專利名稱：燃氣熱泵式熱水器的制作方法
燃氣熱泵式熱水器
背景技術(shù)：
使用多種工作流體的熱激活吸收循環(huán)已經(jīng)多年來被用來提供冷卻、制冷和加熱。 吸收循環(huán)利用熱能作為主要能源，代替蒸汽壓縮熱泵循環(huán)所利用的機械功(最通常使用電動機)。最通常用于吸收循環(huán)的工作流體是氨水(NH3-H2O)和溴化鋰-水(LiBr-H2O),雖然存在許多其他合適的組合。由于對于LiBr-H2O系統(tǒng)來說使用水作為制冷劑，所以，LiBr-H2O 循環(huán)可應用于冷卻，但是不能用于熱泵應用。吸收式熱泵傳遞低等級(低溫)熱量，并使用更高等級的能源(例如，燃燒、太陽能或廢熱)將其“泵”至可到更高的、更有用的溫度。所得的循環(huán)效率大于100% (典型地， 150%至200% )，取決于涉及的循環(huán)和溫度。在生活用水加熱應用中，低等級的熱能源可以是戶內(nèi)或戶外的環(huán)境空氣(雖然也可以使用其他的來源，例如地熱)，并且，將水從典型的地面溫度(大約是50 0F )加熱到100至160 0F。電驅(qū)動的熱泵式熱水器是商業(yè)上可獲得的，其具有大約200%的效率。然而，在初級燃料的基礎上，效率實際上是約70%，因為典型地以大約35%的效率產(chǎn)生電功率。所提出的發(fā)明提供了大約150%的顯著更高的初級燃料效率，與電熱泵式熱水器相比，減少了一半的(X)2排放。商業(yè)上可獲得的傳統(tǒng)燃氣熱水器具有在約60%到約82%范圍內(nèi)的初級燃料效率。需要許多熱交換器和至少一個泵的吸收設備的一個歷史問題是高制造成本。因此，對經(jīng)濟上可行的吸收式熱泵系統(tǒng)存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
將小容量的熱能驅(qū)動的吸收式熱泵(優(yōu)選地，1至SkW總熱功率)與儲水槽(優(yōu)選地，40至200加侖)組合，以提供用于家用的至少100 T的溫度的熱水，并且，與傳統(tǒng)的燃氣熱水器相比，將CO2排放減小約45%至約60%。可以通過燃燒(典型地，天然氣或丙烷)、 熱太陽能或廢熱能源來驅(qū)動吸收系統(tǒng)。可以將吸收系統(tǒng)直接安裝在儲槽上(上方、下方或旁邊)，或遠離儲槽(例如戶外)。吸收式熱泵將低溫源(典型地，戶內(nèi)或戶外環(huán)境空氣，或地熱)的溫度提高至足夠高的溫度以將水加熱到至少100下的溫度。當通過燃燒驅(qū)動時，通過待加熱的水進一步冷卻離開吸收循環(huán)的廢氣(煙道氣， flue gases)，以提供高效燃燒效率(冷凝)?？梢栽谖挥趦Σ蹆?nèi)部或外部的燃氣_水或燃氣-液體工作流體熱交換器中實現(xiàn)該附加的廢氣冷卻。一個可能的布置是，使廢氣通過傳統(tǒng)燃氣熱水器的中心廢氣管。利用保護涂層(例如玻璃瓷釉)或通過使用由耐腐蝕材料制成的管，應能保護廢氣管的內(nèi)部免受腐蝕。當?shù)偷燃墴嵩词鞘覂?nèi)環(huán)境空氣時，吸收熱泵式熱水器提供冷卻并干燥戶內(nèi)空氣的額外優(yōu)點?？梢詮臒岜檬綗崴髦車目臻g抽取室內(nèi)空氣，或利用管道或遠程液體-空氣熱交換器和泵從另一室內(nèi)位置抽取室內(nèi)空氣。一個可能的遠程室內(nèi)位置是閣樓。可以將冷卻的且可能干燥的空氣返回至室內(nèi)空間(夏季模式)，或排出至建筑物外部(冬季模式)。吸收式熱泵循環(huán)可以利用任何可用的制冷劑一吸收劑工作流體，例如NH3-H2O15吸收循環(huán)可以采用簡單的單效循環(huán)，或更復雜的雙效、三效循環(huán)或它們的組合。通常用于 NH3-H2O循環(huán)的一個這種組合循環(huán)是GAX (發(fā)生器吸收器熱交換)。吸收式熱泵系統(tǒng)可以利用任何多種合適的熱交換器類型，包括外殼和管、銅焊或焊接板、翅狀盤管、微通道，等等?？梢砸栽S多種方式將熱能從熱泵(冷凝器和吸收器熱量) 傳遞至儲槽中的水，包括直接的(從制冷劑到水)或間接的(使用液體循環(huán)泵(hydronic pump)從液體循環(huán)工作流體到水)。在這些情況中的任一種中，熱交換器可以位于儲槽的內(nèi)部或外部。為了在高度使用的時間過程中增加系統(tǒng)的熱容量，可能將第二水加熱源集成到吸收熱泵式熱水器中。第二熱源可以是電加熱元件、第二傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)或來自太陽能電池板的熱能。通過將吸收式熱泵系統(tǒng)固定至儲水槽，可使用小的、低容量的熱泵系統(tǒng)，使制造成本最小化。儲存在槽中的熱水用作熱電池，在間歇的基礎上，當需要時提供大量熱能，同時熱泵用來緩慢地重新加熱(重新裝載)儲槽中的水。


圖1是以本發(fā)明的方式使用的優(yōu)選吸收式熱泵設備的示意圖。圖2A是示出了本發(fā)明的一個實施方式的示意性截面圖，其中，將熱泵設備可操作地連接至水槽。圖2B是示出了與圖2A的實施方式不同的本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖，其不同之處在于流過熱水器的廢氣的方向，并且，該設備進行必要的改變以促進該流動方向。圖3是示出了本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖。圖4是示出了本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖。圖5是示出了各種期待的實施方式中的廢氣流徑的示意圖。圖6A是示出了可操作性地安裝至建筑物的本發(fā)明的一個實施方式的示意性截面圖。圖6B是以圖6A所示的本發(fā)明的實施方式的方式使用的吸收式熱泵設備的示意圖。圖7是示出了可操作性地安裝在建筑物中的本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖。圖8是示出了可操作性地安裝至建筑物的本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖。圖9是示出了本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖。圖10是示出了本發(fā)明的一個替代實施方式的示意性截面圖。在描述在圖中示出的本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，為了清楚起見，將采用特定的術(shù)語。然而，目的并不是將本發(fā)明限于這樣選擇的特定術(shù)語，并且應理解，每個特定術(shù)語包括所有以相似的方式操作以實現(xiàn)相似目的的技術(shù)等價物。例如，通常使用與其連接的詞語或與其相似的術(shù)語。它們并不限于直接的連接，而是包括通過其他元件的連接，其中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將這種連接看作是等價的。
具體實施例方式將2009年5月8日提交的美國臨時申請系列第61/176，5 號以引用方式結(jié)合于本申請中。圖1是示出了工作流體的循環(huán)的簡單的單效吸收式熱泵設備的示意圖。用虛線示出了工作流體的汽相，并且用實線示出了液相流體。目的并非是限制性的，相反，是示意性的。為了以下描述的目的，與圖1的示圖相關(guān)的循環(huán)是燃氣NH3-H2O循環(huán)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道其他制冷劑-吸收劑組合是可用的，可用作其他熱源。例如，已知可以使用任何適當?shù)臒嵩?，包括但不限于諸如天然氣、丙烷、石油、煤油、木材及等價物的燃料。其他熱能的來源包括電阻熱、太陽熱、來自高溫處理的廢熱、來自發(fā)動機或燃料電池或另一機器(例如，電冰箱的熱交換器)的溫熱區(qū)域的廢熱。還已知可以使用各種工作流體，包括但不限于氨和水、氨和離子流體(離子溶液)、水和溴化鋰，或二氧化碳和離子流體。因此，將顯而易見的是，通過具有一般技能的人知道的修改，圖1的實施方式可適于以其他已知的熱源和/ 或制冷劑類型的方式使用。將高溫熱源(例如燃燒器)示出為，對發(fā)生器/解吸塔(DEQ 10提供熱能。這導致制冷劑(NH3)在高壓下(典型地，約200至300psia)從存在于發(fā)生器/解吸塔(DES) 10中的NH3-H2O溶液中蒸發(fā)出來。NH3蒸汽離開發(fā)生器/解吸塔，并且，通過精餾器20中的冷凝去除存在于NH3蒸汽流中的少量水蒸汽，并使其經(jīng)由管道M返回至發(fā)生器/解吸塔(DES) 10。 NH3蒸汽將熱量傳遞至精餾器20中的相對更冷的熱交換器表面22，并由此傳遞至熱交換器內(nèi)的流體。從冷凝器30中的凈化的NH3蒸汽去除熱量，導致其冷凝成液體。使用從冷凝的NH3 蒸汽收集的熱量直接或間接地加熱儲槽中的水(在圖1中，用參考字符“ST”表示儲槽)。 當加熱儲槽中的水時(例如通過熱交換器，直接通過經(jīng)過冷凝器30的制冷劑)，出現(xiàn)直接加熱。在間接系統(tǒng)中，工作流體的液體循環(huán)回路從冷凝器30中的制冷劑接收熱量，然后將熱量傳遞至儲槽的水?？蛇x地，在燃燒發(fā)生器/解吸塔10中的廢氣從發(fā)生器/解吸塔10通過之后，然后將廢氣中的部分熱能傳遞至儲槽ST。當然，如果使用沒有廢氣的另一熱源，例如太陽能加熱，那么，可通過在用于該另一熱源中的介質(zhì)已將一些可用熱能傳遞至發(fā)生器/ 解吸塔之后將熱能傳遞至儲槽ST，來利用該特征。將熱量傳遞至發(fā)生器/解吸塔之后從廢氣的熱能的該進一步傳遞增加了效率。在制冷熱交換器(RHX) 40中進一步冷卻液體NH3，然后通過節(jié)流裝置(例如，限制流體流動的閥50)將其減小至低壓(在從約10到約IOOpsia的范圍內(nèi))。然后，通過從蒸發(fā)器(EVAP) 60中的相對更溫熱的低等級能源吸收熱量，來蒸發(fā)低壓液體NH3,從而，這冷卻低等級熱源，例如環(huán)境空氣。在RHX 40中加熱蒸發(fā)的NH3，然后其移動至吸收器系統(tǒng)70。吸收器系統(tǒng)70具有可選的部分，并且當存在時，其通常與系統(tǒng)70的其他部分組合成單個單元。以下討論該可選部分。在圖1的實施方式中，蒸發(fā)器60中的低等級能源是環(huán)境空氣，在圖1中用參考字符“A”示出。在這里，將術(shù)語“環(huán)境空氣”定義為，蒸發(fā)器周圍的可用來由自然力(例如重力)或由蒸發(fā)器的活性表面(例如，將熱能傳遞至蒸發(fā)器和/或從蒸發(fā)器傳遞熱能的熱交換器表面)上的推動器拉動、吹動或移動的空氣。典型地，“環(huán)境空氣”是蒸發(fā)器和熱泵周圍
8的空氣，例如室內(nèi)空氣(或者，對于一些實施方式，是戶外空氣)。將注意力轉(zhuǎn)回至發(fā)生器/解吸塔(DES) 10，具有低濃度的NH3的熱的高壓力NH3-H2O 溶液(通常稱為“稀”溶液)離開發(fā)生器/解吸塔10，并在溶液熱交換器(SHX)SO中冷卻。 在進入吸收器系統(tǒng)70之前，用節(jié)流裝置90將冷卻的稀溶液降低至低壓和低溫。在吸收器系統(tǒng)70中，將NH3蒸汽吸收回至稀NH3-H2O溶液中。這是放熱過程，并且，必須連續(xù)去除吸收的熱，使得吸收過程繼續(xù)出現(xiàn)。取決于循環(huán)，可以可選地用溶液冷卻吸收器(SCA) 100將吸收熱部分地回收到循環(huán)中。SCA 100允許熱量就在進入發(fā)生器/解吸塔(DEQ 10之前從稀溶液流至濃溶液。因此，在使用SCA 100選擇的更高效率的循環(huán)中， 在進入發(fā)生器/解吸塔(DES) 10之前用吸收的熱蒸發(fā)部分NH3。在低溫或液體循環(huán)吸收器 (HCA) 110中排出無法在內(nèi)部回收的剩余的吸收熱，其用來直接地(制冷劑到水)或間接地 (制冷劑到液體循環(huán)工作流體，再到水)加熱儲槽ST中的水。用泵120將離開HCA 110的冷卻的高NH3濃度的溶液(通常稱作“濃”溶液)泵回至高壓，該溶液通過精餾器20盤管，以冷卻并凈化離開發(fā)生器的NH3蒸汽，從而，在進入發(fā)生器/解吸塔(DES)IO以啟動循環(huán)之前，在SHX 80中預熱，并且，可選地在SCA 100中預熱。太陽熱或廢熱還可用來對發(fā)生器/解吸塔(DEQ 10提供熱量。通常，將SHX 80的功能集成到發(fā)生器/解吸塔(DEQ 10中。冷凝器30和HCAllO部件可以在儲水槽ST的內(nèi)部以直接加熱水，在槽的外部(例如，纏繞在槽的外部周圍的盤管)，或在槽ST的外部，使用泵出的液體循環(huán)工作流體(例如，傳統(tǒng)的水/乙二醇混合物)，然后其用內(nèi)部或外部的熱交換器加熱儲槽ST中的水。如果使用泵出的液體循環(huán)工作流體，那么，流體可以流過串聯(lián)或并聯(lián)的冷凝器30和吸收器70。蒸發(fā)器60部件可以利用直接的制冷劑到空氣的翅片盤管熱交換器，或間接的制冷劑到液體循環(huán)工作流體的熱交換器。間接方法的一個優(yōu)點是，總制冷劑裝填的可能的減小。在圖2A中示出了本發(fā)明的一個期待的布置，其可以是與儲水槽結(jié)合的圖1的熱泵。沒有詳細地示出熱泵單元200，將其安裝為位于傳統(tǒng)的燃氣儲存熱水器202的頂部上。 預混合燃燒系統(tǒng)對解吸塔210中的熱泵循環(huán)提供熱量。對于簡單的NH3-H2O循環(huán)來說，離開發(fā)生器210的廢氣211典型地處于約300-500 T，并移動至廢氣管212 (其與傳統(tǒng)燃氣熱水器的廢氣管相似)的底部。在廢氣管212的底部，廢氣211反轉(zhuǎn)方向，并向上流至廢氣管 212的中心同軸通風孔，將其熱能傳遞至槽內(nèi)的水214。冷卻的廢氣(其優(yōu)選地但并非必須地低于其冷凝溫度)離開廢氣管212的頂部，并通過適當?shù)耐L系統(tǒng)216將其推至外部。形成于廢氣管212內(nèi)部的冷凝物218移動至廢氣管的底部，并且，將其收集以進行處理，或允許其蒸發(fā)到環(huán)境空氣中?？商鎿Q地，廢氣可流下廢氣管，并與冷凝物一起在槽的下方離開。 在任一種情況中，在廢氣已經(jīng)加熱發(fā)生器/解吸塔10之后，擋板220或其他熱傳遞增強裝置優(yōu)選用來幫助將廢氣的熱量傳遞至水。在圖2A中示出了通過泵出的液體循環(huán)工作流體回路222收集來自冷凝器和吸收器(圖1中的參考數(shù)字30和110)的熱量，其中冷凝器和吸收器串聯(lián)。當然，可將冷凝器和吸收器并聯(lián)，具有這種連接的所得到的優(yōu)點和缺點。液體循環(huán)流體經(jīng)由插入槽202內(nèi)的熱交換器盤管2M將熱量傳遞至儲槽中的水?？商鎿Q地，可將液體循環(huán)盤管纏繞在槽的外部周圍(參見圖幻，或者，可用泵將水直接從槽抽到冷凝器和吸收器部件中。使用液體循環(huán)回路(在其中，工作流體是無毒的)的一個優(yōu)點是，不需要雙壁熱交換器。將來自環(huán)境空氣的低等級熱量示出為，使用盤管230和熱泵密封系統(tǒng)200之間的泵抽液體循環(huán)回路收集在蒸發(fā)器盤管230中?？商鎿Q地，制冷劑可以直接流過蒸發(fā)器盤管 230，排除對泵抽液體循環(huán)回路的需要。通過在儲槽的側(cè)面上示出的進水口和出水口，冷水進入槽，并且熱水離開槽?？商鎿Q地，該連接可以在槽的頂部上，或者二者的組合。在一個優(yōu)選的實施方式中，從頂部附近的槽去除熱水，并對底部附近的槽增加冷水。被去除以由根據(jù)本發(fā)明的冷凝器和吸收器加熱的水優(yōu)選地在槽的底部附近被去除，并返回至頂部附近的槽。將槽與限制在槽和外部夾套之間的泡沫絕緣體250絕緣。典型地，該泡沫是1-3 英寸厚，但是，這可根據(jù)工程折衷方案的原理而改變。儲槽可由多種材料制成，包括但不限于，鋼、不銹鋼、玻璃纖維和塑料。如果槽由鋼制成，則槽的內(nèi)部和廢氣管的外部上的保護涂層(例如玻璃瓷釉)優(yōu)選地用來減少腐蝕。如果由碳鋼制成，則也應涂覆廢氣管的內(nèi)部，以防止其受到煙道冷凝物的腐蝕作用。優(yōu)選的是，廢氣管212由金屬、塑料或已知用來提供必需的導熱性和耐腐蝕性的特性的其他等價材料制成。也期待不銹鋼，例如，涂有瓷釉的鋼。 可用其他保護涂層和耐腐蝕裝置來提供必需的特征組合。除了改變通風孔結(jié)構(gòu)以使廢氣流的方向與圖2A的實施方式相反以外，圖2B的實施方式與圖2A的實施方式相似。因此，將圖2B中的廢氣示出為，首先在排氣口設備和翅片周圍向下流動，從而將部分熱能排出至翅片和水圍繞廢氣管。然后，廢氣通過廢氣設備向上流動，并離開熱水器，從而將大量熱能傳遞至水和周圍的結(jié)構(gòu)。圖3中示出了所提出的本發(fā)明的另一期待的布置。在該布置中，將熱泵系統(tǒng)300 安裝在標準氣體熱水器儲槽302的下方。解吸塔310位于槽廢氣管312的下方，槽廢氣管 312允許廢氣離開解吸塔310以向上流至槽廢氣管312，進一步冷卻廢氣，優(yōu)選地，但是并非必須地，低于其凝聚溫度。將冷凝收集裝置318示出為在解吸塔310與廢氣管312的底部之間。在本發(fā)明的一個期待的實施方式中，將熱泵系統(tǒng)安裝在儲槽的下方，并使用沒有鼓風機或風扇的大氣燃燒系統(tǒng)。在該實施方式中，廢氣通過熱廢氣(重力流)的浮力，流過解吸塔和槽中的垂直廢氣管。使用大氣燃燒的本發(fā)明的實施方式在結(jié)構(gòu)上與圖3的實施方式非常相似。將解吸塔安裝在儲槽的底部或安裝在儲槽底部附近的廢氣管內(nèi)，存在從解吸塔向上延伸至通風系統(tǒng)的排氣口，并且，在解吸塔的下方存在使更冷的空氣流入的進氣口。圖3示出了使用在外部纏繞在儲槽312周圍的盤管而傳遞至水314的冷凝器和吸收器熱量。泵送的液體循環(huán)工作流體在盤管324內(nèi)流動，并流過冷凝器和吸收器部件(圖 1的參考數(shù)字30和110)。還應用先前描述的用于將該熱量傳遞至水的選擇。圖3的實施方式還示出了進入廢氣煙道的下部并離開上部的廢氣的使用。在圖3中示出了預混和燃燒系統(tǒng)?？商鎿Q地，可將燃燒鼓風機安裝在儲槽的頂部上，以使廢氣通過解吸塔和廢氣管。該布置還允許使用負拉伸、允許使用傳統(tǒng)的非密封的通常稱作“類型B”的通風系統(tǒng)的大氣燃燒系統(tǒng)。應注意，這種大氣燃燒系統(tǒng)將燃燒效率限于不用冷凝便可獲得的最大值。圖3還示出了槽的頂部處的交替的進水口和出水口布置，在那里，汲取管325將冷
10的入口水直接傳送至槽的底部。這用作對圖2A和圖2B實施方式的側(cè)面安裝的入口和出口的一個可能的替代方式。在美國，頂部進水口和出水口傳統(tǒng)上是在家用水槽上。預期到，圖3的布置可以具有容納整個設備并向廢氣出口排氣的外部夾套。因此， 這提供了這樣的系統(tǒng)在熱泵系統(tǒng)中的制冷劑泄漏的情況中，制冷劑僅可向上流至廢氣管， 并經(jīng)由廢氣通風系統(tǒng)離開建筑物。這減小了制冷劑泄漏對設備設置于其中的建筑物的居住者產(chǎn)生損害或危險的可能性。圖4示出了另一可能的布置，其中，解吸塔410部件位于儲水槽402廢氣管412內(nèi)， 在槽的底部附近。將熱泵系統(tǒng)部件(在圖4中看不到)的剩余部分安裝在儲槽的頂部上， 雖然它們可替換地可在槽的下方。將熱泵循環(huán)流體從解吸塔410連接至熱泵系統(tǒng)的其余部分的線路420，在位于廢氣管412內(nèi)的管道內(nèi)流動。還示出了具有冷凝物收集裝置的預混合燃燒系統(tǒng)。該布置可從發(fā)生器410提供更低的熱損失和減小的整個系統(tǒng)的覆蓋區(qū)。圖5示出了可能的廢氣流徑布置。每個流徑在燃燒器(B)開始。在第一種布置中， 廢氣將熱量傳遞至解吸塔，然后在離開之前傳遞至水。在第二種布置中，廢氣將熱量傳遞至解吸塔，然后傳遞至儲槽中的水，然后在離開之前傳遞至蒸發(fā)器(圖1中的參考數(shù)字60)。 該布置可通過將廢氣溫度降低至大約環(huán)境溫度并由此將熱能返回至吸收循環(huán)中，來提供更高的燃燒效率。該布置還可當蒸發(fā)器依賴于非常冷的環(huán)境空氣時幫助提供蒸發(fā)器的解凍。 在第三種布置中，廢氣將熱量傳遞至解吸塔，然后在離開之前傳遞至蒸發(fā)器。該布置提供可能更簡單的設計，在該設計中，通過熱泵循環(huán)捕獲更多的廢氣能量，而不是與在其他實施方式中一樣在熱泵和水之間分離，并幫助提供蒸發(fā)器的解凍。在第四種布置中，首先將來自廢氣的熱量傳遞至水，然后傳遞至解吸塔，然后最終傳遞至水或蒸發(fā)器。雖然將熱源示出為典型地燃燒天然氣或丙烷以提供熱源的燃燒加熱器，但是，可用任何適當類型的等價熱源代替燃燒熱源。圖6A示出了與儲水槽602分開安裝的熱泵系統(tǒng)600，在該情況中，安裝在建筑物外層(建筑物外殼)604之外。泵送的液體循環(huán)回路608將熱量從熱泵600傳遞至儲水槽 602。該布置允許燃燒完全出現(xiàn)在建筑物的外部，消除對燃燒空氣進氣口和穿透建筑物外層的廢氣出氣口通風系統(tǒng)的需求。而且，由于戶外空氣被用來加熱蒸發(fā)器(圖1中的參考數(shù)字 60)，所以冷卻的空氣留在建筑物之外，這在冬季操作的過程中或在具有較短變冷季節(jié)的寒冷氣候中是優(yōu)選的。而且，如果制冷劑從熱泵系統(tǒng)泄漏，則其將不會進入所居住的空間(建筑物外層604)。圖6A所示的實施方式的一個可能的缺點是，一旦廢氣已經(jīng)通過解吸塔，儲槽中的水便無法冷卻廢氣，這會導致比此處描述的其他實施方式更低的效率。圖6B示意性地示出了通過使用廢氣來實現(xiàn)凝聚燃燒的設備一結(jié)合在儲水槽和冷凝器/吸收器之間的液體循環(huán)回路中的液體循環(huán)熱交換器。從儲槽開始的液體循環(huán)回路的水管線路620延伸，以將部分水攜帶到冷凝器-吸收器，使得將來自冷凝器-吸收器的熱量傳遞至流過其中的水，如這里所描述的。此外，從儲槽開始的液體循環(huán)回路的水管線路622延伸，以將部分水攜帶到水-廢氣熱交換器，以進一步冷卻離開解吸塔的廢氣，并進一步將熱能傳遞至水。這兩個水管線路流徑重新組合，并將所加熱的水運送回儲槽。這可直接用從槽抽出的水來實現(xiàn)，或間接地用液體循環(huán)流體來實現(xiàn)，其是在圖6B中示出的實施方式。圖7示出了一種通風設備(通風布置)，其中，將熱泵700作為與槽702成為一體并位于槽702上的單個單元安裝，并且，其優(yōu)選地封閉在櫥柜或殼體內(nèi)。將所有燃燒空氣從建筑物外層的外部抽出，并經(jīng)由通風系統(tǒng)將廢氣排至外部。燃燒空氣進氣口和廢氣出氣口可以是“同心的”布置，如示出為冷卻和溫熱空氣通風孔730和732，其中，進入的燃燒空氣在管道內(nèi)部流道，該管道由攜帶廢氣的更大的管道包圍并與其同軸。在該布置中，離開熱泵式熱水器的廢氣在形成于兩個同心管道之間的環(huán)形空間中流動，并且，將燃燒空氣從建筑物外層之外抽至內(nèi)管道內(nèi)部的燃燒系統(tǒng)。這在建筑物外層中僅產(chǎn)生一個開口，并提供有利的燃燒空氣預熱，因為冷的燃燒空氣在內(nèi)管道內(nèi)流動并由在導熱內(nèi)管道和外管道之間的環(huán)形空間中流動的溫熱廢氣加熱。當然，可反轉(zhuǎn)流動方向，使得冷的燃燒空氣可在環(huán)形空間中，并且熱廢氣在內(nèi)管道的內(nèi)部，如果這樣希望的話。圖7示出了用于蒸發(fā)器的空氣，將其從外部抽吸通過管道730，然后經(jīng)由同心通風孔732排回至外部。風扇或吹風機優(yōu)選地提供通過此系統(tǒng)的空氣運動。替代地，進氣口 / 出氣口通風系統(tǒng)不需要是同心的，相反是兩個分開的通風孔，如對燃燒通風系統(tǒng)所示出的。圖8示出了安裝在戶內(nèi)的組合熱泵800和熱水器802，其中用于蒸發(fā)器的空氣從遠處內(nèi)部位置(在此情況中，是閣樓804)抽吸。閣樓空氣通常是非常溫暖的，其提供可感知的熱能，以提高蒸發(fā)器效率并改進閣樓通風。圖8還示出了自動或手動切換的閥門，以導致冷卻空氣根據(jù)季節(jié)而離開建筑物外層或進入內(nèi)部生活空間。在變熱的季節(jié)中，或當自動系統(tǒng)檢測到預定條件時，優(yōu)選地將冷卻空氣排至外部。在變冷的季節(jié)中，或當自動系統(tǒng)檢測到預定條件時，優(yōu)選的是，將冷卻空氣排至內(nèi)部，以減小空氣調(diào)節(jié)裝置負載?？商鎿Q地，可將冷卻空氣返回至閣樓。圖9示出了一個替代實施方式，具有位于槽的頂部附近的儲槽廢氣管912內(nèi)部的解吸塔910。連接線路913允許溶液和蒸汽流至解吸塔910，以及從解吸塔910流至熱泵系統(tǒng)(在圖9中看不到)的剩余部分。廢氣離開解吸塔910，轉(zhuǎn)向并向下流至廢氣管912，在槽的底部或其附近離開。該布置還可以減小從解吸塔的熱損失，并由此通過在氣體已將大量熱量傳遞至解吸塔910之后將熱能從廢氣傳遞至水，來提高效率。圖10示出了安裝在沒有垂直廢氣管的儲水槽1002的頂部上的熱泵系統(tǒng)1000。在該布置中，將盤管熱交換器1004安裝在槽的內(nèi)部，以將熱能傳遞至槽中的水，并由此冷卻離開發(fā)生器的廢氣，優(yōu)選地但并非必須地，低于凝聚溫度。當然，可將盤管熱交換器安裝在儲槽側(cè)壁的外部上，從而通過槽側(cè)壁將熱能引導至水，與在圖3的實施方式中一樣。盤管可由具有保護涂層的鋼、不銹鋼或其他對于具有普通技術(shù)人員來說將顯而易見的合適材料制成。然后，以傳統(tǒng)的方式處理冷凝物。與附圖結(jié)合的該詳細描述的目的主要是作為本發(fā)明的目前優(yōu)選實施方式的描述， 而并不旨在僅代表可能構(gòu)成或利用本發(fā)明的形式。說明書與所示實施方式一起闡述了實現(xiàn)本發(fā)明的設計、功能、裝置和方法。然而，將理解，可以通過旨在也是包含在本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)的不同實施方式來實現(xiàn)相同或等價的功能和特征，并理解，在不背離本發(fā)明或以下權(quán)利要求的范圍的前提下，可以采用各種改變。
權(quán)利要求
1.一種組合水儲存容器和熱激活的吸收循環(huán)熱泵，所述吸收循環(huán)熱泵至少包括由熱源加熱的解吸塔、吸收器、蒸發(fā)器以及通過包含工作流體的流體管道連接的冷凝器，所述水儲存容器包括進水口和出水口并被構(gòu)造成儲存用于家用的飲用水，所述組合包括(a)用于將熱量從所述吸收器和冷凝器傳遞至所述儲存容器中的所述飲用水的裝置；以及(b)用于將熱量從環(huán)境空氣傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述熱源提供加溫所述解吸塔并通過出口路徑流過所述解吸塔的溫熱流體，并且所述熱源進一步包括在所述溫熱流體的所述出口路徑中的熱交換器，所述熱交換器將熱能從所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述熱交換器是安裝在所述儲存容器中并從所述儲存容器的下端延伸至所述儲存容器的上端的基本上垂直的管，所述垂直管具有至少部分地限定所述溫熱流體的所述出口路徑并限定容器的側(cè)面的側(cè)壁，所述飲用水靠著所述容器的側(cè)面設置，以將熱能從通過所述側(cè)壁的所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合，進一步包括在所述儲存容器的下端附近的冷凝物收集設備。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述熱交換器是通過所述儲存容器的管道，所述管道具有至少部分地限定所述溫熱流體的出口路徑并限定容器的側(cè)面的側(cè)壁，所述飲用水靠著所述容器的側(cè)面設置，以將熱能從通過所述側(cè)壁的所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器，并且，所述熱泵設置在所述儲存容器的頂部上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合，其中，所述熱泵安裝在所述儲存容器的底部附近。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器，并且，所述熱泵設置在所述儲存容器的頂部上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述熱泵安裝在所述儲存容器的底部附近。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合，其中，所述解吸塔安裝在所述垂直管的內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述解吸塔安裝在所述管道的內(nèi)部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，進一步包括用于將熱能從所述溫熱流體傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述熱源進一步包括燃料燃燒系統(tǒng)，所述燃料燃燒系統(tǒng)包括預混合燃燒器，具有位于所述預混合燃燒器的上游的燃燒風扇并具有非密封的通風部件，其中，離開所述熱交換器的廢氣的壓力為大約大氣壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合，其中，所述熱源進一步包括燃料燃燒系統(tǒng)，所述燃料燃燒系統(tǒng)包括預混合燃燒器，具有位于所述預混合燃燒器的下游的燃燒風扇并具有非密封的通風部件，其中，離開所述熱交換器的廢氣的壓力為大約大氣壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合，其中，所述熱源進一步包括大氣燃料燃燒系統(tǒng)，在所述大氣燃料燃燒系統(tǒng)中，所述解吸塔設置在所述垂直管的下端附近，并且其中，所述系統(tǒng)被構(gòu)造成使離開所述解吸塔的廢氣向上流過所述垂直管，并使更冷的氣體進入所述垂直管的下端。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合，其中，所述熱交換器是設置在所述儲存容器周圍的管道，所述管道具有側(cè)壁，所述側(cè)壁至少部分地限定所述溫熱流體的出口路徑并靠著所述容器設置以將熱能從通過所述側(cè)壁的所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，進一步包括設置在所述儲存容器中的第二加熱元件， 用于當與僅使用所述熱泵可能實現(xiàn)的情況相比需要顯著更多地加熱所述水時進行操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的組合，其中，所述熱泵與所述第二加熱元件獨立地將不大于約8千瓦的能量傳遞至所述水。
19.一種組合水儲存容器和熱激活的吸收循環(huán)熱泵，所述吸收循環(huán)熱泵至少包括由熱源加溫的解吸塔、吸收器、蒸發(fā)器以及通過包含工作流體的流體管道連接的冷凝器，所述水儲存容器包括進水口和出水口并被構(gòu)造成儲存用于家用的飲用水，所述組合包括(a)用于將熱量從所述吸收器和冷凝器傳遞至所述儲存容器中的所述飲用水的裝置；(b)所述熱源產(chǎn)生加溫所述解吸塔并通過出口路徑流過所述解吸塔的溫熱流體；以及(c)設置在所述溫熱流體的所述出口路徑中以將熱能從所述溫熱流體傳遞至所述飲用水的熱交換器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合，進一步包括用于將熱量從環(huán)境空氣傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合，進一步包括用于將熱量從所述溫熱流體傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合，進一步包括設置在所述儲存容器中的第二加熱元件，用于當與僅使用所述熱泵可能實現(xiàn)的情況相比需要顯著更多地加熱所述水時進行操作。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的組合，其中，所述熱泵與所述第二加熱元件獨立地將不大于約8千瓦的能量傳遞至所述水。
24.一種組合水儲存容器和熱激活的吸收循環(huán)熱泵，所述吸收循環(huán)熱泵至少包括由熱源加熱的解吸塔、吸收器、蒸發(fā)器以及通過包含工作流體的流體管道連接的冷凝器，所述水儲存容器包括進水口和出水口并被構(gòu)造成儲存用于家用的飲用水，所述組合包括(a)液體循環(huán)回路，所述液體循環(huán)回路在所述吸收器和所述冷凝器與所述儲存容器中的所述飲用水之間延伸，以將熱能從所述吸收器和冷凝器傳遞至所述飲用水；以及(b)熱交換器，用于將熱能從環(huán)境空氣傳遞至所述蒸發(fā)器。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的組合，其中，所述液體循環(huán)回路包括伸入所述儲存容器的內(nèi)部的管道，所述飲用水靠著所述管道設置，以將熱能從所述管道中的經(jīng)過管道側(cè)壁的流體傳遞至所述飲用水。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的組合，其中，所述液體循環(huán)回路包括在所述儲存容器的外側(cè)壁周圍延伸的管道，所述飲用水靠著所述外側(cè)壁設置，以將熱能從所述管道中的經(jīng)過管道側(cè)壁的流體通過所述儲存容器的所述外側(cè)壁傳遞至所述飲用水。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的組合，其中，所述熱源提供加溫所述解吸塔并通過出口路徑流過所述解吸塔的溫熱流體，并且所述熱源進一步包括在所述溫熱流體的所述出口路徑中的熱交換器，所述熱交換器將熱能從所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的組合，其中，所述熱交換器是安裝在所述儲存容器中并從所述儲存容器的下端延伸至所述儲存容器的上端的基本上垂直的管，所述垂直管具有至少部分地限定所述溫熱流體的出口路徑并限定容器的側(cè)面的側(cè)壁，所述飲用水靠著所述容器的側(cè)面設置，以將熱能從通過所述側(cè)壁的所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的組合，進一步包括在所述儲存容器的下端附近的冷凝物收集設備。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的組合，其中，所述熱交換器是通過所述儲存容器的管道， 所述管道具有至少部分地限定所述溫熱流體的出口路徑并限定容器的側(cè)面的側(cè)壁，所述飲用水靠著所述容器的側(cè)面設置，以將熱能從通過所述側(cè)壁的所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器，并且所述熱泵設置在所述儲存容器的頂部上。
32.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的組合，其中，所述熱泵安裝在所述儲存容器的底部下方。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的組合，其中，將所述熱泵安裝至所述儲存容器，并且所述熱泵設置在所述儲存容器的頂部上。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的組合，其中，所述熱泵安裝在所述儲存容器的底部下方。
35.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的組合，其中，所述解吸塔安裝在所述垂直管的內(nèi)部。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的組合，其中，所述解吸塔安裝在所述管道的內(nèi)部。
37.根據(jù)權(quán)利要求M所述的組合，進一步包括用于將熱能從熱氣體傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求30所述的組合，進一步包括燃料燃燒系統(tǒng)，所述燃料燃燒系統(tǒng)包括預混合燃燒器，具有位于所述預混合燃燒器的上游的燃燒風扇，并且其中，離開所述熱交換器的廢氣的壓力為大約大氣壓，以提供廢氣非密封的通風部件。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的組合，其中，所述熱源進一步包括大氣燃料燃燒系統(tǒng)，在所述大氣燃料燃燒系統(tǒng)中，所述解吸塔設置在所述垂直管的下端附近，并且其中，所述系統(tǒng)被構(gòu)造成當更冷的氣體流入所述垂直管的所述下端時，使離開所述解吸塔的廢氣向上流過所述垂直管。
40.根據(jù)權(quán)利要求27所述的組合，其中，所述熱交換器是設置在所述儲存容器周圍的管道，所述管道具有側(cè)壁，所述側(cè)壁至少部分地限定所述溫熱流體的出口路徑并靠著所述容器設置以將熱能從通過所述側(cè)壁的所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
41.根據(jù)權(quán)利要求M所述的組合，進一步包括設置在所述儲存容器中的第二加熱元件，用于當與僅使用所述熱泵可能實現(xiàn)的情況相比需要顯著更多地加熱所述水時進行操作。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的組合，其中，所述熱泵與所述第二加熱元件獨立地將不大于約8千瓦的能量傳遞至所述水。
43.一種組合水儲存容器和熱激活的吸收循環(huán)熱泵，所述吸收循環(huán)熱泵至少包括由熱源加熱的解吸塔、吸收器、蒸發(fā)器以及通過包含工作流體的流體管道連接的冷凝器，所述水儲存容器包括進水口和出水口并被構(gòu)造成儲存用于家用的飲用水，所述組合包括(a)液體循環(huán)回路，所述液體循環(huán)回路在所述吸收器和所述冷凝器與所述儲存容器中的所述飲用水之間延伸，以將熱能從所述吸收器和冷凝器傳遞至所述飲用水；(b)所述熱泵安裝至所述儲存容器；(C)所述熱源至少產(chǎn)生加溫所述解吸塔并通過出口路徑流過所述解吸塔的溫熱流體；以及(d)設置在所述溫熱流體的出口路徑中以將熱能從所述溫熱流體傳遞至所述飲用水的熱交換器。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的組合，進一步包括用于將熱量從環(huán)境空氣傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的組合，進一步包括用于將熱量從所述溫熱流體傳遞至所述蒸發(fā)器的裝置。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的組合，其中，所述熱源提供加溫所述解吸塔并通過出口路徑流過所述解吸塔的溫熱流體，并進一步包括在所述溫熱流體的所述出口路徑與所述儲存容器中的所述飲用水之間延伸的液體循環(huán)回路，以將熱能從所述溫熱流體傳遞至所述飲用水。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的組合，進一步包括設置在所述儲存容器中的第二加熱元件，用于當與僅使用所述熱泵可能實現(xiàn)的情況相比需要顯著更多地加熱所述水時進行操作。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的組合，其中，所述熱泵與所述第二加熱元件獨立地將不大于約8千瓦的能量傳遞至所述水。
49.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器。
50.根據(jù)權(quán)利要求19所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器。
51.根據(jù)權(quán)利要求M所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器。
52.根據(jù)權(quán)利要求43所述的組合，其中，所述熱泵安裝至所述儲存容器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種熱激活的(優(yōu)選地，天然氣、丙烷、太陽熱或廢熱燃燒的)吸收熱泵式熱水器和熱交換系統(tǒng)。熱驅(qū)動的吸收式熱泵系統(tǒng)從環(huán)境空氣提取低等級熱量，并產(chǎn)生適于加熱儲槽中的用于家用、氣候控制或處理目的的水的高等級熱量。通過加熱的水進一步冷卻離開吸收式熱泵系統(tǒng)的廢氣，以使得能夠獲得高(冷凝)燃燒效率。熱激活的熱泵水加熱系統(tǒng)達到150％或更高的效率。
文檔編號F25B33/00GK102428327SQ201080020085
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者邁克爾·A·加拉布蘭特 申請人:山石科技有限公司