[发明专利]一种热泵热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热水器，特别是采用热泵方式对水进行加热水的热水器。

背景技术

热泵热水器是采用热泵的原理制热水，具有高效节能的优点。国外以二氧化碳为工质，并使用二氧化碳专用压缩机制作热泵热水器，虽然这种热水器有优秀的性能，但造价昂贵，且技术要求高，目前在国内制造这种以二氧化碳为工质的热泵热水器，在配套及整机加工生产水平方面还有很大的差距。

目前国内现有的热泵热水器与空调的工作原理相似，采用常规的压缩机和冷媒(最常用的如R22)，主要存在以下缺点和问题。

1、水温温度不高。受限于普通压缩机的性能(压缩机进气和排气的压缩比和压差的限制)和常规冷媒的物理特性，水温最终只能达到55度，强行升温至60度时，热泵系统已过热停机。

2、夏季频繁过热停机。在环境温度较高的夏季，即使水温远未达到55度，热泵系统已过热停机，无法正常制热。

3、冬季制热性能差，水温低。在环境温度较低的冬季，整体制热性能低下，如环境温度为-10度，当水温加热到45度时，制热系数(COP)已趋近1，并随水温的升高COP迅速下降。此时的热泵系统不但不节能反而耗能，水温也难以继续提升。

4、热泵系统寿命短。普遍反映热泵热水器的寿命只有1-3年，多数为压缩机电机过热烧毁导致的整机失效。

热泵热水器本应在热水量用量大的冬季和气温较低的北方地区发挥节能降耗的作用，体现其运行使用的经济性。然而上述问题使得现有的热泵热水器只能在南方四季温暖的地区使用，加上热泵热水器的成本较高，所以难以和电热水器，燃气热水器进行市场竞争。

压缩机是整个热泵系统中温度最高的部件，由电机的线圈发热、压缩冷媒时的高温气体发热、机械摩擦发热所致。在自然散热的情况下，压缩机线圈温度接近120度，外壳温度超过100度。压缩机内的持续高温对压缩机是有害的，特别是线圈温度超过120度时，电机寿命缩短甚至烧毁。排气温度过高也影响冷凝器的换热效率。强制冷却在大型空调机组的电机部位有应用的案例，但小型空调用压缩机是自然冷却和冷媒气体冷却，在空调工况下，正常情况不会导致压缩机过热。但工作在热泵热水器工况的压缩机，冷凝温度高，系统压力高，压缩机发热量大，如果环境温度高散热不良，直接导致过热停机甚至烧毁。要提升压缩机抗过载能力，必须改善冷却条件。

在现有技术中，有一种用压缩机散发的热量加热蒸发器中的冷媒的技术方案，通过压缩机对冷媒的加热以达到回收压缩机热量，提高制热量的目的。该技术方案将压缩机热量用于加热蒸发器中的冷媒，回收的热量输回热泵内循环，没有将热量直接输出到热泵循环之外，实质是一种回热交换。该技术方案对出水温度提升是没有帮助的。

在现有技术中，还有一种利用风冷却压缩机，同时具有热能回收的技术方法，该技术方案让空气先流经压缩机，使压缩机降温，经压缩机加热的空气通过蒸发器回收热量。该方式通过蒸发器仅回收了压缩机散发的部分热量，且回收的热量输入到热泵循环之内，没有直接输出到热泵循环之外，实质还是一种不完全的回热交换。该技术方案对热水器出水温度提升没有帮助。

现有的热泵热水器不做压缩机保温，虽然基本保证了自然散热的效果，但运行在低温环境时对系统的能效极为有害。热泵系统经压缩机外壳对环境大量放热、冷热源温差加大导致的热泵循环能效的下降是造成冬季制热性能低下的主要原因，特别是经压缩机外壳对环境大量放热是导致制热性能系数COP小于1.0的主要原因。

因为现有热泵热水器继承了空调压缩机的自然冷却方式，但因系统压力大，压缩机发热量严重，在环境温度较高的夏季会出现频繁的过热停机；由于依赖自然冷却，压缩机的散热性能并不好，在提升系统压力以获得更高水温的过程中，系统的抗过载能力弱，强行升水温至60度时，热泵系统已过热停机，无法获得更高的水温；由于压缩机长时间的处于过载又无良好冷却，压缩机的使用寿命缩短；采用自然冷却的压缩机无法同时实现对压缩机的保温，冬季环境温度低时从压缩机散失大量热量，导致热泵热水器环境低温时性能低下，甚至出现制热性能系数(COP)小于1.0。

发明内容

本发明的目的在于，使用普通的压缩机和常规冷媒，通过回热交换方式、对压缩机进行强制冷却、将由冷凝换热器中流出的热水进行二次加热、对加热系统进行保温热回收等技术方案，对系统进行全面优化，延长压缩机使用寿命，改善系统的整体能效，显著提高在低温环境的热水加热性能，拓展适用的地区，提升市场推广能力和竞争力。