CN106152507B - 一种热泵热水器循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热泵热水器循环系统。本发明包括工作腔和水箱，所述工作腔表面设有控制器，进水管的进口位置与专用回水管相连，所述进水管另一端穿过工作腔后分为两路，一路为冷凝器进水管路，一路为水箱进水管路；采用通过在冷凝器进口管路上设置第一三通阀，在水箱进水管路上设置第一电磁阀及第二电磁阀，在水箱进水管路及冷凝器进口管路之间设置循环泵，以及在冷凝器出口管路上及水箱进水管之间设置第二三通阀，并通过控制器进行控制，使得该热泵系统集成了直热式和非直热式热泵的主要优点。
Description
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，特别涉及一种热泵热水器循环系统。
背景技术
目前，发达国家正不断颁布新的能效法规，电热水器等低效率、高能耗的热水器在未来将被逐渐限制使用，空气能、太阳能作为可再生能源可应用于热泵系统并解决建筑与生活热水问题。空气源热泵热水器通过吸取蕴藏在周围环境空气中的低品位热能加热水箱中贮存的冷水，具有节能、环保等诸多优点，具有广阔的发展应用前景。
热泵热水器按照加热方式的不同分为直热式和非直热式两种。非直热式热泵热水器运行原理是通过冷凝盘管直接加热水箱中的水，根据冷凝盘管与水箱的想对位置不同，非直热式热泵热水器可划分为内置盘管式和外绕盘管式两种。直热式热泵热水器制热原理是主要指水在间壁式或套管式冷凝器中与压缩机排气直接进行换热，冷凝盘管独立于水箱之外。在运行过程中，非直热式热泵热水器由于冷凝压力不断升高，机组的能耗逐渐增大，而直热式热泵由于进口温度可以基本维持恒定，因此压缩机功耗要小于同等条件下非直热式热泵的功耗。同时由于直热式热泵冷凝器独立于水箱之外，相比较于内置盘管式非直热式热泵来说，降低了盘管腐蚀、制冷剂泄露的机率，相比较于外绕盘管式非直热式热泵热水器来说，增大了发泡保温层的容积，水箱的保温性能更佳。非直热式热泵热水器水箱大多为承压水箱，系统可以依靠市政管网的水压输送热水，而直热式热泵水箱一般为非承压水箱，往往需要水泵辅助输送热水至使用侧，导致实际性能有所降低。此外，无论对于直热式还是循环式热泵热水器来说都存在出口冷水段的问题，即出口管路热水在长时间不用之后温度降低，再次用热水时，需要将该段冷水放空，存在极大的水资源浪费问题。如何利用直热式热泵制冷效率较高的优势，吸纳非直热式热泵热水器承压水箱以及控制方便的优点，同时避免两种类型热泵热水器同时存在的冷水段问题，是相关科研人员面前的一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单并能够满足用户不同使用需求的热泵热水器循环系统，同时能够有效提升热泵热水器运行效率，减少系统运行功耗，并能有效消除传统热泵热水器出水管存在冷水段的难题。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种热泵热水器循环系统，包括工作腔1和水箱2，所述工作腔1表面设有控制器17，进水管8在靠近工作腔1的进口位置与专用回水管83相连，所述进水管8另一端穿过工作腔1后分为两路，一路为冷凝器进水管路81，一路为水箱进水管路82；所述冷凝器进水管路81上安装有第一三通阀12,所述水箱进水管路82上安装有第一电磁阀15及第二电磁阀16；所述第二电磁阀16一端通过所述水箱进水管路82接入所述冷凝器进水管路81并与所述第一三通阀12的B口连通，所述第二电磁阀16的另一端分别与第一电磁阀15以及水泵11的进口相连，所述水泵的出口与第一三通阀12的A口相连，所述第一电磁阀15的出口与水箱进水管10相连；所述第一三通阀12的C口与冷凝器3的A口相连，所述冷凝器3的B口与冷凝器出水管18相连；所述水箱进水管10处贴有第一温度传感器13，所述第一温度传感器13测定所述水箱底部水温度；所述冷凝器出水管18上贴有第二温度传感器14，所述第二温度传感器14测定所述冷凝器出水管18进水温度；所述进水管8穿过工作腔后的管路上贴有第三温度传感器19，所述第三温度传感器19为出口回水温度传感器；所述冷凝器3的C口与节流膨胀机构4的进口相连，所述节流膨胀机构4的出口与蒸发器5的进口相连，所述蒸发器5的出口与压缩机7的吸气口相连，所述压缩机的排气口与冷凝器3的D口相连；所述水箱2的上部设置有出水管9；所述第一三通阀12、第一电磁阀15、第二电磁阀16、第一温度传感器13、第二温度传感器14及第三温度传感器19分别与控制器17相连接。
所述冷凝器3的B口与冷凝器出水管18之间的管路安装第二三通阀20，冷凝器3的B口与第二三通阀20的A口相连，所述第二三通阀20的B口与第一电磁阀及水泵11之间的管路连接，所述第二三通阀20的C口与冷凝器出水管18相连。
本发明的特点和优点是：采用通过在冷凝器进口管路上设置第一三通阀，在水箱进水管路上设置第一电磁阀及第二电磁阀，在水箱进水管路及冷凝器进口管路之间设置循环泵，以及在冷凝器出口管路上及水箱进水管之间设置第二三通阀(实施例2)，并通过控制器进行控制，使得该热泵系统集成了直热式和非直热式热泵的主要优点，包括：无内置式或外置式冷凝盘管，降低了冷媒泄漏的机率，提升了水箱的保温效果，提升了整个制热循环的能效比并具有较高的制热速率；基于上述控制，使得热泵系统可以根据用户需求实现整胆静态循环制热、整胆动态循环制热(实施例2)以及动态快速制热等功能；此外，通过控制器及相应自动控制元件的控制，消除了热泵热水器出口存在冷水段的难题，避免了水资源的极大浪费，同时提升了用户的使用效果及体验。
附图说明
图1所示为本发明一种热泵热水器循环系统第一实施例的原理图。
图中：1.工作腔，2.水箱，3.冷凝器，4.节流膨胀机构，5.蒸发器，6.风机，7.压缩机，8.进水管，9.出水管，10.水箱进水管，11.水泵，12.第一三通阀，13.第一温度传感器，14.第二温度传感器，15.第一电磁阀，16.第二电磁阀，17.控制器，18.冷凝器出水管，19.第三温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，为本发明一种热泵热水器循环系统两种实施例的原理图。本发明所述热泵热水器包括：工作腔1，水箱2，冷凝器3，节流膨胀机构4，蒸发器5，风机6，压缩机7，进水管8，出水管9，水箱进水管10，水泵11，第一三通阀12，第一温度传感器13，第二温度传感器14，第一电磁阀15，第二电磁阀16，控制器17，冷凝器出水管18，第三温度传感器19，第二三通阀20。
本发明一种热泵热水器循环系统的第一实施例如图1所示，包括工作腔1和水箱2，所述工作腔1表面设有控制器17，所述进水管8在靠近工作腔1的进口位置与专用回水管83相连，所述进水管8穿过工作腔1后分为两路，一路为冷凝器进水管路81，一路为水箱进水管路82；所述冷凝器进水管路81上安装有第一三通阀12,所述水箱进水管路82上安装有第一电磁阀15及第二电磁阀16；所述第二电磁阀16通过所述水箱进水管路82接入所述冷凝器进水管路81并与所述第一三通阀12的B口连通，所述第二电磁阀16的另一端分别与第一电磁阀15以及水泵11的进口相连，所述水泵的出口与第一三通阀12的A口相连，所述第一电磁阀15的另一端与水箱进水管10相连；所述第一三通阀12的C口与冷凝器3的A口相连，所述冷凝器3的B口与冷凝器出水管18相连；所述水箱进水管10处贴有第一温度传感器13，所述冷凝器出水管18上贴有第二温度传感器14，所述进水管8穿过工作腔1的管路上贴有第三温度传感器19，所述第三温度传感器19为出口回水温度传感器；所述冷凝器3的C口与节流膨胀机构4的进口相连，所述节流膨胀机构4的出口与蒸发器5的进口相连，所述蒸发器5的出口与压缩机7的吸气口相连，所述压缩机的排气口与冷凝器3的D口相连；所述水箱2的上部设置有出水管9；所述第一温度传感器13、第二温度传感器14及第三温度传感器19均与控制器17相连接。
本发明一种热泵热水器循环系统的第二实施例相比第一实施例，所述冷凝器3的B口与第二三通阀的A口相连，所述第二三通阀的B口与第一电磁阀及水泵11之间相接，所述第二三通阀的C口与所述冷凝器出水管18相连。
实施例1与实施例2均是通过制热循环对水进行加热，具体地，在风机6的作用下，所述蒸发器5中的冷媒吸收流过的空气热能而蒸发，蒸发后的冷媒被压缩机7吸收并压缩成为高温高压冷媒，高温高压冷媒随之进冷凝器冷凝并释放热量加热冷水实现热泵加热功能，冷凝后高压冷媒经过节流阀的节流降压后变为两相状态并随即进入蒸发器，完成热泵制热循环。根据电磁阀与三通阀的开启和关闭状态不同，实施例1与实施例2的运行模式如下。
实施例1运行模式1：整胆静态循环制热模式。当所述控制器17获得整胆静态循环制热指令时，所述第一电磁阀15开启，第二电磁阀16关闭，所述第一三通阀12的A-C路开启，随之所述水泵11启动，在所述水泵11的驱动下，水从所述水箱2的底部被循环至所述冷凝器3处进行加热，加热后的热水经所述冷凝器出水管18回流至所述水箱2的上部，当所述第一温度传感器13的温度达到设定值时，循环停止。该模式适用于用水量较大情形，循环停止后，所述第一电磁阀15及所述第二电磁阀16开启，所述三通阀12关闭，所述出水管9开启后，在市政管网水压的驱动下，热水通过所述出水管9流出热水器供用户使用。若用户热水需求较大，所述控制器17将调整为运行模式2，运行模式2的运行原理如下。
实施例1运行模式2：动态快速制热模式。当所述控制器17获得动态快速制热指令时，所述第一电磁阀15关闭，第二电磁阀16关闭，所述第一三通阀12的B-C路开启，随之在市政管网水压的驱动下，所述进水管8中的水经所述第一三通阀12的B-C路流至所述冷凝器3处被热泵系统循环加热，加热后的热水经所述冷凝器出水管18回流至所述水箱2的上部，由于热水密度较小，因此热水将聚集在所述水箱2的上部，在市政管网水压的驱动下，热水通过所述出水管9流出热水器供用户使用，该模式适用于即开即用情形。。
实施例1运行模式3：防冷水模式。所述控制器17设定运行模式1或2后，系统将根据所述第三温度传感器判断此时是否需要开启防冷水模式，当所述控制器17获得防冷水指令时，所述第一电磁阀15关闭，第二电磁阀16开启，所述第一三通阀12的A-C路开启，在所述水泵11的驱动下，所述出水管9中的冷水将通过所述专用回水管83被循环至所述冷凝器3处加热，从而消除了所述出水管9中存在冷水段的难题。
实施例2运行模式1：整胆静态循环制热模式。当所述控制器17获得整胆静态循环制热指令时，所述第一电磁阀15开启，第二电磁阀16关闭，所述第一三通阀12的A-C路开启，所述第二三通阀20的A-C路开启，随之所述水泵11启动，在所述水泵11的驱动下，水从所述水箱2的底部被循环至所述冷凝器3处进行加热，加热后的热水经所述冷凝器出水管18回流至所述水箱2的上部，当所述第一温度传感器13的温度达到设定值时，循环停止。该模式适用于用水量较大情形，循环停止后，所述第一电磁阀15及所述第二电磁阀16开启，第一三通阀12关闭，第二三通阀关闭，在市政管网水压驱动下，热水通过所述出水管9流出热水器供用户使用。若用户热水需求较大，所述控制器17将调整为运行模式2，运行模式2的运行原理如下。
实施例2运行模式2：整胆动态循环制热模式。当所述控制器17获得整胆动态循环制热指令时，所述第一电磁阀15开启，第二电磁阀16关闭，所述第一三通阀12的B-C路开启，所述第二三通阀的A-B路开启，随之在市政管网水压的驱动下，所述进水管8中的冷水经所述第一三通阀12的B-C路流至所述冷凝器3处被热泵系统循环加热，加热后的热水经所述第二三通阀的A-B路回流至所述水箱2的底部，由于热水的密度较小，冷水密度大，此时水箱中将形成整胆混水效应，直至整胆水温趋于一致，该模式适用于持续用水且用水量较大情形。
实施例2运行模式3：动态快速制热模式。当所述控制器17获得动态快速制热指令时，所述第一电磁阀15关闭，第二电磁阀16关闭，所述第一三通阀12的B-C路开启，所述第二三通阀20的A-C路开启，随之在市政管网水压的驱动下，所述进水管8中的冷水经所述第一三通阀12的B-C路流至所述冷凝器3处被热泵系统循环加热，加热后的热水经所述冷凝器出水管18回流至所述水箱2的上部，由于热水密度较小，因此热水将聚集在所述水箱2的上部，在市政管网水压的驱动下，热水通过所述出水管9流出热水器供用户使用，该模式适用于即开即用情形。
实施例2运行模式4：防冷水模式。所述控制器17设定运行模式1、2或3后，系统将根据所述第三温度传感器判断此时是否需要开启防冷水模式，当所述控制器17获得防冷水指令时，所述第一电磁阀15关闭，第二电磁阀16开启，所述第一三通阀12的A-C路开启，所述第二三通阀的A-C路开启。在所述水泵11的驱动下，所述出水管9中的存在的冷水将通过所述专用回水管83被循环至所述冷凝器3处加热，从而消除了所述出水管9中存在冷水段的难题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种热泵热水器循环系统，其特征是，包括工作腔和水箱，所述工作腔表面设有控制器，进水管一端与专用回水管相连，所述进水管另一端穿过工作腔后分为两路，一路为冷凝器进水管路，一路为水箱进水管路；所述冷凝器进水管路上安装有第一三通阀,所述水箱进水管路上安装有第一电磁阀及第二电磁阀；所述第二电磁阀一端与第一三通阀的B口相连，所述第二电磁阀的另一端分别与第一电磁阀以及水泵的进口相连，所述水泵的出口与第一三通阀的A口相连，所述第一电磁阀的出口与水箱进水管相连；所述第一三通阀的C口与冷凝器的A口相连，所述冷凝器的B口与冷凝器出水管相连；所述水箱进水管处贴有第一温度传感器，所述冷凝器出水管上贴有第二温度传感器，所述进水管穿过工作腔的管路上贴有第三温度传感器，所述第三温度传感器为出口回水温度传感器；所述冷凝器的C口与节流膨胀机构的进口相连，所述节流膨胀机构的出口与蒸发器的进口相连，所述蒸发器的出口与压缩机的吸气口相连，所述压缩机的排气口与冷凝器的D口相连；所述水箱的上部设置有出水管；所述第一三通阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一温度传感器、第二温度传感器及第三温度传感器分别与控制器相连接；
所述冷凝器的B口与冷凝器出水管之间的管路安装第二三通阀，冷凝器的B口与第二三通阀的A口相连，所述第二三通阀的B口与第一电磁阀及水泵之间的管路连接，所述第二三通阀的C口与冷凝器出水管相连；
当所述控制器获得整胆静态循环制热指令时，所述第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，所述第一三通阀的A-C路开启，所述第二三通阀的A-C路开启，随之所述水泵启动，在所述水泵的驱动下，水从所述水箱的底部被循环至所述冷凝器处进行加热，加热后的热水经所述冷凝器出水管回流至所述水箱的上部，当第一温度传感器的温度达到设定值时，循环停止，循环停止后，所述第一电磁阀及第二电磁阀开启，第一三通阀关闭，第二三通阀关闭；
当所述控制器获得整胆动态循环制热指令时，所述第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，所述第一三通阀的B-C路开启，所述第二三通阀的A-B路开启，随之在市政管网水压的驱动下，所述进水管中的冷水经所述第一三通阀的B-C路流至所述冷凝器处被热泵系统循环加热，加热后的热水经所述第二三通阀的A-B路回流至所述水箱的底部；
当所述控制器获得动态快速制热指令时，所述第一电磁阀关闭，第二电磁阀关闭，所述第一三通阀的B-C路开启，所述第二三通阀的A-C路开启，随之在市政管网水压的驱动下，所述进水管中的冷水经所述第一三通阀的B-C路流至冷凝器处被热泵系统循环加热，加热后的热水经所述冷凝器出水管回流至所述水箱的上部，热水将聚集在水箱的上部，在市政管网水压的驱动下，热水通过出水管流出热水器供用户使用。
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