一种水箱组件和热泵系统的制作方法

1.本技术涉及热泵技术领域，提供一种水箱组件和热泵系统。


背景技术：

2.随着社会的发展，中小型燃煤锅炉由于能源的浪费大、造成的污染高而逐渐被热泵系统淘汰，热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源来实现制冷和供暖的装置，现有的热泵系统为人们的生活供热或制冷提供了一种更加节能和环保的选择，而现有的热泵热水器的水箱，水箱的换热效率低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供一种水箱组件和热泵系统，水箱组件的换热效率高。
4.本技术实施例的一方面提供一种水箱组件，包括：
5.内胆，形成有容水空间；
6.蓄热管组，形成有共同并行延伸的制冷剂通道和水流通道，所述水流通道连通所述容水空间；
7.相变蓄热层，包覆于所述蓄热管组外。
8.一些实施方案中，所述制冷剂通道套设于所述水流通道外，所述水流通道中水的流向与所述制冷剂通道中的制冷剂流向相反。
9.一些实施方案中，所述水箱组件包括换热管路，所述换热管路缠绕于所述内胆的外周壁，所述换热管路与所述制冷剂通道连通。
10.一些实施方案中，所述换热管路呈螺旋盘绕于所述内胆的外周壁，所述蓄热管组环绕于所述换热管路的外周。
11.一些实施方案中，所述蓄热管组沿所述内胆的周向螺旋盘绕；所述换热管路中的制冷剂环绕所述内胆的外周壁自上而下流动，所述蓄热管组中的制冷剂环绕所述内胆的外周壁自下而上流动。
12.一些实施方案中，所述相变蓄热层包覆于所述换热管路和所述内胆外。
13.一些实施方案中，所述内胆包括连通所述容水空间的进水口，所述进水口位于所述内胆的下部，所述水流通道连通所述进水口。
14.一些实施方案中，所述内胆包括连通所述容水空间的出水口，所述出水口位于所述内胆的上部。
15.一些实施方案中，所述水箱组件包括保温层，所述保温层包覆于所述内胆和所述相变蓄热层外。
16.本技术另一方面提供一种热泵系统，包括上述任意一项所述的水箱组件、热泵管路、压缩机、换向阀、节流装置和换热器；所述压缩机、所述换向阀、所述节流装置和所述换热器均设置在所述热泵管路上，所述制冷剂通道的两端分别连通所述压缩机和所述节流装置。
17.本技术实施例提供的一种水箱组件，一方面，蓄热管组同时设置有共同并行延伸的制冷剂通道和水流通道，水流通道内的水液能够提前在制冷剂通道内进行热交换，提高了制冷剂通道的换热效率，降低了容水空间内的水温突变。另一方面，通过在蓄热管组外包覆相变蓄热层，制冷剂通道也能够与相变蓄热层进行热交换，储存在相变蓄热层内的能量也能为水流通道内的水液进行热交换，从而提高了能源利用率。
附图说明
18.图1为本技术一实施例中的水箱组件的结构示意图；
19.图2为图1所示结构在热泵系统处于工作模式下的运行原理图；
20.图3为图1所示结构的a处放大图。
21.附图标记说明
22.内胆1；容水空间1a；进水口1b；出水口1c；蓄热管组2；制冷剂通道2a；水流通道2b；内套管21；外套管22；相变蓄热层3；换热管路4；保温层5；进水管路6；出水管路7。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
24.在本技术实施例的描述中，“内”、“外”、“上”、“下”方位或位置关系为水箱组件正常使用时的方位或位置关系。例如为图1所示的方位或位置关系。术语“第一/第二”仅仅是是区别不同的对象，不表示二者之间具有相同或联系之处。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
25.请参见图1和图2，本技术实施例一方面提供一种水箱组件，包括内胆1、蓄热管组2以及相变蓄热层3。
26.内胆1形成有容水空间1a。具体地，内胆1为形成有容水空间1a的中空薄壁结构，容水空间1a用于储蓄水或其他液体介质。
27.蓄热管组2形成有共同并行延伸的制冷剂通道2a和水流通道2b。也就是说，水流通道2b与制冷剂通道2a共同并行，则水流通道2b内的水液通过制冷剂通道2a进行热交换。
28.具体地，当需要为容水空间1a或水流通道2b供热时，制冷剂通道2a内流动是高温高压的气态制冷剂；当需要为容水空间1a或水流通道2b供冷时，制冷剂通道2a内流动是低温低压的液态制冷剂。
29.水流通道2b连通容水空间1a。换而言之，水或其他液体介质均能够沿水流通道2b流入内胆1的容水空间1a。
30.相变蓄热层3包覆于蓄热管组2外。如此设置，制冷剂通道2a能够与水流通道2b进行热交换的同时，还能与相变蓄热层3进行热交换，为相变蓄热层3蓄热或蓄冷。
31.相关技术中，热泵热水器在用户在使用热水时，当外部水源例如冷水常常会直接补入水箱内胆1中，从而引起水箱内的热水温度急剧下降，影响用户的使用体验。
32.本技术实施例提供的一种水箱组件，一方面，蓄热管组2同时设置有共同并行延伸
的制冷剂通道2a和水流通道2b，水流通道2b内的水液能够提前在制冷剂通道2a内进行热交换，提高了制冷剂通道2a的换热效率，降低了容水空间1a内的水温突变。
33.另一方面，通过在蓄热管组2外包覆相变蓄热层3，制冷剂通道2a也能够与相变蓄热层3进行热交换，储存在相变蓄热层3内的能量也能为水流通道2b内的水液进行热交换，从而提高了能源利用率。
34.示例性的，本技术实施例所述的水箱组件可以用于热泵热水器等需要使用热泵系统的设备。
35.一实施例中，相变蓄热层3的相变蓄热材料为固-液相变材料，固-液相变材料是通过相变材料的熔化过程来进行热量储存，凝固过程来放出热量，相变蓄热材料包括但不限于结晶水和盐、熔盐、金属或合金的组合。
36.一实施例中，相变蓄热材料的相变温度范围为35℃-45℃。
37.内胆1的外形结构不限，可以是圆柱体结构、矩形体结构、球体结构、椭球体结构等等。示例性的，一实施例中，请参见图1和图2，内胆1的上下两端为椭球面，内胆1的周侧壁为圆柱面，两个椭球面盖合于圆柱面沿轴向方向的两端，以形成类似胶囊形的结构。
38.一实施例中，请参阅图1和图2，水箱组件包括换热管路4，换热管路4缠绕于内胆1的外周壁，换热管路4与制冷剂通道2a连通。具体地，换热管路4与制冷剂通道2a连通以构成水箱组件的制冷剂通路。制冷剂能够在换热管路4内流动，制冷剂能够通过换热管路4缠绕于内胆1的外周壁的方式与内胆1的容水空间1a内的水液进行热交换。
39.也就是说，制冷剂能够沿换热管路4正向流入至制冷剂通道2a，制冷剂也能够沿制冷剂通道2a逆向流入至换热管路4。制冷剂经过内胆1时，实现第一次换热，制冷剂经过相变蓄热层3时，实现第二次换热。通过设置相变蓄热层3，能够二次利用制冷剂的内能，水箱组件整体的换热效率更高。
40.需要说明的是，当需要为容水空间1a、水流通道2b以及相变蓄热层3同时供热时，制冷剂通路内流动是高温高压的气态制冷剂；当需要为容水空间1a、水流通道2b以及相变蓄热层3同时供冷时，制冷剂通路内流动是低温低压的液态制冷剂。
41.一实施例中，换热管路4采用换热性能好的铜质材料。
42.一实施例中，请参阅图1和图2，内胆1包括连通容水空间1a的进水口1b，进水口1b位于内胆1的下部，水流通道2b连通进水口1b。具体地，进水口1b位于内胆1周侧壁的下部，水箱组件还包括进水管路6，水流通道2b的两端分别连通进水口1b和进水管路6。
43.由于进水口1b入水将迫使容水空间1a内一部分空气排出，而将进水口1b设置于下部可保证进水口1b入水与容水空间1a内的空气接触面积更小，避免在蓄水的过程中产生过多气泡，从而提高了进水效率。
44.一实施例中，请参阅图1和图2，内胆1包括连通容水空间1a的出水口1c，出水口1c位于内胆1的上部。具体地，水箱组件包括出水管路7。出水管路7通过出水口1c连通容水空间1a，出水口1c位于内胆1周侧壁的上部。
45.由于进水口1b位于内胆1周侧壁的下部，则进水口1b流入水液后，容水空间1a内的下部水液温度相对较低，经过换热管路4加热后的水将从下部位置自然上升至上部位置，因此，内胆1的上部设置出水口1c可以避免未加热充分的水直接从出水口1c流出，保证出水口1c的出水温度稳定可靠。
46.一实施例中，进水管路6、出水管路7以及内胆1均采用结构强度高、耐腐蚀性能好的不锈钢材料。
47.制冷剂通道2a和水流通道2b并行延伸的方式不限。一实施例中，蓄热管组2包括两根并行延伸的蓄热管，两根蓄热管的周侧壁相互紧贴，其中一根蓄热管内形成有制冷剂通道2a，其中另一根蓄热管内形成有水流通道2b。
48.一实施例中，蓄热管组2的内部具有沿蓄热管组2的长度延伸的阻隔壁，阻隔壁将蓄热管组2的内部空间分隔成制冷剂通道2a和水流通道2b。
49.一实施例中，请参见图1和图2，相变蓄热层3包覆于换热管路4和内胆1外。具体地，相变蓄热层3为上下两端开口的中空筒状结构，相变蓄热层3的内周壁包覆于内胆1的外周壁上，且换热管路4夹设于相变蓄热层3的内周壁与内胆1的外周壁之间。
50.如此设置，一方面相变蓄热层3不仅能够与水流通道2b进行热交换，还能够与容水空间1a内的水进行热交换，从而提高了保温效果。另一方面，水箱组件的结构更紧凑，一体化程度高。
51.一实施例中，请参见图2和图3，制冷剂通道2a套设于水流通道2b外。示例性的，蓄热管组2包括中空结构的外套管22和中空结构的内套管21，内套管21内部形成有水流通道2b，内套管21穿设于外套管22内，外套管22的内周壁与内套管21的外周壁共同围设形成制冷剂通道2a。水流通道2b中水的流向与制冷剂通道2a中的制冷剂流向相反。
52.蓄热管组2的材质不限。一实施例中，蓄热管组2的外套管22采用换热性能好的铜质材料，蓄热管组2的内套管21采用结构强度高、耐腐蚀性能好的不锈钢材料。
53.蓄热管组2的缠绕方式不限。一实施例中，请参见图1和图2，换热管路4呈螺旋盘绕于内胆1的外周壁，蓄热管组2环绕于换热管路4的外周。具体地，换热管路4的缠绕轨迹为紧贴内胆1外周壁的圆柱螺旋线。如此布置，水箱组件的结构更紧凑，蓄热管组2的制冷剂通道2a与换热管路4的连通更方便，管程更短。
54.一实施例中，请参见图1和图2，蓄热管组2沿内胆1的周向螺旋盘绕。具体地，蓄热管组2的缠绕轨迹也为紧贴内胆1外周壁的圆柱螺旋线，蓄热管组2的延伸轨迹的圆柱螺旋线直径大于换热管路4的圆柱螺旋线直径。
55.一实施例中，请参见图1和图2，换热管路4中的制冷剂环绕内胆1的外周壁自上而下流动，蓄热管组2中的制冷剂环绕内胆1的外周壁自下而上流动。
56.一实施例中，换热管路4紧贴内胆1外周壁的周向迂回布置。
57.一实施例中，请参见图1和图2，水箱组件包括保温层5，保温层5包覆于内胆1和相变蓄热层3外。也就是说，保温层5的内部形成有保温空间，内胆1和相变蓄热层3均设置于保温空间内，保温层5通过阻隔外界与容水空间1a之间和/或外界与相变蓄热层3之间的热交换，以降低水箱组件的热损耗，提高水箱组件的保温效果。
58.保温层5的材质不限，包括但不限于岩棉、硅酸铝、玻璃棉和复合硅酸盐等热系数小的材料，一实施例中，保温层5的材质为聚氨酯发泡海绵，聚氨酯发泡海绵的材质轻盈，保温效果好。
59.一实施例中，内胆1的上部形成有排气口，水箱组件包括安全阀，安全阀设置于排气口处，以开启或关闭排气口。也就是说，容水空间1a能够通过安全阀连通外界或外界阻隔。
60.示例性的，安全阀在开启状态下，容水空间1a通过排气口连通外界，从而保持容水空间1a内的气压与外界气压的平衡；安全阀在关闭状态下，容水空间1a与外界阻隔，保证容水空间1a的气密性。
61.本技术另一方面提供一种热泵系统，包括热泵管路、换向阀、压缩机、节流装置和换热器以及上述任意一项所述的水箱组件。
62.压缩机、换向阀、节流装置和换热器均设置在热泵管路上，制冷剂通道2a的两端分别连通压缩机和节流装置。具体地，换热管路4与制冷剂通道2a连通以构成水箱组件的制冷剂通路，制冷剂通路的一端通过换向阀连通压缩机，制冷剂通路的另一端连通节流装置。
63.压缩机用于将低压的气态制冷剂压缩成高压的气态制冷剂。压缩机包括但不限于活塞式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、滚动转子式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机等。
64.节流装置用于将高压的液态制冷剂节流降压成低压的液态制冷剂，保证制冷剂通路和换热器之间的压力差。节流装置包括但不限于能够双向流通的毛细管、电子膨胀阀、节流短管等。
65.换向阀可以是四通阀，也可以是其他用于切换流路的换向阀。四通阀的四个接口分别与压缩机的吸气口、压缩机的排气口、换热器以及水箱组件的制冷剂通路连通。
66.换热器能够用于与空气或水等其他能够用于换热效果好的介质进行热交换，包括但不限于浮头式换热器、固定管板式换热器、u形管板换热器、板式换热器等。
67.制冷剂包括但不限于采用氯氟烃类、氢氯氟烃类、氢氟烃类等氟利昂制冷剂。
68.示例性的，以热泵系统为水箱组件供热为例，热泵管路内设置有用于循环流动的制冷剂，高温高压的气态制冷剂通过压缩机的排气口进入换向阀，压缩机的排气口通过换向阀导通水箱组件的制冷剂通路，高温高压的气态制冷剂流入水箱组件的制冷剂通路冷凝放热变为低温高压的液态制冷剂，以加热容水空间1a和水流通道2b内的水的同时还为相变蓄热层3蓄热，低温高压的液态制冷剂流入节流装置降压成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂再流入换热器蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，最后高温低压的气态制冷剂通过换向阀导通压缩机的吸气口又转变成高温高压的气态制冷剂，如此就完成了一个供热循环。
69.本技术提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。