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熱泵熱水器的換熱保溫裝置

專利(申請號):201110291404.7

專利類型:發明專利

技術成熟度:通過小試

所 在 地:湖北荊州

最近更新:2019-10-18 09:32:10

行    業:家居用品-家用電器

價    格:

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熱泵熱水器的換熱保溫裝置0
    項目簡介
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                                        “熱 泵 熱 水 器 的 換 熱 保 溫 裝 置” 簡 介
                                                       專利號:201110291404.7
      一、公知的換熱保溫裝置的缺陷
      1、要將容器里的水全部加熱到設定的溫度,換熱管中的介質與水的溫差就會不斷縮小。根據傅里葉定律,溫差越小,熱傳遞速率越低。隨著容器里的水溫不斷升高,介質與水的溫差便不斷縮小,導致熱傳遞速率不斷下降,也即能量的轉化率不斷下降。當溫差為零時,能量的轉化率也為零。根據國內某著名制冷企業公布的技術數據,某款空氣能熱水器將空氣中的熱能轉換到介質中,能效能達到3.6,但依據以上分析并經過計算,當水箱中的水從15℃加熱到默認的50℃時,所述空氣能熱水器將空氣中的熱能轉換到介質中,平均能效實際上只有2.15,而介質中平均只有54%的熱能轉換到容器的水中。由此表明,所述空氣能熱水器將空氣中的熱能轉換到水中,能效實際上只有1.16,其原因就是在整個加熱過程中熱泵效率不斷下降以及換熱管的換熱率不斷下降直至最后為零所致。2、根據卡諾定理,冷凝溫度越高,壓縮機的效率越低,具體表現為介質從空氣中但不限于空氣中吸收的熱能越少;同時,介質的冷凝溫度越高,說明介質中釋放到水中的熱能越少,即換熱率越低。兩方面結合,導致惡性循環。3、從熱泵熱水器開始運行時起,介質的冷凝溫度就持續增高,直至等于或高于容器里的水的設定溫度。介質的過高冷凝溫度,導致壓縮機的潤滑效果變差、潤滑油碳化甚至壓縮機被燒壞;4、使用熱水時,即使熱泵熱水器處于運行中,但由于熱水不斷從上部流出,冷水不斷從下部流入,容器里很快就會出現熱水區和冷水區。水的熱傳遞速率很高,熱水區的熱能會快速向冷水區傳遞。在較短的時間里,容器里的熱能就會均勻分布到水中,達到熱平衡狀態,水溫因此下降到使水變得不適合使用。為了延長恒溫供水的時間,國內某著名制冷企業在某款空氣能熱水器的水箱中安裝了一塊隔水板。熱能從水溫較高處向水溫較低處傳遞是由熱傳遞規律決定的,隔水板只能阻擋冷水在壓力的作用下沖入熱水區,根本不能阻止熱傳遞,因此所述措施的作用非常有限。
      二、本發明克服所述缺陷所采取的技術措施
      將所述換熱保溫裝置分隔成加熱腔和保溫腔,其間有隔熱層。換熱管從蓄熱腔的下部穿入,盤繞上行至加熱腔的上端穿入其中,然后再盤繞下行,從其底部穿出;進水管從加熱腔的底部穿入。這樣的結構,使換熱管中的介質在流出加熱腔時能和流進加熱腔的冷水充分換熱,將介質中的熱能充分釋放到水中,同時又降低了介質的冷凝溫度,讓介質在進入下一個循環中吸收更多的熱量。這兩方面的結合,使本發明的運行始終處于良性循環中,從而大幅提高能量效率。
      加熱達到設定溫度的水在自來水壓力的推動下,從加熱腔的上端緩緩流入蓄熱腔。這樣,從加熱腔里流出的始終是達到設定溫度的熱水。
      三、本發明的有益效果
      能大幅提高熱泵熱水器的能效,降低介質的冷凝溫度,保障壓縮機長時間安全運行和長時間以恒定的溫度供水。
      和現行的熱泵熱水器相比,使用本發明的熱泵熱水器提高綜合平均能效高于33。33%而低于100%。具體提高能效多少,取決于現行熱泵熱水器的綜合平均能效。其綜合平均能效越低,使用本發明的熱泵熱水器提高的綜合平均能效比例就越高,反之則越低。總之,本發明能將通過熱泵交換到介質中的熱能(工況熱能)全部交換到水中。因此,本發明的換熱能效、綜合平均能效均是其熱泵能效或現行熱泵熱水器的熱泵最高能效的100%。現行熱泵熱水器的換熱保溫裝置的平均能效為其熱泵最高能效的50%,熱泵的平均能效在其熱泵最高能效的50%-100%之間,且大于50%而小于100%,綜合平均能效在其熱泵最高能效的50%-75%之間,且大于50%而小于75%。
     

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