CN106016742A - 多点相变蓄能空气源热泵热水器系统 - Google Patents

多点相变蓄能空气源热泵热水器系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，包括压缩机、室外换热器、室内换热器以及用于交换冷媒和水的热能的蓄能箱，所述蓄能箱为能够嵌入到地板下或者墙体中的板状结构。如此设置，本发明提供的一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，能够有效解决蓄能箱占用室内实用空间的问题。

Description

多点相变蓄能空气源热泵热水器系统
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，更具体地说，涉及一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统。
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。
蓄能箱用于将冷媒中的热量传导至水中、以加热水，蓄能箱的品质是影响空气源热泵热水器工作效率的核心部件。现有技术中比较常用的蓄能箱为带有储水箱的蓄能箱，冷媒管路直接设置在储水箱中，冷媒与水形成热传递。然而，带储水箱的蓄能箱由于储水箱体积较大，安装位置及对空间要求较高。
为了缩小蓄能箱的体积，现有技术中出现了一种采用相变材料做为热传递介质的蓄能箱，即冷媒的热量传递至相变材料，引起相变材料的相变，然后再由相变材料将热量传递给管路中的水，该种方式不需要设置储水箱，能够缩小蓄能箱的体积。但是，该种蓄能箱依然会占据室内实用空间，降低室内空间利用率。
因此，如何解决现有技术中蓄能箱造成的室内空间利用率较低的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，能够有效解决蓄能箱占用室内实用空间的问题。
本发明提供的一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，包括压缩机、室外换热器、室内换热器以及用于交换冷媒和水的热能的蓄能箱，所述蓄能箱为能够嵌入到地板下或者墙体中的板状结构。
优选地，所述蓄能箱包括壳体、设置在所述壳体中的冷媒管路、水管路及相变材料。
优选地，所述冷媒管路和所述水管路为反复迂回状结构，且所述冷媒管路和所述水管路并行设置。
优选地，沿所述冷媒的输送方向，所述壳体由隔板分隔成多个换热区，且沿所述冷媒的输送方向，相邻的换热区中填充的相变材料的相变温度依次降低。
优选地，所述冷媒管路中的冷媒流向和所述水管路中的水流向相反。
优选地，所述冷媒管路和所述水管路上都设有翅片。
优选地，所述室内换热器为向室内供热的模式时，所述室内换热器与所述蓄能箱相并联、以使所述压缩机压缩之后形成的高温高压冷媒分别流入所述室内换热器与所述蓄能箱中，并且由所述室内换热器和所述蓄能箱流出的冷媒均流至所述室外换热器中、以使冷媒经过所述室外换热器吸热后返回至所述压缩机中。
优选地，所述室内换热器为向室内制冷的模式时，所述室外换热器与所述蓄能箱相并联、以使所述压缩机压缩之后形成的高温高压冷媒分别流入所述室外换热器与所述蓄能箱中，并且由所述室外换热器和所述蓄能箱流出的冷媒均流至所述室内换热器中、以使冷媒经过所述室内换热器吸热后返回至所述压缩机中。
优选地，所述室外换热器除霜时，经过所述压缩机压缩后形成的高温高压冷媒流入室外换热器，所述室外换热器进行散热除霜，所述室外换热器流出的冷媒进入所述蓄能箱进行吸热气化之后再流入所述压缩机中。
本发明提供的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其用于交换冷媒和水的热能的蓄能箱为板状结构，且能够嵌入到地板下或者墙体中。安装时，可将蓄能箱直接安装在地板下或者墙体中，不会占用室内的实用空间，进而有效提高了室内空间利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中多点相变蓄能空气源热泵热水器系统的原理示意图；
图2为本发明实施例中蓄能箱的俯视图；
图1-图2中：
室外换热器—1、气液分离器—2、四通阀—3、压缩机—4、室内换热器—5、淋浴喷头—6、蓄能箱—7、供水泵—8、电子膨胀阀—9、电辅助加热水箱—10、壳体—11、隔板—12、翅片—13、高温相变材料区—14、中温相变材料区—15、低温相变材料区—16。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，能够有效解决蓄能箱占用室内实用空间的问题。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
请参考图1和图2，本实施例提供的一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，包括室外换热器1、气液分离器2、四通阀3、压缩机4、室内换热器5、蓄能箱7、电子膨胀阀9等部件，其中，蓄能箱7用于交换冷媒和水的热能。
本实施例中，蓄能箱7为板状结构，且能够嵌入到地板下或者墙体中。安装时，可将蓄能箱7直接安装在地板下或者墙体中，不会占用室内的实用空间，进而有效提高了室内空间利用率。
另外，本实施例提供的蓄能箱7，包括壳体11、设置在壳体11中的冷媒管路、水管路及相变材料。冷媒管路中的冷媒放热能够引起相变材料发生相变，相变材料发生相变后可将温度传导至水管路中的水，使得水升温。如此设置，不需要在蓄能箱7中设置储水箱，蓄能箱7的体积较小。
为了提高蓄能箱7的换热效率，冷媒管和水管为反复迂回状结构，且冷媒管路和水管路并行设置。如此设置，冷媒管路、水管路与相变材料的接触面积较大，而且冷媒管路和水管路相邻设置，热传递效率较高。本实施例中，为了进一步提高热传递效率和增强管路的强度，可以在冷媒管路和水管路的外壁设置有翅片13。
本实施例提供的优选方案中，沿冷媒的输送方向，壳体11可以由隔板12分隔成多个换热区。该隔板12优选为隔热材料制成，且沿冷媒的输送方向，相邻的换热区中填充的相变材料的相变温度依次降低。比如，可以由隔板12分隔成三个、四个、五个等区域，为了方便说明，下面内容将以三个为例对本方案进行详细说明。
三个区域沿冷媒流动方向依次为高温相变材料区14、中温相变材料区15及低温相变材料区16，在两块隔板12隔开的三个独立空间中分别填充三种相变材料，其相变温度分别为高温、中温及低温(如选60、40、20摄氏度)。相变材料的相变温度、相变潜热、热导率三个因素综合决定合理优质的选材。在蓄能箱7中，高温冷媒先从冷媒管路的入口流入，流经高温相变材料区14，释放高品质能量，把高温相变材料区14中的高温级相变材料熔化，相变材料的相变潜热大，可以储存大量的高品质能量。冷媒温度会下降到高温相变材料的相变温度，从高温相变材料区14流出，流到中温相变材料区15，同理，流经中温相变材料区15，冷媒继续释放中级品质的能量，熔化中温相变材料区15的中温相变材料，储存为中温相变材料中的相变潜热，温度降为中温相变材料的相变温度的冷媒，从中温相变材料区15流出，继续流向低温相变材料区16。在低温相变材料区16中，冷媒继续释放低级品质的能量，储存为低温层的低温相变材料相变潜热，熔化了低温相变材料；最终冷媒以低温相变材料区16的低温相变材料相变温度流出蓄能箱7，从冷媒管路的出口流出。
另外，本实施例中，水管路的入口对应冷媒管路的出口，水管路的出口对应冷媒管路的入口，即水管路中的水流向和冷媒管路中的冷媒流向相反，可有效提高水和冷媒的换热效率。
另外，本实施例提供的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，可以包括多种模式，具体本文将结合图1进行如下说明：
首先需要说明的是，图1中，F1、F2、F3、F4均为电磁阀，V1、V2、V3、V4均为单向阀。
1)在冬季运行模式下，电磁阀F2和F3打开，F1和F4关闭，供热工况过程：冷媒在压缩机4中被压缩至达冷凝压力后，进入四通阀3，流向室内换热器5并在其中冷凝放热，成为低温低压液体。冷媒同时流向与室内换热器5相并联的蓄能箱7，冷媒从蓄能箱7中流出后，流向热泵系统中的电子膨胀阀9，转变为低温低压的液态形式流向室外换热器1。冷媒在室外换热器1中吸收热量，转化为气态，通过四通阀3后在气液分离器2中分离，高温气态冷媒进而流入压缩机4中被压缩，至此完成循环。
2)除霜工况过程：冷媒在压缩机4中被压缩至达冷凝压力后，进入四通阀3，流向室外换热器1并在其中冷凝放热。此时的室外换热器1视为系统中的冷凝器，冷媒在此放出热量完成化霜除霜。冷媒继而流向热泵系统中的电子膨胀阀9，转变为低温低压的液态形式流向蓄能箱7。此时的蓄能箱7作为蒸发器的功能释放热量来加热冷媒使之转化为气态。然后液态和气态形式混合的冷媒通过四通阀3后在气液分离器2中分离，高温气态的冷媒进而流入压缩机4被压缩，至此完成循环。
3)夏季运行模式下，电磁阀F1和F4打开，F2和F3关闭。制冷工况过程：冷媒在压缩机4中被压缩至达冷凝压力后，进入四通阀3，流向室外换热器1并在其中冷凝放热。此时的室外换热器1视为系统中的冷凝器，冷媒在此放出热量完成化霜除霜。同时冷媒流向并联的蓄能箱7，将热量排出储存在蓄能箱7内。之后并联回流到热泵系统中的电子膨胀阀9，转变为低温低压的液态形式流向室内换热器5。此时的室内换热器5作为蒸发器的功能排出热量来加热冷媒使之转化为气态。然后以气态和液态形式混合的冷媒通过四通阀3后在气液分离器2中分离，高温蒸汽进而流入压缩机4被压缩，至此完成循环。
需要说明的是，在制热水过程中，冷水首先由供水泵8将水泵入低温相变材料区16，吸收低品质能量，水流会被加热到接近低温相变材料的相变温度，继而流入中温相变材料区15；同理，流经中温相变材料区15，水流继续吸收中级品质的能量，即中温相变材料所释放的相变潜热，其温度逐渐升为中温相变材料的相变温度，继续流经高温相变材料区14；在高温相变材料区14中，中温的水流继续吸收高级品质的能量，即高温相变材料释放的相变潜热，最终水流以高温相变材料区14的高温相变材料相变温度从水管路的出水口流出蓄能箱7。经过三级不同的相变温度的相变材料加热，冷水的温度最终升高到高温相变材料的相变温度，从而满足用户的使用需求。如需更高温度热水，可以设置电辅助加热水箱10，通过电辅助加热水箱10加热后的水再通向淋浴喷头6、水龙头等用户终端。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，包括压缩机、室外换热器、室内换热器以及用于交换冷媒和水的热能的蓄能箱，其特征在于，所述蓄能箱为能够嵌入到地板下或者墙体中的板状结构。
2.如权利要求1所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述蓄能箱包括壳体、设置在所述壳体中的冷媒管路、水管路及相变材料。
3.如权利要求2所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述冷媒管路和所述水管路为反复迂回状结构，且所述冷媒管路和所述水管路并行设置。
4.如权利要求3所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，沿所述冷媒的输送方向，所述壳体由隔板分隔成多个换热区，且沿所述冷媒的输送方向，相邻的换热区中填充的相变材料的相变温度依次降低。
5.如权利要求4所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述冷媒管路中的冷媒流向和所述水管路中的水流向相反。
6.如权利要求3所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述冷媒管路和所述水管路上都设有翅片。
7.如权利要求1-6任一项所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述室内换热器为向室内供热的模式时，所述室内换热器与所述蓄能箱相并联、以使所述压缩机压缩之后形成的高温高压冷媒分别流入所述室内换热器与所述蓄能箱中，并且由所述室内换热器和所述蓄能箱流出的冷媒均流至所述室外换热器中、以使冷媒经过所述室外换热器吸热后返回至所述压缩机中。
8.如权利要求7所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述室内换热器为向室内制冷的模式时，所述室外换热器与所述蓄能箱相并联、以使所述压缩机压缩之后形成的高温高压冷媒分别流入所述室外换热器与所述蓄能箱中，并且由所述室外换热器和所述蓄能箱流出的冷媒均流至所述室内换热器中、以使冷媒经过所述室内换热器吸热后返回至所述压缩机中。
9.如权利要求8所述的多点相变蓄能空气源热泵热水器系统，其特征在于，所述室外换热器除霜时，经过所述压缩机压缩后形成的高温高压冷媒流入室外换热器，所述室外换热器进行散热除霜，所述室外换热器流出的冷媒进入所述蓄能箱进行吸热气化之后再流入所述压缩机中。
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