CN104296433A - 一种热泵热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水系统，包括压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置和水箱，其还包括：套管换热器和盘管换热器，所述套管换热器和盘管换热器并联设置；系统制热运行时，从压缩机流出的制冷剂流经四通阀进入套管换热器冷凝放热，经过节流装置降压后进入室外换热器蒸发吸热，最后经四通阀进入压缩机；系统除霜运行时，从压缩机流出的制冷剂经四通阀进入室外换热器冷凝放热，经节流装置节流降压后进入盘管换热器蒸发吸热，最后通过四通阀进入压缩机。该系统在制热过程中通过套管换热器直接为加热水供热，能够实现对水快速加热的目的；在除霜过程中通过盘管换热器供热，但除霜过程中盘管换热器的吸热对水箱内的水温及用户的使用舒适度影响小。

Description

一种热泵热水系统

技术领域

本发明涉及空气能热水器技术领域，尤其涉及一种热泵热水系统。

背景技术

为追求高效、快速的化霜效果，目前空气能热泵热水器多采用四通阀换向化霜；特别对于循环或者直热式空气能热泵热水器，由于冷凝器多采用套管、壳管或板换等热交换器，四通阀换向化霜时冷凝器转变为蒸发器为制冷剂提供热量，这些热量来源为热水。

在对热泵室外换热器除霜过程中，循环式或直热式空气热泵热水器采用换向化霜时势必会产生一部分冷水，特别对于直热式机组，这部分冷水势必会对用水舒适性产生影响。

针对上述问题，中国专利申请200910143722.1提供了一种空气热能热泵热水器的除霜装置，其包括压缩机、水侧换热器、节流装置、室外换热器、水箱,由压缩机、水侧换热器、节流装置、室外换热器沿制冷剂流通方向顺序连接组成的热泵制冷回路,所述水侧换热器设置在水箱内,在所述水侧换热器与室外换热器的连接管道之间设置有一条支管,所述支管的进口与所述水侧换热器的出口连接,所述支管的出口与所述室外换热器的进口连接；所述支管上装有一控制阀。

上述专利申请提供的空气热能热泵热水器的除霜装置,虽然结构简单,成本较低,且除霜效率高,能够在除霜的过程中不影响制热水,从而不会影响热泵热水器的正常使用，克服了传动热水器除霜过程中由于水箱内的换热器吸热导致热水温度降低的问题，但是其除霜过程利用的是制冷剂在水侧换热器内热交换后的余热，虽然有一定的除霜效果，但热量较低，除霜效果差，且除霜所需要的时间较长。

因此，我们需要一种在不降低用户使用舒适度的前提下，能够进行快速有效除霜的热泵热水器。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热泵热水系统，能够在不影响水箱内温度及用户使用舒适度的前提下，进行快速有效的除霜。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种热泵热水系统，包括压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置和水箱，其还包括：

套管换热器和盘管换热器，所述套管换热器和盘管换热器并联设置；

系统制热运行时，从压缩机流出的制冷剂流经四通阀进入套管室换热器冷凝放热，经过节流装置降压后进入室外换热器蒸发吸热，最后经四通阀进入压缩机；

系统除霜运行时，从压缩机流出的制冷剂经四通阀进入室外换热器冷凝放热，经节流装置节流降压后进入盘管换热器蒸发吸热，最后通过四通阀进入压缩机。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，套管换热器包括内管和外管，所述内管的两端分别通过管路与水箱的热水端和冷水端连通；所述外管的两端分别与四通阀和节流装置连通。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述盘管换热器为外设盘管换热器或内置盘管换热器，所述外设盘管换热器缠绕在水箱内胆的外侧，所述内置盘管换热器设置在水箱内胆的内部。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述盘管换热器设置在水箱的冷水端。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述套管换热器与室外换热器之间的管路上，以及所述盘管换热器与室外换热器之间的管路上均设置有控制阀，用于控制制冷剂的通断。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述控制阀为单向阀或电磁阀。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述节流装置包括第一节流装置和第二节流装置，所述第一节流装置设置在套管换热器与室外换热器之间的管路，所述第二节流装置设置在所述盘管换热器与室外换热器之间的管路上。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述第一节流装置为膨胀阀，第二节流装置为毛细管。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述水箱的中间和两端均设置有温度传感器。

作为上述热泵热水系统的一种优选方案，所述热水端设置有出水管，所述冷水端设置有进水管；所述出水管包括水平部，以及与所述水平部连接且朝向水箱上部弯折的弯折部；所述进水管包括两段相互平行设置的平行管以及连接两所述平行管且相对于平行管倾斜设置的倾斜管。

本发明的有益效果为：本申请提供了一种热泵热水系统，该系统同时设置有相互并联的套管换热器和盘管换热器，并在制热过程中通过套管换热器直接为加热水提供热量，能够实现对水快速加热的目的，在除霜过程中通过盘管换热器提供热量，除霜过程中虽然盘管换热器会吸收水箱内的热量，但盘管换热器位于冷水端，该吸热过程对水箱内的水温及用户的使用舒适度影响小，且能够快速、有效的清除室外换热器上的积霜。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的热泵热水系统处于制热状态的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的热泵热水系统处于除霜状态的结构示意图。

其中：

101：压缩机；102：四通阀；103：套管换热器；104：水泵；105：水箱；106：盘管换热器；107：第二单向阀；108：毛细管；109：膨胀阀；110：第一单向阀；111：室外换热器；112：温度传感器；113：出水管；114：进水管。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在此实施方式中，本申请中提供了一种热泵热水系统，其适用于，使用热水时，采用套管换热器对水箱内的水进行直接加热；当换热器（即制热时的蒸发器）出现积霜时，采用盘管换热器为其提供热量进行除霜，此除霜过程对水箱内的水温及用户使用的舒适度影响较小，且能够快速、有效的清除换热器上的积霜。

如图1，图2所示，上述热泵热水系统，包括压缩机101、四通阀102、室外换热器111、节流装置和水箱105，当然，为了提高热泵系统的使用性能，该系统还可以设置气液分离器、储液器、油液分离器等热泵系统常用设备。

热泵热水系统还包括用于加热水箱105内热水的套管换热器103和为室外换热器111除霜提供热量的盘管换热器106，当然，在具体的使用过程中两者之间的功能也可以互换，更具体的说即加热水箱105内热水的换热器，不仅可以采用套管换热器103，也可以采用其它结构形式的换热器，为除霜提供热量的换热器也不仅仅包括盘管换热器106，同样也可以采用其它结构的换热器。

上述套管换热器103和盘管换热器106并联设置，且在此实施方式中，系统制热运行时，从压缩机101流出的制冷剂流经四通阀102进入套管换热器103冷凝放热，经过节流装置降压后进入室外换热器111蒸发吸热，最后经四通阀102进入压缩机101。

系统除霜运行时，从压缩机101流出的制冷剂经四通阀102进入室外换热器111冷凝放热，经节流装置节流降压后进入盘管换热器106蒸发吸热，最后通过四通阀102进入压缩机101。

制热运行时，采用套管换热器的好处在于，制取的热水直接喷入水箱的热水端，从出水口供给给用户，可以快速的获得热水，而除霜时采用盘管换热器，放出的冷量传入水箱中的水，由于水箱中的水量较多，对于热水端的温度影响小，快速化霜的同时不影响用户使用的舒适性。

上述套管换热器103包括内管和外管，内管的两端分别通过管路与水箱105的热水端和冷水端连通，在此实施方式中，热水端为水箱的上部，冷水端为水箱的下部。外管的两端分别与四通阀102和节流装置连通。

套管换热器103和盘管换热器106具体的设置方式为：四通阀102包括C口、D口、E口和S口，其中,S口与压缩机101的出气口相连，E口与室外换热器111相连，D口与压缩机101的进气口相连，套管换热器103和盘管换热器106均有一端与C口相连，它们的另一端均与室外换热器111相连。

在制热过程中，四通阀102的导通方向为，C口、S口，D口、E口连通，除霜过程中，四通阀102的导通方向为，C口、D口，E口，S口连通。

在热泵系统制热运行和除霜运行过程中，除了通过控制四通阀102的导通方向，本系统还设置有控制阀用于控制制冷剂的通断，其具体的设置位置为，套管换热器103与室外换热器111之间的管路上，以及盘管换热器106与室外换热器111之间的管路上均设置有控制阀，且在此实施方式中控制阀为单向阀或电磁阀。优选的，套管换热器103与室外换热器111之间的管路上设置有第一单向阀110，盘管换热器106与四通阀102之间的管路上设置有第二单向阀107；且在系统制热运行时，第一单向阀110有制冷剂通过，第二单向阀107中无制冷剂通过，在系统除霜运行时，第一单向阀110无制冷剂通过，第二单向阀107中有制冷剂通过。

在此实施方式中，节流装置包括第一节流装置和第二节流装置，第一节流装置设置在套管换热器103与室外换热器111之间的管路，第二节流装置设置在盘管换热器106与室外换热器111之间的管路上，除了上述结构也不排除只设置一个节流装置的可能性。上述节流装置为膨胀阀或毛细管，优选的，第一节流装置为膨胀阀109，第二节流装置为毛细管108，其好处在于制热时可以更准备的控制温度，除霜时不需要很准确的控温，采用毛细管可以节约成本。

且无论在制热运行还是在除霜过程中，盘管换热器106始终处于热泵循环的低压区，水箱盘管承受的压力较小，使得该系统方案的水箱盘管不受制冷剂类型的限制，适用于各种制冷剂，如R410A。

由于热泵系统在除霜过程中，盘管换热器106会在水箱内吸热，为了避免吸热过程对水箱内水温的影响，盘管换热器106设置在水箱105的冷水端。在此实施方式中，盘管换热器106为外设盘管换热器或内置盘管换热器，其中外设盘管换热器缠绕在水箱105内胆的外侧，内置盘管换热器设置在水箱105内胆的内部，缠绕在水箱105内胆外侧的外设盘管换热器为铜管或微通道换热盘管。热水从水箱的进水端流出，盘管换热器设置在冷水端，除霜时放出的冷量，被水箱冷水端的水吸收，对热水管排出的热水干扰小，减小对用户使用热水造成的影响。对于竖置的水箱，冷水端为水箱的下部，热水端为水箱的上部，盘管换热器设置在水箱的下部。

为了提高套管换热器内水循环的速度，于连通水箱105冷水端和内管之间的管路上设置有水泵104。

水箱的热水端设置有出水管113，冷水端设置有进水管114，在此实施方式中，出水管113设置在水箱105的上部，进水管114设置在水箱105的下部。其中，出水管113包括水平部，以及与水平部连接且朝向水箱上部弯折的弯折部，因为水箱105上部的温度较高，因此具有向水箱105上部弯折的弯折部的出水管113，可以保证出水管113排出的水的温度更高。

进水管114包括两段相互平行设置的平行管以及连接两所述平行管且相对于平行管倾斜设置的倾斜管，此种结构设置的进水管114，由于具有倾斜管，可以在水流进入水箱105时起到缓冲的作用，可避免高速的水流对水箱105中的热水造成干扰，同时减少高速的水流对水箱105冲击，造成使用寿命的降低,且于两平行中管具有出水口的平行管的管壁上均匀的设置有出水孔，可进一步减缓水流的流速。需要说明的是与套管换热器106内管连通的管路位于水箱105中的部分也可以设置成和进水管114的结构相同的结构，也可以仅为具有出水孔的水平管。

且在水箱105的中间和两端均设置有温度传感器112，便于精确的监控水箱内的水温。

为了对上述热泵热水系统进行进一步的解释，本实施方式还提供了一种上述热泵热水系统的控制方法，其包括以下步骤：

步骤A：打开热泵系统，若系统运行制热过程，进入步骤B，若系统运行除霜过程，进入步骤C。

步骤B：系统控制四通阀的连通状态，使从压缩机流出的制冷剂经四通阀进入套管换热器后，经节流装置降压后进入室外换热器，经换热器蒸发吸热后，经四通阀进入压缩机，完成一次制热循环。

步骤C：系统控制四通阀的连通状态，使从压缩机流出的制冷剂经四通阀进入室外换热器冷凝放热，经节流装置降压后进入盘管换热器蒸发吸热，经四通阀进入压缩机，完成一次除霜循环。

在步骤B中，系统控制四通阀的C口、S口，D口、E口连通。

在步骤C中，系统控制四通阀的控制C口、D口，E口，S口连通。

上述热泵热水系统及其控制方法中制冷剂具体的流向为：

热泵系统制热水运行时，控制四通阀102的C口、S口，D口、E口连通，高温高压的制冷剂气体从压缩机101排出，经过四通阀102进入套管换热器103冷凝之后变成低温高压的制冷剂液体，在此制冷剂和水进行热量交换，经过套管换热器103内的水被加热，经过膨胀阀109节流、降压后变成低温低压的制冷剂两相混合物进入室外换热器111蒸发后变成低温低压的制冷剂气体，经过四通阀102进入压缩机101进气口。

化霜运行时，控制C口、D口，E口，S口连通，高温高压的制冷剂气体从压缩机101排出，经过四通阀102进入室外换热器111后进行化霜冷凝，冷凝之后变成低温高压的制冷剂液体，经过化霜节流毛细管108节流后变成低温低压的制冷剂两相混合物进入盘管换热器106吸热蒸发后变成低温低压的制冷剂气体，经过四通阀102进入压缩机101进气口。

由于第一单向阀110、第二单向阀107的阻断作用，热泵制热水运行时盘管换热器106处于低压区但无制冷剂流过，不参与换热；化霜运行时套管换热器103处于低压区但无制冷剂流过，不参与换热。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热泵热水系统，包括压缩机（101）、四通阀（102）、室外换热器（111）、节流装置和水箱（105），其特征在于，还包括：

套管换热器（103）和盘管换热器（106），所述套管换热器（103）和盘管换热器（106）并联设置；

系统制热运行时，从压缩机（101）流出的制冷剂流经四通阀（102）进入套管换热器（103）冷凝放热，经过节流装置降压后进入室外换热器（111）蒸发吸热，最后经四通阀(102)进入压缩机(101)；

系统除霜运行时，从压缩机(101)流出的制冷剂经四通阀(102)进入室外换热器(111)冷凝放热，经节流装置节流降压后进入盘管换热器(106)蒸发吸热，最后通过四通阀(102)进入压缩机(101)。

2.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，套管换热器（103）包括内管和外管，所述内管的两端分别通过管路与水箱（105）的热水端和冷水端连通；所述外管的两端分别与四通阀（102）和节流装置连通。

3.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，所述盘管换热器（106）为外设盘管换热器或内置盘管换热器，所述外设盘管换热器缠绕在水箱（105）内胆的外侧，所述内置盘管换热器设置在水箱（105）内胆的内部。

4.根据权利要求2所述的热泵热水系统，其特征在于，所述盘管换热器（106）设置在水箱（105）的冷水端。

5.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，所述套管换热器（103）与室外换热器（111）之间的管路上，以及所述盘管换热器（106）与室外换热器（111）之间的管路上均设置有控制阀，用于控制制冷剂的通断。

6.根据权利要求5所述的热泵热水系统，其特征在于，所述控制阀为单向阀或电磁阀。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的热泵热水系统，其特征在于，所述节流装置包括第一节流装置和第二节流装置，所述第一节流装置设置在套管换热器（103）与室外换热器（111）之间的管路，所述第二节流装置设置在所述盘管换热器（106）与室外换热器（111）之间的管路上。

8.根据权利要求7所述的热泵热水系统，其特征在于，所述第一节流装置为膨胀阀（109），第二节流装置为毛细管（108）。

9.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，所述水箱（105）的中间和两端均设置有温度传感器（112）。

10.根据权利要求2所述的热泵热水系统，其特征在于，所述热水端设置有出水管（113），所述冷水端设置有进水管（114）；

所述出水管(113)包括水平部，以及与所述水平部连接且朝向水箱上部弯折的弯折部；

所述进水管(114)包括两段相互平行设置的平行管以及连接两所述平行管且相对于平行管倾斜设置的倾斜管。