一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，包括空氣壓縮機(jī)、加熱水箱、回?zé)崞骷翱諝馀蛎洐C(jī)；空氣壓縮機(jī)與加熱水箱進(jìn)氣端連通，回?zé)崞髋c加熱水箱出氣端連通，回?zé)崞鞒鰵舛酥苯油ㄈ胪饨绛h(huán)境，空氣膨脹機(jī)與回?zé)崞髦g連通形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機(jī)與空氣壓縮機(jī)之間通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是依據(jù)逆布雷頓循環(huán)基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，熱泵機(jī)組通過(guò)壓縮、放熱、膨脹、吸熱的過(guò)程從環(huán)境空氣中吸收熱量并傳遞給高溫的水。熱泵直接采用空氣作為循環(huán)工質(zhì)，無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)制取成本，在使用過(guò)程中可采用非封閉的結(jié)構(gòu)，循環(huán)工質(zhì)在低溫?fù)Q熱器部分可直接由環(huán)境得到，無(wú)需考慮工質(zhì)的泄露，無(wú)低溫工況下的結(jié)霜問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱泵熱水器，尤其是涉及一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在市場(chǎng)上使用的熱泵熱水器主要是蒸汽壓縮式熱泵熱水器，該類熱水器是利用逆卡諾循環(huán)原理，通過(guò)介質(zhì)把熱量從低溫環(huán)境傳遞到高溫的水，而其在結(jié)構(gòu)上必須采用封閉式結(jié)構(gòu)。由于其全封閉的結(jié)構(gòu)，蒸汽壓縮式熱泵熱水器在高低溫段均存在換熱器，而在工作過(guò)程中，與環(huán)境相接觸的低溫?fù)Q熱器實(shí)際上是在不斷地進(jìn)行吸熱制冷。當(dāng)外界溫度較低時(shí)，空氣中的水分接觸到熱泵熱水器的室外換熱器便會(huì)發(fā)生結(jié)霜的現(xiàn)象，且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，霜垢現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，這會(huì)使得低溫?fù)Q熱器的效率顯著下降，嚴(yán)重影響熱泵機(jī)組的整機(jī)效率。除此之外，當(dāng)環(huán)境溫度變低時(shí)，一般而言使用者對(duì)于熱量的需求量也更大，但此時(shí)蒸汽壓縮式熱泵的制熱量卻變低；同樣使用者對(duì)于高溫部分的熱水使用量最大，而當(dāng)制熱端換熱器溫度較高時(shí)蒸汽壓縮式熱泵熱水器的制熱量卻處于比較低的水平，可以看出，蒸汽壓縮式熱泵熱水器在實(shí)際的使用過(guò)程中存在著熱量供需矛盾，這是由于蒸汽壓縮循環(huán)的特性所導(dǎo)致的一對(duì)不可調(diào)和的矛盾。盡管可以采用壓縮機(jī)變頻等容量調(diào)節(jié)方式來(lái)緩解熱量供需矛盾，但增加了產(chǎn)品的成本、降低了產(chǎn)品的可靠性。上述兩個(gè)問(wèn)題阻礙了蒸汽壓縮式熱泵熱水器的發(fā)展及在更大地域的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，包括空氣壓縮機(jī)、加熱水箱、回?zé)崞骷翱諝馀蛎洐C(jī)；所述的空氣壓縮機(jī)與加熱水箱進(jìn)氣端連通，空氣壓縮機(jī)從外界環(huán)境吸入空氣并進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏嚎諝猓邷馗邏嚎諝膺M(jìn)入加熱水箱中對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱:所述的回?zé)崞髋c加熱水箱出氣端連通，加熱水箱出來(lái)的空氣進(jìn)入回?zé)崞髦羞M(jìn)行換熱，回?zé)崞鞒鰵舛酥苯油ㄈ胪饨绛h(huán)境，所述的空氣膨脹機(jī)與回?zé)崞髦g連通形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機(jī)與空氣壓縮機(jī)之間通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器連接，空氣膨脹機(jī)吸收回?zé)崞髦辛鞒隹諝獾臒崃孔龉?，并將功通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器傳遞給空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)膨脹功的回收。
[0006]所述的空氣壓縮機(jī)的入口通過(guò)進(jìn)氣管與外界環(huán)境連通，所述的空氣壓縮機(jī)的出口通過(guò)第一連接管連接到加熱水箱的進(jìn)氣端，加熱水箱的出氣端通過(guò)第二連接管與回?zé)崞鞯倪M(jìn)氣端連接，回?zé)崞鞯某鰵舛送ㄟ^(guò)排氣管通入外界環(huán)境中，所述的回?zé)崞髋c空氣膨脹機(jī)高壓端之間通過(guò)第一循環(huán)連接管連通，與空氣膨脹機(jī)低壓端之間通過(guò)第二循環(huán)連接管連通，在回?zé)崞髋c空氣膨脹機(jī)之間形成循環(huán)回路。[0007]所述的空氣壓縮機(jī)為透平式壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)入口部分的工質(zhì)空氣也直接從外界環(huán)境中抽取。
[0008]加熱水箱為制取熱水的主要設(shè)備，所述的加熱水箱內(nèi)部布置有與水箱中的水進(jìn)行換熱的空氣換熱通道，從而通過(guò)空氣加熱熱水。
[0009]所述的回?zé)崞鳛閱蜗嗟牧黧w換熱器，從加熱水箱出來(lái)的溫度較高的空氣進(jìn)過(guò)回?zé)崞髋c從空氣膨脹機(jī)出來(lái)的氣體進(jìn)行換熱溫度降低，有助于降低整個(gè)空氣循環(huán)的壓比從而提高系統(tǒng)效率。
[0010]所述的空氣膨脹機(jī)為透平式空氣膨脹機(jī)，采用透平式空氣膨脹機(jī)來(lái)完成循環(huán)的壓降過(guò)程，過(guò)程中空氣進(jìn)過(guò)透平將帶動(dòng)透平機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做功，該部分功量則通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器傳遞給空氣壓縮機(jī)可帶給后者部分轉(zhuǎn)動(dòng)的能量，該能量回收裝置有助于提高機(jī)組整體性能；從空氣膨脹機(jī)低壓端排出的空氣進(jìn)過(guò)回?zé)崞鲹Q熱后直接排入空氣。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0012](I)本發(fā)明的熱泵熱水器在低溫吸熱段不使用低溫?fù)Q熱器而是采用開放式設(shè)計(jì)的辦法，這一設(shè)計(jì)從根本上解決了目前蒸汽壓縮式熱泵熱水器所出現(xiàn)的冬季工況下低溫?fù)Q熱器的結(jié)霜問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)對(duì)空氣壓縮循環(huán)熱泵的特性分析可以證明，當(dāng)外界環(huán)境溫度降低或是加熱水量溫度升高時(shí)，本發(fā)明的熱泵熱水器所能夠提供的熱量也是升高的，二者之間的正相關(guān)關(guān)系使得不同工況下熱量供需求關(guān)系得到平衡，也就解決了蒸汽壓縮式熱泵熱水器中所存在的熱量供需之間的矛盾。
[0013](2)本發(fā)明的熱泵熱水器是依據(jù)逆布雷頓循環(huán)基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，熱泵機(jī)組通過(guò)壓縮、放熱、膨脹、吸熱的過(guò)程從環(huán)境空氣中吸收熱量并傳遞給高溫的水。熱泵直接采用空氣作為循環(huán)工質(zhì)，無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)制取成本，在使用過(guò)程中可采用非封閉的結(jié)構(gòu)，循環(huán)工質(zhì)在低溫?fù)Q熱器部分可直接由環(huán)境得到，無(wú)需考慮工質(zhì)的泄露，無(wú)低溫工況下的結(jié)霜問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，I為空氣壓縮機(jī)，2為第一連接管，3為加熱水箱，4為第二連接管，5為回?zé)崞鳎?為第一循環(huán)連接管，7為傳動(dòng)聯(lián)軸器，8為空氣膨脹機(jī)，9為第二循環(huán)連接管，10為排氣管，11為外界環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例
[0018]一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，如圖1所示，包括空氣壓縮機(jī)1、加熱水箱3、回?zé)崞?及空氣膨脹機(jī)8:空氣壓縮機(jī)I的入口通過(guò)進(jìn)氣管12與外界環(huán)境11連通，空氣壓縮機(jī)I的出口通過(guò)第一連接管2連接到加熱水箱3的進(jìn)氣端，空氣壓縮機(jī)I從外界環(huán)境11吸入空氣并進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏嚎諝?，高溫高壓空氣進(jìn)入加熱水箱3中對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱；加熱水箱3的出氣端通過(guò)第二連接管4與回?zé)崞?的進(jìn)氣端連接，加熱水箱3出來(lái)的空氣進(jìn)入回?zé)崞?中進(jìn)行換熱，回?zé)崞?的出氣端通過(guò)排氣管10通入外界環(huán)境11中，回?zé)崞?與空氣膨脹機(jī)8高壓端之間通過(guò)第一循環(huán)連接管6連通，與空氣膨脹機(jī)8低壓端之間通過(guò)第二循環(huán)連接管9連通，在回?zé)崞?與空氣膨脹機(jī)8之間形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機(jī)8與空氣壓縮機(jī)I之間通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器7連接，空氣膨脹機(jī)8吸收回?zé)崞?中流出空氣的熱量做功，并將功通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器7傳遞給空氣壓縮機(jī)I實(shí)現(xiàn)膨脹功的回收。
[0019]空氣壓縮機(jī)I為透平式壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)I入口部分的工質(zhì)空氣也直接從外界環(huán)境中抽取。
[0020]加熱水箱3為制取熱水的主要設(shè)備，加熱水箱3內(nèi)部布置有與水箱中的水進(jìn)行換熱的空氣換熱通道，從而通過(guò)空氣加熱熱水。
[0021]回?zé)崞?為單相的流體換熱器，從加熱水箱3出來(lái)的溫度較高的空氣進(jìn)過(guò)回?zé)崞?與從空氣膨脹機(jī)8出來(lái)的氣體進(jìn)行換熱溫度降低，有助于降低整個(gè)空氣循環(huán)的壓比從而提高系統(tǒng)效率。
[0022]空氣膨脹機(jī)8為透平式空氣膨脹機(jī)，采用透平式空氣膨脹機(jī)來(lái)完成循環(huán)的壓降過(guò)程，過(guò)程中空氣進(jìn)過(guò)透平將帶動(dòng)透平機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做功，該部分功量則通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器7傳遞給空氣壓縮機(jī)I可帶給后者部分轉(zhuǎn)動(dòng)的能量，該能量回收裝置有助于提高機(jī)組整體性能；從空氣膨脹機(jī)8低壓端排出的空氣進(jìn)過(guò)回?zé)崞?換熱后直接排入空氣。
[0023]本發(fā)明的熱泵熱水器工作過(guò)程如下:
[0024]空氣壓縮機(jī)I由外部動(dòng)力設(shè)備驅(qū)動(dòng)從外界環(huán)境11吸入空氣并進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏旱目諝?，通過(guò)第一連接管2進(jìn)入加熱水箱3中對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱。加熱完成后空氣經(jīng)第二連接管4進(jìn)入回?zé)崞?中，在回?zé)崞?中與空氣膨脹機(jī)出口的空氣進(jìn)行換熱，溫度進(jìn)一步降低；從回?zé)崞?流出的空氣通過(guò)第一循環(huán)連接管6進(jìn)入空氣膨脹機(jī)8中，過(guò)程中推動(dòng)空氣膨脹機(jī)8做功壓力下降，空氣膨脹機(jī)8所做的功通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器7傳遞給空氣壓縮機(jī)I實(shí)現(xiàn)功的回收，而從空氣膨脹機(jī)8出口出來(lái)的空氣則經(jīng)第二循環(huán)連接管9進(jìn)入回?zé)崞?，在回?zé)崞?中與從加熱水箱3流出的空氣進(jìn)行換熱溫度升高，最后經(jīng)排氣管10排入環(huán)境，完成循環(huán)過(guò)程。
[0025]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，包括空氣壓縮機(jī)(I)、加熱水箱(3)、回?zé)崞?5)及空氣膨脹機(jī)(8);所述的空氣壓縮機(jī)(I)與加熱水箱(3)進(jìn)氣端連通，空氣壓縮機(jī)(I)從外界環(huán)境(11)吸入空氣并進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏嚎諝?，高溫高壓空氣進(jìn)入加熱水箱(3)中對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱；所述的回?zé)崞?5)與加熱水箱(3)出氣端連通，加熱水箱(3)出來(lái)的空氣進(jìn)入回?zé)崞?5)中進(jìn)行換熱，回?zé)崞?5)出氣端直接通入外界環(huán)境(11)，所述的空氣膨脹機(jī)(8)與回?zé)崞?5)之間連通形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機(jī)(8)與空氣壓縮機(jī)(I)之間通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器(7)連接，空氣膨脹機(jī)(8)吸收回?zé)崞?5)中流出空氣的熱量做功，并將功通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器(7)傳遞給空氣壓縮機(jī)(I)實(shí)現(xiàn)功的回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的空氣壓縮機(jī)(I)的入口通過(guò)進(jìn)氣管(12)與外界環(huán)境(11)連通，所述的空氣壓縮機(jī)(I)的出口通過(guò)第一連接管(2)連接到加熱水箱(3)的進(jìn)氣端，加熱水箱(3)的出氣端通過(guò)第二連接管(4)與回?zé)崞?5)的進(jìn)氣端連接，回?zé)崞?5)的出氣端通過(guò)排氣管(10)通入外界環(huán)境(11)中，所述的回?zé)崞?5)與空氣膨脹機(jī)(8)高壓端之間通過(guò)第一循環(huán)連接管(6)連通，與空氣膨脹機(jī)(8)低壓端之間通過(guò)第二循環(huán)連接管(9)連通，在回?zé)崞?5)與空氣膨脹機(jī)(8)之間形成循環(huán)回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的空氣壓縮機(jī)(I)為透平式壓縮機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的加熱水箱(3)內(nèi)部布置有與水箱中的水進(jìn)行換熱的空氣換熱通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的回?zé)崞?5)為單相的流體換熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種半開式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的空氣膨脹機(jī)(8)為透平式空氣膨脹機(jī)。
【文檔編號(hào)】F24H4/04GK103884097SQ201410108101
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】張春路, 袁晗 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)