CN103900253A - 即开即用式空气能热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种即开即用式空气能热泵热水器，包括壳体、设置于壳体内的制冷剂循环回路和水箱，所述制冷剂循环回路包括依次通过管路连接形成回路的压缩机、冷凝器、节流设备和蒸发器，所述冷凝器置于所述水箱内；所述热水器还包括与所述水箱连接的水路管路件，所述水路管路件包括进水管路和出水管路，所述出水管路上还设有电加热模块和水流量调节阀；所述压缩机、电加热模块及水流量调节阀连接至控制模块，所述控制模块根据水温综合判定，控制所述压缩机、电加热模块及水流量调节阀的工作状态。本发明的热水器内置小容量水箱，节省安装空间，减少连接管，降低泄漏几率；热水器即开即用，恒温出水，使用方便。

Description

即开即用式空气能热泵热水器及其控制方法

技术领域

本发明涉及空气能热泵热水器领域，尤其涉及一种即开即用式空气能热泵热水器及其控制方法。

背景技术

传统的空气能热泵热水器一般由两部分组成，一是主机部分，另外是水箱部分；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。

发明内容

针对上述技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种内置水箱即开即用式恒温空气能热泵热水器，从而克服以上技术缺陷，大大提高用水的舒适度和机组的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种即开即用式空气能热泵热水器，包括壳体、设置于壳体内的制冷剂循环回路和水箱，所述制冷剂循环回路包括依次通过管路连接形成回路的压缩机、冷凝器、节流设备和蒸发器，所述冷凝器置于所述水箱内；所述热水器还包括与所述水箱连接的水路管路件，所述水路管路件包括进水管路和出水管路，所述出水管路上还设有电加热模块和水流量调节阀；所述压缩机、电加热模块及水流量调节阀连接至控制模块，所述控制模块根据水温综合判定，控制所述压缩机、电加热模块及水流量调节阀的工作状态。

其中，所述水箱外表面包裹有锡箔加热带，所述锡箔纸加热带受控于所述控制模块。

其中，所述制冷剂循环回路还设置有卸压支路，所述卸压支路包括电磁阀、卸压冷凝器和卸压节流装置，所述压缩机的排气口依次经所述电磁阀、卸压冷凝器和卸压节流装置连接所述蒸发器的进口，所述电磁阀受控于所述控制模块，用于截止或导通所述卸压支路。

其中，所述出水管路上还设有电动混水阀，所述进水管路上设有一旁通管路连接至所述电动混水阀，所述电动混水阀受控于所述控制模块。

其中，所述制冷剂循环回路还设置有除霜支路，所述除霜支路包括电磁阀和除霜毛细管，所述压缩机的排气口依次经所述电磁阀和除霜毛细管连接所述蒸发器的进口，所述电磁阀受控于所述控制模块，在蒸发器需要除霜时，由控制模块控制电磁阀导通所述除霜支路。

其中，所述冷凝器采用钛管制作而成。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种如上所述即开即用式空气能热泵热水器的控制方法，包括：

检测水箱内水温，当水温低于设定的压缩机启动温度时，启动压缩机；

检测压缩机启动后的出水温度能否达到设定温度，若不能达到，则根据进出水温差及水流量判断需要的电加热功率，控制电加热模块输出相应的功率；

当压缩机和电加热模块均为全功率输出且出水温度还未达到设定温度时，控制水流量调节阀调节水流量，使出水温度保持在设定温度。

其中，所述水箱外表面包裹有锡箔加热带，所述方法还包括：检测环境温度和水箱内水温，判断是否需要开启锡箔加热带并在需要时开启锡箔加热带。

其中，所述制冷剂循环回路还设置有卸压支路，所述卸压支路中设有电磁阀，所述方法还包括：压缩机开启后出水温度高于设定温度时，控制电磁阀开启卸压支路，使压缩机依次经一卸压冷凝器和一卸压节流装置后进入蒸发器；检测出水温度，当出水温度低于设定温度时，控制电加热模块输出所需要的电加热功率以保持出水温度的恒定。

其中，所述出水管路上还设有一电动混水阀，所述进水管路上设有一旁通管路连接至所述电动混水阀，所述方法还包括：压缩机开启后出水温度高于设定温度时，控制电动混水阀开启旁通管路，使进水管路的水经旁通管路进入出水管路。

本发明的有益效果是：采用本发明技术方案的优点在于：1、采用水箱内置设计，节省安装空间，安装方便和使用安全；2、由于内置水箱容量小，一般只有15L左右，焊接及加工工艺很容易保证，并且对于整体水箱的检漏工作量也相对很少，因此基本上可以杜绝水箱发生漏水的现象；3、水箱与制冷剂循环回路置于一个壳体中，减少了使用连接管的环节，极大地降低了冷媒泄漏的机率；4、采用内置小水箱设计，解决压缩机在休停期间，可以保证持续用水需求；水箱本身容量很小，不会存在热水使用率低的问题，另外可以降低用户阀类的使用成本；5、本方案所设计的机组，可以做到即开即用，省掉等待用水的时间，保证恒温出水，提高用水的舒适性，并且可以保证用水的可持续性；机组在此用水情况下，能效更高，更节能，有利于热泵机组安全稳定地运行，从而保障机组的使用寿命。6、热泵部分和电加热部分互相独立，其中一个出现故障时，只要不是公共信号故障，均可以单独运行，从而满足机组在出现部分故障时的用水需求。

附图说明

图1是本发明第一实施例的热水器结构示意图；

图2是本发明第一实施例中电加热模块的结构示意图；

图3是本发明第二实施例的热水器结构示意图。

标号说明：

1、压缩机；2、电磁阀；3、锡箔加热带；4、水箱；5、水流量计；6、水流量调节阀；7、电加热模块；71、发热体组件出水管；72、发热体组件；73、温控器；74、箱体；75、温控器；76、端子台；77、可控硅组件；78、发热体组件进水管；8、水流开关；9、气液分离器；10、过滤器；11、膨胀阀；12、电磁阀；13、除霜毛细管；14、电磁阀；15、电机；16、风叶；17、卸压毛细管；18、蒸发器；19、卸压冷凝器；20、电动混水阀。

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予以说明。

请参阅图1，本实施例中，压缩机1、冷凝器（置于水箱4中，图中未示出）、过滤器10、膨胀阀11、蒸发器18、气液分离器9依次通过管路连接形成制冷剂循环回路，其中过滤器10起到过滤制冷剂的作用，膨胀阀11为节流部件，亦可替换为毛细管，气液分离器9起到分离液态制冷剂与气态制冷剂的作用，防止液态制冷剂进入压缩机1，对压缩机1的部件造成损害，若压缩机1本身带有气液分离部件时，亦可不设置单独的气液分离器。蒸发器18内的制冷剂与外界空气进行换热，通过电机15带动风叶16旋转使空气强制对流吹过蒸发器18而进行热交换。

除了主循环回路外，制冷剂循环回路还设置有卸压支路和除霜支路，该两支路均连接于压缩机1排气口与蒸发器18进口之间。其中，卸压支路包括电磁阀14、卸压冷凝器19、卸压毛细管17；当开启电磁阀14时，压缩机1排气可经由电磁阀14进入卸压冷凝器19与外界空气换热，被冷凝后再进入卸压毛细管17节流，节流后进入蒸发器18中蒸发。除霜支路包括电磁阀12和除霜毛细管13，当蒸发器18上由于环境温度过低结霜，需要除霜时，开启电磁阀12，压缩机1排气可经由电磁阀12进入除霜毛细管13节流后，进入蒸发器18，由于压缩机1排气温度高，经节流后仍然具有相对较高的温度，直接进入蒸发器18中将霜融掉，以便热水器的正常使用。压缩机1排气口与冷凝器之间设置有电磁阀2，该电磁阀2与电磁阀12、电磁阀14配合，实现主循环、卸压循环和除霜循环的切换。

水箱4与上述制冷剂循环回路及电机、风叶等部件均设置于一套壳体内。不同于目前主流的热泵热水器单独设置的容量约150-320L的大水箱，本发明中水箱4仅为约15L的小容量水箱。该水箱4上连接有进水管路和出水管路，其中进水管路上设置水流开关8，水从冷水进口经过水流开关8进入水箱4中与制冷剂循环回路的冷凝器进行换热，使用时水箱4中的水从出水管路排出。较优地，冷凝器采用钛管制作而成，由于钛管耐腐蚀程度很高，就算水质再差，也能保证在使用年限内冷凝器盘管不被腐蚀穿孔，避免引起机组报废的风险。

出水管路上还依次设有电动混水阀20、水流量计5和水流量调节阀6，电动混水阀20为一种三通结构，进水管路上设有旁通管路连接该电动混水阀20，使得进水管路中的水可直接进入出水管路中。

出水管路中还串接有电加热模块7，具体见图2，电加热模块7包括发热体组件72，分别连接发热体组件72进口和出口的发热体组件进水管78和发热体组件出水管71，分别设置于发热体组件72出口处和壳体上的温控器73、75，设置于发热体组件进水管78处的可控硅组件77，上述各组件置于箱体74内，箱体74上设有端子台76。发热体组件进水管78和发热体组件出水管71串接于出水管路中。通过可控硅组件77，可使电加热模块对电加热功率进行调节。

压缩机1、电加热模块7、水流量调节阀6、电动混水阀20、电机15、电磁阀2、12、14连接至控制模块，控制模块根据使用情况对各部件进行综合控制。

控制模块至少包括主控板和操作面板，操作面板提供给使用者进行例如开关热水器、温度设定等操作，主控板则实现对热水器内各电气部件的控制。

正常使用时，控制模块根据水温综合判定，控制压缩机、电加热模块及水流量调节阀的工作状态，具体地，热水器的工作情况及控制模式如下：

1、当用户用水时，首先使用水箱4内的热水，此时冷水经进水管路进入水箱4内，导致水箱4的水温度降低。当检测到水箱内水温低于设定的压缩机启动温度时，压缩机启动，冷凝器对水箱4内的水加热。

2、检测压缩机启动后的出水温度能否达到设定温度，如果可以，则电加热模块不开启；若不能达到设定温度，则根据进出水温差及水流量判断需要的电加热功率，通过控制电加热模块的可控硅，输出相应的电加热功率。

3、当压缩机和电加热模块均为全功率输出，出水温度还未达到设定温度时，根据检测到的出水温度判断，控制水流量调节阀调节水流量，保证出水温度保持在设定温度。

4、在停止用水后，如果水箱内部水的温度没有达到设定的温度，则压缩机继续运行，直到设定温度为止停机。

其中第1步中，设定的压缩机启动温度可以是控制模块中已定义好的温度，也可以是用户自定义的温度，可以与使用时的设定温度（即第2步与第3步中的设定温度）相等也可以不等。同样地，第4步中停止用水后，水箱内水的设定温度也可以是控制模块中已定义好的温度，也可以是用户自定义的温度。

通过对压缩机、电加热模块和水流量调节阀的控制，保证出水温度的恒定，从而保证用户的舒适性，提高热泵机组运行的稳定性和可靠性。相比于现有技术，采用本发明技术方案的优点在于：1、采用水箱内置设计，节省安装空间，安装方便和使用安全；2、由于内置水箱容量小，一般只有15L左右，焊接及加工工艺很容易保证，并且对于整体水箱的检漏工作量也相对很少，因此基本上可以杜绝水箱发生漏水的现象；3、水箱与制冷剂循环回路置于一个壳体中，减少了使用连接管的环节，极大的降低了冷媒泄漏的机率；4、采用内置小水箱设计，解决压缩机在休停期间，可以保证持续用水需求；水箱本身容量很小，不会存在热水使用率低的问题，另外可以降低用户阀类的使用成本；5、本方案所设计的机组，可以做到即开即用，省掉等待用水的时间，保证恒温出水，提高用水的舒适性，并且可以保证用水的持续性；机组在此用水情况下，能效更高，更节能，有利于热泵机组安全稳定的运行，从而保障机组的使用寿命；6、热泵部分和电加热部分互相独立，其中一个出现故障时，只要不是公共信号故障，均可以单独运行，从而满足机组在出现部分故障的情况下的用水需求。

上述给出了正常使用的工作情况，而当进水温度较高时，压缩机运行过程中，可能会出现出水超温现象，解决该问题有两种控制方式：

1）检测到出水温度高于设定温度时，控制电磁阀14开启卸压支路，使压缩机1排气经卸压冷凝器19和卸压毛细管17后进入蒸发器18；持续检测出水温度，当出水温度低于设定温度时，控制电加热模块7输出所需要的电加热功率以保持出水温度的恒定。这样通过设计使用卸压冷凝器卸载一部分的热泵能力，不足部分由电加热部分补偿，从而确保出水温度的恒定，在避免出水温度过高的同时，可以降低机组的运行负荷，从而大大降低了机组能耗，符合国家节能减排的要求。

2）检测到出水温度高于设定温度时，控制电动混水阀开启旁通管路，使进水管路中的冷水经旁通管路直接进入出水管路中与热水混合，从而降低出水管路中的温度。通过调节电动混水阀的开度，调节热泵出水和冷水的进出比例，从而也可以达到限温的目的。另外在判断增大水量还能保证出水温度恒定的情况下，也可以通过电动混水阀进行旁通混水，这样可使总出水流量更大，用水将更舒适。

进一步地，由于水箱容量很小，考虑到环境温度较低情况下，水温下降较快，为避免在不用水情况下压缩机启动，本发明还采用一锡箔加热带3将水箱4外表面裹住，锡箔加热带3由控制模块控制，根据环境温度和水箱温度判断是否需要开启，该锡箔加热带3只需100～200W功率，能耗很低，对整机的节能效果不会产生影响，增加了水箱的保温效果，不会出现因保温效果不佳引起能源浪费的问题。另外锡箔加热带本身带有温控器，能够保障其使用安全。

参阅图3，本发明的第二实施例与上一实施例结构相似，区别仅在于未设置电动混水阀，除了相应少了对电动混水阀的控制外，其他工作过程及原理均与第一实施例相同，此处不再赘述。

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 (10)

1.一种即开即用式空气能热泵热水器，其特征在于，包括壳体、设置于壳体内的制冷剂循环回路和水箱，所述制冷剂循环回路包括依次通过管路连接形成回路的压缩机、冷凝器、节流设备和蒸发器，所述冷凝器置于所述水箱内；

所述热水器还包括与所述水箱连接的水路管路件，所述水路管路件包括进水管路和出水管路，所述出水管路上还设有电加热模块和水流量调节阀；

所述压缩机、电加热模块及水流量调节阀连接至控制模块，所述控制模块根据水温综合判定，控制所述压缩机、电加热模块及水流量调节阀的工作状态。

2.根据权利要求1所述的即开即用式空气能热泵热水器，其特征在于：所述水箱外表面包裹有锡箔加热带，所述锡箔纸加热带受控于所述控制模块。

3.根据权利要求1或2所述的即开即用式空气能热泵热水器，其特征在于：所述制冷剂循环回路还设置有卸压支路，所述卸压支路包括电磁阀、卸压冷凝器和卸压节流装置，所述压缩机的排气口依次经所述电磁阀、卸压冷凝器和卸压节流装置连接所述蒸发器的进口，所述电磁阀受控于所述控制模块，用于截止或导通所述卸压支路。

4.根据权利要求1或2所述的即开即用式空气能热泵热水器，其特征在于：所述出水管路上还设有电动混水阀，所述进水管路上设有一旁通管路连接至所述电动混水阀，所述电动混水阀受控于所述控制模块。

5.根据权利要求1所述的即开即用式空气能热泵热水器，其特征在于：所述制冷剂循环回路还设置有除霜支路，所述除霜支路包括电磁阀和除霜毛细管，所述压缩机的排气口依次经所述电磁阀和除霜毛细管连接所述蒸发器的进口，所述电磁阀受控于所述控制模块，在蒸发器需要除霜时，由控制模块控制电磁阀导通所述除霜支路。

6.根据权利要求1所述的即开即用式空气能热泵热水器，其特征在于：所述冷凝器采用钛管制作而成。

7.一种如权利要求1所述即开即用式空气能热泵热水器的控制方法，其特征在于：包括：

检测水箱内水温，当水温低于设定的压缩机启动温度时，启动压缩机；

检测压缩机启动后的出水温度能否达到设定温度，若不能达到，则根据进出水温差及水流量判断需要的电加热功率，控制电加热模块输出相应的功率；

当压缩机和电加热模块均为全功率输出且出水温度还未达到设定温度时，控制水流量调节阀调节水流量，使出水温度保持在设定温度。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述水箱外表面包裹有锡箔加热带，所述方法还包括：

检测环境温度和水箱内水温，判断是否需要开启锡箔加热带并在需要时开启锡箔加热带。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：所述制冷剂循环回路还设置有卸压支路，所述卸压支路中设有电磁阀，所述方法还包括：

压缩机开启后出水温度高于设定温度时，控制电磁阀开启卸压支路，使压缩机依次经一卸压冷凝器和一卸压节流装置后进入蒸发器；检测出水温度，当出水温度低于设定温度时，控制电加热模块输出所需要的电加热功率以保持出水温度的恒定。

10.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：所述出水管路上还设有一电动混水阀，所述进水管路上设有一旁通管路连接至所述电动混水阀，所述方法还包括：

压缩机开启后出水温度高于设定温度时，控制电动混水阀开启旁通管路，使进水管路的水经旁通管路进入出水管路。

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