CN112378081A - 一种空气能热水器系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气能热水器系统，包括低温水箱，在低温水箱上设置有冷水管道和热水循环管道，所述冷水管道与热水循环管道之间通过循环泵连接有一个冷凝器，在冷凝器的冷媒输出端与冷凝器的冷媒输入端之间依次循环连接有储液罐、过滤器、第一膨胀阀、高温蒸发器以及高压压缩机，在过滤器与第一膨胀阀的公共连接管路上通过第一分支管连接有一个第二膨胀阀，所述第二膨胀阀的输出连接有低温蒸发器，所述低温蒸发器的输出连接有低压压缩机，所述低压压缩机的输出通过第二分支管连接在高温蒸发器与高压压缩机的公共连接管路上。本发明还公开了一种空气能热水器系统的控制方法。本发明提高节能效果。

Description

一种空气能热水器系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种空气能热水器控制的技术领域，特别是一种空气能热水器系统及控制方法。

背景技术

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对居住环境的要求越来越，空气能热水器在改善室内水温情况的同时，也极大地增加了能源的消耗。众所周知，空气能热水器由压缩机、水箱、节流装置和蒸发器组成，水箱内设置有冷凝器。空气能热水器是运用热泵工作原理，换热介质在蒸发器内吸收空气中的低能热量，并由压缩机压缩成高温气体，通过管道循环系统对水箱内的水加热，换热后的介质经过节流装置后再进入蒸发器吸热，由于空气能热水器加热水所需的大部分热量从空气中吸收，其热效率可达到300 % 以上，但耗电只有电热水器的1/4，因此深受人们的喜爱。

但是目前的空气能热水器主要是采用单级蒸汽压缩循环，由于在空气中能够吸收的温度随着环境温度以及湿度的变化包含有显热和潜热，显热它能使人们有明显的冷热变化感觉；潜热指在物体吸收或放出热量过程中，其相态发生了变化（如气体变成液体），但温度不发生变化，这种吸收或放出的热量叫“潜热”，而通过单级蒸汽压缩循环一般根据环境温度来调节压缩机的工作速度，若温度低，工作速度快，若温度高工作速度慢，而长时间将压缩机工作速度控制高容易导致过热而损坏压缩机，同时也无法起到节能效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种节能效果更好的一种空气能热水器系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种空气能热水器系统，包括低温水箱，在低温水箱上设置有冷水管道和热水循环管道，所述冷水管道与热水循环管道之间通过循环泵连接有一个冷凝器，在冷凝器的冷媒输出端与冷凝器的冷媒输入端之间依次循环连接有储液罐、过滤器、第一膨胀阀、高温蒸发器以及高压压缩机，在过滤器与第一膨胀阀的公共连接管路上通过第一分支管连接有一个第二膨胀阀，所述第二膨胀阀的输出连接有低温蒸发器，所述低温蒸发器的输出连接有低压压缩机，所述低压压缩机的输出通过第二分支管连接在高温蒸发器与高压压缩机的公共连接管路上。

为了避免湿气对压缩机的影响，而损坏压缩机，在高温蒸发器与高压压缩机之间连接有第一汽液分离器，在所述低温蒸发器与低压压缩机之间连接有第二汽液分离器。

作为优选，为了提高使用的安全性，还包括用于检测环境温度的第一温度传感器以及湿度检测传感器，在第一膨胀阀与过滤器连接的管路上连接有第三温度传感器，在第一分支管上连接有第二温度传感器，所述的第一温度传感器、湿度检测传感器、第三温度传感器以及第二温度传感器均与一个外接的控制器连接，所述的控制器能够与第一膨胀阀、第二膨胀阀连接控制第二膨胀阀以及第一膨胀阀的开合程度，所述的控制器能够与高温蒸发器以及低温蒸发器上的风机连接，并根据周围环境温度与环境湿度结合控制风机的转速，在第一分支管上还连接有与控制器电连接的电磁阀。

为了提高安全性，在低压压缩机和高压压缩机的下方均设置有对压缩机进行降温处理的风冷设备。

本发明还公开了一种空气能热水器的控制方法，具体完成以下步骤：

S1、在空气能加热工作的状态下，分别通过低温蒸发器和高温蒸发器上的风机吸入周围环境的空气，低温蒸发器吸收环境中的潜热，高温蒸发器吸收环境中的显热，以实现利用冷媒将从周围环境空气中进行吸热并加热升温至汽化；

S2、此时高温蒸发器内的冷媒可以在高温蒸发器内吸入环境温度中高的空气露点的温度进行蒸发，并成为状态O₁的过热冷媒蒸汽；此时低温蒸发器内的冷媒可以在低温蒸发器内吸入环境温度中低的空气露点的温度进行蒸发；并成为状态O₂的过热冷媒蒸汽；

S3、状态O₂的过热冷媒蒸汽通过低压压缩机将状态O₂分离后的冷媒气体压缩到与状态O₁相同的压力后得到状态O₃的高温气体，并与状态O₁的高温气体混合获得状态O₄的高温混合气体；

S4、再经过高压压缩机吸入状态O₄的高温混合气体并进行压缩然后送入冷凝器，在冷凝器中自上而下流动并液化，放出大量的热后将低温水箱通过循环泵输送过来的水进行加热，加热后水进行循环输送回低温水箱内，而降温后的冷媒进入储液罐进行储存，同时储液罐输出通过过滤器过滤后，分别通过第二膨胀阀和第一膨胀阀节流后回到低温蒸发器和高温蒸发器中，通过这样的循环过程，完成加热水箱的循环作用。

进一步，在步骤S3中，状态O₂的过热冷媒蒸汽需要通过第二汽液分离器进行分离后再输送给低压压缩机，同时状态O₁的过热冷媒蒸汽需要通过第一汽液分离器进行分离。

进一步，在步骤S1之前增加以下步骤:

S5、需要通过第一温度传感器以及湿度检测传感器实时检测环境温度、湿度；进入步骤S6；

S6、当第一温度传感器以及湿度检测传感器检测环境温度低于预设阈值时或环境湿度低于预设阈值时，控制器控制电磁阀启动，进入步骤S1，同时通过第三温度传感器以及第二温度传感器实时检测管路温度，当管路温度大于或低于预设温度，控制器控制对应的高温蒸发器以及低温蒸发器上的风机的风速，同时控制对应的第一膨胀阀或第二膨胀阀的开合程度，当第一温度传感器以及湿度检测传感器检测环境温度高于预设阈值时，控制器控制电磁阀关闭，此时，在空气能加热工作的状态下，通过高温蒸发器上的风机吸入周围环境的空气，此时高温蒸发器内的冷媒可以在高温蒸发器内吸入环境温度中高的空气露点的温度进行蒸发，并成为状态O₁的过热冷媒蒸汽；再经过高压压缩机直接压缩状态O₁的过热冷媒蒸汽然后送入冷凝器，在冷凝器中自上而下流动并液化，放出大量的热后将低温水箱通过循环泵输送过来的水进行加热，加热后水进行循环输送回低温水箱内，而降温后的冷媒进入储液罐进行储存，同时储液罐输出通过过滤器过滤后，通过第一膨胀阀节流后回到高温蒸发器中，通过这样的循环过程，完成加热水箱的循环作用。

本发明得到的一种空气能热水器系统及控制方法，其具备以下的技术效果：

1.本发明通过两级压缩在空气能热水器上的应用，与单级压缩循环相比，两级压缩循环可以有效地降低压缩机的排气温度，减小过热损失，尤其是在寒冷地区，能够有效区分出潜热和显热，因此采用两级压缩的热泵具有更大的节能潜力，以彻底地解决“现有技术中空气能热水器仅通过单级蒸汽压缩循环一般根据环境温度来调节压缩机的工作速度，若温度低，工作速度快，若温度高工作速度慢，而长时间将压缩机工作速度控制高容易导致过热而损坏压缩机，同时也无法起到节能效果”的技术问题。

2.本发明能够适应不同的环境要求，不管是北方或者南方均能够提高工作效率，节能减排。

附图说明

图1是实施例1的一种空气能热水器系统的示意图；

图2是实施例2的一种空气能热水器系统的示意图；

图3是实施例3的一种空气能热水器系统的示意图。

图中：低温水箱1、冷水管道2、热水循环管道3、循环泵4、冷凝器5、储液罐6、过滤器7、第一膨胀阀8、高温蒸发器9、高压压缩机10、第一分支管11、第二膨胀阀12、低温蒸发器13、低压压缩机14、第二分支管15、电磁阀16、第一汽液分离器17、第二汽液分离器18、第一温度传感器19、湿度传感器20、第三温度传感器21、第二温度传感器22、控制器23、风冷设备24。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供的一种空气能热水器系统，包括低温水箱1，在低温水箱1上设置有冷水管道2和热水循环管道3，所述冷水管道2与热水循环管道3之间通过循环泵4连接有一个冷凝器5，在冷凝器5的冷媒输出端与冷凝器5的冷媒输入端之间依次循环连接有储液罐6、过滤器7、第一膨胀阀8、高温蒸发器9以及高压压缩机10，在过滤器7与第一膨胀阀8的公共连接管路上通过第一分支管11连接有一个第二膨胀阀12，所述第二膨胀阀12的输出连接有低温蒸发器13，所述低温蒸发器13的输出连接有低压压缩机14，所述低压压缩机14的输出通过第二分支管15连接在高温蒸发器9与高压压缩机10的公共连接管路上。

为了避免湿气对压缩机的影响，而损坏压缩机，在高温蒸发器9与高压压缩机10之间连接有第一汽液分离器17，在所述低温蒸发器13与低压压缩机14之间连接有第二汽液分离器18。

本实施例还公开了一种空气能热水器的控制方法，具体完成以下步骤：

S1、在空气能加热工作的状态下，分别通过低温蒸发器和高温蒸发器上的风机吸入周围环境的空气，低温蒸发器吸收环境中的潜热，高温蒸发器吸收环境中的显热，以实现利用冷媒将从周围环境空气中进行吸热并加热升温至汽化；

S2、此时高温蒸发器内的冷媒可以在高温蒸发器内吸入环境温度中高的空气露点的温度进行蒸发，并成为状态O₁的过热冷媒蒸汽；此时低温蒸发器内的冷媒可以在低温蒸发器内吸入环境温度中低的空气露点的温度进行蒸发；并成为状态O₂的过热冷媒蒸汽；

S3、状态O₂的过热冷媒蒸汽通过低压压缩机将状态O₂分离后的冷媒气体压缩到与状态O₁相同的压力后得到状态O₃的高温气体，并与状态O₁的高温气体混合获得状态O₄的高温混合气体；

S4、再经过高压压缩机吸入状态O₄的高温混合气体并进行压缩然后送入冷凝器，在冷凝器中自上而下流动并液化，放出大量的热后将低温水箱通过循环泵输送过来的水进行加热，加热后水进行循环输送回低温水箱内，而降温后的冷媒进入储液罐进行储存，同时储液罐输出通过过滤器过滤后，分别通过第二膨胀阀和第一膨胀阀节流后回到低温蒸发器和高温蒸发器中，通过这样的循环过程，完成加热水箱的循环作用。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供的一种空气能热水器系统的大致结构与实施例1相同，不同的是，还包括用于检测环境温度的第一温度传感器19以及湿度检测传感器20，在第一膨胀阀8与过滤器7连接的管路上连接有第三温度传感器21，在第一分支管11上连接有第二温度传感器22，所述的第一温度传感器19、湿度检测传感器20、第三温度传感器21以及第二温度传感器22均与一个外接的控制器23连接，所述的控制器23能够与第一膨胀阀8、第二膨胀阀12连接控制第二膨胀阀12以及第一膨胀阀8的开合程度，所述的控制器23能够与高温蒸发器9以及低温蒸发器13上的风机连接，并根据周围环境温度与环境湿度结合控制风机的转速，在第一分支管11上还连接有与控制器 23电连接的电磁阀16。

在本实施例中还公开了一种空气能热水器的控制方法，在步骤S1之前增加以下步骤:

S5、需要通过第一温度传感器以及湿度检测传感器实时检测环境温度、湿度；进入步骤S6；

S6、当第一温度传感器以及湿度检测传感器检测环境温度低于预设阈值时或环境湿度低于预设阈值时，控制器控制电磁阀启动，进入步骤S1，同时通过第三温度传感器以及第二温度传感器实时检测管路温度，当管路温度大于或低于预设温度，控制器控制对应的高温蒸发器以及低温蒸发器上的风机的风速，同时控制对应的第一膨胀阀或第二膨胀阀的开合程度，当第一温度传感器以及湿度检测传感器检测环境温度高于预设阈值时，控制器控制电磁阀关闭，此时，在空气能加热工作的状态下，通过高温蒸发器上的风机吸入周围环境的空气，此时高温蒸发器内的冷媒可以在高温蒸发器内吸入环境温度中高的空气露点的温度进行蒸发，并成为状态O₁的过热冷媒蒸汽；再经过高压压缩机直接压缩状态O₁的过热冷媒蒸汽然后送入冷凝器，在冷凝器中自上而下流动并液化，放出大量的热后将低温水箱通过循环泵输送过来的水进行加热，加热后水进行循环输送回低温水箱内与低温水箱内的水进行混合以达到循环加热水的目的，直至低温水箱内的水温得到预设要求，而降温后的冷媒进入储液罐进行储存，同时储液罐输出通过过滤器过滤后，通过第一膨胀阀节流后回到高温蒸发器中，通过这样的循环过程，完成加热水箱的循环作用。

通过上述结构实现利用第一温度传感器19以及湿度检测传感器20实时检测环境温度以及湿度，一旦发现当前的环境温度大于预设阈值或湿度高于预设阈值时，说明当前环境中不存在潜热或潜热几乎为零，此时无需开启低温蒸发机，此时控制器控制电磁阀16关闭，只需要通过高温蒸发机的一路工作循环加热，当发现当前的环境温度低于预设阈值或湿度低于预设阈值时，说明当前环境中存在潜热，此时需要开启低温蒸发机，此时控制器控制电磁阀16打开，以实现高效节能工作状态，同时通过第三温度传感器21以及第二温度传感器22检测对应管路的温度情况，当第三温度传感器21反馈的节流前温度高于设定时，控制器控制第一膨胀阀8的开合程度，当第二温度传感器22反馈的节流前温度高于设定时，控制器根据第二膨胀阀12的开合程度，避免影响后期的蒸发器使用寿命，因此通过上述结构实现更加高效的节能，同时提高产品的使用寿命。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供的一种空气能热水器系统的大致结构与实施例1相同，但是本实施例中在低压压缩机14和高压压缩机10的下方均设置有对压缩机进行降温处理的风冷设备24，通过增设风冷设备24当检测到压缩机温度过高时，可以开启对应的风冷设备24进行临时快速风冷降温。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空气能热水器系统，包括低温水箱（1），在低温水箱（1）上设置有冷水管道（2）和热水循环管道（3），所述冷水管道（2）与热水循环管道（3）之间通过循环泵（4）连接有一个冷凝器（5），其特征在于：在冷凝器（5）的冷媒输出端与冷凝器（5）的冷媒输入端之间依次循环连接有储液罐（6）、过滤器（7）、第一膨胀阀（8）、高温蒸发器（9）以及高压压缩机（10），在过滤器（7）与第一膨胀阀（8）的公共连接管路上通过第一分支管（11）连接有一个第二膨胀阀（12），所述第二膨胀阀（12）的输出连接有低温蒸发器（13），所述低温蒸发器（13）的输出连接有低压压缩机（14），所述低压压缩机（14）的输出通过第二分支管（15）连接在高温蒸发器（9）与高压压缩机（10）的公共连接管路上。

2.根据权利要求1所述的一种空气能热水器系统，其特征在于：在高温蒸发器（9）与高压压缩机（10）之间连接有第一汽液分离器（17），在所述低温蒸发器（13）与低压压缩机（14）之间连接有第二汽液分离器（18）。

3.根据权利要求2所述的一种空气能热水器系统，其特征在于：还包括用于检测环境温度的第一温度传感器（19）以及湿度检测传感器（20），在第一膨胀阀（8）与过滤器（7）连接的管路上连接有第三温度传感器（21），在第一分支管（11）上连接有第二温度传感器（22），所述的第一温度传感器（19）、湿度检测传感器（20）、第三温度传感器（21）以及第二温度传感器（22）均与一个外接的控制器（23）连接，所述的控制器（23）能够与第一膨胀阀（8）、第二膨胀阀（12）连接控制第二膨胀阀（12）以及第一膨胀阀（8）的开合程度，所述的控制器（23）能够与高温蒸发器（9）以及低温蒸发器（13）上的风机连接，并根据周围环境温度与环境湿度结合控制风机的转速，在第一分支管（11）上还连接有与控制器 （23）电连接的电磁阀（16）。

4.根据权利要求2所述的一种空气能热水器系统，其特征在于：在低压压缩机（14）和高压压缩机（10）的下方均设置有对压缩机进行降温处理的风冷设备（24）。

5.一种空气能热水器的控制方法，包括采用权利要求1所述的一种空气能热水器系统，其特征在于具体完成以下步骤：

S1、在空气能加热工作的状态下，分别通过低温蒸发器和高温蒸发器上的风机吸入周围环境的空气，低温蒸发器吸收环境中的潜热，高温蒸发器吸收环境中的显热，以实现利用冷媒将从周围环境空气中进行吸热并加热升温至汽化；

S2、此时高温蒸发器内的冷媒可以在高温蒸发器内吸入环境温度中高的空气露点的温度进行蒸发，并成为状态O₁的过热冷媒蒸汽；此时低温蒸发器内的冷媒可以在低温蒸发器内吸入环境温度中低的空气露点的温度进行蒸发；并成为状态O₂的过热冷媒蒸汽；

S3、状态O₂的过热冷媒蒸汽通过低压压缩机将状态O₂分离后的冷媒气体压缩到与状态O₁相同的压力后得到状态O₃的高温气体，并与状态O₁的高温气体混合获得状态O₄的高温混合气体；

S4、再经过高压压缩机吸入状态O₄的高温混合气体并进行压缩然后送入冷凝器，在冷凝器中自上而下流动并液化，放出大量的热后将低温水箱通过循环泵输送过来的水进行加热，加热后水进行循环输送回低温水箱内，而降温后的冷媒进入储液罐进行储存，同时储液罐输出通过过滤器过滤后，分别通过第二膨胀阀和第一膨胀阀节流后回到低温蒸发器和高温蒸发器中，通过这样的循环过程，完成加热水箱的循环作用。

6.根据权利要求5所述的一种空气能热水器的控制方法，其特征在于：在步骤S3中，状态O₂的过热冷媒蒸汽需要通过第二汽液分离器进行分离后再输送给低压压缩机，同时状态O₁的过热冷媒蒸汽需要通过第一汽液分离器进行分离。

7.根据权利要求6所述的一种空气能热水器的控制方法，其特征在于：在步骤S1之前增加以下步骤:

S5、需要通过第一温度传感器以及湿度检测传感器实时检测环境温度、湿度；进入步骤S6；

S6、当第一温度传感器以及湿度检测传感器检测环境温度低于预设阈值时或环境湿度低于预设阈值时，控制器控制电磁阀启动，进入步骤S1，同时通过第三温度传感器以及第二温度传感器实时检测管路温度，当管路温度大于或低于预设温度，控制器控制对应的高温蒸发器以及低温蒸发器上的风机的风速，同时控制对应的第一膨胀阀或第二膨胀阀的开合程度，当第一温度传感器以及湿度检测传感器检测环境温度高于预设阈值时，控制器控制电磁阀关闭，此时，在空气能加热工作的状态下，通过高温蒸发器上的风机吸入周围环境的空气，此时高温蒸发器内的冷媒可以在高温蒸发器内吸入环境温度中高的空气露点的温度进行蒸发，并成为状态O₁的过热冷媒蒸汽；再经过高压压缩机直接压缩状态O₁的过热冷媒蒸汽然后送入冷凝器，在冷凝器中自上而下流动并液化，放出大量的热后将低温水箱通过循环泵输送过来的水进行加热，加热后水进行循环输送回低温水箱内，而降温后的冷媒进入储液罐进行储存，同时储液罐输出通过过滤器过滤后，通过第一膨胀阀节流后回到高温蒸发器中，通过这样的循环过程，完成加热水箱的循环作用。

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