專利名稱：空氣源熱泵熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣源熱泵熱器，特別是對現(xiàn)有直接蒸發(fā)式空氣源熱泵熱水器化霜系統(tǒng)及熱水供給系統(tǒng)作了改進的一種節(jié)能、環(huán)保型的熱水裝置，屬于能源類供熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前我國熱水器市場上普遍銷售的熱水器產(chǎn)品為電熱水器、燃氣熱水器和太陽能熱水器等。其中，電熱水器以消耗大量昂貴的電力為代價，不利于能源的合理利用；燃氣熱水器在使用中則存在嚴(yán)重的安全隱患，每年因燃氣熱水器的使用而引發(fā)的中毒事件時有報道；常規(guī)的太陽能熱水器在陰雨天是不能生產(chǎn)熱水的，只能依靠電加熱來彌補太陽能的不足，從而也存在能源的浪費現(xiàn)象，特別是在一些陰雨天比較多的南方地區(qū)使用這種熱水器并不十分經(jīng)濟。于是，一種新型的基于熱泵循環(huán)原理的熱水器開始在熱水器市場上嶄露頭角，它是利用蒸發(fā)器從周圍環(huán)境中吸收熱能(太陽能、空氣或水等)，并通過冷凝器將熱能釋放到水中去，從而實現(xiàn)熱水的生產(chǎn)。熱泵熱水器具有高效節(jié)能、環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點，可全天候使用。能源危機正越來越嚴(yán)重地制約著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，從近幾年全國各地爆發(fā)的“電荒”就可以讓我們十分清楚地認識到這一問題的嚴(yán)重性，因此，發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品是國家支持、民眾得益之舉，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
現(xiàn)有的空氣源熱泵熱水器中，如中國專利曾公開的“空氣源熱泵熱水器”(CN200420019720.4，公告日2005.02.02)，室外機由風(fēng)冷換熱器、壓縮機及相關(guān)配件組成，板式冷凝器分別與制冷劑管路、熱水循環(huán)管路進行連接，采用循環(huán)水泵提供熱水回路的循環(huán)動力，保溫水箱采用承壓式結(jié)構(gòu)，上、下部分別設(shè)有熱水循環(huán)接管與板式冷凝器和循環(huán)水泵連接，形成閉合的熱水循環(huán)回路，內(nèi)筒內(nèi)設(shè)有圓缺形的阻流隔板，以增加熱水循環(huán)在水箱內(nèi)的阻力，控制器采用單片機，輸入端為插入水箱中的溫度傳感器，輸出端控制壓縮機、軸流風(fēng)扇和循環(huán)水泵的啟停，主要缺點是無法在北方地區(qū)推廣應(yīng)用。如“一種空氣源熱泵熱水器”(CN200420027103.9，公告日2005.06.01)包括貯水箱、熱泵機組、熱泵換熱器、水溫傳感器、環(huán)境溫度傳感器、電加熱器和控制器。所述電加熱器安裝在貯水箱內(nèi)，控制器接受來自環(huán)境溫度傳感器和水溫傳感器的探測信號，根據(jù)兩溫度傳感器探測的溫度控制熱泵機組及電加熱器的工作與否，主要缺點是無化霜功能，無法在長江中下游地區(qū)推廣應(yīng)用。
市售一部分空氣源熱泵熱水器冷凝器直接放置水箱中，主機由壓縮機、干燥過濾器、毛細管、風(fēng)冷換熱器、氣液分離器及配管組成，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，主要缺點是，無化霜裝置，且適用環(huán)境溫度范圍小，高、低溫性能差，在低溫高濕的環(huán)境中無法使用，如在長江中下游地區(qū)無法推廣應(yīng)用。另一部分空氣源熱泵熱水器在此基礎(chǔ)上改進增加了空調(diào)傳統(tǒng)化霜裝置四通換向閥或熱氣旁通電磁閥，雖然這兩種改進都具備化霜功能，但由于毛細管自適應(yīng)范圍小的局限性，并不能從根本解決好高、低溫性能，且化霜過程也存在缺陷，前者采用四通換向閥換向化霜的同時對水箱中的水進行制冷，從而造成熱量損失；后者采用熱氣旁通電磁閥化霜，由于無法構(gòu)成高低壓差，導(dǎo)致化霜效果差、時間長。
現(xiàn)有的商用空氣源熱泵熱水器供水系統(tǒng)，大多數(shù)采用一蓄熱保溫儲水箱通過循環(huán)水泵和空氣源熱泵熱水器相連接構(gòu)成水循環(huán)系統(tǒng)，冷水補給采用不銹鋼浮球控制，空氣源熱泵熱水器根據(jù)儲水箱內(nèi)的溫度啟停，蓄熱保溫儲水箱容量一般根據(jù)客戶每天用水量而定，主要缺點是，儲水箱容量大，短時間內(nèi)熱泵熱水器不能將滿箱冷水加熱到客戶需求溫度，即在將水加熱到客戶需求溫度之前客戶無法用水，不能實現(xiàn)真正的全天候供熱水，另外，即便是滿箱熱水，但客戶使用熱水的同時冷水又不斷地補進，熱水使用了多少，冷水就進了多少，水箱溫度不斷降低，當(dāng)使用了一半時，水溫已降至客戶需求溫度以下，以致熱水利用率極低。
三、發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，對現(xiàn)有直接蒸發(fā)式空氣源泵熱水器化霜系統(tǒng)及熱水供給系統(tǒng)作了改進，提供一種新型結(jié)構(gòu)的空氣源熱泵熱水器，具有適用范圍廣、可靠性高、節(jié)能等優(yōu)點的全天侯熱水供應(yīng)系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明創(chuàng)造設(shè)計了一款空氣源熱泵熱水器主機由翅片管式蒸發(fā)器、輔助化霜換熱器、汽液分離器、壓縮機、套管換熱器、儲液器、電子膨脹閥、換向閥、電磁閥、單向閥及相關(guān)制冷配件以極為緊湊的結(jié)構(gòu)形式組合起來，套管換熱器分別與制冷劑管路、熱水循環(huán)管路進行連接，使制冷劑與水進行熱交換；采用外置循環(huán)水泵提供熱水回路的循環(huán)動力；蓄熱保溫水箱采用非承壓結(jié)構(gòu)，進水管通過進水電磁閥與自來水管網(wǎng)連接；蓄熱保溫水箱上、下部分別設(shè)有循環(huán)熱水管，并與套管換熱器和循環(huán)水泵連接，從而形成閉合的熱水循環(huán)回路；控制器由控制主板和線控器組成，主板和線控器主芯片均采用單片機控制，輸入部分由環(huán)境溫度傳感器、盤管溫度傳感器、水箱溫度傳感器、高低水位開關(guān)、靶流開關(guān)等組成；輸出用于控制進水電磁閥、循環(huán)水泵、壓縮機、軸流風(fēng)機、電子膨脹閥、化霜電磁閥等部件；為了保證熱泵熱水器在實際使用過程中的安全性、高效性、可靠性，本發(fā)明創(chuàng)造采用控制器對系統(tǒng)運行自動控制，所有控制功能由單片機來實現(xiàn)，通過對環(huán)境溫度、進水溫度實時采集計算，即時調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度和電機轉(zhuǎn)速，使制冷系統(tǒng)始終運行在最佳狀態(tài)；同時系統(tǒng)還具有高壓、低壓、排氣溫度過高等多重保護，確保系統(tǒng)在各種情況下都能安全運行。
為了保證熱泵熱水器在低溫高濕環(huán)境中能夠可靠運行，及時有效地除霜，本發(fā)明創(chuàng)造采用輔助化霜換熱器進行除霜，在運行過程中，控制器通過對環(huán)境溫度、盤管溫度、進水溫度、運行時間等參數(shù)進行實時采集，實時判斷翅片管式蒸發(fā)器是否結(jié)霜，使系統(tǒng)能及時有效地進入化霜程序運行，在化霜運行過程中，制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓氣體通過換向閥換向進入翅片管式蒸發(fā)器，在對翅片管式蒸發(fā)器除霜的同時制冷劑蒸氣被冷凝成低溫高壓液體，經(jīng)過電子膨脹閥和化霜電磁閥流入輔助化霜換熱器蒸發(fā)成低溫低壓制冷劑氣體，最后再經(jīng)過換向閥回流至壓縮機，形成閉合的制冷循環(huán)系統(tǒng)；本發(fā)明創(chuàng)造通過套管換熱器后面單向閥阻止制冷劑流經(jīng)套管換熱器，有效地防止化霜過程中熱量損失，同時也從根本解決了化霜過程中套管換熱器被凍裂的可能性。
為了保證熱水供應(yīng)系統(tǒng)在實際使用過程中真正實現(xiàn)全自動運行，無需人工值守，本發(fā)明創(chuàng)造通過控制器對熱水循環(huán)管路中的靶流開關(guān)和蓄熱保溫水箱中的低水位開關(guān)、高水位開關(guān)及蓄熱保溫水箱溫度進行采集，實時判斷蓄熱保溫水箱中熱水的溫度及水位，使系統(tǒng)有效地對循環(huán)水泵、進水電磁閥、主機進行控制。先通過進水電磁閥對蓄熱保溫水箱補冷水，當(dāng)水位到達低水位開關(guān)時，循環(huán)水泵啟動，運行兩分鐘后對靶流開關(guān)檢測，如水流開關(guān)已閉合，則啟動主機；當(dāng)水位升高到低水位開關(guān)和高水位開關(guān)之間時，進水電磁閥啟停根據(jù)蓄熱保溫水箱溫度來控制，當(dāng)蓄熱保溫水箱溫度低于44℃時進水電磁閥關(guān)閉，隨著熱泵熱水器對水不斷加熱，蓄熱保溫水箱溫度不斷上升，當(dāng)蓄熱保溫水箱溫度上升至47℃時，進水電磁閥開啟補水，冷水補進的同時蓄熱保溫水箱溫度又不斷下降，當(dāng)蓄熱保溫水箱溫度下降至44℃時，進水電磁閥關(guān)閉，蓄熱保溫水箱中的水再被加熱升高至47℃時，再補冷水，如此周而復(fù)始地循環(huán)工作，直至蓄熱保溫水箱水位升至高水位開關(guān)，然后再集中加熱至設(shè)定溫度后主機退出運行。采用這種對蓄熱保溫水箱分段補水、分段加熱的方法，保證了蓄熱保溫水箱中的水始終是44℃以上的生活熱水，從而實現(xiàn)全天侯提供熱水。
四

圖1為本實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(省略了控制器)。
圖2為本實施例的熱水供給系統(tǒng)示意圖。
圖中1、蓄熱保溫水箱，2、循環(huán)熱水管，3、循環(huán)水泵，4、套管換熱器，5、壓縮機，6、高壓開關(guān)，7、低壓開關(guān)，8、汽液分離器，9、換向閥，10、翅片管式蒸發(fā)器，11、軸流風(fēng)扇，12、電機，13、輔助化霜換熱器，14、化霜電磁閥，15、電子膨脹閥，16、單向閥，17、過濾器，18、儲液器，19、自來水進水管，20、進水電磁閥，21、靶流開關(guān)，22、高水位開關(guān)，23、低水位開關(guān)，24、水箱溫度傳感器，25、熱水供給管道，26、水過濾器，32、主機。
五具體實施例方式
以下結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案作進一步詳細描述。
如圖1和圖2所示，一種空氣源熱泵熱水器，包括含有制冷系統(tǒng)的主機29、蓄熱保溫水箱1和控制器，控制器采用單片機控制，輸入部分包括環(huán)境溫度傳感器、盤管溫度傳感器、水箱溫度傳感器24、高水位開關(guān)22、低水位開關(guān)23、靶流開關(guān)21，輸出用于控制進水電磁閥20、循環(huán)水泵3、壓縮機3、電機12、電子膨脹閥15、化霜電磁閥13，蓄熱保溫水箱1上、下部分別設(shè)有循環(huán)熱水管2，并與套管換熱器4和循環(huán)水泵3連接，主機29中的制冷系統(tǒng)由套管換熱器4、壓縮機5、高壓開關(guān)6、低壓開關(guān)7、汽液分離器8、具有反向不導(dǎo)通特性的換向閥9、翅片管式蒸發(fā)器10、輔助化霜換熱器13、化霜電磁閥14、電子膨脹閥15、單向閥16、過濾器17、儲液器18及配管組成一閉合制冷劑回路，換向閥9第一向通過高壓開關(guān)6接壓縮機5上部、第二向接套管換熱器4上部、第三向接輔助化霜換熱器13上部和通過汽液分離器8和低壓開關(guān)7接壓縮機5下部、第四向接翅片管式蒸發(fā)器10上部，翅片管式蒸發(fā)器10下部設(shè)置電子膨脹閥15，輔助化霜換熱器13下部設(shè)置化霜電磁閥14，套管換熱器4通過儲液器18、過濾器17、單向閥16接電子膨脹閥15和化霜電磁閥14，軸流風(fēng)扇11、電機12和翅片管式蒸發(fā)器10組成風(fēng)冷換熱器。
參見圖2，蓄熱保溫水箱1上部接由自來水進水管19和進水電磁閥20組成的補水系統(tǒng)，蓄熱保溫水箱1與套管換熱器4之間接有靶流開關(guān)21，蓄熱保溫水箱1上部設(shè)有高水位開關(guān)22、下部設(shè)有低水位開關(guān)23和水箱溫度傳感器24。
參見圖2，套管換熱器4與循環(huán)水泵3之間設(shè)有水過濾器26。
參見圖2，蓄熱保溫水箱1下部接引出熱水供給管道25。
參見圖2，蓄熱保溫水箱1采用非承壓結(jié)構(gòu)。
在正常制熱水時，制冷劑循環(huán)過程如圖1示沿實線箭頭方向循環(huán)，制冷劑經(jīng)壓縮機5壓縮成高溫高壓氣體通過換向閥9進入套管換熱器4，在套管換熱器4中與循環(huán)水進行熱交換對水進行加熱，同時制冷劑蒸氣被冷凝成低溫高壓液體，流經(jīng)過濾器17、單向閥16后，通過電子膨脹閥15節(jié)流成低溫低壓液體進入翅片管式蒸發(fā)器10，在翅片管式蒸發(fā)器10中與強制的空氣流進行熱交換并蒸發(fā)成低溫低壓制冷劑氣體，最后再經(jīng)過換向閥9和汽液分離器8回流至壓縮機5，形成閉合的制冷循環(huán)系統(tǒng)，如此周而復(fù)始地對循環(huán)水進行加熱。在正常制熱水時過程中化霜電磁閥14處于關(guān)閉狀態(tài)，輔助化霜換熱器13不起作用。
在寒冷的冬季，由于環(huán)境溫度比較低，而且空氣中具有一定的濕度，熱泵熱水器運行過程中翅片管式蒸發(fā)器10表面因空氣中水蒸汽不斷凝結(jié)而結(jié)霜，熱泵系統(tǒng)制熱效果也隨之降低，此時控制器通過對環(huán)境溫度、盤管溫度、運行時間等參數(shù)進行實時采集，使系統(tǒng)及時有效地進入化霜程序運行，在化霜運行過程中，制冷劑經(jīng)壓縮機5壓縮成高溫高壓氣體通過換向閥換向9進入翅片管式蒸發(fā)器10，在對翅片管式蒸發(fā)器10除霜的同時制冷劑蒸氣被冷凝成低溫高壓液體，經(jīng)過電子膨脹閥15和化霜電磁閥14流入輔助化霜換熱器13進行蒸發(fā)成低溫低壓制冷劑氣體，最后再經(jīng)過換向閥9回流至壓縮機5，由于單向閥9反向不導(dǎo)通的特性，從而有效地阻止制冷劑流入套管冷凝器4對循環(huán)水進行制冷，有效地防止化霜過程中熱量損失，同時也從根本上解決了化霜過程中套管冷凝器4被凍裂的可能性。
參見圖2，本發(fā)明創(chuàng)造熱水供給系統(tǒng)由蓄熱保溫水箱1、循環(huán)熱水管2、水過濾器26、循環(huán)水泵3、主機27組成一個熱水循環(huán)系統(tǒng)，自來水進水管19和進水電磁閥20組成補水系統(tǒng)，高水位開關(guān)22、低水位開關(guān)23、水箱溫度傳感器24、靶流開關(guān)21為控制器輸入?yún)?shù)，進水電磁閥20、循環(huán)水泵2、主機12為控制器輸出執(zhí)行部件，通過控制器對進水電磁閥20、循環(huán)水泵3、主機27智能控制，在實現(xiàn)全天侯熱水供給的同時充分地提高了熱水的利用率。
權(quán)利要求
1.一種空氣源熱泵熱水器，包括含有制冷系統(tǒng)的主機(29)、蓄熱保溫水箱(1)和控制器，控制器采用單片機控制，輸入部分包括環(huán)境溫度傳感器、盤管溫度傳感器、水箱溫度傳感器(24)、高水位開關(guān)(22)、低水位開關(guān)(23)、靶流開關(guān)(21)，輸出用于控制進水電磁閥(20)、循環(huán)水泵(3)、壓縮機(3)、電機(12)、電子膨脹閥(15)、化霜電磁閥(13)，蓄熱保溫水箱(1)上、下部分別設(shè)有循環(huán)熱水管(2)，并與套管換熱器(4)和循環(huán)水泵(3)連接，其特征在于主機(29)中的制冷系統(tǒng)由套管換熱器(4)、壓縮機(5)、高壓開關(guān)(6)、低壓開關(guān)(7)、汽液分離器(8)、具有反向不導(dǎo)通特性的換向閥(9)、翅片管式蒸發(fā)器(10)、輔助化霜換熱器(13)、化霜電磁閥(14)、電子膨脹閥(15)、單向閥(16)、過濾器(17)、儲液器(18)及配管組成一閉合制冷劑回路，換向閥(9)第一向通過高壓開關(guān)(6)接壓縮機(5)上部、第二向接套管換熱器(4)上部、第三向接輔助化霜換熱器(13)上部和通過汽液分離器(8)和低壓開關(guān)(7)接壓縮機(5)下部、第四向接翅片管式蒸發(fā)器(10)上部，翅片管式蒸發(fā)器(10)下部設(shè)置電子膨脹閥(15)，輔助化霜換熱器(13)下部設(shè)置化霜電磁閥(14)，套管換熱器(4)通過儲液器(18)、過濾器(17)、單向閥(16)接電子膨脹閥(15)和化霜電磁閥(14)，軸流風(fēng)扇(11)、電機(12)和翅片管式蒸發(fā)器(10)組成風(fēng)冷換熱器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于蓄熱保溫水箱(1)上部接由自來水進水管(19)和進水電磁閥(20)組成的補水系統(tǒng)，蓄熱保溫水箱(1)與套管換熱器(4)之間接有靶流開關(guān)(21)，蓄熱保溫水箱(1)上部設(shè)有高水位開關(guān)(22)、下部設(shè)有低水位開關(guān)(23)和水箱溫度傳感器(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于套管換熱器(4)與循環(huán)水泵(3)之間設(shè)有水過濾器(26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于蓄熱保溫水箱(1)下部接引出熱水供給管道(25)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于蓄熱保溫水箱(1)采用非承壓結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種空氣源熱泵熱水器，包括主機、蓄熱保溫水箱和控制器，主機由翅片管式蒸發(fā)器、輔助化霜換熱器、汽液分離器、壓縮機、套管換熱器、儲液器、電子膨脹閥、換向閥、電磁閥、單向閥及相關(guān)制冷配件以極為緊湊的結(jié)構(gòu)形式組合起來，套管換熱器分別與制冷劑管路、熱水循環(huán)管路進行連接，使制冷劑與水進行熱交換；采用外置循環(huán)水泵提供熱水回路的循環(huán)動力；蓄熱保溫水箱采用非承壓結(jié)構(gòu)，進水管通過進水電磁閥與自來水管網(wǎng)連接；蓄熱保溫水箱上、下部分別設(shè)有循環(huán)熱水管，并與套管換熱器和循環(huán)水泵連接，從而形成閉合的熱水循環(huán)回路。它具有適用范圍廣、可靠性高、節(jié)能等優(yōu)點的全天侯熱水供應(yīng)系統(tǒng)。
文檔編號F24H4/04GK1818498SQ20061004968
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者黃道德 申請人:黃道德