一种水箱和包含该水箱的热泵热水机及其控制方法，热泵热水机，包括压缩机、四通阀、空气侧换热器、节流阀以及上述的水箱，压缩机通过排气管与四通阀的第三接口相接，压缩机通过回气管与四通阀的第一接口相接，四通阀的第四接口与空气侧换热器的一端相接，空气侧换热器的另一端经过节流阀之后通过制冷剂出管与水箱的换热单元的底部相接，四通阀的第二接口通过制冷剂进管、分配器与水箱的换热单元的顶部相接。进水管上设置有水流开关；空气侧换热器上设置有第三温度传感器。本发明具有结构简单合理、操作灵活、能效比高、能迅速提供热水、适用范围广的特点。
1.一种水箱，包括设置在壳体内的换热单元，其特征是壳体包括水箱外筒(806)和水箱内筒(811)，水箱外筒(806)和水箱内筒(811)共同围成环状腔室，换热单元设置在环状腔室内，进水管(14)与环状腔室的底部相通，水箱内筒(811)为中空结构，环状腔室的顶部与水箱内筒(811)的内腔相通，出水管(15)与水箱内筒(811)的内腔的底部相通，所述换热单元包括并联的外层换热单元(803)、中间层换热单元(804)和内层换热单元(805)，外层换热单元(803)靠近水箱外筒(806)，内层换热单元(805)靠近水箱内筒(811)，中间层换热单元(804)位于外层换热单元(803)和内层换热单元(805)之间，且外层换热单元(803)、中间层换热单元(804)、内层换热单元(805)通过中间连接管(809)与分配器(810)连接，所述环状腔室内设置有呈螺旋状布置的导流隔板(807)，换热单元盘绕在导流隔板(807)之间。
2.根据权利要求1所述的水箱，其特征是所述换热单元呈螺旋状盘绕在环状腔室内。
3.根据权利要求1所述的水箱，其特征是还包括电加热器(9)，所述电加热器(9)设置在水箱内筒(811)的内腔中。
4.根据权利要求1所述的水箱，其特征是所述换热单元的顶部通过分配器(810)与制冷剂进管(12)相接，换热单元的底部与制冷剂出管(7)相接。
5.根据权利要求1所述的水箱，其特征是所述水箱的顶部设置有第一温度传感器(10)以及排气阀(11)，水箱的中部设置有第二温度传感器(13)；水箱的储水量≥25L。
6.根据权利要求1至5任一所述的水箱，其特征是所述外层换热单元(803)、中间层换热单元(804)和内层换热单元(805)以水箱内筒(811)的轴心呈同心均布在环状腔室内。
7.一种热泵热水机，包括压缩机(1)、四通阀(3)、空气侧换热器(4)、节流阀(6)以及权利要求1所述的水箱，其特征是压缩机(1)通过排气管(2)与四通阀(3)的第三接口(d)相接，压缩机(1)通过回气管(5)与四通阀(3)的第一接口(s)相接，四通阀(3)的第四接口(e)与空气侧换热器(4)的一端相接，空气侧换热器(4)的另一端经过节流阀(6)之后通过制冷剂出管(7)与水箱的换热单元的底部相接，四通阀(3)的第二接口(c)通过制冷剂进管(12)、分配器(810)与水箱的换热单元的顶部相接。
8.根据权利要求7所述的热泵热水机，其特征是所述进水管(14)上设置有水流开关(16)；空气侧换热器(4)上设置有第三温度传感器(17)。
9.一种根据权利要求8所述的热泵热水机的控制方法，其特征是包括以下步骤：
第一，初次上电，压缩机(1)和电加热器(9)同时工作，当通过设置在水箱中部的第二温度传感器(13)检测到水箱内的水温达到设定值Tset后，通过水流开关(16)检测的信号判断用户的用热水需求，如果用户没有用热水需求时，压缩机(1)和电加热器(9)停止工作；如果用户有用热水需求时，则压缩机(1)继续工作，电加热器(9)停止工作；
第二，非初次上电，如果检测到用户有用热水需求时，当通过设置在水箱中部的第二温度传感器(13)检测的水箱内的水温T10≤Tset+ΔT时，压缩机(1)和电加热器(9)同时开启工作，5分钟后电加热器(9)停止工作，当检测到用户没有用热水需求且同时T10＞Tset+ΔT时，压缩机(1)停止工作；其中，T10为水箱的水温，ΔT为压缩机(1)和电加热器(9)工作的温度回差；ΔT的取值范围为0～5℃；
第三，待机状态，此时用户没有用热水需求，当通过设置在水箱中部的第二温度传感器(13)检测的水箱内的水温T10≤Tset-ΔT时，压缩机(1)开启工作，直到检测到T10＞Tset+ΔT后压缩机(1)才停止工作；
第四，化霜状态，当通过空气侧换热器(4)上的第三温度传感器(17)检测到的空气侧换热器(4)的盘管温度T17累计30分钟小于设定化霜温度Tdefrost，即T17＜Tdefrost后，电加热器(9)开启工作，10分钟后进入化霜，退出化霜一段时间Δτ2分钟后，电加热器(9)停止工作，压缩机(1)继续工作；其中，T17为空气侧换热器(4)的盘管温度，Δτ2为电加热器(9)延时关闭时间；
第五，当设置在水箱内筒(811)的内腔中的电加热器(9)工作时，如果通过设置在水箱的顶部的第一温度传感器(10)检测到的水温高于85℃时，不管此时是否有电加热器(9)的开机工作需求，电加热器(9)都停止工作进入保护状态，以保证水箱内的水不会气化，保护水箱；如果电加热器(9)因设置在水箱的顶部的第一温度传感器(10)检测到的水温过高而进入保护状态后，随着该第一温度传感器(10)检测到的水温的降低，当水温低于75℃后可以根据需求开启电加热器(9)工作。
水箱和包含该水箱的热泵热水机及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种水箱和包含该水箱的热泵热水机及其控制方法。
背景技术
[0002] 目前，用于热泵热水机的水箱都在朝着小体积的方向发展，对于需要实现速热功能的热泵热水器来说，要求水箱同时作为换热用和储水用。
[0003] 中国专利文献号CN 101936603A于2011年01月05日公开了一种分体速热式热泵热水器的控制方法及其热水器，热水器，包括相互连接和连通的热泵热水器主机、热水箱和中控装置，与主机通过管路连通的冷凝器设置在热水箱中，热水箱与大功率主机连接，主机的功率为1.5～3匹，且主机上配有环境温度传感器，在热水箱的中部设有中部水温传感器、底部设有底部水温传感器，热水箱的外壳上设有显示水温和水位的显示屏，且各传感器和显示屏与中控装置电连接。热水箱为卧式热水箱，卧式热水箱的容积为35～70L。
发明内容
[0004] 本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活、能效比高、能迅速提供热水、适用范围广的水箱和包含该水箱的热泵热水机及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。
[0005] 按此目的设计的一种水箱，包括设置在壳体内的换热单元，其结构特征是壳体包括水箱外筒和水箱内筒，水箱外筒和水箱内筒共同围成环状腔室，换热单元设置在环状腔室内，进水管与环状腔室的底部相通，水箱内筒为中空结构，环状腔室的顶部与水箱内筒的内腔相通，出水管与水箱内筒的内腔的底部相通。
[0006] 所述换热单元呈螺旋状盘绕在环状腔室内。
[0007] 所述环状腔室内设置有呈螺旋状布置的导流隔板，换热单元盘绕在导流隔板之间。
[0008] 所述电加热器设置在水箱内筒的内腔中。
[0009] 所述换热单元的顶部通过分配器与制冷剂进管相接，换热单元的底部与制冷剂出管相接。
[0010] 所述水箱的顶部设置有第一温度传感器以及排气阀，水箱的中部设置有第二温度传感器；水箱的储水量≥25L。
[0011] 所述换热单元包括并联的外层换热单元、中间层换热单元和内层换热单元，外层换热单元靠近水箱外筒，内层换热单元靠近水箱内筒，中间层换热单元位于外层换热单元和内层换热单元之间；外层换热单元、中间层换热单元和内层换热单元以水箱内筒的轴心呈同心均布在环状腔室内。
[0012] 一种热泵热水机，包括压缩机、四通阀、空气侧换热器、节流阀以及上述的水箱，其结构特征是压缩机通过排气管与四通阀的第三接口相接，压缩机通过回气管与四通阀的第一接口相接，四通阀的第四接口与空气侧换热器的一端相接，空气侧换热器的另一端经过节流阀之后通过制冷剂出管与水箱的换热单元的底部相接，四通阀的第二接口通过制冷剂进管、分配器与水箱的换热单元的顶部相接。
[0013] 所述进水管上设置有水流开关；空气侧换热器上设置有第三温度传感器。
[0014] 一种热泵热水机的控制方法，其特征是包括以下步骤：
[0015] 第一，初次上电，压缩机和电加热器同时工作，当通过设置在水箱中部的第二温度传感器检测到水箱内的水温达到设定值Tset后，通过水流开关检测的信号判断用户的用热水需求，如果用户没有用热水需求时，压缩机和电加热器停止工作；如果用户有用热水需求时，则压缩机继续工作，电加热器停止工作；
[0016] 第二，非初次上电，如果检测到用户有用热水需求时，当通过设置在水箱中部的第二温度传感器检测的水箱内的水温T10≤Tset+ΔT时，压缩机和电加热器同时开启工作，5分钟后电加热器停止工作，当检测到用户没有用热水需求且同时T10＞Tset+ΔT时，压缩机停止工作；其中，T10为水箱的水温，ΔT为压缩机和电加热器工作的温度回差；ΔT的取值范围为0～5℃；
[0017] 第三，待机状态，此时用户没有用热水需求，当通过设置在水箱中部的第二温度传感器检测的水箱内的水温T10≤Tset-ΔT时，压缩机开启工作，直到检测到T10＞Tset+ΔT后压缩机才停止工作；
[0018] 第四，化霜状态，当通过空气侧换热器上的第三温度传感器检测到的空气侧换热器的盘管温度T17累计30分钟小于设定化霜温度Tdefrost，即T17＜Tdefrost后，电加热器开启工作，10分钟后进入化霜，退出化霜一段时间Δτ2分钟后，电加热器停止工作，压缩机继续工作；其中，T17为空气侧换热器的盘管温度，Δτ2为电加热器延时关闭时间；
[0019] 第五，当设置在水箱内筒的内腔中的电加热器工作时，如果通过设置在水箱的顶部的第一温度传感器检测到的水温高于85℃时，不管此时是否有电加热器的开机工作需求，电加热器都停止工作进入保护状态，以保证水箱内的水不会气化，保护水箱；如果电加热器因设置在水箱的顶部的第一温度传感器检测到的水温过高而进入保护状态后，随着该第一温度传感器检测到的水温的降低，当水温低于75℃后可以根据需求开启电加热器工作。
[0020] 本发明采用上述的技术方案后，能有效提高水箱的换热效率，水箱具有储水功能；并且为了实现速热，给出了初次上电、非初次上电、待机状态和化霜状态下的控制方法，以确保用户能及时得到热水。
[0021] 本发明把走制冷剂的每个支路的热交换管绕成螺旋状的换热单元，在换热单元上按照一定的间距布置导流隔板，以便让流经热交换管外的水通过近似垂直方向流经换热单元；换热单元，包括外层换热单元、中间层换热单元和内层换热单元，具有相同的轴心且均匀布置在水箱内筒和水箱外筒之间的环状腔室内，通过多个螺旋状的换热单元的并联，可以降低制冷剂的阻力损失、增大制冷剂和水的接触面积，提高换热量，最后实现高效换热和储存热水的目的。
[0022] 本发明将换热单元的顶部通过分配器与制冷剂进管相接，换热单元的底部与制冷剂出管相接，可以把制冷剂均匀地分配给每个换热单元，充分利用换热单元的换热面积，并且，出水处与制冷剂进口位于同一位置，可以进一步实现高效换热。
[0023] 本发明具有结构简单合理、操作灵活、能效比高、能迅速提供热水、适用范围广的特点。
附图说明
[0024] 图1为本发明一实施例中的水箱的局部剖视结构示意图。
[0025] 图2为图1去掉第一温度传感器及的排气阀后的俯视结构示意图。
[0026] 图3为内层换热单元的结构示意图。
[0027] 图4为水箱内的水流方向示意图。
[0028] 图5为本发明的应用例示意图。
[0029] 图中：1为压缩机，2为排气管，3为四通阀，4为空气侧换热器，5为回气管，6为节流阀，7为制冷剂出管，8为水箱，9为电加热器，10为第一温度传感器，11为排气阀，12为制冷剂进管，13为第二温度传感器，14为进水管，15为出水管，16为水流开关，17为第三温度传感器，801为分配中间连接管，802为分配装置，803为外层换热单元，804为中间层换热单元，805为内层换热单元，806为水箱外筒，807为导流隔板，808为球形水箱顶，809为中间连接管，810为分配器，811为水箱内筒。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
[0031] 参见图1-图5，本水箱8，包括设置在壳体内的换热单元，壳体包括水箱外筒806和水箱内筒811，水箱外筒806和水箱内筒811共同围成环状腔室，换热单元设置在环状腔室内，进水管14与环状腔室的底部相通，水箱内筒811为中空结构，环状腔室的顶部与水箱内筒811的内腔相通，出水管15与水箱内筒811的内腔的底部相通。换热单元呈螺旋状盘绕在环状腔室内。电加热器9设置在水箱内筒811的内腔中。
[0032] 环状腔室内设置有呈螺旋状布置的导流隔板807，换热单元盘绕在导流隔板807之间。换热单元的顶部通过分配器810与制冷剂进管12相接，换热单元的底部与制冷剂出管7相接。
[0033] 水箱8的顶部设置有第一温度传感器10以及排气阀11，水箱的中部设置有第二温度传感器13。为实现水箱的储热水功能，要求该水箱的容积能够满足5分钟的热水需求，水箱的储水量≥25L。
[0034] 在本实施例中，换热单元包括并联的外层换热单元803、中间层换热单元804和内层换热单元805，外层换热单元803靠近水箱外筒806，内层换热单元805靠近水箱内筒811，中间层换热单元804位于外层换热单元803和内层换热单元805之间；外层换热单元
803、中间层换热单元804和内层换热单元805以水箱内筒811的轴心呈同心均布在环状腔室内。
[0035] 在外层换热单元803、中间层换热单元804和内层换热单元805上均布若干个导流隔板807，这样由进水管14进入到水箱的环状腔室内的水流呈现为螺旋状的上升运动，如图4所示，而不是直通水箱外筒806和内筒811之间；水流的这种螺旋状的上升流动，增大了水流与外层换热单元803、中间层换热单元804和内层换热单元805的接触面积，并且能够实现均匀加热，提升加热效率。
[0036] 本实施例中的热泵热水机，包括压缩机1、四通阀3、空气侧换热器4、节流阀6以及上述的水箱8，压缩机1通过排气管2与四通阀3的第三接口d相接，压缩机1通过回气管5与四通阀3的第一接口s相接，四通阀3的第四接口e与空气侧换热器4的一端相接，空气侧换热器4的另一端经过节流阀6之后通过制冷剂出管7与水箱8的换热单元的底部相接，四通阀3的第二接口c通过制冷剂进管12、分配器810与水箱8的换热单元的顶部相接。进水管14上设置有水流开关16；空气侧换热器4上设置有第三温度传感器17。
[0037] 本实施例中的热泵热水机的控制方法，包括以下步骤：
[0038] 第一，初次上电，压缩机1和电加热器9同时工作，当通过设置在水箱8中部的第二温度传感器13检测到水箱8内的水温达到设定值Tset后，通过水流开关16检测的信号判断用户的用热水需求，如果用户没有用热水需求时，压缩机1和电加热器9停止工作；如果用户有用热水需求时，则压缩机1继续工作，电加热器9停止工作。
[0039] 第二，非初次上电，如果检测到用户有用热水需求时，当通过设置在水箱8中部的第二温度传感器13检测的水箱8内的水温T10≤Tset+ΔT时，压缩机1和电加热器9同时开启工作，5分钟后电加热器9停止工作，压缩机继续工作。
[0040] 当检测到用户没有用热水需求且同时T10＞Tset+ΔT时，压缩机1停止工作；其中，T10为水箱8的水温，ΔT为压缩机1和电加热器9工作的温度回差；ΔT的取值范围为0～5℃。
[0041] 比如，水温的设定值Tset为50℃，温度回差ΔT取为3℃。当压缩机工作后检测到水箱的水温T10达到53℃后，即用户没有用热水需求且同时T10＞Tset+ΔT时，压缩机停止工作。在待机状态，由于散热损失，当水箱温度下降到50-3＝47℃后，压缩机开启工作，以保证水箱内有充足的热水，供使用需求。
[0042] 第三，待机状态，此时用户没有用热水需求，当通过设置在水箱8中部的第二温度传感器13检测的水箱8内的水温T10≤Tset-ΔT时，压缩机1开启工作，直到检测到T10＞Tset+ΔT后压缩机1才停止工作。在待机状态，电加热器9一直不工作。
[0043] 第四，化霜状态，当通过空气侧换热器4上的第三温度传感器17检测到的空气侧换热器4的盘管温度T17累计30分钟小于设定化霜温度Tdefrost，即T17＜Tdefrost后，电加热器9开启工作，10分钟后进入化霜。在上述阶段，压缩机1一直工作。
[0044] 退出化霜一段时间Δτ2分钟后，电加热器9停止工作，压缩机1继续工作；其中，T17为空气侧换热器4的盘管温度，Δτ2为电加热器9延时关闭时间。
[0045] 第五，当设置在水箱内筒811的内腔中的电加热器9工作时，如果通过设置在水箱8的顶部的第一温度传感器10检测到的水温高于85℃时，不管此时是否有电加热器9的开机工作需求，电加热器9都停止工作进入保护状态，以保证水箱8内的水不会气化，保护水箱；如果电加热器9因设置在水箱8的顶部的第一温度传感器10检测到的水温过高而进入保护状态后，随着该第一温度传感器10检测到的水温的降低，当水温低于75℃后可以根据需求开启电加热器9工作。
