[发明专利]一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热泵热水器，尤其是涉及一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器。

背景技术

目前在市场上使用的热泵热水器主要是蒸汽压缩式热泵热水器，该类热水器是利用逆卡诺循环原理，通过介质把热量从低温环境传递到高温的水，而其在结构上必须采用封闭式结构。由于其全封闭的结构，蒸汽压缩式热泵热水器在高低温段均存在换热器，而在工作过程中，与环境相接触的低温换热器实际上是在不断地进行吸热制冷。当外界温度较低时，空气中的水分接触到热泵热水器的室外换热器便会发生结霜的现象，且随着运行时间的增加，霜垢现象会越来越严重，这会使得低温换热器的效率显著下降，严重影响热泵机组的整机效率。除此之外，当环境温度变低时，一般而言使用者对于热量的需求量也更大，但此时蒸汽压缩式热泵的制热量却变低；同样使用者对于高温部分的热水使用量最大，而当制热端换热器温度较高时蒸汽压缩式热泵热水器的制热量却处于比较低的水平，可以看出，蒸汽压缩式热泵热水器在实际的使用过程中存在着热量供需矛盾，这是由于蒸汽压缩循环的特性所导致的一对不可调和的矛盾。尽管可以采用压缩机变频等容量调节方式来缓解热量供需矛盾，但增加了产品的成本、降低了产品的可靠性。上述两个问题阻碍了蒸汽压缩式热泵热水器的发展及在更大地域的推广应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器，包括空气压缩机、加热水箱、回热器及空气膨胀机；所述的空气压缩机与加热水箱进气端连通，空气压缩机从外界环境吸入空气并进行压缩，经过压缩后的空气变为高温高压空气，高温高压空气进入加热水箱中对水箱内的水进行加热：所述的回热器与加热水箱出气端连通，加热水箱出来的空气进入回热器中进行换热，回热器出气端直接通入外界环境，所述的空气膨胀机与回热器之间连通形成循环回路，且空气膨胀机与空气压缩机之间通过传动联轴器连接，空气膨胀机吸收回热器中流出空气的热量做功，并将功通过传动联轴器传递给空气压缩机实现膨胀功的回收。

所述的空气压缩机的入口通过进气管与外界环境连通，所述的空气压缩机的出口通过第一连接管连接到加热水箱的进气端，加热水箱的出气端通过第二连接管与回热器的进气端连接，回热器的出气端通过排气管通入外界环境中，所述的回热器与空气膨胀机高压端之间通过第一循环连接管连通，与空气膨胀机低压端之间通过第二循环连接管连通，在回热器与空气膨胀机之间形成循环回路。

所述的空气压缩机为透平式压缩机，空气压缩机入口部分的工质空气也直接从外界环境中抽取。

加热水箱为制取热水的主要设备，所述的加热水箱内部布置有与水箱中的水进行换热的空气换热通道，从而通过空气加热热水。

所述的回热器为单相的流体换热器，从加热水箱出来的温度较高的空气进过回热器与从空气膨胀机出来的气体进行换热温度降低，有助于降低整个空气循环的压比从而提高系统效率。

所述的空气膨胀机为透平式空气膨胀机，采用透平式空气膨胀机来完成循环的压降过程，过程中空气进过透平将带动透平机转动做功，该部分功量则通过传动联轴器传递给空气压缩机可带给后者部分转动的能量，该能量回收装置有助于提高机组整体性能；从空气膨胀机低压端排出的空气进过回热器换热后直接排入空气。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的热泵热水器在低温吸热段不使用低温换热器而是采用开放式设计的办法，这一设计从根本上解决了目前蒸汽压缩式热泵热水器所出现的冬季工况下低温换热器的结霜问题。同时，通过对空气压缩循环热泵的特性分析可以证明，当外界环境温度降低或是加热水量温度升高时，本发明的热泵热水器所能够提供的热量也是升高的，二者之间的正相关关系使得不同工况下热量供需求关系得到平衡，也就解决了蒸汽压缩式热泵热水器中所存在的热量供需之间的矛盾。

(2)本发明的热泵热水器是依据逆布雷顿循环基本原理进行设计的，热泵机组通过压缩、放热、膨胀、吸热的过程从环境空气中吸收热量并传递给高温的水。热泵直接采用空气作为循环工质，无害、无污染、无制取成本，在使用过程中可采用非封闭的结构，循环工质在低温换热器部分可直接由环境得到，无需考虑工质的泄露，无低温工况下的结霜问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。