CN102914047B - 空气源热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气源热泵热水器，包括依次连接组成循环回路的蒸发器（4）、压缩机（1）、气冷器（2）以及节流装置（3），气冷器的一端具有冷水进水口（21），另一端具有热水出水口（23），还包括设置在所述蒸发器底部的积水盘（6）以及设置在所述积水盘中供冷媒流通的管路（7），所述积水盘连接有排水管（8），管路的一端与所述气冷器的冷媒出口（22）相连接，另一端与所述节流装置的输入端（31）相连接，压缩机压缩的高温高压气体冷媒在气冷器中与冷水进行换热转变为中温高压液体冷媒并通过管路流经蒸发器底部的积水盘，利用液态冷媒自身的余热进行除冰，能够在不降低热水器出水温度的同时，实现良好的除冰效果。

Description

空气源热泵热水器

技术领域

本发明涉及一种空气源热泵热水器，属于家用电器领域。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对生活质量的要求也越来越高。以冲凉洗澡为例，燃气热水器、电热水器、太阳能热水器等都已远远满足不了人们对舒适、节能、安全的需要。于是，一种基于热泵循环原理的空气源热泵热水器开始得到广泛应用。

空气源热泵热水器主要由蒸发器、压缩机、气冷器、膨胀阀组成，其采用卡诺逆循环，并由制冷剂等温蒸发、制冷剂蒸汽定熵压缩、制冷剂等压冷却、制冷剂液体定熵膨胀四个循环过程构成。工作时，其利用蒸发器和风机把空气中的低温热能吸收进来，蒸发器内的制冷剂与低温热能换热后等温蒸发形成制冷剂蒸汽，压缩机吸入制冷剂蒸汽并压缩成高温高压的制冷剂气体进入气冷器中冷却，冷却过程中制冷剂携带的热量与冷水进行热量交换，最后，制冷剂在膨胀阀中完成定熵膨胀后回到蒸发器中重复以上循环，从而实现利用空气源将其热能传递给冷水实现对冷水的加热。但是，这种热泵热水器在北方寒冷的冬季使用时，蒸发器会不停地吸收空气的热量，使空气温度降低，空气中的水分就会凝结在蒸发器的翅片上形成水珠，由于室外温度太低，凝结于蒸发器上的水珠很容易结霜，为了保证蒸发器的正常工作，需要对蒸发器进行除霜处理，除霜处理后的水流会沿着蒸发器的翅片向蒸发器的底部流动，从而在蒸发器的底部出现水流的堆积，加之外界空气温度较低，导致蒸发器底部结冰，长时间的使用会进一步加大结冰厚度，最终导致系统不能正常运行，因此，热泵热水器的除冰问题需要解决。

现有技术中，中国专利文献CN201514040U公开了一种二氧化碳热泵热水器，其包括蒸发器；旁通抑冰热水管路，穿设在蒸发器中并经过蒸发器的底部；气冷器，与旁通抑冰热水管路连接，通过安装旁通抑冰热水管路，可以控制气冷器制取的全部或部分热水流过蒸发器底部若干根换热管，从而防止蒸发器底部结冰霜。

该二氧化碳热泵热水器为了解决蒸发器底部结冰霜的问题，需要将气冷器制取的热水全部或部分通过蒸发器底部的换热管进行热交换除冰，这样就会降低该热泵热水器的出水温度，特别是结冰比较严重的时候，热水器的出水温度将大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的热泵热水器利用热水进行蒸发器除冰的同时会降低热水器出水温度的问题，从而提供一种能够在保持热水器出水温度的同时实现蒸发器良好除冰效果的空气源热泵热水器。

为了实现上述目的，本发明提供一种空气源热泵热水器，包括依次连接组成循环回路的蒸发器、压缩机、气冷器以及节流装置，所述气冷器的一端具有冷水进水口，另一端具有热水出水口，还包括设置在所述蒸发器底部的积水盘以及设置在所述积水盘中供冷媒流通的管路，所述积水盘连接有排水管，所述管路的一端与所述气冷器的冷媒出口相连接，另一端与所述节流装置的输入端相连接。

上述空气源热泵热水器中，所述管路在所述积水盘中呈U型布置。

上述空气源热泵热水器中，所述空气源热泵热水器还包括回热器，其中，所述气冷器的所述冷媒出口与所述回热器的第一冷媒入口连接，所述节流装置的所述输入端与所述回热器的第一冷媒出口连接；所述蒸发器的出气口与所述回热器的第二冷媒入口连接，所述压缩机的吸气口与所述回热器的第二冷媒出口连接。

上述空气源热泵热水器中，所述管路的一端与所述气冷器的冷媒出口相连接，另一端与所述回热器的第一冷媒入口连接。

上述空气源热泵热水器中，所述压缩机与所述蒸发器之间通过第一电磁阀设置有除霜管路。

上述空气源热泵热水器中，所述回热器与所述压缩机之间连接有气液分离器。

上述空气源热泵热水器中，所述节流装置包括依次连接的过滤器以及膨胀阀。

上述空气源热泵热水器中，所述气冷器的所述冷水进水口处设置有温度制水阀。

上述空气源热泵热水器中，所述冷媒为CO₂制冷剂。

上述空气源热泵热水器中，所述管路上设置有第二电磁阀。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明的空气源热泵热水器，其蒸发器底部积水盘内部设置有供冷媒流通的管路，该管路的一端与气冷器的出口连接，另一端与节流装置的输入端连接，压缩机压缩的高温高压的冷媒气体在气冷器中与冷水进行换热而转变为中温高压的冷媒液体并通过管路流经蒸发器底部的积水盘，从而利用气冷器流出的液态冷媒自身的部分余热进行除冰，能够在不降低热水器出水温度的同时，实现良好的除冰效果。

（2）本发明的空气源热泵热水器，其管路在积水盘中呈U型布置，从而增大冷媒与结冰的热交换接触面积，实现更良好的除冰效果。

（3）本发明的空气源热泵热水器，其还包括回热器，使得从气冷器流出的中温冷媒在其中与从蒸发器流出的低温冷媒进行热交换，从而使流入节流装置的冷媒的温度进一步降低以及使进入压缩机的冷媒的温度得到进一步的提高，提高整个系统的换热效率。

（4）本发明的空气源热泵热水器，其还包括设置在压缩机与蒸发器之间通过电磁阀设置有除霜管路，当蒸发器出现结霜并需要化霜时，电磁阀工作，经压缩机压缩成高温高压的冷媒气体通过电磁阀进入蒸发器中与结霜进行热交换，融化由于制热时产生的蒸发器冷凝霜或环境造成的蒸发器挂霜。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明的空气源热泵热水器第一种实施方式的示意图；

图2是本发明的空气源热泵热水器第二种实施方式的示意图。

附图标记说明

1-压缩机，2-气冷器，21-冷水进水口，22-冷媒出口，23-热水出水口，3-节流装置，31-输入端，4-蒸发器，5-热水箱，6-积水盘，7-管路，8-排水管，9-回热器，10-气液分离器，11-除霜回路，12-第一电磁阀，13-过滤器，14-膨胀阀，15-温度制水阀，16-高压开关，17-低压开关，18-第二电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的第一实施方式提供的空气源热泵热水器，如图1所示，包括通过管道依次连接组成冷媒循环回路的蒸发器4、压缩机1、气冷器2以及节流装置3，其中，蒸发器4的底部设置有积水盘6，积水盘6连接有排水管8，积水盘6中设置有供冷媒流通的管路7，管路7的一端与气冷器2的冷媒出口22相互连接，另一端与节流装置3的输入端相互连接。

压缩机1，用于将蒸发器4回流的低温低压的气体冷媒压缩为高温高压的气体冷媒。压缩机1的输出端设置有高压开关16，输入端设置有低压开关17，以对进出压缩机1的气态冷媒进行压力控制。该第一实施方式中，压缩机1可以采用现有的任何压缩机，在此不做具体限制。

气冷器2，与压缩机1通过高压管道相互连接，用于对压缩机1压缩得到的高温高压的气体冷媒进行换热使其冷却液化。气冷器2的一端具有冷水进水口21，另一端具有热水出水口23。具体如下所述：

所述高压管道的一端连接压缩机1的输出端，所述高压管道的另一端连接至气冷器2的输入端，以使压缩机1压缩的高温高压的冷媒气体进入气冷器2。同时，如图1中箭头A所示，外界冷水，例如自来水管提供的冷水从冷水进水口21进入气冷器2高温高压的冷媒气体与冷水在气冷器2中通过相应的管道结构进行换热，冷水吸收热量变为热水并从热水出水口23排出进入相应的蓄热保温水箱5，高温高压的气体冷媒释放热量并液化为中温高压的液体冷媒并从气冷器2的冷媒出口22排出进入管路7。

气冷器2的冷水进水口出可以设置有温度制水阀15，从而对热水的出水温度进行控制。

蒸发器4，用于使液体冷媒进行吸热，使其蒸发为气态的冷媒。蒸发器4的输出端通过气管与压缩机1相连接。具体地，如图1中箭头B所示，从气冷器2输出的中温高压液态冷媒通过管路7以及节流装置3后进入蒸发器4，由于蒸发器4的压力骤然降低，液态冷媒在此迅速蒸发变成气态，同时，在电机带动轴流风叶的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的低温热能被蒸发器吸收转移至气态冷媒，空气温度迅速降低，变成冷气释放或排放至需要制冷的空间例如厨房中，而吸收一定热能的气态冷媒则回流至压缩机1，进入下一个循环。

蒸发器4可以采用现有的任何类型的蒸发器，例如翅片式蒸发器，在此对其不做具体限定。

积水盘6，用于聚集蒸发器4在吸热过程中产生的冷凝水，并通过排水管8将冷凝水导向室外。

管路7，设置在积水盘6中，其一端通过连接件例如三通接头连接于气冷器2的冷媒出口22，另一端连接于节流装置3的输入端31，使得气冷器2输出的中温高压液态冷媒通过积水盘6中的管路7，从而利用中温高压液态冷媒的自身余热与积水盘6中的结冰进行热交换，实现未降低热水器出水温度的同时，达到良好的除冰效果。

优选地，管路7在积水盘6中呈U型布置，从而增大冷媒与结冰的热交换接触面积，实现更良好的除冰效果。

为了防止管路7中除冰后的制冷剂液体回流而导致管路7中用于除冰的制冷剂液体温度降低，优选地，管路7上设置有第二电磁阀18，第二电磁阀设置在管路7与气冷器2的冷媒出口22连接的位置处。此外，第二电磁阀18可以开启或关闭以起到控制管路7进行除冰的功能。

管路7可以采用现有的任何管材制得。由于铜材料具有良好的导热性，优选地，管路7采用铜材料制得，从而使液态冷媒的热能能够更好地转移至结冰，实现更良好的除冰效果。

节流装置3，用于将中温高压的液态冷媒节流成为低温低压的气液混合冷媒，然后将气液混合冷媒送入蒸发器4中吸热蒸发。

此外，如图1所示，本发明的第一实施方式提供的空气源热泵热水器还包括回热器9，该回热器9具有第一冷媒入口、第一冷媒出口、第二冷媒入口以及第二冷媒出口，其中，气冷器2的冷媒出口22通过三通接头与回热器9的第一冷媒入口以及管路7相连接，即中温高压的液态冷媒从气冷器2的冷媒出口22输出后一分为二，一路进入管路7，另一路进入回热器9；节流装置3的输入端31通过三通接头与回热器9的第一冷媒出口以及管路7相连接，即管路7中的液态冷媒与回热器9的第一冷媒出口输出的液态冷媒进入节流装置3。同时，蒸发器4的出气口与回热器9的第二冷媒入口连接，压缩机1的吸气口与回热器9的第二冷媒出口连接。

回热器9的作用为：气冷器2流出的中温高压液态冷媒与蒸发器4输出的低温低压气态冷媒在回热器9中进行换热，使中温高压液态冷媒的温度再次降低，同时，使蒸发器4输出的低温低压气态冷媒的温度再次升高，从而提高整个热水器的制热能效比。

另外，压缩机1的输出端与蒸发器4的入口之间通过第一电磁阀12设置有除霜管路11。压缩机1、第一电磁阀12以及蒸发器4组成空气源热泵热水器的化霜系统，该化霜系统由PLC控制器控制。当需要化霜时，PLC控制器发出化霜指令，第一电磁阀12闭合，压缩机1输出的高温高压的气态冷媒通过第一电磁阀12进入蒸发器4中释放热量，融化蒸发器由于制热时产生的冷凝霜或环境造成的蒸发器4的挂霜雪，最后经过回热器9回流至压缩机1，如此反复对蒸发器进行加热，直至霜雪完全融化后通过PLC控制器自动转入制热水模式。

为了防止蒸发器4输出的气态冷媒中含有的液体分子对压缩机1造成液击，优选地，回热器9的第二冷媒出口与压缩机1之间连接有气液分离器10，从而进一步保证压缩机1的安全稳定运行。

节流装置3包括依次连接的过滤器13以及膨胀阀14，膨胀阀14优选为电子膨胀阀。管路7的一端可以连接到过滤器13的输入端31。

冷媒可以选用现有的任何制冷剂，优选地，冷媒为CO₂制冷剂。

本发明的第二实施方式提供的空气源热泵热水器，如图2所示，除了管路7的连接方式与第一实施方式提供的空气源热泵热水器不同之外，其他部分结构和原理都与第一实施方式提供的空气源热泵热水器相同。

如图2所示，管路7的一端通过三通接头与气冷器2的冷媒出口22相连通，另一端通过三通接头与回热器9的第一冷媒入口相连接。冷媒的流向如图2中黑色箭头所示，除冰后的液态冷媒可以与气冷器2的冷媒出口22输出的液态冷媒相混合，然后进入回热器9的第一冷媒入口进入回热器9与蒸发器4输出的气态冷媒进行换热，然后从回热器9的第二冷媒出口输出，通过过滤器13以及膨胀阀14进入蒸发器4。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种空气源热泵热水器，包括依次连接组成循环回路的蒸发器(4)、压缩机(1)、气冷器(2)以及节流装置(3)，所述气冷器(2)的一端具有冷水进水口(21)，另一端具有热水出水口(23)，其特征在于，还包括设置在所述蒸发器(4)底部的积水盘(6)以及设置在所述积水盘(6)中供冷媒流通的管路(7)，所述积水盘(6)连接有排水管(8)，所述管路(7)的一端与所述气冷器(2)的冷媒出口(22)相连接，另一端与所述节流装置(3)的输入端(31)相连接；所述管路(7)在所述积水盘(6)中呈U型布置；所述蒸发器(4)内部的冷媒管路呈U型并且呈横向布置，所述呈U型的管路(7)纵向布置并且与所述蒸发器(4)的冷媒管路交叉布置。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述空气源热泵热水器还包括回热器(9)，其中，所述气冷器(2)的所述冷媒出口(22)与所述回热器(9)的第一冷媒入口连接，所述节流装置(3)的所述输入端(31)与所述回热器的第一冷媒出口连接；所述蒸发器(4)的出气口与所述回热器(9)的第二冷媒入口连接，所述压缩机(1)的吸气口与所述回热器(9)的第二冷媒出口连接。

3.根据权利要求2所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述管路(7)的一端与所述气冷器(2)的冷媒出口(22)相连接，另一端与所述回热器(9)的第一冷媒入口连接。

4.根据权利要求2所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述压缩机(1)与所述蒸发器(4)之间通过第一电磁阀(12)设置有除霜管路(11)。

5.根据权利要求3或4所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述回热器(9)与所述压缩机(1)之间连接有气液分离器(10)。

6.根据权利要求5所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述节流装置(3)包括依次连接的过滤器(13)以及膨胀阀(14)。

7.根据权利要求6所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述气冷器(2)的所述冷水进水口(21)处设置有温度制水阀(15)。

8.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述冷媒为CO2制冷剂。

9.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述管路(7)上设置有第二电磁阀(18)。