CN102645022B - 一种节能型多温段开水炉 - Google Patents

一种节能型多温段开水炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于节能设备及能源节约技术领域的一种节能型多温段开水炉，所述节能型多温段开水炉包含热泵机组，开水器，高温开水、中温开水、常温开水及冷开水四种水箱，高温、中温及低温三种水-水换热器、回热器和水质处理装置；具有三种结构的节能型多温段开水炉。在供应饮用开水的开水炉系统中添加热泵机组，采用能源梯级利用原理，通过回收从高温开水转变为中高温开水、常温开水、低温开水过程的热量，对自来水进行梯级加热升温，从而大幅度降低开水炉的能源消耗，并且能够提供多温度段的开水，可用于医院、高校、政府办公楼、写字楼、宾馆等场所。

Description

一种节能型多温段开水炉
技术领域
本发明属于节能设备及能源节约技术领域，特别涉及一种节能型多温段开水炉。该节能型多温段开水炉不仅能够大幅度降低开水炉的能源消耗，并且能够提供多温度段的开水，可用于医院、高校、政府办公楼、写字楼、宾馆等场所。
背景技术
常规的开水炉将自来水从16℃左右加热至100℃左右，且只能供应高温开水。而饮水者一般等温度降至40℃左右的时候才开始饮用。由此可见，高温开水在冷却降温过程中释放出的大量热量被白白浪费掉，同时也会少量的开水因蒸发而散失。同时，研究表明，过高温度的开水炮制红茶、绿茶等茶叶将损害其中的营养成分。对于炎热的夏季，部分饮水者偏爱饮用常温开水和低温开水。由此可见，开水饮用温度的需求也出现了多样化，即不同的人群，不同的用途而同时需要高温开水、中高温开水、常温开水和低温开水。据公共建筑能耗调研知，开水炉的能耗在公共建筑能耗中的比例较大，是公共建筑节能的重要组成部分。因此，在满足饮用开水温度多样化需求的前提下，如何节省开水炉能耗是目前开水炉亟待解决的节能技术。
发明内容
本发明的目的是鉴于上述对饮用开水的不同温度的需求，并根据能源梯级利用原理，提出了一种节能型多温段开水炉，其特征在于，所述节能型多温段开水炉包含热泵机组，开水器，高温开水、中温开水、常温开水及冷开水四种水箱，高温、中温及低温三种水-水换热器和水质处理装置，构成具有三种结构的节能型多温段开水炉；
所述第一种节能型多温段开水炉结构是在自来水进口和低温水-水换热器WEX1上通道之间连接V1阀门与水质处理装置，V2阀门并联在V1阀门与水质处理装置的两端，低温水-水换热器WEX1上通道再串联中温水-水换热器WEX2下通道、高温水-水换热器WEX3上通道、开水器和高温开水箱，高温开水箱设置高温开水出口；低温水-水换热器WEX1下通道分别通过常温开水箱连接至常温开水出口和通过冷开水箱连接至冷开水出口；高温开水箱、高温水-水换热器WEX3下通道连接至中高温开水箱，中高温开水箱的一路输出连接中高温开水出口；中高温开水箱的另外一路输出连接中温水-水换热器WEX2上通道，并通过常温开水箱的一路连接至常温开水出口；
所述热泵机组是由压缩机、冷凝器C、V3节流阀门、回热器下通道、蒸发器E、回热器上通道串联成的闭合回路；
所述开水器有电开水器和燃气开水器两种类型。
所述水质处理装置为RO膜过滤器或纯净水制备装置。
所述高温开水、中高温开水、常温开水和冷开水的温度范围各是85～100℃、70～85℃、55～65℃和14～30℃。
所述水质处理装置根据自来水水质情况，在自来水进入开水炉系统前加设或不加设。
所述热泵机组中的冷凝器C以沉浸方式布置在常温开水箱下部。
所述热泵机组中的蒸发器E以沉浸方式布置在低温开水箱上部。
所述热泵机组中，来自蒸发器E的热泵工质，进入压缩机被压缩升压后，进入放置在常温开水箱中的冷凝器C放热而被凝结成液态工质后，再经过回热器被来自蒸发器的低温工质蒸气冷却降温后，经V3节流装置降压节流后，进入放置在冷开水水箱中的蒸发器E而吸热蒸发，蒸发后的低压工质蒸气经回热器被加热升温后变成过热蒸气后，进入压缩机的吸气口，热泵工质如此循环，对于热泵机组通过加设回热器，可实现冷凝器出口的工质冷凝液过冷，蒸发器出口的工质蒸汽过热，进而增大制冷量，提高热泵COP。
所述第二种节能型多温段开水炉结构是在第一种节能型多温段开水炉结构中去掉了低温水-水换热器WEX1和热泵机组，自来水进口通过V2阀门并联在串联的V1阀门与水质处理装置的两端的结构直接与中温水-水换热器WEX2下通道连接，其余与第一种节能型多温段开水炉结构相同。
所述第三种节能型多温段开水炉结构是在第二种节能型多温段开水炉结构中去掉了中温水-水换热器WEX2和常温开水箱，自来水进口通过V2阀门并联在串联的V1阀门与水质处理装置的两端的结构直接与高温水-水换热器WEX3上通道连接，其余与第二种节能型多温段开水炉结构相同。
本发明的有益效果是在供应饮用开水的开水炉系统中添加水水换热器和热泵机组，采用能源梯级利用原理，通过回收从高温开水转变为中高温开水、常温开水、低温开水过程的热量，对自来水进行逐级加热升温，实现节省开水炉的能源消耗。该节能型多温段开水炉能够大幅度降低开水炉的能源消耗，并且能够提供多温度段的开水，可用于医院、高校、政府办公楼、写字楼、宾馆等场所。
附图说明
图1为本发明的第一种系统组成及管路连接方式。
图2为本发明的第二种系统组成及管路连接方式。
图3为本发明的第三种系统组成及管路连接方式。
图中标号：
1-水质处理装置，2-冷开水水箱3-开水器，4-高温开水箱，5-中高温开水箱，6-常温开水箱，WEX1-低温水-水换热器，WEX2—中温水-水换热器，WEX3—高温水-水换热器；C—冷凝器、E—蒸发器；7—压缩机； V1、V2—阀门；VR—节流装置； 8-IHE为回热器。
具体实施方式
本发明提出了具有三种结构的节省能源消耗的节能型多温段开水炉。下面结合附图和实施例对本发明进行说明。本发明是鉴于实际生活中不同的人群，不同的用途而同时需要高温开水、中高温开水、常温开水和低温开水，并根据能源梯级利用原理在在供应饮用开水的开水炉系统中增设水-水换热器和热泵机组，通过回收从高温开水转变为中高温开水、常温开水、低温开水过程的热量，对自来水进行逐级加热升温，实现节省开水炉的能源消耗。
实施例1
如图1所示的第一种节能型多温段开水炉结构是在自来水进口和低温水-水换热器WEX1上通道之间连接V1阀门与水质处理装置1，V2阀门并联在V1阀门与水质处理装置1的两端（水质处理装置1为RO膜过滤器、纯净水制备装置），低温水-水换热器WEX1上通道再串联中温水-水换热器WEX2下通道、高温水-水换热器WEX3上通道、开水器3和高温开水箱4，高温开水箱4设置高温开水出口；低温水-水换热器WEX1下通道分别通过常温开水箱6连接至常温开水出口，和通过冷开水箱2连接至冷开水出口；高温开水箱4、高温水-水换热器WEX3下通道连接至中高温开水箱5，中高温开水箱5的一路输出连接中高温开水出口；中高温开水箱5的另外一路输出连接中温水-水换热器WEX2上通道，并通过常温开水箱6的一路连接至常温开水出口；所用开水器3有电开水器和燃气开水器两种类型。
在常温开水箱6和冷开水箱2之间添加热泵机组。该热泵机组是由压缩机7、冷凝器C、V3节流阀门、回热器8下通道、蒸发器E、回热器8上通道串联成的闭合回路；
本节能型多温段开水炉的工作原理：自来水经过水质处理装置1后，依次流经低温水-水换热器WEX1、中温水-水换热器WEX2、高温水-水换热器WEX3，被梯级加热升温后，进入开水器3被加热至设定温度的开水；来自开水器3的开水，进入高温开水箱4后分两路：一路进入高温开水供应管路，另一路进入高温水-水换热器WEX3被自来水冷却降温后，进入中高温开水箱5；中高温开水箱5的开水又分两路：一路进入中高温开水的供应管路，另一路进入中温水-水换热器WEX2被进一步冷却降温后，进入常温开水箱6，被热泵机组的冷凝器C中的工质蒸气加热升温；常温开水箱6的热水再分两路：一路进入常温开水的供应管路，另一路进入低温水-水换热器WEX1被继续冷却降温后，进入冷开水箱2；来自低温水-水换热器WEX1的开水进入冷开水箱2后，被热泵机组的蒸发器E中的工质冷却降温后，进入低温开水的供应管路。
上述热泵机组的节能原理是来自蒸发器的（热泵）气态工质，进入压缩机被压缩升压后，进入放置在常温开水箱中的冷凝器C，气态工质放热而被凝结成液态工质，再进入回热器IHE被来自蒸发器的低压低温蒸气冷却降温后，经V3节流装置降压节流后，进入放置在冷开水箱2中的蒸发器E而吸热蒸发后，进入回热器IHE被来自冷凝器的液态工质加热升温后，返回至压缩机的吸气口，上述热泵工质如此循环。对于热泵机组，通过加设回热器8来实现冷凝器出口的工质冷凝液过冷，蒸发器出口的工质蒸汽过热。通过回收从高温开水转变为中高温开水、常温开水、低温开水过程的热量，实现节省开水炉的能源消耗。
实施例2
如图2所示第二种节能型多温段开水炉结构是在第一种节能型多温段开水炉结构中去掉了低温水-水换热器WEX1和热泵机组，自来水进口通过V2阀门并联在串联的V1阀门与水质处理装置1的两端的结构直接与中温水-水换热器WEX2下通道连接，其余与实施例1的第一种节能型多温段开水炉结构相同。
第二种节能型多温段开水炉结构不提供低温热水，而仅提供高温开水、中高温开水、常温开水。高温开水分两路：一路进入高温开水供应管路，另一路进入高温水-水换热器放热降温；来自高温水-水换热器的开水进入中高温开水箱，然后分两路：一路进入中高温开水供应管路，另一路进入中温水-水换热器放热降温后，进入常温开水箱。
实施例3
如图3所示第三种节能型多温段开水炉结构是在第二种节能型多温段开水炉结构中去掉了中温水-水换热器WEX2和常温开水箱6，自来水进口通过V2阀门并联在串联的V1阀门与水质处理装置的两端的结构直接与高温水-水换热器WEX3上通道连接，其余与第二种节能型多温段开水炉结构相同。
第三种节能型多温段开水炉结构不提供低温热水和常温开水，而仅提供高温开水和中高温开水。高温开水分两路：一路进入高温开水供应管路，另一路进入高温水-水换热器放热降温后，进入中高温开水箱，然后进入中高温开水供应管路。
上述三种节能型多温段开水炉结构，根据用户当地的水质，可在自来水进入开水炉系统之前加装水质处理装置或不加装水质处理装置。

Claims (8)

1.一种节能型多温段开水炉，其特征在于，所述节能型多温段开水炉包含热泵机组，开水器，高温开水、中高温开水、常温开水及冷开水四种水箱，高温、中温及低温三种水-水换热器、回热器和水质处理装置，构成具有三种结构的节能型多温段开水炉；
所述的第一种节能型多温段开水炉结构是在自来水进口和低温水-水换热器（WEX1）上通道之间连接V1阀门与水质处理装置，V2阀门并联在V1阀门与水质处理装置的两端，低温水-水换热器（WEX1）上通道再串联中温水-水换热器（WEX2）下通道、高温水-水换热器（WEX3）上通道、开水器和高温开水箱，高温开水箱设置高温开水出口；低温水-水换热器（WEX1）下通道分别通过常温开水箱连接至常温开水出口和通过冷开水箱连接至冷开水出口；高温开水箱、高温水-水换热器（WEX3）下通道连接至中高温开水箱，中高温开水箱的一路输出连接中高温开水出口；中高温开水箱的另外一路输出连接中温水-水换热器（WEX2）上通道，并通过常温开水箱的一路连接至常温开水出口；
所述第二种节能型多温段开水炉结构是在第一种节能型多温段开水炉结构中去掉了低温水-水换热器（WEX1）和热泵机组，自来水进口通过V2阀门并联在串联的V1阀门与水质处理装置的两端的结构直接与中温水-水换热器（WEX2）下通道连接，其余与第一种节能型多温段开水炉结构相同；
所述第三种节能型多温段开水炉结构是在第二种节能型多温段开水炉结构中去掉了中温水-水换热器（WEX2）和常温开水箱，自来水进口通过V2阀门并联在串联的V1阀门与水质处理装置的两端的结构直接与高温水-水换热器（WEX3）上通道连接，其余与第二种节能型多温段开水炉结构相同；
所述热泵机组是由压缩机、冷凝器（C）、V3节流阀门、回热器下通道、蒸发器（E）、回热器上通道串联成的闭合回路。
2.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述开水器有电开水器和燃气开水器两种类型。
3.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述水质处理装置为RO膜过滤器或纯净水制备装置。
4.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述高温开水、中高温开水、常温开水和冷开水的温度范围各是85～100℃、70～85℃、55～65℃和14～30℃。
5.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述水质处理装置根据自来水水质情况，在自来水进入开水炉系统前加设或不加设。
6.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述热泵机组中的冷凝器（C）以沉浸方式布置在常温开水箱下部。
7.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述热泵机组中的蒸发器（E）以沉浸方式布置在低温开水箱上部。
8.根据权利要求1所述的节能型多温段开水炉，其特征在于，所述热泵机组中，来自蒸发器（E）的热泵工质，进入压缩机被压缩升压后，进入放置在常温开水箱中的冷凝器（C）放热而被凝结成液态工质后，再经过回热器被来自蒸发器的低温工质蒸气冷却降温后，经V3节流阀门降压节流后，进入放置在冷开水水箱中的蒸发器（E）而吸热蒸发，蒸发后的低压工质蒸气经回热器被加热升温后变成过热蒸气后，进入压缩机的吸气口，热泵工质如此循环，对于热泵机组通过加设回热器，实现冷凝器出口的工质冷凝液过冷，蒸发器出口的工质蒸汽过热，进而增大制冷量，提高热泵COP。
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