CN210951873U - 一种双源热泵淋浴热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双源热泵淋浴热水系统，包括热回收换热器、水侧蒸发器、空气侧蒸发器、压缩机、冷凝盘管、节流元件、储热水箱、混水阀、花洒；淋浴废水经热回收换热器、水侧蒸发器后排出；自来水管路经热回收换热器换热后分为两路，第一自来水管路接入混水阀冷水进口，第二自来水管路经储热水箱后接入混水阀的热水进口；空气侧蒸发器内冷媒吸热后经压缩机压缩后进入储热水箱内冷凝盘管、节流元件、水侧蒸发器返回进入空气侧蒸发器。本实用新型通过热回收换热器、水侧蒸发器串联回收淋浴废水的热量，通过空气侧蒸发器回收空气中热量，通过输入少量电能驱动压缩机工作，能够实现较小的输入功率实现淋浴热水的供应。

Description

一种双源热泵淋浴热水系统

技术领域

本实用新型属于热水器领域，特别涉及一种双源热泵淋浴热水系统。

背景技术

随着社会的发展，人民生活水平的不断提高，淋浴用水量越来越大，淋浴废水经人体洗浴后温度约35℃左右，内含大量热量，这些热量直接跟废水一起排入下水道，造成大量浪费。出于环保的需要，原来燃煤的热水锅炉都在逐步淘汰，有些改用燃气锅炉，有些改用空气源热泵，有些改用污水源热泵。但燃气锅炉有燃气短缺的缺陷；空气源热泵北方冬季使用效率低下，能耗偏高；污水源热泵，需要建造体积庞大的废水池及复杂的水处理系统，不但投资巨大，实施起来复杂，容易堵塞管道，后期维护困难，且废水集中到污水池过程中热量浪费严重。

实用新型内容

本实用新型提供一种双源热泵淋浴热水系统，能够充分回收利用淋浴废水的废热。

本实用新型的技术方案如下：

一种双源热泵淋浴热水系统，包括热回收换热器、水侧蒸发器、空气侧蒸发器、压缩机、冷凝盘管、节流元件、储热水箱、混水阀、花洒，所述热回收换热器废水侧通过管道与所述水侧蒸发器连接，所述热回收换热器自来水侧通过管道与所述储热水箱连接；所述储热水箱通过管道与所述混水阀连接，所述水侧蒸发器、所述空气侧蒸发器、所述压缩机、所述冷凝盘管通过冷媒管道依次连接形成环路，所述混水阀包括混水阀冷水进口、混水阀热水进口、以及混水阀出水口，所述混水阀出水口与所述花洒连接；

淋浴废水经所述热回收换热器、水侧蒸发器后排出；自来水经所述热回收换热器换热后，分为第一自来水管路和第二自来水管路，所述第一自来水管路接入混水阀冷水进口，所述第二自来水管路经所述储热水箱后接入混水阀的热水进口；所述空气侧蒸发器内冷媒吸热后经所述压缩机压缩后进入所述冷凝盘管、节流元件、水侧蒸发器返回进入所述空气侧蒸发器。

优选的，所述热回收换热器内设置有所述热回收换热器积水盘，所述热回收换热器积水盘包括热回收换热器积水盘废水进口和热回收换热器积水盘废水出口，所述水侧蒸发器内设置有所述水侧蒸发器积水盘，所述水侧蒸发器积水盘包括水侧蒸发器积水盘进水口和水侧蒸发器积水盘出水口；所述热回收换热器积水盘废水进口用于回收淋浴废水，所述热回收换热器积水盘废水出口与所述水侧蒸发器积水盘进水口连接，淋浴废水经所述热回收换热器积水盘与所述水侧蒸发器积水盘后从所述水侧蒸发器积水盘出水口排出。

优选的，所述热回收换热器内设置有用于自来水通过的换热管，自来水经所述换热管与所述热回收换热器积水盘内的淋浴废水换热，所述换热管内自来水的流动方向设置为与淋浴废水流动方向相反，废水与自来水逆流换热。

优选的，所述水侧蒸发器积水盘内分为若干流道，淋浴废水依次流过所述流道，所述水侧蒸发器内设置有用于冷媒通过的水侧蒸发器盘管，所述水侧蒸发器盘管依冷媒流动方向顺序布置于所述流道中，冷媒流动方向与淋浴废水流动方向相反，二者逆流换热，冷媒吸收废水中的热量。

优选的，所述第二自来水管路与所述储热水箱的下部连接，自来水从所述储热水箱下部引入经压缩后的冷媒加热后，通过管道从所述储热水箱的上部引出，并接入所述混水阀的热水进口；供冷媒通过的冷凝盘管从储热水箱的上部进入，从储热水箱的下部引出，冷媒与自来水逆流换热。

优选的，所述自来水管路通过一设置有电磁阀的支路接至所述水侧蒸发器积水盘。

优选的，所述储热水箱采用高度直径比大于2或采用多个水箱串联的结构形式，冷水从水箱下部进，热水从水箱上部出。

优选的，所述水侧蒸发器、空气侧蒸发器、压缩机、节流元件、储热水箱整体集成在一个壳体内。

优选的，所述储热水箱容量为20升以上。

优选的，所述冷凝盘管设置于储热水箱内部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

第1，本实用新型通过热回收换热器、水侧蒸发器串联回收淋浴废水的热量，通过空气侧蒸发器回收空气中热量，通过输入少量电能驱动压缩机工作，能够实现较小的输入功率实现淋浴热水的供应；

第2，本实用新型自来水经热回收换热器吸热升温后分为两路，一路经储热水箱再接到混水阀热水进口，一路直接接混水阀冷水进口，这样淋浴花洒出水量和经过热回收换热器内部的自来水流量相等，可以最大发挥热回收换热器的换热能力；

第3，压缩机停机后需要高低压侧压力平衡才能再次启动，一般情况下控制系统都是在压缩机停机后延时3分钟才允许压缩机再次启动，通过储热水箱作为蓄能装置，可在压缩机停止的3分钟内持续供应热水直到压缩机再次启动加热，压缩机不会频繁启停，达到持续供应热水的目的；可避免使用过程频繁开关水龙头而造成压缩机频繁启停或者高压保护，进而避免装置不能正常供应热水甚至于压缩机损坏的情况；

第4，系统内自来水管路上设置有用于能量补充的电磁阀，当停止淋浴后水侧蒸发器积水盘内水温如果达到2℃，则电磁阀打开补充自来水进入水侧蒸发器积水盘，可有效防止水侧蒸发器积水盘内结冰及压缩机液击损坏设备；

第5，压缩机、冷凝盘管、节流元件、水侧蒸发器、空气侧蒸发器等制冷系统全部部件都集中在一起，整个制冷系统封闭，不要外部敷设制冷系统管路，安装简单；

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种双源热泵淋浴热水系统的结构示意图；

图中标记：

1-压缩机；

2-储热水箱；

3-冷凝盘管；

4-节流元件；

5-水侧蒸发器；

501-水侧蒸发器盘管；

6-空气侧蒸发器；

7-花洒；

8-热回收换热器积水盘废水进口；

9-热回收换热器；

901-换热管；

10-热回收换热器积水盘；

11-热回收换热器积水盘废水出口；

12-水侧蒸发器积水盘进水口；

13-水侧蒸发器积水盘；

14-水侧蒸发器积水盘出水口；

15-电磁阀；

16-混水阀；

17-自来水管路；

1701-第一自来水管路；

1702-第二自来水管路；

18-壳体。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

实施例1

一种双源热泵淋浴热水系统，包括热回收换热器9、水侧蒸发器5、空气侧蒸发器6、压缩机1、冷凝盘管3、节流元件4、储热水箱2、混水阀16、花洒7，所述热回收换热器9用于回收淋浴废水的热量，所述热回收换热器9 中回收淋浴废水并供淋浴废水通过的部位为废水侧，所述热回收换热器9中供自来水通过的部位为自来水侧，所述热回收换热器9废水侧通过管道与所述水侧蒸发器5连接，所述热回收换热器9自来水侧通过管道与所述储热水箱2连接；所述储热水箱2通过管道与所述混水阀16连接，所述水侧蒸发器 5、所述空气侧蒸发器6、所述压缩机1、所述内冷凝盘管3、节流元件4通过冷媒管道依次连接形成环路，所述混水阀16包括混水阀冷水进口、混水阀热水进口、以及混水阀出水口，所述混水阀出水口与所述花洒7连接；

淋浴废水经所述热回收换热器9、水侧蒸发器5后排出；自来水管路17 经所述热回收换热器9换热后，分为第一自来水管路1701和第二自来水管路 1702，所述第一自来水管路1701接入所述混水阀16冷水进口，所述第二自来水管路1702经所述储热水箱2后接入所述混水阀16的热水进口；所述空气侧蒸发器6内冷媒吸热后经所述压缩机1压缩后进入所述冷凝盘管3、节流元件4、水侧蒸发器5返回进入所述空气侧蒸发器6。

优选的，所述热回收换热器9内设置有所述热回收换热器积水盘10，所述热回收换热器积水盘10包括热回收换热器积水盘废水进口8和热回收换热器积水盘废水出口11，所述水侧蒸发器5内设置有所述水侧蒸发器积水盘13，所述水侧蒸发器积水盘13包括水侧蒸发器积水盘进水口12和水侧蒸发器积水盘出水口14；所述热回收换热器积水盘废水进口8用于回收淋浴废水，所述热回收换热器积水盘废水出口11与所述水侧蒸发器积水盘进水口12连接，淋浴废水从热回收换热器积水盘废水进口8进入并经所述热回收换热器积水盘10与所述水侧蒸发器积水盘13后从所述水侧蒸发器积水盘出水口14排出。

优选的，所述热回收换热器9内设置有用于自来水通过的换热管901，自来水经所述换热管901与热回收换热器积水盘10内的淋浴废水换热。所述换热管901内自来水的流动方向设置为与淋浴废水流动方向相反，废水与自来水逆流换热，以便更充分的换热。换热管901可选为微通道管(或其它类型换热管)。

优选的，所述水侧蒸发器积水盘13内分为若干流道，淋浴废水依次流过所述流道，水侧蒸发器5用于冷媒通过的管道为水侧蒸发器盘管501，水侧蒸发器盘管501依冷媒流动方向顺序布置于所述流道中，冷媒流动方向与淋浴废水流动方向相反，二者逆流换热，冷媒吸收废水中的热量。参见图1，流道可以由水侧蒸发器积水盘13的左右两对侧的侧壁交错设置的沿积水盘长度方向延伸的若干长度小于积水盘长度的挡板形成，水侧蒸发器盘管501进一步的可以设置为螺旋状，以进一步加强传热效果。二者逆流换热，换热效率高，并结合水侧蒸发器盘管501的螺旋状设置，进一步提高换热效率。

优选的，所述第二自来水管路1702与所述储热水箱2的下部连接，自来水从下部引入经冷凝盘管内的冷媒加热后，通过管道从所述储热水箱2的上部引出，并接入所述混水阀16的热水进口；所述冷媒的冷凝盘管3从储热水箱2的上部进入，从储热水箱2的下部引出。冷媒与自来水逆流换热。

优选的，所述自来水管路17通过一设置有电磁阀15的支路接至所述水侧蒸发器积水盘13。

优选的，所述储热水箱2采用高度直径比大于2或采用多个水箱串联的结构形式。

优选的，所述水侧蒸发器5、空气侧蒸发器6、压缩机1、节流元件4、储热水箱2整体集成在一个壳体18内。

优选的，所述储热水箱2容量为20升以上。

本实用新型设置有储热水箱，储热水箱高度与直径比大于2，容量20升以上。储热水箱中水温设定温度55℃，以出水量5升/分钟淋浴花洒计算，需要约3升/分钟的55℃热水流量，则20升水箱中热水可在压缩机停止的3分钟内持续供应热水直到压缩机再次启动加热，压缩机不会频繁启停，达到持续供应热水的目的。实际应用中储热水箱容量20升以上，持续正常用水更加有保证。

根据传热学知识，流体换热过程中，流体流动的速度越高，传热系数越高，换热效果越好。相较于现有技术中的自来水经热回收换热器预热后单独进储热水箱或单独进混水阀，会导致热回收换热器内流过的自来水流量小于淋浴花洒出水量，热回收换热器中水流速相对前者流速低，热回收效果差。而本实用新型自来水经热回收换热器吸热升温后分为两路，一路经储热水箱再接到混水阀热水进口，一路直接接混水阀冷水进口，这样淋浴花洒出水量和经过热回收换热器内部的自来水流量相等，可以最大发挥热回收换热器的换热能力。

冷媒流出水侧蒸发器后进入空气侧蒸发器，由于洗浴过程中淋浴花洒流出热水中含有的热量部分散失到空气中，周围空气温度约20℃-30℃，设置空气侧蒸发器可进一步吸收空气中的热量。

水温4℃以上时冷水密度高于热水密度。储热水箱采用高度直径比大于2 或多个水箱串联的结构形式，冷水从水箱下部进，热水从水箱上部出。可减少储热水箱中冷热水混合的情况，且同时减少整个系统的占地面积。

采用热回收换热器积水盘和水侧蒸发器积水盘两个积水盘串联的方案，使得压缩机、储热水箱及其冷凝器、节流元件、水侧蒸发器、空气侧蒸发器等制冷系统全部部件都集中在一个壳体18内，与热回收换热器9分开，整个制冷系统封闭在壳体内，不要外部敷设制冷系统管路，安装简单。

停止淋浴后，由于储热水箱2中水温要继续加热到设定温度，水侧蒸发器积水盘13没有废水连续进入，此时由于水侧蒸发器5内冷媒不断吸热导致水侧蒸发器积水盘13中少量的存水温度不断降低，此时为了继续补充能量将储热水箱2中水温加热到设定温度及防止水侧蒸发器积水盘13内存水结冰和蒸发不完全导致压缩机液击，所述自来水管路通过一设置有电磁阀15的支路接至所述水侧蒸发器积水盘13，当水侧蒸发器积水盘内水温低于2℃时，电磁阀15打开，补充自来水进入水侧蒸发器积水盘13，当储热水箱2水温达到设定温度后电磁阀15关闭。

具体应用例

首次使用时，在储热水箱2加满水以后，将混水阀16完全转动到冷水侧打开不停放水，冷水不断流经水侧蒸发器积水盘13，开启机器，通过压缩机 1工作，冷媒体不断吸收水侧蒸发器积水盘13内冷水中的热量将储热水箱2 中水温加热到设定温度(比如设定45℃)后关闭混水阀16，此后则可依靠整个系统工作源源不断提供热水。

现结合具体数据做一下说明，为了说明本系统具有普遍适用性，自来水温度按冬季我国北方地区冷水水温4℃考虑(在其它季节或南方自来水水温高的地区，本系统将更加节能高效)，淋浴花洒7出水温度40℃，人站在热回收换热器积水盘10上，洗浴过程中淋浴废水流到脚底进入热回收换热器积水盘废水进口8时温度为35℃，淋浴花洒7流量为5升/分钟。4℃的自来水进入本系统，流经热回收换热器9时经吸收35℃淋浴废水中热量后温度升高到 22℃，22℃的自来水进入储热水箱2继续吸收冷凝盘管3放出的热量，进一步被加热到45℃，进入混水阀16热水进口。35℃淋浴废水经热回收换热器9 向自来水传热后，流出热回收换热器积水盘10时温度降低到15℃。此后，15℃淋浴废水自然流动进入水侧蒸发器积水盘13，在水侧蒸发器积水盘13内被冷媒蒸发吸热进一步降低到4℃排出。水侧蒸发器5中冷媒蒸发温度为2℃，冷媒液体在水侧蒸发器5吸收15℃淋浴废水中的热量，然后进入空气侧蒸发器 6继续吸收淋浴装置周边20-30℃空气中的热量，完全汽化后进入压缩机1被压缩为85℃高温高压气体，进入储热水箱2中的冷凝盘管3将热量释放到储热水箱2中的自来水中，放热过程中冷媒逐渐变为中温高压的液体，然后经节流元件4节流降压后变为2℃低温低压液体吸收水侧蒸发器5和空气侧蒸发器6外的热量后进入压缩机1，如此往复循环。

整个系统能效比可分为两个过程计算，4℃自来水进入热回收换热器9，流经换热管901自来水升温到22℃，此过程升温18℃；22℃自来水流出淋浴花洒为40℃，此过程自来水升温18℃，根据压缩机技术参数及经验得知，此加热过程压缩机能效比约为3，则自来水由4℃升温到淋浴花洒出水温度40℃过程中温升36℃，整个系统能效比达到6。

以上数据仅仅是工作过程的说明，具体实施由于热回收换热器传热面积及冷媒系统各部件匹配不同，各个数据会有所不同。

根据传热计算公式Q＝KF△T，热回收换热器结构形式确定后，传热系数 K也已确定，增加热回收传热面积F，则能在不耗能的情况下多吸收淋浴废水中热量，整个系统能效比增大，所需压缩机功率更小。所以说此系统节能高效，且不受使用地域限制，是理想的淋浴用生活用热水制取方案。

工作过程

本实用新型工作可分为三个过程说明：

1、淋浴废水放热降温过程：淋浴花洒流出热水经人体洗浴后温度约35℃左右，进入热回收换热器积水盘10内向流经换热管901内的自来水传热，这个过程自来水温度升高，淋浴废水温度下降。接着淋浴废水流入水侧蒸发器积水盘13，在此流动过程中淋浴废水进一步向水侧蒸发器5里面流动的冷媒传热，淋浴废水温度进一步降低，最终经水侧蒸发器积水盘出水口14排出。

2、自来水升温过程：常温自来水进入换热管901，吸收热回收换热器积水盘10流过的淋浴废水的热量，这个过程淋浴废水温度下降，自来水温度得到提高，流出热回收换热器9的自来水分为两路，其中一路接入混水阀16的冷水进口，另外一路自来水进入储热水箱2，在储热水箱2中吸收冷凝盘管3 中冷媒释放的热量温度得到进一步升高，然后经储热水箱2出水口进入混水阀16的热水进口，与混水阀16冷水进口的自来水混合到适合淋浴的温度经淋浴花洒7流出供人洗浴。

3、冷媒流动过程：压缩机1从空气侧蒸发器6中吸入低温低压的冷媒气体，经压缩机1压缩后变为高温高压的冷媒气体，高温高压的冷媒气体进入储热水箱2中的冷凝盘管3中向储热水箱2中的自来水释放热量，自来水温度升高，高温高压的冷媒气体变为中温高压的冷媒液体，中温高压的冷媒液体流出冷凝盘管3后进入节流元件4，流出节流元件4的冷媒经节流降压后变为低温低压的冷媒液体，然后进入水侧蒸发器5，在水侧蒸发器5流动过程中吸取水侧蒸发器积水盘13内废水中的热量，冷媒流出水侧蒸发器5后进入空气侧蒸发器6继续吸收淋浴设备周边约20℃-30℃空气中的热量，流出空气侧蒸发器6后冷媒变为低温低压气体进入压缩机1再次压缩为高温高压气体，如此往复循环。冷媒可选用R22，也可采用其它现有的冷媒。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，包括热回收换热器、水侧蒸发器、空气侧蒸发器、压缩机、冷凝盘管、节流元件、储热水箱、混水阀、花洒，所述热回收换热器废水侧通过管道与所述水侧蒸发器连接，所述热回收换热器自来水侧通过管道与所述储热水箱连接；所述储热水箱通过管道与所述混水阀连接，所述水侧蒸发器、所述空气侧蒸发器、所述压缩机、所述冷凝盘管、所述节流元件通过冷媒管道依次连接形成环路，所述混水阀包括混水阀冷水进口、混水阀热水进口、以及混水阀出水口，所述混水阀出水口与所述花洒连接；

淋浴废水经所述热回收换热器、水侧蒸发器后排出；自来水经所述热回收换热器换热后，分为第一自来水管路和第二自来水管路，所述第一自来水管路接入混水阀冷水进口，所述第二自来水管路经所述储热水箱后接入混水阀的热水进口；所述空气侧蒸发器内冷媒吸热后经所述压缩机压缩后进入所述冷凝盘管、节流元件、水侧蒸发器返回进入所述空气侧蒸发器。

2.如权利要求1所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述热回收换热器内设置有热回收换热器积水盘，所述热回收换热器积水盘包括热回收换热器积水盘废水进口和热回收换热器积水盘废水出口，所述水侧蒸发器内设置有水侧蒸发器积水盘，所述水侧蒸发器积水盘包括水侧蒸发器积水盘进水口和水侧蒸发器积水盘出水口；

所述热回收换热器积水盘废水进口用于回收淋浴废水，所述热回收换热器积水盘废水出口与所述水侧蒸发器积水盘进水口连接，淋浴废水经所述热回收换热器积水盘与所述水侧蒸发器积水盘后从所述水侧蒸发器积水盘出水口排出。

3.如权利要求2所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述热回收换热器内设置有用于自来水通过的换热管，自来水经所述换热管与所述热回收换热器积水盘内的淋浴废水换热，所述换热管内自来水的流动方向设置为与淋浴废水流动方向相反，废水与自来水逆流换热。

4.如权利要求2所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述水侧蒸发器积水盘内分为若干流道，淋浴废水依次流过所述流道，所述水侧蒸发器内设置有用于冷媒通过的水侧蒸发器盘管，所述水侧蒸发器盘管依冷媒流动方向顺序布置于所述流道中，冷媒流动方向与淋浴废水流动方向相反，二者逆流换热，冷媒吸收废水中的热量。

5.如权利要求2所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述第二自来水管路与所述储热水箱的下部连接，自来水从所述储热水箱下部引入经冷凝盘管内冷媒加热后，通过管道从所述储热水箱的上部引出，并接入所述混水阀的热水进口；供冷媒通过的冷凝盘管从储热水箱的上部进入，从储热水箱的下部引出，冷媒与自来水逆流换热。

6.如权利要求2所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述自来水管路通过一设置有电磁阀的支路接至所述水侧蒸发器积水盘。

7.如权利要求1所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述储热水箱采用高度直径比大于2或采用多个水箱串联的结构形式，冷水从水箱下部进，热水从水箱上部出。

8.如权利要求1所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述水侧蒸发器、空气侧蒸发器、压缩机、节流元件、储热水箱整体集成在一个壳体内。

9.如权利要求1所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述储热水箱容量为20升以上。

10.如权利要求1所述的双源热泵淋浴热水系统，其特征在于，所述冷凝盘管设置于储热水箱内部。

Images