專利名稱：一種變流量循環(huán)式熱泵熱水器的制作方法
一種變流量循環(huán)式熱泵熱水器本發(fā)明涉及熱水器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種變流量循環(huán)式熱泵熱水器。 [背景技術(shù)]熱泵熱水器作為一種新能源技術(shù)已逐步普及，并逐漸取代傳統(tǒng)的電加熱熱水器。 發(fā)達(dá)國家已將電熱水器列入禁止使用的產(chǎn)品，取而代之的是太陽能熱水器或熱泵熱水器。 熱泵熱水器由于其用于加熱水的工作特性，(①一年四季水溫變化；②加熱過程水溫變化； ③冬季夏季熱泵運(yùn)行的效率變化)熱泵熱水器系統(tǒng)冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))溫度不穩(wěn)定、 冷凝器氟側(cè)(加熱側(cè))不穩(wěn)定、壓縮機(jī)負(fù)荷變化、溫度升高過熱、壓縮機(jī)工作壓力升高、冷凝飽和溫度點升高，使得熱轉(zhuǎn)換效率(COP)下降。廠商熱泵熱水器銘牌注明的效率為試驗室理想工況下運(yùn)行的結(jié)果，而實際運(yùn)行時效率至少低于標(biāo)注值的30%。國標(biāo)規(guī)定，循環(huán)式熱泵熱水器COP不得低于3. 7 (COP ^ 3. 7),實際運(yùn)行值不得低于標(biāo)注值90 %，而實際情況，一般在COP = 2.5效率下運(yùn)行已算很好，市場已售的熱泵熱水器試驗表明，運(yùn)行效率COP = 1. 7都有，水溫升高COP下降，壓縮機(jī)過熱影響壽命，使得熱泵熱水器普及應(yīng)用受到嚴(yán)重的影響，消費者花了較普通熱水器2-3倍的價格買的熱泵熱水器并非如廠商宣傳的那樣節(jié)能省電。如何將熱泵效率穩(wěn)定在試驗的水平？如何能使得熱泵熱水器變工況不穩(wěn)定的狀態(tài)得到根本的改善？如何能使壓縮機(jī)在相對穩(wěn)定的工況下運(yùn)行？這對熱泵熱水器而言至關(guān)重要。本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種變流量循環(huán)式熱泵熱水器。通過熱泵熱水器系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水流量改變方法控制冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))平均水溫，以及控制冷凝器出水溫度致熱泵系統(tǒng)工作相對穩(wěn)定，增強(qiáng)了冷凝器的冷凝效率，降低壓縮機(jī)工作壓力，從而延長壓縮機(jī)的使用壽命和降低功耗，提高了熱轉(zhuǎn)換效率(COP)。為實現(xiàn)上述目的設(shè)計變流量循環(huán)式熱泵熱水器，包括制冷劑回路系統(tǒng)、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)及電路控制系統(tǒng)，所述制冷劑回路系統(tǒng)包括一個通過管路依次連接壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成的封閉式流路，所述蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)的進(jìn)出導(dǎo)向裝置及風(fēng)的進(jìn)出動力裝置，所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)包括一個通過管路依次連接冷凝器、儲水箱和循環(huán)水泵，所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水管道上設(shè)有流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥或者所述冷凝器進(jìn)水管道上的循環(huán)水泵采用變流量泵，所述流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥或者變流量泵通過電路連接電路控制系統(tǒng)。所述電路控制系統(tǒng)包括主控制器、人機(jī)界面、信號傳感器及組合元器件。所述信號傳感器包括溫度傳感器和壓力傳感器，所述溫度、壓力傳感器分別安裝在蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)處、儲水箱內(nèi)、制冷劑回路系統(tǒng)管路上以及冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的管路上。
本發(fā)明的工作原理譯=^Sff = = 二 S二 (At=溫升、V—皮加熱水容輸入能量Γ輸入功) 860 χ電表功耗
積、C=水的比熱、P =水的密度)；2、輸出熱量=AfQ-C- P (Q =流量(L/min 升/分)、At =冷凝器出水溫度T6-冷凝器進(jìn)水溫度T5、C =水比熱lkcal/kg · K、P =水的密度)；3、本發(fā)明通過識別水溫的變化改變冷凝器進(jìn)水流量，使得冷凝器出水溫度滿足國標(biāo)(GB23137-2008，出水溫度> 55°C )規(guī)定值且不至于過高。比如多次循環(huán)熱泵熱水器冷凝器進(jìn)水溫度開始為20°C，在定流量情況下，假設(shè)一次循環(huán)溫升(At = 15°C )，第一循環(huán)結(jié)束水溫升至35°C (At = 15°C)，第二循環(huán)(At = 15°C)，進(jìn)水35°C，出水為50°C，按國標(biāo)GB23137-2008規(guī)定水溫彡55°C，必須進(jìn)行第三循環(huán)，第三循環(huán)進(jìn)水50°C ( Δ t = 15°C )， 出水65°C，第三循環(huán)的結(jié)果導(dǎo)致COP下降。(第三循環(huán)導(dǎo)致COP下降的原因出水65°C，冷凝飽和溫度通常彡65°C，65°C飽和溫度。以冷媒13 為例，飽和壓力為彡18. 9bar，壓力升高，做功導(dǎo)致效率下降)壓力升高做功其轉(zhuǎn)換為熱能效率不會超過1，即COP ( 1。所以在超溫下運(yùn)行，導(dǎo)致COP下降。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點本發(fā)明采用識別溫度改變流量的方法，有效地避免冷凝器冷媒超溫運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，比如還是以進(jìn)水溫度為20°c，通過溫度識別進(jìn)水為20°C，根據(jù)已設(shè)定好的程序，可通過調(diào)整流量方法，使第一循環(huán)水溫為45°C，在運(yùn)行過程中，可通過檢測出水溫度變化不斷修正流量，使出水溫度基本恒定在45°C，隨后在進(jìn)入第二循環(huán)時，再通過以上辦法，使出水溫度被控制在55°C 57°C之間，徹底避免水溫升至 65°C以上發(fā)生冷凝器冷媒過熱的惡劣工況，從而將冷凝飽和點溫度控制在55°C，比65°C低了 10°C，飽和點溫度55°C對應(yīng)的壓力為14. 9bar(134a)，比飽和溫度65°C飽和壓力P = 18. 9bar(134a)低4bar，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，避免壓縮機(jī)過熱運(yùn)行。同理，一次加熱式熱泵熱水器會因為季節(jié)變化水溫和效率變化導(dǎo)致運(yùn)行工況不穩(wěn)定、運(yùn)行效率低惡劣工況。流量改變是通過電路控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)置好的程序識別溫度的方法驅(qū)動變流量泵或流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥改變流量，使熱泵運(yùn)行在最佳穩(wěn)定且高COP的狀態(tài)。變流量的程序設(shè)計依據(jù)一、為提高COP (熱泵運(yùn)行時使冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))平均溫度盡可能降低確保系統(tǒng)在高效率工況下運(yùn)行)；二、為讓冷凝器最終出水滿足規(guī)定溫度> 55°C，且不至于過高，冷凝飽和溫度和飽和壓力被有效地控制，保護(hù)壓縮機(jī)并提高C0P，根據(jù)環(huán)境溫度變化、進(jìn)水溫度變化選擇最佳運(yùn)行方式一次加熱式或多次循環(huán)加熱式。本發(fā)明通過試驗運(yùn)行，在同樣的系統(tǒng)采取了變流量方法比未采取變流量的方法COP提高10% 13%，可見其作用是非常顯著的。

圖1是本發(fā)明使用變流量泵的結(jié)構(gòu)示意；圖2是本發(fā)明使用流量自動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示意；圖3是本發(fā)明使用流量自動調(diào)節(jié)旁通閥方式一的結(jié)構(gòu)示意；圖4是本發(fā)明使用流量自動調(diào)節(jié)旁通閥方式二的結(jié)構(gòu)示意；圖5是本發(fā)明的工作原理4
圖中1為儲水箱、2為冷凝器進(jìn)水管道、3為變流量泵、4為膨脹閥、5為壓縮機(jī)、6 為冷凝器、7為蒸發(fā)器、8為冷凝器出水管道、9為待加熱的水、10為流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥、11為水泵、12進(jìn)出風(fēng)動力裝置(軸流風(fēng)機(jī))、T1為水箱水溫傳感器、Τ2為環(huán)境溫度傳感器、Τ3為壓縮機(jī)進(jìn)口溫度傳感器、Τ4壓縮機(jī)出口冷媒溫度傳感器、Τ5為冷凝器進(jìn)口水溫度傳感器、Τ6為冷凝器出口水溫度傳感器、Pl為低壓傳感器、Ρ2為高壓傳感器。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作以下進(jìn)一步說明如附圖1所示，本發(fā)明包括制冷劑回路系統(tǒng)、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)及電路控制系統(tǒng)，所述制冷劑回路系統(tǒng)包括一個通過管路依次連接壓縮機(jī)5、冷凝器6、膨脹閥4和蒸發(fā)器7組成的封閉式流路，所述蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)的進(jìn)出導(dǎo)向裝置及風(fēng)的進(jìn)出動力裝置(軸流風(fēng)機(jī))12 ；所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)包括一個通過管路依次連接冷凝器6、儲水箱1和變流量泵3，所述變流量泵3安裝在冷凝器進(jìn)水管道2上，所述變流量泵通過電路連接電路控制系統(tǒng)。所述電路控制系統(tǒng)包括主控制器、人機(jī)界面、信號傳感器及組合元器件；所述信號傳感器包括水箱水溫傳感器Tl、環(huán)境溫度傳感器Τ2、壓縮機(jī)進(jìn)口溫度傳感器Τ3、壓縮機(jī)出口冷媒溫度傳感器Τ4、冷凝器進(jìn)口水溫度傳感器Τ5、冷凝器出口水溫度傳感器Τ6、低壓傳感器Pl及高壓傳感器Ρ2 ；所述水箱水溫傳感器Tl安裝在儲水箱1內(nèi)，所述環(huán)境溫度傳感器Τ2安裝在蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)處，所述壓縮機(jī)進(jìn)口溫度傳感器Τ3、壓縮機(jī)出口冷媒溫度傳感器Τ4安裝在制冷劑回路系統(tǒng)管路上，所述冷凝器進(jìn)口水溫度傳感器Τ5及冷凝器出口水溫度傳感器Τ6安裝在冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的管路上，所述低壓傳感器Ρ1、高壓傳感器Ρ2分別安裝在壓縮機(jī)的進(jìn)口和出如附圖2、3、4所示，本發(fā)明另幾個實施例與附圖1所示的實施例區(qū)別僅在于所述變流量泵3變成現(xiàn)有的定流量循環(huán)水泵11，所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水管道上設(shè)有流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥10，所述流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥10通過電路連接電路控制系統(tǒng)。這種技術(shù)方案同樣可以達(dá)到本發(fā)明的目的。本發(fā)明的要點在于熱泵熱水器系統(tǒng)通過改變冷凝器水側(cè)流量的方法實現(xiàn)控制冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))的平均水溫，以及冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))出水溫度，使熱泵系統(tǒng)冷凝器氟側(cè)(加熱側(cè))飽和點溫度和壓力相對穩(wěn)定。改變熱泵熱水器系統(tǒng)由于水溫變化、環(huán)境溫度變化而冷凝器水側(cè)流量不變，運(yùn)行工況不穩(wěn)定的情況。熱泵熱水器冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))變流量原理見附圖5。由于季節(jié)變化引起效率變化、進(jìn)水溫度發(fā)生變化或運(yùn)行過程中加熱(水箱溫度不斷升高)，均會導(dǎo)致冷凝器進(jìn)口水溫度(傳感器仍)、冷凝器出口水溫度(傳感器Τ6)變化，改變流量控制冷凝器出口水溫度(傳感器Τ6)以達(dá)到控制壓縮機(jī)出口冷媒溫度(傳感器Τ4)變化的目的，從而穩(wěn)定壓縮機(jī)工況，并有效地提高COP。實現(xiàn)冷凝器進(jìn)水流量的調(diào)整，有成熟的技術(shù)可以利用。(如①調(diào)壓變流量泵②變頻變流量泵③流量自動調(diào)節(jié)閥④旁路調(diào)節(jié)等，均可實現(xiàn)水流量線性調(diào)整的目的。)本發(fā)明并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變流量循環(huán)式熱泵熱水器，包括制冷劑回路系統(tǒng)、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)及電路控制系統(tǒng)，所述制冷劑回路系統(tǒng)包括一個通過管路依次連接壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成的封閉式流路，所述蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)的進(jìn)出導(dǎo)向裝置及風(fēng)的進(jìn)出動力裝置，所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)包括一個通過管路依次連接冷凝器、儲水箱和循環(huán)水泵，其特征在于所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水管道上設(shè)有流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥或者所述冷凝器進(jìn)水管道上的循環(huán)水泵采用變流量泵，所述流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥或者變流量泵通過電路連接電路控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的變流量循環(huán)式熱泵熱水器，其特征在于所述電路控制系統(tǒng)包括主控制器、人機(jī)界面、信號傳感器及組合元器件。
3.如權(quán)利要求2所述的變流量循環(huán)式熱泵熱水器，其特征在于所述信號傳感器包括溫度傳感器和壓力傳感器，所述溫度、壓力傳感器分別安裝在蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)處、儲水箱內(nèi)、 制冷劑回路系統(tǒng)管路上以及冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的管路上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變流量循環(huán)式熱泵熱水器，包括制冷劑回路系統(tǒng)、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)及電路控制系統(tǒng)，所述冷凝器水側(cè)變流量自動循環(huán)回路系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水管道上設(shè)有流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥或者所述冷凝器進(jìn)水管道上的循環(huán)水泵采用變流量泵，所述流量自動調(diào)節(jié)閥或流量自動調(diào)節(jié)旁通閥或者變流量泵通過電路連接電路控制系統(tǒng)；本發(fā)明通過熱泵熱水器系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水流量改變方法控制冷凝器水側(cè)(被加熱側(cè))平均水溫，以及控制冷凝器出水溫度致熱泵系統(tǒng)工作相對穩(wěn)定，增強(qiáng)了冷凝器的冷凝效率，降低壓縮機(jī)工作壓力，從而延長壓縮機(jī)的使用壽命和降低功耗，提高了熱轉(zhuǎn)換效率(COP)。
文檔編號F24H9/20GK102364265SQ201110221929
公開日2012年2月29日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者袁同斌 申請人:上海歐特電器有限公司