CN111365841A - 一种热泵热水器及控制方法 - Google Patents

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杜顺祥
杨磊
李文东
柴树昌
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Abstract

本发明属于热水器领域，具体公开了一种热泵热水器，所述热水器包括多个热泵系统，所述多个热泵系统独立运行或同时运行。所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述第一热泵系统流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点。本发明还提出了上述热泵热水器的控制方法。本发明的热泵热水及控制方法能够实现热泵轻载节能运行，延长热泵热水器的使用寿命。

Description

一种热泵热水器及控制方法
技术领域
本发明属于热水器领域，具体地说，涉及一种热泵热水器及控制方法。
背景技术
热水器产品主要有四类：电热水器、燃气热水器、太阳能热水器和热泵热水器，其中热泵热水器具有能源效率高，对气候的适应性强等特点。目前普通的热泵热水器在实际应用中存在如下缺点：压缩机的运行工况波动较大，压缩机是热泵热水器的核心部件，其运行工况稳定时保证热泵热水器可靠性和寿命的关键，但普通热泵热水器在冬季、夏季时蒸发器中热泵工质的蒸发温度相差很大，使压缩机的近期压力相对波动很大，压缩机在夏季的负荷比冬季大4～5倍。并且热泵热水器在较宽的稳度领域内工作，冷凝温度高，运行时间长，长期运行在高负载工况下，以及全年运行在制热工况下对系统使用寿命大大降低。因此需要提供一种能来实现热泵轻载节能运行，提高使用寿命的热泵热水器及控制方法。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，提供一种能实现热泵轻载节能运行，提高使用寿命的热泵热水器。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种热泵热水器，所述热水器包括多个热泵系统，所述多个热泵系统独立运行或同时运行。
进一步的，所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述第一热泵系统流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点。
进一步的，所述热水器还包括水箱，所述第一热泵系统与所述水箱塑封成一体内机，所述第二热泵系统独立设置于一体内机的外部。
本发明还提出了一种热泵热水器的控制方法，所述热泵热水器包括多个热泵系统，所述控制方法为控制多个热泵系统独立运行或同时运行。
进一步的，其特征在于，所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述第一热泵系统流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点，所述第一热泵系统用于制取热水，所述第二热泵系统用于制取温水。
进一步的，其特征在于，当热水器接收执行制取热水指令时，控制第一热泵系统启动；或者，当热水器接收执行制取温水指令时，控制第二热泵系统启动。
进一步的，当热水器接收执行制取热水指令时，控制第二热泵系统启动，当达到预设水温T温时，停止第二热泵系统加热，并控制第一热泵系统启动，当达到预设水温T热时，停止第一热泵系统加热。
进一步的，所述热水器包括保温模式，热水器接收执行保温模式指令，控制第二热泵系统启动。
进一步的，所述热水器包括预约加热模式，热水器接收执行预约模式指令，在预约时间内启动第一热泵系统，在预约时间外，根据用户指令决定是否启动第二热泵系统。
进一步的，所述热水器包括快速加热模式，热水器接收执行快速加热模式指令，控制第一热泵系统和第二热泵系统同时启动。
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、本发明的热泵热水器包括多个热泵系统，可以根据用户需求同时启动多个热泵系统或选择其中一个热泵系统启动，从而降低单个热泵系统的能耗，提高热泵热水器的使用寿命；
2、本发明中第一热泵系统中流通的第一冷媒的沸点高于第二热泵系统中流通的第二冷媒的沸点，可将第一热泵系统用于制取高温热水，第二热泵系统制取中低温温水，第一热泵系统和第二热泵系统根据用户需求分别运行，提高热能利用效率；
3、本发明中在制取热水时先通过第二热泵系统将水加热至温水后再启动第二热泵系统将水加热至热水，降低第一热泵系统的运行负载和运行时间，延长热水器的使用寿命；
4、本发明在保温模式下，仅需开启功率较低的第一热泵系统即可，降低热能消耗；
5、本发明的预约模式下，在预约时间内启动第一热泵系统，在预约时间外根据用户需求来启动第二热泵系统，减少高功率热泵系统的运行次数，同时又能满足居民日常温水的用水需求。
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为本发明热泵热水器的示意图。
其中：1为水箱，2为第一蒸发器，3为第一压缩机，4为第一冷凝器，5为第一膨胀阀，6为第一四通阀，7为第二蒸发器，8为第二压缩机，9为第二冷凝器，10为第二膨胀阀，11为第二四通阀，12为储液罐，13为风扇，14为进水口，15为出水口，16为温度传感器。
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“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”、“接触”、“连通”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。
实施例1
如图1所示的热泵热水器，包括多个热泵系统，所述多个热泵系统独立运行或同时运行，在本实施例中所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述第一热泵系统和第二热泵系统独立运行或同时运行。所述第一热泵系统流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒。所述第一冷媒的沸点与第二冷媒的沸点相同或不同。优选第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点。所述第一热泵系统包括依次连接并形成第一冷媒循环回路的第一蒸发器2，第一压缩机3，第一冷凝器4和第一膨胀阀5，所述第一蒸发器2，第一压缩机3和第一冷凝器4之间通过第一四通阀6连通。所述热泵热水器还包括热水水箱1，所述第一热泵系统与热水器水箱1塑封成一体内机，优选将第一热泵系统设置在水箱1的上部。所述水箱1包括进水口14和循环水管，在循环水管上设置有出水口15，所述水箱1还包括用来检测水箱1温度的温度传感器16。所述第一冷凝器4与循环水管相接触，高温高压的第一冷媒在第一冷凝器4将热量传递给循环水管，循环水管中的水被加热后流入水箱1或直接从出水口15流出。优选的，所述第一冷凝器4为套管式冷凝器或板式换热器。
所述第二热泵系统设置在一体内机的外部，用户可根据自身需求将第二热泵系统设置在室内或室外。所述第二热泵系统同样包括依次连接并形成第二冷媒循环回路的第二蒸发器7，第二压缩机8，第二冷凝器9和第二膨胀阀10，所述第二蒸发器7，第二压缩机8和第二冷凝器9之间通过第二四通阀11连通。所述第二热泵系统的第二冷凝器9设置在一体内机中，并与一体内机中的水箱1相连，优选第二冷凝器9为微通道冷凝器，所述微通道冷凝器缠绕在水箱1的内胆上，将高温高压的第二冷媒的热量直接传递给水胆中的水。所述第二热泵系统还包括风扇13，所述风扇13靠近第二蒸发器7设置，用来将环境中的热量更加高效的传送给第二蒸发器7。由于外界环境温度的不稳定性，第二蒸发器7吸热后，第二冷媒并不能100％由液体转化为气态，为了保证整个系统的稳定性，在第二压缩机8上设置储液罐12，将未气化的第二冷媒暂时储存在储液罐12中，待储液罐12中的第二冷媒气化后再进入第二冷媒循环回路。
第一热泵系统的工作原理为：第一蒸发器2吸收密封空间一体内机中的热量后，将第一冷媒由低温低压的液体变为高温低压的气体，经第一四通阀6进入第一压缩机3，经第一压缩机3增压后变为高温高压的气体，再次经第一四通阀6进入第一冷凝器4，在第一冷凝器4将热量传递给与第一冷凝器4相接触的循环水管，将循环水管中的水加热，循环水管中被加热的水进入水箱1或经出水口15流出，第一冷媒放热后变成低温高压的液体，最后经第一膨胀阀5降压，成为低温低压的液体，然后继续进行下一次循环。
第二热泵系统的工作原理为：风扇13将外界环境中的热量传输给第二蒸发器7，第二蒸发器7吸热后，第二冷媒由低温低压的液体变为高温低压的气体，经第二四通阀11进入第二压缩机8，经第二压缩机8增压后变为高温高压的气体，再次经第二四通阀11进入缠绕在水箱1内胆表面的第二冷凝器9，第二冷凝器9将热量传递给水箱1内胆，将水箱1中的水加热，第二冷媒放热后变成低温高压的液体，最后经第二膨胀阀10降压，成为低温低压的液体，然后继续进行下一次循环。
实施例2
本发明还提出了一种热泵热水器的控制方法，所述热泵热水器包括多个热泵系统，所述控制方法为控制多个热泵系统独立运行或同时运行。在本实施例中，所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述控制方法为控制第一热泵系统和第二热泵系统单独运行或同时运行。
所述第一热泵系统中流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点，第一热泵系统用来制取高温热水，即水温为大于40℃，第二热泵系统用来制取温水，即水温为25～30℃。这样第一热泵系统和第二热泵系统可用于制取不同水温的热水，满足不同的需求。
第一热泵系统和第二热泵系统可以单独运行也可同时运行。
当第一热泵系统单独运行时，第一热泵系统用来制取热水，第二热泵系统用来制取冷水，当用户需要热水进行洗浴时，热水器接收执行制取热水指令，控制第一热泵系统启动，此时第二热泵系统不运行；当用户需要温水进行厨房清洗餐具、果蔬等，卫生间洗衣、洗手用水时，热水器接收执行制取温水指令，控制第二热泵系统启动，此时第一热泵系统部运行。第一热泵系统和第二热泵系统单独有运行可有效提高热能的利用效率
进一步的，由于温水的水温较低，当热水器接收到执行制取温水指令时，温度传感器16需先检测水箱1中的水温是否达到预设水温T温，若达到，则第二热泵系统不启动，若未达到，则启动第二热泵系统将水箱1中的水加热至T温。因此在水箱1温度较高时执行减少第二热泵系统的运行，延长第二热泵系统的使用寿命。
进一步的，由于第一热泵系统制取热水时消耗功率大，将第一热泵系统和第二热泵系统配合使用来制取热水，从而降低能耗，减轻第一热泵系统的运行负荷，延长热水器的整体使用寿命。控制方法为：当热水器接收执行制取热水指令时，控制第二热泵系统启动，当温度传感器16检测到水箱1中的水温达到预设水温T温时，停止第二热泵系统加热，并控制第一热泵系统启动，当温度传感器16检测到水箱1中的水温达到预设水温T热时，停止第一热泵系统加热，这样在制取热水过程中能减少第一热泵系统的运行时间，延长第一热泵系统的使用寿命。
进一步的，所述热水器包括保温模式，当水箱1中的水加热成高温热水后，用户需要对水箱1中的水温进行保温时，热水器接收执行保温模式指令，控制第二热泵系统启动，第一热泵系统不启动，这样依靠第一热泵系统的较低功率加热以保证水箱1中的水温不会降低，同时也降低了热能消耗。
进一步的，为了满足用户个性化的需求，针对用户的洗浴习惯，在用户洗浴之前就将热水准备好，本发明还包括预约加热模式，热水器接收执行预约模式指令，在预约时间内启动第一热泵系统，在预约时间外第一热泵系统不被执行。在预约时间段外，热水器根据用户指令决定是否启动第二热泵系统，当用户需要使用温水时，第二热泵系统启动，无需使用温水时，第二热泵系统不启动，减少高功率热泵系统的运行次数，同时又能满足居民日常温水的用水需求。
进一步的，为了保证高温热水的快速加热，本发明的热泵热水器还包括快速加热模式，，热水器接收执行快速加热模式指令，控制第一热泵系统和第二热泵系统同时启动，在最短的时间内将水箱1中的水加热至高温热水。
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作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，所述热水器包括多个热泵系统，所述多个热泵系统独立运行或同时运行。
2.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述第一热泵系统流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点。
3.根据权利要求1或2所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述热水器还包括水箱，所述第一热泵系统与所述水箱塑封成一体内机，所述第二热泵系统独立设置于一体内机的外部。
4.一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述热泵热水器包括多个热泵系统，所述控制方法为控制多个热泵系统独立运行或同时运行。
5.根据权利要求4所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述热泵热水器包括第一热泵系统和第二热泵系统，所述第一热泵系统流通第一冷媒，所述第二热泵系统流通第二冷媒，所述第一冷媒的沸点高于第二冷媒的沸点，所述第一热泵系统用于制取热水，所述第二热泵系统用于制取温水。
6.根据权利要求5所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，当热水器接收执行制取热水指令时，控制第一热泵系统启动；当热水器接收执行制取温水指令时，控制第二热泵系统启动。
7.根据权利要求5所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，当热水器接收执行制取热水指令时，控制第二热泵系统启动，当达到预设水温T温时，停止第二热泵系统加热，并控制第一热泵系统启动，当达到预设水温T热时，停止第一热泵系统加热。
8.根据权利要求5所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述热水器包括保温模式，热水器接收执行保温模式指令，控制第二热泵系统启动。
9.根据权利要求5-8任意所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述热水器包括预约加热模式，热水器接收执行预约模式指令，在预约时间内启动第一热泵系统，在预约时间外，根据用户指令决定是否启动第二热泵系统。
10.根据权利要求9所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述热水器包括快速加热模式，热水器接收执行快速加热模式指令，控制第一热泵系统和第二热泵系统同时启动。
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