CN111947487A - 换热器及热泵热水器机组控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了换热器及热泵热水器机组控制方法，所述换热器包括：第一集流管；第二集流管；第一微通道管，两端分别与第一集流管和第二集流管连接，形成第一换热流路；第二微通道管，两端分别与第一集流管和第二集流管连接，形成第二换热流路，第二微通道管位于第一微通道管的下方，第一换热流路的出口与第二换热流路的进口连通；阀组件连接在第一换热流路的进口与第二换热流路的进口之间，用于切换冷媒从所述第一换热流路的进口进入或者从所述第二换热流路的进口进入。本发明的换热器，可切换进行全胆加热和半胆加热，当半胆加热时，仅对内胆中下部的低温水进行加热，降低冷凝温度，提高了换热性能，同时还可以提高热水输出量。

Description

换热器及热泵热水器机组控制方法

技术领域

本发明属于制热水设备技术领域，具体地说，涉及一种换热器及热泵热水器机组控制方法。

背景技术

对于静态加热式热泵热水器，水箱中由于随温度升高密度变小，水箱上部分布的水温高于水箱下部，此种水箱出水的特点是层积式出水。用户在实际使用时，水箱下部进入冷水，冷水从水箱下部逐层把水箱上部的热水顶出去，水箱中水温是分层的。

热泵热水器加热一箱水需要几个小时，若水箱中全部热水用完后再启动加热会降低用户洗浴体验。目前市场上热泵热水器通常的做法是检测到水箱1/2或者1/3处是冷水时就启动加热，保证水箱中有充足的热水。

因此，在用户实际使用过程中，热泵热水器机组运行的状态基本上是水箱上部热水下部冷水，水温分层大。而传统水箱换热器是一个整体的换热器，在水温分层大的情况下，受到水箱上部高水温影响易造成冷凝温度高，换热效率差的问题。

发明内容

本发明针对现有热泵热水器进行半胆加热时加热上半胆，受到水箱上部高水温影响易造成冷凝温度高，导致换热效率差的问题，提出了一种换热器，进行半胆加热时对下半胆的低温水进行加热，提高换热效率。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种换热器，包括：

第一集流管；

第二集流管；

第一微通道管，其具有多根，两端分别与所述第一集流管和第二集流管连接，形成第一换热流路；

第二微通道管，其具有多根，两端分别与所述第一集流管和第二集流管连接，形成第二换热流路，所述第二微通道管位于所述第一微通道管的下方，所述第一换热流路的出口与所述第二换热流路的进口连通；

阀组件，其连接在所述第一换热流路的进口与所述第二换热流路的进口之间，用于切换冷媒从所述第一换热流路的进口进入或者从所述第二换热流路的进口进入。

进一步的，所述第一集流管上开设有：

第一端口，其与所述第一换热流路的进口连通，且通过第一连接管与冷媒进管连接；

第二端口，其与所述第二换热流路的进口连通，且通过第二连接管与所述冷媒进管连接；

所述阀组件包括第一电磁阀，所述第一电磁阀连接在所述冷媒进管和第二连接管之间。

进一步的，所述第一集流管还开设有：

第三端口，其与所述第一换热流路的出口连通，且通过第三连接管连接在所述第一电磁阀与第二连接管之间；

所述第一换热流路的进口与其出口之间通过第一中隔板隔断。

进一步的，所述第一换热流路的出口与所述第二换热流路的进口之间通过第二中隔板隔断，所述第二中隔板设置在所述第一集流管中，且位于所述第二端口和第三端口之间。

进一步的，所述第二集流管中设置有用于将所述第一换热流路和第二换热流路隔断的第三中隔板。

进一步的，所述第二集流管的底部开设有与所述第二换热流路的出口连通的冷媒出口，所述冷媒出口与冷媒出管连接。

进一步的，所述第一微通道管和第二微通道管分别并排布置，所述第一换热流路的高度为所述第二换热流路的高度的1/3～1/2。

进一步的，所述第一换热流路位于水箱的3/5～4/5高度处，所述第二换热流路位于内胆的底部至1/2高度处。

本发明同时提出了一种热泵热水器机组控制方法，所述热泵热水器机组包括内胆和前面任一条所记载的换热器，所述换热器设置在所述内胆上，所述控制方法包括：

检测所述内胆中与所述第一微通道管所对应位置处的第一水温T1；

检测所述内胆中与所述第二微通道管所对应位置处的第二水温T2；

根据所述第一水温T1和第二水温T2，控制所述阀组件，切换冷媒从所述第一换热流路的进口进入或者从所述第二换热流路的进口进入。

进一步的，还包括计算温差步骤：温差△T=T1-T2;

当△T＞a时，控制所述阀组件，使得冷媒从所述第二换热流路的进口进入；

当△T≤a时，控制所述阀组件，使得冷媒从所述第一换热流路的进口进入；

a为大于0的设定阈值。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的换热器，可切换进行全胆加热和半胆加热，当半胆加热时，仅对内胆中下部的低温水进行加热，降低冷凝温度，提高了换热性能，同时还可以提高热水输出量。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 是本发明所提出的热泵热水器机组的一种实施例的系统原理图；

图2是本发明所提出的换热器的一种实施例的结构示意图；

图3是图2中换热器的各换热流路的结构示意图；

图4是本发明所提出的热泵热水器机组控制方法的一种实施例流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

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

热泵热水器通常包括水箱和冷媒回路，如图1所示，冷媒回路中连接有压缩机11、换热器20、节流装置13和蒸发器14等，水箱则包括设置在外侧的外壳和设置在外壳中的内胆15，内胆15和外壳之间还可以填充有保温材料。压缩机11压缩冷媒在冷媒回路中循环，冷媒在经过蒸发器14时蒸发吸热，经过换热器20时冷凝放热。对于热泵热水器而言，换热器20设置在内胆15上，可以盘设在内胆15的外侧，也可以设置在内胆15的内侧，用于释放热量来加热内胆15中的存水。

本实施例的换热器20，尤其适用于盘设在热泵热水器的内胆上作为冷凝器使用，如图所示，包括第一集流管201、第二集流管202、第一微通道管203、第二微通道管204以及阀组件，第一微通道管203一般具有多根，两端分别与第一集流管201和第二集流管202连接，第一微通道管203通过第一集流管201和第二集流管202相连通，形成第一换热流路。第二微通道管204同样一般具有多根，第二微通道管204的两端分别与第一集流管201和第二集流管202连接，第二微通道管204通过第一集流管201和第二集流管202相连通，形成第二换热流路Ⅱ。第二微通道管204位于第一微通道管203的下方，第一换热流路的出口206与第二换热流路的进口207连通。阀组件连接在第一换热流路的进口205与第二换热流路的进口207之间，用于切换冷媒从第一换热流路的进口205进入或者从第二换热流路的进口207进入。

第一集流管201和第二集流管202起到汇集冷媒和分配冷媒到微通道管中的作用。微通道管（包括第一微通道管203和第二微通道管204）内有多个平行的约1mm大小的微孔，冷媒可从微孔中流过。冷媒流经过程中进行液化放热。微通道管优选采用导热性能好的铝制材料实现。

第一换热流路的进口205、第一换热流路的出口206、第二换热流路的进口207以及第二换热流路的出口208分别形成在第一集流管201或者第二集流管202的管腔中，第一换热流路的进口205和第一换热流路的出口206可对应连通有多根第一微通道管203，第二换热流路的进口207以及第二换热流路的出口208可分别对应连通有多根第二微通道管204，第二换热流路的进口207以及第二换热流路的出口208之间以及第二集流管202内还可以隔挡形成一个或者多个回转口，使得第一换热流路Ⅰ为S形，冷媒在第一集流管201和第二集流管202之间按照S形的路径流动。同理的，第二换热流路Ⅱ可同样呈S形。使得冷媒在第一换热流路Ⅰ和/或第二换热流路Ⅱ流动过程中均匀加热内胆中的水。

具体而言，本实施例的换热器20安装在内胆15上，其中，第一换热流路Ⅰ盘设在内胆15的上方，第二换热流路Ⅱ盘设在内胆15的下方，第一换热流路Ⅰ盘用于加热内胆15上部区域的水，而第二换热流路Ⅱ则可以加热内胆15下部区域的水。

当冷媒从第一换热流路的进口205进入时，其首先在第一换热流路Ⅰ中流通换热，然后经第一换热流路的出口206、第二换热流路的进口207进入第二换热流路Ⅱ，继续在第二换热流路Ⅱ中流通换热，直至从第二换热流路的出口208流出换热器，因此，该种方式冷媒能够对内胆15进行全胆加热。

当冷媒从第二换热流路的进口207进入时，其直接进入第二换热流路Ⅱ，在第二换热流路Ⅱ中流通换热，直至流出本换热器，由于第二换热流路Ⅱ盘设在内胆15的下方，因此，该种状况冷媒能够对内胆进行半胆加热，且仅对内胆中下部的低温水进行加热，进而可以降低冷凝温度，提高了换热性能。同时在冷媒循环过程中，将位于内胆下部的低温水进行加热，还可以提高热水输出量，可以为用户提供更多的热水输出。

需要说明的是，本实施例中所指的半胆并非单指全胆的一半，仅是与全胆相对而言，如果未进行全胆加热，即称之为半胆加热。

通过控制阀组件进行两种加热模式的切换，具体可由控制模块执行自动控制切换，以满足不同的用水制热需求。

优选在本实施例中第一集流管201上开设有第一端口2011和第二端口2012，第一端口2011与第一换热流路的进口205连通，且通过第一连接管209与冷媒进管30连接；第二端口2012与第二换热流路的进口207连通，且通过第二连接管210与冷媒进管30连接；阀组件包括第一电磁阀16，第一电磁阀16连接在冷媒进管30和第二连接管210之间。

通过控制第一电磁阀16的通断状态，当第一电磁阀16关闭时，冷媒从冷媒进管30进入第一连接管209，进而经第一换热流路的进口205进入第一换热流路Ⅰ，实现首先在第一换热流路Ⅰ中流通换热，由于第一换热流路的出口206和第二换热流路的进口207相连通，然后经第一换热流路的出口206、第二换热流路的进口207进入第二换热流路Ⅱ，继续在第二换热流路Ⅱ中流通换热，直至流出本换热器，实现全胆加热。

当第一电磁阀16开启时，冷媒会经第一电磁阀16进入第二连接管210，进而经第二换热流路的进口207进入第二换热流路Ⅱ，实现对内胆15的下端进行半胆加热。此时会有部分冷媒经第一连接管209进入第一换热流路Ⅰ，继续在第一换热流路Ⅰ中换热，不是完全意义上的半胆加热。为了防止该种情况的发生，还需要在第一连接管209中设置第二电磁阀（图中未示出），当第一电磁阀16开启时，关断第二电磁阀，防止冷媒继续进入第一换热流路Ⅰ进行换热。

由于增加第二电磁阀会增加成本，为了节约成本，本实施例的第一集流管201还开设有第三端口2013，其与第一换热流路的出口206连通，且通过第三连接管211连接在第一电磁阀16与第二连接管210之间。第一换热流路的进口205与第一换热流路的出口206之间可通过第一中隔板212隔断。

第一换热流路的出口206与第二换热流路的进口207之间通过第二中隔板213隔断，第二中隔板213设置在第一集流管201中，且位于第二端口2012和第三端2013口之间。

当第一电磁阀16关闭时，冷媒从冷媒进管30进入第一连接管209，进而经第一换热流路的进口205进入第一换热流路Ⅰ，在第一换热流路Ⅰ中流通后进入第一换热流路的出口206，由于第二中隔板213隔断，无法直接进入第二换热流路的进口207，需要依次经第三端口2013、第三连接管211、第二连接管210、第二端口2012进入第二换热流路Ⅱ。

当第一电磁阀16开启时，冷媒进管30中的冷媒经第一电磁阀6进入第二连接管210，在压力作用下，第一换热流路Ⅰ的冷媒无法经第三连接管211进入第二连接管210，因此冷媒无法从第一换热流路的出口206流出形成循环，进而冷媒进管30中的冷媒无法进入第一连接管209。本方案无需设置第二电磁阀，仅通过第一电磁阀16的开启即可实现全胆加热循环和半胆加热循环的切换，节约了硬件成本。

第二集流管202中设置有用于将第一换热流路Ⅰ和第二换热流路Ⅱ隔断的第三中隔板214。

第二集流管202的底部开设有与第二换热流路的出口208连通的冷媒出口2021，冷媒出口2021与冷媒出管31连接。

第一微通道管203和第二微通道管204横向设置，且第一微通道管203和第二微通道管204分别并排布置，第一换热流路Ⅰ的高度h1为第二换热流路Ⅱ的高度h2的1/3～1/2。第一换热流路Ⅰ与第二换热流路Ⅱ的距离H，H值的确定是依据第一换热流路Ⅰ位于内胆的3/5～4/5高度处，第二换热流路Ⅱ位于内胆的底部至1/2高度处，优选从内胆底部的20mm高度到内胆的1/2高度处。两个换热流路包裹高度的差值就可以获得H的距离。

本实施例的换热器可以进行全胆加热和半胆加热，由于水温分层原因，位于上部的水温高，为了解决当需要启动热泵时，若加热位于上部的高温水会存在冷凝温度高，换热效率差的问题，因此，在内胆中与第一微通道管203所对应位置处设置有第一温度传感器，用于检测上层水温，与第二微通道管204所对应位置处设置有第二温度传感器，用于检测下层水温，本实施例中根据上层水温和下层水温确定启动全胆加热还是半胆加热模式。

实施例二

本实施例提出了一种热泵热水器机组控制方法，如图1-图3所示，热泵热水器机组包括内胆15和实施例一中所记载的换热器20，换热器20设置在内胆15上，该控制方法包括：

检测内胆15中与第一微通道管203所对应位置处的第一水温T1；

检测内胆15中与第二微通道管204所对应位置处的第二水温T2；

根据第一水温T1和第二水温T2，控制阀组件，切换冷媒从第一换热流路的进口205进入或者从第二换热流路的进口207进入。

在用户实际使用过程中，水温分层温差随着用户使用状况有关。当集中连续输出热水时，大量冷水补入至内胆15的底部，而上部仍然留存有部分高温水，因此内胆15中上下部的温差较大，为了获得最大的换热效率，此时暂时不需要为上层加热，可集中为下层的低温水加热。若热水输出持续时间较长，随着上层高温水的输出，高温水留存量减少，以及与下层低温水的混合，因此内胆15中上下部的温差较小，此时需要进行全胆加热，以达到不影响用户热水使用输出的同时，最大化提高换热性能。因此，本实施例中通过温差控制加热模式的切换。

还包括计算温差步骤：温差△T=T1-T2;

当△T＞a时，控制阀组件，使得冷媒从第二换热流路的进口207进入；

当△T≤a时，控制阀组件，使得冷媒从第一换热流路的进口205进入；

a为大于0的设定阈值。

a的取值范围可以为5℃～15℃，优选10℃。

本实施例中利用内胆中不同层的温差，当上下温差小时可整体均匀加热，当上下温差大时可仅中下部换热器加热，降低冷凝温度，提高换热性能。

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)

1.一种换热器，其特征在于，包括：

第一集流管；

第二集流管；

第一微通道管，其具有多根，两端分别与所述第一集流管和第二集流管连接，形成第一换热流路；

第二微通道管，其具有多根，两端分别与所述第一集流管和第二集流管连接，形成第二换热流路，所述第二微通道管位于所述第一微通道管的下方，所述第一换热流路的出口与所述第二换热流路的进口连通；

阀组件，其连接在所述第一换热流路的进口与所述第二换热流路的进口之间，用于切换冷媒从所述第一换热流路的进口进入或者从所述第二换热流路的进口进入。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一集流管上开设有：

第一端口，其与所述第一换热流路的进口连通，且通过第一连接管与冷媒进管连接；

第二端口，其与所述第二换热流路的进口连通，且通过第二连接管与所述冷媒进管连接；

所述阀组件包括第一电磁阀，所述第一电磁阀连接在所述冷媒进管和第二连接管之间。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述第一集流管还开设有：

第三端口，其与所述第一换热流路的出口连通，且通过第三连接管连接在所述第一电磁阀与第二连接管之间；

所述第一换热流路的进口与其出口之间通过第一中隔板隔断。

4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述第一换热流路的出口与所述第二换热流路的进口之间通过第二中隔板隔断，所述第二中隔板设置在所述第一集流管中，且位于所述第二端口和第三端口之间。

5.根据权利要求1-4任一项所述的换热器，其特征在于，所述第二集流管中设置有用于将所述第一换热流路和第二换热流路隔断的第三中隔板。

6.根据权利要求1-4任一项所述的换热器，其特征在于，所述第二集流管的底部开设有与所述第二换热流路的出口连通的冷媒出口，所述冷媒出口与冷媒出管连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一微通道管和第二微通道管分别并排布置，所述第一换热流路的高度为所述第二换热流路的高度的1/3～1/2。

8.根据权利要求1-4任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一换热流路位于水箱的3/5～4/5高度处，所述第二换热流路位于水箱的底部至1/2高度处。

9.一种热泵热水器机组控制方法，其特征在于，所述热泵热水器机组包括内胆和权利要求1-8任一项所述的换热器，所述换热器设置在所述内胆上，所述控制方法包括：

检测所述内胆中与所述第一微通道管所对应位置处的第一水温T1；

检测所述内胆中与所述第二微通道管所对应位置处的第二水温T2；

根据所述第一水温T1和第二水温T2，控制所述阀组件，切换冷媒从所述第一换热流路的进口进入或者从所述第二换热流路的进口进入。

10.根据权利要求9所述的热泵热水器机组控制方法，其特征在于，

还包括计算温差步骤：温差△T=T1-T2;

当△T＞a时，控制所述阀组件，使得冷媒从所述第二换热流路的进口进入；

当△T≤a时，控制所述阀组件，使得冷媒从所述第一换热流路的进口进入；

a为大于0的设定阈值。

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