CN111174429A - 一种热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器，包括水箱；热泵机组，热泵出水口与水箱连通、向水箱的顶部供热水；高温出水管路设于水箱靠上的位置处；中温出水管路设于水箱靠中部的位置处；补水管路设于水箱靠下的位置处；进水管路与热泵进水口连通；保温管路的一端连通水箱、另一端连通热泵进水口；水位低于低水位时，补水管路和进水管路均进水，保温管路关闭；水位高于高水位时，补水管路和进水管路均关闭，水箱内的水经保温管路流向热泵进水口；水位介于低水位和高水位之间时，补水管路关闭，水箱内的水经保温管路流向热泵进水口。利用水在水箱内的自然分层，从水箱的顶部取高温水、中部取温水，满足用户不同用水温度的需求，提高热泵热水器的使用体验。

Description

一种热泵热水器

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种热泵热水器。

背景技术

热泵热水器，也称空气源热泵热水器，其把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过换热器转化给水加热，压缩后的高温热能以此来加热水温。

在热泵行业内，普遍应用较多的水箱形式有开式水箱和闭式水箱，两种水箱系统的区别在于是否带压。

闭式水箱整个水箱需满液，并承受供水管网的压力；开式水箱则不带压力，热水把水箱注满并储存在水箱中备用。

本申请主要对应用开式水箱的热泵热水器进行优化设计。

由于开式水箱内液位易发生变化，为了避免由于水位下降而导致无法出水，开式水箱的出水口通常位于水箱底部；同时，无论是在蓄水过程中、还是在保温运行过程中，开式水箱的热水入口均在水箱顶部。

以上两点原因造成了开式水箱的缺陷，制完的热水需储存在水箱中，由于冷热水的自然分成，水箱底部的水一定会比顶部的水凉，若此时用户需要用热水，则即使热泵机组进行保温运行，也无法使水箱底部温度迅速升高，也就无法满足用户对热水的需求。经过较长时间后，水箱整体温度升高，才可以达到用户需要的高温水的要求。

对于一次性制热的热泵热水器，即直热式热泵热水器，开式水箱的结构形式更为重要，因为该类热泵热水器可将水温一次性升高至很高温度（超过80℃），而水流量却较小，故在蓄水的过程中很可能形成水箱中上层温度高、下层温度低的情况。若长时间从水箱底部取水，则可能无法发挥高温热泵热水器的高温出水优势，应用时也不易控制水箱的出水温度。

发明内容

本申请一些实施例中，提供了热泵热水器，热泵机组向开式水箱的顶部蓄热水，外部水源（比如市政用水）向开式水箱的底部补水，利用水在水箱内的自然分层，则水箱内的水温由水箱的顶部向底部逐渐降低，水箱靠上的位置连通高温出水管路，以向用户提供高温水，水箱靠中的位置连通中温出水管路，以向用户提供中温水，满足用户不同用水温度的需求，提高热泵热水器的使用体验。

本申请一些实施例中，提供了热泵热水器，水箱底部温度较低的水经保温管路、热泵进水口流入热泵机组内，有助于提高一次性热泵机组的系统制热效率。

本申请一些实施例中，提供了一种热泵热水器，包括：水箱，其为开式水箱，所述水箱具有低水位和高水位；热泵机组，其具有热泵出水口和热泵进水口，所述热泵出水口与所述水箱连通、向所述水箱的上部供热水；高温出水管路，设于所述水箱靠上的位置处；中温出水管路，设于所述水箱靠中部的位置处；补水管路，设于所述水箱靠下的位置处；进水管路，与所述热泵进水口连通；保温管路，一端连通所述水箱靠下的位置、另一端连通所述热泵进水口；所述水箱内的水位低于所述低水位时，所述补水管路和所述进水管路均进水，所述保温管路关闭；所述水箱内的水位高于所述高水位时，所述补水管路和所述进水管路均关闭，所述水箱内的水经所述保温管路流向所述热泵进水口；所述水箱内的水位介于所述低水位和所述高水位之间时，所述补水管路关闭，所述水箱内的水经所述保温管路流向所述热泵进水口。

本申请一些实施例中，所述进水管路包括连通的进水管路一段和进水管路二段，所述进水管路二段与所述热泵进水口连通，所述保温管路与所述进水管路二段连通，减少热泵机组进水口处的管路连通点，简化系统结构。

本申请一些实施例中，所述保温管路上设有保温截止阀，所述进水管路一段上设有进水截止阀，实现保温管路和进水管路的独立控制。

本申请一些实施例中，所述进水管路二段上设有水泵，提高进水管路上的水循环动力，进而提高整个水循环系统的效率。

本申请一些实施例中，所述进水管路二段上设有进水温度传感器，检测进水管路和保温管路内的水混合后的水温，也即检测流入热泵进水口处的水温，热泵机组根据该水温数值可设置合适的制热模式进行工作，以降低能耗、提高制热效率。

本申请一些实施例中，该热泵热水器还包括回水管路，一端与所述水箱连通、另一端与所述高温出水管路和/或所述中温出水管路连通，如果用户仅是利用高位出水管路和/或中温出水管路上的热量进行取暖等、而并未消耗水，则高温出水管路和/或中温出水管路内的水将经回水管路再回流至水箱内，节约水源。

本申请一些实施例中，所述补水管路包括连通的补水管路一段与补水管路二段，所述补水管路二段与所述水箱连通，所述回水管路与所述补水管路二段连通，减少水箱底部管路连通点的数量，简化水路、降低成本。

本申请一些实施例中，所述补水管路一段上设有补水截止阀，所述回水管路上设有回水截止阀，实现补水管路和回水管路的独立控制。

本申请一些实施例中，所述补水管路二段上设有补水温度传感器，检测补水管路和回水管路内的水混合后的水温，也即检测补入水箱底部的水温，热泵机组根据该水温数值可设置合适的制热模式进行工作，以降低能耗、提高制热效率。

本申请一些实施例中，所述水箱内设有低水位传感器和高水位传感器，用于检测水箱内的低水位和高水位，提高系统可靠性。

本申请一些实施例中，所述高温出水管路上设有第一温度传感器和高温出水截止阀，实现高温出水的独立控制及高温水的水温监控；

本申请一些实施例中，所述中温出水管路上设有第二温度传感器和中温出水截止阀，实现低温出水的独立控制机低温水的水温监控。

本申请一些实施例中，所述热泵出水口处设有第三温度传感器，检测流入水箱顶部的水温，热泵机组根据该水温数值可设置合适的制热模式进行工作，以降低能耗、提高制热效率，满足用户的用水温度需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据实施例的原理图；

图2为根据另一实施例的原理图。

附图标记：

01-水箱，011-低位水位传感器，012-高位水位传感器，013-放气口；

02-热泵机组，021-压缩机，022-冷凝器，023-蒸发器，024-节流部件，025-待换热管路，026-热泵进水口，027-热泵出水口，028-第三温度传感器；

03-高温出水管路，031-第一温度传感器，032-高温出水截止阀；

04-中温出水管路，041-第二温度传感器，042-中温出水截止阀；

05-进水管路，051-进水管路一段，052-进水管路二段，053-进水温度传感器，054-进水截止阀；

06-保温管路，061-保温截止阀；

07-补水管路，071-补水管路一段，072-补水管路二段，073-补水温度传感器，074-补水截止阀；

08-回水管路，081-回水截止阀；

09-放水管路，091-放水截止阀；

10-水泵。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、 “顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。

<热泵热水器基本运行原理>

参照图1，本申请中的热泵热水器包括热泵机组02和开式水箱01。

热泵机组02使用压缩机021、冷凝器022、节流部件024、以及蒸发器023来执行制热循环。制热循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发。

压缩机021压缩处于高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩后的制冷剂气体。所排出的制冷剂气体流入冷凝器022。

冷凝器022将压缩后的制冷剂冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境，释放的热量与穿过冷凝器022上的待换热管路025进行热量交换，实现对水路的制热。

节流部件024（比如膨胀阀或毛细管）使在冷凝器022中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低压的液相制冷剂。

蒸发器023蒸发在节流部件024中膨胀的制冷剂，并使处于低温低压状态的制冷剂气体返回到压缩机021。

热泵机组02具有热泵出水口027和热泵进水口026，热泵出水口027即为待换热管路025的出水口，热泵进水口026即为待换热管路025的进水口。

外部水源（比如市政用水）经热泵进水口026向待换热管路025供水，市政用水向待换热管路025内流入的为冷水，待换热管路025内的冷水与冷凝器022释放的热量进行热交换，待换热管路025内的水被加热、而后经热泵出水口027流入水箱01，即实现热泵机组02为水箱01供热水，满足用户热水使用需求。

[热泵机组供水]

热泵机组02的热泵出水口027通过水管路与水箱01的顶部连通，以向水箱01的顶部供热水，利用水在水箱01内的自然分层，水箱01内的水温由水箱顶部向底部逐渐降低。

[水箱]

水箱01为开式水箱，水箱01内部靠上的位置设置有低水位和高水位。

水箱01内的水位应保持在低水位和高水位之间，若水箱01内的水位低于低水位，应及时向水箱01内补水；若水箱01内的水位高于高水位，应停止向水箱01内补水，避免水箱01溢水。

水箱01的顶部设有放气口013，使水箱01内部与大气连通。

[高温出水管路]

高温出水管路03设于水箱01靠上部的位置处，由于水箱01顶部的水温较高，则可保证从高温出水管路03流出的为高温水，满足用户高温用水需求。

[中温出水管路]

中温出水管路04设于水箱01靠中部的位置处，由于水箱01中部的水温较水箱01顶部的水温会低一些，则可保证从中温出水管路04流出的为中温水，满足用户高中温用水需求。

[补水管路]

补水管路07设于水箱01靠下的位置处，补水管路07与外部水源（比如市政用水）连通，用以向水箱01内及时补水，避免水箱01内的水位低于低水位。

[进水管路]

进水管路05与热泵机组02的热泵进水口026连通，进水管路05与外部水源（比如市政用水）连通，用以向待换热管路025供水，待换热管路025内的冷水与冷凝器022进行热量交换后变为热水、再流向水箱01。

[保温管路]

保温管路06的一端与水箱01靠下的位置连通、另一端与热泵进水口026连通，当水箱01内的水位高于低水位时，水箱01底部温度较低的水可经保温管路06流向待换热管路025内、经与冷凝器022换热后再流入水箱01的顶部，以对水箱01进行保温。

[放水管路]

放水管路09设于水箱01的底部、与水箱01内部连通，水箱01不使用时，通过放水管路09将水箱01中剩余的水排出。

[截止阀]

为了实现各个水路的独立控制，各个水路上都设有截止阀，具体如下：

参照图1，高温出水管路03上设有高温出水截止阀032；中温出水管路4上设有中温出水截止阀042；补水管路07上设有补水截止阀074；进水管路05上设有进水截止阀054；保温管路06上设有保温截止阀061；放水管路09上设有放水截止阀091。

[热泵热水器的控制过程]

水箱01内的水位低于低水位时，补水截止阀074和进水截止阀054均开启，补水管路07和进水管路05均进水，也即补水管路07向水箱01的底部供冷水，进水管路05向待换热管路025供冷水，待换热管路025内的冷水与冷凝器022热交换后、再经热泵出水口027流向水箱01顶部、向水箱01顶部供热水；保温截止阀061关闭，保温管路06关闭，此时水箱01与待换热管路025之间无连通。

通过同时向水箱01的底部和顶部供水，提高水箱01的补水效率，同时，两路补水中，其中一路是经过冷凝器022换热后再补入的，有助于提高水箱01内的水温、缩短水箱01升温时间。

水箱01内的水位高于高水位时，补水截止阀074和进水截止阀054均关闭，补水管路07和进水管路05均关闭，也即补水管路07停止向水箱01底部供水，进水管路05停止向待换热管路025供水，等同于停止向水箱01顶部供水；水箱01内的水经保温管路06流向热泵进水口026。

水箱01内的水位较高时，停止外部水源对水箱01的供水，可避免水箱01内的水位持续上涨而出现溢水，水箱01与待换热管路025之间水路连通，实现水箱01内部水的自循环，并且，水箱01内的水在进行自循环的过程中会流经待换热管路025而被加热，避免水箱01内的水温下降，实现水箱01内水的保温。

水箱01内的水位介于低水位和高水位之间时，补水截止阀074关闭，补水管路07关闭，停止直接向水箱01的底部供冷水，水箱01内的水经保温管路06流向热泵进水口026、在待换热管路025内被加热后再流入水箱01的顶部，水箱01与待换热管路025之间进行保温式的自循环。

水箱01内的水位介于低水位和高水位之间时，进水管路05上的进水截止阀054可选择性地开启；若用户用水量较大，水位下降较快，则此时进水截止阀054可开启，以向水箱01顶部供热水、避免水箱01水位下降太快而低于低水位；若用户用水量不是很大，水箱01下降缓慢，则此时进水截止阀054可关闭，无需向水箱01内持续供热水。

若用户用水量较大，进水截止阀054开启后仍无法使水箱01内的水位维持或上涨，则在水位低于低水位时应及时将补水截止阀074开启，补水管路07将及时向水箱01底部补水，以保证用户的正常用水。

[进水管路与保温管路的连通]

继续参照图1，进水管路05包括连通的进水管路一段051和进水管路二段052，进水管路二段052与热泵进水口026连通，保温管路06与进水管路二段052连通，可减少热泵进水口026处的管路连通数量，简化水路、降低成本。

进水管路二段052上设有水泵10，水泵10位于保温管路06和进水管路一段051的下游，提高水循环动力，进而提高整个水循环系统的效率。

[回水管路]

高温出水管路03内的高温水和中温出水管路04内的中温水可在用户使用末端作为生活热水消耗掉。

在另一些实施例中，参照图2，高温水和/或中温水也可以是为空间采暖、高温杀菌等装置提供高温，此时，该热泵热水器还包括有回水管路08，回水管路08的一端与水箱01连通、另一端与高温出水管路03和/或中温出水管路04连通，换热后的水经回水管路08又回流至水箱01底部，循环利用、节约水源。

在另一些实施例中，可以是其中一路水在用户使用末端被消耗掉，另一路水与外部装置换热后再回流至水箱，比如：中温水在用户使用末端被消耗掉，高温水与空间采暖、高温杀菌等装置热交换后再经回水管路08回流至水箱01底部。

[回水管路与补水管路的连通]

继续参照图2，补水管路07包括连通的补水管路一段071与补水管路二段072，补水管路二段072与水箱01连通，回水管路08与补水管路二段072连通，回水管路08中的回水与补水管路一段071中的进水汇合后、经补水管路二段072一起流入水箱01底部。

补水管路一段071上设有补水截止阀074，回水管路08上设有回水截止阀081，实现补水管路07和回水管路08的独立控制。

[温度传感器]

为了能够实时检测水路中重要位置处的水温，在相应位置都设置了温度传感器，具体如下；

进水管路二段052上设有进水温度传感器053；补水管路二段072上设有补水温度传感器073；热泵出水口027处设有第三温度传感器028，参照图1，第三温度传感器028设于待换热管路025与水箱01顶部之间的水路上；高温出水管路03上设有第一温度传感器031；中温出水管路04上设有第二温度传感器041。

第一温度传感器031、第二温度传感器041、补水温度传感器073位于水箱01的内部，提高检测精度。

系统根据这些温度监测信息来让热泵机组02以合适的制热模式进行工作，以节约能源、降低能耗。

系统根据这些温度监测信息和用户的用水需求，可选择从合适的出水管路进行出水，比如，若用户需要高温的生活热水，则可选择从高温出水管路03出水；若用户需要温水进行空间采暖，则可选择从中温出水管路04出水；系统根据两根出水管路的出水温度来判断用户使用末端是否需要混合冷水。

补水温度传感器073检测到的是水箱01内底部的低温水温度，系统根据该温度信息判断是否需要对水箱01进行保温运行以提高水箱01中的水温。

[水位传感器]

水箱01内设有低水位传感器011和高水位传感器012，低水位传感器011用于检测水箱01向水的最低水位，高水位传感器012用于检测水箱01内的最高水位。

低水位传感器011和高水位传感器012可采用浮球开关，系统根据低水位传感器011和高水位传感器012的检测信息来控制相关水路的运行或关闭。

根据第一发明构思，热泵机组02向开式水箱01的顶部蓄热水，外部水源（比如市政用水）向开式水箱01的底部补水，利用水在水箱内的自然分层，则水箱01内的水温由水箱01的顶部向底部逐渐降低，水箱01靠上的位置连通高温出水管路03，以向用户提供高温水，水箱01靠中的位置连通中温出水管路04，以向用户提供中温水，满足用户不同用水温度的需求，提高热泵热水器的使用体验。

根据第二发明构思，当水箱01内的水位低于低水位时，将有补水管路07和进水管路05两路同时向水箱01内蓄水，其中，补水管路07向水箱01底部供冷水，进水管路05经待换热管路025向水箱01顶部供热水，提高水箱01补水速度，同时水箱01内的水位不至于过低，有助于缩短水箱01升温时间。

根据第三发明构思，当水箱01内的水位高于高水位时，补水管路07和进水管路05均关闭，停止向水箱01供水，水箱01内的水经保温管路06与待换热管路025连通形成闭合的水循环流路，一方面避免水箱01溢水，另一方面实现水箱01的保温。

根据第四发明构思，当水箱01内的水位介于低水位和高水位之间时，补水管路07停止向水箱01供水，水箱01内的水经保温管路06与待换热管路025连通形成闭合的水循环流路，同时进水管路05可根据用户用水量的多少选择性开启，一方面使水箱01内的水不会低于低水位或高于高水位，保证水箱01的正常运行，另一方面实现水箱01的保温。

根据第五发明构思，各路水路上都设置了截止阀，实现各个水路的独立控制。

根据第六发明构思，高温出水、中温出水、补水、热泵进水、热泵出水等重要位置处都设置了温度传感器，系统根据各处温度检测信息控制各个水路的联动，满足用户的用水需求，保证系统的正常运行。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热泵热水器，包括：

水箱，其为开式水箱，所述水箱具有低水位和高水位；

热泵机组，其具有热泵出水口和热泵进水口，所述热泵出水口与所述水箱连通、向所述水箱的顶部供热水；

高温出水管路，设于所述水箱靠上的位置处；

中温出水管路，设于所述水箱靠中部的位置处；

补水管路，设于所述水箱靠下的位置处；

进水管路，与所述热泵进水口连通；

保温管路，一端连通所述水箱、另一端连通所述热泵进水口；

所述水箱内的水位低于所述低水位时，所述补水管路和所述进水管路均进水，所述保温管路关闭；

所述水箱内的水位高于所述高水位时，所述补水管路和所述进水管路均关闭，所述水箱内的水经所述保温管路流向所述热泵进水口；

所述水箱内的水位介于所述低水位和所述高水位之间时，所述补水管路关闭，所述水箱内的水经所述保温管路流向所述热泵进水口。

2.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于,

所述进水管路包括连通的进水管路一段和进水管路二段，所述进水管路二段与所述热泵进水口连通，所述保温管路与所述进水管路二段连通；

所述保温管路上设有保温截止阀，所述进水管路一段上设有进水截止阀。

3.根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于,

所述进水管路二段上设有水泵。

4.根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于,

所述进水管路二段上设有进水温度传感器。

5.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于,

还包括回水管路，一端与所述水箱连通、另一端与所述高温出水管路和/或所述中温出水管路连通。

6.根据权利要求5所述的热泵热水器，其特征在于,

所述补水管路包括连通的补水管路一段与补水管路二段，所述补水管路二段与所述水箱连通，所述回水管路与所述补水管路二段连通；

所述补水管路一段上设有补水截止阀，所述回水管路上设有回水截止阀。

7.根据权利要求6所述的热泵热水器，其特征在于,

所述补水管路二段上设有补水温度传感器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热泵热水器，其特征在于,

所述水箱内设有低水位传感器和高水位传感器。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的热泵热水器，其特征在于,

所述高温出水管路上设有第一温度传感器和高温出水截止阀；

所述中温出水管路上设有第二温度传感器和中温出水截止阀。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的热泵热水器，其特征在于,

所述热泵出水口处设有第三温度传感器。

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