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Abstract

一种空气源热泵热水器,室外机由风冷换热器、压缩机及相关配件组成,板式冷凝器分别与制冷剂管路、热水循环管路进行连接,采用循环水泵提供热水回路的循环动力,保温水箱采用承压式结构,上、下部分别设有热水循环接管与板式冷凝器和循环水泵连接,形成闭合的热水循环回路,内筒内设有圆缺形的阻流隔板,以增加热水循环在水箱内的阻力,控制器采用单片机,输入端为插入水箱中的温度传感器,输出端控制压缩机、轴流风扇和循环水泵的启停。本实用新型采用了轴流风扇和循环水泵与压缩机连动控制方式,以及由温差控制的基本运行模式和由时钟与温差联合控制的经济运行模式,实现了热水供应的安全性、经济性和舒适性。

Description

空气源热泵热水器
技术领域
本实用新型涉及一种空气源热泵热水器,是对现有直接膨胀式空气源热泵热水器作了改进的一种节能、环保型的家用热水器装置,属于能源类供热技术领域。
背景技术
目前我国热水器市场上普遍销售的热水器产品为电热水器、燃气热水器和太阳能热水器等。其中,电热水器以消耗大量昂贵的电力为代价,不利于能源的合理利用;燃气热水器在使用中则存在严重的安全隐患,每年因燃气热水器的使用而引发的中毒事件时有报道;常规的太阳能热水器在阴雨天是不能生产热水的,只能依靠电加热来弥补太阳能的不足,从而也存在能源的浪费现象,特别是在一些阴雨天比较多的南方地区使用这种热水器并不十分经济。于是,一种新型的基于热泵循环原理的热水器开始在热水器市场上崭露头角,它是利用蒸发器从周围环境中吸收热能(太阳能、空气或水等),并通过冷凝器将热能释放到水箱中去,从而实现热水的生产。热泵热水器具有高效节能、可全天候使用、安全可靠等优点,而且实现了能源的低级利用,具有广阔的发展和应用前景。
现有的空气源热泵热水器中,大多数采用盘管式或翅片管式冷凝器,并将冷凝器封装在水箱内部,如申请号分别为98225902.6、98204410.0、01203483.5的实用新型专利文献所公开的“热泵型容积式安全热水器”、“热泵式热水器”和“家庭用热泵式热水器”。其存在的主要缺点是,由于冷凝器长期浸泡在热水中,容易产生冷凝管外侧的结垢和腐蚀问题,并且一旦制冷剂在冷凝管中发生泄露,将严重污染水箱中的水质,甚至造成水箱高压破损,而且难以对冷凝器进行检修,从而大大影响了整机的可靠性和使用寿命。为此,申请号为02208431.2的实用新型专利所公开的“安全型热泵热水器”采用了双层套管结构的冷凝器盘管,内、外层管之间至少形成一个与大气相通的空腔,其余部分紧密接触,万一发生泄露制冷剂将通过空腔排入大气,从而避免了制冷剂泄露到水箱中造成其高压破损。但是,双层套管结构并不能解决工质泄露后冷凝盘管的检修困难及管外结垢、腐蚀等问题,而且增加了冷凝盘管的热阻,影响了制冷剂与水的换热效果。此外,“一种改进的热水器”(专利申请号为98100258.7)采用将D型热交换管通过导热固定材料螺旋地缠绕在水箱外壁上的方法,解决了制冷剂泄露可能造成的一系列问题以及结垢、腐蚀等其他问题。但是,该方法增加了水箱壁面和导热固定材料的热阻,并且减小了冷凝盘管的有效换热面积,导致水箱的加工难度和成本大大增加。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足,提供一种新型结构的空气源热泵热水器,实现安全、舒适的热水供应,并且具有运行费用低、热效率高、适应性好等优点。
为实现这样的目的,本实用新型设计了一种空气源热泵热水器:室外机由风冷换热器、压缩机及相关制冷配件以极为紧凑的结构形式组合起来;板式冷凝器分别与制冷剂管路、热水循环管路进行连接,使制冷剂与水进行热交换;采用循环水泵提供热水回路的循环动力;保温水箱采用承压式结构,进水管与自来水管网连接,利用自来水压力顶出热水;保温水箱上、下部分别设有热水循环接管,并与板式冷凝器和循环水泵连接,从而形成闭合的热水循环回路;保温水箱的内筒壁上等间距设置三个圆缺形的阻流隔板,以增加热水循环在水箱内的阻力;控制器由一个单片机组成,输入端为插入水箱的温度传感器,输出端用于控制压缩机、轴流风扇和循环水泵的启停;采用轴流风扇、循环水泵与压缩机连动控制方式,以确保压缩机的安全运转;提供了两种运行模式供用户选择:一种是由温差控制的“基本运行模式”,另一种是由时钟与温差联合控制的“经济运行模式”。
本实用新型的空气源热泵热水器具体结构包括蒸发器、干燥过滤器、压缩机、冷凝器、毛细管、气液分离器、循环水泵、保温水箱、温度传感器、控制器、连接管路及阀门等部件。制冷剂回路由蒸发器、压缩机、板式冷凝器、气液分离器、干燥过滤器、毛细管以及连接铜管组成。其中,蒸发器采用由翅片管式换热器和轴流风扇组成的风冷换热器,压缩机采用全封闭旋转式压缩机,节流装置采用毛细管。在压缩机吸气侧设有气液分离器以防止压缩机产生湿压缩,在毛细管前设有干燥过滤器以避免制冷剂中的水分或杂质造成管路的堵塞。风冷换热器、压缩机、气液分离器、干燥过滤器及毛细管之间采用铜管连接,并以紧凑形式装配在一壳体内,作为“室外机”安装在室外通风处。
热水回路由保温水箱、循环水泵、板式冷凝器以及连接水管组成,并通过板式冷凝器与制冷剂回路进行热交换。由于板式冷凝器的换热能力非常强,相同热负荷所需的换热面积比其它形式的换热器要少得多,因此冷凝器结构非常紧凑,且完全避免了沉浸式冷凝器所存在结垢、腐蚀、水质污染以及检修困难等诸多问题。板式冷凝器与制冷剂管路和热水管路均采用紧密的螺纹连接,便于在安装现场进行连接。板式冷凝器可单独设置并加以保温,也可同水箱一起封装在一壳体内进行整体保温。
循环水泵的流量需根据冷凝负荷及水侧换热温差进行设计计算,而水泵扬程主要取决于冷凝器内水侧的流动阻力。对于普通家庭用户,循环水泵通常可选择小功率、低扬程的管道泵,并采用与压缩机连动的间歇运行方式。
保温水箱为承压式结构,内筒由不锈钢板焊制而成,外壳由彩色塑料板或薄钢板卷制而成,内筒与外壳之间填充聚氨脂发泡保温材料。内筒壁上焊制三个等间距的半圆缺形的阻流板,以增加热水循环流动时的阻力。水箱上部设有一个出水管,下部设有一个进水口,底部设有一个排污管,在进、出水管之间设有热水循环的进、出口接管。为了尽量减小冷、热水的进出对水箱内温度分布和流速分布的影响,进、出水管分别装有一个喇叭形的接头,且进水口接头朝上,出水口接头朝下,而接头端面均设有若干起散流作用的小孔。水箱中部装有一只铠装的温度传感器,用于测量箱内的热水温度。
为了保证热泵热水器在实际使用中的安全性、高效性和舒适性,本实用新型采用一个控制器对系统运行进行自动控制,所有控制功能由一个单片机来实现。该控制器的一个输入端与水箱内的温度传感器连接,三个输出端分别用于控制轴流风扇、压缩机和循环水泵的启停。
为了保证压缩机的运行安全,轴流风扇和循环水泵必须与压缩机采用连动(同步启停)控制,一旦轴流风扇或循环水泵出现故障,压缩机将立即停止运转或无法启动,同时报警并显示故障编码。
为了保证热水使用的舒适性,用户可选择“基本运行模式”,并可在30~60℃范围内任意设定热水温度。控制器将根据温度传感器输入反馈来控制压缩机等部件的启停,即当热水温度达到设定温度时,热泵机组停止运转,而当热水温度低于设定温度5℃时,热泵机组重新启动,直至水温再次达到设定值时停机。
为了尽量降低运行费用,用户可启动“经济运行模式”,并根据当地的优惠电价时段来限定热泵机组的运行时间,即热泵机组只在优惠电价时段启动,直到水箱中的水温达到设定温度后自动停机,而在非优惠电价时段,即使水温下降5℃,热泵也无法启动。该模式对水箱的保温性能要求较高,以减少水箱在夜间和凌晨的散热损失。由于各地优惠电价时段均在深夜至凌晨时段,因而该运行模式仅适于热水用量不大、用水时间集中在早晚的用户。
本实用新型除具有常规热泵式热水器的优点外,还具有安全可靠、高效节能、运行经济、安装及维修方便等诸多优点,可全天候地满足各种建筑用户对热水的需求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图1中,壳体1、翅片管式换热器2、轴流风扇3、气液分离器4、压缩机5、干燥过滤器6、毛细管7、铜管8、板式冷凝器9、循环水泵10、保温水箱11、保温水箱外壳12、内筒13、保温层14、排污管15、进水管16、出水管17、循环水管18、阻流隔板19、温度传感器20、控制器21。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。
附图1为本实用新型的整体结构示意图。
如图所示,本实用新型为分体式结构,室外机部分为由壳体1、翅片管式换热器2、轴流风扇3、气液分离器4、压缩机5、干燥过滤器6、毛细管7等部件组成。翅片管式换热器2和轴流风扇3组成热泵的蒸发器。翅片管式换热器2的一端与气液分离器4的进口端连接,而气液分离器4的出口端与压缩机5的进气管连接。翅片管式换热器2的另一端与毛细管7连接,而毛细管7的另一端与干燥过滤器6的出口连接。板式冷凝器9通过铜管8分别与压缩机5的排气管和干燥过滤器6的进口端连接,从而形成闭合的制冷剂回路。
室内机部分主要包括板式冷凝器9、循环水泵10、保温水箱11、控制器21等部件。其中,保温水箱11由外壳12、内筒13、保温层14组成,设有排污管15、进水管16、出水管17、循环水管18、阻流隔板19、温度传感器20等。保温水箱11为承压式结构,内筒13由不锈钢板焊制而成,外壳12由彩色塑料板或薄钢板卷制而成,内筒13与外壳12之间为聚氨脂发泡保温层14。出水管17和进水管16分别设置在内筒13的上、下部,排污管15设置在底部。进水管16、出水管17分别装有一个喇叭形的接头,且进水口接头朝上,出水口接头朝下,而接头端面均设有起散流作用的小孔。出水管17与自来水管网连接,使用热水时打开出水管17上的阀门,利用自来水的压头顶出热水。循环水管18的接口分别设在内筒13的上、下部,并在进水管16、出水管17之间。三块半圆缺形的阻流隔板19等间距焊制在内筒13的内壁上,而温度传感器20则安装在内筒13的中部。
板式冷凝器9通过循环水管18分别与内筒13的上部接管和循环水泵10的出口连接,而循环水泵10的进口与内筒13的下部接管相连,从而形成闭合的热水回路。
控制器21的输入端与温度传感器20连接,输出端则分别控制轴流风扇3、压缩机5和循环水泵10的启停。为保证热泵机组运行安全,轴流风扇3和循环水泵10必须与压缩机5采用连动控制,同时实现启停。在基本运行模式下,当温度传感器20所显示的水箱温度达到设定温度时,热泵机组自动停机,而当水箱温度低于设定值5℃时,热泵机组自动启机。在经济运行模式下,热泵机组只在设定的优惠电价时段运行,热水储存在保温水箱中,然后供用户全天使用。
制冷剂回路的循环过程如下:经毛细管7节流降压后的液体制冷剂流入翅片管式换热器2中,在轴流风扇3的作用下与空气进行强制对流换热,蒸发后的制冷剂蒸气经气液分离器4被压缩机5吸入,并被压缩成高温高压的制冷剂蒸气,然后排入板式冷凝器9中与水进行换热,并将热量传递给水,冷凝后的液体制冷剂经干燥过滤器6和毛细管7又流回翅片管式换热器2中,由此完成一次循环。
热水回路的循环过程如下:在循环水泵10的作用下,保温水箱11(或内筒13)的下部温度较低的热水被吸入,并泵入板式冷凝器9中与制冷剂进行热交换,吸收制冷剂释放的冷凝热量后温度得以提高,然后流回水箱11(或内筒13)的上部,并且不断循环,从而使得水箱11内的温度不断升高。

Claims (3)

1.一种空气源热泵热水器,其特征在于翅片管式换热器(2)的一端与气液分离器(4)的进口端连接,另一端与毛细管(7)连接,气液分离器(4)的出口端与压缩机(5)的进气管连接,毛细管(7)的另一端与干燥过滤器(6)的出口连接,板式冷凝器(9)通过铜管(8)分别与压缩机(5)的排气管和干燥过滤器(6)的进口端连接,形成闭合的制冷剂回路;保温水箱(11)的内筒(13)上、下部分别设置出水管(17)和进水管(16),底部设置排污管(15),循环水管(18)的接口分别设在内筒(13)的上、下部,并在进水管(16)、出水管(17)之间,三块半圆缺形的阻流隔板(19)等间距焊制在内筒(13)的内壁上,温度传感器(20)安装在内筒(13)的中部,板式冷凝器(9)通过循环水管(18)分别与内筒(13)的上部接管和循环水泵(10)的出口连接,循环水泵(10)的进口与内筒(13)的下部接管相连,形成闭合的热水回路;控制器(21)的输入端与温度传感器(20)连接,输出端分别与轴流风扇(3)、压缩机(5)和循环水泵(10)相连,并对轴流风扇(3)、压缩机(5)和循环水泵(10)连动控制,同时实现启停。
2.如权利要求1的空气源热泵热水器,其特征在于所述的保温水箱(11)为承压式结构,内筒(13)由不锈钢板焊制而成,外壳(12)由彩色塑料板或薄钢板卷制而成,内筒(13)与外壳(12)之间为聚氨脂发泡保温层(14)。
3.如权利要求1的空气源热泵热水器,其特征在于所述的进水管(16)、出水管(17)分别装有一个喇叭形的接头,且进水口接头朝上,出水口接头朝下,而接头端面均设有起散流作用的小孔。
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