一种逆向回叠式空气能热水系统

技术领域

本发明涉及空气能热水技术设备领域，特别涉及一种逆向回叠式空气能热水系统。

背景技术

现有技术中的回叠式空气能热水系统的工作原理是；压缩机将气态冷媒压缩进加热器，冷媒由气态转化为液态的过程释放热量，给加热室内的水加热，同时冷媒得到第一次降温，然后再经过预热器、热回叠器、冷凝器三次降温后通过节流器进入蒸发器蒸发，吸收空气流热量。再回到压缩机压缩进入加热器，完成第一次循环。在冷媒闭合循环过程中，不断把空气中的热量输入加热室，给加热室内的水加热，使其温度上升。

在实际应用中，热回叠器和冷凝器自其入口端至出口端之间温度是逐渐下降的，因此，热回叠器和冷凝器是分高温区段和低温区段甚至更多区段的。而回叠式空气能热水系统却不分区段，用翅片把热回叠器和冷凝器连接起来。这就忽视了热传导规律；热传导规律是，热量总是从高温物体通过介质向低温物体传导，介质导热性能越高，温差越大，则导热速度越快。由于金属翅片属于高导热介质，这就导致热回叠器和冷凝器的高温区段的热量短距离快速通过翅片向低温区段传导；使高温区段温度快速下降，与空气流的温差减小，排热效率下降。而低温区段被加热快速升温，冷媒中的余热来不及排放就被往下输送。导致系统内的压力升高，增大压缩机的负荷。

此外，当承压保温水箱内水温上升到一定高温时，预热器输出的冷媒温度越来越高，热回叠器的温度也越来越高，由于翅片的设计，致使热回叠器的高温区段热量短距离快速抢先向低温区段传导，而向空气流传导的热量却很少。低温区段的大量余热被冷媒带进冷凝器，回叠到蒸发器的热量也就减少了。同样，由于翅片的设计，冷凝器高温区段大量余热又被翅片短距离抢先传导到低温区段，使低温区段末端冷媒温度越来越高，压力越来越大，造成压缩机负荷增加，效率逐渐降低，水箱加热室水温上升速度逐渐降低。

发明内容

针对现有技术中回叠式空气能热水系统存在的缺陷，本发明提供一种逆向回叠式空气能热水系统，遵循热传导规律，并使冷凝器末端出口冷媒温度可调可控、效率更高；实现了加热室水温始终保持快速上升的趋势。

本发明所采用的技术方案是：一种逆向回叠式空气能热水系统，包括承压保温水箱，所述承压保温水箱内设有相互连通的加热室和预热室，所述加热室和预热室分别设有加热器和预热器；还包括压缩机、加热器、预热器、热回叠器、冷凝器、逆向热拦截器、蒸发器和节流器；所述热回叠器包括热回叠器高温区段和热回叠器低温区段；所述冷凝器包括冷凝器高温区段和冷凝器低温区段；所述逆向热拦截器包括第一热量交换管和第二热量交换管；所述冷凝器高温区段位于冷凝器低温区段下风口处，所述冷凝器低温区段位于蒸发器下风口处，蒸发器位于热回叠器高温区段下风口处，所述热回叠器高温区段位于热回叠器低温区段下风口处；所述压缩机的出口出液端依次与加热器、预热器，热回叠器高温区段、热回叠器低温区段、冷凝器高温区段、冷凝器低温区段、第一热量交换管、节流器、蒸发器、第二热量交换管以及压缩机的入口吸气端连通形成闭合冷媒回路。

本技术方案中；整个系统运行时，冷媒经加热器、预热器、热回叠器高温区段、热回叠器低温区段、冷凝器高温区段、冷凝器低温区段和逆向热拦截器先后七次降温后通过节流器进入蒸发器，蒸发器蒸发吸收空气热量，然后经过压缩机压缩进入加热器，在冷媒液化过程中释放大量热量，为加热室内的水加热，使其温度持续上升。

其中，热回叠器除了高低温区段首尾相接外，由于没有横向接触，杜绝了高温区段向低温区段传导热量的机会，热回叠器的高温区段设置在热回叠器低温区段的下风口处，使得热回叠器的高温区段余热只能向下风口排放，给空气流预热后叠加在下风口处的蒸发器上，在加热室高水温的时候，热回叠器高温区段温度是较高的，因此只要适当取定热回叠器的总长度，其低温区段出口末端的温度就可以降至大气温度，然后进入冷凝器，继续下一轮降温。

同理，由于冷凝器除了高低温区段首尾相接处，没有其余横向接触，杜绝了高温区段余热向低温区段传导的机会，高温区段设置在低温区段下风口处，高温区段的余热只能向下风口方向排放；因此在加热室高水温时，只要适当取定冷凝器管道的总长度，其低温区段出口末端的温度就可以降至蒸发器下风口处温度；然后进入逆向热拦截器进行最后一次降温和余热回收。

本技术方案中逆向热拦截器的作用是将冷凝器低温区段出口末端的液态冷媒进行逆向热拦截吸收，拦截吸收的余热直接被压缩机压缩进入加热器释放，直接叠加给加热室内的水加热，同时逆向热拦截器第一热量交换管出口的液态冷媒温度实现可调可控，最低温可以降至零度或更低温度。

进一步地，所述冷凝器高温区段的下风口位置设有提高气流速度的风速加速器。

进一步地，所述逆向热拦截器的第一热量交换管穿设在第二热量交换管内，所述第二热量交换管外包裹有保温隔热套管。

进一步地，所述逆向热拦截器的第一热量交换管和第二热量交换管并列布置且外壁相互接触，所述逆向热拦截器的第一热量交换管和第二热量交换管外侧包裹有保温隔热套管。

进一步地，所述逆向热拦截器的第一热量交换管入口和第二热量交换管出口位于逆向热拦截器一端，第一热量交换管出口和第二热量交换管入口位于逆向热拦截器的另一端。

进一步地，所述加热器和预热器为盘曲式热管结构。

进一步地，所述热回叠器和冷凝器为光管盘曲式或鳞片管面盘曲式结构。

进一步地，所述蒸发器为光面管曲式、鳞片管面盘曲式或翅片式结构。

进一步地，所述冷媒介质为R12冷媒、R22冷媒、R32A冷媒、R134A冷媒、R140A冷媒、R290冷媒、R404冷媒、R410冷媒中的任意一种。

本发明的有益效果是：本发明提供的逆向回叠式空气能热水系统在使用时降温可调可控、效率高，在运行过程中加热室水温始终保持较快上升速度，水温较高时也不变慢，优于传统的回叠式空气能热水系统，并且成本更低。其结构更合理、热效率更高，能够适用于大中小型热水器，具有广泛的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明具体实施例一提供的逆向回叠式空气能热水系统的结构示意图。

图2为本发明具体实施例一提供的逆向回叠式空气能热水系统的逆向热拦截器剖视图。

附图说明：承压保温水箱100、压缩机200、加热器300、预热器400、热回叠器500、热回叠器高温区段510、热回叠器低温区段520、冷凝器600、冷凝器高温区段610、冷凝器低温区段620、逆向热拦截器700、第一热量交换管710、保温隔热套管730、第二热量交换管720、节流器800、蒸发器900、风速加速器1000。

具体实施方式

这里，要说明的是，本发明涉及的功能、方法等仅仅是现有技术的常规适应性应用。因此，本发明对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对功能、方法本身，也即本发明虽然涉及一点功能、方法，但并不包含对功能、方法本身提出的改进。本发明对于功能、方法的描述，是为了更好的说明本发明，以便更好的理解本发明。

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

请参考图1和图2，本实施例提供的一种逆向回叠式空气能热水系统，包括承压保温水箱100，承压保温水箱100内设有相互连通的加热室和预热室，所述加热室和预热室分别设有加热器300和预热器400，本实施例中的加热器300和预热器400采用盘曲式热管结构，可增加与水的接触面积，提高加热效率；还包括压缩机200、加热器300、预热器400、热回叠器500、冷凝器600、逆向热拦截器700、蒸发器900和节流器800；所述热回叠器500包括热回叠器高温区段510和热回叠器低温区段520；所述冷凝器600包括冷凝器高温区段610和冷凝器低温区段620；所述逆向热拦截器700包括第一热量交换管710和第二热量交换管720；所述冷凝器高温区段610位于冷凝器低温区段620下风口处，所述冷凝器低温区段位于蒸发器900下风口处，蒸发器900位于热回叠器高温区段510下风口处，所述热回叠器高温区段510位于热回叠器低温区段520下风口处。

如图1所示，为了实现循环，本实施例中的压缩机200的出口出液端依次与加热器300、预热器400，热回叠器高温区段510、热回叠器低温区段520、冷凝器高温区段610、冷凝器低温区段620、第一热量交换管710、节流器800、蒸发器900、第二热量交换管720以及压缩机200的入口吸气端连通形成闭合冷媒回路。这样，整个系统运行时，冷媒经加热器300、预热器400、热回叠器高温区段510、热回叠器低温区段520、冷凝器高温区段610、冷凝器低温区段620和逆向热拦截器700先后七次降温后通过节流器800进入蒸发器900，蒸发器900蒸发吸收空气热量，然后经过压缩机200压缩进入加热器300，在冷媒液化过程中释放大量热量，为加热室内的水加热，使其温度持续上升。

如图1所示，由于热回叠器500除了高低温区段首尾相接外，由于没有横向接触，杜绝了热回叠器高温区段510向热回叠器低温区段520传导热量的机会，热回叠器高温区段510设置在热回叠器低温区段520的下风口处，使得热回叠器高温区段510余热只能向下风口排放，给空气流预热后叠加在下风口处的蒸发器900上，在加热室高水温的时候，热回叠器高温区段510温度是较高的，因此只要适当取定热回叠器500的总长度，热回叠器低温区段520出口末端的温度就可以降至大气温度，然后进入冷凝器600，继续下一轮降温。

同理，由于冷凝器600除了高低温区段首尾相接处，没有其余横向接触，杜绝了冷凝器高温区段610余热向冷凝器低温区段620传导的机会，冷凝器高温区段610设置在冷凝器低温区段620下风口处，冷凝器高温区段610的余热只能向下风口方向排放；因此在加热室高水温时，只要适当取定冷凝器600管道的总长度，冷凝器低温区段620出口末端的温度就可以降至蒸发器900下风口处温度；然后进入逆向热拦截器700进行最后一次降温和余热回收。

如图1所示，逆向热拦截器700的作用是将冷凝器低温区段620出口末端的液态冷媒进行逆向热拦截吸收，拦截吸收的余热直接被压缩机200压缩进入加热器300释放，直接叠加给加热室内的水加热，同时逆向热拦截器700第一热量交换管710出口的液态冷媒温度实现可调可控，最低温可以降至零度或更低温度。

如图1所示，为了加快气流流动速度，本实施例在冷凝器高温区段610的下风口位置设有提高气流速度的风速加速器1000。在风速加速器1000的作用下，热回叠器高温区段510和冷凝器高温区段610的余热只能向下风口排放；使得热回叠器低温区段520温度可降至大气温度，而冷凝器低温区段620温度可降至蒸发器900下风口处温度，有利于提高设备效率。

如前所述，本实施例中逆向热拦截器700的作用是对冷凝器低温区段620出口末端的液态冷媒进行逆向的热拦截吸收，拦截吸收的余热可直接被压缩机200压缩进入加热器300内释放，一方面提高加热效率，另一方面可使液态冷媒温度可得到显著降低，为了提高热拦截效率，本实施例中的逆向热拦截器700的第一热量交换管710穿设在第二热量交换管720内，所述第二热量交换管720外包裹有保温隔热套管730。这样，热量交换管采用穿设布置的方式可通过热量交换的方式降低第一热量交换管710出口的温度，从而提高热拦截效率。在保温隔热套管730的作用下阻断大气热量进入逆向热拦截器700，保温隔热套管730将逆向热拦截器700与外界大气隔绝，使得第二热量交换管720气态冷媒对第一热量交换管710液态冷媒余热的拦截吸收不受影响，有利于提高换热效率。

如图1所示，逆向热拦截器700除了采用穿设布置的方式以外，本实施例还提供另一布置方式，具体是将逆向热拦截器700的第一热量交换管710和第二热量交换管720并列布置且外壁相互接触，所述逆向热拦截器700的第一热量交换管710和第二热量交换管720外侧包裹有保温隔热套管730。这样，由于第一热量交换管710和第二热量交换管720并列布置且相互接触，使得第一热量交换管710和第二热量交换管720可通过接触位置进行热量交换，在保温隔热套管730的作用下阻断大气热量进入逆向热拦截器700，保温隔热套管730将逆向热拦截器700与外界大气隔绝，使得第二热量交换管720气态冷媒对第一热量交换管710液态冷媒余热的拦截吸收不受影响，有利于提高换热效率；此外，逆向热拦截器700的第一热量交换管710入口和第二热量交换管720出口位于逆向热拦截器700一端，第一热量交换管710出口和第二热量交换管720入口位于逆向热拦截器700的另一端。使在循环时，第一热量交换管710内冷媒与第二热量交换管720内冷媒逆向而行，而第一热量交换管710内冷媒沿流向连续进入新的低温点，降温更快。

如图1所示，在实际生产应用中，为了避免热回叠器500和冷凝器600的高温区段与低温区段产生横向接触，本实施例中的热回叠器500和冷凝器600采用光管盘曲式或鳞片管面盘曲式结构。此外，蒸发器900采用光面管曲式、鳞片管面盘曲式或翅片式结构。而冷媒的介质为R12冷媒、R22冷媒、R32A冷媒、R134A冷媒、R140A冷媒、R290冷媒、R404冷媒、R410冷媒中的任意一种。

如图1所示，系统在运行后，随着系统内冷媒的循环流动，逆向热拦截器700第二热量交换管720内的气态冷媒沿着流动方向次第升温，第一热量交换管710管内液态冷媒次第降温，第一热量交换管710内液态冷媒沿着流动方向持续进入新的低温点；达到出口时的温度是可以通过调整逆向热拦截器700的长度使之降至第二热量交换管720入口处温度的。

由于第二热量交换管720入口处温度是逆向热拦截器700温度的最低点，并且逆向热拦截器700第一热量交换管710出口处的液态冷媒的温度也可以在冷凝器低温区段620末端至蒸发器900出口端温度之间调节，因此只要取定一个适当的逆向热拦截器700长度，就可以在这两个温度范围内得到一个对应的逆向热拦截器700第一热量交换管710出口温度。

蒸发器900出口端温度就可以达到零度或者更低温度，因为整个蒸发器900直至压缩机200入口端是凝霜的，因此逆向热拦截器700第一热量交换管710出口端的温度是可以调节至零度或者更低温，从而实现通过节流器800进入蒸发器900的液态冷媒温度的可调。同时逆向热拦截器700第二热量交换管720气态冷媒拦截吸收第一热量交换管710液态冷媒的余热，被压缩器直接压缩进入加热器300释放，叠加给加热室的水，使水温上升。

由于系统内冷媒经过加热器300、预热器400、热回叠器高温区段510、热回叠器低温区段520、冷凝器高温区段610、冷凝器低温区段620和逆向热拦截器700的第一热量交换管710七次降温，系统内冷媒压力得到大幅度减小，冷媒在压缩机200压缩下在加热器300内得到更良好液化，使加热器300外表产生更高温度，给加热室内的水加热更快。当加热室300内水温较高时，由于系统降温充分，系统内冷媒仍然保持较小压力，冷媒液化仍然良好，加热器300表面仍能保持较高温度，因此水温上升仍不会变慢。同理，由于冷媒液化良好，经节流器800进入蒸发器900的液态冷媒，在蒸发器900内蒸发效果更加良好，在蒸发器900表面产生一个更低温度，与空气流之间得到一个更大的温度差，热传导效率更高，单位时间内吸收更多空气流的热量。在压缩机驱动下持续输送到加热器300给加热室的水加热。

本发明中，逆向回叠式空气能热水系统中的加热器300、预热器400、热回叠器500、冷凝器600、逆向热拦截器700所用金属管可选用铜铝铁或不锈钢等；翅片鳞片包括铜铝铁以及不锈钢等；承压保温水箱100则可采用不锈钢制作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。