CN205102401U - 一种复合热源热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合热源热泵热水器，设备室内有聚光蒸发器、蒸发器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、压缩机、风机、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀和单向阀，冷凝器为水箱内的水提供热量；压缩机的出口与第三阀门的出口并联后与冷凝器的进口连接，冷凝器的出口与单向阀的进口连接，单向阀的出口与第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的进口连接，第一电子膨胀阀的出口与聚光蒸发器的进口连接，聚光蒸发器的出口与第一阀门的进口和第三阀门的进口连接，第二电子膨胀阀的出口与蒸发器的进口连接，蒸发器的出口与第二阀门的进口连接，第一阀门的出口与第二阀门的出口并联后与压缩机的进口连接。拓宽了热泵热水器的应用范围，降低热泵能耗。

Description

一种复合热源热泵热水器

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，特别涉及一种复合热源热泵热水器。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，电热水器等低效率、高能耗的热水器在未来将被逐渐限制使用，空气能、太阳能作为可再生能源可应用于热泵系统并解决建筑与生活热水问题。空气源热泵热水器通过吸取蕴藏在周围环境空气中的低品位热能加热水箱中贮存的冷水，具有节能、环保等诸多优点，具有广阔的发展应用前景。

由蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀机构四大部件构成的传统空气源热泵系统，受限于压缩机排气温度的限制，为维持空气源热泵的正常运转，在较低环境温度下运转效率较低，限制了空气源热泵的推广应用。因此，如何通过优化现有的制冷循环系统或开发新的热泵热水器系统以达到拓宽空气源热泵的应用范围的目的，同时维持热泵良好的经济性，是摆在科研和技术人员面前的一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种复合热源热泵热水器，能够有效拓宽热泵热水器的应用范围，延长机组的使用寿命，并降低热泵系统的功耗，提升热泵热水器整体的运行效率。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种复合热源热泵热水器，包括设备室、水箱，所述设备室内安装有聚光蒸发器、蒸发器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、压缩机、风机、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、单向阀和控制器，所述冷凝器为所述水箱内的水提供热量；所述压缩机的出口与所述第三阀门的出口并联后与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述单向阀的进口连接，所述单向阀的出口分别与所述第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的进口连接，所述第一电子膨胀阀的出口与所述聚光蒸发器的进口连接，所述聚光蒸发器的出口分别与所述第一阀门的进口和第三阀门的进口连接，所述第二电子膨胀阀的出口与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口与所述第二阀门的进口连接，所述第一阀门的出口与所述第二阀门的出口并联后与所述压缩机的进口连接；所述蒸发器位于所述风机的前部；蒸发温度检测装置安装于所述蒸发器上，环境温度检测装置和太阳辐射强度检测装置位于所述设备室的上部；所述环境温度检测装置的输出端、所述太阳辐射强度检测装置的输出端和所述蒸发温度检测装置的输出端分别与所述控制器连接，所述控制器的控制信号输出端分别与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、压缩机、风机、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀连接；所述水箱外部设置有保温层。

所述冷凝器为内置式冷凝器，所述内置式冷凝器置于所述水箱内部。

所述冷凝器为外绕式冷凝器，所述外绕式冷凝器置于所述水箱与保温层之间。

所述聚光蒸发器由聚光器本体、聚光器和吸热盘管组成，所述聚光器安装于所述聚光器本体上，所述吸热盘管置于所述聚光器中，所述聚光器本体通过螺栓安装于所述设备室内。

所述聚光蒸发器由聚光器本体、聚光器和平行流换热束组成，所述聚光器安装于所述聚光器本体上，所述平行流换热束置于所述聚光器中，所述聚光器本体通过螺栓安装于所述设备室内。

与现有技术相比，本实用新型具有下述技术效果：

1、本实用新型的热泵热水器通过各个部分结构的合理组合，通过控制各个节流元件及阀门的开闭，控制冷媒在循环系统中的迁移，保证系统在运行过程中始终维持足够的冷媒循环量，使得系统在最佳运行模式下运行，能够提高系统的稳定性及运行效率。

2、本实用新型的热泵热水器通过优化循环系统，以聚光制热为主，空气源制热为辅，并通过聚光过程中的相变传热融化空气源蒸发器运行过程中产生的霜层，有效的拓宽了热泵热水器的应用范围，延长了机组的使用寿命，并降低热泵系统的功耗，提升热泵热水器整体的运行效率。

附图说明

图1所示为本实用新型复合热源热泵热水器的工作原理图；

图2所示为实施例1的聚光蒸发器结构示意图；

图3所示为实施例2得聚光蒸发器装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型复合热源热泵热水器的示意图如图1所示，包括设备室2、水箱3和控制器17，所述设备室2内安装有聚光蒸发器10、蒸发器8、第一阀门11-1、第二阀门11-2、第三阀门12、压缩机5、风机9、第一电子膨胀阀7-1、第二电子膨胀阀7-2和单向阀6，所述冷凝器1为所述水箱3内的水提供热量。所述压缩机5的出口与所述第三阀门12的出口并联后与所述冷凝器1的进口连接，所述冷凝器1的出口与所述单向阀6的进口连接，所述单向阀6的出口分别与所述第一电子膨胀阀7-1和第二电子膨胀阀7-2的进口连接，所述第一电子膨胀阀7-1的出口与所述聚光蒸发器1的进口连接，所述聚光蒸发器10的出口分别与所述第一阀门11-1的进口和第三阀门12的进口连接，所述第二电子膨胀阀7-2的出口与所述蒸发器8的进口连接，所述蒸发器8的出口与所述第二阀门11-2的进口连接，所述第一阀门11-1的出口与所述第二阀门11-2的出口并联后与所述压缩机5的进口连接。所述蒸发器8位于所述风机9的前部。蒸发温度检测装置15安装于所述蒸发器8上，环境温度检测装置13和太阳辐射强度检测装置14位于所述设备室2的上部。所述环境温度检测装置13的输出端、所述太阳辐射强度检测装置14的输出端和所述蒸发温度检测装置15的输出端分别与所述控制器17连接，所述控制器17的控制信号输出端分别与所述第一阀门11-1、第二阀门11-2、第三阀门12、压缩机5、风机9、第一电子膨胀阀7-1和第二电子膨胀阀7-2连接；所述水箱3外部设置有保温层4。

冷凝器1根据使用需要可以为内置式或外绕式。当所述冷凝器1为内置式冷凝器时，所述内置式冷凝器置于所述水箱3内部。

当所述冷凝器1为外绕式冷凝器，所述外绕式冷凝器置于所述水箱3与保温层4之间。

本实用新型一种实施例的聚光蒸发器的示意图如图2所示，所述聚光蒸发器10由聚光器本体10-1、聚光器10-2和吸热盘管10-3组成，所述聚光器10-2安装于所述聚光器本体10-1上，所述吸热盘管10-3置于所述聚光器10-2中，所述聚光器本体10-1通过螺栓10-4安装于所述设备室2内。

本实用新型另一种实施例的聚光蒸发器的示意图如图3所示，所述聚光蒸发器10由聚光器本体10-1、聚光器10-2和平行流换热束10-5组成，所述聚光器10-2安装于所述聚光器本体10-1上，所述平行流换热束10-5置于所述聚光器10-2中，所述聚光器本体10-1通过螺栓10-4安装于所述设备室2内。

所述蒸发温度检测装置15置于所述蒸发器8上，用于获取所述蒸发器8的运行状态；所述环境温度检测装置13置于所述设备室2的上部，用于获取所述热泵热水器的运行环境温度，所述太阳辐射强度检测装置14置于所述设备室2的上部，用于获取当前环境下的太阳辐射强度。

实际使用时，所述环境温度检测装置13以及太阳辐射强度检测装置14首先检测热泵热水器的运行环境参数。并根据所述蒸发温度检测装置15得到的所述蒸发器8的运行参数选择相应最优工作模式进行工作：

工作模式1，当太阳辐射强度检测装置14得到的太阳辐射强度大于所述热泵热水器控制系统设定的上限值时：所述风扇9开启，所述第二电子膨胀阀7-2关闭，所述第二阀门11-2开启，所述压缩机5开启，所述压缩机5通过不断吸气压缩将所述蒸发器8中冷媒转移至所述热泵热水器制冷系统的高压侧，以保证系统运行时冷媒的循环量;当所述蒸发器积存的绝大部分冷媒已迁移出所述蒸发器8，所述第二阀门11-2关闭。所述第一电子膨胀阀7-1开启；所述第一阀门11-1开启，所述第二阀门11-2完全关闭。液态冷媒从所述冷凝器1的出口经所述单向阀6，通过所述第一电子膨胀阀7-1进入所述聚光蒸发器10中进行换热，并通过所述第一阀门11-1进入所述压缩机5完成压缩，完成压缩的高温高压冷媒进入所述冷凝器1中加热所述水箱3中的冷水，完成制热水过程。由于所述聚光蒸发器10为被动式换热器，无须风机驱动进行换热，且该模式下所述热泵热水器不会受到周围环境参数的影响，因此，该运行模式下系统的换热稳定且效率较高，蒸发器不会产生结霜现象。

工作模式2，当太阳辐射强度检测装置14得到的太阳辐射强度低于所述热泵热水器控制系统设定的上限值，但高于所述热泵热水器设定的下限值，且环境温度检测装置13检测到的环境温度较高时：所述第一电子膨胀阀7-1、第二电子膨胀阀7-2均开启，在系统满足所述压缩机5吸气过热度要求的情况下，尽量增加所述第一电子膨胀阀7-1的开度，减小所述第二电子膨胀阀7-2的开度；所述第一阀门11-1、第二阀门11-2同时开启。液态冷媒从所述冷凝器1的出口经所述单向阀6，通过所述第一电子膨胀阀7-1、第二电子膨胀阀7-2进入所述聚光蒸发器10和所述蒸发器8中进行换热，并通过所述第一阀门11-1和第二阀门11-2进入所述压缩机5完成压缩，完成压缩的高温高压冷媒进入所述冷凝器1中加热所述水箱3中的冷水，完成制热水过程。由于所述聚光蒸发器10为被动式换热器，无须风机驱动进行换热，所述蒸发器8为主动式蒸发器，需要风机驱动进行换热，因此，该模式的控制思路是尽可能让冷媒流经所述聚光蒸发器10完成换热，余下的热量通过调节与所述蒸发器8配合的所述变速或变频风机9补充，最大限度的降低风机的能耗损失，提升系统的能效。

工作模式3，当太阳辐射强度检测装置14得到的太阳辐射强度低于所述热泵热水器控制系统设定的上限值，但高于所述热泵热水器设定的下限值，且环境温度检测装置13检测到的环境温度较低时：所述第一电子膨胀阀7-1、第二电子膨胀阀7-2均开启，在系统满足压缩机5吸气过热度要求的情况下，尽量增加所述第一电子膨胀阀7-1的开度，减小所述第二电子膨胀阀7-2的开度；所述第一阀门11-1、第二阀门11-2同时开启。液态冷媒从所述冷凝器1的出口经所述单向阀6，通过所述第一电子膨胀阀7-1、第二电子膨胀阀7-2进入所述聚光蒸发器10和所述蒸发器8中进行换热，并通过所述第一阀门11-1和第二阀门11-2进入所述压缩机5完成压缩，完成压缩的高温高压冷媒进入所述冷凝器1中加热所述水箱3中的冷水，完成制热水过程。由于所述聚光蒸发器10为被动式换热器，无须风机驱动进行换热，所述蒸发器8为主动式蒸发器，需要风机驱动进行换热，因此，该模式的控制思路是尽可能让冷媒流经所述聚光蒸发器10完成换热，余下的热量通过调节与所述蒸发器8配合的所述变速或变频风机9补充，最大限度的降低风机的能耗损失，提升系统的能效。与所述工作模式2不同的是，该运行模式下系统经过长期运转后，蒸发器可能伴随有结霜现象发生。

工作模式4，所述太阳辐射强度检测装置14检测到太阳辐射强度低于所述热泵热水器设定的下限值，若此时启动所述热泵热水器，系统将以工作模式4运行：所述第一电子膨胀阀7-1关闭，所述第二电子膨胀阀7-2关闭，所述第一阀门11-1关闭，所述第二阀门11-2关闭，所述第三阀门12开启，所述聚光蒸发器10中冷媒在吸收热量相变后进入所述冷凝器1中，待所述聚光蒸发器10中大部分冷媒迁移出系统后，所述第三阀门12关闭，所述风扇9开启，所述第二电子膨胀阀7-2开启，所述第二阀门11-2打开，所述压缩机5启动，冷媒在所述蒸发器8中吸收热量后经所述第二阀门11-2被所述压缩机5吸入，经压缩后的高温高压冷媒进入所述冷凝器1中完成热水制取过程，换热后的液态冷媒通过所述单向阀6后，经所述第二电子膨胀阀7-2节流后进入所述蒸发器8完成循环过程。该运行模式下系统经过长期运转后，蒸发器可能伴随有结霜现象发生。

工作模式5，当系统以工作模式3、工作模式4工作时，所述蒸发器8在长期经过长期运行后表面会产生霜层，若不能够及时处理将会对系统的安全高效运行产生不利影响。工作模式5为除霜模式，所述控制器17根据所述蒸发温度检测装置15采集的数据经过判断后得出需要除霜的指令后，控制所述压缩机5断电，所述第一阀门11-1、第二阀门11-2打开，所述第一电子膨胀阀7-1、第二电子膨胀阀7-2开启，所述风机9根据霜层厚度可选择开启或关闭。液态冷媒在所述聚光蒸发器10完成换热，经所述第一阀门11-1、第二阀门11-2进入所述蒸发器8，并在其中完成放热，完成放热的冷媒经所述第一电子膨胀阀7-2、第二电子膨胀阀7-1返回所述聚光蒸发器10，如此循环，完成聚光相变除霜循环。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种复合热源热泵热水器，其特征在于，包括设备室、水箱和控制器，所述设备室内安装有聚光蒸发器、蒸发器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、压缩机、风机、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀和单向阀，冷凝器为所述水箱内的水提供热量；所述压缩机的出口与所述第三阀门的出口并联后与所述冷凝器的进口连接，所述冷凝器的出口与所述单向阀的进口连接，所述单向阀的出口分别与所述第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的进口连接，所述第一电子膨胀阀的出口与所述聚光蒸发器的进口连接，所述聚光蒸发器的出口分别与所述第一阀门的进口和第三阀门的进口连接，所述第二电子膨胀阀的出口与所述蒸发器的进口连接，所述蒸发器的出口与所述第二阀门的进口连接，所述第一阀门的出口与所述第二阀门的出口并联后与所述压缩机的进口连接；所述蒸发器位于所述风机的前部；蒸发温度检测装置安装于所述蒸发器上，环境温度检测装置和太阳辐射强度检测装置位于所述设备室的上部；所述环境温度检测装置的输出端、所述太阳辐射强度检测装置的输出端和所述蒸发温度检测装置的输出端分别与所述控制器连接，所述控制器的控制信号输出端分别与所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、压缩机、风机、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀连接；所述水箱外部设置有保温层。

2.根据权利要求1所述的复合热源热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器为内置式冷凝器，所述内置式冷凝器置于所述水箱内部。

3.根据权利要求1所述的复合热源热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器为外绕式冷凝器，所述外绕式冷凝器置于所述水箱与保温层之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合热源热泵热水器，其特征在于，所述聚光蒸发器由聚光器本体、聚光器和吸热盘管组成，所述聚光器安装于所述聚光器本体上，所述吸热盘管置于所述聚光器中，所述聚光器本体通过螺栓安装于所述设备室内。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的复合热源热泵热水器，其特征在于，所述聚光蒸发器由聚光器本体、聚光器和平行流换热束组成，所述聚光器安装于所述聚光器本体上，所述平行流换热束置于所述聚光器中，所述聚光器本体通过螺栓安装于所述设备室内。