专利名称：系列化空气能相变蓄能热水机的制作方法
技术领域：
一种系列化空气能相变蓄能热水机，一种适合家用、商用和热水工程使用的空气 能相变蓄能热水机。
背景技术：
当前能源短缺和环境问题日益凸显，实现产业的节能减排变得十分迫切。各国都 在致力研发新一代节能技术，尤其是对蓄能产品的开发和应用更是方兴未艾。各种各样的 空气能热泵热水机、水源热泵热水机、空调热回收热水机纷纷出现，充斥家电市场。虽然这 些热水机的能效比(COP)比燃油、燃气、电加热和其它形式的热水机高，热水成本也比后者 低很多，但是这些热水机的加热过程中热水吸收的是显热，随着热水温度的上升，制冷压缩 机的能效比(COP)逐步下降，热水的吸热率也越来越低。所以，迄今为止空气能热泵热水 机、水源热泵热水机、空调热回收热水机的能效比(COP)都不能突破5，最高吸热效率只能 达到480%。热水箱的体积也较大。为了提高制冷压缩机的能效比(COP)，提高吸热效率，我们把相变蓄热技术应用到 空气能热水机中，推出空气能相变蓄能热水机。在蓄热保温水箱内，安装了相变蓄热材料， 利用相变蓄热材料的相变蓄热特性，按照设定的临界温度如50-55°C产生相变，把蓄热保温 水箱内冷凝器产生的热量用显热加潜热的方式贮存起来。制冷压缩机就可以在这个吸热、 蓄热过程中，在稳定的冷凝温度下运行、制热。由于增加了潜热方式吸热，吸热效率大幅提 高。相变蓄热材料的相变潜热是热水显热的1-2倍，能把冷凝器产生的热量90%以上吸 收、贮存起来，而热水显热吸热率只能达到30%左右。所以相同功率的热水机，空气能相变 蓄能热水机的能效比(COP)可以提高2-3倍，热水量是热泵热水机的2-3倍；如果热水量相 同，空气能相变蓄能热水机比热泵热水机的体积要小30%以上。空气能相变蓄能热水机是 节能减排的高效产品，代表了中、小型热水机发展趋势和方向。
发明内容
一种系列化空气能相变蓄能热水机，一种适合家用、商用和热水工程使用的空气 能相变蓄能热水机。本发明的主要目的在于提高中小型热水机制冷压缩机的能效比(COP)，提高吸热 效率，降低电能消耗，增加热水量。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为—种系列化空气能相变蓄能热水机，一种适合家用、商用和热水工程使用的空气 能相变蓄能热水机，由包括采热器、相变蓄热水箱、制冷压缩机、轴流风机、圆形蒸发器、电 热化霜器、接水盘、圆盘形冷凝器、电加热器、相变蓄热材料、智能化温度控制器组成。制冷 压缩机在制冷循环中，把通过蒸发器和轴流风机与空气进行热交换，吸收空气中热能的低 压冷媒气体，压缩成高温、高压气体，通过冷凝器冷却，放出热能加热热水。相变蓄能材料把 热水中的热量贮存起来，在使用热水时释放热量加热热水。相变蓄热材料首先以显热的方式吸收热能，在热水达到相变临界温度后，再以潜热的方式吸收、贮存热能。由于相变材料 的相变潜热是热水显热的1-2倍，热能吸收效率比热水高2-3倍，所以空气能相变蓄能热水 机的能效比(COP)可以提高2-3倍，热水量是其它热泵热水机的2-3倍。所述的空气能相变蓄能热水机，由全封闭式制冷压缩机和蒸发器、轴流风机组成 采热器。所述的全封闭式制冷压缩机是蜗旋式压缩机、所述的蒸发器为圆形。全封闭蜗旋式 制冷机使用了对臭氧层破坏系数为零的R404A冷媒。R404A冷媒经制冷压缩机压缩成高温、 高压气体，送入安装在相变蓄热水箱下部的圆盘形冷凝器中被冷却，释放热量，加热箱中热 水。R404A冷媒在冷凝、放热过程中，被冷却成低温、高压液体，经节流减压后进入圆形蒸发 器蒸发制冷，圆形蒸发器通过轴流风机的气流与空气进行热交换，R404A冷媒放出冷量、吸 收空气热能后变为低压气体，再由圆形蒸发器末端回到制冷压缩机压缩成高温、高压气体， 从而完成一个制冷循环。上述的空气能相变蓄能热水机的采热器中，全封闭蜗旋式制冷压缩机规格，是根 据制取热水量所需要的热量来选择。圆形蒸发器的蒸发面积和轴流风机的风量是根据制冷 压缩机的产冷量确定。圆形蒸发器产生的冷量通过轴流风机的气流与空气中的热量进行热 交换，交换过程，即是放冷、吸热过程。上述的空气能相变蓄能热水机的采热器下部装有接水盘，圆形蒸发器在蒸发制冷 过程产生的冷凝水和化霜后的冰水流入接水盘，由装在接水盘下的冷凝水管排到相变蓄能 热水箱底部。上述的空气能相变蓄能热水机圆形蒸发器上，安装有电热化霜器，在圆形蒸发器 的表面结冰时，打开电热化霜器，融化冰块，化霜后的冰水由接水盘、冷凝水管排走。上述的电热化霜器由智能化温度控制器控制，可以定时化霜，也可以根据结霜情 况随时手动化霜。所述的空气能相变蓄能热水机的相变蓄能保温水箱，安装在采热器下部。相变蓄 热材料装在塑料球(块)中，安装在相变蓄能保温水箱的中、上部。所述的相变蓄热材料， 是由多种有机物质和无机物质混合，利用多分子聚合，在某一临界温度下产生固-液相变 吸热的特性，把冷凝器释放的热量吸收并贮存起来。相变蓄热材料的数量根据制冷压缩机 所产生的热量以及热水量确定。相变蓄热材料的相变临界温度可以按不同配方发生变化。上述的空气能相变蓄能热水机的相变蓄能保温水箱内的下部，安装有圆盘形冷凝 器。所述的圆盘形冷凝器表面的散热面积，根据制冷压缩机所产生的冷量计算确定，一般比 风冷式小，但是，热水温度要求越高，圆盘形冷凝器冷凝面积越小。圆盘形冷凝器装有分液 器，被制冷压缩机压缩的高温、高压R404A冷媒气体，以多路进、多路出的方式在冷凝器中 循环冷却，释放的热量加热相变蓄能保温水箱中的热水，相变蓄热材料从热水中吸收并贮 存热量，在这一冷凝放热过程中，高温、高压R404A冷媒气体被冷却成低温、高压液体。上述的相变蓄能保温水箱内的最下部，安装有冷水管，与自来水或其它水源相接， 补充水量。上述的相变蓄能保温水箱内的上部，安装有热水管，与室内热水管相接，把空气 能相变蓄能热水机产生的热水送到使用点。上述的相变蓄能保温水箱内的下部，还安装有电加热器。所述的电加热器功率根 据热水要求的温度确定，一般在冬季和过渡季节，空气能相变蓄能热水机吸热量不足、热水 温度不高时使用。
上述的相变蓄能保温水箱内的上部，安装有智能化温度控制器。所述的智能化温 度控制器除了控制电热化霜器外，还能测定和显示相变蓄能保温水箱内热水的温度，根据 用户设定的热水温度，控制制冷压缩机和轴流风机的开、停。智能化温度控制器也控制电加 热器的开、停。上述的相变蓄能保温水箱的保温层是聚氨酯发泡隔热材料，保温效果好，强度高。上述的相变蓄能保温水箱的外形为圆形、立柜形或椭圆形。外壳由不锈钢、彩钢板 或玻璃钢制作，颜色为浅白色或与家俱、厨俱相匹配的颜色。采用上述结构后，本发明空气能相变蓄能热水机的热水量比其它相同功率的热泵 热水机多2-3倍，体积减小近30%左右。空气能相变蓄能热水机从空气中采取热量，在冷凝 器冷却、放热过程中加热热水，当热水温度达到相变材料的相变临界温度后，相变蓄热材料 发生相变，以潜热的方式把热能吸收、贮存起来，相变保温水箱中的热水温度在相变吸热、 蓄热过程中，不会继续上升，这就保证制冷压缩机在稳定的冷凝温度下运行。由于相变材料 的相变潜热是热水显热的1-2倍，热能吸收效率比热水高2-3倍，所以，空气能相变蓄能热 水机的能效比(COP)可以提高2-3倍，热水量是其它热泵热水机的2-3倍；普通的热泵热 水机在冷凝器加热热水的过程中，热水的温度不断上升，不能维持一个稳定温度，压缩机能 效比(COP)逐步下降，热能吸收效率也逐步下降。只有通过控制制冷压缩机的走、停，才能 稳定水箱中热水的温度。由于制冷压缩机频繁启动，不可能一直维持在一个较高的能效比 (COP)运行状态，热能吸收效率呈下降趋势，这样就增加了电力消耗。相变蓄热材料用显热 加潜热的方式贮存热量，把储存的热量释放加热热水，减少了电力消耗，降低了热水成本。 这一发明，是现代热水机技术的重大突破。
说明书附图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式为了使本领域技术人员更好的理解本发明，兹配合说明书附图1详细说明。请参考说明书附图1所示，本发明公开了一种系列化空气能相变蓄能热水机。其 包采热器1、相变蓄热水箱2、制冷压缩机3、圆形蒸发器4、轴流风机5、电热化霜器6、接水 盘7、冷凝水管8、圆盘形冷凝器9、相变蓄热材料10，电加热器11，冷水管12，热水管13，智 能化温度控制器14。其中采热器1安装在相变蓄热水箱2上部，采热器1由制冷压缩机3、圆形蒸发器4、轴 流风机5、电热化霜器6、接水盘7共同组成。相变蓄热水箱2由冷凝水管8、圆盘形冷凝器9、相变蓄热材料10，电加热器11，冷 水管12，热水管13，智能化温度控制器14组成，安装在采热器1下部。采热器1和相变蓄 热水箱2为一体化结构。上述的系列化空气能相变蓄能热水机具体实施方式
是在使用热水时，把电源插 头插入电源插座，接通电源后，采热器1中的制冷压缩机3启动，环保冷媒R404A被制冷压 缩机3压缩成高温、高压气体，进入相变蓄热水箱2下部的圆盘形冷凝器9冷却，在冷却过 程中释放热量、加热热水，环保冷媒R404A被冷却成低温、高压液体，经膨胀阀节流、降压后再进入圆形蒸发器4蒸发制冷，通过轴流风机5的气流，与空气进行热交换，散发冷量，吸收 空气中的热能，释放冷量、吸收了热能的环保冷媒R404A变成低压气体，从圆形蒸发器末端 回到制冷压缩机3，再压缩成高压、高温气体，进入圆盘形冷凝器，如此完成一个制冷循环。相变蓄热水箱2下部的圆盘形冷凝器9，在冷却过程中，释放热量加热热水。安装 在相变蓄热水箱2中、上部的相变蓄热材料10，开始以显热方式从热水中吸收热量、当热水 温度达到相变临界温度后，相变材料产生相变，又以潜热的方式继续吸热并贮存热量。相变 蓄热水箱2内热水温度一直维持在相变温度范围内，不再继续升高，制冷压缩机3在稳定的 冷凝温度下运行。由于相变材料的相变潜热是热水显热的1-2倍，热能吸收效率比热水高 2-3倍，因此，空气能相变蓄能热水机的能效比(COP)可以提高2-3倍，热水量是其它热泵热 水机的2-3倍。当相变蓄热水箱2内热水温度达到设定的温度后，智能化温度控制器14发 出指令，停止制冷压缩机3和轴流风机5，热水制取完毕。在使用热水时，相变蓄热材料10释放热量，加热蓄热保温水箱中的热水，热水管 13打开热水流出，冷水管12补充冷水，维持蓄热保温水箱中的热水量。当热水用到一定数 量后，热水下降到规定温度，智能化温度控制器14发出指令，启动制冷压缩机3和轴流风机 5，又进行制取热水。当环境温度较低，如过渡季节和冬季，空气能相变蓄能热水机采热量不 足时，智能化温度控制器14发出指令，打开电加热器11加热热水，使热水达到设定的温度， 供用户使用。当环境温度较低，相对湿度较大时，圆形蒸发器4表面结冰(霜)，智能化温度 控制器14发出指令，停止制冷压缩机3和轴流风机5工作，打开电热化霜器6，进行电热化 霜。电热化霜也可以手动控制。化霜后的冰水和制冷、采热过程中圆形蒸发器4表面上产 生的冷凝水，流到采热器1下部的接水盘7中，从冷凝水管8流出相变蓄热水箱2的最下 部。上述的系列化空气能相变蓄能热水机，在相变蓄热水箱2中、上部安装的相变蓄 热材料10，先以显热的方式吸收热量，在热水达到相变临界温度后，又以相变潜热的方式， 继续从热水中吸收、贮存热量，相变潜热量是水的显热量的1-2倍，吸热效率是水的2-3倍。上述的系列化空气能相变蓄能热水机的蓄热过程，是显热吸热和相变潜热吸热相 加过程，相变潜热吸热、蓄热量大，蓄热效率高，普通热泵热水机只有显热吸热过程，吸热量 小、吸热效率低。相变蓄热材料的相变潜热是热水显热的1-2倍，热能吸收效率比热水高 2-3倍，空气能相变蓄能热水机的能效比(COP)因此可以提高2-3倍，热水量是其它热泵热 水机的2-3倍。普通热泵热水机在制取热水过程中，随着热水温度的升高，冷凝温度也逐渐 升高，能效比(COP)和热水吸热率逐步下降，耗电量逐渐增加，为了保持较高温度，制冷压 缩机频繁启动，能效比(COP)不稳定，耗电量进一步增加。本发明，主要适用于家用、商用和热水工程。利用相变蓄热技术，以显热加潜热的 方式吸热、蓄热，完全区别于热泵热水机和其它各种形式热水机的显热吸热方式。相变蓄热材料的吸热率可以达到90%以上，而热水的吸热率只能达到30%左右， 所以相变蓄热材料的实际吸热量是热水的2-3倍。如果制冷压缩机产生的总热量不变，则 空气能相变蓄能热水机的运行时间要比其它热泵热水机缩短40%以上。由此节约大量电 力，降低热水成本。智能化温度控制器控制的温度范围是5°C，国际卫生组织规定的生活卫生热水的 温度是50-55°C，按这个标准，制冷压缩机和轴流风机在55°C停止工作，在50°C启动。智能化温度控制器还可以在环境温度负10°c到40°C范围内控制制冷压缩机和轴流风机正常 运行。 用不同规格的制冷压缩机组和不同数量的相变储冷材料，可以生产出系列化空气 能相变蓄能热水机产品。由于相变材料蓄热量大，所以，相变蓄热保温水箱体积小。采热器 和相变蓄热保温水箱一体化结构，更展示空气能相变蓄能热水机的现代气息。
权利要求
一种系列化空气能相变蓄能热水机，一种适合家用、商用和热水工程使用的空气能相变蓄能热水机，由包括采热器、相变蓄热保温热水箱、制冷压缩机、轴流风机、圆形蒸发器、电热化霜器、接水盘、圆盘形冷凝器、相变蓄热材料、电加热器、智能化温度控制器组成。其特征在于，制冷压缩机和圆形蒸发器、轴流风机组成采热器，采热器和相变蓄热保温水箱组成一体。所述的空气能相变蓄能热水机为采热、蓄热、制取热水一体化蓄能热水机组。
2.根据权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述系一体化 空气能相变蓄能热水机是系列化产品，制取热水量从小到大，从40升/小时到300升/小 时，适合家用、商用和热水工程使用。
3.根据权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述系采热器 中的制冷机组采用的是全封闭式蜗旋压缩机，制冷机组使用了对臭氧层破坏系数为零的 R404A冷媒，实现了环保。
4.如权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的采热器中 的蒸发器是圆形，由铜管穿插铝翅片组成。在压缩机制冷循环中，低温、高压R404A冷媒液 体经节流后进入圆形蒸发器蒸发制冷，变为低压气体，圆形蒸发器通过轴流风机与空气进 行热交换，采取空气中的热量。
5.如权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的冷凝器使 用的是铜管，围绕成圆盘形，安装在相变蓄热保温水箱下部。圆盘形冷凝器装有分液器，高 温、高压R404A冷媒气体在圆盘形冷凝器中的循环方式是多路进多路出。
6.如权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的相变蓄热 保温水箱的中、上部，安装有相变蓄能材料，相变蓄能材料装在球形或者板块形的耐高温塑 料容器中。耐高温塑料容器的外形规格球形有直径为4(MM、7(MM、10(MM三种；板块形有 450X250X50MM 和 250X125X25MM 两种。
7.如权利要求6所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的相变蓄热 保温水箱安装的相变蓄能材料，是多种有机物质和无机盐组成的混合物，通过多分子聚合， 具有在某一临界温度下发生相变吸热的特性。其相变临界温度可以从8°C到117°C，根据热 水出水温度不同要求，选择不同相变临界温度的相变蓄能材料。相变蓄能材料在相变蓄热 保温水箱中是以显热加潜热的方式吸热、蓄能。
8.如权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的相变蓄热 保温水箱下部，安装有电加热器。电加热器的规格从0. 5KW到3KW，根据相变蓄热水箱热水 量的大小，配备不同规格的电加热器。
9.如权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的相变蓄热 水箱的保温层，采用聚胺脂整体发泡。绝热性能好，强度高。
10.如权利要求1所述的系列化空气能相变蓄能热水机，其特征在于，所述的智能化温 度控制器安装在相变蓄能保温热水箱上部，根据用户要求的温度，控制制冷机组和轴流风 机的开启和停止，同时控制相变蓄热水箱中的电加热器开、停，制取所需要的热水；智能化 温度控制器还控制圆形蒸发器上的化霜装置，定时化霜或手动化霜；智能化温度控制器有 显示相变蓄热保温水箱内热水温度和箱外环境温度的功能；可以在环境温度-10°C到40°C 范围内，控制空气能相变蓄能热水机的开启和停止。
全文摘要
本发明公开一种系列化空气能相变蓄能热水机，一种适合家用、商用和热水工程使用的空气能相变蓄能热水机，由包括采热器、相变蓄能保温热水箱、制冷压缩机、轴流风机、圆形蒸发器、接水盘、电热化霜器、圆盘形冷凝器、电加热器、相变蓄热材料、智能化温度控制器组成。制冷压缩机和轴流风机、圆形蒸发器组成采热器。采热器和相变蓄热保温水箱组成一体。相变蓄热保温水箱内装有圆盘形冷凝器、相变蓄热材料，箱体上设有冷水管及热水管和智能化温度控制器，根据蓄热水箱内的水温，控制冷压缩机和轴流风机启动和停止。空气能相变蓄能热水机的吸热、贮热方式是显热加潜热，相变蓄热材料的吸热效率高，所以系列化空气能相变蓄能热水机热水量是同功率热泵热水机的2-3倍。系列化空气能相变蓄能热水机的发明，是现代绿色建筑一大突破。
文档编号F24H9/18GK101995091SQ20091010928
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月10日 优先权日2009年8月10日
发明者王天祥 申请人:王天祥