CN110906588A - 微通道换热器、热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道换热器、热泵热水器及其控制方法。微通道换热器包括：两根集流管；多根第一微通道管，多根第一微通道管并排布置并连接在两根集流管之间以形成第一加热流路；多根第二微通道管，多根第二微通道管并排布置并连接在两根集流管之间以形成第二加热流路，第二微通道管位于第一微通道管的下方；阀组件，阀组件连接在第一加热流路与第二加热流路之间，阀组件用于选择性的节流从第一加热流路输出的冷媒。通过选择性的对第一加热流路的输出的冷媒进行节流处理，在速热模式下，仅需要加热内胆上部半胆内的水，满足用户快速用水需求的同时还减少热水浪费，降低热泵热水器的能耗。

Description

微通道换热器、热泵热水器及其控制方法

技术领域

本发明属于家用电器技术领域，尤其涉及一种微通道换热器、热泵热水器及其控制方法。

背景技术

目前，热水器是人们日常生活中常用的家用电器，热水器分为电热水器、太阳能热水器和热泵热水器等。其中，热泵热水器因其能效高被广泛的推广使用。热泵热水器通常包括水箱和制冷回路，制冷回路则包括连接在一起的压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，水箱则包括外壳和设置在外壳中的内胆。其中，冷凝器则设置在内胆的外部用于释放热量来加热内胆中的存水。

中国专利号201210107201.2公开了一种采用微通道换热器进行加热的热泵热水器，其中，微通道换热器则包括两根集流管以及设置在两根集流管之间的多根微通道管。微通道管贴合在水箱内胆的外壁上，以通过微通道管中流动的冷媒释放热量来加热内胆中的水。微通道换热器经过进气管进入到集流管中并分配进入到上方多根微通道管流动换热，气态冷媒在微通道管换热后会形成一定量的液态冷媒并汇集到另一侧的集流管中。而热泵热水器在加热内胆中水的过程中，微通道换热器仅能对整个内胆进行加热。当用户用水量不大或者用水人数较少时，则需要用户长时间等待加热热水，并且，也会导致大量热水的浪费。

鉴于此，如何设计一种满足用户快速用水需求并减少热水浪费的热泵热水器是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种微通道换热器、热泵热水器及其控制方法，通过选择性的对第一加热流路的输出的冷媒进行节流处理，在速热模式下，仅需要加热内胆上部半胆内的水，满足用户快速用水需求的同时还减少热水浪费，降低热泵热水器的能耗。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

本发明提供一种微通道换热器，包括：

两根集流管；

多根第一微通道管，多根所述第一微通道管并排布置并连接在两根所述集流管之间以形成第一加热流路；

多根第二微通道管，多根所述第二微通道管并排布置并连接在两根所述集流管之间以形成第二加热流路，所述第二微通道管位于所述第一微通道管的下方；

阀组件，所述阀组件连接在所述第一加热流路与所述第二加热流路之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一加热流路输出的冷媒。

进一步的，所述集流管上设置有连通所述第一加热流路的第一进口和第一出口，所述集流管上设置有连通所述第二加热流路的第二进口和第二出口；所述阀组件连接在所述第一出口和所述第二进口之间。

进一步的，所述阀组件包括：

控制阀，所述控制阀连接在所述第一出口与所述第二进口之间；

节流装置，所述节流装置与所述控制阀并联设置，所述节流装置连接在所述第一出口与所述第二进口之间。

进一步的，所述节流装置为电子膨胀阀或毛细管。

进一步的，所述集流管设置有用于隔断所述第一加热流路和所述第二加热流路的挡板。

进一步的，所述集流管中设置有至少一个气液分离板，所述气液分离板上开设有排液孔。

进一步的，所述气液分离板上还设置有浮体，所述浮体用于利用浮力开关所述排液孔。

进一步的，所述气液分离板上还设置有限位机构，所述限位机构用于限位所述浮体在所述气液分离板上位置。

进一步的，所述气液分离板上形成有凹槽，所述排液孔开设在所述凹槽的底部，所述浮体位于所述凹槽中。

进一步的，所述气液分离板上设置有用于开关所述排液孔的弹性板。

另一方面，本发明还提供一种热泵热水器，包括内胆，还包括微通道换热器，所述微通道换热器设置在所述内胆上；所述微通道换热器包括：两根集流管；多根第一微通道管，多根所述第一微通道管并排布置并连接在两根所述集流管之间以形成第一加热流路；多根第二微通道管，多根所述第二微通道管并排布置并连接在两根所述集流管之间以形成第二加热流路，所述第二微通道管位于所述第一微通道管的下方；阀组件，所述阀组件连接在所述第一加热流路与所述第二加热流路之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一加热流路输出的冷媒。

另一方面，本发明还提供一种热泵热水器的控制方法，包括：速热模式和全胆加热模式；

执行速热模式下，则从第一加热流路流出的冷媒经过阀组件进行节流处理；

执行全胆加热模式下，则从第一加热流路流出的冷媒经过阀组件未节流进入到第二加热流路中。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过在微通道换热器中形成两条加热流路，其中，上部的第一加热流路用于加热内胆上部的水，在需要快速加热热水时，则通过阀组件将从第一加热流路中输出的冷媒进行节流处理，使得冷媒主要通过第一加热流路进行释放热量，这样，便可以快速的对内胆上部的水进行加热，通过阀组件选择性的对第一加热流路的输出的冷媒进行节流处理，在速热模式下，仅需要加热内胆上部半胆内的水，满足用户快速用水需求的同时还减少热水浪费，降低热泵热水器的能耗。

附图说明

为了更清除地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明微通道换热器一实施例的结构示意图;

图2为图1中气液分离板的结构示意图之一；

图3为图1中气液分离板的结构示意图之二；

图4为图1中气液分离板的结构示意图之三；

图5为图1中气液分离板的结构示意图之四；

图6为图1中气液分离板的结构示意图之五；

图7本发明热泵热水器中内胆与换热器的组装图；

图8本发明热泵热水器控制方法的流程图。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1所示，本实施例提出了一种微通道换热器，包括：两根集流管1和多根微通道管2；多根微通道管2并排布置并连接在两根集流管1之间；其中，微通道管2包括布置在上部的第一微通道管21，第一微通道管21用于加热热泵热水器中内胆上部的水，微通道管2还包括布置在下部的第二微通道管22，第二微通道管22用于加热热泵热水器中内胆下部的水。第一微通道管21并排布置并连接在两根集流管1之间以形成第一加热流路a，第二微通道管22并排布置并连接在两根集流管1之间以形成第二加热流路b。而为了实现调控第一加热流路a和第二加热流路b的加热功率，则微通道换热器还包括阀组件6，阀组件6连接在第一加热流路a与第二加热流路b之间，阀组件6用于选择性的节流从第一加热流路a输出的冷媒。

具体而言，本实施例微通道换热器安装在热泵热水器的内胆上，其中，热泵热水器的压缩机输出的高温高压气态冷媒通过进气管4进入到微通道换热器中。气态冷媒经由进气管4进入到集流管1后，气体冷媒将进一步的流入到第一微通道管21和第二微通道管22，以通过第一微通道管21和第二微通道管22与内胆进行换热，实现对内胆中的存水进行加热。气态冷媒换热后形成液态冷媒，液态冷媒将从出液管5输出并最终流回到压缩机中。

对于第一微通道管21构成的第一加热流路a用于加热内胆上部的存水，而第二微通道管22构成的第二加热流路b用于加热内胆下部的存水。在实际使用过程中，本实施例微通道换热器通过阀组件6来选择性的对从第一加热流路a输出的冷媒进行提前节流处理，这样，便可以控制分配到第一加热流路a和第二加热流路b的热量。

在常规加热处理中，热泵热水器处于全胆加热模式，此时，热泵热水器中冷媒的流动方式与常规的热泵热水器类似。即热泵热水器中压缩机输出的高温高压气体冷媒先进入到第一加热流路a中，通过第一加热流路a换热以加热内胆上部的存水，而从第一加热流路a输出的冷媒继续流入到第二加热流路b中，以通过第二加热流路b来加热内胆下部的存水，最终实现对内胆内的水整体进行加热。

而当用户需要的热水量不多且需要快速使用热水时，则从第一加热流路a输出的冷媒通过阀组件6进行节流处理，便可以使得压缩机输出的高温气态冷媒的热量集中在第一加热流路a上进行释放。这样，在压缩机1运行功率不变的情况下，能够有效的提高第一加热流路a的热量释放量，从而通过第一加热流路a快速高效地对内胆上部区域的存水进行加热，以满足速热模式下的加热要求。

在某些实施例中，集流管1上设置有连通第一加热流路a的第一进口11和第一出口12，集流管1上设置有连通第二加热流路b的第二进口13和第二出口14；阀组件6连接在第一出口12和第二进口13之间。具体的，第一加热流路a通过第一出口12与第二加热流路b连接，从第一加热流路a流出的冷媒经过阀组件6后在进入到第二加热流路b中。

优选实施例，在两根集流管1中分别设置有用于隔断第一加热流路a和第二加热流路b的挡板10。两根集流管1中的挡板10将截断集流管1，以使得第一加热流路a和第二加热流路b分段隔开。

其中一实施例中，阀组件6包括：控制阀61和节流装置62，控制阀61连接在第一加热流路a的出口与第二加热流路b的进口之间； 节流装置62连接在第一加热流路a的出口与第一节流装置3或第二加热流路b的进口之间。具体的，在全胆加热模式，控制阀61处于打开状态，此时，虽然控制阀61和节流装置62均处于开通状态，但是，第一加热流路a输出的冷媒流经节流装置62的压力较大。这样，从第一加热流路a输出的冷媒将通过控制阀61进入到第二加热流路b中，以实现通过第一加热流路a和第二加热流路b对内胆100内部的水进行整体加热。在速热模式下，控制阀61处于关闭状态，此时，从第一加热流路输出的冷媒仅能经过节流装置62流向第一节流装置3，压缩机1输出的高温气态冷媒的热量只通过第一加热流路a释放热量，以提高内胆100顶部水的加热速度。其中，节流装置62可以为电子膨胀阀或毛细管。

另一实施例中，阀组件6可以为电子膨胀阀，电子膨胀阀连接在第一加热流路a的出口与第二加热流路b的进口之间。具体的，在实际使用过程中，可以通过控制电子膨胀阀的开度来，来调节是否节流以及节流过程中的节流程度。在全胆加热模式，则电子膨胀阀处于最大开度，此时，第一加热流路a输出的冷媒流经电子膨胀阀后未节流而进入到第二加热流路b中，以实现通过第一加热流路a和第二加热流路b对内胆100内部的水进行整体加热。在速热模式下，电子膨胀阀的开度变小，从第一加热流路输出的冷媒经节流装置62节流后进入到第二加热流路b中，压缩机1输出的高温气态冷媒的热量先通过第一加热流路a释放热量，然后节流后再进入到第二加热流路b。这样，便可以通过第一加热流路a释放更多的热量来进行加热。同样的，通过控制电子膨胀阀的节流程度，还可以实现将第二加热流路b转换为蒸发部，以最大限度的提高第一加热流路a的加热性能。

实施例二

基于上述实施例一，区别在于：如图1-图2所示，两根集流管1中分别设置有至少一个气液分离板3，气液分离板3上开设有排液孔31。通过在集流管1中配置气液分离板3，由气液分离板3将集流管1分割为多段流道，而微通道管2则对应的连通两侧对应的流道，以实现冷媒由上至下沿着微通道管2流动。而对于气态的冷媒进入到热泵用换热器中输送时，气态冷媒换热后，会形成部分液态冷媒，而液态冷媒在微通道管2中的传输速度较慢。为此，对于集流管1中的气液混合状态的冷媒，液态的冷媒受重力落到气液分离板3上，液态的冷媒将经由排液孔31快速的朝集流管1底部方向流动。这样，由于液态的冷媒能够快速的经由排液孔31流到集流管1的底部，而气态的冷媒能够在微通道管2中顺畅的流动，以有效地减轻气液混合状态的冷媒流入到微通道管2中而出现换热效率低的问题。

利用气液分离板3对集流管1中的气液混合冷媒进行气液分离，一方面能够使得液态冷媒快速流动至集流管1底部以快速输出液态冷媒，另一方面能够减轻液态冷媒在微通道管2中对气态冷媒产生的气阻，以提高气态冷媒的传输速度，从而更有效地提高换热效率。

进一步的，为了减少气态冷媒经由排液孔31传输至集流管1的底部，则气液分离板3上还设置有浮体32，浮体32用于利用浮力开关排液孔31。具体的，气态冷媒进入到热泵用换热器流动换热过程中，当气态冷媒换热形成部分液态冷媒后，液态冷媒汇集到集流管1中并在重力作用下流到下方的气液分离板3上。浮体32将浸在液态冷媒中，浮体32依靠浮力漂浮离开气液分离板3以打开排液孔31，这样，液态冷媒便从排液孔31快速流下。

作为一种优选实施例，为了使得浮体32不会在气液分离板3随意移动，则需要针对浮体32进行限位处理，气液分离板3上还设置有限位机构，限位机构用于限位浮体32在气液分离板3上位置，而具体限位的方式有如下多种方式。

例如：如图3所示，限位机构包括多片限位板33，限位板33绕排液孔31的外周圈分布并固定在气液分离板3上；任意两片限位板33的上端部之间的距离小于浮体32的外形尺寸。具体的，限位板33的上端部能够限制浮体32在气液分离板3任一移动，一方面在使用过程中，浮体32因液态冷媒漂浮后，能够限制下多个限位板33之间，另一方面在运输过程中，浮体32也被多个限位板33进行有效地限位，确保浮体32能够在排液孔31周围移动。而优选地，气液分离板3上形成有凹槽30，排液孔31开设在凹槽30的底部，浮体32位于凹槽30中。具体的，在浮体32因为浮力或晃动离开排液孔31后，在自然状态下，浮体32将经由凹槽30的表面引导回到排液孔31处，以对排液孔31进行可靠的遮挡。

某一实施例中，如图4所示，限位机构为罩壳34，罩壳34上开设有通孔，罩壳34安装在气液分离板3上并遮盖住浮体32。具体的，罩壳34在气液分离板3的上方将浮体32罩住，以将浮体32限制在排液孔31周围区域内移动。其中，罩壳34上设置的通孔能够满足液态冷媒进入到罩壳34内，使得浮体32能够漂浮在液态冷媒上以打开排液孔31。

另一实施例中，如图5所示，限位机构包括连接杆35和限位块36，连接杆35的下端部与限位块36连接，连接杆35插在排液孔31中，连接杆35的上端部与浮体32连接。具体的，连接杆35配合限位块36，使得浮体32能够相对于排液孔31上下移动和左右晃动。并且，在限位块36的下拉作用下，浮体32能够跟随连接杆35准确的遮挡住排液孔31。

又一实施例中，如图6所示，进一步的，气液分离板3上设置有用于开关排液孔31的弹性板37，弹性板37利用自身弹力能够封堵住排液孔31。其中，弹性板37的一端部固定在气液分离板3的下表面，弹性板37贴靠在气液分离板3的下表面并遮盖住排液孔31。当气液分离板3上方的液体冷媒积累一定量后，在重力作用下，液态冷媒向下压弯弹性板37以打开排液孔31。

本实施例优选设计，热泵用换热器在集流管1中位于第一进口11的下方配置有分隔板15，分隔板15位于第一进口11和第一进口11下方紧邻气液分离板33之间的位置，分隔板15为一完整的板结构，能够阻挡气态冷媒从第一进口进入到集流管1后直接流向下部的比邻流道，以确保从第一进口11进入的气态冷媒全部经由对应的微通道管2换热而进入到另一侧的集流管1中。同样的，在第二进口13的下方也配置有分隔板15，则通过在两个进口下方各自配置分隔板15，能够确保气态冷媒经由进口进入到集流管1中后，能够全部经由微通道管2进行换热。

其中，针对第一进口11、第二进口13、第一出口12和第二出口14的安装位置，则根据设计需要，可以同时设置在同一集流管1上，也可以在其中一集流管1上设置有第一进口11和第二进口13，另一集流管1上设置有第一出口12和第二出口14。

实施例三

如图7所示，本发明还提供一种热泵热水器，包括内胆100和热泵机组，热泵机组则包括连接在一起的压缩机、蒸发器、节流装置和冷凝器，冷凝器则安装在内胆100中以对内胆100中的存水进行加热。其中，冷凝器可以包括上述实施例一和实施例二中的微通道换热器200，微通道换热器200形成的第一加热流路的第一微通道管21布置在内胆100的上部，而微通道换热器200形成的第二加热流路的第二微通道管22布置在内胆100的下部。优选的，冷凝器还包括设置在内胆100的底部的换热盘管300。

实施例四

本发明还提供一种热泵热水器的控制方法，热泵热水器采用上述实施例中记载的热泵热水器，具体结构形式在此不做赘述。具体控制方法包括：速热模式和全胆加热模式；

执行速热模式下，则从第一子冷凝器流出的冷媒经过阀组件进行节流处理。具体的，在速热模式下，要实现压缩机产生的大部分热量经由第一子冷凝器释放，则针对从第一子冷凝器流出的冷媒进行节流处理。这样，便可以通过第一子冷凝器快速的释放热量，以快速加热内胆上部的水，实现速热出水。

执行全胆加热模式下，则从第一子冷凝器流出的冷媒经过阀组件未节流进入到第二子冷凝器中。具体的，全胆加热模式下，则流经第一子冷凝器和第二子冷凝器中的冷媒流与常规热泵热水器的冷媒流动方式相同，再不做赘述和限制。

进一步的，热泵热水器的第一节流装置采用第一电子膨胀阀进行节流，阀组件采用第二电子膨胀阀进行节流。如图6所示，执行速热模式下，针对第一电子膨胀阀的控制方式为，根据压缩机的吸气过热度来控制第一电子膨胀阀的开度。具体为：吸气过热度增大则增大第一电子膨胀阀的开度，反之，吸气过热度减小则减小第一电子膨胀阀的开度。根据吸气过热度来调节第一电子膨胀阀，可以保证排气温度处于较高数值，以增强第一子冷凝器与内胆中水的温差，提高换热效率。

同时，针对第二电子膨胀阀的控制方式，根据内胆中上下部位的水温温差来控制第二电子膨胀阀的开度。具体为：水温温差增大则减小第一电子膨胀阀的开度，反之，水温温差减小则增大第一电子膨胀阀的开度。根据内胆中上下水温的温差，来控制第一子冷凝器和第二子冷凝器之间保持合适的压差，既保证上部有较高的冷凝压力，以便有足够的换热温差快速加热热水，又要保证第二子冷凝器适当预热内胆下部的冷水。

优选地，在压缩机的排气温度大于设定上限温度值的情况下；执行速热模式下，则第一电子膨胀阀开度维持最大开度，第二电子膨胀阀的开度则随着排气温度升高而增大，并同时降低压缩机的转速。在排气温度超过限值时，先调节第一膨胀阀至最大，在保证速热效果的前提下，能降低排气温度；同时，若还不能降低排气温度，同时，配合调节第二膨胀阀和压缩机，以实现排气温度的降低，进而确保压缩机的运行可靠性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种微通道换热器，其特征在于，包括：

两根集流管；

多根第一微通道管，多根所述第一微通道管并排布置并连接在两根所述集流管之间以形成第一加热流路；

多根第二微通道管，多根所述第二微通道管并排布置并连接在两根所述集流管之间以形成第二加热流路，所述第二微通道管位于所述第一微通道管的下方；

阀组件，所述阀组件连接在所述第一加热流路与所述第二加热流路之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一加热流路输出的冷媒。

2.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述集流管上设置有连通所述第一加热流路的第一进口和第一出口，所述集流管上设置有连通所述第二加热流路的第二进口和第二出口；所述阀组件连接在所述第一出口和所述第二进口之间。

3.根据权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，所述阀组件包括：

控制阀，所述控制阀连接在所述第一出口与所述第二进口之间；

节流装置，所述节流装置与所述控制阀并联设置，所述节流装置连接在所述第一出口与所述第二进口之间。

4.根据权利要求3所述的微通道换热器，其特征在于，所述节流装置为电子膨胀阀或毛细管。

5.根据权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，所述集流管设置有用于隔断所述第一加热流路和所述第二加热流路的挡板。

6.根据权利要求1-5任一项所述的微通道换热器，其特征在于，所述集流管中设置有至少一个气液分离板，所述气液分离板上开设有排液孔。

7.根据权利要求6所述的微通道换热器，其特征在于，所述气液分离板上还设置有浮体，所述浮体用于利用浮力开关所述排液孔。

8.根据权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，所述气液分离板上还设置有限位机构，所述限位机构用于限位所述浮体在所述气液分离板上位置。

9.根据权利要求7所述的微通道换热器，其特征在于，所述气液分离板上形成有凹槽，所述排液孔开设在所述凹槽的底部，所述浮体位于所述凹槽中。

10.根据权利要求6所述的微通道换热器，其特征在于，所述气液分离板上设置有用于开关所述排液孔的弹性板。

11.一种热泵热水器，包括内胆，其特征在于，还包括如权利要求1-10任一项所述的微通道换热器，所述微通道换热器设置在所述内胆上。

12.一种如权利要求11所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，包括：速热模式和全胆加热模式；

执行速热模式下，则从第一加热流路流出的冷媒经过阀组件进行节流处理；

执行全胆加热模式下，则从第一加热流路流出的冷媒经过阀组件未节流进入到第二加热流路中。

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