CN106813390A - 一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器及其控制方法，该热水器包括压缩机，2个三通阀，冷凝器，蒸发器，膨胀阀，混水阀，回热器，单向阀，喷射器，预热换热器；该热水器分为热泵系统和供水系统；本发明还公开了热水器的控制方法；该热水器使用废水余热作为热源，提高能源利用率，降低能耗；另外，使用一喷射器在热水器开机时利用压缩机排气热量向蒸发器提供额外热量，解决开机时蒸发器易结冰的问题，同时高压气体进入喷射器的一次流入口形成高速气流，抽吸蒸发器另一路制冷剂工质，扩压可完成一部分压缩功，降低压缩机功耗；在稳定运行工况下，喷射器的扩压作用还可以提升压缩机吸气压力，从而提高制冷剂质量流量，达到提高热泵系统制热量和能效比的作用。

Description

一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器及其控制方法

技术领域

本发明属于热水器及热泵技术领域，具体涉及一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器及其控制方法。

背景技术

目前家用热泵热水器多为空气源热泵热水器，但由于其体积庞大，安装维护不便，室外机易结霜，易受环境气候影响等问题，未能在市场上广泛推广。水源热泵热水器虽然没有以上问题，但若想应用到家用浴室中，则需要大量的自来水作为热源，造成水浪费。考虑到沐浴后的废热水仍然具有逾30℃的温度，因此可以使用沐浴废水作为热源，即将水源热泵热水器设计成废水源热泵热水器，回收其中的余热来加热供水，不仅节约了水资源，还提高了能源利用率，降低能耗。然而在此类热水器开机阶段，由于没有足够温度的废水作为热源，易会造成蒸发器结冰的问题，影响系统可靠性。另外，目前市场上具有保温水箱的热水器常常会出现热水时间长，热水温度在使用过程中逐渐衰减等问题，极大地降低用户使用舒适性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器及其控制方法，可以回收废水余热，提高能源利用率，降低能耗；同时利用喷射器解决此类热水器开机时蒸发器易结冰的问题，提高系统可靠性；另外，喷射器的加入还可以在稳定运行工况下提升系统的供热量和能效；最后，本发明的热水器不设储水箱，一次流通供水，可以持续供应热水，温度稳定，热水时间短，舒适性高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，该热水器分为热泵系统和供水系统，所述热泵系统包括压缩机1，压缩机1出口与第一三通阀8入口相连，第一三通阀8第一出口与冷凝器2的制冷剂侧入口相连，第一三通阀8的第二出口与蒸发器4的第一入口相连，蒸发器4的第一出口通过单向阀9连接喷射器5的一次流入口501，冷凝器2的制冷剂侧出口与第二三通阀10入口相连，第二三通阀10第一出口连接回热器6的高压侧入口，第二出口连接喷射器5的一次流入口501，回热器6的高压侧出口通过膨胀阀3与蒸发器4第二入口相连，蒸发器4的第二出口连接喷射器5的二次流入口502，喷射器5的出口503与回热器6的低压侧入口相连，回热器6的低压侧出口连接压缩机1；所述供水系统包括预热换热器11，预热换热器11的供水入口连接供水管道，预热换热器11的供水出口分为热水管路和冷水管路，热水管路连接冷凝器2的水侧入口，通过冷凝器2的水侧出口后与冷水管路汇合连接流量可调的混水阀7，混水阀7出口供应卫生热水，卫生热水使用后变成废水，废水进入废水回收管路，废水回收管路连接预热换热器11的废水入口，预热换热器11的废水出口连接蒸发器4的废水入口，废水通过蒸发器4的废水回收管路后从蒸发器4的废水出口排出；所述压缩机1、第一三通阀8和第二三通阀10均与控制器相连；所述蒸发器4内布置有温度传感器。

该热水器不设加热水箱或废水箱，供水与排水均为一次流通形式。

所述蒸发器4为翅片式换热器。

所述冷凝器2为板式换热器。

所述蒸发器4的废水回收管路设有过滤机构。

所述第一三通阀8和第二三通阀10均为可调流量的三通阀。

所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器的控制方法，温度传感器检测蒸发器4内温度T1，当T1<T0时，控制器控制运行开机速热工况；当T1≥T0时，运行稳定运行工况；T0为设定温度25～30℃；

所述热水器的开机速热工况流程为：制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体，通过第一三通阀8入口后分为两路，一路从第一三通阀8的第二出口进入蒸发器4的第一入口并在蒸发器4中提供一定热量，防止蒸发器结冰，从蒸发器4第一出口出来后再通过单向阀9，随后进入喷射器5的一次流入口501；另一路进入冷凝器2制冷剂侧入口后在冷凝器2中加热供水，然后切换第二三通阀10使得制冷剂只从第二三通阀10的第二出口通过，进入回热器6一路，在回热器6中换热后，进入膨胀阀3节流，再通过蒸发器4吸收废水热量，然后进入喷射器5的二次流入口502；进入喷射器5的一次流入口501的高压制冷剂作为一次流体，被喷嘴降压增速后形成高速流体抽吸进入喷射器5二次流入口502的二次流体，即从蒸发器出口出来的制冷剂工质；两者混合后扩压一同排出喷射器5的出口503，进入回热器6换热，最后回到压缩机1；

所述热水器的稳定运行工况流程为：制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体，切换第一三通阀8使得制冷剂进入冷凝器2加热供水，然后通过第二三通阀10将制冷剂分为两路，一路进入回热器6中换热后，再通过膨胀阀3节流，然后通过蒸发器4吸收废水热量，随后进入喷射器5的二次流入口502；另一路进入喷射器5的一次流入口501作为一次流体，被喷嘴降压增速后形成高速流体抽吸进入喷射器5二次流入口502的二次流体，即从蒸发器4出口出来的制冷剂工质，两者混合后扩压，一同进入回热器6换热，最后回到压缩机1。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、更高的能源利用率。该热泵热水器以废水作为热源，回收其中的余热，提高能源利用率，降低能耗。

2、更强的系统可靠性。该热泵热水器在开机阶段，利用压缩机排气向蒸发器提供一定的热量，防止蒸发器结冰，系统更稳定。

3、更好的使用舒适性。该热水器不设储水箱，为一次流通供水，可持续供应恒温热水，热水时间短，不会有温度衰减问题。

4、更高的能效。该热水器使用了一个喷射器，将高压流体转化为高速流体抽吸低压流体，提高了吸气压力，增大了质量流量，提高了能效比。

附图说明

图1为本发明热水器的结构组成图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明。

如图1所示，本发明一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，该热水器包括压缩机，2个三通阀，冷凝器，蒸发器，膨胀阀，混水阀，回热器，单向阀，喷射器。该热水器分为热泵系统和供水系统。热泵系统各部件的连接方式是：压缩机1出口与第一三通阀8入口相连，第一三通阀8第一出口与冷凝器2的制冷剂侧入口相连，第一三通阀8的第二出口与蒸发器4的第一入口相连，蒸发器4的第一出口连接单向阀9，随后连接喷射器5的一次流入口501，冷凝器2的制冷剂侧出口与第二三通阀10入口相连，第二三通阀10第一出口连接回热器6的高压侧入口，第二出口连接喷射器5的一次流入口501，回热器6的高压侧出口与膨胀阀3相连，膨胀阀3出口与蒸发器4第二入口相连，通过蒸发器4的第二出口连接喷射器5的二次流入口502，喷射器5的出口503与回热器6的低压侧入口相连，回热器6的低压侧出口连接压缩机1；供水系统的连接方式是：供水管道先进入预热换热器11的供水入口，从供水出口出来后分为热水管路和冷水管路，热水管路连接冷凝器2的水侧入口，通过冷凝器2的水侧出口后与冷水管路汇合，连接流量可调的混水阀7，混水阀7出口供应卫生热水，卫生热水使用后变成废水，废水进入回收管路，回收管路连接预热换热器11的废水入口，从废水出口出来后通过蒸发器4的废水入口，废水通过蒸发器4的废水回收管路后从蒸发器4的废水出口排出。

所述热水器不设加热水箱或废水箱，供水与排水均为一次流通形式。

所述蒸发器4内布置有温度传感器。

所述压缩机1、第一三通阀8和第二三通阀10均与一控制器相连。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸发器4为翅片式换热器，具有传热系数高，易拆装更换的优点。

作为本发明的优选实施方式，所述冷凝器2为板式换热器，具有传热系数高，结构紧凑，体积小，耗材少，不易结构，易拆洗的优点。

作为本发明的优选实施方式，所述蒸发器4的废水回收管路设有过滤机构，可以避免洗漱沐浴污垢堵塞在蒸发器上残留影响换热，甚至堵塞管路。

作为本发明的优选实施方式，所述第一三通阀8和第二三通阀10均为可调流量的三通阀。

温度传感器检测蒸发器4温度T1，当T1<T0时，控制器控制运行开机速热工况；当T1≥T0时，运行稳定运行工况；T0为设定温度25～30℃。

所述热水器的开机速热工况流程为：制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体，随后通过第一三通阀8分为两路，一路进入蒸发器4提供热量，防止蒸发器结冰，再通过单向阀9后进入喷射器5的喷嘴；另一路进入冷凝器2加热供水，然后切换第二三通阀10使得制冷剂进入回热器6一路，在回热器6中换热后，进入膨胀阀3节流，再通过蒸发器4吸收废水热量，然后进入喷射器5的吸入侧；进入喷射器5喷嘴的高压制冷剂作为一次流体，被喷嘴降压增速后形成高速流体抽吸进入喷射器5吸入侧的二次流体，即从蒸发器出口出来的制冷剂工质，两者混合后扩压，一同进入回热器6换热，最后回到压缩机1。

所述热水器的稳定运行工况流程为：制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体，切换第一三通阀8使得制冷剂进入冷凝器2加热供水，然后通过第二三通阀10将制冷剂分为两路，一路进入回热器6中换热后，再通过膨胀阀3节流，然后通过蒸发器4吸收废水热量，随后进入喷射器5的二次流入口502；另一路进入喷射器5的一次流入口501作为一次流体，被喷嘴降压增速后形成高速流体抽吸进入喷射器(5)二次流入口502的二次流体，即从蒸发器出口出来的制冷剂工质；两者混合后扩压，一同进入回热器6换热，最后回到压缩机1。

Claims (7)

1.一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，其特征在于：该热水器分为热泵系统和供水系统，所述热泵系统包括压缩机(1)，压缩机(1)出口与第一三通阀(8)入口相连，第一三通阀(8)第一出口与冷凝器(2)的制冷剂侧入口相连，第一三通阀(8)的第二出口与蒸发器(4)的第一入口相连，蒸发器(4)的第一出口通过单向阀(9)连接喷射器(5)的一次流入口(501)，冷凝器(2)的制冷剂侧出口与第二三通阀(10)入口相连，第二三通阀(10)第一出口连接回热器(6)的高压侧入口，第二出口连接喷射器(5)的一次流入口(501)，回热器(6)的高压侧出口通过膨胀阀(3)与蒸发器(4)第二入口相连，蒸发器(4)的第二出口连接喷射器(5)的二次流入口(502)，喷射器(5)的出口(503)与回热器(6)的低压侧入口相连，回热器(6)的低压侧出口连接压缩机(1)；所述供水系统包括预热换热器(11)，预热换热器(11)的供水入口连接供水管道，预热换热器(11)的供水出口分为热水管路和冷水管路，热水管路连接冷凝器(2)的水侧入口，通过冷凝器(2)的水侧出口后与冷水管路汇合连接流量可调的混水阀(7)，混水阀(7)出口供应卫生热水，卫生热水使用后变成废水，废水进入废水回收管路，废水回收管路连接预热换热器(11)的废水入口，预热换热器(11)的废水出口连接蒸发器(4)的废水入口，废水通过蒸发器(4)的废水回收管路后从蒸发器(4)的废水出口排出；所述压缩机(1)、第一三通阀(8)和第二三通阀(10)均与控制器相连；所述蒸发器(4)内布置有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，其特征在于：该热水器不设加热水箱或废水箱，供水与排水均为一次流通形式。

3.根据权利要求1所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，其特征在于：所述蒸发器(4)为翅片式换热器。

4.根据权利要求1所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，其特征在于：所述冷凝器(2)为板式换热器。

5.根据权利要求1所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，其特征在于：所述蒸发器(4)的废水回收管路设有过滤机构。

6.根据权利要求1所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器，其特征在于：所述第一三通阀(8)和第二三通阀(10)均为可调流量的三通阀。

7.权利要求1至6任一项所述的一种带喷射器的速热式废水源热泵热水器的控制方法，其特征在于：温度传感器检测蒸发器(4)内温度T1，当T1<T0时，控制器控制运行开机速热工况；当T1≥T0时，运行稳定运行工况；T0为设定温度25～30℃；

所述热水器的开机速热工况流程为：制冷剂被压缩机(1)压缩成高温高压气体，通过第一三通阀(8)入口后分为两路，一路从第一三通阀(8)的第二出口进入蒸发器(4)的第一入口并在蒸发器(4)中提供一定热量，防止蒸发器结冰，从蒸发器(4)第一出口出来后再通过单向阀(9)，随后进入喷射器(5)的一次流入口(501)；另一路进入冷凝器(2)制冷剂侧入口后在冷凝器(2)中加热供水，然后切换第二三通阀(10)使得制冷剂只从第二三通阀(10)的第二出口通过，进入回热器(6)一路，在回热器(6)中换热后，进入膨胀阀(3)节流，再通过蒸发器(4)吸收废水热量，然后进入喷射器(5)的二次流入口(502)；进入喷射器(5)一次流入口(501)的高压制冷剂作为一次流体，被喷嘴降压增速后形成高速流体抽吸进入喷射器(5)二次流入口(502)的二次流体，即从蒸发器出口出来的制冷剂工质，两者混合后扩压一同排除喷射器(5)的出口(503)，进入回热器(6)换热，最后回到压缩机(1)；

所述热水器的稳定运行工况流程为：制冷剂被压缩机(1)压缩成高温高压气体，切换第一三通阀(8)使得制冷剂进入冷凝器(2)加热供水，然后通过第二三通阀(10)将制冷剂分为两路，一路进入回热器(6)中换热后，再通过膨胀阀(3)节流，然后通过蒸发器(4)吸收废水热量，随后进入喷射器(5)的二次流入口(502)；另一路进入喷射器(5)一次流入口(501)作为一次流体，被喷嘴降压增速后形成高速流体抽吸进入喷射器(5)二次流入口(502)的二次流体，即从蒸发器(4)出口出来的制冷剂工质，两者混合后扩压一同进入回热器(6)换热，最后回到压缩机(1)。