CN110500778B - 一种热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器及其控制方法，热泵热水器包括：第一水箱，设有第一出水口；第二水箱，设有第二出水口和补水口；热泵系统，设有分别对应第一水箱和第二水箱的换热装置；第一水箱与第二水箱堆叠设置，且第一水箱底部与第二水箱顶部经管道连接，所述管道上设有可控通断的阀门。控制方法包括：热水器根据第一水箱和/或第二水箱的水量和水温控制阀门通断，使第一水箱和第二水箱中的水相互补充。本发明提供的热泵热水器在堆叠设置的水箱上分别设有用水口，供用户选择使用高温水和中温水，还可根据用户所选择的温度部分混合两个水箱中的水，本发明提供的方案降低了再次加热所需要的能耗，同时可满足不同水温的需求，适合推广使用。

Description

一种热泵热水器及其控制方法

技术领域

本发明属于热水器技术领域，具体地说，涉及一种热泵热水器及其控制方法。

背景技术

目前的家用热水器大部分都采用储水承压单内胆水箱，使用时热水流出，之后补入水温较低的自来水，因此无论是洗浴时使用，还是日常清洗时使用，热水均是从热水出口流出，而在日常清洗时，由于不需要较高的水温，因此需要加入冷水中和水箱中的高温水，但之后需要使用高温水时，又需要重新加热，造成了热水的浪费。

为解决这个问题，部分热泵热水器采用双水箱设置，其中主水箱因吸收较多的热量而储存较高温度的水，适合洗澡使用，而副水箱由于设置在主换热器下游，其换热量小于主水箱，使得副水箱的水温相对较低，更适用于日常清洗。但是当用户需要较为精确的水温，并且该水温介于主水箱和副水箱之间时，该类热泵热水器不易实现。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种具有双水箱的热泵热水器及其控制方法，所述双水箱堆叠设置，并且在二者间设置可控通断的阀门，使得两个水箱内的水可以互相补充混合，而热泵热水器对水箱中的水位和水温进行实时监测，使得混合得到的水温满足用户的需求。

为达到上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明提供了一种热泵热水器，包括：第一水箱1，设有第一出水口11；第二水箱2，设有第二出水口21和补水口22；热泵系统，设有分别对应第一水箱1和第二水箱2的换热装置4；第一水箱1与第二水箱2堆叠设置，且第一水箱1底部与第二水箱2顶部经管道连接，所述管道上设有可控通断的阀门3相连。

上述方案中，热泵系统开始运转，室外空气通过蒸发器6进行热交换，温度降低后的空气被排出系统，同时，蒸发器6内部的工质吸热汽化被吸入压缩机7，压缩机7将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入与水箱连接的换热装置4，水箱中的低温水与换热装置4发生换热，被加热后供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀5节流降温后再次流入蒸发器6，并依此循环反复工作。本发明中第一水箱与第二水箱堆叠设置且通过设有阀门的管道连接，当阀门导通时，第一水箱中的水可在重力作用下流入第二水箱，与第二水箱中的水混合；而第二水箱连接的补水口，在补入低温水时，顶起原先第二水箱内的水体，在阀门导通时可经管道将第二水箱的水体送入第一水箱。

本发明的进一步方案为：所述阀门3为将第二水箱2中的水导向第一水箱1的单向阀，或是第一水箱1和第二水箱2相互导通的双向阀。

上述方案中，所述阀门可选用单向阀或双向阀，若使用单向阀，则是将第二水箱中的水导向第一水箱，在第一水箱中的高温水耗尽时，优先将第二水箱中的中温水利用顶水法输入第一水箱，使得后续热泵加热过程中，第一水箱的起始水温高于补水水温，这可以缩短加热至设定温度的过程，节省能源。而采用双向阀时，热泵热水器可控制阀门的导通方向，实现第一水箱和第二水箱互为补水水源的功能。

本发明的进一步方案为：所述换热装置4包括与第一水箱1发生换热的主换热器41和与第二水箱2发生换热的副换热器42，热泵的工质先后流经串联设置的主换热器41和副换热器42，之后经膨胀阀回流至热泵系统中；热泵加热完成后第一水箱1的水温高于第二水箱2的水温。

上述方案中，热泵热水器在加热状态下，主换热器在第一水箱内释放热量，当水温升高时，换热效率逐渐降低，而主换热器内未被吸收的热量随工质移动到串联的副换热器，在水温较低的第二水箱中进行二次换热，如此可使换热过程进行较为完全，防止余热因工质被强制气化而被浪费。而由于第一水箱吸收的热能较多，因此第一水箱的设定水温相对较高，并且高于第二水箱的水温。

本发明的进一步方案为：所述第一水箱1和第二水箱2中分别设有水位传感器和水温传感器；优选的，水温传感器设于第一水箱1底部靠近阀门3处，第二出水口设于第二水箱2底部。

上述方案中，由于第一水箱和第二水箱存在温差，因此当用户选择的水温介于二者之间时，需要控制阀门对第一水箱和第二水箱中的水进行混合或补充加热，而根据水箱的容积，水箱中的水位以及水温，可以计算出混水至需求水温时，第一水箱和第二水箱各需要多少体积的水，因此设置水位传感器和水温传感器，便于对两个水箱中水体混合的过程进行控制。

本发明的进一步方案为：所述主换热器41为环绕在第一水箱1外壁的微通道换热器，所述副换热器42为环绕在第二水箱2外壁的微通道换热器；优选的，主换热器41和副换热器42间以单根集热管45相连。

上述方案中，所述换热装置选择微通道盘管，分别缠绕在第一水箱和第二水箱的外壁，优选采用集热管串联主换热器和副换热器。

本发明的进一步方案为：所述主换热器41与副换热器42集成于热泵系统的套管换热器内，所述套管换热器设有与第二水箱2相连的进水口46，还设有分别与第一水箱1和第二水箱2相连的高温出水口43和中温出水口44。

上述方案中，所述换热装置为分水式套管换热器，设有与第二水箱相连的进水口，以将补入第二水箱的自来水引入换热器，同时设置工质与进水逆向流动以完成换热，其中，补水进入换热装置后，分成两路流入套管换热器，其中一路靠近换热装置的上游设置，与含热量较高的工质发生换热，生成的高温水从高温出水口输入第一水箱；而另一路靠近换热装置的下游设置，与含热量较低的工质发生换热，生成的中温水从中温出水口输入第二水箱。

本发明还提供了一种如上所述热泵热水器的控制方法，热水器根据第一水箱和/或第二水箱的水量和水温控制阀门通断，使第一水箱和第二水箱中的水相互补充。

上述控制方法中，用户所需的水温可能与水箱中所储存的水温有差异，在需求的水温低于水箱中的最大水温时，热泵热水器可根据水箱的容积，水箱中的水位以及水温，计算出混水降至需求水温时，第一水箱和第二水箱各需要多少体积的水，并据此控制阀门开闭实现两个水箱互为补水水源的作用。

根据上述控制方法，热水器获取第一水箱和第二水箱的水温，并判断用户选择的水温是否处于第一水箱和第二水箱的水温阈值内，并根据判断结果控制阀门的导通方向，使水混合后存于第一水箱或第二水箱中供用户使用；优选的，当用户选择的水温落入第一水箱和第二水箱的水温阈值内时，进一步分别判断第一水箱和第二水箱的水位，并根据判断结果控制阀门的导通方向和补水口的开启。

上述控制方法中，当用户所选择的水温介于第一水箱的当前水温和第二水箱的当前水温之间时，可部分混合第一水箱和第二水箱中的水使水温下降至所需温度，并且由于第一水箱和第二水箱均设有出水口，可将混合后的水储存在任一水箱内供用户使用。

根据上述控制方法，所述根据判断结果控制阀门的导通方向和补水口的开启包括：第二水箱水位未达到最大值，阀门将第一水箱中的水导向第二水箱，水在第二水箱中混合得到用户选择的水温；第二水箱水位处于最大值，补水口开启，同时阀门将第二水箱中的水导向第一水箱，水由第二水箱顶入第一水箱混合得到用户选择的水温。

上述控制方法中，在热泵热水器混水降温时，需要关注的是起始状态时两个水箱的水量，当第二水箱水满时，只能将水混入第一水箱以得到所需温度的水，第二水箱未满时，也要根据所需的温度计算由第一水箱流入第二水箱的水是否会超过第二水箱的容积。优选的，第一水箱中设置调节水位，在水量达到调节水位时，水箱仍未达到最大载水量。设置此调节水位，在第二水箱全满而第一水箱处于高水位时，可为混水调温留有一定操作空间。

根据上述控制方法，用户消耗第一水箱的水后，热水器自第二水箱向第一水箱单向导通阀门，同时开启补水口将第二水箱中的水顶入第一水箱，之后启动热泵加热。

上述控制方法中，当用户使用第一水箱内的热水时，顶水法将自来水补入第二水箱，第二水箱的温水再补入第一水箱，使得第一水箱的水温不会下降过快，推迟了热泵二次开机加热的时间，且缩短了压缩机的实际加热的时间，达到节能的目的。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明提供的热泵热水器采用堆叠设置的第一水箱和第二水箱，二者采用可控通断的阀门连接，实现第一水箱和第二水箱互为补水水源，并通过混水调节水温的功能；

2.本发明提供的热泵热水器中，第一水箱和第二水箱分别设置出水口，可单独使用高温热水或中温热水，还可将混合后的水储存在任一水箱内供用户使用；

3.本发明提供的热泵热水器控制方法中，根据水箱的容积，水箱中的水位以及水温，计算出混水降至需求水温时，第一水箱和第二水箱各需要多少体积的水，并据此控制阀门开闭实现两个水箱混水调温的功能。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明实施例1的结构连接示意图；

图2是本发明实施例2的结构连接示意图；

图3是本发明实施例3的方法流程示意图；

图4是本发明实施例4的方法流程示意图。

图中：1—第一水箱，11—第一出水口，2—第二水箱，21—第二出水口，22—补水口，3—阀门，4—换热装置，41—主换热器，42—副换热器，43—高温出水口，44—中温出水口，45—集热管，46—进水口，5—膨胀阀，6—蒸发器，7—压缩机，8—四通阀。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～4所示，本发明提供一种具有双水箱的热泵热水器及其控制方法，所述双水箱堆叠设置，并且在二者间设置可控通断的阀门，使得两个水箱内的水可以互相补充混合，而热泵热水器对水箱中的水位和水温进行实时监测，使得混合得到的水温满足用户的需求。

实施例1

本实施例中，如图1所示，提供了一种热泵热水器，包括：第一水箱1，设有第一出水口11；第二水箱2，设有第二出水口21和补水口22；热泵系统，设有分别对应第一水箱1和第二水箱2的换热装置4；第一水箱1与第二水箱2堆叠设置，且第一水箱1底部与第二水箱2顶部经管道连接，所述管道上设有可控通断的阀门3相连。

本实施例中，热泵系统开始运转，室外空气通过蒸发器6进行热交换，温度降低后的空气被排出系统，同时，蒸发器6内部的工质吸热汽化被吸入压缩机7，压缩机7将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入与水箱连接的换热装置4，水箱中的低温水与换热装置4发生换热，被加热后供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀5节流降温后再次流入蒸发器6，并依此循环反复工作。本发明中第一水箱与第二水箱堆叠设置且通过设有阀门的管道连接，当阀门导通时，第一水箱中的水可在重力作用下流入第二水箱，与第二水箱中的水混合；而第二水箱连接的补水口，在补入低温水时，顶起原先第二水箱内的水体，在阀门导通时可经管道导通的阀门将第二水箱的水体送入第一水箱。

本实施例中，所述阀门3为将第二水箱2中的水导向第一水箱1的单向阀。

本实施例中，所述阀门使用单向阀，将第二水箱中的水导向第一水箱，在第一水箱中的高温水耗尽时，优先将第二水箱中的中温水利用顶水法输入第一水箱，使得后续热泵加热过程中，第一水箱的起始水温高于补水水温，这可以缩短加热至设定温度的过程，节省能源。

本实施例中，所述换热装置4包括与第一水箱1发生换热的主换热器41和与第二水箱2发生换热的副换热器42，热泵的工质先后流经串联设置的主换热器41和副换热器42，之后经膨胀阀回流至热泵系统中；热泵加热完成后第一水箱1的水温高于第二水箱2的水温。

本实施例中，热泵热水器在加热状态下，主换热器在第一水箱内释放热量，当水温升高时，换热效率逐渐降低，而主换热器内未被吸收的热量随工质移动到串联的副换热器，在水温较低的第二水箱中进行二次换热，如此可使换热过程进行较为完全，防止余热因工质被强制气化而被浪费。而由于第一水箱吸收的热能较多，因此第一水箱的设定水温相对较高，并且高于第二水箱的水温。

本实施例中，所述第一水箱1和第二水箱2中分别设有水位传感器和水温传感器；优选的，水温传感器设于第一水箱1底部靠近阀门3处，第二出水口设于第二水箱2底部。

本实施例中，由于第一水箱和第二水箱存在温差，因此当用户选择的水温介于二者之间时，需要控制阀门对第一水箱和第二水箱中的水进行混合或补充加热，而根据水箱的容积，水箱中的水位以及水温，可以计算出混水至需求水温时，第一水箱和第二水箱各需要多少体积的水，因此设置水位传感器和水温传感器，便于对两个水箱中水体混合的过程进行控制。

本实施例中，所述主换热器41为环绕在第一水箱1外壁的微通道换热器，所述副换热器42为环绕在第二水箱2外壁的微通道换热器；优选的，主换热器41和副换热器42间以单根集热管45相连。

本实施例中，所述换热装置选择微通道盘管，分别缠绕在第一水箱和第二水箱的外壁，优选采用集热管串联主换热器和副换热器。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：

本实施例中，所述阀门3为第一水箱1和第二水箱2相互导通的双向阀。

本实施例中，所述阀门采用双向阀时，热泵热水器可控制阀门的导通方向，实现第一水箱和第二水箱互为补水水源的功能。

本实施例中，如图2所示，所述主换热器41与副换热器42集成于热泵系统的套管换热器内，所述套管换热器设有与第二水箱2相连的进水口46，还设有分别与第一水箱1和第二水箱2相连的高温出水口43和中温出水口44。

本实施例中，所述换热装置为分水式套管换热器，设有与第二水箱相连的进水口，以将补入第二水箱的自来水引入换热器，同时设置工质与进水逆向流动以完成换热，其中，补水进入换热装置后，分成两路流入套管换热器，其中一路靠近换热装置的上游设置，与含热量较高的工质发生换热，生成的高温水从高温出水口输入第一水箱；而另一路靠近换热装置的下游设置，与含热量较低的工质发生换热，生成的中温水从中温出水口输入第二水箱。

本实施例的其他实施方式同实施例1。

实施例3

本实施例中，如图1和3所示，阀门为将第二水箱中的水导向第一水箱的单向阀，提供了一种热泵热水器的控制方法，热水器根据第一水箱和/或第二水箱的水量和水温控制阀门通断，使第一水箱和第二水箱中的水相互补充。

本实施例中，用户所需的水温可能与水箱中所储存的水温有差异，在需求的水温低于水箱中的最大水温时，热泵热水器可根据水箱的容积，水箱中的水位以及水温，计算出混水降至需求水温时，第一水箱和第二水箱各需要多少体积的水，并据此控制阀门开闭实现两个水箱互为补水水源的作用。

本实施例中，用户消耗第一水箱的水后，热水器自第二水箱向第一水箱单向导通阀门，同时开启补水口将第二水箱中的水顶入第一水箱，之后启动热泵加热。

本实施例中，当用户使用第一水箱内的热水时，顶水法将自来水补入第二水箱，第二水箱的温水再补入第一水箱，使得第一水箱的水温不会下降过快，推迟了热泵二次开机加热的时间，且缩短了压缩机的实际加热的时间，达到节能的目的。

实施例4

本实施例中，如图2和4所示，阀门为第一水箱和第二水箱相互导通的双向阀，提供了一种热泵热水器的控制方法，热水器根据第一水箱和/或第二水箱的水量和水温控制阀门通断，使第一水箱和第二水箱中的水相互补充。

本实施例中，热水器获取第一水箱和第二水箱的水温，并判断用户选择的水温是否处于第一水箱和第二水箱的水温阈值内，并根据判断结果控制阀门的导通方向，使水混合后存于第一水箱或第二水箱中供用户使用；优选的，当用户选择的水温落入第一水箱和第二水箱的水温阈值内时，进一步分别判断第一水箱和第二水箱的水位，并根据判断结果控制阀门的导通方向和补水口的开启。

本实施例中，当用户所选择的水温介于第一水箱的当前水温和第二水箱的当前水温之间时，可部分混合第一水箱和第二水箱中的水使水温下降至所需温度，并且由于第一水箱和第二水箱均设有出水口，可将混合后的水储存在任一水箱内供用户使用。

本实施例中，所述根据判断结果控制阀门的导通方向和补水口的开启包括：第二水箱水位未达到最大值，阀门将第一水箱中的水导向第二水箱，水在第二水箱中混合得到用户选择的水温；第二水箱水位处于最大值，补水口开启，同时阀门将第二水箱中的水导向第一水箱，水由第二水箱顶入第一水箱混合得到用户选择的水温。

本实施例中，在热泵热水器混水降温时，需要关注的是起始状态时两个水箱的水量，当第二水箱水满时，只能将水混入第一水箱以得到所需温度的水，第二水箱未满时，也要根据所需的温度计算由第一水箱流入第二水箱的水是否会超过第二水箱的容积。优选的，第一水箱中设置调节水位，在水量达到调节水位时，水箱仍未达到最大载水量。设置此调节水位，在第二水箱全满而第一水箱处于高水位时，可为混水调温留有一定操作空间。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种热泵热水器，其特征在于，包括：

第一水箱(1)，设有第一出水口(11)；

第二水箱(2)，设有第二出水口(21)和补水口(22)，补水口设置在第二水箱底部；

热泵系统，设有分别对应第一水箱(1)和第二水箱(2)的换热装置(4)；

第一水箱(1)与第二水箱(2)堆叠设置，且第一水箱(1)底部与第二水箱(2)顶部经管道连接，所述管道上设有可控通断的阀门(3)；

所述阀门(3)为将第一水箱(1)和第二水箱(2)相互导通的双向阀；

第一水箱中设置调节水位，调节水位小于最大载水量；

当热泵热水器混水降温时,获取第二水箱的起始水量，并计算需要由第一水箱流入第二水箱的水量；

当二者之和小于或等于第二水箱的容积时，阀门将第一水箱中的水导向第二水箱；

当二者之和大于第二水箱的容积时，阀门将第二水箱中的水导向第一水箱。

2.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述换热装置(4)包括与第一水箱(1)发生换热的主换热器(41)和与第二水箱(2)发生换热的副换热器(42)，热泵的工质先后流经串联设置的主换热器(41)和副换热器(42)，之后经膨胀阀回流至热泵系统中；热泵加热完成后第一水箱(1)的水温高于第二水箱(2)的水温。

3.根据权利要求1或2所述的热泵热水器，其特征在于，所述第一水箱(1)和第二水箱(2)中分别设有水位传感器和水温传感器。

4.根据权利要求3所述的热泵热水器，其特征在于，水温传感器设于第一水箱(1)底部靠近阀门(3)处，第二出水口设于第二水箱(2)底部。

5.根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述主换热器(41)为环绕在第一水箱(1)外壁的微通道换热器，所述副换热器(42)为环绕在第二水箱(2)外壁的微通道换热器。

6.根据权利要求5所述的热泵热水器，其特征在于，主换热器(41)和副换热器(42)间以单根集热管(45)相连。

7.根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述主换热器(41)与副换热器(42)集成于热泵系统的套管换热器内，所述套管换热器设有与第二水箱(2)相连的进水口(46)，还设有分别与第一水箱(1)和第二水箱(2)相连的高温出水口(43)和中温出水口(44)。

8.一种如权利要求1～7任意一项所述热泵热水器的控制方法，其特征在于，热水器根据第一水箱和/或第二水箱的水量和水温控制阀门通断，使第一水箱和第二水箱中的水相互补充；

热水器获取第一水箱和第二水箱的水温，并判断用户选择的水温是否处于第一水箱和第二水箱的水温阈值内，并根据判断结果控制阀门的导通方向，使水混合后存于第一水箱或第二水箱中供用户使用；

当用户选择的水温落入第一水箱和第二水箱的水温阈值内时，进一步分别判断第一水箱和第二水箱的水位，并根据判断结果控制阀门的导通方向和补水口的开启。

9.根据权利要求8所述热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述根据判断结果控制阀门的导通方向和补水口的开启包括：第二水箱水位未达到最大值，阀门将第一水箱中的水导向第二水箱，水在第二水箱中混合得到用户选择的水温；第二水箱水位处于最大值，补水口开启，同时阀门将第二水箱中的水导向第一水箱，水由第二水箱顶入第一水箱混合得到用户选择的水温。

10.根据权利要求8所述热泵热水器的控制方法，其特征在于，用户消耗第一水箱的水后，热水器自第二水箱向第一水箱单向导通阀门，同时开启补水口将第二水箱中的水顶入第一水箱，之后启动热泵加热。

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