专利名称：一种速热式即开型空气热能热泵开水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开水器，尤其是涉及一种节能环保的空气热能热泵开水器。
背景技术：
当今，诸如在广大的学校医院、大中专院校、机关、企事业单位办公场所、公共场 所如车站候车室、机场候机室等、宾馆、饭店、酒家、工矿企业、茶吧、茶楼会所、饮品吧、食 堂乃至家庭等，电开水器或锅炉开水器则是必备的饮水设备。电开水器又名电开水锅炉，其 发展至今，历经传统容积式上进水、传统型冷热沸腾式、容积式底部进水、速热式即开型电 热开水器四代，虽然技术不断升级革新，在开水器设备设计与构造上解决了传统电开水器 的致命缺陷，引进“芯片”式程控电脑程序控制器设计，优化了控制系统，同时采用保温结构 设计与保温材料填充隔热保温，减少热散失损耗，与传统开水器相比，解决了阴阳水、千沸 水等诸多弊病，降低了部分能耗，且提高了能效比。但是，由于上述电热开水器(电开水锅 炉)的其加热技术路线及理论基础都是一样，始终是采用电加热元件电热管技术将电能转 换为热能加热开水，1度电能发热量860kcal，能效比(w/w)始终小于1，无法突破大于1。不 言而喻的缺点在于加热时间冗长，不利于节约能源，增大电网负荷，容易出现阴阳水现象以 及电加热元件的使用寿命短和更换频繁。近年，随着空气源热泵技术在60°C左右中温热水领域的应用与发展，在开水器行 业领域中，人们提出了空气源热泵开水器概念与部分技术路线，在中国专利文献中公开有 空气源热泵开水器的技术方案，典型的如中国专利CN101699181A公开了一种热泵型电热 开水器，中国专利CN1908M3A公开了一种空气源热泵开水器，这两项专利技术方案由于受 热泵高温特性和冷凝器换热与提热技术的限制壁垒，两者最重要一点核心技术路线设计基 本点几乎雷同，都是采取空气源热泵与电热热管加热技术相结合，先通过热泵技术将冷水 预热后，再采用二次加热元器件电热管将预热热水二次加热沸腾至100°C开水。鉴上，如何 实现超节能环保的无电热管辅加热装置的速热式即开型空气热能热泵开水器，成了业界关 注的并且期待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其整体结构简 单合理、自动化智能程度高、高性价比、节能率显著，克服了现有技术中不足之处。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，包括有空气热能热泵系统和开水控制处 理系统，空气热能热泵系统中的电驱动压缩机压缩后产生的高温高压的制冷剂，高温高压 的制冷剂管路进入冷凝器总成装置对水进行加热，通过冷凝器总成装置内部结构的换热， 被完全冷凝释放热量后的制冷剂从冷凝器总成装置输出至集液器，经过冷装置再次释放热 量后制冷剂温度降低为过冷状态，经节流阀后成为低温低压状态，制冷剂在蒸发器中从环 境空气中吸收大量热量蒸发，气态制冷剂经电驱动压缩机做功作用力下再次流回至压缩机；常温态自来水依次经净水处理装置和软水处理装置后进入冷凝器总成装置，制冷剂和 水在管内逆向换热，将高温制冷剂的热量传给水，对水进行加热，使流出冷凝器总成装置的 水温度达到100°c及以上，经开水管道汇集至开水储水内胆保温容器中储存备用。根据本发明的实施例，空气热能热泵系统和开水控制处理系统通过冷凝器总成装 置实现联接，其中，冷凝器总成装置内设置有制冷剂载热管路和水系统管路，制冷剂载热管 路和水系统管路为独立回路逆流结构。根据本发明的实施例，所述的冷凝器总成装置由多个冷凝器单元逐个递增数量串 联连接生成或由多个级联冷凝器模块逐级串联连接组成，而每个级联冷凝器模块又由多个 冷凝器单元逐个递增数量串联连接生成，所述的冷凝器总成装置内设置有制冷剂载热管路 和水系统管路，制冷剂载热管路和水系统管路为独立回路逆流布置设计，且每一个冷凝器 单元内设置有制冷剂载热管路和水系统管路，制冷剂载热管路和水系统管路为独立回路逆 流结构。根据本发明的实施例，每个冷凝器单元内的制冷剂载热管路和水系统管路设置为 螺旋型、肋管平行并排式或壳管式等高效换热结构；且冷凝器单元设置有封装外壳A，内部 物理空隙空间内填充优质导热介质；级联冷凝器模块和冷凝器总成装置都设置有封装外壳 B和冷凝器总成装置外壳，并内部物理空隙空间内填充优质保温材料。根据本发明的实施例，所述的冷凝器总成装置内依次间隔两个或以上数量的冷凝 器单元的水系统管路上设置有单向止回阀A ；或依次在级联冷凝器模块间的水系统管路上 设置有单向止回阀A。根据本发明的实施例，所述的冷凝器总成装置内设有嵌入式感温探头，所述嵌入 式感温探头测量温度为50°c 士5的上一级冷凝器单元接入处的水系统管路上设置有单向 电磁阀A ；或在嵌入式感温探头测量温度为50°C 士5的上一级联冷凝器模块接入处的水系 统管路上设置有单向电磁阀A。根据本发明的实施例，开水储水内胆保温容器中设置有动态智能水位计，所述动 态智能水位计实时监测开水储水内胆保温容器内的水位值。根据本发明的实施例，开水储水内胆保温容器中设置有承压式过压保护器，承压 式过压保护器检测开水储水内胆保温容器内压力值，当其压力值达到其限定设置最高值 时，承压式过压保护器动作自动释放蒸汽减压到安全值关闭，释放的蒸汽液通过汇流到排 污管排出。根据本发明的实施例，开水储水内胆保温容器中设置有过热蒸汽自流保温系统装 置，开水储水内胆保温容器中的过热压力蒸汽经蒸汽管路、单向止回阀，在吸热保温底盘中 蒸汽冷凝放热给提供保温供热，冷凝水在压力作用下回流到开水储水内胆保温容器。根据本发明的实施例，所述开水控制处理系统中设置有水流量压力计，所述水流 量压力计主要是检测冷凝器总成装置进水压力及水流量，当水压力小于设定安全值时，水 流量压力计给出反馈模拟信号至控制器，控制器发出关机指令，实现系统缺水保护功能，防 止冷凝器总成装置中出现过热现象。根据本发明的实施例，所述的空气热能热泵系统依次由电驱动压缩机、冷凝器总 成装置、集液器、过冷装置、节流阀、蒸发器以及制冷剂管路连接组成，且蒸发器侧设置有强 流式静音风机，空气热能热泵系统还设置有高压保护器、低压保护器。
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根据本发明的实施例，所述的冷凝器总成装置内依次间隔两个或以上数量的冷凝 器单元的水系统管路上设置有单向止回阀A ；或依次在级联冷凝器模块间的水系统管路上 设置有单向止回阀A。根据本发明的实施例，所述的开水控制处理系统与装置中设置有过热蒸汽自流保 温系统装置，过热蒸汽自流保温系统装置由蒸汽管路、单向止回阀B和吸热保温底盘组成。与现有技术相比，本发明的优点在于1、本发明的整体结构简单合理、自动化智能程度高、制造成本低、高性价比、高能 效比、节能率显著，符合国家建立节能型社会的要求。本发明中冷凝器总成装置提出了崭新 的技术路线，创造性采用多级、逐层、梯级温差释放热量和递增取热技术原理解决了在“不 改变工质、不降低能效比、不损害压缩机”的前提下，利用冷凝器总成装置将单极热泵的出 水温度提高到100°c以上，产生开水。2、本发明由于利用冷凝器总成装置，制冷剂经过过冷装置后节流阀处保持良好的 低温状态，保证进入蒸发器的制冷剂能更高效地蒸发吸收环境空气中的热量，可以更好地 降低环境温度，达到制冷效果，在夏季可以利用改善调节室内空气环境制冷效果。
图1是本发明结构原理示意图；图2是本发明中冷凝器单元结构示意图；图3是本发明中级联冷凝器模块结构示意图；图4是本发明中冷凝器总成装置结构示一；图5是本发明中冷凝器总成装置结构示二。图中图中电驱动压缩机1、高压保护器2、冷凝器总成装置3、集液器4、过冷装 置5、节流阀6、蒸发器7、强流式静音风机8、制冷剂管路9、低压保护器10、净水处理装置 11、软水处理装置12、水流量压力计13、单向电磁阀B14、水管道15、开水储水内胆保温容器 16、动态智能水位计17、蒸汽管路18、单向止回阀B19、吸热保温底盘20、开水出水管21、排 污口 22、排污管路23、空气热能热泵系统24、开水控制处理系统25、承压式过压保护器26、 嵌入式感温探头27、封装外壳A28、冷凝器单元四、水路连接管30、制冷剂U型连接管31、封 装外壳B32、制冷剂载热管路33、水系统管路34、单向止回阀A35、单向电磁阀A36、冷凝器总 成装置外壳37、级联冷凝器模块38
具体实施例方式下面将结合附图和具体实施对本发明作进一步说明；参见图1，本发明的一种速热式即开型空气热能热泵开水器包括有空气热能热泵 系统M和开水控制处理系统25，其中，空气热能热泵系统M包括依次串联的电驱动压缩 机1、冷凝器总成装置3、集液器4、过冷装置5、节流阀6、蒸发器7，其通过制冷剂管路9相 连通，且电驱动压缩机1两侧管路上连接有高压保护器2、低压保护器10，蒸发器侧设置有 强流式静音风机8。开水控制处理系统25包括有冷凝器总成装置3和开水储水内胆保温容 器16，以及设置在进水管路上的水流量压力计13、单向电磁阀B14、软水处理装置12与可内 置或外置的净水处理装置11。开水控制处理系统25还包括设置在开水储水内胆保温容器
616上的动态智能水位计17、承压式过压保护器26，以及由蒸汽管路18、单向止回阀B19和 吸热保温底盘20组成的过热蒸汽自流保温系统装置，以及排污口 22、排污管路23组成的排 污系统。空气热能热泵系统M和开水控制处理系统25通过冷凝器总成装置3实现联接， 其冷凝器总成装置3内设置有制冷剂载热管路33和水系统管路34，制冷剂载热管路33和 34为独立回路逆流结构。其中，空气热能热泵系统M图中的箭头表示制冷剂流动方向，开 水控制处理系统25图中的箭头表示水流动方向。空气热能热泵系统M中的电驱动压缩机1压缩后产生的高温高压的制冷剂温度 约为130°C 士 15，由制冷剂管路9进入冷凝器总成装置3对水进行加热，由于通过冷凝器总 成装置3内部结构的换热，被完全冷凝释放热量后的制冷剂温度约为15°C左右从冷凝器总 成装置3输出至集液器4，经过冷装置5再次释放热量后制冷剂温度降低为过冷状态，经节 流阀6后成为低温低压状态，制冷剂在蒸发器7中从环境空气中吸收大量热量蒸发，气态 制冷剂经电驱动压缩机1做功作用力下再次流回至压缩机。如此循环。同时，常温态自来 水依次经净水处理装置11和软水处理装置12后进入冷凝器总成装置3，制冷剂和水在管 内逆向换热，将高温制冷剂的热量传给水，对水进行加热，由于冷凝器总成装置3的换热结 构，将管内的水进行分层、逐层、梯级温差递增加热，使流出冷凝器总成装置3的水温度达 到100°C及以上，无需要二次加热，如无需要电热管装置等，经开水管道15汇集至开水储水 内胆保温容器16中储存备用，用户通过开水出水管21取用开水。如此反复。开水储水内胆保温容器16中设置有动态智能水位计17和承压式过压保护器26， 其中，动态智能水位计17主要是实时监测开水储水内胆保温容器16内的水位值，并通过模 拟信号源反馈给控制器，一是输出显示在液晶面板上，可供用户浏览观测；二是通过其输出 信号，控制器可以发出开关机指令，满水时关机，低水位时开机，实现智能控制，无人值守。 承压式过压保护器沈主要是检测开水储水内胆保温容器16内压力值，当其压力值达到其 限定设置最高值(最高值根据需要设定，比如0. 1至0. 5Mpa)时，承压式过压保护器沈动 作自动释放蒸汽减压到安全值关闭，释放的蒸汽液通过汇流到排污管23排出。开水储水内胆保温容器16中设置有过热蒸汽自流保温系统装置，开水储水内胆 保温容器16中的过热压力蒸汽经蒸汽管路18、单向止回阀B19，在吸热保温底盘20中蒸汽 冷凝放热给提供保温供热，而冷凝水在压力作用下回流到开水储水内胆保温容器16。参见图2至图5，冷凝器总成装置3由多个冷凝器单元四通过制冷剂U型连接管 31连接逐个递增数量串联连接生成或由多个级联冷凝器模块38逐级串联连接组成，而每 个级联冷凝器模块38又由多个冷凝器单元四逐个递增数量串联连接生成，每个冷凝器单 元内的制冷剂载热管路33和水系统管路34设置为螺旋型、肋管平行并排式或壳管式等高 效换热结构。冷凝器单元四的侧面上设置有水路连接管30，且冷凝器单元四还设置有封 装外壳A28，内部物理空隙空间内可填充优质导热介质；另级联冷凝器模块38和冷凝器总 成装置3都设置有封装外壳B32和冷凝器总成装置外壳37，并内部物理空隙空间内填充优 质保温材料。冷凝器总成装置3中设置有单向止回阀A35和单向电磁阀A36，与进水系统中的单 向电磁阀B14 —起联动控制冷水进水量和单一定向水流方向；当冷凝器总成装置3中的嵌 入式感温探头27检测到的温度值通过模拟信号采集反馈给控制器，控制器给出指令控制 单向电磁阀B14与单向电磁阀A 36的开闭动作，当检测到冷凝器总成装置3中的高温状态小于100°C且低于设定值时，控制器给出指令控制单向电磁阀B14与单向电磁阀A 36的关 闭动作，暂时停止补进冷水，待一定时间段后，检测到冷凝器总成装置3中的高温状态达到 100°C时，控制器给出指令控制单向电磁阀B14与单向电磁阀A36的开启动作，继续补进冷 水。如此反复，逐级逐层加热，沸腾一次，速热式制开水，程控恒温出水，100%纯开水，水温 彡100°C，杜绝冷热水混合。即开即饮，无需等待。开水控制处理系统25中设置有水流量压力计13和软水处理装置12，其中，水流量 压力计13主要是检测冷凝器总成装置3进水压力及水流量，当水压力小于设定安全值时， 水流量压力计13给出反馈模拟信号至控制器，控制器发出关机指令，实现系统缺水保护功 能，防止冷凝器总成装置3中出现过热现象。软水处理装置12主要是对进水水质做物理性 软化处理，非化学软水处理，保证水质健康卫生，减少在冷凝器总成装置3及开水管道15中 的结垢率。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的 保护范围。
权利要求
1.一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于包括有空气热能热泵系统和 开水控制处理系统，空气热能热泵系统中的电驱动压缩机压缩后产生的高温高压的制冷剂，高温高压的制 冷剂管路进入冷凝器总成装置对水进行加热，通过冷凝器总成装置内部结构的换热，被完 全冷凝释放热量后的制冷剂从冷凝器总成装置输出至集液器，经过冷装置再次释放热量后 制冷剂温度降低为过冷状态，经节流阀后成为低温低压状态，制冷剂在蒸发器中从环境空 气中吸收大量热量蒸发，气态制冷剂经电驱动压缩机做功作用力下再次流回至压缩机；常温态自来水依次经净水处理装置和软水处理装置后进入冷凝器总成装置，制冷剂和 水在管内逆向换热，将高温制冷剂的热量传给水，对水进行加热，使流出冷凝器总成装置的 水温度达到100°c及以上，经开水管道汇集至开水储水内胆保温容器中储存备用。
2.根据权利要求1所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于空气 热能热泵系统和开水控制处理系统通过冷凝器总成装置实现联接，其中，冷凝器总成装置 内设置有制冷剂载热管路和水系统管路，制冷剂载热管路和水系统管路为独立回路逆流结 构。
3.根据权利要求2所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于所述 的冷凝器总成装置由多个冷凝器单元逐个递增数量串联连接生成或由多个级联冷凝器模 块逐级串联连接组成，而每个级联冷凝器模块又由多个冷凝器单元逐个递增数量串联连接 生成，所述的冷凝器总成装置内设置有制冷剂载热管路和水系统管路，制冷剂载热管路和 水系统管路为独立回路逆流布置设计，且每一个冷凝器单元内设置有制冷剂载热管路和水 系统管路，制冷剂载热管路和水系统管路为独立回路逆流结构。
4.根据权利要求3所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于每个 冷凝器单元内的制冷剂载热管路和水系统管路设置为螺旋型、肋管平行并排式或壳管式等 高效换热结构；且冷凝器单元设置有封装外壳A，内部物理空隙空间内填充优质导热介质； 级联冷凝器模块和冷凝器总成装置都设置有封装外壳B和冷凝器总成装置外壳，并内部物 理空隙空间内填充优质保温材料。
5.根据权利要求3或4所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于 所述的冷凝器总成装置内依次间隔两个或以上数量的冷凝器单元的水系统管路上设置有 单向止回阀A ；或依次在级联冷凝器模块间的水系统管路上设置有单向止回阀A。
6.根据权利要求3或4所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于 所述的冷凝器总成装置内设有嵌入式感温探头，所述嵌入式感温探头测量温度为50°C 士5 的上一级冷凝器单元接入处的水系统管路上设置有单向电磁阀A ；或在嵌入式感温探头测 量温度为50°C 士5的上一级联冷凝器模块接入处的水系统管路上设置有单向电磁阀A。
7.根据权利要求6所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于开水 储水内胆保温容器中设置有动态智能水位计，所述动态智能水位计实时监测开水储水内胆 保温容器内的水位值。
8.根据权利要求6所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于开水 储水内胆保温容器中设置有承压式过压保护器，承压式过压保护器检测开水储水内胆保温 容器内压力值，当其压力值达到其限定设置最高值时，承压式过压保护器动作自动释放蒸 汽减压到安全值关闭，释放的蒸汽液通过汇流到排污管排出。
9.根据权利要求6所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在于开水 储水内胆保温容器中设置有过热蒸汽自流保温系统装置，开水储水内胆保温容器中的过热 压力蒸汽经蒸汽管路、单向止回阀，在吸热保温底盘中蒸汽冷凝放热给提供保温供热，冷凝 水在压力作用下回流到开水储水内胆保温容器。
10.根据权利要求6至9之一所述的一种速热式即开型空气热能热泵开水器，其特征在 于所述开水控制处理系统中设置有水流量压力计，所述水流量压力计主要是检测冷凝器 总成装置进水压力及水流量，当水压力小于设定安全值时，水流量压力计给出反馈模拟信 号至控制器，控制器发出关机指令，实现系统缺水保护功能，防止冷凝器总成装置中出现过 热现象。
全文摘要
本发明公开了一种速热式即开型空气热能热泵开水器，它包括有空气热能热泵系统和开水控制处理系统，空气热能热泵系统和开水控制处理系统通过冷凝器总成装置实现联接，其中，冷凝器总成装置内设置有制冷剂载热管路和水系统管路，制冷剂载热管路和水系统管路为独立回路逆流结构。本发明创造性采用多级温差释放热量和递增取热技术原理，利用冷凝器总成装置将单极热泵的出水温度提高到100℃以上，产生开水；且制冷剂经过过冷装置后节流阀处保持良好的低温状态，保证进入蒸发器的制冷剂能更高效地蒸发吸收环境空气中的热量，可以更好地降低环境温度，达到制冷效果，在夏季可以利用改善调节室内空气环境制冷效果。
文档编号F24H9/20GK102095251SQ20111003220
公开日2011年6月15日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者王金兰 申请人:王金兰