CN102393054B - 一种空调热水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空调热水系统，其特征在于：包括压缩机(1)、储水式冷凝器(2)、第一转换阀(3)、第一节流阀(4)、储能式废热回收交换器(5)、蒸发器(7)、风冷式冷凝器(8)、第二节流阀(9)、第二转换阀(10)、水热交换器(6)和淋浴装置；本发明提供的空调热水系统为多功能设计，其产热水的同时，可提供冷气和排气功能；而且利用废水与自来水的温差进行第一重热量回收，再利用废水作为热源来加热热水的热泵热水器，既能发挥热泵热水器的高效、稳定的优点，而且还可以尽可能利用废水与自来水间的温差减少加热热水的能源消耗。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种空调热水系统，具体是一种充分利用淋浴后废水的废热、既能将吸收的能量储存起来为热泵热水器下次开机提供热量，又能提供冷气功能的空调热水系统。
背景技术
热泵热水器是从水或空气里面吸取热量来加热热水的装置，其优点是：系统简单、运行稳定、热效率高。目前常用的采用热泵热水器的空调热水系统完全依靠消耗电能产生的热能来提供生活用热水或着连带提供冷气功能，能源消耗较大、使用成本较高；而绝大部分淋浴室，淋浴后的废水都是直接排放掉，而这些废水中所含的热量也一同浪费掉，没有得到充分利用，造成能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种充分利用淋浴后废水的废热、既能将吸收的能量储存起来为热泵热水器下次开机提供热量，又能提供冷气功能的空调热水系统。
本发明要解决的技术问题，可以通过以下的技术方案实现：一种空调热水系统，其特征在于：包括压缩机1、储水式冷凝器2、储能式废热回收交换器5、蒸发器7、风冷式冷凝器8、水热交换器6和淋浴装置；其中所述压缩机1的出口连通储水式冷凝器2的进气口；所述储水式冷凝器2的出气口连通第一转换阀3的入口，该第一转换阀3的其中一个出口连通储能式废热回收交换器5的入口，该第一转换阀3的另一出口连通第一节流阀4的入口，所述第一节流阀4的出口连通储能式废热回收交换器5的入口；所述储能式废热回收交换器5的出口连通第二转换阀10的入口，该第二转换阀10的其中一个出口连通压缩机1的入口，该第二转换阀10的另一个出口连通风冷式冷凝器8的入口，所述风冷式冷凝器8的出口连通第二节流阀9的入口，所述第二节流阀9的出口连通蒸发器7的入口，所述蒸发器7的出口连通压缩机1的入口；所述淋浴装置的入口连通所述储水式冷凝器2的出水口，所述水热交换器6设置在所述储能式废热回收交换器5的上方，所述水热交换器6的出口连通储水式冷凝器2的进水口或者所述水热交换器6的出口同时连通储水式冷凝器2的进水口和淋浴装置的入口。
本发明中的压缩机1、储水式冷凝器2、节流阀4和储能式废热回收交换器5连通构成第一套制冷系统；同时压缩机1、储水式冷凝器2、储能式废热回收交换器5、风冷式冷凝器8、膨胀阀9、蒸发器7连通构成第二套制冷系统。使用本发明提供的空调热水系统时，首先将自来水管13连通水热交换器6的进口。本空调热水系统的淋浴热回收功能首先自来水管经过水热交换器6后分别连通本热水器的储水式冷凝器2的进水口或者同时连通储水式冷凝器2的进水口和淋浴装置的入口。可选择内有集水挡板的水热交换器6，以便将淋浴后的废水集中在一处后排放。
选择本空调热水系统在淋浴的同时带冷气的功能时，首先调整第一转换阀3、第二转换阀10，使储水式冷凝器2的出气口直接连通储能式废热回收交换器5的入口，储能式废热回收交换器的出口连通风冷式冷凝器8，此时本空调热水系统的第二制冷系统连通。该第二制冷系统运行时，首先压缩机工作，通过储水式冷凝器2实行第一级冷凝，在冷凝的同时将储水式冷凝器2的储水箱内的水被加热至合适的温度提供淋浴用热水，一般为55℃；当热水温度较高时第一级冷凝无法满足冷凝效果时，通过储能式废热回收交换器5实行第二级冷凝，此时的储能式废热回收交换器5是冷凝器功能，当储能式废热回收交换器内部的水也被加热无法满足冷凝要求时，再通过风冷式冷凝器8实行第三级冷凝，通过分三级的冷凝确保整个制冷过程的冷凝效果。冷凝后工质通过第二节流阀10节流在蒸发器内蒸发，在蒸发过程中提供冷气。
选择本空调热水系统的纯淋浴功能时，首先调整第一转换阀3、第二转换阀10，使储水式冷凝器2的出气口经节流阀4连通储能式废热回收交换器5的入口，储能式废热回收交换器5的出口直接连通压缩机1的入口，此时本空调热水系统的第一制冷系统连通。该第一制冷系统运行时，首先压缩机工作，通过储水式冷凝器冷凝，在冷凝的同时将储水箱内的水被加热至合适的温度，一般为55℃提供淋浴用热水；冷凝后工质通过膨胀阀节流在储能式废热回收交换器内部蒸发，此时的储能式废热回收交换是蒸发器功能。
在上述两种使用情况中，本空调热水系统的储能式废热回收交换器5和水热交换器6均进行淋浴热回收功能。打开淋浴装置后，压缩机工作，原来55℃的热水经淋浴后，变为约为40℃的废水，这些废水经淋浴装置首先喷到水热交换器上6与水热交换器内10-15℃自来水进行换热，这时实现第一重热量回收。自来水经水热交换器回收热量后由10-15℃提升至20-25℃或更高温度，废水由40℃下降至25-30℃或更低。当水热交换器6的出口仅连通储水式冷凝器2的进水口时，第一重热量回收后的自来水全部进入储水式冷凝器2中进行进一步的热交换；当水热交换器6的出口同时连通储水式冷凝器2的进水口和淋浴装置的入口时，第一重热量回收后的自来水中，一部分进入冷凝器进行进一步的热交换，另一部分则直接进入淋浴装置，两部分自来水在淋浴装置中混合达到合适的温度。
第二重的废热回收由蒸发器完成，蒸发器与废水进行热交换，使废水由25-30℃制冷至5-10℃左右的冷水，此过程中，蒸发器内的制冷剂吸收了20多度的热量，被吸收的热量通过压缩机提升至冷凝器，其中提升温度后的自来水与冷凝器进行热交换，达到把自来水加热成热水的目的，然后再从淋浴装置喷出来。加热自来水的整个过程中第一重的热量回收是由自然传热完成不需要消耗任何能量，第二重热量回收通过压缩机将吸收的热量提升来对自来水加热，压缩机提升时消耗的电能是第二重回收能量的1/3左右。而且淋浴结束后，蒸发器内的5-10℃左右的冷水会通过交换器的四周吸收周围环境空气的热量，并将热量存储下来为下次工作提供热量。
在上述基础上，本发明所述风冷式冷凝器8和/或蒸发器7分别设有连通外界的风机；当使用本发明带冷气功能时，风冷式冷凝器8和/或蒸发器7上的风机连接至室内的排气系统完成室内排气功能，以加快室内空气的流通。
在上述基础上，本发明所述淋浴装置包括开关12和淋浴花洒头11，所述开关12的入口与水热交换器6的出口连接和储水式冷凝器2的出水口；开关12的出口与淋浴花洒头11连接；所述淋浴花洒头11位于水热交换器6和储能式废热回收交换器5的上方。所述淋浴装置的开关12为冷、热混合水龙头或热水龙头；所述冷、热混合水龙头的热水进水口、冷水进水口分别连通储水式冷凝器2的出水口和水交换器6的出口，所述冷、热混合水龙头的出水口连通淋浴花洒头11；所述热水龙头的进水口分别连通储水式冷凝器2的出水口和水交换器6的出口，所述热水龙头的出水口连通淋浴花洒头11。
所述压缩机1为涡旋式压缩机、转子式压缩机或者往复式压缩机。
所述储水式冷凝器2为板式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器；所述储水式冷凝器2由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成，其还可以采用其它传热材料制作。
所述储能式废热回收交换器5为盘管式热交换器、列管式热交换器、蜂窝式热交换器或者套管式热交换器；所述储能式废热回收交换器由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成，其还可以采用其它传热材料制作。
所述水热交换器6为管式热交换器或板式热交换器；所述水热换热器6由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成，其还可以采用其它传热材料制作。
所述第一转换阀3和/或第二转换阀10是三通阀、电磁阀或有换向功能阀门。
所述第一节流阀4和/或第二节流阀9为膨胀阀或毛细管；所述膨胀阀3为热力膨胀阀或电子膨胀阀；由于膨胀阀可调节范围较大，而毛细管由于其内径不变而不能进行调节，因此本发明的节流阀优选膨胀阀，以灵活地根据实际情况进行调节。
所述风冷式冷凝器8是翅片式热交换器、板式热交换器、管壳式热交换器、蜂窝式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器。
所述蒸发器7是翅片式热交换器、板式热交换器、管壳式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器。
与现有技术相比，本发明首先是多功能设计，其产热水的同时，可提供冷气和排气功能；而且利用废水与自来水的温差进行第一重热量回收，再利用废水作为热源来加热热水的热泵热水器，既能发挥热泵热水器的高效、稳定的优点，而且还可以尽可能利用废水与自来水间的温差减少加热热水的能源消耗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示的空调热水系统是本发明的实施例，它包括了压缩机1、储水式冷凝器2、储能式废热回收交换器5、蒸发器7、风冷式冷凝器8、水热交换器6和淋浴装置。其中，风冷式冷凝器8和蒸发器7分别设有连通外界的风机。
压缩机1的出口连通储水式冷凝器2的进气口；储水式冷凝器2的出气口连通第一转换阀3的入口，该第一转换阀3的其中一个出口连通储能式废热回收交换器5的入口，该第一转换阀3的另一出口连通第一节流阀4的入口，第一节流阀4的出口连通储能式废热回收交换器5的入口；储能式废热回收交换器5的出口出口连通第二转换阀10的入口，该第二转换阀10的其中一个出口连通压缩机1的入口，该第二转换阀10的另一个出口连通风冷式冷凝器8的入口，风冷式冷凝器8的出口连通第二节流阀9的入口，第二节流阀9的出口连通蒸发器7的入口，蒸发器7的出口连通压缩机1的入口。其中压缩机1、储水式冷凝器2、节流阀4和储能式废热回收交换器5连通构成第一套制冷系统；同时压缩机1、储水式冷凝器2、储能式废热回收交换器5、风冷式冷凝器8、膨胀阀9、蒸发器7连通构成第二套制冷系统。
淋浴装置包括用作开关的冷、热混合水龙头12和淋浴花洒头11，冷、热混合水龙头12的热水进水口、冷水进水口分别连通储水式冷凝器2的出水口和水交换器6的出口，水热交换器6的出口还连通储水式冷凝器2的进水口，冷、热混合水龙头的出水口连通淋浴花洒头11；水热交换器6设置在储能式废热回收交换器5的正上方，而淋浴花洒头11位于水热交换器6的正上方。
其中的压缩机1为涡旋式压缩机、转子式压缩机或者往复式压缩机；储水式冷凝器2为板式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器；储水式冷凝器2由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成；储能式废热回收交换器5为盘管式热交换器、列管式热交换器、蜂窝式热交换器或者套管式热交换器；储能式废热回收交换器由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成，其还可以采用其它传热材料制作水热交换器6为管式热交换器或板式热交换器；水热换热器6由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成第一转换阀3和第二转换阀10是三通阀、电磁阀或有换向功能阀门第一节流阀4和第二节流阀9为膨胀阀或毛细管风冷式冷凝器8是翅片式热交换器、板式热交换器、管壳式热交换器、蜂窝式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器蒸发器7是翅片式热交换器、板式热交换器、管壳式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器。
使用本发明提供的空调热水系统时，首先将自来水管13连通水热交换器6的进口。本空调热水系统的淋浴热回收功能首先自来水管经过水热交换器6后分别连通本热水器的储水式冷凝器2的进水口或者同时连通储水式冷凝器2的进水口和淋浴装置的入口。可选择内有集水挡板的水热交换器6，以便将淋浴后的废水集中在一处后排放。
选择本空调热水系统在淋浴的同时带冷气的功能时，首先调整第一转换阀3、第二转换阀10，使储水式冷凝器2的出气口直接连通储能式废热回收交换器5的入口，储能式废热回收交换器的出口连通风冷式冷凝器8，此时本空调热水系统的第二制冷系统连通。该第二制冷系统运行时，首先压缩机工作，通过储水式冷凝器2实行第一级冷凝，在冷凝的同时将储水式冷凝器2的储水箱内的水被加热至合适的温度提供淋浴用热水，一般为55℃；当热水温度较高时第一级冷凝无法满足冷凝效果时，通过储能式废热回收交换器5实行第二级冷凝，此时的储能式废热回收交换器5是冷凝器功能，当储能式废热回收交换器内部的水也被加热无法满足冷凝要求时，再通过风冷式冷凝器8实行第三级冷凝，通过分三级的冷凝确保整个制冷过程的冷凝效果。冷凝后工质通过第二节流阀10节流在蒸发器内蒸发，在蒸发过程中提供冷气；而风冷式冷凝器8和蒸发器7上的风机连接至室内的排气系统完成室内排气功能。
选择本空调热水系统的纯淋浴功能时，首先调整第一转换阀3、第二转换阀10，使储水式冷凝器2的出气口经节流阀4连通储能式废热回收交换器5的入口，储能式废热回收交换器5的出口直接连通压缩机1的入口，此时本空调热水系统的第一制冷系统连通。该第一制冷系统运行时，首先压缩机工作，通过储水式冷凝器冷凝，在冷凝的同时将储水箱内的水被加热至合适的温度，一般为55℃提供淋浴用热水；冷凝后工质通过膨胀阀节流在储能式废热回收交换器内部蒸发，此时的储能式废热回收交换是蒸发器功能。
在上述两种使用情况中，本空调热水系统的储能式废热回收交换器5和水热交换器6均进行淋浴热回收功能。打开淋浴装置后，压缩机工作，原来55℃的热水经淋浴后，变为约为40℃的废水，这些废水经淋浴装置首先喷到水热交换器上6与水热交换器内10-15℃自来水进行换热，这时实现第一重热量回收。自来水经水热交换器回收热量后由10-15℃提升至20-25℃或更高温度，废水由40℃下降至25-30℃或更低。第二重的废热回收由蒸发器完成，蒸发器与废水进行热交换，使废水由25-30℃制冷至5-10℃左右的冷水，此过程中，蒸发器内的制冷剂吸收了20多度的热量，被吸收的热量通过压缩机提升至冷凝器，其中提升温度后的自来水与冷凝器进行热交换，达到把自来水加热成热水的目的，然后再从淋浴装置喷出来。加热自来水的整个过程中第一重的热量回收是由自然传热完成不需要消耗任何能量，第二重热量回收通过压缩机将吸收的热量提升来对自来水加热，压缩机提升时消耗的电能是第二重回收能量的1/3左右。而且淋浴结束后，蒸发器内的5-10℃左右的冷水会通过交换器的四周吸收周围环境空气的热量，并将热量存储下来为下次工作提供热量。
Claims (16)
1.一种空调热水系统，其特征在于：包括压缩机（1）、储水式冷凝器（2）、储能式废热回收交换器（5）、蒸发器（7）、风冷式冷凝器（8）、水热交换器（6）和淋浴装置；其中所述压缩机（1）的出口连通储水式冷凝器（2）的进气口；所述储水式冷凝器（2）的出气口连通第一转换阀（3）的入口，该第一转换阀（3）的其中一个出口连通储能式废热回收交换器（5）的入口，该第一转换阀（3）的另一出口连通第一节流阀（4）的入口，所述第一节流阀（4）的出口连通储能式废热回收交换器（5）的入口；所述储能式废热回收交换器（5）的出口连通第二转换阀（10）的入口，该第二转换阀（10）的其中一个出口连通压缩机（1）的入口，该第二转换阀（10）的另一个出口连通风冷式冷凝器（8）的入口，所述风冷式冷凝器（8）的出口连通第二节流阀（9）的入口，所述第二节流阀（9）的出口连通蒸发器（7）的入口，所述蒸发器（7）的出口连通压缩机（1）的入口；所述淋浴装置的入口连通所述储水式冷凝器（2）的出水口，所述水热交换器（6）设置在所述储能式废热回收交换器（5）的上方，所述水热交换器（6）的出口连通储水式冷凝器（2）的进水口或者所述水热交换器(6)的出口同时连通储水式冷凝器（2）的进水口和淋浴装置的入口。
2.根据权利要求1所述的空调热水系统，其特征在于：所述的风冷式冷凝器（8）和/或蒸发器（7）分别设有连通外界的风机。
3.根据权利要求2所述的空调热水系统，其特征在于：所述淋浴装置包括开关（12）和淋浴花洒头（11），所述开关（12）的入口与水热交换器（6）的出口和储水式冷凝器（2）的出水口连接；开关（12）的出口与淋浴花洒头（11）连接；所述淋浴花洒头（11）位于水热交换器（6）和储能式废热回收交换器（5）的上方。
4.根据权利要求3所述的空调热水系统，其特征在于：所述淋浴装置的开关（12）为冷、热混合水龙头或热水龙头；所述冷、热混合水龙头的热水进水口、冷水进水口分别连通储水式冷凝器（2）的出水口和水热交换器（6）的出口，所述冷、热混合水龙头的出水口连通淋浴花洒头（11）；所述热水龙头的进水口分别连通储水式冷凝器（2）的出水口和水热交换器（6）的出口，所述热水龙头的出水口连通淋浴花洒头（11）。
5.根据权利要求4所述的空调热水系统，其特征在于：所述压缩机（1）为涡旋式压缩机、转子式压缩机或者往复式压缩机。
6.根据权利要求5所述的空调热水系统，其特征在于：所述储水式冷凝器（2）为板式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器。
7.根据权利要求6所述的空调热水系统，其特征在于：所述储水式冷凝器（2）由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成。
8.根据权利要求7所述的空调热水系统，其特征在于：所述储能式废热回收交换器（5）为盘管式热交换器、列管式热交换器、蜂窝式热交换器或者套管式热交换器。
9.根据权利要求8所述的空调热水系统，其特征在于：所述储能式废热回收交换器由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成。
10.根据权利要求9所述的空调热水系统，其特征在于：所述水热交换器（6）为管式热交换器或板式热交换器。
11.根据权利要求10所述的空调热水系统，其特征在于：所述水热交换器（6）由不锈钢、紫铜、镍白铜、铝或者钛制成。
12.根据权利要求11所述的空调热水系统，其特征在于：所述第一转换阀（3）和/或第二转换阀（10）是三通阀或电磁阀。
13.根据权利要求12所述的空调热水系统，其特征在于：所述第一节流阀（4）和/或第二节流阀（9）为膨胀阀或毛细管。
14.根据权利要求13所述的空调热水系统，其特征在于：所述膨胀阀（3）为热力膨胀阀或电子膨胀阀。
15.根据权利要求14所述的空调热水系统，其特征在于：所述风冷式冷凝器（8）是翅片式热交换器、板式热交换器、管壳式热交换器、蜂窝式热交换器、套管式热交换器或者盘管式热交换器。
16.根据权利要求15所述的空调热水系统，其特征在于：所述蒸发器（7）是翅片式热交换器、板式热交换器、管壳式热交换器、套管式热交换器或者盘管 式热交换器。
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