專利名稱：空氣源熱泵熱水器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱水器，具體涉及一種空氣源熱泵熱水器。
技術背景 目前熱水器一般分為燃油燃氣熱水器、電加熱熱水器、太陽能熱水器、空氣源熱泵 熱水器等幾種，燃油燃氣熱水器是通過燃燒液化氣、天然氣、煤油、酒精等礦物或有機燃料 來加熱水的一種熱水器，該類熱水器容易受燃料的燃燒程度和水壓的波動等因素的影響從 而導致水溫波動較大，并且在供氧不足的情況下，容易產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，對人體有 很大的傷害嚴重的時候可能導致中毒事件發(fā)生，更重要的是需要消耗大量的需要消耗大量 的不可再生的資源，使用成本偏高、對環(huán)境影響也比較大。電加熱熱水器是一種通過消耗高 品位的電能來加熱水的熱水器，該類型的熱水器使用比較方便，但對電能的使用效率比較 低，并且容易有觸電的安全隱患。太陽能熱水器是一種利用真空管收集太陽能來加熱水的 熱水器，該類型的熱水器，對環(huán)境友好并且運行成本低，但該類型的熱水器受天氣情況的影 響比較大，在陰天、雨天等日照強度不大的天氣就很難正常使用，因而一般的太陽能熱水器 都有輔助的電加熱裝置，這樣太陽能熱水器存在著與電加熱熱水器同樣的缺陷?？諝庠礋岜脽崴魇且环N利用逆卡諾循環(huán)原理從自然環(huán)境吸取熱量，并消耗少量 的電能將能量傳遞給水使其溫度升高的熱水器，空氣源熱泵熱水器又稱熱泵熱水器，與其 他的耗電熱水器不同的是，空氣源熱泵熱水器消耗的電能是用來作為傳遞能量的動力并使 用效率高，熱水獲得的熱量為熱泵熱水器從環(huán)境中獲取的熱量與所消耗的電能轉化的熱量 之和。該類型的熱水器通過消耗少量的電能從自然環(huán)境中獲取大量的熱能，節(jié)能效率是電 熱水器的4倍以上，比太陽能熱水器還要節(jié)能，因而運行費用低，并且不向環(huán)境排放任何有 害物質(zhì)，對環(huán)境友好，同時實現(xiàn)了水電分離，從而避免觸電事故的發(fā)生，使用比較安全。正由于上述優(yōu)點空氣源熱泵熱水器越來越受到人們的歡迎，使用的領域也越來越 廣泛，通常包括至少一個由壓縮機、電磁四通閥、熱交換器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器沿制冷劑流通 方向順序連接組成的熱泵制冷回路，熱交換器設置在主水箱內(nèi)，用于加熱水箱中的水，主水 箱上通常設置有進水管和出水管，蒸發(fā)器從大氣吸熱，水箱內(nèi)的熱交換器放熱，對通過循環(huán) 泵從進水管供給到水箱內(nèi)的水進行加熱。目前，制冷劑回路中的壓縮機均為定頻壓縮機，也 就是說壓縮機轉速基本不變，以開、停壓縮機來調(diào)整輸出功率，因而存在以下缺陷①不能適應寬負荷條件下運行，由于定頻的空氣源熱水器是通過進出水溫度差或 水箱中的水溫度差來控制壓縮機的開啟，在外界需水量小的情況下很容易導致壓縮機頻繁 啟停，這樣不僅使系統(tǒng)的能耗增加，而且影響壓縮機的使用壽命。在外界需水量大的情況下 雖然定頻率的壓縮機連續(xù)工作，但由于壓縮機的容量限制不能實現(xiàn)水溫的快速升高；②不能實現(xiàn)寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，當環(huán)境溫度較低的情況下，定頻熱泵熱水器 正常啟動困難，并且容易引起排氣溫度過高而停機，當環(huán)境溫度較高的情況下，定頻熱泵熱 水器容易引起排氣溫度和排氣壓力超高而停機；③普通的定頻壓縮機采用異步感應電動機，存在鐵損，因此轉化效率比較低，同時定頻率壓縮機的啟動電流較大，對電網(wǎng)的沖擊很大，并且會影響其他正在運行的電器的正 常使用；④不能在環(huán)境溫度低的條件下運行，制冷劑要從環(huán)境空氣中吸收熱量其本身的溫 度就必須低于環(huán)境溫度，因此環(huán)境溫度越低，制冷劑的蒸發(fā)溫度也就需要更低，相應的蒸 發(fā)壓力也就越低，定頻壓縮機在運轉過程中盡管所吸入的制冷劑的容積不變，但所吸入的 制冷劑的蒸汽壓力低，因此同等容積中所包含的制冷劑的質(zhì)量減少，即壓縮機的制冷劑的 質(zhì)量流量減少，而熱泵熱水器的制熱量與制冷劑的質(zhì)量流量成正比。研究表明，當環(huán)境溫 度-20°C時，制熱量只能達到額定工況的20% -30%左右，并且由于工作溫差不斷擴大，熱 泵熱水器的效率也越來越低，這樣不但制熱量不能滿足用戶要求，而且喪失了其高效的優(yōu) 越性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種在各種環(huán)境溫度下均可高效運作的空氣源熱泵熱水器，使用該結構，拓寬了熱泵熱水器的使用范圍，且加熱效率更為穩(wěn)定可靠，功耗更低，延長整機 使用壽命。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種空氣源熱泵熱水器，包括制冷回 路、熱水回路及控制器，所述制冷回路包括壓縮機、四通閥、熱交換器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器，所 述壓縮機的排氣口與所述四通閥主管口 D連接，經(jīng)四通閥管口 C與所述熱交換器的進液口 連接，熱交換器的出液口經(jīng)所述節(jié)流裝置與所述蒸發(fā)器進口連接，蒸發(fā)器出口與四通閥的E 管口連接，經(jīng)四通閥S 口與所述壓縮機的吸氣口連接，所述壓縮機為變頻壓縮機，該壓縮機 的吸氣管路與所述熱交換器出液口間接入一輔助降溫管路，該管路由一電磁閥及一噴液毛 細管串接構成，所述壓縮機的排氣管路上設有一排氣溫度傳感器，由該排氣溫度傳感器測 得溫度控制所述電磁閥的啟閉。上述技術方案中，所述熱水回路包括了水箱及位于水箱兩側的進、出水管路，可采 用現(xiàn)有技術。所述壓縮機為變頻壓縮機(直流變頻或是交流變頻)，根據(jù)測得熱水回路中 進、出水管間的溫差以及進水溫度的變化率來確定變頻壓縮機的運行頻率，當外界負荷較 小的情況下，壓縮機采用低頻運行，從而避免了定頻壓縮機那樣頻繁的啟停；當外界負荷較 大的情況下，壓縮機采用高頻運行，這樣可以迅速的提高水溫度。因此，使得本發(fā)明可以在 更寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的運行。為使變頻壓縮機能在低溫環(huán)境下正常運行，由于在低溫環(huán) 境下，需要從環(huán)境空氣中吸收更多的制熱量，制冷劑的蒸發(fā)溫度也就需要更低(需要更多 的制冷劑)，造成壓縮機電機高頻運行后產(chǎn)生的熱量過高，盡管變頻壓縮機在低溫下可泵 送比以往定頻壓縮機更多的制冷劑來冷卻壓縮機電機，但這些制冷劑還不足以完全冷卻電 機，因而需要在熱水熱交換器的出液管處引出一部分制冷劑來冷卻壓縮機防止排氣溫度異 常升高，為此在熱交換器的出液口接入一輔助降溫管路，由一個電磁閥和一噴液毛細管組 成，毛細管的另一端接在壓縮機的吸氣管上，配合設置于排氣管路上的排氣溫度傳感器，確 定是否開啟電磁閥，其過程為當排氣溫度高于一定溫度(預設定溫度)時，電磁閥開啟，噴 液毛細管向壓縮機的吸氣管進行噴液，當排氣溫度低于一定值時電磁閥關閉停止噴液，從 而可以防止因排氣溫度過高而導致壓縮機燒毀，使本發(fā)明可工作在低溫環(huán)境中。上述技術方案中，所述熱交換器的出液口與所述節(jié)流裝置之間串接一雙向儲液罐。由于變頻壓縮機的是根據(jù)需要動態(tài)變化，機組所需要的制冷劑流量也在不斷發(fā)生變化， 因此設置一雙向儲液罐來收集多余的制冷劑。上述技術方案中，所述熱水回路包括水箱及設置于水箱兩端的回水管路和出水管 路，所述回水管路上設有循環(huán)水泵，所述熱交換器位于所述水箱內(nèi)，在回水管路近進口處設 有回水溫度傳感器，出水管路近出口處設有出水溫度傳感器。上述技術方案中，所述節(jié)流裝置可為毛細管、節(jié)流管及電子膨脹閥中的一種，位于 節(jié)流裝置的兩端分別設有一過濾器。過濾器濾除管路中液或氣體的雜質(zhì)，以免堵塞節(jié)流裝置。上述技術方案中，近所述熱交換器出液口處設有一熱交換器液管溫度傳感器。為 了防止熱交換器因為水流量不足而導致其溫度異常超高，或者在化霜時水流量不足而導致 水溫度過低甚至在熱交換器中結冰而損壞熱交換器，因此在熱交換器的出液口處設置熱交 換器液管溫度傳感器，當熱交換器的溫度超過或低于一定溫度時，壓縮機降低頻率甚至停 機。優(yōu)選的技術方案是，所述壓縮機為直流變頻壓縮機。直流變頻壓縮機采用的是直 流無刷電動機，由永磁鐵生成內(nèi)部磁通，相較于交流變頻的導步電機由外部進入的電流形 成磁通，沒有因電阻等產(chǎn)生損耗，因此效率高，此外，不存在定子旋轉磁場對轉子的電磁感 應作用，也就避免了電磁噪聲，降低了壓縮機的作業(yè)噪聲。上述技術方案中，所述蒸發(fā)器的中部布置有一蒸發(fā)器液管溫度傳感器，風機位于 所述蒸發(fā)器的前面，并在蒸發(fā)器的后面進風處設置一環(huán)境溫度傳感器。上述技術方案中，所述壓縮機的排氣管路上設置有高壓開關，其吸氣管路上設置 有低壓開關。為了防止出現(xiàn)壓力異常升高，在壓縮機的排氣管路上設置高壓開關，同時也 為了防止壓縮機在缺氟或其他低壓條件下長時間運行，在壓縮機的吸氣管路上設置低壓開 關。本發(fā)明的工作過程是當機組的控制器檢測到回水溫度與設定的水溫度有一定 溫度差時，機組的水泵開始運行，幾秒鐘后，風機按照環(huán)境溫度來選擇適當?shù)娘L擋運行，在 風機運行一段時間后，變頻壓縮機低頻啟動，然后運行到基本頻率，在基本頻率運行一段時 間后，再根據(jù)設定水溫與回水溫度的差值以及回水溫度的變化率來確定機組的最終運行頻 率。當環(huán)境溫度較高的時候可以根據(jù)回水溫度變化率來確定壓縮機的運行適當?shù)念l率，這 樣可以避免制冷劑的流量過大從而導致排氣壓力和溫度過高，壓縮機排氣壓力過高容易導 致壓縮機的運行電流過大引起線圈發(fā)熱燒毀，排氣溫度過高容易導致壓縮機的潤滑油碳化 引起壓縮機運動部件磨損導致輸氣系數(shù)下降，并且過高的排氣溫度也容易導致壓縮機的線 圈燒毀；當環(huán)境溫度較低的時候壓縮機則根據(jù)具體的需要在高頻運行，這樣可以泵送更多 的制冷劑，從環(huán)境空氣中吸收更多的制熱量，特別在普通熱泵熱水器不低溫情能夠正常運 行的環(huán)境下，變頻壓縮機的高頻運轉能確保機組獲得更多的熱量來提高水溫度，從而滿足 具體的需要。變頻壓縮機將低溫低壓制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，然后進入熱換熱器與水 進行熱交換將水加熱后冷凝成高壓液體，液態(tài)制冷劑通過節(jié)流裝置，節(jié)流后的低溫低壓氣 液兩相制冷劑進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中氣液兩相制冷劑與環(huán)境空氣溫度進行熱交換后全部 氣態(tài)制冷劑，再進入壓縮機進行新的循環(huán)。由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明采用變頻壓縮機，運行頻率根據(jù)設定水溫與回水溫度的差值以及回水溫 度的變化率來調(diào)節(jié)變化，當外界負荷較小的情況下，壓縮機采用低頻運行，從而避免了頻繁 的啟停機；當外界負荷較大的情況下，壓縮機采用高頻運行，這樣可以迅速的提高水溫度， 因而使加熱水溫更為衡定，可以在更寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的運行；2.由于直流變頻壓縮機是采用低頻啟動，因此啟動電流比較小，對電網(wǎng)的沖擊比 較小，不影響其它電器的運行，且能耗低，噪音小，壓縮機使用壽命更長；
3.在熱交換器出液口處引入一輔助降管路，由電磁閥與噴液毛細管串接構成，毛 細管的另一端與壓縮機吸氣管路連接，配合設置于壓縮機排氣管路上的排氣溫度傳感器， 根據(jù)測得排氣溫度來確定是否開啟電磁閥，從而可以防止因排氣溫度過高而導致壓縮機燒 毀，使得壓縮機能工作在低溫環(huán)境中，擴展熱水器的使用環(huán)境溫度范圍。


圖1是本發(fā)明實施例一的結構示意圖。其中1、壓縮機；2、排氣溫度傳感器；3、高壓開關；4、四通閥；5、熱交換器；6、出 水溫度傳感器；7、回水溫度傳感器；8、循環(huán)水泵；9、熱交換器液管溫度傳感器；10、雙向儲 液罐；11、過濾器；12、節(jié)流裝置；13、電磁閥；14、噴液毛細管；15、蒸發(fā)器；16、風機；17、蒸 發(fā)器液管溫度傳感器；18、環(huán)境溫度傳感器；19、低壓開關；20、吸氣溫度傳感器。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一參見圖1所示，一種空氣源熱泵熱水器，包括制冷回路、熱水回路及控 制器，所述制冷回路包括直流變頻壓縮機1、電磁四通閥4、熱交換器5、節(jié)流裝置12、蒸發(fā)器 15，所述壓縮機1的排氣口與所述電磁四通閥4主管口 D連接，經(jīng)四通閥4管口 C與所述熱 交換器5的進液口連接，熱交換器5的出液口經(jīng)一雙向儲液罐10與所述節(jié)流裝置12電子 膨脹閥連接，且電子膨脹閥的兩端管路上分別設置一過濾器11，再接于所述蒸發(fā)器15進口 上，蒸發(fā)器15出口與四通閥4的E管口連接，經(jīng)閥S 口與所述壓縮機1的吸氣口連接；所述 熱水回路包括水箱及設置于水箱兩端的回水管路和出水管路，所述回水管路上設有循環(huán)水 泵8，所述熱交換器5位于所述水箱內(nèi)，在回水管路近進口處設有回水溫度傳感器7，出水管 路近出口處設有出水溫度傳感器6 ；在壓縮機的吸氣管路與所述熱交換器出液口間接入一 輔助降溫管路，該管路由一電磁閥13及一噴液毛細管14串接構成，所述壓縮機1的排氣管 路上設有一排氣溫度傳感器2，由該排氣溫度傳感器2測得溫度控制所述電磁閥13的啟閉。如圖1所示，近所述熱交換器5出液口處設有一熱交換器液管溫度傳感器9。該傳 感器測得溫度異常超高時(因水流量不足而導致)，或測得溫度過低甚至在熱交換器5中結 冰時(在化霜時水流量不足)，由控制器控制壓縮機1運行在低頻率狀態(tài)或停機，以此保護 熱交換器5。所述蒸發(fā)器15的中部布置有一蒸發(fā)器液管溫度傳感器17，風機16位于所述蒸 發(fā)器15的前面，并在蒸發(fā)器15的后面進風處設置一環(huán)境溫度傳感器18，采用多擋風機16， 根據(jù)環(huán)境溫度傳感器18測得的溫度來確定風機16的擋位，電子膨脹閥的開度先根據(jù)壓縮 機1的運行頻率來確定一個基本開度，然后再根據(jù)蒸發(fā)器15中部的液管溫度傳感器17溫 度測得溫度與吸氣溫度傳感器20測得溫度的差值來進行開度調(diào)節(jié)。
使用過程中(1)正常制熱水運行時，低溫低壓氣體制冷劑經(jīng)過直流變頻壓縮機1的壓縮后成 為高溫高壓氣體，然后進入熱水熱交換器5中與水箱內(nèi)的水進行熱交換并將水溫升高，進 行熱交換后的水被循環(huán)水泵8經(jīng)出水管路泵送到熱水使用處(蓄水箱或用于地暖的管路 中)，與水進行熱交換后的制冷劑成為高壓液體，然后進入雙向儲液罐10中，經(jīng)電子膨脹閥 節(jié)流后成為氣液兩相混合物，流入蒸發(fā)器15中，并在其中與環(huán)境中的空氣進行熱交換，吸 取空氣中的熱量使氣液混合物中的液體制冷劑轉化為氣態(tài)，然后在進入直流變頻壓縮機1 中進行新的循環(huán)過程。
(2)運行在低溫環(huán)境中時，如測得環(huán)境溫度為_15°C時，此時直流變頻壓縮機1工 作在高頻狀態(tài)下，以此可供給更多的制冷劑，導致壓縮機1電機高速運轉，為提供足夠冷卻 電機的制冷劑，在熱交換器5的出液管處引出一部分制冷劑來冷卻壓縮機1防止排氣溫度 異常升高，為此在熱交換器5的出液口接入一輔助降溫管路，由一個電磁閥13和一噴液毛 細管14組成，毛細管的另一端接在壓縮機1的吸氣管上，配合設置于排氣管路上的排氣溫 度傳感器2，當測得排氣溫度高于一定溫度(預設定溫度)時，控制器驅(qū)動電磁閥13開啟， 噴液毛細管14向壓縮機1的吸氣管進行噴液，當測得排氣溫度低于設定值時，控制器驅(qū)動 電磁閥13關閉，停止噴液，從而可以防止溫度過高而導致壓縮機1燒毀，適應低溫工作環(huán)境 需要。
權利要求
一種空氣源熱泵熱水器，包括制冷回路、熱水回路及控制器，所述制冷回路包括壓縮機、四通閥、熱交換器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器，所述壓縮機的排氣口與所述四通閥主管口連接，經(jīng)四通閥管口C與所述熱交換器的進液口連接，熱交換器的出液口經(jīng)所述節(jié)流裝置與所述蒸發(fā)器進口連接，蒸發(fā)器出口與四通閥的E管口連接，經(jīng)四通閥S口與所述壓縮機的吸氣口連接，其特征在于所述壓縮機為變頻壓縮機，該壓縮機的吸氣管路與所述熱交換器出液口間接入一輔助降溫管路，該管路由一電磁閥及一噴液毛細管串接構成，所述壓縮機的排氣管路上設有一排氣溫度傳感器，由該排氣溫度傳感器測得溫度控制所述電磁閥的啟閉。
2.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于所述熱交換器的出液口與 所述節(jié)流裝置之間串接一雙向儲液罐。
3.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于所述熱水回路包括水箱及 設置于水箱兩端的回水管路和出水管路，所述回水管路上設有循環(huán)水泵，所述熱交換器位 于所述水箱內(nèi)，在回水管路近進口處設有回水溫度傳感器，出水管路近出口處設有出水溫 度傳感器。
4.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于所述節(jié)流裝置可為毛細管、 節(jié)流管及電子膨脹閥中的一種，位于節(jié)流裝置的兩端分別設有一過濾器。
5.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于近所述熱交換器出液口處 設有一熱交換器液管溫度傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于所述壓縮機為直流變頻壓 縮機。
7.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于所述蒸發(fā)器的中部布置有 一蒸發(fā)器液管溫度傳感器，風機位于所述蒸發(fā)器的前面，并在蒸發(fā)器的后面進風處設置一 環(huán)境溫度傳感器。
8.根據(jù)權利要求1所述的空氣源熱泵熱水器，其特征在于所述壓縮機的排氣管路上 設置有高壓開關，其吸氣管路上設置有低壓開關。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空氣源熱泵熱水器，包括制冷回路、熱水回路及控制器，所述壓縮機的排氣口與所述四通閥主管口D連接，經(jīng)閥管口C與所述熱交換器的進液口連接，其出液口經(jīng)所述節(jié)流裝置與所述蒸發(fā)器進口連接，蒸發(fā)器出口與四通閥的E管口連接，經(jīng)閥S口與所述壓縮機的吸氣口連接，其特征在于所述壓縮機為變頻壓縮機，該壓縮機的吸氣管路與所述熱交換器出液口間接入一輔助降溫管路，該管路由一電磁閥及一噴液毛細管串接構成，所述壓縮機的排氣管路上設有一排氣溫度傳感器，由該排氣溫度傳感器測得溫度控制所述電磁閥的啟閉。本發(fā)明采用變頻壓縮機，并配合輔助降溫管路，實現(xiàn)壓縮機在低溫環(huán)境下正常工作，熱水供給更給穩(wěn)定，使用范圍更廣。
文檔編號F24H4/02GK101846389SQ20091003306
公開日2010年9月29日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者俞衛(wèi)剛, 歐陽錄春 申請人:蘇州大學;歐陽錄春