CN204574593U - 一种复叠式耦合循环开水器 - Google Patents

一种复叠式耦合循环开水器 Download PDF

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Abstract

一种复叠式耦合循环开水器，能够将冷水加热至沸腾的同时节约能源。主要由低温级循环回路、高温级循环回路和加热回路组成。低温级循环回路由低温级压缩机、蒸发冷凝器、低温级节流阀、低温流量计、蒸发器通过低温管道依次连接形成；高温级循环回路由高温级压缩机、冷凝器、高温级节流阀、高温流量计、蒸发冷凝器通过高温管道依次连接形成；加热回路由进水阀、低温温度传感器、冷凝器、高温温度传感器、水箱、出水阀通过输水管路依次连接形成，低温级循环回路采用工质为R134a，高温级循环回路采用工质为水或酒精，低温级循环回路与高温级循环回路通过蒸发冷凝器耦合在一起，高温级循环回路与加热回路通过冷凝器连接在一起。

Description

一种复叠式耦合循环开水器
技术领域
本实用新型涉及一种循环开水器，尤其是一种基于空气源热泵加热原理的复叠式耦合循环开水器。
背景技术
伴随着中国经济的迅速发展，在民用和工业中对于开水的需求量急剧增加，当前获取开水的方式主要是依靠电加热实现的，但电是一种高品位能量，直接用于加热会存在能源利用率低的问题，因而会造成一定的经济损失。热泵技术是一种较高地利用高品位能量实现加热的方案，但目前，工业上普遍采用单级循环热泵来对冷水进行加热，通常的单级循环热泵最多只能将水加热至80℃，若要使水加热至沸腾，达到我们理想的使用温度，当前的单级循环所采用的工质以及循环方式都无法达到要求，因此目前对于如何能够将水通过热泵加热至沸腾成为了工业中的一大问题。如果能够设计一种新型热泵装置，可以将水加热至沸腾，那么就能解决工业生产中的普通单级循环热泵无法将水加热至沸腾的问题，这对于实际工业生产以及人民日常生活用水都有重要的实用价值。
专利号为ZL201220606194.6公开了一种复叠式热泵高温热水机，提出了一种依靠两级循环实现较大温度提升的热泵***，该热泵***包括低温循环与高温循环，工作时，由低温循环对水进行预热，然后再由高温循环将水加热至一定温度，为一种分步加热的工作模式，该热泵***虽然具有新颖性，但由于该方案中的高温循环工质的温度跨度较大，本质上与单级循环所要求的工质的温度跨度没有差别，且该并未给出适用于该循环的具体工质，故可行性尚不明确。
发明内容
本实用新型的目的是克服已有技术中的问题，提供一种结构简单、使用效果好的复叠式耦合循环开水器。
为实现上述目的，本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：
一种复叠式耦合循环开水器，包括输水管道、进水阀、出水阀、水箱、冷凝器、高温管道、高温级压缩机、蒸发冷凝器、低温级压缩机、低温管道、蒸发器、低温流量计、低温级节流阀、高温级节流阀，主要由使用R134a工质的低温级循环回路、使用水或者酒精工质的高温级循环回路和加热回路构成，所述的低温级循环回路包括依次连接的低温级压缩机、蒸发冷凝器、低温级节流阀、低温流量计、蒸发器；所述的高温级循环回路包括依次连接的高温级压缩机、冷凝器、高温级节流阀、高温流量计、蒸发冷凝器；所述的加热回路包括依次连接的进水阀、低温温度传感器、冷凝器、高温温度传感器、水箱、出水阀通过输水管路；所述的低温级循环回路与高温级循环回路共用一台蒸发冷凝器，高温级循环回路与加热回路共用一台冷凝器。
所述的低温级循环回路与高温级循环回路通过蒸发冷凝器耦合在一起，高温级循环回路与加热回路通过冷凝器连接在一起。
所述的低温级节流阀之后装有对低温级循环回路的流量进行测量和监控的低温流量计。
所述的高温级节流阀之后装有对高温级循环回路的流量进行测量和监控的高温流量计。
所述的冷水进入冷凝器之前的输水管道上装有用于对未加热冷水温度进行监测和流量调整的低温温度传感器。
所述的冷凝器之后的输水管道上装有用于对加热的热水温度进行监测和流量调整的高温温度传感器。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本实用新型基于热泵加热原理，解决了目前工业生产中普通热泵无法实现将水加热至沸腾的问题，与现有技术相比具有如下优点：
1)将空气源热泵应用于将水加热并煮沸，使得消耗的电能大为减少，节约了大量的能源；
2)采用复叠式循环进行加热而非单级循环，能够达到充分利用热量，提高加热效率的目的；
3)采用低温级循环回路与高温级循环回路耦合连接的方式，充分提高了高温级循环回路工质的工作温度，使得高温级循环回路能够达到将冷水加热至沸腾的目的；
4)针对不同温度段选择合适的工质，其中低温级使用R134a工质，高温级使用水或者酒精工质，能够使得换热更加充分，装置的效果更加优异；
5)在冷水进入冷凝器换热的前后使用温度传感器分别进行测量，能够很好地检测装置的加热效果。
附图说明
图1为本实用新型的复叠式耦合循环开水器结构示意图。
图中：输水管道－1，进水阀－2，低温温度传感器－3，出水阀－4，水箱－5，冷凝器－6，高温温度传感器－7，高温管道－8，高温级压缩机－9，蒸发冷凝器－10，低温级压缩机－11，低温管道－12，蒸发器－13，低温流量计－14，低温级节流阀－15，高温流量计－16，高温级节流阀－17。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述：
本实用新型的复叠式耦合循环开水器，包括输水管道1，进水阀2，低温温度传感器3，出水阀4，水箱5，冷凝器6，高温温度传感器7，高温管道8，高温级压缩机9，蒸发冷凝器10，低温级压缩机11，低温管道12，蒸发器13，低温流量计14，低温级节流阀15，高温流量计16，高温级节流阀17，主要由使用R134a工质的低温级循环回路、使用水或者酒精工质的高温级循环回路和加热回路构成。
所述的低温级循环回路主要由蒸发冷凝器10、低温级压缩机11、低温管道12、蒸发器13、低温流量计14、低温级节流阀15组成。
低温级循环回路工作时：低温高压液态制冷剂R134a经低温级节流阀11节流后变为低温低压的液态制冷剂R134a，通过低温管道12流经低温流量计14进入蒸发器13中吸热空气中热量而蒸发，之后通过低温管道12进入低温级压缩机11，被低温级压缩机11压缩做功后变成高温高压的制冷剂R134a，被压缩后的高温高压制冷剂R134a通过低温管道12进入蒸发冷凝器10中，将其所含热量释放给通过高温级循环回路进入蒸发冷凝器10中的低温低压的液态制冷剂水或酒精，放热后的制冷剂R134a以液态形式通过低温管道12进入低温级节流阀15，即完成一次低温级循环。
所述的高温级循环回路主要由冷凝器6、高温管道8、高温级压缩机9、蒸发冷凝器10、高温流量计16和高温级节流阀17组成。
高温级循环回路工作时：低温高压的液态制冷剂水经高温级节流阀17节流处理变为低温低压的液态制冷剂，通过高温管道8流经高温流量计16进入蒸发冷凝器10中，在蒸发冷凝器10中从通过低温级循环回路进入蒸发冷凝器10中的高温高压的制冷剂R134a中吸取热量，蒸发吸热后的制冷剂水以气态形式进入高温级压缩机9中，被高温级压缩机9压缩做功后变成高温高压的制冷剂水，被压缩后的高温高压制冷剂水通过高温管道8进入冷凝器6，将其所含热量释放给通过加热回路进入冷凝器6中的冷水，放热后的制冷剂水以液态形式通过高温管路8进入高温级节流阀17，完成一次高温级循环，并进入下一次高温级循环。
所述的加热循环回路主要由输水管道1、进水阀2、低温温度传感器3、出水阀4、水箱5、冷凝器6和高温温度传感器7组成。冷水通过输水管路1流经进水阀2和低温温度传感器3进入冷凝器6中，与通过高温级循环回路进入冷凝器6中的高温高压的制冷剂水进行热交换，冷水被加热至接近沸腾的温度，通过输水管道1流经高温温度传感器7直接进入水箱5中储存起来，使用时经出水阀4取出。
高温级循环回路工作流程：低温高压的液态制冷剂水经高温级节流阀节流处理变为低温低压的汽液湿蒸汽，通过高温管道流经高温流量计进入蒸发冷凝器中，在蒸发冷凝器中从高温高压的制冷剂R134a中吸取热量，蒸发吸热后的制冷剂水以气态形式通过高温管道进入高温级压缩机，被压缩后变成高温高压的制冷剂水(此时制冷剂水中所蕴藏的热量也分为两部分：一部分是从制冷剂R134a中吸收的热量Q2，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂水时转化成的热量W2)，被压缩后的高温高压制冷剂水通过高温管道进入冷凝器，将其所含热量(Q2+W2)释放给通过加热回路进入冷凝器中的冷水，放热后的制冷剂水以液态形式通过高温管路进入高温级节流阀，节流降压即完成一次高温级循环。
加热回路工作流程：待加热的水通过输水管路经过进水阀和低温温度传感器进入冷凝器中，吸收通过高温级循环回路进入冷凝器中的高温高压制冷剂水释放的能量(Q2+W2)，水温升至预期温度，通过输水管路经过高温温度传感器进入水箱中存储起来，使用时经出水阀取出。
所述的低温级循环回路和高温级循环回路共用蒸发冷凝器耦合连接，即该蒸发冷凝器作为低温级循环回路的冷凝器和高温级循环回路的蒸发器；高温级循环回路和加热回路通过共用同一冷凝器相连接，即该冷凝器作为高温级循环回路的冷凝器和加热回路的加热器。
所述的低温级循环回路中流动的制冷剂R134a经低温级循环回路的蒸发器吸热蒸发和低温级压缩机压缩后，变成高温高压的制冷剂R134a，通过蒸发冷凝器与高温级循环回路中的制冷剂水之间进行换热，使高温级循环回路中流动的制冷剂水通过蒸发冷凝器时，被加热至一定温度，这一过程通过蒸发冷凝器的换热实现了低温级循环回路和高温级循环回路的耦合。
所述的高温级循环回路中的制冷剂水通过蒸发冷凝器的换热与高温级压缩机的做功，达到一种预期的高温高压的状态，进入冷凝器中与加热回路中的水进行换热，在冷凝器中将加热回路中的水加热至沸腾温度。
所述的低温级循环回路中，在低温级节流阀之后装有低温流量计，对低温级循环回路的流量进行测量和监控，便于低温级压缩机对低温级循环回路的流量进行调整。
所述的高温级循环回路中，在高温级节流阀之后装有高温流量计，对高温级循环回路的流量进行测量和监控，便于高温级压缩机对高温级循环回路的流量进行调整。
所述的加热回路中，在冷水进入冷凝器之前的输水管道上装有低温温度传感器，用于对未加热冷水温度进行监测和流量的调整。
所述的加热回路中，冷水通过冷凝器被加热后，离开冷凝器之后的输水管道上装有高温温度传感器，用于对加热的热水温度进行监测和流量的调整。

Claims (6)

1.一种复叠式耦合循环开水器，包括输水管道、进水阀、出水阀、水箱、冷凝器、高温管道、高温级压缩机、蒸发冷凝器、低温级压缩机、低温管道、蒸发器、低温流量计、低温级节流阀、高温级节流阀，其特征在于：主要由使用R134a工质的低温级循环回路、使用水或者酒精工质的高温级循环回路和加热回路构成，所述的低温级循环回路包括依次连接的低温级压缩机、蒸发冷凝器、低温级节流阀、蒸发器；所述的高温级循环回路包括依次连接的高温级压缩机、冷凝器、高温级节流阀、高温流量计、蒸发冷凝器；所述的加热回路包括依次连接的进水阀、低温温度传感器、冷凝器、高温温度传感器、水箱、出水阀通过输水管路；所述的低温级循环回路与高温级循环回路共用一台蒸发冷凝器，高温级循环回路与加热回路共用一台冷凝器。
2.根据权利要求1所述的复叠式耦合循环开水器，其特征在于：所述的低温级循环回路与高温级循环回路通过蒸发冷凝器耦合在一起，高温级循环回路与加热回路通过冷凝器连接在一起。
3.根据权利要求1所述的复叠式耦合循环开水器，其特征在于：所述的低温级节流阀之后装有对低温级循环回路的流量进行测量和监控的低温流量计。
4.据权利要求1所述的复叠式耦合循环开水器，其特征在于：所述的高温级节流阀之后装有对高温级循环回路的流量进行测量和监控的高温流量计。
5.根据权利要求1所述的复叠式耦合循环开水器，其特征在于：所述的输水管道上装有用于对未加热冷水温度进行监测和流量调整的低温温度传感器。
6.根据权利要求1所述的复叠式耦合循环开水器，其特征在于：所述的冷凝器之后的输水管道上装有用于对加热的热水温度进行监测和流量调整的高温温度传感器。
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