本发明公开了一种以淋浴废水为热源的双热泵淋浴热水系统控制水温与防冻降噪的新方法及装置，属于工程热物理与卫浴技术领域。
背景技术：
在先的以淋浴废水为热源生产淋浴废水的方法及其装置最早由党坤选、路英梅发明并于1996年7月26日向中国专利局提交了发明专利申请，该申请曾获授权(名称：一种生产淋浴用热水的方法及其装置、发明专利号：zl96118737.9).然而在实际使用中该专利方法及其装置存在如下诸方面的不足：
第一是蒸发器中直接热源为水泵回收的洗浴产生的废热水，该水量以及水温并不稳定且废水路可能会因污垢毛发淤积、水泵故障等问题产生堵塞。在废水量不足或者废水路堵塞的情况下，蒸发器会结霜甚至冻裂，导致整个系统产生用户无法便捷排除的故障甚至导致设备的损坏。
第二是冬、夏两季难正常使用：冬天，当自来水温度低于7℃或以下(如我国北方地区以及长江流域的冬季)時，当使用上述专利中的部分废水分流不经过换热器的调温方法来调节淋浴出水温度时，可能会因分流过量发生蒸发温度太低导致废水结冰堵塞系统涨裂而无法使用的情况；夏天，当气温高于33℃时，地表自来水温度通常也高于25℃，这时用双通道废水分流方法调节还有部分废水会经过换热器，将出现因冷凝温度太高致输出的淋浴热水烫人。也就是说，在先专利技术方案在调温方面，较难获得温度稳定的淋浴热水，环境适用性较差且可能会因调节或吸水不正常导致蒸发器冻裂失效。
第三是淋浴水温不稳定：在前述的在早发明中，为了收集淋浴废水，人淋浴时必须站在尺寸有限的软垫上。但人的肢体动作会导致部分废水飞溅散出软垫以外从而使收集的废水量随时间变化，这导致装置输出的淋浴热水的温度也随之忽高忽低。
第四是运行过程噪声大：把压缩机和废水泵装在金属制箱体内悬挂在卫生间墙壁上与人体等高位置附近，压缩机与废水泵运行时整个箱体会产生连续的振动和很大的共鸣噪声，其状况与分体式空调器悬挂于户外的外机工作状态相似。而淋浴时该噪声源恰恰就在使用者的耳畔高度附近，实际使用体验较差。
第五是吸、排水管无法藏在墙壁(因该系统有进、出、吸、排水四根水管)内，影响卫生间的整齐美观。
技术实现要素：
本发明公开的双热泵淋浴热水系统控制水温与防冻降噪的新方法的技术方案能够克服在先专利之上述不足，不会产生蒸发器冻结而失效损坏的问题，淋浴过程中热水温度更加稳定并易于调节，环境适用性更好可以全天候正常使用，大幅度降低系统运行过程中的噪声，且保持卫生间的整齐美观；通过巧妙的结构组合设计，提高本发明装置的工作可靠性，降低制造成本。
以下将结合附图详细描述本发明内容：
附图说明
附图1是本发明所述的以淋浴废水为热源的双热泵淋浴热水系统控制水温与防冻的新方法的系统流程结构示意图。
附图2是本发明所述的以淋浴废水为热源的双热泵淋浴热水系统控制噪声的新方法的结构示意图。
附图3是本发明所述的以淋浴废水为热源的双热泵淋浴热水系统装置，把蒸发换热器和间壁式废水换热器组合设计的结构示意图。
对不影响理解本发明思想和内容完整性的组成部分在各附图中均未画出。
附图1中的序号指代含意：1-压缩机，2-冷凝加热器，3-节流阀，4-蒸发换热器，，5-间壁式废水换热器，6-淋浴喷头，7-三通废水调节阀，8-自吸废水泵，9-过滤吸盘。图中点划线代表制冷工质路线，实线代表自来水路线，虚线代表淋浴废水路线。压缩机、冷凝加热器、节流阀、蒸发换热器和金属管路焊接而成制冷系统。
附图2中的序号指代含意：10-橡胶垫脚，11-底板，12-减震橡胶垫，13-加减震橡胶垫后用螺钉紧固在底板上的机器组件，14-加减震橡胶垫后用螺钉紧固在底板上的外罩壳组件。
附图3中的序号指代含意：15-淋浴废水桶，16-螺旋套管式蒸发换热器，17-下伸的淋浴废水排水管。
参照附图1，制冷工质在制冷系统中的工作循环是：气体制冷工质在压缩机(1)中经压缩温度压力升高后流入冷凝加热器(2)，在冷凝加热器(2)通过冷凝放热变成高压液体，高压液态的制冷工质通过节流阀(3)闪发为低温气、液态混合物然后在蒸发换热器(4)中吸收能量变为低温气态，低温气态的制冷工质再由压缩机(1)压缩成高温高压气体，如此周而复始循环；
自来水路线是：自来水经管路进入蒸发换热器(4)向低温的制冷工质放热使制冷工质汽化，放热后温度降低的冷自来水在间壁式废水换热器(5)中吸收淋浴废水的热量温度升高成温自来水，温自来水在冷凝加热器(2)中通过吸收制冷工质的冷凝放热变成淋浴热水流出供人淋浴使用；
淋浴废水的工作循环是：经淋浴落下的淋浴废水汇流到生间地面的下水口处，通过遮盖在下水口上的过滤吸盘(9)滤掉毛发皮屑污垢，然后经自吸废水泵(8)吸入并加压后流入三通废水调节阀(7)分流，分流后的一路淋浴废水进间壁式废水换热器(5)与冷自来水进行换热把余热传给冷自来水后流入排水管道，分流后的另一路淋浴废水直接排入排水管道。三通废水调节阀(7)调节两路的流量比例。
本发明的双热泵淋浴热水系统控制水温与防冻结的新方法是：热泵系统工质在蒸发换热器中从自来水中吸热，从蒸发换热器流出的冷自来水在废水换热器中吸收淋浴废水热量，热泵系统工质在冷凝加热器中向获得淋浴废水余热的温自来水放热使之温度升高至淋浴热水温度供人使用；通过自动或手动方法调节进入间壁式换热器的废水量，改变从蒸发换热器流出的冷自来水经间壁式换热器换热后的升温幅度，最终实现对温自来水经冷凝加热器加热后成为淋浴热水的温度的控制。
本发明的双热泵淋浴热水系统控制水温的新方法的优越性首先在于自来水的水量和温度更为稳定，这就保证了蒸发器工作时所需低温热源的可靠性和稳定性，从而避免了在先的专利技术因调温过程中废热水通过蒸发器和废热水直接排出的比率调节的太低、废水路堵塞以及自吸式废水泵吸入废水量的变化或泵故障不吸水等情况导致的蒸发器中废水量不足进而引发的蒸发器冻结失效问题。
本发明的技术方案中蒸发器中的热源为稳定供给的自来水而不是废热水，以任意比率调节进入间壁式废水换热器的废热水量和直接导入排水管路排出的废热水量都不会造成蒸发器冻结失效的故障，因此用三通废水调节阀可以让用户更便捷的调节出水温度。在淋浴废水不经过间壁换热器全部直接导入排水管路的情况下，以压缩机功率1500瓦、淋浴热水流量5升/分钟的系统为例进行计算，经系统加热后，淋浴热水仅升温约4度；而在淋浴废水全部都进入间壁换热器的情况下，按双热泵7倍能效计算，经系统加热后，淋浴热水可升温30度。考虑到自来水水温冬天约为10度而在夏天不到30度，这也就是说用本发明的新方法的热泵系统，一年四季无论寒暑都能生产40度左右可调的淋浴热水供人使用。而且本方案中温度可调节的跨度非常大，真正能按用户需要来调节淋浴热水温度，解决了在先专利技术系统夏季热水温度太高用户难于调控的难题。
对于某些特殊地域环境冬天自来水温度太低的特殊情况，可通过加装辅助电加热器，必要时开启提高自来水初始温度。这样就保证了系统在极端低温条件下的工作可靠性，较在先的专利技术大幅提高了系统的环境适用性。
在使用过程中淋浴废水流量都能确保稳定的条件下，本发明的双热泵淋浴热水系统控制水温与防冻结的新方法还可以变通为：自来水首先经三通式调节阀分成两路：一路直接进冷凝加热器加热成淋浴热水，另一路先在间壁式废水换热器中吸热后再进冷凝加热器中加热成淋浴热水供人使用；通过调节两路自来水的分配比例最终控制淋浴热水温度适合淋浴。采用这样的设计，既能保证防冻结，又能获得理想的淋浴温度，同时机器运行能效比高，可取得更佳的节能效果。
以下描述本发明控制噪声的新方法：
传统的空调室外机结构，是把压缩机固结在以压痕增加刚度的底板上，侧板和上盖板则用螺钉与底板紧紧地固结在一体从而使整个壳体形成一刚体结构。尽管如此费心，几乎所有的室外机工作时都会有较大的共振噪声。
本发明控制噪声的新方法是尽可能增大底板的质量和刚度，把工作时产生噪声的压缩机和废水泵加上减震的橡胶垫后紧紧固定在底板上；蒸发换热器、冷凝加热器及间壁式废水换热器等其它部件也是加上减震的橡胶垫然后紧紧固定在底板上；在底板周圈上面若干连接孔处放减震橡胶垫，然后用螺钉将外罩壳和底板夹减震橡胶垫连接在一起。注意该连接方法应使底板与外罩壳形成柔性连接而非空调壳体那样的刚性连接，系统的外罩壳内壁与底板上固定的的所有部件均无接触且留有10毫米左右的间隙，系统的外罩壳与底板除在螺钉连接处经间隔减震橡胶固接在一起外，其余其它部位均不相接且在连接后留有间隙。底板下面固定几处橡胶减震垫脚，也可以把减震橡胶垫脚制成“u”型橡胶条分成小段套在底板支撑端，然后把系统和承重端连接稳定。应注意罩壳亦不应与其它物件接触。
为了更进一步提高降噪效果，在外罩壳里面可粘接一层降噪阻尼膜或者把该膜直接套覆在机器上再套外罩壳。采用这样的隔离与减震设计方法后，无论外罩壳采用何种材质具有何种刚性，都不会与底板系统发生共振从而降低了系统工作时的噪声。
本发明的装置可以安装于墙面也可以落地安装，限于家庭卫生间使用的具体条件，把装置固定在墙壁上时淋浴时人耳离噪声源更近，所以系统以落地放置的时候更为理想和安装简单方便。固定于墙面安装时，承重支架连接处应用螺栓可靠紧固。
具体实施方式
参照附图2，按本发明的方法制作的装置，为提高底板(11)的刚度，把钢板用冲压方法直接冲压出周圈下沿，下沿朝向地面，在上平面安装装置部件和外罩壳(14)；也可如图2所示直接用较厚钢板折成“u”型结构，翻边朝向地面，在上平面安装装置部件和外罩壳(14)；底板(11)上平面加橡胶减震垫紧固各机器部件(13)；外罩壳(14)下部数点加橡胶减震垫再用螺钉柔性固接在底板(11)上平面。外罩壳(14)周圈除加橡胶减震垫(12)的几处外，其余部分均与底板(11)上平面间不接触且留有间隙。
为适应洗浴或美观需要，外罩壳的外部形状设计可以是钢板拉伸成的桶状，也可用吸塑或注塑的方法制造。如落地放置，可制成如兀凳、椅子等形状供人洗浴时使用，还可设计成浴盆形状或淋浴盘、淋浴房等形状，底板直接隐藏于具体外罩壳的下面；外罩壳和底板分别加减震橡胶垫连接于承重端。水管路等尽量隐藏在外罩壳背面以求整洁美观。
参照附图3，套管式换热器(16)的内管为紫铜管或不锈钢管，从节流阀过来的汽液混合物在内管中自上而下穿过螺旋套管吸收自来水热量蒸发汽化后去往压缩机；自来水自下而上通过套管内外管之间的间隙去往冷凝换热器；淋浴废水从淋浴废水桶(15)上端进入桶内，把余热通过套管式换热器(16)的外管传给自来水，自来水把从淋浴废水获得的热量部分用于提高自来水自身温度，部分传给内管中的工质使之汽化；换热后温度降低的淋浴废水从淋浴废水排水管(17)下伸进淋浴废水桶(15)底部的下端进入管内顺管排出。采用这种蒸发器和换热器一体化方案，由于淋浴废水水路压力很小外筒所用材质的选择性就更多，本方案减少了承压部件和管路连接点，在降低了材料制造成本的同时，不但提高了装置工作的可靠性还减小了装置体积并提高了废水换热效率。应提及的是，附图3仅仅是为了便于读者理解蒸发器换热器一体化方案所展示的其中一种具体实施方法，此外还有多层套管式、多层套筒式等其它方式可用于本发明所涉及的多个换热部件组合设计，技术人员根据实际情况选择具体形式。
值得注意的一点是：蒸发、冷凝、换热器还可多组合都设计成套管式结构或套筒式结构盘在底板上，中间形成的圆形空间将压缩机、吸水泵等安装在里面，这样更能降低机器工作时的噪声。
在成本允许的情况下，装置可装备变频压缩机，通过变频改变压缩机输出能力匹配水量水温变化，从而使调节过程更节能，更好地适应变工况需求。