CN104154782A - 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，所述的换热器包括设置在水箱内胆上部的上部换热盘管和设置在内胆下部、底部的第二换热盘管，所述上部换热盘管和第二换热盘管并联连接，再经控制介质在换热盘管中流动方向的换向阀与加热装置相连接。其换热方法为：在控制单元的作用下，使介质在不同时间节点流经上部换热盘管和/或第二换热盘管，以使介质与水箱内的水进行热交换。通过上述装置和方法，使换热器可依据用户的需求情况使用不同换热盘管与热水器中存储的水进行换热，既满足了用户的使用要求，又降低了用户在加热过程中的等待时间，减少了加热过程中的能量损耗。

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，采用热泵热水器工作模式的热水器，在对水箱内的水进行加热时均采取对整箱内的水一起加热的方式。但上述方式，只适用于用户需使用大量热水的情况，这就使得在用户需使用少量水时，造成了等待时间较长、加热过程中消耗能源的浪费。

于此同时，现有的很多方案中提出了采用多个并联设置的换热盘管的热泵热水器：如申请号为CN201220154603.3的中国专利，热泵热水，其包括热水器水箱内胆和设置在热水器水箱内胆外部的第一换热盘管，还包括：与热水器水箱内胆的底部相贴合地设置的第二换热盘管。通过使加热后的介质分别通过第一换热盘管与底部的第二换热盘管对热水器内的水进行换热，解决了现有热泵热水器的外盘式微通道换热器存在的水箱水温严重分层、冷热分配不均的问题，强化了水箱底部与热泵的换热，提高了热泵热水器的换热效率，同时大大提高了用户洗浴的舒适性。但其也是针对水箱内的所有热水进行加热，以实现为用户提供热水的效果。并未对用户所需热水量的不同，而提供不同的工况模式的选择，而未与现有技术有显著的区别。

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，使得换热器可依据用户所需热水量的不同，而分别或同时对水箱内上部和下部内存储的水进行热交换的目的，以达到为用户快速出热水的效果，同时还实现了减少加热过程中的能量损耗、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：竖直设置的水箱、将介质加热的加热装置以及用于将介质与竖直设置的水箱中的水进行热交换的换热器。所述的换热器包括设置在水箱内胆上部的上部换热盘管和设置在内胆下部、底部的第二换热盘管，所述上部换热盘管和第二换热盘管并联连接，再经控制介质在换热盘管中流动方向的换向阀与加热装置相连接。

进一步，所述的第二换热盘管包括设置在内胆下部的下部换热盘管和设置在内胆底部的底部换热盘管，所述的下部换热盘管和底部换热盘管串联或并联连接。所述的下部换热盘管和底部换热盘管经换向阀与加热装置的介质出口和介质入口相连接。

进一步，并联设置的上部换热盘管与第二换热盘管通过换向阀与加热装置相连接。所述的加热装置的介质出口和介质入口分别与换向阀相连接。所述的换向阀分别与并联设置的上部换热盘管与第二换热盘管相连接；或所述的换向阀分别与并联设置的上部换热盘管、下部换热盘管与底部换热盘管相连接。从而，使得介质可通过换向阀，改变在换热盘管中流动的方向。

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。在控制单元的作用下，使介质在不同时间节点流经并联设置在内胆上部的上部换热盘管和/或设置在内胆下部、底部的第二换热盘管，以使介质与水箱内的水进行热交换。所述的介质可以先流经上部换热盘管和/或第二换热盘管一段时间，再将介质改变为流经其他的换热盘管或同时流经所有的换热盘管。

进一步，所述的介质流经并联设置在内胆上部的上部换热盘管、设置在内胆下部的下部换热盘管和设置在内胆底部的底部换热盘管中的至少一条换热盘管，以使介质与水箱内的水进行热交换。

进一步，所述的热泵水箱的换热器的换热方法，具体包括如下步骤：61）当用户需要少量热水、又需快速加热时，使介质流经内胆上部设置的上部换热盘管，流经的介质与水箱内出水口位置处储存的水进行热交换；

62）当用户需要大量热水、又不需快速加热时，使介质流经下部换热盘管和底部换热盘管，流经的介质与水箱内储存的水进行热交换；

63）当用户需要大量热水、又需快速加热，又需节能时，先使介质流经上部换热盘管一定时间，以对水箱内出水口位置处储存的水进行热交换，再使介质流经下部换热盘管和底部换热盘管，以对水箱内储存的水进行热交换；

64）当用户需要大量热水、又需最短时间进行快速加热时，使介质同时流经上部换热盘管、下部换热盘管和底部换热盘管，以对整个水箱内储存的水进行快速加热。

进一步，在控制单元的作用下，所述的介质在满足一定的换向条件时，介质在换热盘管中的流动方向改变。在控制系统的作用下，换向阀使加热后的介质，可变换的从上部换热盘管、下部换热盘管和底部换热盘管的上端部或下端部流入换热盘管。这就实现了介质在换热盘管中流动方向的变化。

进一步，所述的换向条件设置为，每间隔设定的时间，介质在换热盘管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，控制介质在换热盘管中的流动方向。

进一步，控制系统根据检测到的内胆上部温度值t1和检测到的内胆下部温度值t2的差值的变化情况，控制介质在换热盘管中的流动方向。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，所述的介质在换热盘管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，介质均从换热盘管的上端流入、下端流出。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。

通过将将加热后的介质先经过上部换热盘管，使上部换热盘管与水箱出水口处存储的水进行热交换，以实现快速加热水箱内少部分水的目的，以满足用户快速的得到少部分热水的使用效果。

通过将加热后的介质先经过上部换热盘管加热一段时间后，再使介质流经下部换热盘管和底部换热盘管，以实现快速加热水箱内少部分水的同时对水箱内全部的水缓慢加热的效果，从而在减少能耗的前提下达到了用户使用大量热水的效果。

通过将换热器设置为并联设置的上部换热盘管与第二换热盘管，使换热器可依据用户的需求情况在不同的时间节点使用不同的换热盘管与热水器中存储的水进行换热，既满足了用户的使用要求，又降低了用户在加热过程中的等待时间，减少了加热过程中的能量损耗。

通过将换热器经换向阀与加热装置相连接，以使介质在加热过程中改变在换热盘管中的流动方向，从而实现了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。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明优选的结构示意图；

图3是本发明进一步优选的结构示意图。

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，18—介质出口，19—介质入口，21—内胆，22—上部换热盘管，23—下部换热盘管，24—底部换热盘管，25—第二换热盘管。

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，本实施例中，介绍了一种热泵水箱的换热器。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，其包括加热装置1和水箱2。所述的水箱2上设置有用于存储水的水箱内胆，所述的内胆21的外部包覆设置有用于加热水箱内胆21中水的换热器，所述的加热装置1和换热器通过管路相连接。所述的换热器包括相并联设置的上部换热盘管22和第二换热盘管25，所述的上部换热盘管22设置在内胆21上部，所述的第二换热盘管25设置在内胆21下部、底部，所述的上部换热盘管22与第二换热盘管25分别经换向阀15与加热装置1的介质出口18和介质入口19相连接。

本实施例中，所述的换热器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。所述的换热器由上至下依次分为上部换热盘管22以及第二换热盘管25，所述的上部换热盘管22与第二换热盘管25相并联设置，并通过控制介质在换热盘管中流动方向的换向阀15与加热装置1的介质出口18和介质入口19相连接。本实施例中，还可设置为将所述的上部换热盘管22与第二换热盘管25的一端直接与介质出口18相连接，另一端直接与介质入口19相连接。优选的设置为，直接将介质出口18分别与上部换热盘管22和第二部换热盘管25的上端部相连接，将介质入口19与上部换热盘管22和第二部换热盘管25的下端部相连接。

本实施例中，所述的加热装置1包括，依次首尾相连接的介质入口19、过滤器16、膨胀阀17、蒸发器11、四通阀14和介质出口18。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。

一种如上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，经换热器与水箱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。在控制单元的作用下，使介质在不同时间节点流经并联设置在内胆21上部的上部换热盘管22和设置在内胆21下部、底部的第二换热盘管25中的至少一条换热盘管以使介质与水箱内的水进行热交换。优选的，所述的介质可以先流经上部换热盘管22和/或第二换热盘管25一段时间，再将介质改变为流经其他的换热盘管或同时流经所有的换热盘管。

本实施例中，所述的热泵水箱的换热方法，具体包括如下步骤：61）当用户需要少量热水、又需快速加热时，使介质只流经内胆21上部设置的上部换热盘管22，流经的介质与水箱内出水口位置处储存的水进行热交换；

62）当用户需要大量热水、又不需快速加热时，使介质流只经第二换热盘管25，流经的介质与水箱下部、底部储存的水进行热交换，并通过热气流始终向上运动的原理，对整个水箱内的水进行加热；

63）当用户需要大量热水、又需快速加热，又需节能时，先使介质只流经上部换热盘管22一定时间，以对水箱内出水口位置处储存的水进行热交换，以保证用户可以快速使用少量热水；再使介质只流经第二换热盘管25，以对整个水箱内储存的水再进行加热；

64）当用户需要大量热水、又需最短时间进行快速加热时，使介质同时流经上部换热盘管22和第二换热盘管25，以在最短的时间内对整个水箱内储存的水进行热交换。

通过将将加热后的介质先经过上部换热盘管，使上部换热盘管与水箱出水口处存储的水进行热交换，以实现快速加热水箱内少部分水的目的，以满足用户快速的得到少部分热水的使用效果。

实施例2

如图2所示，本实施例中，介绍了一种热泵水箱的换热器。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，其包括独立的两部分加热装置1和水箱2。所述的水箱2上设置有用于存储水的水箱内胆，所述的内胆21的外部包覆设置有用于加热水箱内胆21中水的换热器，所述的加热装置1和换热器通过管路相连接。所述的换热器包括相并联设置的上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24。所述的上部换热盘管22设置在内胆21上部，所述的下部换热盘管23设置在内胆21下部，所述的底部换热盘管24设置在内胆21底部的。所述的上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24分别经换向阀15与加热装置1的介质出口18和介质入口19相连接。

本实施例中，所述的换热器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。所述的换热器由上至下依次分为上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24，所述的上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24相并联设置，并分别与换向阀15相连接。所述的换向阀15分别与加热装置1的介质出口18和介质入口19相连接。

一种如上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，经换热器与水箱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。在控制单元的作用下，使介质在不同时间节点流经并联设置在内胆21上部的上部换热盘管22、内胆21下部的下部换热盘管23和内胆21底部的底部换热盘管24中的至少一条换热盘管以使介质与水箱内的水进行热交换。优选的，所述的介质可以先流经上部换热盘管22和/或下部换热盘管23和/或内胆21一段时间，再将介质改变为流经其他的换热盘管或同时流经所有的换热盘管。

本实施例中，所述的热泵水箱的换热方法，具体包括如下步骤：61）当用户需要少量热水、又需快速加热时，使介质只流经内胆21上部设置的上部换热盘管22，流经的介质与水箱内出水口位置处储存的水进行热交换；

62）当用户需要大量热水、又不需快速加热时，使介质只流经下部换热盘管23和底部换热盘管24，流经的介质与水箱下部、底部储存的水进行热交换，并通过热气流始终向上运动的原理，对整个水箱内的水进行加热；

63）当用户需要大量热水、又需快速加热，又需节能时，先使介质只流经上部换热盘管22一定时间，以对水箱内出水口位置处储存的水进行热交换，以保证用户可以快速使用少量热水；再使介质只流经下部换热盘管23和底部换热盘管24，以对整个水箱内储存的水再进行加热；

64）当用户需要大量热水、又需最短时间进行快速加热时，使介质同时流经上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24，以在最短的时间内对整个水箱内储存的水进行热交换。

通过将加热后的介质先经过上部换热盘管加热一段时间后，再使介质流经下部换热盘管和底部换热盘管，以实现快速加热水箱内少部分水的同时对水箱内全部的水缓慢加热的效果，从而在减少能耗的前提下达到了用户使用大量热水的效果。

实施例3

如图3所示，本实施例中，介绍了一种热泵水箱的换热器。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，其包括加热装置1和水箱2。所述的水箱2上设置有用于存储水的水箱内胆，所述的内胆21的外部包覆设置有用于加热水箱内胆21中水的换热器，所述的加热装置1和换热器通过管路相连接。所述的换热器包括设置在内胆21上部的上部换热盘管22以及设置在内胆21下部的下部换热盘管23和设置在内胆21底部的底部换热盘管24。所述的上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24相并联地与换向阀15相连接，所述的换向阀15分别与加热装置1的介质出口18和介质入口19相连接。

本实施例中，所述的介质经加热装置1加热后，从介质出口18流入换向阀15，再经上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24中的至少一根换热盘管的上端部/下端部流入换热盘管，后从所流经的换热盘管的下端部/上端部经换向阀15回流至介质入口19，而形成了介质的循环流动。在上述循环过程中，在控制系统的作用下，使从介质出口18流入换向阀15的加热后的介质，可变换的从上部换热盘管22、下部换热盘管23和底部换热盘管24中至少一条换热盘管的上端部或下端部流入所对应的换热盘管中。这就实现了介质在换热盘管中流动方向的变化。

本实施例中，优选的，控制系统根据检测到的内胆上部温度值t1和检测到的内胆下部温度值t2的差值的变化情况，控制介质在换热盘管中的流动方向。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。

本实施例中，所述的介质在换热盘管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。

本实施例中，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，介质均从换热盘管的上端流入、下端流出。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。

通过将换热器经换向阀与加热装置相连接，以使介质在加热过程中改变在换热盘管中的流动方向，从而实现了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 (10)

1.一种热泵水箱的换热器，包括：竖直设置的水箱（2）、将介质加热的加热装置（1）、用于将介质与水箱（2）中的水进行热交换的换热器；

其特征在于：所述的换热器包括设置在水箱内胆（21）上部的上部换热盘管（22）和设置在内胆（21）下部、底部的第二换热盘管（25），所述上部换热盘管（22）和第二换热盘管（25）并联连接，再经控制介质在换热盘管中流动方向的换向阀（15）与加热装置（1）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种热泵水箱的换热器，其特征在于：所述的第二换热盘管（25）包括设置在内胆（21）下部的下部换热盘管（23）和设置在内胆（21）底部的底部换热盘管（24），所述的下部换热盘管（23）和底部换热盘管（24）串联或并联连接。

3.根据权利要求2所述的一种热泵水箱的换热器，其特征在于：所述的上部换热盘管（22）、下部换热盘管（23）和底部换热盘管（24）均与换向阀（15）相连接，所述的换向阀（15）与加热装置（1）的介质出口（18）和介质入口（19）分别相连接。

4.一种如权利要求1至3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（1）加热后流入换热器，经换热器与水箱（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：在控制单元的作用下，使介质在不同时间节点流经并联设置在内胆（21）上部的上部换热盘管（22）和/或内胆下部、底部的第二换热盘管（25），以使介质与水箱内的部分或整箱水进行热交换。

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：所述的介质流经并联设置在内胆（21）上部的上部换热盘管（22）、内胆（21）下部的下部换热盘管（23）和内胆（21）底部的底部换热盘管（24）中的至少一条换热盘管，以使介质与水箱（2）内的部分或整箱水进行热交换。

6.根据权利要求5所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：

61）当用户需要少量热水、又需快速加热时，使介质流经内胆（21）上部设置的上部换热盘管（22），流经的介质与水箱内出水口位置处储存的水进行热交换；

62）当用户需要大量热水、又不需快速加热时，使介质流经下部换热盘管（23）和底部换热盘管（24），流经的介质与水箱（2）内储存的水进行热交换；

63）当用户需要大量热水、又需快速加热，又需节能时，先使介质流经上部换热盘管（22）一定时间，以对水箱（2）内出水口位置处储存的水进行热交换，再使介质流经下部换热盘管（23）和底部换热盘管（24），以对水箱（2）内储存的水进行热交换；

64）当用户需要大量热水、又需最短时间进行快速加热时，使介质同时流经上部换热盘管（22）、下部换热盘管（23）和底部换热盘管（24），以对整个水箱（2）内储存的水进行快速加热。

7.根据权利要求4至6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，所述的介质在满足一定的换向条件时，介质在换热盘管中的流动方向改变。

8.根据权利要求7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，控制介质在换热盘管中的流动方向。

9.根据权利要求7所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：控制系统根据检测到的内胆上部温度值t1和检测到的内胆下部温度值t2的差值的变化情况，控制介质在换热盘管中的流动方向。

10.根据权利要求7所述的一种换热器的换热方法，其特征在于：所述的介质在换热盘管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；

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，介质均从换热盘管的上端流入、下端流出；

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。