CN211503237U - 相变蓄能式热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种相变蓄能式热水系统。其中相变蓄能式热水系统，包括通过管路顺次连接的具有第一压缩部的冷媒压缩装置、第一四通阀、第一用水侧换热器、第一电子膨胀阀、第一截止阀、第二电子膨胀阀、第三换热器，还包括相变蓄能装置，相变蓄能装置内具有相变用换热器，第一四通阀上的各口分别与第一压缩部的排气口及吸气口、第一用水侧换热器、相变用换热器贯通，相变用换热器的另一端连接于第一截止阀与第二电子膨胀阀之间。本实用新型提供的一种相变蓄能式热水系统，采用相变蓄能装置与用水换热器的分离式设计，能够在利用相变蓄能的高蓄能密度的优势、提高换热能效的同时，提升系统的用水安全性。

Description

相变蓄能式热水系统

技术领域

本实用新型属于相变蓄热技术领域，具体涉及一种相变蓄能式热水系统。

背景技术

空气源热泵热水器以其节能、环保、安全等特性获得了广泛的推广和应用，但是由于常规空气源热泵热水器储水箱利用水的显热储热，储热密度较小，导致水箱体积较大，制约了其进一步的推广使用。为了解决前述不足，研发人员在传统的空气源热泵系统的基础上进行了必要改进，例如，将相变蓄能技术应用到空气源热泵热水器上，可以利用相变材料的潜热存储和释放热量，由于蓄热材料储热密度大，相变温度比较稳定，因此相变蓄热热水器具有蓄能密度大、体积较小、放热温度较为稳定的优点。在具体操作上，现有技术中在空气源热泵热水系统的基础上设置相应的相变蓄能箱，相变蓄能箱中设有供压缩机冷媒循环的冷媒管、供冷热水循环的水管，在冷媒管与水管之间填充相变蓄能材料，从而实现了冷媒-相变蓄能材料-水之间的热耦合(热传递)过程，而现有技术中，为了提升相变蓄能材料的蓄能密度及换热效率往往采用以无机盐类为主材的复合相变蓄能材料，无机盐类材料一定程度上会对水管以及冷媒管壁形成腐蚀，长久下来则存在管壁泄露导致相变蓄能材料渗透到生活用水中，造成用水安全隐患，而相变蓄热技术在热泵热水系统的应用目前尚未成熟，前述不足则形成了相变蓄热技术在热泵热水系统的应用瓶颈，同时，由于现有技术中的相变蓄能箱中同时设置了冷媒管及水管，其在尺寸一定的情况下，其换热蓄能能效得到限制(散热面积减小)，如何在利用相变蓄热技术的高蓄能密度的优势、提高换热能效的同时还能提升系统用水的安全性，成为亟待解决的问题，基于此，提出本实用新型。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种相变蓄能式热水系统，采用相变蓄能装置与用水换热器的分离式设计，能够在利用相变蓄能的高蓄能密度的优势、提高换热能效的同时，提升系统的用水安全性。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种相变蓄能式热水系统，包括通过管路顺次连接的具有第一压缩部的冷媒压缩装置、第一四通阀、第一用水侧换热器、第一电子膨胀阀、第一截止阀、第二电子膨胀阀、第三换热器，还包括相变蓄能装置，所述相变蓄能装置内具有相变用换热器，所述第一四通阀具有与所述第一压缩部的排气口贯通的Xa口、与所述第一用水侧换热器的一端贯通的Xb口、与所述第一压缩部的吸气口贯通的Xc口、与所述相变用换热器的一端贯通的Xd口，所述相变用换热器的另一端连接于所述第一截止阀与所述第二电子膨胀阀之间的第一管路上。

优选地，所述相变蓄能式热水系统还包括第二四通阀所述冷媒压缩装置还包括第二压缩部、第二四通阀、第二用水侧换热器、第三电子膨胀阀，所述第二四通阀具有与所述第二压缩部的排气口贯通的Ya口、与所述第二用水侧换热器的一端贯通的Yb口、与所述第二压缩部的吸气口贯通的Yc口、与所述相变用换热器的所述一端贯通的Yd口，所述第二用水侧换热器的另一端通过所述第三电子膨胀阀与所述第一管路连接。

优选地，所述第一用水侧换热器具有第一水管出口、所述第二用水侧换热器具有第二水管入口，所述第一水管出口与所述第二水管入口贯通连接。

优选地，所述第一压缩部的吸气口与所述第二压缩部的吸气口之间通过第二截止阀连接，和/或，所述Yb口与所述第二用水侧换热器的所述一端之间的管路上设有第三截止阀，和/或，所述Yd口与所述相变用换热器的所述一端之间的管路上设有第四截止阀。

优选地，所述Xd口与所述相变用换热器的所述一端之间的管路上设有第五截止阀。

优选地，所述第一电子膨胀阀与所述第一截止阀之间为第二管路，所述第二电子膨胀阀与所述第三换热器之间为第三管路，还包括第四管路，所述第四管路上设有第六截止阀，所述第四管路处于所述第二管路与所述第三管路之间。

优选地，所述相变用换热器换热管流路在所述相变蓄能装置内呈Z字型或者∣字型设置。

本实用新型提供的一种相变蓄能式热水系统，由于所述第一用水侧换热器与所述相变蓄能装置彼此相对独立分离的设置，而不是将冷媒管、水管及相变蓄能材料全部集成于一个部件中，从而能够在利用相变蓄能的高蓄能密度的优势的同时，提升系统的用水安全性，同时，由于在所述相变蓄能装置中的相变冷媒管与相变材料之间的换热面积、在所述第一用水侧换热器中的冷媒管与水管之间的换热面积都将得到提升，从而提升了系统的换热能效。

附图说明

图1为本实用新型实施例的相变蓄能式热水系统的系统原理示意图，图中黑色箭头示出了水管中水的流向；

图2为图1中热水系统处于大负荷单热源充热模式，图中黑色箭头示出了冷媒的循环流向；

图3为图1中热水系统处于大负荷双热源充热模式，图中黑色箭头示出了冷媒的循环流向；

图4为图1中热水系统处于大负荷单热源放热模式，图中黑色箭头示出了冷媒的循环流向；

图5为图1中热水系统处于双热源放热模式，图中黑色箭头示出了冷媒的循环流向；

图6为图1中热水系统处于单独热泵大负荷加热模式，图中黑色箭头示出了冷媒的循环流向；

图7为图1中相变蓄能装置的一种内部结构示意图；

图8为图1中相变蓄能装置的另一种内部结构示意图。

附图标记表示为：

10、第三换热器；111、第一压缩部；112、第一四通阀；113、第一用水侧换热器；114、第一电子膨胀阀；115、第一截止阀；116、第二电子膨胀阀；20、相变蓄能装置；211、第二压缩部；212、第二四通阀；213、第二用水侧换热器；214、第三电子膨胀阀；31、第二截止阀；32、第三截止阀；33、第四截止阀；34、第五截止阀。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，根据本实用新型的实施例，提供一种相变蓄能式热水系统，包括通过管路顺次连接的具有第一压缩部111的冷媒压缩装置、第一四通阀112、第一用水侧换热器113、第一电子膨胀阀114、第一截止阀115、第二电子膨胀阀116、第三换热器10，还包括相变蓄能装置20，所述相变蓄能装置20内具有相变用换热器，所述第一四通阀112具有与所述第一压缩部111的排气口贯通的Xa口、与所述第一用水侧换热器113的一端贯通的Xb口、与所述第一压缩部111的吸气口贯通的Xc口、与所述相变用换热器的一端贯通的Xd口，所述相变用换热器的另一端连接于所述第一截止阀115与所述第二电子膨胀阀116之间的第一管路上，可以理解的，所述第一用水侧换热器113上具有相应的冷媒管及水管，以实现水管中的水与冷媒管之间的冷媒之间的热交换。该技术方案中，由于所述第一用水侧换热器113与所述相变蓄能装置20彼此相对独立分离的设置，而不是将冷媒管、水管及相变蓄能材料全部集成于一个部件中，从而能够在利用相变蓄能的高蓄能密度的优势的同时，提升系统的用水安全性，同时，由于在所述相变蓄能装置20中的相变冷媒管与相变材料之间的换热面积、在所述第一用水侧换热器113中的冷媒管与水管之间的换热面积都将得到提升，从而提升了系统的换热能效。

进一步地，所述相变蓄能式热水系统还包括第二四通阀212所述冷媒压缩装置还包括第二压缩部211、第二四通阀212、第二用水侧换热器213、第三电子膨胀阀214，所述第二四通阀212具有与所述第二压缩部211的排气口贯通的Ya口、与所述第二用水侧换热器213的一端贯通的Yb口、与所述第二压缩部211的吸气口贯通的Yc口、与所述相变用换热器的所述一端贯通的Yd口，所述第二用水侧换热器213的另一端通过所述第三电子膨胀阀214与所述第一管路连接。该技术方案中，一方面，所述冷媒压缩装置包括的第二压缩部211使所述冷媒压缩装置的排量有了可提升的空间，使所述相变蓄能式热水系统在负荷的适应性上得到提升，例如可以在小负荷的时候仅运行一个压缩部例如第一压缩部111，在大负荷的时候则同时运行且并联的两个压缩部例如第一压缩部111及第二压缩部211，这有利于保证所述压缩部对应的电机驱动部分一直运行于较高的电机效率附近，前述的小负荷与大负荷是相对而言的，其具体的负荷划分标准依据于实际情况设定即可；另一方面，第二用水侧换热器213的设置则使所述热水系统中具备了两种用水温度的可选择性。该技术方案中的冷媒压缩装置可以由两个独立的压缩机并联构成，也即第一压缩111部为一个压缩机而第二压缩部211则为另一个压缩机，冷媒压缩装置也可以是一个具有两个压缩部的双缸压缩机，作为较为惯常的技术，本实用新型不做特别限定。

进一步地，所述第一用水侧换热器113具有第一水管出口、所述第二用水侧换热器213具有第二水管入口，所述第一水管出口与所述第二水管入口贯通连接，也即所述第一水管中的水在于第一用水侧换热器13中的制冷剂进行热交换之后被输送至第二用水侧换热器213中再次进行热交换，如此能够对水进行梯级加热或者制冷，提升相应的换热效率。具体的，例如可以通过改变第一压缩部111或者第二压缩部211的运行频率，进而改变相应的压缩部的冷媒排量及温度，从而使所述第一用水侧换热器113和/或第二用水侧换热器213的冷凝温度或者蒸发温度调整不同，从而使前述的冷凝温度或者蒸发温度与水管中的进水温度之间的温度差变小，进而提升相应的换热效率。该技术方案中的水管中的水流流向最好的能够与对应的换热器中的冷媒管中的冷媒相逆，从而形成逆向换热提升换热效率。

进一步地，为了能够使所述热水系统具备更多的运行模式，优选地，所述第一压缩部111的吸气口与所述第二压缩部211的吸气口之间通过第二截止阀31连接，和/或，所述Yb口与所述第二用水侧换热器213的所述一端之间的管路上设有第三截止阀32，和/或，所述Yd口与所述相变用换热器的所述一端之间的管路上设有第四截止阀33，在具体应用上，可通过控制这些截止阀的导通或者截断的状态与其中的四通阀的导通流路及相应电子膨胀阀的通断实现所述热水系统在各个模式之间的切换，以满足用户不同的使用需求。进一步地，所述Xd口与所述相变用换热器的所述一端之间的管路上设有第五截止阀34。

优选地，所述第一电子膨胀阀114与所述第一截止阀115之间为第二管路，所述第二电子膨胀阀116与所述第三换热器10之间为第三管路，还包括第四管路，所述第四管路上设有第六截止阀35，所述第四管路处于所述第二管路与所述第三管路之间。

作为所述相变蓄能装置的一种具体实施方式，所述相变蓄能装置包括所述相变用换热器以及包裹于所述相变用换热器的外侧的相变蓄能材料也即相变材料，而可以理解的，所述相变材料被封装于外壳体内，此时，为了提升所述相变蓄能装置的换热能效，优选地，所述相变用换热器换热管流路在所述相变蓄能装置20内呈Z字型(如图8所示)或者∣字型(如图7所示)设置，而不再采用现有的U字型设置，从而有效防止U字型冷媒管的进口与出口距离过近、温差过大所带来的相互换热(也即冷媒复热)的现象发生。而进一步地，前述的相变用换热器可以采用相应的换热器来实现，利于定义为蓄能换热器，所述蓄能换热器可以采用常见的翅片管换热器、螺旋盘管换热器、蛇形管换热器中的任意一种。所述相变材料的相变温度范围优选处于40-60℃，以满足用户需求。

根据本实用新型的实施例，还提供一种用于上述的相变蓄能式热水系统的控制方法，包括：

获取运行模式；

根据获取的运行模式，控制系统中的截断阀和/或电子膨胀阀的通断及四通阀的导通流路切换，以使系统运行于所获取的运行模式下。

优选地，当运行模式为小负荷单热源充热模式时，控制第五截止阀34、第二电子膨胀阀116导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xd口、Xb口与Xc口分别导通，控制第一截止阀115、第二截止阀31、第三截止阀32、第四截止阀33、第六截止阀35、第一电子膨胀阀114、第三电子膨胀阀214截止；或者，

如图2所示，当运行模式为大负荷单热源充热模式时，控制第五截止阀34、第二电子膨胀阀116、第二截止阀31、第四截止阀33导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xd口、Xb口与Xc口分别导通，控制第二四通阀212的Ya口与Yd口、Yb口与Yc口分别导通，控制第一截止阀115、第三截止阀32、第六截止阀35、第一电子膨胀阀114、第三电子膨胀阀214截止。

优选地，当运行模式为小负荷单热源放热模式时，控制第一电子膨胀阀114、第一截止阀115、第五截止阀34导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xb口、Xd口与Xc口分别导通，控制第二电子膨胀阀116、第二截止阀31、第三截止阀32、第四截止阀33、第六截止阀35、第三电子膨胀阀214截止；或者，

如图4所示，当运行模式为大负荷单热源放热模式时，控制第一电子膨胀阀114、第一截止阀115、第五截止阀34、第四截止阀33、第三电子膨胀阀214导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xb口、Xd口与Xc口分别导通，控制第二四通阀212的Ya口与Yb口、Yd口与Yc口分别导通，控制第二电子膨胀阀116、第二截止阀31、第三截止阀32、第六截止阀35截止，此时水管中的水与所述第一用户侧换热器113及第二用户侧换热器213分别进行梯次换热后形成热水。

优选地，当运行模式为小负荷双热源充热模式时，控制第五截止阀34、第一截止阀115、第一电子膨胀阀114、第二电子膨胀阀116导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xd口、Xb口与Xc口分别导通，控制第二截止阀31、第三截止阀32、第四截止阀33、第六截止阀35、第三电子膨胀阀214截止；或者，

如图3所示，当运行模式为大负荷双热源充热模式时，控制第五截止阀34、第一截止阀115、第三截止阀32、第四截止阀33、第一电子膨胀阀114、第二电子膨胀阀116、第三电子膨胀阀214导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xd口、Xb口与Xc口分别导通，控制第二截止阀31、第六截止阀35截止，此时水管中的水与所述第一用户侧换热器113及第二用户侧换热器213分别进行梯次换热后形成冷水。

如图5所示，优选地，当运行模式为双热源放热模式时，控制第三截止阀32、第三电子膨胀阀214、第二电子膨胀阀116、第四截止阀33、第一电子膨胀阀114、第六截止阀35导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xb口、Xd口与Xc口分别导通，控制第二四通阀212的Ya口与Yb口、Yd口与Yc口分别导通，控制第二截止阀31、第一截止阀115、第五截止阀34截止，此时水管中的水与所述第一用户侧换热器113及第二用户侧换热器213分别进行梯次换热后形成冷水。

优选地，当运行模式为单独热泵小负荷加热模式时，控制第一电子膨胀阀114、第六截止阀35导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xb口、Xd口与Xc口分别导通，控制第二截止阀31、第一截止阀115、第五截止阀34、第三截止阀32、第三电子膨胀阀214、第二电子膨胀阀116、第四截止阀33截止；或者，

如图6所示，当运行模式为单独热泵大负荷加热模式时，控制第一电子膨胀阀114、第六截止阀35、第二截止阀31、第三截止阀32、第三电子膨胀阀214、第二电子膨胀阀116导通，控制第一四通阀112的Xa口与Xb口、Xd口与Xc口分别导通，控制第二四通阀212的Ya口与Yb口、Yd口与Yc口分别导通，控制第一截止阀115、第五截止阀34、第四截止阀33截止，此时形成传统的热泵热水系统，水管中的水与所述第一用户侧换热器113及第二用户侧换热器213分别进行梯次换热后形成冷水。

以上需要明确的是，所述单热源或者双热源指的是所述热水系统中用作蒸发器功能的换热器的个数(其中第一用水侧换热器及第二用水侧换热器用作蒸发器时仅作为一个蒸发器)是一个还是两个。例如，在图1中，第三换热器10作为系统内唯一的蒸发器形成单热源；而图2中的第三换热器10作为一个蒸发器、第一用水侧换热器113及第二用水侧换热器213作为一个蒸发器形成双热源，其他模式下的定义同此逻辑，不做赘述。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种相变蓄能式热水系统，其特征在于，包括通过管路顺次连接的具有第一压缩部(111)的冷媒压缩装置、第一四通阀(112)、第一用水侧换热器(113)、第一电子膨胀阀(114)、第一截止阀(115)、第二电子膨胀阀(116)、第三换热器(10)，还包括相变蓄能装置(20)，所述相变蓄能装置(20)内具有相变用换热器，所述第一四通阀(112)具有与所述第一压缩部(111)的排气口贯通的Xa口、与所述第一用水侧换热器(113)的一端贯通的Xb口、与所述第一压缩部(111)的吸气口贯通的Xc口、与所述相变用换热器的一端贯通的Xd口，所述相变用换热器的另一端连接于所述第一截止阀(115)与所述第二电子膨胀阀(116)之间的第一管路上。

2.根据权利要求1所述的热水系统，其特征在于，还包括第二四通阀(212)所述冷媒压缩装置还包括第二压缩部(211)、第二四通阀(212)、第二用水侧换热器(213)、第三电子膨胀阀(214)，所述第二四通阀(212)具有与所述第二压缩部(211)的排气口贯通的Ya口、与所述第二用水侧换热器(213)的一端贯通的Yb口、与所述第二压缩部(211)的吸气口贯通的Yc口、与所述相变用换热器的所述一端贯通的Yd口，所述第二用水侧换热器(213)的另一端通过所述第三电子膨胀阀(214)与所述第一管路连接。

3.根据权利要求2所述的热水系统，其特征在于，所述第一用水侧换热器(113)具有第一水管出口、所述第二用水侧换热器(213)具有第二水管入口，所述第一水管出口与所述第二水管入口贯通连接。

4.根据权利要求2所述的热水系统，其特征在于，所述第一压缩部(111)的吸气口与所述第二压缩部(211)的吸气口之间通过第二截止阀(31)连接，和/或，所述Yb口与所述第二用水侧换热器(213)的所述一端之间的管路上设有第三截止阀(32)，和/或，所述Yd口与所述相变用换热器的所述一端之间的管路上设有第四截止阀(33)。

5.根据权利要求4所述的热水系统，其特征在于，所述Xd口与所述相变用换热器的所述一端之间的管路上设有第五截止阀(34)。

6.根据权利要求5所述的热水系统，其特征在于，所述第一电子膨胀阀(114)与所述第一截止阀(115)之间为第二管路，所述第二电子膨胀阀(116)与所述第三换热器(10)之间为第三管路，还包括第四管路，所述第四管路上设有第六截止阀(35)，所述第四管路处于所述第二管路与所述第三管路之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热水系统，其特征在于，所述相变用换热器换热管流路在所述相变蓄能装置(20)内呈Z字型或者∣字型设置。

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