应对气候变化的热泵与热水器和节水器组合家用电器系统技术方案

一种应对气候变化的热泵与热水器和节水器组合家用电器系统，它是以节水系统配合分两级加热的热水器回收热泵的冷凝热，构成整个系统的家用设备在功能上相对独立，在控制上相对集中。它主要有明显的节能效果，因而减少电能需求、减少碳排放，能够抑制夏季用电高峰，它也有节水效果。它妥善解决了冷凝热回收技术应用于家用电器的几个技术难题，提出和解决了冷凝热回收技术热水器的水温控制问题，其技术方案适合冷凝热回收技术大规模普及应用于家用空调和冰箱。在应对气候变化方面，整个系统有减少碳排放造成的温室效应和直接降低夏季近地面大气层温度的双重功效。在大量使用时实际上提供了一种人为控制大气层近地面温度的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种家用电器系统，尤其是主要由家用冷凝热回收热泵装置与家用热水器和 家用节水系统组成的，主要有节能效果，因而减少电能需求、减少碳排放的，包括节水效果 的，在大量使用后能够直接降低夏季近地面大气层温度的家用电器系统。构成整个系统的家 用设备在功能上相对独立，在控制上相对集中。
技术介绍
目前，公知的家用全封闭贮水式电热水器主要由外壳、保温层、承压内胆、电加热管构 成，其工作原理是靠电加热管加热贮存在承压内胆中的水。公知的家用热泵装置包括空调器和电冰箱，主要由压縮机、冷凝器、节流装置和蒸发器 组成，内部充满制冷剂。以单冷空调器为例，其工作原理是低压的制冷剂被吸入压縮机， 被压縮成高温高压的制冷剂；而后，气态制冷剂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中， 逐渐冷凝成高压液体制冷剂；接着，通过节流装置降压降温，又变成低温低压的气液制冷剂 混合物。此时，气液混合的制冷剂进入室内的蒸发器，通过吸收室内空气中的热量而不断汽 化，这样，房间的温度降低了，制冷剂也又变成了低压气体，重新进入了压缩机。如此循环 往复，空调就可以连续不断地运转工作了。电冰箱的制冷原理与空调类似。公知的具有热回收功能的中央空调系统主要由压縮机、水冷冷凝器、冷却水塔、节流装 置、蒸发器组成，其制冷原理与家用空调类似，其节能原理是利用水冷冷凝器散发的废热加 热自来水，得到生活用热水，通过减少生活热水所需能量消耗达到节能效果。用水冷冷凝器 散发的废热加热自来水时，其自来水量应与建筑的冷负荷及水冷冷凝器所需的冷却水量相匹 配，保证制冷机安全正常运行。但是各类建筑的冷负荷与冷却水量的变化规律与其自来水用 水量的变化规律不尽相同，要做到最佳匹配比较困难。在实际冷却水量与所需冷却水量的匹 配方面，中央空调系统有独特的优势，中央空调系统可以通过控制冷却水塔向大气排放的散 热量来解决实际冷却水量与所需冷却水量的匹配问题。公知的家用空调冷凝热回收技术方案主要有2种。第1种技术方案的特点是把水冷冷凝 器安装在一个容积很大的全封闭贮水式保温内胆中，保温内胆兼作热水器使用，以大量储存 的冷却水防止水冷冷凝器因冷却水量不足带来的制冷效率下降问题；第2种技术方案的特点 是仿照具有热回收功能的中央空调系统的做法，附带安装有一个室外空气冷却的冷凝器，以此弥补室内安装的布置在贮水式保温内胆中的水冷冷凝器有时因冷却水量不足带来的制冷效 率下降问题。公知的电冰箱冷凝热回收技术方案主要是把水冷冷凝器布置在一个全封闭贮水式保温内 胆中，保温内胆兼作热水器使用，并利用保温内胆中安装的电加热管辅助加热，以保证热水 器出口热水温度。但是，综上所述，现有家用空调的室外机向大气直接散热，加剧了气候变暖的趋势。现有的电冰箱向室内空气直接散热，导致室温升高，在夏季增加了空调的制冷负担。而对于家 用冷凝热回收热泵装置，由于其结构相对于中央空调等大中型热泵装置简单得多，现有的冷 凝热回收技术方案要想解决实际冷却水量与所需冷却水量的匹配难题就要付出很高的代价， 有的技术方案因为热水器容积太大导致批量生产困难、所需安装空间较大、热水器外壳散热 面积大、胆内热水温度往往不够高、使用不便，还有的技术方案因为系统复杂导致造价高、 安装复杂、控制复杂、总体节约效果欠佳，更有一些技术方案没有考虑到水量匹配问题；还 有一个热回收技术难题是热水器的水温控制问题，其控制难点在于热水器要求保温胆内的水 温度升高到设定点，而热泵要求保温胆内的水温度最好总是低的，尚未见到公知的家用冷凝 热回收热泵装置技术方案中提出和解决这个问题。
技术实现思路
为了克服现有空调和热水器加剧气候变暖趋势，现有家用冷凝热回收热泵装置技术方案 存在使用不便、系统复杂、造价太高、控制复杂、安装复杂、总体节约效果欠佳，难以普及 的不足，本专利技术提供一种热泵与热水器和节水系统组合而成的家用电器系统，不仅妥善解决 了冷凝热回收热泵装置水量匹配问题，还提出和解决了热水器的水温控制问题。整个系统有 节能效果，包括节水效果。在应对气候变化方面，整个系统有减少碳排放造成的温室效应和 直接降低夏季近地面大气层温度的双重功效。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是以节水系统配合分两级加热的热水器回收 热泵的冷凝热。本专利技术有四大技术特征第一采用及时排水的方法解决实际冷却水量与所需 冷却水量的匹配难题；第二采用分两级加热的方法解决热水器的水温控制问题；第三利用节 水系统或者其它保温容器解决及时排水引起的浪费水问题；第四是热泵制冷产生的废热以热 水的形式通过下水道直排地下，从而直接降低夏季近地面大气层温度。下面以家用热泵中的 空调为例具体说明本专利技术的技术方案。本专利技术利用一个全封闭贮水式电热水器的基本构造，包括公知的外壳、保温层、承压内 胆、温度开关、电加热管。热水器有两个出口， 一个是主出口，另一个是旁路出口， 一个带 电打开失电关闭的两位两通电磁阔安装在热水器的旁路出口上，这个电磁阀就是解决实际冷 却水量与所需冷却水量的匹配难题的关键部件，以下用"排水电磁阀"这个名词特指这个关 键部件。空调的冷凝器安装在热水器内胆里面的底部，冷凝器两端连通铜管，铜管穿出热水 器，穿出热水器的铜管把膨胀阀、蒸发器、压縮机连接起来，用公知的方法组成一个空调器。 以下用"初级热水器"这个名词特指这个内胆里面安装有热泵的冷凝器和电加热管的热水器。空调室内机安装在卫生间墙壁外侧的居室内部，由蒸发器包括风扇、电子控制器构成， 其中的电子控制器承担包括空调、热水器和排水电磁阀的整个系统的控制任务。空调压縮机、 空调膨胀阀、热水器布置在同一个金属外壳中，壁挂式安装在卫生间墙壁内侧。卫生间墙壁 钻一个孔，连接墙壁两侧空调部件的铜管、电线从孔中穿过。排水电磁阀出口用管路连接到一种接力式节水系统的接力桶。接力式节水系统是将己经 使用过一次的但是仍然比较干净的自来水收集起来，暂时存储在一种带有溢流管的储水箱内， 位于储水箱底部的出水口通过管道向抽水马桶供水。这种储水箱在接力式节水系统中起着承上启下的核心作用，所以命名为接力桶。由于有接力桶的存在，使得家庭生活用水的废水 被回收，二次利用，达到节水效果。在本专利技术中，排水电磁闽出口排出的是热水，所以必须 给接力桶外壳加装保温层，这样空调制冷产生的废热才能以热水的形式最终排入地下。以下 用"保温节水箱"这个名词特指这个带有溢流管，外壳加装保温层，内胆与大气连通，能够 接收和储存排水电磁阀排水并且二次利用的保温容器。热泵、热水器、节水系统，这三个主要部分构成了本专利技术。下面分别说明这三个部分的 工作原理和整个家用电器系统的工作原理，重点说明本专利技术是如何采用及时排水的方法解决实际冷却水量与所需冷却水量的匹配难题；如何采用分两级加热的方法解决热水器的水温控 制问题；如何解决及时排水引起的浪费水问题的。其中冷凝热回收热泵的工作原理是冷凝器置于初级热水器内胆中，热泵在制冷过程中， 冷凝器散发的热量被初级热水器中的水吸收，使得初级热水器中的水温升高，利用冷凝器散 发的废热加热水，达到了节能效果。当初级热水器中的水温升高到一定程度后，就会反过来 阻碍冷凝器散热，这时排水电磁阀在控制器的控制下打开，排出初级热水器中的热水，新的 冷水随即补入，冷凝器又可以正常散热了。这样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种家用电器系统，包括由热泵和热水器组成的冷凝热回收装置，其特征是：整个系统主要由热泵、初级热水器、保温接力桶、排水电磁阀等设备组成，　　　　其中热泵可以是电冰箱，也可以是空调，空调室内机可以安装加热空气用的电加热器件，　　　　其中初级热水器的特征是采用全封闭贮水式电热水器的基本构造，包括外壳、保温层、承压内胆、温度开关，可以有电加热管，承压内胆里面的底部安装有热泵的冷凝器，初级热水器出水口可以带流量开关，　　　　其中保温接力桶的特征是桶壁、桶底和桶盖均覆盖有保温层，桶内有气孔或缝隙与大气相连通，桶内带有溢流管，溢流管的出口连通到下水道或者抽水马桶等卫生洁具的冲水口的入口，保温接力桶溢流水位附近可以安装水位报警信号器，报警信号器发出的表示水位已经到达溢流水位的报警信号电连接到控制器，保温接力桶可以是节水系统中带保温层的储水箱；也可以是带保温层的节水用洗澡盆，洗澡盆可以带可移除的有气孔的保温上盖；也可以是带保温层的浴缸，浴缸可以带可移除的有气孔的保温上盖；也可以是带保温层的抽水马桶水箱，　　　　其中排水电磁阀的特征是带电打开，失电关闭的两位两通电磁阀，排水电磁阀的入口连通初级热水器的出水口，排水电磁阀的出口连通到保温接力桶的内胆，包括采用两个排水电磁阀串联在同一个初级热水器与保温接力桶的连通管路中，包括在排水电磁阀所在管路中安装节流片或节流阀，排水电磁阀的阀体及其连通管路可以带保温层，　　　　构成整个家用电器系统的设备在功能上相对独立，在结构上彼此联系，在控制上相对集中。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林峰，
申请(专利权)人：林峰，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]