CN201569156U - 空气源热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水回路及控制器，制冷回路包括压缩机、四通阀、热交换器、节流装置、蒸发器，其特征在于：所述压缩机为变频压缩机，其吸气管路与所述热交换器出液口间接入辅助降温管路，该管路由电磁阀及喷液毛细管串接构成，所述压缩机排气管路上设有排气温度传感器，由其测得温度控制所述电磁阀的启闭；所述热水回路中设有相变蓄热水箱，所述热交换器设置于相变蓄热水箱内。本实用新型采用变频压缩机，配合辅助降温管路，实现压缩机在低温环境下正常工作，加热稳定，同时热水存储方便。

Description

空气源热泵热水器

技术领域

本实用新型涉及一种热水器，具体涉及一种空气源热泵热水器。

背景技术

目前热水器一般分为燃油燃气热水器、电加热热水器、太阳能热水器、空气源热泵热水器等几种，燃油燃气热水器是通过燃烧液化气、天然气、煤油、酒精等矿物或有机燃料来加热水的一种热水器，该类热水器容易受到燃料的燃烧程度和水压的波动等因素的影响从而导致水温波动比较大，并且在供氧不足的情况下，容易产生一氧化碳等有毒气体，对人体有很大的伤害严重的时候可能导致中毒事件发生，更重要的是需要消耗大量的不可再生资源，使用成本偏高，对环境影响也较大。电加热热水器是一种通过消耗高品位的电能来加热水的热水器，该类型的热水器使用比较方便，但对电能的使用效率比较低，并且容易有触电的安全隐患。太阳能热水器是一种利用真空管收集太阳能来加热水的热水器，该类型的热水器，对环境友好并且运行成本低，但该类型的热水器受天气情况的影响比较大，在阴天、雨天等日照强度不大的天气就很难正常使用，因而一般的太阳能热水器都有辅助的电加热装置，这样太阳能热水器存在着与电加热热水器同样的缺陷。

空气源热泵热水器是一种利用逆卡诺循环原理从自然环境吸取热量，并消耗少量的电能将能量传递给水使其温度升高的热水器，空气源热泵热水器又称热泵热水器，与其他的耗电能热水器不同的是，空气源热泵热水器消耗的电能是用来作为传递能量的动力并使用效率高，热水获得的热量为热泵热水器从环境中获取的热量与所消耗的电能转化的热量之和。该类型的热水器通过消耗少量的电能从自然环境中获取大量的热能，节能效率是电热水器的4倍以上，比太阳能热水器还要节能，因而运行费用低，并且不向环境排放任何有害物质，对环境友好，同时实现水电分离，从而避免触电事故的发生，使用比较安全。

正由于上述优点空气源热泵热水器越来越受到人们的欢迎，使用的领域也越来越广泛，通常包括至少一个由压缩机、电磁四通阀、热交换器、节流装置、蒸发器沿制冷剂流通方向顺序连接组成的热泵制冷回路，热交换器两端分别连接有进水管和出水管，蒸发器从大气吸热，热交换器放热，对通过循环水泵从进水管供给的水进行加热。目前，制冷剂回路中的压缩机均为定频压缩机，也就是说压缩机转速基本不变，以开、停压缩机来调整输出功率，因而存在以下缺陷：

①不能适应宽负荷条件下运行，由于定频的空气源热水器是通过进出水温度差或水箱中的水温度差来控制压缩机的开启，在外界需水量小的情况下很容易导致压缩机频繁启停，这样不仅使系统的能耗增加，而且影响压缩机的使用寿命。在外界需水量大的情况下虽然定频率的压缩机连续工作，但由于压缩机的容量限制不能实现水温的快速升高；

②不能实现宽温度范围内稳定运行，当环境温度较低的情况下，定频热泵热水器正常启动困难，并且容易引起排气温度过高而停机，当环境温度较高的情况下，定频热泵热水器容易引起排气温度和排气压力超高而停机；

③热交换器与水进行热交换，交换完的热水直接被使用掉，没有办法及时的存储起来，人们需要用热水的时候就必须再次开启机器，从而造成了机器的频繁启停；

④普通的定频压缩机采用异步感应电动机，存在铁损，因此转化效率比较低，同时定频率压缩机的启动电流比较大，对电网的冲击很大，并且会影响其他正在运行的电器的正常使用；

⑤不能在环境温度低的条件下运行，制冷剂要从环境空气中吸收热量其本身的温度就必须低于环境温度，因此环境温度越低，制冷剂的蒸发温度也就需要更低，相应的蒸发压力也就越低，定频压缩机在运转过程中尽管所吸入的制冷剂的容积不变，但所吸入的制冷剂的蒸汽压力低，因此同等容积中所包含的制冷剂的质量减少，即压缩机的制冷剂的质量流量减少，而热泵热水器的制热量与制冷的质量流量成正比。研究表明，当环境温度-20℃时，制热量只能达到额定工况的20％-30％左右，并且由于工作温差不断扩大，热泵热水器的效率也越来越低，这样不但制热量不能满足用户要求，而且丧失了其高效的优越性。

发明内容

本实用新型目的是提供一种在各种环境温度下均可高效运作的空气源热泵热水器，使用该结构，拓宽了热水器的使用范围，且加热效率更为稳定可靠，延长了整机使用寿命，同时热水的存储更加方便。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水回路及控制器，所述制冷回路包括压缩机、四通阀、热交换器、节流装置、蒸发器，所述压缩机的排气口与所述四通阀主管口连接，经四通阀管口C与所述热交换器的进液口连接，热交换器的出液口经所述节流装置与所述蒸发器进口连接，蒸发器出口与四通阀的E管口连接，经四通阀S口与所述压缩机的吸气口连接，所述压缩机为变频压缩机，该压缩机的吸气管路与所述热交换器的出液口间接入一辅助降温管路，该管路由一电磁阀及一喷液毛细管串接构成，所述压缩机的排气管路上设有一排气温度传感器，由该排气温度传感器测得温度控制所述电磁阀的启闭；所述热水回路中设有相变蓄热水箱，所述热交换器设置于相变蓄热水箱内。

上述技术方案中，所述热水回路包括相变蓄热水箱及位于相变蓄热水箱两侧的进、出水管路，相变蓄热水箱可以由水箱及设置在水箱内的相变蓄热材料构成。所述压缩机为变频压缩机(直流变频)，根据测得热水回路中进、出水管间的温差以及进水温度的变化率来确定变频压缩机的运行频率，当外界负荷较小的情况下，压缩机采用高频运行，这样可以迅速的提高水温。因此，使得本实用新型可以在更宽的温度范围内稳定的运行。为使变频压缩机能在低温环境下正常运行，由于在低温环境下，需要从环境空气吸收更多的制热量，制冷剂的蒸发温度也就需要更低(需要更多的制冷剂)，造成压缩机电机高频运行后产生的热量过高，尽管变频压缩机在低温下可泵送比以往定频压缩机更多的制冷剂来冷却压缩机电机，但这些制冷剂还不足以完全冷却电机，因此需要在热交换器的出液口接入一辅助降温管路，由一个电磁阀和一喷液毛细管组成，毛细管的另一端接在压缩机的吸气管上，配合设置于排气管路上的排气温度传感器，确定是否开启电磁阀，其过程为：当排气温度高于一定温度(预设定温度)时，电磁阀开启，喷液毛细管向压缩机的吸气管进行喷液，当排气温度低于一定值时电磁阀关闭停止喷液，从而可以防止因排气温度过高而导致压缩机烧毁，使本实用新型可工作在低温环境中。

上述技术方案中，所述热交换器的出液口与所述节流装置之间串接一双向储液罐。由于变频压缩机的是根据需要动态变化，机组所需要的制冷剂流量也在不断发生变化，因此设置一双向储液罐来收集多余的制冷剂。

上述技术方案中，所述热水回路包括相变蓄热水箱及设置于相变蓄热水箱两端的进水管路和出水管路，所述相变蓄热水箱中部布置有一水箱液管温度传感器。

上述技术方案中，所述节流装置可为毛细管、节流管及电子膨胀阀中的一种，位于节流装置的两端分别设有一过滤器。过滤器滤除管路中液或气体的杂质，以免堵塞节流装置。

上述技术方案中，所述压缩机为直流变频压缩机。直流变频压缩机采用的是直流无刷电动机，由永磁铁生成内部磁通，相较于交流变频的异步电机由外部进入的电流形成磁通，没有因电阻等产生损耗，因此效率高，此外，不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，也就避免了电磁噪声，降低了压缩机的作业噪声。

上述技术方案中，所述蒸发器的中部布置有一蒸发器液管温度传感器，风机位于所述蒸发器的前面，并在蒸发器的后面进风处设置一环境温度传感器。

上述技术方案中，所述压缩机的排气管路上设置有高压开关，其吸气管路上设置有低压开关。为防止出现压力异常升高，在压缩机的排气管路上设置高压开关，同时也为了防止压缩机在缺氟或其他条件下长时间运行，在压缩机的吸气管路上设置低压开关。

本实用新型的工作过程是：当机组的控制器检测到回水温度与设定的水温度有一定的温度差时，机组的水泵开始运行，几秒钟后，风机按照环境温度来选择适当的风档运行，在风机运行一段时间后，变频压缩机低频启动，然后运行到基本频率，在基本频率运行一段时间后，再根据设定水温与水箱内水温度的差距以及变化率来确定机组的最终运行频率。当环境温度较高的时候可以根据水箱内水温度变化率来确定压缩机的运行适当的频率，这样可以避免制冷剂的流量过大从而导致排气压力和温度过高，压缩机排气压力过高容易导致压缩机的运行电流过大引起线圈发热烧毁，排气温度过高容易导致压缩机的润滑油碳化引起压缩机运动部件磨损导致输气系数下降，并且过高的排气温度也容易导致压缩机的线圈烧毁；当环境温度较低的时候压缩机则根据具体的需要在高频运行，这样可以泵送更多的制冷剂，从环境空气中吸收更多的制热量，特别在普通热泵热水器不能在低温情况下正常运行时，变频压缩机的高频运转能确保机组获得更多的热量来提高水温度，从而满足具体的需要。变频压缩机将低温低压制冷剂压缩成高温高压气体，然后进入热交换器内与水箱内的水进行热交换将水加热后冷凝成高压气体，液态制冷剂通过节流装置，节流后的低温低压气液两相制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中气液两相制冷剂与环境温度进行热交换后全部气态制冷剂，再进入压缩机进行新的循环。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型采用变频压缩机，运行频率根据设定水温与水箱水温的差值以及变化率来调节变化，当外界负荷较小的情况下，压缩机采用低频运行，从而避免了频繁的启停机；当外界负荷较大的情况下，压缩机采用高频运行，这样可以迅速的提高水温度，可以在更宽的温度范围内稳定运行；

2、由于本实用新型的热水回路中设置有相变蓄热水箱，与普通水箱相比，蓄热能量密度大，体积和重量较小，且安装较为方便；热交换器设置于相变蓄热水箱内，加热后的水直接存储在水箱内，使用时可以直接从水箱中放出，不需像以往使用热水就必须启动热水器，避免了频繁的启停机；

3、由于直流变频压缩机是采用低频启动，因此启动电流比较小，对电网的冲击比较小，不影响其它电器的运行，且能耗低，噪音小，压缩机使用寿命更长；

4、在热交换器出液口处引入一辅助降温管路，由电磁阀与喷液毛细管串接构成，毛细管的另一端与压缩机吸气管路连接，配合设置于压缩机排气管路上的排气温度传感器，根据测得排气温度来确定是否开启电磁阀，从而可以防止因排气温度过高而导致压缩机烧毁，使得压缩机能工作在低温环境中，扩展热水器的使用温度范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图。

其中：1、压缩机；2、排气温度传感器；3、高压开关；4、四通阀；5、相变蓄热水箱；6、双向储液罐；7、过滤器；8、节流装置；9、电磁阀；10、喷液毛细管；11、蒸发器；12、风机；13、蒸发器液管温度传感器；14、环境温度传感器；15、低压开关；16、吸气温度传感器；17、热交换器；18、水箱液管温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水回路及控制器，所述制冷回路包括压缩机1、四通阀4、热交换器17、节流装置8、蒸发器11，所述压缩机1的排气口与所述四通阀4主管口连接，经四通阀管口C与所述热交换器的进液口连接，热交换器17的出液口经一双向储液罐6与所述节流装置8电子膨胀阀连接，且电子膨胀阀的两端管路上分别设置一过滤器7，再接于所述蒸发器11进口上，蒸发器出口与四通阀的E管口连接，经阀S口与所述压缩机1的吸气口连接；所述热水回路包括相变蓄热水箱5、其内部的热交换器17及设置于相变蓄热水箱两端的进水管路和出水管路，所述相变蓄热水箱中部布置有一水箱液管温度传感器18；在压缩机的吸气管路与所述热交换器17的出液口间接入一辅助降温管路，该管路由一电磁阀9及一喷液毛细管10串接构成，所述压缩机的排气管路上设有一排气温度传感器2，由该排气温度传感器2测得温度控制所述电磁阀9的启闭。

如图1所示，所述相变蓄热水箱5中部设有一水箱液管温度传感器18，该传感器测得温度异常超高时，或测得温度过低甚至在热交换器17中结冰时，由控制器控制压缩机1运行在低频状态或停机，以此保护热交换器。所述蒸发器11的中部布置有一蒸发器液管温度传感器13，风机12位于所述蒸发器的前面，并在蒸发器的后面进风处设置一环境温度传感器14，采用多档风机，根据环境传感器测得温度来确定风机的档位，电子膨胀阀的开度先根据压缩机的运行频率来确定一个基本开度，然后再根据蒸发器中部的液管温度传感器测得温度与吸气温度传感器16测得温度的差值来进行开度调节。

使用过程中：

(1)正常制热水运行时，低温低压气体制冷剂经过直流变频压缩机的压缩后成为高温高压气体，然后进入热交换器17中与相变蓄热水箱5内的水进行热交换并将水温升高，进行热交换后的水经出水管路送到热水使用处，与水进行热交换后的制冷剂成为高压液体，然后进入双向储液罐6，经电子膨胀阀节流后成为气液两相混合物，流入蒸发器11中，并在其中与环境中的空气进行热交换，吸取空气中的热量使气液混合物中的液体制冷剂转化为气态，然后再进入直流变频压缩机中进行新的循环过程。

(2)运行在低温环境中，如测得环境温度是-15℃时，此时直流变频压缩机工作在高频状态下，以此可供给更多的制冷剂，导致压缩机电机高速运转，为提供足够冷却电机的制冷剂，在热交换器17的出液管处引出一部分制冷剂来冷却压缩机防止排气温度异常升高，为此在热交换器的出液口接入一辅助降温管路，由一个电磁阀9和一喷液毛细管10组成，毛细管的另一端接在压缩机1的吸气管路上，配合设置于排气管路上的排气温度传感器2，当测得排气温度高于一定温度(预设定温度)时，控制器驱动电磁阀9开启，喷液毛细管10向压缩机的吸气管路进行喷液，当测得排气温度低于设定值时，控制器驱动电磁阀关闭，停止喷液，从而可以防止温度过高而导致压缩机烧毁，适应低温工作环境需要。

Claims (7)

1.一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水回路及控制器，所述制冷回路包括压缩机(1)、四通阀(4)、热交换器(17)、节流装置(8)、蒸发器(11)，所述压缩机(1)的排气口与所述四通阀(4)主管口连接，经四通阀管口C与所述热交换器(17)的进液口连接，热交换器(17)的出液口经所述节流装置(8)与所述蒸发器(11)进口连接，蒸发器出口与四通阀的E管口连接，经四通阀S口与所述压缩机(1)的吸气口连接，其特征在于：所述压缩机(1)为变频压缩机，该压缩机的吸气管路与所述热交换器(17)的出液口间接入一辅助降温管路，该管路由一电磁阀(9)及一喷液毛细管(10)串接构成，所述压缩机的排气管路上设有一排气温度传感器(2)，由该排气温度传感器(2)测得温度控制所述电磁阀(9)的启闭；所述热水回路中设有相变蓄热水箱(5)，所述热交换器(17)设置于相变蓄热水箱(5)内。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于：所述热交换器(17)的出液口与所述节流装置(8)之间串接一双向储液罐(7)。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于：所述热水回路包括相变蓄热水箱(5)及设置于相变蓄热水箱两端的进水管路和出水管路，所述相变蓄热水箱中部布置有一水箱液管温度传感器(18)。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于：所述节流装置(8)可为毛细管、节流管及电子膨胀阀中的一种，位于节流装置的两端分别设有一过滤器(7)。

5.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于：所述压缩机为直流变频压缩机。

6.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于：所述蒸发器(11)的中部布置有一蒸发器液管温度传感器(13)，风机(12)位于所述蒸发器(11)的前面，并在蒸发器的后面进风处设置一环境温度传感器(14)。

7.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于：所述压缩机(1)的排气管路上设置有高压开关(3)，其吸气管路上设置有低压开关(15)。