一種半開式回熱型空氣壓縮循環(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熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，包括空氣壓縮機、加熱水箱、回熱器及空氣膨脹機；空氣壓縮機與加熱水箱進氣端連通，回熱器與加熱水箱出氣端連通，回熱器出氣端直接通入外界環(huán)境，空氣膨脹機與回熱器之間連通形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機與空氣壓縮機之間通過傳動聯(lián)軸器連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明是依據(jù)逆布雷頓循環(huán)基本原理進行設計的，熱泵機組通過壓縮、放熱、膨脹、吸熱的過程從環(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)，無害、無污染、無制取成本，在使用過程中可采用非封閉的結構，循環(huán)工質(zhì)在低溫換熱器部分可直接由環(huán)境得到，無需考慮工質(zhì)的泄露，無低溫工況下的結霜問題。
【專利說明】一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器
【技術領域】
[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熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器。
【背景技術】
[0002]目前在市場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，通過介質(zhì)把熱量從低溫環(huán)境傳遞到高溫的水，而其在結構上必須采用封閉式結構。由于其全封閉的結構，蒸汽壓縮式熱泵熱水器在高低溫段均存在換熱器，而在工作過程中，與環(huán)境相接觸的低溫換熱器實際上是在不斷地進行吸熱制冷。當外界溫度較低時，空氣中的水分接觸到熱泵熱水器的室外換熱器便會發(fā)生結霜的現(xiàn)象，且隨著運行時間的增加，霜垢現(xiàn)象會越來越嚴重，這會使得低溫換熱器的效率顯著下降，嚴重影響熱泵機組的整機效率。除此之外，當環(huán)境溫度變低時，一般而言使用者對于熱量的需求量也更大，但此時蒸汽壓縮式熱泵的制熱量卻變低；同樣使用者對于高溫部分的熱水使用量最大，而當制熱端換熱器溫度較高時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際的使用過程中存在著熱量供需矛盾，這是由于蒸汽壓縮循環(huán)的特性所導致的一對不可調(diào)和的矛盾。盡管可以采用壓縮機變頻等容量調(diào)節(jié)方式來緩解熱量供需矛盾，但增加了產(chǎn)品的成本、降低了產(chǎn)品的可靠性。上述兩個問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)有技術存在的缺陷而提供一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0005]一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，包括空氣壓縮機、加熱水箱、回熱器及空氣膨脹機；所述的空氣壓縮機與加熱水箱進氣端連通，空氣壓縮機從外界環(huán)境吸入空氣并進行壓縮，經(jīng)過壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏嚎諝?，高溫高壓空氣進入加熱水箱中對水箱內(nèi)的水進行加熱:所述的回熱器與加熱水箱出氣端連通，加熱水箱出來的空氣進入回熱器中進行換熱，回熱器出氣端直接通入外界環(huán)境，所述的空氣膨脹機與回熱器之間連通形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機與空氣壓縮機之間通過傳動聯(lián)軸器連接，空氣膨脹機吸收回熱器中流出空氣的熱量做功，并將功通過傳動聯(lián)軸器傳遞給空氣壓縮機實現(xiàn)膨脹功的回收。
[0006]所述的空氣壓縮機的入口通過進氣管與外界環(huán)境連通，所述的空氣壓縮機的出口通過第一連接管連接到加熱水箱的進氣端，加熱水箱的出氣端通過第二連接管與回熱器的進氣端連接，回熱器的出氣端通過排氣管通入外界環(huán)境中，所述的回熱器與空氣膨脹機高壓端之間通過第一循環(huán)連接管連通，與空氣膨脹機低壓端之間通過第二循環(huán)連接管連通，在回熱器與空氣膨脹機之間形成循環(huán)回路。[0007]所述的空氣壓縮機為透平式壓縮機，空氣壓縮機入口部分的工質(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備，所述的加熱水箱內(nèi)部布置有與水箱中的水進行換熱的空氣換熱通道，從而通過空氣加熱熱水。
[0009]所述的回熱器為單相的流體換熱器，從加熱水箱出來的溫度較高的空氣進過回熱器與從空氣膨脹機出來的氣體進行換熱溫度降低，有助于降低整個空氣循環(huán)的壓比從而提高系統(tǒng)效率。
[0010]所述的空氣膨脹機為透平式空氣膨脹機，采用透平式空氣膨脹機來完成循環(huán)的壓降過程，過程中空氣進過透平將帶動透平機轉(zhuǎn)動做功，該部分功量則通過傳動聯(lián)軸器傳遞給空氣壓縮機可帶給后者部分轉(zhuǎn)動的能量，該能量回收裝置有助于提高機組整體性能；從空氣膨脹機低壓端排出的空氣進過回熱器換熱后直接排入空氣。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0012](I)本發(fā)明的熱泵熱水器在低溫吸熱段不使用低溫換熱器而是采用開放式設計的辦法，這一設計從根本上解決了目前蒸汽壓縮式熱泵熱水器所出現(xiàn)的冬季工況下低溫換熱器的結霜問題。同時，通過對空氣壓縮循環(huán)熱泵的特性分析可以證明，當外界環(huán)境溫度降低或是加熱水量溫度升高時，本發(fā)明的熱泵熱水器所能夠提供的熱量也是升高的，二者之間的正相關關系使得不同工況下熱量供需求關系得到平衡，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)基本原理進行設計的，熱泵機組通過壓縮、放熱、膨脹、吸熱的過程從環(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)，無害、無污染、無制取成本，在使用過程中可采用非封閉的結構，循環(huán)工質(zhì)在低溫換熱器部分可直接由環(huán)境得到，無需考慮工質(zhì)的泄露，無低溫工況下的結霜問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0015]圖中，I為空氣壓縮機，2為第一連接管，3為加熱水箱，4為第二連接管，5為回熱器，6為第一循環(huán)連接管，7為傳動聯(lián)軸器，8為空氣膨脹機，9為第二循環(huán)連接管，10為排氣管，11為外界環(huán)境。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]實施例
[0018]一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，如圖1所示，包括空氣壓縮機1、加熱水箱3、回熱器5及空氣膨脹機8:空氣壓縮機I的入口通過進氣管12與外界環(huán)境11連通，空氣壓縮機I的出口通過第一連接管2連接到加熱水箱3的進氣端，空氣壓縮機I從外界環(huán)境11吸入空氣并進行壓縮，經(jīng)過壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏嚎諝?，高溫高壓空氣進入加熱水箱3中對水箱內(nèi)的水進行加熱；加熱水箱3的出氣端通過第二連接管4與回熱器5的進氣端連接，加熱水箱3出來的空氣進入回熱器5中進行換熱，回熱器5的出氣端通過排氣管10通入外界環(huán)境11中，回熱器5與空氣膨脹機8高壓端之間通過第一循環(huán)連接管6連通，與空氣膨脹機8低壓端之間通過第二循環(huán)連接管9連通，在回熱器5與空氣膨脹機8之間形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機8與空氣壓縮機I之間通過傳動聯(lián)軸器7連接，空氣膨脹機8吸收回熱器5中流出空氣的熱量做功，并將功通過傳動聯(lián)軸器7傳遞給空氣壓縮機I實現(xiàn)膨脹功的回收。
[0019]空氣壓縮機I為透平式壓縮機，空氣壓縮機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備，加熱水箱3內(nèi)部布置有與水箱中的水進行換熱的空氣換熱通道，從而通過空氣加熱熱水。
[0021]回熱器5為單相的流體換熱器，從加熱水箱3出來的溫度較高的空氣進過回熱器5與從空氣膨脹機8出來的氣體進行換熱溫度降低，有助于降低整個空氣循環(huán)的壓比從而提高系統(tǒng)效率。
[0022]空氣膨脹機8為透平式空氣膨脹機，采用透平式空氣膨脹機來完成循環(huán)的壓降過程，過程中空氣進過透平將帶動透平機轉(zhuǎn)動做功，該部分功量則通過傳動聯(lián)軸器7傳遞給空氣壓縮機I可帶給后者部分轉(zhuǎn)動的能量，該能量回收裝置有助于提高機組整體性能；從空氣膨脹機8低壓端排出的空氣進過回熱器5換熱后直接排入空氣。
[0023]本發(fā)明的熱泵熱水器工作過程如下:
[0024]空氣壓縮機I由外部動力設備驅(qū)動從外界環(huán)境11吸入空氣并進行壓縮，經(jīng)過壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏旱目諝?，通過第一連接管2進入加熱水箱3中對水箱內(nèi)的水進行加熱。加熱完成后空氣經(jīng)第二連接管4進入回熱器5中，在回熱器5中與空氣膨脹機出口的空氣進行換熱，溫度進一步降低；從回熱器5流出的空氣通過第一循環(huán)連接管6進入空氣膨脹機8中，過程中推動空氣膨脹機8做功壓力下降，空氣膨脹機8所做的功通過傳動聯(lián)軸器7傳遞給空氣壓縮機I實現(xiàn)功的回收，而從空氣膨脹機8出口出來的空氣則經(jīng)第二循環(huán)連接管9進入回熱器5，在回熱器5中與從加熱水箱3流出的空氣進行換熱溫度升高，最后經(jīng)排氣管10排入環(huán)境，完成循環(huán)過程。
[0025]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，包括空氣壓縮機(I)、加熱水箱(3)、回熱器(5)及空氣膨脹機(8);所述的空氣壓縮機(I)與加熱水箱(3)進氣端連通，空氣壓縮機(I)從外界環(huán)境(11)吸入空氣并進行壓縮，經(jīng)過壓縮后的空氣變?yōu)楦邷馗邏嚎諝?，高溫高壓空氣進入加熱水箱(3)中對水箱內(nèi)的水進行加熱；所述的回熱器(5)與加熱水箱(3)出氣端連通，加熱水箱(3)出來的空氣進入回熱器(5)中進行換熱，回熱器(5)出氣端直接通入外界環(huán)境(11)，所述的空氣膨脹機(8)與回熱器(5)之間連通形成循環(huán)回路，且空氣膨脹機(8)與空氣壓縮機(I)之間通過傳動聯(lián)軸器(7)連接，空氣膨脹機(8)吸收回熱器(5)中流出空氣的熱量做功，并將功通過傳動聯(lián)軸器(7)傳遞給空氣壓縮機(I)實現(xiàn)功的回收。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的空氣壓縮機(I)的入口通過進氣管(12)與外界環(huán)境(11)連通，所述的空氣壓縮機(I)的出口通過第一連接管(2)連接到加熱水箱(3)的進氣端，加熱水箱(3)的出氣端通過第二連接管(4)與回熱器(5)的進氣端連接，回熱器(5)的出氣端通過排氣管(10)通入外界環(huán)境(11)中，所述的回熱器(5)與空氣膨脹機(8)高壓端之間通過第一循環(huán)連接管(6)連通，與空氣膨脹機(8)低壓端之間通過第二循環(huán)連接管(9)連通，在回熱器(5)與空氣膨脹機(8)之間形成循環(huán)回路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的空氣壓縮機(I)為透平式壓縮機。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種半開式回熱型空氣壓縮循環(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行換熱的空氣換熱通道。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的回熱器(5)為單相的流體換熱器。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種半開式回熱型空氣壓縮循環(huán)的熱泵熱水器，其特征在于，所述的空氣膨脹機(8)為透平式空氣膨脹機。
【文檔編號】F24H4/04GK103884097SQ201410108101
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2014年3月21日
【發(fā)明者】張春路, 袁晗 申請人:同濟大學