一种废热回收型家用空气能热泵热水器的制作方法

本实用新型涉及空气能热泵领域，具体为一种废热回收型家用空气能热泵热水器。

背景技术：

随着生活水平的提高，家庭生活对热水的需求量越来越多。常见家庭获取热水的方式主要有太阳能热水器，电热水器和燃气热水器以及近几年出现的空气能热泵热水器。太阳能热水器利用真空管或平板集热器将太阳光辐射转化为热能制造热水，具有安全节能环保的优点，但是热水产量受天气影响很大。特别是在冬天和阴雨天气，热水需求量大的季节，由于天气的原因往往是热水不足，为满足生活热水需要采用其他的方式来制造热水，太阳能热水器使用具有很大的季节局限性。储水式电热水器，作为最传统的制热水方法，具有热水量稳定，使用方便，水温度高，不受天气影响，成本低等优点，但是电热水器由于采用电加热管直接加热冷水，容易造成漏电问题，严重的会造成触电事故，在安全性方面存在巨大隐患。燃气热水器是采用天然气燃烧加热冷水，具有热水量充足，体积小，使用方便等优点，但是燃气热水器由于采用燃烧的方式，除需要保证一定的水压，还要求通风良好，否则会造成燃气泄漏引发煤气中毒等安全问题，同时使用成本偏高。

为了解决传统制热水方式出现的各种问题，出现了空气能热泵热水器。空气能热泵热水器是利用逆卡诺循环原理，利用制冷剂的相变原理，将低温空气中的热量吸收，通过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温。这种热水器高效节能安全，其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能热水器的2倍，具有节能环保安全省电的优点。但是，由于空气能热泵热水器是采用制冷剂的相变原理来实现吸收外界空气的热能来制造热水，当室外环境温度很低时，制冷剂无法从环境中吸收足够的热能来制造热水，就会出现热水供应不足的问题，同时当室外环境湿度较大时，空气能热水器室外机的蒸发器就会严重结霜，霜层阻碍制冷剂与空气进行热量交换，空气能热水器就处于失效状态，无法正常工作。一般洗浴时，热水的热能利用率很低，洗浴热水的温度一般在45度左右，而洗浴后的废水的温度相比干净热水，温度仅仅降低了5度左右，不仅造成了大量的能源浪费，还会造成废热污染。如果能够对洗浴废水中的热能进行回收利用，不仅可以降低能源浪费还可以降低家庭的热水使用成本。

因此，为了解决传统太阳能热水器，电热水器，燃气热水器存在的问题和空气能热水器存在的低温使用难题，有必要开发一种废热回收型家用空气能热泵热水器。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种废热回收型家用空气能热泵热水器及其制热、除霜方法，通过废水换热器回收洗浴废水和生活废水中的热能，解决了能源浪费问题，降低了使用成本，补充了热能，解决了空气能热泵热水器在低温环境制热不足，结霜严重，化霜不彻底甚至无法正常使用的难题。

实现本实用新型的目的的技术方案是：一种废热回收型家用空气能热泵热水器，包括压缩机、四通阀、储水箱、经济器、电子膨胀阀、第一气液分离器、废水储水器、翅片蒸发器和第二气液分离器，所述压缩机设有排气口、吸气口和补气口，所述压缩机的排气口通过管道与四通阀的a端口连接，所述压缩机的吸气口与所述第二气液分离器连接，所述第二气液分离器与所述四通阀的c端口连接，所述储水箱的内胆外盘有微通道换热器，所述四通阀的b端口通过管道与微通道换热器连接，所述储水箱和经济器之间设有第一三通，所述第一三通与经济器的a端口连接，所述经济器的b端口通过管道与所述电子膨胀阀连接，所述第一三通与所述经济器的c端口连接，所述经济器的d端口与所述压缩机的补气口连接，所述电子膨胀阀与所述第一气液分离器连接，所述第一气液分离器的两端分别连接废水储水箱和翅片蒸发器，所述废水储水箱和翅片蒸发器同时连接第二三通，所述第二三通与所述四通阀的d端口连接。

进一步地，所述电子膨胀阀的两侧管道中设有过滤器，用于过滤进出电子膨胀阀的制冷剂，可以防止制冷剂中的杂质阻塞电子膨胀阀。

进一步地，所述第一三通与所述经济器的c端口连接的管路中依次设有电磁阀和热力膨胀阀，所述电磁阀用于控制制冷剂的通断，所述热力膨胀阀用于控制进入经济器制冷剂的流量大小。

进一步地，所述废水储水器中设有废水换热器，所述第一气液分离器与所述废水换热器连接，所述废水储水器和第二三通连接的管路中设有单向阀，所述废水储水器用于储存洗浴废水和其他生活废水，具有过滤杂质的作用；所述废水换热器，为盘管式换热器，制冷剂在内部蒸发与废水进行换热，吸收废水中的热量；所述单向阀用于制冷剂的单向流动，阻止化霜模式运行时制冷剂进入废水换热器，避免冻结问题。

进一步地，所述压缩机和四通阀连接的管路中设有高压开关，所述高压开关具有过压保护压缩机的功能；所述压缩机和第二气液分离连接的管路中设有低压开关，所述低压开关防止压缩机低压状态运行，保护压缩机。

进一步地，所述第一气液分离器为重力式气液分离器，采用重力原理，将低压液体制冷剂进行分离，气态制冷剂从上部流出，液态制冷剂和冷冻润滑油从下部流出，所述第一气液分离器的上部与翅片蒸发器连接，所述第一气液分离器的下部与废水换热器连接。

进一步地，所述翅片蒸发器的上端设有风机，所述风机用于加速空气流动，加大翅片换热器的换热量。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

本实用新型能够对洗浴废水中的热能进行回收利用，不仅可以降低能源浪费还可以降低家庭的热水使用成本；同时补充了热能，解决了空气能热泵热水器在低温环境制热不足，结霜严重，化霜不彻底甚至无法正常使用的难题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、压缩机，2、高压开关，3、四通阀，4、储水箱，5、微通道换热器，6、第一三通，7、经济器，8、电磁阀，9、热力膨胀阀，10、电子膨胀阀，11、过滤器，12、第一气液分离器，13、废水储水器，14、废水换热器，15、单向阀，16、翅片蒸发器，17、风机，18、第二气液分离器，19、低压开关，20、补气口，21、第二三通。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示的一种废热回收型家用空气能热泵热水器，包括压缩机1、四通阀3、储水箱4、经济器7、电子膨胀阀10、第一气液分离器12、废水储水器13、翅片蒸发器16和第二气液分离器18，所述压缩机1设有排气口、吸气口和补气口20，所述四通阀3改变制冷剂的流通方向，实现制热和化霜模式的转换。所述压缩机1的排气口通过管道与四通阀3的a端口连接，所述压缩机1的吸气口与所述第二气液分离器18连接，所述第二气液分离器18与所述四通阀3的c端口连接，所述第二气液分离器18防止液体制冷剂进入压缩机1，形成液击，损坏压缩机1。所述储水箱4的内胆外盘有微通道换热器5，所述四通阀3的b端口通过管道与微通道换热器5连接，所述储水箱4和经济器7之间设有第一三通6，所述第一三通6与经济器7的a端口连接，所述经济器7的b端口通过管道与所述电子膨胀阀10连接，所述第一三通6与所述经济器7的c端口连接，所述经济器7的d端口与所述压缩机1的补气口连接，所述压缩机1的补气口20，用于在经济器7蒸发的制冷剂气体进入压缩机1进行二次压缩。所述电子膨胀阀10与所述第一气液分离器12连接，所述第一气液分离器12的两端分别连接废水储水箱13和翅片蒸发器16，所述废水储水箱13和翅片蒸发器16同时连接第二三通21，所述第二三通21与所述四通阀3的d端口连接。

所述电子膨胀阀10的两侧管道中设有过滤器11，用于过滤进出电子膨胀阀10的制冷剂，可以防止制冷剂中的杂质阻塞电子膨胀阀10。所述电子膨胀阀10用于控制进入翅片蒸发器16制冷剂的流量，具有减压节流的作用。

所述第一三通6与所述经济器7的c端口连接的管路中依次设有电磁阀8和热力膨胀阀9，所述电磁阀8用于控制制冷剂的通断，所述热力膨胀阀9用于控制进入经济器7制冷剂的流量大小。

所述废水储水器13中设有废水换热器14，所述废水储水器13和第二三通21连接的管路中设有单向阀15，所述废水储水器13用于储存洗浴废水和其他生活废水，具有过滤杂质的作用；所述废水换热器14为盘管式换热器，制冷剂在内部蒸发与废水进行换热，吸收废水中的热量；所述单向阀15用于制冷剂的单向流动，阻止化霜模式运行时制冷剂进入废水换热器14，避免冻结问题。所述第一气液分离器12为重力式气液分离器，第一气液分离器12的上部与翅片蒸发器16连接，第一气液分离器12的下部与废水换热器14连接，采用重力原理，将低压液体制冷剂进行分离，气态制冷剂从上部流出，液态制冷剂和冷冻润滑油从下部流出。所述翅片蒸发器16的上端设有风机17，所述风机17用于加速空气流动，加大翅片换热器的换热量。

所述压缩机1和四通阀3连接的管路中设有高压开关2，所述高压开关2具有过压保护压缩机1的功能；所述压缩机1和第二气液分离18连接的管路中设有低压开关19，所述低压开关19防止压缩机1低压状态运行，保护压缩机1。

本实用新型的工作原理如下：

制热运行原理：

压缩机1将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压状态，通过排气口进入四通阀3，此时四通阀3不通电，经过四通阀3后进入到储水箱4内胆外盘的微通道换热器5，高温高压制冷剂在微通道换热器5中与水箱内胆进行热量交换，水箱内胆再将热量传递给冷水，加热水温。高温高压的制冷剂气体逐渐冷凝为液体，液体制冷剂在压缩机1的持续增压下经过第一三通6，此时电磁阀8为通电状态，一部分通过电磁阀8和热力膨胀阀9进入经济器7，从经济器的c口进入，从d口流出，该部分制冷剂为支路，在经济器7内蒸发汽化为气体制冷剂，通过压缩机1的补气口20进入压缩机1进行再次循环。另一部分制冷剂通过第一三通6后，从经济器7的a口进入经济器7，从b口流出经济器7，该部分为主路。在经济器7内部，支路部分制冷剂蒸发吸收主路制冷剂的热量汽化，使得主路制冷剂温度降低，过冷度增加，由b口流出的主路制冷剂，经过过滤器11后进入电子膨胀阀10。在电子膨胀阀10的减压节流作用下，主路制冷剂变为低温低压的制冷剂液体并进入第一气液分离器12，在第一气液分离器12中，液体制冷剂和润滑油由下部进入废水储水箱13中的废水换热器14内，由于废水的温度远高于制冷剂的沸点，液态制冷剂蒸发吸收废水中的热量，变为常温低压制冷剂蒸汽，通过单向阀15后达到翅片蒸发器16的出口。在第一气液分离器12中分离出的气液混合制冷剂从上部进入翅片蒸发器16，在17风机的作用下，翅片蒸发器16内部液体制冷剂与空气进行热量交换，吸收空气中的热量变为常温低压的制冷剂气体，在第二三通21处，与在废水换热器14中蒸发的常温低压的制冷剂气体混合。混合后的制冷剂气体，经过四通阀3回到第二气液分离器18中，气体通过管道回到压缩机1的吸气口，进入下一循环中。

化霜运行原理：

当室外环境温度很低且湿度较大时，翅片蒸发器16会从底部开始慢慢结霜，当霜层达到一定程度时，系统进入化霜模式。此时四通阀3通电，改变制冷剂流动方向，经过压缩机1压缩的高温高压制冷剂气体进入翅片蒸发器16，此时风机17停止运行，高温高压的制冷剂气体在翅片蒸发器16内将热量传递给翅片换热器，翅片换热器温度升高，将霜层融化，达到化霜的作用。高温高压制冷剂气体冷凝成液态，经过第一气液分离器12后通过电子膨胀阀10，由于电子膨胀阀10的减压节流作用，制冷剂液体变为气液混合状态，经过滤器11后进入到经济器7中，此时电磁阀8为断电状态，然后通过经济器7进入到微通道换热器5中，吸收热水的热量，蒸发成气态。最后，依次进过四通阀3和第二气液分离器18后回到压缩机3，完成化霜模式循环。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。