CN103697588B - 一种低温蓄水的双能热泵热水器及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种低温蓄水的双能热泵热水器及其实现方法，结构如下：冷水补充初始管路（5）连至空气源热泵（4），冷水经空气源热泵（4）加热后由冷水回水补充管路（7）引出并穿过所述感温探头（6）进入水箱（1）；水箱（1）引出一设置有电磁阀（8）的第一热水供给管路（9），水箱（1）还引出一依次连接有循环泵（3）、空气源热泵（4）的第二热水供给管路（10），第一热水供给管路（9）与第二热水供给管路（10）汇合后经加压泵（2）连接至用水端（11）。本发明降低了水箱蓄水温度的要求；同时，采用主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器的三重加热方式，降低了主热交换器的工作过负荷，有利于延长空气源热泵的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及热泵热水器技术领域，具体是指一种低温蓄水的双能热泵热水器及其实现方法。
背景技术
目前，由空气源热泵与热水箱组成的空气源热泵热水器被广泛的应用。空气源热泵与水箱之间通过一循环泵实现从水箱抽出冷水至热泵进行加热。空气源热泵主要包括外壳以及固设在外壳内部的水热交换器、压缩机、气液分离器、蒸发器、膨胀器、干燥过滤器。其中，水热交换器多采用套管式换热器，在套管式换热器中，一种流体(常见为水)走管内，另一种流体(常见为冷媒)走环隙。上述空气源热泵热水器的工作原理如下：当水箱中缺水时，冷水直接补充进水箱，当水箱中水温未达到预设温度需要加热时，水箱中的冷水经循环泵进入空气源热泵的水热交换器，压缩机在电能输入后获得驱动力，冷媒通过蒸发器吸收空气中的低温热气化、经气液分离器后经过压缩机处理后变为高温冷媒；高温冷媒通过空气源热泵的总冷媒出口输送到套管式换热器的冷媒管中，高温冷媒通过热传递，加热位于套管内部的水；最后，被加热的水由输送管道灌至热水箱内，而从套管式换热器输出的低温冷媒以此通过干燥过滤器、膨胀器获得循环使用；在用水时，水路连接于水箱的供水泵加压运行，从水箱中引出热水至用水端，从供水泵引出的热水，除了引出至用水端外，还通过管路将回水补充回水箱中。
上述空气源热泵热水器为单循环高温蓄热的直热式热水器，存在以下不足：
1、首先，加热方式为单一的由空气源热泵从水箱抽水进行加热后直接回流至水箱中，用水时，供水泵加压直接将水箱中的热水输出至用水端，由于供水管路通常较长，热水从水箱引出至用水端的这段管路会造成水温降低，因在这段用水管路中缺乏温度补给，这就使得水箱中的热水需要长期达到较高的储存温度。物理原理上，同样的温升值，初始水温越高，空气源热泵的耗电量就越大，空气源热泵的冷冻能力就越小，所以，现有的直热式单循环高温蓄热的方式，空气源热泵的热交换效率低，而水箱中长期的高温蓄水因与环境温度温差较大，热量损耗也大。
2、当水箱缺水时，冷水是直接补入水箱的，由此导致水箱中原有的热水温度下达幅度较大，在本热水器仅采用空气源热泵进行单一加热的情况下，导致水箱中的水需要更长时间方可达到出水需求值。
3、由于本热水器采用单一的空气源热泵进行加热，空气源热泵长期处于负荷的工作状态下，使用寿命偏低。
4、供水泵引出的水流热水直接补充进水箱，因热水回水管路通常具有较长的水路，温度下降幅度大。
综上所述，现有的空气源热泵热水器由于采用单循环高温蓄热的直热式技术方案，水箱蓄热温度要求高，水箱热水热量损耗大，热交换效率低，冷水直接补进水箱造成温度降幅大，回水热水降温幅度大，设备使用寿命低。因此，如何提高热泵热水器的热交换效率，充分利用冷媒的热量用于对回水和冷水进行加热、降低水箱蓄水温度是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种低温蓄水的双能热泵热水器及其实现方法，本发明中，冷水补充首先经空气源热泵(4)进行加热后方进入水箱(1)，用水端(11)需要供水时，供水热水源由两条热水供给管路汇聚组成，第一条热水供给管路(9)是从水箱(1)直接引出热水，第二热水供给管路(10)是从水箱(1)中引出热水，经空气源热泵(4)加热后与第一条热水供给管路(9)汇合方引出至用水端(11)，降低了水箱蓄水温度，从而也降低了水箱热水热量损耗，提高热交换效率，冷水补进水箱造成的温度降幅小。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低温蓄水的双能热泵热水器，包括水箱(1)、加压泵(2)、循环泵(3)以及空气源热泵(4)，其中，冷水补充初始管路(5)连至空气源热泵(4)，在水箱(1)侧壁上设置有一与空气源热泵(4)电连接的感温探头(6)，冷水补充初始管路(5)中的冷水经空气源热泵(4)加热后由冷水回水补充管路(7)引出并穿过所述感温探头(6)进入水箱(1)；所述水箱(1)引出一设置有电磁阀(8)的第一热水供给管路(9)，水箱(1)还引出一依次连接有循环泵(3)、空气源热泵(4)的第二热水供给管路(10)，第一热水供给管路(9)与第二热水供给管路(10)汇合后经加压泵(2)连接至用水端(11)。
优选的，从所述加压泵(2)引出的热水水路除了接至用水端(11)外，还引出一回水管路(12)，所述回水管路(12)接入所述空气源热泵(4)，回水管路(12)中的回水经空气源热泵(4)加热后引出至所述冷水回水补充管路(7)。优选的，所述空气源热泵(4)中的水热交换器包括主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器，主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器均设置有换热套管，且主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器中的换热套管中的冷媒管相通，所述主热交换器的水输入端(13)与循环泵(3)连接，水输出端(14)接入第二热水供给管路(10)；所述第一辅助热交换器的水输入端(15)与冷水补充初始管路(5)连接，第一辅助热交换器的水输出端(16)经两级辅助热交换器的中间管路(17)接入第二辅助热交换器的水输入端(18)，第二辅助热交换器的水输出端(19)接入冷水回水补充管路(7)；所述回水管路(12)接入第二辅助热交换器的水输入端(18)。
为节约管路铺设成本，所述回水管路(12)与两级辅助热交换器的中间管路(17)汇合后接入第二辅助热交换器的水输入端(18)。
上述低温蓄水的双能热泵热水器的实现方法如下：
1、空气源热泵(4)实时采集设置于水箱(1)中的水位感应器所感应到的水箱(1)水位信息，当水位感应器感应到的水位信息低于空气源热泵(4)的预设水位阀值时，冷水依次经冷水补充初始管路(5)、第一辅助热交换器、两级辅助热交换器的中间管路(17)、第二辅助热交换器、冷水回水补充管路(7)到达感温探头(6)，当感温探头(6)探测到的冷水回水补充管路(7)中的水温低于空气源热泵主机的预设温度时，空气源热泵(4)启动，冷水经冷水补充初始管路(5)依次由第一辅助热交换器、第二辅助热交换器加热后进入水箱(1)；
2、当用水端(11)打开，需要用水时，加压泵(2)启动，电磁阀(8)打开，从水箱(1)流出的热水经第一热水供给管路(9)经加压泵(2)流至用水端(11)，同时，回水管路(12)中的回水依次经第二辅助热交换器、冷水回水补充管路(7)循环回水箱(1)内，当感温探头(6)探测到的水箱内水温低于空气源热泵主机的预设温度时，循环泵(3)及空气源热泵(4)启动，回水管路(12)中的回水依次经第二辅助热交换器加热后由冷水回水补充管路(7)循环回水箱(1)内，水箱(1)中引出至水输入端(13)的水经主热交换器加热后，从水输出端(14)接入第二热水供给管路(10)，第二热水供给管路(10)与第一热水供给管路(9)汇合后输出用水端(11)，以此实现了回水温度加热及水箱直排热水与经主热交换器加热后的热水汇合供水。
上述方法中，所述预设的水位阀值及预设的水温阀值，可依据季节、环境温度及具体用户的需求进行调整。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
本发明中，冷水补充首先经过温度探测是否达到预设阀值，如未达到预设阀值，则由第一辅助热交换器和第二辅助热交换器进行两级加热后方补充进入水箱(1)，水箱(1)出水时，如温度过低，可采用循环泵(3)将水箱(1)中的水引出至主热交换器进行加热后，与从水箱(1)中直接引出的热水汇合后方供给至用水端(1)，从而降低了水箱(1)蓄水温度的要求；同时，本发明采用主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器的三重加热方式，降低了主热交换器的工作过负荷，有利于延长空气源热泵(4)的使用寿命。
附图说明
图1为本发明低温蓄水的双能热泵热水器的结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种低温蓄水的双能热泵热水器，包括水箱(1)、加压泵(2)、循环泵(3)以及空气源热泵(4)，其中，冷水补充初始管路(5)连至空气源热泵(4)，在水箱(1)侧壁上设置有一与空气源热泵(4)电连接的感温探头(6)，冷水补充初始管路(5)中的冷水经空气源热泵(4)加热后由冷水回水补充管路(7)引出并穿过所述感温探头(6)进入水箱(1)；所述水箱(1)引出一设置有电磁阀(8)的第一热水供给管路(9)，水箱(1)还引出一依次连接有循环泵(3)、空气源热泵(4)的第二热水供给管路(10)，第一热水供给管路(9)与第二热水供给管路(10)汇合后经加压泵(2)连接至用水端(11)。
从所述加压泵(2)引出的热水水路除了接至用水端(11)外，还引出一回水管路(12)，所述回水管路(12)接入所述空气源热泵(4)，回水管路(12)中的回水经空气源热泵(4)加热后引出至所述冷水回水补充管路(7)。
所述空气源热泵(4)中的水热交换器包括主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器，主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器均设置有换热套管，且主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器中的换热套管中的冷媒管相通，所述主热交换器的水输入端(13)与循环泵(3)连接，水输出端(14)接入第二热水供给管路(10)；所述第一辅助热交换器的水输入端(15)与冷水补充初始管路(5)连接，第一辅助热交换器的水输出端(16)经两级辅助热交换器的中间管路(17)接入第二辅助热交换器的水输入端(18)，第二辅助热交换器的水输出端(19)接入冷水回水补充管路(7)；所述回水管路(12)接入第二辅助热交换器的水输入端(18)
为节约管路铺设成本，所述回水管路(12)与两级辅助热交换器的中间管路(17)汇合后接入第二辅助热交换器的水输入端(18)。
上述低温蓄水的双能热泵热水器的实现方法如下：
1、空气源热泵(4)实时采集设置于水箱中的水位感应器所感应到的水箱(1)水位信息，当水位感应器感应到的水位信息低于空气源热泵(4)的预设水位阀值时，冷水依次经冷水补充初始管路(5)、第一辅助热交换器、两级辅助热交换器的中间管路(17)、第二辅助热交换器、冷水回水补充管路(7)到达感温探头(6)，当感温探头(6)探测到的冷水回水补充管路(7)中的水温低于空气源热泵主机的预设温度时，空气源热泵(4)启动，冷水经冷水补充初始管路(5)依次由第一辅助热交换器、第二辅助热交换器加热后进入水箱(1)；
2、当用水端(11)打开，需要用水时，加压泵(2)启动，电磁阀(8)打开，从水箱(1)流出的热水经第一热水供给管路(9)经加压泵(2)流至用水端(11)，同时，回水管路(12)中的回水依次经第二辅助热交换器、冷水回水补充管路(7)循环回水箱(1)内，当感温探头(6)探测到的水箱内水温低于空气源热泵主机的预设温度时，循环泵(3)及空气源热泵(4)启动，回水管路(12)中的回水依次经第二辅助热交换器加热后由冷水回水补充管路(7)循环回水箱(1)内，水箱(1)中引出至水输入端(13)的水经主热交换器加热后，从水输出端(14)接入第二热水供给管路(10)，第二热水供给管路(10)与第一热水供给管路(9)汇合后输出用水端(11)，以此实现了回水温度加热及水箱直排热水与经主热交换器加热后的热水汇合供水。
上述方法中，所述预设的水位阀值及预设的水温阀值，可依据季节、环境温度及具体用户的需求进行调整。
上述实施例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，其他的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 (4)
1.一种低温蓄水的双能热泵热水器，其特征在于，包括水箱(1)、加压泵(2)、循环泵(3)以及空气源热泵(4)，其中，冷水补充初始管路(5)连至空气源热泵(4)，在水箱(1)侧壁上设置有一与空气源热泵(4)电连接的感温探头(6)，冷水补充初始管路(5)中的冷水经空气源热泵(4)加热后由冷水回水补充管路(7)引出并穿过所述感温探头(6)进入水箱(1)；所述水箱(1)引出一设置有电磁阀(8)的第一热水供给管路(9)，水箱(1)还引出一依次连接有循环泵(3)、空气源热泵(4)的第二热水供给管路(10)，第一热水供给管路(9)与第二热水供给管路(10)汇合后经加压泵(2)连接至用水端(11)；
从所述加压泵(2)引出的热水水路除了接至用水端(11)外，还引出一回水管路(12)，所述回水管路(12)接入所述空气源热泵(4)，回水管路(12)中的回水经空气源热泵(4)加热后引出至所述冷水回水补充管路(7)；
所述空气源热泵(4)中的水热交换器包括主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器，主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器均设置有换热套管，且主热交换器、第一辅助热交换器和第二辅助热交换器中的换热套管中的冷媒管相通，所述主热交换器的水输入端(13)与循环泵(3)连接，水输出端(14)接入第二热水供给管路(10)；所述第一辅助热交换器的水输入端(15)与冷水补充初始管路(5)连接，第一辅助热交换器的水输出端(16)经两级辅助热交换器的中间管路(17)接入第二辅助热交换器的水输入端(18)，第二辅助热交换器的水输出端(19)接入冷水回水补充管路(7)；所述回水管路(12)接入第二辅助热交换器的水输入端(18)。
2.根据权利要求1所述的低温蓄水的双能热泵热水器，其特征在于：所述回水管路(12)与两级辅助热交换器的中间管路(17)汇合后接入第二辅助热交换器的水输入端(18)。
3.根据权利要求2所述的低温蓄水的双能热泵热水器的实现方法，其特征在于，如下：
1、空气源热泵(4)实时采集设置于水箱中的水位感应器所感应到的水箱(1) 水位信息，当水位感应器感应到的水位信息低于空气源热泵(4)的预设水位阀值时，冷水依次经冷水补充初始管路(5)、第一辅助热交换器、两级辅助热交换器的中间管路(17)、第二辅助热交换器、冷水回水补充管路(7)到达感温探头(6)，当感温探头(6)探测到的冷水回水补充管路(7)中的水温低于空气源热泵主机的预设温度时，空气源热泵(4)启动，冷水经冷水补充初始管路(5)依次由第一辅助热交换器、第二辅助热交换器加热后进入水箱(1)；
2、当用水端(11)打开，需要用水时，加压泵(2)启动，电磁阀(8)打开，从水箱(1)流出的热水经第一热水供给管路(9)经加压泵(2)流至用水端(11)，同时，回水管路(12)中的回水依次经第二辅助热交换器、冷水回水补充管路(7)循环回水箱(1)内，当感温探头(6)探测到的水箱内水温低于空气源热泵主机的预设温度时，循环泵(3)及空气源热泵(4)启动，回水管路(12)中的回水依次经第二辅助热交换器加热后由冷水回水补充管路(7)循环回水箱(1)内，水箱(1)中引出至水输入端(13)的水经主热交换器加热后，从水输出端(14)接入第二热水供给管路(10)，第二热水供给管路(10)与第一热水供给管路(9)汇合后输出用水端(11)，以此实现了回水温度加热及水箱直排热水与经主热交换器加热后的热水汇合供水。
4.根据权利要求3所述的低温蓄水的双能热泵热水器的实现方法，其特征在于：所述预设的水位阀值及预设的水温阀值，依据季节、环境温度及具体用户的需求进行调整。
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