CN211823139U - 空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，包括空气源热泵、缓冲水箱、水源热泵和高温水箱、开水水箱、温开水水箱；空气源热泵冷凝器出口通过第一水泵连接缓冲水箱；缓冲水箱连接水源热泵的蒸发侧进水口；水源热泵的蒸发侧出水口连接温开水换热器；温开水换热器连接空气源热泵的冷凝器进口；所述水源热泵通过提取缓冲水箱中的热量给高温水箱加热；净水经高温水箱进入开水水箱；开水水箱通过温开水换热器连接温开水水箱，开水水箱内的水经温开水换热器换热后进入温开水水箱。本实用新型有效提高系统性能，加强了供热能力。

Description

空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统

技术领域

本实用新型涉及热泵机组热能综合利用领域，具体涉及一种空气源热泵和水源热泵结合利用的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统。

背景技术

目前市面上的热泵热水器种类越来越多，制备开水的系统主要有四种：电加热、太阳能型、水源热泵和空气源热泵。电加热是目前最广泛的一种应用方式，具有安装简单方便，使用简单的特点，但是电加热电能消耗过大，在大型系统会造成十分庞大的运行费用；太阳能型是太阳能利用集热装置进行收集太阳光照射热量，该类型需要借助太阳能，但是在阴雨条件下不实用，而且太阳能利用效率较低，安装较繁琐，成本较高；水源热泵是利用一定温度的水源作为热源，将水源中的热量吸收后经压缩机制备高温水，因此水源热泵必须依赖具有一定温度和流量的水源；空气源热泵从空气获得热量来加热水，空气源热泵具有受环境温度影响大，环境温度越低空气源热泵的加热效率越低，且无法在低温环境制备高温水，当室外温度低于0摄氏度时，单空气源热泵会产生压缩比增大、制热量下降等问题，甚至会影响到整个热泵机组的运行，空气源热泵在低温工况会给用户带来极差的体验度。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的单空气源热泵在寒冷地区或制取高温热水工况出现的制热不足，能效比低，机组性能受环境影响大的现象，提供一种有效提高系统性能、加强供热能力的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，包括通过管道依次相连的空气源热泵、缓冲水箱、水源热泵和高温水箱；所述空气源热泵通过第一水泵连接缓冲水箱；所述缓冲水箱连接水源热泵的蒸发侧进水口；所述水源热泵的蒸发侧出水口连接温开水换热器；所述温开水换热器连接空气源热泵；形成第一循环管路；

所述水源热泵的冷凝侧出水口通过管道连接高温水箱；所述高温水箱通过第二水泵连接所述水源热泵的冷凝侧进水口；形成第二循环管路；

所述高温水箱通过管道连接开水水箱，所述开水水箱的水通过所述温开水换热器换热后连接温开水水箱。

进一步地，还包括纯净水水箱，所述纯净水水箱通过管道连接净水机，所述净水机连接自来水管；

所述纯净水水箱通过第三水泵连接高温水箱，所述第三水泵与所述高温水箱连接的管道上安装有压力控制器。

所述纯净水水箱与高温水箱连接的管道上连接有旁通管道，所述旁通管道连接所述缓冲水箱，所述旁通管道上安装有补水阀，所述自来水管用于通过所述旁通管道给所述缓冲水箱补水，所述纯净水水箱经过第三水泵给所述高温水箱补水。

所述开水水箱和温开水水箱中设有电加热器；所述开水水箱上设有开水供水口，所述温开水水箱上设有温开水供水口。

所述缓冲水箱、高温水箱、开水水箱和/或温开水水箱的外部设有保温层。

所述缓冲水箱、高温水箱、开水水箱和/或温开水水箱内装有温度探头。

所述缓冲水箱、高温水箱、开水水箱、温开水水箱和/或纯净水水箱为承压水箱，所述的承压水箱上均安装有自动排气阀，所述缓冲水箱和高温水箱上安装有安全阀。

所述管道外部均设有温度探头、保温层和伴热带；所述伴热带设置在管道外壁和所述保温层之间。

所述第一水泵、第二水泵和第三水泵的进水管道上连接有过滤器和膨胀罐。

所述温开水换热器为板式换热器。

本实用新型的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统尤其适用于小区饮水、施工现场饮水、学校饮水、医院饮水、食堂饮水及部队饮水。采用本实用新型，可以实现利用空气源和水源热泵机组制备饮用开水，具有方便、快捷、安全及干净的特点，解决目前利用热泵机组制备开水的限制，利用空气源热泵和水源热泵的合理结合，弥补单纯使用空气源热泵的不足，并充分发挥了水源热泵的高效率，有效提高系统性能、加强供热能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统的结构示意图。

图中：1空气源热泵，2缓冲水箱，3水源热泵，4高温水箱，5开水水箱，6第一水泵,7第二水泵,8第三水泵,9温开水换热器,10温开水水箱,11纯净水水箱,12净水机,13自来水管,14自动补水阀,15压力控制器,16过滤器， 17膨胀罐，18安全阀，19自动排气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

参见图1，一种空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，包括通过管道依次相连的空气源热泵1、缓冲水箱2、水源热泵3和高温水箱4；空气源热泵1通过第一水泵6连接缓冲水箱2；缓冲水箱2连接水源热泵3的蒸发侧进水口；水源热泵3的蒸发侧出水口连接温开水换热器9；温开水换热器9连接空气源热泵1；形成第一循环管路；

水源热泵3的冷凝侧出水口通过管道连接高温水箱4；高温水箱4经过第二水泵7连接水源热泵2的冷凝侧进水口；形成第二循环管路；

高温水箱4通过管道连接开水水箱5，开水水箱5的水经所述温开水换热器9换热后进入温开水水箱10。

本发明的系统利用空气源和水源热泵机组制备饮用开水。合理分配空气源和水源热泵的运行工况，在制备高温热水的同时解决单空气源热泵压缩比过大、无法制取高温水、能效比低的缺点。采用空气源和水源热泵耦合机组使热泵系统达到高效利用。

进一步地，还包括纯净水水箱11，纯净水水箱11通过管道连接净水机12，净水机12连接自来水管13。

进一步地，纯净水水箱11通过管道经过第三水泵8连接高温水箱4，管道上安装有压力控制器15。

设置纯净水水箱和净水机，保障饮用水的水质。

进一步地，纯净水水箱11与高温水箱4连接的管道上连接有旁通管道，旁通管道连接缓冲水箱2，所述旁通管道上安装有补水阀14，自来水管13用于通过所述旁通管道给缓冲水箱2补水，纯净水水箱11经过第三水泵8给高温水箱4补水。

优选地，所述第一水泵6、第二水泵7和第三水泵8的进水管道上连接有过滤器16和膨胀罐17。

连接过滤器工作时，待过滤的水流经过滤器滤网，水中的颗粒杂质被截留在滤网内部，保持管道通顺和清洁，保护水泵等正常运行。

系统中的膨胀罐起到平衡水量及压力的作用,避免安全阀频繁开启和自动补水阀频繁补水；系统中起缓冲压力波动及部分给水的作用，在热力系统中主要是用来吸收工作介质因温度变化增加的那部分体积，保证系统的正常运行及不受压力的破坏。

优选地，为了方便自动加热，开水水箱5和温开水水箱10中设有电加热器；开水水箱5上设有开水供水口，温开水水箱10上设有温开水供水口。

优选地，为了保温，缓冲水箱2、高温水箱4、开水水箱5和/或温开水水箱10的外部设有保温层。

优选地，为了检测温度，缓冲水箱2、高温水箱4、开水水箱5和/或温开水水箱10内装有温度探头。

优选地，缓冲水箱2、高温水箱4、开水水箱5、温开水水箱10和/或纯净水水箱11为承压水箱，所述的承压水箱上均安装有自动排气阀19，缓冲水箱2和高温水箱4上安装有安全阀18。

承压储水方式属于封闭式储存，在储存过程中水体不与空气接触，空气中的杂质和微生物不会进入到水体中，避免储水容器对水的二次污染，水体的保质时间长。承压水箱在供水正常的情况下只是管道的一部分，有着与供水压力相等的水压；承压水箱安装简单便捷，清洗容易，抗震性强，使用寿命长，随时排除管道内的空气，消除管道水锤音，避免水泵抽空循环；承压水箱可吸收管道中因水压变化而产生的冲击能量，增长管道材料与设备的使用寿命。

本发明的管道外部均设有温度探头、保温层和伴热带；所述伴热带和温度探头在管道外壁和保温层之间。

设置伴热带，可方便管道内水的加热，设置保温层，可防冻。时间段外，机组停止工作，根据管道温度探头监测到的温度，防冻循环和伴热带启动，保证管道不冻。

本实用新型空气源和水源热泵机组放置建筑外围或设备间。本实用新型的具有保障性好，高效，节能的特点，可满足大部分地区的使用。

本实用新型的控制系统，通过温度、时间和压力等的采集控制整个系统的合理运行，实现空气源、水源热泵的启停，实现各水泵合理启停，保证各温度点的正常，补水放水，防冻保护的稳定可靠，并可设置用水时间段，节假日等模式，减少电能浪费。本实用新型通过利用空气和水源热泵机组的配合实现制备饮用开水的系统，利用空气源热泵的制热功能，水源热泵的高效取热功能，充分高效的利用能源。

本实用新型的控制方法如下：

空气源热泵1启停由缓冲水箱2温度Th控制，当Th温度低于设定温度时 (例如：缓冲水箱2温度设定为25℃，空气源热泵1启动设定温度为20℃，当缓冲水箱2温度低于20℃，则空气源热泵1启动，达到25℃，空气源热泵停止运行)，控制系统控制空气源热泵1和第一水泵6启动给缓冲水箱2供热，当达到设定温度(例如25℃)后，空气源热泵1和第一水泵6停止运行；

水源热泵3启停由缓冲水箱2温度Th和高温水箱4温度Tg控制，当温度探头检测到高温水箱4温度Tg低于启动设定值(例如80℃)且缓冲水箱2温度Th高于下限值(例如10℃)时，控制系统控制实现启动水源热泵3和第一水泵6、第二水泵7提取缓冲水箱2热量给高温水箱4供热，当高温水箱4温度Tg达到设定值(例如85℃)或缓冲水箱2温度Th低于下限值(例如10℃) 时，控制系统控制实现停止水源热泵3和第一水泵6、第二水泵7运行；

开水水箱5的电加热装置由开水水箱5温度Tk控制，当Tk温度低于设定温度(例如95℃)时，控制系统控制实现启动电加热器给开水水箱5供热，当 Tk温度达到设定温度(例如100℃)时，控制系统控制实现停止电加热装置运行；

温开水水箱10的电加热装置受温开水水箱10的温度Tw控制，当Tw温度低于设定温度(例如45℃)时，控制系统控制实现启动电加热器给温开水水箱供热，当Tw温度达到设定温度(例如50℃)时，控制系统控制实现停止电加热装置运行；

高温水箱4、开水水箱5和温开水水箱10的补水受压力控制，当开水水箱 5和/或温开水水箱10外部用水时，压力控制器15检测压力下降，控制系统控制实现启动第三水泵8给高温水箱4、开水水箱5和温开水水箱10补水；

本实用新型的水源热泵通过提取缓冲水箱中的热量给高温水箱加热；净水经高温水箱进入开水水箱；开水水箱通过温开水换热器连接温开水水箱，开水水箱内的水经温开水换热器换热后进入温开水水箱。本实用新型有效提高系统性能、加强供热能力。

本实用新型还提供一种上述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统的控制方法，包括以下步骤：

设置用水时间段，时间段的时间和温度设定值可调；

时间段内,满足饮用开水阶段，空气源热泵给缓冲水箱供热，当缓冲水箱的温度达到设定温度时空气源热泵停止工作。

水源热泵提取缓冲水箱中的热量给高温水箱加热，当高温水箱达到设定温度时水源热泵停止工作。

自来水连接缓冲水箱和纯净水水箱，当缓冲水箱和纯净水水箱根据液位探头监测到缺水时，控制系统控制相应的阀门打开进行自动补水。

本实用新型制备开水过程：自来水经净水机净化后的纯净水储存到纯净水水箱，纯净水水箱的纯净水通过第三水泵连接高温水箱，高温水箱内的水经过管道连接开水水箱，开水水箱通过电加热装置将水烧开，开水水箱有开水供水口，开水水箱通过管道经过温开水换热器连接温开水水箱，温开水水箱有温开水供水口；开水水箱温度未达到饮用开水的温度时，由电加热器进行加热到开水温度，温开水水箱温度未达到饮用温开水的温度时，由电加热器进行加热到温开水温度。

本实用新型制备温开水过程：开水水箱的水经过温开水换热器，换热降温后的水注入温开水水箱。

自来水通过净水机净化的水放到纯净水水箱，以提高系统的保障性，得到的纯净水注入高温水箱、开水水箱和温开水水箱，开水水箱和温开水水箱中的水温达不到温度的，由电加热器加热。本实用新型中温开水换热器优选为板式换热器。

开水水箱中的水经过温开水换热器和纯净水换热，最终制备的温开水注入温开水水箱。

采用本实用新型，可以实现利用空气源和水源热泵机组制备饮用开水，解决了热泵在低温环境供热不足的问题，提高热泵能耗比。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，包括通过管道依次相连的空气源热泵、缓冲水箱、水源热泵和高温水箱；所述空气源热泵通过第一水泵连接缓冲水箱；所述缓冲水箱连接水源热泵的蒸发侧进水口；所述水源热泵的蒸发侧出水口连接温开水换热器；所述温开水换热器连接空气源热泵；形成第一循环管路；

所述水源热泵的冷凝侧出水口通过管道连接高温水箱；所述高温水箱通过第二水泵连接所述水源热泵的冷凝侧进水口；形成第二循环管路；

所述高温水箱通过管道连接开水水箱，所述开水水箱的水通过所述温开水换热器换热后连接温开水水箱。

2.根据权利要求1所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，还包括纯净水水箱，所述纯净水水箱通过管道连接净水机，所述净水机连接自来水管；

所述纯净水水箱通过第三水泵连接高温水箱，所述第三水泵与所述高温水箱连接的管道上安装有压力控制器。

3.根据权利要求2所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述纯净水水箱与高温水箱连接的管道上连接有旁通管道，所述旁通管道上安装有补水阀，所述旁通管道连接所述缓冲水箱，所述自来水管用于通过所述旁通管道给所述缓冲水箱补水，所述纯净水水箱经过第三水泵给所述高温水箱补水。

4.根据权利要求2或3所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述开水水箱和温开水水箱中设有电加热器；所述开水水箱上设有开水供水口，所述温开水水箱上设有温开水供水口。

5.根据权利要求4所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述缓冲水箱、高温水箱、开水水箱和/或温开水水箱的外部设有保温层。

6.根据权利要求5所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述缓冲水箱、高温水箱、开水水箱和/或温开水水箱内装有温度探头。

7.根据权利要求6所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述缓冲水箱、高温水箱、开水水箱、温开水水箱和/或纯净水水箱为承压水箱，所述的承压水箱上均安装有自动排气阀，所述缓冲水箱和高温水箱上安装有安全阀。

8.根据权利要求7所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述管道外部均设有温度探头、保温层和伴热带；所述伴热带设置在管道外壁和所述保温层之间。

9.根据权利要求8所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述第一水泵、第二水泵和第三水泵的进水管道上连接有过滤器和膨胀罐。

10.根据权利要求9所述的空气源和水源热泵耦合技术制备开水的系统，其特征在于，所述温开水换热器为板式换热器。

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