CN110486941A - 一种空气源热泵型开水器及其制冷制热方法 - Google Patents

Abstract

一种空气源热泵型开水器，包括开水箱机构、冷水箱机构、自来水预热机构、自来水预冷机构、通风机构和控制盒，开水箱机构包括开水箱以及热泵制热系统，热泵制热系统包括四通换向阀、冷凝器、第一单向阀、储液器、第一节流部件、第二单向阀、空气‑制冷剂换热器；冷水水箱机构包括冷水箱、热泵制冷系统，热泵制冷系统包括空气‑制冷剂换热器、第三单向阀、第二节流部件、蒸发盘管、第四单向阀；其方法为：自来水经制热泵热系统保温储存；沸腾的水经热泵制冷系统降温储存。本发明既能制取开水，又能制取冷水，采用空气源热泵循环直接加热外界自来水至100℃而无需二次电加热，通过热回收技术，减少制取开水能耗，大大提高了热水器加热效率。

Description

一种空气源热泵型开水器及其制冷制热方法

技术领域

本发明属于开水炉设备领域，具体涉及一种空气源热泵型开水器及其制冷制热方法。

背景技术

空气源热泵技术的节能效果得到了大家普遍认可，空气源热泵主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀等部件组成。热泵热水系统运行时，低温低压的液态制冷剂在流经蒸发器时从外界空气中吸收热量，变成低温低压的制冷剂蒸汽，低温低压的制冷剂蒸汽流入压缩机，经压缩机压缩做功后变成高温高压的制冷剂蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽流经冷凝器，并将热量通过冷凝器传递给冷水，通过制冷剂相变从而提高水温，而高温高压的制冷剂蒸汽则因冷水吸收热量的缘故变成了低温高压的液态制冷剂，低温高压的液态制冷剂流经膨胀阀后，制冷剂压力降低，制冷剂再次变为低温低压的液态制冷剂。制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀之间不断循环流动，低温冷水便可通过冷凝器不断地被加热，直至加热到设定的温度。

空气源热泵热水系统与电能、太阳能等传统热水系统相比，受环境的影响因素小，同时清洁环保，不对环境造成危害。在学校、工厂、宾馆等场所，开水炉的使用十分广泛。电加热开水炉一般包括溶液循环泵、陶瓷电加热器、蓄水箱、温度控制器等部件，电加热开水炉通过将电能转化成热能，再通过热能传递给水进行加热。现有技术一般包括热泵加热机构和制冷机构，但是热水器的适用场合十分广泛，这种开水器只能适用于对直饮式纯净水进行处理，且同时使用电加热辅助加热，无法制取0-10℃的低温直饮水，也不能直接将自来水处理到直饮水。基于上述，如何使电加热开水器有效降低能耗同时提供冷热水，同时可以将外界自来水进行加热处理，成了业内关注的并且期待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气源热泵型开水器及其制冷制热方法，利用热泵技术制热效率高的特点来提高热水器的加热效率，达到了节省高品位电能之目的，同时可以同时提供冷水和热水，满足了冬、夏季不同场合和不同人群的使用要求。

本发明的技术方案是：一种空气源热泵型开水器，包括开水箱机构、冷水箱机构、通风机构和控制盒，所述开水箱机构包含自来水预热机构和热泵制热系统，所述热泵制热系统包括四通换向阀、冷凝器、第一单向阀、储液器、第一节流部件、第二单向阀和空气-制冷剂换热器；所述冷水箱机构包含自来水预冷机构和热泵制冷系统，所述热泵制冷系统包括第三单向阀、第二节流部件、蒸发盘管和第四单向阀。

进一步优化，所述自来水预热机构包含开水箱和自来水补水系统，所述自来水补水系统包括进口、水泵、过滤器和第一电动阀；所述自来水预冷机构包含冷水箱和自来水供冷水系统，所述的自来水供冷水系统包括热回收器和第二电动阀。

进一步优化，所述压缩机和四通换向阀、第一电动阀、第二电动阀、冷水箱内设置的高精度水位检测器和高精度温度感应器、开水箱内设置的高精度水位检测器均与控制盒电气连接。

进一步优化，所述热泵制热系统和热泵制冷系统的进行由四通换向阀切换制冷剂流向来工作。

进一步优化，所述热泵制热系统和热泵制冷系统中的制冷剂均通过压缩机进行开始通入。

进一步优化，所述制冷剂为型号为R600a、R600、R227ea、R236ea、R236fa、R245fa和R245ca中的一种或两种混合物。

进一步优化，所述通风机构包括电动风机、空气入口、安装在所述空气入口的第一空气过滤器、与所述第一空气过滤器连通的供气管道，所述供气管道上端连接有可拆卸的送气管道，所述送气管道的端口设置有第二空气过滤器，外界空气由电动风机的驱动从空气入口经第一空气过滤器、第二空气过滤器后由供气管道经空气-制冷剂换热器换热后吹出。。

一种空气源热泵型开水器的制冷制热方法，具体方法如下：开启水泵，自来水经过滤后进入热回收器，然后分为两路：

（1）、一路进入与热回收器一个输出端连接的开水箱，进入开水箱后，设置于开水箱内的高精度水位检测器Ⅰ将水位不足信号传递给控制盒时，压缩机启动，四通换向阀断电，第一电动阀打开，第二电动阀关闭，热泵制热系统开始工作；

（2）、另一路进入与热回收器另一个输出端连接的冷凝器，经冷凝器进入冷水箱内，当冷水箱内的高精度水位检测器Ⅰ将水位不足信号传递给控制盒时，压缩机启动，四通换向阀通电，第一电动阀关闭，第二电动阀打开，热泵制冷系统开始工作。

进一步优化，所述步骤二中热泵制热系统制热的具体方法为：经压缩机产生的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀进入冷凝器内冷凝放热，自来水温度由30~75℃提高至沸腾温度，冷凝放热的高压低温制冷剂液体经第一单向阀后流入储液器内，再由储液器经过第一节流部件降压节流成低温低压制冷剂溶液，然后经过第二单向阀后进入空气-制冷剂换热器与外界环境吸热蒸发，吸热蒸发的低温低压制冷剂蒸汽再次进入压缩机内被压缩升压。

进一步优化，所述热泵制冷系统的具体步骤为：经压缩机加压的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀进入空气-制冷剂换热器与外界环境换热被冷凝吸热，经冷凝吸热的高温高压制冷剂液体经第三单向阀后进入储液器内，经第二节流部件节流降压后变为低温低压的制冷剂溶液，进入蒸发盘管与冷水箱内的自来水换热，70~50℃的自来水降温至0~20℃，蒸发器吸热的制冷剂变为低温低压的制冷剂蒸汽后经第四单向阀后再次进入压缩机内压缩加压。

本发明的有益效果是：

本发明采用一台压缩机驱动的制冷系统实现制冷和制热循环，既能制取开水，又能制取冷水，满足了不同季节、不同客户的需求，采用空气源热泵循环直接加热外界自来水至100℃而无需二次电加热，通过热回收技术，利用开水预热外界常温自来水，减少制取开水能耗，同时利用空气源热泵技术大大提高了热水器加热效率，体现了节约高品位电能，达到了发明的目的，体现了应有技术效果。

附图说明

图1为本发明的空气源热泵型制冷制热开水器原理图

图2为空气源热泵型制冷制热开水器与风管系统连接图

图3为空气源热泵型制冷制热开水器正视管路连接示意图

图4为空气源热泵型制冷制热开水器左视管路连接示意图

图5为空气源热泵型制冷制热开水器右视管路连接示意图

图6为沿图2中A-A线的截面俯视图

图7为沿图2中B-B线的截面俯视图

图8为沿图2中C-C线的截面俯视图

附图标记：101、压缩机，102、冷凝器，103、第一单向阀，104、储液器，105、第一节流部件，106、第二单向阀，107、空气-制冷剂换热器，108、第三单向阀，109、第二节流部件，110、冷水箱，111、第四单向阀，112、四通换向阀，113、进口，114、水泵，115、过滤器，116、热回收器，117、开水箱，118、热水龙头，119、第二电动阀，120、冷水龙头，121、高精度水位检测器Ⅰ，122、高精度温度感应器Ⅰ，123、第一电动阀，124、高精度水位检测器Ⅱ，238、送气管道，239、供气管道，240、第二空气过滤器，330、蒸发盘管， 331、电动风机，332、控制盒，333、空气入口，334、第一空气过滤器。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出本实施例只用于对本发明做进一步解释说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟知人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进与调整。

本发明的具体实施方式为：

一种空气源热泵型开水器，包括开水箱机构、冷水箱机构、通风机构和控制盒332，所述开水箱机构包括自来水预热机构和热泵制热系统，所述热泵制热系统包括四通换向阀112、冷凝器102、第一单向阀103、储液器104、第一节流部件105、第二单向阀106和空气-制冷剂换热器107；所述冷水水箱机构包括自来水预冷机构和以及热泵制冷系统，所述热泵制冷系统包括第三单向阀108、第二节流部件109、蒸发盘管330和第四单向阀111。

所述自来水预热机构包含开水箱117和自来水补水系统，所述自来水补水系统包括进口113、水泵114、过滤器115和第一电动阀123；所述自来水预冷机构包含冷水箱110和自来水供冷水系统，所述自来水供冷水系统包括热回收器116和第二电动阀119，其中，开水箱117和冷水箱110均与第二电动阀119连接，热回收器116为板式换热器、套管式换热器和壳管式换热器中的一种，空气-制冷剂换热器107为风冷式翅片管换热器，第一节流部件105和第二节流部件109为毛细管、热力膨胀阀和电子膨胀阀中的一种。

所述通风机构包括电动风机331、空气入口333、安装在所述空气入口333的第一空气过滤器334、与所述第一空气过滤器334连通的供气管道239，所述供气管道239上端连接有可拆卸的送气管道238，所述送气管道238的端口设置有第二空气过滤器240，外界空气由电动风机331的驱动从空气入口333经第一空气过滤器334、第二空气过滤器240后由供气管道239经空气-制冷剂换热器107换热后排出。

所述压缩机101和四通换向阀112、第一电动阀123、第二电动阀119、冷水箱110内设置的高精度水位检测器Ⅰ121和高精度温度感应器Ⅰ122、开水箱117内设置的高精度水位检测器Ⅱ124均与控制盒332电气连接；热泵制热系统和热泵制冷系统的进行由四通换向阀112切换制冷剂流向来工作，所述热泵制热系统和热泵制冷系统中的制冷剂均通过压缩机101进行开始通入，其中，所述制冷剂为型号为R600a、R600、R227ea、R236ea、R236fa、R245fa和R245ca中的一种或两种混合物。

一种空气源热泵型开水器的制冷制热方法，具体方法为：开启水泵，自来水经过滤后进入热回收器，然后分为两路：

（1）、当自来水进入与热回收器116一个输出端连接的开水箱117，设置于开水箱117内的高精度水位检测器Ⅱ124将水位不足信号传递给控制盒332时，压缩机101启动，四通换向阀112断电，第一电动阀123打开，第二电动阀119关闭，热泵制热系统开始工作，经热泵制热系统升温至100℃后保温储存，由热水龙头118流出使用；

（2）、当自来水进入与热回收器另一个输出端连接的冷凝器102，经冷凝器102进入冷水箱110内，当冷水箱110内的高精度水位检测器Ⅰ121将水位不足信号传递给控制盒332时，压缩机101启动，四通换向阀112通电，第一电动阀123关闭，第二电动阀119打开，热泵制冷系统开始工作，经热泵制冷系统降温至0~20℃后保温储存，由冷水龙头120流出供饮用。

所述热泵制热系统制热的具体方法为：经压缩机101产生的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀112进入冷凝器102内冷凝放热，自来水温度由30~75℃提高至100℃，冷凝放热的高压低温制冷剂液体经第一单向阀103后流入储液器104内，再由储液器104经过第一节流部件105降压节流成低温低压制冷剂溶液，然后经过第二单向阀106后进入空气-制冷剂换热器107与外界环境吸热蒸发，吸热蒸发的低温低压制冷剂蒸汽再次进入压缩机101内被压缩升压。

所述热泵制冷系统的具体步骤为：经压缩机101加压的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀112进入空气-制冷剂换热器107与外界环境换热被冷凝吸热，经冷凝吸热的高温高压制冷剂液体经第三单向阀108后进入储液器104内，经第二节流部件109节流降压后变为低温低压的制冷剂溶液，进入蒸发盘管330与冷水箱110内的自来水换热，70~50℃的自来水降温至0~20℃，蒸发器吸热的制冷剂变为低温低压的制冷剂蒸汽后经第四单向阀111后再次进入压缩机101内压缩加压。

以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和发明书中描述的只是发明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种空气源热泵型开水器，包括开水箱机构、冷水箱机构、通风机构和控制盒（332），其特征在于，所述开水箱机构包括自来水预热机构和热泵制热系统，所述热泵制热系统包括四通换向阀（112）、冷凝器（102）、第一单向阀（103）、储液器（104）、第一节流部件（105）、第二单向阀（106）和空气-制冷剂换热器（107）；所述冷水箱机构包括自来水预冷机构和热泵制冷系统，所述热泵制冷系统包括第三单向阀（108）、第二节流部件（109）、蒸发盘管（330）和第四单向阀（111）。

2.如权利要求1所述的一种空气源热泵型开水器，其特征在于，所述自来水预热机构包含开水箱（117）和自来水补水系统，所述自来水补水系统包括进口（113）、水泵（114）、过滤器（115）和第一电动阀（123）；所述自来水预冷机构包含冷水箱（110）和自来水供冷水系统，所述的自来水供冷水系统包括热回收器（116）和第二电动阀（119）。

3.如权利要求2所述的一种空气源热泵型开水器，其特征在于，所述压缩机（101）和四通换向阀（112）、第一电动阀（123）、第二电动阀（119）、冷水箱（110）内设置的高精度水位检测器Ⅰ（121）和高精度温度感应器Ⅰ（122）、开水箱（117）内设置的高精度水位检测器Ⅱ（124）均与控制盒（332）电气连接。

4.如权利要求1所述的一种空气源热泵型开水器，其特征在于，所述热泵制热系统和热泵制冷系统的进行由四通换向阀（112）切换制冷剂流向来工作。

5.如权利要求1所述的一种空气源热泵型开水器，其特征在于，所述热泵制热系统和热泵制冷系统中的制冷剂均通过压缩机（101）进行开始通入。

6.如权利要求5所述的一种空气源热泵型开水器，其特征在于，所述制冷剂为型号为R600a、R600、R227ea、R236ea、R236fa、R245fa和R245ca中的一种或两种混合物。

7.如权利要求1所述的一种空气源热泵型开水器，其特征在于，所述通风机构包括电动风机（331）、空气入口（333）、安装在所述空气入口（333）的第一空气过滤器（334）、与所述第一空气过滤器（334）连通的供气管道（239），所述供气管道上端连接有可拆卸的送气管道（238），所述送气管道（238）的端口设置有第二空气过滤器（240），外界空气由电动风机（331）的驱动从空气入口（333）经第一空气过滤器（334）、第二空气过滤器（240）后由供气管道（239）经空气-制冷剂换热器（107）换热后吹出。

8.如权利要求1所述的一种空气源热泵型开水器的制冷制热方法，其特征在于，具体方法为：开启水泵，自来水经过滤后进入热回收器，然后分为两路：

（1）、一路进入与热回收器（116）一个输出端连接的开水箱（117），进入开水箱(117)后，设置于开水箱（117）内的高精度水位检测器Ⅰ（124）将水位不足信号传递给控制盒（332）时，压缩机（101）启动，四通换向阀（112）断电，第一电动阀（123）打开，第二电动阀（119）关闭，热泵制热系统开始工作；

（2）、另一路进入与热回收器（116）另一个输出端连接的冷凝器（102），经冷凝器（102）进入冷水箱（110）内，当冷水箱（110）内的高精度水位检测器Ⅰ（121）将水位不足信号传递给控制盒（332）时，压缩机（101）启动，四通换向阀（112）通电，第一电动阀（123）关闭，第二电动阀（119）打开，热泵制冷系统开始工作。

9.如权利要求8所述的一种空气源热泵型开水器的制冷制热方法，其特征在于，所述步骤二中热泵制热系统制热的具体方法为：经压缩机（101）产生的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀（112）进入冷凝器（102）内冷凝放热，自来水温度由30~75℃提高至沸腾温度，冷凝放热的高压低温制冷剂液体经第一单向阀（103）后流入储液器（104）内，再由储液器（104）经过第一节流部件（105）降压节流成低温低压制冷剂溶液，然后经过第二单向阀（106）后进入空气-制冷剂换热器（107）与外界环境吸热蒸发，吸热蒸发的低温低压制冷剂蒸汽再次进入压缩机（101）内被压缩升压。

10.如权利要求8所述的一种空气源热泵型开水器的制冷制热方法，其特征在于，所述热泵制冷系统的具体步骤为：经压缩机（101）加压的高温高压制冷剂蒸汽经四通换向阀（112）进入空气-制冷剂换热器（107）与外界环境换热被冷凝吸热，经冷凝吸热的高温高压制冷剂液体经第三单向阀（108）后进入储液器（104）内，经第二节流部件（109）节流降压后变为低温低压的制冷剂溶液，进入蒸发盘管（330）与冷水箱（110）内的自来水换热，70~50℃的自来水降温至0~20℃，蒸发器吸热的制冷剂变为低温低压的制冷剂蒸汽后经第四单向阀（111）后再次进入压缩机（101）内压缩加压。