CN105588331A - 一种热泵热水器用水箱、热泵热水器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器用水箱、热泵热水器及使用方法，涉及热水器技术领域，为解决现有技术中热泵热水器能源利用效率低的问题而发明。本发明热泵热水器用水箱，包括：水箱内胆，水箱内胆包括胆体上部和胆体下部；水箱换热器包括围绕于胆体上部外壁的第一换热管和围绕于胆体下部的第二换热管，第一换热管的入口连接有第一流路，第一换热管的出口与第二换热管的入口连通，第二换热管的入口还连接有第二流路，第一流路和第二流路均与第一冷媒口连通，第二换热管的出口与第二冷媒口连通；设置于第二流路的电磁阀；设置于胆体上部的第一水温传感器和设置于胆体下部的第二水温传感器。本发明一种热泵热水器用于从空气中吸收热量来制造热水。

Description

一种热泵热水器用水箱、热泵热水器及使用方法

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，尤其涉及一种热泵热水器用水箱、热泵热水器及使用方法。

背景技术

目前热水器主要有燃气热水器、电热水器、太阳能热水器、空气源热泵热水器四种,空气源热泵热水器以其节能、舒适的特点越来越受用户的青睐。

热泵热水器是利用逆卡诺原理，通过介质(冷媒)，把热量从低温物体传递到高温的水里的设备。热泵装置，可以使介质相变，变的比低温热源温度更低，从而自发吸收低温热源热量；回到压缩机后的介质，又被压缩成高温(比高温的水还高)高压气体，从而自发放热到高温热源，实现从低温热源“搬运”热量到高温热源的过程。

参照图1，现有的一种热泵热水器水箱，包括水箱内胆01、围绕于所述水箱内胆01外壁的换热器02，所述换热器02的入口和第一冷媒口03连通，出口和第二冷媒口04连通，所述压缩机分别与第一冷媒口03和第二冷媒口04连通，所述水箱内胆01上侧设有第一水温传感器05和出水口07，下侧设有第二水温传感器06和进水口08，第一水温传感器05、第二水温传感器06及压缩机均与控制器(图中未示出)连接。

热泵热水器通过出水口07放水，进水口08补水，由于水箱内水温分层，水箱上部水温高，水箱下部水温低，当第一水温传感器05显示温度小于第一预设温度时，或者当第一水温传感器05显示温度大于第一预设温度且第二水温传感器06显示温度小于第二预设温度时，压缩机启动，高温高压的冷媒均从第一冷媒口03流入，从第二冷媒口04流出。在这个过程中，水箱内的水被整体加热，直至设定水温，在热泵热水器运行过程中，由于水箱上部水温较高，需要冷媒的温度相应高，导致冷媒的冷凝压力较大，使热泵热水器能效低，影响了热泵热水器的高能效优势。

发明内容

本发明的实施例提供一种热泵热水器用水箱、热泵热水器及使用方法，可解决现有技术中热泵热水器能源利用效率低的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种热泵热水器用水箱，包括：

水箱内胆，所述水箱内胆包括胆体上部和胆体下部，所述胆体上部设有出水口，所述胆体下部设有入水口；

水箱换热器，所述水箱换热器包括围绕于所述胆体上部外壁的第一换热管和围绕于所述胆体下部的第二换热管，所述第一换热管的入口连接有第一流路，所述第一换热管的出口与第二换热管的入口连通，所述第二换热管的入口还连接有第二流路，所述第一流路和第二流路均与第一冷媒口连通，所述第二换热管的出口与第二冷媒口连通；

电磁阀，所述电磁阀设置于所述第二流路；

水温传感器，所述水温传感器包括设置于胆体上部的第一水温传感器和设置于胆体下部的第二水温传感器。

本发明实施例提供的热泵热水器用水箱，将水箱换热器的换热管通过第一流路和第二流路分为上下分布的第一换热管和第二换热管，并通过设置于第二换热管的电磁阀来控制冷媒的流经路线，当电磁阀打开时，冷媒从第一冷媒口流入，由于第一流路和第一换热管的串联连通了第一冷媒口和第二换热管的入口，并且第二流路也连通了第一冷媒口和第二换热管的入口，而第一流路和第一换热管的管长总和远大于第二流路的管长，其沿程阻力也就远大于第二流路，因此冷媒会只经过第二流路由第一冷媒口流入设于胆体下部的第二换热管，仅加热水箱下部的水直至设定温度，由于水箱下部温度低，需要冷媒的温度相应低，冷媒需要的压力小，从而提高了热泵热水器的能效；当用户初次使用或者水箱放置时间较长，水箱内上部和下部水温均低于设定温度时，关闭电磁阀，冷媒从第一冷媒口流入，流经第一流路、第一换热管、第二换热管，最终从第二冷媒口流出，可将整个水箱内水加热到用户设定温度。由此，通过电磁阀控制冷媒流路实现了水箱内水的选择性加热，提高了热泵热水器的能源利用效率。

另一方面，本发明实施例提供了一种热泵热水器，包括室外机，还包括上述的热泵热水器用水箱，所述室外机包括压缩机、控制器、四通阀以及室外机换热器，所述四通阀分别与所述压缩机、第一冷媒口以及室外机换热器连接，所述室外机换热器与所述第二冷媒口连通；

所述控制器分别与所述压缩机、电磁阀、四通阀、第一水温传感器以及第二水温传感器连接，所述控制器可控制所述四通阀在第一工作状态和第二工作状态之间切换；

当所述四通阀处于第一工作状态时，所述四通阀可使第一冷媒口与所述压缩机的排气口连通，并且使所述压缩机的吸气口与所述室外机换热器连通；

当所述四通阀处于第二工作状态时，所述四通阀可使第一冷媒口与所述压缩机的吸气口连通，并且使所述压缩机的排气口与所述室外机换热器连通。

第三方面，本发明实施例提供了一种利用上述热泵热水器进行制热水的使用方法，包括以下步骤：

控制器控制四通阀切换至第一工作状态；

在控制器内设置第一预设温度和第二预设温度；

当第一水温传感器感应到的胆体上部的水温小于第一预设温度时，控制器控制电磁阀关闭并控制压缩机开启，冷媒由第一冷媒口流入，并依次经过第一流路、第一换热管、第二换热管后由第二冷媒口流出；

当第一水温传感器感应到的胆体上部的水温大于第一预设温度且第二水温传感器感应到的胆体下部的水温小于第二预设温度时，控制器控制电磁阀打开并控制压缩机开启，冷媒由第一冷媒口流入，并依次经过第二流路、第二换热管后由第二冷媒口流出。

第四方面，本发明实施例提供了一种对上述的热泵热水器进行室外机除霜的使用方法，包括以下步骤：

控制器控制四通阀切换至第二工作状态；

控制器控制电磁阀打开并控制压缩机开启，冷媒由第二冷媒口流入，并依次经过第二换热管、第二流路后由第一冷媒口流出。

本发明实施例提供的热泵热水器及使用方法，当需要热泵热水器制热水时，通过控制器控制四通阀切换至第一工作状态，即使第一冷媒口与所述压缩机的排气口连通，并且使所述压缩机的吸气口与所述室外机换热器连通，此时，热泵热水器进入制热水状态，由于热泵热水器通过出水口放水，进水口补水，并且温度高的水密度小，温度低的水密度大，致使水箱内水温分层，水箱上部水温高，水箱下部水温低，当第一水温传感器感应到的胆体上部的水温大于第一预设温度且第二水温传感器感应到的胆体下部的水温小于第二预设温度时，控制器控制电磁阀打开并控制压缩机开启，冷媒由第一冷媒口流入，并依次经过第二流路、第二换热管后由第二冷媒口流出，由于第一流路和第一换热管的串联连通了第一冷媒口和第二换热管的入口，并且第二流路也连通了第一冷媒口和第二换热管的入口，而第一流路和第一换热管的管长总和远大于第二流路的管长，其沿程阻力远大于第二流路，因此冷媒会只经过第二流路流经设于胆体下部的第二换热管，仅加热水箱下部的水直至设定温度，由于水箱下部温度低，需要冷媒的温度相应低，冷媒需要的压力小，压缩机的压缩比小，从而提高了热泵热水器的能效；

当用户初次使用或者水箱放置时间较长时，第一水温传感器感应到的胆体上部的水温小于第一预设温度，控制器控制电磁阀关闭并控制压缩机开启，冷媒由第一冷媒口流入，并依次经过第一流路、第一换热管、第二换热管后由第二冷媒口流出，由此可将整个水箱内的水快速加热到用户设定温度。

当需要热泵热水器进入除霜状态时，通过控制器控制四通阀切换至第二工作状态，即使第一冷媒口与所述压缩机的吸气口连通，并且使所述压缩机的排气口与所述室外机换热器连通，此时，热泵热水器进入除霜状态。控制器控制电磁阀打开并控制压缩机开启，冷媒由第二冷媒口流入，并依次经过第二换热管、第二流路后由第一冷媒口流出，由于第一流路和第一换热管的串联连通了第一冷媒口和第二换热管的入口，并且第二流路也连通了第一冷媒口和第二换热管的入口，而第一流路和第一换热管的管长总和远大于第二流路的管长，其沿程阻力远大于第二流路，因此冷媒会只经过第二流路流经设于胆体下部的第二换热管，从水箱下部吸收热量用于室外机的除霜，仅仅使水箱下部的水温降低，不影响水箱上部的出水温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中换热管为螺旋盘绕型的热泵热水器用水箱的结构示意图；

图2为现有技术中换热管为平行流型的热泵热水器用水箱的结构示意图；

图3为本发明实施例换热管为螺旋盘绕型的热泵热水器用水箱的结构示意图；

图4为本发明实施例换热管为平行流型的热泵热水器用水箱的结构示意图；

图5为本发明实施例中换热管为螺旋盘绕型的水箱换热器的结构展开图；

图6为本发明实施例中换热管为平行流型的水箱换热器的结构展开图；

图7为本发明实施例室外机与水箱的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图3、图4为本发明实施例热泵热水器用水箱的一个具体实施例，本实施例中的热泵热水器用水箱，包括：水箱内胆1，所述水箱内胆1包括胆体上部11和胆体下部12，所述胆体上部11设有出水口13，所述胆体下部12设有入水口14；水箱换热器2，所述水箱换热器2包括围绕于所述胆体上部11外壁的第一换热管21和围绕于所述胆体下部12的第二换热管22，所述第一换热管21的入口连接有第一流路23，所述第一换热管21的出口与第二换热管22的入口连通，所述第二换热管22的入口还连接有第二流路24，所述第一流路23和第二流路24均与第一冷媒口25连通，所述第二换热管22的出口与第二冷媒口26连通；电磁阀3，所述电磁阀3设置于所述第二流路24；水温传感器4，所述水温传感器4包括设置于胆体上部11的第一水温传感器41和设置于胆体下部12的第二水温传感器42。

本发明实施例提供的热泵热水器用水箱，将水箱换热器2的换热管通过第一流路23和第二流路24分为上下分布的第一换热管21和第二换热管22，并通过设置于第二换热管22的电磁阀3来控制冷媒的流经路线，当电磁阀3打开时，冷媒从第一冷媒口25流入，由于第一流路23和第一换热管21的串联连通了第一冷媒口25和第二换热管22的入口，并且第二流路24也连通了第一冷媒口25和第二换热管22的入口，而第一流路23和第一换热管21的管长总和远大于第二流路24的管长，其沿程阻力远大于第二流路24，因此冷媒会只经过第二流路24流经设于胆体下部12的第二换热管22，仅加热水箱下部的水直至设定温度，由于水箱下部温度低，需要冷媒的温度相应低，冷媒需要的压力小，从而提高了热泵热水器的能效；当用户初次使用或者水箱放置时间较长，水箱内上部和下部水温均低于设定温度时，关闭电磁阀3，使冷媒从第一冷媒口25流入，流经第一流路23、第一换热管21、第二换热管22，最终从第二冷媒口26流出，可将整个水箱内水加热到用户设定温度。由此，通过电磁阀3控制冷媒流路实现了水箱内水的选择性加热，提高了热泵热水器的能源利用效率。

参照图5、图6，为提高换热效率和有效利用空间，所述第一换热管21和第二换热管22可以为螺旋盘绕型换热管(如图5所示)或平行流型换热管(如图6所示)。螺旋盘绕型换热管和平行流型换热管结构紧凑，换热高效，而且便于运输，不仅能进一步提高能源利用效率，还可缩小水箱的占地面积。

为防止水箱内水温快速降低，所述水箱内胆1外包覆有保温层5，所述保温层5外包覆有水箱外壳6，如图3、图4所示，保温层5能使水箱内的水长时间保持一定的温度，从而节省了能源。

为了方便更换和维修电磁阀3，所述水箱外壳上开设有电磁阀操作孔，所述电磁阀操作孔与所述电磁阀3的安装位置相连通，所述电磁阀操作孔处设有电磁阀盖，当电磁阀损坏时，将电磁阀盖拆卸下来，伸入电磁阀操作孔内更换新的电磁阀，从而避免因电磁阀损坏而导致水箱整体报废，降低了维修成本。

参照图7，本发明实施例还提供了一种热泵热水器，包括室外机7，还包括上述任一实施例所述的热泵热水器用水箱，所述室外机7包括压缩机8、控制器(图中未标出)、四通阀9以及室外机换热器10，所述四通阀9分别与所述压缩机8、第一冷媒口25以及室外机换热器10连接，所述室外机换热器10与所述第二冷媒口26连通；所述控制器分别与所述压缩机8、电磁阀3、四通阀9、第一水温传感器41以及第二水温传感器42连接，所述控制器可控制所述四通阀9在第一工作状态和第二工作状态之间切换；当所述四通阀9处于第一工作状态时，所述四通阀9可使第一冷媒口25与所述压缩机8的排气口连通，并且使所述压缩机8的吸气口与所述室外机换热器10连通；当所述四通阀9处于第二工作状态时，所述四通阀9可使第一冷媒口25与所述压缩机8的吸气口连通，并且使所述压缩机8的排气口与所述室外机换热器10连通。

利用上述热泵热水器进行制热水的使用方法如下：控制器控制四通阀9切换至第一工作状态；在控制器内设置第一预设温度和第二预设温度；当第一水温传感器41感应到的胆体上部11的水温小于第一预设温度时，控制器控制电磁阀3关闭并控制压缩机8开启，冷媒在压缩机8压力的作用下由第一冷媒口25流入，并依次经过第一流路23、第一换热管21、第二换热管22后由第二冷媒口26流出；当第一水温传感器41感应到的胆体上部11的水温大于第一预设温度且第二水温传感器42感应到的胆体下部12的水温小于第二预设温度时，控制器控制电磁阀3打开并控制压缩机8开启，冷媒在压缩机8压力的作用下由第一冷媒口25流入，并依次经过第二流路24、第二换热管22后由第二冷媒口26流出。

本发明实施例还提供的热泵热水器，当需要利用热泵热水器制热水时，通过控制器控制四通阀9切换至第一工作状态，即使第一冷媒口25与所述压缩机8的排气口连通，并且使所述压缩机8的吸气口与所述室外机换热器10连通，此时，热泵热水器进入制热水状态，由于热泵热水器通过出水口13放水，进水口14补水，并且温度高的水密度小，温度低的水密度大，致使水箱内水温分层，水箱上部水温高，水箱下部水温低，当第一水温传感器41感应到的胆体上部11的水温大于第一预设温度且第二水温传感器42感应到的胆体下部12的水温小于第二预设温度时，控制器控制电磁阀3打开并控制压缩机8开启，冷媒由第一冷媒口25流入，并依次经过第二流路24、第二换热管22后由第二冷媒口26流出，由于第一流路23和第一换热管21的串联连通了第一冷媒口25和第二换热管22的入口，并且第二流路24也连通了第一冷媒口25和第二换热管22的入口，而第一流路23和第一换热管21的管长总和远大于第二流路24的管长，其沿程阻力远大于第二流路24，因此冷媒会只经过第二流路24流经设于胆体下部12的第二换热管22，仅加热水箱下部的水直至设定温度，由于水箱下部温度低，需要冷媒的温度相应低，冷媒需要的压力小，压缩机的压缩比小，从而提高了热泵热水器的能效；当用户初次使用或者水箱放置时间较长时，第一水温传感器41感应到的胆体上部11的水温小于第一预设温度，控制器控制电磁阀3关闭并控制压缩机8开启，冷媒在压缩机8压力的作用下由第一冷媒口25流入，并依次经过第一流路23、第一换热管21、第二换热管22后由第二冷媒口26流出，由此可将整个水箱内的水快速加热到用户设定温度。

参照图5和图6，当高温高压的冷媒气体从第一流路23流入，依次流经第一换热管21、第二换热管22，由于先通过第一换热管21将热量传导到水箱内，因此，水箱内位于胆体上部的水比位于胆体下部的水先被加热，胆体上部的水温高于胆体下部的水温，所以设定所述第一预设温度大于所述第二预设温度。例如，可以设置所述第一预设温度为-5℃，所述第二预设温度为-10℃。

优选地，为了控制冷媒流量，还可以在室外机换热器10与第二冷媒口26之间设置电子膨胀阀71，电子膨胀阀71与控制器连接用来控制冷媒流量。

本发明实施例还提供了一种对上述的热泵热水器进行室外机除霜的使用方法，包括以下步骤：控制器控制四通阀9切换至第二工作状态；控制器控制电磁阀3打开并控制压缩机8开启，冷媒在压缩机8压力的作用下由第二冷媒口26流入，并依次经过第二换热管22、第二流路24后由第一冷媒口25流出。

当需要对热泵热水器的室外机进行除霜时，通过控制器控制四通阀9切换至第二工作状态，即使第一冷媒口25与所述压缩机8的吸气口连通，并且使所述压缩机8的排气口与所述室外机换热器10连通，此时，热泵热水器进入除霜状态。控制器控制电磁阀3打开并控制压缩机8开启，冷媒在压缩机8压力的作用下由第二冷媒口26流入，并依次经过第二换热管22、第二流路24后由第一冷媒口25流出，由于第一流路23和第一换热管21的串联连通了第一冷媒口25和第二换热管22的入口，并且第二流路24也连通了第一冷媒口25和第二换热管22的入口，而第一流路23和第一换热管21的管长总和远大于第二流路24的管长，其沿程阻力远大于第二流路24，因此冷媒会只经过第二流路24流经设于胆体下部12的第二换热管22，从水箱下部吸收热量用于室外机的除霜，同时使水箱下部的水温降低，不影响水箱的出水温度。除霜结束后，热泵热水器会再次进入制热水状态，此时，由于水箱下部水温变低，致使冷媒的过冷度变大，从而进一步提高了热泵热水器的能源利用效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种热泵热水器用水箱，其特征在于，包括：

水箱内胆，所述水箱内胆包括胆体上部和胆体下部，所述胆体上部设有出水口，所述胆体下部设有入水口；

水箱换热器，所述水箱换热器包括围绕于所述胆体上部外壁的第一换热管和围绕于所述胆体下部的第二换热管，所述第一换热管的入口连接有第一流路，所述第一换热管的出口与第二换热管的入口连通，所述第二换热管的入口还连接有第二流路，所述第一流路和第二流路均与第一冷媒口连通，所述第二换热管的出口与第二冷媒口连通；

电磁阀，所述电磁阀设置于所述第二流路；

水温传感器，所述水温传感器包括设置于胆体上部的第一水温传感器和设置于胆体下部的第二水温传感器。

2.根据权利要求1所述的热泵热水器用水箱，其特征在于，所述第一换热管和第二换热管为螺旋盘绕型换热管或平行流型换热管。

3.根据权利要求1所述的热泵热水器用水箱，其特征在于，所述水箱内胆外包覆有保温层，所述保温层外包覆有水箱外壳。

4.根据权利要求3所述的热泵热水器用水箱，其特征在于，所述水箱外壳上开设有电磁阀操作孔，所述电磁阀操作孔与所述电磁阀的安装位置相连通，所述电磁阀操作孔处设有电磁阀盖。

5.一种热泵热水器，包括室外机，其特征在于，还包括权利要求1～4中任一项所述的热泵热水器用水箱，所述室外机包括压缩机、控制器、四通阀以及室外机换热器，所述四通阀分别与所述压缩机、第一冷媒口以及室外机换热器连接，所述室外机换热器与所述第二冷媒口连通；

所述控制器分别与所述压缩机、电磁阀、四通阀、第一水温传感器以及第二水温传感器连接，所述控制器可控制所述四通阀在第一工作状态和第二工作状态之间切换；

当所述四通阀处于第一工作状态时，所述四通阀可使第一冷媒口与所述压缩机的排气口连通，并且使所述压缩机的吸气口与所述室外机换热器连通；

当所述四通阀处于第二工作状态时，所述四通阀可使第一冷媒口与所述压缩机的吸气口连通，并且使所述压缩机的排气口与所述室外机换热器连通。

6.一种利用权利要求5所述的热泵热水器进行制热水的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制器控制四通阀切换至第一工作状态；

在控制器内设置第一预设温度和第二预设温度；

当第一水温传感器感应到的胆体上部的水温小于第一预设温度时，控制器控制电磁阀关闭并控制压缩机开启，冷媒由第一冷媒口流入，并依次经过第一流路、第一换热管、第二换热管后由第二冷媒口流出；

当第一水温传感器感应到的胆体上部的水温大于第一预设温度且第二水温传感器感应到的胆体下部的水温小于第二预设温度时，控制器控制电磁阀打开并控制压缩机开启，冷媒由第一冷媒口流入，并依次经过第二流路、第二换热管后由第二冷媒口流出。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一预设温度大于所述第二预设温度。

8.一种对权利要求5所述的热泵热水器进行室外机除霜的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制器控制四通阀切换至第二工作状态；

控制器控制电磁阀打开并控制压缩机开启，冷媒由第二冷媒口流入，并依次经过第二换热管、第二流路后由第一冷媒口流出。