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一臺空氣能熱泵熱水器裝置，主要有蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質不斷完成蒸發（吸取環境中的熱量） →壓縮→冷凝（放出熱量）→節流→再蒸發的熱力循環過程，從而將環境里的熱量轉移到水中。
空氣能熱水器是運用熱泵工作原理，吸收空氣中的低能熱量，經過中間介質的熱交換，并壓縮成高溫氣體，通過管道循環系統對水加熱，耗電只有電熱水器的1/4。該新產品既具有太陽能熱水器依賴陽光采熱和安裝不便的缺點。由于空氣能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接觸，沒電熱水器漏電的危險，也沒燃氣熱水器有可能爆炸和中毒的危險，更沒有燃油熱水器排放廢氣造成的空氣污染。
壓縮機從蒸發器中吸入低溫低壓氣態制冷劑，通過做功將制冷劑壓縮成高溫高壓氣體，高溫高壓氣體進入冷凝器與水交換熱量，在冷凝器中被冷凝成液體而放出大量的熱量，水吸收其放出熱量而溫度不斷上升。然后高溫低溫液體經膨脹閥節流降壓后，在蒸發器中通過風扇的作用，吸收周圍空氣中熱量從而蒸發成低溫低壓氣體，又被吸入壓縮機中壓縮,這樣反復循環，從而制取熱水。
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