CN102721173A

CN102721173A - 一种可调即热式热泵热水器

Info

Publication number: CN102721173A
Application number: CN2012101967677A
Authority: CN
Inventors: 汪南
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种可调即热式热泵热水器，包括制冷剂循环系统、供水系统、控制系统；供水系统包括冷水管、流量调节阀、混水阀、加热装置；所述冷水管分为两路，其中一路通过流量调节阀与冷凝器的入口水管连接，再由冷凝器的出口水管通过加热装置连接混水阀，另一路直接连接混水阀；控制器通过压缩机变容无级调节和水流量调节联合工作来精确控制水温。本专利能效比高，节能效果好，低载启动降低了启动电流，不会影响其它家用电器的使用；采用加热装置来弥补现有技术启动过程或中途停机过程的加热问题；通过变容无级调节和水流量联合工作，不会出现高压报警现象，确保热水器的正常工作；无需水箱，节省空间；能即开即用，用户无需等待用水时间。

Description

一种可调即热式热泵热水器

技术领域

本发明涉及热水器，尤其是一种可调即热式热泵热水器。

背景技术

热泵热水器利用逆卡诺循环原理，通过消耗少量的电能，将低温环境的热量向高温环境（热水）转移，是一种生产卫生热水的节能产品，全年能效比达3.0左右。目前热泵热水器型式有两种：循环加热式和一次加热型两种，前者是通过将储水箱的水循环加热，最终将储水温度升高到50~60℃；后者则是将来至自来水管的水（温度5~35℃）一次性加热到45~60℃，一次加热型分直热式和即热式两种，直热式是将经冷凝器一次性加热到45~60℃后的热水先送到保温水箱，再从保温水箱送到用户，直热式主要用于工程机组，压缩机功率一般在5HP以上。即热式不设水箱，直接送到用户淋浴装置，采用无水箱的即热式热泵热水器结构简洁，所需空间少，不会漏水，是一种理想的热泵热水器产品，但目前市场上却无实际应用产品，仅见于少量专利，原因在于所有专利都采用通过水流量来控制加热量，进而控制水温，实际上这种方法是行不通的，原因在于热泵热水器的性能特征是随环境温度的变化，热泵热水器的加热量变化幅度大，环境温度在0℃左右时，能效比在2.5左右，而环境温度达到20℃以上时，能效比达到4.0以上，越是需要加热量大时的加热能力却越低。热泵热水器的选型设计是基于满足冬季用水需求的，热泵热水器在夏季使用时，能效比大，单靠水流控制无法有效调节加热量，水流量过小时容易造成热泵高压报警，加热出来的水温很高，用户无法使用。另外常规热泵压缩机，启动时电流很大，容易对其它家用电器造成电压冲击，有可能造成家用电器故障。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种使用安全便捷、效率高的可调即热式热泵热水器，解决了热泵热水器控制水温难、出水不稳定及热泵启动时对其它家用电器造成影响问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可调即热式热泵热水器，包括制冷剂循环系统、供水系统、控制系统；

所述制冷剂循环系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、二通电磁阀；所述蒸发器的出口通过管路与压缩机的进口连接；所述压缩机的出口通过管路分别与冷凝器的制冷剂入口及二通电磁阀的入口连接，所述二通电磁阀的出口通过管路与蒸发器的进口连接；所述冷凝器的制冷剂出口经过膨胀阀与蒸发器的入口连接；所述压缩机采用数码蜗旋压缩机。

所述供水系统包括冷水管、流量调节阀、混水阀、加热装置；所述冷水管分为两路，其中一路通过流量调节阀与冷凝器的入口水管连接，再由冷凝器的出口水管通过加热装置连接混水阀，另一路直接连接混水阀；所述混水阀的出口安装淋浴器；所述蒸发器还包括一个风机。

所述控制系统包括与模糊控制器连接的除霜检测传感器、水流检测传感器、水温传感器、压缩机变容无级调节控制器；所述除霜检测传感器设置于蒸发器上；所述水流检测传感器设置于流量调节阀的出口水管上；所述水温传感器有3个，一个设置于流量调节阀的进口水管上，另一个设置于冷凝器的出口水管上，还有一个设置在混水阀与加热装置的水管管路之间；所述压缩机变容无级调节控制器与压缩机连接；所述模糊控制器还与二通电磁阀连接。

淋浴器打开时，水流检测传感器感受信号，压缩机低载启动，制冷剂循环系统工作，冷凝器对来自冷水管的冷水（即自来水）加热，模糊控制器通过水流检测传感器、水温传感器的信号来调节压缩机的输出容量以及淋浴器的出水流量，使出水温度及流量满足用户要求。在用户使用热水过程中，会经常出现短暂关闭淋浴器现象（如洗头发涂洗发液时），一般大约20～180秒后重新开启淋浴器，本家用变容无级调节即热式热泵热水器（以下简称热水器）停机后，二通电磁阀立即打开，蒸发器与冷凝器10直接相通，压力很快趋于平衡，确保热水器停机后的立即启动。当环境温度低于10℃时，蒸发器2会出现结霜现象，间断运行时，两次运行间隔时间低于设定值时在停机状态下化霜一次，保证制冷剂循环系统的高效运行。

本发明体积小，不占空间，不存在水箱腐蚀现象，方便，即开即用，低载低压软启动，不会对其它家用电器造成用电冲击，与即热式电热水器相比，本发明能效比高，节能。

本发明采用加热装置来弥补现有技术启动过程或中途停机过程的加热问题；本发明技术手段简便易行，具有积极地技术效果及推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1局部连接示意图，即短暂停机时制冷剂循环示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例

如图1所示，本发明可调即热式热泵热水器，包括制冷剂循环系统、供水系统、控制系统；

所述制冷剂循环系统包括压缩机1、蒸发器2、冷凝器10、膨胀阀6、二通电磁阀11；所述蒸发器2的出口通过管路与压缩机1的进口连接；所述压缩机1的出口通过管路分别与冷凝器10的制冷剂入口及二通电磁阀11的入口连接，所述二通电磁阀11的出口通过管路与蒸发器2的进口连接；所述冷凝器10的制冷剂出口经过膨胀阀6与蒸发器2的入口连接；

所述供水系统包括冷水管15、流量调节阀14、混水阀8、加热装置18；所述冷水管分为两路，其中一路通过流量调节阀14与冷凝器10的入口水管连接，再由冷凝器10的出口水管通过加热装置18连接混水阀8，另一路直接连接混水阀8；

所述控制系统包括与模糊控制器17连接的除霜检测传感器12、水流检测传感器13、水温传感器9、压缩机变容无级调节控制器16；所述除霜检测传感器12设置于蒸发器2上；所述水流检测传感器12设置于流量调节阀14的出口水管上；所述水温传感器9有3个，一个设置于流量调节阀14的进口水管上，另一个设置于冷凝器10的出口水管上，还有一个设置在混水阀8与加热装置18的水管管路之间；所述压缩机变容无级调节控制器16与压缩机1连接；所述模糊控制器17还与二通电磁阀11连接。

所述压缩机1采用数码蜗旋压缩机；所述混水阀8的出口安装淋浴器7（或者水龙头）；所述蒸发器2还包括一个风机3。

本发明的工作原理：淋浴器7打开时，水流检测传感器13感受信号，压缩机1低载启动，制冷剂循环系统工作，冷凝器10对来自冷水管15的冷水（即自来水）加热，模糊控制器17通过水流检测传感器13、水温传感器9的信号来调节压缩机1的输出容量以及淋浴器7的出水流量，使出水温度及流量满足用户要求。然而,在用户使用热水过程中，会经常需要短暂关闭淋浴器7的情况（如洗头发涂洗发液时），一般大约20～180秒后重新开启淋浴器7，本家用变容无级调节即热式热泵热水器（以下简称热水器）停机后，二通电磁阀11立即打开，蒸发器2与冷凝器10直接相通，压力很快趋于平衡，确保热水器停机后的立即启动。当环境温度低于10℃时，蒸发器2会出现结霜现象，间断运行时，两次运行间隔时间低于设定值时在停机状态下化霜一次，保证制冷剂循环系统的高效运行。

通过改变压缩机1的运行频率来改变容量输出，从而调节制热量；压缩机1频率改变幅度是0～70HZ,每次运行启动都是从0HZ开始,频率变化幅度是1HZ/秒,达到稳定运行状态时需要1分钟左右的时间,需要放出大量的冷水,中途停机后的启动也需1分钟的放冷水时间,因此需要采用辅助措施来弥补启动过程或中途停机过程的加热问题；为此，本实例中在冷凝器的出口水管安装了加热装置18，如4KW左右的电热丝。用户打开淋浴器7时，自来水流过冷凝器10，热泵启动，压缩机1频率从0HZ开始以1HZ/秒开始递增，热泵加热量不足以将水加热到40℃，通过加热装置18进一步加热到所需温度值。当压缩机1频率调节到加热所需频率段后，来至冷水管的水进入冷凝器10加热到40~55℃左右后，送到用户直接使用或与没加热的自来水混合后使用。

为进一步理解本专利，下面举例说明

在使用本热水器之前，先在模糊控制器17面板上设定供水温度40℃，混水器8设置在全部热水位置，淋浴器7打开时，流量调节阀14在水流作用下，输出信号，模糊控制器17依次向风机3、压缩机1发出启动命令，此时热水器属于低载启动，模糊控制器17根据水温传感器9感应到的进水温度值和蒸发器1侧除霜检测传感器12的温度值作出智能分析判断，将压缩机1输出容量调节到此工况下设定值，热水器在此输出容量下运行时基本上能得到所需的供水温度，稍微偏差可以通过进一步的输出容量微调来满足要求。稳定运行时，空气中的热能传给蒸发器2内的制冷剂，在压缩机1的增压传输作用下，制冷剂进入到冷凝器10，制冷剂的热量传递给冷凝器10中的冷水（自来水），将水温提升到用户所要求的值。

本热水器之所以要低载启动（即低载低压软启动），原因在于压缩机1启动时，启动电流是运行电流的的5～8倍，3HP压缩机的额定功率在2.5KW左右，额定电流10～13A，启动电流为50A以上，远远超过一般家庭电线敷设的预定值，对有一定年限的房屋建筑来说更是如此，对其它家用电器造成用电冲击，因此，低载启动是非常必要的。

用户洗浴过程中，洗头发涂洗发液时，经常会出现短暂关闭淋浴器7现象，此时压缩机1输出容量降到可调最低值,同时二通电磁阀11打开，从压缩机1出来的制冷剂蒸汽直接进入到蒸发器2，不致于因冷凝器10内的水温过高导致热水器停机，热水器始终处于非制热运转状态，如附图2所示。当淋浴器7再次打开时，二通阀电磁11关闭，热水器迅速恢复到正常运行状态。

图2是图1的局部示意图，目的是为了更清楚、快捷的理解热水器短暂停机时制冷剂的循环路径。

由图2可见，除了上面描述的用于洗浴过程中短暂的关闭淋浴器7时的运行状态外，还用于除霜过程：在冬季室外气温较低（10℃以下）时，蒸发器2上通常会结霜，如果连续运行时间很长（超过1小时）时，蒸发器2上结霜厚度对换热造成不利影响，需要除霜，为避免在淋浴过程中突然出现化霜现象，在压缩机1运行间隔时间内强行化霜，二通电磁阀11打开，制冷剂蒸汽直接从压缩机1出口直接进入到蒸发器2，将其表面的霜化掉。当然，除了采用通过上述及管路5构成的旁通除霜法之外，还可以采用在蒸发器1上敷设电热丝的方法除霜。

如上所述，便可较好地实现本发明。

上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可调即热式热泵热水器，包括制冷剂循环系统、供水系统、控制系统；其特征在于：

所述制冷剂循环系统包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、二通电磁阀；所述蒸发器的出口通过管路与压缩机的进口连接；所述压缩机的出口通过管路分别与冷凝器的制冷剂入口及二通电磁阀的入口连接，所述二通电磁阀的出口通过管路与蒸发器的进口连接；所述冷凝器的制冷剂出口经过膨胀阀与蒸发器的入口连接；

所述供水系统包括冷水管、流量调节阀、混水阀、加热装置；所述冷水管分为两路，其中一路通过流量调节阀与冷凝器的入口水管连接，再由冷凝器的出口水管通过加热装置连接混水阀，另一路直接连接混水阀；

2.根据权利要求1所述的可调即热式热泵热水器，其特征在于，所述压缩机采用数码蜗旋压缩机。

3.根据权利要求2所述的可调即热式热泵热水器，其特征在于，所述混水阀的出口安装淋浴器。

4.根据权利要求3所述的可调即热式热泵热水器，其特征在于，所述蒸发器还包括一个风机。