CN103196226A - 热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器，包括室内部分和室外部分，其中室内部分包括设有换热装置的水箱、通过压缩机连接于所述换热装置的蒸发器，而室外部分设有与所述蒸发器并接的室外蒸发器，并在并接的一个节点通过两位三通阀进行管路连接，以及包含于室外部分以驱动所述两位三通阀切换的温度传感器。依据本发明迂回解决蒸发器除霜难题。

Description

热泵热水器

技术领域

本发明涉及一种热泵（Heat Pump）热水器。

背景技术

目前热水器主要有燃气热水器、电热水器、太阳能热水器、空气源热泵热水器四种，太阳能热水器和空气源热泵热水器以其节能、舒适的特点越来越受用户的青睐，但两者不可避免地存在着一些缺陷，太阳能热水器受环境影响具有季节性，空气源热泵热水器仍需电驱动存在电消耗。太阳能与空气源热泵热水器结合能够很好地解决这一问题，既能充分利用太阳能实现节能，又能通过空气源热泵弥补太阳能季节性的不足。

热泵热水器就是利用逆卡诺原理，通过介质，把热量从低温物体传递到高温的水里的设备。热泵装置，可以使介质（冷媒）相变，变成比低温热源更低，从而自发吸收低温热源热量；回到压缩机后的介质，又被压缩成高温（比高温的水还高）高压气体，从而自发放热到高温热源；实现从将低温热源“搬运”热量到高温热源，突破能量转换100%瓶颈。

原理：作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

由于热泵热水器是从低温处去能量，主要是环境温度区，必然会使热泵***之蒸发器的表面温度低于周围环境温度，通常，在环境温度低于5℃时，蒸发器翅片会产生结霜。结霜不仅会产生能量消耗，还是因为阻隔外部热源而使热泵热水器的能效比下降，在此情况下，需要对蒸发器进行除霜。

由于空气源热泵热水器普遍存在冬季或者环境温度低于露点温度时结霜的问题，结霜一方面增加了***控制的复杂化，另一方面可能存在除霜不彻底导致***制热效率低的问题。因此，除霜是空气能热泵应用的关键技术之一。

逆向除霜是一种传统的除霜方法，即将四通换向阀旋至除霜位置，***由制热运转模式切换至制冷运转模式，制冷剂在冷凝器吸收热量，经压缩机压缩后，高温制冷剂在流经蒸发器时放热，此时即为除霜过程；除霜结束后，将四通换向阀复位，***恢复制热运转模式。 逆向除霜法的缺点是：频繁化霜，化霜不尽。空气能热泵在化霜过程中，其运转模式与制热运转模式相反，化霜过程不仅不能制热水，同时还需要吸收冷凝器中热水的热量，造成水温进一步下降。

在一些实现中，通过在距离蒸发器一段距离内的位置安装风扇，通过把温度较高的空气吹到蒸发器附近的方式进行融霜，这种方法需要额外配置能耗设备，同时受环境温度的制约，如室外温度低于冰点时，别处的空气温度也不必蒸发器处温度高，这种方式并不能有效的进行除霜。

在一些实现中通过设置冗余水箱的方式进行除霜，这种方式跟传统方式无异，均是通过水箱内的水进行除霜，结构上只是简化了一些，不需要热泵逆转。

发明内容

因此，针对当前穷尽除霜手段之问题，本发明的目的在于提供一种有效规避结霜的新型的热泵热水器，迂回解决蒸发器除霜难题。

本发明采用以下技术方案：

一种热泵热水器，包括室内部分和室外部分，其中室内部分包括设有换热装置的水箱、通过压缩机连接于所述换热装置的蒸发器，而室外部分设有与所述蒸发器并接的室外蒸发器，并在并接的一个节点通过两位三通阀进行管路连接，以及包含于室外部分以驱动所述两位三通阀切换的温度传感器。

从上述方案可以看出，依据本发明，实际构造了两个***，一个是室内部分由水箱、压缩机、蒸发器为基础构造的热泵热水器***，另一个是由室内的水箱、压缩机和室外的室外蒸发器为基础构造的太阳能热泵热水器***，两个***通过以两位三通阀进行运行切换，切换源于温度传感器送出的开关量，被改开关量所驱动，从而依据上述结构当室外温度低于如露点温度时，切换到热泵热水器***运行，反之，太阳能热泵热水器***正常运行，由此可知，依据上述结构，避开了蒸发器结霜，也就不再需要面对蒸发器结霜的问题，从而迂回解决了蒸发器除霜的问题。

另一方面，较之以往的热泵热水器，仅增加了一个室内蒸发器和两位三通阀及驱动电路，相比于融霜设备的投入，其整体成本并没有增加，整体的复杂程度也没有提高，且环节更少，维护更方便。

上述热泵热水器，所述水箱的上侧设有顶罩，用于安装所述室内部分的全部或者部分部件。

上述热泵热水器，所述换热装置为内置式的换热盘管。

上述热泵热水器，所述室外蒸发器为吹胀式蒸发器。

附图说明

图1为依据本发明的一种热泵热水器的结构原理图。

图中：1、压缩机，2、水箱，3、膨胀阀，4、吹胀式蒸发器，5、蒸发器，6、两位三通阀。

具体实施方式

有鉴于当前蒸发器结霜除霜的弊端，对于蒸发器置于室外的一般技术要求，本文提出另一种技术路线，如图1所示的新型的热泵热水器，该热热水器包含两个***，一是空气源热泵热水器***；二是太阳能热泵热水器***，两个***包含有公共部分，可以理解为热泵热水器的一般配置，如水箱2、膨胀阀3，以及用水管路和连接管路，这都是热泵热水器的固有配置。

区别于一般配置，室内部分包含水箱2、压缩机1，这两个部件同时隶属于太阳能热泵热水***和空气源热泵热水器***，双***公共部分的存在能够有效地节约成本，而作为热泵热水器的固有配置，也是理应存在的，当然，这两个部件在传统的热泵热水器上也是属于室内部分。

同时室内部分还设有一蒸发器5、膨胀阀3、两位三通阀6以及相应的管路，其中压缩机1、蒸发器5、膨胀阀3、两位三通阀6以及相应的管路位于水箱2的顶部，用顶罩罩住，与水箱2成一体结构，使得整个室内部分布局更合理。在一些应用中，蒸发器5独立出来，放置于顶罩外，以提高热量富集更加合理。

室外部分主要是设置在室外的一台蒸发器，从而构造出了另一个热水器***，这样就如同一个热水器包含两个热水器***，如图1所示，通过一个两位三通阀6进行切换，结构非常紧凑，较之以往的热泵热水器因为附加了除霜装置而并不比本文所述的热泵热水器简单，因而，如图1所示的结构在有效避免结霜的情况下，整体成本也具有竞争力。

另一方面，在室外温度低于某个温度时，位于室外的蒸发器受限于环境温度，而是其供热能力严重下降，持续保留其供热价值并不是很大。

室外吹胀板结构的蒸发器，结构简单，成本低，也就是吹胀式蒸发器4，与室内的蒸发器5，构造成太阳能热泵***和空气能热泵***，两个***通过一两位三通阀6进行换向切换，当室外温度、太阳福照度满足要求时，该热泵热水器通过室外的吹胀式蒸发器4吸收热量来加热室内的水箱2内的水；当室外温度、太阳福照度不足时，两位三通阀6作用，该热泵热水器通过室内的蒸发器5吸收空气中的热量来加热室内水箱内的水，满足用户热水需求。

另一方面，作为太阳能热泵***蒸发器的吹胀板放在室外，根据环境条件运行，可以有效地避免在结霜条件下运行，而空气源热泵***的蒸发器放在室内，不存在结霜的问题，该热泵热水器不需要除霜功能，却有效地避免了蒸发器的结霜问题。

关于两位三通阀6的驱动，由于控制点数比较少，可以采用继电***进行控制，由如温度传感器送出开关量，驱动继电器动作，进而驱动两位三通阀动作，若温度传感器送出的开关量驱动能力比较强，可以直接驱动两位三通阀6。

为了实现更有效的整体控制，可以采用单片机或者结构更加紧凑的嵌入式控制器，在实现整体控制的同时，节约成本。

参见说明书附图1，当室外环境条件（温度和/或阳光）满足要求时，低温低压制冷剂通过室外吹胀式蒸发器4吸收热量变成低温低压气体进入压缩机1，压缩后的高温高压气体进入水箱2内盘管放出热量加热水箱内的水变成高温高压液体，再经过膨胀阀3变成低温低压液体进入吹胀式蒸发器4，如此循环往复，直到将水箱2内的水加热到设定温度。

当室外环境条件（温度、阳光）不足时，通过两位三通阀6换向，低温低压制冷剂通过室内蒸发器5吸收热量变成低温低压气体进入压缩机1，压缩后的高温高压气体进入水箱2内盘管放出热量加热水箱内的水变成高温高压液体，再经过膨胀阀3变成低温低压液体进入蒸发器5，如此循环往复，直到将水箱2内的水加热到设定温度。

Claims (4)

1.一种热泵热水器，其特征在于，包括室内部分和室外部分，其中室内部分包括设有换热装置的水箱（2）、通过压缩机（1）连接于所述换热装置的蒸发器（5），而室外部分设有与所述蒸发器（5）并接的室外蒸发器，并在并接的一个节点通过两位三通阀进行管路连接，以及包含于室外部分以驱动所述两位三通阀切换的温度传感器。

2.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述水箱的上侧设有顶罩，用于安装所述室内部分的全部或者部分部件。

3.根据权利要求1或2所述的热泵热水器，其特征在于，所述换热装置为内置式的换热盘管。

4.根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述室外蒸发器为吹胀式蒸发器。

Images