[發明專利]一種混合工質回熱式熱泵開水器及控制方法

在審

• 申請號: 201710845539.0
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107830634A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 郭浩;公茂瓊
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F24H4/02
• 分類號: F24H4/02;F24H1/20;F24H9/18;F24H9/20
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316
• 代理人: 趙勍毅

技術領域

本發明涉及節能及環保技術領域，尤其涉及一種混合工質回熱式熱泵開水器及其控制方法。

背景技術

白開水是最符合人體需要的飲用水，正常人每天飲用水的攝入量至少1.5L。據第六次人口普查，中國人口數量接近14億，開水飲用水的需求量巨大。當前的飲用水設備主要有兩種形式，一種為燃煤燃氣鍋爐供應飲用水，這種形式一次能源利用效率低，且燃燒產物污染環境；第二種為電熱水器，高品位的電能轉化為低品位的熱能，必然造成能源品位浪費。

熱泵技術可以通過消耗少量的電能把低溫環境中的熱量，轉移到高溫環境中，制熱效率(COP)一般大于1，節能效果明顯。若將常溫水加熱到開水，則熱泵水側工作溫跨在80K以上?，F有的常規熱泵技術(諸如單級蒸汽壓縮、復疊等)難以高效滿足開水器的需求，甚至無法供應開水，只能作為廚衛生活用水的供應。雖然跨臨界CO₂循環的熱泵系統可利用超臨界狀態下CO₂具有較大的溫度滑移實現開水器的需求，但是其運行壓力高壓可達10MPa以上，不僅需要匹配專門的壓縮機，生產成本很高，而且還帶來安全隱患。

發明內容

有鑒如此，有必要針對現有技術存在的缺陷，提供一種高效節能的混合工質回熱式熱泵開水器。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種混合工質回熱式熱泵開水器，包括貯水式熱水箱模塊及混合工質回熱式熱泵模塊，其中：

所述貯水式熱水箱模塊包括保溫水箱，設置于所述保溫水箱內且沿所述保溫水箱自上而下依次設置的高水位電極、保溫加熱器、低水位電極、隔板、電加熱器及第一溫度傳感器，以及設置于所述保溫水箱外側且位于低水位電極和所述隔板之間的熱水出口閥門；

所述混合工質回熱式熱泵模塊包括：壓縮機單元、回熱式換熱器、節流元件、蒸發器、進水電磁閥及第二溫度傳感器，所述壓縮機單元的制冷劑高壓出口連接所述回熱式換熱器的制冷劑高壓進口，所述回熱式換熱器的制冷劑高壓出口連接所述節流元件的制冷劑高壓進口，所述節流元件的制冷劑低壓出口連接所述蒸發器的低壓制冷劑進口，所述蒸發器的低壓制冷劑出口連接所述回熱式換熱器的低壓制冷劑進口，所述回熱換熱器的低壓制冷劑出口連接所述壓縮機單元的制冷機低壓進口以形成回路循環；冷水由所述進水電磁閥的進口進入，所述進水電磁閥的出口連接所述回熱式換熱器的水側進口，所述回熱換熱器的水側出口處設置有所述第二溫度傳感器且所述回熱式換熱器的水側出口連接所述電加熱器的進口。

在一些較佳的實施方式中，所述保溫水箱上方形成的水蒸汽由所述回熱式換熱器的蒸汽進口進入，再經所述回熱式換熱器的蒸汽出口流出。

另外，本發明還提供了一種上述混合工質回熱式熱泵開水器的控制方法，包括下述步驟：

當所述保溫水箱內的水位低于所述低水位電極的位置時，打開所述進水電磁閥及所述電加熱器及開啟所述壓縮機單元，進入預啟動階段；所述壓縮機單元的高壓出口排出的高溫工質進入所述回熱式換熱器中給水加熱，然后進入所述節流元件，節流后在所述蒸發器中蒸發吸熱，再次進入所述回熱式換熱器形成回熱吸收部分工質的冷凝熱，所述高溫工質的溫度進一步升高，并回到所述壓縮機單元完成一個工作循環；經過所述回熱式換熱器加熱的水溫由所述第二溫度傳感器監測，未達到開水溫度的所述回熱式換熱器出口的水進入所述電加熱器中被加熱至開水溫度進入所述保溫水箱；

當所述第二溫度傳感器監測的水溫達到開水溫度時，關閉所述電加熱器，進入熱泵加熱階段；所述壓縮機單元高壓出口排出的高溫工質進入所述回熱式換熱器中給水加熱，然后進入所述節流元件，節流后在所述蒸發器中蒸發吸熱，再次進入所述回熱式換熱器形成回熱吸收部分工質的冷凝熱，所述高溫工質溫度進一步升高，并回到所述壓縮機單元完成一個工作循環；經過所述回熱式換熱器加熱的水溫由所述第二溫度傳感器監測，達到開水溫度；

當所述保溫水箱內水位高于所述高水位電極的位置時，關閉所述壓縮機單元，進入保溫階段：所述保溫水箱內溫度由所述第一溫度傳感器監測，當溫度低于設定溫度時，開啟所述保溫加熱器；當溫度高于設定溫度時，關閉所述保溫加熱器。

本發明采用上述技術方案的優點是：