CN204373204U - 半导体热泵热水器 - Google Patents
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Abstract
一种半导体热泵热水器，集成半导体热电芯片、虹吸循环高效换热、热电芯片与电热器双动力加热、单罐双加热模式等先进技术。预热和保温时，由温度传感器启动半导体热电芯片，由1份电能驱动，通过虹吸循环高效吸取30℃上水的2份低品位热量，并由半导体热电芯片提升为3份50℃高品位热量，再通过虹吸循环高效加热45℃中温热水；加热热水时，由流量开关启动电热器，并与半导体热电芯片一起，即时加热中温热水，节省一半耗电量。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种半导体热泵热水器。
(二)背景技术
现有产品存在下列不足：
1、电热水器仅由电热管和热水箱组成，因此其制造简单、成本低廉、可靠性高，但热电转换受能量守恒定律和热水箱保温影响，使其加热效率低于1，这就导致耗电量过大、加热量不足、对配电要求偏高；其中即热式电热水器的加热效率约为0.85-0.95，耗电功率为5-9kW；而储热式电热水器则由于保温时间较长，导致热损较大，因此虽然其耗电功率只有2-3kW，但其平均加热效率只有0.50-0.60。
2、空气源热泵热水机充分利用热泵循环的科学原理，1份电能驱动压缩机，形成热泵循环，通过蒸发器从环境吸取4份低品位热量，并由热泵循环提升为5份高品位热量，再通过冷凝器加热热水，使其制热效率高达3.0-5.0；因此虽然制热量高达5-14kW，但其耗电量只有1-4.5kW，因此节电效果十分明显，且降低配电要求；然而热泵回路则由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等冷媒部件组成，而蓄热、供热回路又由循环泵、热水箱、阀门等水部件组成，因此其制造与安装均十分复杂、维护成本高昂、可靠性较差。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种半导体热泵热水器：其中每块半导体热电芯片均构成一个独立的小型热泵，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水中的低品位热量，并由热电芯片提升 为3份高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热中温热水，使其制热效率高达3.0；从而以最简单的结构，实现高效半导体热泵热水器功能，制取(43-48℃)中温热水，倡导“绿色健康”生活方式。
本发明采用的技术方案，即半导体热泵热水器如附图1所示，其中：1-加热罐；2-半导体热电芯片；3-吸热罐；4-垂直加热翅片；5-垂直吸热翅片；6-虹吸加热套桶；7-虹吸吸热套桶；8-下进口；9-上出口；10-电热器；11-加热信号灯；12-防干烧开关；13-温度传感器；14-保温材料；15-安全泄水止回阀；16-防电隔离墙；17-安全接地和防漏电保护开关；18-热水信号灯；19-吸热罐上进口；20-吸热罐下出口；21-流量开关。
按照附图1所示的半导体热泵热水器：其由加热罐1、半导体热电芯片2、吸热罐3三大部件组成；
半导体热电芯片2的热端与加热罐1的加热平面紧密接触，加热平面内壁设置垂直加热翅片4，垂直加热翅片4的加热侧设置虹吸加热套桶6，其上部预留虹吸循环出水空间，其下部预留虹吸循环进水空间；
半导体热电芯片2的冷端与吸热罐3的吸热平面紧密接触，吸热平面内壁设置垂直吸热翅片5，垂直吸热翅片5的吸热侧设置虹吸吸热套桶7，其上部预留虹吸循环进水空间，其下部预留虹吸循环出水空间；
其中加热罐1为垂直细长圆缺柱体，底部外侧面开水平下进口8，顶面圆心开垂直上出口9，底部设置电热器10，半导体热电芯片2和电热器10在控制上与加热信号灯11联锁，顶面内壁设置防干烧开关12，中部侧壁设置的温度传感器13控制半导体热电芯片2的接通、断开和功率调节，并由热水温度显示屏18显示其加热蓄热温度，下进口8连接安全泄水止回阀15，在上出口9和安全泄水止回阀15的连接管 路上，各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙16，在电热器10与安全泄水止回阀15的连接管路上设置安全接地和防漏电保护开关17；
其中吸热罐3为垂直细长圆缺柱体，顶部外侧面开水平上进口19，底部外侧面开水平下出口20；
加热罐1及其连接的中温管路与管件，需附加保温材料14。
电热器10是加热罐1底部侧壁水平设置的倒U型金属电热管10；或是加热罐1底部侧壁水平设置的高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管10；或是加热罐1底部侧壁水平设置的大直径组合镍铬丝发热管10；或是加热罐1底部侧壁水平设置的高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管10；或是加热罐1底面外壁圆心设置的电发热盘10；或是加热罐1底面外壁圆心设置的电磁式发热盘10。
安全泄水止回阀15的进口安装流量开关21。
本发明半导体热泵热水器的工作过程结合附图1说明如下：
1、排气：上水以0.5～6bar表压分别排尽加热罐1和吸热罐3中的空气，每罐直到完全出水后再关闭相应阀门；
2、预热和保温功能：接通电源并启动本发明，加热罐1中部侧壁设置的温度传感器13，在感知水温低于44℃时，通过闭环控制接通半导体热电芯片2，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水中的低品位热量，并由半导体热电芯片2提升为3份高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热中温热水；直到把上水加热到48℃，再断开半导体热电芯片2；当温度传感器13感知水温超过45℃时，则由热水信号灯18显示热水待用状态，可随时供应热水；
3、即时加热热水功能：使用热水功能时，上水利用其0.5～6bar表压流经安全泄水止回阀15，以把加热罐1中的45℃中温热水经上出口9排出，供用户直接使用；随后当加热罐1中部侧壁设置的温度传感器13感知水温低于44℃时；接通半导体热电芯片2，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水的低品位热量，并由半导体热电芯片2提升为3份高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热中温热水；与此同时流量开关21启动电热器10以即时加热热水，此外利用加热罐1对水的蓄热作用，共同维持供应的热水温度；过程持续进行，直到用户关闭热水功能；则本发明转入执行预热和保温功能，并等待持续加热至热水信号灯18恢复显示热水待用状态；
4、保护：
(1)防干烧：当防干烧开关12感知加热罐1尚未充满水时，为防止半导体热电芯片2和电热器10因干烧而损毁，便会自动切断整机电源，进入保护状态，直到加热罐1被水充满后方自动复位；
(2)防超压：当上水表压超过6bar时，安全泄水止回阀15会通过导流管自动泄压，保护加热罐1的使用安全；
(3)防电墙：在上出口9和安全泄水止回阀15的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙16，以确保使用安全；
(5)防漏电：在本发明安全接地基础上，当电磁互感式内置防漏电保护开关17检测到泄漏电流超过人体感应范围，便会在0.01～0.1秒自动切断电源，同时由加热信号灯11闪烁，以显示故障，保障人体安全。
与现有产品相比较，本发明集成创新优势如下所列：
1、半导体热电芯片：提供一种以上水作为热源的半导体热泵热水 器，在预热和保温时由温度传感器启动半导体热电芯片，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水的30℃低品位热量，并由半导体热电芯片提升为3份50℃高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热45℃中温热水，并持温蓄热；由于其制热效率高达3.0，相比电热器节省耗电量70％，倡导“绿色健康”生活方式；
2、虹吸循环高效换热：由虹吸循环实现半导体热电芯片冷端的高效吸热与热端的高效加热，从而提高本发明的加热、吸热、蓄热效率；
3、热电芯片与电热器双动力加热：使用热水功能时，由温度传感器启动半导体热电芯片，并由流量开关启动电热器，实现双动力共同即时加热热水，从而在大幅节省耗电量基础上确保热水使用效果；
4、单罐双加热模式：由单加热罐切换运行，一体化实现半导体热电芯片的静态预热和保温，以及半导体热电芯片和电热器双动力即时加热热水，这两种功能模式，避免重复投资电热器及其安全保护措施；从而既节约产品成本，又适合中国家庭配电要求；
5、无流体设备的热泵：本发明既免除压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等蒸汽压缩式热泵的各种冷媒部件，也免除循环泵、开式热水箱等各种水系统部件，因此制造和安装均十分简单、维护成本低廉、可靠性较高。
综上所述，本发明集成半导体热电芯片、虹吸循环高效换热、热电芯片与电热器双动力加热、单罐双加热模式等先进热能技术，一体化实现预热和保温时由温度传感器启动半导体热电芯片，由1份电能驱动，通过虹吸循环高效吸取30℃上水的2份低品位热量，并由半导体热电芯片提升为3份50℃高品位热量，再通过虹吸循环高效加热45℃中温热水；使用热水功能时，由流量开关启动电热器，并与半导体 热电芯片一起，共同实现即时加热中温热水，从而在提高加热效率、节省一半耗电量基础上确保热水使用效果，既节约产品成本又适合中国家庭的配电要求。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
附图2为本发明的剖面示意图。
(五)具体实施方式
本发明提出的半导体热泵热水器的实施例如附图1所示，现说明如下：其由直径200mm及高度500mm的304不锈钢圆缺柱体加热罐1、5块边长90mm的正方形及厚15mm的制热量480W、输入功率160W的半导体热电芯片2、直径150mm及高度500mm的304不锈钢圆缺柱体吸热罐3等三大部件组成；半导体热电芯片2的热端与加热罐1的加热平面紧密接触，加热平面内壁设置片距5mm的垂直加热翅片4，垂直加热翅片4的加热侧设置直径100mm、高度380mm、壁厚0.8mm的304不锈钢半圆柱面虹吸加热套桶6，其上部预留60mm虹吸循环出水空间，其下部预留60mm虹吸循环进水空间；半导体热电芯片2的冷端与吸热罐3的吸热平面紧密接触，吸热平面内壁设置片距5mm的垂直吸热翅片5，垂直吸热翅片5的吸热侧设置直径100mm、高度380mm、壁厚0.8mm的304不锈钢半圆柱面虹吸吸热套桶7，其上部预留60mm虹吸循环进水空间，其下部预留60mm虹吸循环出水空间；其中加热罐1为垂直细长圆缺柱体，底部外侧面开DN15内丝304不锈钢水平下进口8，顶面圆心开DN15内丝304不锈钢垂直上出口9，底部设置电热器10，半导体热电芯片2和电热器10在控制上与加热信号灯11联锁，顶面内壁设置防干烧开关12，中部侧壁设置的温度传感器13控制半导体热电芯片2的接通、断开和功率调节，并由热水温度显示屏18显示其加热蓄热 温度，下进口8连接安全泄水止回阀15，在上出口9和安全泄水止回阀15的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为DN15内丝接口非金属防电隔离墙16，在电热器10与安全泄水止回阀15的连接管路上设置安全接地和防漏电保护开关17；其中吸热罐3为垂直细长圆缺柱体，顶部外侧面开DN15内丝304不锈钢水平上进口19，底部外侧面开DN15内丝304不锈钢水平下出口20；加热罐1及其连接的中温管路与管件，需附加25mm厚的聚氨酯泡沫保温材料14。电热器10是加热罐1底部侧壁水平设置的总输入功率2kW的2对倒U型紫铜电热管10。安全泄水止回阀15的进口安装DN15内丝304不锈钢流量开关21。
本发明实施例中：上水温度20℃、上水表压2.5bar、中温热水蓄热温度45℃、单相电源额定电压220V、额定频率50Hz、半导体热电芯片额定输入功率0.8kW及额定制热量2.4kW、电热器输入功率2kW；预热和保温时由温度传感器启动半导体热电芯片，在吸热罐内通过虹吸循环高效吸取上水的30℃低品位热量1.6kW，由半导体热电芯片提升为50℃高品位制热量2.4kW，并在加热罐内通过虹吸循环高效预热45℃中温热水并持温蓄热，因此半导体热泵的加热效率高达3.0，相比电热器节省耗电量70％；而在使用热水功能时，再由流量开关启动电热器，并与半导体热电芯片一起，共同以2.8kW输入功率实现4.4kW制热量，即时加热45℃中温热水6L/min，总加热效率1.57，相比电热器节省耗电量43％；如按照预热和保温时间与即时加热时间的比例为3/1计算，则平均加热效率高达2.23，相比电热器节省耗电量55％；从而在节省一半以上耗电量的基础上，确保热水使用效果。每台机组重量10.5kg，运行重量35.5kg，运行时无噪音。
Claims (3)
1.一种半导体热泵热水器，其由加热罐(1)；半导体热电芯片(2)；吸热罐(3)；垂直加热翅片(4)；垂直吸热翅片(5)；虹吸加热套桶(6)；虹吸吸热套桶(7)；下进口(8)；上出口(9)；电热器(10)；加热信号灯(11)；防干烧开关(12)；温度传感器(13)；保温材料(14)；安全泄水止回阀(15)；防电隔离墙(16)；安全接地和防漏电保护开关(17)；热水信号灯(18)；吸热罐上进口(19)；吸热罐下出口(20)；流量开关(21)；其特征在于：由加热罐(1)、半导体热电芯片(2)、吸热罐(3)三大部件组成；半导体热电芯片(2)的热端与加热罐(1)的加热平面紧密接触，加热平面内壁设置垂直加热翅片(4)，垂直加热翅片(4)的加热侧设置虹吸加热套桶(6)，其上部预留虹吸循环出水空间，其下部预留虹吸循环进水空间；半导体热电芯片(2)的冷端与吸热罐(3)的吸热平面紧密接触，吸热平面内壁设置垂直吸热翅片(5)，垂直吸热翅片(5)的吸热侧设置虹吸吸热套桶(7)，其上部预留虹吸循环进水空间，其下部预留虹吸循环出水空间；其中加热罐(1)为垂直细长圆缺柱体，底部外侧面开水平下进口(8)，顶面圆心开垂直上出口(9)，底部设置电热器(10)，半导体热电芯片(2)和电热器(10)在控制上与加热信号灯(11)联锁，顶面内壁设置防干烧开关(12)，中部侧壁设置的温度传感器(13)控制半导体热电芯片(2)的接通、断开和功率调节，并由热水温度显示屏(18)显示其加热蓄热温度，下进口(8)连接安全泄水止回阀(15)，在上出口(9)和安全泄水止回阀(15)的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙(16)，在电热器(10)与安全泄水止回阀(15)的连接管路上设置安全接地和防漏电保护开关(17)；其中吸热罐(3)为垂 直细长圆缺柱体，顶部外侧面开水平上进口(19)，底部外侧面开水平下出口(20)；加热罐(1)及其连接的中温管路与管件，需附加保温材料(14)。
2.按照权利要求1所述的半导体热泵热水器，其特征在于：电热器(10)是加热罐(1)底部侧壁水平设置的倒U型金属电热管(10)；或是加热罐(1)底部侧壁水平设置的高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管(10)；或是加热罐(1)底部侧壁水平设置的大直径组合镍铬丝发热管(10)；或是加热罐(1)底部侧壁水平设置的高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管(10)；或是加热罐(1)底面外壁圆心设置的电发热盘(10)；或是加热罐(1)底面外壁圆心设置的电磁式发热盘(10)。
3.按照权利要求1所述的半导体热泵热水器，其特征在于：安全泄水止回阀(15)的进口安装流量开关(21)。
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| CN201420706432.XU CN204373204U (zh) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 半导体热泵热水器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201420706432.XU Withdrawn - After Issue CN204373204U (zh) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | 半导体热泵热水器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN204373204U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104456937A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 侴乔力 | 半导体热泵热水器 |
| CN105509297A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-04-20 | 山东大学 | 一种快速恒温水制取装置 |
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2014
- 2014-11-14 CN CN201420706432.XU patent/CN204373204U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104456937A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 侴乔力 | 半导体热泵热水器 |
| CN104456937B (zh) * | 2014-11-14 | 2018-02-13 | 侴乔力 | 半导体热泵热水器 |
| CN105509297A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-04-20 | 山东大学 | 一种快速恒温水制取装置 |
| CN105509297B (zh) * | 2016-02-04 | 2018-06-08 | 山东大学 | 一种快速恒温水制取装置 |
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Legal Events
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