CN108036507A - 一种热泵热水器水箱装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵热水器水箱装置及其控制方法，所述装置包括一水箱，水箱安装有供水管、进水管和套管换热器；套管换热器包括内套管和外套管，内套管与外套管之间形成用于容置高温制冷剂气和制冷剂液的空腔，外套管两端部分别连通高温制冷剂气管和制冷剂液管；进水管包括连通的两进水管，连进水管均安装有电动二通阀，一进水管与内套管下端部连通，另一进水管穿设于水箱顶部；供水管包括连通的两出水管，一出水管上安装有水泵，且伸至水箱底部，另一出水管与内套管上端部连通；水箱内设有温度传感器、低水位监测控制装置和高水位监测控制装置，可根据水位控制水泵、电动二通阀。本发明结构简单，节能的同时可持续供应热水，使用寿命长。

Description

一种热泵热水器水箱装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及热泵热水器技术领域，尤其涉及一种热泵热水器水箱装置及其控制方法。

背景技术

随着能源问题日益严峻，当今空气源热泵水系统，以消耗部分电能，从自然界的空气侧吸取热量来加热生活热水，节能效果显著，得到了大量的推广应用。目前热泵热水器主要有两种类型，第一类是静态加热式，冷凝盘管缠绕于水箱内壁，另一种是动态即热式，常温水经过套管换热器加热后直接供热水，即开即用，这两种类型均存在缺陷：静态加热式水箱容积有限，无法满足长时间持续供应热水要求，动态即热式，即开加热，方便快捷，但需要热泵系统频繁启动，系统压缩机寿命受影响。

有鉴于此，本发明提供一种节能的可不间断供热水的热泵热水器水箱装置及其控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种热泵热水器水箱装置，节能的同时可持续供应热水，使用寿命长。

本发明要解决的技术问题之一是这样实现的：一种热泵热水器水箱装置，包括一水箱，所述水箱安装有供水管、进水管以及套管换热器；

所述套管换热器包括迂回曲折盘旋于所述水箱内的内套管和外套管，所述内套管与外套管之间形成用于容置高温制冷剂气和制冷剂液的空腔，所述外套管两端部分别连通高温制冷剂气管和制冷剂液管；

所述进水管包括连通的第一进水管和第二进水管，所述第一进水管上安装有第一电动二通阀，所述第二进水管上安装有第二电动二通阀，所述第一进水管穿设于所述水箱底部并与所述套管换热器的内套管下端部连通，所述第二进水管穿设于水箱顶部；

所述供水管包括连通的第一出水管和第二出水管，所述第一出水管上安装有水泵，且所述第一出水管延伸至水箱底部，所述第二出水管穿设于所述水箱顶部并与所述套管换热器的内套管上端部连通；

所述水箱内壁沿竖直方向间隔设置有复数个温度传感器；

所述水箱内设有低水位监测控制装置和高水位监测控制装置，所述低水位监测控制装置设有低水位传感器，且分别连接水泵和第一电动二通阀，所述高水位监测控制装置设有高水位传感器，且与第二电动二通阀连接。

进一步的，所述套管换热器连接一外部压缩机的排气口，通过压缩机将高温制冷剂气体输送到套管换热器进行加热，高温制冷剂气体在空腔内换热后形成冷凝成液体从制冷剂液管排出，实现对内套管内水和外套管外水同时加热。

进一步的，所述水箱顶部开设有排气阀，可适时调节水箱内压力。

进一步的，所述套管换热器至下而上迂回曲折盘旋于所述水箱内部，便于将空腔内液体排出。

进一步的，所述高温制冷剂气管和制冷剂液管分别安装于所述外套管的上端部和下端部，便于将空腔内液体排出。

进一步的，所述低水位传感器设于水箱内下方，且高于第一出水管底部。

进一步的，所述高水位传感器设于水箱内上方，且低于第二进水管的管口。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种热泵热水器水箱装置的控制方法，节能的同时可持续供应热水，使用寿命长。

本发明要解决的技术问题之二是这样实现的：一种热泵热水器水箱装置的控制方法，需提供上述热泵热水器水箱装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1、在水箱水位和水温均满足一定范围内时，关闭第一电动二通阀和第二电动二通阀，启动水泵，通过第一出水管获取水箱内热水；

步骤2、在步骤1运行过程中，当所述低水位监测控制装置监测到低水位传感器发来的低水位信号时，关闭水泵，开启第一电动二通阀，同时通过高温制冷剂气管向空腔内输送高温制冷剂气体，加热内套管内流动的自来水，通过第二出水管获取内套管内的热水；

步骤3、在步骤2运行过程中，当用户停止供水时，启动第二电动二通阀，由第二进水管向水箱补水，直至高水位监测控制装置监测到高水位传感器发来的高水位信号，关闭第二电动二通阀，加热水箱中的水，直至温度传感器监测到水温到达一设定值时，停止向空腔内输送高温制冷剂气体。

本发明具有如下优点：

1、本发明装置通过将套管换热器浸润在水箱内部，高温制冷剂气体在内套管与外套管之间流动，可以实现同时对外套管外的水箱内水进行静态加热，以及内套管内的流动自来水进行动态加热，提高换热器利用率，节能环保；

2、本发明通过合理的运行控制调节，实现热泵系统静态加热和动态加热无缝交接，提高热泵系统热水供应能力和热水供应稳定性，避免在需水量较小的情况下频繁启动热泵系统的压缩机，降低系统使用寿命；

3、本发明结构紧凑，适应性好，易于推广。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种热泵热水器水箱装置示意图。

附图标号说明：

1-水箱，11-排气阀，2-供水管，21-第一出水管，22-第二出水管，211-水泵，3-进水管，31-第一进水管，311-第一电动二通阀，32-第二进水管，321-第二电动二通阀，4-套管换热器，41-内套管，42-外套管，43-高温制冷剂气管，44-制冷剂液管，45-空腔，5-温度传感器，6-低水位监测控制装置，61-低水位传感器，7-高水位监测控制装置，71-高水位传感器。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种热泵热水器水箱装置，包括一水箱1，所述水箱1安装有供水管2、进水管3以及套管换热器4；

所述套管换热器4包括迂回曲折盘旋于所述水箱1内的内套管41和外套管42，所述内套管41与外套管42之间形成用于容置高温制冷剂气和制冷剂液的空腔45，所述外套管42两端部分别连通高温制冷剂气管43和制冷剂液管44，高温制冷剂气体在空腔内流动，同时向水箱中的水静态加热和内套管内的水动态加热。

所述进水管3包括连通的第一进水管31和第二进水管32，所述第一进水管31上安装有第一电动二通阀311，所述第二进水管32上安装有第二电动二通阀321，所述第一进水管31穿设于所述水箱1底部并与所述套管换热器4的内套管41下端部连通，所述第二进水管32穿设于水箱1顶部；

所述供水管2包括连通的第一出水管21和第二出水管22，所述第一出水管21上安装有水泵211，且所述第一出水管21延伸至水箱1底部，所述第二出水管22穿设于所述水箱1顶部并与所述套管换热器4的内套管41上端部连通；上述连通方式均采用管道连通；

所述水箱1内壁沿竖直方向间隔设置有复数个温度传感器5；

所述水箱1内设有低水位监测控制装置6和高水位监测控制装置7，所述低水位监测控制装置6设有低水位传感器61，且所述低水位监测控制装置6分别连接水泵211和第一电动二通阀311，所述高水位监测控制装置7设有高水位传感器71，且所述高水位监测控制装置7与第二电动二通阀321连接。

较佳的，所述套管换热器4连接一外部压缩机的排气口(未图示)，通过压缩机将高温制冷剂气体输送到套管换热器进行加热，高温制冷剂气在空腔内换热后形成冷凝成液体从制冷剂液管排出，实现对内套管内水和外套管外水同时加热。

较佳的，所述水箱1顶部开设有排气阀11，可适时调节水箱内压力。

较佳的，所述套管换热器4至下而上迂回曲折盘旋于所述水箱1内部，便于将空腔内液体排出。

较佳的，所述高温制冷剂气管43和制冷剂液管44分别安装于所述外套管的上端部和下端部，便于将空腔内液体排出。

较佳的，所述低水位传感器61设于水箱内下方，且高于第一出水管21底部，只要略高于所述第一出水管底部即可，防止空排。

较佳的，所述高水位传感器71设于水箱内上方，且低于第二进水管32的管口，达到水箱最高安全水位线即可。

本发明一种热泵热水器水箱装置的控制方法，需提供上述热泵热水器水箱装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1、在水箱1水位(水位信息从低水位传感器和高水位传感器获取)和水温(温度信息从温度传感器获取)均满足一定范围内(具体根据需要设定)时，关闭第一电动二通阀311和第二电动二通阀321，热泵系统关闭，套管换热器4不工作，启动水泵211，通过第一出水管21获取水箱1内热水；

步骤2、在步骤1运行过程中，当所述低水位监测控制装置6监测到低水位传感器61发来的低水位信号(预先根据需要设定的)时，关闭水泵211，开启第一电动二通阀311，同时启动热泵系统，通过高温制冷剂气管43向空腔45内输送高温制冷剂气体，加热内套管41内流动的自来水，通过第二出水管22获取内套管内41的热水，并可同时对外套管外的水箱中水进行加热，该过程中，高温制冷剂气体在换热过程中冷凝形成液体从制冷剂液管44排出；

步骤3、在步骤2运行过程中，当用户停止供水时，启动第二电动二通阀321，由第二进水管32向水箱补水，直至高水位监测控制装置7监测到高水位传感器71发来的高水位信号(预先根据需要设定的)，关闭第二电动二通阀321，加热水箱1中的水，直至温度传感器5监测到水温到达一设定值时，关闭热泵系统，停止向空腔45内输送高温制冷剂气体。

本发明所述内套管和外套管之间流动有高温制冷剂气体，高温制冷剂同时向外套管外的水和内套管内的水换热，实现热泵系统同时向水箱中的水静态加热和内套管内的水动态加热，不浪费能源，提高换热器利用率。本发明通过合理的运行控制调节，实现热泵系统静态加热和动态加热无缝交接，一方面可以在不用使用水时保证水箱内储蓄有大量热水，另一方面，可以在使用大量热水导致水箱内水位低下时由内套管内水即使供应即热水，提高热泵系统热水供应能力和热水供应稳定性，同时避免了在需水量较小的情况下频繁启动热泵系统的压缩机而降低系统使用寿命；本发明装置结构紧凑，适应性好，易于推广。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种热泵热水器水箱装置，包括一水箱，其特征在于：所述水箱安装有供水管、进水管以及套管换热器；

所述套管换热器包括迂回曲折盘旋于所述水箱内的内套管和外套管，所述内套管与外套管之间形成用于容置高温制冷剂气和制冷剂液的空腔，所述外套管两端部分别连通高温制冷剂气管和制冷剂液管；

所述进水管包括连通的第一进水管和第二进水管，所述第一进水管上安装有第一电动二通阀，所述第二进水管上安装有第二电动二通阀，所述第一进水管穿设于所述水箱底部并与所述套管换热器的内套管下端部连通，所述第二进水管穿设于水箱顶部；

所述供水管包括连通的第一出水管和第二出水管，所述第一出水管上安装有水泵，且所述第一出水管延伸至水箱底部，所述第二出水管穿设于所述水箱顶部并与所述套管换热器的内套管上端部连通；

所述水箱内壁沿竖直方向间隔设置有复数个温度传感器；

所述水箱内设有低水位监测控制装置和高水位监测控制装置，所述低水位监测控制装置设有低水位传感器，且分别连接水泵和第一电动二通阀，所述高水位监测控制装置设有高水位传感器，且与第二电动二通阀连接。

2.根据权利要求1所述的一种热泵热水器水箱装置，其特征在于：所述套管换热器连接一外部压缩机的排气口，通过压缩机将高温制冷剂气体输送到套管换热器进行加热。

3.根据权利要求1所述的一种热泵热水器水箱装置，其特征在于：所述水箱顶部开设有排气阀。

4.根据权利要求1所述的一种热泵热水器水箱装置，其特征在于：所述套管换热器至下而上迂回曲折盘旋于所述水箱内部。

5.根据权利要求1所述的一种热泵热水器水箱装置，其特征在于：所述高温制冷剂气管和制冷剂液管分别安装于所述外套管的上端部和下端部。

6.根据权利要求1所述的一种热泵热水器水箱装置，其特征在于：所述低水位传感器设于水箱内下方，且高于第一出水管底部。

7.根据权利要求1所述的一种热泵热水器水箱装置，其特征在于：所述高水位传感器设于水箱内上方，且低于第二进水管的管口。

8.一种热泵热水器水箱装置的控制方法，其特征在于：需提供如权利要求1至7任一所述的热泵热水器水箱装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1、在水箱水位和水温均满足一定范围内时，关闭第一电动二通阀和第二电动二通阀，启动水泵，通过第一出水管获取水箱内热水；

步骤2、在步骤1运行过程中，当所述低水位监测控制装置监测到低水位传感器发来的低水位信号时，关闭水泵，开启第一电动二通阀，同时通过高温制冷剂气管向空腔内输送高温制冷剂气体，加热内套管内流动的自来水，通过第二出水管获取内套管内的热水；

步骤3、在步骤2运行过程中，当用户停止供水时，启动第二电动二通阀，由第二进水管向水箱补水，直至高水位监测控制装置监测到高水位传感器发来的高水位信号，关闭第二电动二通阀，加热水箱中的水，直至温度传感器监测到水温到达一设定值时，停止向空腔内输送高温制冷剂气体。