CN106440354A - 热泵热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热泵热水系统，包括：水侧换热组件，水侧换热组件包括相互串联的多个水侧换热器，水侧换热器具有进水口和出水口，多个水侧换热器中处于最上游的水侧换热器的进水口形成水侧换热组件的进水口，多个水侧换热器中处于最下游的水侧换热器的出水口形成水侧换热组件的第一出水口。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中热泵式热水器加热能效低的问题。

Description

热泵热水系统

技术领域

本发明涉及家用电器领域，具体而言，涉及一种热泵热水系统。

背景技术

热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内是冷水温度升高变成热水的装置。按照不同原理可分为：电热水器、燃气热水器、太阳能热水器、热泵式热水器等。电热水器普遍体积大、占空间，并且用水前需要进行预热；燃气热水器采用明火对自来水进行加热，具有燃气中毒的隐患，且用水过程中不能随时调节水温，使用不便；太阳能热水器吸收太阳辐射对水箱中的水进行加热，但容易受到天气变化的影响；热泵式热水器通过压缩机使冷媒在回路中循环，冷媒将室外空气的热量吸收，并将热量释放给水箱中的自来水，具有功耗低，能效高的特点。

热泵式热水器按照加热方式可以分为静态式、循环式和一次加热式。静态加热式传热热阻较大，换热温差较大，随着水箱内水的平均温度的升高，系统压比不断升高，能效较低；循环式热水系统加热的方式是多次、循环加热，但是随着循环次数的增加，排气压力不断升高，长期运行会对压缩机造成一定冲击，减少压缩机的使用寿命；一次加热式热水系统低温水直接吸收高温冷媒热量，当室外温度较低或进出水温差条件不佳时，出水量较少，压缩机一直处在高压工作状态下，容易产生疲劳，造成压缩机损耗，降低压缩机使用寿命。

而且，现有的热水系统只能产生一种温度的热水，当用户同时有多种不同温度的用水需求时，现有热水系统只能用兑冷水的方式获得，这样造成了能源的浪费。

另外，热泵式热水器冬季运行在较低的环境温度时，空气侧换热器表面很容易结霜，霜层的存在增加了导热热阻，降低了换热效率及进风量，进而导致了能力和能效的衰减。

发明内容

本发明旨在提供一种热泵热水系统，以解决现有技术中热泵式热水器加热能效低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种热泵热水系统，包括：水侧换热组件，水侧换热组件包括相互串联的多个水侧换热器，水侧换热器具有进水口和出水口，多个水侧换热器中处于最上游的水侧换热器的进水口形成水侧换热组件的进水口，多个水侧换热器中处于最下游的水侧换热器的出水口形成水侧换热组件的第一出水口。

进一步地，水侧换热组件还包括第二出水口，多个水侧换热器中相邻的两个水侧换热器之间设置有第二出水口。

进一步地，热泵热水系统还包括热交换循环系统，热交换循环系统包括压缩系统及多个热交换循环回路，各热交换循环回路包括：水侧换热器，水侧换热器的进口与压缩系统的出口相连；空气侧换热器，空气侧换热器的进口与水侧换热器的出口相连，空气侧换热器的出口与压缩系统的进口相连。

进一步地，压缩系统包括多缸并联压缩机，或者压缩系统包括多个单级压缩机。

进一步地，多个热交换循环系统的空气侧换热器并排设置，多个热交换循环系统的空气侧换热器包括迎风空气侧换热器和背风空气侧换热器。

进一步地，各热交换循环回路还包括第一节流装置，第一节流装置设置在水侧换热器和空气侧换热器的之间。

进一步地，多个热交换循环系统的水侧换热器包括第一水侧换热器和第二水侧换热器，第一水侧换热器与迎风空气侧换热器位于同一热交换循环回路，第二水侧换热器与背风空气侧换热器位于同一热交换循环回路；热交换循环系统还包括闪发器，闪发器的第一进口与迎风空气侧换热器的出口相连，闪发器的第一出口与压缩系统的进口相连；闪发器的第二出口与背风空气侧换热器的进口相连。

进一步地，闪发器的第二进口与第二水侧换热器的出口相连。

进一步地，热交换循环系统还包括设置在闪发器和背风空气侧换热器之间的第二节流装置，第二节流装置的进口与闪发器的第二出口相连，第二节流装置的出口与背风空气侧换热器的进口相连。

进一步地，多个热交换循环系统的水侧换热器包括第一水侧换热器和第二水侧换热器，第一水侧换热器与迎风空气侧换热器位于同一热交换循环回路，第二水侧换热器与背风空气侧换热器位于同一热交换循环回路；热交换循环系统还包括中间换热器，中间换热器的第一进口与第一水侧换热器的出口相连，中间换热器的第一出口与迎风空气侧换热器的进口相连；中间换热器的第二进口与第二水侧换热器的出口相连，中间换热器的第二出口与背风空气侧换热器的进口相连。

进一步地，热交换循环系统还包括：第三节流装置，第三节流装置设置在第一水侧换热器和中间换热器之间，第三节流装置的进口与第一水侧换热器的出口相连，第三节流装置的出口与中间换热器第一进口相连。

进一步地，热交换循环系统还包括：第四节流装置，第四节流装置设置在中间换热器和背风空气侧换热器之间，第四节流装置的进口与中间换热器的第二出口相连，第四节流装置的出口与背风空气侧换热器的进口相连。

进一步地，热交换循环回路还包括四通阀，四通阀的第一阀口与压缩系统的出口相连，四通阀的第二阀口与空气侧换热器的出口相连；四通阀的第三阀口与水侧换热器的进口相连，四通阀的第四阀口与压缩系统的进口相连。

进一步地，各热交换循环回路还包括气液分离器，气液分离器的出口与压缩系统的进口相连，气液分离器的进口与空气侧换热器的出口相连或者与水侧换热器相连。

进一步地，水侧换热器采用逆流换热结构布置。

应用本发明的技术方案，当有用水需要时，低温水依次经过多个具有不同冷凝温度的水侧换热器，低温水被分阶段加热，减小了加热过程中制冷剂与热水之间的换热温差，降低了热泵加热系统部分压差，提高热泵热水系统的加热效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例一的流程示意图；

图2示出了图1的热泵热水系统的压焓图；

图3示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例二的流程示意图；

图4示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例三的流程示意图；

图5示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例四的流程示意图；

图6示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例五的流程示意图；

图7示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例六的流程示意图；

图8示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例七的流程示意图；

图9示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例八的水侧换热组件的结构示意图；以及

图10示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例九的水侧换热组件的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、双缸并联压缩机；2、第一气液分离器；3、第二气液分离器；4、双缸并联压缩机第一排气口；5、双缸并联压缩机第二排气口；6、第一四通阀；7、第二四通阀；8、第一水侧换热器；9、第二水侧换热器；10、进水口；11、第二出水口；13、第一出水口；14、第一节流装置；15、第一节流装置；16、闪发器；17、闪发器的第一进口；18、闪发器的第二进口；19、闪发器的第一出口；20、闪发器的第二出口；21、第二节流装置；22、迎风空气侧换热器；23、背风空气侧换热器；24、外风机；25、第一单级压缩机；26、第二单级压缩机；27、中间换热器；28、中间换热器的第一进口；29、中间换热器的第二进口；30、中间换热器的第一出口；31、中间换热器的第二出口；32、均油装置；33、第三节流装置；34、第四节流装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。

本发明涉及一种热泵热水系统，热泵热水系统又称“空气源热泵热水系统”，是利用空气中的热量将水箱中的水加热以获取较高温度热水的装置。其原理是利用冷媒相变吸收或者释放热量，通过压缩机改变冷媒的状态，并为循环提供动力。

实施例一

图1示出了根据本发明的热泵热水系统的实施例一的流程示意图，图2示出了图1的热泵热水系统的压焓图。如图1和图2所示，本实施例提供了一种热泵热水系统，包括：水侧换热组件，水侧换热组件包括相互串联的多个水侧换热器，水侧换热器具有进水口和出水口。处于最上游的水侧换热器的进水口形成水侧换热组件的进水口10，处于最下游的水侧换热器的出水口形成水侧换热组件的第一出水口13。

应用本发明的技术方案，当有用水需要时，低温水依次经过多个具有不同冷凝温度的水侧换热器，低温水被分阶段加热，减小了加热过程中制冷剂与热水之间的换热温差，降低了热泵加热系统部分压差，提高热泵热水系统的加热效率。

水侧换热组件还包括第二出水口11，多个水侧换热器中相邻的两个水侧换热器之间设置有第二出水口11。用户可以从不同加热目标温度的水侧换热器之间的第二出水口11取得不同温度的热水，增加了用户用水的灵活性；也减少了以往用户用水时将热水兑冷水以获得合适水温所造成的能源浪费。

在实施例一中，从第二出水口11的中温状态的水一部分供给到有中温水需求的使用处，另一部分进入第一水侧换热器8中继续加热到高温状态。

热泵热水系统还包括热交换循环系统，热交换循环系统包括压缩系统及多个热交换循环回路，各热交换循环回路包括：水侧换热器，水侧换热器的进口与压缩系统的出口相连；空气侧换热器，空气侧换热器的进口与水侧换热器的出口相连，空气侧换热器的出口与压缩系统的进口相连。

压缩系统包括双缸并联压缩机1。在本发明的设计阶段，发明人发现为每套热交换循环回路设置单独的压缩机会出现一个压缩机中的油进入到另一个压缩机中导致其中一个压缩机无法正常工作的状况。为解决压缩机回油不均的问题，本实施例中压缩系统包括双缸并联压缩机1。

多个热交换循环系统的空气侧换热器并排设置，多个热交换循环系统的空气侧换热器包括迎风空气侧换热器22和背风空气侧换热器23。将空气侧换热器排成一排设置，采用一个外风机24提供风量，节约安装空间，降低成本减小整个热水器的耗电功率。另一方面，冷风先后吹过两个不同蒸发温度的空气侧换热器，当空气侧换热器结霜时，由于迎风空气侧换热器22蒸发温度较高、会减缓迎风空气侧换热器22的结霜过程，减小迎风空气侧换热器22的结霜厚度；背风空气侧换热器23由于迎风空气侧换热器22的阻挡，也可以减小背风空气侧换热器23的结霜厚度，从而减小换热器的导热热阻，降低系统能力能效的衰减量。

各热交换循环回路还包括第一节流装置，第一节流装置设置在水侧换热器和空气侧换热器的之间。第一节流装置可以降低变相换热后液相制冷剂的温度和压力。在实施例一中，设置有两个热交换循环回路，进而设置有两个第一节流装置，分别是第一节流装置14和第一节流装置15。

多个热交换循环系统的水侧换热器包括第一水侧换热器8和第二水侧换热器9，第一水侧换热器8与迎风空气侧换热器22位于同一热交换循环回路，第二水侧换热器9与背风空气侧换热器23位于同一热交换循环回路。热交换循环系统还包括闪发器16，闪发器16的第一进口17与迎风空气侧换热器22的出口相连，闪发器16的第一出口19与压缩系统的进口相连。闪发器16的第二进口18与第二水侧换热器9的出口相连，闪发器16的第二出口20与背风空气侧换热器23的进口相连。闪发器16可以使两个回路的制冷剂充分混合并进行气液分离，饱和气态制冷剂进入压缩机，饱和液态制冷剂进入背风空气侧换热器，闪发器的存在降低了进入背风空气侧换热器制冷剂干度，增大了换热量，提高了换热效率。

热交换循环系统还包括设置在闪发器16和背风空气侧换热器23之间的第二节流装置21，第二节流装置21的进口与闪发器16的第二出口20相连，第二节流装置21的出口与背风空气侧换热器23的进口相连。第二节流装置21可以降低变相换热后液相制冷剂的温度和压力。

热交换循环回路还包括四通阀，四通阀的第一阀口与压缩系统的出口相连，第二阀口与空气侧换热器的出口相连；四通阀的第三阀口与水侧换热器的进口相连，第四阀口与压缩系统的进口相连。四通阀具有变向的作用，转变四通阀的状态可以使水侧换热器具有制取低温水的功能。在实施例一中，设置有两个热交换循环回路，进而设置有两个四通阀，分别是第一四通阀6和第二四通阀7。

各热交换循环回路还包括气液分离器，气液分离器的出口与压缩系统的进口相连，气液分离器的进口与空气侧换热器的出口相连或者与水侧换热器相连。在实施例一中，设置有两个热交换循环回路，进而设置有两个气液分离器，分别是第一气液分离器2和第二气液分离器3。

水侧换热器采用逆流换热结构布置可以提高冷凝器的换热器。水和制冷剂呈逆流形式，可以提高冷凝器的换热效率。

下面结合附图1对实施例一作详细说明。

热泵热水系统包括第一热交换循环回路和第二热交换循环回路。第一热交换循环回路由双缸并联压缩机1、第一四通阀6、第一水侧换热器8、第一节流装置14、闪发器16、迎风空气侧换热器22及附带管路系统组成。其中制冷剂从双缸并联压缩机第一排气口4排出后通过第一四通阀6进入第一水侧换热器8，在其中冷却冷凝之后经过第一节流装置14进入迎风空气侧换热器22中，制冷剂从迎风空气侧换热器22出来后通过闪发器的第一进口17进入闪发器16，闪发器中的制冷剂经过气液分离后，其中的气相制冷剂通过闪发器的第一出口19、第一四通阀6进入双缸并联压缩机1的第一气液分离器2，回到压缩机中完成第一热交换循环回路。

第二热交换循环回路由双缸并联压缩机1、第二四通阀7、第二水侧换热器9、第一节流装置15、闪发器16、第二节流装置21、背风空气侧换热器23及附带管路系统组成。其中制冷剂从双缸并联压缩机第二排气口5排出后通过第二四通阀7进入第二水侧换热器9，在其中冷却冷凝之后经过第一节流装置15后通过闪发器的第二进口18进入闪发器16，闪发器16中的制冷剂经过气液分离后，其中的液相制冷剂通过闪发器的第二出口20、第二节流装置21进入背风空气侧换热器23，制冷剂经过吸热蒸发后经第二四通阀7进入双缸并联压缩机1的第二气液分离器3，回到压缩机中完成第二热交换循环回路。

实施例二

如图3所示，热泵热水系统的实施例二的系统部件和实施例一相同，只有热交换循环回路做了微调。第一节流装置14的出口改为和闪发器的第二进口18相连接，第一节流装置15的出口改为和迎风空气侧换热器22的进口相连。在实施例二中，经过迎风空气侧换热器22的制冷剂流量和经过第二水侧换热器9中制冷剂流量相同，通过合理的制冷剂流量调节分配，可以达到与实施例一基本相同的效果。

实施例三

如图4所示，热泵热水系统的实施例三的系统部件和实施例一相同，只有热交换循环回路做了微调，将第一节流装置15的出口改为和背风空气侧换热器23的进口相连接。实施例三的效果不如实施例一和实施例二，实施例三容易导致流经迎风空气侧换热器22的制冷剂越来越少。

实施例四

如图5所示，热泵热水系统的实施例四的系统部件和实施例一相同，只有热交换循环回路做了微调，将第一节流装置15的出口改为和迎风空气侧换热器22的进口相连，第一节流装置14的出口改为和背风空气侧换热器23的进口相连接，可以解决实施例三中流经迎风空气侧换热器22的制冷剂越来越少的问题。

实施例五

如图6所示，在热泵热水系统的实施例五中，把双缸并联压缩机改为两个单级压缩机并联形式，第一单级压缩机25和第二单级压缩机26之间需要增加均油装置32，可以达到与实施例一基本相同的效果。

实施例六

如图7所示，在热泵热水系统的实施例六中，把闪发器16改为中间换热器27。多个水侧换热器包括第一水侧换热器8和第二水侧换热器9，第一水侧换热器8与迎风空气侧换热器22位于同一热交换循环回路，第二水侧换热器9与背风空气侧换热器23位于同一热交换循环回路；热交换循环系统还包括中间换热器27，中间换热器27的第一进口28与第一水侧换热器8的出口相连，中间换热器27的第一出口30与迎风空气侧换热器22的进口相连；中间换热器27的第二进口29与第二水侧换热器9的出口相连，中间换热器27的第二出口31与背风空气侧换热器23的进口相连。中间换热器27可以把从第二水侧换热器9出来的制冷剂进一步过冷，降低背风空气侧换热器23的进口的制冷剂干度，提高系统能效。

热交换循环系统还包括：第三节流装置33，第三节流装置33设置在第一水侧换热器8和中间换热器27之间，第三节流装置33的进口与第一水侧换热器8的出口相连，第三节流装置33的出口与迎风空气侧换热器22的进口相连。

热交换循环系统还包括：第四节流装置34，第四节流装置34设置在中间换热器27和背风空气侧换热器23之间，第四节流装置34的进口与中间换热器27的第二出口相连，第四节流装置34的出口与背风空气侧换热器23的进口相连。第三节流装置33、第四节流装置34可以降低变相换热后液相制冷剂的温度和压力。

实施例七

如图8所示，在热泵热水系统的实施例七中，取消了热交换循环回路中的闪发器16，迎风空气侧换热器22的进口改为和第一节流装置14的出口相连接，第一节流装置15的出口改为和背风空气侧换热器23的进口相连接。在实施例七中，两个热交换循环回路单独运行互不影响，也有一定的改善效果。

实施例八

如图9所示，在热泵热水系统的实施例八中，去掉了第一水侧换热器8和第二水侧换热器9之间的出水口。从水箱或者水源处过来的冷水先从进水口10进入第二水侧换热器9中进行第一段加热到中温状态，之后进入第一水侧换热器8中进行第二段加热至高温状态，最后通过第一出水口13流到水箱或者其他使用处。

实施例九

如图10所示，在热泵热水系统的实施例九中，断开了直接连接第一水侧换热器8与第二水侧换热器9的管路。从第一水侧换热器8中出来的中温状态的水供给到有中温水需求的使用处，然后从水源或者水箱或者带有余热的水进入第一水侧换热器8中加热到高温状态。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：当有用水需要时，低温水依次经过多个具有不同冷凝温度的水侧换热器，低温水被分阶段加热，减小了加热过程中制冷剂与热水之间的换热温差，降低了热泵加热系统部分压差，提高热泵热水系统的加热效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (15)

1.一种热泵热水系统，其特征在于，包括：水侧换热组件，所述水侧换热组件包括相互串联的多个水侧换热器，所述水侧换热器具有进水口和出水口，多个所述水侧换热器中处于最上游的所述水侧换热器的进水口形成所述水侧换热组件的进水口(10)，多个所述水侧换热器中处于最下游的所述水侧换热器的出水口形成所述水侧换热组件的第一出水口(13)。

2.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，所述水侧换热组件还包括第二出水口(11)，多个所述水侧换热器中相邻的两个所述水侧换热器之间设置有所述第二出水口(11)。

3.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，所述热泵热水系统还包括热交换循环系统，所述热交换循环系统包括压缩系统及多个热交换循环回路，各所述热交换循环回路包括：

所述水侧换热器，所述水侧换热器的进口与所述压缩系统的出口相连；

空气侧换热器，所述空气侧换热器的进口与所述水侧换热器的出口相连，所述空气侧换热器的出口与所述压缩系统的进口相连。

4.根据权利要求3所述的热泵热水系统，其特征在于，所述压缩系统包括多缸并联压缩机，或者所述压缩系统包括多个单级压缩机。

5.根据权利要求3所述的热泵热水系统，其特征在于，多个所述热交换循环系统的空气侧换热器并排设置，多个所述热交换循环系统的空气侧换热器包括迎风空气侧换热器(22)和背风空气侧换热器(23)。

6.根据权利要求5所述的热泵热水系统，其特征在于，各所述热交换循环回路还包括第一节流装置，所述第一节流装置设置在所述水侧换热器和所述空气侧换热器的之间。

7.根据权利要求6所述的热泵热水系统，其特征在于，

多个所述热交换循环系统的水侧换热器包括第一水侧换热器(8)和第二水侧换热器(9)，所述第一水侧换热器(8)与所述迎风空气侧换热器(22)位于同一所述热交换循环回路，所述第二水侧换热器(9)与所述背风空气侧换热器(23)位于同一所述热交换循环回路；

所述热交换循环系统还包括闪发器(16)，所述闪发器(16)的第一进口(17)与所述迎风空气侧换热器(22)的出口相连，所述闪发器(16)的第一出口(19)与所述压缩系统的进口相连；所述闪发器(16)的第二出口(20)与所述背风空气侧换热器(23)的进口相连。

8.根据权利要求7所述的热泵热水系统，其特征在于，所述闪发器(16)的第二进口(18)与所述第二水侧换热器(9)的出口相连。

9.根据权利要求7所述的热泵热水系统，其特征在于，所述热交换循环系统还包括设置在所述闪发器(16)和所述背风空气侧换热器(23)之间的第二节流装置(21)，所述第二节流装置(21)的进口与所述闪发器(16)的第二出口相连，所述第二节流装置(21)的出口与所述背风空气侧换热器(23)的进口相连。

10.根据权利要求5所述的热泵热水系统，其特征在于，

多个所述热交换循环系统的水侧换热器包括第一水侧换热器(8)和第二水侧换热器(9)，所述第一水侧换热器(8)与所述迎风空气侧换热器(22)位于同一所述热交换循环回路，所述第二水侧换热器(9)与所述背风空气侧换热器(23)位于同一所述热交换循环回路；

所述热交换循环系统还包括中间换热器(27)，所述中间换热器(27)的第一进口(28)与所述第一水侧换热器(8)的出口相连，所述中间换热器(27)的第一出口(30)与所述迎风空气侧换热器(22)的进口相连；所述中间换热器(27)的第二进口(29)与所述第二水侧换热器(9)的出口相连，所述中间换热器(27)的第二出口(31)与所述背风空气侧换热器(23)的进口相连。

11.根据权利要求10所述的热泵热水系统，其特征在于，所述热交换循环系统还包括：

第三节流装置(33)，所述第三节流装置(33)设置在所述第一水侧换热器(8)和所述中间换热器(27)之间，所述第三节流装置(33)的进口与所述第一水侧换热器(8)的出口相连，所述第三节流装置(33)的出口与所述迎风空气侧换热器(22)的进口相连。

12.根据权利要求10所述的热泵热水系统，其特征在于，所述热交换循环系统还包括：

第四节流装置(34)，所述第四节流装置(34)设置在所述中间换热器(27)和所述背风空气侧换热器(23)之间，所述第四节流装置(34)的进口与所述中间换热器(27)的第二出口(31)相连，所述第四节流装置(34)的出口与所述背风空气侧换热器(23)的进口相连。

13.根据权利要求3所述的热泵热水系统，其特征在于，所述热交换循环回路还包括四通阀，所述四通阀的第一阀口与压缩系统的出口相连，所述四通阀的第二阀口与所述空气侧换热器的出口相连；所述四通阀的第三阀口与所述水侧换热器的进口相连，所述四通阀的第四阀口与所述压缩系统的进口相连。

14.根据权利要求3所述的热泵热水系统，其特征在于，各所述热交换循环回路还包括气液分离器，所述气液分离器的出口与所述压缩系统的进口相连，所述气液分离器的进口与所述空气侧换热器的出口相连或者与所述水侧换热器相连。

15.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，所述水侧换热器采用逆流换热结构布置。