梯级换热缓冲水箱、三联供热泵空调系统的制作方法

1.本实用新型属于热交换、热泵空调技术领域，特别涉及一种梯级换热缓冲水箱、三联供热泵空调系统。


背景技术：

2.现有热泵空调系统一般都具有夏季制冷、冬季供暖两种功能，随着生活水平的提高，连续的卫生热水供应已经成为一般家庭或单位的基本需求；为高效节能方便的制取热水，十多年来，国内外无数著名的专业热泵空调公司，设计了多种结构的热泵空调三联供系统，利用一套压缩机热泵机组实现夏季制冷、冬季供暖、供应热水的三种功能，俗称“三联供”，但现有技术的中小型户式中央空调三联供系统，都因为工况需求变化大、冷媒循环效率难以兼顾、结构复杂不稳定、可靠性差，不能满足一般用户的需求，所有公司推向市场的三联供系统，均以产品失败、退货退款而告终；如何克服现有系统的缺点，设计出简单稳定、低成本高能效的三联供热泵空调系统，是本领域技术人员至今仍未解决的难题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的：一方面提供一种梯级换热缓冲水箱，采用梯级换热方式，使不同温度的热源，高效传热给需要升温的低温流体；另一方面，提供一种三联供热泵空调系统，利用一套简单低成本的压缩机热泵机组，实现节能高效稳定制冷、供暖的同时，全年每天24小时连续提供生活热水。
4.为实现上述目的，一方面本实用新型提供一种梯级换热缓冲水箱，包括蓄热箱体，还包括内置的中温换热器、低温换热器，所述中温换热器包括中温换热通道、高温热源通道，所述中温换热通道设有中温进口与中温出口，所述低温换热器包括低温换热通道，该低温换热通道设有低温进口、低温出口，所述中温进口连通低温出口，所述中温换热器与低温换热器组成串联的中低温梯级换热结构，所述高温热源通道与外部高温热源连通。
5.进一步的，所述中温换热器优选为高效罐式换热器、或同轴套管式换热器。
6.进一步的，还包括用于旁通强化换热的第一循环泵，该第一循环泵设置在所述中温出口与中温进口之间、或设置在所述中温出口与低温进口之间。
7.进一步的，所述低温换热器还包括中温热源通道，该中温热源通道与外部中温热源连通。
8.进一步的，所述低温换热器优选为高效罐式换热器、或同轴套管式换热器。
9.进一步的，所述蓄热箱体的中下部，还设有中温热源入口、中温热源出口，所述中温热源入口的位置高于中温热源出口。
10.进一步的，还包括填充在所述蓄热箱体内的相变蓄换热介质。
11.进一步的，还包括内置的高温换热器，该高温换热器设有高温进口、高温出口，所述高温进口连通中温出口，所述高温换热器、中温换热器及低温换热器自上而下设置，形成串联的三级换热结构。
12.进一步的，还包括箱外出口、箱内出口，所述箱外出口设置在蓄热箱体顶部，所述箱内出口设置在蓄热箱体内的中部或底部，所述箱内出口与所述中温出口或低温出口连通。
13.另一方面，本实用新型提供一种三联供热泵空调系统，包括前列任一项所述的梯级换热缓冲水箱。
14.有益效果
15.一方面本实用新型提供的一种梯级换热缓冲水箱，由于采用箱体内置不同温度的梯级换热器结构，这种梯级换热缓冲水箱的低温换热器首先预热、中温换热器高效接力换热提高温度、最后由高温换热器提供高品位换热输出，换热过程在一个箱体内部完成，几乎没有热能损失、高效可靠；这种梯级换热缓冲水箱，管路简单可靠、工厂内加工品质可控、用户现场安装容易、成本低。
16.另一方面本实用新型提供的一种三联供热泵空调系统，由于采用前述各项的梯级换热缓冲水箱作为过热段换热器，三联供的任意工况均可达到稳定高效，系统现场安装要求简单、成本低、用户操作使用方便可靠，实现节能高效稳定制冷、供暖的同时，全年每天24小时连续提供生活热水。
附图说明
17.图1是本实用新型具体实施例1一种梯级换热缓冲水箱结构图；
18.图2是本实用新型具体实施例2另一种梯级换热缓冲水箱结构图；
19.图3是本实用新型具体实施例3一种三联供热泵空调系统结构图；
20.附图标记：
21.1、蓄热箱体；10、箱外出口；11、箱内出口；2、中温换热器；211、中温进口；212、中温出口；221、高温热源入口；222、高温热源出口；3、低温换热器；311、低温进口；312、低温出口；321、中温热源入口；322、中温热源出口；4、高温换热器；411、高温进口；412、高温出口；5、第一循环泵；6、缓冲箱；7、主换热器；70、导流筒；80、压缩机；81、四通阀；82、节流装置；83、外部换热器；84、系统循环泵；85、旁通阀；9、用户末端。
具体实施方式
22.为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述。
23.本实用新型一种梯级换热缓冲水箱具体实施例1如图1所示，包括蓄热箱体1、中温换热器2、低温换热器3，中温换热器2包括中温换热通道、高温热源通道，所述中温换热通道设有中温进口211与中温出口212，低温换热器3包括低温换热通道，该低温换热通道设有低温进口311、低温出口312，中温进口211连通低温出口312，中温换热器2与低温换热器3组成串联的中低温梯级换热结构，所述高温热源通道可通过其高温热源入口221、高温热源出口222，与外部高温热源连通。
24.本具体实施例1的中温换热器2为同轴套管式换热器，可以实现该换热器夹套内的高温热源与内管的用户流体介质换热，同时还可以实现夹套内的高温热源与蓄热箱体1内的中低温介质换热。
25.本具体实施例1中，还包括用于旁通强化中温换热器2换热的第一循环泵5，该第一循环泵5设置在中温出口212与中温进口211之间。
26.本具体实施例1中，蓄热箱体1的中下部，还设有中温热源入口321、中温热源出口322，中温热源入口321的位置高于中温热源出口322。
27.本具体实施例1中，蓄热箱体1内的中上部，填充有相变温度50
°
~80
°
的相变蓄换热介质。
28.本具体实施例1中，还包括内置的高温换热器4，该高温换热器4设有高温进口411、高温出口412，高温进口411连通中温出口212，高温换热器4、中温换热器2及低温换热器3自上而下设置，形成串联的三级换热结构。
29.本具体实施例1的梯级换热缓冲水箱的换热原理及过程如下：待升温的用户流体介质，首先经低温进口311，进入蓄热箱体1内的低温换热器3，在其中的低温换热通道中，与蓄热箱体1下部蓄存的中温介质换热，预热升温后的用户流体介质从低温出口312流出。
30.然后，该用户流体介质经过中温进口211进入中温换热器2内管，外部高温热源经高温热源入口221进入中温换热器2，用户流体介质与外部高温热源在中温换热器2中逆流换热。
31.二次提升温度后，用户流体介质从中温出口212流出蓄热箱体1，或至少一部分经高温进口411进入高温换热器4，与蓄热箱体1上部蓄存的高温介质换热，三次升温的用户流体介质，最终从高温出口412流出蓄热箱体1外，供用户使用。
32.为提高中温换热器2换热效率，获得更多的中高温用户流体介质，设置的第一循环泵5将中温出口212流出的至少一部分用户流体介质二次增压，重新经中温进口211输送到中温换热器2内管中，多次循环换热进一步升温，改变第一循环泵5的流速，可以保证从中温出口212、高温出口412流出的用户流体介质温度与流量稳定。
33.为使蓄热箱体1蓄存更多的热能，蓄热箱体1内的中上部，填充有相变温度50
°
~80
°
的相变蓄换热介质，可进一步减小蓄热箱体1的体积。
34.循环的外部中温热源，经中温热源入口321进入蓄热箱体1下部，换热后温度降低，密度增大，然后从中温热源出口322流出，保障低温换热器3能持续预热用户流体介质。
35.本具体实施例1中，当用户不需要蓄热箱体1输出中高温用户流体介质时，外部高温热源、外部中温热源依然与蓄热箱体1蓄热介质持续换热，直至它们之间的温差趋近于零，蓄热箱体1内经常性蓄存大量的热能，以备用户再次使用。
36.本具体实施例1中，低温段用户流体介质在一体化的蓄热箱体1内，经低、中、高三级换热器梯级换热，输出高温、中温两种温度的介质，流程较长、流速快、高效稳定、不易结垢、水质纯净可食用；本实用新型实施例的梯级换热缓冲水箱，经常性持续蓄存高温高密度热能，随时满足用户24小时的热水需求。
37.本实用新型一种梯级换热缓冲水箱具体实施例2如图2所示，包括蓄热箱体1、中温换热器2、低温换热器3，中温换热器2包括中温换热通道、高温热源通道，所述中温换热通道设有中温进口211与中温出口212，低温换热器3包括低温换热通道，该低温换热通道设有低温进口311、低温出口312，中温进口211连通低温出口312，中温换热器2与低温换热器3组成串联的中低温梯级换热结构，所述高温热源通道可通过其高温热源入口221、高温热源出口222，与外部高温热源连通。
38.本具体实施例2的中温换热器2为高效罐式换热器，可以实现该换热器罐内的高温热源与罐内盘管内的用户流体介质换热，同时还可以实现罐内的高温热源与蓄热箱体1内的中低温介质换热。
39.本具体实施例2中，还包括用于旁通强化中温换热器2换热的第一循环泵5，该第一循环泵5设置在中温出口212与低温进口311之间。
40.本具体实施例2中，低温换热器3为同轴套管式换热器，夹套两端设有中温热源入口321、中温热源出口322，可以实现该换热器夹套内的中温热源与内管的用户流体介质换热，同时还可以实现夹套内的中温热源与蓄热箱体1内的中低温介质换热。
41.本具体实施例2中，还包括箱外出口10、箱内出口11，箱外出口10设置在蓄热箱体1顶部，箱内出口11设置在蓄热箱体1内的中部或底部，箱内出口11与中温出口212连通；蓄热箱体1上部蓄存的高温用户流体介质、中温换热器2及低温换热器3自上而下分布，形成串联的直混换热与间壁换热的三级复合换热结构。
42.本具体实施例2的梯级换热缓冲水箱的换热原理及过程如下：待升温的用户流体介质，首先经低温进口311，进入蓄热箱体1内的低温换热器3，与经中温热源入口321进入夹套的中温热源介质逆流换热，预热升温后的用户流体介质从低温出口312流出。
43.然后，该用户流体介质经过中温进口211进入中温换热器2内的盘管，外部高温热源经高温热源入口221进入中温换热器2，用户流体介质与外部高温热源在中温换热器2中逆流换热。
44.二次提升温度后，用户流体介质从中温出口212流出蓄热箱体1，或至少一部分经箱内出口11进入蓄热箱体1的中下部，因高低温用户流体介质的密度差别，在重力的作用下，将蓄热箱体1上部蓄存的高温用户流体介质，从箱外出口10压出蓄热箱体1外，供用户使用。
45.为提高中温换热器2、低温换热器3的换热效率，获得更多的中高温用户流体介质，设置的第一循环泵5将中温出口212流出的至少一部分用户流体介质二次增压，重新经低温进口311输送到低温换热器3内管中，多次循环换热进一步升温，改变第一循环泵5的流速，可以保证从中温出口212、箱外出口10流出的用户流体介质温度与流量稳定。
46.本具体实施例2中，当用户不需要蓄热箱体1输出中高温用户流体介质时，外部高温热源、外部中温热源依然与蓄热箱体1蓄热介质持续换热，直至它们之间的温差趋近于零，蓄热箱体1内经常性蓄存大量的热能，以备用户再次使用。
47.本具体实施例2中，低温段用户流体介质在一体化的蓄热箱体1内，经低、中、两级换热器梯级换热，然后再直接与蓄热箱体1的蓄热介质直接混合换热，输出高温、中温两种温度的介质，流程简单、高效稳定、不易结垢，持续蓄存高温高密度热能，随时满足用户的用热需求。
48.针对浸入水中的换热器外表面容易产生氧化、结垢、电化学腐蚀，上述两个具体实施例中的三种换热器材质，可以选用耐腐蚀材料如316不锈钢、钛等，也可以对换热器的换热表面设置防腐阻垢涂层，如特氟龙、搪瓷等。
49.为进一步简化结构、降低故障率，前述实施例1、2中的梯级换热缓冲水箱，可以采用本实用新型方案的基本结构，不再设置第一循环泵5，采取增大中温换热器2、低温换热器3的换热能力，达到同样的热能输出。
50.本实用新型一种三联供热泵空调系统具体实施例3如图3所示，包括热水箱1、缓冲箱6、主换热器7、导流筒70、压缩机80、四通阀81、节流装置82、系统循环泵84、旁通阀85、外部换热器83、用户末端9，其中的热水箱1选用本实用新型前述任一项的梯级换热缓冲水箱。
51.本具体实施例3中，压缩机80的高压排气口连接热水箱1的高温热源入口221，高温热源出口222连通四通阀81的进气口，四通阀81的第一换向口连接主换热器7的第一接口，主换热器7的第二接口连接节流装置82一端，节流装置82另一端连接外部换热器83的第一接口、外部换热器83的第二接口连接四通阀81的第二换向口，四通阀81的出气口连通压缩机80的吸气口，构成一个完整的单一通道冷媒压缩循环系统，冷媒及润滑油都不会发生蓄积死角，冷媒系统循环简单稳定。
52.本具体实施例3中，缓冲箱6的高位出水口61连通热水箱1中温热源入口321，缓冲箱6的低位回水口62连通热水箱1中温热源出口322；缓冲箱6的系统回水口64通过分流口601，分别与主换热器7内管进口、缓冲箱6内腔连通；缓冲箱6的系统供水口63通过合流口602，分别与主换热器7内管出口、缓冲箱6内腔连通；系统循环泵84两端分别与系统供水口63、用户末端9进口连接，系统回水口64与用户末端9出口连接，旁通阀85两端分别与系统回水口64、系统循环泵84出口连通。
53.本具体实施例3中，用户自来水从热水箱1的低温进口311进入，经梯级换热升温后，可以分别经中温出口212、高温出口412输出中温热水、高温热水，满足用户需要；压缩机的高温过热排气作为热水箱1的外部高温热源。
54.本具体实施例3中，本实例的三联供热泵空调系统运行在供暖或热水模式时，缓冲箱6作为系统的换热蓄能缓冲水箱，既可以满足室内供暖，同时作为热水箱1的外部中温热源，稳定持续提供用户需要的热水。
55.本具体实施例3中，本实例的三联供热泵空调系统运行在制冷模式时，因四通阀81安装在热水箱1的高温热源出口222后，主换热器7成为蒸发器为系统制取冷水，热水箱1回收废热制取热水，免费为用户提供大量的热水供应，外部换热器83与热水箱1同时具有冷凝能力，可以极大的降低系统冷凝温度，提高系统性能。
56.本具体实施例3中，系统循环泵84、旁通阀85为本实例三联供热泵空调系统提供稳定可靠的变流量循环，保障压缩机工作在最佳工况，提高系统能效。
57.本具体实施例3中，在主换热器7的周围设置导流筒70，可以极大增强主换热器7外换热表面的换热效率。