CN112066551A - 一种热泵热水器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热泵热水器及其控制方法，热水器包括热泵部分、储水箱部分及控制部分，控制部分包括主控制器；热泵部分包括顺次连接的压缩机、四通换向阀及蒸发器，蒸发器一侧设置风机，压缩机、四通换向阀、蒸发器及风机均与主控制器电性连接；储水箱部分包括水箱本体，水箱本体的一侧下端形成有进水口，水箱本体的一侧上端形成有出水口，出水口处设置温度检测部件；水箱本体的内部上端设置第一热交换器，第一热交换器的第一连接端与四通换向阀连通，第二连接端与蒸发器连通；第一热交换器的第一连接端与第二连接端之间设置有第一电磁阀；第一电磁阀、温度传感器均与主控制器电性连接。该热泵热水器的水箱上部加设热交换器，可提升水温。
Description
技术领域
本发明涉及一种热水器，具体地说，是涉及一种热泵热水器及其控制方法。
背景技术
现有储水型热泵热水器在工作过程中能够对储水箱中的水进行加热，当前常用的水箱加热方式有静态加热和循环水式加热两种。其中，静态加热方式是利用设置在水箱下部的换热器静态地将水箱中的水与换热器内的高温冷媒进行换热，水箱内的冷、热水通过自然对流的方式进行热量交换，从而达到将整个储水箱中的水进行加热的目的。该加热方式加热效率不高、加热速度慢。循环水式加热方式是利用水泵将储水箱下部的低温水循环至水箱外部的热交换器中与高温冷媒进行换热，换热后的高温水被水泵循环至水箱上部，水以动态的方式与冷媒进行换热。该方式的换热效果好，水箱均匀的对整箱水进行加热，加热输入仍然较慢。
上述热水加热方式是目前常用的两种加热方式，其特点是加热过程中热水器需要对整个水箱中的水进行加热，这样就导致整体加热过程缓慢，无法快速将储水箱中的水加热到可使用状态。
部分热泵热水器为达到能够快速出热水的目的，在储水箱上部增加电阻式加热器，利用电能快速将位于储水罐上部的热水出口附近的水加热至可使用状态，此种方法虽能达到快速出热水的目的，但使用过程中需耗费大量的电能、经济性较差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种热泵热水器，该热泵热水器的水箱上部加设热交换器，实现快速提升水温的目的。
本发明的第二目的是提供一种热泵热水器的控制方法，该方法适用于上述热泵热水器。
本发明的一个方面，提供一种热泵热水器，包括热泵部分、储水箱部分及控制部分，具体地：
所述控制部分包括主控制器；
所述热泵部分包括顺次连接的压缩机、四通换向阀及蒸发器，所述蒸发器一侧设置风机，所述压缩机、四通换向阀、蒸发器及风机均与所述主控制器电性连接；
所述储水箱部分包括水箱本体，所述水箱本体的一侧下端形成有进水口，水箱本体的一侧上端形成有出水口，所述出水口处设置温度检测部件；所述水箱本体的内部上端低于出水口高度处设置第一热交换器，该第一热交换器的第一连接端与所述四通换向阀连通，第二连接端与蒸发器连通；所述第一热交换器的第一连接端与第二连接端通过第一管道连通，该管道上设置有用于启闭第一管道的第一电磁阀；
所述第一电磁阀、温度传感器均与所述主控制器电性连接。
作为优选，所述水箱本体内还设置有串接于第一热交换器与蒸发器之间的第二热交换器，所述第二热交换器的第一连接端与第二连接端通过第二管道连通，该管道上设置用于启闭第二管道的第二电磁阀。
作为优选，所述储水箱部分还包括第三热交换器及与其连接的循环水泵，该第三热交换器设置于水箱本体外；
所述水箱本体另一侧的上端形成有循环水入口，另一侧的下端形成有循环水出口，所述循环水泵的一端与所述循环水出口连接，另一端与第三热交换器第一连接端连接，所述第三热交换器对循环水进行换热后，通过第二连接端将循环水输送至循环水入口；
所述第三热交换器的第三连接端与第一热交换器的第二连接端连通，第三热交换器的第四连接端与蒸发器连通。
作为优选，所述第一热交换器与蒸发器连通的通路上还设置有节流部件。
本发明的另一个方面，提供一种热泵热水器的控制方法，该方法包括如下步骤：
1）响应于用水需求，检测水箱本体出水口温度；
2）判断当前出水口温度T2是否低于预设温度T1，若是，则执行步骤3）；若不是，则执行步骤4）；
3）启动热泵部分，同时关闭第一电磁阀，对水箱本体上部的水进行快速加热，当出水口温度升至预设温度时，提示可以出水，并持续加热，直至出水口温度达到预设温度T1；
4）确定当前出水口温度可持续出水时间t2，若可持续出水时间t2小于预设使用时长t1，则启动热泵部分，同时关闭第一电磁阀，对水箱本体上部的水进行快速加热，直至t2≥ t1或用水需求撤销。
作为优选，可持续出水时间t2的确定依据为：根据当前水箱主体的出水口开启状态，结合当前出水口温T2。
作为优选，判断用水需求撤销的依据为：水箱本体出水口连续未出水时间t3≥10min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明在水箱上部增加热交换器，在热水加热过程中，由于热水密度较小、冷水密度较大，储水箱所存储水的水温从上至下温度越来越低，利用布置在水箱上部的第三热交换器对水箱上部温度相对较高的热水进行加热，同时实时检测水箱上部出水口处温度，当水箱上部温度加热至所需温度时，即可出水，这样，能够在水箱温度较低时，针对性地对水箱上部的热水进行快速加热（使用冷媒），可在设备运转初期针对性地对水箱本体的热水出口附近的水进行针对性加热，达到快速出热水且节约能源的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例所涉及的静态加热式热泵热水器的结构示意图；
图2是本发明图1所涉及的控制部分的结构示意图；
图3是本发明图1所涉及的热泵热水器的控制逻辑示意图；
图4是本发明实施例所涉及的循环水式加热热泵热水器结构示意图；
图5是本发明图4所涉及的热泵热水器的控制逻辑示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供一种热泵热水器，包括热泵部分、储水箱部分及控制部分，具体地：
所述控制部分包括主控制器；
所述热泵部分包括顺次连接的压缩机、四通换向阀及蒸发器，所述蒸发器一侧设置风机，所述压缩机、四通换向阀、蒸发器及风机均与所述主控制器电性连接；
所述储水箱部分包括水箱本体，所述水箱本体的一侧下端形成有进水口，水箱本体的一侧上端形成有出水口，所述出水口处设置温度检测部件；所述水箱本体的内部上端低于出水口高度处设置第一热交换器，该第一热交换器的第一连接端与所述四通换向阀连通，第二连接端与蒸发器连通；所述第一热交换器的第一连接端与第二连接端通过第一管道连通，该管道上设置有用于启闭第一管道的第一电磁阀；
所述第一电磁阀、温度传感器均与所述主控制器电性连接。
优选地，所述水箱本体内还设置有串接于第一热交换器与蒸发器之间的第二热交换器，所述第二热交换器的第一连接端与第二连接端通过第二管道连通，该管道上设置用于启闭第二管道的第二电磁阀。
优选地，所述储水箱部分还包括第三热交换器及与其连接的循环水泵，该第三热交换器设置于水箱本体外；
所述水箱本体另一侧的上端形成有循环水入口，另一侧的下端形成有循环水出口，所述循环水泵的一端与所述循环水出口连接，另一端与第三热交换器第一连接端连接，所述第三热交换器对循环水进行换热后，通过第二连接端将循环水输送至循环水入口；
所述第三热交换器的第三连接端与第一热交换器的第二连接端连通，第三热交换器的第四连接端与蒸发器连通。
优选地，所述第一热交换器与蒸发器连通的通路上还设置有节流部件。
本实施例还提供一种热泵热水器的控制方法，该方法包括如下步骤：
1）响应于用水需求，检测水箱本体出水口温度；
2）判断当前出水口温度T2是否低于预设温度T1，若是，则执行步骤3）；若不是，则执行步骤4）；
3）启动热泵部分，同时关闭第一电磁阀，对水箱本体上部的水进行快速加热，当出水口温度升至预设温度时，提示可以出水，并持续加热，直至出水口温度达到预设温度T1；
4）确定当前出水口温度可持续出水时间t2，若可持续出水时间t2小于预设使用时长t1，则启动热泵部分，同时关闭第一电磁阀，对水箱本体上部的水进行快速加热，直至t2≥ t1或用水需求撤销。
优选地，可持续出水时间t2的确定依据为：根据当前水箱主体的出水口开启状态，结合当前出水口温T2。
优选地，判断用水需求撤销的依据为：水箱本体出水口连续未出水时间t3≥10min。
下面分别针对静态加热的热水器结构及循环加热的热水器结构对本实施例进行详细的说明。
如图1-图3所示，在静态加热的热水器结构中，本发明所涉及的热泵热水器1由热泵部分2、储水箱部分3、控制部分4所构成。
如图1所示，本发明所涉及的热泵部分2由压缩机21、四通换向阀22、节流机构23、蒸发器24、风机25所过构成。其中加热运转模式下四通换向阀22中冷媒流向如图中虚线所示；化霜运转模式下四通换向阀22中冷媒流向如图中实线所示。
如图1所示，本发明所涉及的储水箱部分3由水箱本体31、位于水箱本体31内部上方的第一热交换器33、位于水箱本体31内部下方的第二热交换器32、第一电磁阀35、第二电磁阀34、位于水箱本体31壳体上的热水出水口36、位于水箱本体21壳体上的冷水进水口37以及水箱本体31内部位于热水出水口36附近的温度检测部件38所构成。其中第一电磁阀35、第二电磁阀34均具有开启和关闭两种状态；需要说明，电磁阀开启时，冷媒可以流过电磁阀；电磁阀关闭时，冷媒无法通过电磁阀。
如图1所示，本发明所涉及的控制部分4能够收集热水器使用者所设定的热水器运转参数信息，并根据所收集到的运转参数信息控制热泵部分2、储水箱部分3的运转状态。
如图2所示，本发明所涉及的主控制器包括使用者设定信息接收模块41、运转信息收集模块42、电磁阀控制部分43、温度检测模块44、热水使用效果预估模块45。
如图2所示，使用者设定信息接收模块41能够收集使用者所设定的热水器运转参数信息及预设温度T1等信息；运转信息收集模块42能够收集热泵热水器1的运转状态；电磁阀控制部分43能够对第一电磁阀35、第二电磁阀34的开启或关闭状态进行控制；温度检测模块44能够收集温度检测部件38所检测到的热水温度信息T2；热水使用效果预估模块45能够基于使用者当前的热水使用状态预估热水的可持续使用的时间。
如图3所示，当热水器开启运转（步骤S1）后，进入到步骤S2；在步骤S2中，热水器通过控制部分4接收使用者所设置的热水器运转信息，然后进入到步骤S3；在步骤S3中，在控制部分4的控制下关闭第一电磁阀、打开第二电磁阀，然后进入到步骤S4；在步骤S4中，热水器根据使用者所设置的运转参数正常运转，然后进入到步骤S5；在步骤S5中，热水器对是否接收到关机信号进行判定，未接收到关机信号则进入到步骤S6，否则进入到步骤S12；在步骤S6中，热水器对使用者是否开始使用热水进行判断，使用者开始使用热水则进入步骤S7，否则返回步骤S2；在步骤S7中，主控制器收集使用者所设定的热水使用温度T1，然后进入到步骤S8；在步骤S8中，主控制器收集热水温度T2，然后进入到步骤S9；在步骤S9中，主控制器根据当前热水使用状态并结合热水温度T2对能否满足当前热水使用要求进行判定，若不能满足热水使用要求则进入步骤S10 ，否则进入步骤S11；在步骤S10 中，主控制器同时关闭第一电磁阀和第二电磁阀，然后进入到步骤S11,；在步骤S11中，主控制器对使用者是否停止使用热水进行判断，若使用者停止使用热水则进入步骤S2，否则进入步骤S7。
储水箱31中热水温度一般较高，在使用热水时需将储水箱31中的热水与冷水混合至热水使用温度T1。在步骤S9中，主控制器根据当前热水温度T2，预估热水使用温度为T1时，热水可持续使用的时间t2，若热水可持续使用的时间t2小于某个时间长度t1（如t1设定为15min），则判断无法满足当前使用状态要求，否则判断为能够满足使用要求。
在步骤S11中，可通过使用者持续未使用热水的时间t3（如10分钟）进行判断，当主控制器检测到使用者连续10分钟未使用热水，则判定位使用者已停止使用热水。
如图4及图5所示，在循环水加热的热水器结构中，本发明所涉及的热泵热水器1由热泵部分2、储水箱部分3、控制部分4所构成。
如图4所示，本发明所涉及的热泵部分2由压缩机21、四通换向阀22、节流机构23、蒸发器24、风机25所过构成。其中加热运转模式下四通换向阀22中冷媒流向如图中虚线所示；化霜运转模式下四通换向阀22中冷媒流向如图中实线所示。
如图4所示，本发明所涉及的储水箱部分3由水箱本体31、位于水箱本体31内部上方的第一热交换器33、第一电磁阀35、位于水箱本体31壳体上的热水出水口36、位于水箱本体31壳体上的冷水进水口37、水箱本体31内部位于热水出水口36附近的温度检测部件38所构成、循环水泵39、位于水箱外部的第三热交换器40、位于水箱本体31壳体上的循环水出口41及位于水箱本体31壳体上的循环水进口42所构成。其中第一电磁阀35具有开启和关闭两种状态；电磁阀开启时，冷媒可以流过电磁阀；电磁阀关闭时，冷媒无法通过电磁阀。
综上，本实施例在水箱上部增加热交换器，在热水加热过程中，由于热水密度较小、冷水密度较大，储水箱所存储水的水温从上至下温度越来越低，利用布置在水箱上部的第三热交换器对水箱上部温度相对较高的热水进行加热，同时实时检测水箱上部出水口处温度，当水箱上部温度加热至所需温度时，即可出水，从而实现快速提升出水温度的目的。本实施例的技术方案同样适用于具有缓冲水箱的地板采暖设备，当地板采暖设备刚刚开启时，由于缓冲水箱中水温不足，可在设备运转初期针对性地对缓冲水箱热水出口附近的水进行针对性加热。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种热泵热水器，包括热泵部分、储水箱部分及控制部分，其特征在于，
所述控制部分包括主控制器；
所述热泵部分包括顺次连接的压缩机、四通换向阀及蒸发器，所述蒸发器一侧设置风机，所述压缩机、四通换向阀、蒸发器及风机均与所述主控制器电性连接；
所述储水箱部分包括水箱本体，所述水箱本体的一侧下端形成有进水口，水箱本体的一侧上端形成有出水口，所述出水口处设置温度检测部件；所述水箱本体的内部上端低于出水口高度处设置第一热交换器，该第一热交换器的第一连接端与所述四通换向阀连通，第二连接端与蒸发器连通；所述第一热交换器的第一连接端与第二连接端通过第一管道连通，该管道上设置有用于启闭第一管道的第一电磁阀；
所述第一电磁阀、温度传感器均与所述主控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述水箱本体内还设置有串接于第一热交换器与蒸发器之间的第二热交换器，所述第二热交换器的第一连接端与第二连接端通过第二管道连通，该管道上设置用于启闭第二管道的第二电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述储水箱部分还包括第三热交换器及与其连接的循环水泵，该第三热交换器设置于水箱本体外；
所述水箱本体另一侧的上端形成有循环水入口，另一侧的下端形成有循环水出口，所述循环水泵的一端与所述循环水出口连接，另一端与第三热交换器第一连接端连接，所述第三热交换器对循环水进行换热后，通过第二连接端将循环水输送至循环水入口；
所述第三热交换器的第三连接端与第一热交换器的第二连接端连通，第三热交换器的第四连接端与蒸发器连通。
4.根据权利要求1所述的一种热泵热水器，其特征在于，所述第一热交换器与蒸发器连通的通路上还设置有节流部件。
5.一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）响应于用水需求，检测水箱本体出水口温度；
2）判断当前出水口温度T2是否低于预设温度T1，若是，则执行步骤3）；若不是，则执行步骤4）；
3）启动热泵部分，同时关闭第一电磁阀，对水箱本体上部的水进行快速加热，当出水口温度升至预设温度时，提示可以出水，并持续加热，直至出水口温度达到预设温度T1；
4）确定当前出水口温度可持续出水时间t2，若可持续出水时间t2小于预设使用时长t1，则启动热泵部分，同时关闭第一电磁阀，对水箱本体上部的水进行快速加热，直至t2≥ t1或用水需求撤销。
6.根据权利要求5所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，可持续出水时间t2的确定依据为：根据当前水箱主体的出水口开启状态，结合当前出水口温T2。
7.根据权利要求5所述的一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，判断用水需求撤销的依据为：水箱本体出水口连续未出水时间t3≥10min。
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- 2020-09-07 CN CN202010930657.3A patent/CN112066551A/zh active Pending
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