CN207365408U - 一种模块化承压热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模块化承压热泵系统,属于热泵设备领域。针对现有技术中存在的现有大容量用水系统热水供应压力无法保持平衡,末端用水忽冷忽热、容量吨位大的问题,本实用新型提供了一种模块化承压热泵系统,包括主机,还包括一个加热水箱和若干个通过循环管路串联的储热水箱,连接至自来水市政管网的补水管分别连通加热水箱内和第一级储热水箱,若干级储热水箱通过循环管路最终与加热水箱联通,加热水箱与主机的冷水管路和热水管路相连接;加热水箱和最后一级储热水箱与热水给水管联通。通过控制器有效的设定和控制,它可以实现终端水压的均衡,温度合适,能量耗费少,不需要大量动力设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及热泵系统领域,更具体地说,涉及一种模块化承压热泵系统。
背景技术
传统热水器通常为由真空集热管与非承压水箱直联组成的一体化结构的直接换热系统。这种传统热水器换热效率高,但缺陷也十分明显:体积大,必须置于室外,不仅安装不便,而且一楼多户使用受限;并且水箱因处于非承压状态而供水动力不足。
为了克服非承压供水动力不足的问题,申请号为01103950.7、名称为《新一代金属玻璃真空管太阳能热水器》的中国专利申请公开了一种太阳能热水器,它主要由水箱、真空集热管、热管和连接套管组成,金属连接套管下孔与全玻璃真空集热管口部外壁用耐250℃的粘接剂在高温下烘接并密封,其上孔与热管外壁密封连接。由于水箱是全承压的,因此克服了非承压供水动力不足的缺点,并且不炸管、不冻裂、不漏水,热效率和功能强于真空集热管热水器。但这种热水器的水箱通过热管直接与真空集热管衔接,因此必须其安装在一起,无法实现集热与热水供应相分离,不仅安装不够灵活,而且推广应用多有不便。例如,日照时间较少的楼下住户难以使用;又如,卫生间朝北的住家也无法使用。因此至今未能得到切实的应用。
承压水箱现在主要用于家庭小范围的热泵系统领域,如家用的热能系统,中国专利申请,申请号200810020906.4,公开日2011年9月14日,公开了一种分体式太阳能热水器,属于太阳能热水技术领域。该分体式太阳能热水器包括承压水箱、热管,以及填充防冻换热介质的太阳能集热装置、换热箱和进、出连接管;其中,所述太阳能集热装置的进、出口分别通过进、出连接管与换热箱连通,构成循环回路;所述热管的上散热段位于承压水箱内,下吸热段位于换热箱内。此发明实现了太阳能集热装置至承压水箱的热传递,由于承压水箱具有强劲的输水动力,因此可以很好的满足使用需求;而集热装置、换热箱和进、出连接管不直接与承压水箱连通,因此其中可以填充防冻换热介质,使外置部分具有所需的防冻效果;而循环回路和热管二级换热的有机组合,只需采用少量的热管,即可高效换热,成本显著降低。但是此承压方式水箱体积小,加热水很少,不适用于宾馆、高校等大范围需要热水的使用环境,而传统水箱为开式方式,而且容量吨位大,水箱内体和大气相通,待机损耗大。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的现有大容量用水系统热水供应压力无法保持平衡,末端用水忽冷忽热、容量吨位大,水箱内体和大气相通,待机损耗大,需要大量动力设备的问题,本实用新型提供了一种模块化承压热泵系统。它可以实现终端水压的均衡,温度合适,能量耗费少,不需要大量动力设备。
2.技术方案
本实用新型的目的通过以下技术方案实现。
一种模块化承压热泵系统,包括主机,还包括,一个加热水箱和若干个通过循环管路串联的储热水箱,连接至自来水市政管网的补水管分别连通加热水箱内和第一级储热水箱,若干级储热水箱通过循环管路最终与加热水箱联通,加热水箱与主机的冷水管路和热水管路相连接;加热水箱与和最后一级储热水箱与热水给水管联通。
更进一步的,加热水箱和主机之间设置有加热水泵;补水管至加热水箱之间设置有内循环水泵和电磁阀,加热水泵、内循环水泵和电磁阀与控制器相连接。保证水箱内的热水在进入过多的时候进入,室内回水管网,保证了热水的循环利用。
更进一步的,加热水箱向主机送水一端、加热水箱向热水给水管送水一端、最后一级储热水箱向热水给水管送水一端、中间级储热水箱中设置有温度传感器,温度传感器与控制器相连接。通过检测各级的温度,控制主机和水泵的运行,保证整体系统水温恒定,水流量均衡。
更进一步的,补水管一侧设置有回水管,回水管通过室内回水泵与室内回水管网联通,还设置有温度传感器,室内回水泵、温度传感器与控制器相连接。
更进一步的,回水管进水端设置有隔膜式气压罐。保证管网内的水压恒定,使用气压罐吸收管网内的压力,有效保证安全性。
更进一步的,所述的加热水泵和/或储热水箱中设置有电辅助加热器。在水流量较大时候可以使用辅助加热。
更进一步的,加热水箱与主机冷水管路和/或补水管中设置有过滤器。保证了循环水的清洁,水质很高。
更进一步的,加热水箱和/或储热水箱中设置有太阳能换热管,太阳能换热管通过太阳能系统接口与外部的太阳能加热系统连接。可以连接外部的太阳能水环境系统,通过太阳能系统中的热水,经过太阳能换热管对水箱内的水进行加热,利用率高,可以综合匹配各种太阳能系统,兼容性好。
更进一步的,加热水箱与和最后一级储热水箱与热水给水管联通的管路上设置有自动排气阀。在热水温度过高或者气压过大的时候进行排气,保证管道内的气压安全。
一种上述所述的模块化承压热泵系统的控制方法,步骤如下:
A、控制器对各个的温度传感器的温度进行监控,当加热水箱向主机送水一端温度传感器检测的温度低于设定温度T1时,控制器控制主机和加热水泵启动工作;当加热水箱向主机送水一端温度传感器高于设定温度T2时,控制器控制主机和加热水泵停止工作,T2>T1;
B、加热水箱向热水给水管送水一端的温度传感器检测的温度达到设定温度T3时,内循环水泵和电磁阀启动工作,当温度低于设定温度T4时,内循环水泵和电磁阀停止工作;T3>T4;
C、回水管温度传感器检测的温度低于设定温度T5时,室内回水泵启动工作,当回水管温度传感器检测的温度高于设定温度T6时,室内回水泵停止工作,T6>T5;
D、当中间级储热水箱的温度传感器检测的温度低于设定温度T7时,电辅助加热器启动工作,反之停止工作。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的优点在于:
(1)本方案采用模块化承压系统,出水恒温恒压:使用的承压系统,冷热水压力始终处于平衡状态,水温水压恒定;使用了可以自由设置的模块化水箱,冷水进、热水出、热水分仓储存,彻底杜绝冷热水混合造成的水温波动;
(2)本方案采用静态加热系统,热泵机组工作不受水流量大小的影响,稳定工作至-10℃;可以采用蒸发器变流量设计,延缓结霜;集成电辅助加热,速热增容;
(3)本方案回水管进水端设置有隔膜式气压罐。保证管网内的水压恒定,使用气压罐吸收管网内的压力,有效保证安全性;
(4)本方案加热水泵和/或储热水箱中设置有电辅助加热器,在水流量较大时候可以使用辅助加热,保证温度达到所需的要求;
(5)本方案加热水箱与主机冷水管路和/或补水管上设置有过滤器,保证了循环水的清洁,保证了各个管路和设备不容易产生水垢,水质好;
(6)本方案加热水箱和/或储热水箱中设置有太阳能换热管,太阳能换热管通过太阳能系统接口与外部的太阳能加热系统连接,用于连接外部的太阳能水环境系统,通过太阳能系统中的热水,经过太阳能换热管对水箱内的水进行加热,利用率高,可以综合匹配各种太阳能系统,兼容性好;
(7)本方案加热水箱与和最后一级储热水箱与热水给水管联通的管路上设置有自动排气阀,在热水温度过高或者气压过大的时候进行排气,保证管道内的气压安全;
(8)本方案采用全新系统方案,综合能耗更低:即烧即用,散热损耗大大降低;省去了热水增压泵、冷水增压泵等耗电设备,有效的降低了系统总能耗;模块化水箱水量可调,更加节能。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1结构示意图;
图2为本实用新型的实施例2结构示意图。
图中标号说明:
1、主机;2、加热水箱;3、储热水箱;4、控制器;5、电辅助加热器;6、隔膜式气压罐;7、加热水泵;8、内循环水泵;9、室内回水泵;10、电磁阀;11、过滤器;12、补水管;13、回水管;14、太阳能换热管;15、太阳能系统接口;16、自动排气阀。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例,对本实用新型作详细描述。
实施例1
本方案的一种模块化承压热泵系统,如同图1所示,包括主机1,主机1可以选择各种热泵主机,如空气源热泵主机,还包括,一个加热水箱2和若干个通过循环管路串联的储热水箱3,方案中选择3个储热水箱,连接至自来水市政管网的补水管12分别连通加热水箱2内和第一级储热水箱3,补水管12进水口伸入加热水箱2内和第一级储热水箱3底部,3个储热水箱3通过循环管路最终与加热水箱2联通;加热水箱2循环管路的出水口设置于水箱上部,并连同至相邻的储热水箱3上部,此为第三级储热水箱3,这样加热水箱3的上部热水可以进入相邻的第三级储热水箱3内,第三级储热水箱3内循环管路出水口设置于底部,底部的水通过循环管路进入第二级的储热水箱3上部,第二级的储热水箱3循环管路出水口设置于底部,底部的水通过循环管路进入第一级的储热水箱3上部,如果有更多级的储热水箱3按照此种方式进行连接。
加热水箱2与主机1的冷水管路和热水管路相连接;加热水箱2和第三级储热水箱3通过热水出水口与热水给水管联通。加热水箱2和主机1之间设置有加热水泵7;此处的加热水泵7可以并联设置有多个,保证供水充足。补水管12至加热水箱2之间设置有内循环水泵8和电磁阀10,加热水泵7、内循环水泵8和电磁阀10与控制器4相连接。
加热水箱2向主机1送水一端、加热水箱2向热水给水管送水一端、第三级储热水箱3向热水给水管送水一端、第二级储热水箱3中设置有温度传感器,温度传感器与控制器4相连接。此处的温度传感器可以为测温盲管,温度传感器分别标记为T5、T1、T2、T3。
补水管12一侧设置有回水管13,回水管13通过室内回水泵9与室内回水管网联通,还设置有温度传感器,室内回水泵9、温度传感器与控制器4相连接。温度传感器标记为T4。
回水管13进水端设置有隔膜式气压罐6。保证管网内的水压恒定,使用气压罐吸收管网内的压力,有效保证安全性。
所述的加热水泵7和/或储热水箱3中设置有电辅助加热器5。本实施例中的电辅助加热器5设置于加热水泵7中。在水流量较大时候可以使用辅助加热。保证温度达到所需的要求。
加热水箱2与主机1冷水管路和/或补水管12上设置有过滤器11。本实施例中过滤器11设置于加热水箱2与主机1冷水管路上。保证了循环水的清洁,保证了各个管路和设备不容易产生水垢,水质好。
加热水箱2和/或储热水箱3中设置有太阳能换热管14,太阳能换热管14通过太阳能系统接口15与外部的太阳能加热系统连接。本实施例中的太阳能换热管14设置于加热水箱2中,用于连接外部的太阳能水环境系统,通过太阳能系统中的热水,经过太阳能换热管对水箱内的水进行加热,利用率高,可以综合匹配各种太阳能系统,兼容性好。
在进行安装时候,热泵主机1顶部出风口距障碍物最小间距1.5m,各个水箱顶部距障碍物最小间距1.2m,有效保证散热,若安装于密闭空间,每台设备所需的循环风量应不小于7000m/h,此处的风量根据机器功率设定,机组底部距地面高度需大于当地最大积雪深度和可能的最大积水深度。有效保证不会进水,避免腐蚀。水箱上还设置有对应的安全阀、排污口,保证安全,便于后期维护。
一种模块化承压热泵系统的控制方法,步骤如下:
A、控制器4对各个的温度传感器的温度进行监控,T5低于设定温度值40℃时,控制器4控制主机1和加热水泵7启动工作;主机1对进入的水进行加热,当T5达到设定温度值55℃时停止工作;
B、T1达到设定温度值55℃时,内循环水泵8和电磁阀10启动工作,进行各个水箱之间的水循环,使得热水存储进入水箱中,当温度低于设定温度45℃时,内循环水泵8和电磁阀10停止工作;
C、T4低于设定温度值40℃时,室内回水泵9启动工作,有效保证室内的水温达到所需要的要求,如针对室内的水暖方式的系统,可以直接通过循环水进行供暖,当T4达到设定温度值50℃时,室内回水泵9停止工作;
D、T3≤30℃时,电辅助加热器5启动工作,反之停止工作,此处还可以加上,T2-T3≥15℃的条件,设定需要根据储热水箱的有效容量满足小时最大用水量具体时间而定。有效控制本方案的热泵系统循环使用。上述的温度值设定可以根据需求进行合理设定。
本方案应用于具体旅馆使用,对比与现有的开放式系统,示例如下:以100间标房为例,设计用水定额:120L/床;热泵机组在恶劣工况下设计工作时间:16h;热水设计水温:55℃;自来水设计水温:5℃;恶劣环境设计工况:0℃;
表1系统配置对比表
表2系统投资对比表
承压系统节能量分析,100间标准客房的宾馆日耗水量24吨计算,日耗热量约1395.6kw。热泵全年平均cop值按照3计算,责日耗电量为465.2度,水泵耗电量约为37.2度,总耗电量约为502.4度。采用承压闭式系统的运行费用约为传统开式系统的85%左右,那么日耗电量约为427度。按照全年365天计算,承压系统年节能量约为27275度电,商业用电按照1元/kwh计算,初投资高出的部分金额在承压系统投入使用后1年内即可收回。
本方案采用模块化承压系统,出水恒温恒压:使用的承压系统,冷热水压力始终处于平衡状态,水温水压恒定;使用了可以自由设置的模块化水箱,冷水进、热水出、热水分仓储存,彻底杜绝冷热水混合造成的水温波动,效果好,长期使用成本低。
实施例2
如图2所示,本方案的一种模块化承压热泵系统,包括主机1,主机1可以选择各种热泵主机,如空气源热泵主机,还包括,一个加热水箱2和若干个通过循环管路串联的储热水箱3,方案中选择4个储热水箱,连接至自来水市政管网的补水管12分别连通加热水箱2内和第一级储热水箱3,补水管12进水口伸入加热水箱2内和第一级储热水箱3底部,3个储热水箱3通过循环管路最终与加热水箱2联通;加热水箱2循环管路的出水口设置于水箱上部,并连同至于于至相邻的储热水箱3上部,此为第四级储热水箱3,这样加热水箱3的上部热水可以进入相邻的第四级储热水箱3内,第四级储热水箱3内循环管路出水口设置于底部,底部的水通过循环管路进入第三级的储热水箱3上部,第二级的储热水箱3循环管路出水口设置于底部,底部的水通过循环管路进入第二级的储热水箱3上部,第二级的储热水箱3循环管路出水口设置于底部,底部的水通过循环管路进入第一级的储热水箱3上部。
加热水箱2与主机1的冷水管路和热水管路相连接;加热水箱2和第四级储热水箱3通过热水出水口与热水给水管联通。加热水箱2和主机1之间设置有加热水泵7;此处的加热水泵7可以并联设置有多个,保证供水充足。补水管12至加热水箱2之间设置有内循环水泵8和电磁阀10,加热水泵7、内循环水泵8和电磁阀10与控制器4相连接。
加热水箱2向主机1送水一端、加热水箱2向热水给水管送水一端、第四级储热水箱3向热水给水管送水一端、第三级储热水箱3中设置有温度传感器、第一级储热水箱3中设置有温度传感器,温度传感器与控制器4相连接。此处的温度传感器可以为测温盲管,温度传感器分别标记为T5、T1、T2、T3、T6。
补水管12一侧设置有回水管13,回水管13通过室内回水泵9与室内回水管网联通,还设置有温度传感器,室内回水泵9、温度传感器与控制器4相连接。温度传感器标记为T4。
回水管13进水端设置有隔膜式气压罐6。保证管网内的水压恒定,使用气压罐吸收管网内的压力,有效保证安全性。
所述的加热水泵7和/或储热水箱3中设置有电辅助加热器5。本实施例中的电辅助加热器5设置于第三、四级储热水箱3中。在水流量较大时候可以使用辅助加热,保证温度达到所需的要求。
加热水箱2与主机1冷水管路和/或补水管12上设置有过滤器11。本实施例中过滤器11设置于补水管12上。保证了循环水的清洁,保证了各个管路和设备不容易产生水垢,水质好。
加热水箱2和/或储热水箱3中设置有太阳能换热管14,太阳能换热管14通过太阳能系统接口15与外部的太阳能加热系统连接。本实施例中的太阳能换热管14设置于第一级储热水箱3中,用于连接外部的太阳能水环境系统,通过太阳能系统中的热水,经过太阳能换热管对水箱内的水进行加热,利用率高,可以综合匹配各种太阳能系统,兼容性好。
加热水箱2与和最后一级储热水箱3与热水给水管联通的管路上设置有自动排气阀16。在热水温度过高或者气压过大的时候进行排气,保证管道内的气压安全。
在具体使用时候,
A、当T5低于设定温度值52℃时(可调),主机1和加热水泵7启动工作,反之停止工作;当T1达到设定温度值55℃时(可调),内循环水泵8和电磁阀10启动工作,当T1低于设定温度值45℃时(可调),内循环水泵8和电磁阀10停止工作;
B、当T4低于设定温度值45℃时(可调),室内回水泵9启动工作,当T4达到设定温度值52℃时(可调),室内回水泵9停止工作;
C、当T3低于设定温度值30℃时,第三级储热水箱3的电辅助加热器5启动工作,T3达到设定温度值40℃时,电辅助加热器5停止工作;
D、当T2低于设定温度值40℃时,第四级储热水箱3的电辅助加热器5器启动工作,T2达到设定温度值50℃时,电辅助加热器5停止工作;上述的温度值设定可以根据需求进行合理设定。通过上述方法有效控制本方案的热泵系统循环使用。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一,实际的结构并不局限于此,权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本专利的保护范围。此外,“包括”一词不排除其他元件或步骤,在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一,第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。
Claims (9)
1.一种模块化承压热泵系统,包括主机(1),其特征在于:还包括,一个加热水箱(2)和若干个通过循环管路串联的储热水箱(3),连接至自来水市政管网的补水管(12)分别连通加热水箱(2)内和第一级储热水箱(3),若干级储热水箱(3)通过循环管路最终与加热水箱(2)联通,加热水箱(2)与主机(1)的冷水管路和热水管路相连接;加热水箱(2)和最后一级储热水箱(3)均与热水给水管联通。
2.根据权利要求1所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:加热水箱(2)和主机(1)之间设置有加热水泵(7);补水管(12)至加热水箱(2)之间设置有内循环水泵(8)和电磁阀(10),加热水泵(7)、内循环水泵(8)和电磁阀(10)与控制器(4)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:加热水箱(2)向主机(1)送水一端、加热水箱(2)向热水给水管送水一端、最后一级储热水箱(3)向热水给水管送水一端、中间级储热水箱(3)中均设置有温度传感器,温度传感器与控制器(4)相连接。
4.根据权利要求3所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:补水管(12)一侧设置有回水管(13),回水管(13)通过室内回水泵(9)与室内回水管网联通,还设置有温度传感器,室内回水泵(9)、温度传感器与控制器(4)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:回水管(13)进水端设置有隔膜式气压罐(6)。
6.根据权利要求2所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:所述的加热水泵(7)和/或储热水箱(3)中设置有电辅助加热器(5)。
7.根据权利要求1所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:加热水箱(2)与主机(1)冷水管路和/或补水管(12)中设置有过滤器(11)。
8.根据权利要求1所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:加热水箱(2)和/或储热水箱(3)中设置有太阳能换热管(14),太阳能换热管(14)通过太阳能系统接口(15)与外部的太阳能加热系统连接。
9.根据权利要求1所述的一种模块化承压热泵系统,其特征在于:加热水箱(2)与和最后一级储热水箱(3)与热水给水管联通的管路上设置有自动排气阀(16)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant |