一種暖氣-熱泵耦合熱水器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種暖氣?熱泵耦合熱水器系統(tǒng)由熱泵系統(tǒng)和水回路；其中熱泵部分包括壓縮機(jī)、冷凝器、儲液器、節(jié)流閥、第一制冷劑側(cè)閥門、第二制冷劑側(cè)閥門、室外蒸發(fā)器、室內(nèi)蒸發(fā)器組成；水回路包括第一換熱器、第二換熱器、第一水側(cè)閥、第二水側(cè)閥、第三水側(cè)閥、第四水側(cè)閥、儲水桶、三通閥,上述水回路又可組成熱交換水回路、暖氣回路、熱水回路三部分。該熱水器可以實現(xiàn)全年運行。在采暖季節(jié)，一方面，會通過暖氣供水直接加熱制取熱水，另一方面，會通過熱泵蒸發(fā)器吸收暖氣熱量后，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后在冷凝器中放熱制取熱水；在非采暖季節(jié)，會通過熱泵蒸發(fā)器吸收室外空氣熱量后，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后在冷凝器中放熱制取熱水。
【專利說明】
一種暖氣-熱泵耦合熱水器系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)，屬于熱栗利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活水平的提高，熱水器成為多數(shù)家庭的必然選擇。目前，熱栗熱水器由于采用逆卡諾循環(huán)，能夠回收大氣中的熱量，有高效節(jié)能的效果，在許多家庭中得到了應(yīng)用。但熱栗熱水器冬季運行時，由于室外環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致其運行蒸發(fā)溫度較低，傳熱表面極易結(jié)霜，整體效率大幅下降，尤其是在我國北方地區(qū)，冬季甚至?xí)馃崂鯄嚎s機(jī)低壓保護(hù)而無法運行。
[0003]考慮到北方地區(qū)普遍有集中供暖，城鎮(zhèn)居民家中多裝有暖氣為房間供熱，加上近年來暖氣片換熱效率不斷提高以及地暖等新型采暖方式的應(yīng)用，居民家中舒適性有了很大的提高，甚至有部分家庭因室內(nèi)溫度過高需開窗散熱，存在暖氣熱量剩余現(xiàn)象。最近，采暖熱計量也備受到關(guān)注，部分地區(qū)已開始推廣應(yīng)用，這改變了以往單純依據(jù)建筑面積來收采暖費的情況，開始用更加有利于節(jié)能的用熱量來計費，也為居民冬季全面合理利用住宅內(nèi)部采暖熱量提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)，本發(fā)明的技術(shù)方案是:冬季采暖季節(jié)利用暖氣直接制取熱水以及利用暖氣為熱栗提供熱源來制取熱水，夏季以空氣為熱源制取熱水，從而實現(xiàn)冬季住宅內(nèi)部供暖熱量的綜合利用，利用暖氣熱量改善冬季熱栗熱水器的工作條件，為居民提供生活熱水。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)原理是:一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)有熱栗系統(tǒng)和水回路；
[0006]其中熱栗部分包括壓縮機(jī)、冷凝器、儲液器、節(jié)流閥、第一制冷劑側(cè)閥門、第二制冷劑側(cè)閥門、室外蒸發(fā)器、室內(nèi)蒸發(fā)器組成；
[0007]水回路包括第一換熱器、第二換熱器、第一水側(cè)閥、第二水側(cè)閥、第三水側(cè)閥、第四水側(cè)閥、儲水桶、三通閥，上述水回路又可組成熱交換水回路、暖氣回路、熱水回路三部分。
[0008]具體暖氣系統(tǒng)方案如圖1所示:一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)包括熱栗系統(tǒng)和水回路;熱栗系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、冷凝器2、儲液器3、節(jié)流閥4、第一制冷劑側(cè)閥門5、第二制冷劑側(cè)閥門6、室外蒸發(fā)器7、室內(nèi)蒸發(fā)器8 ；
[0009]壓縮機(jī)I連接冷凝器2，冷凝器2連接儲液器3，儲液器3連接節(jié)流閥4，節(jié)流閥4通過第一制冷劑側(cè)閥門5連接室外蒸發(fā)器7，通過第二制冷劑側(cè)閥門6連接室內(nèi)蒸發(fā)器8，室外蒸發(fā)器7、室內(nèi)蒸發(fā)器8分別連接壓縮機(jī)I;
[0010]水回路包括第一換熱器9-1、第二換熱器9-2、第一水側(cè)閥10-1、第二水側(cè)閥10-2、第三水側(cè)閥10-3、第四水側(cè)閥10-4、儲水桶11、三通閥12;
[0011 ]自來水進(jìn)水連接第一水側(cè)閥10-1，第一水側(cè)閥10-1分別連接第二水側(cè)閥10-2、第四水側(cè)閥10-4、冷凝器2，第二水側(cè)閥10-2分別連接第一換熱器9-1、第四水側(cè)閥10-4、冷凝器2，第四水側(cè)閥10-4連接儲水桶11，冷凝器2連接三通閥12，三通閥12分別連接儲水桶11、第一換熱器9-1，儲水桶11連接第三水側(cè)閥10-3，第一換熱器9-1分別連接暖氣進(jìn)水和暖氣回水、第二換熱器9-2，第二換熱器9-2連接室內(nèi)蒸發(fā)器8;
[0012]水回路分為熱交換水回路、暖氣回路、熱水回路三部分，室內(nèi)蒸發(fā)器8與第二換熱器9-2之間的連接管路為熱交換水回路;暖氣進(jìn)水進(jìn)入第一換熱器9-1，再進(jìn)入第二換熱器
9-2，從第二換熱器9-2出來后，再進(jìn)入第一換熱器9-1，再連接暖氣回水的管路組成暖氣回路;其余水回路管路組成熱水回路。
[0013]進(jìn)一步的，所述儲水桶內(nèi)設(shè)置溫度傳感器、液位傳感器和輔助電加熱器。
[0014]進(jìn)一步的，本發(fā)明中的熱交換水回路、暖氣回路與熱水回路中也可設(shè)置水栗使水在其中強(qiáng)制流動。
[0015]進(jìn)一步的，室內(nèi)蒸發(fā)器可以是板式、管殼式、套管、板翅式換熱器形式中的一種，和/或室外蒸發(fā)器可以是管翅式、板翅式換熱器形式中的一種，和/或冷凝器可以采用管殼式、套管式、板式、板翅式等形式中的一種，和/或節(jié)流閥可以是熱力閥、電子膨脹閥形式中的一種。
[0016]該熱水器可以實現(xiàn)全年運行。在采暖季節(jié)，一方面，會通過暖氣供水直接加熱制取熱水，另一方面，會通過熱栗蒸發(fā)器吸收暖氣熱量后，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后在冷凝器中放熱制取熱水;在非采暖季節(jié)，會通過熱栗蒸發(fā)器吸收室外空氣熱量后，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后在冷凝器中放熱制取熱水。
[0017]通過上述加熱方式及輔助電加熱器，熱栗熱水器不僅可直接將自來水變成所需溫度的熱水，并且在熱水回路的循環(huán)模式開啟時還可讓水在熱水回路中循環(huán)吸熱不斷提升溫度。
[0018]本發(fā)明同已有技術(shù)相比具有實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步:本發(fā)明通過利用暖氣熱量將暖氣與熱栗耦合起來提供熱水，既充分利用了暖氣熱量，又充分利用并發(fā)揮了熱栗高效節(jié)能的運行優(yōu)勢，克服了熱栗熱水器冬季運行時因蒸發(fā)溫度過低導(dǎo)致效率大幅下降甚至無法使用的缺點，具有實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1的一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)原理示意圖。其中，壓縮機(jī)1、冷凝器2、儲液器3、節(jié)流閥4、第一制冷劑側(cè)閥門5、第二制冷劑側(cè)閥門6、室外蒸發(fā)器7、室內(nèi)蒸發(fā)器8，第一換熱器9-1、第二換熱器9-2、第一水側(cè)閥10-1、第二水側(cè)閥10-2、第三水側(cè)閥10_3、第四水側(cè)閥10-4、儲水桶11、三通閥12。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施方式做詳細(xì)說明。
[0021]實施例1
[0022]如圖1所示，一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)包括熱栗系統(tǒng)和水回路；
[0023]熱栗系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、冷凝器2、儲液器3、節(jié)流閥4、第一制冷劑側(cè)閥門5、第二制冷劑側(cè)閥門6、室外蒸發(fā)器7、室內(nèi)蒸發(fā)器8;
[0024]壓縮機(jī)I連接冷凝器2，冷凝器2連接儲液器3，儲液器3連接節(jié)流閥4，節(jié)流閥4通過第一制冷劑側(cè)閥門5連接室外蒸發(fā)器7，通過第二制冷劑側(cè)閥門6連接室內(nèi)蒸發(fā)器8，室外蒸發(fā)器7、室內(nèi)蒸發(fā)器8分別連接壓縮機(jī)I;
[0025]水回路包括第一換熱器9-1、第二換熱器9-2、第一水側(cè)閥10-1、第二水側(cè)閥10-2、第三水側(cè)閥10-3、第四水側(cè)閥10-4、儲水桶11、三通閥12;
[0026]自來水進(jìn)水連接第一水側(cè)閥10-1，第一水側(cè)閥10-1分別連接第二水側(cè)閥10-2、第四水側(cè)閥10-4、冷凝器2，第二水側(cè)閥10-2分別連接第一換熱器9-1、第四水側(cè)閥10-4、冷凝器2，第四水側(cè)閥10-4連接儲水桶11，冷凝器2連接三通閥12，三通閥12分別連接儲水桶11、第一換熱器9-1，儲水桶11連接第三水側(cè)閥10-3，第一換熱器9-1分別連接暖氣進(jìn)水和暖氣回水、第二換熱器9-2，第二換熱器9-2連接室內(nèi)蒸發(fā)器8;
[0027]水回路分為熱交換水回路、暖氣回路、熱水回路三部分，室內(nèi)蒸發(fā)器8與第二換熱器9-2之間的連接管路為熱交換水回路;暖氣進(jìn)水進(jìn)入第一換熱器9-1，再進(jìn)入第二換熱器
9-2，從第二換熱器9-2出來后，再進(jìn)入第一換熱器9-1，再連接暖氣回水組成暖氣回路;其余水回路組成熱水回路。
[0028]該熱水器系統(tǒng)在采暖季節(jié)運行時:
[0029]熱栗系統(tǒng)控制方式如下，第一制冷劑側(cè)閥門5關(guān)閉，第二制冷劑側(cè)閥門6和第二水側(cè)閥10-2打開，制冷劑不經(jīng)過室外蒸發(fā)器7，但經(jīng)過室內(nèi)蒸發(fā)器8。
[0030]熱水回路有上水模式和循環(huán)模式，上水模式時，第一水側(cè)閥10-1打開，第四水側(cè)閥
10-4關(guān)閉;循環(huán)模式時，第一水側(cè)閥10-1關(guān)閉，第四水側(cè)閥10-4打開。不管哪種運行模式，用戶若用水則打開第三水側(cè)閥10-3，否則第三水側(cè)閥10-3保持關(guān)閉。第三水側(cè)閥10-3打開或儲水桶11液位低于桶高30%時，開啟上水模式，否則開啟循環(huán)模式，其中，儲水桶11內(nèi)設(shè)置液位傳感器，儲水桶11內(nèi)液位由液位傳感器測量。
[0031 ]具體運行原理如下:熱栗系統(tǒng)方面，制冷劑從室內(nèi)蒸發(fā)器8流出，進(jìn)入壓縮機(jī)I被壓縮，得到高溫高壓的制冷劑氣體后，進(jìn)入冷凝器2，在冷凝器2內(nèi)放出熱量加熱進(jìn)來的水，得到的熱水流出冷凝器2通過三通閥12進(jìn)入儲水桶11，制冷劑放熱后變?yōu)橐后w流出冷凝器2，進(jìn)入儲液器3，再經(jīng)過節(jié)流閥4節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪旱膬上嘀评鋭?，由于第一制冷劑?cè)閥門5關(guān)閉，制冷劑不通過第一制冷劑側(cè)閥門5，而是經(jīng)第二制冷劑側(cè)閥門6進(jìn)入室內(nèi)蒸發(fā)器8，在室內(nèi)蒸發(fā)器8內(nèi)吸收熱交換回路中水的熱量后，成為低溫低壓的氣體，進(jìn)入壓縮機(jī)I繼續(xù)循環(huán)。
[0032]在熱水回路方面，上水模式時，自來水經(jīng)第一水側(cè)閥10-1后分成兩路，一路經(jīng)第二水側(cè)閥10-2進(jìn)入第一換熱器9-1，吸收暖氣水的熱量后變?yōu)闊崴?jīng)三通閥12進(jìn)入儲水桶U，另一路進(jìn)入冷凝器2，吸收制冷劑熱量后變?yōu)闊崴?jīng)三通閥12進(jìn)入儲水桶11，儲水桶11中帶有輔助電加熱器，儲水桶11外側(cè)設(shè)有溫度控制旋鈕，用戶可以根據(jù)需要設(shè)定不同的溫度。熱栗熱水器運行中若儲水桶11內(nèi)水溫低于設(shè)定值且壓縮機(jī)I未運行，則壓縮機(jī)I開啟投入運行，壓縮機(jī)I運行后，桶內(nèi)水溫度仍低于用戶設(shè)定值，則開啟輔助電加熱器，否則關(guān)閉輔助電加熱器，若桶內(nèi)水溫度高于用戶設(shè)定值，則關(guān)閉壓縮機(jī)I。儲水桶11內(nèi)設(shè)置溫度傳感器，溫度由設(shè)在儲水桶11內(nèi)的溫度傳感器測出。
[0033]循環(huán)模式時，由于第四水側(cè)閥10-4打開，儲水桶11中的水會在溫度差作用下，產(chǎn)生自然對流，從儲水桶11中流出，經(jīng)第四水側(cè)閥10-4后分成兩路，一路經(jīng)第二水側(cè)閥10-2進(jìn)入第一換熱器9-1，吸收暖氣水的熱量后變?yōu)闊崴?，然后?jīng)三通閥12進(jìn)入儲水桶11，另一路進(jìn)入冷凝器2，吸收制冷劑熱量后變?yōu)闊崴?jīng)三通閥12進(jìn)入儲水桶11，形成循環(huán)。
[0034]熱交換水回路中的水在第二換熱器9-2吸收暖氣熱量，再進(jìn)入室內(nèi)蒸發(fā)器8放熱給制冷劑，出來后又進(jìn)入第二換熱器9-2吸熱后在溫差引起的自然對流作用下繼續(xù)循環(huán)。暖氣回路中，暖氣進(jìn)水依次進(jìn)入第一換熱器9-1、第二換熱器9-2，從第二換熱器9-2流出后再進(jìn)入第一換熱器9-1，流出后進(jìn)入暖氣回水，在該回路中暖氣水先后在第一換熱器9-1加熱熱水，在第二換熱器9-2中加熱熱交換水回路中的水。
[0035]該熱水器在非采暖季節(jié)運行時:
[0036]熱栗系統(tǒng)的第一制冷劑側(cè)閥門5打開，第二制冷劑側(cè)閥門6和第二水側(cè)閥10-2關(guān)閉，制冷劑不經(jīng)過室內(nèi)蒸發(fā)器8，但經(jīng)過室外蒸發(fā)器7。
[0037]熱水回路運行模式，即上水模式和循環(huán)模式，以及對應(yīng)的水側(cè)閥門開關(guān)與采暖季節(jié)運行時一樣。
[0038]具體運行原理如下:熱栗系統(tǒng)運行時制冷劑從室外蒸發(fā)器7流出，進(jìn)入壓縮機(jī)I被壓縮，得到高溫高壓的制冷劑氣體，進(jìn)入冷凝器2，在冷凝器2內(nèi)放出熱量加熱進(jìn)來的水，得到的熱水流出冷凝器2通過三通閥12進(jìn)入儲水桶11，制冷劑變?yōu)橐后w流出冷凝器2，進(jìn)入儲液器3，再經(jīng)過節(jié)流閥4節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪旱膬上嘀评鋭?，由于第二制冷劑?cè)閥門6關(guān)閉，制冷劑不通過第二制冷劑側(cè)閥門6，而是經(jīng)第一制冷劑側(cè)閥門5進(jìn)入室外蒸發(fā)器7，在室外蒸發(fā)器7內(nèi)與室外空氣換熱，吸收熱量后，成為低溫低壓的氣體，進(jìn)入壓縮機(jī)I繼續(xù)循環(huán)。
[0039]在熱水回路方面，上水模式時，由于第二水側(cè)閥10-2關(guān)閉，自來水經(jīng)第一水側(cè)閥
10-1后直接進(jìn)入冷凝器2，吸收制冷劑熱量后變?yōu)闊崴?jīng)三通閥12進(jìn)入儲水桶11，當(dāng)桶內(nèi)溫度低于用戶設(shè)定值且壓縮機(jī)I運行時，儲水桶11的輔助電加熱器開啟，壓縮機(jī)I未開啟時，則開啟壓縮機(jī)I;當(dāng)桶內(nèi)溫度高于用戶設(shè)定值時，則依次根據(jù)桶內(nèi)溫度與用戶設(shè)定值的差值，依次關(guān)閉輔助電加熱器和壓縮機(jī)I。循環(huán)模式時，由于第四水側(cè)閥10-4打開，儲水桶11中的水會在自然對流作用下流出，經(jīng)第四水側(cè)閥10-4后進(jìn)入冷凝器2，吸收制冷劑熱量后變?yōu)闊崴?jīng)三通閥12進(jìn)入儲水桶11，形成循環(huán)。
[0040]在非采暖季節(jié)，熱交換水回路、暖氣回路均停止流動。
[0041]上述實施例中，熱水器系統(tǒng)在采暖與非采暖季節(jié)的轉(zhuǎn)換可以由用戶手動完成，或是根據(jù)不同地區(qū)供暖時間通過定時器設(shè)置自動完成。室內(nèi)蒸發(fā)器8可以是板式、管殼式、套管、板翅式換熱器形式中的一種，室外蒸發(fā)器7可以是管翅式、板翅式換熱器形式中的一種，冷凝器2可以采用管殼式、套管式、板式、板翅式等形式中的一種，節(jié)流閥4可以是熱力閥、電子膨脹閥等形式中的一種。
[0042]本實施例中的熱交換水回路、暖氣回路與熱水回路中也可設(shè)置水栗使水在其中強(qiáng)制流動。
[0043]本發(fā)明中，在采暖季節(jié)，三通閥12可根據(jù)冷凝器2與第一換熱器9-1的出水溫度調(diào)節(jié)經(jīng)過這兩個換熱器的水流量，在非采暖季節(jié)，該三通閥12將只保持冷凝器2中水的流通，第一換熱器9-1中的水路將被切斷。
【主權(quán)項】
1.一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)，其特征在于，包括熱栗系統(tǒng)和水回路； 熱栗系統(tǒng)包括壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2)、儲液器(3)、節(jié)流閥(4)、第一制冷劑側(cè)閥門(5)、第二制冷劑側(cè)閥門(6)、室外蒸發(fā)器(7)、室內(nèi)蒸發(fā)器(8); 壓縮機(jī)(I)連接冷凝器(2)，冷凝器(2)連接儲液器(3)，儲液器(3)連接節(jié)流閥(4)，節(jié)流閥(4)通過第一制冷劑側(cè)閥門(5)連接室外蒸發(fā)器(7)，通過第二制冷劑側(cè)閥門(6)連接室內(nèi)蒸發(fā)器(8)，室外蒸發(fā)器(7)、室內(nèi)蒸發(fā)器(8)分別連接壓縮機(jī)(I); 水回路包括第一換熱器(9-1)、第二換熱器(9-2)、第一水側(cè)閥(10-1)、第二水側(cè)閥(10-2)、第三水側(cè)閥(10-3)、第四水側(cè)閥(10-4)、儲水桶(11)、三通閥(12); 自來水進(jìn)水連接第一水側(cè)閥(10-1)，第一水側(cè)閥(10-1)分別連接第二水側(cè)閥(10-2)、第四水側(cè)閥(10-4)、冷凝器(2)，第二水側(cè)閥(10-2)分別連接第一換熱器(9-1)、第四水側(cè)閥(10-4)、冷凝器(2)，第四水側(cè)閥(10-4)連接儲水桶(11)，冷凝器(2)連接三通閥(12)，三通閥(I2)分別連接儲水桶(II)、第一換熱器(9-1)，儲水桶(11)連接第三水側(cè)閥(10-3)，第一換熱器(9-1)分別連接暖氣進(jìn)水和暖氣回水、第二換熱器(9-2)，第二換熱器(9-2)連接室內(nèi)蒸發(fā)器(8); 水回路分為熱交換水回路、暖氣回路、熱水回路三部分，室內(nèi)蒸發(fā)器(8)與第二換熱器(9-2)之間的連接管路為熱交換水回路;暖氣進(jìn)水進(jìn)入第一換熱器(9-1)，再進(jìn)入第二換熱器(9-2)，從第二換熱器(9-2)出來后，再進(jìn)入第一換熱器(9-1)，再連接暖氣回水的管路組成暖氣回路;其余水回路管路組成熱水回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)，其特征在于，所述儲水桶(11)內(nèi)設(shè)置溫度傳感器、液位傳感器和輔助電加熱器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換水回路、暖氣回路與熱水回路中分別設(shè)置水栗。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種暖氣-熱栗耦合熱水器系統(tǒng)，其特征在于，所述室內(nèi)蒸發(fā)器(8)是板式、管殼式、套管、板翅式換熱器形式中的一種和/或所述室外蒸發(fā)器(7)是管翅式、板翅式換熱器形式中的一種和/或所述冷凝器(2)是管殼式、套管式、板式、板翅式形式中的一種和/或所述節(jié)流閥(4)是熱力閥、電子膨脹閥形式中的一種。
【文檔編號】F24H4/04GK205593032SQ201620313992
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】趙海波, 孫陽, 王濤, 王仲田, 吳坤
【申請人】煙臺大學(xué)