CN208059299U - 一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，包括热水箱、废热水池、空气源热泵、废热回收换热器和水源热泵，空气源热泵的热水出口通过第一管路连通热水箱的热水进口，热水箱的热水出口通过第二管路连通用户侧淋浴设备，用户侧淋浴设备的废水管道连通废热水池，废热水池的废水出口通过第三管路连通废热回收换热器的废水进口，废热回收换热器的冷水进口通过管路连通自来水供应侧，废热回收换热器的预热水出口通过第四管路连通水源热泵的冷水进口。本实用新型可实现能源梯度循环利用，节能减排，改善空气源热泵冬季使用工况，满足了用户冬季洗浴热水需求。

Description

一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机

技术领域

本实用新型涉及热泵热水器技术领域，具体涉及一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机。

背景技术

节能减排为当今国策，是人类社会可持续发展的必须。节能，除能量数量的节省外，更应注重能量品质的有效利用。电能、燃料的化学能、机械能等高品位能量优于热能，高温热能的品位优于低温热能，以电能、机械能的功能品位定义为1，热能的品位或热能转化为功能的能力由热力学的卡诺效率(1-T₀/T)表示，T为热能温度，T₀为环境温度；反之，电能转化为热能的理论效率是卡诺效率的倒数，即T/(T-T₀)。

热泵热水器，就是一种利用高品位的电能通过热泵制冷工质的循环，吸收零品位空气能或低品位水源的能量，制取50～55℃的生活用热水的节能设备，理论上制得的热水热量等于消耗电量和从环境中吸取的热量之和，约束条件是，所得热水量Q的有效能，小于消耗的电功量W，由于实际热泵在各环节的不可逆损失，一般在一年中热泵的能效比COP=Q/W在2~4.5倍。

发明内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种实现能源梯度循环利用，节能减排，改善空气源热泵冬季使用工况，满足用户冬季洗浴热水需求的双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，包括热水箱、废热水池、空气源热泵、废热回收换热器和水源热泵，空气源热泵的热水出口通过第一管路连通热水箱的热水进口，热水箱的热水出口通过第二管路连通用户侧淋浴设备，用户侧淋浴设备的废水管道连通废热水池，废热水池的废水出口通过第三管路连通废热回收换热器的废水进口，废热回收换热器的冷水进口通过管路连通自来水供应侧，废热回收换热器的预热水出口通过第四管路连通水源热泵的冷水进口，水源热泵的热水出口通过第五管路连通热水箱的热水进口。

优选地，前述空气源热泵还通过第六管路连通水源热泵，第六管路和第一管路上分别设置有单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ，冬季低温时，关闭单向阀Ⅱ，打开单向阀Ⅰ，由废热回收换热器和水源热泵向热水箱提供热水。

再优选地，前述废热回收换热器的废水出口通过管路连通地下沟。

更优选地，前述空气源热泵的冷水进口通过管路连通自来水供应侧。

进一步优选地，前述废热水池和用户侧淋浴设备之间还设置有废水汇流管。

具体地，前述第三管路和第六管路上均设置有流量调节阀。

本实用新型的有益之处在于：

（1）本实用新型以能量闭路循环使用为特征，按能量流动规律，重构一种“电能节能高效生产热水-供热并收集洗浴废热水（再生热源）-再生能源+电能-供热并收集洗浴废热水（再生热源）-再生能源+电能”，实现能源梯度循环利用，节能减排；

（2）双源热泵热能梯级利用热水机解决了单纯空气源热泵冬季性能系数低，产水量少的难题，满足了用户冬季洗浴热水需求，采用双极水环耦合技术进一步提升了冬季空气源热泵的性能系数，COP可达3.0以上，改善了空气源热泵冬季使用工况，同步解决了污水源热泵的低品位热源问题，且节约了部分高位能。

附图说明

图1是本实用新型的工作连接示意图。

图中附图标记的含义：1、热水箱，2、废热水池，3、空气源热泵，4、废热回收换热器，5、水源热泵，6、第一管路，7、第二管路，8、第三管路，9、第四管路，10、第五管路，11、第六管路，12、单向阀Ⅰ，13、单向阀Ⅱ。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参见图1，本实用新型的一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，包括热水箱1、废热水池2、空气源热泵3、废热回收换热器4和水源热泵5，空气源热泵3的冷水进口通过管路连通自来水供应侧，空气源热泵3的热水出口通过第一管路6连通热水箱1的热水进口，热水箱1的热水出口通过第二管路7连通用户侧淋浴设备，用户侧淋浴设备的废水管道连通废热水池2，废热水池2的废水出口通过第三管路8连通废热回收换热器4的废水进口，废热回收换热器的冷水进口通过管路连通自来水供应侧，废热回收换热器4的废水出口通过管路连通地下沟，废热回收换热器4的冷水出口通过第四管路9连通水源热泵5的冷水进口，水源热泵5的热水出口通过第五管路10连通热水箱1的热水进口。

空气源热泵3还通过第六管路11连通水源热泵5，第六管路11和第一管路6上分别设置有单向阀Ⅰ12和单向阀Ⅱ13，冬季低温时，关闭单向阀Ⅱ13，打开单向阀Ⅰ12，由废热回收换热器4和水源热泵5向热水箱1提供热水。其中，在第三管路8和第六管路11上均设置有流量调节阀。

废热水池2和用户侧淋浴设备之间还设置有废水汇流管。

本实用新型中的空气源热泵3从周围空旷的大气中吸收热量，生产45℃的洗浴热水进入系统的热水箱1中供给用户洗浴使用，一旦用户开始洗澡淋浴，就由系统收集洗浴废热水（一般收集到废热水池2的废热水余热有36℃左右），并供双源热泵中的污水源热泵5作为热源使用，这个过程开始后，就进入能量循环利用过程，即“电能节能高效生产热水—供热并收集洗浴废热水（再生热源）—再生能源+电能—供热并收集洗浴废热水（再生热源）—再生能源+电能”，形成双极水环耦合，如此往复，不断生产洗浴热水。

为了更好的阐述本实用新型，下面具体说明其工作过程：

1级热水循环过程为：空气源热泵3—热水箱1—淋浴器—废热水池2—废热回收换热器4+水源热泵5，空气源热泵3生产的热水（50℃）经用户洗浴后形成废热水（36℃）并被专用装置（含废水明沟、废水汇流管和废热水池2等）保温储存，然后泵入废热回收换热器4中通过热交换预热自来水（22℃）清水，再将22℃清水送入水源热泵5进行换热。

2级热水循环过程为：热水箱1—淋浴器—废热水池2—废热回收换热器4+水源热泵5—热水箱1，本实用新型在冬季低温的情况下运行时，只运行2级热水循环过程，空气源热泵3同时生产22℃热水供给水源热泵5，提升了水源热泵5加热的基础水温度，同时确保废热水和清水的流量比为1：1，实现稳定供水，并且空气源热泵3生产的清水工况由加热到50℃降低到22℃，加热温差降低了28℃，极大地改善了冬季运行工况，解决了机组在冬季运行压缩比过大的问题。

本实用新型以能量闭路循环使用为特征，按能量流动规律，重构一种“电能节能高效生产热水-供热并收集洗浴废热水（再生热源）-再生能源+电能-供热并收集洗浴废热水（再生热源）-再生能源+电能”，实现能源梯度循环利用，节能减排；双源热泵热能梯级利用热水机解决了单纯空气源热泵3冬季性能系数低，产水量少的难题，满足了用户冬季洗浴热水需求，采用双极水环耦合技术进一步提升了冬季空气源热泵3的性能系数，COP可达3.0以上，改善了空气源热泵3冬季使用工况，同步解决了污水源热泵5的低品位热源问题，且节约了部分高位能。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，其特征在于，包括热水箱、废热水池、空气源热泵、废热回收换热器和水源热泵，所述空气源热泵的热水出口通过第一管路连通热水箱的热水进口，所述热水箱的热水出口通过第二管路连通用户侧淋浴设备，所述用户侧淋浴设备的废水管道连通废热水池，所述废热水池的废水出口通过第三管路连通废热回收换热器的废水进口，所述废热回收换热器的冷水进口通过管路连通自来水供应侧，废热回收换热器的预热水出口通过第四管路连通水源热泵的冷水进口，所述水源热泵的热水出口通过第五管路连通热水箱的热水进口。

2.根据权利要求1所述的一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，其特征在于，所述空气源热泵还通过第六管路连通水源热泵，所述第六管路和第一管路上分别设置有单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ，冬季低温时，关闭单向阀Ⅱ，打开单向阀Ⅰ，由废热回收换热器和水源热泵向热水箱提供热水。

3.根据权利要求1所述的一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，其特征在于，所述废热回收换热器的废水出口通过管路连通地下沟。

4.根据权利要求1所述的一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，其特征在于，所述空气源热泵的冷水进口通过管路连通自来水供应侧。

5.根据权利要求1所述的一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，其特征在于，所述废热水池和用户侧淋浴设备之间还设置有废水汇流管。

6.根据权利要求1所述的一种双极水环耦合双源热泵热能梯级利用热水机，其特征在于，所述第三管路和第六管路上均设置有流量调节阀。