CN108518861A - 热泵热水器系统 - Google Patents

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CN108518861A CN201810180303.4A CN201810180303A CN108518861A CN 108518861 A CN108518861 A CN 108518861A CN 201810180303 A CN201810180303 A CN 201810180303A CN 108518861 A CN108518861 A CN 108518861A
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郑波
梁祥飞
吴迎文
吕如兵
庄嵘
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
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Abstract

本申请提供了一种热泵热水器系统。该热泵热水器系统包括蒸发器、第一换热器、压缩机和蓄热器。第一换热器与蒸发器通过升压流路和降压流路分别连接，压缩机设置在升压流路上，蓄热器设置在降压流路上。蓄热器包括多个相对独立的蓄热模块，多个蓄热模块串联连接，闪发器连接在蓄热器和蒸发器之间。应用本发明的技术方案，由于单个的蓄热模块体积小、重量轻，相较于传统的大体积保温水箱和一体式蓄热器，更便于搬运。而且，多个相对独立的蓄热模块可以更少地受到安装空间的限制，各蓄热模块可以分散安装在不同位置，也可以集中安装在同一位置，选择合适的空间安装完成后，再用管路将多个蓄热模块通过串联起来即可，安装更加方便。

Description

热泵热水器系统
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，具体而言，涉及一种热泵热水器系统。
背景技术
空气能热泵热水器作为第四代热水器，凭借其良好的节能效果和安全性能越来越受到消费者的青睐。市场上常见的热泵热水器以带保温水箱的为主，热泵热水器将产生的热水储存在保温水箱中。由于显热蓄热的密度较低，导致必须使用较大体积的保温水箱才能满足家庭所需热水量，使得制造成本和建筑成本增加，严重制约了空气源热泵热水器的推广使用。
采用一次加热式热泵热水器能够解决保温水箱过大难以安装的问题，但是由于加热过程中温度提升幅度大，热水流量又不能过小，这就要求一次加热式热泵热水器的机组制热功率必须足够大，导致机组成本大幅度增加，难以推广应用。
为解决该问题，专利CN205191914U提出了无水箱的热泵热水器，即采用相变蓄热材料填充的一体式蓄热水箱替代保温水箱。但是，由于相变蓄能材料的质量蓄能密度普遍不高，采用蓄热水箱替代保温水箱时，会出现蓄热水箱重量过重导致搬运、安装困难等问题。此外，在例如专利CN106016742A的热泵热水器中，虽然一个蓄能箱可以包括多个蓄能区域，不同蓄能区域中填充有不同的蓄热材料，但多个蓄能区域还是集成在一个蓄能箱上的。这样，该蓄能箱的整体体积还是会非常大，还会导致搬运、安装困难。
发明内容
本发明实施例提供了一种热泵热水器系统，以解决现有热泵热水器系统中蓄热水箱因满足蓄热要求而导致的蓄热水箱重量过重难以搬运和安装的技术问题。
本申请实施方式提供了一种热泵热水器系统，包括：蒸发器；第一换热器，与蒸发器通过升压流路和降压流路分别连接；压缩机，设置在升压流路上；蓄热器，设置在降压流路上，蓄热器包括多个相对独立的蓄热模块，多个蓄热模块串联连接或者并联连接或者串并联混合连接；闪发器，闪发器连接在蓄热器和蒸发器之间。
在一个实施方式中，闪发器的出气口通过补气流路与压缩机连接，补气流路上设置有补气阀。
在一个实施方式中，压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机和第二压缩机串联连接，补气流路连接在第一压缩机和第二压缩机之间。
在一个实施方式中，压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机和第二压缩机并联连接，补气流路连接在第一压缩机和第二压缩机的输入端。
在一个实施方式中，热泵热水器系统还包括热水流路，热水流路流经蓄热器和第一换热器进行换热。
在一个实施方式中，多个蓄热模块串联连接，热水流路依次流经多个蓄热模块和第一换热器。
在一个实施方式中，热水流路上的位于一个或多个蓄热模块的下游分出有分支流路，分出的分支流路流向热水流路的热水出口。
在一个实施方式中，热水流路和分支流路通过三通阀连接。
在一个实施方式中，蓄热模块为三个，包括第一蓄热模块.第二蓄热模块以及第三蓄热模块，第一蓄热模块.第二蓄热模块以及第三蓄热模块依次连接，第一蓄热模块与第一换热器相邻近，第三蓄热模块与第一换热器相远离，第二蓄热模块位于第一蓄热模块和第三蓄热模块之间。
在一个实施方式中，热水流路依次经过第三蓄热模块.第二蓄热模块.第一蓄热模块和第一换热器；分支流路包括第一分支流路和第二分支流路，第一分支流路从第三蓄热模块和第二蓄热模块之间分出，第二分支流路从第二蓄热模块和第一蓄热模块之间分出；三通阀包括第一三通阀和第二三通阀，第一三通阀设置在第一分支流路和热水流路之间，第二三通阀设置在第二分支流路和热水流路之间。
在一个实施方式中，第一蓄热模块.第二蓄热模块以及第三蓄热模块的蓄热材料的相变温度不同。
在一个实施方式中，第一蓄热模块的蓄热材料的相变温度为T1，第二蓄热模块的蓄热材料的相变温度为T2，第三蓄热模块的蓄热材料的相变温度为T3，足T1>T2>T3。
在一个实施方式中，第一蓄热模块.第二蓄热模块以及第三蓄热模块的蓄热材料的相变温度相同。
在一个实施方式中，热泵热水器系统还包括第一节流装置，第一节流装置设置在闪发器和蓄热器之间。
在一个实施方式中，热泵热水器系统还包括第二节流装置，第二节流装置设置在闪发器和蒸发器之间。
在一个实施方式中，热泵热水器系统还包括第二换热器，第二换热器设置在蓄热器和蒸发器之间，热水流路依次流经第二换热器.蓄热器和第一换热器进行换热。
在上述实施例中，蓄热器由多个相对独立的蓄热模块组成，由于单个的蓄热模块体积小、重量轻，相较于传统的大体积保温水箱和一体式蓄热器，更便于搬运。而且，多个相对独立的蓄热模块可以更少地受到安装空间的限制，各蓄热模块可以分散安装在不同位置，也可以集中安装在同一位置，可壁挂式安装在墙体、隐藏式安装在天花板内或地板以下等，再选择合适的空间安装完成后，再用管路将多个蓄热模块通过串联起来即可，安装更加方便。在使用的过程中，通过闪发器可以让液体与气体混合物进入闪发器后进行相平衡，使得压缩机的运行更加稳定。
附图说明
构成本申请的一部分的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是根据本发明的热泵热水器系统的实施例一的结构示意图；
图2是根据本发明的热泵热水器系统的实施例二的结构示意图；
图3是根据本发明的热泵热水器系统的实施例三的结构示意图；
图4是根据本发明的热泵热水器系统的实施例四的结构示意图；
图5是根据本发明的热泵热水器系统的实施例五的结构示意图；
图6是根据本发明的热泵热水器系统的实施例六的结构示意图；
图7是根据本发明的热泵热水器系统的实施例七的结构示意图；
图8是根据本发明的热泵热水器系统的实施例八的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、蒸发器；20、第一换热器；30、压缩机；31、第一压缩机；32、第二压缩机；40、蓄热器；41、第一蓄热模块；42、第二蓄热模块；43、第三蓄热模块；50、闪发器；60、第二换热器；71、第一三通阀；72、第二三通阀；81、第一节流装置；82、第二节流装置；a、升压流路；b、降压流路；c、补气流路；d、热水流路；e、分支流路；e1、第一分支流路；e2、第二分支流路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1示出了本发明的热泵热水器系统的实施例一，该热泵热水器系统包括蒸发器10、第一换热器20、压缩机30和蓄热器40。第一换热器20与蒸发器10通过升压流路a和降压流路b分别连接，压缩机30设置在升压流路a上，蓄热器40设置在降压流路b上。蓄热器40包括多个相对独立的蓄热模块，多个蓄热模块串联连接，闪发器50连接在蓄热器40和蒸发器10之间。
应用本发明的技术方案，蓄热器40由多个相对独立的蓄热模块组成，由于单个的蓄热模块体积小、重量轻，相较于传统的大体积保温水箱和一体式蓄热器，更便于搬运。而且，多个相对独立的蓄热模块可以更少地受到安装空间的限制，各蓄热模块可以分散安装在不同位置，也可以集中安装在同一位置，可壁挂式安装在墙体、隐藏式安装在天花板内或地板以下等，再选择合适的空间安装完成后，再用管路将多个蓄热模块通过串联起来即可，安装更加方便。在使用的过程中，通过闪发器50可以让液体与气体混合物进入闪发器50后进行相平衡，使得压缩机30的运行更加稳定。
作为其他的可选的实施方式，多个蓄热模块通过并联的方式连接是可行的，或者，通过并联连接的方式也是可行的。在使用时，只需要设置针对性的控制程序即可。
如图1所示，在本实施例的技术方案中，热泵热水器系统还包括热水流路d，热水流路d流经蓄热器40和第一换热器20进行换热。使用时，热水流路d流经蓄热器40和第一换热器20，让流路中的冷水与蓄热器40和第一换热器20进行热交换升温。升温后，热水流路d中的水就可以用于使用了。可选的，在实施例一的技术方案中，多个蓄热模块串联连接，热水流路d依次流经多个蓄热模块和第一换热器20。作为多个蓄热模块并联连接的方案，可以让热水流路d分别流经多个蓄热模块再流经第一换热器20进行换热。
如图1所示，作为一种优选的实施方式，热水流路d上的位于一个或多个蓄热模块的下游分出有分支流路e，分出的分支流路e流向热水流路d的热水出口。这样一来，针对不同的热水温度需求，可以选择让热水流路d仅经过一个或多个蓄热模块后，就直接通过分支流路e流向热水流路d的热水出口，以供使用。作为一种优选的实施方式，如图1所示，热水流路d和分支流路e通过三通阀连接。在对水温的要求较高时，通过三通阀关闭分支流路e，让热水流路d中的水依次经过经多个蓄热模块和第一换热器20进行换热。在对水温的要求较低时，通过三通阀阻止热水流路d的中水继续流经后续的蓄热模块和第一换热器20，而直接通过分支流路e让水流向热水流路d的热水出口。
如图1所示，在实施例一的技术方案中，蓄热模块为三个，包括第一蓄热模块41、第二蓄热模块42以及第三蓄热模块43。第一蓄热模块41、第二蓄热模块42以及第三蓄热模块43依次连接，第一蓄热模块41与第一换热器20相邻近，第三蓄热模块43与第一换热器20相远离，第二蓄热模块42位于第一蓄热模块41和第三蓄热模块43之间。作为其他的可选的实施方式，蓄热模块还可以为更多个。
更为优选的，在实施例一的技术方案中，热水流路d依次经过第三蓄热模块43、第二蓄热模块42、第一蓄热模块41和第一换热器20。分支流路e包括第一分支流路e1和第二分支流路e2，第一分支流路e1从第三蓄热模块43和第二蓄热模块42之间分出，第二分支流路e2从第二蓄热模块42和第一蓄热模块41之间分出。三通阀包括第一三通阀71和第二三通阀72，第一三通阀71设置在第一分支流路e1和热水流路d之间，第二三通阀72设置在第二分支流路e2和热水流路d之间。在使用时，通过操作第一三通阀71和第二三通阀72即可实现流路的控制。当对热水温度的需求较低时，让冷水依次通过第三蓄热模块43和第一三通阀71，再通过热水流路d的热水出口流出即可；当对热水温度的需求一般时，让冷水依次通过第三蓄热模块43、第二蓄热模块42和第二三通阀72，再通过热水流路d的热水出口流出即可；当对热水温度的需求较高时，让冷水依次通过第三蓄热模块43、第二蓄热模块42、第一蓄热模块41和第一换热器20再通过热水流路d的热水出口流出即可。
作为一种可选的的实施方式，在本实施例的技术方案中，第一蓄热模块41、第二蓄热模块42以及第三蓄热模块43的蓄热材料的相变温度不同。优选的，第一蓄热模块41的蓄热材料的相变温度为T1，第二蓄热模块42的蓄热材料的相变温度为T2，第三蓄热模块43的蓄热材料的相变温度为T3，足T1>T2>T3。选择将相变温度最高的第一蓄热模块41靠近第一换热器20，而让相变温度最低的第三蓄热模块43远离第一换热器20。这样一来，可以让高温冷媒先从冷媒管路的入口流入，流经高温相变的第一蓄热模块41释放高品质能量，第一蓄热模块41中的高温级相变材料熔化，相变材料的相变潜热大，可以储存大量的高品质能量。冷媒温度会下降到高温相变材料的相变温度，从第一蓄热模块41流出，流到第二蓄热模块42。同理，流经第二蓄热模块42，冷媒继续释放中级品质的能量，熔化第二蓄热模块42的中温相变材料，储存为中温相变材料中的相变潜热，温度降为中温相变材料的相变温度的冷媒，从第二蓄热模块42流出，继续流向第三蓄热模块43。在第三蓄热模块43中，冷媒继续释放低级品质的能量，储存为低温层的低温相变材料相变潜热，熔化了低温相变材料。最终冷媒以第三蓄热模块43的低温相变材料相变温度流出，通往蒸发器10进行吸热。可选的，相变温度范围在40～60℃之间，彼此相连的蓄热模块中相变蓄热材料的相变温度相差3～20℃，进一步，相变温度相差3～15℃，进一步，相变温度相差3～10℃。
作为其他的可选的实施方式，也可以让第一蓄热模块41、第二蓄热模块42以及第三蓄热模块43的蓄热材料的相变温度相同。
如图1所示，在本实施例的技术方案中，热泵热水器系统还包括第一节流装置81，第一节流装置81设置在闪发器50和蓄热器40之间。更为优选的，热泵热水器系统还包括第二节流装置82，第二节流装置82设置在闪发器50和蒸发器10之间。通过对第一节流装置81和第二节流装置82调节，可以调节冷媒，进而控制加热温度。
在本实施例的技术方案中，热泵热水器系统包括温度传感器，温度传感器设置在热水流路d的热水出口处和热水流路d经过各蓄热模块的下游。通过对热水流路d中各节点的温度测试，可以更为准确地控制热泵热水器系统的加热温度，以更为精确的加热水。更为优选的，热泵热水器系统还包括控制器，控制器与温度传感器相连，控制器用于接收温度传感器测得的温度信号，根据该温度信号控制蓄热器40和热水流路d的工作。通过控制器，可以实现热泵热水器系统的自动化控制，更为准确地控制加热水的温度和各蓄热模块的工作。在保证加热效果的同时，保证热泵热水器系统能量利用率最大化，提升蓄热过程中热泵热水器系统的能效，有效解决蓄热温度高使用温度低的能源浪费问题，同时兼顾了高热水温度需求和高能效。
图2示出了本发明的热泵热水器系统的实施例二的技术方案，实施例二的技术方案和实施例一的技术方案相比，区别在于：闪发器50的出气口通过补气流路c与压缩机30连接，补气流路c上设置有补气阀73。应用实施例二的技术方案，高压液体与气体混合物经过节第一节流装置81节流进入闪发器50后进行相平衡，液态制冷剂被再度通过第二节流装置82节流进入蒸发器10中吸热，气相制冷剂的焓值升高通过补气流路c直接回到压缩机30的吸气端或喷射进入压缩机30某级压缩段进行压缩。在使用时，通过补气阀73控制补气流路c的通断。可选的，在该实施例中，压缩机30为是带补气口的单级压缩机。
图3示出了本发明的热泵热水器系统的实施例三，实施例三的技术方案和实施例二的技术方案相比，区别在于，压缩机30包括第一压缩机31和第二压缩机32，第一压缩机31和第二压缩机32串联连接，补气流路c连接在第一压缩机31和第二压缩机32之间。通过第一压缩机31和第二压缩机32的双级压缩，可以更为高效地将气态冷媒压缩为液态冷媒进行使用。可选的，压缩机30为具有两个独立压缩气缸的并行压缩机，也可以是两个独立的单级压缩机。
图4示出了本发明的热泵热水器系统的实施例四，实施例四的技术方案和实施例三的技术方案相比，区别在于，第一压缩机31和第二压缩机32并联连接，补气流路c连接在第一压缩机31和第二压缩机32的输入端。同样的，通过第一压缩机31和第二压缩机32的双级压缩，可以更为高效地将气态冷媒压缩为液态冷媒进行使用。可选的，压缩机30为具有两个独立压缩气缸的并行压缩机，也可以是两个独立的单级压缩机。
图5示出了本发明的热泵热水器系统的实施例五，实施例五的技术方案和实施例一的技术方案相比，区别在于，热泵热水器系统还包括第二换热器60，第二换热器60设置在蓄热器40和蒸发器10之间，热水流路d依次流经第二换热器60、蓄热器40和第一换热器20进行换热。通过第二换热器60的设置，可以让热水流路d中的冷水，充分与经过蒸发器10吸热和压缩机30增加内能的冷媒进行换热，以提高热泵热水器系统对于冷水的加热效率。
图6示出了本发明的热泵热水器系统的实施例六，实施例六的技术方案和实施例二的技术方案相比，区别在于，热泵热水器系统还包括第二换热器60，第二换热器60设置在蓄热器40和蒸发器10之间，热水流路d依次流经第二换热器60、蓄热器40和第一换热器20进行换热。通过第二换热器60的设置，可以让热水流路d中的冷水，充分与经过蒸发器10吸热和压缩机30增加内能的冷媒进行换热，以提高热泵热水器系统对于冷水的加热效率。
图6示出了本发明的热泵热水器系统的实施例六，实施例六的技术方案和实施例二的技术方案相比，区别在于，热泵热水器系统还包括第二换热器60，第二换热器60设置在蓄热器40和蒸发器10之间，热水流路d依次流经第二换热器60、蓄热器40和第一换热器20进行换热。通过第二换热器60的设置，可以让热水流路d中的冷水，充分与经过蒸发器10吸热和压缩机30增加内能的冷媒进行换热，以提高热泵热水器系统对于冷水的加热效率。
图7示出了本发明的热泵热水器系统的实施例七，实施例七的技术方案和实施例三的技术方案相比，区别在于，热泵热水器系统还包括第二换热器60，第二换热器60设置在蓄热器40和蒸发器10之间，热水流路d依次流经第二换热器60、蓄热器40和第一换热器20进行换热。通过第二换热器60的设置，可以让热水流路d中的冷水，充分与经过蒸发器10吸热和压缩机30增加内能的冷媒进行换热，以提高热泵热水器系统对于冷水的加热效率。
图8示出了本发明的热泵热水器系统的实施例八，实施例八的技术方案和实施例四的技术方案相比，区别在于，热泵热水器系统还包括第二换热器60，第二换热器60设置在蓄热器40和蒸发器10之间，热水流路d依次流经第二换热器60、蓄热器40和第一换热器20进行换热。通过第二换热器60的设置，可以让热水流路d中的冷水，充分与经过蒸发器10吸热和压缩机30增加内能的冷媒进行换热，以提高热泵热水器系统对于冷水的加热效率。
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，本发明实施例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 (16)

1.一种热泵热水器系统，其特征在于，包括：
蒸发器(10)；
第一换热器(20)，与所述蒸发器(10)通过升压流路(a)和降压流路(b)分别连接；
压缩机(30)，设置在所述升压流路(a)上；
蓄热器(40)，设置在所述降压流路(b)上，所述蓄热器(40)包括多个相对独立的蓄热模块，多个所述蓄热模块串联连接或者并联连接或者串并联混合连接；
闪发器(50)，所述闪发器(50)连接在所述蓄热器(40)和所述蒸发器(10)之间。
2.根据权利要求1所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述闪发器(50)的出气口通过补气流路(c)与所述压缩机(30)连接，所述补气流路(c)上设置有补气阀(73)。
3.根据权利要求2所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述压缩机(30)包括第一压缩机(31)和第二压缩机(32)，所述第一压缩机(31)和所述第二压缩机(32)串联连接，所述补气流路(c)连接在所述第一压缩机(31)和所述第二压缩机(32)之间。
4.根据权利要求2所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述压缩机包括第一压缩机(31)和第二压缩机(32)，所述第一压缩机(31)和所述第二压缩机(32)并联连接，所述补气流路(c)连接在所述第一压缩机(31)和所述第二压缩机(32)的输入端。
5.根据权利要求1所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热泵热水器系统还包括热水流路(d)，所述热水流路(d)流经所述蓄热器(40)和所述第一换热器(20)进行换热。
6.根据权利要求5所述的热泵热水器系统，其特征在于，多个所述蓄热模块串联连接，所述热水流路(d)依次流经多个所述蓄热模块和所述第一换热器(20)。
7.根据权利要求6所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热水流路(d)上的位于一个或多个所述蓄热模块的下游分出有分支流路(e)，分出的所述分支流路(e)流向所述热水流路(d)的热水出口。
8.根据权利要求7所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热水流路(d)和所述分支流路(e)通过三通阀连接。
9.根据权利要求8所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述蓄热模块为三个，包括第一蓄热模块(41)、第二蓄热模块(42)以及第三蓄热模块(43)，所述第一蓄热模块(41)、所述第二蓄热模块(42)以及所述第三蓄热模块(43)依次连接，所述第一蓄热模块(41)与所述第一换热器(20)相邻近，所述第三蓄热模块(43)与所述第一换热器(20)相远离，所述第二蓄热模块(42)位于所述第一蓄热模块(41)和所述第三蓄热模块(43)之间。
10.根据权利要求9所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热水流路(d)依次经过所述第三蓄热模块(43)、所述第二蓄热模块(42)、所述第一蓄热模块(41)和所述第一换热器(20)；
所述分支流路(e)包括第一分支流路(e1)和第二分支流路(e2)，所述第一分支流路(e1)从所述第三蓄热模块(43)和所述第二蓄热模块(42)之间分出，所述第二分支流路(e2)从所述第二蓄热模块(42)和所述第一蓄热模块(41)之间分出；
所述三通阀包括第一三通阀(71)和第二三通阀(72)，所述第一三通阀(71)设置在所述第一分支流路(e1)和所述热水流路(d)之间，所述第二三通阀(72)设置在所述第二分支流路(e2)和所述热水流路(d)之间。
11.根据权利要求10所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述第一蓄热模块(41)、所述第二蓄热模块(42)以及所述第三蓄热模块(43)的蓄热材料的相变温度不同。
12.根据权利要求11所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述第一蓄热模块(41)的蓄热材料的相变温度为T1，所述第二蓄热模块(42)的蓄热材料的相变温度为T2，所述第三蓄热模块(43)的蓄热材料的相变温度为T3，足T1>T2>T3。
13.根据权利要求10所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述第一蓄热模块(41)、所述第二蓄热模块(42)以及所述第三蓄热模块(43)的蓄热材料的相变温度相同。
14.根据权利要求5所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热泵热水器系统还包括第一节流装置(81)，所述第一节流装置(81)设置在所述闪发器(50)和所述蓄热器(40)之间。
15.根据权利要求14所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热泵热水器系统还包括第二节流装置(82)，所述第二节流装置(82)设置在所述闪发器(50)和所述蒸发器(10)之间。
16.根据权利要求5至15中任一项所述的热泵热水器系统，其特征在于，所述热泵热水器系统还包括第二换热器(60)，所述第二换热器(60)设置在所述蓄热器(40)和所述蒸发器(10)之间，所述热水流路(d)依次流经所述第二换热器(60)、所述蓄热器(40)和所述第一换热器(20)进行换热。
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