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热泵热水器的换热保温装置

专利(申请号):201110291404.7

专利类型:发明专利

技术成熟度:通过小试

所 在 地:湖北荆州

最近更新:2019-10-18 09:32:10

行    业:家居用品-家用电器

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热泵热水器的换热保温装置0
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                                        “热 泵 热 水 器 的 换 热 保 温 装 置” 简 介
                                                       专利号:201110291404.7
      一、公知的换热保温装置的缺陷
      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管的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。
      二、本发明克服所述缺陷所采取的技术措施
      将所述换热保温装置分隔成加热腔和保温腔,其间有隔热层。换热管从蓄热腔的下部穿入,盘绕上行至加热腔的上端穿入其中,然后再盘绕下行,从其底部穿出;进水管从加热腔的底部穿入。这样的结构,使换热管中的介质在流出加热腔时能和流进加热腔的冷水充分换热,将介质中的热能充分释放到水中,同时又降低了介质的冷凝温度,让介质在进入下一个循环中吸收更多的热量。这两方面的结合,使本发明的运行始终处于良性循环中,从而大幅提高能量效率。
      加热达到设定温度的水在自来水压力的推动下,从加热腔的上端缓缓流入蓄热腔。这样,从加热腔里流出的始终是达到设定温度的热水。
      三、本发明的有益效果
      能大幅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以恒定的温度供水。
      和现行的热泵热水器相比,使用本发明的热泵热水器提高综合平均能效高于33。33%而低于100%。具体提高能效多少,取决于现行热泵热水器的综合平均能效。其综合平均能效越低,使用本发明的热泵热水器提高的综合平均能效比例就越高,反之则越低。总之,本发明能将通过热泵交换到介质中的热能(工况热能)全部交换到水中。因此,本发明的换热能效、综合平均能效均是其热泵能效或现行热泵热水器的热泵最高能效的100%。现行热泵热水器的换热保温装置的平均能效为其热泵最高能效的50%,热泵的平均能效在其热泵最高能效的50%-100%之间,且大于50%而小于100%,综合平均能效在其热泵最高能效的50%-75%之间,且大于50%而小于75%。
     

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