CN104456940B - 一种智能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能热泵热水器，包括增焓压缩机、涡流管、蒸发器、冷凝器、控制器、第一温度传感器、第二温度传感器；增焓压缩机排气口与冷凝器进气口连接，冷凝器出气口与涡流管进气口连接，涡流管热端与增焓压缩机补气口连接；涡流管冷端与蒸发器进气口连接，蒸发器排气口与增焓压缩机进气口连接；第一温度传感器用于检测蒸发器出气温度，第二温度传感器用于检测蒸发器进气温度；涡流管包括热端电磁阀，热端电磁阀安装在涡流管热端位置，用于控制涡流管制冷系数；控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，控制热端电磁阀开度。本发明提供的智能热泵热水器，减少系统不可逆损失，提高循环系统的能效和制热量，节约能源。

Description

一种智能热泵热水器

技术领域

本发明涉及暖通空调技术领域，特别是一种智能热泵热水器。

背景技术

补气增焓热泵机组采用带辅助进气口的涡旋压缩机来代替常规压缩机，除了传统空气源热泵机组中的主要部件外，增加了一个过冷器。补气增焓热泵机组的工作流程为：从冷凝器出来的过冷液态制冷剂分为两路：主路为制冷回路，辅路为补气回路。主路的制冷剂液体直接进入过冷器；辅路的制冷剂液体经膨胀阀节流降压后进入过冷器，这两部分制冷剂在过冷器中热交换后，辅路的制冷剂吸热汽化为气态制冷剂被压缩机蒸气喷射口吸入，主路的制冷剂被再次过冷，经膨胀阀降压后进入蒸发器，在蒸发器中汽化后被压缩机吸气口吸入。主路制冷剂经过一级压缩后和辅路的制冷剂在压缩机工作腔内混合，经进一步压缩后排出压缩机，进入冷凝器，如此构成完整的循环。

补气增焓热泵机组即准二级压缩热泵机组的压缩过程，由低压级压缩过程、补气过程及高压级压缩过程组成，辅路的制冷剂经过过冷器后汽化为低温低压的制冷剂气体，与主路制冷剂混合，能够冷却主路制冷剂的温度，使准二级压缩过程的起始温度较低，将压缩机的排气温度控制在一个合适的范围内；且在低温环境下，主路制冷剂的流量偏低，通过补入辅路制冷剂的饱和蒸汽，增大压缩机流量，从而增加了整个系统的制冷剂流量，改善机组的运行工况，提高机组的制热量。

现有的热泵利用膨胀阀节流降压，节流时存在摩擦损耗，所以节流后熵必定增加，但节流前后的焓值不变。会造成节流损失很大，热泵循环系统的能效低，另外通过过冷器进行换热，换热效率低。在室外温度低于0度时，蒸发器的过热度低，制热系数低，能耗高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种智能热泵热水器，以解决循环系统的能效低的问题。

一方面，本发明提供了一种智能热泵热水器，包括增焓压缩机、涡流管、蒸发器、冷凝器、控制器、第一温度传感器、第二温度传感器；增焓压缩机排气口与冷凝器进气口连接，冷凝器出气口与涡流管进气端连接，涡流管热端与增焓压缩机补气口连接；涡流管冷端与蒸发器进气口连接，蒸发器排气口与增焓压缩机进气口连接；第一温度传感器用于检测蒸发器出气温度，第二温度传感器用于检测蒸发器进气温度；涡流管包括热端电磁阀，热端电磁阀安装在涡流管热端位置，用于控制涡流管制冷系数；控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，控制热端电磁阀开度。

进一步地，包括电磁阀组和第三温度传感器，第三温度传感器用于检测涡流管热端温度；电磁阀组包括第一状态和第二状态；在第一状态下，电磁阀组连通涡流管热端与增焓压缩机补气口，电磁阀组切断涡流管热端与冷凝器进气口；在第二状态下，电磁阀组切断涡流管热端与增焓压缩机补气口，电磁阀组连通涡流管热端与冷凝器进气口；控制器根据第三温度传感器信号，控制电磁阀组在第一状态和第二状态下切换。

进一步地，当第三温度传感器检测到的温度值超过预设值时，控制器控制电磁阀组切换至第二状态；否则，控制器控制电磁阀组切换至第一状态。

进一步地，电磁阀组包括第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀位于涡流管热端与增焓压缩机补气口之间管路中；第二电磁阀位于涡流管热端与冷凝器进气口之间管路中。

进一步地，包括单向阀，单向阀安装在涡流管热端与冷凝器进气口之间管路中。

进一步地，还包括气液分离器，气液分离器连接于冷凝器出气口和涡流管进气口之间管路中，气液分离器的液体出口与蒸发器进气口连接。

进一步地，在气液分离器的液体出口与蒸发器进气口之间管路中设置有膨胀阀。

本发明提供了一种智能热泵热水器，冷凝器出气口的高温高压气体经过涡流管后，在涡流管内膨胀加速后分离成总温不相等的两部分气流，其中温度下降的冷气流由涡流管冷端排出，温度升高的热气流由涡流管热端排出。减少了热泵系统的不可逆损失。控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，计算得到蒸发器出口过热度，来控制热端电磁阀开度，从而改变冷端流量与热端流量比率。控制器可以根据外界温度情况，灵活调节蒸发器出口过热度。

另外，同时充分利用了分离出的高温气流的能量，进入增焓压缩机补气口，增大压缩机吸气流量，从而增加了整个系统的制冷剂流量，改善热泵的运行工况，减少了压缩机功耗，提高热泵的制热量。当涡流管热端流量减少，温度升高至预定范围值时，为了减少能量损耗，将涡流管热端流量引入至冷凝器入口，节约了能源，提高了循环系统的能效。

单向阀可以防止压缩机排气口流量倒流至涡流管热端，造成流入冷凝器流量减少，制热量下降。气液分离器是为防止液态制冷剂对涡流管造成液击现象。

本发明提供了一种智能热泵热水器，减少了热泵系统的不可逆损失。提高了循环系统的能效和制热量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明智能热泵热水器结构示意图；

图2为本发明智能热泵热水器控制示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，本发明优选一种智能热泵热水器，包括增焓压缩机1、涡流管4、蒸发器5、冷凝器2、控制器、第一温度传感器、第二温度传感器；增焓压缩机1排气口与冷凝器2进气口连接，冷凝器2出气口与涡流管4进气口连接，涡流管4热端与增焓压缩机1补气口连接；涡流管4冷端与蒸发器5进气口连接，蒸发器5排气口与增焓压缩机1进气口连接。涡流管4包括热端电磁阀6，热端电磁阀6安装在涡流管4热端位置，用于控制涡流管4制冷系数；涡流管4制冷系数是指涡流管4冷端释放的冷气量占输入涡流管4进气口总量的体积百分比，制冷系数越高，冷气流越大，降温幅度越小，涡流管4热端释放的热气量越少，涡流管4热端升温幅度越大。否则相反。

如图2所示，第一温度传感器用于检测蒸发器5出气温度，第二温度传感器用于检测蒸发器5进气温度；控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，计算得到蒸发器5过热度，控制热端电磁阀6开度。过热度是指制冷剂温度高于对应压力下的饱和温度的程度。热端电磁阀6开度越大，制冷系数越高，冷气流越大，降温幅度越小，涡流管4热端释放的热气量越少，涡流管4热端升温幅度越大。否则相反。

如果在冬季，外界环境温度低于0度，控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，计算得到蒸发器5过热度，蒸发器5过热度很低，控制器控制热端电磁阀6开度变小，制冷系数较低，冷气流变小，降温幅度增大，使得蒸发器5过热度升高，使蒸发器5在饱和负荷下工作。涡流管4热端释放的热气量增大，涡流管4热端升温幅度减少，涡流管4热端的流量进入压缩机补气口，提高了压缩机的制热量，减少了压缩机能耗。

如果在夏季，外界环境温度30度，控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，计算得到蒸发器5出气口过热度，蒸发器5出气口过热度很高，控制器控制热端电磁阀6开度变大，制冷系数增大，冷气流增大，降温幅度减少，使得蒸发器5过热度降低，使蒸发器5在饱和负荷下工作。涡流管4热端释放的热气量减少，涡流管4热端升温幅度增大，涡流管4热端的流量进入压缩机补气口，提高了压缩机的制热量，减少了压缩机能耗。

为了防止涡流管4热端的高温制冷剂进入压缩机补气口，造成压缩机热负荷增大，损坏压缩机和热量浪费。本发明优选一种智能热泵热水器还包括电磁阀组和第三温度传感器，第三温度传感器用于检测涡流管4热端温度；电磁阀组包括第一状态和第二状态；电磁阀组包括第一电磁阀7和第二电磁阀8，第一电磁阀7位于涡流管4热端与增焓压缩机1补气口之间管路中；第二电磁阀8位于涡流管4热端与冷凝器2进气口之间管路中。在第一状态下，第一电磁阀7得电连通涡流管4热端与增焓压缩机1补气口，第二电磁阀8断电切断涡流管4热端与冷凝器2进气口；在第二状态下，第一电磁阀7断电切断涡流管4热端与增焓压缩机1补气口，第二电磁阀8得电连通涡流管4热端与冷凝器2进气口；控制器根据第三温度传感器信号，控制电磁阀组在第一状态和第二状态下切换。

如果在夏季，外界环境温度30度，当第三温度传感器检测到的涡流管4热端温度值超过预设值时，控制器控制电磁阀组切换至第二状态，涡流管4热端的高温制冷剂直接进入冷凝器2入口，提高了制热量，减少了压缩机的能耗；否则，控制器控制电磁阀组切换至第一状态。

为了防止压缩机排气口流量倒流至涡流管4热端，造成流入冷凝器2流量减少，制热量下降。在涡流管4热端与冷凝器2进气口之间管路中安装有单向阀9。为了防止冷凝器2出口的液态制冷剂对涡流管4造成液击现象。本发明优选一种智能热泵热水器还包括气液分离器3，气液分离器3连接于冷凝器2出气口和涡流管4进气口之间管路中，气液分离器3进口与冷凝器2出气口相连，气液分离器3的气体出口与涡流管4进气口相连，气液分离器3的液体出口与蒸发器5进气口连接。在气液分离器3的液体出口与蒸发器5进气口之间管路中设置有膨胀阀10。气液分离器3的液体出口的制冷剂经过膨胀阀10后直接进入蒸发器5进气口。

本发明提供了一种智能热泵热水器，通过控制器、热端电磁阀6、第一温度传感器、第二温度传感器，灵活控制了热端电磁阀6的开度，达到控制涡流管4制冷系数，控制精度高，减少了热泵系统的不可逆损失，改善热泵的运行工况，减少了压缩机功耗，提高热泵的制热量。节约了能源，提高了循环系统的能效。通过第三温度传感器和电磁阀组，改善热泵的运行工况，减少了压缩机功耗，提高热泵的制热量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能热泵热水器，其特征在于，包括增焓压缩机(1)、涡流管(4)、蒸发器(5)、冷凝器(2)、控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、包括电磁阀组和第三温度传感器；增焓压缩机(1)排气口与冷凝器(2)进气口连接，冷凝器(2)出气口与涡流管(4)进气端连接，涡流管(4)热端与增焓压缩机(1)补气口连接；涡流管(4)冷端与蒸发器(5)进气口连接，蒸发器(5)排气口与增焓压缩机(1)进气口连接；第一温度传感器用于检测蒸发器(5)出气温度，第二温度传感器用于检测蒸发器(5)进气温度；涡流管(4)包括热端电磁阀(6)，热端电磁阀(6)安装在涡流管(4)热端位置，用于控制涡流管(4)制冷系数；控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器信号，控制热端电磁阀(6)开度；第三温度传感器用于检测涡流管(4)热端温度；电磁阀组包括第一状态和第二状态；在第一状态下，电磁阀组连通涡流管(4)热端与增焓压缩机(1)补气口，电磁阀组切断涡流管(4)热端与冷凝器(2)进气口；在第二状态下，电磁阀组切断涡流管(4)热端与增焓压缩机(1)补气口，电磁阀组连通涡流管(4)热端与冷凝器(2)进气口；控制器根据第三温度传感器信号，控制电磁阀组在第一状态和第二状态下切换。

2.根据权利要求1所述智能热泵热水器，其特征在于，当第三温度传感器检测到的温度值超过预设值时，控制器控制电磁阀组切换至第二状态；否则，控制器控制电磁阀组切换至第一状态。

3.根据权利要求1所述智能热泵热水器，其特征在于，电磁阀组包括第一电磁阀(7)和第二电磁阀(8)，第一电磁阀(7)位于涡流管(4)热端与增焓压缩机(1)补气口之间管路中；第二电磁阀(8)位于涡流管(4)热端与冷凝器(2)进气口之间管路中。

4.根据权利要求1所述智能热泵热水器，其特征在于，包括单向阀(9)，单向阀(9)安装在涡流管(4)热端与冷凝器(2)进气口之间管路中。

5.根据权利要求1至4任意一项所述智能热泵热水器，其特征在于，还包括气液分离器(3)，气液分离器(3)连接于冷凝器(2)出气口和涡流管(4)进气口之间管路中，气液分离器(3)的液体出口与蒸发器(5)进气口连接。

6.根据权利要求5所述智能热泵热水器，其特征在于，在气液分离器(3)的液体出口与蒸发器(5)进气口之间管路中设置有膨胀阀(10)。