CN106642681A - 空气能热水器循环系统及其工作方法 - Google Patents

空气能热水器循环系统及其工作方法 Download PDF

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CN106642681A CN201611187226.2A CN201611187226A CN106642681A CN 106642681 A CN106642681 A CN 106642681A CN 201611187226 A CN201611187226 A CN 201611187226A CN 106642681 A CN106642681 A CN 106642681A
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Abstract

本发明提供了一种空气能热水器及其工作方法。所述空气能热水器包括冷媒介质、压缩机、换热器、汽液分离器、高效罐及蒸发器，所述冷媒介质经所述压缩机形成高温高压冷媒介质，所述换热器对所述高温高压冷媒介质热交换后形成低温低压的冷媒介质，所述汽液分离器对经所述热交换器后的冷媒介质进行汽液分离，所述高效罐对经所述汽液分离器分离后的气态冷媒介质及液态冷媒介质热交换后，分别经过所述蒸发器及压缩机实现循环。本发明的空气能热水器循环系统及其加工方法节能环保，有效利用热能，大大提高效率。

Description

空气能热水器循环系统及其工作方法
【技术领域】
本发明涉及空气能热水器，特别地，涉及利用环境空气热能加热的工艺及设备。
【背景技术】
在现有技术的加热设备中，空气能热水器因其高能效、使用安全性高的特点目前已得到较为广泛的使用。
空气能热水器是利用空气能热泵吸收环境空气中的热能为水箱内的水加热的，因此，环境温度的高低对空气能热泵的运行效果有直接的影响。
目前市场上大部分的空气能热水器设计正常工作温度在0～40℃，故在环境温度较高的南方地区，空气能热水器往往有上佳的表现(能效比高)，而在冬季气温只有-10℃的北方地区，空气能热水器就很难达到设计中预想的效果，如果气温达到-20℃时，空气能热水器的热泵机组甚至都不能启动。
有鉴于此，有必要提供一种有效利用环境空气温度实现高效加热功能的设备及方法。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可以有效利用环境空气温度实现高效加热功能的空气能热水器循环系统及其工作方法。
本发明首先提供一种空气能热水器循环系统，包括冷媒介质、压缩机、换热器、汽液分离器、高效罐及蒸发器，所述冷媒介质经所述压缩机形成高温高压冷媒介质，所述换热器对所述高温高压冷媒介质热交换后形成低温低压的冷媒介质，所述汽液分离器对经所述热交换器后的冷媒介质进行汽液分离，所述高效罐对经所述汽液分离器分离后的气态冷媒介质及液态冷媒介质热交换后，分别经过所述蒸发器及压缩机实现循环。
作为在本发明提供的空气能热水器循环系统的一种改进，所述汽液分离器包括第一支管、第二支管、第三支管及第一汽液分离阀，所述第一支管的两端分别连接所述换热器与所述汽液分离器，所述第二支管与所述第三支管的两端分别连接所述汽液分离器及所述高效罐。
作为在本发明提供的空气能热水器循环系统的一种改进，分离后的液态的低温低压冷媒介质经所述第二支管传输至所述高效罐，分离后的气态低温低压凝介质经所述第三支管传输至所述高效罐。
作为在本发明提供的空气能热水器循环系统的一种改进，所述高效罐包括第一液相支管、第一气相支管、第二液相支管、第二气相支管及第二汽液分离阀，所述第一液相支管与所述汽液分离器的第二支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的液态的低温低压冷媒介质自所述液相支管进入所述高效罐，然后经所述第二液相支管传输至所述蒸发器，所述第一气相支管与所述汽液分离器的第三支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的气态的低温低压冷媒介质自所述第一气相支管进入所述高效罐，然后经所述第二气相支管传输至所述压缩机。
作为在本发明提供的空气能热水器循环系统的一种改进，所述换热器是套管换热器。
作为在本发明提供的空气能热水器循环系统的一种改进，所述蒸发器包括入口、出口及风机，所述入口连接所述高效罐的第二液相支管，所述出口连接所述蒸发器及所述压缩机。
一种空气能热水器循环系统的工作方法，其包括如下步骤：提供储液泵，将低温低压的冷媒介质传输至压缩机；所述压缩机对低温低压的冷媒介质压缩处理后形成高温高压的冷媒介质传输至换热器；所述换热器将热能通过热交换实现对水箱的加热，形成低温低压的冷媒介质；提供汽液分离器及高效罐，对经所述换热器后的低温低压的冷媒介质汽液分离后，分别传输至所述蒸发器及所述压缩机；重复步骤所述压缩机对低温低压的冷媒介质压缩处理后形成高温高压的冷媒介质传输至换热器。
作为上述空气能热水器循环系统的工作方法的进一步改进，所述汽液分离器包括第一支管、第二支管、第三支管及第一汽液分离阀，所述第一支管的两端分别连接所述换热器与所述汽液分离器，所述第二支管与所述第三支管的两端分别连接所述汽液分离器及所述高效罐，所述高效罐包括第一液相支管、第一气相支管、第二液相支管、第二气相支管及第二汽液分离阀，所述第一液相支管与所述汽液分离器的第二支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的液态的低温低压冷媒介质自所述液相支管进入所述高效罐，然后经所述第二液相支管传输至所述蒸发器，所述第一气相支管与所述汽液分离器的第三支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的气态的低温低压冷媒介质自所述第一气相支管进入所述高效罐，然后经所述第二气相支管传输至所述压缩机，提供汽液分离器及高效罐，对经所述换热器后的低温低压的冷媒介质汽液分离后，分别传输至所述蒸发器及所述压缩机还包括如下步骤：所述汽液分离器对来自所述换热器的低温低压冷媒介质进行汽液分离；分离后的液态冷媒介质经所述第二支管及所述第一液相支管传输至所述高效罐；分离后的气态冷媒介质经所述第三支管及所述第一气相支管传输至所述高效罐；液态的冷媒介质与气态冷媒介质及所述环境空气在所述高效罐热交换后，输出至所述蒸发器；气态冷媒介质与液态的冷媒介质及环境空气在所述高效罐热交换后，气态冷媒介质输出至所述压缩机。
作为上述空气能热水器循环系统的工作方法的进一步改进，所述分离后的液态冷媒介质经所述第二支管及所述第一液相支管传输至所述高效罐步骤与分离后的气态冷媒介质经所述第三支管及所述第一气相支管传输至所述高效罐步骤同步进行。
作为上述空气能热水器循环系统的工作方法的进一步改进，所述液态的冷媒介质与气态冷媒介质及所述环境空气在所述高效罐热交换后，输出至所述蒸发器步骤与所述气态冷媒介质与液态的冷媒介质及环境空气在所述高效罐热交换后，气态冷媒介质输出至所述压缩机的步骤同步进行。
在本发明提供的空气能热水器循环系统中，增加设置所述高效罐，其一方面将气态的低温低压冷媒介质与液态的低温低压冷媒介质对流行进，实现热交换，降低二者之间的温度差；同时，利用高效罐实现周边环境空气热能与所述高效罐内部的气态的低温低压冷媒介质与液态的低温低压冷媒介质实现热能传递，进一步实现热交换，使得进入蒸发器前的液态低温低压冷媒介质预先提高温度，降低所述蒸发器的功耗，节约能源，有效利用环境空气热能。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所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它的附图，其中：
图1为本发明一种空气能热水器的框架结构示意图；
图2为图1所示一种空气能热水器的工作方法示意图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其为本发明提供的一种空气能热水器的框架结构示意图。所述空气能热水器循环系统1通过冷媒介质实现对水箱14的加热。所述空气能热水器循环系统1包括储液泵11、压缩机12、换热器13、汽液分离器15、高效罐16及蒸发器19。
在所述空气能热水器循环系统1中，所述储液泵11提供冷媒介质至所述空气能热水器循环系统1。所述冷媒介质依次经过由压缩机12、换热器13、汽液分离器15、高效罐16及蒸发器19串设的循环系统中。在流动循环过程中通过气相与液相之间的转换实现热能的转换，从而实现对水箱14的加热功能。
所述冷媒介质是制冷剂，其在在制冷加热系统中不断循环并通过其本身的相态变化以实现制冷加热功能的工作物质。制冷剂在低温下吸取被冷却物体的热量，然后在较高温度下转移给冷却水或空气。它在蒸发器内吸收被冷却介质，如水或空气等，的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。在本发明中，所述冷媒介质可以是如R22(氟利昂，饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物)，R134、R600，共沸混合工质(由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液)、碳氢化合物(丙烷、乙烯等)、氨等。
所述储液泵11提供所述冷媒介质至所述空气能热水器循环系统1中。
所述压缩机12是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。所述压缩机12从储液泵11吸入低温低压的冷媒介质气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的冷媒介质气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发(吸热)的制冷循环。在蒸气压缩式制冷机中，使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂，如氟利昂、共沸混合工质、碳氢化合物、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气体在制冷循环中始终为气态；蒸汽喷射式制冷机用水作为制冷剂。
所述换热器13与所述压缩机12的出口相连接。所述换热器13是套管换热器，所述水箱14包括出水口141及进水口143。所述水箱14的出水口141传输低温水，经所述换热器13加热后，自所述进水口143传输高温水至所述水箱14。所述水箱14的水经所述换热器13的热交换后，低温水接受热量成为高温水。在该过程中，高温高压的所述冷媒介质同时将自身的热能经所述换热器13交换至所述水箱14中的水质，实现对水箱14的加热，同时所述冷媒介质由高温高压介质变成低温低压介质。
所述汽液分离器15与所述换热器14相连接。所述汽液分离器15包括第一支管151、第二支管153、第三支管155及第一汽液分离阀157。所述第一支管151的两端分别连接所述换热器14与所述汽液分离器15。所述第二支管153与所述第三支管155的两端分别连接所述汽液分离器15及所述高效罐16。其中，经所述换热器14后的低温低压冷媒介质自所述第一支管151进入所述汽液分离器15。经所述汽液分离器15处理后，液态的低温低压冷媒介质经所述第二支管153传输至所述高效罐16。同时，分离后的气态低温低压凝介质10经所述第三支管155传输至所述高效罐16。所述第一汽液分离阀157设于所述第三支管155上，控制自所述汽液分离器15至所述高效罐16的分离后气体流速及流量。
所述高效罐16包括第一液相支管161、第一气相支管163、第二液相支管165、第二气相支管167及第二汽液分离阀169。所述第一液相支管161与所述汽液分离器15的第二支管153对应连接，经所述汽液分离器15分离后的液态的低温低压冷媒介质自所述液相支管161进入所述高效罐16，然后经所述第二液相支管165传输至所述蒸发器17。所述第一气相支管163与所述汽液分离器15的第三支管155对应连接，经所述汽液分离器15分离后的气态的低温低压冷媒介质自所述第一气相支管163进入所述高效罐16，然后经所述第二气相支管167传输至所述压缩机12。所述第二汽液分离阀169设于所述高效罐16与所述蒸发器17之间，其控制自所述高效罐16经所述第二液相支管165与所述蒸发器的入口171之间的液体流量计流速。
在所述高效罐16中，气态的低温低压冷媒介质与液态的低温低压冷媒介质对流行进贯穿所述高效罐16两端，在该过程中，由于气态的低温低压冷媒介质与液态的低温低压冷媒介质自身存在温度差，进而实现相互之间的热传递，进一步降低气态的低温低压冷媒介质的温度，同时提高液态的低温低压冷媒介质的温度。另一方面，在该过程中，所述高效罐16所处周边环境的空气与所述高效罐16内部温度存在温差，因此，周边环境中空气与所述高效罐16之间由于温差相互热传递，最终所述高效罐16所处周边环境的空气将热能传递至所述高效罐16，实现对高效罐16的加热，亦即对低温低压冷媒介质加热。利用自然环境温度，对低温低压冷媒介质加热，节约能源，同时使得所述低温低压冷媒介质在进入所述蒸发器17前预热提升温度。
所述蒸发器17包括入口171、出口173及风机175。所述入口171连接所述高效罐16的第二液相支管165。所述出173连接所述蒸发器17与所述压缩机12。所述蒸发器17工作，液态的低温低压冷媒介质自所述入口171进入所述蒸发器17，经所述蒸发器进一步加热蒸发气相后，形成气态的凝介质10，然后经所述出口173进入所述压缩机12。
另一方面，所述高效罐16的第二气相支管167直接与所述压缩机12相连接。经所述高效罐16处理后的气态低温低压冷媒介质经所述第二气相支管167汇入所述压缩机12。
在上述空气能热水器循环系统1中，增加设置所述高效罐16，其一方面将气态的低温低压冷媒介质与液态的低温低压冷媒介质对流行进，实现热交换，降低二者之间的温度差；同时，利用高效罐16实现周边环境空气热能与所述高效罐16内部的气态的低温低压冷媒介质与液态的低温低压冷媒介质实现热能传递，进一步实现热交换，使得进入蒸发器17前的液态低温低压冷媒介质预先提高温度，降低所述蒸发器17的功耗，节约能源，有效利用环境空气热能。
再请参阅图2，是当所述空气能热水器循环系统1工作时，其包括如下步骤：
步骤S1，提供储液泵11，将低温低压的冷媒介质传输至所述压缩机12；
步骤S2，所述压缩机12对低温低压的冷媒介质压缩处理后形成高温高压的冷媒介质传输至所述换热器13；
步骤S3，所述换热器13将热能通过热交换实现对水箱14的加热，形成低温低压的冷媒介质；
步骤S4，提供汽液分离器15及高效罐16，对经所述换热器13后的低温低压的冷媒介质汽液分离后，分别传输至所述蒸发器17及所述压缩机12；
步骤S5，重复步骤S1，由此实现所述冷媒介质在所述空气能热水器循环系统1的循环，对水箱14内水加热的同时，有效利用环境空气热能对空气能热水器循环系统1的冷媒介质补充加热，降低能耗，提高效率。
具体的，在步骤S4中，其还包括如下步骤：
步骤S41，所述汽液分离器15对来自所述换热器13的低温低压冷媒介质进行汽液分离；
步骤S42，分离后的液态冷媒介质经所述第二支管153及所述第一液相支管161传输至所述高效罐16；
步骤S43，分离后的气态冷媒介质经所述第三支管155及所述第一气相支管163传输至所述高效罐16；
步骤S44，液态的冷媒介质与气态冷媒介质及所述环境空气在所述高效罐16热交换后，输出至所述蒸发器17；
步骤S45，气态冷媒介质与液态的冷媒介质及环境空气在所述高效罐16热交换后，气态冷媒介质输出至所述压缩机12。
在上述步骤中，S42与S43同步进行，步骤S44与S45同时进行。当进行完步骤S43后，继续步骤S5。
当需要调整流量及流速时，可以协调控制所述第一汽液分离阀157及第二汽液分离阀165的旋转，进而有效控制所述空气能热水器循环系统1的工作效率及工作状态。
在本发明中，所述空气能热水器循环系统1中增加设置高效罐16配合所述汽液分离器15充分热交换，同时有效利用周边环境空气热能，大大降低能源损耗，提高效率，且环保。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空气能热水器循环系统，包括冷媒介质、压缩机、换热器、汽液分离器、高效罐及蒸发器，所述冷媒介质经所述压缩机形成高温高压冷媒介质，所述换热器对所述高温高压冷媒介质热交换后形成低温低压的冷媒介质，所述汽液分离器对经所述热交换器后的冷媒介质进行汽液分离，所述高效罐对经所述汽液分离器分离后的气态冷媒介质及液态冷媒介质热交换后，分别经过所述蒸发器及压缩机实现循环。
2.根据权利要求1所述的空气能热水器循环系统，其特征在于，所述汽液分离器包括第一支管、第二支管、第三支管及第一汽液分离阀，所述第一支管的两端分别连接所述换热器与所述汽液分离器，所述第二支管与所述第三支管的两端分别连接所述汽液分离器及所述高效罐，所述第一汽液分离阀设于所述第三支管上。
3.根据权利要求2所述的空气能热水器循环系统，其特征在于，分离后的液态的低温低压冷媒介质经所述第二支管传输至所述高效罐，分离后的气态低温低压凝介质经所述第三支管传输至所述高效罐。
4.根据权利要求3所述的空气能热水器循环系统，其特征在于，所述高效罐包括第一液相支管、第一气相支管、第二液相支管、第二气相支管及第二汽液分离阀，所述第一液相支管与所述汽液分离器的第二支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的液态的低温低压冷媒介质自所述第一液相支管进入所述高效罐，然后经所述第二液相支管传输至所述蒸发器，所述第一气相支管与所述汽液分离器的第三支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的气态的低温低压冷媒介质自所述第一气相支管进入所述高效罐，然后经所述第二气相支管传输至所述压缩机，所述第二汽液分离阀设于所述第二液相支管上。
5.根据权利要求1所述的空气能热水器循环系统，其特征在于，所述换热器是套管换热器。
6.根据权利要求4所述的空气能热水器循环系统，其特征在于，所述蒸发器包括入口、出口及风机，所述入口连接所述高效罐的第二液相支管，所述出口连接所述蒸发器及所述压缩机，所述风机设于所述蒸发器内驱动所述蒸发器的散热。
7.一种空气能热水器循环系统的工作方法，其包括如下步骤：
提供储液泵，将低温低压的冷媒介质传输至压缩机；
所述压缩机对低温低压的冷媒介质压缩处理后形成高温高压的冷媒介质传输至换热器；
所述换热器将热能通过热交换实现对水箱的加热，形成低温低压的冷媒介质；
提供汽液分离器及高效罐，对经所述换热器后的低温低压的冷媒介质汽液分离后，分别传输至所述蒸发器及所述压缩机；
重复步骤所述压缩机对低温低压的冷媒介质压缩处理后形成高温高压的冷媒介质传输至换热器。
8.根据权利要求7所述的空气能热水器循环系统的工作方法，其特征在于，所述汽液分离器包括第一支管、第二支管及第三支管，所述第一支管的两端分别连接所述换热器与所述汽液分离器，所述第二支管与所述第三支管的两端分别连接所述汽液分离器及所述高效罐，所述高效罐包括第一液相支管、第一气相支管、第二液相支管及第二气相支管，所述第一液相支管与所述汽液分离器的第二支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的液态的低温低压冷媒介质自所述液相支管进入所述高效罐，然后经所述第二液相支管传输至所述蒸发器，所述第一气相支管与所述汽液分离器的第三支管对应连接，经所述汽液分离器分离后的气态的低温低压冷媒介质自所述第一气相支管进入所述高效罐，然后经所述第二气相支管传输至所述压缩机，提供汽液分离器及高效罐，对经所述换热器后的低温低压的冷媒介质汽液分离后，分别传输至所述蒸发器及所述压缩机还包括如下步骤：
所述汽液分离器对来自所述换热器的低温低压冷媒介质进行汽液分离；
分离后的液态冷媒介质经所述第二支管及所述第一液相支管传输至所述高效罐；
分离后的气态冷媒介质经所述第三支管及所述第一气相支管传输至所述高效罐；
液态的冷媒介质与气态冷媒介质及所述环境空气在所述高效罐热交换后，输出至所述蒸发器；
气态冷媒介质与液态的冷媒介质及环境空气在所述高效罐热交换后，气态冷媒介质输出至所述压缩机。
9.根据权利要求8所述的空气能热水器循环系统的工作方法，其特征在于，所述分离后的液态冷媒介质经所述第二支管及所述第一液相支管传输至所述高效罐步骤与分离后的气态冷媒介质经所述第三支管及所述第一气相支管传输至所述高效罐步骤同步进行。
10.根据权利要求8所述的空气能热水器循环系统的工作方法，其特征在于，所述液态的冷媒介质与气态冷媒介质及所述环境空气在所述高效罐热交换后，输出至所述蒸发器步骤与所述气态冷媒介质与液态的冷媒介质及环境空气在所述高效罐热交换后，气态冷媒介质输出至所述压缩机的步骤同步进行。
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