[0001] 本发明涉及一种热水器，尤其是以混合物为工质、能够提供开水或高温热水的大温跨回热循环热泵热水器，属加热装置技术领域。

[0002] 90℃以上的高温热水在企事业单位、酒店、车站、机场、工厂、医院、部队、学校等公共场合具有广泛的需求。电加热是上述场合获得高温热水的主要手段，其原理是直接利用高品位电能转化为热能给水加热，由于存在漏热损失，其实际效率小于1。直接利用电加热获得高温热水会消耗大量电能。以普遍采用的9千瓦热水器为例，按照一天电热开水器加热时间4小时计算，单台全年耗电达13000度。据产业经济研究院提供的统计数据显示，2013年我国电热水器销售额达到60亿元，按均价1500折算为9千瓦热水器，则销量达到400万台，一年新增耗电520亿度，超过半个三峡水电站的发电量。若按照我国常规火电厂每度电排放二氧化碳(CO2)约0.9千克计算，可导致新增4680万吨CO2温室气体的排放。

[0003] 热泵是一种高效的制热方式，其制热效率(COP)一般大于1。按照前述热水需求量，采用高温热泵代替电热开水器，即使高温热泵的制热COP按2.0保守计算，每年可节省电能260亿度，相当于减少CO2排放2340万吨。因此，开发高温热泵热水器，提高高温热水生产效率，对我国实现节能减排战略具有重要意义。

[0004] 当前市场上常规空气源热泵热水器出水温度受压缩机工况限制，仅为55℃，多作为厨卫生活热水用。此类空气源热泵热水器目前技术相对成熟，市场上已经有规模销售的产品。从环境温度制取90℃以上的高温热水，是常规空气源热泵热水器难以实现的。采取跨临界CO2循环的热泵系统是目前市场上唯一实现90℃出水温度的空气源热泵产品，但也主要集中在部分发达国家，例如日本，国内市场上尚不多见此类产品。虽然CO2是一种自然工质，但其常压沸点低，在开水工况下将处于超临界状态，为达到较高的制热效率，其运行高压要达到10MPa以上，需要专门设计制造的CO2压缩机，而热泵系统的其他部件也要进行高压设计，技术成本投入巨大，同时高压也带来了不可忽视的安全问题。

[0022] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

[0023] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0024] 实施例A

[0025] 请参阅图1，为本发明一较佳实施例提供的循环回热高温热泵热水器结构示意图，包括：制冷剂循环回路和热水加热回路。

[0026] 所述制冷剂循环回路包括由压缩机单元(CU)110、热水换热器(HX1)120、回热换热器(HX2)130、节流元件(V3)140、蒸发器(HX3)150、第一截止阀(V1)160、第二截止阀(V2)170组成的回路。

[0027] 所述压缩机单元(CU)110的高压出口经所述第二截止阀(V2)170连接所述热水换热器(HX1)120的制冷剂侧入口，所述热水换热器(HX1)120的制冷剂侧出口连接所述回热换热器(HX2)130的高压制冷剂侧入口，所述回热换热器(HX2)130的高压制冷剂侧出口连接所述节流元件(V3)140的入口，所述节流元件(V3)140的出口连接所述蒸发器(HX3)150的入
口，所述蒸发器(HX3)150的出口连接所述回热换热器(HX2)130的低压制冷剂侧入口，所述回热换热器(HX2)130的低压制冷剂侧出口134连接所述压缩机单元(CU)110的低压回气管
路以形成回路；

[0028] 所述压缩机单元(CU)110的高压出口还经所述第一截止阀(V1)160连接所述节流元件(V3)140的入口，所述节流元件(V3)140的出口连接所述蒸发器(HX3)150的入口，所述蒸发器(HX3)150的出口连接所述回热换热器(HX2)130的低压制冷剂侧入口，所述回热换热器(HX2)130的低压制冷剂侧出口连接所述压缩机单元(CU)110的低压回气管路以形成回
路；

[0029] 所述热水加热回路包括由所述回热换热器(HX2)130和热水换热器(HX1)120组成的回路，冷水经所述回热换热器(HX2)130预热然后进入所述热水换热器(HX1)120充分换热后流出。

[0030] 优选地，所述第一截止阀(V1)160和第二截止阀(V2)170的开闭可通过自动控制实现。

[0031] 所述制冷剂包括乙烷、丙烷、顺式1,3,3,3-四氟丙烯和异戊烷。

[0032] 可以理解，通过选择合适沸点的制冷剂组元，并优化组元浓度配比，结合非共沸混合工质定压相变时的大温跨温度滑移特性，获得更好的热容匹配，可使热泵机组高效实现高温制热的目的，在环境温度为25℃时，将15℃水加热至饱和热水(约100℃)的泵热COP可达3以上，而此时压缩机单元(CU)110工况与常规空调工况相当，因此可采取普通的全封闭油润滑单级空调压缩机实现。

[0033] 实施例B

[0034] 本发明另一较佳实施例提供的循环回热高温热泵热水器的加热方法，包括：在无冷水注入，单纯进行保温加热状态时：启动所述压缩机单元(CU)110，关闭第二截止阀(V2)170，打开第一截止阀(V1)160，制冷剂通过节流元件(V3)140进行节流，并在蒸发器(HX3)
150中蒸发，吸热后返回至所述压缩机单元(CU)110，快速提升排气温度，从而充分利用压缩机冷凝热，在冷水进入水箱前就已加热到一定温度，回收了热量，减少了在水箱内的加热负荷，提高了压缩机单元的排气温度，可用于生产高温热水甚至开水；在温度达到开水温度后，打开第二截止阀(V2)170，关闭第一截止阀(V1)160，从所述压缩机单元(CU)110高压出口排出的高温工质进入热水换热器(HX1)120给水加热或保温，然后进入回热换热器(HX2)
130换热后进入节流元件(V3)140，节流后在蒸发器(HX3)150蒸发吸热，再次进入回热换热器(HX2)130形成回热吸收部分工质的冷凝热，所述高温工质温度进一步升高，并回到压缩机单元(CU)110完成一个工作循环；

[0035] 在注入冷水时，启动所述压缩机单元，打开所述第二截止阀，关闭所述第一截止阀，从所述压缩机单元高压出口排出的高温工质进入所述热水换热器给水加热或保温，然后进入所述回热换热器预热新注入冷水，换热后进入所述节流元件，节流后在所述蒸发器蒸发吸热，再次进入所述回热换热器形成回热吸收部分工质的冷凝热，所述高温工质温度进一步升高，并回到所述压缩机单元完成一个工作循环，上述方案提供的热泵热水器的加热方法，在保温加热状态和注入冷水的工作状态进行切换，从而有效利用混合工质大温跨特性，水箱及换热器中的换热温差保持在较小的范围内，相比纯工质大幅减少了不可逆损失，提高了系统效率。

[0036] 优选地，所述制冷剂包括乙烯、1,1-二氟乙烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷和正己烷。

[0037] 可以理解，通过选择合适沸点的制冷剂组元，并优化组元浓度配比，结合非共沸混合工质定压相变时的大温跨温度滑移特性，获得更好的热容匹配，可使热泵机组高效实现高温制热的目的，在环境温度为25℃时，将15℃水加热至饱和热水(约100℃)的泵热COP可达3以上，而此时压缩机单元(CU)110工况与常规空调工况相当，因此可采取普通的全封闭油润滑单级空调压缩机实现。

[0038] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。