CN111380212A - 热水器及热水器的控制方法 - Google Patents

热水器及热水器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热水器领域，特别涉及热水器及热水器的控制方法。热水器的水箱内设置第一箱胆和第二箱胆；第一箱胆填充第一相变材料，第二箱胆填充第二相变材料；水箱的供水管路按水流方向依次穿过第一箱胆和第二箱胆；第一箱胆内还设置冷凝换热器；第二箱胆内设置蓄热循环水路，蓄热循环水路上设置加热器；第一相变材料的相变温度点小于第二相变材料的相变温度点。本发明采用蓄热量比较高的相变材料，相变材料固态和液态之间转化的潜热用来加热水，降低了水箱的体积。利用两种不同相变温度点的相变材料，热泵系统的冷凝换热器和相变温度低的进行换热，而利用电加热给高相变温度的材料进行换热，实现高低换热系统，保证热水器可靠性，满足水温高要求。

Description

热水器及热水器的控制方法
技术领域
本发明涉及热水器领域，特别是涉及热水器及热水器的控制方法。
背景技术
目前家用壁挂空气能热水器，一般是根据水的比热容储热的特征，热泵系统对水箱中的水进行加热，水温从低加热到用户的设定温度，出水温度受到热泵系统冷凝温度的限制，因为在较高冷凝温度下，热泵运行效率比较低。而且在需要水量比较多的时候，水箱的体积会比较大，重量也较重。利用相变材料的高储热密度及吸放热稳定等特性，可以大大降低传统储水型热水器的体积及重量，但是相变材料的高储热特性就要求了热泵系统在高冷凝温度下长时间运行，造成整个系统的能效就会拉低，且热水器的出水温度也会受到热泵冷凝温度的限制。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种热水器及其控制方法，解决上述的至少一个问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种热水器，其水箱内设置彼此隔开的第一箱胆和第二箱胆；所述第一箱胆内填充第一相变材料，第二箱胆内填充第二相变材料；所述水箱的供水管路按水流方向依次穿过所述第一箱胆和所述第二箱胆；
所述第一箱胆内还设置冷凝换热器，所述冷凝换热器设置冷媒气体进口和冷媒液体出口；
所述第二箱胆内还设置蓄热循环水路，所述蓄热循环水路上设置加热器。
在一些实施例中，优选为，所述供水管路的出水端设置混水阀，所述混水阀与所述供水管路的进水端通过混水管相连，所述混水管设置于所述水箱外。
在一些实施例中，优选为，在所述水箱内，所述第一箱胆和所述第二箱胆之外设置保温层。
在一些实施例中，优选为，所述供水管路与所述冷凝换热器交叉接触。
在一些实施例中，优选为，所述供水管路与所述蓄热循环水路交叉接触。
在一些实施例中，优选为，所述的热水器还包括：压缩机、四通阀、蒸发器，所述压缩机、所述四通阀、所述蒸发器、所述冷凝换热器构成冷媒流通循环回路，其中，所述冷凝换热器的冷媒液体出口与所述蒸发器相连。
在一些实施例中，优选为，所述的热水器还包括：蓄热水箱，所述蓄热水箱设置于所述蓄热循环水路上，所述加热器安装于所述蓄热水箱内。
在一些实施例中，优选为，所述第一箱胆设置第一测温元件，以测定第一相变材料的温度；所述第二箱胆设置第二测温元件，以测定第二相变材料的温度；所述蓄热循环水路上设置第三测温元件，以测定所述蓄热循环水路中的水温；
所述第一相变材料的相变温度点小于所述第二相变材料的相变温度点。
本发明还提供了一种所述的热水器的控制方法，其包括：
获取所述热水器的出水设置温度Ts、第一相变材料的温度值T5和第二相变材料的温度值T15；
将所述出水设置温度Ts分别与第一相变材料的相变温度点T1、第二相变材料的相变温度点T2相比；
当Ts＜T1，且T5＜Ts，冷凝换热器所在的热泵系统的压缩机启动，冷媒在所述冷凝换热器中流动，加热所述第一相变材料至第一相变材料的相变温度点T1以上，且维持第一预设时间；
当T2＞Ts≥T1时，若T5＜T1，冷凝换热器所在的所述热泵系统的压缩机启动，冷媒在所述冷凝换热器中流动，加热第一相变材料至第一预设条件后停止；若T15＜T2，则加热器启动，加热第二相变材料至第二预设条件后停止。
在一些实施例中，优选为，所述第一预设条件为：第一相变材料的温度达到其相变温度点T1，且维持第一预设时间；
所述第二预设条件为：第二相变材料的温度达到相变温度点T2，且维持第二预设时间。
在一些实施例中，优选为，当所述加热器启动后，所述加热器的控制方法还包括：检测蓄热循环水路的温度值，当蓄热循环水路达到第三预设温度值，加热器停止。
(三)有益效果
本发明提供的技术方案在水箱中设置两个箱胆，分别填充不同的相变温度的相变材料，采用蓄热量比较高的相变材料，相变材料固态和液态之间转化的潜热可用来给加热水，降低了水箱的体积。利用两种不同相变温度点的相变材料，热泵系统的冷凝换热器和相变温度低的进行换热，而利用电加热给高相变温度的材料进行换热，从而实现了高低换热系统，保证了热泵系统的运行可靠性及能效，也能保证用户高用水温度的需求。
附图说明
图1为本发明一个实施例中热水器的结构示意图；
图2为本发明一个实施例中热水器的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，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，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。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。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。“当前”在执行某动作之时的时刻，文中出现多个当前，均为随时间流逝中实时记录。
由于目前热水器应用中存在的各种问题，本发明给出热水器及其控制方法。
下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。
一种热水器，如图1所示，其包括了热泵系统和加热系统，热泵系统中包括压缩机、蒸发器、冷凝换热器和四通阀，这四个部件形成冷媒流动的循环回路，冷媒气体流入冷凝换热器，冷凝换热器的冷媒液体出口与蒸发器相连。在该循环回路上可设置节流部件。加热系统是采用电加热器或燃气加热器对水进行加热(后文以电加热器进行描述)。设置有热泵系统和加热系统的热水器，其主体结构水箱内设置了第一箱胆、第二箱胆，当然在其他的实施例中还可以设置更多个箱胆，而本实施例中采用两个箱胆是最基本的设置。第一箱胆和第二箱胆彼此隔开，形成两个独立的空间。
其中，第一箱胆内填充第一相变材料5，第二箱胆内填充第二相变材料15；第一相变材料5的相变温度点T1小于第二相变材料15的相变温度点T2。本技术通过相变材料的固态、液态转换实现放热、吸热的转换，为流过的水进行加热，有效节省了水箱的空间体积。
待加热的水自供水管路送入水箱，水箱的供水管路按水流方向依次穿过第一箱胆和第二箱胆；为了增加供水管路中水的换热效果，供水管路可以蛇形或折线形等各种形式的排布方式增加其在水箱内的长度，以提高换热水量和换热能量。
为了对第一相变材料5、第二相变材料15进行换热，促使其固态向液态转换，热泵系统的冷凝换热器设置于第一箱胆内，且与第一相变材料充分接触，冷凝换热器设置冷媒气体进口和冷媒液体出口，在一些实施例中，冷凝换热器中的冷媒热量会与第一相变材料进行换热，对第一相变材料的温度进行提升。另外，第二箱胆内还设置蓄热循环水路14，蓄热循环水路14上设置电加热器，当电加热器运行时，对蓄热循环水路14中的水进行加热，在第二箱胆内蓄热循环水路14中流动的水对第二相变材料15进行加热，促使其从固态向液态转换。在一些实施例中，供水管路16与冷凝换热器交叉接触。供水管路与蓄热循环水路交叉接触，以提高换热效果，并减少占用空间。
液态的第一相变材料5和第二相变材料15均用于向固态转换，与供水管路16中的水进行换热，实现加热水的目的。
为了避免第一箱胆、第二箱胆换热时对外散热，在水箱内，第一箱胆和第二箱胆之外设置保温层。保温层分别包住第一箱胆、第二箱胆，减少第一箱胆、第二箱胆内的热量散失。另外，在水箱内，第一箱胆和第二箱胆之外设置保温层。
在一些实施例中，在供水管路16的出水端设置混水阀22，混水阀22与供水管路16的进水端通过混水管相连，混水管设置于水箱外。用户可在混水阀22设置使用温度TS，其中TS可以设定的最低值为系统预设T预设1，最高值为T预设2，其中，T预设1＜T1＜T预设2＜T2。
为了向蓄水循环水路14中提供更充足的水量，在该电加热器的水箱旁边，或者第一箱胆、第二箱胆旁边还设置了蓄热水箱，蓄热水箱设置于蓄热循环水路14上，蓄热循环水路的水流入蓄热水箱，并从蓄热水箱中重新抽取水。在该蓄热循环水路14上还可设置水泵，以提高水流速度，水流速度越快，换热效果越好。电加热器安装于蓄热水箱内，加热器对蓄热水箱中的水进行加热。
另一方面，为了更好的控制本申请中加热器的加热状态，了解加热器内的温度值，第一箱胆设置第一测温元件18，以测定第一相变材料5的温度；第二箱胆设置第二测温元件8，以测定第二相变材料15的温度；蓄热循环水路14上设置第三测温元件21，以测定蓄热循环水路14中的水温。
第一测温元件18、第二测温元件8、第三测温元件21均与电加热器的控制器连接，将采集温度值上传到控制器，控制器进行数值比较后，然后根据比较结果生成热泵系统和/或电加热器的启动指令，以及根据温度值及时关闭热泵系统和/或电加热器，以维持加热器正常、安全运转。
本发明还提供了一种热水器的控制方法，如图2所示，其包括：
步骤110，获取热水器的出水设置温度Ts、第一相变材料的温度值T5和第二相变材料的温度值T15；
步骤120，将出水设置温度Ts分别与第一相变材料的相变温度点T1、第二相变材料的相变温度点T2相比；
步骤130，根据比较结果，生成冷凝换热器启动/关闭(即热泵系统启动/关闭)和/或加热器的启动/关闭。
具体为：
当Ts＜T1，且T5＜Ts时，冷凝换热器所在的热泵系统的压缩机启动，冷媒在冷凝换热器中流动，加热第一相变材料至第一相变材料的相变温度点T1以上，且维持第一预设时间；
当T2＞Ts≥T1时，若T5＜T1，冷凝换热器所在的热泵系统的压缩机启动，冷媒在冷凝换热器中流动，加热第一相变材料至第一预设条件后停止，在一些实施例中，第一预设条件为：第一相变材料的温度达到其相变温度点T1+A，且维持第一预设时间；若T15＜T2，则电加热器启动，加热第二相变材料至第二预设条件后停止，在一些实施例中，第二预设条件为：第二相变材料的温度达到相变温度点T2+A，且维持第一预设时间。需要说明下，第一预设时间为泛指，在一些实施例中各加热阶段的第一预设时间可不同。
另外，基于上述的控制方法，还需要考虑电加热器安全运行的判断标准，即当电加热器启动后，电加热器的控制方法还需要检测蓄热循环水路的温度值，当蓄热循环水路达到第三预设温度值，电加热器停止。
接下来，本申请将给出一个具体的实施例，并给出该加热器的具体控制方法。
一种相变蓄能空气能热水器，如图1所示，所述相变蓄能空气能热水器包含热泵系统1、水箱3；其中热泵系统1部分包含有压缩机、四通阀、蒸发器、风机及控制部分；水箱上有进水口19、出水口13、及检修口12；其中水箱内部包含有第一箱胆4及第二箱胆7、蓄热水箱9；中间填充有保温发泡层6、蓄热水箱9内部布置有加热器10及第三测温元件21、外部有水泵11；第二箱胆7中有供水管路16、蓄热循环水路14，及均匀填充在两水路之间的第二相变材料15、第二测温元件8设置在第二箱胆7的中部，用于检测第二相变材料15的温度；第一箱胆4中有进水循环水路16，热泵系统的冷凝换热器17，冷凝换热器上部为冷媒进气管2，进气管和压缩机的排气口相连，冷凝换热器下部为冷凝器的冷媒出管20，和蒸发器相连，中间串有节流部件；第一相变材料5均匀填充在第一箱胆4中，第一测温元件18在第一箱胆4的中部，用于检测第一箱胆4中第一相变材料5的温度；循环水路16和冷凝换热器及蓄热水路交叉布置，最大限度的增强换热效果；出水口接有混水阀22，混水阀22和热水器的出水口及水箱进水口相连，用户可以在上面设置使用温度TS，其中TS可以设定的最低值为系统预设T预设1，最高值为T预设2。
第一相变材料5的相变温度点T1小于第二相变材料15的相变温度点T2。
其中T预设1＜T1＜T预设2＜T2。
如图2所示，加热器的控制方法包括：
用户正常使用时，第一测温元件18用于检测第一相变材料5的温度T5，第二测温元件8用于检测第二相变材料15的温度T15，系统实时检测用户设定温度TS，设定温度决定了热泵系统及蓄热水箱是否运行。当用户设定温度TS小于第一相变材料5的相变温度点T1时，若温度T5＜TS，热泵系统部分的压缩机启动运行，待第一相变材料5的温度T5温度达到T1+A维持第一预设时间时，压缩机停止运行。
当设定温度TS大于第一相变材料5的相变点温度T1小于第二相变材料15的相变点温度T2时，系统检测第一及第二相变材料的温度T5和T15，若T5＜T1，则热泵系统部分的压缩机运行，待第一相变材料5的温度T5温度达到T1+A维持第一预设时间时，压缩机停止运行；若T15＜T2则电加热组件开启运行，待第二相变材料15的温度T15达到T2+A维持第一预设时间时，电加热器停止运行。
第三测温元件21用于检测蓄热水箱的温度，当水箱温度达到第三预设温度值时，电加热组件断电，保证用电安全。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热水器，其特征在于，其水箱内设置彼此隔开的第一箱胆和第二箱胆；所述第一箱胆内填充第一相变材料，第二箱胆内填充第二相变材料；所述第一相变材料的相变温度点小于所述第二相变材料的相变温度点；
所述水箱的供水管路按水流方向依次穿过所述第一箱胆和所述第二箱胆；
所述第一箱胆内还设置冷凝换热器，所述冷凝换热器设置冷媒气体进口和冷媒液体出口；
所述第二箱胆内还设置蓄热循环水路，所述蓄热循环水路上设置加热器。
2.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述供水管路的出水端设置混水阀，所述混水阀与所述供水管路的进水端通过混水管相连，所述混水管设置于所述水箱外。
3.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，在所述水箱内，所述第一箱胆和所述第二箱胆之外设置保温层。
4.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述供水管路与所述冷凝换热器交叉接触；
和/或，
所述供水管路与所述蓄热循环水路交叉接触。
5.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，还包括：压缩机、四通阀、蒸发器，所述压缩机、所述四通阀、所述蒸发器、所述冷凝换热器构成冷媒流通循环回路，其中，所述冷凝换热器的冷媒液体出口与所述蒸发器相连。
6.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，还包括：蓄热水箱，所述蓄热水箱设置于所述蓄热循环水路上，所述加热器安装于所述蓄热水箱内。
7.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述第一箱胆设置第一测温元件，以测定第一相变材料的温度；所述第二箱胆设置第二测温元件，以测定第二相变材料的温度；所述蓄热循环水路上设置第三测温元件，以测定所述蓄热循环水路中的水温。
8.一种权利要求1-7任一项所述的热水器的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述热水器的出水设置温度Ts、第一相变材料的温度值T5和第二相变材料的温度值T15；
将所述出水设置温度Ts分别与第一相变材料的相变温度点T1、第二相变材料的相变温度点T2相比；
当Ts＜T1，且T5＜Ts，冷凝换热器所在的热泵系统的压缩机启动，冷媒在所述冷凝换热器中流动，加热所述第一相变材料至第一相变材料的相变温度点T1以上，且维持第一预设时间；
当T2＞Ts≥T1时，若T5＜T1，冷凝换热器所在的所述热泵系统的压缩机启动，冷媒在所述冷凝换热器中流动，加热第一相变材料至第一预设条件后停止；若T15＜T2，则加热器启动，加热第二相变材料至第二预设条件后停止。
9.如权利要求8所述的热水器的控制方法，其特征在于，所述第一预设条件为：第一相变材料的温度达到其相变温度点T1+A，且维持第一预设时间；
所述第二预设条件为：第二相变材料的温度达到相变温度点T2+B，且维持第一预设时间。
10.如权利要求8所述的热水器的控制方法，其特征在于，当所述加热器启动后，所述加热器的控制方法还包括：检测蓄热循环水路的温度值，当蓄热循环水路达到第三预设温度值，加热器停止。
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