CN104930704B - 热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种热泵热水器及其控制方法。该热泵热水器包括：静态加热系统(9)，对水体进行初步加热；即热杀菌系统(10)，接收静态加热系统(9)初步加热的热水，对进入即热杀菌系统(10)的热水进行二次加热杀菌，并对杀菌后的热水进行降温。根据本发明的热泵热水器，能够保证热水的杀菌效果，并降低高水温出水的烫伤风险。

Description

热泵热水器及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷与空调设备技术领域，具体而言，涉及一种热泵热水器及其控制方法。

背景技术

目前我国颁布的《家用和类似用途热泵热水器》和《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》2项国家标准均规范热泵热水机产品的名义出水温度为55℃，然而在日本该值为65℃，欧美等国外发达国家的热水出水温度也基本都高于60℃。

从节能角度来讲，生活热水供水温度越低对节能愈有利：一是热泵热水机能效随出水温度的降低而升高；二是水温低，生活热水系统不易结垢，降低传热温差，提高系统能效。然而，从卫生角度来讲，生活热水供水温度越高对防止细菌滋生越有利，其中生活热水系统中典型的嗜热菌是军团菌，水温越高，越利于细菌的杀灭。

相关研究显示：军团菌在45℃、50℃、60℃和70℃水温条件下被杀灭所需要的时间分别为2500min、380min、少于5min和少于1min，同时还指出60℃是供水末端的临界温度，只有达到和超过该温度才能有效杀灭细菌。因此，为了保证杀菌效果，现有产品方案必须将出水温度升到60℃以上，而且从55℃加热到60℃以上温度范围内水箱热水的吸热量是取自于低温热源，不仅导致加热效率较低，而且由于水箱内热水需要整体加热，但实际热水量可能只是其中一部分，因此也导致部分热量浪费。

发明内容

本发明实施例中提供一种热泵热水器及其控制方法，能够保证热水的杀菌效果，并降低高水温出水的烫伤风险。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种热泵热水器，包括：静态加热系统，对水体进行初步加热；即热杀菌系统，接收静态加热系统初步加热的热水，对进入即热杀菌系统的热水进行二次加热杀菌，并对杀菌后的热水进行降温。

作为优选，静态加热系统包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机、第一冷凝器、第一蒸发器和第一节流装置，水体经第一冷凝器初步加热。

作为优选，即热杀菌系统包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机、第二冷凝器、第二蒸发器和第二节流装置，热水经第二冷凝器二次加热并经第二蒸发器降温。

作为优选，即热杀菌系统包括依次连接形成制冷剂回路的第二压缩机、第二冷凝器、第二蒸发器和第二节流装置，热水经第二冷凝器二次加热并经第二蒸发器降温。

作为优选，静态加热系统包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机、第一冷凝器、第一蒸发器、第二蒸发器和第一节流装置，水体经第一冷凝器初步加热，即热杀菌系统包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机、第二冷凝器、第一蒸发器和第二蒸发器，热水经第二冷凝器二次加热并经第二蒸发器降温，第一蒸发器和第二蒸发器串联。

作为优选，第二冷凝器为套管换热器或板式换热器，第二蒸发器为套管换热器或板式换热器。

作为优选，静态加热系统和/或即热杀菌系统上设置有开关阀。

作为优选，第一冷凝器和第二冷凝器通过三通阀连接至压缩机。

作为优选，热泵热水器还包括水箱和热水管路，水箱与第一冷凝器形成换热结构，热水管路连接至水箱，并将热水经第一冷凝器、第二冷凝器和第二蒸发器换热后输送至用户侧。

根据本发明的另一方面，提供了一种热泵热水器的控制方法，包括：步骤S1：检测是否需用热水；步骤S2：如果需用热水，关闭静态加热系统，启动即热杀菌系统，使静态加热系统加热的热水进入即热杀菌系统二次加热至第一预设温度，之后通过即热杀菌系统降温至第二预设温度，输出热水；步骤S3：如果无需使用热水，关闭即热杀菌系统，打开静态加热系统，对热水进行加热；步骤S4：返回步骤S1。

应用本发明的技术方案，热泵热水器包括：静态加热系统，对水体进行初步加热；即热杀菌系统，接收静态加热系统初步加热的热水，对进入即热杀菌系统的热水进行二次加热杀菌，并对杀菌后的热水进行降温。该热泵热水器工作时，在不用热水时，可以通过静态加热系统对热水进行初步加热，在需要使用热水时，可以启动即热杀菌系统，通过即热杀菌系统对热水进行二次加热，使得热水温度达到杀菌温度，能够起到较好的杀菌效果，然后通过即热杀菌系统对加热到较高温度的热水进行降温，可以避免热水温度过高而造成烫伤风险。由于可以通过即热杀菌系统仅对需要使用的部分热水进行加热杀菌，因此可以提高能源利用率，同时能够提高加热杀菌的效率，提高热泵热水器的整体能效。

附图说明

图1是本发明第一实施例的热泵热水器的结构原理图；

图2是本发明第二实施例的热泵热水器的结构原理图；

图3是本发明实施例的热泵热水器的控制原理图。

附图标记说明：1、压缩机；2、第一冷凝器；3、第一节流装置；4、第一蒸发器；5、第二冷凝器；6、第二节流装置；7、第二蒸发器；8、热水管路；9、静态加热系统；10、即热杀菌系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1所示，根据本发明的第一实施例，热泵热水器包括静态加热系统9和即热杀菌系统10，静态加热系统9对水体进行初步加热，使得水体温度能够达到一定温度，形成初步加热热水；即热杀菌系统10接收静态加热系统9初步加热的热水，对进入即热杀菌系统10的热水进行二次加热杀菌，并对杀菌后的热水进行降温，以便用户取用。

如果使用该实施例的热泵热水器，在不用热水时，可以通过静态加热系统9对热水进行初步加热，在需要使用热水时，可以启动即热杀菌系统10，通过即热杀菌系统10对热水进行二次加热，使得热水温度达到杀菌温度，能够起到较好的杀菌效果，然后再通过即热杀菌系统10对加热到较高温度的热水进行降温，可以避免热水温度过高而造成烫伤风险。由于可以通过即热杀菌系统10仅对需要使用的部分热水进行加热杀菌，因此可以提高能源利用率，同时能够提高加热杀菌的效率，提高热泵热水器的整体能效。

静态加热系统9包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机1、第一冷凝器2、第一蒸发器4和第一节流装置3，水体经第一冷凝器2初步加热。

即热杀菌系统10包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机1、第二冷凝器5、第二蒸发器7和第二节流装置6，热水经第二冷凝器5二次加热并经第二蒸发器7降温。这两个系统均为常用的空调换热系统，因此技术比较成熟，能够降低加工和设计的成本。

在本实施例中，两套系统共用一个压缩机，可以降低压缩机的数量，减少热泵热水器的成本。

热泵热水器工作进入静态加热模式时，启动静态加热系统9，并关闭即热杀菌系统10，通过第一冷凝器2对热水进行初步加热，从而预先存储足量具有一定温度的热水，保证在需要使用热水时能够及时提供足量用水，可以使热水温度快速上升到杀菌温度。在静态加热模式下，制冷剂沿静态加热系统9流动，从第一压缩机1中排出的制冷剂流过第一冷凝器2，在第一冷凝器2内与水体进行换热，对水体进行加热，使得水体成为初步加热的热水。换热之后的制冷剂冷凝为液体，经第一节流装置3节流膨胀，在第一蒸发器4中吸热蒸发，然后进入第一压缩机1中进行压缩。在制冷剂循环流动的过程中，可以实现对热水的加热。此时由于用户无需使用热水，因此可以采用比较节能的方式来使水温慢速升高。采用静态加热的方式一般可以将热水温度加热至35-55℃。

在需要使用热水时，热泵热水器工作进入即热杀菌模式，启动即热杀菌系统10，并关闭静态加热系统9。在即热杀菌模式下，从第一压缩机1排出的制冷剂经第二冷凝器5，在第二冷凝器5内散热，对从第一冷凝器2中流出进入第二冷凝器5的较高温度热水(35-55℃)进行换热，使热水再次被加热，制冷剂在换热之后冷凝为液体，然后经第二节流装置6节流膨胀，在第二蒸发器7中与经过第二冷凝器5换热的热水再次进行换热，然后蒸发成气体流向第一压缩机1，在第一压缩机1中进行压缩。在此过程中，制冷剂吸收了热水所散发的热量之后在第一压缩机1中压缩，因此可以实现热量回收，提高系统能效。

通过第二冷凝器5在第一冷凝器2加热的基础上对热水进行二次加热，使得热水温度可以快速上升到达到杀菌温度，能够起到较好的杀菌效果。本实施例中的杀菌温度为60℃以上，此处的杀菌温度也可以根据使用环境等条件的不同进行调节。在完成杀菌之后，通过第二蒸发器7可以对加热到较高温度的热水进行降温，一般热水温度被降低至42-58℃，避免热水温度过高而造成烫伤风险。

通过上述步骤，能够实现用户侧出水温度与杀菌效果之间的较好协调，使得用户侧出水温度较低，但杀菌效果良好，更好地提高用户的使用体验。

由于可以通过第二冷凝器5仅对需要使用的部分热水进行加热杀菌，因此可以减少需要通过第二冷凝器5进行直接加热的热水量，可以提高能源利用率，同时能够提高加热杀菌的效率，提高热泵热水器的整体能效。

静态加热系统9和/或即热杀菌系统10上设置有开关阀，因此可以通过开关阀来控制静态加热系统9和即热杀菌系统10的启动和停止动作。在实际的工作中，如果第一压缩机1的制冷剂压缩量允许，可以保持静态加热系统9和即热杀菌系统10同时运行，一边通过第一冷凝器2进行初步加热，一边通过第二冷凝器5进行杀菌，这样就可以保证热泵热水器可以提供更大量的热水，满足用户更大量的热水需求。

在一个图中未示出的实施例中，即热杀菌系统10包括依次连接形成制冷剂回路的第二压缩机、第二冷凝器5、第二蒸发器7和第二节流装置6，热水经第二冷凝器5二次加热并经第二蒸发器7降温。此时静态加热系统9与即热杀菌系统10分别通过第一压缩机1和第二压缩机进行制冷剂的压缩，由于第一压缩机1只需承担静态加热系统9的制冷剂循环，第二压缩机只需承担即热杀菌系统10的制冷剂循环，因此能够保证两套系统均具有足够的能量供应，可以提供足够的制冷剂压缩量，从而能够保证热泵热水器持续提供足够大量的热水。

优选地，第二冷凝器5的水容量小于第一冷凝器2的水容量，使得进入第二冷凝器5进行热交换的热水少于第一冷凝器2内的热水量，可以保证第二冷凝器5的加热效率，保证热水供应的持续性，并且降低热泵热水器工作过程中的能量浪费。

第二冷凝器5为套管换热器或板式换热器，第二蒸发器7为套管换热器或板式换热器，可以方便地实现热水与第二冷凝器5和第二蒸发器7之间的换热。

第一节流装置3为电子膨胀阀、热力膨胀阀或毛细管，第二节流装置6为电子膨胀阀、热力膨胀阀或毛细管。

第一压缩机1为变频压缩机、定频压缩机或变容量压缩机。

静态加热系统9和即热杀菌系统10的启停也可以通过设置在回路上的节流装置来实现。

在图中未示出的一个实施例中，第一冷凝器2和第二冷凝器5也可以通过三通阀共同连接至第一压缩机1，并通过三通阀来控制静态加热系统9和即热杀菌系统10的工作。

热泵热水器还可以包括水箱和热水管路8，水箱与第一冷凝器2形成换热结构，热水管路8连接至水箱，并将热水经第一冷凝器2、第二冷凝器5和第二蒸发器7换热后输送至用户侧。当然，也可以直接将第一冷凝器2设置较大热水容量，将第一冷凝器2作为水箱来使用，实现热水的储存。

结合参见图2所示，根据本发明的第二实施例，静态加热系统9包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机1、第一冷凝器2、第一蒸发器4、第二蒸发器7和第一节流装置3，水体经第一冷凝器2初步加热，即热杀菌系统10包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机1、第二冷凝器5、第一蒸发器4、第二蒸发器7和第一节流装置3，热水经第二冷凝器5二次加热并经第二蒸发器7降温。热水管路8将热水经第一冷凝器2、第二冷凝器5和第二蒸发器7换热后输送至用户侧。由于第一蒸发器4和第二蒸发器7的结构和工作原理并不相同，因此设置两个蒸发器，并将这两个蒸发器串联，可以在进行静态加热时同时利用第一蒸发器4和第二蒸发器7进行换热，提高静态加热系统的换热效率，在进行即热杀菌时，仅利用第二蒸发器7对热水进行降温，能够保证热泵热水器的正常稳定工作。

在不使用热水时，可以关闭第二冷凝器5与第一蒸发器4之间的管路，并关闭热水管路8，使得制冷剂在静态加热系统9中运行，实现第一冷凝器2与热水之间的换热。在需要使用热水时，可以打开第二冷凝器5与第二蒸发器7之间的管路，打开热水管路8，同时关闭第一冷凝器2与第一蒸发器4之间的管路，启动即热杀菌系统10，实现第二冷凝器5对热水的加热以及第二蒸发器7对热水的降温。

静态加热系统9和即热杀菌系统10可以共用第一节流装置3，此种情况下，需要第二冷凝器5的出口连接至第一节流装置3的入口，从而保证第一节流装置3可以对即热杀菌系统10起到节流作用，此时控制第一冷凝器2与第一蒸发器4之间的管路通断的控制阀应该设置在第一冷凝器2的制冷剂出口与第一节流装置3的制冷剂入口之间。

此处也可以再设置一个第二节流装置6，此种情况下静态加热系统9通过第一节流装置3进行节流，即热杀菌系统10通过第二节流装置6进行节流，因此控制第一冷凝器2与第一蒸发器4之间的管路通断的控制阀设置在第一冷凝器2的制冷剂出口与第一蒸发器4之间即可。

结合参见图3所示，根据本发明的实施例，热泵热水器的控制方法包括：步骤S1：检测是否需用热水；步骤S2：如果需用热水，关闭静态加热系统9，启动即热杀菌系统10，使静态加热系统9加热的热水进入即热杀菌系统10二次加热至第一预设温度，之后通过即热杀菌系统10降温至第二预设温度，输出热水，其中第一预设温度大于第二预设温度；步骤S3：如果无需使用热水，关闭即热杀菌系统10，打开静态加热系统9，对热水进行加热；步骤S4：返回步骤S1。

通过静态加热系统9和即热杀菌系统10相互配合，可以方便地实现对热水的加热杀菌，并能够在热水出水时对热水进行降温，使热水达到合适的使用温度，保证了热水使用的舒适性。此处的第一预设温度大于60℃，第二预设温度处于42至58℃之间。

在热泵热水器工作的过程中，可以时刻对是否需要使用热水进行检测，并根据检测的结果选择相应的控制策略。当然，此处也可以与热水使用开关进行关联，通过检测热水使用开关的启停来对热泵热水器的工作进行控制。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热泵热水器，其特征在于，包括：

静态加热系统（9），在不用热水时，对水体进行初步加热；

即热杀菌系统（10），在需要使用热水时，接收所述静态加热系统（9）初步加热的热水，对进入所述即热杀菌系统（10）的所述热水进行二次加热杀菌，并对杀菌后的热水进行降温；

其中，所述静态加热系统（9）包括第一冷凝器（2），所述水体经所述第一冷凝器（2）初步加热；

所述即热杀菌系统（10）包括第二冷凝器（5）、第二蒸发器（7），所述热水经所述第二冷凝器（5）二次加热并经所述第二蒸发器（7）降温。

2.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述静态加热系统（9）包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机（1）、第一冷凝器（2）、第一蒸发器（4）和第一节流装置（3），所述水体经所述第一冷凝器（2）初步加热。

3.根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述即热杀菌系统（10）包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机（1）、第二冷凝器（5）、第二蒸发器（7）和第二节流装置（6），所述热水经所述第二冷凝器（5）二次加热并经所述第二蒸发器（7）降温。

4.根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述即热杀菌系统（10）包括依次连接形成制冷剂回路的第二压缩机、第二冷凝器（5）、第二蒸发器（7）和第二节流装置（6），所述热水经所述第二冷凝器（5）二次加热并经所述第二蒸发器（7）降温。

5.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述静态加热系统（9）包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机（1）、第一冷凝器（2）、第一蒸发器（4）、第二蒸发器（7）和第一节流装置（3），所述水体经所述第一冷凝器（2）初步加热，所述即热杀菌系统（10）包括依次连接形成制冷剂回路的第一压缩机（1）、第二冷凝器（5）、第一蒸发器（4）和第二蒸发器（7），所述热水经所述第二冷凝器（5）二次加热并经所述第二蒸发器（7）降温，所述第一蒸发器（4）和所述第二蒸发器（7）串联。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的热泵热水器，其特征在于，所述第二冷凝器（5）为套管换热器或板式换热器，所述第二蒸发器（7）为套管换热器或板式换热器。

7.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述静态加热系统（9）和/或所述即热杀菌系统（10）上设置有开关阀。

8.根据权利要求3所述的热泵热水器，其特征在于，所述第一冷凝器（2）和所述第二冷凝器（5）通过三通阀连接至所述压缩机（1）。

9.根据权利要求3或4所述的热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器还包括水箱和热水管路（8），所述水箱与所述第一冷凝器（2）形成换热结构，所述热水管路（8）连接至所述水箱，并将所述热水经所述第一冷凝器（2）、所述第二冷凝器（5）和所述第二蒸发器（7）换热后输送至用户侧。

10.一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：检测是否需用热水；

步骤S2：如果需用热水，关闭静态加热系统（9），启动即热杀菌系统（10），使静态加热系统（9）加热的热水进入即热杀菌系统（10）二次加热至第一预设温度，之后通过即热杀菌系统（10）降温至第二预设温度，输出热水；

步骤S3：如果无需使用热水，关闭即热杀菌系统（10），打开静态加热系统（9），对热水进行加热；

步骤S4：返回步骤S1。