CN110986436A - 热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

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余锦剑
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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，包括内胆和热泵机组，所述热泵机组包括连接在一起的压缩机、冷凝器、第一节流装置和蒸发器，所述冷凝器包括：第一子冷凝器，所述第一子冷凝器设置在所述内胆上；第二子冷凝器，所述第二子冷凝器设置在所述内胆上并位于所述第一子冷凝器的下方；阀组件，所述阀组件连接在所述第一子冷凝器与所述第二子冷凝器之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一子冷凝器输出的冷媒。通过选择性的对第一子冷凝器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

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
本发明提供了一种热泵热水器及其控制方法，通过选择性的对第一子冷凝器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：
本发明提供一种热泵热水器，包括内胆和热泵机组，所述热泵机组包括连接在一起的压缩机、冷凝器、第一节流装置和蒸发器，所述冷凝器包括：
第一子冷凝器，所述第一子冷凝器设置在所述内胆上；
第二子冷凝器，所述第二子冷凝器设置在所述内胆上并位于所述第一子冷凝器的下方；
阀组件，所述阀组件连接在所述第一子冷凝器与所述第二子冷凝器之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一子冷凝器输出的冷媒。
进一步的，所述阀组件包括：
第一控制阀，所述第一控制阀连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间；
第二节流装置，所述第二控制阀连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第一节流装置或所述第二子冷凝器的进口之间。
进一步的，所述阀组件包括：
第二控制阀，所述第二控制阀连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间；
第三节流装置，所述第三节流装置与所述第二控制阀并联设置，所述第三节流装置也连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间。
进一步的，所述阀组件为电子膨胀阀，所述电子膨胀阀连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间。
进一步的，所述第一节流装置上还并联设置有第三控制阀。
本发明还提供一种热泵热水器的控制方法，热泵热水器包括内胆和热泵机组，所述热泵机组包括连接在一起的压缩机、冷凝器、第一节流装置和蒸发器，所述冷凝器包括：第一子冷凝器，所述第一子冷凝器设置在所述内胆上；第二子冷凝器，所述第二子冷凝器设置在所述内胆上并位于所述第一子冷凝器的下方；阀组件，所述阀组件连接在所述第一子冷凝器与所述第二子冷凝器之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一子冷凝器输出的冷媒；
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；
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。
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；执行速热模式下，根据压缩机的吸气过热度来控制第一电子膨胀阀的开度，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。
进一步的，所述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。
进一步的，所述根据内胆中上下水温的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二电子膨胀阀的开度，反之，水温温差减小则增大第二电子膨胀阀的开度。
进一步的，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。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过采用两个子冷凝器，其中，上部的第一子冷凝器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子冷凝器中输出的冷媒进行节流处理，使得冷媒主要通过第一子冷凝器进行释放热量，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子冷凝器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为本发明热泵热水器中热泵机组的结构原理图之一;
图2为本发明热泵热水器中热泵机组的结构原理图之二；
图3为本发明热泵热水器中热泵机组的结构原理图之三；
图4本发明热泵热水器中热泵机组的结构原理图之四；
图5本发明热泵热水器中内胆与冷凝器的组装图；
图6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和图5所示，本实施例热泵热水器，包括内胆100和热泵机组200，热泵机组200包括连接在一起的压缩机1、冷凝器2、第一节流装置3和蒸发器4，冷凝器2包括：第一子冷凝器21、第二子冷凝器22和阀组件23，第一子冷凝器21设置在内胆100的上部区域以加热内胆100上部的水，第二子冷凝器22设置在内胆100上并位于第一子冷凝器21的下方以加热内胆100下部的水；阀组件23连接在第一子冷凝器21与第二子冷凝器22之间，阀组件23用于选择性的节流从第一子冷凝器21输出的冷媒。
具体而言，本实施例热泵热水器中通过阀组件23来选择性的对从第一子冷凝器21输出的冷媒进行提前节流处理，这样，便可以控制热泵机组所产生的热量分配到第一子冷凝器21和第二子冷凝器22的量。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。即压缩机1输出的高温高压气体冷媒先进入到第一子冷凝器21中，通过第一子冷凝器21换热以加热内胆100上部的存水，而从第一子冷凝器21输出的冷媒继续流入到第二子冷凝器22中，以通过第二子冷凝器22来加热内胆100下部的存水，最终实现对内胆100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，则从第一子冷凝器21输出的冷媒通过阀组件23进行节流处理，便可以使得压缩机1输出的高温气态冷媒的热量集中在第一子冷凝器21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子冷凝器21的热量释放量，从而通过第一子冷凝器21快速高效地对内胆100上部区域的存水进行加热，以满足速热模式下的加热要求。
其中，针对阀组件23实现选择性的对第一子冷凝器21输出的冷媒进行节流的方式有多种，以下结合附图进行说明。
其中一实施例中，如图1所示，阀组件23包括：第一控制阀231和第二节流装置232，第一控制阀231连接在第一子冷凝器21的出口与第二子冷凝器22的进口之间； 第二节流装置232连接在第一子冷凝器21的出口与第一节流装置3或第二子冷凝器22的进口之间。具体的，在全胆加热模式，第一控制阀231处于打开状态，此时，虽然第一控制阀231和第二节流装置232均处于开通状态，但是，第一子冷凝器21输出的冷媒流经第二节流装置232的压力较大。这样，从第一子冷凝器21输出的冷媒将通过第一控制阀231进入到第二子冷凝器22中，以实现通过第一子冷凝器21和第二子冷凝器22对内胆100内部的水进行整体加热。在速热模式下，第一控制阀231处于关闭状态，此时，从第一子冷凝器输出的冷媒仅能经过第二节流装置232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子冷凝器21释放热量，以提高内胆100顶部水的加热速度。
另一实施例中，如图2所示，阀组件23包括：第二控制阀233和第三节流装置234，第二控制阀233连接在第一子冷凝器21的出口与第二子冷凝器22的进口之间； 第三节流装置234与第二控制阀233并联设置，第三节流装置234也连接在第一子冷凝器21的出口与第二子冷凝器22的进口之间。具体的，在全胆加热模式，第二控制阀233处于打开状态，此时，虽然第二控制阀233和第三节流装置234均处于开通状态，但是，第一子冷凝器输出的冷媒流经第三节流装置234的压力较大。这样，从第一子冷凝器21输出的冷媒将通过第二控制阀233进入到第二子冷凝器22中，以实现通过第一子冷凝器21和第二子冷凝器22对内胆100内部的水进行整体加热。在速热模式下，第一控制阀231处于关闭状态，此时，从第一子冷凝器输出的冷媒仅能经过第二节流装置232流向第二子冷凝器22。压缩机1输出的高温气态冷媒的热量先通过第一子冷凝器21释放热量，然后节流后再进入到第二子冷凝器22。这样，便可以通过第一子冷凝器21释放更多的热量来进行加热。并且，通过控制第二节流装置232的节流程度，还可以实现将第二子冷凝器22转换为蒸发部，这样，便可以通过第二子冷凝器22和蒸发器4同时进行蒸发吸热，以最大限度的提高第一子冷凝器21的加热性能。
又一实施例中，如图3所示，阀组件23为电子膨胀阀，所述电子膨胀阀连接在第一子冷凝器21的出口与第二子冷凝器22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，第一子冷凝器21输出的冷媒流经电子膨胀阀后未节流而进入到第二子冷凝器22中，以实现通过第一子冷凝器21和第二子冷凝器22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，从第一子冷凝器输出的冷媒经第二节流装置232节流后进入到第二子冷凝器22中，压缩机1输出的高温气态冷媒的热量先通过第一子冷凝器21释放热量，然后节流后再进入到第二子冷凝器22。这样，便可以通过第一子冷凝器21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，还可以实现将第二子冷凝器22转换为蒸发部，以最大限度的提高第一子冷凝器21的加热性能。
作为一优选实施例，如图4所示，第一节流装置3上还并联设置有第三控制阀30。具体的，在实际使用过程中，针对第二子冷凝器22因阀组件23节流做为蒸发部使用的情况下，则第一节流装置3上并联的第三控制阀30打开，以使得蒸发器4和第二子冷凝器22直接串联，从第二子冷凝器22输出的冷媒经由第三控制阀30进入到蒸发器4中，以使得冷媒能够在蒸发阶段顺畅的流动。
实施例二
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二电子膨胀阀的开度，反之，水温温差减小则增大第二电子膨胀阀的开度。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 (10)

1.一种热泵热水器，包括内胆和热泵机组，所述热泵机组包括连接在一起的压缩机、冷凝器、第一节流装置和蒸发器，其特征在于，所述冷凝器包括：
第一子冷凝器，所述第一子冷凝器设置在所述内胆上；
第二子冷凝器，所述第二子冷凝器设置在所述内胆上并位于所述第一子冷凝器的下方；
阀组件，所述阀组件连接在所述第一子冷凝器与所述第二子冷凝器之间，所述阀组件用于选择性的节流从所述第一子冷凝器输出的冷媒。
2.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述阀组件包括：
第一控制阀，第一控制阀231连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间；
第二节流装置，第二节流装置232连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第一节流装置或所述第二子冷凝器的进口之间。
3.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述阀组件包括：
第二控制阀，第二控制阀233连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间；
第三节流装置，第三节流装置234与第二控制阀233并联设置，第三节流装置234也连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间。
4.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述阀组件为电子膨胀阀，所述电子膨胀阀连接在所述第一子冷凝器的出口与所述第二子冷凝器的进口之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的热泵热水器，其特征在于，所述第一节流装置上还并联设置有第三控制阀。
6.一种如权利要求1-5任一项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，则从第一子冷凝器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。
7.根据权利要求6所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，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；
执行速热模式下，根据压缩机的吸气过热度来控制第一电子膨胀阀的开度，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。
8.根据权利要求7所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述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。
9.根据权利要求7所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述根据内胆中上下水温的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。
10.根据权利要求7所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，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。
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