CN100494806C - 热泵式热水供给设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种紧凑且适用的热泵热水供给设备，在此热泵热水供给设备中，主体单元(1)为由下述部分结合成一体构成：由压缩机(2)、散热器(3)、散热器(4)、减压装置(5)和蒸发器(6)连接而成的制冷剂循环；向蒸发器(6)送风的鼓风机(8)；使供应热水的水和制冷剂之间进行热交换的热交换器(9)，该热交换器(9)与散热器(3)协同运行使水变成温水；将水供应到供应热水的水-冷媒热交换器(9)的热水供应环流水泵(15)；使洗浴水热量保持/附加加热的水与制冷剂之间进行热交换的热交换器(17)，该热交换器(17)还可与散热器(4)协同运行使洗浴用热水温度升高；使洗浴用热水循环的洗浴水环流泵(18)；及储存温水的热水储存罐(10)。在主体单元(1)中，在与热水储存罐(10)面对的外盖后表面(40)处设有突出部分(40a)。

Description

热泵式热水供给设备

技术领域

本发明涉及一种热泵式热水锅炉。

背景技术

现有技术中使用的热水锅炉利用燃气或石油作为它的燃料，其燃烧热对民用水进行加热。这种热水锅炉的优点是加热速度快，但却存在以下问题：必不可少地需供应如燃气或石油之类的燃料；燃烧后排放出的废气将污染大气层；燃烧常常不稳定；并且燃烧产生噪音。特别是整体电气化的住宅或公寓逐年增加并且用电能作为总能量源，没有供应这类燃料的途径。因此，目前的实际情况是不能使用这类热水锅炉的情况越来越普遍。

因此，人们开发出了带有热水储存罐的储备型热泵热水锅炉。由于这种热泵热水锅炉能够解决燃烧型热水锅炉中存在的问题并且具有许多优点：如能方便地安装于整体电气化的住宅和公寓中而不要任何新的公共设施；这种热水锅炉为热泵型且具有高的热效率以保持相对于输入为三倍或更高的加热能力；并且这种热水锅炉通过使用后半夜廉价的电力来运行将热水储备在储存罐中从而能够降低运行费用，这种热泵热水锅炉逐渐被广泛应用。

但是，近年来基于住房问题，由于安装空间不够，越来越多的需求者不得不对这种热泵热水锅炉的安装感到失望。

针对这些需求者也已开发出了一种热水锅炉，由于将热泵单元和热水储存罐单元构成为一体，可将这种热水锅炉安装在狭窄的空间内。

如非专利文件1中公开的那样，热泵热水锅炉(日立公司的RHK-23BAV)作为这种热水锅炉的示例。

图4是这种热泵热水锅炉的回路结构示意图，图5是图4所示的热泵热水锅炉的结构示意图。

图4中示出的热泵热水锅炉包括：冷媒循环，其由压缩机120和121、水-冷媒热交换器122和123、减压阀124和125、蒸发器126和127及风机128和129组成；及热水供应循环，其包括通过管道连接的热水储存罐130、混合阀131、电磁阀132、热水供应环流水泵133和洗浴保温/加热环流水泵134。在冷媒循环中产生热水并将此热水直接供应到水龙头135和浴缸136，并从热水回路供应储备的热水。此外，如图5所示，这种热泵热水锅炉被构成为在一个单元内一体地容纳冷媒循环和热水供应循环。

另一方面，在专利文件1中公开的热泵热水锅炉中，冷媒单元被布置在热水储备单元上方，因此可在狭窄的空间内安装所述结构。

图6是这种热泵热水锅炉结构的示意图。

非专利文件1：Refrigeration，Edition of March，2004，Vol.79，No.917，pp.23-28.

专利文件1：JP-A-58-158448

发明内容

本发明要解决的问题

但是，如在非专利文件1中所公开的那样，这种热泵热水锅炉被构成为一体形式，其中冷媒循环和热水供应循环被整体地装配在一个单元内，由于其包括大尺寸的冷媒循环部分和储存罐单元部分，其尺寸非常庞大。同时，当冷媒循环出现故障时不能在现场去除冷媒。而不得不将与热水储存罐成一体的锅炉整体地送回到厂家，因此其可维修性非常差。

另外，很难将这样庞大尺寸的设备安装于走廊或公寓之类的地方，因此不能始终体现这种整体型的优点。

另一方面，如专利文件1中所公开的那样，在这种热泵热水锅炉中，通过将致冷循环布置在热水储存罐上方可减小安装面积。但是，当致冷循环部分出现故障时不能就地对热泵热水锅炉进行修理。也需要将带有热水储存罐的热水锅炉整体送回工厂。

本发明旨在解决这些问题，本发明的目的在于通过将部件优化布置于热水锅炉内侧来减小热水锅炉主体的尺寸，借此加大安装空间的可选择性，并改善安装和维修性能。

解决问题的方案

根据本发明权利要求1所述，提供一种具有一体的壳体(housing)的热泵热水锅炉，其包括使冷媒循环的冷媒循环回路、与冷媒循环回路的散热器进行热交换的水-冷媒热交换器、及用于储备已加热的热水的热水储存罐。

根据本发明权利要求2所述，提供一种具有一体的壳体的热泵热水锅炉，其包括由连接压缩机、散热器、减压装置和蒸发器连接而成使冷媒循环的闭合回路的冷媒循环回路；向所述蒸发器送风的鼓风机；与散热器进行热交换的水-冷媒热交换器；与水-冷媒热交换器相连、用于供应民用水的进水口管路；及被连接成用于将已加热的热水供应到如水龙头或莲蓬头之类的热水末端的热水管路。本热泵热水锅炉的特征在于所述壳体的被布置成与所述蒸发器吸入表面齐平的一部分包括扩张部分。

根据本发明的权利要求3，如权利要求2所述的热泵热水锅炉的特征在于所述扩张部分具有调整到尺寸最小或小到不损害蒸发器的热交换性能的延伸尺寸。

根据本发明的权利要求4，如权利要求2或3所述的热泵热水锅炉的特征在于所述热水储存罐被布置成面对形成在所述壳体一部分处的扩张部分。

根据本发明的权利要求5，如权利要求4所述的热泵热水锅炉的特征在于所述扩张部分的轮廓与所述热水储存罐的轮廓基本相同。

根据本发明的权利要求6，如权利要求4或5所述的热泵热水锅炉的特征在于在扩张部分与热水储存罐之间加入隔热体。

根据本发明的权利要求7，如权利要求1至6中任一项所述的热泵热水锅炉的特征在于用二氧化碳作为冷媒。

本发明的优点

根据本发明，此具有一体的壳体的热泵热水锅炉包括由连接压缩机、散热器、减压装置和蒸发器而构成的使冷媒循环的闭合回路的冷媒循环回路；将风送到蒸发器的鼓风机；与散热器进行热交换的水-冷媒热交换器；与水-冷媒热交换器连接、用于供应民用水的进水口管路；及被连接成用于向如水龙头或莲蓬头之类的热水末端供应已加热的热水的热水管路。与所述蒸发器的吸入表面齐平的壳体部分设有扩张部分，致使可扩大用于将一些部件配置于热水锅炉内侧的空间。由于蒸发器或冷媒单元中的所述部件与热水锅炉外侧的大气进行热交换，在背面的蒸发器吸入表面及所述热水锅炉的侧面必须保留用于维持鼓风机通风的预定空间，使得当所述热水锅炉被安装时吸入面必定与所述壁面保持离开一段距离。所述壳体的一部分被扩大到空间部分不影响通风性能的范围内，借此加大锅炉的内侧空间。通过形成扩张部分，虽然与相关的热水锅炉相比安装时需要的体积相同，但可加大主体中的部件容纳空间(parts housing space)，因此，在具有较好的安装和维修性能的前提下本热泵热水锅炉更紧凑。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的热泵热水锅炉回路结构图；

图2的前正视图示出了图1所示的热泵热水锅炉的内侧；

图3的俯视图示出了图1所示的热泵热水锅炉的内侧；

图4为现有的热泵热水锅炉的回路结构图；

图5的前正视图示出了现有的热泵热水锅炉(或热泵单元)的内侧；

图6的俯视图示出了现有的热泵热水锅炉(或热泵单元)的内侧。

附图标记说明

1 主体单元

2 压缩机

3 散热器(供应热水的水-冷媒热交换器)

4 散热器(洗浴保温/加热的水-冷媒热交换器)

5 减压装置

6 蒸发器

7 冷媒循环回路

8 鼓风机

9 供应热水的水-冷媒热交换器

10 热水储存罐

11 进水口管路

12 水龙头(热水供应末端)

15 热水供应环流水泵

17 洗浴升温/加热的水-冷媒热交换器

18 洗浴水环流泵

40a 套壳扩张部分

具体实施方式

本发明实施方式的第一模式的热泵热水锅炉的特征在于具有呈一体的壳体，该热泵热水锅炉包括用于使冷媒循环的冷媒循环回路；用于与冷媒循环回路的散热器进行热交换的水-冷媒热交换器；及用于储存被加热的热水的热水储存罐。

本发明实施方式的第二模式的热泵热水锅炉具有呈一体的壳体，该热泵热水锅炉包括冷媒循环回路，该回路由压缩机、散热器、减压装置和蒸发器连接成闭合回路，借此使冷媒循环；将风送到蒸发器的鼓风机；用于与散热器进行热交换的水-冷媒热交换器；与水-冷媒热交换器连接、用于供应民用水的进水口管路；及被连接成用于将已加热的热水供应到如水龙头或莲蓬头之类的热水末端的热水管路；其中被布置在与蒸发器的吸入表面齐平的壳体的一部分包括扩张部分。结果，可加大主体内的所述部件容纳空间，在具有较好的安装和维修性能的前提下热泵热水锅炉更紧凑。

在本发明实施方式的第二模式的热泵热水锅炉中，根据本发明的第三模式，将该扩张部分的延伸尺寸调整到尺寸最小或小到不损害蒸发器的热交换性能。虽然安装时需要的体积与相关热水锅炉的体积相等，但可加大主体中的部件容纳空间，使得在具有较好的安装和维修性能的前提下热泵热水锅炉更紧凑。

在本发明实施方式的第一到第三模式的热泵热水锅炉中，根据本发明的第四模式，将热水储存罐配置成面对形成在壳体部分处的扩张部分。结果，借助于延伸尺寸热水储存罐可以向后移，可加大主体内的部件容纳空间，致使在具有较好的安装和维修性能的前提下所述热泵热水锅炉更紧凑。

在本发明实施方式的第一到第四模式的热泵热水锅炉中，根据本发明的第五模式，所述扩张部分具有与热水储存罐基本相同的轮廓。结果，即使在运输时或在安装时在热水锅炉上施加有横向负荷，可将所述罐的运动减至最小，从而可防止所述护套(jacket)被撞凹或被损害，使热泵热水锅炉能更好地工作。

在本发明实施方式的第一到第五模式的热泵热水锅炉中，根据本发明的第六模式，在所述扩张部分和热水储存罐之间加入隔热体。因此，即使运输时或安装时在热水锅炉上施加有横向负荷，所述隔热体可起振动吸收器的作用，以防止护套被撞凹或被损害，使热泵热水锅炉能够更好地工作。

在本发明实施方式的第一到第六模式的热泵热水锅炉中，根据本发明的第七模式，用二氧化碳作为冷媒。根据实施方式的该模式，在供应热水时能够提高热效率。同时，即使冷媒泄漏到外部，这种冷媒对全球变暖的影响远低于用于普通空调器所使用的R-401A冷媒，因此这种热泵热水锅炉有利于环保且可极好地反复循环。

实例1

下面参考附图对本发明一实施方式进行描述。这里，应认为本实施方式不是对本发明的限制。

图1为本发明的第一实施方式的热泵热水锅炉的回路结构图。

该实施方式的热泵热水锅炉被构成为将冷媒循环和热水供应循环一体地容纳于主体单元1中。通过冷媒管路7将配置在主体单元1内的立式压缩机2、起散热器作用的供应水的水-冷媒热交换器3、也起热交换器作用的与所述供应水的水-冷媒热交换器3串联的洗浴温水-冷媒热交换器4、由例如电膨胀阀构成的减压装置5、及由L形气动热交换器构成的蒸发器6连接而构成所述冷媒循环。还设有鼓风机8用于将风送到蒸发器6以提高蒸发力。

另一方面，热水供应循环被构成为包括：供应热水的水-冷媒热交换器9(例如，与散热器3结合为一体的套管结构的热交换器)以与散热器3进行热交换，将民用水变为热水；热水储存罐10，用于储备借助于供应热水的水-冷媒热交换器9获得的热水；进水口管路11，用于将民用水引入到热水储存罐10和供应热水的水-冷媒热交换器9；热水供应管路14，用于从热水储存罐10或供应热水的热交换器9将热水供应到如水龙头12或浴缸13之类的末端；热水供应环流水泵15，用于将低温的水供入热水储存罐10中；洗浴加热管路16，用于循环和升温浴缸中的温水，因此对存放在浴缸13中的热水进行保温和附加加热；洗浴保温/加热的水-冷媒热交换器17(例如与散热器4结合为一体的套管结构的热交换器)，用于加热与洗浴加热管路16连接的浴缸中的热水；及洗浴水环流泵18，用于使浴缸中的热水循环。

下面进一步说明水供应循环。

罐入口管路19将来自进水口管路11的民用水供应到热水储存罐10中，该罐入口管路的中间设有罐入口逆止阀20。民用水供应管路21将来自进水口管路11的民用水直接供应到热水水-冷媒热交换器9，该民用水供给管路上设有逆止阀22。驱动热水供应环流水泵15时，热交换器水供应管路23将储存在热水储存罐10中的冷水从热水储存罐10供到供应热水的水-冷媒热交换器9中。热水储存管路24将由供应热水的水-冷媒热交换器9升温的民用水供到热水储存罐10或供应混合阀25，该热水储存管路具有在中间设有热水储存电磁阀26的热水储存罐侧管路24a和在中间设置逆止阀A27的供应混合阀侧管路24b。

另一方面，罐热水供应管路28将来自热水储存罐10的热水(通常为60℃到90℃)供到供应混合阀25。供应混合阀25将来自热水储存管路24(或它的供应混合阀侧管路24b)和来自罐热水供应管路28的热水或水混合。逆止阀A27被设置在供应混合阀25的上游。而且，热水混合阀29将流过供应混合阀25的热水与由进水口管路11供应的民用水混合，以向水龙头12供应温度合适的热水。防止回流的逆止阀B29b被设置在热水混合阀29和进水口管路11之间。此外，通过热水供应管路50和热水供应管路14将由热水混合阀29调节到最佳温度的热水加入水龙头12或浴缸13中。

另一方面，进水口流量计34是用于测量进水口流速的测量计，供应流量计35是测量供应流速的测量计。利用排水阀36将罐中的水排出以防止在寒冷地区长时间不连续使用的情况下冻结。控制阀37控制进水口流速。

更进一步描述洗浴保温/加热循环。如从压缩机的角度观察，洗浴保温/加热水-冷媒热交换器4被配置在供应热水的水-冷媒热交换器3的下游侧，被串联连接在致冷循环中。附图标记38表示洗浴进水口管路，用于当洗浴水环流泵18被驱动时引导来自浴缸13的热水。从洗浴进水口管路38被引入的浴池的热水被由洗浴保温/加热水-冷媒热交换器17加热并再次通过洗浴加热管路16返回到浴缸13，因此完成保持在恒定温度洗浴的保温运行及在不增加浴缸中热水量的情况下升高洗浴温度的加热运行。

此外，控制部件39是用于检测冷媒循环的高压侧的冷媒温度的装置，以判断冷媒循环温度水平的升高状态，因而控制供应混合阀25或热水混合阀29的开度。

下面，参考图2和图3描述一体地容纳于主体单元1内的冷媒循环和热水供应循环的各元件的布置和结构。

图2的前正视图示出了图1所示的热泵热水锅炉的内侧，它是垂直剖切并从前面观察的主体单元1的透视图。

在主体单元1中，设有立式压缩机2、散热器3(或供应热水的水-冷媒热交换器9)、制造得比散热器3(或供应热水的水-冷媒热交换器9)小并设置在其上方的散热器4(或洗浴保温/加热水-冷媒热交换器17)、蒸发器6、鼓风机8、热水供应环流水泵15和洗浴水环流泵18。另外，热水储存罐10被配置在蒸发器6和压缩机2的右侧(即，主体单元1的另一侧)。再者，进水口管路11和热水供应管路14被设置在热水储存罐10的前面。所有这些部件被集成一体并被容纳在主体单元1内。

图3的俯视图示出了图1所示的热泵热水锅炉的内侧，它是水平剖切主体单元1并从上方观察的透视图。

蒸发器6和鼓风机8被设置在主体单元1的左侧，而热水储存罐10被配置在右侧。面对热水储存罐10的后护套40被设置在它的具有与热水储存罐10的轮廓基本相同的轮廓的扩张部分40a的部分处。在热水储存罐10和护套扩张部分40a之间的空间部分中装有隔热体40b，使得其能具有振动吸收器的功能，因此在运输主体时，可保持热水储存罐10的安全性。

通过形成扩张部分40a，可加大主体中的部件容纳空间，致使在具有较好的安装和维修性能的前提下热泵热水锅炉更紧凑。

此外，扩张部分40a保持预定的空间以防止当主体单元1被整体安置时蒸发器6被安装得与如壁面之类的障碍物紧密接触。该扩张部分40a的延伸尺寸被设定为最小的尺寸或小到不损害蒸发器6的热交换性能。

下面将参考这些附图进一步描述热泵热水锅炉的运转。

驱动压缩机2时，被压缩到高压并被排出的冷媒被供入散热器3(或供应热水的水-冷媒热交换器9)，于是通过与经过民用水供应管路21供入的民用水进行热交换将热量散出。结果，流经热水储存管路24和供应混合阀25的民用水被加热到高的温度。从散热器3(或供应热水的水-冷媒热交换器9)流出的冷媒由减压装置5减压并膨胀，然后送入蒸发器6中，在该蒸发器中，冷媒与由鼓风机8送入的空气进行热交换，使得冷媒通过蒸发器6时被气化蒸发。被气化的冷媒被再次吸入压缩机2内以再次重复压缩过程，因此将逐步被加热的民用水经热水供应管路50、热水供应管路14和水龙头12，供到浴缸13内。

此时，冷媒循环使温升滞后且使快速升温性能变差。这种滞后的升温由热水储存罐10来补偿。在冷媒循环升温之前确立预定热水供应温度，通过供应混和阀25使已流过罐热水供应管路28的热水与已流过供应热水的水-冷媒热交换器9的并且还是冷的水(或者具有温度逐渐升高到高水平的水)混合，并且由热水混合阀29进一步与已流过进水口管路11的民用水混合，因而可供应具有用户所期望的温度的热水。

接下来，当冷媒循环回路温度升高时，供应混合阀25的开度被调整到使来自热水储存罐10的热水和来自散热器3(或供应热水的水-冷媒热交换器9)的温水混合到合适的温度。于是，被混合的热水通过热水供应混合阀29进一步与已流过进水口管路11的民用水混合，以供应这种混合水。

最后，不是来自热水储存罐10已流过罐热水供应管路28的热水而是通过冷媒循环的供应热水的水-冷媒热交换器9加热的已流过民用水供应管路21的民用水而获得的热水通过热水供应混合阀29与已流过进水口管路11的民用水混合，而供应具有预定温度的热水。简而言之，控制部件39控制冷媒循环的升温情况，以调节供应混合阀25和热水供应混合阀29的开度，并将具有预定温度的热水供到热水供应末端。

当使用者关闭水龙头12或当浴缸13有适量的热水而需要再供应热水时，可驱动热水供应环流水泵15，并开启热水储存电磁阀26以实现热水储存运行，其中热水储存罐10被供以热水用于下一次热水供应运行。

因此，响应冷媒的温升情况，或者可将储存在热水储存罐10内的热水供应到热水供应末端，或者可将在供应热水的水-冷媒热交换器9中被加热的但未通过热水储存罐10的热水直接供应热水供应末端。因此，根据本实施方式，能够获得实时的热水供应，以便在使用者需要时能快速供应热水，因而可提供高度实用的热泵热水锅炉。换句话说，通过保持这种快速热水供应，可将热水储存罐10的容量制造成小于热水储存型热泵热水热水锅炉中的罐的容量，因而能明显改善安装性，降低费用并提高可使用性。

流过热水储存管路24和供应混合阀25的民用水被加热到高温。流出散热器3(或供应热水的水-冷媒热交换器9)的冷媒通过减压装置5被减压并被膨胀然后被送入蒸发器6，其中，在冷媒通过蒸发器6的同时，冷媒与由鼓风机8送入的空气进行热交换被气化而蒸发。被气化的冷媒被再次吸入到压缩机2内以再次重复压缩过程，于是逐渐被加热的民用水通过热水供应管路50、热水供应管路14和水龙头12被供到浴缸13。

当水温下降时，进行保温运行或加热运行。在保温运行中检测到浴缸13的热水温度下降时，洗浴水环流泵18动作以将浴缸13中的热水供入散热器4(或洗浴保温/加热水-冷媒热交换器17)。当压缩机2运行时，被压缩到高压并被排出的冷媒被供入到散热器4(或洗浴保温/加热水-冷媒热交换器17)，并与已流过洗浴水环流泵18的浴缸13的热水进行热交换，因而冷媒散发出热量。结果，借助于加热热水和使热水流过洗浴加热管路16返回到浴缸13完成保温运行。当浴缸13中的热水温度急剧下降而希望不加入热水但升高温度时，则进行加热运行。在加热运行中，洗浴水环流泵18也运转将浴缸13中的热水供入散热器4(或洗浴保温/加热水-冷媒热交换器17)。当压缩机2运行时，被压缩到高压并被排出的冷媒被供入散热器4(或洗浴保温/加热水-冷媒热交换器17)，并与已流过洗浴水环流泵18的浴缸13的热水进行热交换，于是冷媒散发出热量。结果，借助于加热热水和使热水流过洗浴加热管路16返回到浴缸13完成加热运行。

另一方面，本实施方式所使用的热泵热水锅炉采用二氧化碳作为冷媒。结果，冷媒循环回路为超临界的回路，在这种超临界回路中冷媒压力为临界压力或高于临界压力，而且该回路被构成为使得流过冷媒-水热交换器的水流动通道的水被升高到临界压力或更高压力的冷媒加热。流过冷媒-水热交换器的散热器的冷媒由压缩机加压到临界压力或更高压力，致使即使由冷媒-水热交换器的水通道中的水流使其热量损失到低温，冷媒也不会冷凝，但是在整个冷媒-水热交换器的冷媒和水之间很容易形成温差，因此，可以高热交换效率提供热水。此外，由于冷媒是二氧化碳，即使其泄漏到外侧，其对全球变暖的影响比普通空调器使用的冷媒R-410A要小得多，因此可提供有利于环保的热泵热水锅炉。

上面已结合实施方式的具体模式对本发明进行了描述。显然，对本领域技术人员来说，在不超出本发明的构思和范围的前提下可以作出各种改型和变换。

本专利申请以于2004年9月16日提交的日本专利申请第2004-269611号为基础，该申请的内容作为参考被结合于本申请中。

工业实用性

因此，将本发明应用到热泵热水锅炉中以便在热泵循环中使水汽化并且供应热水，本发明适用于家用瞬时型热水锅炉(instantaneous water boiler)或商用热水供应器。

Claims (6)

1.具有整体壳体的热泵热水锅炉，包括：

冷媒循环回路，其包括由压缩机、散热器、减压装置和蒸发器连接而成以使冷媒循环的闭合回路；

用于向所述蒸发器送风的鼓风机；

用于与所述散热器进行热交换的水-冷媒热交换器；

连接到所述水-冷媒热交换器、用于供应民用水的进水口管路；及

热水管路，其被连接到热水末端用于供应已加热的热水，

其中，所述壳体与所述蒸发器吸入面齐平的部分包括扩张部分。

2.如权利要求1所述的热泵热水锅炉，其中，所述扩张部分具有被调整为最小尺寸或小到不损害所述蒸发器的热交换性能的延伸尺寸。

3.如权利要求1或2所述的热泵热水锅炉，其中，所述热泵热水锅炉还包括用于储存被加热的热水的热水储存罐，所述热水储存罐被布置成面对形成在所述壳体的一部分处的扩张部分。

4.如权利要求3所述的热泵热水锅炉，其中，所述扩张部分的轮廓与所述热水储存罐的轮廓基本相同。

5.如权利要求3所述的热泵热水锅炉，其中，在所述扩张部分和所述热水储存罐之间加入隔热体。

6.如权利要求1至2中任一项所述的热泵热水锅炉，其中，用二氧化碳作为所述冷媒。

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