CN101918766A - 用于产生清洁热水的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及产生清洁热水的设备，其包括其中存有待加热的流体的水箱(1)的水加热器以及用来从居室抽取空气的可控的机械通风系统(2)，可控的机械通风系统(2)与其中流有冷却液流体的热力回路(3)相连，所述热力回路(3)包括用来与抽取的空气进行热交换的蒸发器(4)、压缩机(6)、膨胀机(8)，以及用来与水箱内容纳的流体进行热交换的冷凝器(7)，其特征在于，通风系统装备有用于例如根据湿度测定来调节抽取空气流的装置，压缩机(6)是能够改变冷却液流体流量的变速压缩机。

Description

用于产生清洁热水的设备
本发明涉及一种用于产生清洁热水(eau chaude sanitaire)的设备。
用于产生清洁热水的设备特别用来提供给单独房屋或成群房屋。
由于环境的限制以及能源的高成本因素，需要降低居室内不同设备的消耗。对于为居室提供加热的设备的需要特别通过以下方式显著减低：通过使用新型隔热材料、安装适合的玻璃窗、以及在建筑物的建造过程中减小热桥。
类似地，对用于居室通风的设备的需要通过以下方式大大降低：为了将热量传递给引入气流，通过使用双流通风，可以回收抽取空气流的热量，或者通过使用调节的通风设备，其操作限于实际和功能上的需要(例如居室内的湿度)。
现在可以看到，在“低能耗”类型的家庭中，用来产生清洁热水的设备使用了大多数的能量。
因此，显然需要降低这类设备的能量需求。
为此，公知的是使用产生清洁热水的设备，包括：水加热器以及可控的机械通风系统，所述水加热器包括其中存有待加热流体的水箱，所述可控的机械通风系统用来从居室抽取空气，所述可控的机械通风系统与流有冷却液流体的热力回路相偶联，所述热力回路包括用来与抽取空气进行热交换的蒸发器、压缩机、膨胀机、以及用来与水箱内容纳的流体进行热交换的冷凝器。
这种设备通常被称为“基于抽取空气的热力水加热器”。
经由热力回路和蒸发器和冷凝器形成的热交换器，这种类型的设备可以回收抽取空气的一部分热量，并将其传递给水加热器的水箱内容纳的流体。
为了加热水箱内的水，这种类型的设备需要空气流量基本上恒定且很大。实际上，在空气流量减小的情况下，设备的工作性能变差，并在抽取的空气中出现结冰的危险。
在这种情况下，或者设备被自动停止，并进入所谓的安全状态，或者结冰现象的出现具有损害设备(特别是通风系统)的危险。
因此，这种类型的设备所使用的通风系统必须是恒定流量系统，流量值是确保设备操作的足够的值。这种抽取的空气流在居室内产生显著的热损失。
这种类型的设备的另一缺陷在于只在开始或停止时工作，操作的滞后现象通过用于测量分布的清洁热水温度的温度探头来监测。使得在清洁热水的温度低于预定低值时，启动压缩机，从而加热水箱内的水。在水温超过预定高值时，压缩机停止。
这种操作下压缩机产生非优化的能耗。
本发明的目的在于通过对抽取空气中得到的热能回收进行优化，同时限制设备操作所需的能耗，提供一种用于产生清洁热水的设备，从而克服这些缺陷。
为此，本发明涉及一种前述类型的用于产生清洁热水的设备，其特征在于，通风系统装备有用于例如根据湿度测定来调节抽取空气的流量的装置，并且其中压缩机是能够改变冷却液流体流量的变速压缩机。
以此方式，抽取空气的流量可根据建筑物的通风需要来调整或调节。
另外，变速压缩机(通常称为变频式压缩机)的使用，允许根据可获得的热量来调节冷却液流体的流量，或者能够由抽取空气得到，从而确保设备适当的操作。就这样，为了避免任何结冰现象，例如在抽取空气的流量减小之后，压缩机的速度降低，从而由抽取空气获得的热量也减小。
另外，压缩机速度的调节能够使其无论何时都低速操作，从而大大降低了与压缩机操作相关的能耗。
根据本发明的特征，该设备包括提供抽取空气流量的信息的装置，所述装置与所述压缩机相互作用，从而根据所测空气的流量来调节相应回路内的冷却液流体的流量。
空气流量的测量提供有关可以由抽取空气获取并接着传递到水加热器水箱内容纳的流体的可用能量的直接信息。
有利的是，该设备包括至少一个沿着空气流动的方向定位在蒸发器的下游的抽取空气的温度探头，所述温度探头与所述压缩机相互作用，从而根据所测空气的温度来调节相应回路内的冷却液流体的流量。
抽取空气温度的测量提供有关可以获取的可用能量的间接信息。实际上，由于抽取空气内所含的剩余能量减少，蒸发器下游的抽取空气的温度也进一步降低。
根据本发明的另一可能性，温度探头能够定位在蒸发器的上游。
根据本发明的一个可能性，本发明包括至少一个能够测量水加热器水箱内容纳的流体温度的温度探头，所述温度探头与所述压缩机相互作用，从而根据所测流体的温度来调节相应回路内的冷却液流体的流量。
水箱内流体温度的测量允许得到有关清洁热水储存状态的信息，并可以使得压缩机运行的时间和速度最大化。
优选地，该设备包括多个定位在水箱的不同高度处的温度探头，从而测量所述水箱内容纳的流体的多个层的温度。
根据本发明的特征，用于测量抽取空气流量的所述装置、所述抽取空气的所述温度探头、和/或所述流体的所述温度探头连接到中央控制单元，所述中央控制单元被设计成根据所测空气的流量、所测空气温度和/或所测流体的温度调节所述压缩机的速度。
根据一个实施例，所述冷凝器定位在水加热器的水箱内，从而与水箱内容纳的流体直接进行热交换。
根据另一实施例，该设备包括热交换次回路，在所述次回路中流有冷却液流体，所述次回路经过所述冷凝器，从而与所述冷却液流体进行热交换，所述次回路还包括定位在水加热器水箱内的热交换器，从而与所述水箱内容纳的流体进行热交换。
优选地，次回路的热交换器为螺旋管。
根据本发明的特征，所述可控的机械通风系统包括用来使得抽取空气通过的至少一个通风口，所述抽取空气流量的装置包括用于调节通风口开度的装置。
因此，当需要抽取空气的流量很大时，通风口可以完全打开。为了使得抽取空气和水箱内容纳的待加热流体之间的热交换最大，在热力回路压缩机的操作阶段尤其如此。
有利地，可控的机械通风系统包括至少一个用来使得抽取空气通过的第一通风口、包括至少一个第二通风口的调节抽取空气流的装置、以及用来控制第二通风口打开和闭合的控制装置。
第二通风口起到上述的类似作用。实际上，当希望增加抽取空气流量时，打开第二通风口就足够了。为了改善居住者的舒适性，在夏季增加抽取空气流量也是有用的，以便为家庭的一个房间提供过量通风，特别是在夜间。
反过来，如果要避免过量通风，关闭第二通风口将使得抽取空气流量减小。
为了提高产生清洁热水的设备性能，第二通风口可定位在热源处，例如在冰箱之后。
为了改善居住者的舒适性，第二通风口还可定位在客厅内，以便在夏季和夜间为客厅提供过量通风。
在任何情况下，参考通过非限定实例示出的用于产生清洁热水的设备的两个实施例的示意附图，本发明将从随后的说明书中得到更好理解。
图1是本发明第一实施例的示意图；
图2是本发明第二实施例的与图1相对应的视图；
图3示出第一操作模式的与现有技术相比的设备压缩机所提供的功率基于时间的视图；
图4示出第一操作模式的压缩机的累积能耗基于时间的视图；
图5和6是与图3和4相对应的该设备的第二操作模式的视图。
图1示出根据本发明的用于产生清洁热水的设备的第一实施例。
该设备包括水加热器以及可控的机械通风系统2，所述水加热器包括其中存有待加热流体的水箱1，所述可控的机械通风系统2用来从居室抽取空气。
可控的机械通风系统2装备有用于例如根据湿度测定来调节所抽取空气流量的装置，并与其中流有冷却液流体的热力回路3相偶联。
热力回路3在冷却液流体的流动方向上依次包括：用来与抽取空气5进行热交换的蒸发器4、压缩机6、用来与水箱1内容纳的流体进行热交换的冷凝器7、以及膨胀机8。冷却液流体的流动方向用箭头表示。另外，冷却液流体的状态和压力由标记VBD(低蒸汽压力)、VHP(高蒸汽压力)、LHP(流体高压力)和LBP(流体低压力)来表示。
更具体地，压缩机6是能够调节冷却液流体的流量的变速压缩机。另外，冷凝器7定位在水加热器水箱1内，以便与水箱1内容纳的流体直接进行热交换。
该设备还包括用于测量抽取空气的流量的装置9、沿空气流动的方向定位在蒸发器4的下游的用于抽取空气的温度探头10、以及多个定位在水箱1的不同高度上的温度探头11，所述多个温度探头11能够测量水箱1内容纳的流体的多个层的温度。
用于测量气流的装置9、空气温度探头10和/或流体温度探头11连接到中央控制单元12，所述中央控制单元被设计成根据所测空气的流量、所测空气的温度、和/或所测流体的温度调节压缩机6的速度。
在图2所示的第二实施例中，冷凝器7定位在水箱外。该设备还包括热交换次回路13，所述次回路装备有泵14，并在其中流有冷却液流体。次回路13经过冷凝器7，从而与冷却液流体进行热交换。次回路13还包括定位在热水器水箱1内的螺线管形状的热交换器15，从而与水箱1内容纳的流体进行热交换。
图3的视图包括第一曲线，标记为(1)，表示传统热力水加热器类型的设备的操作，以及第二曲线，标记为(2)，表示根据本发明的设备的操作。
此附图示出抽取空气流量值恒定为Q1的上述设备的操作。
在传统设备的情况下(曲线1)，压缩机在t0和t1之间的时间区间内启动，该设备的定速压缩机功率等于P1。
在根据本发明的设备的情况下(曲线2)，使得可能在较长的时间周期(t0和t2之间)内低速运行压缩机6，从而具有更好的性能。
变速压缩机6所提供的功率P2随后降低。
因此，如同从图3得出的那样，与现有技术所使用的定速压缩机(曲线1)的累积能耗相比，变速压缩机(曲线2)的累积能耗C降低。
图5示出另一种操作模式，其中在t3到t4的时间区间内抽取空气流Q1降低，并在t4到t5的时间区间内等于Q2。这是调节的通风系统的操作模式，其中抽取空气流量是根据需要来调节的。
在传统设备的情况下(曲线1)，当抽取空气流量最大时，设备在t3到t4的时间区间内操作。当抽取空气流量在t4到t5时间区间内减小时，为了不在抽取空气中产生结冰，设备必须停止。因此，如图5所示，压缩机停止工作，并且在此期间水箱内的水不能加热。
相反，在根据本发明设备的情况下(曲线2)，压缩机6可例如在t3到t4时间区间内以全速操作，接着在t4到t5时间区间内以减小的速度操作，从而避免结冰造成的问题。该设备的性能因此增加。另外，以减小的速度操作的压缩机6的能耗同样降低。
因此将注意到根据本发明的设备能够与调整的通风系统3相结合操作。可以回想到这种系统使得可以限制由于热空气抽取造成的热损失，这些损失也可被下述事实限制：根据本发明的设备允许回收来自抽取空气的一部分热量，并且此处不考虑抽取空气流量。
因此，明显的是本发明可以使得抽取空气内的可用热能的回收得以最优化。
根据一个实施例，可控的机械通风系统包括用于使抽取空气通过的一个或多个通风口以及允许调节所述通风口打开的调节装置。
根据另一实施例，可控的机械通风系统包括至少一个用来使得正常操作时的抽取空气通过的第一通风口，以及至少一个第二通风口。被设计成控制第二通风口打开和关闭的控制装置使得可以由抽取空气只通过第一通风口的正常操作状态过渡到空气通过第一和第二通风口抽取的所谓的过量通风状态。
因此，为了改善用户的产生清洁热水的设备的性能，使得可能特别是根据热力回路的操作循环和热力状态来改变抽取空气流量。以此方式，为了优化抽取空气和待加热流体之间的热交换，具有较大的抽取空气流量是有益的。毋庸置疑，本发明不局限于以上通过非限定实例描述的该设备的实施例，相反本发明包括了所有的变型。

Claims (11)

1.用于产生清洁热水的设备，包括：水加热器以及可控的机械通风系统(2)，所述水加热器包括其中存有待加热流体的水箱(1)，所述可控的机械通风系统(2)用来从居室抽取空气(5)，所述可控的机械通风系统(2)与其中流有冷却液流体的热力回路(3)相偶联，所述热力回路(3)包括用来与抽取的空气进行热交换的蒸发器(4)、压缩机(6)、膨胀机(8)，以及用来与所述水箱内容纳的流体进行热交换的冷凝器(7)，其特征在于，所述通风系统装备有用于例如根据湿度测定来调节所抽取空气的流量的装置，并且所述压缩机(6)是能够改变冷却液流体流量的变速压缩机。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其包括提供抽取空气(5)流量的信息的装置(9)，所述装置(9)与所述压缩机(6)相互作用，从而根据所测空气的流量来调节相应回路(3)内的冷却液流体的流量。
3.如权利要求1和2之一所述的设备，其特征在于，其包括至少一个沿着空气流动的方向定位在所述蒸发器(4)的下游的抽取空气(5)的温度探头(10)，所述温度探头(10)与所述压缩机(6)相互作用，从而根据所测空气的温度来调节相应回路(3)内的冷却液流体的流量。
4.如权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，其包括至少一个能够测量所述水加热器的水箱(1)内容纳的流体的温度的温度探头(11)，所述温度探头(11)与所述压缩机(6)相互作用，从而根据所测流体的温度来调节相应回路(3)内的冷却液流体的流量。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，其包括多个定位在所述水箱(1)的不同高度上的温度探头(11)，从而测量所述水箱(1)内容纳的流体的多个层的温度。
6.如权利要求2-4之一所述的设备，其特征在于，用于测量所述抽取空气(5)流量的所述装置(9)、所述抽取空气(5)的所述温度探头(10)、和/或所述流体的所述温度探头(11)连接到中央控制单元(12)，所述中央控制单元被设计成根据所测空气的流量、所测空气的温度和/或所测流体的温度调节所述压缩机(6)的速度。
7.如权利要求1-6之一所述的设备，其特征在于，所述冷凝器(7)定位在水加热器的水箱(1)内，从而与水箱(1)内容纳的流体直接进行热交换。
8.如权利要求1-6之一所述的设备，其特征在于，其包括热交换次回路(13)，在所述次回路中流有冷却液流体，所述次回路经过所述冷凝器(7)，从而与所述冷却液流体进行热交换，所述次回路(13)还包括定位在所述水加热器水箱(1)内的热交换器(15)，从而与所述水箱(1)内容纳的流体进行热交换。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述次回路(13)的热交换器为螺旋管(15)。
10.如权利要求1-9之一所述的设备，其特征在于，所述可控的机械通风系统包括用来使得抽取空气通过的至少一个通风口，所述调节抽取空气流量的装置包括用于调节通风口开度的装置。
11.如权利要求1-10之一所述的设备，其特征在于，所述可控的机械通风系统包括至少一个用来使得抽取空气通过的第一通风口，以及调节抽取空气流量的装置，所述调节抽取空气流量的装置包括至少一个第二通风口和设计成控制第二通风口打开和关闭的控制装置。
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