一種可實現多運行模式的空氣源熱泵熱水器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可實現多運行模式的空氣源熱泵熱水器。本實用新型主要包括串聯成一個冷媒閉合回路的自復疊用壓縮機、冷凝精餾塔、高沸點工質節流閥、冷凝蒸發器、低沸點工質節流閥、低溫級無霜蒸發器；與冷凝精餾塔串聯成一個閉合回路的高溫級壓縮機、高溫級冷凝器、高溫級節流閥、高溫級蒸發換熱器；與冷凝精餾塔中管式換熱器串聯成一個閉合回路的溶液泵、低溫級無霜蒸發器；還包括儲水箱，儲水箱通過循環水泵、電磁閥、與冷凝蒸餾器中螺旋管式換熱器和高溫級冷凝器組成兩個并聯的水循環閉合回路。本實用新型提供了一種適用性強、能解決在低溫環境下運行時結霜、供熱效果及穩定性差等問題的空氣源熱泵熱水器。
【專利說明】
一種可實現多運行模式的空氣源熱泵熱水器
技術領域
[0001]本實用新型屬于空氣源熱栗技術領域，具體涉及一種基于低溫環境工況下可實現熱栗系統在自復疊運行模式、自復疊/高溫級熱栗耦合系統模式之間切換，從而實現該系統能夠穩定高效地制取高溫熱水、滿足用戶熱需求、可全年使用的適用于低溫環境的空氣源熱栗熱水器。
【背景技術】
[0002]目前，市場上使用的熱水器主要有電熱水系統、燃氣熱水系統、太陽能熱水系統等。電熱水系統體積龐大，占用室內空間大，易結水垢，對電能浪費大。最新型的電熱水系統內置了陽極鎂棒除垢裝置，解決了該產品容易結垢的問題。但陽極鎂棒需兩年更換一次，給保養帶來了麻煩。燃氣熱水系統在使用過程中會因燃燒不充分而排出有毒氣體，容易造成安全事故，且起動水壓高，有些住高層的用戶，如不裝增壓栗就無法起動。燃氣熱水系統安裝不方便，要在墻上打洞，安裝排氣扇等，且不同的燃氣，其燃燒器形狀、噴嘴大小、燃氣通道截面積都不一樣。太陽能熱水系統安裝復雜，如安裝不當，會影響住房的外觀、質量及城市的市容市貌;維護較麻煩，因太陽能熱水系統安裝在室外，多數在樓頂、房頂，因此相對于電熱水系統和燃氣熱水系統比較難維護。太陽能熱水系統主要以太陽能為熱源，在連續陰雨天氣不能產出高溫熱水，這也是太陽能熱水系統的一大弊端。
[0003]空氣源熱栗熱水系統，是一項逐漸成熟的新技術，它通過消耗少量電能來驅動壓縮機，通過蒸發器從空氣中吸取熱量，將熱量轉移到冷凝器來加熱熱水，從而實現供應熱水的目的。目前，市場上的熱水器多為高耗能的電熱水器或燃氣熱水器，而節能環保、使用簡便的空氣源熱栗熱水器使用受限的主要原因有:
[0004](I)現有空氣源熱栗熱水器的產水溫度和能效比較低；空氣源熱栗熱水器產水溫度在55°C左右，而電熱水器的產水溫度達75°C，故熱栗熱水器的儲水箱比其他形式熱水器的體積大的多；
[0005](2)現有空氣源熱栗熱水器在冬季環境溫度偏低時，系統的蒸發溫度降低，在冷凝溫度不變的情況下，壓縮比增大，超出普通單級壓縮系統正常運行的臨界值，壓縮機容積效率降低，輸氣量減小，且壓縮比的增大引起壓縮機排氣溫度過高，超過壓縮機正常的工作范圍，致使壓縮機頻繁啟停，系統無法正常工作，嚴重時可導致壓縮機燒毀;此外，蒸發器表面容易結霜，換熱器傳熱效果惡化，且增加了空氣流動阻力，使得機組制熱量減少，性能下降；低溫工況下，大量的潤滑油積存在氣液分離器內而造成壓縮機的缺油，同時由于粘度增加，引起啟動失油，降低潤滑效果;這也限制了空氣源熱栗熱水器的廣泛應用；
[0006](3)壓縮機的排氣溫度高，運行電流高，系統壓力高也使得壓縮機處于高負荷運行狀態，縮短了空氣源熱栗熱水系統的使用壽命，這些都制約了空氣源熱栗熱水系統的使用。
【發明內容】
[0007]本實用新型的目的在于克服現有空氣源熱栗熱水系統在低溫環境下使用的不足，提供一種適用性強、能解決空氣源熱栗在低溫環境下運行時面臨的結霜問題、能夠保證低溫環境下的供熱效果，有效提高機組使用壽命且穩定性強、可全年使用的適用于低溫環境可實現多運行模式的空氣源熱栗熱水器。
[0008]本實用新型的目的是通過如下的技術方案來實現的:該可實現多運行模式的空氣源熱栗熱水器，它包括相互連接的空氣源熱栗系統、水循環系統和鹽溶液循環系統。
[0009]具體的，所述空氣源熱栗系統包括依次串聯成一個冷媒閉合回路的自復疊用壓縮機、釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔、高沸點工質節流閥、冷凝蒸發器、低沸點工質節流閥、低溫級無霜蒸發器;還包括與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔依次串聯成一個閉合回路的高溫級壓縮機、高溫級冷凝器、高溫級節流閥、高溫級蒸發換熱器;所述鹽溶液循環系統包括與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔中的管式換熱器依次串聯成一個閉合回路的溶液栗、低溫級無霜蒸發器;所述水循環系統包括儲水箱，儲水箱上設有冷水進水端和熱水出水用戶端，儲水箱還通過循環水栗、電磁閥、與釜底帶管式換熱器的冷凝蒸餾器中的螺旋管式換熱器和高溫級冷凝器組成兩個并聯的水循環閉合回路。
[0010]具體的，所述低溫級無霜蒸發器為套管與翅片復合結構換熱器，套管外管內的工質為鹽溶液，套管內管內的工質為低沸點制冷劑。
[0011]具體的，所述釜底帶管式換熱器的冷凝蒸餾塔，其釜底管式換熱器管內的鹽溶液與所述低溫級無霜蒸發器的外管相連，再與所述鹽溶液循環系統中的溶液栗連接組成一個閉合回路;當需要除霜時，溶液栗開啟，當不需要除霜時，溶液栗關閉。
[0012]本實用新型通過電磁閥的通斷變化實現自復疊制熱水、自復疊/高溫級熱栗相耦合制熱水模式之間的轉換。當室外環境溫度不是很低時，系統按自復疊制熱水模式運行；當室外溫度很低時，系統按自復疊和高溫級熱栗相耦合的制熱水模式運行，此時，溶液栗打開，鹽溶液從釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔的釜底吸取熱量，進入低溫級無霜蒸發器套管的外管，因鹽溶液溫度高于環境溫度，一方面加熱了低溫級無霜蒸發器套管的外管，使得管壁不結霜;另一方面可通過套管的內壁將熱量傳遞給低溫級制冷劑，提高了蒸發溫度;鹽溶液從釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔的釜底吸取高沸點液態制冷劑熱量實現了高沸點液態制冷劑的過冷，進一步改善了系統性能。
[0013]本實用新型不但能在正常工況下制取高溫熱水，還能滿足在低溫環境下用戶對熱水的要求。本實用新型結構簡單，性能穩定，高效節能，工作溫度范圍寬，能夠解決空氣源熱栗熱水系統在環境溫度偏低時存在的蒸發器結霜、運行效果差甚至不能運行的問題，可滿足用戶的熱需求。
[0014]本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0015](I)采用空氣源熱栗系統，以少量的電能驅動壓縮機，相比電熱水系統、燃氣熱水系統更節能、安全、環保。
[0016](2)采用自復疊和高溫級熱栗相耦合的熱栗系統，解決了現有空氣源熱栗熱水系統在低溫環境下制熱溫度不高的問題，同時解決了空氣源熱栗熱水器在低溫環境下使用的局限性問題，制熱溫度范圍增加，系統運行更穩定，拓展了空氣源熱栗熱水系統的使用范圍。
[0017](3)采用自復疊熱栗系統、自復疊/高溫級熱栗相耦合的熱栗系統，兩者之間相互切換，比傳統復疊式熱栗系統制熱效果更好，壓縮機的使用壽命增加，從而系統的使用壽命得到了提高。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例的原理結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型實施例在自復疊運行模式下的制冷劑、鹽溶液和循環水流程示意圖。
[0020]圖3是本實用新型實施例在自復疊/高溫級熱栗耦合系統運行模式下的制冷劑、鹽溶液和循環水流程示意圖。
[0021 ]圖4是本實用新型實施例的低溫級無霜蒸發器的原理結構示意圖。
[0022]圖5是本實用新型實施例的釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔的原理結構示意圖。
[0023]圖6是圖5的A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的描述。
[0025]參見圖1，本實施例包括空氣源熱栗系統、水循環系統和鹽溶液循環系統。從圖中可見，空氣源熱栗系統包括依次串聯成冷媒閉合回路的自復疊用壓縮機1、釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3、高沸點工質節流閥10、冷凝蒸發器4、低沸點工質節流閥11、低溫級無霜蒸發器5;還包括與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3依次串聯成一個閉合回路的高溫級壓縮機2、高溫級冷凝器7、高溫級節流閥9、高溫級蒸發換熱器6。
[0026]鹽溶液循環系統包括與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3的管式換熱器12依次串聯成閉合回路的溶液栗15、低溫級無霜蒸發器5。
[0027]水循環系統包括儲水箱8，儲水箱8上設有冷水進水端801和熱水出水用戶端802，儲水箱8還通過循環水栗14、循環水栗20、電磁閥13、電磁閥17、電磁閥18、電磁閥19與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3中的螺旋管式換熱器16和高溫級冷凝器7組成兩個并聯的水循環閉合回路。
[0028]參見圖4，低溫級無霜蒸發器5為套管與翅片復合結構換熱器，套管外管501內的工質為鹽溶液，套管內管502內的工質為低沸點制冷劑。圖4中，503表示鹽溶液入口，504表示鹽溶液出口； 505表示制冷劑入口，506表示制冷劑出口。
[0029]參見圖5、圖6，釜底帶管式換熱器的冷凝蒸餾塔3，其管式換熱器12管內的鹽溶液與低溫級無霜蒸發器5的外管501相連，再與鹽溶液循環系統中的溶液栗15連接組成一個閉合回路；當需要除霜時，溶液栗15開啟，當不需要除霜時，溶液栗15關閉。圖5中，121表示鹽溶液入口，122表示鹽溶液出口； 161表示循環水入口，162表示循環水出口； 301表示氣態低沸點制冷劑出口，302表示液態高沸點制冷劑出口，303表示高溫高壓氣態非共沸制冷劑入
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[0030]本實用新型實施例的工作原理及過程如下:
[0031 ]在室外溫度較高的情況下，采用自復疊制熱水模式運行，如圖2所示，高溫級壓縮機2停機，自復疊用壓縮機I開啟，電磁閥13、19的兩端接通，電磁閥17、18的兩端關閉，循環水栗14開啟。自復疊用壓縮機I的高溫高壓氣態非共沸制冷劑進入釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3，通過螺旋管式換熱器16與循環水換熱，高沸點制冷劑冷凝為高壓液態制冷劑，經節流閥10節流為低溫低壓氣液兩相制冷劑進入冷凝蒸發器4，低沸點制冷劑經釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3的上部進入冷凝蒸發器4，充分換熱后，經節流閥11節流為低溫低壓氣液兩相制冷劑進入低溫級無霜蒸發器5返回自復疊用壓縮機I，完成制冷劑自復疊制熱循環。
[0032]在室外溫度較低的情況下，采用自復疊和高溫級熱栗相耦合的制熱水模式運行，如圖3所示，此時，高溫級壓縮機2與自復疊用壓縮機I同時開啟，電磁閥17、18的兩端開啟，電磁閥13、19的兩端關閉，循環水栗14、20開啟。自復疊用壓縮機I的高溫高壓氣態非共沸制冷劑進入釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3，通過螺旋管式換熱器16與循環水換熱，高沸點制冷劑冷凝為高壓液態制冷劑，經節流閥10節流為低溫低壓氣液兩相制冷劑進入冷凝蒸發器4，低沸點制冷劑經釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3的上部進入冷凝蒸發器4，充分換熱后，經節流閥11節流為低溫低壓氣液兩相制冷劑進入低溫級蒸發器5返回自復疊用壓縮機I，完成自復疊制熱循環;為防止在室外溫度較低時，低溫級無霜蒸發器5因蒸發溫度過低而表面結霜，低溫無霜蒸發器5設計為套管式和翅片式相結合的復合換熱器，如圖4所示，低溫級防霜蒸發器5套管的外管501工質為鹽溶液，內管502工質為制冷劑。當環境溫度處于結霜工況時，溶液栗15打開，鹽溶液吸收從釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔3中通過的管式換熱器12(如圖5所示)中高沸點制冷劑的熱量，溫度升高，進入低溫級無霜蒸發器5套管的外管501，并將熱量傳遞到翅片上，從而實現蒸發器表面在低溫結霜工況時的無霜化。當環境溫度處于不結霜工況時，溶液栗15處于關閉狀態。高溫級壓縮機2出口的高溫高壓氣態制冷劑進入高溫級冷凝器7與從儲水箱8來的循環水進行換熱，冷凝為高壓液態制冷劑，通過高溫級節流閥9節流為低溫低壓氣液兩相制冷劑，再進入高溫級蒸發換熱器6并成為低溫低壓的氣態制冷劑，返回高溫級壓縮機2，完成高溫級熱栗制熱循環。
【主權項】
1.一種可實現多運行模式的空氣源熱栗熱水器，其特征在于:它包括相互連接的空氣源熱栗系統、水循環系統和鹽溶液循環系統。2.根據權利要求1所述可實現多運行模式的空氣源熱栗熱水器，其特征在于:所述空氣源熱栗系統包括依次串聯成一個冷媒閉合回路的自復疊用壓縮機、釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔、高沸點工質節流閥、冷凝蒸發器、低沸點工質節流閥、低溫級無霜蒸發器;還包括與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔依次串聯成一個閉合回路的高溫級壓縮機、高溫級冷凝器、高溫級節流閥、高溫級蒸發換熱器;所述鹽溶液循環系統包括與釜底帶管式換熱器的冷凝精餾塔中的管式換熱器依次串聯成一個閉合回路的溶液栗、低溫級無霜蒸發器;所述水循環系統包括儲水箱，儲水箱上設有冷水進水端和熱水出水用戶端，儲水箱還通過循環水栗、電磁閥、與釜底帶管式換熱器的冷凝蒸餾器中的螺旋管式換熱器和高溫級冷凝器組成兩個并聯的水循環閉合回路。3.根據權利要求2所述可實現多運行模式的空氣源熱栗熱水器，其特征在于:所述低溫級無霜蒸發器為套管與翅片復合結構換熱器，套管外管內的工質為鹽溶液，套管內管內的工質為低沸點制冷劑。4.根據權利要求3所述可實現多運行模式的空氣源熱栗熱水器，其特征在于:所述釜底帶管式換熱器的冷凝蒸餾塔，其釜底管式換熱器管內的鹽溶液與所述低溫級無霜蒸發器的外管相連，再與所述鹽溶液循環系統中的溶液栗連接組成一個閉合回路;當需要除霜時，溶液栗開啟，當不需要除霜時，溶液栗關閉。
【文檔編號】F25B25/02GK205561260SQ201620373347
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】李永存, 張宏勝, 鄒聲華
【申請人】湖南科技大學