一种分层蓄热型热泵热水器系统的制作方法

本发明涉及热泵热水器技术领域，尤其是一种分层蓄热型热泵热水器系统。

背景技术：

空气源热泵热水器从空气中吸取低品位热量，将水箱中的水加热，具有节能、环保的特点，拥有开阔的发展前景，在国内及国际热水器的市场中占据重要的位置。据统计，在世界多地，家庭热水使用能耗占家庭总能耗20％，占家庭用水能耗67.91％以上，随着社会能源需求量逐年增长，节能始终是热水器发展的第一主题。

现有的热泵热水器系统大多设计有蓄能、保温和用水三种模式。当系统处于蓄能阶段，启动热泵系统对水箱内常温水进行加热；当系统处于保温阶段，水箱内热水与外界环境存在温差，存储热量散失，水温降低，启动热泵系统加热水箱中的水维持设定温度；当系统处于用水阶段，冷水通过水箱底部进水管流入，热水在压力作用下从水箱顶部出水管排出提供给用户使用。热水器能耗主要集中在蓄能和保温阶段能耗，为此，可采用降低保温温度的方式来减小蓄能和保温能耗，但是此种设置方式不利于保证在用水阶段的热水供应量，应用用户的使用需求。

技术实现要素：

本发明提供一种分层蓄热型热泵热水器系统，设置相对独立的两个分层加热保温区，对两个区域进行独立的温度控制，同时用水时两个区域相互配合，可解决热水器降低能耗与满足热水及时供应量之间的矛盾问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种分层蓄热型热泵热水器系统，包括水箱，所述水箱内由带孔洞的隔板沿高度方向划分为两个水温区，两个水温区各自连接有加热装置，被独立加热，使上部形成高温区，下部形成低温区；所述水箱的顶部、底部分别连接有出水管、进水管；热水器处于蓄能和保温模式时，两个水温区维持分层相互独立状态；热水器处于用水模式时，在压力作用下，水由低温区向水温区流动实现连通。

所述加热装置采用热泵循环系统中的微通道冷凝盘管，其盘绕在所述水箱内胆的外壁上，连接高温区、低温区的两组微通道冷凝盘管并联运行。

所述热泵循环系统的结构包括蒸发器，其制冷剂侧的输出母管，通过并联的两输出支管分别与两组微通道冷凝盘管的入口连接，输出支管上连接有压缩机；

两组微通道冷凝盘管的出口分别通过输入支管与所述蒸发器制冷剂侧的输入母管连接，所述输入支管和/或输入母管上设有节流阀。

所述输出母管和所述输出支管上设有控制阀。

两组微通道冷凝盘管分别设置在对应箱体的下端。

所述水箱内设有挡板，其位于所述隔板上方并与所述孔洞位置对应。

一种分层蓄热型热泵热水器的运行方法，具有三种运行模式，所述运行方法具体如下：

蓄能模式：启动加热装置，分别对两个水温区加热，控制高温区水温为t1，低温区水温为t2，5℃≤t1-t2≤15℃；

保温模式：加热装置停止运行；当高温区水温下降超过5℃，开启对应的加热装置，对高温区加热，直至水温恢复至t1；当低温区水温下降超过5℃，开启对应的加热装置，对低温区加热，直至水温恢复至t2；

用水模式：水箱通过出水管向用户输送高温热水，通过进水管从外界向输入冷水，此时，启动加热装置，同时对两个水温区加热，目标温度与蓄能模式的温度相同；外界冷水由进水管流入低温区，经过下部加热装置加热后，在压力作用下，流入水箱上部，与高温区的高温热水掺混，再经上部加热装置加热，从出水管向用户输出。

所述加热装置采用热泵循环系统中的微通道冷凝盘管，其盘绕在所述水箱内胆的外壁上，连接高温区、低温区的两组微通道冷凝盘管并联运行。

本发明的有益效果如下：

通过用隔板对水箱进行分层，获取双保温温度，设立双保温区，水箱上部存储高温热水，下部存储低温热水，可以满足运行能耗的降低和用水阶段高温热水水量充足。

本发明的热水器蓄能阶段和保温阶段，低温区的加热目标温度相对于高温区的目标温度降低，和常规的单层蓄热热水器相比，减小了加热能耗；保温阶段下部热水存储温度低，与外界温差减小，热损失降低，保温能耗降低；在用水阶段，由于分层蓄热热泵热水器系统水箱内热分层大、上部存储高温热水量多，故可以在前期输出较高温热水，用水期间热量输出与原系统一致，解决了降低保温温度所带来的热水供应不足的问题，可以保证用户正常使用。

附图说明

图1为本发明的水箱内胆与热泵系统的连接结构示意图。

图2为本发明的水箱内部结构示意图。

图中：1、蒸发器；2、压缩机；3、节流阀；4、微通道冷凝盘管；5、水箱；6、隔板；7、孔洞；8、挡板；9、进水管；10、出水管；11、控制阀；12、输出支管；13、输出母管；14、输入支管；15、输入母管。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，一种分层蓄热型热泵热水器系统，包括水箱5和加热装置，水箱5内由带孔洞7的隔板6分隔成上下两层，水箱5内胆外壁上设有微通道冷凝盘管4，其盘绕在水箱5内胆的外壁上，两组微通道冷凝盘管4处于热泵循环系统中且并联运行。利用微通道冷凝盘管4加热，使上下两层形成两个独立的水温区，上部形成高温区，下部形成低温区；水箱5的顶部、底部分别连接有出水管10、进水管9；

热泵循环系统的结构包括蒸发器1，其制冷剂侧的输出母管13，通过并联的两输出支管12分别与两组微通道冷凝盘管4的入口连接，输出支管12上连接有压缩机2；两个微通道冷凝盘管4的出口分别通过输入支管14与蒸发器1制冷剂侧的输入母管15连接，输入支管14和/或输入母管15上设有节流阀3。

输出母管13和输出支管12上设有控制阀11。

具体地，两组微通道冷凝盘管4分别设置在对应箱体的下端。

具体地，孔洞7位于隔板6中部。

热水器处于蓄能和保温模式时，两个水温区维持分层相互独立状态；

热水器处于用水模式时，在压力作用下，水由低温区向水温区流动实现连通。

具体地，水箱5内设有挡板8，其位于隔板6上方并与孔洞7位置对应，防止用水模式下，水流的从下向上直接冲击。

具体地，本实施例的分层蓄热型热泵热水器系统，蒸发器1、压缩机2、节流阀3、微通道冷凝盘管4构成热泵循环系统；水箱5、隔板6、孔洞7、挡板8、进水管9、出水管10、控制阀11构成储供能部分。采用隔板6将水箱分隔上下两部分，水箱5上部为高温保温区，存储55℃高温热水；下部为低温保温区，存储45℃低温热水。采用双台小型压缩机2及上下分层微通道冷凝盘管4并联运行分别加热水箱5上下部。水箱5上下两端设置有进水管9和出水管10，两管道上均设置控制阀11。

热泵循环中制冷剂流动方向：蒸发器1→压缩机2→微通道冷凝盘管4→节流阀3。

水箱内热水流动方向：外界→进水管8→下部水箱5→孔洞7→上部水箱5→出水管9→用户。

一种分层蓄热型热泵热水器的运行方法，具有三种运行模式，运行方法具体如下：

蓄能模式：启动热泵循环系统，两组微通道冷凝盘管4分别对两个水温区进行加热，控制高温区水温为t1，低温区水温为t2，

具体地，控制高温区水温高于低温区水温至少5℃，最大温差根据实际情况可设置为15℃。

保温模式：关闭热泵循环系统，当高温区水温下降超过5℃，开启对应的微通道冷凝盘管4，对高温区加热，直至水温恢复至t1；当低温区水温下降超过5℃，开启对应的微通道冷凝盘管4，对低温区加热，直至水温恢复至t2；

用水模式：水箱5通过出水管10向用户输送高温热水，通过进水管9从外界向输入冷水；此时，启动热泵循环系统，同时加热两个水温区，目标温度与蓄能模式的温度相同；外界冷水由进水管9流入低温区，经过下部微通道冷凝盘管4加热后，在压力作用下，流入水箱5上部，与高温区的高温热水掺混，再经上部微通道冷凝盘管4加热，从出水管10向用户输出。

高温区、低温区的两组微通道冷凝盘管4并联运行互不干扰。

具体地，本实施例的分层蓄热型热泵热水器的运行方法，具有三种运行模式，运行方法具体如下：

当系统处于蓄能阶段：开机启动前，水箱5内存储均为常温水，启动热泵系统为水箱内的水进行加热，直至水箱上部热水至55℃，下部热水温度为45℃时，停止加热，进入保温模式；

当系统处于保温阶段：

水箱5上部为高温保温区域，设定水温为55℃，当监测到水温下降5℃时，启动热泵热水器系统对上部水箱5进行加热，直至水温恢复至55℃；水箱5下部为低温保温区域，设定水温为45℃，当监测到水温下降5℃，启动热泵热水器系统对下部水箱5进行加热，直至水温恢复至45℃。

当系统处于用能阶段：水箱5通过出水管10向用户输送高温热水，通过进水管9从外界向水箱5输入冷水。此时，启动热泵系统，通过微通道冷凝盘管4加热水箱5内热水。外界冷水由进水管9流入下部水箱5，经过下层微通道冷凝盘管4加热后，在压力作用下流经中部挡板的孔洞7流入上部水箱5，与水箱5上部中的高温热水进行掺混，经由上层微通道冷凝盘管4加热从出水管9向用户输出。

本实施例的分层蓄热型系统和作为对比例的非分层蓄热型系统(不分区)相比，水箱5上部积蓄热水温度和非分层蓄热型系统相等，且下部温度低于非分层蓄热型系统。下层水箱5被加热时，高温水由于密度差而上浮，上部存储热水量增多。因此，分层蓄热型系统水箱中热分层加剧，出现水箱上层水温高的现象。故可以在用能前期向用户输出比原系统更高温度的热水，但由于其保温温度低，存储热能量少，故水温持续下降，但在用水期间出口平均水温保持不变且释放热能量不变，可以确保用户的使用需求。

本发明通过降低水箱内热水温度及调整冷凝盘管和水箱结构，达到了保证用户用水并减小系统运行能耗的作用。