CN114440447A - 一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器及使用方法，本发明的空气能热水器包括冷媒回路、水控制回路和变频控制器，冷媒回路和水控制回路的结构及管网布局更简洁、工作模态切换控制方便，功能全面，只需通过对四通阀的控制，即可实现循环加热、回水加热和恒温恒压供水的切换控制，进而实现控制系统的简洁性，并且在大幅简化系统结构、硬件成本和能耗成本的基础上，能有效提升供水温度和压力的稳定。本发明能准确可靠的预测铜管是否有结霜以及结霜程度，为后续除霜的优化控制提供依据。本发明将振动除霜、热膨胀除霜和热融霜有机结合，能有效提高除霜效果，加快除霜过程，提高空气能热水器整体性能。

Description

一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器及使用方法

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，特别涉及一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器及使用方法。

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，其不仅影响空气能热水器的效能和用户使用舒适度，而且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。快速准确判断空气能热水器是否结霜和结霜程度以及有效除霜是空气能热水器需要解决的问题。

此外，空气能热水器为满足用户对用水温度和压力稳定性指标，以及即开即用热水的需求，其必须具备三种工作模式，分别是：循环加热模式、回水加热模式和恒压供水模式。循环加热模式在用户不用水时，通过对水箱中的水进行循环加热来维持水箱水温的控制。回水加热模式在回水末端温度传感器的温度低于设定温度阈值时，控制回水末端电磁阀和水泵运行，将回水管中的低温水排出进行加热，而将水箱中的高温水注入管网中，实现即开即用热水需求。恒压供水模式在检测到用户用水时，需要水箱水温、水箱液位和用水压力的综合控制，保证用水温度和压力稳定，以及水箱液位的控制。如何高效、简洁及可靠实现空气能热水器循环加热模式、回水加热模式和恒压供水模式及其对应的性能指标是空气能热水器需要解决的又一问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器及使用方法。本发明的空气能热水器结构简洁、控制更方便，功能全面，并可以实现快速除霜和水温稳定，提高了空气能热水器的使用寿命。

本发明的技术方案：一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，包括冷媒回路、水控制回路和变频控制器；所述冷媒回路包括蒸发器、气液分离器、压缩机、热交换器、储液罐、膨胀阀和过滤器；所述蒸发器连接气液分离器，气液分离器连接压缩机，压缩机与热交换器连接；所述热交换器与储液灌连接，出液灌经膨胀阀与过滤器连接，过滤器与蒸发器连接；所述水控制回路包括水箱、水泵、三通阀、单向截止阀、气压罐、压力表、回水温度传感器、四通阀和开度调节阀；所述水箱与热交换器连接，水箱的出水口连接水泵，水泵经三通阀连接有单向截止阀，所述单向截止阀连接有出水管路，出水管路连接有回水管路；所述四通阀的1端与热交换器连接，2端与三通阀连接，3端与回水管路电机，4端连接有进水管路；所述气压罐和压力表连接在出水管路上；所述回水温度传感器设置在回水管路上；所述开度调节器连接在进水管路上；所述变频控制器分别与压缩机、水箱、水泵、压力表、四通阀、回水温度传感器、开度调节阀电连接；所述变频控制器还连接有环境温度传感器、相对湿度传感器、出风口处温度传感器和出风口处相对湿度传感器；

在除霜工作时，获取压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率，利用隶属度函数对压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率进行模糊化，再将模糊化的压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率作为模糊规则的输入，完成模糊推理，通过解模糊化运算得到准确的结霜程度；最后变频控制器依据获取的结霜程度进行除霜控制。

上述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，所述蒸发器包括盘型铜管，盘型铜管上紧贴或者缠绕有电热除霜单元。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，所述盘型铜管周围安装有多个电振动器。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，所述电振动器的不动部分固定在室外机的端面上，电振动器的活动部分与盘型铜管均存在间距。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，变频控制器通过采集环境温度、环境相对湿度、蒸发器出风口温度、蒸发器出风口相对湿度、管网水压和回水末端温度，进而控制冷媒回路和水控制回路的运行，实现空气能热水器的制热工作和除霜工作。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，在制热工作时，冷媒回路中的制冷剂在蒸发器铜管中吸收空气中的热能而气化，经气液分离器和压缩机压缩为高温高压的气体后，在热交换器中将热能释放给流经此处的水，对其进行加热；释放热能后，制冷剂经过储液罐、膨胀阀和过滤器后再次回到蒸发器进行下一次热交换；

在制热工作模式下，水控制回路实现包括循环加热工作状态、回水加热工作状态和恒温恒压供水三种工作状态；在循环加热工作状态中，变频控制器在没有检测到用户用水和回水管路中末端回水温度过低的条件时，将四通阀的1端与2端连通，水从水箱流出，依次经过水泵、三通阀、四通阀和热交换器后再次回到水箱；变频控制器采样水箱水温并执行水温控制算法之后，协调压缩机运行参数和水泵运行参数，在实现水箱水温恒定的同时达到热水器效能最优；在回水加热工作状态中，变频控制器在检测到末端回水温度低于设定回水末端温度下限阈值时，将四通阀的1端与3端连通，水从水箱流出，依次经过水泵、三通阀、单向截止阀、出水管路、回水管路、四通阀和热交换器后再次回到水箱；变频控制器通过控制水泵的转速和压缩机的功率，快速将管道中的低温水进行加热，并将水箱中的高温水注入到管道中，直至回水末端温度达到设定回水末端温度上限阈值；在恒温恒压供水状态中，变频控制器通过压力表检测到用户用水时，将四通阀的1端与4端连通，热水从水箱流出，依次经过水泵、三通阀、单向截止阀和出水管路到达用户使用端，给用户提供满足要求的热水，水泵的运行转速由供水恒压控制算法确定水泵运行频率，实现用户用水压力的稳定；水箱中减少的热水通过控制开度调节阀的开度进行补充；与此同时，变频控制器运行水温控制算法，实时调节压缩机的功率，对由开度调节阀注入的低温水进行加热，确保水箱水温的温度。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，所述除霜工作是将电振动器则安装于蒸发器盘型铜管周围，变频控制器通过驱动振动器电源实现谐振应力破霜，将附着在铜管上的冰霜破碎为小冰霜，并通过振动将大部分破碎冰霜振落；同时通过调节加热除霜单元驱动电源输出电流，使得电热除霜单元产生的热量迅速被附着的已经破碎的冰霜吸收，加快除霜进程。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，所述变频控制器内设有结霜预测算法，通过结霜预测算法进行结霜预测，步骤如下：

(1)、获取当天环境温度T_amb、环境相对湿度H_amb，判断空气能热水器当前是否处于结霜运行边界范围；如果是，则进入步骤(2)；否则，退出；

(2)、在ΔT时间内，分别获取出风口处温度

出风口处相对湿度

风扇运行转速n_fan、风扇截面积S_fan和压缩机的功率P_comp；计算风扇出口的空气流量

空气质量m_air＝ρ(T_amb,H_amb)×Q_air、空气热量交换量

和平均热交换量

(3)、计算压缩机的平均功率

(4)、计算压缩机平均吸热效能

(5)、计算压缩机吸热效能偏离度

其中：

为正常运行吸热效能的临界最小值；

(6)、计算相对湿度变化率

(7)、利用隶属度函数对压缩机吸热效能偏离度λ_Δ和相对湿度变化率λ_H进行模糊化；

(8)、将λ_Δ和λ_H模糊化后的值作为模糊规则的输入，完成模糊推理；

(9)、通过解模糊化运算得到准确的结霜程度α。

前述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，根据获取的结霜程度进行除霜，步骤如下：

①、获取结霜程度α。

②、依据函数δ＝s(α)和F＝f(α)，计算出结霜程度为α时电振动器所需产生的力δ和频率F；依据函数

计算电振动器产生力δ和频率F时驱动电源输出电流向量

依据函数I_hot＝h(α)，计算出结霜程度为α时电热除霜单元对应的电流值I_hot

③、将

和I_hot分别作为电振动器驱动电源输出电流参考值和电热除霜单元电源输出电流参考值，并对其进行控制；

④、驱动电振动器和热除霜单元进行除霜。

与现有技术相比，本发明的空气能热水器包括冷媒回路、水控制回路和变频控制器，冷媒回路和水控制回路的结构及管网布局更简洁、工作模态切换控制方便，功能全面，只需通过对四通阀的控制，即可实现循环加热、回水加热和恒温恒压供水的切换控制，进而实现控制系统的简洁性；另一方面，整个水路回路中只采用单台变频水泵，在实现循环加热、回水加热和恒温恒压供水时，其与压缩机均采用变频调节方案，在大幅简化系统结构、硬件成本和能耗成本的基础上，能有效提升供水温度和压力的稳定。此外，本发明还给出了结霜预测方法，该方法能准确可靠的预测铜管是否有结霜以及结霜程度，为后续除霜的优化控制提供依据。其次，本发明将振动除霜和热融霜有机结合，能有效提高除霜效果，加快除霜过程，减小除霜能耗以及消除水温/室温大幅度下降，提高空气能热水器整体性能。

附图说明

图1是空气能热水器的结构图；

图2是电热除霜单元与铜管部分的结构示意图；

图3是电热除霜单元布置示意图；

图4是铜管与电振动器的结构示意图；

图5为吸热效能偏离度隶属度函数图；

图6为相对湿度变化率隶属度函数图；

图7为结霜程度隶属度函数图；

图8为模糊推理规则集；

图9是本发明空气能热水器整机工作算法流程示意图。

附图标记：

1、冷媒回路；2、水控制回路；3、变频控制器；4、蒸发器；6、气液分离器；7、压缩机；8、热交换器；9、储液罐；10、膨胀阀；11、过滤器；12、水箱；13、水泵；14、三通阀；15、单向截止阀；16、气压罐；17、压力表；18、回水温度传感器；19、四通阀；20、开度调节阀；21、出水管路；22、回水管路；23、电热除霜单元；24、电振动器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，包括冷媒回路1、水控制回路2和变频控制器3；所述冷媒回路1包括蒸发器4、气液分离器6、压缩机7、热交换器8、储液罐9、膨胀阀10和过滤器11；所述蒸发器4连接气液分离器6，气液分离器6连接压缩机7，压缩机7与热交换器8连接；所述热交换器8与储液灌连接，出液灌经膨胀阀10与过滤器11连接，过滤器11与蒸发器4连接；所述水控制回路2包括水箱12、水泵13、三通阀14、单向截止阀15、气压罐16、压力表17、回水温度传感器18、四通阀19和开度调节阀20；所述水箱12与热交换器8连接，水箱12的出水口连接水泵13，水泵13经三通阀14连接有单向截止阀15，所述单向截止阀15连接有出水管路21，出水管路21连接有回水管路22；所述四通阀19的1端与热交换器8连接，2端与三通阀14连接，3端与回水管路22电机，4端连接有进水管路；所述气压罐16和压力表17连接在出水管路21上；所述回水温度传感器18设置在回水管路22上；所述开度调节器连接在进水管路上；所述变频控制器3分别与压缩机7、水箱12、水泵13、压力表17、四通阀19、回水温度传感器18、开度调节阀20电连接；所述变频控制器3还连接有环境温度传感器、相对湿度传感器、出风口处温度传感器和出风口处相对湿度传感器；

实施例中，空气能热水器在除霜工作时，通过获取压缩机7吸热效能偏离度和相对湿度变化率，利用隶属度函数对压缩机7吸热效能偏离度和相对湿度变化率进行模糊化，再将模糊化的压缩机7吸热效能偏离度和相对湿度变化率作为模糊规则的输入，完成模糊推理，通过解模糊化运算得到准确的结霜程度；最后变频控制器3依据获取的结霜程度进行除霜控制。

本实施中的空气能热水器在工作时，变频控制器3通过采集环境温度、环境相对湿度、蒸发器4出风口温度、蒸发器4出风口相对湿度、管网水压和回水末端温度，进而控制冷媒回路1和水控制回路2的运行，实现空气能热水器的制热工作和除霜工作。

在制热工作时，冷媒回路1中的制冷剂在蒸发器4铜管中吸收空气中的热能而气化，经气液分离器6和压缩机7压缩为高温高压的气体后，在热交换器8中将热能释放给流经此处的水，对其进行加热；释放热能后，制冷剂经过储液罐9、膨胀阀10和过滤器11后再次回到蒸发器4进行下一次热交换；

在制热工作模式下，水控制回路2实现包括循环加热工作状态、回水加热工作状态和恒温恒压供水三种工作状态；在循环加热工作状态中，变频控制器3在没有检测到用户用水和回水管路22中末端回水温度过低的条件时，将四通阀19的1端与2端连通，水从水箱12流出，依次经过水泵13、三通阀14、四通阀19和热交换器8后再次回到水箱12；变频控制器3采样水箱12水温并执行水温控制算法之后，协调压缩机7运行参数和水泵13运行参数，在实现水箱12水温恒定的同时达到热水器效能最优；在回水加热工作状态中，变频控制器3在检测到末端回水温度低于设定回水末端温度下限阈值时，将四通阀19的1端与3端连通，水从水箱12流出，依次经过水泵13、三通阀14、单向截止阀15、出水管路21、回水管路22、四通阀19和热交换器8后再次回到水箱12；变频控制器3通过控制水泵13的转速和压缩机7的功率，快速将管道中的低温水进行加热，并将水箱12中的高温水注入到管道中，直至回水末端温度达到设定回水末端温度上限阈值；在恒温恒压供水状态中，变频控制器3通过压力表17检测到用户用水时，将四通阀19的1端与4端连通，热水从水箱12流出，依次经过水泵13、三通阀14、单向截止阀15和出水管路21到达用户使用端，给用户提供满足要求的热水，水泵13的运行转速由供水恒压控制算法确定水泵13运行频率，实现用户用水压力的稳定；水箱12中减少的热水通过控制开度调节阀20的开度进行补充；与此同时，变频控制器3运行水温控制算法，实时调节压缩机7的功率，对由开度调节阀20注入的低温水进行加热，确保水箱12水温的温度。

所述除霜工作是将电振动器则安装于蒸发器盘型铜管周围，变频控制器通过驱动振动器电源实现谐振应力破霜，将附着在铜管上的冰霜破碎为小冰霜，并通过振动将大部分破碎冰霜振落；同时通过调节加热除霜单元驱动电源输出电流，使得电热除霜单元产生的热量迅速被附着的已经破碎的冰霜吸收，加快除霜进程。为保证快速高效除霜，在除霜条件下，空气能变频控制器将冷媒回路中的压缩机功率调节至最小，综合考虑加热功能和快速除霜功能。如图2和如图3所示，蒸发器4包括盘型铜管，盘型铜管上紧贴或者缠绕有电热除霜单元。电热除霜单元的发热体以一定的间距缠绕在铜管上，其缠绕间距必须综合考虑换热效能和除霜效能，既不能过大，也不能过小。间距过大，则会导致除霜效果不佳；而间距过小，又会导致换热效能变差，其间距值可通过实际测试数据优化确定。图4是电振动器安装示意图。多个电振动器的不动部分分别固定在室外机的端面上，活动部分与盘型铜管均存在一定间距。振动器输出振幅和频率参数，以及安装数量和安装位置，可通过理论仿真分析和实验测试结果以及成本和系统复杂性综合确定。由物理学知识可知，当铜管结霜后，铜管的固有振动频率发生改变，频率值与结霜程度相关。在外部振动激励的频率与固有频率相等或接近时，结霜的铜管发生共振。此时，可通过控制外部振动的幅值调节附着在铜管上的冰霜所受应力。当外部激励振动幅值达到一定值时，附着在铜管上的冰霜被震碎，大部分震碎的冰霜随着振动掉落。振动器的振幅和频率由所连接的驱动电源输出电流的幅值和频率控制，通过优化控制振动器驱动电源电流参数，实现快速高效除霜目的。

本发明在所述变频控制器内设有结霜预测算法，结霜预测算法的步骤如下：

(1)依据户外温湿度传感器获取当天环境温度T_amb、环境相对湿度H_amb，结合大数据经验知识，判断空气能热水器当前是否处于结霜运行边界范围；如果是，则进入结霜程度判定算法，即进入步骤(2)；否则，退出；

(2)在采用周期ΔT时间内，分别获取出风口处温度

出风口处相对湿度

风扇运行转速n_fan、风扇截面积S_fan和压缩机的功率P_comp；

(3)依据公式计算风扇出口的空气流量

和质量m_air＝ρ(T_amb,H_amb)×Q_air；

(4)依据公式计算空气热量交换量

及平均热交换量

(5)计算压缩机的平均功率

(6)计算压缩机平均吸热效能

(7)计算压缩机吸热效能偏离度

其中：

为正常运行吸热效能的临界最小值，由厂家给出；

(8)计算相对湿度变化率

(9)对λ_Δ和λ_H进行模糊化，模糊化所依据的λ_Δ和λ_H隶属度函数可以是由专家经验知识或者大数据分析得出，例如三角形隶属度函数、高斯形隶属度函数等；本实施例中，吸热效能偏离度λ_Δ的隶属度函数

采用三角形隶属度函数，如图5所示，由λ_Δ的定义公式可知，在结霜情况下0＜λ_Δ＜1。所以，λ_Δ的模糊子集为{Z,PS,PM,PB}，子集中的符号依次代表零，正小，正中和正大，其物理含义分别表示偏离度为零，偏离度为正并且比较小，偏离度为正并且中等，偏离度为正并且很大。隶属度函数

横坐标λ_Δ的四个点

和

的值由专家经验知识或者大数据分析处理得出。本实施例中，相对湿度变化度λ_H的隶属度函数

采用三角形隶属度函数，如图6所示，在制热工作时，蒸发器铜管中的冷媒吸收空气中的热量，使得经过热交换后的空气温度降低。由物理知识可知，空气温度的降低，必然导致空气中的水蒸气凝结在铜管上，使得热交换后的空气相对湿度大幅减小。但是，在蒸发器结霜的情况下，由于蒸发器铜管中的冷媒与空气的热交换大大减小，其出风口空气温度变化不大，进而出风口空气相对湿度变化较小。因而，在结霜情况下，由λ_H的定义公式可知，0＜λ_H＜1。所以，λ_H的模糊子集为{Z,PS,PM,PB}，子集中的符号依次代表零，正小，正中和正大，其物理含义分别表示相对湿度变化度为零，相对湿度变化度为正并且比较小，相对湿度变化度为正并且中等，相对湿度变化度为正并且很大。隶属度函数

横坐标λ_H的四个点

和

的值由专家经验知识或者大数据分析处理得出。

图7为结霜程度α隶属度函数μ_α，本发明使用的隶属度函数μ_α为是三角形。与图5和图6所示隶属度函数保持一致，0＜α＜1。α取值的物理含义为：α为零表示不结霜，α为1表示热水器结霜最严重情形。显然，结霜程度α的模糊子集为{NF,SF,MF,DF}，子集中的符号依次代表不结霜，结霜较小，结霜中等和结霜严重。隶属度函数μ_α横坐标α的四个点λ_NF、λ_SF、λ_MF和λ_DF的值由厂家实测数据或者专家经验知识或者大数据分析处理得出。

(10)将λ_Δ和λ_H模糊化后的值作为模糊规则的输入，完成模糊推理，再依据重心法解模糊化，得出空气能热水器结霜程度α。

本实施例中，模糊推理规则集如图8所示，通过该规则对λ_Δ和λ_H进行模糊推理和解模糊化运算，得到准确的结霜程度α的值，其详细推理可参照图8所示进行，本发明就不再赘述。

通过上述结霜预测算法，得到结霜程度α。在此基础上，根据实验测试数据、理论仿真分析及数据拟合方法得到结霜程度α与振动器所需产生的振幅A和频率F的数学关系A＝h(α)和F＝f(α)。依据振幅A和频率F与振动器驱动电源电流之间的特性，确定数学关系

并将

作为驱动电源输出电流参考值对其进行控制，实现振动破霜。相同的，通过实验测试数据、理论仿真分析及数据拟合方法得出快速除霜时，电热单元电流I_hot与结霜程度α与的数学关系I_hot＝h(α)，进而计算出结霜程度为α时加热单元对应的电流值I_hot。其除霜算法流程包括步骤如下：

①、获取结霜程度α。

②、依据函数δ＝s(α)和F＝f(α)，计算出结霜程度为α时电振动器所需产生的力δ和频率F；依据函数

计算电振动器产生力δ和频率F时驱动电源输出电流向量

依据函数I_hot＝h(α)，计算出结霜程度为α时电热除霜单元对应的电流值I_hot

③、将

和I_hot分别作为电振动器驱动电源输出电流参考值和电热除霜单元电源输出电流参考值，并对其进行控制；

④、驱动电振动器和热除霜单元进行除霜。

为了进一步的阐述本发明的空气能热水器整机工作算法流程，如图9所示，该算法采用定时运行方式实现，由定时器定时中断触发，其步骤如下：

①程序入口

②运行结霜判断算法子程序，并判断是否结霜？如果是，进入步骤③；否则，清除压缩机功率设为最小，并进入步骤④；

③获取结霜程度α，运行除霜控制方法并将压缩机运行功率设定为最小功率，进入步骤④；

④获取压力表数据，并判断用户是否用水？如果是，进入步骤⑤；否则，进入步骤⑥；

⑤运行供水压力控制算法、水箱水温控制算法和水箱液位控制算法，程序退出；

⑥获取回水温度数据，并判断是回水温度是否低于下限温度阈值或者处于回水加热状态？如果是，进入步骤⑦；否则，进入步骤⑨；

⑦设置为回水加热状态，运行回水温度控制算法，判断回水温度是否达到上限温度阈值？如果是，进入步骤⑧；否则，程序退出；

⑧退出回水加热状态，程序退出；

⑨运行循环加热控制算法，程序退出；

⑩程序退出。

综上所述，本发明的空气能热水器包括冷媒回路、水控制回路和变频控制器，冷媒回路和水控制回路的结构及管网布局更简洁、工作模态切换控制方便，功能全面，只需通过对四通阀的控制，即可实现循环加热、回水加热和恒温恒压供水的切换控制，进而实现控制系统的简洁性；另一方面，整个水路回路中只采用单台变频水泵，在实现循环加热、回水加热和恒温恒压供水时，其与压缩机均采用变频调节方案，在大幅简化系统结构、硬件成本和能耗成本的基础上，能有效提升供水温度和压力的稳定。此外，本发明还给出了结霜预测方法，该方法能准确可靠的预测铜管是否有结霜以及结霜程度，为后续除霜的优化控制提供依据。其次，本发明将振动除霜和热融霜有机结合，能有效提高除霜效果，加快除霜过程，减小除霜能耗以及消除水温/室温大幅度下降，提高空气能热水器整体性能。

Claims (9)

1.一种实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，其特征在于：包括冷媒回路、水控制回路和变频控制器；所述冷媒回路包括蒸发器、气液分离器、压缩机、热交换器、储液罐、膨胀阀和过滤器；所述蒸发器连接气液分离器，气液分离器连接压缩机，压缩机与热交换器连接；所述热交换器与储液灌连接，出液灌经膨胀阀与过滤器连接，过滤器与蒸发器连接；所述水控制回路包括水箱、水泵、三通阀、单向截止阀、气压罐、压力表、回水温度传感器、四通阀和开度调节阀；所述水箱与热交换器连接，水箱的出水口连接水泵，水泵经三通阀连接有单向截止阀，所述单向截止阀连接有出水管路，出水管路连接有回水管路；所述四通阀的1端与热交换器连接，2端与三通阀连接，3端与回水管路电机，4端连接有进水管路；所述气压罐和压力表连接在出水管路上；所述回水温度传感器设置在回水管路上；所述开度调节器连接在进水管路上；所述变频控制器分别与压缩机、水箱、水泵、压力表、四通阀、回水温度传感器、开度调节阀电连接；所述变频控制器还连接有环境温度传感器、相对湿度传感器、出风口处温度传感器和出风口处相对湿度传感器；

在除霜工作时，获取压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率，利用隶属度函数对压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率进行模糊化，再将模糊化的压缩机吸热效能偏离度和相对湿度变化率作为模糊规则的输入，完成模糊推理，通过解模糊化运算得到准确的结霜程度；最后变频控制器依据获取的结霜程度进行除霜控制。

2.根据权利要求1所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，其特征在于：所述蒸发器包括盘型铜管，盘型铜管上紧贴或者缠绕有电热除霜单元。

3.根据权利要求1所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，其特征在于：所述盘型铜管周围安装有多个电振动器。

4.根据权利要求3所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器，其特征在于：所述电振动器的不动部分固定在室外机的端面上，电振动器的活动部分与盘型铜管均存在间距。

5.根据权利要求1-4任一项所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，其特征在于：变频控制器通过采集环境温度、环境相对湿度、蒸发器出风口温度、蒸发器出风口相对湿度、管网水压和回水末端温度，进而控制冷媒回路和水控制回路的运行，实现空气能热水器的制热工作和除霜工作。

6.根据权利要求5所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，其特征在于：在制热工作时，冷媒回路中的制冷剂在蒸发器铜管中吸收空气中的热能而气化，经气液分离器和压缩机压缩为高温高压的气体后，在热交换器中将热能释放给流经此处的水，对其进行加热；释放热能后，制冷剂经过储液罐、膨胀阀和过滤器后再次回到蒸发器进行下一次热交换；

在制热工作模式下，水控制回路实现包括循环加热工作状态、回水加热工作状态和恒温恒压供水三种工作状态；在循环加热工作状态中，变频控制器在没有检测到用户用水和回水管路中末端回水温度过低的条件时，将四通阀的1端与2端连通，水从水箱流出，依次经过水泵、三通阀、四通阀和热交换器后再次回到水箱；变频控制器采样水箱水温并执行水温控制算法之后，协调压缩机运行参数和水泵运行参数，在实现水箱水温恒定的同时达到热水器效能最优；在回水加热工作状态中，变频控制器在检测到末端回水温度低于设定回水末端温度下限阈值时，将四通阀的1端与3端连通，水从水箱流出，依次经过水泵、三通阀、单向截止阀、出水管路、回水管路、四通阀和热交换器后再次回到水箱；变频控制器通过控制水泵的转速和压缩机的功率，快速将管道中的低温水进行加热，并将水箱中的高温水注入到管道中，直至回水末端温度达到设定回水末端温度上限阈值；在恒温恒压供水状态中，变频控制器通过压力表检测到用户用水时，将四通阀的1端与4端连通，热水从水箱流出，依次经过水泵、三通阀、单向截止阀和出水管路到达用户使用端，给用户提供满足要求的热水，水泵的运行转速由供水恒压控制算法确定水泵运行频率，实现用户用水压力的稳定；水箱中减少的热水通过控制开度调节阀的开度进行补充；与此同时，变频控制器运行水温控制算法，实时调节压缩机的功率，对由开度调节阀注入的低温水进行加热，确保水箱水温的温度。

7.根据权利要求5所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，其特征在于：所述除霜工作是将电振动器则安装于蒸发器盘型铜管周围，变频控制器通过驱动振动器电源实现谐振应力破霜，将附着在铜管上的冰霜破碎为小冰霜，并通过振动将大部分破碎冰霜振落；同时通过调节加热除霜单元驱动电源输出电流，使得电热除霜单元产生的热量迅速被附着的已经破碎的冰霜吸收，加快除霜进程。

8.根据权利要求5所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，其特征在于：所述变频控制器内设有结霜预测算法，通过结霜预测算法进行结霜预测，步骤如下：

(1)、获取当天环境温度T_amb、环境相对湿度H_amb，判断空气能热水器当前是否处于结霜运行边界范围；如果是，则进入步骤(2)；否则，退出；

(2)、在ΔT时间内，分别获取出风口处温度

出风口处相对湿度

风扇运行转速n_fan、风扇截面积S_fan和压缩机的功率P_comp；计算风扇出口的空气流量

空气质量m_air＝ρ(T_amb,H_amb)×Q_air、空气热量交换量

和平均热交换量

(3)、计算压缩机的平均功率

(4)、计算压缩机平均吸热效能

(5)、计算压缩机吸热效能偏离度

其中：

为正常运行吸热效能的临界最小值；

(6)、计算相对湿度变化率

(7)、利用隶属度函数对压缩机吸热效能偏离度λ_Δ和相对湿度变化率λ_H进行模糊化；

(8)、将λ_Δ和λ_H模糊化后的值作为模糊规则的输入，完成模糊推理；

(9)、通过解模糊化运算得到准确的结霜程度α。

9.根据权利要求8所述的实现快速除霜和水温稳定的空气能热水器的使用方法，其特征在于：根据获取的结霜程度进行除霜，步骤如下：

①、获取结霜程度α。

②、依据函数δ＝s(α)和F＝f(α)，计算出结霜程度为α时电振动器所需产生的力δ和频率F；依据函数

计算电振动器产生力δ和频率F时驱动电源输出电流向量

依据函数I_hot＝h(α)，计算出结霜程度为α时电热除霜单元对应的电流值I_hot

③、将

和I_hot分别作为电振动器驱动电源输出电流参考值和电热除霜单元电源输出电流参考值，并对其进行控制；

④、驱动电振动器和热除霜单元进行除霜。

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