CN101101151A - 适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器 - Google Patents

Abstract

一种适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器，包括有室外空气换热器和制冷剂管加热式热水箱，与其换热器和热水箱相配置有一能量耦合换热器，其耦合换热器的一次端连接低回压型低温压缩机、膨胀阀和室外空气换热器组成空气源热泵制冷剂循环回路，耦合换热器的二次端连接中高温压缩机、膨胀阀和热水箱组成人工源热泵水加热制冷剂循环回路，其空气源热泵与人工源热泵组成两级热泵式水加热系统；在两压缩机的排气与吸气口端分别连接有配置转换阀门的旁通制冷剂管，构成单压缩机热泵运行水加热系统。本发明能够在室外气温低至-45℃的环境下高效运行及提供高达85℃的高温热水，并可根据环境温度变换单、双级热泵运行方式，以有效节省电力能源。

Description

适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器

技术领域

本发明涉及空气源热泵式热水器，具体涉及一种适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器。

背景技术

目前，主要由压缩机、膨胀阀、室外空气换热器和制冷剂管加热式热水箱组成的空气源热泵式热水器，采用单级压缩机配置结构，并且其压缩机为中、高回压型中高温压缩机，而中、高回压型中高温压缩机在低温环境下的制热效率很低，当气温低至-5℃时，其制热效率已接近零。因此，除非增加辅助电加热装置，否则目前的空气源热泵式热水器无法在低于0℃的低温环境下有效运行。并且即使是在高于0℃的环境温度下运行，目前的空气源热泵式热水器能够提供的最高出水温度在55℃以下，难以适用于需要水温在55℃以上的场合使用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种无需配备辅助电加热装置即能够在低温环境下高效制热运行，且可满足高温用水要求的适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器。

实现上述目的的技术方案是：一种适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器，它包括有室外空气换热器和制冷剂管加热式热水箱，与室外空气换热器和制冷剂管加热式热水箱相配置有一个能量耦合换热器，其耦合换热器的一次端经制冷剂管连接空气源热泵压缩机、膨胀阀和室外空气换热器组成空气源热泵制冷剂循环回路，耦合换热器的二次端经制冷剂管连接人工源热泵压缩机、膨胀阀和热水箱组成人工源热泵水加热制冷剂循环回路，其空气源热泵压缩机为低回压型低温压缩机，人工源热泵压缩机为中、高回压型中高温压缩机，其空气源热泵与人工源热泵组成两级热泵式热水加热系统；在两压缩机的排气口端与吸气口端分别连接有配置转换阀门的旁通制冷剂管，构成单级压缩机热泵运行水加热系统。

本发明采用空气源热泵与人工源热泵配置结构，并将空气源热泵的压缩机设置为低回压型低温压缩机，其空气源热泵将室外低气温中的低温热能提取作为人工热源输出，为之后的人工源热泵提供一个理想的人工热源，保证人工源热泵在安全、节能工况下高效制热提供热水，并可满足需要高温热水场合对热水器的供水要求。

本发明与现行的空气源热泵式热水器相比较，具有如下特点：

1、能够在室外气温低至-45℃的环境下，无需附加辅助电加热装置而进行高效率的提供热水运行。

2、出水温度可高达85℃。

3、利用配置的旁通制冷剂回路，可进行单级热泵水加热运行，从而使热水器能够根据室外环境温度调整运行方式，在满足用热水需要的同时，节省电力能源。

附图说明

附图是本适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器的结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

如附图，本适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器包括有室外空气换热器2和制冷剂管加热式热水箱3，其室外空气换热器可采用表冷式换热器，制冷剂管加热式热水箱可选择套管式换热器类型，立式或卧式壳盘管型换热器及壳式螺旋管式等以制冷剂为介质的各种类型换热器。与换热器2和热水箱3相配置有一个能量耦合换热器5，其换热器5可选用用于制冷剂换热性能好、效率高的以制冷剂为介质的各种换热器类型。其耦合换热器的一次端经制冷剂管连接低回压型低温压缩机1、电子膨胀阀4和室外空气换热器2组成空气源热泵制冷剂循环回路，耦合换热器的二次端经制冷剂管连接中、高回压型中高温压缩机6、电子膨胀阀7和热水箱3组成人工源热泵水加热制冷剂循环回路，其空气源热泵与人工源热泵组成两级热泵式热水加热系统。在压缩机1、压缩机6的排气口端与吸气口端分别连接有配置转换阀门的旁通制冷剂管，构成单压缩机热泵运行水加热系统。

如附图，本发明的两级热泵水加热运行与单级热泵水加热运行的相互转换通过配置于系统中的电动转换阀门8、9、10、11、12、13、14和15的开启与关闭来完成。

结合附图对本热水器的工作原理说明如下：

在-20℃至-45℃特低气温环境下，双压缩机同时运行。其工作原理是压缩机1排出的高温制冷剂气体经阀门12至能量耦合换热器5的一次端冷凝放热，变成液体的制冷剂至膨胀阀4节流后进入室外换热器2蒸发吸收室外空气中的低温热量，变成气体制冷剂后经阀门13被压缩机1吸入继续压缩重复上述循环，为能量耦合换热器5的二次端稳定输出一个人工热源。压缩机6吸入由换热器5二次端来的气态制冷剂，经压缩排出高温制冷剂气体，其高温制冷剂气体经阀门8进入热水箱3的加热管对水加热，冷凝后的制冷剂经膨胀阀7节流后进入能量耦合换热器5的二次端继续蒸发吸收由一次端源源不断送来的空气中的热量，蒸发后的气态制冷剂经阀门9继续被压缩机6吸入，重复上述循环，完成对热水箱内水的加热。

单压缩机运行分为两种方式。在5℃至-20℃的低气温环境下，压缩机6停止运行，由压缩机1单独完成水加热运行。其压缩机1输出的高温气态制冷剂经阀门11进入热水箱3的加热管对水加热，冷凝后的液态制冷剂经阀门10至膨胀阀4节流后进入室外空气换热器2蒸发吸收室外空气中的热量，气化后的制冷剂经阀门13被压缩机1吸入继续压缩，重复上述循环，完成单压缩机低气温环境空气源热泵的水加热运行。在高于5℃的气温环境下，压缩机1停止运行，由压缩机6单独完成中、高气温环境下水加热运行，此时压缩机6排出的高温气态制冷剂经阀门8进入热水箱3的加热管对水加热，冷凝后的液态制冷剂至膨胀阀7节流后，通过阀门14进入室外空气换热器2蒸发吸收室外空气中的热量，气化后的制冷剂通过阀门15至压缩机6的吸气端，被压缩机6吸入后重复上述循环，完成单压缩机高于5℃以上气温环境空气源热泵的水加热运行。

本空气源热泵式热水器的压缩机采用变频或增卸载能量控制，膨胀阀采用电子膨胀阀，阀门采用电动形式后可实现自动控制转换。

Claims (1)

1、一种适合宽温度环境的高效空气源热泵式热水器，包括有室外空气换热器(2)和制冷剂管加热式热水箱(3)，其特征是：它配置有一个能量耦合换热器(5)，其耦合换热器的一次端经制冷剂管连接空气源热泵压缩机(1)、膨胀阀(4)和室外空气换热器(2)组成空气源热泵制冷剂循环回路，耦合换热器的二次端经制冷剂管连接人工源热泵压缩机(6)、膨胀阀(7)和热水箱(3)组成人工源热泵水加热制冷剂循环回路，其空气源热泵压缩机(1)为低回压型低温压缩机，人工源热泵压缩机(6)为中、高回压型中高温压缩机，其空气源热泵与人工源热泵组成两级热泵式热水加热系统；在压缩机(1)、压缩机(6)的排气口端与吸气口端分别连接有配置转换阀门的旁通制冷剂管构成单压缩机热泵运行水加热系统。

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