半导体热泵热水器的制造方法
【专利摘要】一种半导体热泵热水器，集成半导体热电芯片、虹吸循环高效换热、热电芯片与电热器双动力加热、单罐双加热模式等先进技术。预热和保温时，由温度传感器启动半导体热电芯片，由1份电能驱动，通过虹吸循环高效吸取30℃上水的2份低品位热量，并由半导体热电芯片提升为3份50℃高品位热量，再通过虹吸循环高效加热45℃中温热水；加热热水时，由流量开关启动电热器，并与半导体热电芯片一起，即时加热中温热水，节省一半耗电量。
【专利说明】半导体热泵热水器
(-)
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体热泵热水器。
(二)
【背景技术】
[0002]现有产品存在下列不足:
[0003]1、电热水器仅由电热管和热水箱组成，因此其制造简单、成本低廉、可靠性高，但热电转换受能量守恒定律和热水箱保温影响，使其加热效率低于1，这就导致耗电量过大、加热量不足、对配电要求偏高；其中即热式电热水器的加热效率约为0.85-0.95，耗电功率为5-9kW;而储热式电热水器则由于保温时间较长，导致热损较大，因此虽然其耗电功率只有2-3kW，但其平均加热效率只有0.50-0.60。
[0004]2、空气源热泵热水机充分利用热泵循环的科学原理，1份电能驱动压缩机，形成热泵循环，通过蒸发器从环境吸取4份低品位热量，并由热泵循环提升为5份高品位热量，再通过冷凝器加热热水，使其制热效率高达3.0-5.0 ;因此虽然制热量高达5-14kW，但其耗电量只有1-4.5kW，因此节电效果十分明显，且降低配电要求；然而热泵回路则由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等冷媒部件组成，而蓄热、供热回路又由循环泵、热水箱、阀门等水部件组成，因此其制造与安装均十分复杂、维护成本高昂、可靠性较差。
(三)
【发明内容】
[0005]本发明目的是提供一种半导体热泵热水器:其中每块半导体热电芯片均构成一个独立的小型热泵，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水中的低品位热量，并由热电芯片提升为3份高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热中温热水，使其制热效率高达3.0;从而以最简单的结构，实现高效半导体热泵热水器功能，制取(43-48°C)中温热水，倡导“绿色健康”生活方式。
[0006]本发明采用的技术方案，即半导体热泵热水器如附图1所示，其中:1_加热罐；2_半导体热电芯片；3-吸热罐；4_垂直加热翅片；5_垂直吸热翅片；6_虹吸加热套桶；7-虹吸吸热套桶；8_下进口；9-上出口 ；10_电热器；11_加热信号灯；12_防干烧开关；13-温度传感器；14_保温材料；15_安全泄水止回阀；16_防电隔离墙；17_安全接地和防漏电保护开关；18-热水信号灯；19-吸热罐上进口 ；20_吸热罐下出口 ；21_流量开关。
[0007]按照附图1所示的半导体热泵热水器:其由加热罐1、半导体热电芯片2、吸热罐3等三大部件组成；
[0008]半导体热电芯片2的热端与加热罐1的加热平面紧密接触，加热平面内壁设置垂直加热翅片4，垂直加热翅片4的加热侧设置虹吸加热套桶6，其上部预留虹吸循环出水空间，其下部预留虹吸循环进水空间；
[0009]半导体热电芯片2的冷端与吸热罐3的吸热平面紧密接触，吸热平面内壁设置垂直吸热翅片5，垂直吸热翅片5的吸热侧设置虹吸吸热套桶7，其上部预留虹吸循环进水空间，其下部预留虹吸循环出水空间；
[0010]其中加热罐1为垂直细长圆缺柱体，底部外侧面开水平下进口 8，顶面圆心开垂直上出口 9，底部设置电热器10，半导体热电芯片2和电热器10在控制上与加热信号灯11联锁，顶面内壁设置防干烧开关12，中部侧壁设置的温度传感器13控制半导体热电芯片2的接通、断开和功率调节，并由热水温度显示屏18显示其加热蓄热温度，下进口 8连接安全泄水止回阀15，在上出口 9和安全泄水止回阀15的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙16，在电热器10与安全泄水止回阀15的连接管路上设置安全接地和防漏电保护开关17;
[0011]其中吸热罐3为垂直细长圆缺柱体，顶部外侧面开水平上进口 19，底部外侧面开水平下出口 20 ;
[0012]加热罐1及其连接的中温管路与管件，需附加保温材料14。
[0013]电热器10是加热罐1底部侧壁水平设置的倒U型金属电热管10 ;或是加热罐1底部侧壁水平设置的高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管10 ;或是加热罐1底部侧壁水平设置的大直径组合镍铬丝发热管10 ;或是加热罐1底部侧壁水平设置的高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管10 ;或是加热罐1底面外壁圆心设置的电发热盘10 ;或是加热罐1底面外壁圆心设置的电磁式发热盘10。
[0014]安全泄水止回阀15的进口安装流量开关21。
[0015]本发明半导体热泵热水器的工作过程结合附图1说明如下:
[0016]1、排气:上水以0.5?6bar表压分别排尽加热罐1和吸热罐3中的空气，每罐直到完全出水后再关闭相应阀门；
[0017]2、预热和保温功能:接通电源并启动本发明，加热罐1中部侧壁设置的温度传感器13，在感知水温低于44°C时，通过闭环控制接通半导体热电芯片2，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水中的低品位热量，并由半导体热电芯片2提升为3份高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热中温热水；直到把上水加热到48°C，再断开半导体热电芯片2 ;当温度传感器13感知水温超过45°C时，则由热水信号灯18显示热水待用状态，可随时供应热水；
[0018]3、即时加热热水功能:使用热水功能时，上水利用其0.5?6bar表压流经安全泄水止回阀15，以把加热罐1中的45°C中温热水经上出口 9排出，供用户直接使用；随后当加热罐1中部侧壁设置的温度传感器13感知水温低于44°C时；接通半导体热电芯片2，由1份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水的低品位热量，并由半导体热电芯片2提升为3份高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热中温热水；与此同时流量开关21启动电热器10以即时加热热水，此外利用加热罐1对水的蓄热作用，共同维持供应的热水温度；过程持续进行，直到用户关闭热水功能；则本发明转入执行预热和保温功能，并等待持续加热至热水信号灯18恢复显示热水待用状态；
[0019]4、保护:
[0020](1)防干烧:当防干烧开关12感知加热罐1尚未充满水时，为防止半导体热电芯片2和电热器10因干烧而损毁，便会自动切断整机电源，进入保护状态，直到加热罐1被水充满后方自动复位；
[0021](2)防超压:当上水表压超过6bar时，安全泄水止回阀15会通过导流管自动泄压，保护加热罐1的使用安全；
[0022](3)防电墙:在上出口 9和安全泄水止回阀15的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙16，以确保使用安全；
[0023](5)防漏电:在本发明安全接地基础上，当电磁互感式内置防漏电保护开关17检测到泄漏电流超过人体感应范围，便会在0.01?0.1秒自动切断电源，同时由加热信号灯11闪烁，以显示故障，保障人体安全。
[0024]与现有产品相比较，本发明集成创新优势如下所列:
[0025]1、半导体热电芯片:提供一种以上水作为热源的半导体热泵热水器，在预热和保温时由温度传感器启动半导体热电芯片，由I份电能驱动可通过其冷端设置的虹吸循环，高效吸取2份上水的30°C低品位热量，并由半导体热电芯片提升为3份50°C高品位热量，再通过其热端设置的虹吸循环，高效加热45°C中温热水，并持温蓄热；由于其制热效率高达3.0，相比电热器节省耗电量70%，倡导“绿色健康”生活方式；
[0026]2、虹吸循环高效换热:由虹吸循环实现半导体热电芯片冷端的高效吸热与热端的高效加热，从而提高本发明的加热、吸热、蓄热效率；
[0027]3、热电芯片与电热器双动力加热:使用热水功能时，由温度传感器启动半导体热电芯片，并由流量开关启动电热器，实现双动力共同即时加热热水，从而在大幅节省耗电量基础上确保热水使用效果；
[0028]4、单罐双加热模式:由单加热罐切换运行，一体化实现半导体热电芯片的静态预热和保温，以及半导体热电芯片和电热器双动力即时加热热水，这两种功能模式，避免重复投资电热器及其安全保护措施；从而既节约产品成本，又适合中国家庭配电要求；
[0029]5、无流体设备的热泵:本发明既免除压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等蒸汽压缩式热泵的各种冷媒部件，也免除循环泵、开式热水箱等各种水系统部件，因此制造和安装均十分简单、维护成本低廉、可靠性较高。
[0030]综上所述，本发明集成半导体热电芯片、虹吸循环高效换热、热电芯片与电热器双动力加热、单罐双加热模式等先进热能技术，一体化实现预热和保温时由温度传感器启动半导体热电芯片，由I份电能驱动，通过虹吸循环高效吸取30°C上水的2份低品位热量，并由半导体热电芯片提升为3份50°C高品位热量，再通过虹吸循环高效加热45°C中温热水；使用热水功能时，由流量开关启动电热器，并与半导体热电芯片一起，共同实现即时加热中温热水，从而在提高加热效率、节省一半耗电量基础上确保热水使用效果，既节约产品成本又适合中国家庭的配电要求。
(四)
【专利附图】
【附图说明】
[0031]附图1为本发明的系统流程图。
[0032]附图2为本发明的剖面示意图。
(五)
【具体实施方式】
[0033]本发明提出的半导体热泵热水器的实施例如附图1所示，现说明如下:其由直径200mm及高度500mm的304不锈钢圆缺柱体加热罐1、5块边长90mm的正方形及厚15mm的制热量480W、输入功率160W的半导体热电芯片2、直径150mm及高度500mm的304不锈钢圆缺柱体吸热罐3等三大部件组成；半导体热电芯片2的热端与加热罐I的加热平面紧密接触，加热平面内壁设置片距5mm的垂直加热翅片4，垂直加热翅片4的加热侧设置直径100mm、高度380mm、壁厚0.8mm的304不锈钢半圆柱面虹吸加热套桶6,其上部预留60mm虹吸循环出水空间，其下部预留60mm虹吸循环进水空间；半导体热电芯片2的冷端与吸热罐3的吸热平面紧密接触，吸热平面内壁设置片距5_的垂直吸热翅片5，垂直吸热翅片5的吸热侧设置直径100mm、高度380mm、壁厚0.8mm的304不锈钢半圆柱面虹吸吸热套桶7，其上部预留60mm虹吸循环进水空间，其下部预留60mm虹吸循环出水空间；其中加热罐I为垂直细长圆缺柱体，底部外侧面开DN15内丝304不锈钢水平下进口 8，顶面圆心开DN15内丝304不锈钢垂直上出口 9，底部设置电热器10，半导体热电芯片2和电热器10在控制上与加热信号灯11联锁，顶面内壁设置防干烧开关12，中部侧壁设置的温度传感器13控制半导体热电芯片2的接通、断开和功率调节，并由热水温度显示屏18显示其加热蓄热温度，下进口8连接安全泄水止回阀15，在上出口 9和安全泄水止回阀15的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为DN15内丝接口非金属防电隔离墙16，在电热器10与安全泄水止回阀15的连接管路上设置安全接地和防漏电保护开关17 ;其中吸热罐3为垂直细长圆缺柱体，顶部外侧面开DN15内丝304不锈钢水平上进口 19，底部外侧面开DN15内丝304不锈钢水平下出口 20 ;加热罐I及其连接的中温管路与管件，需附加25mm厚的聚氨酯泡沫保温材料14。电热器10是加热罐I底部侧壁水平设置的总输入功率2kW的2对倒U型紫铜电热管
10。安全泄水止回阀15的进口安装DN15内丝304不锈钢流量开关21。
[0034]本发明实施例中:上水温度20°C、上水表压2.5bar、中温热水蓄热温度45°C、单相电源额定电压220V、额定频率50Hz、半导体热电芯片额定输入功率0.8kW及额定制热量
2.4kW、电热器输入功率2kW ;预热和保温时由温度传感器启动半导体热电芯片，在吸热罐内通过虹吸循环高效吸取上水的30°C低品位热量1.6kff,由半导体热电芯片提升为50°C高品位制热量2.4kff,并在加热罐内通过虹吸循环高效预热45°C中温热水并持温蓄热，因此半导体热泵的加热效率高达3.0，相比电热器节省耗电量70% ;而在使用热水功能时，再由流量开关启动电热器，并与半导体热电芯片一起，共同以2.8kff输入功率实现4.4kff制热量，即时加热45°C中温热水6L/min，总加热效率1.57，相比电热器节省耗电量43%;如按照预热和保温时间与即时加热时间的比例为3/1计算，则平均加热效率高达2.23，相比电热器节省耗电量55% ;从而在节省一半以上耗电量的基础上，确保热水使用效果。每台机组重量10.5kg,运行重量35.5kg,运行时无噪音。
【权利要求】
1.一种半导体热泵热水器，其由加热罐(I);半导体热电芯片(2);吸热罐(3);垂直加热翅片⑷；垂直吸热翅片(5);虹吸加热套桶(6);虹吸吸热套桶(7);下进口⑶；上出口(9);电热器(10);加热信号灯(11);防干烧开关(12);温度传感器(13);保温材料(14)；安全泄水止回阀(15);防电隔离墙(16);安全接地和防漏电保护开关(17);热水信号灯(18);吸热罐上进口(19);吸热罐下出口(20);流量开关(21)。其特征在于:由加热罐(I)、半导体热电芯片(2)、吸热罐(3)等三大部件组成；半导体热电芯片(2)的热端与加热罐(I)的加热平面紧密接触，加热平面内壁设置垂直加热翅片(4)，垂直加热翅片(4)的加热侧设置虹吸加热套桶(6)，其上部预留虹吸循环出水空间，其下部预留虹吸循环进水空间；半导体热电芯片(2)的冷端与吸热罐(3)的吸热平面紧密接触，吸热平面内壁设置垂直吸热翅片(5)，垂直吸热翅片(5)的吸热侧设置虹吸吸热套桶(7)，其上部预留虹吸循环进水空间，其下部预留虹吸循环出水空间；其中加热罐(I)为垂直细长圆缺柱体，底部外侧面开水平下进口(8)，顶面圆心开垂直上出口(9)，底部设置电热器(10)，半导体热电芯片(2)和电热器(10)在控制上与加热信号灯(11)联锁，顶面内壁设置防干烧开关(12)，中部侧壁设置的温度传感器(13)控制半导体热电芯片(2)的接通、断开和功率调节，并由热水温度显示屏(18)显示其加热蓄热温度，下进口(8)连接安全泄水止回阀(15)，在上出口(9)和安全泄水止回阀(15)的连接管路上，各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙(16)，在电热器(10)与安全泄水止回阀(15)的连接管路上设置安全接地和防漏电保护开关(17)；其中吸热罐(3)为垂直细长圆缺柱体，顶部外侧面开水平上进口(19)，底部外侧面开水平下出口(20);加热罐(I)及其连接的中温管路与管件，需附加保温材料(14)。
2.按照权利要求1所述的半导体热泵热水器，其特征在于:电热器(10)是加热罐(I)底部侧壁水平设置的倒U型金属电热管(10);或是加热罐(I)底部侧壁水平设置的高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管(10);或是加热罐(I)底部侧壁水平设置的大直径组合镍铬丝发热管(10);或是加热罐(I)底部侧壁水平设置的高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管(10);或是加热罐(I)底面外壁圆心设置的电发热盘(10);或是加热罐(I)底面外壁圆心设置的电磁式发热盘(10)。
3.按照权利要求1所述的半导体热泵热水器，其特征在于:安全泄水止回阀(15)的进口安装流量开关(21)。
【文档编号】F24H4/02GK104456937SQ201410679598
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】侴乔力, 侴雨宏, 魏蔚 申请人:侴乔力