CN103983013B - 新型无霜空气源热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型无霜空气源热泵热水器，包括制冷剂循环回路，空气压缩机以及空气膨胀机。制冷剂循环回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机、冷凝器、节流装置和热交换器；其中，所述热交换器包括壳体，位于该壳体内的盘管，一进气口以及一出气口，所述盘管内流通制冷剂，所述盘管外的壳体内部形成空气引入空间；所述进气口与所述空气压缩机相连，所述出气口与所述空气膨胀机相连，以使经所述空气压缩机输出的空气从所述进气口输入所述空气引入空间内与所述制冷剂换热，并在放热后从所述出气口输出至所述空气膨胀机。本发明结构简单，能够有效防止结霜。

Description

新型无霜空气源热泵热水器

技术领域

本发明涉及热水器，特别涉及一种新型无霜空气源热泵热水器。

背景技术

空气源热泵热水器，是采用制冷原理从空气中吸收热量来制造热水的“热量搬运”装置。通过让工质不断完成蒸发(吸取环境中的热量)→压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。该装置主要从空气获得热能，具有太阳能热水器节能、环保、安全的优点，又解决了太阳能热水器依靠阳光采热和安装不便的问题。此外，它也没有电热水器漏电的危险。

然而，目前使用的空气源热泵热水器具有环境适应性的问题，北方冬季环境温度偏低，导致室外蒸发器容易结霜。目前广泛应用的空气源热泵热水器多靠四通换向阀除霜技术，这种传统的方法无法彻底除去霜层并且故障率高。

为解决上述问题，目前多是利用热水器的除霜设备及控制方法进行除霜，如直流变频带热水器空调器的除霜控制方法，相变蓄热器除霜，并联式互助除霜等。但这些方法也仅仅是针对热水器结霜后提出技术方案，并没有从根本上解决结霜问题。

有鉴于此，需要提出一种可解决结霜源头问题的空气源热泵热水器。

发明内容

本发明的主要目的旨在提出了一种新型无霜空气源热泵热水器，结构简单，能够有效防止结霜。

为达成上述目的，本发明提供一种空气源热泵热水器，包括制冷剂循环回路，空气压缩机以及空气膨胀机。制冷剂循环回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机、冷凝器、节流装置和热交换器；其中，所述热交换器包括壳体，设于该壳体内的盘管，一进气口以及一出气口，所述盘管内流通制冷剂，所述盘管外的壳体内部形成空气引入空间；所述进气口与所述空气压缩机相连，所述出气口与所述空气膨胀机相连，以使经所述空气压缩机输出的空气从所述进气口输入所述空气引入空间内与所述制冷剂换热，并在放热后从所述出气口输出至所述空气膨胀机。

优选地，所述盘管外的壳体内部储有导热液体，所述导热液体包围所述盘管且其液位上方留有一空间；经所述空气压缩机输出的空气从所述进气口输入所述空气引入空间内并通过所述导热液体与所述制冷剂换热。

优选地，所述空气源热泵热水器还包括一分流部件，其设于所述空气引入空间内与所述进气口相接，或为连接所述进气口与所述空气压缩机并伸入所述空气引入空间内的管件，所述分流部件位于所述空气引入空间内的部分具有多个导气孔以使所述空气压缩机输出的空气进入所述空气引入空间时分流。

优选地，所述热交换器设有一排水阀。

优选地，所述热交换器上部设有一安全阀。

优选地，所述空气压缩机为离心式空气压缩机，所述空气膨胀机为离心式空气膨胀机。

优选地，所述空气压缩机和所述空气膨胀机为同轴设置。

优选地，所述进气口设于所述热交换器的外壳的下部，所述出气口设于所述热交换器的外壳的上部。

优选地，所述热交换器的外壳的外壁上包覆有保温材料。

优选地，所述冷凝器和所述节流装置之间依次设置一贮液罐和一干燥过滤器。

本发明所提出的空气源热泵热水器，通过向室外热交换器内输入高温高压空气与制冷剂进行换热，避免了室外低温空气与热交换器内的盘管直接接触，因此在北方气温偏低的时候，该装置同样能够有效地对盘管除霜甚至防止结霜。此外，本发明省去了四通阀，能够避免由于四通阀故障引起热效率降低。

附图说明

图1为本发明一实施例的空气源热泵热水器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

在本说明书中及在权利要求书中，应理解当一元件被称为“连接”到另一元件或与另一元件“相连”时，其可直接连接到另一元件，或可存在介入元件。

图1为本发明一实施例的空气源热泵热水器的结构示意图。如图1所示，空气源热泵热水器包括压缩机1、冷凝器2、节流装置5、室外热交换器6、空气压缩机7和空气膨胀机8。其中，压缩机1、冷凝器2、节流装置5和热交换器6通过制冷剂管路连接，构成制冷剂循环回路。可选的，冷凝器2和节流装置5之间还可依次设置与冷凝器2相连的贮液罐3和与节流装置5相连的干燥过滤器4，贮液罐3用于存储制冷剂，干燥过滤器4用于过滤水分和杂质。在该制冷剂循环回路中，热交换器6中吸热蒸发的制冷剂以蒸汽形式进入压缩机1，被压缩后变成高温高压气体进入冷凝器2。在冷凝器2中，高温高压制冷剂蒸汽与从进口A输入的冷水进行热交换，制冷剂的温度下降，由高温高压气态变为液态，释放大量的热量，而将冷水加热至一定温度从出口B输出供用户使用。而放热后的液态制冷剂经贮液罐3、干燥过滤器4至节流装置5，如膨胀阀或节流阀，进行节流降压及流量调节后回到热交换器6。

由于制冷剂的沸点非常低，即使热交换器6内流通的是低温空气，制冷剂仍能够吸热蒸发而以气态进入压缩机1。然而，热交换器内过低温度的空气容易造成热交换器结霜。为解决这一问题，本发明采用壳管式换热器作为热交换器6并配合空气压缩机7和空气膨胀机8，以形成由热交换器6、空气压缩机7和空气膨胀机8构成的开式***。具体来说，热交换器6为壳管式换热器，包括一壳体，设于该壳体内的盘管，一进气口和一出气口。盘管中流通制冷剂，盘管外的壳体内部形成一空气引入空间，用于流通进行换热的空气。热交换器6的进气口与空气压缩机7相连，出气口与空气膨胀机8相连。较佳的，进气口设于热交换器6的外壳的下部，出气口设于热交换器6的外壳的上部。如此，室外空气进入空气压缩机7，压缩变成高温高压气体后从进气口通入热交换器6的空气引入空间，从而与制冷剂进行热交换，制冷剂吸收该高温高压气体的热量蒸发为气态，而放热后的高压空气经过空气膨胀机8平压后排向室外环境中。由以上可知，在热交换器侧，进入热交换器6的空气为高温高压气体，不仅能与制冷剂换热，也能够防止空气温度降到露点温度以下而导致热交换器6结霜。

为了进一步提高进入热交换器的高温高压气体与盘管内制冷剂的换热效率以及增加换热系数，可在热交换器6的盘管外壳体的内部存储一定量的导热液体。导热液体未充满热交换器6，并且较佳的是包围盘管外，与热交换器外壳体的上下端之间都留有一定空间。高温高压的空气从热交换器6下部的进气口进入空气引入空间，气体密度比较小，会经导热液体上升，上升的过程也是换热的过程。导热液体液位上方的空间可缓冲空气压力变化，使出口压力稳定。由此，进入该空气引入空间的高温高压气体以导热液体作为介质，通过该介质间接与制冷剂进行换热。具体的，该高温高压气体首先与导热液体进行换热，导热液体吸收热量后再与制冷剂换热。导热液体可以是水或其他液态溶液，具有比气体更好的比热及导热系数，因此能够有效提高和强化热交换效率。同时热交换器6内部分的高温高压空气冷凝成水还能补充导热液体。如图所示，热交换器6上可设有一排水阀10，用以对导热液体的液位进行控制。

此外，为了避免高温高压气体从进气口进入热交换器6内部快速流通空气引入空间从出气口排出，可在热交换器6上设有一分流部件以使进入其中的高温高压气体能够与制冷剂充分换热。该分流部件可以是设于空气引入空间内与进气口相接的分流板件或管件，也可以是连接进气口与空气压缩机7并伸入到空气引入空间内的管件，分流部件位于空气引入空间之内的部分可设有多个导气孔，从而使高温高压气体进入空气引入空间时分流。

对于空气压缩机7和空气膨胀机8来说，较佳的两者均采用离心式机器。进一步的，离心式空气压缩机7和离心式空气膨胀机8为同轴设置，以回收一部分的功，减小***的耗功量。

此外，热交换器6上部可设有一安全阀9，用于防止热交换器内部压力过高。热交换器6的外壳的外壁上还可包覆一定厚度的保温材料，用于对其内部的高温高压气体的温度保温。

综上所述，本发明所提出的空气源热泵热水器，通过向室外热交换器内输入高温高压空气与制冷剂进行换热，避免了室外低温空气与热交换器内部部件直接接触，因此在北方气温偏低的时候，该装置同样能够有效地对热交换器除霜甚至防止结霜。并且，本发明省去了四通阀，能够避免由于四通阀故障引起热效率降低。进一步地，通过以导热液体为介质，使输入热交换器的高温高压空气间接与制冷剂换热，更加提高了换热效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (9)

1.一种空气源热泵热水器，其特征在于，包括：

制冷剂循环回路，其包括通过制冷剂管路连接的压缩机、冷凝器、节流装置和设置于室外的热交换器；其中制冷剂在所述热交换器中吸热蒸发以蒸汽形式进入所述压缩机，被压缩后进入所述冷凝器内与输入的冷水进行热交换将冷水加热至一定温度以输出供用户使用，所述制冷剂放热后转变为液态回到所述热交换器；

空气压缩机；以及

空气膨胀机，

其中，所述热交换器包括壳体，设于该壳体内的盘管，一进气口以及一出气口；所述盘管内流通制冷剂，所述盘管外的壳体内部形成空气引入空间；所述进气口与所述空气压缩机相连，所述出气口与所述空气膨胀机相连；室外空气经所述空气压缩机压缩后从所述进气口输入所述空气引入空间内与所述制冷剂换热以使所述制冷剂蒸发为气态进入所述压缩机，经所述空气压缩机压缩后的室外空气在放热后从所述出气口输出至所述空气膨胀机以排向室外环境；

其中，所述盘管外的壳体内部储有导热液体，所述导热液体包围所述盘管且其液位上方留有一空间；经所述空气压缩机输出的空气从所述进气口输入所述空气引入空间内并通过所述导热液体与所述制冷剂换热。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，还包括一分流部件，其设于所述空气引入空间内与所述进气口相接，或为连接所述进气口与所述空气压缩机并伸入所述空气引入空间内的管件，所述分流部件位于所述空气引入空间内的部分具有多个导气孔以使所述空气压缩机输出的空气进入所述空气引入空间时分流。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述热交换器设有一排水阀。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述热交换器上部设有一安全阀。

5.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述空气压缩机为离心式空气压缩机，所述空气膨胀机为离心式空气膨胀机。

6.根据权利要求5所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述空气压缩机和所述空气膨胀机为同轴设置。

7.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述进气口设于所述热交换器的外壳的下部，所述出气口设于所述热交换器的外壳的上部。

8.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述热交换器的外壳的外壁上包覆有保温材料。

9.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于，所述冷凝器和所述节流装置之间依次设置一贮液罐和一干燥过滤器。