CN1259644A - 热泵式安全热水器 - Google Patents
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Abstract
一种高效而结构紧凑的热泵式安全热水器,由高效螺旋绕管热交换器冷凝器、蒸发器、回热器和压缩机等构成,可以从淋浴、洗涤排水或自来水、井水、河水、空气(此时蒸发器为风冷式)中充分获取热量,其产热量Q/耗电量W=COP值可达8～12W/W;由于压缩机电源和加热系统是分离的,并增设漏电保护,保证了其安全体,从而有效地解决了现行燃烧式、COP值≤1的电热式热水器无法克服的高能耗和潜在的不安全性两大技术难题。本发明中的螺旋绕管热交换器是一种应用范围广泛的高效热交换器。
Description
本发明涉及一种热泵和热交换器，尤其是一种以淋浴、洗涤后排放废水(以下简称排水)为热源的热泵式安全热水器。
现行热水器有燃气式和产热量Q/耗电量W＝COP值≤1的电热式两种。这两种热水器耗能量大和使用费高，另一方面电热式热水器的绝缘层易于受热老化而漏电、燃气式热水器的燃气管路易于泄漏及燃烧烟气均潜在着不安全的危害性。
为解决现行热水器的高能耗和潜在的不安全性两大技术难题，本发明的目的在于提供一种COP值较高的热泵式安全热水器及其螺旋绕管高效热交换器。
本发明以压缩机和热交换器冷凝器、蒸发器、回热器为主要部件，并由制冷剂循环管路和水流程管路联结而成。冷凝器以自来水—制冷剂为相互间隔的热交换流体，蒸发器以排水—制冷剂为相互间隔的热交换流体，回热器以排水—自来水为相互间隔的热交换流体，其水流程为：自来水经回热器被预热后经冷凝器被加热后经淋浴、洗涤后(或其它热源水)经回热器放热后经蒸发器进一步放热后而排放；在不用回热器时，水流程为：自来水经冷凝器被加热后经淋浴、洗涤后(或其它热源水)经蒸发器放热后而排放。
上述技术方法着力于排水或其它可利用热源水如：河水、井水、工业排水……的热量的利用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明原理图。
图2是本发明第二个实施例的原理图。
图3是螺旋绕管热交换器构造图。
图4是图3的左剖视图
图5是插芯的螺旋绕管热交换器构造图。
图6是图3、图5的右视图。
图7是内螺旋片插芯圆管剖视图。
图8是内波纹板插芯扁管剖视图。
图9是本发明第三个实施例空气热源的热泵热水器原理图。
在图中：M压缩机、A冷凝器、B回热器、C蒸发器、m毛细管、1水阀、2水压开关、3热水出口、4接水盘或洗涤池、5滤网、6壳管、7波纹管、8螺旋绕管、9内螺旋片、10壳盖、11芯管、12拉杆、13并联管、14小并联管、15螺管接口、16壳盖加强肋、17密封螺管、18螺母、19密封螺管、20螺母、21拉杆螺母、22芯管胶圈、23并联管胶圈、24内波纹板、25翅片管换热器、26风扇。
在图1中，自来水沿管路S1经水阀(1)、水压开关(2)流入回热器(B)内，被排水预热后沿S2流入冷凝器(A)内，进一步被高压制冷剂加热后沿S3从热水出口(3)放出，供淋浴或洗涤后进入接水盘或洗涤池(4)而后经滤网(5)沿S4进入回热器(B)，向自来水放热后沿S5进入蒸发器(C)，进一步向低压制冷剂放热而冷却后沿S6向下水道排放……；水阀(1)打开后，水压开关(2)接通压缩机的电源，使压缩机(M)启动，水阀(1)开启的大小控制自来水的流量，同时控制热水出口(3)的出水温度，水量愈大出水温度愈低，反之水量愈小出水温度愈高；经压缩机M排气管排出的高压汽态制冷剂，沿管路x1进入冷凝器(A)向自来水放热而成为液态制冷剂，沿x2经毛细管m节流降压后，沿x3进入蒸发器(C)吸收排水的热量而成为汽态制冷剂沿x4进入压缩机吸汽管而形成热泵循环。
需要加热的自来水经回热器(B)被排水预热后进入冷凝器(A)被加热，因此热泵的负荷轻，可以维持较高的冷凝压力P2，使热水出口温度提高或热水流量增大、也使排水温度或流量增大、回热器预热作用进一步增强，促使热泵系统的良性循环和维持较高的COP值水平。
在图2本发明第二个实施例中，在不用回热器(B)的系统中，自来水沿S1进入冷凝器(A)被加热后沿S3通向热水出口(3)，排水沿S4进入蒸发器(C)放热后沿S6排放。
在热泵热水器中电源只向压缩机(M)供电，电源和加热系统是分离的，同时增设漏电保护，可以保证其安全性。热泵系统是通过热交换器来完成流体间的吸热和放热过程的。上述技术方案中，热交换器的选择和设计也是保证COP值的关键要素，因此本发明同时提供一种螺旋绕管高效热交换器。
图3～8中螺旋绕管热交换器是在芯管(11)外围加薄金属片制成的波纹板(7)而后依此相间套合几层螺旋绕管(8)、波纹板(7)至壳管(6)，两端各有壳盖(10)封闭芯管(11)和壳管(6)，螺旋绕管(8)由小直径圆管或内螺纹管按螺旋状绕制、各层螺旋绕管(8)的两端各有并联管(13)合并为总管后从两端的壳盖(10)引出、并联管(13)和螺旋绕管(8)内构成管内流道；被纹板(7)的两面即和螺旋绕管(8)、芯管(11)、壳管(6)之间构成壳内流道，壳内流体从两端的壳盖(10)上的螺管接口(15)引出和引入。
并联管(13)从壳盖(10)引出处套焊着带有翻边的密封螺管(19)、翻边和壳盖(10)的结合面衬垫着并联管胶圈(23)、密封螺管(19)上有螺母(20)，两端的壳盖(10)由拉杆(12)拉紧。
见图5、7、8，螺旋绕管(8)用插入内螺旋片(9)的圆管或插入内波纹板(24)的扁管绕制(以增强管内流道的热交换性能)、其中一端采用小通径的小并联管(14)合并为总管、小并联管(14)从壳盖(10)引出处套焊着带有翻边的密封螺管(18)、翻边和壳盖(10)结合面衬垫并联管胶圈(23)。这种热交换器适用于管内流道是制冷剂的蒸发器(C)和冷凝器(A)；以及管内流道是高压差的流体。
上述热交换器在作为回热器(B)应用时：管内流道表面即螺旋绕管(8)和并联管(13)的内表面以及螺旋绕管(8)外及波纹板的两面，可以浸漆或表面防腐处理；在作为冷凝器(A)和蒸发器(B)应用时：其螺旋绕管(8)外和波纹板的两面可以浸漆或表面防腐处理，以增加热交换器的抗蚀性能。另一方面，壳盖(10)、芯管(11)、壳管(6)可以用塑料或其它非金属材料制成以提高耐蚀性和降低成本。
在螺旋绕管热交换器中逆流式热交换更为有利，因此管内流体和壳内流体在同一壳盖(10)上的小并联管(14)或并联管(13)内和螺管接口(15)内的两股流体流向相反。在热泵系统中应用螺旋绕管热交换器时冷凝器(A)应垂直安装，回热器(B)、蒸发器(C)应水平安装。
见图9，以螺旋绕管热交换器为冷凝管(A)、配用风扇(26)的翅片管式热交换器(25)为蒸发器时：可以和压缩机(M)构成空气热源式热泵热水器。同理，当以螺旋绕管热交换器为蒸发器(C)、配用风扇(26)的翅片管式热交换器(25)为冷凝器时：可以和压缩机(M)构成风冷式冷水机。
Claims (7)
1、一种由压缩机(M)和冷凝器(A)、蒸发器(C)、回热器(B)为热交换器，并由制冷剂管路和水流程管路等构成以淋浴、洗涤后排放废水(以下简称排水)为热源的热泵式安全热水器其特征在于：冷凝器(A)以自来水—制冷剂为相互间隔的热交换流体、蒸发器(C)以排水—制冷剂为相互间隔的热交换流体、回热器(B)以排水—自来水为相互间隔的热交换流体；其水流程为：自来水经回热器(B)被预热后经冷凝器(A)被加热后经淋浴、洗涤后(或其它热源水)经回热器(B)放热后经蒸发器(C)进一步放热后而排放；在不用回热器(B)时其水流程为：自来水经冷凝器(A)被加热后经淋浴、洗涤后(或其它热源水)经蒸发器放热后而排放。
2、在本发明中涉及一种螺旋绕管热交换器其特征在于：在芯管(11)外围加薄金属片制成的波纹板(7)、而后依次相间套合几层螺旋绕管(8)、波纹板(7)至壳管(6)，两端有壳盖(10)封闭芯管(11)和壳管(6)，螺旋绕管(8)由小直径的金属管或内螺纹管按螺旋状绕制、各层螺旋绕管(8)的两端各有并联管(13)合并为总管后从两端的壳盖(10)引出、其螺旋绕管(8)内和并联管(13)内构成管内流道，波纹板(7)的两面即和螺旋绕管(8)、芯管(11)、壳管(6)之间构成壳内流道、壳内流体从两端壳盖(10)上的螺管接口(15)引出和引入。
3、根据权利要求2中所述螺旋绕管热交换器当管内流道是制冷剂及高压差的流体时可采用插芯的螺旋绕管(8)，其特征在于：螺旋绕管(8)用插入内螺旋片(9)的圆管或插入内波纹板(24)的扁管绕制，其中的一端用小通径的小并联管(14)合并为总管后由小并联管(14)从一端的壳盖(10)引出，另一端仍由并联管(13)合并后引出。
4、根据权利要求1所述的热泵式安全热水器及权利要求2、3所述的螺旋绕管热交换器，其特征在于：其热交换器的管内流体和壳内流体即螺管接口(15)和并联管(13)或小并联管(14)内的流体在同一壳盖(10)上流向相反；冷凝器(A)垂直、回流器(B)和蒸发器(C)水平安装。
5、根据权利要求2、3所述的螺旋绕管热交换器，其特征在于：并联管(13)从壳盖(10)引出处套焊着带有翻边的密封螺管(19)、翻边和壳盖(10)的结合面衬垫着并联管胶圈(23)、小并联管(14)从壳盖(10)引出处套焊着带有翻边的密封螺管(18)、和壳盖(10)结合面衬垫着并联管胶圈(23)；两端的壳盖(10)由拉杆(12)拉紧，壳盖(10)、芯管(11)、壳管(6)可用塑料及非金属材料制成。
6、根据权利要求2、3所述的螺旋绕管热交换器，其特征在于：当作为冷凝器(A)和蒸发器(C)及回热器(B)应用时可在螺旋绕管(8)及并联管(13)、小并联管(14)的管外和波纹板(7)进行表面浸漆或防腐处理；当作为回热器(B)应用时可在其管内流道表面进行浸漆或防腐处理。
7、根据权利要求2、3所述的螺旋绕管热交换器，其特征在于：当以螺旋绕管热交换器作为冷凝器(A)、配用风扇(26)的翅片管式热交换器作为蒸发器时：可以和压缩机(M)构成空气热源式热泵热水器；当以螺旋绕管热交换器作为蒸发器(C)、配用风扇(26)的翅片管式热交换器作为冷凝器时：可以和压缩机(M)构成风冷式冷水机。
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