CN110822713B - 一种节能灭菌冷热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能灭菌冷热水系统，属于热水器技术领域。该系统由热泵主机和相互独立的热水箱、冷水箱以及受控的压缩机、第一电子三通阀、第二电子三通阀、第一电子节流装置、第二电子节流装置、电动阀和循环泵构成。采用本发明后，只要按需进行各阀的通断或换向以及其它受控件的启停控制，即可使冷水箱和热水箱中的储水均经过预定温度灭菌处理，并可保证冷水箱中的水温不至于过高，从而可以随时直接提供洁净灭菌的冷水和热水，切实满足医院、养老院等场所的特殊用水需求。

Description

一种节能灭菌冷热水系统

技术领域

本发明涉及一种冷热水系统，尤其是一种节能灭菌冷热水系统，属于热水器技术领域。

背景技术

目前，医院、护理中心、养老院等带有医疗性质机构的生活用水所参照的GB51039-2014《综合医院建筑设计规范》规范6.2.1规定：生活给水水质应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》GB 5749的有关规定。然而，随着水资源污染的加剧，供水过程中普遍存在二次污染，原本在自来水厂处理合格的水经过输水管道后各种微生物、细菌及病毒难免超标。由于这些超标病菌对医疗机构抵抗力弱或伤口外露的生病人员、术后病人以及养老院的老年人等会产生不良影响，因此其生活用水需要进行洁净除菌处理。

据申请人了解，目前采用的病菌控制供水设备主要为紫外线杀菌和加氯消毒。然而实践表明，紫外杀菌消毒不彻底，而加氯杀菌难以控制引发附加毒性，而且这些现有设备均仅能提供冷水，无法直接提供舒适的生活热水，因此必须增设利用太阳能、热泵或电能加热的常规热水装置。常规细菌的生长环境温度约37℃，将水温加热到70℃以上即可消灭军团菌、大肠杆菌等大部分致病菌，从而有效灭菌或抑菌，虽然理论上上述热水装置可以提供满足需求的洁净灭菌热水，但其冷水供应均直接源自水源，因此不具有同时提供洁净灭菌冷热水的功能。

发明内容

本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以直接提供洁净灭菌冷热水的节能灭菌冷热水系统，从而满足医院、养老院等场所的特殊用水需求。

为了达到上述目的，本发明节能灭菌冷热水系统的基本技术方案为：由热泵主机和热水箱、冷水箱以及受控的压缩机、第一电子三通阀、第二电子三通阀、第一电子节流装置、第二电子节流装置、电动阀和循环泵构成，具有至少如下循环状态；

进水及外置换热循环——冷水源由水侧换热器的水流通道，经电动阀和第三三通分别进入热水箱和冷水箱；所述热泵主机的压缩机冷媒出口经第一电子三通阀的第一、第二口后，通过水侧换热器的冷媒通道和第一三通的第三、第一口，再经第一电子节流装置和吸热状态的外置换热器，由第二电子三通阀的第三、第一口后，由第二三通的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；

热水箱加热及外置换热循环——冷水源停止进水，热水箱的循环出水经循环泵后由水侧换热器的水流通道，经电动阀和第三三通的第一、第三口进入热水箱；所述热泵主机的压缩机冷媒出口经第一电子三通阀的第一、第二口后，通过水侧换热器的冷媒经第一三通的第三、第一口，再经第一电子节流装置和吸热状态的外置换热器，通过第二电子三通阀的第三、第一口后，由第二三通的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；

冷水箱制冷及外置换热循环——冷水源停止进水，所述热泵主机的压缩机冷媒出口经第一电子三通阀的第一、第三口后，再通过第二电子三通阀的第二、第三口，经散热状态的外置换热器，通过第一电子节流装置和第一三通的第一、第二口，再经第二电子节流装置，通过冷水箱换热器，由第二三通的第三、第一口返回压缩机冷媒进口。

这样，只要按需进行各阀的通断或换向以及其它受控件的启停控制，即可使冷水箱和热水箱中的储水均经过预定温度灭菌处理，并可保证冷水箱中的水温不至于过高，从而可以随时直接提供洁净灭菌的冷水和热水，切实满足医院、养老院等场所的特殊用水需求。

本发明进一步的完善是，还含有进水及外置和冷水箱换热循环——所述冷水源由水侧换热器的水流通道，经电动阀和第三三通分别进入热水箱和冷水箱；所述热泵主机的压缩机冷媒出口经第一电子三通阀的第一、第二口后，通过水侧换热器的冷媒一路经第一三通的第三、第一口，再经第一电子节流装置和吸热状态的外置换热器，通过第二电子三通阀的第三、第一口后，由第二三通的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；通过水侧换热器的冷媒另一路经第一三通的第三、第二口，再经第二电子节流装置，通过冷水箱换热器，由第二三通的第三、第一口返回压缩机冷媒进口。由于以冷水箱换热器和外置换热器同时作为热源，可以提升自来水进水加热速率，同时降低冷水箱水温，整个系统运行更加节能。

本发明更进一步的完善是，还含有热水箱加热及冷水箱换热循环——所述冷水源停止进水，热水箱的循环出水进循环泵后由水侧换热器的水流通道，经电动阀和第三三通的第一、第三口进入热水箱；所述热泵主机的压缩机冷媒出口经第一电子三通阀的第一、第二口后，通过水侧换热器经第一三通的第三、第二口，再经第二电子节流装置，通过冷水箱换热器，由第二三通的第三、第一口返回压缩机冷媒进口。此循环状态妥善解决了各水箱虽已灭菌、但因存放可能导致的冷水箱升温高于、而热水箱降温低于相应设定水温的问题，并且利用热泵循环将冷水箱水温适当制冷和热水箱适当升温，使热交换在系统内部相互进行，因此系统的能效显著提升。

附图说明

图1是本发明实施例一的系统构成结构示意图。

图2是本发明实施例一进水过程、风侧换热运行示意图。

图3是本发明实施例一进水过程、风侧+冷水箱换热运行示意图。

图4是本发明实施例一热水箱加热、风侧换热运行示意图。

图5是本发明实施例一热水箱加热、冷水箱换热运行示意图。

图6是本发明实施例一冷水箱制冷、风侧换热运行示意图。

图7是本发明实施例二的系统构成结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的节能灭菌冷热水系统如图1所示，主要部件包括热泵主机1、热水箱2、冷水箱3、控制机构5。热泵主机1包括水侧部分和冷媒侧部分；水侧部分有通往水侧换热器1-11的自来水进口、热水箱2循环出口至水侧换热器1-11的循环泵1-9、用于控制水侧换热器出口水流量的电动阀1-12（即M5）和探测水温的温度传感器T5，分别连接电动阀1-12、冷水箱3和热水箱2的第三三通1-10；冷媒侧部分有压缩机1-1、风侧换热器1-4，分别连接该压缩机的出口以及水侧换热器和第二电动三通阀1-3（即M2）第二口B的第一电动三通阀1-2（即M1），第二电动三通阀1-3分别连接第二三通的第二口B2、第一电动三通阀1-2的第三口C和风侧换热器1-4，接风侧换热器1-4的第一电子膨胀阀1-5（即M3——作为第一电子节流装置），接冷水箱换热器3-1的第二电子膨胀阀1-7（即M4——作为第二电子节流装置），分别连接水侧换热器1-11、第一电子膨胀阀1-5和第二电子膨胀阀1-7的三通1-6，分别连接压缩机1-1吸气口、第二电动三通1-3的第一口A、冷水箱换热器3-1的第二三通1-8。

热水箱2与冷水箱3彼此独立，热水箱2具有进水口、循环出口、热水出口，并设有温度传感器T2；冷水箱3内设置盘管冷水箱换热器3-1、进水口、冷水出口，并设有温度传感器T1。

控制机构5的核心控制电路（参见201610988579.6、201810139648.5、201810364572.6、201810239785.6等专利文献，故不展开详述）接收分别设置于热水箱2、冷水箱3以及水侧换热器1-11出口的温度传感器T2、T1、T5的温度信号，并控制设置于风侧换热器1-4旁的换热风扇4、压缩机1-1、水侧换热器循环泵1-9的启停，第一电子三通阀1-2、第二电子三通阀1-3的通断切换，电动阀1-12的开度，以及第一膨胀阀1-5、第二膨胀阀1-7的开度及启闭。

该系统运行时，具有如下循环状态：

如图2所示，冷水源由水侧换热器1-11的水流通道，经电动阀1-12和第三三通1-10分别进入热水箱2和冷水箱3；热泵主机1的压缩机1-1冷媒出口经第一电子三通阀1-2的第一、第二口（A、B）后，通过水侧换热器1-11的冷媒通道和第一三通1-6的第三、第一（C3、C1）口，再经第一膨胀阀1-5和风机运转吸热状态的风侧换热器1-4，由第二电子三通阀1-3的第三、第一（C、A）口后，由第二三通1-8的第二、第一（B2、B1）口返回压缩机1-1的冷媒进口，构成进水及风侧换热循环。此循环状态适于初次安装设备或者正常使用过程中，当用水点放水且冷水箱水温T1≤T1S（设定温度）+5℃时，控制以风侧换热器为蒸发器吸收空气中的热量，水侧换热器为冷凝器加热进入水侧换热器的水。从水侧换热器的自来水进水口进水，设置水侧换热器出水口温度T5需达到≥70℃，以便杀灭水中的细菌、病毒等。根据热量守恒原理，通过M5控制进水流量从而控制出水温度T5≥70℃，此时自来水进入水侧换热器进行加热升温，升温灭菌后的热水根据放水要求经三通分别通入冷水箱和热水箱，供用户使用。在此过程中，控制压缩机启动，被压缩的高温高压冷媒气体经过电动三通M1第一口A和第二口B、通入水侧换热器与自来水换热后成为中温高压冷媒液体，膨胀阀M3开启、M4关闭，经第一三通的第三口C3和第一口C1以及M3后成为低温低压冷媒液体，进入风侧换热器蒸发吸热成为低温低压冷媒气体，再通过电动三通M2的第三口C和第一口A、经第二三通的第二口B2和第一口B1进入压缩机的吸气口，完成冷媒循环，实现通过风侧换热器的热量加热水侧换热器中的水。

如图3所示，冷水源由水侧换热器1-11的水流通道，经电动阀1-12和第三三通1-10分别进入热水箱2和冷水箱3；热泵主机1的压缩机1-1冷媒出口经第一电子三通阀1-2的第一、第二口后，通过水侧换热器1-11的冷媒一路经第一三通1-6的第三、第一口，再经第一膨胀阀1-5和吸热状态的风侧换热器1-4，通过第二电子三通阀1-3的第三、第一口后，由第二三通1-8的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；通过水侧换热器1-11的冷媒另一路经第一三通1-6的第三、第二口，再经第二膨胀阀1-7，通过冷水箱换热器3-1，由第二三通1-8的第三、第一口返回压缩机冷媒进口；构成进水及风侧和冷水箱换热循环。此循环状态适于产品正常使用过程中，当用水点放水时且冷水箱水温T1＞T1S+5℃时，控制电路控制以冷水箱换热器和风侧换热器同时作为热源，可以提升自来水进水加热速率，同时降低冷水箱水温，整个系统运行更加节能。从水侧换热器的自来水进水口进水，机组设置T5≥70℃，以便杀灭水中的细菌、病毒等，通过M5控制进水流量从而控制出水温度T5≥70℃，此时自来水进入水侧换热器加热升温，升温灭菌后的热水根据放水要求经三通分别通入冷水箱和热水箱，自来水升温的热源为同时从风侧换热器和冷水箱中所吸收的热量。在此过程中，控制压缩机启动，被压缩的高温高压的冷媒气体经过电动三通M1的第一口A和第二口B、通入水侧换热器与自来水换热后成为中温高压冷媒液体，膨胀阀M3和M4均开启，冷媒经第一三通分别进入M3和M4后节流成为低温低压冷媒液体，经M3节流的冷媒进入风侧换热器蒸发吸热后成为低温低压冷媒气体，通过电动三通M2的第三口C和第一口A、经第二三通的第二口B2和第一口B1进入压缩机的吸气口；经M4节流的冷媒进入冷水箱吸热后由第二三通的第三口B3和第一口B1口进入压缩机的吸气口，完成冷媒循环；由此通过分别吸收冷水箱和风侧换热器的热量实现加热水侧换热器中的水，其实质与进水及风侧换热循环一样，均为进水过程的循环状态。

如图4所示，用户不放水而作为冷水源的自来水停止进水时，热水箱2的循环出水经循环泵1-9后，由水侧换热器1-11的水流通道，经电动阀1-12和第三三通1-10的第一、第三（A1、A3）口进入热水箱2；热泵主机1的压缩机1-1冷媒出口经第一电子三通阀1-2的第一、第二口后，通过水侧换热器1-11的冷媒一路经第一三通1-6的第三、第一口，再经第一膨胀阀1-5和吸热状态的风侧换热器1-4，通过第二电子三通阀1-3的第三、第一口后，由第二三通1-8的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；构成热水箱加热及风侧换热循环。此循环状态用于解决长时间不放水热水箱水温降低的问题，因此只涉及热水箱吸收风侧换热器热量的循环加热，不涉及冷水箱。具体为，热水箱加热过程中以风侧换热器为吸热热源，当冷水箱温度T1≤设定温度+5℃时，风侧换热器作为热源。热水箱中的水通过循环泵吸入水侧换热器中，通过M5控制进水流量，从而控制出水温度T5≥70℃；升温后的热水循环通入热水箱，热水箱中的水升温的热源为风侧换热器从环境中所吸收的热量。在此过程中，压缩机运行压缩的高温高压冷媒气体经过电动三通M1的第一口A和第二口B，通入水侧换热器与热水箱的循环水换热后成为中温高压冷媒液体，电子膨胀阀M3开启，电子膨胀阀M4关闭，经第一三通的第三口C3、第一口C1以及M3后成为低温低压冷媒液体，进入风侧换热器蒸发吸热成为低温低压冷媒气体，再通过电动三通M2的第三口C和第一口A，经第二三通的第二口B2和第一口B1进入压缩机的吸气口，完成冷媒循环，实现通过风侧换热器的热量加热热水箱中的水。

如图5所示，作为冷水源的自来水停止进水，热水箱2的循环出水经循环泵1-9后由水侧换热器1-11的水流通道，经电动阀1-12和第三三通1-10的第一、第三口（A1、A3）进入热水箱2，热泵主机1的压缩机1-1冷媒出口经第一电子三通阀1-2的第一、第二（A、B）口后，通过水侧换热器1-11，经第一三通1-6的第三、第二（C3、C2）口，再经第二膨胀阀1-7，通过冷水箱换热器3-1，由第二三通1-8的第三、第一（B3、B1）口返回压缩机1-1冷媒进口；构成热水箱加热及冷水箱换热循环。此循环状态也用于解决长时间不放水热水箱水温降低和冷水箱水温升高的问题，具体为，以冷水箱为吸热热源，当冷水箱温度T1＞设定温度+5℃时，冷水箱作为热源。热水箱中的水通过循环泵吸入水侧换热器中，通过M5控制进水流量，从而控制其出水温度T5≥70℃，升温后的热水循环通入热水箱，因此实现以冷水箱为升温热源。在此过程中，压缩机运行压缩的高温高压冷媒气体经过电动三通M1的第一口A和第二口B通入水侧换热器与热水箱的循环水换热后成为中温高压冷媒液体，M3关闭，冷媒不能从风侧换热器通过，M4开启，冷媒经第一三通的第三口C3和第二口C2至M4成为低温低压的冷媒液体，进入冷水箱换热器进行换热成为低温低压的冷媒气体，后经第二三通的第三口B3和第一口B1进入压缩机的吸气口，完成冷媒循环。此循环状态利用热泵循环将冷水箱水温适当制冷和热水箱适当升温，妥善解决了各水箱虽已灭菌、但因存放导致冷水箱升温和热水箱降温出现的水温均不符合要求的问题，由于热交换在系统内部相互进行，因此系统能效大大提升。当热水箱温度符合要求T2≥T2S-5℃，但冷水箱温度T1＞T1S+5℃时，需要以风侧换热器作为冷源将热量释放。

如图6所示，作为冷水源的自来水停止进水，热泵主机1的压缩机1-1冷媒出口经第一电子三通阀1-2的第一、第三口后，再通过第二电子三通阀1-3的第二、第三口，经散热状态的风侧换热器1-4，通过第一膨胀阀1-5和第一三通1-6的第一、第二口，再经第二膨胀阀1-7，通过冷水箱换热器3-1，由第二三通1-8的第三、第一口返回压缩机冷媒进口；构成冷水箱制冷及风侧换热循环。本循环状态用于解决长时间不放水冷水箱水温升高的问题，通过冷水箱换热盘管中的冷媒吸热、风侧换热器中的冷媒释放热量，实现冷水箱的水温降低制冷，此状态需要开启两个电子膨胀阀，使冷媒通过风侧换热器被节流降压降温后进入冷水箱换热器吸收冷水箱的热量。在此过程中，压缩机1-11运行，被压缩的高温高压冷媒气体经过电动三通M1的第一口A和第三口C，再经电动三通阀M2的第二口B和第三口C，之后经风侧换热器换热成为中温高压冷媒液体，作为电子节流装置的M3和M4均开启，经M3、第一三通的第一口C1和第二口C2、M4节流成为低温低压冷媒液体，流经冷水箱换热器时吸热，最后经第二三通的第三口B3和第一口B1，进入压缩机的吸气口，完成冷媒循环。冷水箱中的水温因为换热器的吸热而下降。

由此可见，本实施例的系统可以按需进行各受控件的自动控制，满足随时直接提供洁净灭菌的冷水和热水，满足特殊用水需求；同时具有以冷水箱换热器和风侧换热器同时作为热源的功能，可以提升进水加热速率，同时降低冷水箱水温，更加节能；以及利用热泵循环将冷水箱水温适当制冷和热水箱适当升温，即使热交换在系统内部相互进行的功能，因此能效显著提升。

实施例二

本实施例的节能灭菌冷热水系统如图7所示，与实施例一基本相同，不同之处在于：热水箱2和冷水箱3集成，进水及外置换热循环中，冷水源由水侧换热器1-11的水流通道，不是经电动阀1-12和第三三通1-10分别进入热水箱2和冷水箱3，而是经电动阀1-12进入热水箱2，再由热水箱2进入冷水箱3。最好是热水箱2在上、冷水箱3在下，热水箱2的底部向冷水箱3上部供水，这样由于热水箱2的水箱底部区域温度相对较低，因此可以减缓冷水箱3在放水过程中因热水对冲导致的升温。其它主要循环状态及作用效果不难根据实施例一类推，不另赘述。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。例如，冷水箱、热水箱、热泵主机可为集成式产品，也可以根据需要拆分设计（集成式产品在承压系统中热水箱和冷水箱的相对位置不受限制）；外置换热器可以是空气源换热器、水源换热器、地源换热器等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种节能灭菌冷热水系统，其特征在于：由热泵主机(1)和热水箱(2)、冷水箱(3)以及受控的压缩机(1-1)、第一电子三通阀(1-2)、第二电子三通阀(1-3)、第一电子节流装置(1-5)、第二电子节流装置(1-7)、电动阀(1-12)和循环泵(1-9)构成，具有至少如下循环状态；

进水及外置换热循环——冷水源由水侧换热器(1-11)的水流通道，经电动阀(1-12)后进入热水箱(2)和冷水箱(3)；所述热泵主机的压缩机(1-1)冷媒出口经第一电子三通阀(1-2)的第一、第二口后，通过水侧换热器(1-11)的冷媒通道和第一三通(1-6)的第三、第一口，再经第一电子节流装置(1-5)和吸热状态的外置换热器(1-4)，由第二电子三通阀(1-3)的第三、第一口后，由第二三通(1-8)的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；

热水箱加热及外置换热循环——冷水源停止进水，热水箱的循环出水经循环泵后由水侧换热器(1-11)的水流通道，经电动阀(1-12)和第三三通(1-10)的第一、第三口进入热水箱(2)；所述热泵主机的压缩机(1-1)冷媒出口经第一电子三通阀(1-2)的第一、第二口后，通过水侧换热器(1-11)的冷媒经第一三通(1-6)的第三、第一口，再经第一电子节流装置(1-5)和吸热状态的外置换热器(1-4)，通过第二电子三通阀(1-3)的第三、第一口后，由第二三通(1-8)的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；

冷水箱制冷及外置换热循环——冷水源停止进水，所述热泵主机的压缩机(1-1)冷媒出口经第一电子三通阀(1-2)的第一、第三口后，再通过第二电子三通阀(1-3)的第二、第三口，经散热状态的外置换热器(1-4)，通过第一电子节流装置(1-5)和第一三通(1-6)的第一、第二口，再经第二电子节流装置(1-7)，通过冷水箱换热器，由第二三通(1-8)的第三、第一口返回压缩机冷媒进口。

2.根据权利要求1所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：所述进水及外置换热循环中，冷水源由水侧换热器(1-11)的水流通道，经电动阀(1-12)和第三三通(1-10)分别进入热水箱(2)和冷水箱(3)。

3.根据权利要求1所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：所述进水及外置换热循环中，冷水源由水侧换热器(1-11)的水流通道，经电动阀(1-12)进入热水箱(2)，再由热水箱进入冷水箱(3)。

4.根据权利要求2所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：还含有进水及外置和冷水箱换热循环——所述冷水源由水侧换热器(1-11)的水流通道，经电动阀(1-12)和第三三通(1-10)分别进入热水箱(2)和冷水箱(3)；所述热泵主机的压缩机(1-1)冷媒出口经第一电子三通阀(1-2)的第一、第二口后，通过水侧换热器(1-11)的冷媒一路经第一三通(1-6)的第三、第一口，再经第一电子节流装置(1-5)和吸热状态的外置换热器(1-4)，通过第二电子三通阀(1-3)的第三、第一口后，由第二三通(1-8)的第二、第一口返回压缩机冷媒进口；通过水侧换热器(1-11)的冷媒另一路经第一三通(1-6)的第三、第二口，再经第二电子节流装置(1-7)，通过冷水箱换热器(3-1)，由第二三通(1-8)的第三、第一口返回压缩机冷媒进口。

5.根据权利要求4所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：还含有热水箱加热及冷水箱换热循环——所述冷水源停止进水，热水箱的循环出水进循环泵后由水侧换热器(1-11)的水流通道，经电动阀(1-12)和第三三通(1-10)的第一、第三口进入热水箱(2)；所述热泵主机的压缩机(1-1)冷媒出口经第一电子三通阀(1-2)的第一、第二口后，通过水侧换热器(1-11)经第一三通(1-6)的第三、第二口，再经第二电子节流装置(1-7)，通过冷水箱换热器，由第二三通(1-8)的第三、第一口返回压缩机冷媒进口。

6.根据权利要求3所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：所述热水箱的底部向冷水箱上部供水。

7.根据权利要求1至6任一所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：所述外置换热器为空气源换热器、水源换热器或地源换热器。

8.根据权利要求7所述的节能灭菌冷热水系统，其特征在于：所述电子节流装置为电子膨胀阀。

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