本發(fā)明涉及熱水器領(lǐng)域的一種太陽能熱泵熱水器，尤其涉及一種可同時利用太陽能和空氣能加熱的熱泵熱水器；還涉及一種上述熱水器的控制方法。

背景技術(shù)：

目前市場上蒸發(fā)器多用于電冰箱、冷柜、酒柜、空氣能熱泵等產(chǎn)品，太陽能熱泵蒸發(fā)器產(chǎn)品市場出現(xiàn)較晚，產(chǎn)品較冰箱、冷柜、酒柜、空氣能熱泵蒸發(fā)器面積更大。雖然出現(xiàn)較晚，但是太陽能熱泵熱水器因其具有導(dǎo)熱效率高、換熱速率快等優(yōu)勢，得到了快速發(fā)展。

還有，太陽能熱泵熱水器采用吹脹式蒸發(fā)器后，既可以吸收太陽能輻射熱量又可以吸收空氣中的熱量。因此，需采用新的控制方法，將太陽能和空氣能技術(shù)有機結(jié)合起來，利用太陽能輻射熱量來提高蒸發(fā)器熱量的吸收，又利用空氣熱量來彌補太陽能輻射熱量的不穩(wěn)定性。從而，使太陽能空氣能雙源合一達到提升太陽能熱水器系統(tǒng)性能的目的。

現(xiàn)有空氣源熱泵熱水器的控制方法主要分為如下三種情況：

一種是將熱泵系統(tǒng)的壓縮機采用變頻壓縮機，通過一定算法來控制變頻壓機的轉(zhuǎn)速，使變頻壓縮機的制熱量與蒸發(fā)器吸收的熱量相匹配，以保證熱泵系統(tǒng)的高效、節(jié)能運行；

第二種是在蒸發(fā)器上增加太陽能輻照強度傳感器，利用所檢測的太陽能輻射強度來對應(yīng)調(diào)節(jié)熱泵系統(tǒng)的運行狀態(tài)；

第三種是通過現(xiàn)有熱泵控制方式，來控制太陽能熱泵熱水器。

但是，上述第一、第二種方式中，雖然控制方式較為精準(zhǔn)，熱泵系統(tǒng)功率高效，但是由于其使用高成本部件(第一種方式中采用變頻壓縮機)、或增加了部件(第二種方式中增加了太陽能輻照強度傳感器)，使得熱泵系統(tǒng)的生產(chǎn)成本變高，不利于大批量生產(chǎn)。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能熱泵熱水器，以實現(xiàn)對太陽能和空氣能吸收制熱過程精確控制的目的。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

一種太陽能熱泵熱水器，包括吹漲式蒸發(fā)器，壓縮機，冷凝器和電子膨脹閥構(gòu)成的供冷媒介質(zhì)流動的熱泵系統(tǒng)，冷凝器設(shè)于水箱中和/或水箱外部，以使流經(jīng)蒸發(fā)器的冷媒與水箱中水進行熱交換；所述壓縮機的吸氣管路和排氣管路上分別設(shè)有檢測流經(jīng)冷媒介質(zhì)溫度的溫度傳感器。

進一步，在蒸發(fā)器上設(shè)有檢測蒸發(fā)器本身溫度的蒸發(fā)器溫度傳感器，和檢測蒸發(fā)器所處環(huán)境溫度的環(huán)境溫度傳感器；所述水箱上設(shè)有檢測其內(nèi)水溫的水箱溫度傳感器。

進一步，所述太陽能熱泵熱水器還包括對水箱中水進行加熱的電加熱模塊。所述的電加熱模塊可以由設(shè)于水箱中和/或水箱外壁上的電加熱管、電加熱絲等部件構(gòu)成，以實現(xiàn)與水箱中水直接或間接接觸，以完成對水箱中水加熱的目的。從而，解決用戶需求高水溫通過熱泵制熱帶來損耗的問題，根據(jù)用戶的用水溫度需求選擇最合適的加熱方式達到滿足用戶需求和最優(yōu)節(jié)能目的。

進一步，所述的吹脹式蒸發(fā)器，由兩塊板材經(jīng)壓合、吹脹處理形成；所述蒸發(fā)器上排布有多根平行設(shè)置的換熱流道；蒸發(fā)器進口經(jīng)樹狀的分流流道與各換熱流道的進口端分別相連通，各換熱流道的中部分別與蜂窩狀的匯集分流流道相連通，各換熱流道的出口端經(jīng)樹狀的匯集流道與蒸發(fā)器出口相連通。

進一步，蒸發(fā)器溫度傳感器設(shè)于蒸發(fā)器背面；環(huán)境溫度傳感器設(shè)于蒸發(fā)器側(cè)面。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種太陽能熱泵熱水器的控制方法，以對電子膨脹閥開度進行精確控制，使熱水器可適用于復(fù)雜工況。

為實現(xiàn)上述目的，其采用的技術(shù)方案如下：

一種太陽能熱泵熱水器的控制方法，其特征在于：當(dāng)水箱溫度Tr小于設(shè)定值T1時，依據(jù)壓縮機吸氣端溫度檢測值得出對應(yīng)的電子膨脹閥開度；當(dāng)水箱溫度Tr大于設(shè)定值T1時，依據(jù)壓縮機排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)的電子膨脹閥開度。

進一步，當(dāng)熱水器的工作時間處于白天模式時，依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境檢測溫度得出對應(yīng)的變量P1；并依據(jù)壓縮機吸氣端溫度檢測值或排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)電子膨脹閥開度P0；由此得出，最終的電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P1。

進一步，當(dāng)熱水器的工作時間處于夜晚模式時，依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境檢測溫度得出對應(yīng)的變量P2；并依據(jù)壓縮機吸氣端溫度檢測值或排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)電子膨脹閥開度P0；由此得出，最終的電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P2。

進一步，當(dāng)水箱溫度Tr小于設(shè)定值T1時，電子膨脹閥開度P開度的判斷方法具體如下，

31)、判斷所處時間段是否處于白天時間段，若是執(zhí)行步驟32)；若否執(zhí)行步驟33)；

32)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P1，并執(zhí)行步驟34)；

33)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P2，并執(zhí)行步驟34)；

34)、依據(jù)壓縮機進氣端溫度檢測值得出實際吸氣過熱度，將實際吸氣過熱度與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的理論過熱度相減，并利用差值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)電子膨脹閥開度P0，并執(zhí)行步驟35)；

35)、得出電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P1或P2。

進一步，當(dāng)水箱溫度Tr大于設(shè)定值T1時，電子膨脹閥開度P開度的判斷方法具體如下，

41)、判斷所處時間段是否處于白天時間段，若是執(zhí)行步驟42)；若否執(zhí)行步驟43)；

42)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P1，并執(zhí)行步驟44)；

43)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P2，并執(zhí)行步驟44)；

44)、將據(jù)壓縮機排氣端溫度檢測值與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的理論排氣端溫度值相減，并利用差值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)電子膨脹閥開度P0；

44)、得出電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P1或P2。

進一步，依據(jù)蒸發(fā)器溫度檢測值得出蒸發(fā)器溫度變化率；當(dāng)蒸發(fā)器溫度變化率越大時，對應(yīng)減小電子膨脹閥開度；當(dāng)蒸發(fā)器溫度變化率越小時，對應(yīng)增大電子膨脹閥開度。

進一步，依據(jù)水箱溫度檢測值得出水箱溫度變化率；當(dāng)水箱溫度變化率越大時，對應(yīng)減小電子膨脹閥開度；當(dāng)水箱溫度變化率越小時，對應(yīng)增大電子膨脹閥開度。

進一步，系統(tǒng)中設(shè)有大于T1的預(yù)設(shè)值T2；當(dāng)水箱溫度檢測值大于設(shè)定值T2時，熱泵系統(tǒng)停止工作，利用電加熱模塊對水箱中的水進行加熱；當(dāng)水箱溫度檢測值小于設(shè)定值T2時，電加熱模塊停止工作，利用熱泵系統(tǒng)對水箱中的水進行加熱。優(yōu)選的，所述的T1為47℃，T2為55℃。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢在于：

1、通過在蒸發(fā)器上設(shè)置吹漲式蒸發(fā)器，以增大蒸發(fā)器的接觸面積，提高換熱效率，以加快熱泵系統(tǒng)的制熱速率；

2、熱泵制熱時根據(jù)水箱水溫采取分度控制，以使得制備過程中對電子膨脹閥的控制精度較高，制熱效率提高、能耗降低；同時，對低溫水采用吸氣過熱度控制電子膨脹閥的開度，使壓縮機滿負(fù)荷工作，提高系統(tǒng)性能；對高溫水采用排氣溫度控制電子膨脹閥的開度，防止排氣溫度過高導(dǎo)致壓縮機超負(fù)荷工作，并使冷凝器換熱效率充分發(fā)揮，提高系統(tǒng)效率；

3、根據(jù)白天和夜晚的不同，根據(jù)有無太陽能輻射熱量，對應(yīng)調(diào)整熱泵系統(tǒng)的電子膨脹閥開度，為系統(tǒng)提供最佳的制熱模式。從而，使得熱泵熱水器可根據(jù)水箱水溫的不同、依據(jù)不同的加熱方式和溫度參數(shù)進行對應(yīng)調(diào)整，以適用于復(fù)雜的外部環(huán)境變化。同時，白天模式所對應(yīng)的時間段，可依據(jù)用戶當(dāng)?shù)毓庹諘r間對應(yīng)設(shè)置；也可依據(jù)用戶使用習(xí)慣將白天模式所對應(yīng)的時間段設(shè)置為整天、半天或空置；

4、在太陽能熱泵熱水器上設(shè)置電加熱模塊，利用電加熱模塊對高溫水進行制備，以克服熱泵系統(tǒng)制高溫水存在的加熱速率慢、能耗高等缺點；

同時，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，方法簡潔，效果顯著，適宜推廣使用。

附圖說明

圖1本發(fā)明實施例中太陽能熱泵熱水器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明實施例中太陽能熱泵熱水器控制方法流程圖。

主要元件說明：100—蒸發(fā)器，200—水箱，300—冷凝器，400—壓縮機，500—電子膨脹閥，1—水箱溫度傳感器，2—吸氣端溫度傳感器，3—排氣端溫度傳感器，4—蒸發(fā)器溫度傳感器，5—環(huán)境溫度傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明實施例介紹了一種太陽能熱泵熱水器，包括吹漲式蒸發(fā)器100，壓縮機400，冷凝器300和電子膨脹閥500構(gòu)成的供冷媒介質(zhì)流動的熱泵系統(tǒng)，冷凝器300設(shè)于水箱200中和/或水箱200外部，以使流經(jīng)蒸發(fā)器的冷媒與水箱中水進行熱交換。本系統(tǒng)通過膨脹式蒸發(fā)器將太陽能輻射熱能和空氣能熱能有機結(jié)合，提高了太陽能熱泵熱水器的性能。

本發(fā)明實施例中，所述水箱200上設(shè)有檢測其內(nèi)水溫的水箱溫度傳感器1，以對水箱中水溫進行實時檢測。所述壓縮機400的吸氣管路上設(shè)有吸氣端溫度傳感器2，排氣管路上設(shè)有排氣端溫度傳感器3，以分別檢測流經(jīng)冷媒介質(zhì)溫度，實現(xiàn)對壓縮機進氣端溫度和出氣端溫度進行實時檢測。

本發(fā)明實施例中，太陽能熱泵熱水器的控制方法如下：當(dāng)水箱溫度Tr小于設(shè)定值T1時，依據(jù)壓縮機吸氣端溫度檢測值得出對應(yīng)的電子膨脹閥開度；當(dāng)水箱溫度Tr大于設(shè)定值時，依據(jù)壓縮機排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)的電子膨脹閥開度。

通過上述設(shè)置，使熱泵制熱時可根據(jù)水箱水溫采取分度控制，以使得制備過程中對電子膨脹閥的控制精度較高，制熱效率提高、能耗降低。同時，對低溫水采用吸氣過熱度控制電子膨脹閥的開度，使壓縮機滿負(fù)荷工作，提高系統(tǒng)性能；對高溫水采用排氣溫度控制電子膨脹閥的開度，防止排氣溫度過高導(dǎo)致壓縮機超負(fù)荷工作，并使冷凝器換熱效率充分發(fā)揮，提高系統(tǒng)效率。

實施例一

本實施例中，所述太陽能熱泵熱水器還包括對水箱中水進行加熱的電加熱模塊。所述的電加熱模塊可以由設(shè)于水箱中和/或水箱外壁上的電加熱管、電加熱絲等部件構(gòu)成，以實現(xiàn)與水箱中水直接或間接接觸，以完成對高溫水制備的目的。(未在附圖中注明)

由于，熱泵系統(tǒng)在制備高溫水時，存在水溫度升高速率慢、加熱過程能耗高等缺點；因此，在水箱中水溫大于設(shè)定值T2時，熱泵系統(tǒng)停止工作，利用電加熱模塊對水箱中的水進行加熱，就可實現(xiàn)對高溫水的快速、低能耗制備的目的。

如圖2所示，本實施例中，所述的熱泵熱水器具體工作過程如下：

步驟1)、判斷水箱檢測溫度Tr與預(yù)設(shè)值T1、T2(T1小于T2；優(yōu)選的，T1為47℃，T2為55℃)之間的關(guān)系；

步驟2)、當(dāng)水箱檢測溫度Tr大于預(yù)設(shè)值T2時，熱泵系統(tǒng)不工作，電加熱模塊對水箱中水進行加熱；

步驟3)、當(dāng)水箱檢測溫度Tr小于預(yù)設(shè)值T1時，熱泵系統(tǒng)工作，電加熱模塊不工作；此時熱泵系統(tǒng)中，依據(jù)壓縮機進氣端溫度檢測值得出對應(yīng)的電子膨脹閥開度；并在水箱檢測溫度值Tr達到預(yù)設(shè)值T1時，執(zhí)行步驟4)；

步驟4)、當(dāng)水箱檢測溫度Tr小于預(yù)設(shè)值T2、大于預(yù)設(shè)值T1時，熱泵系統(tǒng)工作，電加熱模塊不工作；此時熱泵系統(tǒng)中，依據(jù)壓縮機排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)的電子膨脹閥開度；

步驟5)、判斷水箱溫度Tr是否達到預(yù)設(shè)值T2，若達到執(zhí)行步驟2)。

本實施例中，在執(zhí)行上述步驟1)至5)的過程中，若水箱檢測溫度Tr達到系統(tǒng)設(shè)定、或用戶選定的用戶設(shè)定溫度值Ts時，熱水器停止加熱，不再執(zhí)行后續(xù)步驟。

本系統(tǒng)根據(jù)用戶對用水溫度要求來選擇開啟電加熱模式或者采用熱泵制熱模式。在滿足用戶需求的同時最大限度的提高系統(tǒng)的工作性能。

實施例二

本實施例中，熱泵熱水器可根據(jù)白天和夜晚的不同，根據(jù)有無太陽能輻射熱量，對應(yīng)調(diào)整熱泵系統(tǒng)的電子膨脹閥開度，為系統(tǒng)提供最佳的制熱模式。從而，使得熱泵熱水器可根據(jù)水箱水溫的不同、依據(jù)不同的加熱方式和溫度參數(shù)進行對應(yīng)調(diào)整，以適用于復(fù)雜的外部環(huán)境變化。

本實施例中，當(dāng)熱水器的工作時間處于白天模式時，依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境檢測溫度得出對應(yīng)的變量P1；并依據(jù)壓縮機吸氣端溫度檢測值或排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)電子膨脹閥開度P0；由此得出，最終的電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P1。

本實施例中，當(dāng)熱水器的工作時間處于夜晚模式時，依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境檢測溫度得出對應(yīng)的變量P2；并依據(jù)壓縮機吸氣端溫度檢測值或排氣端溫度檢測值得出對應(yīng)電子膨脹閥開度P0；由此得出，最終的電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P2。

上述實施例一中步驟3)，當(dāng)水箱溫度Tr小于設(shè)定值T1時，電子膨脹閥開度P開度的判斷方法具體如下，

31)、判斷所處時間段是否處于白天時間段，若是執(zhí)行步驟32)；若否執(zhí)行步驟33)；

32)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P1，并執(zhí)行步驟34)；

33)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P2，并執(zhí)行步驟34)；

34)、依據(jù)壓縮機進氣端溫度檢測值得出實際吸氣過熱度，將實際吸氣過熱度與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的理論過熱度相減，并利用差值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)電子膨脹閥開度P0，并執(zhí)行步驟35)；

35)、得出電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P1或P2。

上述實施例一中步驟4)，當(dāng)水箱溫度Tr大于設(shè)定值T1時，電子膨脹閥開度P開度的判斷方法具體如下，

41)、判斷所處時間段是否處于白天時間段，若是執(zhí)行步驟42)；若否執(zhí)行步驟43)；

42)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P1，并執(zhí)行步驟44)；

43)、依據(jù)蒸發(fā)器環(huán)境溫度檢測值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)變量P2，并執(zhí)行步驟44)；

44)、將據(jù)壓縮機排氣端溫度檢測值與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的理論排氣端溫度值相減，并利用差值得出系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的對應(yīng)電子膨脹閥開度P0；

44)、得出電子膨脹閥開度P＝對應(yīng)電子膨脹閥開度P0+變量P1或P2。

本實施例中，白天模式和夜晚模式所對應(yīng)的時間段，可依據(jù)用戶當(dāng)?shù)毓庹諘r間對應(yīng)設(shè)置；也可依據(jù)用戶使用習(xí)慣將白天模式所對應(yīng)的時間段設(shè)置為整天、半天或空置；還可以依據(jù)環(huán)境溫度檢測值來對應(yīng)匹配設(shè)置。例如：當(dāng)環(huán)境溫度檢測值大于設(shè)定值T3時，白天模式開啟；當(dāng)環(huán)境溫度檢測值小于設(shè)定值T3時，夜晚模式開啟。

實施例三

如圖1所示，本實施例中，在蒸發(fā)器100上設(shè)有檢測蒸發(fā)器100本身溫度的蒸發(fā)器溫度傳感器4，和檢測蒸發(fā)器100所處環(huán)境溫度的環(huán)境溫度傳感器5。蒸發(fā)器溫度傳感器4設(shè)于蒸發(fā)器100的背面；環(huán)境溫度傳感器5設(shè)于蒸發(fā)器100的側(cè)面，以提高測量的精確性。

通過上述設(shè)置，可根據(jù)蒸發(fā)器本身溫度和所處環(huán)境溫度，對電子膨脹閥的開度進行對應(yīng)調(diào)整，以優(yōu)化熱泵系統(tǒng)的功率。

在上述實施例一的步驟1)至5)過程中，依據(jù)蒸發(fā)器溫度檢測值得出蒸發(fā)器溫度變化率；當(dāng)蒸發(fā)器溫度變化率越大時，對應(yīng)減小電子膨脹閥開度；當(dāng)蒸發(fā)器溫度變化率越小時，對應(yīng)增大電子膨脹閥開度。

在上述實施例一的步驟1)至5)過程中，依據(jù)水箱溫度檢測值得出水箱溫度變化率；當(dāng)水箱溫度變化率越大時，對應(yīng)減小電子膨脹閥開度；當(dāng)水箱溫度變化率越小時，對應(yīng)增大電子膨脹閥開度。

通過上述設(shè)置，可根據(jù)蒸發(fā)器溫度和水箱溫度變化來優(yōu)化調(diào)整電子膨脹閥開度，完善整個太陽能熱泵系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)的控制，進一步提高工作效率。

上述實施例中的實施方案可以進一步組合或者替換，且實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計思想的前提下，本領(lǐng)域中專業(yè)技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變化和改進，均屬于本發(fā)明的保護范圍。