CN104075449A - 一种热泵水箱的换热器及换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热水器领域的一种热泵水箱的换热器及其换热方法，其包括：用于介质与水箱内胆中的水进行热交换的换热器，所述的换热器上设置有与加热装置相连接的入口和出口。所述的入口和出口分别与换向阀相连接，所述的换向阀与加热装置的介质入口和介质出口相连接，所述的换向阀与控制单元相连接。所述的介质经加热装置加热后流入换热器，经换热器与水箱内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置形成循环。当满足换向条件时，在控制单元的作用下，介质在换热器中的流动方向发生改变。通过上述装置和方法，使得加热后的介质可以改变在换热器中的流向，实现了对水箱内的水均匀受热的目的。同时，还提高了换热效率、缩短加热时间。

Description

一种热泵水箱的换热器及换热方法

技术领域

本发明涉及热水器领域的一种换热器，特别涉及一种热泵水箱的换热器及换热方法。

背景技术

目前行业内竖式静态外绕盘管式热泵盘管绕制方式五花八门，冷媒的流向也分上进下出和下进上出。对于竖式静态外绕盘管式热泵冷媒的流向是上进下出时，性能较高，加热时间较短，但是也造成了水箱内的上下温差较大，导致水箱中的水受热不均。

当换热器中的冷媒的流向是下进上出时，虽然水箱内的上下温差较小、水箱中的水受热较为均匀，但是由于冷媒是从下部开始换热，而出水口是设置在上部，导致了换热效率较低，加热时间较长。

为了解决上述问题，现有专利技术对上述问题提出了解决方法：

如申请号为CN201210124084.0的中国专利，换热器，其通过在水箱内胆的外壁处设置一组对称地、与内胆外壁相配合地换热器来对水箱内的水进行加热。所述的两个换热器上分别设置有，与加热装置相连接的介质入口和介质出口。从而，实现了对内胆中的上下部分两部分的水同时进行均匀热交换，达到了水箱内的水进行均匀受热的目的，提高了换热效率。但由于上述装置的结构较为复杂，同时将其固定安装在内胆外部较为繁琐，容易造成设备故障。从而，降低了产品的可靠性，还影响了用户的使用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种热泵水箱的换热器及其换热方法，使得换热器中的介质在满足一定条件时可以改变流向，从而实现了对水箱内的水均匀受热的目的，同时，可以实现提高换热效率、缩短加热时间的目的。

为实现发明目的，采用如下技术方案：一种热泵水箱的换热器，包括：用于将介质与水箱内胆中的水进行热交换的换热器，所述的换热器的顶部和底部对应的设置有与加热装置相连接的入口和出口。所述的入口和出口分别与换向阀相连接，所述的换向阀与加热装置的介质入口和介质出口相连接，所述的换向阀与控制单元相连接。

进一步，所述的内胆上设置有用于检测水箱上部水温的第一温度传感器和用于检测水箱下部水温的第二温度传感器。所述的第一温度传感器和第二温度传感器分别与控制单元相连接。

进一步，所述的控制单元上设置有用于检测时间的计时器。

一种如上任一所述的热泵水箱的换热器的换热方法，包括：介质经加热装置加热后流入换热器，经换热器与水箱内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置形成循环。当满足预置的换向条件时，在控制单元的作用下，介质在换热器中的流动方向发生改变。

进一步，所述的换向条件设置为，每间隔设定的时间，介质在换热器中的流动方向变为向相反的方向流动；所述的各段时间设置为任意的相同或不同的时间。

进一步，所述的换向条件设置为，控制系统根据检测到的内胆内部的水温温度值的变化情况，控制介质在换热器中的流动方向。

进一步，控制系统根据第一温度传感器检测到的内胆上部温度值t1和第二温度传感器检测到的下部温度值t2的差值的变化情况，控制介质在换热器中的流动方向。控制系统根据第一温度传感器检测到的内胆上部温度值t1和第二温度传感器检测到的下部温度值t2的变化情况，控制介质在换热器中的流动方向。当t1-t2>控制单元设定值t3时，换热器中的介质流向改变为从出口流向入口；当t1-t2<控制单元设定值t4时，换热器中的介质流向改变为从入口流向出口。所述的控制单元设定值t3和t4，是根据第一温度传感器和第二温度传感器所设置在内胆中的位置设定的。

进一步，当t1>控制单元设置的温度值时，换热器中的介质流向改变为从出口流向入口；当t2>控制单元设定值t6时，换热器中的介质流向改变为从入口流向出口出口；所述的控制单元设定值t5和t6，是根据第一温度传感器和第二温度传感器所设置在内胆中的位置设定的。

进一步，控制系统根据温度传感器检测到的内胆中水温的温度值与设定的对比温度是否满足换向条件，来控制介质在换热器中的流动方向。所述的换向条件设置为，当检测到的水箱内的水温值>控制单元设置的温度值t7时，加热后的介质在换热器22中的流动方向改变至从出口222流向入口221。当检测到的水箱内的水温值t1>控制单元设定值t7’时，换热器22中的介质流向改变为从出口222流向入口221……

进一步，所述的介质在换热器中流动的方向需改变时，在控制单元的作用下，介质先停止流动一定的时间T0后，再改变方向流动。

进一步，在控制单元的作用下，所述的换热器中的介质流动方向设置为两种模式，模式一为无论是否满足换向条件，介质均从换热器的入口流入、出口流出。模式二为在满足换向条件时，介质在换热器中流动的方向改变。

通过将换热器与加热装置通过换向阀相连接，使得加热后的介质可以改变在换热器中的流向，从而实现了对水箱内的水均匀受热的目的，同时，还可以实现提高换热效率、缩短加热时间的目的。

通过在内胆的两端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，使得控制系统可以通过检测到内胆中两端的水温度，并来自动控制改变换热器中介质的流向，以对水箱内的水实现自动调节均匀受热的目的，避免了水箱内的水温差过大情况的出现。

通过将换热器内的介质流向设置为每间隔一定的时间T改变方向流动，实现了控制系统自动转换换热器中介质流向的目的，从而达到了对水箱内的水自动调节均匀受热的效果。

附图说明

图1是本发明中实施例1的结构示意图；

图2是本发明中实施例2的结构示意图；

图3是本发明中实施例3的结构示意图；

图4是本发明中实施例4的结构示意图。

主要元件说明：

1—加热装置，2—水箱，11—蒸发器，12—风机，13—压缩机，14—四通阀，15—换向阀，16—过滤器，17—膨胀阀，19—截止阀，21—内胆，22—换热器，221—入口，222—出口，23—第一温度传感器，24—第二温度传感器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种热泵水箱的换热器。本实施例中，所述的热泵水箱可以为任意一种热泵热水器上设置的热泵水箱，优选的设置为分体式热水器的热泵水箱，其包括独立的、分开的两部分。所述的两部分别为，加热装置1和水箱2。所述的加热装置1和水箱2通过管路相连接。

本实施例中，所述的换热器22设置在竖直放置的热水器内胆21的外部，所述的换热器22包覆设置在内胆2的外侧。所述的换热器22上设置有由上至下盘旋设置在内胆21外侧的换热管道。所述的换热器的顶部设置有入口221，底部设置有出口222。所述的入口221和出口222分别通过截止阀19与加热装置1相连接。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的换向阀15、过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11和四通阀14。所述的四通阀14的另外两端与压缩机13的进口和出口分别相连接，所述的压缩机13与膨胀阀17相连接，所述的蒸发器11的一侧设置有辅助发热的风机12。所述的换向阀15分别经截止阀19与换热器22的入口221和出口222相连通。所述的换向阀15与控制单元相连接。所述的控制单元上设置有用于检测时间的计时器。

本实施例中，一种热泵水箱的换热器的换热方法，包括：介质经加热装置1加热后流入换热器22，经换热器22与水箱2内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置1形成循环。每间隔一定的时间T，在控制单元的作用下，介质在换热器22中的流动方向变为向相反的方向流动。所述换向间隔时间T设置为：T1=T3=……=T2n-1=……，T2=T4=……=T2n=……。所述的时间T1、T3…T2n-1…内，介质的流向改变为从换热器22的入口221流向出口222，所述的时间T2、T4…T2n…内，介质的流向改变为从换热器22的出口222流向入口221。所述的时间T需设置为大于设定时间T0的时间值。

本实施例中，当所述的介质在换热器22中流动的方向需改变时，在控制单元的作用下，介质先停止流动一定的时间T0后，再改变方向流动。所述的的时间T0，设置为5min至1min，优选的设置为3min。

本实施例中，所述换向间隔时间T还可以设置为：时间T1=T2=……=Tn=……，还可将时间T1、T2、T3…Tn…设置为任意的相同或不相同的，大于T0的时间值。

本实施例中，所述的换热器中的介质流动模式在控制单元的作用下，设置为两种模式。模式一为快速加热模式：在此模式下，无论任何情况下，介质均从换热器的入口（221）流入、出口（222）流出，以实现快速加热出水口处热水，为用户提供少量热水的目的。模式二全加热模式：在此模式下，当满足换向条件时，介质在换热器中流动的方向改变。具体包括如下步骤：

11）换热器开始工作，介质在加热装置中加热后，经水箱一端设置的换热器入口流入换热器；进入换热器中的介质流经包覆设置在内胆外部的换热管路，从水箱另一端设置的换热器出口流出至加热装置以形成循环；

12）在介质流动T1时间后，控制单元的作用下，介质停止流动T0时间；介质在加热装置中加热后，从加热装置中流出的加热后的介质，经换热器出口流入换热器；进入换热器中的介质流经包覆设置在内胆外部的换热管路，从水箱另一端设置的换热器入口流出至加热装置以形成循环

13）在介质又流动T2时间后，控制单元的作用下，介质停止流动T0时间；介质在加热装置中加热后，加热装置中流出的加热后的介质，经换热器入口流入换热器；进入换热器中的介质流经包覆设置在内胆外部的换热管路，从水箱另一端设置的换热器出口流出至加热装置已形成循环……

14）在介质又流动Tn时间后，控制单元的作用下，介质停止流动T0时间；介质在加热装置中加热后，加热装置中流出的加热后的介质，经换热器入口/出口流入换热器；进入换热器中的介质流经包覆设置在内胆外部的换热管路，从水箱另一端设置的换热器出口流出至加热装置以形成循环……

15）换热器在用户的控制下停止工作，介质停止流动。

通过将换热器内的介质流向设置为每间隔一定的时间T改变方向流动，实现了控制系统自动转换换热器中介质流向的目的，从而达到了对水箱内的水自动调节均匀受热的效果。

实施例2

如图2所示，一种热泵水箱的换热器。本实施例中，所述的热泵水箱可以为任意一种热泵热水器上设置的热泵水箱，优选的设置为分体式热水器的热泵水箱，其包括独立的、分开的两部分。所述的两部分别为，加热装置1和水箱2。所述的加热装置1和水箱2通过管路相连接。

本实施例中，所述的换热器22设置在竖直放置的热水器内胆21的外部，所述的换热器22包覆设置在内胆2的外侧。所述的换热器22上设置有由内胆21的上部至相对称的下部外侧的换热管道。所述的换热器相对于上部侧设置有入口221，换热器相对于下部侧设置有出口222。所述的入口221和出口222分别通过截止阀19与加热装置1相连接。所述的上部和下部分别设置有用于检测水温的第一温度传感器23和第二温度传感器24。所述的第一温度传感器23和第二温度传感器24分别与控制单元相连接。所述的换热器22的入口221和出口222分别与换向阀15分别经截止阀19相连通。所述的换向阀15与控制单元相连接。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11和四通阀14，所述的过滤器16和四通阀14的一端分别经截止阀19与换向阀15相连接。所述的四通阀14的另外两端与压缩机13的进口和出口分别相连接，所述的压缩机13与膨胀阀17相连接，所述的蒸发器11的一侧设置有辅助发热的风机12。

本实施例中，一种热泵水箱的换热器的换热方法，包括：介质经加热装置1加热后流入换热器22，经换热器22与水箱2内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置1形成循环。当满足换向条件时，在控制单元的作用下，介质在换热器22中的流动方向发生改变。将检测到的水箱2上部处的水温度值t1和水箱2下部处的水温度值t2发送至控制单元，所述的上部和下部分别设置为内胆21轴线的两端部，换热器22上分别设置有相对应水箱2的上部第一端和第二端入口221和出口222。

本实施例中，所述的换向条件设置为，当检测到的水箱2上部处的水温值t1-检测到的水箱2下部处的水温值t2>控制单元设定值t3时，换热器22中的介质流向改变为从出口222流向入口221。当t1-t2<控制单元设定值t4时，换热器22中的介质流向改变为从入口221流向出口222。所述的控制单元设定值t3和t4，是根据第一温度传感器23和第二温度传感器24所设置在内胆21中的位置设定的。

本实施例中，当所述的介质在换热器22中流动的方向需改变时，在控制单元的作用下，介质先停止流动一定的时间T0后，再改变方向流动。所述的的时间T0，设置为5min至1min，优选的设置为3min。

本实施例中，所述的换热器中的介质流动模式在控制单元的作用下，设置为两种模式。模式一为快速加热模式：在此模式下，无论任何情况下，介质均从换热器的入口221流入、出口222流出，以实现快速加热出水口处热水，实现用户快速使用少量热水的目的。模式二全加热模式：在此模式下，当满足换向条件时，介质在换热器中流动的方向改变，实现用户需要大量热水、节约能源的目的。

通过在内胆的两端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，使得控制系统可以通过检测到内胆中两端的水温度，并来自动控制改变换热器中介质的流向，以对水箱内的水实现自动调节均匀受热的目的，避免了水箱内的水温差过大情况的出现。

实施例3

如图3所示，一种热泵水箱的换热器。本实施例中，所述的热泵水箱可以为任意一种热泵热水器上设置的热泵水箱，优选的设置为一体式热水器的热泵水箱，其包括相互连接的加热装置1和水箱2。

本实施例中，所述的换热器22设置在竖直放置的热水器内胆21的外部，所述的换热器22包覆设置在内胆2的外侧。所述的换热器22上设置有由内胆21的上部至相对称的下部外侧的换热管道。所述的换热器22相对于上部侧设置有入口221，换热器22相对于下部侧设置有出口222。所述的入口221和出口222分别通过截止阀19与加热装置1相连接。所述的上部和下部分别设置有用于检测水温的第一温度传感器23和第二温度传感器24。所述的第一温度传感器23和第二温度传感器24分别与控制单元相连接。所述的换热器22的入口221和出口222分别与换向阀15相连通。所述的换向阀15与控制单元相连接。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11和四通阀14，所述的过滤器16和四通阀14的一端分别与换向阀15相连接。所述的四通阀14的另外两端与压缩机13的进口和出口分别相连接，所述的压缩机13与膨胀阀17相连接，所述的蒸发器11的一侧设置有辅助发热的风机12。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11和四通阀14，所述的过滤器16和四通阀14的一端分别经截止阀19与换向阀15相连接。所述的四通阀14的另外两端与压缩机13的进口和出口分别相连接，所述的压缩机13与膨胀阀17相连接，所述的蒸发器11的一侧设置有辅助发热的风机12。

本实施例中，一种热泵水箱的换热器的换热方法，包括：介质经加热装置1加热后流入换热器22，经换热器22与水箱2内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置1形成循环。当满足换向条件时，在控制单元的作用下，介质在换热器22中的流动方向发生改变。将检测到的水箱2上部处的水温度值t1和水箱2下部处的水温度值t2发送至控制单元，所述的上部和下部分别设置为内胆21轴线的两端部，换热器22上分别设置有相对应水箱2的上部第一端和第二端入口221和出口222。

本实施例中，所述的换向条件设置为，当检测到的水箱2上部处的水温值t1>控制单元设置的温度值t5时，加热后的介质在换热器22中的流动方向改变至从出口222流向入口221。当检测到的水箱2下部处的水温值t2>控制单元设定值t6时，换热器22中的介质流向改变为从出口222流向入口221。所述的控制单元设定值t5和t6，是根据第一温度传感器23和第二温度传感器24所设置在内胆21中的位置设定的。

本实施例中，当所述的介质在换热器22中流动的方向需改变时，在控制单元的作用下，介质先停止流动一定的时间T0后，再改变方向流动。所述的的时间T0，设置为5min至1min，优选的设置为3min。

本实施例中，所述的换热器中的介质流动模式在控制单元的作用下，设置为两种模式。模式一为快速加热模式：在此模式下，无论任何情况下，介质均从换热器的入口221流入、出口222流出，以实现快速加热出水口处热水，实现用户快速使用少量热水的目的。模式二全加热模式：在此模式下，当满足换向条件时，介质在换热器中流动的方向改变，实现用户需要大量热水、节约能源的目的。

通过在内胆的两端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，使得控制系统可以通过检测到内胆中两端的水温度，并来自动控制改变换热器中介质的流向，以对水箱内的水实现自动调节均匀受热的目的，避免了水箱内的水温差过大情况的出现。

实施例4

如图4所示，一种热泵水箱的换热器。本实施例中，所述的热泵水箱可以为任意一种热泵热水器上设置的热泵水箱，优选的设置为一体式热水器的热泵水箱，其包括相互连接的加热装置1和水箱2。

本实施例中，所述的换热器22设置在竖直放置的热水器内胆21的外部，所述的换热器22包覆设置在内胆2的外侧。所述的换热器22上设置有由内胆21的上部至相对称的下部外侧的换热管道。所述的换热器22相对于上部侧设置有入口221，换热器22相对于下部侧设置有出口222。所述的入口221和出口222分别通过截止阀19与加热装置1相连接。所述的内胆21内设置有用于检测水温的第一温度传感器23。所述的第一温度传感器23控制单元相连接。所述的换热器22的入口221和出口222分别与换向阀15相连通。所述的换向阀15与控制单元相连接。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11和四通阀14，所述的过滤器16和四通阀14的一端分别与换向阀15相连接。所述的四通阀14的另外两端与压缩机13的进口和出口分别相连接，所述的压缩机13与膨胀阀17相连接，所述的蒸发器11的一侧设置有辅助发热的风机12。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11和四通阀14，所述的过滤器16和四通阀14的一端分别经截止阀19与换向阀15相连接。所述的四通阀14的另外两端与压缩机13的进口和出口分别相连接，所述的压缩机13与膨胀阀17相连接，所述的蒸发器11的一侧设置有辅助发热的风机12。

本实施例中，一种热泵水箱的换热器的换热方法，包括：介质经加热装置1加热后流入换热器22，经换热器22与水箱2内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置1形成循环。当满足换向条件时，在控制单元的作用下，介质在换热器22中的流动方向发生改变。将检测到的水箱2上部处的水温度值t1和水箱2下部处的水温度值t2发送至控制单元，所述的上部和下部分别设置为内胆21轴线的两端部，换热器22上分别设置有相对应水箱2的上部第一端和第二端入口221和出口222。

本实施例中，所述的换向条件设置为，当检测到的水箱内的水温值t1>控制单元设置的温度值t7时，加热后的介质在换热器22中的流动方向改变至从出口222流向入口221。当检测到的水箱内的水温值t1>控制单元设定值t7’时，换热器22中的介质流向改变为从出口222流向入口221……所述的控制单元设定值t7、t7’…是根据第一温度传感器23所设置在内胆21中的位置设定的。

本实施例中，当所述的介质在换热器22中流动的方向需改变时，在控制单元的作用下，介质先停止流动一定的时间T0后，再改变方向流动。所述的的时间T0，设置为5min至1min，优选的设置为3min。

本实施例中，所述的换热器中的介质流动模式在控制单元的作用下，设置为两种模式。模式一为快速加热模式：在此模式下，无论任何情况下，介质均从换热器的入口221流入、出口222流出，以实现快速加热出水口处热水，实现用户快速使用少量热水的目的。模式二全加热模式：在此模式下，当满足换向条件时，介质在换热器中流动的方向改变，实现用户需要大量热水、节约能源的目的。

通过将换热器与加热装置通过换向阀相连接，使得加热后的介质可以改变在换热器中的流向，从而实现了对水箱内的水均匀受热的目的，同时，还可以实现提高换热效率、缩短加热时间的目的。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种热泵水箱的换热器，包括：用于将介质与水箱（2）内胆（21）中的水进行热交换的换热器（22），所述的换热器（22）的顶部和底部对应的设置有与加热装置（1）相连接的入口（221）和出口（222）；

其特征在于：所述的入口（221）和出口（222）分别与换向阀（15）相连接，所述的换向阀（15）与加热装置（1）的介质入口和介质出口相连接，所述的换向阀（15）与控制单元相连接。

2.一种如权利要求1所述的热泵水箱的换热器的换热方法，包括：介质经加热装置（1）加热后流入换热器（22），经换热器（22）与水箱（2）内的水进行热交换，进行热交换后的介质回流至加热装置（1）形成循环；

其特征在于：当满足预置的换向条件时，在控制单元的作用下，介质在换热器（22）中的流动方向发生改变。

3.根据权利要求2所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述的换向条件设置为，每间隔设定的时间，介质在换热器（22）中的流动方向变为向相反的方向流动；所述的各段时间设置为任意的相同或不同的时间。

4.根据权利要求2所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述的换向条件设置为，控制系统根据检测到的内胆内部的水温温度值的变化情况，控制介质在换热器（22）中的流动方向。

5.根据权利要求4所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：控制系统根据第一温度传感器（23）检测到的内胆上部温度值t1和第二温度传感器（24）检测到的下部温度值t2的差值的变化情况，控制介质在换热器（22）中的流动方向。

6.根据权利要求4所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：当t1>控制单元设置的温度值时，换热器（22）中的介质流向改变为从出口（222）流向入口（221）；当t2>控制单元设定值t6时，换热器（22）中的介质流向改变为从入口（221）流向出口出口（222）；

所述的控制单元设定值t5和t6，是根据第一温度传感器（23）和第二温度传感器（24）所设置在内胆（21）中的位置设定的。

7.根据权利要求4所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：控制系统根据温度传感器（23）检测到的内胆中水温的温度值与设定的对比温度是否满足换向条件，来控制介质在换热器中的流动方向。

8.根据权利要求2至7任一所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述的介质在换热器（22）中流动的方向需改变时，在控制单元的作用下，介质先停止流动一定的时间T0后，再改变方向流动。

9.根据权利要求2至7任一所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：在控制单元的作用下，所述的换热器中的介质流动方向设置为两种模式，模式一为无论是否满足换向条件，介质均从换热器的入口（221）流入、出口（222）流出；

模式二为在满足换向条件时，介质在换热器中流动的方向改变。