[发明专利]热泵热水器的换热保温装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及热泵热水器的换热保温装置，尤其是能充分换热保温的装置。

技术背景

目前，公知的热泵热水器的换热保温装置，是在能承受自来水压力的保温容器的上部设有出水口，下部设有进水口，在所述容器的内壳外或其内自上而下但不限于自上而下的设有换热管，通过换热管将换热管内的介质所吸收的空气中但不限于空气中的热能转换到容器中的水里。所述换热保温装置有以下缺陷：1.要将容器里的水全部加热到设定的温度，换热管中的介质与水的温差就会不断缩小。根据傅里叶定律，温差越小，热传递速率越低，随着容器里的水温不断升高，介质与水的温差便不断缩小，导致热传递速率不断下降，也即能量的转化率不断下降。当温差为零时，能量的转化率也为零。根据国内某著名制冷企业公布的技术数据，某款空气能热水器将空气中的热能转换到介质中，能效能达到3.6，但依据以上分析并经过计算，当水箱中的水从15℃加热到默认的50℃时，所述空气能热水器将空气中的热能转换到介质中，平均能效实际上只有2.15，而介质中平均只有54％的热能转换到容器的水中。由此表明，所述空气能热水器将空气中的热能转换到水中，能效实际上只有1.16，其原因就是在整个加热过程中热泵效率不断下降以及换热率不断下降直至最后为零所致。2.根据卡诺定理，冷凝温度越高，压缩机的效率越低，具体表现为介质从空气中但不限于空气中吸收的热能越少；同时，介质的冷凝温度越高，说明介质中释放到水中的热能越少，即换热率越低。两方面结合，导致恶性循环。3.从热泵热水器开始运行时起，介质的冷凝温度就持续增高，直至等于或高于容器里的水的设定温度。介质的过高冷凝温度，导致压缩机的润滑效果变差、润滑油碳化甚至压缩机被烧坏；4.使用热水时，即使热泵热水器处于运行中，但由于热水不断从上部流出，冷水不断从下部流入，容器里很快就会出现热水区和冷水区。水的热传递速率很高，热水区的热能会快速向冷水区传递。在较短的时间里，容器里的热能就会均匀分布到水中，达到热平衡状态，水温因此下降到使水变得不适合使用。为了延长恒温供水的时间，国内某著名制冷企业在某款空气能热水器的水箱中安装了一块隔水板。热能从水温较高处向水温较低处传递是由热传递规律决定的，隔水板只能阻挡冷水在压力的作用下冲入热水区，根本不能阻止热传递，因此所述措施的作用非常有限。

发明内容

为了克服目前热泵热水器的能效低、介质的冷凝温度过高、压缩机易被烧坏和水温易变冷等缺陷，本发明提供一种换热保温装置，能大幅度提高热泵热水器的能效、降低介质的冷凝温度、保障压缩机长时间安全运行和长时间恒温供水。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在能承受自来水压力的保温容器内，有一垂直于地面的结构将所述容器的内腔分隔成三个腔室，一个为加热腔，一个为蓄热腔；两个腔室的上部相互连通，连通部分为连通腔。所述结构的两面的中间设有隔热层。连接压缩机高压端的换热管从容器的下部穿入，进入蓄热腔后沿所述结构盘绕上行，至所述结构的上端进入加热腔，然后盘绕下行，直至从加热腔的下端穿出与蒸发器相连接。进水管从加热腔的下端穿入，有约10厘米长的管体垂直置于加热腔的底部。进水管的出水口是封闭的，在接近封闭的出水口并与其垂直的圆弧面上有数个小孔，用于向加热腔内分散注水。 进水管的进水口与单向阀的出水口相连接，单向阀的进水口与一三通相连接，将单向阀的一个进水口变为两个进水口。两个进水口分别与电磁阀的出水口和电控阀的出水口相连接。电磁阀的进水口和电控阀的进水口分别与另一三通相连接，该三通的另一接口与自来水管相连接。该连接处设有初始水温温度传感器与自来水相接触，该传感器与控制板电线连接。所述热泵热水器的集热装置的进气但不限于进气端设有温度传感器，该传感器与控制板电线连接。电磁阀和电控阀分别与控制板电线连接。出水管从所述容器的下部穿入至蓄热腔。在接近加热腔其上端处，设有加热腔一号旁通管与外界连通，该旁通管内安装有防溢电极，防溢电极与控制板电线连接。在加热腔的上部设有加热腔二号旁通管与外界连通，该旁通管的管壁上有孔与蓄热腔相通。加热腔二号旁通管内安装有热水温度传感器，该温度传感器与控制板电线连接。在蓄热腔的下部设有蓄热腔旁通管与外界连通，该旁通管的外端上安装有泄水阀。加热腔和蓄热腔的底部均设有排污口。

还可以将本发明设计成两腔式的，即只有加热腔和蓄热腔，没有连通腔。两腔之间的隔断中设有隔热层。两腔式的又分为上下式和左右式两种。两腔之间用管道连通，加热腔里达到设定温度的热水通过管道流入蓄热腔。再可以将加热腔和蓄热腔做成两个独立的容器，两腔之间用管道连通，加热腔里达到设定温度的热水通过管道流入蓄热腔。