CN103900247A - 即热式热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种即热式热水器，包括控制器、水路、热泵循环回路与旁通支路；水路依水流方向依次包括：进水口、加热部与出水口；热泵循环回路依冷媒方向依次包括：压缩机、加热冷凝器、第一节流装置、蒸发器，所述压缩机与控制器相连接，所述加热冷凝器与水路中的加热部热传导接触，所述旁通支路的一端连接于蒸发器与第一节流装置之间的循环回路上，另一端连接于加热冷凝器与压缩机之间的循环回路上，旁通支路设置有旁通阀门，所述旁通阀门与控制器控制连接；控制器用于，当压缩机关机时或关机后，开启旁通阀门。

Description

即热式热水器

技术领域

本发明涉及一种即热式热水器，也涉及一种利用热泵进行加热的热水器。

背景技术

通常即热式热水器又称为快速或、快热式热水器，其特点是：冷水过热水出，只要开启出水阀门，短时间内即能源源不断地供给热水，不用热水时，关上出水阀门切断水路即可在短时间内停止加热。目前的即热式热水器多为电加热式与燃气式。

电加热式即热式热水器的原理是用较大功率的电加热器对流经加热区域的冷水进行快速加热，使之迅速达到预定的使用温度，达到冷水进热水出的目的，由于其取消了储热式热水器上的储水装置（例如家用电热水器动储水装置的容积一般高达数十升），因此其体积小巧，安装方便。又由于其使用前无需将储水装置中的储存水加热到一定温度，用水量也不会受到存储水量与温度的限制，而可以即开即用，因此较之储热式热水器大为方便，而且其即开即用的特性，待机时无需对存储水进行加热保温，大大节约了能源消耗，更为节能环保。

但是电加热式即热热水器由于其功率较大，在某些电路环境下不具备安装条件，由于电加热的特点，其热量转换效率也不能令人满意。

燃气即热热水器使用范围也较为广泛，但是其所使用的燃气（天然气、液化石油气或水煤气等）为不可再生能源，因此对宝贵的自然资源是一种浪费，而且燃气式热水器由于燃烧不充分等原因，存在一氧化碳中毒等风险。

空气能热水器又称空气源热泵热水器是近年来异军突起的一种热水器类型，其原理是利用热水器中热泵中的冷媒把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，从而对水进行加热。由于采用热泵转移热量进行加热的方式，这种热水器具有高效节能的特点，有报道称其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍。

现有的空气能热水器采用的空气能热泵供热供暖系统一般由三部分组成，一是主机部分，二是水箱部分，三是供暖系统部分；对于家用型水箱来说，1、容量一般在150-320L，水箱体积庞大，安装时需占据很大一部分的建筑面积，即使有的水箱使用支架安装于墙外，由于水箱本身加水的重量，此类安装方式是相当危险的；2、水箱内胆本身所采用的材料及工艺，不管是不锈钢内胆还是搪瓷内胆，由于制造工艺的缺陷，水箱漏水是难以避免的；3、水箱内部的换热器一般采用铜管或者不锈钢管，在水质较差地区，换热管会被腐蚀并穿孔，导致冷媒泄漏，一旦发生泄漏，对于机组来说将是致命性的；4、主机与水箱之间需要连接管相连，这样很难避免安装时人为产生的冷媒泄漏现象；5、由于储水式热泵的特性，需将水温升至较高温度，并且所需时间较长，不能满足即时用水要求，并且到用水后期，水温波动较大，影响使用的舒适性；另外，冷凝温度的高低决定机组的能耗，传统带水箱的机组长期在高冷凝温度和高冷凝压力下运行，对压缩机的寿命将是一个很大的考验；6、采用储水式的水箱，用水时一般都需要混水，这样会出现几个问题，1）水箱里面的热水使用率不高；2）水箱在保温过程中，水温不可避免的出现下降，增加能耗；3）用户家装用水阀时，必定需要安装混水阀，增加材料成本。7、一般供暖系统采取水箱中的热量时，都需要在水箱内部安装一个换热盘管，与地暖盘管或者暖气片及循环水泵构成闭合回路，这样增加了水箱生产工艺的难度，也占据了水箱容积。

因此目前业内的各种热水器解决方案都有其难以克服的原理性缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型即热式热水器。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种即热式热水器，包括控制器、水路、热泵循环回路与旁通支路；

水路依水流方向依次包括：进水口、加热部与出水口；

热泵循环回路依冷媒方向依次包括：压缩机、加热冷凝器、第一节流装置、蒸发器，所述压缩机与控制器相连接，所述加热冷凝器与水路中的加热部热传导接触，

所述旁通支路的一端连接于蒸发器与第一节流装置之间的循环回路上，另一端连接于加热冷凝器与压缩机之间的循环回路上，旁通支路设置有旁通阀门，所述旁通阀门与控制器控制连接；

控制器用于，当压缩机关机时或关机后，开启旁通阀门。

其中，所述控制器还用于，当压缩机开启且需要加热冷凝器对加热部加热时，关闭旁通阀门。

其中，所述旁通支路还包括与旁通阀门连接的第二节流装置。

其中，所述第一节流装置与第二节流装置为毛细管或膨胀阀。

其中，所述热泵循环回路的数量为2个以上；

所述控制器还用于：对压缩机的状态进行判断并开启或关闭压缩机，所述对压缩机的状态进行判断为：若压缩机处于未运行状态，且距离上次关机的时间间隔大于预设值，则判断该压缩机为待用压缩机，否则判断该压缩机为非待用压缩机；控制器开启压缩机时，在待用压缩机中选择压缩机开启。

其中，所述热泵循环回路包括卸压冷凝器，所述加热冷凝器与卸压冷凝器在热泵循环回路中并联设置，在加热冷凝器所在的支路设有加热冷凝器阀门，在卸压冷凝器所在的支路设有卸压冷凝器阀门，所述加热冷凝器阀门与卸压冷凝器阀门与控制器控制连接；

所述控制器还用于控制压缩机、加热冷凝器阀门与卸压冷凝器阀门的开启与关闭，当热水器供应热水时，保持加热冷凝器阀门开启；当需要关闭压缩机时，判断压缩机的运行时间是否大于预设时间，若是，则关闭压缩机；若否，则关闭加热冷凝器阀门，开启卸压冷凝器阀门，使压缩机继续运行至预设时间再关闭压缩机。

其中，即热式热水器还包括热水器外壳，所述控制器、热泵循环回路、旁通支路与加热部设置于热水器外壳内。

本发明的即热式热水器与储热式热泵热水器不同，储水式热泵热水器大部分时间处于静态加热，因此热泵系统工作时，大部分时间处于较高的冷凝温度（或冷凝压力），而本文所述的即热式热水器，用水时采用动态加热方式，工作时冷凝温度（或冷凝压力）较低，因此热泵效率更高，热泵系统运行不会太恶劣，压缩机的寿命更长。

但是由于即热式热水器使用过程中不可避免地需要频频开关，而以热泵循环来提供热源的空气能热水器，停机后的热泵循环回路中的冷媒流体需要一定的时间来达到压力平衡，如果回路中冷媒流体的压力尚未达到平衡，此时又迅速开启压缩机对设备伤害很大，而且工作效果不佳。因此本发明设置了旁通支路，所述旁通支路的一端连接于蒸发器与第一节流装置之间的循环回路上，另一端连接于加热冷凝器与压缩机之间的循环回路上，旁通回路设有旁通阀门，旁通阀门受控制器控制，当压缩机关机时或关机后，开启旁通阀门，此时，热泵循环回路的冷媒流体，可以藉由旁通支路导通，更快地达到压力平衡，以便于缩短开关机的间隔时间。

附图说明

图1为本发明具体实施方式结构模块示意图1；

图2为本发明具体实施方式结构模块示意图2；

图3为本发明具体实施方式结构示意图1；

图4为本发明具体实施方式结构示意图2；

图5为本发明具体实施方式产品的结构示意图。

标号说明：

6、进水口，4、加热部，5、出水口，100a、第一节流装置，

1a、压缩机，3a、加热冷凝器，13a、加热冷凝器阀门，3c、卸压冷凝器，14a、卸压冷凝器阀门，10a、过滤器，11a、膨胀阀，2a、蒸发器，9a、气液分离器，20a、毛细管，21a、旁通阀门，

1b、压缩机，3b、加热冷凝器，13b、加热冷凝器阀门，3d、卸压冷凝器，14b、卸压冷凝器阀门，10b、过滤器，11b、毛细管，2b、蒸发器

14、电机，15、风叶，

201、花洒，202、浴缸203、出水阀门，204、进水阀门，

101、板式换热器，102、方向箭头，103、方向箭头，104、方向箭头，105、方向箭头。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1、图3本实施方式的即热式热水器，包括控制器、水路、热泵循环回路与旁通支路；

水路依水流方向依次包括：进水口6、加热部4与出水口5；如图3、4所示的实施例中，水路进水口6与进水阀门204相连接，出水口5与出水阀门203相连接，出水阀门可以与花洒201或浴缸202等外部用水部件连接。

热泵循环回路依冷媒方向依次包括：压缩机1a、加热冷凝器3a、第一节流装置100a、蒸发器2a，所述压缩机1a与控制器相连接，所述加热冷凝器3a与水路中的加热部4热传导接触。

第一节流装置100a可以如图3、4所述，为毛细管11b或膨胀阀11a。

冷凝器与加热部的热传导接触，可以将冷凝器置于加热部中，直接与加热部内空间中的水通过热传导进行热交换；也可以将冷凝器贴附设置于加热部管路或容器的外壁上，依靠管路与外壁的热传导进行热交换，可以是平板换热器，也可以是盘管换热器。

所述旁通支路的一端连接于蒸发器2a与第一节流装置100a之间的循环回路上，另一端连接于加热冷凝器3a与压缩机1a之间的循环回路上，旁通支路设置有旁通阀门21a，所述旁通阀门21a与控制器控制连接；

控制器用于，当压缩机关机时或关机后，开启旁通阀门。

某些实施例中，当压缩机开启且需要加热冷凝器对加热部加热时，控制器关闭旁通阀门21a。关闭旁通阀门21a，可以使热量更集中。当然在另一些实施例中，如果需要，也可以在加热时，由于进水温度偏高，热水需求量少等原因不需要过多热量，由控制器发出指令，开启或部分开启旁通阀门21a，卸载一部分热量。

在某些实施例中，所述旁通支路还包括与旁通阀门连接的第二节流装置。例如图3、4中所述毛细管20a，在另一些实施例中，可以为膨胀阀。

为了便于切换，适应快速开关的热水器使用情况，某些实施例中所述热泵循环回路的数量为2个以上；所述控制器还用于：对压缩机的状态进行判断并开启或关闭压缩机，所述对压缩机的状态进行判断为：若压缩机处于未运行状态，且距离上次关机的时间间隔大于预设值，则判断该压缩机为待用压缩机，否则判断该压缩机为非待用压缩机；控制器开启压缩机时，在待用压缩机中选择压缩机开启。

如图2所示，某些实施例中热泵循环回路包括卸压冷凝器3c，所述加热冷凝器3a与卸压冷凝器14a在热泵循环回路中并联设置，在加热冷凝器所在的支路设有加热冷凝器阀门13a，以及第一节流装置（图2所示实施例为膨胀阀11a），在卸压冷凝器所在的支路设有卸压冷凝器阀门14a，以及作为节流装置的毛细管100b，所述加热冷凝器阀门13a与卸压冷凝器阀门14a与控制器控制连接；所述控制器还用于，控制压缩机、加热冷凝器阀门与卸压冷凝器阀门的开启与关闭，当热水器供应热水时，保持加热冷凝器阀门开启；当需要关闭压缩机时，判断压缩机的运行时间是否大于预设时间，若是，则关闭压缩机；若否，则关闭加热冷凝器阀门，开启卸压冷凝器阀门，使压缩机继续运行至预设时间再关闭压缩机。

例如图4所示的即热式热水器结构，其设置了两个热泵循环回路，第一循环回路包括：压缩机1a、加热冷凝器3a、加热冷凝器阀门13a、卸压冷凝器3c、卸压冷凝器阀门14a、过滤器10a、膨胀阀11a、蒸发器2a，气液分离器9a，与之对应的，第二循环回路包括了：压缩机1b、加热冷凝器3b、加热冷凝器阀门13b、卸压冷凝器3d、卸压冷凝器阀门14b、过滤器10b、毛细管11b、蒸发器2b。

因为热水器在使用时，经常遇到开启水路或关闭水路，频频切换通水状态的问题，而即热式热水器与储热式热水器不同，不具备大容量的储水装置，因此即热式热水器的加热装置经常需要频频开启或关闭，而以热泵循环来提供热源的空气能热水器，关机后的热泵循环回路中的冷媒流体需要一定的时间来达到压力平衡，如果回路中冷媒流体的压力尚未达到平衡，此时又迅速开启压缩机对设备伤害很大，而且工作效果不佳。本发明的即热式热水器设置了2个以上的热泵循环回路，当需要开启压缩机时，需要先对压缩机状态进行判断，如果压缩机刚刚关机，其关机时间距现在尚未达到预设的时间，那么该压缩机为非待用压缩机，控制器不会选择开启该压缩机，只有不处于工作状态的且距离上次关机的时间间隔大于预设值（或者是大于或等于预设值）的压缩机，才是待用压缩机，也就是备选的可以开启的压缩机。这样本发明通过设置多个热泵循环回路以及是否为待用压缩机的判断机制，解决了即热式热水器需要实时供应热水，又可以解决热水供应状态切换时压缩机频频开关对设备的损害问题。

本实施例的即热式热水器与储热式热泵热水器不同，储水式热泵热水器大部分时间处于静态加热，因此热泵系统工作时，大部分时间处于较高的冷凝温度（或冷凝压力），而本文所述的即热式热水器，用水时采用动态加热方式，工作时冷凝温度（或冷凝压力）较低，因此热泵效率更高，热泵系统运行不会太恶劣，压缩机的寿命更长。

压缩机开启瞬间，压缩机里面的冷冻机油较大部分会随着冷媒一起排出压缩机，如果在冷媒系统还没有完成多个循环时停机，冷冻机油将会停留在系统管路及冷凝器和蒸发器中，这样，如果下次压缩机启动的时候，压缩机里面的机油较少，会降低对压缩机的润滑作用，如果长期这样启动运行，将对压缩机的寿命产生影响。

压缩机开启瞬间，压缩机里面的冷冻机油较大部分会随着冷媒一起排出压缩机，如果在冷媒系统还没有完成多个循环时停机，冷冻机油将会停留在系统管路及冷凝器和蒸发器中，这样，如果下次压缩机启动的时候，压缩机里面的机油较少，会降低对压缩机的润滑作用，如果长期这样启动运行，将对压缩机的寿命产生影响。为了解决机组短时间运行所引起的回油问题,我们通过卸压冷凝器支路来适当延长机组的运行时间,从而达到回油的目的。

实施例中所述控制连接是指控制器与被控制的部件处于这样一种连接关系之中：控制器发出的控制信号可以使被控制的部件完成控制信号所对应的动作。其机械连接或电气连接关系可以是直接的，也可以是间接的，例如，控制器可以直接发出电信号控制电磁阀的开启和关闭，但控制器也可以通过电信号先控制气泵，进而气泵通过气压控制气动阀的开启和关闭。

因为热水器在使用时，经常遇到开启水路或关闭水路，频频切换通水状态的问题，而即热式热水器与储热式热水器不同，不具备大容量的储水装置，因此即热式热水器的加热装置经常需要频频开启或关闭，而以热泵循环来提供热源的空气能热水器，停机后的热泵循环回路中的冷媒流体需要一定的时间来达到压力平衡，如果回路中冷媒流体的压力尚未达到平衡时，发出压缩机开机命令，会造成两种结果：1）压缩机不能及时开机，这样会造成整机的加热量滞后，不能使水温迅速达到设定值；2）压缩机能开机，由于压缩机高、低压力未充分平衡，这样对压缩机寿命会有影响。本发明的即热式热水器通过在热泵循环回路中冷凝器的部分设置并联的加热冷凝器与卸压冷凝器，分别设置阀门以控制两条支路的联通状态。热水器正常供应热水时，加热冷凝器所在支路处于开启状态，使高温高压的冷媒冷凝，对水路加热部供热。当压缩机持续工作时间不足，但又不需要供应热水时，通过关闭加热冷凝器所在支路，来停止加热冷凝器对水路加热部的供热，同时开启卸压冷凝器使热泵循环得以继续循环，直至到达预设的工作时间再关闭压缩机，这样避免了压缩机急停对设备的伤害。

某些实施例中，热水器还包括热水器外壳，所述控制器、热泵循环回路、旁通支路与加热部设置于热水器外壳内。

因为热泵循环回路、旁通支路与加热部均位于外壳内，因此可以在蒸发器2a与第一节流装置100a之间的循环回路，以及加热冷凝器3a与压缩机1之间的循环回路上寻找两个实际管路中距离较近的两个点设置旁通回路，这样较短的旁通回路可以让冷媒更快地通过旁通达到压力平衡。如图5所示，加热部与加热冷凝器集成于板式换热器101中，方向箭头102指示了来自压缩机的冷媒进入板式换热器101的流向，方向箭头103指示了冷媒自板式换热器流出，经过过滤器10a，膨胀阀11a，进入蒸发器的流向，方向箭头104指示了水流进入板式换热器的方向，方向箭头105指示了水流加热后流出板式换热器的方向。旁通支路一端设置于加热冷凝器阀门13a前，另一端设置于膨胀阀11a后，采用较短的管路长度联通了热泵回路上的上述两处，使冷媒在旁通阀门21a打开后，更快地通过毛细管20a相连通，达到管路压力平衡。

如果像其他的热泵回路，例如分体式空调，由于室内机与室外机上分别设置蒸发器与冷凝器，若要设置旁通支路，距离较长，不如本实施例效果良好。

在实施例中，为了增强蒸发器的热交换效果，设置了由电机14带动的风叶15对其吹风，加强对流。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种即热式热水器，其特征在于，包括控制器、水路、热泵循环回路与旁通支路；

水路依水流方向依次包括：进水口、加热部与出水口；

热泵循环回路依冷媒方向依次包括：压缩机、加热冷凝器、第一节流装置、蒸发器，所述压缩机与控制器相连接，所述加热冷凝器与水路中的加热部热传导接触，

所述旁通支路的一端连接于蒸发器与第一节流装置之间的循环回路上，另一端连接于加热冷凝器与压缩机之间的循环回路上，旁通支路设置有旁通阀门，所述旁通阀门与控制器控制连接；

控制器用于，当压缩机关机时或关机后，开启旁通阀门。

2.根据权利要求1所述的即热式热水器，其特征在于，所述控制器还用于，当压缩机开启且需要加热冷凝器对加热部加热时，关闭旁通阀门。

3.根据权利要求1所述的即热式热水器，其特征在于，所述旁通支路还包括与旁通阀门连接的第二节流装置。

4.根据权利要求3所述的即热式热水器，其特征在于，所述第一节流装置与第二节流装置为毛细管或膨胀阀。

5.根据权利要求1所述的即热式热水器，其特征在于，所述热泵循环回路的数量为2个以上；

所述控制器还用于：对压缩机的状态进行判断并开启或关闭压缩机，所述对压缩机的状态进行判断为：若压缩机处于未运行状态，且距离上次关机的时间间隔大于预设值，则判断该压缩机为待用压缩机，否则判断该压缩机为非待用压缩机；并在需要开启压缩机时，在待用压缩机中选择压缩机开启。

6.根据权利要求1所述的即热式热水器，其特征在于，所述热泵循环回路包括卸压冷凝器，所述加热冷凝器与卸压冷凝器在热泵循环回路中并联设置，在加热冷凝器所在的支路设有加热冷凝器阀门，在卸压冷凝器所在的支路设有卸压冷凝器阀门，所述加热冷凝器阀门与卸压冷凝器阀门与控制器控制连接；

所述控制器还用于控制压缩机、加热冷凝器阀门与卸压冷凝器阀门的开启与关闭，当热水器供应热水时，保持加热冷凝器阀门开启；当需要关闭压缩机时，判断压缩机的运行时间是否大于预设时间，若是，则关闭压缩机；若否，则关闭加热冷凝器阀门，开启卸压冷凝器阀门，使压缩机继续运行至预设时间再关闭压缩机。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的即热式热水器，其特征在于，还包括热水器外壳，所述控制器、热泵循环回路、旁通支路与加热部设置于热水器外壳内。

Images