CN107014075A - 单机双温区热泵热水器 - Google Patents

单机双温区热泵热水器 Download PDF

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Abstract

单机双温区热泵热水器，包括余热回收系统、水循环系统、热泵循环系统，以及分别实现余热回收系统、水循环系统与所述的热泵循环系统的热量交换的热交换系统；本发明通过余热回收、单机双控及双温区储水的结合，最大程序的减少了能量的损失，有效的实现了超高能效比，同时，本发明对冷媒的要求低，通用性强，制造和运营维护成本低，寿命长，对使用环境要求低，适用范围广。

Description

单机双温区热泵热水器
技术领域
本发明涉及热水设备技术领域，具体地涉及一种单机双温区热泵热水器。
背景技术
随着人们生活水平的提高，热水器越来越成为家庭或商用中不可或缺的设备，同时随着人们对热水需求的增加，热水器的能耗在家庭能耗中的占比也是越来越大。目前市场上的热水器还是以传统的电热水器、燃气热水器和太阳能热水器为主。
而这些热水器都或多或少具有一定的缺点，如燃气热水器会产生大量的废气， 如二氧化碳和一氧化碳，容易发生中毒事故。电热水器能耗比较严重，触电事故也时有发生，具有一定的危险性。太阳能热水器受天气影响较大，在使用区域和时间上也受到很大限制。
市场上也出现了热泵热水器，但这些热泵热水器的对冷媒的要求较高，同时压缩机排气压力过高、热泵能效比(EER)过低。因此现有的热泵热水器产品不能很好的满足商用或家用的要求，而且水温和供水量均受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种单机双温区热泵热水器，以解决现有技术中热泵能效比过低的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
单机双温区热泵热水器，包括余热回收系统、水循环系统、热泵循环系统，以及热交换系统；热交换系统用于实现余热回收系统与的热泵循环系统的热量交换以及水循环系统与的热泵循环系统的热量交换；
所述热交换系统包括第一交换器4、第二交换器5和余热交换器3，所述各热交换器均为两种介质之间进行无接触的热量交换；
所述余热回收系统与余热交换器的水循环通路相联通；
所述水循环系统即热水器部分包括双温区水箱，所述双温区水箱包括壳体，在壳体内用隔板上下分隔而成的高温区和低温区，在高温区上方设有出水口接到用户用水器中，在低温区下方设有进水口，在隔板上开有一个或多个通孔，在通孔上方设有一轴接在隔板上的盖板和用于限制盖板开合角度的限位块；双温区水箱的高温区与第一交换器的水循环通路相联通，双温区水箱的低温区与第二交换器的水循环通路相联通；
所述热泵循环系统包括压缩机、以及与压缩机相串联的第一交换器、第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路。
进一步的：在第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路中间还设有气液分离器，气液分离器的排气口与压缩机的进口相连通。
进一步的：在第一交换器、第二交换器的前端设有调压阀，在双温区水箱的高温区和低温区设有温控器，所述温控器通过控制系统控制调压阀的开启以及压缩机和泵的开启。所述余热回收系统的水循环通路上还连通有膨胀水箱。
单机双温区热泵热水器的使用方法，包括如下步骤：
首先，设定高温区和低温区的水温分别为65度和45度；
然后，将余热回收装置与房间的下水系统相连，将用户用水过程中废弃的热水引入余热回收系统的管道将余热交换回收，回收的余热储存在膨胀水箱内或与压缩机入口前方的冷媒通过余热交换器进行热交换；将热水器的出水口连接到用户用水设备上；
最后，当用户用水时，首先高温区的水输出，低温区的水会通过隔板上的通孔进入，而盖板可绕单边轴开启45度，使水可以顺畅的流入到高温区同时受到盖板的阻挡，水流方向改变，保证了水流的稳定；此时，设在高温区内的温控器检测到水温降低，低于65度时会通过控制器控制循环管路上的泵和第一交换器前端的压力阀，开启热交换，使高温区的水在交换器内通过热交换水温快速上升达到设定要求；而低温区的水进入高温区后，进水口开启补充水，此时，设在低温区内的温控器检测到水温降低，低于45度时会通过控制器控制循环管路上的泵和第二交换器前端的压力阀，开启热交换，使低温区的水在交换器内通过热交换使水温快速上升达到设定要求，第一交换器前端的压力阀控制的压力范围为4-6个大气压，第二交换器前端的压力阀控制的压力范围为1.5-2.5个大气压。
本发明的有益效果是：本发明单机双温区热泵热水器，采用一台压缩机实现了对两个换热板的控制，由于采用一台压缩机，能耗更小，控制更加简单；本发明中采用双温区水箱，可储存不同温度的热水，既满足了流量大时的快速加热供水，同时也储存了一部分较低温度的水，减少了热量的流失速度，提高了能量的利用率；采用余热回收系统，实现了能量的良好循环，进一步减少了热量的损失；综上，本发明通过余热回收、单机双控及双温区储水的结合，最大程序的减少了能量的损失，有效的实现了超高能效比，同时，本发明对冷媒的要求低，通用性强，制造和运营维护成本低，寿命长。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中隔板部分的结构放大示意图。
附图序号说明：1为压缩机、2为管道、3为余热交换器、4为第一交换器、5为第二交换器、6为管道、7为水泵、8为膨胀水箱、9为壳体、10为双温区水箱、101为高温区、102为低温区、103为出水口、104为进水口、105为隔板、106为通孔、107为盖板、108为限位块。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1－2所示为本发明单机双温区热泵热水器，包括余热回收系统、水循环系统、热泵循环系统，以及分别实现余热回收系统、水循环系统与所述的热泵循环系统的热量交换的热交换系统；
所述热交换系统包括第一交换器4、第二交换器5和余热交换器3；
所述余热回收系统与余热交换器的水循环通路相联通；
所述水循环系统包括双温区水箱10，所述双温区水箱包括壳体9，在壳体内用隔板105上下分隔而成的高温区101和低温区102，在高温区上方设有出水口103，在低温区下方设有进水口104，在隔板上开有一个或多个通孔106，在通孔上方设有一轴接在隔板上的盖板107和用于限制盖板开合角度的限位块108；双温区水箱的高温区与第一交换器的水循环通路相联通，双温区水箱的低温区与第二交换器的水循环通路相联通，在水箱与交换器之间的管道6上设有水泵7；所述热泵循环系统包括压缩机1、以及与压缩机相串联的第一交换器、第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路。
优选的：在第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路中间还设有气液分离器，气液分离器的排气口与压缩机的进口相连通。
作为另一优选方案：在第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路中间还设有冷凝器，对通路中的部分气体进一步冷凝，吸收其中的热量。
优选的：在第一交换器、第二交换器的前端设有调压阀11，在双温区水箱的高温区和低温区设有温控器12，所述温控器通过控制系统13控制调压阀的开启以及压缩机和泵的开启。
优选的：所述余热回收系统的水循环通路上还连通有膨胀水箱8。
作为一个优选实施例，当本发明装置用于宾馆时，可以设定高温区和低温区的水温分别为65度和45度，余热回收装置与房间的下水系统相连，当用户用水时，热水会带有大量的热量，将其引入余热回收系统的管道2中将余热回收，回收的余热储存或对压缩机入口前方的冷媒通过余热交换器进行热交换并通过压缩机进行压缩。而对双温区热水器来说，当高温区的水输出后，低温区的水会通过隔板上的通孔进入，而盖板可绕轴单边开启45度，使水可以顺畅的流入到高温区同时受到盖板的阻挡，水流方向发行改变，使其对高温区的水的冲击相对变小，保证了水流的稳定；此时，设在高温区内的温控器会检测到水温降低，低于设定温度，因此会通过控制器控制循环管路上的泵和第一交换器前端即接近压缩机一端的压力阀，开启热交换，使高温区的水温快速上升达到设定要求。低温区与高温区同理，只是调压阀的压力有所不同，一般的，第一交换器所设定的压力为5个大气压，第二交换器所设定的压力为2个大气压，其他不再描述。当冷媒经过两个交换器后，有可能会残留有部分气态形势没有完全液化，再一次通过回热器进行放热，达到完全气化后液态物质通过压缩机开始下一个循环。
本方案中，由于采用双温区水箱的结构，储存的热水可分为较低温度热水（通常为50度以下室温以上）和较高温度的热水（通常高于50度），在输出热水时可以快速的达到使用温度和用量要求，在不需要使用时，由于设有低温区，使整体的平均温度较降低，即减少了热水器中的水与环境的温度差，从而减少了热量流失速度，进而提高了热效率。在隔板上设置通孔，使箱内不同温度的水分区明显且限制水的流动，减少了水箱内部的冷、热水混合而提高热水输出率，还可以将通过设计成螺旋状通孔或在通孔上方设置伞状扰流罩，可以最大程度的限制水流对高温水箱中的水的扰动，节约能源。整个系统中，全部的热量仅仅在用户使用时耗费一小部分，而整个系统循环合理，热效率高，按本方案进行实际应用中，将高温区设置为65度，低温区设置为45度，余热回收系统的管道与用户的下水管道相连通，在此情况下，实际测得的热泵能效比 (EER)达到6.5－8，远远高于现有的2－3的数值，大大提高了能效比减少了能量消耗。
此外，本方案中双温区水箱的内部没有加热装置，因此，可适用于一些对电要求高的场合，完全避免了触电风险，具有重大意义。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.单机双温区热泵热水器，其特征在于：包括余热回收系统、水循环系统、热泵循环系统，以及分别实现余热回收系统、水循环系统与所述的热泵循环系统的热量交换的热交换系统；
所述热交换系统包括第一交换器、第二交换器和余热交换器；
所述余热回收系统与余热交换器的水循环通路相联通；
所述水循环系统包括双温区水箱，所述双温区水箱包括壳体，在壳体内用隔板上下分隔而成的高温区和低温区，在高温区上方设有出水口，在低温区下方设有进水口，在隔板上开有一个或多个通孔，在通孔上方设有一轴接在隔板上的盖板和用于限制盖板开合角度的限位块；双温区水箱的高温区与第一交换器的水循环通路相联通，双温区水箱的低温区与第二交换器的水循环通路相联通；
所述热泵循环系统包括压缩机、以及与压缩机相串联的第一交换器、第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路。
2.根据权利要求1所述的单机双温区热泵热水器，其特征在于：在第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路中间还设有气液分离器，气液分离器的排气口与压缩机的进口相连通。
3.根据权利要求1所述的单机双温区热泵热水器，其特征在于：在第二交换器和余热交换器的冷媒循环通路中间还设有冷凝器。
4.根据权利要求1-3所述的单机双温区热泵热水器，其特征在于：在第一交换器、第二交换器的前端设有调压阀，在双温区水箱的高温区和低温区设有温控器，所述温控器通过控制系统控制调压阀的开启以及压缩机和泵的开启。
5.根据权利要求1-4所述的单机双温区热泵热水器，其特征在于：所述余热回收系统的水循环通路上还连通有膨胀水箱。
6.单机双温区热泵热水器的使用方法，其特征在于：
首先，设定高温区和低温区的水温分别为65度和45度；
然后，将余热回收装置与房间的下水系统相连，将用户用水过程中废弃的热水引入余热回收系统的管道将余热交换回收，回收的余热储存在膨胀水箱内或与压缩机入口前方的冷媒通过余热交换器进行热交换；将热水器的出水口连接到用户用水设备上；
最后，当用户用水时，首先高温区的水输出，低温区的水会通过隔板上的通孔进入，而盖板可绕单边轴开启45度，使水可以顺畅的流入到高温区同时受到盖板的阻挡，水流方向改变，保证了水流的稳定；此时，设在高温区内的温控器检测到水温降低，低于65度时会通过控制器控制循环管路上的泵和第一交换器前端的压力阀，开启热交换，使高温区的水在交换器内通过热交换水温快速上升达到设定要求；而低温区的水进入高温区后，进水口开启补充水，此时，设在低温区内的温控器检测到水温降低，低于45度时会通过控制器控制循环管路上的泵和第二交换器前端的压力阀，开启热交换，使低温区的水在交换器内通过热交换使水温快速上升达到设定要求。
7.根据权利要求6所述的单机双温区热泵热水器的使用方法，其特征在于：第一交换器前端的压力阀控制的压力范围为4-6个大气压，第二交换器前端的压力阀控制的压力范围为1.5-2.5个大气压。
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