CN111947303A - 空气源热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

空气源热泵热水器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气源热泵热水器及其控制方法，其中，该热水器包括：热泵水箱，包括水箱换热器和热泵箱体，水箱换热器用于加热热泵箱体内的水；其中，水箱换热器为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机；电加热装置，与热泵水箱连接，用于对热泵水箱加热后的水进行进一步加热。本发明解决了现有技术中空气源热水器加热温度低需要依靠电加热制取热水，能耗较高的问题，降低了热水器能耗，节能环保。

Description

空气源热泵热水器及其控制方法
技术领域
本发明涉及热水器技术领域，具体而言，涉及一种空气源热泵热水器及其控制方法。
背景技术
热水壶或具有热水功能的净水机、饮水机等家电已经成为现代家庭中不可或缺的器具，这些热水器普遍采用电加热，但存在电加热效率低(小于1)，能耗高的问题。
现有技术中已有使用空气源热泵配合电热水器加热的热水器，然而由于热泵的特性，现有的普通家用热泵热水器水温最多加热至60℃-70℃，若加热温度再升高，热泵系统压力高、排气高，不可靠且能效低，只能依靠电加热，而电加热效率低，非常耗电。
针对相关技术中空气源热水器加热温度低需要依靠电加热制取热水，能耗较高的问题，目前尚未提出有效地解决方案。
发明内容
本发明提供了一种空气源热泵热水器及其控制方法，以至少解决现有技术中空气源热水器加热温度低需要依靠电加热制取热水，能耗较高的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种热水器，包括：热泵水箱，包括水箱换热器和热泵箱体，水箱换热器用于加热热泵箱体内的水；其中，水箱换热器为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机；电加热装置，与热泵水箱连接，用于对热泵水箱加热后的水进行进一步加热。
进一步地，水箱换热器用于将热泵水箱内的水加热至第一预设温度，电加热装置用于将第一预设温度的水加热至第二预设温度；其中，第一预设温度≥90℃，第二预设温度≥100℃。
进一步地，电加热装置为即热式饮水龙头，与热泵水箱的出水口连接，通过电热元件对进入饮水龙头的水进行加热后输出热水。
进一步地，电加热装置为电热水箱，包括电热元件和电热箱体；其中，电热箱体与热泵水箱的出水口连接；电热元件位于电热箱体的底部。
进一步地，电加热装置还包括：饮水龙头，与电热箱体连接，用于输出电热箱体内的热水；排气口，位于电热箱体顶部；水位开关，位于电热箱体内部。
进一步地，还包括：出水感温包，位于热泵水箱的出水口，用于检测热泵水箱的出水温度；电磁阀，位于热泵水箱和电热水箱之间，用于控制热泵水箱内的水进入电热水箱。
进一步地，电加热装置为电热元件，位于热泵箱体的外部。
进一步地，热泵水箱包括：隔板，位于热泵箱体内部，用于将热泵箱体分隔为第一部分和第二部分；其中，热泵水箱的进水口位于第一部分的顶部，热泵水箱的出水口位于第二部分的顶部。
进一步地，热泵箱体为上开式水箱；热泵水箱包括：出水管和给水装置，用于通过挤压给水。
进一步地，还包括：第一安全阀，位于热泵水箱的出水口；第二安全阀，位于热泵水箱的排气口。
进一步地，热泵水箱还包括：排水口，位于热泵箱体的底部。
进一步地，空气源热泵系统还包括增焓支路，一端与闪蒸器连接，另一端与双级压缩机的喷焓口连接。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种热水器控制方法，包括：检测热泵水箱的出水水温；获取热泵水箱的启动温差；根据出水水温和启动温差控制空气源热泵系统的开关。
进一步地，根据出水水温和启动温差控制空气源热泵系统的开关，包括：在出水温度＜第一预设温度-启动温差时，控制空气源热泵系统开启；在出水温度≥第一预设温度时，控制空气源热泵系统关闭。
进一步地，还包括：检测热泵水箱的水位开关的状态；其中，水位开关的状态至少包括：低水位状态和高水位状态；在水位开关处于低水位状态时，控制电磁阀开启；其中，所示电磁阀位于热泵水箱和电热水箱之间，用于控制热泵水箱内的水进入所示电热水箱；在水位开关处于高水位状态时，控制电磁阀关闭。
进一步地，在控制空气源热泵系统关闭之后，还包括：开启电加热装置，将第一预设温度的水加热至第二预设温度。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的热水器控制方法。
在本发明中，提出一种以热泵加热为主、电加热为辅的热水器，水箱换热器为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机，电加热装置对热泵水箱加热后的水进行进一步加热以制取热水。对比普通热泵系统，本发明采用双级压缩机的热泵系统，加热温度可高达90℃，且能效比大于1，比电加热更省电。因此，本发明的热水器大大提升了热水器的性能，降低了生活饮用热水能耗，具有节能环保的有益效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例的热水器的一种可选的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的热水器的另一种可选的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的热水器的又一种可选的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的热水器的又一种可选的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的空气源热泵系统的一种可选的原理图；以及
图6是根据本发明实施例的热水器控制方法的一种可选的流程图。
附图标记说明：
1、热泵水箱；2、水箱换热器；3、热泵箱体；4、双级压缩机；5、即热式饮水龙头；6、电热元件；7、电热箱体；8、出水口；9、饮水龙头；10、排气口；11、水位开关；12、进水口；13、出水感温包；14、电磁阀；15、隔板；16、第一安全阀；17、第二安全阀；18、排水口；19、闪蒸器；20、喷焓口；21、出水管；22、给水装置；23、弹簧；24、水箱盖；25、一级节流装置；26、二级节流装置；27、空气侧换热器；28、电机及风叶；29、喷焓电磁阀。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
在本发明优选的实施例1中提供了一种热水器，具体地，图1示出该热水器的一种可选的结构示意图，如图1所示，该热水器包括：
热泵水箱1，包括水箱换热器2和热泵箱体3，水箱换热器2用于加热热泵箱体3内的水；其中，水箱换热器2为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机4；
电加热装置，与热泵水箱1连接，用于对热泵水箱1加热后的水进行进一步加热。
在上述实施方式中，提出一种以热泵加热为主、电加热为辅的热水器，水箱换热器为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机，电加热装置对热泵水箱加热后的水进行进一步加热以制取热水。对比普通热泵系统，本发明采用双级压缩机的热泵系统，加热温度可高达90℃，且能效比大于1，比电加热更省电。因此，本发明的热水器大大提升了热水器的性能，降低了生活饮用热水能耗，具有节能环保的有益效果。
由于采用了双级压缩机，加热温度可高达90℃，因此，水箱换热器2用于将热泵水箱1内的水加热至第一预设温度，第一预设温度≥90℃；之后，电加热装置用于将第一预设温度的水加热至第二预设温度；其中，第二预设温度≥100℃。通过两级加热，将出水加热至100℃及以上，用于生活饮用水。该系统可与热水壶或净水器相结合，根据用户的需求对水侧加热系统灵活设计。可选的实施方式如下所示：
在本发明一个优选的实施方式中，如图1所示，电加热装置为即热式饮水龙头5，与热泵水箱1的出水口8连接，通过即热式饮水龙头5对从热泵水箱1输出的热水进行加热后输出饮用水。水侧加热系统由热泵水箱1、安全阀16、即热式饮水龙头5(电加热装置)及其管路等组成。其中热泵水箱1采用闭式结构，具有进水口12(位于水箱下部)、出水口8、排水口18、出水感温包13。系统控制器检测到T出水≥90℃时，热泵系统停止运行，反之，当T出水＜90℃-启动温差时，热泵系统开启。其中，启动温差可根据用户的用水频率灵活设置，用水频繁时，启动温差取小值，例如可设为2℃；用水频率小时，启动温差取大值。用户也可以设置预约热水(系统控制器根据用户预约用水时间提前开启热泵系统加热，提前烧好热水供用户使用)、定时开关机(系统控制器根据用户设定的开机或关机时间开启热泵系统)，用户用水时，即热式饮水龙头5将水温快速从90℃加热至100℃供用户使用。热泵水箱1的进水可来自于净水器净化水或自来水，该系统不配置缓冲水箱，适用于家用或小型商用场所。
在本发明另一个优选的实施方式中，电加热装置为电热水箱，包括电热元件6和电热箱体7；其中，电热箱体7与热泵水箱1的出水口8连接；电热元件6位于电热箱体7的底部。如图2所示，水侧加热系统由热泵水箱1、电热水箱(缓冲水箱)、安全阀16、电磁阀14、水位开关11、饮水龙头9及其管路等组成。其中热泵水箱1采用闭式结构，与图1所示的热泵水箱1配置相同。系统需额外配置电磁阀14、电热水箱、水位开关11等部件，电热水箱作为缓冲水箱，热泵水箱1将水温加热至90℃，电热水箱中电热元件6将水温从90℃加热至100℃。空气源热泵系统开启条件：T出水＜90℃-启动温差；空气源热泵系统关闭条件：T出水≥90℃。电磁阀14开启条件：或电热水箱水位开关11处于低水位；电磁阀14关闭条件：电热水箱水位开关11处于高水位。热泵水箱1的进水可来自于净水器净化水或自来水，该系统适用于热水使用量大，用水时间固定的商用场所，如车站、学校、工厂、部队、饭店，旅馆等。
图3示出本发明又一个优选的热水器的实施方式，如图3所示，水侧加热系统采用开式结构，其中水箱换热器2和电热元件6位于热泵箱体3(水箱内胆)外部，隔板15、水位开关11位于水箱内胆内部。进水口12、排气口10位于水箱内胆顶部，出水口8位于水箱内胆上部。水箱换热器2将水温加热至90℃，电热元件6将水温从90℃加热至100℃。空气源热泵系统开启条件：T出水＜90℃-启动温差；空气源热泵系统关闭条件：T出水≥90℃。电热元件6开启条件：90℃≤T出水＜100℃；电热元件6关闭条件：T出水≥100℃。热泵水箱1的进水可来自于净水器净化水或自来水，该系统同样适用于热水使用量大，用水时间固定的商用场所。
在本发明又一个优选的实施方式中，若热水器用于普通家用场所，热泵水箱1可设计成图4所示的结构，其包括水箱换热器2和电热元件6、水温感温包13、水箱盖(防烫)24、给水装置22(防烫)。用户需要烧水时，打开水箱盖(防烫)，往水箱注入冷水(冷水量不能低于出水温感温包位置)，空气源热泵系统将水温加热至90℃，电热元件6将水温从90℃加热至100℃。空气源热泵系统开启条件：T出水＜90℃-启动温差；空气源热泵系统关闭条件：T出水≥90℃。电热元件6开启条件：90℃≤T出水＜100℃；电热元件6关闭条件：T出水≥100℃。用户需用水时，盖上水箱盖(防烫)，挤压给水装置22(防烫)取水。
如前所述，本发明的热水器以热泵加热为主、电加热为辅的小型空气源热泵热水系统，该系统可与热水壶或净水器相结合，大大降低了生活饮用热水能耗。同时，根据用户的需求，水侧加热系统灵活设计。空气源热泵系统水箱换热器2采用外盘形式，冷媒管与水管间接接触，水箱换热器2不易结垢，比普通热泵热水器水质更洁净。
图5示出本发明的空气源热泵系统，包括压缩机4、热泵水箱1、一级节流装置25、闪蒸器19、二级节流装置26、喷焓电磁阀14、空气侧换热器27、电机及风叶28、四通阀等。所述热泵水箱1位于水侧加热系统内，所述压缩机4、一级节流装置25、闪蒸器19、二级节流装置26、空气侧换热器27、电机及风叶28、水侧加热系统等设计成一个整体(由于空气源热泵(饮用)热水系统设计为整体式，在室内安装，若用户在环境温度较高的热带或亚热带地区可不设计四通阀用作空气侧换热器换向除霜)。
该系统以空气源热泵加热为主(如加热至90℃)，电加热加热为辅(加热至100℃)。水箱换热器2采用外盘式换热器，热泵热水系统采用补气系统，压缩机采用双级增焓变频压缩机。由于热泵的特性，现有的普通家用热泵热水器水温最多加热至60℃-70℃，若加热温度再升高，热泵系统压力高、排气高，不可靠且能效低，只能依靠电加热，而电加热效率小于1，非常耗电。本发明用双级补气增焓热泵系统，加热温度可高达90℃(采用R134a冷媒)，且能效比大于1，比电加热更省电。
热泵加热时，系统控制器根据室外环境温度、水温等条件判断是否需要开启喷焓电磁阀进行补气。喷焓电磁阀关闭时，从压缩机出来的高温高压气态制冷剂，经过四通阀进入热泵水箱1，通过水箱换热器2放热给水箱内的水后降温，经过一级节流装置和闪蒸器19后进入二级节流装置降温降压，再进入室外换热器吸热，变成低温制冷剂蒸气后被压缩机吸入，如此往复循环；喷焓电磁阀开启时，从压缩机出来的高温高压气态制冷剂，通过四通阀进入热泵水箱1，经过水箱换热器2放热给水箱内的水后降温，经过一级节流装置节流降压成为气液两相制冷剂进入闪蒸器19，从闪蒸器19出来的制冷剂分为主、辅两路，气体(辅路)进入压缩机喷焓口，主路的制冷剂液体则经二级节流装置降压后进入空气侧换热器，变成低温制冷剂蒸气后被压缩机吸入。主路制冷剂经过压缩后和辅路的制冷剂在压缩机工作腔内混合，经进一步压缩后排出压缩机，如此往复循环。
实施例2
基于上述实施例1中提供的热水器，在本发明优选的实施例2中还提供了一种控制方法，具体地，图6示出该方法的一种可选的流程图，如图6所示，该方法包括如下步骤S602-S606：
S602：检测热泵水箱的出水水温；
S606：获取热泵水箱的启动温差；
S606：根据出水水温和启动温差控制空气源热泵系统的开关。
在上述实施方式中，提出一种以热泵加热为主、电加热为辅的热水器，水箱换热器为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机，电加热装置对热泵水箱加热后的水进行进一步加热以制取热水。对比普通热泵系统，本发明采用双级压缩机的热泵系统，加热温度可高达90℃，且能效比大于1，比电加热更省电。因此，本发明的热水器大大提升了热水器的性能，降低了生活饮用热水能耗，具有节能环保的有益效果。
根据出水水温和启动温差控制空气源热泵系统的开关，包括：在出水温度＜第一预设温度-启动温差时，控制空气源热泵系统开启；在出水温度≥第一预设温度时，控制空气源热泵系统关闭。在控制空气源热泵系统关闭之后，还包括：开启电加热装置，将第一预设温度的水加热至第二预设温度。
除了控制水箱换热器，本方法还包括控制电磁阀的如下过程：检测热泵水箱的水位开关的状态；其中，水位开关的状态至少包括：低水位状态和高水位状态；在水位开关处于低水位状态时，控制电磁阀开启；其中，所示电磁阀位于热泵水箱和电热水箱之间，用于控制热泵水箱内的水进入所示电热水箱；在水位开关处于高水位状态时，控制电磁阀关闭。
实施例3
基于上述实施例2中提供的热水器控制方法，在本发明优选的实施例3中还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如上述的热水器控制方法。
在上述实施方式中，提出一种以热泵加热为主、电加热为辅的热水器，水箱换热器为空气源热泵系统内的冷凝器，空气源热泵系统采用双级压缩机，电加热装置对热泵水箱加热后的水进行进一步加热以制取热水。对比普通热泵系统，本发明采用双级压缩机的热泵系统，加热温度可高达90℃，且能效比大于1，比电加热更省电。因此，本发明的热水器大大提升了热水器的性能，降低了生活饮用热水能耗，具有节能环保的有益效果。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (17)

1.一种热水器，其特征在于，包括：
热泵水箱(1)，包括水箱换热器(2)和热泵箱体(3)，所述水箱换热器(2)用于加热所述热泵箱体(3)内的水；其中，所述水箱换热器(2)为空气源热泵系统内的冷凝器，所述空气源热泵系统采用双级压缩机(4)；
电加热装置，与所述热泵水箱(1)连接，用于对所述热泵水箱(1)加热后的水进行进一步加热。
2.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述水箱换热器(2)用于将所述热泵水箱(1)内的水加热至第一预设温度，所述电加热装置用于将所述第一预设温度的水加热至第二预设温度；其中，所述第一预设温度≥90℃，所述第二预设温度≥100℃。
3.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述电加热装置为即热式饮水龙头(5)，与所述热泵水箱(1)的出水口(8)连接，通过所述即热式饮水龙头(5)对从所述热泵水箱(1)输出的热水进行加热后输出饮用水。
4.根据权利要求2所述的热水器，其特征在于，所述电加热装置为电热水箱，包括电热元件(6)和电热箱体(7)；其中，所述电热箱体(7)与所述热泵水箱(1)的出水口(8)连接；所述电热元件(6)位于所述电热箱体(7)的底部。
5.根据权利要求4所述的热水器，其特征在于，所述电加热装置还包括：
饮水龙头(9)，与所述电热箱体(7)连接，用于输出所述电热箱体(7)内的热水；
排气口(10)，位于所述电热箱体(7)顶部；
水位开关(11)，位于所述电热箱体(7)内部。
6.根据权利要求5所述的热水器，其特征在于，还包括：
出水感温包(13)，位于所述热泵水箱(1)的出水口(8)，用于检测所述热泵水箱(1)的出水温度；
电磁阀(14)，位于所述热泵水箱(1)和所述电热水箱之间，用于控制所述热泵水箱(1)内的水进入所述电热水箱。
7.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述电加热装置为电热元件(6)，位于所述热泵箱体(3)的外部。
8.根据权利要求7所述的热水器，其特征在于，所述热泵水箱(1)包括：
隔板(15)，位于所述热泵箱体(3)内部，用于将所述热泵箱体(3)分隔为第一部分和第二部分；其中，所述热泵水箱(1)的进水口(12)位于所述第一部分的顶部，所述热泵水箱(1)的出水口(8)位于所述第二部分的顶部。
9.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述热泵箱体(3)为上开式水箱；所述热泵水箱(1)包括：出水管(21)和给水装置(22)，用于通过挤压给水。
10.根据权利要求5所述的热水器，其特征在于，还包括：
第一安全阀(16)，位于所述热泵水箱(1)的出水口(8)；
第二安全阀(17)，位于所述热泵水箱(1)的排气口(10)。
11.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述热泵水箱(1)还包括：排水口(18)，位于所述热泵箱体(3)的底部。
12.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述空气源热泵系统还包括增焓支路，一端与闪蒸器(19)连接，另一端与所述双级压缩机(4)的喷焓口(20)连接。
13.一种热水器控制方法，应用于如权利要求1-12中任一项所述的热水器，其特征在于，包括：
检测热泵水箱的出水水温；
获取所述热泵水箱的启动温差；
根据所述出水水温和所述启动温差控制空气源热泵系统的开关。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述出水水温和所述启动温差控制空气源热泵系统的开关，包括：
在所述出水温度＜第一预设温度-所述启动温差时，控制所述空气源热泵系统开启；
在所述出水温度≥所述第一预设温度时，控制所述空气源热泵系统关闭。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
检测所述热泵水箱的水位开关的状态；其中，所述水位开关的状态至少包括：低水位状态和高水位状态；
在所述水位开关处于所述低水位状态时，控制电磁阀开启；其中，所示电磁阀位于所述热泵水箱和电热水箱之间，用于控制所述热泵水箱内的水进入所示电热水箱；
在所述水位开关处于高水位状态时，控制所述电磁阀关闭。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在控制所述空气源热泵系统关闭之后，还包括：
开启电加热装置，将所述第一预设温度的水加热至第二预设温度。
17.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求13至16中任一项所述的热水器控制方法。
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