CN100592018C - 热水热交换器以及使用热水热交换器的中央空调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热水热交换器以及使用热水热交换器的中央空调。热水热交换器包括壳体、设于壳体内的制冷剂管、冷水进管、热水出管，壳体内设有筒口朝下的集气筒，制冷剂管环绕在集气筒外。使用这种热水热交换器的中央空调，由压缩机、换向阀、表冷器、热交换器、电子膨胀阀构成A机循环系统、B机循环系统，A、B机循环系统分别通过热水电磁阀与热水热交换器的A、B制冷剂管构成回路，设有电磁阀的若干路风机盘管、地暖盘管通过循环水泵与热交换器的水管连通。本发明集地暖、空调、制取热水于一体，能源利用率高，提高换热效率。通过两级压缩，确保匹配容易，使用地区范围广。而且热水热交换器的内胆在水温升高时不易破裂，确保使用寿命。

Description

热水热交换器以及使用热水热交换器的中央空调

技术领域

本发明涉及一种热水热交换器以及使用热水热交换器的中央空调。

背景技术

热水热交换器是通过吸收由压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气所释放的热量来使水温升高，以供用户使用。中国专利文献200520113856.6公开了一种“空调热水交换器”，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管、干燥器和电磁阀、单向止回阀、冷媒管，还包括四通阀、热水交换器、温度传感器和储热水箱。由单制冷、制冷制热、单独制热四个部分构成。热水交换器由换热管和不锈钢储水筒体构成。换热管装于不锈钢储水筒体中，冷媒入口位于换热管的上部，冷媒出口位于换热管的下部。不锈钢储水筒体底部设有冷水入口，顶部设有热水出口。这种结构的热水热交换器虽然已利用空调压缩机来制取热水，成本低，利用率高，但是在制取热水时由于水温升高，导致热水器内压力增大，易造成热水器内胆开裂。再一个，现有的热水热交换器的换热管的排列比较单一，一般均简单地采用依次自上而下螺旋环绕设置，没有充分利用换热效率，换热效果不理想，浪费能源。

中国专利文献200420018945.8公开了一种“复叠式热泵户式中央空调”，冷热交换器为能储热冷凝蒸发器内置换热管，冷热交换器一端通过四通换向阀的c与b与二级变频压缩机介质输入端连接，二级变频压缩机输出端与四通换向阀a和d连接，此管路连接板式换热器，板式换热器与冷凝蒸发器的换热管连接管路上安装热力膨胀阀，板式换热器通过循环水泵与室内的风机盘管相连。这种结构的中央空调虽然实现了既能在夏季空调制冷，又能在冬季取暖和提供生活用热水，但是由于它的制冷剂循环回路只有一个，为了实现二级压缩，造成结构及制造工艺复杂，成本较高，而且不易匹配，适合使用的地区受到限制。

发明内容

本发明主要解决原有的热水热交换器水温升高时内胆易开裂的技术问题；提供一种水温升高时确保内胆不易开裂的热水热交换器。

本发明同时解决原有的热水热交换器换热管排列单一，换热效率不高，能源浪费的技术问题；提供一种改进换热管的设置结构，充分利用能源，提高换热效率的热水热交换器。

本发明又解决传统的中央空调采用一个制冷剂循环回路，造成结构复杂，不易匹配，适合使用的地区受到限制的技术问题；提供一种通过使用改进结构的热水热交换器连接双制冷剂循环回路，确保匹配容易，使用地区范围广，无需存储水箱，能提供即时生活热水的使用热水热交换器的中央空调。

本发明还解决通过传统的中央空调制取热水的系统无法在寒冷地区低温环境下提供生活热水的技术问题；提供一种在寒冷地区低温环境下通过中央空调系统的预热提供生活热水的使用热水热交换器的中央空调。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的热水热交换器包括壳体、设于壳体内的制冷剂管、冷水进管、热水出管，所述的壳体内设有集气筒，集气筒的筒口朝下，所述的制冷剂管环绕在所述的集气筒外。集气筒内存贮有一定压力的气体，通过冷水进管向热水热交换器壳体内灌冷水时，集气筒口存在水封现象，使集气筒内外的气压相等。当壳体内的水由制冷剂管加热后，水温升高，压力增大，热水压入集气筒内，集气筒内的气体被压缩，热水热交换器中膨胀的水的体积通过集气筒中的气体压缩消除了，确保壳体内热水的压力不继续增大，从而确保热水热交换器的壳体不会因水温升高而开裂。

作为优选，所述的制冷剂管为单回路多分支制冷剂管或多回路单分支制冷剂管或多回路多分支制冷剂管，制冷剂管自上而下以“人”字形交叉环绕所述的集气筒。使制冷剂管中的制冷剂，一部分以顺时针方向流动，另一部分以逆时针方向流动，将壳体内水流的方向多次改变，大大增加了水循环的湍流，增加换热效率，使能源得到充分利用。

作为优选，所述的交叉环绕在集气筒外的制冷剂管与水平方向的夹角为4°～8°。

作为优选，所述的集气筒上方设有若干个制冷剂分液头，每个制冷剂分液头分别与穿入所述的壳体的本回路的制冷剂气管相连，每个制冷剂分液头又分别与本回路的多分支制冷剂管相连，所述的集气筒下方设有环状的分别连通本回路的多分支制冷剂管的制冷剂集液管，穿入壳体的制冷剂液管分别与本回路的制冷剂集液管连通，所述的多分支制冷剂管与本回路的制冷剂集液管的连接点均布于环状的制冷剂集液管上。制冷剂从制冷剂气管流入，又分散成若干路流入分支制冷剂管，再在下端的集液管汇集，经制冷剂液管流出。根据不同需要，构成单回路多分支制冷剂管或多回路多分支制冷剂管。进一步增加制冷剂与水的接触面，确保换热更均匀，提高换热效率。制冷剂管可以采用内径较小的铜管，与大管径相比较，同等交换面积的体积缩小。

作为优选，所述的制冷剂气管及制冷剂液管从所述的壳体的底部穿入壳体内，且制冷剂气管穿过所述的集气筒；所述的冷水进管从所述的壳体的底部穿入所述的集气筒内，冷水进管位于集气筒内的部分呈倒U型设置于集气筒下部；所述的热水出管从所述的壳体的底部穿入且穿过所述的集气筒，热水出管位于壳体内的管口设置于集气筒的顶部的上方。冷水进管的设置，确保集气筒的水封效果。热水出管的设置，根据上热下冷的原理，确保灌入热水热交换器的冷水温度不影响放出的热水温度。

作为优选，所述的壳体包括外壳和内胆，外壳和内胆之间夹有保温层，所述的外壳由金属薄板材料制成，所述的内胆由不锈钢材料制成，所述的保温层由聚氨酯发泡制成。确保减少热量损失。

本发明的使用上述热水热交换器的中央空调，由压缩机、换向阀、表冷器、热交换器、电子膨胀阀构成的制冷剂循环系统，设有电磁阀的若干路风机盘管通过循环水泵与热交换器的水管连通，主控制器与压缩机、换向阀、电子膨胀阀、房间温控手操器电连接；所述的制冷剂循环系统包括A机循环系统、B机循环系统，A机循环系统通过第一热水电磁阀与热水热交换器的A制冷剂管构成回路，B机循环系统通过第二热水电磁阀与热水热交换器的B制冷剂管构成回路，第一、第二热水电磁阀与所述的主控制器电连接。制冷状态下，热水热交换器中的A、B制冷剂管分别与A机、B机循环系统中的热交换器构成回路，热交换器吸收的热量由A、B制冷剂管释放到热水热交换器中，加热水温；制热状态下及主机待机状态下，热水热交换器中的A、B制冷剂管分别与A机、B机循环系统中的表冷器构成回路，表冷器吸收的热量由A、B制冷剂管释放到热水热交换器中，加热水温。上述的加热过程，均为边进冷水边出热水的即时加热方式，用水量不受热水热交换器容积的限制，通过热水热交换器连接A、B制冷剂循环回路，确保匹配容易，使用地区范围广。

作为优选，所述的热水热交换器的热水出管通过生活用水循环泵与储水箱连通，所述的储水箱上部设有生活用水出水管，储水箱中设有与主控制器电连接的温度传感器，所述的热水出管上设有流量开关，所述的冷水进管上设有冷水电磁阀。目前市场上的压缩机的压缩比(高压压力/低压压力)不能大于9的安全比例。寒冷地区的环境温度低于-7度后，如果要求水温加热到40～45度，压缩比将达到极限，造成压缩机本身安全运行系数降低，效率也低。另一方面，市场上能够适用220V交流电源的压缩机最大功率是3P的，两台压缩机在两极运行时产生的热量不能即时地直接地将寒冷地区的自来水直接加热到40～45度，所以必须增加储水箱。这种工作状态下，A机循环系统将空气中汲取的热能释放到A机的换热器中，通过循环水泵，利用室内空调的风机盘管水系统作为中间交换，B机循环系统从B机的换热器中汲取热能并通过热水热交换器中的B制冷剂管散热升高温水，完成两级压缩，热水热交换器中的热水释放到储水箱中，预热储水箱中的水。

作为优选，所述的循环水泵还与若干路地暖盘管系统连通，所述的地暖盘管系统包括设有地暖电磁阀的地暖盘管，地暖盘管通过所述的循环水泵与热交换器的水管连通，地暖电磁阀与地暖水阀控制器电连接，地暖水阀控制器与主控制器电连接。通过循环水泵，将A、B机循环系统中的热交换器释放的热能流向地暖盘管，实现地暖制热。从而实现集地暖、制取热水于一体的中央空调。

作为优选，所述的A机循环系统的压缩机、换向阀、电子膨胀阀与A控制器电连接，B机循环系统压缩机、换向阀、电子膨胀阀与B控制器电连接，A、B控制器又与主控制器电连接。

本发明的有益效果是：通过在热水热交换器内设置集气筒，解决了承压式密闭空间由于水温升高导致压力增大，从而容易使内胆焊口开裂的问题。通过将单回路多分支制冷剂管或多回路单分支制冷剂管或多回路多分支制冷剂管自上而下环绕集气筒且以“人”字形交叉排列，使一部分制冷剂按顺时针方向流动，另一部分制冷剂按逆时针方向流动，将热水热交换器内水流的方向多次改变，大大增加了水循环的湍流，增加换热效率，使能源得到充分利用。通过热水热交换器将A机循环系统与B机循环系统联结在一起，完成两级压缩，确保匹配容易，使用地区范围广。实现一般地区可直接将灌入热水热交换器的冷水加热至沐浴所需要的温度，由热水热交换器提供即时热水；寒冷地区通过热水热交换器预热制水存储到储水箱供应预热热水。并且实现了制冷的同时回收废热，制热除霜时不停机，不消耗室内热能。同时集地暖、制取热水、空调于一体，能源利用率高，制热效果明显。

附图说明

图1是本发明的热水热交换器的一种轴向剖视结构示意图。

图2是本发明的热水热交换器内排列的制冷剂管的一种俯视结构示意图。

图3是本发明的热水热交换器内排列的制冷剂管的一种主视结构的局部示意图。

图4是本发明的热水热交换器内制冷剂集液管的一种俯视结构示意图。

图5是本发明的使用热水热交换器的中央空调的一种系统连接示意图。

图6是本发明的使用热水热交换器的中央空调应用在寒冷地区时热水热交换器与储水箱的一种连接关系示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的使用热水热交换器的中央空调，包括电气控制系统、制冷剂循环系统、风机盘管水循环系统、地暖盘管水循环系统、生活用水循环系统。如图5所示，制冷剂循环系统包括A机循环系统100、B机循环系统200。A机循环系统包括压缩机1、换向阀2、3、表冷器5、热交换器4、电子膨胀阀6、7，再通过第一热水电磁阀8接热水热交换器20的A制冷剂管9，A制冷剂管9的另一头接换向阀3。B机循环系统包括压缩机1’、换向阀2’、3’、表冷器5’、热交换器4’、电子膨胀阀6’、7’，再通过第二热水电磁阀8’接热水热交换器20的B制冷剂管9’，B制冷剂管9’的另一头接换向阀3’。设有电磁阀12的风机盘管10、设有地暖电磁阀14的地暖盘管11和热交换器4、4’的水管通过循环水泵13连通，构成风机盘管水循环系统、地暖盘管水循环系统。

本实施例的热水热交换器，如图1、图2、图3、图4所示，热水热交换器20包括壳体、A制冷剂管9、B制冷剂管9’、冷水进管21、热水出管22，壳体由外壳201、保温层202、内胆203构成，保温层夹在外壳和内胆之间，壳体内有一集气筒23，集气筒23的筒口朝下。A、B制冷剂气管24、24’及A、B制冷剂液管27、27’从壳体的底部穿入壳体内，且A、B制冷剂气管24、24’穿过集气筒23，与位于集气筒23上方的A、B制冷剂分液头25、25’相连，A、B制冷剂分液头25、25’又分别与四根A制冷剂管9、四根B制冷剂管9’相连，A、B制冷剂管9、9’对称地自上而下环绕集气筒23，且A制冷剂管9与B制冷剂管9’以“人”字形交叉排列，A、B制冷剂管9、9’与水平方向的夹角为6°，A、B制冷剂管9、9’再分别与位于集气筒23下方的呈环状的A、B制冷剂集液管26、26’相连，四根A制冷剂管9与A制冷剂集液管26的连接点均布于环状的A制冷剂集液管26上，四根B制冷剂管9’与B制冷剂集液管26’的连接点均布于环状的B制冷剂集液管26’上，最后，A、B制冷剂集液管26、26’各与A、B制冷剂液管27、27’连通。冷水进管21从壳体的底部穿入集气筒23内，冷水进管21位于集气筒23内的部分呈倒U型设置于集气筒23下部；热水出管22从壳体的底部穿入且穿过集气筒23，热水出管22位于壳体内的管口设置于集气筒23的顶部的上方。热水出管22上设有流量开关33，冷水进管21上设有冷水电磁阀15。构成生活用水循环系统。

如图5所示，A机循环系统100的压缩机1、换向阀2、3、电子膨胀阀6、7、第一热水电磁阀8与A控制器35电连接，B机循环系统200的压缩机1’、换向阀2’、3’、电子膨胀阀6’、7’、第二热水电磁阀8’与B控制器36电连接，A、B控制器又与主控制器30电连接。主控制器30还与电磁阀12、地暖电磁阀14、冷水电磁阀15、房间温控手操器31、地暖水阀控制器32、循环水泵13电连接。构成电气控制系统。

使用热水热交换器的中央空调的工作过程：

制冷：房间温控手操器设定制冷工作状态，A机循环系统的压缩机、换向阀、表冷器、热交换器构成制冷回路，B机循环系统的压缩机、换向阀、表冷器、热交换器构成制冷回路，热交换器吸收的热量由表冷器排出，水管中的水温降低，循环水泵打开，通过风机盘管吹出冷气。

制热：房间温控手操器设定制热工作状态，A机循环系统的压缩机、换向阀、热交换器、表冷器构成制热回路，B机循环系统的压缩机、换向阀、表冷器、热交换器构成制冷回路，表冷器吸收的热量由热交换器排出，水管中的水温升高，循环水泵打开，通过风机盘管吹出热风。

地暖：房间温控手操器设定地暖工作状态，并由主控制器向地暖水阀控制器传送开启地暖房间号，开启对应地暖电磁阀，开启循环水泵。A机循环系统的压缩机、换向阀、热交换器、表冷器构成制热回路，B机循环系统的压缩机、换向阀、表冷器、热交换器构成制冷回路，表冷器吸收的热量由热交换器排出，水管中的水温升高，通过循环水泵，热水流向地暖盘管，实现房间地面制热。

生活热水：1)A机待机时，压缩机、换向阀、热水热交换器的A制冷剂管、表冷器构成回路，表冷器吸收的热量由A制冷剂管排出；B机待机时，压缩机、换向阀、热水热交换器的B制冷剂管、表冷器构成回路，表冷器吸收的热量由B制冷剂管排出。使灌入热水热交换器的冷水受热升温，从热水出管排出供生活所用，获得即时热水，不受容器容积大小的限制。2)A机制冷时，压缩机、换向阀、热水热交换器的A制冷剂管、热交换器构成回路，热交换器吸收的热量由A制冷剂管排出，使水温升高。3)A机制热或地暖时，压缩机、换向阀、热水热交换器的A制冷剂管、表冷器构成回路，表冷器吸收的热量由A制冷剂管排出，使水温升高。

低温制热水：A机制热，压缩机、换向阀、表冷器、热水热交换器的A制冷剂管构成回路，表冷器吸收的热量由A制冷剂管排出；B机制冷，压缩机、换向阀、热交换器、热水热交换器的B制冷剂管构成回路，热交换器吸收的热量由B制冷剂管排出。二级压缩后，使灌入热水热交换器的冷水受热升温，从热水出管排出供生活所用，获得即时热水，不受容器容积大小的限制。

本发明的使用热水热交换器的中央空调，在制取热水时，夏季只需使用单压缩机，冬季使用双压缩机，在环境温度高于-7度时，直接将灌入热水热交换器的7～8度的冷水加热至沐浴所需要的温度，由热水热交换器提供即时热水。本发明利用热泵制取热水的方式，将两个普通压缩机单独构成制冷回路，通过热水热交换器非常简便地联结在一起，实现了制冷的同时回收废热，制热除霜时不停机，不消耗室内热能。巧妙地集空调、地暖、制取生活热水于一体，能源利用率高，制热效果明显。

本发明的热水热交换器，集气筒内存有一定压力的气体，通过冷水进管向热水热交换器壳体内灌冷水时，由于位于壳体内的冷水进管口靠近集气筒筒口，集气筒筒口存在水封现象，使集气筒内外的气压相等，集气筒内能充灌部分冷水，另一部分冷水充满内胆和集气筒之间的空间内，通过制冷剂的冷却散热，冷水变成热水，水温升高，压力增大，热水压入集气筒内，集气筒内的气体被压缩，热水热交换器中膨胀的水的体积通过集气筒中的气体压缩消除了，内胆受到的压力减小，确保内胆不会因水温升高而开裂，从而保证热水热交换器的使用寿命。另一方面，A制冷剂气管、A制冷剂分液头、A制冷剂管、A制冷剂集液管、A制冷剂液管属于A机循环系统，B制冷剂气管、B制冷剂分液头、B制冷剂管、B制冷剂集液管、B制冷剂液管属于B机循环系统。A制冷剂管中的制冷剂以顺时针方向流动，B制冷剂管中的制冷剂以逆时针方向流动，将热水热交换器内水流的方向多次改变，大大增加了水循环的湍流，增加换热效率，使能源得到充分利用。而且A、B制冷剂分别由A、B制冷剂分液头分解成四个循环通道，参与热交换的A、B制冷剂管可以采用内径较小的铜管，与大管径相比较，同等交换面积的体积缩小。

实施例2：本实施例的使用热水热交换器的中央空调，适合寒冷地区使用，为寒冷地区提供生活热水。准备一个存放预热水的储水箱。如图6所示，热水热交换器20的热水出管22经生活用水循环泵17、流量开关33与储水箱18连通，储水箱18上部连接有生活用水出水管19，储水箱18中安装有与主控制器30电连接的温度传感器T6。A机和B机同时待机，开启热水加温命令。当T6低于设定水温时，开启制热功能，开启生活用水循环泵17。主控制器关闭所有风机盘管，开启循环水泵。A机制热，压缩机、换向阀、表冷器、热交换器构成回路，表冷器吸收热量向热交换器加热；通过循环水泵，使B机的热交换器也变热，B机的压缩机、换向阀、热交换器、热水热交换器的B制冷剂管构成回路，热交换器吸收的热量由B制冷剂管排出。在寒冷地区-7度以下，通过两级压缩，在保证压缩机安全性能的前提下，充分利用热能，通过热水热交换器的预热将预热水释放到储水箱中，使储水箱中的水预热后再供生活所用。其余的同实施例1。

Claims (8)

1.一种热水热交换器，包括壳体、设于壳体内的制冷剂管、冷水进管(21)、热水出管(22)，其特征在于所述的壳体内设有集气筒(23)，集气筒(23)的筒口朝下，所述的制冷剂管环绕在所述的集气筒(23)外，所述的制冷剂管为单回路多分支制冷剂管或多回路单分支制冷剂管或多回路多分支制冷剂管，制冷剂管自上而下以“人”字形交叉环绕所述的集气筒(23)。

2.根据权利要求1所述的热水热交换器，其特征在于所述的交叉环绕在集气筒(23)外的制冷剂管与水平方向的夹角为4°～8°。

3.根据权利要求1或2所述的热水热交换器，其特征在于所述的集气筒(23)上方设有若干个制冷剂分液头，每个制冷剂分液头分别与穿入所述的壳体的本回路的制冷剂气管相连，每个制冷剂分液头又分别与本回路的多分支制冷剂管相连，所述的集气筒(23)下方设有环状的分别连通本回路的多分支制冷剂管的制冷剂集液管，穿入壳体的制冷剂液管分别与本回路的制冷剂集液管连通，所述的多分支制冷剂管与本回路的制冷剂集液管的连接点均布于环状的制冷剂集液管上。

4.根据权利要求3所述的热水热交换器，其特征在于所述的制冷剂气管及制冷剂液管从所述的壳体的底部穿入壳体内，且制冷剂气管穿过所述的集气筒(23)；所述的冷水进管(21)从所述的壳体的底部穿入所述的集气筒(23)内，冷水进管(21)位于集气筒(23)内的部分呈倒U型设置于集气筒(23)下部；所述的热水出管(22)从所述的壳体的底部穿入且穿过所述的集气筒(23)，热水出管(22)位于壳体内的管口设置于集气筒(23)的顶部的上方。

5.根据权利要求1或2所述的热水热交换器，其特征在于所述的壳体包括外壳(201)和内胆(203)，外壳(201)和内胆(203)之间夹有保温层(202)，所述的外壳(201)由金属薄板材料制成，所述的内胆(203)由不锈钢材料制成，所述的保温层(202)由聚氨酯发泡制成。

6.一种使用如权利要求1所述的热水热交换器的中央空调，包括由压缩机、换向阀、表冷器、热交换器、电子膨胀阀构成的制冷剂循环系统，设有电磁阀(12)的若干路风机盘管(10)通过循环水泵(13)与热交换器的水管连通，主控制器(30)与压缩机、换向阀、电子膨胀阀、电磁阀、房间温控手操器(31)电连接，其特征在于所述的制冷剂循环系统包括A机循环系统(100)、B机循环系统(200)，A机循环系统(100)通过第一热水电磁阀(8)与热水热交换器(20)的A制冷剂管(9)构成回路，B机循环系统(200)通过第二热水电磁阀(8’)与热水热交换器(20)的B制冷剂管(9’)构成回路，第一、第二热水电磁阀(8、8’)与所述的主控制器(30)电连接；所述的循环水泵(13)还与若干路地暖盘管系统连通，所述的地暖盘管系统包括设有地暖电磁阀(14)的地暖盘管(11)，地暖盘管(11)通过所述的循环水泵(13)与热交换器的水管连通，地暖电磁阀(14)与地暖水阀控制器(32)电连接，地暖水阀控制器(32)与主控制器(30)电连接。

7.根据权利要求6所述的使用热水热交换器的中央空调，其特征在于所述的热水热交换器(20)的热水出管(22)通过生活用水循环泵(17)与储水箱(18)连通，所述的储水箱(18)上部连接有生活用水出水管(19)，储水箱(18)中设有与主控制器(30)电连接的温度传感器T6，所述的热水出管(22)上设有流量开关(33)，所述的冷水进管(21)上设有冷水电磁阀(15)。

8.根据权利要求6或7所述的使用热水热交换器的中央空调，其特征在于所述的A机循环系统(100)的压缩机(1)、换向阀(2、3)、电子膨胀阀(6、7)与A控制器(35)电连接，B机循环系统(200)的压缩机(1’)、换向阀(2’、3’)、电子膨胀阀(6’、7’)与B控制器(36)电连接，A、B控制器又与主控制器(30)电连接。

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