應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統的制作方法

本實用新型涉及熱泵技術領域，更具體地說，涉及一種應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統。

背景技術：

空氣源熱泵熱水器是通過消耗一小部分高品位的電能，把空氣中的低品位熱量提升溫度后變為高溫熱源加熱熱水的一種裝置。空氣源熱泵熱水器由于環保、節能、安全而得到越來越多的重視。

蓄能箱用于將冷媒中的熱量傳導至水中、以加熱水，蓄能箱的品質是影響空氣源熱泵熱水器工作效率的核心部件。現有技術中比較常用的蓄能箱為帶有儲水箱的蓄能箱，冷媒管路直接設置在儲水箱中，冷媒與水形成熱傳遞。然而，帶儲水箱的蓄能箱由于儲水箱體積較大，安裝位置及對空間要求較高。

為了縮小蓄能箱的體積，現有技術中出現了一種采用相變材料做為熱傳遞介質的蓄能箱，即冷媒的熱量傳遞至相變材料，引起相變材料的相變，然后再由相變材料將熱量傳遞給管路中的水，該種方式不需要設置儲水箱，能夠縮小蓄能箱的體積。但是，該種蓄能箱依然會占據室內實用空間，降低室內空間利用率。

因此，如何解決現有技術中蓄能箱造成的室內空間利用率較低的問題，成為本領域技術人員所要解決的重要技術問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統，能夠有效解決蓄能箱占用室內實用空間的問題。

本實用新型提供的一種應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統，包括壓縮機、室外換熱器、室內換熱器以及用于交換冷媒和水的熱能的蓄能箱，所述蓄能箱為能夠嵌入到地板下或者墻體中的板狀結構。

優選地，所述蓄能箱包括殼體、設置在所述殼體中的冷媒管路、水管路及相變材料。

優選地，所述冷媒管路和所述水管路為反復迂回狀結構，且所述冷媒管路和所述水管路并行設置。

優選地，沿所述冷媒的輸送方向，所述殼體由隔板分隔成多個換熱區，且沿所述冷媒的輸送方向，相鄰的換熱區中填充的相變材料的相變溫度依次降低。

優選地，所述冷媒管路中的冷媒流向和所述水管路中的水流向相反。

優選地，所述冷媒管路和所述水管路上都設有翅片。

優選地，所述室內換熱器為向室內供熱的模式時，所述室內換熱器與所述蓄能箱相并聯、以使所述壓縮機壓縮之后形成的高溫高壓冷媒分別流入所述室內換熱器與所述蓄能箱中，并且由所述室內換熱器和所述蓄能箱流出的冷媒均流至所述室外換熱器中、以使冷媒經過所述室外換熱器吸熱后返回至所述壓縮機中。

優選地，所述室內換熱器為向室內制冷的模式時，所述室外換熱器與所述蓄能箱相并聯、以使所述壓縮機壓縮之后形成的高溫高壓冷媒分別流入所述室外換熱器與所述蓄能箱中，并且由所述室外換熱器和所述蓄能箱流出的冷媒均流至所述室內換熱器中、以使冷媒經過所述室內換熱器吸熱后返回至所述壓縮機中。

優選地，所述室外換熱器除霜時，經過所述壓縮機壓縮后形成的高溫高壓冷媒流入室外換熱器，所述室外換熱器進行散熱除霜，所述室外換熱器流出的冷媒進入所述蓄能箱進行吸熱氣化之后再流入所述壓縮機中。

本實用新型提供的應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統，其用于交換冷媒和水的熱能的蓄能箱為板狀結構，且能夠嵌入到地板下或者墻體中。安裝時，可將蓄能箱直接安裝在地板下或者墻體中，不會占用室內的實用空間，進而有效提高了室內空間利用率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例中應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統的原理示意圖；

圖2為本實用新型實施例中蓄能箱的俯視圖；

圖1-圖2中：

室外換熱器—1、氣液分離器—2、四通閥—3、壓縮機—4、室內換熱器—5、淋浴噴頭—6、蓄能箱—7、供水泵—8、電子膨脹閥—9、電輔助加熱水箱—10、殼體—11、隔板—12、翅片—13、高溫相變材料區—14、中溫相變材料區—15、低溫相變材料區—16。

具體實施方式

本具體實施方式提供了一種應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統，能夠有效解決蓄能箱占用室內實用空間的問題。

以下，參照附圖對實施例進行說明。此外，下面所示的實施例不對權利要求所記載的實用新型內容起任何限定作用。另外，下面實施例所表示的構成的全部內容不限于作為權利要求所記載的實用新型的解決方案所必需的。

請參考圖1和圖2，本實施例提供的一種應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統，包括室外換熱器1、氣液分離器2、四通閥3、壓縮機4、室內換熱器5、蓄能箱7、電子膨脹閥9等部件，其中，蓄能箱7用于交換冷媒和水的熱能。

本實施例中，蓄能箱7為板狀結構，且能夠嵌入到地板下或者墻體中。安裝時，可將蓄能箱7直接安裝在地板下或者墻體中，不會占用室內的實用空間，進而有效提高了室內空間利用率。

另外，本實施例提供的蓄能箱7，包括殼體11、設置在殼體11中的冷媒管路、水管路及相變材料。冷媒管路中的冷媒放熱能夠引起相變材料發生相變，相變材料發生相變后可將溫度傳導至水管路中的水，使得水升溫。如此設置，不需要在蓄能箱7中設置儲水箱，蓄能箱7的體積較小。

為了提高蓄能箱7的換熱效率，冷媒管和水管為反復迂回狀結構，且冷媒管路和水管路并行設置。如此設置，冷媒管路、水管路與相變材料的接觸面積較大，而且冷媒管路和水管路相鄰設置，熱傳遞效率較高。本實施例中，為了進一步提高熱傳遞效率和增強管路的強度，可以在冷媒管路和水管路的外壁設置有翅片13。

本實施例提供的優選方案中，沿冷媒的輸送方向，殼體11可以由隔板12分隔成多個換熱區。該隔板12優選為隔熱材料制成，且沿冷媒的輸送方向，相鄰的換熱區中填充的相變材料的相變溫度依次降低。比如，可以由隔板12分隔成三個、四個、五個等區域，為了方便說明，下面內容將以三個為例對本方案進行詳細說明。

三個區域沿冷媒流動方向依次為高溫相變材料區14、中溫相變材料區15及低溫相變材料區16，在兩塊隔板12隔開的三個獨立空間中分別填充三種相變材料，其相變溫度分別為高溫、中溫及低溫(如選60、40、20攝氏度)。相變材料的相變溫度、相變潛熱、熱導率三個因素綜合決定合理優質的選材。在蓄能箱7中，高溫冷媒先從冷媒管路的入口流入，流經高溫相變材料區14，釋放高品質能量，把高溫相變材料區14中的高溫級相變材料熔化，相變材料的相變潛熱大，可以儲存大量的高品質能量。冷媒溫度會下降到高溫相變材料的相變溫度，從高溫相變材料區14流出，流到中溫相變材料區15，同理，流經中溫相變材料區15，冷媒繼續釋放中級品質的能量，熔化中溫相變材料區15的中溫相變材料，儲存為中溫相變材料中的相變潛熱，溫度降為中溫相變材料的相變溫度的冷媒，從中溫相變材料區15流出，繼續流向低溫相變材料區16。在低溫相變材料區16中，冷媒繼續釋放低級品質的能量，儲存為低溫層的低溫相變材料相變潛熱，熔化了低溫相變材料；最終冷媒以低溫相變材料區16的低溫相變材料相變溫度流出蓄能箱7，從冷媒管路的出口流出。

另外，本實施例中，水管路的入口對應冷媒管路的出口，水管路的出口對應冷媒管路的入口，即水管路中的水流向和冷媒管路中的冷媒流向相反，可有效提高水和冷媒的換熱效率。

另外，本實施例提供的應用嵌入式相變蓄能箱的空氣源熱泵熱水器系統，可以包括多種模式，具體本文將結合圖1進行如下說明：

首先需要說明的是，圖1中，F1、F2、F3、F4均為電磁閥，V1、V2、V3、V4均為單向閥。

1)在冬季運行模式下，電磁閥F2和F3打開，F1和F4關閉，供熱工況過程：冷媒在壓縮機4中被壓縮至達冷凝壓力后，進入四通閥3，流向室內換熱器5并在其中冷凝放熱，成為低溫低壓液體。冷媒同時流向與室內換熱器5相并聯的蓄能箱7，冷媒從蓄能箱7中流出后，流向熱泵系統中的電子膨脹閥9，轉變為低溫低壓的液態形式流向室外換熱器1。冷媒在室外換熱器1中吸收熱量，轉化為氣態，通過四通閥3后在氣液分離器2中分離，高溫氣態冷媒進而流入壓縮機4中被壓縮，至此完成循環。

2)除霜工況過程：冷媒在壓縮機4中被壓縮至達冷凝壓力后，進入四通閥3，流向室外換熱器1并在其中冷凝放熱。此時的室外換熱器1視為系統中的冷凝器，冷媒在此放出熱量完成化霜除霜。冷媒繼而流向熱泵系統中的電子膨脹閥9，轉變為低溫低壓的液態形式流向蓄能箱7。此時的蓄能箱7作為蒸發器的功能釋放熱量來加熱冷媒使之轉化為氣態。然后液態和氣態形式混合的冷媒通過四通閥3后在氣液分離器2中分離，高溫氣態的冷媒進而流入壓縮機4被壓縮，至此完成循環。

3)夏季運行模式下，電磁閥F1和F4打開，F2和F3關閉。制冷工況過程：冷媒在壓縮機4中被壓縮至達冷凝壓力后，進入四通閥3，流向室外換熱器1并在其中冷凝放熱。此時的室外換熱器1視為系統中的冷凝器，冷媒在此放出熱量完成化霜除霜。同時冷媒流向并聯的蓄能箱7，將熱量排出儲存在蓄能箱7內。之后并聯回流到熱泵系統中的電子膨脹閥9，轉變為低溫低壓的液態形式流向室內換熱器5。此時的室內換熱器5作為蒸發器的功能排出熱量來加熱冷媒使之轉化為氣態。然后以氣態和液態形式混合的冷媒通過四通閥3后在氣液分離器2中分離，高溫蒸汽進而流入壓縮機4被壓縮，至此完成循環。

需要說明的是，在制熱水過程中，冷水首先由供水泵8將水泵入低溫相變材料區16，吸收低品質能量，水流會被加熱到接近低溫相變材料的相變溫度，繼而流入中溫相變材料區15；同理，流經中溫相變材料區15，水流繼續吸收中級品質的能量，即中溫相變材料所釋放的相變潛熱，其溫度逐漸升為中溫相變材料的相變溫度，繼續流經高溫相變材料區14；在高溫相變材料區14中，中溫的水流繼續吸收高級品質的能量，即高溫相變材料釋放的相變潛熱，最終水流以高溫相變材料區14的高溫相變材料相變溫度從水管路的出水口流出蓄能箱7。經過三級不同的相變溫度的相變材料加熱，冷水的溫度最終升高到高溫相變材料的相變溫度，從而滿足用戶的使用需求。如需更高溫度熱水，可以設置電輔助加熱水箱10，通過電輔助加熱水箱10加熱后的水再通向淋浴噴頭6、水龍頭等用戶終端。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。