[發明專利]一種適用低溫工況的空氣能熱泵熱水器

在審

• 申請號: 201910835169.1
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN111854161A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 劉煥衛;王紀廣;潘雪蓮;陳亞
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: F24H4/02
• 分類號: F24H4/02;F25B30/02;F25B41/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種適用低溫工況的空氣能熱泵熱水器。所述空氣能熱泵熱水器包括由壓縮機、油分離器、冷凝器、高壓儲液器、膨脹閥、風冷型翅片管蒸發器、保溫水箱、水泵、冷凝器以及多個電磁閥，形成三個循環回路利用被加熱后的冷卻介質熱水實現對風冷型翅片管蒸發器的融霜，提高系統性能系數。本發明一種適用低溫工況的空氣能熱泵熱水器無需逆向融霜，可避免熱泵熱水器中熱水溫度波動，能夠快速融霜和提高系統蒸發壓力，提高系統性能系數，在提高其舒適性的同時，其節能特性較為明顯。

技術領域

本發明屬于空氣能熱泵系統技術領域，具體涉及一種低溫工況下可提高系統性能的熱泵熱水器系統，進一步具體為一種適用低溫工況的空氣能熱泵熱水器。

背景技術

空氣熱泵熱水器的熱量來源為空氣，空氣熱泵熱水器通過把空氣中的低溫熱量吸收進來經過氟介質氣化，然后通過壓縮機壓縮后增壓升溫，再通過換熱器轉化給水加熱，壓縮后的高溫熱能以此來加熱水溫。空氣熱泵熱水器具有高效節能的特點，制造相同的熱水量，是一般電熱水器的4-6倍，其年平均熱效比是電加熱的4倍，利用能效高。

相比于電熱水器和燃氣熱水器，由于空氣熱泵熱水器的工作是通過介質換熱，因此其不需要電加熱元件與水直接接觸，避免了電熱水器漏電的危險，也防止了燃氣熱水器有可能爆炸和中毒的危險，更有效控制了燃氣熱水器排放廢氣造成的空氣污染。

相比于太陽能熱水器，空氣熱泵熱水器克服了太陽能熱水器依靠陽光采熱和安裝不便的缺點。由于空氣熱泵熱水器不需要陽光，因此放在家里或室外都可以。太陽能熱水器儲存的水用完之后，很難再馬上產生熱水，如果電加熱又需要很長的時間，而空氣能熱水器在溫度為0-40℃以上就可以24小時全天候承壓運行，1小時左右空氣熱泵熱水器甚至更短時間內就會再產生一箱熱水。同時，它也能從根本上消除電熱水器漏電、干燒以及燃氣熱水器使用時產生有害氣體等安全隱患。

當今市場上大部分的空氣能熱泵熱水器設計正常工作溫度在0-40℃，故在環境溫度比較高的南方，空氣能熱泵熱水器往往有上佳的表現，而在冬季氣溫只有-10℃的北方城市，空氣能熱泵熱水器很難達到設計中預想的效果，如果氣溫為-20℃機組甚至都不能啟動。因此，對于空氣能熱泵熱水器其問題主要在于低溫工況下的適用性較差很難滿足使用需求。

經過申請人前期對相關文獻的檢索，當風冷型翅片管蒸發器溫度通過蒸發器的空氣降到空氣溫度時，空氣中的水分子凝聚翅片上，而零度工況對機組換熱是有利的，具備顯熱和潛熱，干工況交換時是顯熱交換，零度工況時就是潛熱交換，如果零度工況時蒸發器的表面溫度低于0℃時就會結霜，風冷型翅片管蒸發器表面開始有微霜時也會對換熱效果有所提高，由于此時蒸發器表面呈現毛刺狀因此能夠強化排熱。但是，隨著霜層的加厚，空氣流通的阻力增大，勢必阻礙空氣的流通，而且由于風冷型翅片管蒸發器是通過空氣吸熱，而空氣流量減少導致吸熱量也同樣減少，此時機組性能就開始削減，即在冬季制熱工況時，熱泵機組隨著外界環境溫度的降低制熱能力下降性能系數減小，當環境溫度降至-20℃時，便很難從環境中吸收熱量，分析原因在于由于空調機組在室外溫度低且帶有一定的濕度情況下運行時，室外的風冷型翅片管蒸發器運行一段時間后會產生霜層，霜層的產生會堵塞翅片管間通道，增加空氣流動的阻力使循環風量減小，不利于蒸發器吸收空氣中的熱量，同時因結霜導致風冷型翅片管蒸發器的傳熱熱阻增大，傳熱系數降低，蒸發器的換熱能力下降，因此，在相同工況下，需增大制冷劑的流量和空氣的換熱溫差，最終導致風冷型翅片管蒸發器內制冷劑的蒸發壓力和蒸發溫度降低，進一步加劇風冷型翅片管換熱器的結霜程度，造成壓縮機軸功率增大和性能系數下降。

因此，針對現有熱氣旁通融霜和四通換向逆向融霜等除霜方式可靠性較差、能耗高、舒適性差等問題，基于空氣能熱泵熱水器，探索一種在低溫工況下提高空氣能熱泵熱水器蒸發壓力、蒸發溫度、抑制結霜及融霜的技術和方法，實現空氣能熱泵熱水器高效運行，這在空氣能熱泵熱水器領域具有重要的現實意義。

發明內容