一种热泵热水器分层循环加热系统的制作方法

本发明涉及热水器领域，更具体的说是涉及一种热泵热水器的分层循环加热系统。

背景技术：

在环境污染与能源短缺面临严重挑战的当下，可再生能源利用技术应用越来越广泛。在热水器领域热泵热水器、太阳能热水器等受到广泛的推广利用。而太阳能热水器依赖太阳光热，太阳能具有不稳定、密度低、受时间天气等因素限制等特点。相比之下热泵热水器受到限制因素较少又节能环保而受到广泛的推广应用。热泵热水器是通过冷媒吸收室外空气或其他热源的热量，使低品位热能转换为高品位热能使之输送到冷凝器加热水。冷凝器加热方式可以分为三种，分别为对全部容积的水直接进行加热，对全部的水进行循环加热以及一次性将水加热到设定的温度再输送到保温箱的直热式加热方式。对全部容积的水直接进行加热的方式和对全部的水进行循环加热方式，不能灵活调节水箱热水量，均存在用户用水量少的时候造成极大的能源浪费的缺点，而加热完送到保温水箱的方式适用于大型用水场所或缺热水的场所，不适用于小户型家庭，同样存在能源浪费的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、容易实现，并且能够满足用户不同使用需求的热泵热水器循环加热系统，能够有效提升热泵热水器运行效率和使用效率，减少系统运行功耗，减少资源能源的浪费。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种热泵热水器分层循环加热系统，其特征是，包括水箱6、第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11及水箱加热管路14；所述第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11通过导热硅脂与水箱外表面紧密接触，所述第一盘管9位于水箱6的上部，所述第二盘管10位于水箱6的中部，所述第三盘管11位于水箱6的下部，且所述第一盘管9与第二盘管10三分之二部分相重叠，所述第二盘管10与所述第三盘管11三分之二部分相重叠，所述第一盘管9与所述第三盘管11三分之一部分相重叠；所述第一盘管9始于水箱6的上部，所述第二盘管10始于第一盘管9的三分之一位置处，所述第三盘管11始于第二盘管10的三分之一位置处，所述第一盘管9结束于第二盘管10的三分之二位置处，所述第二盘管10结束于第三盘管11的三分之二位置处，所述第三盘管11结束于水箱6的底部；；所述水箱加热管路14的进口管路分为第一加热支路21、第二加热支路22和第三加热支路23，所述第一盘管9的入口通过第一电磁阀7与第一加热支路21相连，所述第二盘管10的入口与第二加热支路22相连，所述第三盘管11的入口通过第二电磁阀8与第三加热支路23相连；所述水箱加热管路14的出口管路分为第一出口支路24、第二出口支路25、第三出口支路26，所述第一盘管9的出口通过第一单向阀12与第一出口支路24相连，所述第二盘管10的出口与第二出口支路25相连，所述第三盘管11通过第二单向阀13与第三出口支路26相连；所述水箱加热管路14的出口管路与节流阀4的进口相连，所述节流阀4的出口与蒸发器3的进口相连，所述蒸发器3的出口与压缩机1的吸气口相连，所述压缩机1的排气口与所述水箱加热管路14的进口管路相连。

所述第一盘管、第二盘管和第三盘管与水箱外表面的接触是面接触，盘管形式可以为D型或矩形。

所述第一盘管、第二盘管和第三盘管在水箱外表面盘绕圈数分别为2圈，4圈、6圈、8圈、10圈、12圈、14圈、16圈、18圈或20圈。优选的盘绕圈数为6圈。

本发明的特点以及产生的有益效果是：通过将水箱加热盘管分为第一加热支路、第二加热支路和第三加热支路，在第一加热支路与第一盘管、第三加热支路与第三盘管之间分别设有第一电磁阀和第二电磁阀，并通过用户需求控制电磁阀的开启和关闭，使得该热水器可以满足用户不同用水量和不同用热水温度的需求，并减少热泵热水器运行能耗，减少水资源和能源的浪费；并使三个盘管在水箱上盘绕位置相对交错布置，基于上述控制，使得热泵系统可以根据用户需求实现半胆快速分层加热模式、整胆快速均匀加热模式和整胆快速均匀加热模式，提升了整个制热循环的能效比并具有较高的制热速率。

附图说明

图1所示为本发明一种热泵热水器分层循环加热系统的系统示意图；

图2所示为水箱加热管路14进口支路与出口分支路示意图；

图中：1.压缩机，2.风机，3.蒸发器，4.节流阀，5.控制器，6.水箱，7.第一电磁阀，8.第二电磁阀，9.第一盘管,10.第二盘管，11.第三盘管，12.第一单向阀，13.第二单向阀，14.水箱加热管路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明一种热泵热水器分层加热模式及循环系统包括所述压缩机1、风机2、蒸发器3、节流阀4、控制器5、水箱6、第一电磁阀7、第二电磁阀8、第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11、第一单向阀12、第二单向阀13，水箱加热管路14。

本发明一种热泵热水器分层循环加热系统包括水箱6、第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11及水箱加热管路14。所述第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11通过涂抹导热硅脂与水箱外表面紧密接触，接触形式为面接触，所述第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11可以是D型管道，也可以是矩形管道，盘管可以为铜管或铝管。所述第一盘管9、第二盘管10、第三盘管11的盘绕圈数分别可为2圈，也可为4圈、6圈、8圈、10圈、12圈、14圈、16圈、18圈和20圈，本实施例中各盘管优选盘绕圈数均为6圈。三个盘管相对位置分别为：所述第一盘管9位于所述水箱6的上部，所述第二盘管10位于水箱6的中部，所述第三盘管11位于水箱6的下部，且所述第一盘管9与第二盘管10三分之二部分相重叠，所述第二盘管10与所述第三盘管11三分之二部分相重叠，所述第一盘管9与所述第三盘管11三分之一部分相重叠；进一步的，所述第一盘管9始于水箱上部，所述第二盘管10始于第一盘管9的三分之一位置处，所述第三盘管11始于第二盘管10的三分之一位置处，所述第一盘管9结束于第二盘管10的三分之二位置处，所述第二盘管10结束于第三盘管11的三分之二位置处，所述第三盘管11结束于水箱6的底部。所述水箱加热管路14的进口管路分为第一加热支路21、第二加热支路22和第三加热支路23，所述第一盘管9的入口通过所述第一电磁阀7与所述第一加热支路21相连，所述第二盘管10的入口与所述第二加热支路22相连，所述第三盘管11的入口通过所述第二电磁阀8与所述第三加热支路23相连。所述水箱加热管路14的出口管路分为出口支路24、支路25、支路26，所述第一盘管9的出口通过所述第一单向阀12与所述支路24相连，所述第二盘管10出口与所述支路25相连，所述第三盘管11通过所述第二单向阀13与所述支路26相连。所述水箱加热管路14的出口管路与所述节流阀4的进口相连，所述节流阀4的出口与所述蒸发器3的进口相连，所述蒸发器3的出口与所述压缩机1的吸气口相连，所述压缩机1的排气口与所述水箱加热管路14的进口管路相连。

实施例：系统启动后在风机2的作用下，所述蒸发器3中的冷媒吸收流过的空气中的热能而蒸发，蒸发后的冷媒被压缩机1吸收并压缩成为高温高压冷媒，高温高压冷媒随之进冷凝盘管并释放热量加热冷水实现热泵制热水功能，冷凝后的高压冷媒经过节流阀4节流降压后变为两相状态并随即进入蒸发器3，完成冷媒循环。根据用户使用需求的不同，通过控制电磁阀的开启和关闭使得实施例可实现如下四种运行模式：

运行模式1：普通加热模式。当所述控制器5获得普通加热指令时，所述第一电磁阀7和第二电磁阀8关闭，所述压缩机1排出的高温高压气体通过水箱加热管路14的所述第二加热支路22进入所述第二盘管10冷凝并释放高温显热和潜热加热水箱部分水。冷凝后的高压冷媒通过所述出口支路25进入所述节流阀4，经节流阀4节流降压后进入所述蒸发器3吸收空气热能完成加热过程。水箱里的冷水被冷凝释放的高温显热及潜热快速加热成高温水，此时水箱上部及底部的冷水未被加热，被加热的水往上部和底部的冷水传递热量，水的温度与密度成反比，因此热水在浮升力的作用下往上流动，冷水在重力作用下往下流动，上部的冷水与下面的热水在混流的作用下加速热量的交换，整个水箱的水快速被加热。使用部分盘绕在水箱上的盘管加热整个水箱的水，减短冷媒管路，减少冷媒损失，减少热泵热水器运行能耗，同时降低能源的浪费。

运行模式2：半胆快速分层加热模式。当所述控制器5获得半胆快速分层加热指令时，所述第一电磁阀7开启，所述第二电磁阀8关闭，所述压缩机1排出的高温高压气体通过水箱加热管路14，分别进入所述第一加热支路21和所述第二加热支路22，第一加热支路21通过所述第一电磁阀7与所述第一盘管9进口相连，第二加热支路22与所述第二盘管10进口相连，冷媒在第一盘管9和第二盘管10中被冷凝并分别释放高温显热和潜热加热水箱部分水。冷凝后的高压冷媒通过所述水箱加热管路14的两条出口支路24和支路25进入所述节流阀4，其中所述第一盘管9出口通过所述单向阀12与所述出口支路24相连，所述第二盘管10出口与所述支路25相连。冷媒经节流阀4节流降压后进入所述蒸发器3吸收空气热能完成加热过程。水箱里的水首先被第一盘管和第二盘管中的冷媒的高温显热加热，再被潜热加热，所述第一盘管9始于水箱上部，所述第二盘管10始于所述第一盘管9三分之一位置，所述第一盘管9结束于所述第二盘管10三分之二位置，结束于所述第三盘管11三分之二位置，因此水箱里的水从顶至第二盘管10结束依次被第一盘管显热加热、被第一盘管显热和第二盘管显热加热、被第二盘管显热和第一盘管潜热加热、被第二盘管加热加热。水箱里的水温从上往下形成高到低的温度分布，水的温度与密度成反比，在浮升力的作用下水箱里形成明显的温度分层，分别是：被双盘管高温显热加热的水箱上部热水与被双盘管潜热加热的相对较低温的水形成明显的温度分层、被双盘管潜热加热的水与被所述第二盘管底部单盘管潜热加热的水形成明显的温度分层以及所述第二盘管底部水与水箱最底部未被加热的水形成温度分层。此模式下用户可分别从不同温度分层中提取不同使用温度的水。

运行模式3：整胆快速均匀加热模式。当所述控制器5获得整胆快速均匀加热指令时，所述第一电磁阀7关闭，所述第二电磁阀8开启，所述压缩机1排出的高温高压气体通过水箱加热管路14，分别进入所述第二加热支路22和所述第三加热支路23，第二加热支路22与所述第二盘管10进口相连，第三加热支路23通过所述第二电磁阀8与所述第三盘管11进口相连，冷媒在第二盘管10和第三盘管11中被冷凝并分别释放高温显热和潜热加热水箱部分水。冷凝后的高压冷媒通过所述水箱加热管路14的两条出口支路25和支路26进入所述节流阀4，其中所述第二盘管10出口与所述出口支路25相连，所述第三盘管11出口通过所述第二单向阀13与所述支路26相连。冷媒经节流阀4节流降压后进入所述蒸发器3吸收空气热能完成加热过程。水箱里的水首先被第二盘管和第三盘管中的冷媒的高温显热加热，再被潜热加热。与所述运行模式2不同的是，运行模式2中水箱底部冷水未被加热，而此运行模式中水箱上部冷水未被加热，从上部至底部水箱里水温分布梯度是未被加热的冷水、被双盘管高温显热加热的热水及被潜热加热的热水。中间高温水向两边传递热量，并在浮升力作用下往上流动，上部冷水由于密度高，在重力的作用下往下流动与中间水形成扰流，加速换热，整个水箱的在双盘管的加热下快速水达到均匀的温度。此模式与第一模式相比适用于用水量大且快速制取热水的用户。

运行模式4：整胆快速高温加热模式。当所述控制器5获得整胆快速高温加热指令时，所述第一电磁阀7关闭、第二电磁阀8均开启，所述压缩机1排出的高温高压气体通过水箱加热管路14，分别进入所述第一加热支路21、第二加热支路22和第三加热支路23，所述第一加热支路21通过所述第一电磁阀7与所述第一盘管9进口相连，第二加热支路22与所述第二盘管10进口相连，第三加热支路23通过所述第二电磁阀8与所述第三盘管11进口相连，冷媒在第一盘管9、第二盘管10和第三盘管11中被冷凝并分别释放高温显热和潜热加热箱水里的水。冷凝后的高压冷媒通过所述水箱加热管路14的出口支路24、支路25和支路26进入所述节流阀4，其中所述第一盘管9出口通过所述第一单向阀12与出口支路24相连，所述第二盘管10出口与所述出口支路25相连，所述第三盘管11出口通过所述第二单向阀13与所述支路26相连。冷媒经节流阀4节流降压后进入所述蒸发器3吸收空气热能完成加热过程。三个盘管相对位置分别为所述第一盘管9位于所述第二盘管10之上，所述第一盘管9始于水箱上部，所述第二盘管10始于所述第一盘管9三分之一位置，所述第一盘管9结束于所述第二盘管10三分之二位置，所述第二盘管10位于所述第三盘管11之上，结束于所述第三盘管11三分之二位置，所述第三盘管11始于所述第二盘管10三分之一位置，所述第三盘管11结束于水箱底部。当三个盘管同时运行时水箱水，从所述第一盘管9三分之一位置至所述第三盘管11三分之二位置被冷媒释放的相叠加的显热与潜热加热为高温热水、水箱上部至所述第一盘管9三分之一位置被第一盘管中冷媒释放的显热加热、所述第三盘管11三分之二位置至水箱底部被第三盘管11中冷媒释放的潜热加热。水箱中部三个盘管叠加的部分由于温度高与其下部水形成温度分层，提高高品质热量利用率；与其上部水进行热量交换成为均匀高温水。此模式用于用水量大，用水温度高或较低温度水的快速制取，为用户提供高温水与低温水同时利用的便利选择。