專利名稱：住宅熱泵熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及熱水器。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及熱泵熱水器。
背景技術(shù)：
用于住宅熱水產(chǎn)生和儲(chǔ)存的廣泛接受和使用的熱水器是電阻熱水器和儲(chǔ)罐。熱水器典型地包括罐，其限定用于保持水的腔室。水入口管道設(shè)有第一連接件，其用于與供應(yīng)新鮮相對(duì)較冷的水到腔室的冷水供應(yīng)管線互連。在罐內(nèi)存在電阻元件，其加熱罐中的水。在當(dāng)前實(shí)施例中，存在至少兩個(gè)電阻元件。第一電阻元件位于罐的底部附近，而第二電阻元件位于罐的頂部附近。還存在定位在罐的外部上的兩個(gè)傳感器，其測(cè)量在罐的頂部和底部附近接近電阻元件的位置的罐溫度。當(dāng)由這些傳感器傳感的溫度降低到低于特定水平時(shí)，這些傳感器閉合與對(duì)應(yīng)的電阻元件相關(guān)聯(lián)的觸點(diǎn)，使得電阻元件供能。當(dāng)水供應(yīng)到罐時(shí)，它通過(guò)浸入管供應(yīng)，浸入管推動(dòng)冷水到罐的底部并且從而推動(dòng)熱水通過(guò)出口管道從頂部出來(lái)，此處水是最熱的。這種構(gòu)造的問(wèn)題中的一個(gè)在于靠近罐的頂部的傳感器不能檢測(cè)熱水正離開(kāi)和冷水正靠近底部進(jìn)入該罐。下部傳感器當(dāng)它檢測(cè)到恒溫器處的溫度下降時(shí)檢測(cè)到冷水正進(jìn)入該罐，這是具有兩個(gè)傳感器的主要目的。當(dāng)下部傳感器檢測(cè)到溫度下降到低于某水平時(shí)，它閉合該觸點(diǎn)且給下部電阻元件供能直到溫度到達(dá)特定的水平。但是，每次下部電阻元件加熱水，熱水上浮且向上到罐的頂部。例如，如果罐保持50加侖的水，而三加侖的水流到罐內(nèi)，它可造成下部電阻元件被供能數(shù)分鐘以便恢復(fù)該溫度。如果幾分鐘后，汲取另外三加侖的水，下部電阻元件再次被供能另外數(shù)分鐘以便恢復(fù)該溫度。這使得熱水上升到頂部，造成被稱作累積(stacking)的問(wèn)題。在連續(xù)汲取少量水的情況下，下部電阻元件每次被供能且運(yùn)行直到下部傳感器被所附罐的下部足夠溫?zé)?。?dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，罐的頂部每次連續(xù)變得更熱一些，這造成罐的頂部中的水過(guò)度加熱，而這種過(guò)度加熱可能潛在地導(dǎo)致熱水不希望地被從罐中汲取。因此需要一種構(gòu)造，其解決與由當(dāng)前熱水器上連續(xù)汲取少量水所致的累積相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于控制熱泵熱水器(HPWH)的系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)造成加熱熱泵熱水器的儲(chǔ)水罐內(nèi)的水，其中系統(tǒng)內(nèi)的控制器在操作上連接到熱泵和成對(duì)的熱電阻加熱器。熱泵冷凝器定位于儲(chǔ)水罐附近以有助于從冷凝器向儲(chǔ)水罐中的水傳熱。第一電阻加熱器定位在儲(chǔ)水罐內(nèi)接近儲(chǔ)水罐的底部。第二電阻加熱器定位在儲(chǔ)水罐內(nèi)接近儲(chǔ)水罐的頂部。該系統(tǒng)還包括溫度傳感器，其被定位以確定儲(chǔ)水罐內(nèi)且在儲(chǔ)水罐的頂部附近的水溫?？刂破靼?gòu)造成處理表示儲(chǔ)水罐內(nèi)的水的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)的模塊。在處理溫度讀數(shù)時(shí)，控制器自動(dòng)選擇并控制熱泵冷凝器和成對(duì)的電加熱元件的供能。也由控制器處理表 示流入和流出儲(chǔ)水罐的水的速率、典型地以氣態(tài)或蒸氣態(tài)進(jìn)入冷凝器的制冷劑的溫度和典型地至少部分地以液態(tài)離開(kāi)冷凝器的制冷劑的溫度的數(shù)據(jù)?？刂破黜憫?yīng)于所處理的數(shù)據(jù)給熱泵、第一電阻加熱器和第二電阻加熱器中的一個(gè)或更多個(gè)自動(dòng)供能。
還根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開(kāi)了一種加熱熱泵熱水器的儲(chǔ)水罐內(nèi)水的方法，該方法包括在操作上連接到加熱元件和傳感器的控制器選擇并利用適當(dāng)?shù)募訜嵩?lái)加熱儲(chǔ)水罐內(nèi)的水而不過(guò)度加熱水。該方法可包括將熱泵的冷凝器定位于儲(chǔ)水罐附近以與包含在罐中的水成熱交換關(guān)系以向罐中的水傳熱；定位電加熱元件以加熱儲(chǔ)水罐內(nèi)的水；周期性地處理由多個(gè)傳感器測(cè)量的溫度讀數(shù)以便自動(dòng)地控制該選擇以及給熱泵和電加熱元件中的一個(gè)或更多個(gè)供能。還根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于加熱熱泵熱水器的儲(chǔ)水罐內(nèi)水的方法和設(shè)備，其包括冷凝器構(gòu)造，在冷凝器構(gòu)造中冷凝器的入口部分位于罐的底部附近以將熱首先傳遞到罐的最下部區(qū)域中的水。還根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開(kāi)了一種用于加熱熱水器的儲(chǔ)水罐內(nèi)水的方法和設(shè)備，其包括在操作上連接到加熱元件的控制器，其使用單個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)罐中的水溫而避免上述的累積問(wèn)題；以及事件流量模塊，其構(gòu)造成接收和處理表示由溫度傳感器所測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)以便確定水是否正從儲(chǔ)水罐流出。


參考下面的附圖描述了非限制性的且非窮盡的實(shí)施例，其中，除非另外規(guī)定，在所有各個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。圖I根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器的第一實(shí)施例；圖2根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器的第二實(shí)施例；圖3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器的第三實(shí)施例；圖4根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器的第四實(shí)施例；圖5A根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器的第五實(shí)施例；圖5B根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器的第六實(shí)施例；圖6是示出當(dāng)該單元處于備用(standby)模式時(shí)與當(dāng)存在從儲(chǔ)水罐流出的水每分鐘一加侖的流率時(shí)比較儲(chǔ)罐的頂部附近的傳感器輸出的曲線圖；圖7A和圖7B根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例分別描繪了控制方塊圖和線路圖；以及圖8A至圖SE示出了熱泵冷凝器和電加熱元件的溫度和流量模塊的自動(dòng)控制的過(guò)程流程。
具體實(shí)施例方式大體描述在整個(gè)說(shuō)明書中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”、“一方面”或“方面”的提及意味著具體描述的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征可包括于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，這些短語(yǔ)的使用可指多于僅僅一個(gè)實(shí)施例或方面。此外，所描述的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征可在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例或方面中以任何適合的方式組合。而且，對(duì)單個(gè)物品的提及可意指單個(gè)物品或多個(gè)物品，就如同對(duì)多個(gè)物品的提及可意指單個(gè)物品。本發(fā)明的實(shí)施例利用控制器，控制器被編程以控制熱泵熱水器，但本發(fā)明的不是所有方面限制為熱泵熱水器，而是也可具有其它應(yīng)用，諸如電熱水器。控制器可被編程以具有預(yù)設(shè)操作模式。此外，控制器可被編程為解譯各種溫度和數(shù)據(jù)輸入用于控制熱水器的熱源。而且，溫度和數(shù)據(jù)輸入可由控制器解譯以自動(dòng)地選擇電加熱元件和熱泵中的一個(gè)或多個(gè)并給它供能(經(jīng)由壓縮機(jī)的供能)為了以防止由累積引起的水的過(guò)度加熱的方式高效地加熱水。詳細(xì)描述 以下參考附圖更全面地描述各種實(shí)施例，附圖形成本發(fā)明的一部分且其示出本發(fā)明的特定實(shí)施例。然而，實(shí)施例可以以許多不同的形式實(shí)施且不應(yīng)被解釋為限于本文提出的實(shí)施例；而是提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)完全和完整，且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明的范圍。因此，下文的描述不應(yīng)被理解為具有限制意義。所描述的實(shí)施例提出了熱泵熱水器系統(tǒng)的實(shí)施例，其利用一個(gè)或更多個(gè)電阻元件以及熱泵或制冷密封系統(tǒng)來(lái)向水傳遞熱量。通過(guò)利用制冷密封系統(tǒng)從周圍溫?zé)岘h(huán)境的空氣向水傳熱而顯著地減少加熱水所需的能量。在圖I至圖5所描述的實(shí)施例中，每個(gè)熱泵熱水器系統(tǒng)公開(kāi)了各種傳感器，其中的一個(gè)被定位以傳感儲(chǔ)水罐內(nèi)的水溫。來(lái)自該傳感器的數(shù)據(jù)不僅用于傳感罐中的水的溫度而且在無(wú)流量計(jì)的實(shí)施例中用于間接檢測(cè)流量事件的發(fā)生，即，相應(yīng)地從儲(chǔ)水罐出來(lái)的熱水流量和進(jìn)入儲(chǔ)水罐的相關(guān)聯(lián)的冷水流量。在某些實(shí)施例中，流量計(jì)用于直接檢測(cè)流量事件的發(fā)生。被定位以傳感儲(chǔ)水罐內(nèi)的水溫的傳感器可定位在儲(chǔ)水罐內(nèi)或者替代地定位在與罐側(cè)壁接觸的罐的外部上。表示儲(chǔ)水罐內(nèi)的水溫和流量事件的發(fā)生的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)娇刂破鬟M(jìn)行處理?？刂破髟诓僮魃线B接到電阻加熱器和熱泵且包括模塊，模塊有助于響應(yīng)于接收到的表示儲(chǔ)水罐內(nèi)的水溫和水流量事件的發(fā)生的數(shù)據(jù)而自動(dòng)選擇熱泵和電阻加熱器中的至少一個(gè)且給它供倉(cāng)泛?，F(xiàn)參看附圖，圖I根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器100。該熱泵系統(tǒng)包括蒸發(fā)器102、壓縮機(jī)130、冷凝器108、節(jié)流裝置106和至少一個(gè)風(fēng)扇104。冷凝器108裝配成與儲(chǔ)水罐120中的水處于熱交換關(guān)系。在熱泵循環(huán)的操作期間，制冷劑作為以過(guò)熱蒸氣和/或高品質(zhì)蒸氣混合物形式的流體離開(kāi)蒸發(fā)器102。在離開(kāi)蒸發(fā)器102時(shí)，制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)103，此處壓力和溫度增加。在壓縮機(jī)130中溫度和壓力增加使得制冷劑變成過(guò)熱蒸氣。來(lái)自壓縮機(jī)130的過(guò)熱蒸氣進(jìn)入冷凝器108。當(dāng)在冷凝器108中時(shí)，過(guò)熱蒸氣將能量傳給儲(chǔ)罐120內(nèi)的水。在將能量傳給儲(chǔ)罐120內(nèi)的水時(shí)，制冷劑變成飽和液體和/或高品質(zhì)液體蒸氣混合物。此高品質(zhì)/飽和液體蒸氣混合物離開(kāi)冷凝器108且穿過(guò)節(jié)流裝置106。在離開(kāi)節(jié)流裝置106時(shí)，制冷劑的壓力和溫度降低，此時(shí)，制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器102且循環(huán)自身重復(fù)。熱泵熱水器100包括用于允許冷水進(jìn)入熱泵熱水器100的水入口管線112，此處它經(jīng)由浸入管Iio被導(dǎo)向至罐120的底部。熱泵熱水器100還具有放置于儲(chǔ)水罐120的頂部和底部附近的電加熱元件122和124以加熱水。在本文所述的實(shí)施例中，加熱元件被示出突入罐的內(nèi)部，然而也可類似地采用提供來(lái)定位上部元件和下部元件以分別加熱在罐的上部區(qū)域和下部區(qū)域中的水的其它構(gòu)造。熱水在罐120的頂部附近在出口 114處離開(kāi)熱泵熱水器且流到住宅或需要熱水的其它場(chǎng)所。熱泵熱水器100具有溫度傳感器126，其被定位以傳感罐的上部區(qū)域中的水的溫度且也可具有放置于各個(gè)位置的附加的溫度傳感器用于傳感其它溫度，諸如熱泵冷凝器入口和出口溫度、環(huán)境溫度等。在圖I所示的第一實(shí)施例中，單個(gè)水溫傳感器126定位朝向罐120的上端。熱泵冷凝器108定位成與儲(chǔ)水罐120成熱交換布置以使熱能夠從冷凝器傳給儲(chǔ)罐中的水。該系統(tǒng)包括控制器152，其裝備有微處理器，微處理器被編程以包括水溫和流量模塊，其在操作上連接到熱泵熱水器且構(gòu)造成接收表示由單個(gè)傳感器126測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)。由控制器152接收的溫度讀數(shù)由水溫和流量模塊處理以確定罐120中的水的溫度?？刂破?52內(nèi)的水溫和流量模塊還構(gòu)造成處理表示由單個(gè)傳感器126測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)以確定儲(chǔ)水罐120中的水的溫度變化率。響應(yīng)于所傳感的水溫和儲(chǔ)水罐120中的水的溫度的變化率，控制器152確定壓縮機(jī)130、上部電阻加熱器122和下部電阻加熱器124中的哪個(gè)應(yīng)被供能和供能多久，以便加熱儲(chǔ)水罐120內(nèi)的水。控制器152和存儲(chǔ)于其中的水溫和流量模塊，以及單個(gè)傳感器126，在操作上構(gòu)造成有效地響應(yīng)于引起較小的溫度變化的從儲(chǔ)水罐汲取的少量水，從而消除對(duì)于定位在儲(chǔ)水罐120的下部中的第二傳感器的需要。該溫度變化率的信息也可用于代替流量計(jì)來(lái)檢測(cè)從罐中汲取的水的近似流率，例如通過(guò)比較所檢測(cè)的 溫度變化率與查找表且從最接近所檢測(cè)的溫度變化率的表選擇相關(guān)聯(lián)的流率，查找表包括成組的經(jīng)驗(yàn)上確定的溫度變化率/流率關(guān)系。該系統(tǒng)也可被編程以確定短時(shí)段中使用多少水以便使用該信息來(lái)確定加熱添加到儲(chǔ)水罐120的未加熱水的最高效的方式。如圖2所示,第二實(shí)施例包括定位于水入口管線212中的流量計(jì)216。流量計(jì)216將表示流入儲(chǔ)水罐220的水量的數(shù)據(jù)傳輸給控制器252內(nèi)的水溫和流量模塊。在短時(shí)段從儲(chǔ)水罐220移除大量水的情況下，單個(gè)傳感器226可能不以有助于控制器252立即識(shí)別到大量水被從儲(chǔ)水罐220移除的速度讀取水溫變化。當(dāng)從儲(chǔ)水罐220移除大量水時(shí)，可能需要替代的和/或附加的加熱元件供能以便以最高效和及時(shí)的方式加熱水?？刂破?52處理從流量計(jì)216接收的表示進(jìn)入儲(chǔ)水罐220的水的流率的數(shù)據(jù)以及從單個(gè)傳感器226接收的數(shù)據(jù)以便確定壓縮機(jī)230、上部電阻加熱器222和下部電阻加熱器224中的哪個(gè)應(yīng)被供能以便加熱儲(chǔ)水罐220內(nèi)的水。圖2所示的實(shí)施例還包括水入口管線212中的第二溫度傳感器228以便傳感通過(guò)水入口管線212流入儲(chǔ)水罐220的水的溫度?？刂破?52處理表示通過(guò)水入口管線212流入儲(chǔ)水罐220的水的溫度的數(shù)據(jù)以便在流入儲(chǔ)水罐的水與已在儲(chǔ)水罐內(nèi)的熱水混合時(shí)確定儲(chǔ)水罐220內(nèi)的水的預(yù)計(jì)溫度。預(yù)計(jì)從流入儲(chǔ)水罐220的未加熱的水與已在儲(chǔ)水罐220內(nèi)的熱水的混合所得溫度的能力允許控制器252預(yù)先且自動(dòng)地確定壓縮機(jī)230、上部電阻加熱器224和下部電阻加熱器224中的哪個(gè)需要被供能以便加熱儲(chǔ)水罐220內(nèi)的水。如圖所示，熱泵熱水器還包括外部的溫度傳感器232，其構(gòu)造成向控制器252傳輸表示儲(chǔ)水罐220周圍空氣的溫度的數(shù)據(jù)以進(jìn)行處理。控制器252處理表示儲(chǔ)水罐220周圍空氣的溫度的數(shù)據(jù)以便在壓縮機(jī)230被供能以加熱儲(chǔ)水罐220內(nèi)的水時(shí)確定熱泵系統(tǒng)的效率。在圖I和圖2相應(yīng)示出的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中，因?yàn)槭褂脽崦綦娮杵鱽?lái)傳感溫度，而不是使用在工業(yè)中常用的雙金屬傳感器，所以系統(tǒng)控制器152/252可檢測(cè)小的溫度變化。控制器152/252內(nèi)的水溫和流量模塊處理由溫度傳感器126/226傳輸?shù)臏囟茸x數(shù)以檢測(cè)由傳感器126/226所測(cè)量的溫度隨時(shí)間的變化率。例如，如果儲(chǔ)水罐120/220充滿被加熱到先前限定的溫度的水且然后用戶汲取少量的水，諸如三加侖至五加侖，那么溫度傳感器126/226將檢測(cè)到水溫的某些但并非顯著的變化?？赡軈^(qū)分由從儲(chǔ)水罐120/220汲取水造成的溫度變化與由HPWH系統(tǒng)處于備用模式且沒(méi)有水被汲取所致的溫度變化，這是因?yàn)樗疁睾土髁磕K監(jiān)測(cè)由溫度傳感器126/226所測(cè)量的水溫隨時(shí)間的下降。在備用模式中，由溫度傳感器126/226所測(cè)量的溫度的下降是非常緩慢的下降。只要一汲取水，即使以低的流率，由溫度傳感器126/226所測(cè)量的下降的速率比在不汲取水時(shí)由傳感器126/226所測(cè)量的下降更快。因此，由傳感器126/226所測(cè)量的水溫隨時(shí)間的快速下降向控制器152指示發(fā)生流量事件。在諸如圖I的實(shí)施例中，其并不包括直接測(cè)量流量的流量計(jì)，由控制器152基于儲(chǔ)水罐內(nèi)水溫隨時(shí)間變化的速度來(lái)確定流量事件。 在檢測(cè)到流量事件時(shí)，控制器152可決定給下部加熱元件或壓縮機(jī)供能且可向水傳熱使溫度回到設(shè)定值溫度(如由傳感器126檢測(cè))所需的時(shí)間。這允許下部加熱元件或壓縮機(jī)在檢測(cè)到流量事件時(shí)被供能且加熱罐的下部中的水而不造成儲(chǔ)水罐的頂部中的水被過(guò)度加熱。通過(guò)利用上部傳感器126來(lái)控制下部加熱元件124或壓縮機(jī)，以此方式，連續(xù)的少量抽水將不會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)水罐120頂部中的水由于累積而被過(guò)度加熱。仍參看圖2的實(shí)施例，溫度傳感器還放置于壓縮機(jī)230的出口處(如由附圖標(biāo)記234所示)以傳感離開(kāi)壓縮機(jī)的過(guò)熱蒸氣的溫度，其基本上也為進(jìn)入冷凝器208的蒸氣的溫度。溫度傳感器236也放置于冷凝器208的出口處以便測(cè)量離開(kāi)冷凝器208的制冷劑的溫度。溫度傳感器234和236允許系統(tǒng)控制器252估算由冷凝器208傳輸?shù)絻?chǔ)水罐內(nèi)的水的能量。表示由溫度傳感器234和236所測(cè)量的冷凝器上溫度的降低的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)娇刂破?52且與先前所述的溫度數(shù)據(jù)一起被處理以自動(dòng)地確定是否需要啟動(dòng)附加加熱元件222或224以便加熱儲(chǔ)水罐220內(nèi)的水。類似地,溫度傳感器242和244相應(yīng)用于測(cè)量蒸發(fā)器的入口溫度和出口溫度以監(jiān)測(cè)蒸發(fā)器“過(guò)熱”。當(dāng)操作適當(dāng)時(shí)，出口溫度與入口溫度之間的溫差應(yīng)為大約10 °F。為了密封的系統(tǒng)的高效操作和為了避免由于制冷劑未完全蒸發(fā)而對(duì)壓縮機(jī)造成的潛在的損壞，控制器252構(gòu)造成如果出口溫度與入口溫度之間的溫差小于5 T則關(guān)掉該密封系統(tǒng)。而且，如果溫差太高，可生成信號(hào)以告知用戶低效操作。系統(tǒng)控制器252在操作上連接到熱泵熱水器200且構(gòu)造成接收表示由溫度傳感器226、236、232、234、242和244所測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)。在熱泵熱水器200的操作期間，電加熱元件222和224和壓縮機(jī)230中的任一個(gè)也可在給定時(shí)間操作。通常，壓縮機(jī)230和電加熱元件222及224并不同時(shí)操作。然而，設(shè)想電加熱元件222或224中的一個(gè)和壓縮機(jī)230可同時(shí)操作。盡管設(shè)想電加熱元件222及224和壓縮機(jī)230可在給定時(shí)間操作，但是兩個(gè)加熱元件222和224同時(shí)操作可能需要特殊電氣考慮(例如，更大的斷路器、專用電路等)來(lái)適應(yīng)增加的電流汲取(draw)。因此，在示范性實(shí)施例中，避免兩個(gè)加熱元件同時(shí)供倉(cāng)泛?，F(xiàn)參看圖3，圖3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器300。熱泵系統(tǒng)包括蒸發(fā)器302、壓縮機(jī)330、冷凝器308、節(jié)流裝置306和至少一個(gè)風(fēng)扇304。在熱泵循環(huán)的操作期間，制冷劑作為過(guò)熱蒸氣和/或高品質(zhì)蒸氣混合物離開(kāi)蒸發(fā)器302。熱泵熱水器300可具有放置于各個(gè)位置的傳感器。在圖3的實(shí)施例中，溫度傳感器328放置于罐320中靠近上部加熱元件322。溫度傳感器328定位于罐內(nèi)、連接到桿340，允許直接傳感水溫而不是通過(guò)測(cè)量罐壁溫度并推斷水溫。將溫度傳感器328定位于儲(chǔ)水罐320內(nèi)改進(jìn)了響應(yīng)時(shí)間和所傳感的水溫的準(zhǔn)確度。溫度傳感器334放置于壓縮機(jī)330的出口處以測(cè)量壓縮機(jī)排放溫度從而保護(hù)壓縮機(jī)避免過(guò)度加熱。提供溫度傳感器332以測(cè)量環(huán)境溫度。此外，溫度傳感器336和338分別測(cè)量蒸發(fā)器302入口和出口溫度。熱泵熱水器300的此實(shí)施例還具有相應(yīng)放置于儲(chǔ)水罐320的頂部和底部附近的電加熱元件322和324。HPWH系統(tǒng)300包括控制器352，其在操作上構(gòu)造成接收表示由溫度傳感器328、332、334、336和338所測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)。來(lái)自傳感器332、336和338的數(shù)據(jù)由控制器352以如關(guān)于圖2的實(shí)施例中其對(duì)應(yīng)部分所描述的相同方式使用?？刂破?52構(gòu)造成處理壓縮機(jī)排放數(shù)據(jù)且如果所傳感的溫度超過(guò)被選擇以防止壓縮機(jī)過(guò)度加熱的預(yù)定參考溫度則關(guān)掉該壓縮機(jī)。例如，在示范性實(shí)施例中，使用240 T的參考溫度。熱泵熱水器300包括用于允許冷水進(jìn)入熱泵熱水器300的入口 312，此處它經(jīng)由浸入管310被導(dǎo)向至罐320的底部。熱水在罐320的頂部附近在出口 314處離開(kāi)熱泵熱水器且流到住宅或需要熱水的其它場(chǎng)所。熱泵熱水器300還包括流量計(jì)316用于測(cè)量進(jìn)入儲(chǔ)水罐320的水量和流率。流量計(jì)316測(cè)量在給定時(shí)間間隔內(nèi)流入儲(chǔ)水罐320的總水量。例如，流量計(jì)316可確定在給定月份業(yè)主可能使用了 1000加侖的熱水。溫度傳感器328、332、334、336和338構(gòu)造成向控制器352傳輸表示所測(cè)量的溫度的數(shù)據(jù)以進(jìn)行處理。控制器352處理此溫度數(shù)據(jù)和流率數(shù)據(jù)以自動(dòng)地確定壓縮機(jī)330、上部加熱電阻加熱器322和下部電阻加熱器324中哪個(gè)應(yīng)被供能以便加熱儲(chǔ)水罐320內(nèi)的水。現(xiàn)參看圖4，圖4根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器400。該熱泵系統(tǒng)的構(gòu)造類似于圖3所示的構(gòu)造，除了冷凝器408，基本上覆蓋水罐420側(cè)壁，有助于通過(guò)包裹于儲(chǔ)水罐420的外部的冷凝器向儲(chǔ)水罐內(nèi)的水提供更多熱的能力?，F(xiàn)參看圖5A至圖5B，圖5A根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性描繪了熱泵熱水器500。該熱泵系統(tǒng)的構(gòu)造類似于圖I所示的構(gòu)造，除了冷凝器508，包括柱形部分，其至少部分地覆蓋水罐520的側(cè)壁；和底部部分，其至少部分地覆蓋底壁518，有助于通過(guò)冷凝器508的底部部分從冷凝器向儲(chǔ)水罐內(nèi)最冷的水提供更多熱的能力。在圖5A所示的實(shí)施例中，冷凝器508的底部部分以螺旋盤管構(gòu)造與底壁518接觸。設(shè)想到與底壁518接觸的冷凝器508的底部部分可為替代的構(gòu)造，只要該替代的構(gòu)造允許與底壁518接觸的增加的表面積。該熱泵系統(tǒng)包括蒸發(fā)器502 ;壓縮機(jī)530 ;冷凝器508 ;節(jié)流裝置506 ;至少一個(gè)風(fēng)扇504 ;以及，相應(yīng)放置于儲(chǔ)水罐520的頂部和底部的電加熱兀件522和524。熱敏電阻526靠近上部加熱元件522放置于罐520中。熱泵熱水器500包括允許冷水進(jìn)入熱泵熱水器500的入口 512，此處它經(jīng)由浸入管510被導(dǎo)向至罐520的底部。熱水在流出口 514處在罐520的頂部附近離開(kāi)熱泵熱水器且流到住宅或需要熱水的其它場(chǎng)所。溫度傳感器526構(gòu)造成向控制器552傳輸表示所測(cè)量的溫度的數(shù)據(jù)以進(jìn)行處理?？刂破?52處理表示儲(chǔ)水罐520內(nèi)的水的溫度的數(shù)據(jù)以便確定壓縮機(jī)530、上部電阻加熱器522和下部電阻加熱器524中的哪個(gè)應(yīng)被供能以便加熱儲(chǔ)水罐520內(nèi)的水。圖5A和圖5B還示出熱泵熱水器系統(tǒng)500，其中冷凝器508在操作上連接到壓縮機(jī)530以有助于從壓縮機(jī)530向冷凝器508傳遞過(guò)熱制的冷劑蒸氣，使得處于最熱狀態(tài)的過(guò)熱的制冷劑蒸氣最初通過(guò)靠近儲(chǔ)水罐520的底部的冷凝器508的入口部引導(dǎo)。使過(guò)熱的 制冷劑蒸氣通過(guò)冷凝器508過(guò)渡使得制冷劑蒸氣首先向儲(chǔ)水罐520的下部傳熱，允許過(guò)熱的制冷劑蒸氣向儲(chǔ)水罐520內(nèi)在其最冷點(diǎn)的水傳熱。圖I至圖4所示的實(shí)施例以從頂部到底部的方式從壓縮機(jī)503向冷凝器508傳輸過(guò)熱的制冷劑蒸氣，由此在最熱狀態(tài)的過(guò)熱的制冷劑蒸氣首先接合儲(chǔ)水罐520的上部和中部。在這些實(shí)施例中，在儲(chǔ)水罐最下部的水由冷凝器508內(nèi)的過(guò)熱的制冷劑蒸氣加熱，制冷劑蒸氣已循環(huán)通過(guò)冷凝器508且已從儲(chǔ)水罐520的上部移除了熱。圖5A和圖5B中所示的實(shí)施例構(gòu)造成有助于啟動(dòng)從經(jīng)過(guò)冷凝器508的過(guò)熱蒸氣向儲(chǔ)水罐520內(nèi)最冷的水傳熱。更具體地，在圖5A的實(shí)施例中，過(guò)熱的制冷劑蒸氣起始進(jìn)入且流經(jīng)冷凝器508的底部且然后在柱形部分的最低點(diǎn)進(jìn)入冷凝器的柱形部分，且從那里逐漸向上流經(jīng)圍繞水罐的側(cè)壁的柱形螺旋且在儲(chǔ)水罐520的頂部附近離開(kāi)冷凝器508。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的典型的更傳 統(tǒng)的頂部到底部冷凝器布置，結(jié)果是儲(chǔ)水罐520中相對(duì)較低的溫度梯度。例如，與傳統(tǒng)的熱泵熱水器構(gòu)造大約15 ° 至30 T的梯度和對(duì)于傳統(tǒng)的電熱水器從下部元件到罐的頂部大約10 °F的梯度相比，在圖5A的示范性實(shí)施例的構(gòu)造中，可實(shí)現(xiàn)罐中大約I ° 至3 °F的溫度梯度。如果從電熱水器中下部元件下方的區(qū)域到罐的頂部測(cè)量，梯度可更接近50 T至60 T。這意味著在示范性實(shí)施例中，整罐520的水被加熱到設(shè)定值溫度，而不是僅儲(chǔ)水罐520的頂部中的水。這種構(gòu)造非常有效地減小罐中的溫度梯度。然而，在某些相對(duì)罕見(jiàn)的情況下易于出現(xiàn)潛在的制冷劑遷移問(wèn)題。如果進(jìn)來(lái)的水特別冷，例如35 T至40 °F且迅速地汲取足夠水使得冷凝器盤管的至少一半但并非基本上全部暴露于進(jìn)來(lái)的冷水，冷凝器中的制冷劑將傾向于遷移到冷凝器最冷的部分，其為在罐的底部下方延伸的部分而不是循環(huán)向上通過(guò)圍繞罐側(cè)壁的冷凝器部分，導(dǎo)致不足的制冷劑返回壓縮機(jī)用于密封的系統(tǒng)的高效操作。例如，在50加侖儲(chǔ)罐中，汲取大約近似20加侖水可造成這種情況。在圖5B所示的實(shí)施例中避免這種弱點(diǎn)，其包括“回流”冷凝器設(shè)計(jì)構(gòu)件。在圖5B所示的設(shè)計(jì)中，蒸氣流首先進(jìn)入冷凝器508的柱形部分。到冷凝器的此部分的入口位于柱形部分的最低點(diǎn)509處。蒸氣向上流過(guò)包裹水罐的冷凝器盤管508的部分且然后向下流至且通過(guò)在罐518的底部上的底部部分507，在罐的底部離開(kāi)冷凝器。這種布置還使熱的制冷劑蒸氣最初暴露于靠近底部的罐的最冷部分。然而，通過(guò)在進(jìn)入底部部分之前在柱形部分向上行進(jìn)，冷凝器的最冷部現(xiàn)在靠近冷凝器的出口，而壓縮機(jī)能夠使制冷劑循環(huán)通過(guò)冷凝器且從冷凝器出來(lái)，從而避免了制冷劑遷移問(wèn)題。在圖I至圖5中所公開(kāi)的熱泵熱水器的實(shí)施例中的每一個(gè)具有四種操作模式。電模式、熱泵模塊、混合模式和高需求模式。電模式僅使用電阻加熱器操作。熱泵模式僅使用由壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的密封的系統(tǒng)來(lái)加熱水?；旌夏Ｊ绞褂糜蓧嚎s機(jī)驅(qū)動(dòng)的密封的系統(tǒng)作為用于加熱水的主要能源，還使用上部電元件以使能夠從造成罐中相對(duì)低的溫度狀態(tài)的事件更迅速恢復(fù)，諸如當(dāng)填充空的或基本上空的罐時(shí)，或者在相對(duì)短的時(shí)間汲取相對(duì)大量的熱水之后。如同混合模式，高需求模式選擇性地使用密封的系統(tǒng)和上部電元件，它還選擇性地使用下部加熱元件以使能夠在延長(zhǎng)的時(shí)間以較高速率汲取特別大量水時(shí)迅速恢復(fù)?？刂破髟谒兴姆N模式中進(jìn)行操作以響應(yīng)備用冷卻，S卩，當(dāng)不施加熱和不汲取熱水時(shí)由于通過(guò)絕熱的罐壁的熱損失罐中的水的溫度的逐漸降低；且響應(yīng)流量事件冷卻，即，由于從罐的頂部汲取熱水所致的溫度降低，熱水被通過(guò)浸入管進(jìn)入罐的底部部分的冷水替換。當(dāng)從儲(chǔ)水罐120汲取熱水時(shí)，冷水由浸入管110帶入以替換被移除的水。浸入管110推動(dòng)被帶到儲(chǔ)水罐120的底部的冷水。冷水開(kāi)始與已在罐120中的熱水混合。然而，當(dāng)冷水最初進(jìn)入罐120時(shí)，上部傳感器126繼續(xù)讀取罐的上部區(qū)域中的水的溫度，其通常處于設(shè)定值水平或接近設(shè)定值水平。隨著時(shí)間，由于混合，由上部傳感器126所測(cè)量的溫度開(kāi)始降低。因?yàn)橄到y(tǒng)僅使用位于罐的頂部附近的單個(gè)水溫傳感器，所以控制器需要能夠?qū)τ纱藗鞲衅魉鶄鞲械男〉臏囟茸兓?如果由流量事件引起)做出響應(yīng)，通過(guò)開(kāi)啟下部熱源來(lái)加熱進(jìn)入罐的底部部分的冷水。對(duì)于這些小的溫度變化(如果由備用冷卻而非流量事件冷卻造成)的響應(yīng)將導(dǎo)致不必要的短循環(huán)。因?yàn)榭刂破?52持續(xù)接收如由上部傳感器126所測(cè)量的、表示儲(chǔ)水罐120內(nèi)的水溫的數(shù)據(jù)，當(dāng)水溫降低時(shí)，控制器152進(jìn)行操作以大致區(qū)分由于備用冷卻造成的溫度降低與由于流量事件造成的溫度降低?？刂破魍ㄟ^(guò)檢測(cè)溫度小于閾值溫度來(lái)檢測(cè)第一情況，閾值溫度在示范性實(shí)施例中為與設(shè)定值溫度的第一預(yù)定偏差。控制器通過(guò)檢測(cè)流量事件發(fā)生而檢測(cè)第二情況，在采用流量計(jì)的實(shí)施例中通過(guò)自流量計(jì)的輸入，或者在未配備流量計(jì)的實(shí)施例中，通過(guò)處理水溫?cái)?shù)據(jù)，如將在下文中所描述，且通過(guò)檢測(cè)溫度小于閾值溫度，閾值溫度在示范性實(shí)施例中為與設(shè)定值溫度的第二預(yù)定偏差，其為比第一偏差更小的偏差以便使控制器能夠在檢測(cè)到流量事件時(shí)對(duì)更小的溫差做出響應(yīng)。在混合模式和電模式，控制器也進(jìn)行操作以有效地響應(yīng)所傳感的罐中水的溫度顯著低于設(shè)定值溫度的情況，諸如當(dāng)最初用冷水填充罐時(shí)可能發(fā)生的或者當(dāng)在相對(duì)短的時(shí)段汲取非常大量的熱水時(shí)可能出現(xiàn)的情況。這些情況在本文中被稱作冷罐情況。出于示范性示例的目的，假定圖I所示的儲(chǔ)水罐120充滿冷水且操作模式為混合。當(dāng)HPWH 100通電時(shí)，上部傳感器126傳感儲(chǔ)水罐120內(nèi)的水的溫度且傳輸表示水溫的數(shù)據(jù)給控制器152?？刂破?52處理表示儲(chǔ)水罐120內(nèi)水溫的數(shù)據(jù)且確定它低于限定的冷罐閾值，冷罐閾值被選擇表示足夠低的水溫使得需要在合理時(shí)段以意圖迅速加熱至少在罐的頂部的水(其將被首先汲取)到至少接近設(shè)定值溫度的溫度的方式給熱源供能。在此示范性實(shí)施例中，混合模式的冷罐閾值被設(shè)置為低于設(shè)定值30 T，例如，T-30 T，其中T為設(shè)定值溫度。在示范性實(shí)施例中，可由用戶從大約100 ° 至140 °F的范圍選擇設(shè)定值。在示范性實(shí)施例中，例如對(duì)于預(yù)計(jì)長(zhǎng)期不使用的用戶而言，也可利用50 °F的假期模式設(shè)定值。然而，設(shè)定值溫度T可從更寬或更窄的范圍選擇，或者為預(yù)定的工廠設(shè)置值或者其可為根據(jù)實(shí)施于控制器中的溫度控制算法自動(dòng)選擇的值。無(wú)論如何選擇，設(shè)定值溫度表示存儲(chǔ)于罐中的水的所希望的或目標(biāo)溫度。在混合模式，在這些條件下，控制器152給上部電加熱元件122供能以便加熱儲(chǔ)水罐120內(nèi)的水的頂部部分直到水溫到達(dá)第二混合閾值溫度，第二混合閾值溫度小于設(shè)定值溫度，但充分接近以依賴熱泵系統(tǒng)變成能源來(lái)加熱罐的下部中的水和在合理時(shí)間內(nèi)完成罐中的水溫恢復(fù)到設(shè)定值溫度。控制器152進(jìn)行操作以繼續(xù)給上部加熱元件122供能直到接收表示溫度在此第二閾值溫度或高于此第二閾值溫度的數(shù)據(jù)，此時(shí)，控制器152使上部電加熱元件122斷能。第二閾值被設(shè)置低于設(shè)定值溫度以便補(bǔ)償任何溫度超調(diào)(overshoot)，溫度超調(diào)可能是由于溫度傳感器與上部加熱元件122之間的距離造成，因?yàn)楫?dāng)元件被供能時(shí)上部加熱元件122附近的水溫高于位于罐的壁上的傳感器126附近的溫度。當(dāng)更溫?zé)岬乃畯纳喜考訜嵩?22行進(jìn)到傳感器126時(shí)在延遲時(shí)段期間，熱仍由電加熱元件122添加到水。因此，此過(guò)量熱可造成水溫超過(guò)設(shè)定值溫度。在示范性實(shí)施例中選擇此第二混合閾值溫度比設(shè)定值溫度小3 T，S卩，T-3 T。當(dāng)上部電加熱元件122斷能時(shí)，響應(yīng)于罐的上部中的溫度超過(guò)第二混合閾值，在儲(chǔ)水罐120的下部中的水繼續(xù)是冷的，這是因?yàn)樵趦?chǔ)水罐120的下部?jī)?nèi)的水不能利用上部加熱元件122有效地加熱。為了解決這種情況，在上部電加熱元件122斷能時(shí)，控制器152給壓縮機(jī)130供能，驅(qū)動(dòng)熱的制冷劑通過(guò)圍繞儲(chǔ)水罐120的冷凝器108以加熱罐的下部中的水，且繼續(xù)這樣做直到傳感器126讀取表示溫度大于或等于設(shè)定值T的數(shù)據(jù)并傳輸該數(shù)據(jù)到控制器152。在控制器152接收并處理表示所傳感的水溫大于或等于設(shè)定值溫度T的數(shù)據(jù)時(shí)，控制器152傳輸信號(hào)以使壓縮機(jī)130斷能且從而中止到儲(chǔ)水罐120中的水的傳熱。在此混合模式示例中，在從冷罐條件恢復(fù)之后，即，已經(jīng)將由傳感器所傳感的溫度帶到設(shè)定值溫度，且在沒(méi)有流量事件的情況下，熱泵將保持?jǐn)嗄苤灰拗械臏囟缺３指哂诘谌旌祥撝禍囟?，第三混合閾值溫度被選擇充分接近設(shè)定值溫度以維持罐中可接受的溫度而不會(huì)過(guò)度循環(huán)以從隨時(shí)間通過(guò)罐的緩慢熱損失中恢復(fù)，在示范性實(shí)施例中第三混合閾值溫度被設(shè)置為T-5 T。如果所傳感的水溫降低到低于T-5 T，則密封的系統(tǒng)被供能直到所傳感的溫度恢復(fù)到設(shè)定值溫度T。通過(guò)此布置，解決由于備用冷卻的熱損 失。如上文簡(jiǎn)要提到的，流量事件的特征為從罐中汲取熱水。更具體地，出于溫度控制目的，流量事件的特征為以這種方式汲取熱水使得在罐中所傳感的溫度的變化率超過(guò)流量事件檢測(cè)閾值率。如果所傳感的溫度降低到低于設(shè)定值溫度，控制器檢查流量事件。在檢測(cè)到流量事件時(shí)，比較所傳感的溫度與小于設(shè)定值溫度的流量事件閾值溫度，且如果所傳感的溫度變得小于此閾值溫度，給密封的系統(tǒng)供能以恢復(fù)溫度到設(shè)定值溫度。選擇流量事件閾值溫度充分接近設(shè)定值以使該系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)流量事件從而最小化將罐中的水溫恢復(fù)到設(shè)定值溫度所需的時(shí)間。在示范性實(shí)施例中，流量事件閾值被設(shè)置為小于設(shè)定值溫度 I °F，即 T-I 0F。在此示例中，電模式中的操作類似于混合模式，主要差別在于當(dāng)需要加熱罐的下部時(shí)下部電加熱元件而不是密封的系統(tǒng)被供能。另一相關(guān)聯(lián)的差別在于電模式的冷罐閾值溫度被選擇為T-25 °F，其略微高于混合冷罐閾值溫度。然而，相同的閾值溫度偏差可用于兩種模式，與混合模式的意圖一致，以主要依靠使用密封系統(tǒng)其中僅有限地使用電元件來(lái)提供改進(jìn)的能量效率，在混合模式中更低的閾值溫度的使用導(dǎo)致電元件更少使用而不會(huì)顯著地有損恢復(fù)時(shí)間。再次考慮冷罐的示例來(lái)說(shuō)明電模式，在檢測(cè)到水溫低于電模式冷罐閾值溫度T-25 ° 時(shí)，控制器152給上部電加熱元件122供能以便加熱儲(chǔ)水罐120內(nèi)的水的頂部部分直到水溫到達(dá)第二混合閾值溫度，第二混合閾值溫度小于用戶設(shè)定值溫度，但充分接近以依賴下部電加熱元件變成能源來(lái)加熱罐的下部中的水和在合理時(shí)間內(nèi)完成罐中水溫恢復(fù)到設(shè)定值溫度。在示范性實(shí)施例中，此為T-3T，就如在混合模式中那樣。控制器152進(jìn)行操作以繼續(xù)給上部加熱元件供能直到接收表示溫度在此第二閾值溫度或高于此第二閾值溫度的數(shù)據(jù)，在此時(shí)，控制器152引起上部電加熱元件122被斷能。如在混合模式中，儲(chǔ)水罐120的下部中的水繼續(xù)變冷，因此，控制器152給下部加熱元件124供能，驅(qū)動(dòng)熱進(jìn)入儲(chǔ)水罐120的下部中的水直到傳感器126讀取和傳輸表示超調(diào)閾值溫度(其在電模式中大于設(shè)定值溫度)的數(shù)據(jù)。在控制器152接收并處理表示溫度等于或大于超調(diào)閾值溫度的數(shù)據(jù)時(shí)，控制器152傳輸信號(hào)以使下部加熱元件124斷能從而停止向儲(chǔ)水罐120的下部中的水傳熱。在電模式，使用超調(diào)閾值溫度，而不是設(shè)定值溫度來(lái)說(shuō)明下部加熱元件和溫度傳感器的相對(duì)位置。已在經(jīng)驗(yàn)上確定當(dāng)使用下部元件來(lái)加熱罐中的水時(shí)，熱傾向于向外朝向罐側(cè)壁且然后沿著壁向上流動(dòng)。由于溫度傳感器位于罐壁的上部，它對(duì)于壁附近的水溫做出響應(yīng)，壁附近的水比罐中心的水更快地加熱，因此閾值溫度設(shè)置為高于設(shè)定值溫度的溫度以允許罐中心的水到達(dá)設(shè)定值溫度。在示范性示例中，超調(diào)閾值溫度被設(shè)置為T+5 T。繼續(xù)電模式示例，從冷罐狀態(tài)恢復(fù)之后，S卩，將傳感器所傳感的溫度帶到電模式恢復(fù)閾值溫度T+5 °F，在沒(méi)有流量事件的情況下，下部加熱元件將保持?jǐn)嗄苤灰拗械臏囟缺３指哂诘谌旌祥撝禍囟?，第三混合閾值溫度被選擇充分接近設(shè)定值溫度以維持罐中可接受的溫度而不會(huì)由于通過(guò)罐壁的熱損失而過(guò)度循環(huán)，在示范性實(shí)施例中第三混合閾值溫度被設(shè)置為T-5 T。如果所傳感的水溫降低到低于T-5 T，則下部加熱元件被供能直到所傳感的溫度恢復(fù)到超調(diào)閾值溫度T+5 T。如在混合模式中，在檢測(cè)到流量事件時(shí)，比較所傳感的溫度與小于設(shè)定值溫度的流量事件閾值溫度，且如果所傳感的溫度變得小于此閾值溫度，則下部加熱元件被供能以恢復(fù)所傳感的溫度到超調(diào)閾值溫度。選擇流量事件閾值溫度充分接近設(shè)定值以使該系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)流量事件從而最小化從流量事件恢復(fù)所需的時(shí)間。在示范性實(shí)施例中，流量事件閾值被設(shè)置為比消費(fèi)者所選的設(shè)定值溫度小I °F，SPT-I 0F。 如果操作模式為熱泵，則上部傳感器126傳感儲(chǔ)水罐120內(nèi)的水溫且傳輸表示水溫的數(shù)據(jù)到控制器152?？刂破?52處理表示儲(chǔ)水罐120內(nèi)水溫的數(shù)據(jù)且確定它低于設(shè)定值。控制器152給壓縮機(jī)130供能，驅(qū)動(dòng)熱的制冷劑通過(guò)圍繞儲(chǔ)水罐120的冷凝器108，直到傳感器126讀取表示設(shè)定值溫度已到達(dá)或超過(guò)的數(shù)據(jù)且將該數(shù)據(jù)傳輸給控制器152。在控制器152接收并處理表示設(shè)定值溫度已到達(dá)或超過(guò)的數(shù)據(jù)時(shí)，控制器152傳輸信號(hào)以使壓縮機(jī)130斷能且從而停止到儲(chǔ)水罐120中的水的傳熱。操作模式中的每一個(gè)依賴流量事件的檢測(cè)以響應(yīng)于從罐傳統(tǒng)地汲取熱水來(lái)控制熱源。在采用流量計(jì)的實(shí)施例中，離開(kāi)或者進(jìn)入熱水器的水的實(shí)際流率被直接測(cè)量且如果它超過(guò)預(yù)定的閾值速率，則表示有流量事件且控制器相應(yīng)地響應(yīng)。大約每分鐘2-3加侖的閾值速率應(yīng)在50加侖罐中提供令人滿意的結(jié)果。在未配備流量計(jì)的實(shí)施例中，使用水溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)間接地檢測(cè)流量事件的發(fā)生。圖6示出表示對(duì)于50加侖熱水器溫度讀數(shù)隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)的示例，其中如由上部傳感器126所測(cè)量，水已被加熱到近似120 T。線610示出當(dāng)上部加熱元件122、下部加熱元件124和壓縮機(jī)130被斷能且沒(méi)有水被汲取時(shí)由上部傳感器126所測(cè)量的溫度讀數(shù)。如線610所示，被測(cè)量的水溫隨時(shí)間以特征為備用熱損失的速率降低，備用熱損失為通過(guò)儲(chǔ)水罐側(cè)壁的絕緣的熱損失。溫度讀數(shù)600的線614示出表示當(dāng)以每分鐘I加侖的速率從罐汲取熱水時(shí)由上部傳感器126所測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)，而線616表示當(dāng)以每分鐘3加侖的速率從罐汲取熱水時(shí)的溫度數(shù)據(jù)。在利用該技術(shù)的示范性實(shí)施例中，每分鐘O. 3 °F的速率被選擇為檢測(cè)流量事件的閾值或參考速率。圖6中的線618表示此閾值流量事件速率。如果控制器152檢測(cè)到由傳感器126所傳感的溫度以大于每分鐘O. 3 °F的此流量事件參考速率的流率降低，那么控制器152知道發(fā)生了流量事件。在此示例中，由控制器152來(lái)接收并處理由線616所示出的表示讀數(shù)的數(shù)據(jù)允許控制器152確定所傳感的變化率大于表示流量事件發(fā)生的閾值或控制極限變化率。在示范性實(shí)施例中使用此閾值速率使控制器能夠可靠地響應(yīng)作為流量事件每分鐘大約3加侖或更高的流率。然而，應(yīng)理解的是此閾值速率可設(shè)置為有助于檢測(cè)從水罐汲取的水的任何水平并且不限于檢測(cè)以大于每分鐘O. 3 ° 的示范性的閾值速率的速率的溫度降低。在示范性實(shí)施例中，控制器查找在每五秒進(jìn)行檢查的一分鐘移動(dòng)窗上O. 3 0F的降低以檢測(cè)流量事件。如果在一分鐘窗內(nèi)檢測(cè)到大于O. 3 °F的降低，則系統(tǒng)識(shí)別流量事件且相應(yīng)地做出響應(yīng)。結(jié)合用于檢測(cè)流量事件的此技術(shù)的該描述，應(yīng)當(dāng)注意的是商業(yè)上可利用的熱水器中的浸入管包括位于管的上端附近的防虹吸孔口，其可具有大約O. 120英寸的直徑。當(dāng)冷水經(jīng)由浸入管進(jìn)入該罐時(shí)，進(jìn)入的水的小部分通過(guò)此防虹吸孔口排到罐的上部區(qū)域。此外，商業(yè)上可利用的住宅熱水器(諸如那些以GE商標(biāo)在商業(yè)上可利用的)中的浸入管具有靠近浸入管的出口端的結(jié)構(gòu)以將紊流引入到進(jìn)入的水中，其產(chǎn)生流量限制。這種流量限制增加管中的背壓，其增加通過(guò)防虹吸孔口排出的速率。如圖I至圖5所示，在示范性實(shí)施例中，防虹吸孔口(圖I中的IlOa)在罐中大致與水溫傳感器126(在圖I中)高度相同。冷水通過(guò)防虹吸孔口排到罐中對(duì)于上部溫度傳感器檢測(cè)流量事件的效果較為重要。在示范性實(shí)施例中利用商業(yè)上可利用的浸入管防虹吸孔口和商業(yè)上可以以GE商標(biāo)利用的電住宅熱水器中采用的出口紊流結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)令人滿意的結(jié)果。然而，可通過(guò)為優(yōu)化特定儲(chǔ)水罐構(gòu)造調(diào)整孔口尺寸和/或在浸入管的出口處引入的流量限制量來(lái)調(diào)整檢測(cè)的敏感性。 在包括朝向水罐頂部的上部傳感器和朝向水罐底部的下部傳感器的現(xiàn)有技術(shù)熱水器系統(tǒng)中，上部傳感器檢測(cè)儲(chǔ)水罐上部中的水的溫度變化且使得上部加熱元件開(kāi)啟直到上部傳感器傳感到罐的頂部部分中的水的溫度被加熱到限定的設(shè)定值溫度。在這些系統(tǒng)中下部傳感器檢測(cè)罐的下部中的水的溫度變化且使得下部加熱元件開(kāi)啟直到下部傳感器傳感到水溫恢復(fù)到限定的設(shè)定值溫度。這種構(gòu)造的問(wèn)題中的一個(gè)在于連續(xù)的小流量事件將造成罐頂部中的水由于累積而過(guò)度加熱。在這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，每次冷水添加到儲(chǔ)水罐的底部時(shí)，能量添加給水，這是因?yàn)橄虏考訜嵩捎谒鶛z測(cè)的溫度變化而每次開(kāi)啟。因此，熱量上升到儲(chǔ)水罐的頂部，使得在添加附加能量時(shí)已在設(shè)置溫度水平的儲(chǔ)水罐頂部中的水過(guò)度加熱。當(dāng)連續(xù)發(fā)生多次小流量事件時(shí)，添加給儲(chǔ)水罐中水的頂部中的水的附加能量開(kāi)始累積且造成水的過(guò)度加熱。以上文所述方式使用單個(gè)傳感器解決該問(wèn)題。盡管本發(fā)明的此方面的示范性實(shí)施例為包括電模式的熱泵熱水器，但應(yīng)了解的是本發(fā)明的此方面并不限于這些實(shí)施例且例如可類似地用于僅由電加熱元件加熱的熱水器中。現(xiàn)參看圖7，圖7A描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制方塊圖。控制方塊圖指示在熱泵熱水器的操作期間可能需要的輸入、處理和輸出中的某些。例如，輸入可包括自一個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器的輸入，取決于特定實(shí)施例，這里集體表示為溫度傳感器702。在示范性實(shí)施例中，溫度傳感器為熱敏電阻，然而類似地可采用其它類型的溫度傳感器。其它輸入可包括來(lái)自風(fēng)扇704指示風(fēng)扇速度的反饋703。而且，可從流量傳感器716、浮動(dòng)開(kāi)關(guān)714和傳導(dǎo)率傳感器706接收輸入。流量傳感器716可用于監(jiān)測(cè)熱水使用。浮動(dòng)開(kāi)關(guān)714可用于監(jiān)測(cè)來(lái)自蒸發(fā)器的冷凝的聚集且使得泵或其它裝置啟動(dòng)以移除冷凝或向用戶提供需要移除冷凝物的信號(hào)。傳導(dǎo)率傳感器706可用于代替浮動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)測(cè)冷凝物聚集或者可用于檢測(cè)在熱水器的基部附近的水，指示儲(chǔ)水罐中潛在的泄露。輸入還可包括來(lái)自用戶接口 708、時(shí)鐘和/或日歷表750的輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)鐘由非易失性存儲(chǔ)器/電池/電容器供能以便維持日歷鐘，使得如果失去功率，用戶無(wú)須重設(shè)日期/時(shí)間(在帶有時(shí)鐘的許多家用電器中需要重設(shè))。這也可通過(guò)讀取原子鐘衛(wèi)星輸出等更優(yōu)雅的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可從能量監(jiān)測(cè)記賬裝置772來(lái)接收輸入。能量監(jiān)測(cè)記賬裝置包括由公用事業(yè)公司安裝的裝置，用來(lái)限制高峰需求時(shí)間的電力汲取。例如，在夏季月份，若允許電力公司有關(guān)掉諸如熱水器、熱泵和空調(diào)系統(tǒng)這樣的汲取大量電力的裝置的特權(quán)，通常電力公司會(huì)向消費(fèi)者提供折扣。也可通過(guò)主PCB來(lái)完成，主PCB可為微控制器或PLC控制器760等。主PCB也可調(diào)節(jié)電源770。例如，主PCB 760包括水溫和流量模塊，水溫和流量模塊處理表示由多個(gè)熱敏電阻測(cè)量的溫度的數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的輸出可包括供應(yīng)到風(fēng)扇704的功率，到壓縮機(jī)730、上部加熱元件720和下部加熱元件118的功率。輸出也可包括在用戶接口 708上的指示信息(未示出)。指示也可以以IXD顯示器或LED燈的形式，如相應(yīng)由附圖標(biāo)記710所示。 圖7B是圖I的示范性實(shí)施例的表示性電路圖。用于熱泵熱水器100的功率輸入可為標(biāo)準(zhǔn)住宅電力。例如，電源可為以60Hz操作的240伏交流(VAC)電路。這通常由三線組成兩個(gè)120VAC輸入和一個(gè)接地(即，無(wú)中性線)。開(kāi)關(guān)模式電源224被以傳統(tǒng)的整流電路的形式提供以提供12伏直流電源用于風(fēng)扇104和繼電器驅(qū)動(dòng)器和其它電子控制器需要。系統(tǒng)操作也受到主控制器152控制。主控制器152接收輸入，諸如從傳感器126的輸入。此外，主控制器152接收從風(fēng)扇104的反饋輸入且控制風(fēng)扇104操作，如由附圖標(biāo)記154和156所示。在示范性實(shí)施例中，風(fēng)扇104為變速直流風(fēng)扇。然而，類似地也可采用交流風(fēng)扇。風(fēng)扇104的操作包括監(jiān)測(cè)和控制風(fēng)扇速度，且通過(guò)來(lái)自信號(hào)發(fā)生器158的脈沖寬度調(diào)制脈沖提供功率給風(fēng)扇104來(lái)操作。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)由建到風(fēng)扇內(nèi)的轉(zhuǎn)速計(jì)反饋來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)扇速度。用于本實(shí)施例的風(fēng)扇可為磁體/霍爾效應(yīng)傳感器設(shè)計(jì)。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁體經(jīng)過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器附近，導(dǎo)致脈沖信號(hào)輸出。所生成的脈沖的頻率被分析且用于計(jì)算風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度。盡管在上述實(shí)施例中給出了監(jiān)測(cè)風(fēng)扇速度的具體方法，但是設(shè)想到可以以多種不同方式來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)扇速度。主控制器152還構(gòu)造成識(shí)別風(fēng)扇故障，諸如燒壞馬達(dá)、過(guò)度繞組溫度、振動(dòng)、不足的風(fēng)扇速度等。使用上文所述的轉(zhuǎn)速計(jì)反饋，可將發(fā)送到風(fēng)扇的信號(hào)與速度反饋進(jìn)行比較。例如，如果給出50%輸入，預(yù)計(jì)的是轉(zhuǎn)速計(jì)反饋應(yīng)指示最大RPM的近似50%。而且，如果信號(hào)傳輸?shù)斤L(fēng)扇以有助于在任何速度操作且并無(wú)指示風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的反饋，則這可被理解為風(fēng)扇失效。主控制器152還包括用于控制上部加熱元件122的繼電器212、用于控制下部加熱元件124的繼電器214和用于控制壓縮機(jī)130的繼電器216。繼電器212-216級(jí)聯(lián)使得熱源中的僅僅一個(gè)在任何一次被供能。級(jí)聯(lián)的繼電器通過(guò)熱斷路開(kāi)關(guān)218的觸點(diǎn)I和2聯(lián)接到電源線LI。類似地，電路通過(guò)開(kāi)關(guān)218的觸點(diǎn)3和4聯(lián)接到電源線L2。開(kāi)關(guān)218為傳統(tǒng)的熱斷路開(kāi)關(guān)，其安裝到罐120的壁上以對(duì)罐壁的溫度做出響應(yīng)。如果罐壁過(guò)度加熱到超過(guò)斷路閾值溫度的溫度，斷路閾值溫度在示范性實(shí)施例中為170 T，則將觸點(diǎn)I聯(lián)接到觸點(diǎn)2的開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)，切斷到LI的連接，且聯(lián)接觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)4的開(kāi)關(guān)元件打開(kāi)，切斷到L2的連接，從而限制罐的溫度。繼電器220將斷路開(kāi)關(guān)218的觸點(diǎn)3聯(lián)接到L2，以在該系統(tǒng)處于切斷狀態(tài)時(shí)在交流電源與功率控制電路之間提供雙斷。而當(dāng)該系統(tǒng)開(kāi)啟且繼電器220處于其常開(kāi)狀態(tài)時(shí)，控制器152切換繼電器220以將L2聯(lián)接到開(kāi)關(guān)218的觸點(diǎn)4。再次參看繼電器212-216的級(jí)聯(lián)布置，繼電器212的端子c連接到開(kāi)關(guān)218的觸點(diǎn)2。其常開(kāi)觸點(diǎn)連接到上部加熱元件122，而其常閉觸點(diǎn)連接到繼電器214的端子C。繼電器214的常開(kāi)觸點(diǎn)連接到下部加熱元件124，而其常閉觸點(diǎn)連接到繼電器216的端子C。繼電器216的常開(kāi)觸點(diǎn)通過(guò)排放壓力切斷開(kāi)關(guān)222連接到壓縮機(jī)130。切斷開(kāi)關(guān)222為傳統(tǒng)的壓力開(kāi)關(guān)，其以傳統(tǒng)方式用于保護(hù)密封的系統(tǒng)免于過(guò)度的壓力。通過(guò)此布置，為了給上部元件122供能，控制器152將繼電器212切換到其常開(kāi)狀態(tài)，從而跨過(guò)LI與L2連接加熱元件122。當(dāng)繼電器212處于此狀態(tài)時(shí)，LI僅可連接到加熱元件122。為了給下部加熱元件124供能，控制器152切換繼電器212到其常閉狀態(tài)且繼電器214到其常開(kāi)狀態(tài)。這跨過(guò)LI和L2連接加熱元件124。當(dāng)繼電器212處于其常閉狀態(tài)而繼電器214處于其常開(kāi)狀態(tài)時(shí)，LI僅可連接到下部元件124。為了給壓縮機(jī)130供能，控制器152切換繼電器212和214到其常閉狀態(tài)而切換繼電器216到其常開(kāi)狀態(tài)。這跨過(guò)LI和L2串聯(lián)壓力開(kāi)關(guān)222與壓縮機(jī)130。主控制器152還接受來(lái)自用戶接口 202的輸入，如由附圖標(biāo)記230所示。主控制器152還可包括集成的定時(shí)器，其被構(gòu)造為熱泵熱水器電子控制裝置的部分，向用戶提供控制和編程熱泵熱水器的加熱活動(dòng)的能力，從而在無(wú)需加熱水時(shí)節(jié)省能量。在圖7B所示的實(shí)施例的電路構(gòu)造中，在熱泵熱水器100的操作期間，僅熱源即加熱元件122和124和壓縮機(jī)130中的一個(gè)可在任何給定時(shí)間操作。這限制了電負(fù)荷。然而，設(shè)想到在替代構(gòu)造中，加熱元件122或124中的一個(gè)和壓縮機(jī)130可同時(shí)操作。而且，設(shè)想到在替代構(gòu)造中，加熱元件122及124和壓縮機(jī)130都可同時(shí)操作。然而，加熱元件122和124的同時(shí)操作可能需要特殊的電考慮(例如，更大的斷路器、專用電路等)以適應(yīng)增加的 電流汲取。盡管如此，設(shè)想到加熱元件122和124的操作可在相同時(shí)間發(fā)生。具有附加的傳感器和其它輸入的類似電路可用于圖2至圖5的實(shí)施例。圖8是在HPWH的操作期間控制器內(nèi)的水溫和流量模塊內(nèi)的過(guò)程流程的說(shuō)明。如圖所示，在系統(tǒng)被供能792之后，確定儲(chǔ)水罐是否是滿的794。確定儲(chǔ)水罐是否充滿的方法由控制器啟動(dòng)多個(gè)步驟來(lái)執(zhí)行。首先，與儲(chǔ)水罐的外部接觸的冷凝器被啟動(dòng)限定的時(shí)段且加熱儲(chǔ)水罐的外壁。如果罐是空的，儲(chǔ)水罐將開(kāi)始以比罐中有水時(shí)更快的速率升溫?？刂破饔兄谕ㄟ^(guò)定位充分靠近儲(chǔ)水罐壁的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)外壁的溫度。在示范性實(shí)施例中，傳感器126用于此目的，然而，類似地可采用單獨(dú)的溫度傳感器。如果罐是滿的或至少具有處于可接受水位的水，那么溫度的升高將不超過(guò)限定的限度。如果由傳感器測(cè)量的溫度升高到高于此限度，其指示儲(chǔ)水罐是空的或罐內(nèi)的水位低于所希望的水位。如果儲(chǔ)水罐是不滿的，則控制器內(nèi)的水溫和流量模塊有助于啟動(dòng)顯示器示出罐是干的或不滿的796。該系統(tǒng)暫停進(jìn)一步操作直到罐被充分充滿直到滿足罐充滿測(cè)試。在儲(chǔ)水罐充滿水后，詢問(wèn)儲(chǔ)水罐是否是滿的794將得到肯定的答案。接下來(lái)，該系統(tǒng)確定適當(dāng)?shù)牟僮髂Ｊ?。示范性?shí)施例具有四種操作模式，標(biāo)準(zhǔn)電模式、熱泵模式、混合模式和高需求模式，高需求模式由電元件與熱泵的使用的組合組成。該系統(tǒng)允許使用先前使用中的操作模式798或者操作者可選擇操作模式802。在操作期間，水溫和流量模塊必須首先驗(yàn)證操作者所選的操作模式。作為驗(yàn)證過(guò)程的一部分，在804控制器首先詢問(wèn)操作模式是否為標(biāo)準(zhǔn)電模式。如果操作模式不是標(biāo)準(zhǔn)電模式，則控制器接下來(lái)在806詢問(wèn)操作模式是否為熱泵模式。如果操作模式不是熱泵模式，控制器接下來(lái)在807詢問(wèn)操作模式是否為高要求模式。如果不是高需求模式，水溫和流量模塊在808默認(rèn)將系統(tǒng)切換到混合模式。當(dāng)選定的操作模式為標(biāo)準(zhǔn)電模式時(shí)，控制器實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)電模式810(圖8B)。在此模式中，溫度和水流量模塊從傳感器126獲得水溫?cái)?shù)據(jù)T2 (812)。溫度和水溫模塊構(gòu)造成首先檢查由T2的值所表示的冷罐狀態(tài)(814)，T2值指示小于電模式冷罐閾值溫度T-25 T的水溫，其中T為設(shè)定值。如果T2小于T-25 °F，那么上部加熱元件122被供能而下部元件被斷能(若在檢測(cè)到冷罐狀態(tài)時(shí)其剛好已被供能)(816)。既然模塊構(gòu)造成給予冷罐狀態(tài)優(yōu)先權(quán)，且在示范性實(shí)施例中，兩個(gè)電元件不能在相同時(shí)間被供能，如果在檢測(cè)到冷罐狀態(tài)時(shí)下部元件已被供能以滿足另一狀態(tài)，則需要使下部元件124斷能。加熱元件122將繼續(xù)被供能直到T2升高到設(shè)定值的3 °F內(nèi)(818)。當(dāng)T2超過(guò)T_3 °F時(shí)，上部元件122被斷能(820)而下部元件124被供能(822)。這種操作狀態(tài)將繼續(xù)直到T2超過(guò)高于設(shè)定值5 T的超調(diào)閾值，即，T2大于T+5 者除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)打斷，在此時(shí)，下部加熱元件被斷能且模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(810)再次返回814，如果Τ2不小于T_25 °F，則溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)確定所傳感的水溫是否小于T-5 °F來(lái)確定是否由于備用冷卻而需要熱量(824)。如果是肯定的，那么下部加熱元件124被供能且保持被供能直到到達(dá)T+5 T的超調(diào)閾值溫度(822)或者檢測(cè)到冷罐狀態(tài)(814)。返回至824，如果所傳感的溫度不小于T-5 T，則溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)首先將所傳感的溫度T2與設(shè)定值溫度T進(jìn)行比較來(lái)確定是否由于流量事件而需要熱量(826)。如果T2不小于T，則無(wú)需對(duì)熱源供能且系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (812)。如果T2小于T，模塊接下來(lái)查找流量事件的發(fā)生(828)。如之前所描述，這在某些實(shí)施例中從流量計(jì)的輸出來(lái)確定且在其它實(shí)施例中從溫度變化率數(shù)據(jù)來(lái)確定。如果并未檢測(cè)到流量事件，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (812)。如果檢測(cè)到流量事件，則模塊確定T2是否小于設(shè)定值減去I T (830)。如果不是，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (810)。如果T2小于T-I T，那么下部元件被供能且保持被供能直到T2等于或超過(guò)超調(diào)閾值T+5 T (822)，除非被檢測(cè)到冷罐狀態(tài)所中斷(814)。當(dāng)選定的操作模式為熱泵模式時(shí)，模塊實(shí)施熱泵模式(832)(圖8C)。在熱泵模式中，僅壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的密封的系統(tǒng)用于加熱水。該模塊并不構(gòu)造成檢測(cè)此模式中的冷罐狀態(tài)并對(duì)此做出響應(yīng)，因此模塊監(jiān)測(cè)T2 (834)，首先檢查以通過(guò)確定所傳感的水溫是否小于T-5 T來(lái)確定是否由于備用冷卻而需要熱量(836)。如果是肯定的，那么密封系統(tǒng)被供能且保持被供能直到到達(dá)了用戶選定的設(shè)定值溫度(838)。返回至836，如果所傳感的溫度不小于T-5 T，則溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)首先將所傳感的溫度T2與設(shè)定值溫度T進(jìn)行比較來(lái)確定是否由于流量事件而需要熱量(840)。如果T2不小于T，無(wú)需熱源的供能且系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (834)。如果T2小于T，則模塊接下來(lái)查找流量事件的發(fā)生(842)。如果未檢測(cè)到流量事件，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (834)，如果檢測(cè)到流量事件，那么模塊確定T2是否小于設(shè)定值減去I T (844)。如果不是，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (834)。如果T2小于T-I T，那么密封的系統(tǒng)被供能且保持被供能直到T2等于或超過(guò)用戶選定的設(shè)定值溫度。(838)。當(dāng)選定的操作模式為混合模式時(shí)，模塊實(shí)施混合模式(846)(圖8D)。在此模式中，溫度和水流量模塊從傳感器126獲得水溫?cái)?shù)據(jù)T2(848)。如在標(biāo)準(zhǔn)電模式中，溫度和水流量模塊構(gòu)造成首先檢查由Τ2值所表示的冷罐狀態(tài)(850)，Τ2指示低于電冷罐閾值溫度的水溫。然而，在示范性實(shí)施例中，如之前所述，混合冷罐閾值溫度為T-30 °F，其小于電冷罐閾值溫度。如果T2小于T-30 °F，那么上部加熱元件122被供能。加熱元件122將繼續(xù)被供能直到T2升高到設(shè)定值的3 0F內(nèi)(854)。當(dāng)T2超過(guò)T_3 °F時(shí)，上部元件122斷能(856)且啟動(dòng)密封的系統(tǒng)的操作(858)。密封的系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)行直到T2等于或超過(guò)設(shè)定值溫度(除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)所中斷)，在此時(shí)，密封的系統(tǒng)斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(848)。再次返回到850，如果Τ2不小于T_30 °F，溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)確定所傳感的水溫是否小于T-5 °F來(lái)確定是否由于備用冷卻而需要熱量(860)。如果是肯定的，那么啟動(dòng)密封的系統(tǒng)的操作且密封的系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行直到到達(dá)或超過(guò)設(shè)定值溫度T(858)(除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)所中斷)，在此時(shí)，密封的系統(tǒng)斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(848)。返回至860，如果所傳感的溫度不小于T-5 °F，那么溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)首先將所傳感的溫度T2與設(shè)定值溫度T進(jìn)行比較來(lái)確定是否由于流量事件而需要熱量(862)。如果T2不小于T，則無(wú)需熱源的供能且系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (848)。如果T2小于T，則模塊接下來(lái)查找流量事件的發(fā)生(864)。如果并未檢測(cè)到流量事件，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(848)。如果檢測(cè)到流量事件，則模塊確定Τ2是否小于設(shè)定值減去I T (866)。如果不是，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)Τ2 (848)。如果Τ2小于T-I T，那么啟動(dòng)密封的系統(tǒng)的操作且繼續(xù)運(yùn)行直到Τ2等于或超過(guò)設(shè)定值溫度T (858)(除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)所中斷)，在此時(shí)，密封的系統(tǒng)斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)Τ2 (848)。高需求模式為混合模式的 變型，提供這種模式以對(duì)于高于典型的熱水使用狀態(tài)做出響應(yīng)，諸如在具有高流量淋浴頭的家庭中可能會(huì)發(fā)生，例如，與每分鐘2加侖流量的更典型的淋浴頭相比，流率大約每分鐘5加侖。在高需求模式中，該系統(tǒng)使用熱泵來(lái)恢復(fù)備用損失和少量汲取，如在混合模式中那樣。然而，如果檢測(cè)到大流量事件，例如水溫在10分鐘內(nèi)降低3 °F，那么該系統(tǒng)使用下部電元件來(lái)恢復(fù)。此外，以類似于混合模式的方式，但閾值更高，上部加熱元件用于恢復(fù)罐的頂部部分中的水溫且然后下部元件用于恢復(fù)罐下部中的水溫。如在本文中先前所述，該系統(tǒng)構(gòu)造成通過(guò)檢測(cè)在一分鐘時(shí)段大約O. 3 T的溫度變化率來(lái)檢測(cè)“流量事件”，使用一分鐘移動(dòng)窗，每五秒鐘進(jìn)行檢查。為了檢測(cè)“大流量事件”，該系統(tǒng)查找十分鐘時(shí)段3 T的溫度變化，使用十分鐘移動(dòng)窗，也每五秒鐘進(jìn)行檢查，然而，每三十秒可足夠。當(dāng)選定的操作模式為高需求模式時(shí)，模塊實(shí)施高需求模式(870)(圖8E)。在此模式中，溫度和水流量模塊從傳感器126獲得水溫?cái)?shù)據(jù)T2 (872)。如在混合和標(biāo)準(zhǔn)電模式中那樣，溫度和水流量模塊構(gòu)造成首先檢查由T2值所表示的冷罐狀態(tài)(874)，T2指示小于冷罐閾值溫度的水溫。然而，在示范性實(shí)施例中，如之前所述，混合冷罐閾值溫度為T-20 T，其大于電或混合冷罐閾值溫度。這允許對(duì)冷罐狀態(tài)更快響應(yīng)，這是因?yàn)楦咝枨竽Ｊ揭鈭D用于冷罐狀態(tài)可能更頻繁的情況。如果T2小于T-20 °F，那么上部加熱元件122被供能而下部元件被斷能(如果在檢測(cè)到冷罐狀態(tài)時(shí)下部元件剛好已被供能)(876)。加熱元件122將繼續(xù)被供能直到T2升高到設(shè)置值的3 0F內(nèi)(878)。當(dāng)T2超過(guò)T_3 0F，上部元件122斷能而下部元件被供能(880)。如在電模式中那樣，這種操作狀態(tài)將繼續(xù)直到T2超過(guò)高于設(shè)定值5 T的超調(diào)閾值，即，T2大于T+5 °F或者除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)所中斷，在此時(shí)，下部加熱元件124被斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(872)再次返回到874，如果Τ2不小于T_20 °F，則溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)確定所傳感的水溫是否小于T-5 ° 來(lái)確定是否由于備用冷卻而需要熱量(884)。如果是肯定的，那么啟動(dòng)密封的系統(tǒng)的操作且密封的系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行直到到達(dá)或超過(guò)設(shè)定值溫度T (886)(除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)或大流量事件所中斷)，在此時(shí)，密封的系統(tǒng)斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (872)。返回至884，如果所傳感的溫度不小于T-5 T，則溫度和水流量模塊接下來(lái)檢查以通過(guò)將所傳感的溫度T2與設(shè)定值溫度T進(jìn)行比較來(lái)確定是否由于流量事件而需要熱量(888)。如果T2不小于T，則無(wú)需熱源的供能且系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(848)。如果Τ2小于Τ，則該模塊接下來(lái)查找流量事件的發(fā)生(890)。如果并未檢測(cè)到流量事件，則模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)Τ2(872)。如果檢測(cè)到流量事件，則該模塊確定Τ2是否小于設(shè)定值減去I T (892)。如果不是，模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)Τ2 (848)。如果Τ2小于T-I T，那么啟動(dòng)密封的系統(tǒng)的操作且密封系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行直到Τ2等于或超過(guò)設(shè)定值溫度T(858)(除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)或大流量事件所中斷)，在此時(shí)，密封系統(tǒng)斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2(848)。返回至872，如果在高需求模式的操作期間的任何時(shí)間，除非該系統(tǒng)處于對(duì)冷罐狀態(tài)響應(yīng)的過(guò)程中，否則優(yōu)先檢測(cè)大流量事件的發(fā)生(894)。如果檢測(cè)到大流量事件，S卩，如果控制器檢測(cè)到在運(yùn)行十分鐘窗中由傳感器126傳感的3 °F或更高的水罐溫度的降低，則下部加熱元件被供能(896)且保持被供能直到T2超過(guò)高于設(shè)定值5 °F的超調(diào)閾值，即，T2大于T+5 T或者除非被檢測(cè)到另一冷罐狀態(tài)所中斷，在此時(shí)，下部加熱元件124斷能而模塊繼續(xù)監(jiān)測(cè)T2 (872)。
該文字描述使用示例以公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳實(shí)施方式，并且也使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其它示例具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種熱泵熱水器，其包括 儲(chǔ)水罐； 熱泵，其包括密封的系統(tǒng)，所述密封的系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器以及制冷劑，其構(gòu)造成使制冷劑流從壓縮機(jī)到冷凝器到蒸發(fā)器然后回到所述壓縮機(jī)，其中所述冷凝器被定位成與所述儲(chǔ)水罐處于熱交換關(guān)系用于加熱所述罐的內(nèi)含物； 第一電阻加熱器，其接近所述儲(chǔ)水罐的上部區(qū)域定位； 第一溫度傳感器，其接近所述儲(chǔ)水罐的頂部定位；以及 控制器，其在操作上連接到第一溫度傳感器且包括事件流量模塊，其構(gòu)造成接收并處理表示由所述第一溫度傳感器所測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)以便確定水是否從所述儲(chǔ)水罐流動(dòng)，其中所述控制器在操作上連接到所述熱泵和所述第一電阻加熱器，所述控制器還構(gòu)造成響應(yīng)于由所述第一溫度傳感器所測(cè)量的所述溫度讀數(shù)來(lái)自動(dòng)地選擇所述熱泵和所述第一電阻加熱器中的至少ー個(gè)且給它供能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述第一溫度傳感器定位在儲(chǔ)水罐側(cè)壁的外部上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，熱泵冷凝器包裹于所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的外部，其中所述冷凝器的入口接近所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的下部定位，由此通過(guò)所述冷凝器的制冷劑流被發(fā)動(dòng)接近所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的下部通過(guò)所述冷凝器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱泵熱水器，其特征在干，所述熱泵冷凝器包括接近所述儲(chǔ)水罐底壁且與所述儲(chǔ)水罐底壁處于熱交換關(guān)系布置的部分，其中在流通過(guò)包裹于所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的外部的所述冷凝器的部分之后，流通過(guò)接合所述儲(chǔ)水罐底壁的所述熱泵冷凝器的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵冷凝器包括包裹于所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁外部的側(cè)部和接近所述儲(chǔ)水罐底壁且與所述儲(chǔ)水罐底壁處于熱交換關(guān)系布置的底部，其中所述底部包括冷凝器入口，由此所述制冷劑在流過(guò)所述側(cè)部之前，首先流過(guò)所述冷凝器的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵熱水器包括第二電阻加熱器，其定位在所述儲(chǔ)水罐的底部附近，且其中，所述控制器內(nèi)的所述事件流量模塊構(gòu)造成處理表示由所述第一溫度傳感器所測(cè)量的溫度讀數(shù)的信息以確定在所述第一溫度傳感器附近水溫下降的速率，其中通過(guò)所述控制器對(duì)所述熱泵、所述第一電阻加熱器和所述第二電阻加熱器中的至少ー個(gè)供能是基于被測(cè)量的水溫下降的速率來(lái)自動(dòng)地選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述事件流量模塊還構(gòu)造成處理表示所述罐中的水溫的數(shù)據(jù)以便估計(jì)流入所述儲(chǔ)水罐的水量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵熱水器包括流量計(jì)，其在操作上連接到所述控制器且與水入口管線相關(guān)聯(lián)地定位用于測(cè)量流入所述儲(chǔ)水罐的水量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵熱水器包括流量計(jì)，其在操作上連接到所述控制器且與水出口管線相關(guān)聯(lián)地定位用于測(cè)量從所述儲(chǔ)水罐流出的水量。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵熱水器包括第二溫度傳感器，其在操作上連接到所述控制器且被定位成測(cè)量流入所述儲(chǔ)水罐的水的溫度，其中所述控制器還處理表示流入所述儲(chǔ)水罐的水的溫度的數(shù)據(jù)，其中所述控制器還構(gòu)造成響應(yīng)于從所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器所接收的信息來(lái)自動(dòng)地選擇所述熱泵和所述至少ー個(gè)電阻加熱器中的至少ー個(gè)且給它供能。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵熱水器包括定位在冷凝器的入口處的第二溫度傳感器和定位在所述冷凝器的出口處的第三溫度傳感器，其中所述控制器在操作上連接到所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器及第三溫度傳感器、所述熱泵和所述至少ー個(gè)電阻加熱器，其中所述控制器構(gòu)造成處理從所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器接收的信息以響應(yīng)于從所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器接收的信息來(lái)選擇性地自動(dòng)給所述第一電阻加熱器和所述熱泵中的至少ー個(gè)供能和斷能。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵冷凝器接近所述儲(chǔ)水罐的側(cè)部和底部且與所述儲(chǔ)水罐的側(cè)部和底部處于熱交換關(guān)系定位。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述控制器還構(gòu)造成響應(yīng)于對(duì)由所述溫度傳感器測(cè)量的溫度讀數(shù)的處理和選取的操作模式來(lái)自動(dòng)地選擇所述熱泵和所述電阻加熱器中的ー個(gè)且給它供能。
14.一種加熱熱泵熱水器的儲(chǔ)水罐內(nèi)水的方法，其特征在于，控制器在操作上連接到熱泵、加熱元件和定位在所述儲(chǔ)水罐的頂部附近的第一溫度傳感器，所述方法包括 接收由所述第一傳感器傳輸?shù)臏囟茸x數(shù)； 處理由所述第一傳感器傳輸?shù)乃鰷囟茸x數(shù)以便確定所述儲(chǔ)水罐的頂部附近的水溫降低到低于閾值溫度；以及 響應(yīng)于所述儲(chǔ)水罐頂部附近的水溫降低到低于閾值溫度來(lái)選擇所述熱泵和所述電加熱元件中的至少ー個(gè)并給它供能。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，確定所述儲(chǔ)水罐的頂部附近水溫降低到低于閾值溫度的步驟包括比較由所述第一傳感器所傳輸?shù)乃鰷囟茸x數(shù)與所述閾值溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 當(dāng)傳輸?shù)乃鰷囟茸x數(shù)反映溫度降低到低于第一預(yù)設(shè)水平時(shí)給下部加熱元件供能；以及 當(dāng)傳輸?shù)乃鰷囟茸x數(shù)反映溫度降低到第二預(yù)設(shè)水平時(shí)給上部加熱元件供能。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當(dāng)傳輸?shù)乃鰷囟茸x數(shù)反映溫度降低到低于第二預(yù)設(shè)水平時(shí)給熱泵系統(tǒng)下部加熱元件供能。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟 測(cè)量在水入口管線處進(jìn)入所述儲(chǔ)水罐的水流量； 處理表示進(jìn)入所述儲(chǔ)水罐的水流量的數(shù)據(jù)以及表示所述儲(chǔ)水罐的頂部附近的水溫降低到低于限定的設(shè)定值溫度的數(shù)據(jù)； 確定定位在所述儲(chǔ)水罐內(nèi)的上部加熱元件和下部加熱元件中的哪個(gè)要被供能；以及 給定位在所述儲(chǔ)水罐內(nèi)的所述上部加熱元件和所述下部加熱元件中的ー個(gè)供能。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，通過(guò)冷凝器管的流在所述冷凝器管接觸所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的下部的點(diǎn)起始并且向上通過(guò)與所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的上部接觸的冷凝器管流過(guò)所述冷凝器管，所述冷凝器管包裹于所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的外部且從所述儲(chǔ)水罐側(cè)壁的下部延伸到上部。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述冷凝器管包括回流，其中，在流通過(guò)與所述儲(chǔ)水罐的側(cè)壁接觸的冷凝器管之后，流繼續(xù)通過(guò)與所述儲(chǔ)水罐的底壁接觸的冷凝器管。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述加熱方法開(kāi)始時(shí)發(fā)生的禁用超馳步驟，由此，所述控制器通過(guò)執(zhí)行以下步驟自動(dòng)地確定所述儲(chǔ)水罐內(nèi)的水位是否處于足夠的水平以允許開(kāi)始加熱程序 以限定的時(shí)段初始化所述熱泵的冷凝器； 處理從所述傳感器接收的溫度讀數(shù)以便確定所述儲(chǔ)水罐的溫度是否升高到超過(guò)限定的升高水平的水平，所述傳感器被定位以測(cè)量所述儲(chǔ)水罐溫度；以及 在確定所述儲(chǔ)水罐的溫度超過(guò)限定的水平時(shí)，禁用所述加熱程序且傳輸指示所述儲(chǔ)水罐內(nèi)水位不足的信號(hào)。
22.ー種熱泵熱水器，其包括 儲(chǔ)水罐； 熱泵，其中，熱泵冷凝器定位成與所述儲(chǔ)水罐的側(cè)部和底部接觸； 成對(duì)的電阻加熱器，其中，第一電阻加熱器定位在所述儲(chǔ)水罐內(nèi)接近所述儲(chǔ)水罐的底部，而第二電阻加熱器定位在所述儲(chǔ)水罐內(nèi)接近所述儲(chǔ)水罐的頂部； 溫度傳感器，其被定位以確定所述儲(chǔ)水罐內(nèi)且接近所述儲(chǔ)水罐的頂部的水溫； 控制器，其構(gòu)造成處理表示由所述溫度傳感器測(cè)量的溫度讀數(shù)的信息以檢測(cè)所述儲(chǔ)水罐中的水溫變化，其中，響應(yīng)于所述儲(chǔ)水罐中的水溫變化，所述控制器進(jìn)行操作給所述熱泵、所述第一電阻加熱器和所述第二電阻加熱器中的一個(gè)或更多個(gè)自動(dòng)供能。
23.一種熱水器，包括 儲(chǔ)水罐； 成對(duì)的電阻加熱器，其中，第一電阻加熱器定位在所述儲(chǔ)水罐內(nèi)接近所述儲(chǔ)水罐的底部，而第二電阻加熱器定位在所述儲(chǔ)水罐內(nèi)接近所述儲(chǔ)水罐的頂部； 溫度傳感器，其被定位以確定所述儲(chǔ)水罐內(nèi)且接近所述儲(chǔ)水罐的頂部的水溫； 控制器，其在操作上連接到所述第一溫度傳感器且包括事件流量模塊，所述事件流量模塊構(gòu)造成接收并處理表示由所述溫度傳感器所測(cè)量的溫度讀數(shù)的數(shù)據(jù)以便確定水是否從所述儲(chǔ)水罐流出，其中，所述控制器在操作上連接到所述電阻加熱器，所述控制器還構(gòu)造成響應(yīng)于由所述第一溫度傳感器所測(cè)量的溫度讀數(shù)來(lái)自動(dòng)地選擇所述電阻加熱器中的至少ー個(gè)且給它供能。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述控制器內(nèi)的所述事件流量模塊構(gòu)造成處理表示由所述溫度傳感器所測(cè)量的溫度讀數(shù)的信息以確定在所述溫度傳感器附近水溫下降的速率，其中，基于所測(cè)量的水溫下降的速率由所述控制器自動(dòng)地選擇給所述第一電阻加熱器和所述第二電阻加熱器中的至少ー個(gè)供能。
全文摘要
公開(kāi)了一種熱泵熱水器和系統(tǒng)及其控制方法。系統(tǒng)構(gòu)造成加熱在熱泵熱水器的儲(chǔ)水罐內(nèi)的水，其中，系統(tǒng)內(nèi)的控制器在操作上連接到多個(gè)熱源，包括至少一個(gè)電加熱元件和熱泵及傳感器，以便給多個(gè)熱源中的一個(gè)選擇性地供能?？刂破鳂?gòu)造成處理表示罐內(nèi)接近儲(chǔ)水罐的頂部的水的溫度和流出儲(chǔ)水罐的水的流率的數(shù)據(jù)，以便自動(dòng)給熱源選擇性地供能?？刂破鲗?duì)熱源的選擇通過(guò)由用戶所選的操作模式和鑒于所選的操作模式由控制器處理的數(shù)據(jù)來(lái)確定。
文檔編號(hào)F24H9/20GK102625896SQ201080007878
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者C·L·蔡, D·L·沃特金斯, E·F·羅德里格斯, J·A·克爾恩, J·D·納爾遜, M·T·貝爾勒, M·真特納, T·A·哈默爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司