(fā)器主要采用加熱融霜的除霜方法，包括四通閥逆向熱氣除霜和電加熱除霜，當(dāng)蒸發(fā)器上沉積的霜足夠多時(shí)，才開啟除霜功能。空調(diào)在冬季制熱時(shí)，加熱化霜階段壓縮機(jī)停止室內(nèi)制熱，造成溫度下降，影響室內(nèi)舒適度；而冷風(fēng)機(jī)、冰箱在加熱化霜時(shí)，儲(chǔ)藏的物品因受到溫度的反復(fù)波動(dòng)影響，帶來儲(chǔ)藏質(zhì)量的下降。

功率超聲主要指高于15kHz、振幅小、能量大、人耳不易直接聽到的一種聲波。功率超聲可以誘發(fā)機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)。功率超聲波在固體中傳播的速度和功率能力均遠(yuǎn)大于在空氣中的傳播能力，可以引起明顯的機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)，它將超聲的聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)，使固體介質(zhì)以及固體介質(zhì)表面的微小物體發(fā)生低振幅、高頻率的振動(dòng)。此外，據(jù)相關(guān)的研究表明，功率超聲波還具有加速解凍、影響結(jié)晶特性和過程等特殊的物理效應(yīng)。

日本Adachi，K等學(xué)者通過換能器和變幅桿向鋁條上(20mm*92.6mm*1.9mm)連續(xù)施加超聲縱向振動(dòng)的方式以研究抑制結(jié)霜效果，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，施加頻率為37kHz、最大振幅為3.1μm的超聲振動(dòng)可以減少鋁片上60％的結(jié)霜量。

國(guó)內(nèi)閻勤勞等介紹了冷風(fēng)機(jī)的超聲波除霜，可以保證冷風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)無霜堵，肋片間仍有2-3mm的間隙，但論文中沒有說明換能器的安裝方式和超聲波的加載方式。

意大利學(xué)者在一個(gè)大翅片間距的蒸發(fā)器的每個(gè)翅片上粘貼多個(gè)壓電片，依靠壓電片的連續(xù)超聲振動(dòng)進(jìn)行除霜/抑制結(jié)霜。

韓國(guó)三星電子公司申請(qǐng)了冰箱蒸發(fā)器的除霜專利，依靠多個(gè)超聲振動(dòng)器的振動(dòng)除霜(機(jī)械振動(dòng))，但沒有說明超聲振動(dòng)的加載機(jī)制。

韓國(guó)LG電子公司提出了采用超聲波反射的除霜裝置專利，依靠超聲波在空氣中的傳播、反射，向結(jié)霜物體輻射超聲波，通過滲透熱到物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)除霜。

上海交大陸志等在專利中提到了采用探針作為觸發(fā)條件，在霜層達(dá)到1mm時(shí)啟動(dòng)超聲，依靠超聲振動(dòng)的方式除霜，但沒有說明超聲振動(dòng)的加載機(jī)制。

東南大學(xué)陳振乾介紹了在空氣中傳播超聲波抑制結(jié)霜的方法，超聲波加載為連續(xù)加載。

目前超聲除霜和抑制結(jié)霜技術(shù)的研究主要通過兩個(gè)途徑，其一是依靠超聲波在空氣中傳播，使得冷面附近的水蒸氣形成紊流波動(dòng)，干擾水蒸氣在冷面的霜的形成；其二是依靠固體內(nèi)傳播超聲波引發(fā)的機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)。兩種途徑在用于除霜時(shí)的換能器選型原則、安裝方法和工作機(jī)制參數(shù)不明確，而導(dǎo)致無法商業(yè)化。同時(shí)，超聲波換能器在大功率下連續(xù)工作，會(huì)急劇發(fā)熱，易引起換能器和超聲波電源的損壞，并引起換能器的諧振頻率大幅度漂移，功率輸出效率下降。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供基于間歇式加載工作的空氣源熱泵超聲波共振除霜方法，采用功率超聲波產(chǎn)生低振幅、高頻、高加速度振動(dòng)施加于蒸發(fā)器表面來除霜或抑制結(jié)霜，振動(dòng)施加采用基于時(shí)間機(jī)制的間歇式工作方式，具體間歇周期和施振時(shí)間根據(jù)環(huán)境溫度、濕度和工作狀態(tài)確定，以保證超聲波振動(dòng)頻率與生長(zhǎng)的霜晶體的固有頻率相一致，實(shí)現(xiàn)高效率的共振除霜，并具有良好的節(jié)能降耗效果。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于間歇式加載工作的空氣源熱泵超聲波共振除霜方法，在蒸發(fā)器上加裝超聲波換能器，調(diào)整超聲波換能器處于諧振工作狀態(tài)，諧振頻率通過阻抗分析儀或者掃頻激勵(lì)方式測(cè)定，由超聲電源驅(qū)動(dòng)超聲換能器按照間歇式加載方式進(jìn)行超聲除霜。

所述的超聲波換能器包括壓電片、夾心式壓電換能器和磁致伸縮型的超聲波換能器，超聲振動(dòng)的類型包括采用縱向振動(dòng)和徑向振動(dòng)模式，縱向振動(dòng)頻率選用范圍為15kHz-200kHz，徑向振動(dòng)頻率選用范圍為20kHz-4MHz。

所述的超聲電源具有自動(dòng)頻率跟蹤功能，以更好的保證超聲諧振。

所述的間歇式加載方式為基于時(shí)間控制的間歇式工作機(jī)制，采用間歇連續(xù)式或間歇沖擊式，間歇連續(xù)式指間隔一定時(shí)間T1后，連續(xù)振動(dòng)時(shí)間T2，即間歇周期時(shí)間為T1，工作時(shí)間為T2，且T1≥T2；間歇沖擊式指間隔一定時(shí)間后按照短時(shí)間內(nèi)的間歇方法工作的模式，在對(duì)應(yīng)的短時(shí)間段內(nèi)T2工作時(shí)，間歇時(shí)間定義T1’，工作時(shí)間設(shè)定為T2’，且T1’≥T2’。