CN103292466A - 变频热泵热水器及其变频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频热泵热水器及其变频控制方法。变频热泵热水器包括：水箱；换热管，位于水箱内，并具有多条并联的换热管支路；变频压缩机，与换热管串联连接；控制器，用于根据用户需求信号控制变频压缩机的运行频率和多条并联的换热管支路的开通数量。本发明提供的变频热泵热水器运行更加高效节能，同时减少不必要的热水浪费，降低水箱的保温损失。

Description

变频热泵热水器及其变频控制方法

技术领域

本发明涉及空气源热泵热水器技术领域，特别地，涉及一种变频热泵热水器及其变频控制方法。

背景技术

空气源热泵热水器作为高效节能环保的设备，近年来在国内外获得了日益广泛的应用。但普通的空气源热泵热水器采用定频压缩机，尚存在不能在宽负荷和宽温度条件下长时间稳定可靠运行、压缩机的启动电流大、低温环境条件下制热能力迅速衰减等问题。而采用变频压缩机的热泵热水器，其水箱换热器、蒸发器等的设计普遍依据定频热泵热水器的设计方法，按照名义工况进行设计，导致***在高温或低温工况下蒸发器、水箱换热器等设计不匹配，变频的节能优势难以发挥。

此外，现有的空气源热泵热水器普遍采用蓄热水箱，不能根据用户的用水量加热适宜的热水量，导致热水浪费严重和水箱保温散失损失大。

发明内容

本发明目的在于提供一种变频热泵热水器及其变频控制方法，以解决现有变频热泵热水器在变工况下***设计不匹配的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变频热泵热水器，包括：水箱；换热管，位于水箱内，并具有多条并联的换热管支路；变频压缩机，与换热管串联连接；控制器，用于根据用户需求信号控制变频压缩机的运行频率和多条并联的换热管支路的开通数量。

进一步地，控制器还用于根据用户需求信号控制变频压缩机的运行频率，且换热管支路的不同的开通数量对应变频压缩机的不同的运行频率。

进一步地，每条换热管支路上均设置有一个受控于控制器的电磁阀。

进一步地，换热管包括三条并联的换热管支路。

进一步地，水箱内设置有水箱内胆，三条并联的换热管支路均位于水箱内胆的内部或均紧贴于水箱内胆的外壁。

进一步地，水箱内胆内设置有将水箱内胆分隔成上部空间、中部空间和下部空间的第一绝热隔板和第二绝热隔板，第一绝热隔板和第二绝热隔板上均设置有流通孔。

进一步地，三条并联的换热管支路分别对应地设置于上部空间、中部空间和下部空间内。

进一步地，本发明提供的变频热泵热水器，还包括与控制器相连的控制信号触发装置，控制器根据控制信号触发装置产生的不同的触发信号控制变频压缩机的工作频率和换热管支路的通断。

进一步地，控制信号触发装置包括用水量控制触发装置，用水量控制触发装置用于产生用水量触发信号，控制器根据用水量触发信号分别发出相互对应的用于控制变频压缩机的运行频率的压缩机控制信号和用于控制一条或多条换热管支路的通断的换热管支路通断信号。

进一步地，控制信号触发装置还包括快速加热触发装置，快速加热触发装置用于产生快速加热触发信号，控制器根据快速加热触发信号发出用于控制一条换热管支路接通而其余支路切断的单支路接通信号和用于控制变频压缩机在中频运行的中频控制信号或在高频运行的高频控制信号。

进一步地，变频控制单元还包括温度检测装置，温度检测装置用于在变频热泵热水器工作时检测水箱的出水口的水温，当水温低于预定值时，快速加热触发装置被触发产生快速加热触发信号。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种变频热泵热水器的变频控制方法，包括：获取用户需求信号；根据用户需求信号控制换热管支路的开通数量以及变频压缩机的运行频率，其中，换热管支路开通一条时，变频压缩机以第一频率运行；换热管支路开通两条时，变频压缩机以第二频率运行；换热管支路开通三条及以上时，变频压缩机以第三频率运行。

进一步地，第一频率大于等于1赫兹并小于30赫兹；第二频率大于等于30赫兹并小于90赫兹；第三频率大于等于90赫兹。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的变频热泵热水器，包括具有多条并联的换热管支路的换热管，控制器，可以根据用户需求信号控制变频压缩机的运行频率和换热管支路的开通数量，从而使热水器的运行更加高效节能，同时减少不必要的热水浪费，降低水箱的保温损失。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的制热水/除霜回路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的一个方面提供了一种变频热泵热水器，包括：水箱10；换热管20，位于水箱10内，并具有多条并联的换热管支路；变频压缩机30，与换热管20串联连接；控制器，用于根据用户需求信号控制变频压缩机30的运行频率和多条并联的换热管支路的开通数量，且变频压缩机30的运行频率与换热管支路的开通数量相对应。

本发明提供的变频热泵热水器，根据不同的用户需要信号，有针对性地选择变频压缩机30的运行频率以及开通相应的换热管支路的数量，进而使变频压缩机30的运行频率与热水供热量相匹配，使热水器运行更加高效节能，同时减少不必要的热水浪费，降低水箱10的保温损失。

为了便于对每条换热管支路的通断的控制，可以在每条水供热支路上分别设置一个电磁阀25，且该电磁阀25受控于控制器。

***制热水时，换热管20具有与变频压缩机30相连的流入端和与储液罐40相连的流出端，每条换热管支路的流入端均与换热管20的流入端相连，每条换热管支路的流出端均与换热管20的流出端相连，以形成多条并联的支路。换热管20与变频压缩机30相连的流入端和与储液罐40相连的流出端均设置有截止阀26。

作为一种具体的实施方式，换热管20可以具有三条并联的换热管支路，可以是第一换热管支路21、第二换热管支路22以及第三换热管支路23。

实际上，上述换热管20相当于空调***中的换热器，不同的是此处的换热介质是换热器内部的制冷剂与位于水箱10中的水，因此，可以将热水器中使用的换热器称为制冷剂-水换热器，该制冷剂-水换热器可以分为紧贴在水箱内胆11的外壁的外盘式换热器和放置在水箱内胆11内的内盘式换热器(在图1中仅给出了三条并联的换热管支路全部放置在水箱内胆11中的示意图)。

水箱内胆11内设置有将水箱内胆11分隔成上部空间、中部空间和下部空间的第一绝热隔板13和第二绝热隔板15，并且第一绝热隔板13和第二绝热隔板15上均设置有流通孔。利用第一绝热隔板13和第二绝热隔板15可以减小水箱内胆11内的冷热水相互混合，以免未加热的空间内的冷水影响正在加热的空间的水的加热效率。

上述三条并联的第一换热管支路21、第二换热管支路22以及第三换热管支路23分别位于上部空间、中部空间和下部空间内，三条支路可以分别对所在空间内水进行加热。每条支路的长度可以依据***换热量、水箱10的高度及容积确定。

为了实现根据用户需要信号对变频压缩机30的运行频率及三条换热管支路的通断数量进行控制的目的，本发明提供的变频热泵热水器，还包括与控制器相连的控制信号触发装置，控制器可以根据控制信号触发装置产生的不同的触发信号控制变频压缩机30的运行频率和三条换热管支路的通断。实际上，这些控制信号触发装置可以是多种控制按钮，用户可以根据自己的需求触动不同的按钮，进而将用户的需求转化成不同的触发信号。

为了有效利用变频压缩机30的变频运行的功能，可以利用变频压缩机30的不同运行频率对不同的水量进行加热，例如，当用水量较少时，可以使变频压缩机30处于低频运行并与第一换热管支路21串联，只有水箱内胆11的上部空间内的水被加热；当用水量较多时，可以使变频压缩机30处于高频运行并与三条支路均串联，使整个水箱内胆11中的水都被加热，进而可以使热水器的运行更加高效节能，同时减少不必要的热水浪费，降低水箱保温损失。

为了实现根据用户需要的用水量对变频压缩机30的运行频率和换热管支路的开通数量进行控制的目的，控制信号触发装置可以包括用水量控制触发装置，该用水量控制触发装置用于产生用水量触发信号，控制器可以根据用水量触发信号分别发出相互对应的用于控制变频压缩机30的工作频率的压缩机控制信号和用于控制一条或多条换热管支路的通断的换热管支路通断信号。具体地说，压缩机控制信号包括用于控制变频压缩机30在低频运行的低频控制信号、用于控制变频压缩机30在中频运行的中频控制信号以及用于控制变频压缩机30在高频运行的高频控制信号；换热管支路通断信号包括与低频控制信号相对应的用于控制一条换热管支路接通而其余支路切断的单支路接通信号、与中频控制信号相对应的用于控制两条换热管支路接通而其余支路切断的双支路接通信号、与高频控制信号相对应的用于控制全部换热管支路接通的全支路接通信号。

例如，当用户设置一人用水量时，换热管20的第一换热管支路21的电磁阀25开启、第二换热管支路22和第三换热管支路23的电磁阀25均关闭，此时变频压缩机30在低频下运行，实现水箱内胆11的上部空间制热水；

当用户设置两人用水量时，换热管20的第一换热管支路21的电磁阀25和第二换热管支路22的电磁阀25开启，第三换热管支路23的电磁阀25关闭，变频压缩机30中频运行，实现水箱内胆11的上部空间和中部空间加热以减少耗电量，提高***性能；

当用户设置三人或三人以上用水量时，换热管20的所有支路的电磁阀均开启，变频压缩机30高频运行，水箱上部空间、中部空间和下部空间同时加热，以满足用户用水量需求。

为了满足用户的需求，本发明提供的变频热泵热水器中的控制信号触发装置还可以包括快速加热触发装置，该快速加热触发装置可以用于产生快速加热触发信号，控制器可以根据快速加热触发信号发出用于控制一条换热管支路接通而其余支路切断的单支路接通信号和用于控制变频压缩机30在中频或高频运行的中频控制信号或高频控制信号。也就是说，如果需要快速加热，控制器只控制第一换热管支路21的电磁阀25接通，而变频压缩机30处于中频或高频运行，进而提高第一换热管支路21的换热量，以达到快速加热的目的。

为了防止用户在洗浴过程中，水温低于设定温度，本发明提供的变频热泵热水器还包括温度检测装置，该温度检测装置用于在变频热泵热水器工作时检测水箱10的出水口的水温，当水温低于预定值时，快速加热触发装置被触发产生快速加热触发信号，热水器立即进入快速加热模式，此时，第一热水换热支路21的电磁阀25开启、第二热水换热支路22和第三热水换热支路的电磁阀25均关闭，变频压缩机30中频或高频运行，边加热边供水，防止低温供热水，提高洗浴的舒适性。在快速加热模式下，变频压缩机30处于中频运行还是高频运行可以在设计时根据变频压缩机30的功率设定。

从图1中可以看出，本发明提供的变频热泵热水器的供热回路中还包括了节流装置50、室外换热器60以及四通阀70等，这些装置的布置结构可以与现有的热水器的布置结构相同，在此不再赘述。

另外，本发明还提供了一种关于上述变频热泵热水器的变频控制方法，该变频控制方法实际上已经在上面的描述中有所体现，现具体描述如如下：

获取用户需求信号；

根据用户需求信号控制换热管支路的开通数量以及变频压缩机的运行频率，

其中，

换热管支路开通一条时，变频压缩机以第一频率运行；

换热管支路开通两条时，变频压缩机以第二频率运行；

换热管支路开通三条及以上时，变频压缩机以第三频率运行。

具体地说，第一频率大于等于1赫兹并小于30赫兹；第二频率大于等于30赫兹并小于90赫兹；第三频率大于等于90赫兹，可以将第一频率、第二频率及第三频率分别称为低频、中频及高频。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种变频热泵热水器，其特征在于，包括：

水箱(10)；

换热管(20)，位于所述水箱(10)内，并具有多条并联的换热管支路(21、22、23)；

变频压缩机(30)，与所述换热管(20)串联连接；

控制器，用于根据用户需求信号控制多条并联的所述换热管支路(21、22、23)的开通数量。

2.根据权利要求1所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述控制器还用于根据用户需求信号控制所述变频压缩机的运行频率，且所述换热管支路(21、22、23)的不同的开通数量对应所述变频压缩机(30)的不同的运行频率。

3.根据权利要求2所述的变频热泵热水器，其特征在于，每条所述换热管支路(21、22、23)上均设置有一个受控于所述控制器的电磁阀(25)。

4.根据权利要求1或2或3所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述换热管(20)包括三条并联的所述换热管支路(21、22、23)。

5.根据权利要求4所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述水箱(10)内设置有水箱内胆(11)，三条并联的所述换热管支路(21、22、23)均位于所述水箱内胆(11)的内部或均紧贴于所述水箱内胆(11)的外壁。

6.根据权利要求5所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述水箱内胆(11)内设置有将所述水箱内胆(11)分隔成上部空间、中部空间和下部空间的第一绝热隔板(13)和第二绝热隔板(15)，所述第一绝热隔板(13)和所述第二绝热隔板(15)上均设置有流通孔。

7.根据权利要求6所述的变频热泵热水器，其特征在于，三条并联的所述换热管支路(21、22、23)分别对应地设置于所述上部空间、所述中部空间和所述下部空间内。

8.根据权利要求4所述的变频热泵热水器，其特征在于，还包括与所述控制器相连的控制信号触发装置，所述控制器根据所述控制信号触发装置产生的不同的触发信号控制所述变频压缩机(30)的工作频率和所述换热管支路(21、22、23)的通断。

9.根据权利要求8所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述控制信号触发装置包括用水量控制触发装置，所述用水量控制触发装置用于产生用水量触发信号，所述控制器根据所述用水量触发信号分别发出相互对应的用于控制所述变频压缩机(30)的运行频率的压缩机控制信号和用于控制一条或多条所述换热管支路(21、22、23)的通断的换热管支路通断信号。

10.根据权利要求9所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述控制信号触发装置还包括快速加热触发装置，所述快速加热触发装置用于产生快速加热触发信号，所述控制器根据所述快速加热触发信号发出用于控制一条换热管支路接通而其余支路切断的单支路接通信号和用于控制所述变频压缩机(30)在中频运行的中频控制信号或在高频运行的高频控制信号。

11.根据权利要求10所述的变频热泵热水器，其特征在于，所述变频控制单元还包括温度检测装置，所述温度检测装置用于在所述变频热泵热水器工作时检测所述水箱(10)的出水口的水温，当所述水温低于预定值时，所述快速加热触发装置被触发产生快速加热触发信号。

12.一种变频热泵热水器的变频控制方法，其特征在于，包括：

获取用户需求信号；

根据所述用户需求信号控制换热管支路的开通数量以及变频压缩机的运行频率，

其中，

所述换热管支路开通一条时，所述变频压缩机以第一频率运行；

所述换热管支路开通两条时，所述变频压缩机以第二频率运行；

所述换热管支路开通三条及以上时，所述变频压缩机以第三频率运行。

13.根据权利要求12所述的变频控制方法，其特征在于，

所述第一频率大于等于1赫兹并小于30赫兹；

所述第二频率大于等于30赫兹并小于90赫兹；

所述第三频率大于等于90赫兹。

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