CN1880877A - 热泵式空调热水器两用装置 - Google Patents

Abstract

一种热泵式空调热水器两用装置：在由压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器和节流装置构成的常规空调制冷系统中，在压缩机的高压排气口和四通阀之间串联一个高效的水介换热器；在原有冷凝器和蒸发器的两端各并联一个电磁阀，并且使电磁阀的安装位置低于对应的换热器；另配一个保温储水箱和一个循环水泵，用保温水管将保温水箱、循环水泵和水介换热器水程三者顺次连接成水循环加热储存系统。电控系统根据用户预置的参数、系统的状态参数和环境参数控制各部件运行。该装置可以实现制冷、制热、制热水、制冷同时制热水、制热同时制热水等多重功能。

Description

热泵式空调热水器两用装置

技术领域

本发明涉及空调机和热水器领域，特别涉及一种同时具有空调机和热泵热水器两种功能的机电装置。

背景技术

蒸汽压缩式空调机具有夏季制冷冬季采暖双重功能，在其正常工作情况下，从压缩机端输入一个单位的电能，可以从冷凝器端得到1-4倍的热能，其制热效率是电直接加热方式的2-5倍。因此，可以利用此原理制成极高效率的热泵式热水器，提供廉价的卫生热水。

热泵式热水器与空调机具有非常相似的结构。而且一年之中，空调机使用时间很少，利用率低，如果将空调机与热泵热水器合二为一，生产一种同时具有空调机和热泵热水器两种功能的机电装置，不但可以降低成本，提高空调机的利用率，而且在空调机制冷时，可以得到完全免费的热水，降低了空调机排放的热空气，减少热污染，一举数得。

空调机和热泵热水器技术都已经成熟，但是能将二者结合为两用机的成功的案例则还没有，尽管已经有很多人做了不少工作，相关专利也有很多。

总的来说，要得到一个成功的二合一解决方案，必须较好地解决以下5个方面的问题：

1、该装置有单独制冷、单独制热、单独制热水、制冷兼制热水、制热兼制热水5种运行工况，同一套系统要适应5种工况条件下不同的节流阻力；

2、同样的道理，5种工况运行，系统需要的制冷剂量也不相同，最大与最小的甚至相差将近一倍，如何在运行中自动调节制冷剂数量也是一个非常棘手的问题；

3、卫生热水的温度要求一般需要达到摄氏50度左右或更高，制冷剂如果采用常用的F22或其替代工质，则单独制取热水时的冷凝压力很可能超过普通空调压缩机的额定运行压力值，长时间运行会烧毁压缩机。如果采用F12及其替代工质，则制冷量会降低40％左右；

4、基于成本和可靠性的考虑，系统不能设计得太复杂，不能采用太多的电磁阀等高价控制部件，最好是不用或少用大通径电磁阀；

5、系统中必须要有一个特别的水介换热器，即以水为冷却介质的热交换器，这个水介换热器必须具备以下三个特点：高换热效率、结构紧凑体积小、耐脏，目前尚没有合适的产品。

可以说，现有公开的此类专利有数百种之多，这些方案，都仅仅只是看到了或解决了其中1个或者2个至多3个问题，没有可以完全满足以上条件的。能同时很好满足3条以上的都没有。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，同时较好地解决上述的5方面问题，提供一种既能作为空调机使用，提供冷气和暖气，又能作为热泵热水器使用，提供卫生热水的两用装置。

本发明的解决方案是：在由压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器和节流装置构成的常规空调制冷系统中，在压缩机的高压排气口和四通阀之间串联一个高效的水介换热器；在原有冷凝器和蒸发器的两端各并联一个电磁阀，并且使电磁阀的安装位置低于对应的换热器；另配一保温储水箱和一个循环水泵，用保温水管将保温水箱、循环水泵和水介换热器的水程三者顺次连结连接成水循环加热保持储存系统，保温水箱内装温度传感器感应水的温度并将温度信号送至装置的电控系统。电控系统根据用户预置的参数、系统的状态参数和环境参数控制各部件协调运行。

本发明可以实现一套装置兼有5种不同的功能，分别是：制冷、制热、制热水、制冷同时制热水、制热同时制热水。在每种功能下运行时，都可以使系统达到最高效率或接近最高效率。而且系统新增部件很少，不需要大通径的电磁阀，整个系统非常简洁。可以分别应用于家用分体空调、户式中央空调、商用中央空调等多个领域，是目前工艺和技术条件下能达到的最好的解决方案。

附图说明

图1是本发明的系统结构原理示意图；

图2是一种实施方案——分体空调-热泵热水器两用机系统示意图；

图3是一种实施方案——家用中央空调主机(风冷-水管系统)-热泵热水器两用机系统示意图；

图4是一种实施方案——小型中央空调主机(VRV一拖多系统)-热泵热水器两用机系统示意图；

图5是一种实施方案——小型中央空调主机(水冷冷热水机组)-热泵热水器两用机系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。

本发明基本工作原理和过程，如图1所示：

空调功能(制冷或制热)：电控系统11预置(制冷或制热)模式，发出工作信号。当循环水泵2、电磁阀6和电磁阀8均不动作时，系统便退化成一台普通的冷暖空调机，四通阀4不动作时系统可实现制冷功能，四通阀4动作时系统可实现制热功能。工作过程完全同普通冷暖空调机，从略。

制热水功能：电控系统11预置制热水模式，发出工作信号。循环水泵2开动，四通阀4动作，电磁阀8导通，电磁阀6不动作，从压缩机5排出的高温高压气体在水介热交换器3内冷凝，将热量传递给循环水，被冷凝的制冷剂液体从四通阀4进入室外机连接管19再进入室内机连接管20，由于导通的电磁阀8位置低于蒸发器9，制冷剂液体直接从电磁阀8进入节流组件7节流膨胀。低温的制冷剂气液混合物在冷凝器10内蒸发，最后，所有的制冷剂气体经由四通阀4后经由回气管18回压缩机5，进行下一工作循环。保温水箱1内的水被不断加热，当水的温度达到设定温度值时，电控系统11发出停止工作信号，压缩机5、水泵2、四通阀4、电磁阀8和冷凝器10等停止工作，整个系统进入等待状态，直到下一个工作信号到来。如此周而复始。

制冷同时制热水功能：电控系统11预置制冷同时制热水模式，发出工作信号。循环水泵开启，电磁阀8和四通阀4不动作，冷凝器10不动作，电磁阀6动作，制冷剂在水介换热器3内冷凝，在蒸发器9内蒸发，可实现快速制热水同时制冷，此时功耗较高；电磁阀8和四通阀4不动作，冷凝器10动作，电磁阀6不动作，制冷剂在水介换热器3内冷却，在冷凝器10内冷凝，在蒸发器9内蒸发，可实现慢速制热水同时制冷，此时功耗较低。

制热同时制热水功能：电控系统11预置制热同时制热水模式，发出工作信号。循环水泵开启，四通阀4动作，电磁阀8和电磁阀6不动作，冷凝器10和蒸发器9工作，制冷剂在水介换热器3内冷却，在蒸发器9内冷凝，在冷凝器10内蒸发，可实现制热水同时制热。

组合式节流装置7由毛细管、单向阀和电磁阀根据不同的情况组合而成，或用电子膨胀阀、机械膨胀阀替代，以适应不同的情况。

具体实施例一，分体空调-热泵热水器两用机，如图2：

虚线框12为室外机部分，虚线框13为室内机部分，保温水箱1和循环水泵2安置于方便用户使用的地方。该产品的冷凝器和蒸发器均为风冷型翅片管换热器，工作或不工作的形式为其所带的风扇22、风扇23转动或不转动。水介换热器3采用回管换热器，安装于室外机底部，通过保温水管14、保温水管15与循环水泵2和保温水箱1连接为一个水循环加热存贮系统。

以制热水为例说明其工作过程：用户通过电控系统11设置该装置为制热模式，启动后，循环水泵2、四通阀4、电磁阀8、冷凝风扇23动作，压缩机5排气从高压管17进入水介热交换器3，在水介热交换器3冷凝成液体，同时将热量传递给循环水。高压液体进入四通阀，出四通阀，经连接管19到电磁阀8。在安装时，将室内机13安装在高于室外机12的地方，由于重力差和阻力的作用，冷凝液体从位置较低的电磁阀8直接进入节流装置7节流，然后进入冷凝器10内蒸发，吸收环境空气里的热量。最后，制冷剂气体通过四通阀4、回气管18回到压缩机，重新开始下一个循环。当保温水箱1里的水温达到设置温度时，电控系统11发出停止工作信号，各部件失电，等待下一个工作信号的到来。

其它功能的工作过程类似，从略。

具体实施例二，家用中央空调主机(风冷-水管系统)-热泵热水器两用机，如图3：

该装置与实施例一基本相同，不同之处在于蒸发器为一水介热交换器24，同时在该装置的水程串联一个循环水泵26，其进出水接头为25和27，该装置的制冷和制热功能表现为对水介热交换器24内循环水或其他媒介的加热或制冷。工作原理与实施例一相同，从略。

具体实施例三，小型中央空调主机(VRV一拖多系统)-热泵热水器两用机，如图4：

该装置与实施例一基本相同，不同之处在于蒸发器不止一个，而是若干个，通过专用分液和回气装置并联相接(图中没有画出)，最后通过供液管20和回气管21与该装置连接，工作原理与实施例一相同，从略。

具体实施例四，小型中央空调主机(水冷冷热水机组)-热泵热水器两用机，如图5：

该装置与实施例一基本相同，不同之处在于蒸发器和冷凝器均为水介换热器，冷凝器29，蒸发器28，循环水泵26可以装于机内，亦可装于机外，工作原理与实施例一相同，从略。

Claims (3)

1、热泵式空调热水器两用装置，包括压缩机、四通阀、水介换热器、冷凝器、蒸发器、2个电磁阀、节流装置、保温水箱、循环水泵、电控系统和连接管线等，其特征是：水介换热器串联于压缩机的排气口和四通阀的高压入口之间；在冷凝器和蒸发器两端各自并联一个电磁阀。

2、根据权利要求1所述的热泵式空调热水器两用装置，其特征是：节流装置是由毛细管、单向阀、电磁阀组合构成，或由膨胀阀替代。

3、根据权利要求1所述的热泵式空调热水器两用装置，其特征是：保温水箱为一带有保温材料做夹层的密闭式水箱，包括有循环水管和进出水管的连接接头，进水控制装置和水温测量装置等。

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