专利名称：空气源热泵热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热水器，具体涉及一种空气源热泵热水器。
背景技术：
目前热水器一般分为燃油燃气热水器、电加热热水器、太阳能热水器、空 气源热泵热水器等几种，燃油燃气热水器是通过燃烧液化气、天然气、煤油、 酒精等矿物或有机燃料来加热水的一种热水器，该类热水器容易受燃料的燃 烧程度和水压的波动等因素的影响从而导致水温波动较大，并且在供氧不足 的情况下，容易产生一氧化碳等有毒气体，对人体有很大的伤害严重的时候 可能导致中毒事件发生，更重要的是需要消耗大量的需要消耗大量的不可再 生的资源，使用成本偏高、对环境影响也比较大。电加热热水器是一种通过 消耗髙品位的电能来加热水的热水器，该类型的热水器使用比较方便，但对 电能的使用效率比较低，并且容易有触电的安全隐患。太阳能热水器是一种 利用真空管收集太阳能来加热水的热水器，该类型的热水器，对环境友好并 且运行成本低，但该类型的热水器受天气情况的影响比较大，在阴天、雨天 等日照强度不大的天气就很难正常使用，因而一般的太阳能热水器都有辅助 的电加热装置，这样太阳能热水器存在着与电加热热水器同样的缺陷。
空气源热泵热水器是一种利用逆卡诺循环原理从自然环境吸取热量，并消 耗少量的电能将能量传递给水使其温度升髙的热水器，空气源热泵热水器又 称热泵热水器，与其他的耗电热水器不同的是，空气源热泵热水器消耗的电 能是用来作为传递能量的动力并使用效率髙，热水获得的热量为热泵热水器 从环境中获取的热量与所消耗的电能转化的热量之和。该类型的热水器通过 消耗少量的电能从自然环境中获取大量的热能，节能效率是电热水器的4倍以
上，比太阳能热水器还要节能，因而运行费用低，并且不向环境排放任何有 害物质，对环境友好，同时实现了水电分离，从而避免触电事故的发生，使 用比较安全。
正由于上述优点空气源热泵热水器越来越受到人们的欢迎，使用的领域也越来越广泛，通常包括至少一个由压缩机、电磁四通阀、热交换器、节流装 置、蒸发器沿制冷剂流通方向顺序连接组成的热泵制冷回路，热交换器设置 在主水箱内，用于加热水箱中的水，主水箱上通常设置有进水管和出水管， 蒸发器从大气吸热，水箱内的热交换器放热，对通过循环泵从进水管供给到 水箱内的水进行加热。目前，制冷剂回路中的压缩机均为定频压縮机，也就 是说压縮机转速基本不变，以开、停压縮机来调整输出功率，因而存在以下 缺陷
① 不能适应宽负荷条件下运行，由于定频的空气源热水器是通过进出水温 度差或水箱中的水温度差来控制压缩机的开启，在外界需水量小的情况下很 容易导致压縮机频繁启停，这样不仅使系统的能耗增加，而且影响压縮机的 使用寿命。在外界需水量大的情况下虽然定频率的压縮机连续工作，但由于 压缩机的容量限制不能实现水温的快速升髙；
② 不能实现宽温度范围内稳定运行，当环境温度较低的情况下，定频热泵 热水器正常启动困难，并且容易引起排气温度过高而停机，当环境温度较高
的情况下，定频热泵热水器容易引起排气温度和排气压力超高而停机；
③ 普通的定频压缩机采用异步感应电动机，存在铁损，因此转化效率比较 低，同时定频率压縮机的启动电流较大，对电网的冲击很大，并且会影响其 他正在运行的电器的正常使用；
④不能在环境温度低的条件下运行，制冷剂要从环境空气中吸收热量其 本身的温度就必须低于环境温度，因此环境温度越低，制冷剂的蒸发温度也 就需要更低，相应的蒸发压力也就越低，定频压縮机在运转过程中尽管所吸 入的制冷剂的容积不变，但所吸入的制冷剂的蒸汽压力低，因此同等容积中 所包含的制冷剂的质量减少，即压缩机的制冷剂的质量流量减少，而热泵热 水器的制热量与制冷剂的质量流量成正比。研究表明，当环境温度-20'C时， 制热量只能达到额定工况的20%-30%左右，并且由于工作温差不断扩大， 热泵热水器的效率也越来越低，这样不但制热量不能满足用户要求，而且丧 失了其髙效的优越性。
发明内容
本实用新型目的是提供一种在各种环境温度下均可高效运作的空气源热泵热水器，使用该结构，拓宽了热泵热水器的使用范围，且加热效率更为
稳定可靠，功耗更低，延长整机使用寿命。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种空气源热泵热水器， 包括制冷回路、热水回路及控制器，所述制冷回路包括压缩机、四通阀、热 交换器、节流装置、蒸发器，所述压缩机的排气口与所述四通阀主管口 D连 接，经四通阀管口 C与所述热交换器的进液口连接，热交换器的出液口经所 述节流装置与所述蒸发器进口连接，蒸发器出口与四通阀的E管口连接，经 四通阀S 口与所述压缩机的吸气口连接，所述压缩机为变频压缩机，该压縮 机的吸气管路与所述热交换器出液口间接入一辅助降温管路，该管路由一电 磁阀及一喷液毛细管串接构成，所述压缩机的排气管路上设有一排气温度传 感器，由该排气温度传感器测得温度控制所述电磁阀的启闭。
上述技术方案中，所述热水回路包括了水箱及位于水箱两侧的进、出水管 路，可采用现有技术。所述压縮机为变频压缩机(直流变频或是交流变频)， 根据测得热水回路中进、出水管间的温差以及进水温度的变化率来确定变频 压縮机的运行频率，当外界负荷较小的情况下，压縮机采用低频运行，从而 避免了定频压缩机那样频繁的启停；当外界负荷较大的情况下，压缩机采用 高频运行，这样可以迅速的提髙水温度。因此，使得本实用新型可以在更宽 的温度范围内稳定的运行。为使变频压縮机能在低温环境下正常运行，由于 在低温环境下，需要从环境空气中吸收更多的制热量，制冷剂的蒸发温度也 就需要更低(需要更多的制冷剂)，造成压縮机电机髙频运行后产生的热量过 髙，尽管变频压縮机在低温下可泵送比以往定频压縮机更多的制冷剂来冷却 压縮机电机，但这些制冷剂还不足以完全冷却电机，因而需要在热水热交换 器的出液管处引出一部分制冷剂来冷却压缩机防止排气温度异常升高，为此 在热交换器的出液口接入一辅助降温管路，由一个电磁阀和一喷液毛细管组 成，毛细管的另一端接在压縮机的吸气管上，配合设置于排气管路上的排气 温度传感器，确定是否开启电磁阀，其过程为当排气温度髙于一定温度(预 设定温度)时，电磁阀开启，喷液毛细管向压缩机的吸气管进行喷液，当排 气温度低于一定值时电磁阀关闭停止喷液，从而可以防止因排气温度过髙而 导致压縮机烧毁，使本发明可工作在低温环境中。
上述技术方案中，所述热交换器的出液口与所述节流装置之间串接一双向储液罐。由于变频压縮机的是根据需要动态变化，机组所需要的制冷剂流量 也在不断发生变化，因此设置一双向储液罐来收集多余的制冷剂。
上述技术方案中，所述热水回路包括水箱及设置于水箱两端的回水管路和 出水管路，所述回水管路上设有循环水泵，所述热交换器位于所述水箱内， 在回水管路近进口处设有回水温度传感器，出水管路近出口处设有出水温度 传感器。
上述技术方案中，所述节流装置可为毛细管、节流管及电子膨胀阀中的一 种，位于节流装置的两端分别设有一过滤器。过滤器滤除管路中液或气体的 杂质，以免堵塞节流装置。
上述技术方案中，近所述热交换器出液口处设有一热交换器液管温度传感 器。为了防止热交换器因为水流量不足而导致其温度异常超高，或者在化霜 时水流量不足而导致水温度过低甚至在热交换器中结冰而损坏热交换器，因 此在热交换器的出液口处设置热交换器液管温度传感器，当热交换器的温度 超过或低于一定温度时，压縮机降低频率甚至停机。
优选的技术方案是，所述压缩机为直流变频压缩机。直流变频压缩机采用 的是直流无刷电动机，由永磁铁生成内部磁通，相较于交流变频的导步电机 由外部进入的电流形成磁通，没有因电阻等产生损耗，因此效率髙，此外， 不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，也就避免了电磁噪声，降低了 压縮机的作业噪声。
上述技术方案中，所述蒸发器的中部布置有一蒸发器液管温度传感器，风 机位于所述蒸发器的前面，并在蒸发器的后面进风处设置一环境温度传感器。 上述技术方案中，所述压縮机的排气管路上设置有高压开关，其吸气管路 上设置有低压开关。为了防止出现压力异常升高，在压縮机的排气管路上设 置髙压开关，同时也为了防止压縮机在缺氟或其他低压条件下长时间运行， 在压缩机的吸气管路上设置低压开关。
本实用新型的工作过程是当机组的控制器检测到回水温度与设定的水 温度有一定温度差时，机组的水泵开始运行，几秒钟后，风机按照环境温度 来选择适当的风挡运行，在风机运行一段时间后，变频压缩机低频启动，然 后运行到基本频率，在基本频率运行一段时间后，再根据设定水温与回水温 度的差值以及回水温度的变化率来确定机组的最终运行频率。当环境温度较髙的时候可以根据回水温度变化率来确定压縮机的运行适当的频率，这样可 以避免制冷剂的流量过大从而导致排气压力和温度过高，压缩机排气压力过 髙容易导致压缩机的运行电流过大引起线圈发热烧毁，排气温度过髙容易导 致压缩机的润滑油碳化引起压缩机运动部件磨损导致输气系数下降，并且过 高的排气温度也容易导致压縮机的线圈烧毁；当环境温度较低的时候压缩机 则根据具体的需要在髙频运行，这样可以泵送更多的制冷剂，从环境空气中 吸收更多的制热量，特别在普通热泵热水器不低温情能够正常运行的环境 下，变频压缩机的髙频运转能确保机组获得更多的热量来提髙水温度，从而 满足具体的需要。变频压缩机将低温低压制冷剂压缩成高温高压气体，然后 进入热换热器与水进行热交换将水加热后冷凝成高压液体，液态制冷剂通过 节流装置，节流后的低温低压气液两相制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中气液 两相制冷剂与环境空气温度进行热交换后全部气态制冷剂，再进入压缩机进 行新的循环。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是
1、 由于本实用新型采用变频压缩机，运行频率根据设定水温与回水温度 的差值以及回水温度的变化率来调节变化，当外界负荷较小的情况下，压縮 机采用低频运行，从而避免了频繁的启停机；当外界负荷较大的情况下，压 縮机采用髙频运行，这样可以迅速的提髙水温度，因而使加热水温更为衡定， 可以在更宽的温度范围内稳定的运行；
2. 由于直流变频压縮机是采用低频启动，因此启动电流比较小，对电网 的冲击比较小，不影响其它电器的运行，且能耗低，噪音小，压縮机使用寿 命更长；
3.在热交换器出液口处引入一辅助降管路，由电磁阀与喷液毛细管串 接构成，毛细管的另一端与压缩机吸气管路连接，配合设置于压缩机排气管 路上的排气温度传感器，根据测得排气温度来确定是否开启电磁阀，从而可 以防止因排气温度过髙而导致压缩机烧毁，使得压縮机能工作在低温环境 中，扩展热水器的使用环境温度范围。
图1是本发明实施例一的结构示意图。其中1、压缩机；2、排气温度传感器；3、髙压开关；4、四通阀；5、 热交换器；6、出水温度传感器；7、回水温度传感器；8、循环水泵；9、热 交换器液管温度传感器；10、双向储液罐；11、过滤器；12、节流装置；13、 电磁阀；14、喷液毛细管；15、蒸发器；16、风机；17、蒸发器液管温度传 感器；18、环境温度传感器；19、低压开关；20、吸气温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述 实施例一参见图l所示， 一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水 回路及控制器，所述制冷回路包括直流变频压缩机1、电磁四通阀4、热交换 器5、节流装置12、蒸发器15，所述压縮机1的排气口与所述电磁四通阀4 主管口D连接，经四通阀4管口 C与所述热交换器5的进液口连接，热交换 器5的出液口经一双向储液罐10与所述节流装置12电子膨胀阀连接，且电子 膨胀阀的两端管路上分别设置一过滤器11，再接于所述蒸发器15进口上，蒸 发器15出口与四通阀4的E管口连接，经阀S 口与所述压縮机1的吸气口连 接；所述热水回路包括水箱及设置于水箱两端的回水管路和出水管路，所述 回水管路上设有循环水泵8，所述热交换器5位于所述水箱内，在回水管路近 进口处设有回水温度传感器7，出水管路近出口处设有出水温度传感器6;在 压缩机的吸气管路与所述热交换器出液口间接入一辅助降温管路，该管路由 一电磁阀13及一喷液毛细管14串接构成，所述压缩机1的排气管路上设有一 排气温度传感器2，由该排气温度传感器2测得温度控制所述电磁阀13的启 闭。
如图1所示，近所述热交换器5出液口处设有一热交换器液管温度传感器 9。该传感器测得温度异常超髙时(因水流量不足而导致)，或测得温度过低甚 至在热交换器5中结冰时(在化霜时水流量不足)，由控制器控制压縮机l运 行在低频率状态或停机，以此保护热交换器5。所述蒸发器15的中部布置有 一蒸发器液管温度传感器17，风机16位于所述蒸发器15的前面，并在蒸发 器15的后面进风处设置一环境温度传感器18，采用多挡风机16，根据环境温 度传感器18测得的温度来确定风机16的挡位，电子膨胀阀的开度先根据压縮 机1的运行频率来确定一个基本开度，然后再根据蒸发器15中部的液管温度
8传感器17温度测得温度与吸气温度传感器20测得温度的差值来进行开度调 节。
使用过程中
(l)正常制热水运行时，低温低压气体制冷剂经过直流变频压縮机1的压縮 后成为髙温高压气体，然后进入热水热交换器5中与水箱内的水进行热交换并 将水温升髙，进行热交换后的水被循环水泵8经出水管路泵送到热水使用处
(蓄水箱或用于地暖的管路中)，与水进行热交换后的制冷剂成为高压液体， 然后进入双向储液罐10中，经电子膨胀阀节流后成为气液两相混合物，流入 蒸发器15中，并在其中与环境中的空气进行热交换，吸取空气中的热量使气 液混合物中的液体制冷剂转化为气态，然后在进入直流变频压縮机1中进行新 的循环过程。
(2)运行在低温环境中时，如测得环境温度为-15'C时，此时直流变频压 縮机1工作在高频状态下，以此可供给更多的制冷剂，导致压縮机1电机高 速运转，为提供足够冷却电机的制冷剂，在热交换器5的出液管处引出一部 分制冷剂来冷却压缩机1防止排气温度异常升髙，为此在热交换器5的出液 口接入一辅助降温管路，由一个电磁阀13和一喷液毛细管14组成，毛细管 的另一端接在压縮机1的吸气管上，配合设置于排气管路上的排气温度传感 器2，当测得排气温度髙于一定温度(预设定温度)时，控制器驱动电磁阀 13开启，喷液毛细管14向压缩机1的吸气管进行喷液，当测得排气温度低 于设定值时，控制器驱动电磁阀13关闭，停止喷液，从而可以防止温度过 髙而导致压缩机l烧毁，适应低温工作环境需要。
权利要求1.一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水回路及控制器，所述制冷回路包括压缩机、四通阀、热交换器、节流装置、蒸发器，所述压缩机的排气口与所述四通阀主管口连接，经四通阀管口C与所述热交换器的进液口连接，热交换器的出液口经所述节流装置与所述蒸发器进口连接，蒸发器出口与四通阀的E管口连接，经四通阀S口与所述压缩机的吸气口连接，其特征在于所述压缩机为变频压缩机，该压缩机的吸气管路与所述热交换器出液口间接入一辅助降温管路，该管路由一电磁阀及一喷液毛细管串接构成，所述压缩机的排气管路上设有一排气温度传感器，由该排气温度传感器测得温度控制所述电磁阀的启闭。
2. 根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于所述热交换 器的出液口与所述节流装置之间串接一双向储液罐。
3. 根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于所述热水回 路包括水箱及设置于水箱两端的回水管路和出水管路，所述回水管路上设有 循环水泵，所述热交换器位于所述水箱内，在回水管路近进口处设有回水温 度传感器，出水管路近出口处设有出水温度传感器。
4. 根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于所述节流装 置可为毛细管、节流管及电子膨胀阀中的一种，位于节流装置的两端分别设 有一过滤器。
5. 根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于近所述热交 换器出液口处设有一热交换器液管温度传感器。
6. 根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于所述压缩机 为直流变频压缩机。
7. 根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于所述蒸发器 的中部布置有一蒸发器液管温度传感器，风机位于所述蒸发器的前面，并在 蒸发器的后面进风处设置一环境温度传感器。
8.根据权利要求1所述的空气源热泵热水器，其特征在于所述压缩 机的排气管路上设置有髙压开关，其吸气管路上设置有低压开关。
专利摘要本实用新型公开了一种空气源热泵热水器，包括制冷回路、热水回路及控制器，所述压缩机的排气口与所述四通阀主管口D连接，经阀管口C与所述热交换器的进液口连接，其出液口经所述节流装置与所述蒸发器进口连接，蒸发器出口与四通阀的E管口连接，经阀S口与所述压缩机的吸气口连接，其特征在于所述压缩机为变频压缩机，该压缩机的吸气管路与所述热交换器出液口间接入一辅助降温管路，该管路由一电磁阀及一喷液毛细管串接构成，所述压缩机的排气管路上设有一排气温度传感器，由该排气温度传感器测得温度控制所述电磁阀的启闭。本实用新型采用变频压缩机，并配合辅助降温管路，实现压缩机在低温环境下正常工作，热水供给更给稳定，使用范围更广。
文档编号F25B31/00GK201417014SQ20092004443
公开日2010年3月3日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者俞卫刚, 欧阳录春 申请人:苏州大学;欧阳录春