CN104132456A - 一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，包括多相变点蓄热换热器、膨胀阀、蒸发器、压缩机；多相变点蓄热换热器包括：外部包覆有相变蓄热材料的冷水流通换热管道和冷媒流通换热管；冷水流通换热管道包括冷水入口、冷水出口；冷媒流通换热管包括冷媒出口、冷媒入口；冷媒出口通过管路依次连接膨胀阀、蒸发器、压缩机、冷媒入口。本系统创新地采用不同相变点的蓄热材料及冷水流通换热管道和冷媒(制冷剂)流通换热管组合构成多相变点复合式蓄热换热器，替代现有技术采用的蓄水箱或者直热式的套管式换热器、板式换热器等换热器形式。

Description

一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统
技术领域
本发明涉及供热系统，尤其涉及一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统。
背景技术
空气源热泵热水器是通过消耗一小部分高品位的电能，把空气中的低品位热量提升温度后变为高温热源加热热水的一种装置。空气源热泵热水器由于环保、节能、安全而得到越来越多的重视。
不带储水箱的空气源直热式热泵热水器的常采用板式换热器或套管式换热器。当用户需要使用热水时，热泵系统压缩机启动，高温高压制冷剂流经冷凝器并同时加热流经冷凝器的冷水。由于空气源热泵系统蒸发温度随着外部环境不断改变，进口冷水水温一年四季波动较大，所以直热式热泵热水器经常处于变工况状态，一直无法处于最优设计工况的运行情况当中。另外，由于需要在较短流程内加热热水，热泵主机功率一般选得较大。当家庭冬季日常生活时出现短时间频繁使用热水的情况，大功率的热泵压缩机频繁启停，对电网冲击较大而且对压缩机寿命。而带储水箱的直热式热泵热水器由于储水箱体积较大，安装位置及对空间要求较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统。在不降低压缩机出口高温高压气体所包含热量的能量品位的同时，提高热泵系统的效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，包括多相变点蓄热换热器103、膨胀阀104、蒸发器105、压缩机101；
多相变点蓄热换热器103包括：外部包覆有相变蓄热材料的冷水流通换热管道和冷媒流通换热管；
冷水流通换热管道包括冷水入口204、冷水出口207；
冷媒流通换热管包括冷媒出口205、冷媒入口206；
冷媒出口205通过管路依次连接膨胀阀104、蒸发器105、压缩机101、冷媒入口206。
所述多相变点蓄热换热器自上而下分为三个单元，即上蓄热体201、中蓄热体202和下蓄热体203；
冷媒入口206设置在上蓄热体201上，冷媒出口205设置在下蓄热体203上；
冷水入口204设置在下蓄热体203上，冷水出口207设置在上蓄热体201上。
上蓄热体201相变蓄热材料的相变温度为60℃～80℃；中蓄热体202相变蓄热材料的相变温度为45℃～60℃；下蓄热体203相变蓄热材料的相变温度为30℃～45℃。
相变蓄热材料为膨胀石墨包覆有机或者无机固-固相变蓄热材料。
多相变点蓄热换热器103外部包覆有保温材料。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
在于利用电价低谷时，热泵主机启动，将热量存储于多相变点蓄热换热器103的相变蓄热材料内部。当需要使用热水时，冷水流过多相变点蓄热换热器103后被即时加热。减少一般直热无水箱式的热型热泵热水器在家庭少量用水时，压缩机的频繁启动。同时利用相变蓄热材料相变时温度近似不变的性质，稳定出水水温，免去一般直热式热泵热水器繁复的稳定水温控制程序。
多相变点复合蓄热换热器的高温相变蓄热材料能最大限度提高对热泵热水器运行时压缩机出口高温排气中高能量品位能源的有效利用，低温相变蓄热材料则最大限度降低压缩机出口高温排气经过换热器冷却后的出口温度。从而最终达到热泵运行时，蓄热换热器蓄热过程中，在不降低压缩机出口高温高压气体所包含热量的能量品位的同时，提高热泵系统的效率。
本系统创新地采用不同相变点的蓄热材料及冷水流通换热管道和冷媒(制冷剂)流通换热管组合构成多相变点复合式蓄热换热器，替代现有技术采用的蓄水箱或者直热式的套管式换热器、板式换热器等换热器形式。
附图说明
图1为本发明直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统结构示意图。
图2为图1中多相变点蓄热换热器103结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，包括多相变点蓄热换热器103、膨胀阀104、蒸发器105、压缩机101；
多相变点蓄热换热器103包括：外部包覆有相变蓄热材料的冷水流通换热管道和冷媒流通换热管；其中冷媒是指制冷剂。
冷水流通换热管道包括冷水入口204、冷水出口207；
冷媒流通换热管包括冷媒出口205、冷媒入口206；
冷媒出口205通过管路依次连接膨胀阀104、蒸发器105、压缩机101、冷媒入口206。
所述多相变点蓄热换热器自上而下分为三个单元，即上蓄热体201、中蓄热体202和下蓄热体203；
冷媒入口206设置在上蓄热体201上，冷媒出口205设置在下蓄热体203上；
冷水入口204设置在下蓄热体203上，冷水出口207设置在上蓄热体201上。
三个单元的冷水流通换热管道和冷媒流通换热管，通过焊接或者连续弯管(蛇形管)形成，两者平行交错贯穿。
上蓄热体201相变蓄热材料的相变温度为60℃～80℃；中蓄热体202相变蓄热材料的相变温度为45℃～60℃；下蓄热体203相变蓄热材料的相变温度为30℃～45℃。
相变蓄热材料为膨胀石墨包覆有机或者无机固-固相变蓄热材料。
多相变点蓄热换热器103外部包覆有保温材料。
低温低压的制冷剂气体经过热泵热水器系统压缩机101压缩后，形成的高温高压气体从压缩机出口排出后，经过冷媒入口206到达多相变点蓄热换热器103。
高温高压的制冷剂流经多相变点蓄热换热器103时，上蓄热体201(相变蓄热材料的相变温度为60℃～80℃)吸收制冷剂过热状态下的高品位热能。
中蓄热体202(相变蓄热材料的相变温度为45℃～60℃)主要吸收制冷剂在两相状态时冷凝温度下的热量。
而下蓄热体203(相变蓄热材料的相变温度为30℃～45℃)主要吸收制冷剂在过冷状态时的较低品位的热能。
高温高压的制冷剂气体经过相变蓄热换热器的冷却后，转变成过冷液体进入膨胀阀104。液态制冷剂经过膨胀阀104节流后，转变成低温低压气液两相状态进入蒸发器105，蒸发吸收空气侧热量后形成低温低压气体进入压缩机101。在此循环下，形成一套直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统的制冷剂循环系统。而冷水进入冷水流通换热管后与蓄热后的相变蓄热材料进行换热，从而提供满足生活需求的热水。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，其特征在于：包括多相变点蓄热换热器(103)、膨胀阀(104)、蒸发器(105)、压缩机(101)；
多相变点蓄热换热器(103)包括：外部包覆有相变蓄热材料的冷水流通换热管道和冷媒流通换热管；
冷水流通换热管道包括冷水入口(204)、冷水出口(207)；
冷媒流通换热管包括冷媒出口(205)、冷媒入口(206)；
冷媒出口(205)通过管路依次连接膨胀阀(104)、蒸发器(105)、压缩机(101)、冷媒入口(206)。
2.根据权利要求1所述的直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，其特征在于：所述多相变点蓄热换热器自上而下分为三个单元，即上蓄热体201、中蓄热体(202)和下蓄热体(203)；
冷媒入口(206)设置在上蓄热体(201)上，冷媒出口(205)设置在下蓄热体(203)上；
冷水入口(204)设置在下蓄热体(203)上，冷水出口(207)设置在上蓄热体(201)上。
3.根据权利要求2所述的直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，其特征在于：上蓄热体(201)相变蓄热材料的相变温度为60℃～80℃；中蓄热体(202)相变蓄热材料的相变温度为45℃～60℃；下蓄热体(203)相变蓄热材料的相变温度为30℃～45℃。
4.根据权利要求2所述的直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，其特征在于：相变蓄热材料为膨胀石墨包覆有机或者无机固-固相变蓄热材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的直热式多相变点复合蓄热热泵热水器系统，其特征在于：多相变点蓄热换热器(103)外部包覆有保温材料。
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