[发明专利]制冷热泵热水机

说明书

本发明涉及一种用于制冷和制热的联合系统。

根据热力学第二定律，热泵可以消耗一定的能量，把热量从低温热源输向高温热源。电冰箱、冷风机就是热泵的应用，在这里蒸发器的环境为低温热源，冷凝器的环境为高温热源，电能做功使热量源源不断地输向冷凝器。为不使冷凝器温度过分升高，传统的做法是用空气或水将冷凝器中的热量携带走，并发散到周围环境，这样就造成了热量的浪费和形成热污染。

最近几年，已经出现利用制冷机械产生的热量的建议，并且有人提出了具体的做法，在中国专利局1991年的发明专利公报中，公开了名称为“用于调节空气和供给热/冷水的方法”（公开号：CN1051971A，申请人：由尼恩工业株式会社[日本]）的专利文献，在这个文献中，描述了利用冷凝器中的热量制取热水的方法，结合附图3，简述其步骤为（原文中对等的还有制取冷水的方法，在此略去）：利用冷凝器2中产生的热加热另一种热介质，这种热介质被通过循环泵P不断地循环于热容器5、热交换器6和冷凝器2之间（通路B），当冷水循通路D经过热交换器6后，吸收热量变成热水供使用。这个方案从原理上提供了一种热泵空调系统的制热、制冷的方法，但却很难应用于小型制冷设备上，这是因为，作为主要技术特征，它增加了一个高温的热介质循环通路，以蓄积热量，保证供热的均匀，这个循环通路本身就存在附加的热损失和电能损耗（循环泵），而且，在通路D没有冷水流过（即没有使用热水）的情况下，冷凝温度开始升高，制冷工况变坏，制冷系数亦下降，除非不停地消耗热水，方能保证系统以设计的最佳效率运行。此外，最大的问题在于增加了一个热交换器，在更加低的温差条件下，要保证加热足够流量的冷水，热交换面积必须很大，这就增加了成本和重量及占用更大空间。

本发明目的在于提供一种直接利用制冷热泵的冷凝器制取热水的装置，这种装置能充分利用冷凝器释放的热量产生热水，并且结构简单，造价低，能量损失小，水温更稳定，能增加冷凝效果，提高制冷效率。

本发明创造时这样实现的：制冷热泵的冷凝器分为两个部分，套管式过冷器和板管式冷凝器，其中板管式冷凝器做在水箱外壁，直接将热量传递给水箱中的水，套管式过冷器对由节流阀进入的冷水实行预热，预热后的热水进入水箱继续加热直到预定温度，并保温。在水箱未满时，热交换主要在过冷器中进行，冷水以较小的流量流经套管，吸收热量成为热水。在水箱注满热水后，停止进冷水，仅仅靠板管式冷凝器维持箱内热水温度。若水箱内因故已存满冷水，则由于板管式冷凝器的对数平均温差加大，亦可以有效地传递热量，达到冷凝和制取热水的目的。

下面结合附图对本发明做进一步的描述。图1是本发明的系统示意图，致冷剂由压缩机1压缩并按如下顺序在管道中循环：冷凝器2，过冷器3，过滤器4，节流器5，蒸发器6，然后返回压缩机1，并且不断循环。压缩机1，过滤器4，节流器5，蒸发器6和连结它们的管道与传统的制冷热泵系统中所用的这些零件是相同的。本发明的不同之处是冷凝器2与水箱7结合在一起，由金属盘管固定于水箱7的外壁，做成板管式冷凝器，过冷器3为套管逆流换热器，它的出水口通入水箱7内，入水口通向节流阀8，冷水经电磁截止阀9，节流阀8流入过冷凝器3进行热交换后，不是排放掉或进入其它冷却循环，而是流入水箱储存备用，并进一步受到冷凝器2的加热。

从冷凝效果方面考虑，由压缩机1出来的致冷剂，在冷凝器2中受到预冷而降低了温度，减小了过冷器3的热负荷，使致冷剂经过冷器3流出时，温度接近于入水口的冷水温度，它能大幅度降低节流前液体致冷剂的温度，从而减少节流后产生的蒸汽量，提高了单位制冷量。

节流阀8的作用为，限制冷水的流量，以便让制热量与水流量在预定热水温度下达到平衡：当热水温度低于预定值时，调小冷水流量;当热水温度高于预定值时，调大冷水流量。温度传感器11固定于水箱7的金属外壁上，形成导热接触，以便测得水箱内的水温。在水箱7上还安装有水位传感器10，当水位达到设定的位置（如水箱的“满水位”）时，能通过控制电路发出关断电磁截止阀9的信号。水位传感器10和电磁截止阀9在控制水箱的“满水位”的联合作用，可以为一个浮球式截止阀所取代。但不能取代水位传感器10和电磁截止阀9的其它作用，如设定除“满水位”外的其它水位，探测水箱7内的即时水位等。当节流阀8采用电动节流阀后，可以不用电磁截止阀9，因为电动节流阀本身也可以阻断水流。电动节流阀的采用，好处是可以在控制电路作用下自动调节水流量。

本发明中，水箱7由金属材料或塑料制成，当用塑料时，其与冷凝器2的共同部分，即板管式冷凝器的导热板部分仍须使用金属材料。为防止热量散失，水箱7的外面包履有隔热材料，形成保温层，可以采用聚氨脂泡沫塑料注入整机外壳与水箱7之间形成。