CN101158507A - 复叠式蓄热型空气源热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复叠式蓄热型空气源热泵热水器，该热水器由高温环路和低温环路组成，包括两个压缩机、四通换向阀、冷凝器、储水箱、蒸发－冷凝器、两个蒸发器、两个节流阀、两个截止阀、两个止回阀；冷凝器、相变蓄热材料均安装在储水箱内，储水箱采用相变蓄热材料蓄热；其闭合通道的各个部件之间的连接采用制冷剂管路连接，管外包裹保温防水材料；相变蓄热材料的熔点在60℃～80℃。本发明的复叠式蓄热型空气源热泵热水器有效的利用谷时低价电蓄热，调节峰时用电压力，减小了水箱体积；能够随环境温度的变化，使系统COP值趋于较大值，系统总是朝最有利于节能的趋势工作；使用时安全可靠且环保，水电分离，无有害的燃烧排放物。

Description

复叠式蓄热型空气源热泵热水器

技术领域

本发明属于热水器技术领域，具体是指一种复叠式蓄热型空气源热泵热水器。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，全年提供生活热水已成为人们舒适生活的重要组成部分。传统的燃气、电热水器会存在排放有害燃烧物、易漏电等安全隐患，同时消耗煤气、电等高品质能源，这与以可再生能源为基础的可持续发展的新能源体系不符。太阳能热水器由于气候、季节的变化等导致日照不足时，存在供热能力均衡性差，装置全年利用率低的缺点。

热泵热水器与传统的燃气、电热水器相比，节能效果明显，但在环境温度较低时，单一工质的单循环空气源热泵热水器的压缩机压缩比很大，会导致效率下降甚至不能工作。

目前国内外对商用热泵热水器已进行了大量深入的研究，并取得了一定的成果及较广泛的应用。但是，目前家用热泵热水器尚存在供热性能系数有待提高、热惰性大、出热水较慢以及连续出水温度随时间下降快等技术问题。

复叠式空气源热泵循环的优点：采用单级循环与复叠循环相结合的空气源热泵，在室外气温很低条件下，按复叠循环方式制热仍能达到压缩比小、排气温度低、制热量高的要求。在低温条件下，以复叠循环方式运行比单级运行的能量利用效率更高。热泵在最佳节能控制条件下运行可实现最大限度节能。

相变蓄热热水系统的优点：1、在能源生产与消费之间提供时间延迟并保障有效使用；

2、提供热惰性和热保护(包括温度控制)；3、保障能源供应安全。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，吸取复叠式热泵循环系统和相变蓄热系统各自的优点，提供一种复叠式蓄热型空气源热泵热水器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的复叠式蓄热型空气源热泵热水器由高温环路和低温环路组成，包括两个压缩机H1，L1、四通换向阀L6、冷凝器H2、储水箱SX、蒸发-冷凝器HL、两个蒸发器H5、L5、两个节流阀H3、L3、两个截止阀H6、H7、两个止回阀H4、L4。高温环路压缩机H1的排气口与冷凝器H2的进气口连接，冷凝器H2的出口与节流阀H3的进口连接，节流阀H3的出口与截止阀H7的进口连接，截止阀H7的出口与蒸发-冷凝器HL高温流体的进口连接，蒸发-冷凝器HL高温流体的出口与止回阀H4的进口连接，在截止阀H7的进口前与止回阀H4的出口后加一根旁通管，该旁通管中间接有蒸发器H5和截止阀H6，截止阀H6的出口、止回阀H4的出口、压缩机H1的进口之间相互连接且有一个节点。低温环路压缩机L1的排气口连接四通换向阀L6，四通换向阀L6的出口与蒸发-冷凝器HL低温流体的进口连接，蒸发-冷凝器HL低温流体的出口与节流阀L3的进口连接，节流阀L3的出口与蒸发器L5的进口连接，蒸发器L5的出口连接四通换向阀L6，四通换向阀L6的出口与止回阀L4的进口连接，止回阀L4的出口与压缩机L1的进气口连接；冷凝器H2、相变蓄热材料均安装在储水箱SX内，储水箱SX采用相变蓄热材料蓄热；

循环的闭合通道的各个部件之间的连接采用制冷剂管路连接，管外包裹保温防水材料。

复叠式蓄热型热泵循环的闭合通道的各个部件之间的连接采用制冷剂管路连接，管外包裹保温防水材料。相变蓄热材料的熔点在60℃～80℃。冬季可采用复叠式热泵循环，夏季可采用单级热泵循环。

本发明的高温环路和低温环路都是独立的压缩制冷循环，从低温环路的蒸发器吸收空气源的热量，通过高温环路的冷凝器放出热量将水加热到目标温度，其中高温环路与低温环路利用一个蒸发-冷凝器进行热交换。被加热到目标温度的水储存在储水箱内，利用储水箱内蓄热材料进行相变蓄热，从而达到蓄热的目的。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明的复叠式蓄热型空气源热泵热水器不但有效的利用谷时低价电蓄热，调节峰时用电压力，而且减小了水箱体积；能够随环境温度的变化，使系统COP值趋于较大值，系统总是朝最有利于节能的趋势工作；使用时安全可靠且环保，水电分离，无有害的燃烧排放物。

附图说明

图1是本发明的复叠式空气源热泵系统的结构示意图。

其中：H₁和L₁是压缩机，H₃和L₃是膨胀装置，L₆是四通换向阀，HL是板式换热器，H₂是冷凝器，向用户提供热量，H₅和L₅是蒸发器，H₆、H₇是截止阀，H₄、L₄是止回阀。

图2是系统循环过程(包括高温和低温环路)的压焓图。Δt表示蒸发-冷凝器的传热温差。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明的复叠式蓄热型空气源热泵热水器由高温环路和低温环路组成，包括两个压缩机H₁、L₁，一个四通换向阀L₆，一个冷凝器H₂，一个储水箱SX，一个蒸发-冷凝器HL，两个蒸发器H₅、L₅，两个节流阀H₃、L₃，两个截止阀H₆、H₇，两个止回阀H₄、L₄。高温环路压缩机H₁的排气口与冷凝器H₂的进气口连接，冷凝器H₂的出口与节流阀H₃的进口连接，节流阀H₃的出口与截止阀H₇的进口连接，截止阀H₇的出口与蒸发-冷凝器HL高温流体的进口连接，蒸发-冷凝器HL高温流体的出口与止回阀H₄的进口连接，在截止阀H₇的进口前与止回阀H₄的出口后加一根旁通管，该旁通管中间接有蒸发器H₅和截止阀H₆，截止阀H₆的出口、止回阀H₄的出口、压缩机H₁的进口之间相互连接且有一个节点。

低温环路压缩机L₁的排气口连接四通换向阀L₆，四通换向阀L₆的出口与蒸发-冷凝器HL低温流体的进口连接，蒸发-冷凝器HL低温流体的出口与节流阀L₃的进口连接，节流阀L₃的出口与蒸发器L₅的进口连接，蒸发器L₅的出口连接四通换向阀L₆，四通换向阀L₆的出口与止回阀L₄的进口连接，止回阀L₄的出口与压缩机L₁的进气口连接。

冷凝器H₂、蓄热材料都安装在储水箱SX内，储水箱SX采用保温材料保温。蓄热材料可以是石蜡，或者是石蜡与其他有机物组成的复合相变蓄热材料，其熔点可以在60℃～80℃的范围内。

上述复叠式蓄热型热泵循环的闭合通道的各个部件之间的连接采用制冷剂管路连接，管外包裹保温防水材料。

实施例1：本实施例的复叠式热泵循环系统由高温环路和低温环路构成，使之在寒冷天气下仍能制取高温热水。

高温环路：高温制冷剂经过压缩机H₁压缩之后，形成高温高压的混合气体，经过冷凝器H₂，将热水加热到目标温度。此时，制冷剂冷凝成中温高压的液体，经节流阀H₃节流后，低温低压的制冷剂气液混合物进入蒸发-冷凝器HL进行热交换(关闭截止阀H₆)，吸收来自低温环路的热量，形成中温低压的气体制冷剂回到压缩机H₁，完成一个高温环路循环。

低温环路：低温制冷剂经过压缩机L₁压缩之后，形成高温高压的混合气体，进入蒸发-冷凝器HL进行热交换，吸收来自高温环路的冷量，冷凝成中温高压的液体制冷剂，经节流阀L₃节流后，形成低温低压的制冷剂气液混合物，通过蒸发器L₅吸收来自外界空气的热量，形成中温低压的气体制冷剂回到压缩机L₁，完成一个低温环路循环。

两环路通过蒸发-冷凝器HL进行热交换，为了提高效率，传热温差Δt(图2)控制在5℃左右。

冷凝器H₂、蓄热材料都安装在储水箱SX内，储水箱SX采用保温材料保温。采用70号石蜡作为蓄热材料，其熔点为70℃。

上述复叠式蓄热型热泵循环的闭合通道的各个部件之间的连接采用制冷剂管路连接，管外包裹保温防水材料。

实施例2：本实施例只利用高温环路构成单级热泵循环系统制取热水，使之在夏季保证热水温度的情况下更节省能量。

高温制冷剂经过压缩机H₁压缩之后，形成高温高压的混合气体，经过冷凝器H₂，将热水加热到目标温度。此时，制冷剂冷凝成中温高压的液体，进入节流阀L₃节流，节流后形成低温低压的制冷剂气液混合物，经过旁通管(关闭截止阀H₅)直接通过蒸发器H₅吸收来自外界空气的热量，形成中温低压的气体制冷剂回到压缩机H₁，完成一个环路循环。

实施例3：本实施例的复叠式热泵循环与相变蓄热系统相结合的空气源热泵热水器是冷凝器H₂在储水箱SX内直接与水进行热交换，把水加热到目标温度。用70号石蜡作为蓄热材料，此时水的温度达到其熔点70℃，蓄热材料石蜡熔化，吸收水的热量，从而将热量储存在石蜡中，达到蓄热的目的。

在用电低谷时，启动复叠式热泵系统，由于以复叠循环方式运行比单级运行获得的热水温度高，可以达到70℃以上的温度，选择这一较高温度下产生相变的蓄热材料，将热量储存在蓄热材料中，一方面可以获得更高的能量密度，另一方面复叠式运行的cop值更高，能量利用效率更高；在用电峰值时，启动放热循环，将储存在蓄热材料中的热量传递给水，输出热水，提高热水器整体的经济性。

Claims (2)

1.一种复叠式蓄热型空气源热泵热水器，其特征是由高温环路和低温环路组成，包括两个压缩机(H1)，(L1)、四通换向阀(L6)、冷凝器(H2)、储水箱(SX)、蒸发-冷凝器(HL)、两个蒸发器(H5)、(L5)、两个节流阀(H3)、(L3)、两个截止阀(H6)、(H7)、两个止回阀(H4)、(L4)；

高温环路压缩机(H1)的排气口与冷凝器(H2)的进气口连接，冷凝器(H2)的出口与节流阀(H3)的进口连接，节流阀(H3)的出口与截止阀(H7)的进口连接，截止阀(H7)的出口与蒸发-冷凝器(HL)高温流体的进口连接，蒸发-冷凝器(HL)高温流体的出口与止回阀(H4)的进口连接，在截止阀(H7)的进口前与止回阀(H4)的出口后加一根旁通管，该旁通管中间接有蒸发器(H5)和截止阀(H6)，截止阀(H6)的出口、止回阀(H4)的出口、压缩机(H1)的进口之间相互连接且有一个节点；

低温环路压缩机(L1)的排气口连接四通换向阀(L6)，四通换向阀(L6)的出口与蒸发-冷凝器(HL)低温流体的进口连接，蒸发-冷凝器(HL)低温流体的出口与节流阀(L3)的进口连接，节流阀(L3)的出口与蒸发器(L5)的进口连接，蒸发器(L5)的出口连接四通换向阀(L6)，四通换向阀(L6)的出口与止回阀(L4)的进口连接，止回阀(L4)的出口与压缩机(L1)的进气口连接；冷凝器(H2)、相变蓄热材料均安装在储水箱(SX)内，储水箱(SX)采用相变蓄热材料蓄热；

循环的闭合通道的各个部件之间的连接采用制冷剂管路连接，管外包裹保温防水材料。

2.根据权利要求1所述的复叠式蓄热型空气源热泵热水器，其特征是，所述相变蓄热材料的熔点为60℃～80℃。