CN101017038A - 热泵热水空调器 - Google Patents

Abstract

本发明的热泵热水空调器，涉及一种把冷凝器设计为管中管冷凝器的一种热泵热水空调器的装置。本发明将管中管冷凝器以折弯形式或螺旋盘管形式放置在保温水箱的内外胆之间，或独立安装在常压保温水箱的外面，在管中管冷凝器的两端分别设置电磁阀，水阀和温度控制器实现制冷，供热水双功能的装置。本发明的优点在于，它的制冷制热水的效率极高；可按习惯开启制冷功能和杜绝连续使用热水时水稳下降的不良现象，可全天候供应恒温热水；还使热泵热水空调器运行稳定，减少噪音，美观耐用。

Description

热泵热水空调器

技术领域

本发明涉及热力学及热力学领域中的一种供热制冷的热泵热水空调器装置。

技术背景

现有的热泵热水器主要由压缩机，放置在储水箱内的冷凝器、节流装置、蒸发器、风机、承压式或微承压式储水箱和控制器等组成，由于冷凝器放置在储水箱内，这就要求热泵热水器的储水箱要充满冷水才能更充分地进行热交换，这就造成如下缺点：第一，热泵应在较长的运行时间，才能加热整箱冷水，才能供使用。第二，在使用热水过程中，冷水同时进入储水箱，使冷热水快速混合，高温热水的温度传递到低温的冷水中，而热泵热水器的热源又补充不及，致使热水温度迅速下降，严重影响连续使用。第三，在热泵运行过程中，由于内置式的冷凝器在放热过程中，使水温升高，随着水温升高，冷凝器的冷凝效率将受影响，导致热泵制热效果降低。第四，由于热泵热水器冷凝器效率降低，就增加了压缩机等设备的负荷，从而影响热泵热水器的运作及寿命。第五，由于承压式的储水箱对生产工艺和生产材料要求较高，致使目前的热泵热水器储水箱相对偏小，这就造成热泵热水器主机的日制热能力远远超越储水箱储满水的储热容量。又因热泵热水器制热速度比常规的其它热能设备慢，这就要求热泵热水器要提前运行，或由温度控制热泵进行不定时运行。从而使热泵不能随意地进行制冷，不能有效地按使用习惯利用制冷时制热储热，使热泵热水器的使用功能单一。第六，热泵热水器不能够集中连续供应恒温热水，高要求使用性差。这就是目前热泵热水器供热效率差，又不能充分地利用热泵热水器制冷，水温在连续使用时下降，使用舒适性差等缺点，造成热泵热水器的应用和推广受阻。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷。本发明的目的是提供一种热泵热水空调器，可有效克服上述严重问题。

本发明的技术方案如下

一种热泵热水空调器，包括压缩机，通过制冷剂管路，分别与压缩机的吸入口和出口相连的蒸发器，带保温外置于常压保温储水箱的管中管冷凝器，常压保温储水箱，以及设置在管中管冷凝器和蒸发器之间制冷剂管路上的节流装置和干燥过滤器、控制器、膨胀阀、风机等组成的装置。所述的管中管冷凝器设置在常压保温储水箱的内外胆之间，或在常压保温水箱外部独立安装，保温储水箱的下端设有热水出口，在上端设有热水进口和排气口。其特征在于：所述的管中管冷凝器安装在常压保温储水箱的内外胆之间或独立安装在常压保温储水箱的外部，其形状可以是折弯形，螺旋盘管形，或直线形。管中管式冷凝器结构是外管有保温材料，其外管与内管之间的腔管及内管分别作冷水管和热工质流经管使用(反之亦可)，在管中管冷凝器的出热水口端设置温度控制仪。管中管式冷凝器还具有进水管的功能，在其进水口端设有电磁阀，水阀，以出水口的温度控制仪控制电磁阀的进水及控制热泵压缩机和风机的运行。

本发明还在所述的常压保温储水箱内设置液位器探头，以控制进热水量和储水箱水满后关闭压缩机、风机、电磁阀等电源，保证热泵热水空调器正常运作。所述的储水箱因是常压的，对制作水箱的技术、工艺、材质等要求较承压式水箱低，所以在制作时可充分与压缩机日制热水量进行匹配。做大容量常压保温储水箱，相对于目前热泵热水器的承压式储水箱的容量配置要大。

本发明由于将管中管冷凝器放置在常压保温储水箱内外胆之间，或独立安装在常压保温储水箱外部，同时设置温度控制仪、电磁阀、水阀以及具有进水管功能等相结合。因而与现有技术相比具有以下优点和突出性效果：第一，通过对冷凝器管中管的设计，使热工质始终与冷水逆向流动，且充分接触，进行热交换和冷却热工质，极大限度地提高制热效率，和制冷效果，使热泵热水空调器在能量输出时发挥极致。第二，由于冷却热工质效果好，减轻压缩机等负荷，使热泵热水空调器运行稳定和减少噪音。第三，由于在使用热水时没有直接补充冷水到常压保温储水箱，不会造成冷热水混合，保持水温稳定，更利于热水的使用。第四，管中管式的冷凝器既能够安装在常压保温储水箱的内外胆之间，制成一体机，十分美观简洁，又可独立安装在常压保温储水箱的外部，制成分体机，便于按用户要求进行安装。第五，常压保温储水箱对工艺，材质要求较承压式储水箱低，在同样材料成本的前提下，可制作容量与压缩机日制热水量相匹配的大容量常压保温储水箱。这不仅可以为大量集中使用热水提供条件，还因它容热水量与热泵热水空调器的日制热水量相匹配，就为热泵热水空调器随意启动制冷成为可行，制冷气的同时进行制热水，制冷制热的双功能使得在使用过程中得以协调，而目前的热泵热水器满足制冷的时间和生活习惯时，就不能及时供应热水，当要求随时供应热水时，却不能制冷，造成制冷气和供热水严重的矛盾。

由于热泵热水空调器具有制热水和制冷气的效率极高，又可按生活习惯制冷气，压缩机负荷小，噪音低，全天候供应恒温热水等优秀功能，它是目前其它同类热泵热水器技术不可比拟的，推广前景广阔。

附图说明

图1为本发明提供的热泵热水空调器实施例的原理结构示意图。

图中：1、常压保温储水箱热水出水阀；2、常压保温储水箱；3、冷水进水阀；4、电磁阀；5、液位器探头；6、温度控制仪；7、管中管冷凝器；8、高压汽态管道；9、冷水管道；10、高压液态管道；11、节流装置；12、电源；13、压缩机；14、干燥过滤器；15、控制器；16、膨胀阀；17、低压液态管道；18、低压液态管道  19、蒸发器；20、风机；21、常压保温储水箱排气口；22、管中管冷凝器内外管之间的管腔。

图2为本发明提供的热泵热水空调器实施例一体式安装折弯式管中管冷凝器的常压保温储水箱的结构示意图。

图中：1、内管；2、外管；3、保温层；4、温度控制仪；5、常压保温储水箱内胆；6、常压保温储水箱外胆；7、热水出口；8、冷水入口；9、高压汽态工质入口；10、高压液态工质出口。

图3为本发明提供的热泵热水空调器实施例一体式安装螺旋盘管式管中管冷凝器的常压保温储水箱结构示意图。

图中：1、内管；2、外管；3、保温层；4、温度控制仪；5、常压保温储水箱内胆；6、常压保温储水箱外胆；7、热水出口；8、冷水入口；9、高压汽态工质入口；10、高压液态工质出口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体结构及实施例作进一步说明。

图1为本发明提供的热泵热水空调器实施例的原理结构示意图。该热泵热水空调器主要包括压缩机(1-13)、通过低压液态管道(1-17、18)，分别与压缩机的吸入口和出口相连的蒸发器(1-19)和管中管冷凝器(1-7)，以及设置在管中管冷凝器和蒸发器之间低压液态管道(1-17、18)上的节流装置(1-11)和干燥过滤器(1-14)，膨胀阀(1-16)相连接。管中管冷凝器(1-7)，设置在常压保温储水箱(1-2)的内胆和外胆之间，或独立安装在常压保温储水箱的外部。该管中管冷凝器(1-7)采用折弯式或螺旋盘管式，并在该管中管冷凝器(1-7)的热水出水口处装有温度控制仪(1-6)，进水口处装有水阀(1-3)、电磁阀(1-4)，在外管表面加保温材料。在所述的常压保温水箱(1-2)内或在该水箱外的连通器装置液位器探头，在该水箱下端开热水出水口。上端开热水进水口及排气口，所述常压保温储水箱(1-2)分别与热水出水管，和管中管冷凝器(1-7)的热水出口管相连。当实施一体式热泵热水空调器时，压缩机(1-13)，节流装置(1-11)，干燥过滤器(1-14)，蒸发器(1-19)，风机(1-20)及高压汽态管道(1-8)，高压液态管道(1-10)，低压液态管道(1-17、18)，控制器(1-15)，膨胀阀(1-16)等相连接，并安装在常压保温储水箱上部形成一个整体机，当实施分体式热泵热水空调器时，管中管冷凝器(1-7)可安装在常压保温储水箱(1-2)的内外胆之间，或该管中管冷凝器(1-7)独立安装在其外面。压缩机(1-13)，节流装置(1-11)，干燥过滤器(1-14)，蒸发器(1-19)，风机(1-20)及高压汽态管道(1-8)，高压液态管道(1-10)，低压液态管道(1-17、18)，膨胀阀(1-16)，控制器(1-15)等独立安装在常压保温储水箱(1-2)的外部，按设计需求安装。

图2为本发明提供的热泵热水空调器实施例一体式安装折弯式管中管冷凝器的常压保温储水箱的结构示意图。该一体式常压保温储水箱主要包括水箱内胆(2-5)、水箱外胆(2-6)、保温层(2-3)、管中管冷凝器的内管(2-1)、管中管冷凝器外管(2-2)、温度控制仪(2-4)、热水出口(2-7)、冷水入口(2-8)、高压汽态工质入口(2-9)。高压液态工质出口(2-10)相连接，折弯形管中管冷凝器安装在常压保温储水箱的内胆(2-5)、外胆(2-6)的中间，且冷水入口和热水出口均设置在常压保温储水箱上部。方便与压缩机、蒸发器、节流装置等相连接。因而结构紧凑美观。

图3为本发明提供的热泵热水空调器实施例一体式安装螺旋盘管式管中管冷凝器的常压保温储水箱结构示意图。该一体式常压保温储水箱主要包括水箱内胆(3-5)、水箱外胆(3-6)、保温层(3-3)、管中管冷凝器的内管(3-1)、外管(3-2)、温度控制仪(3-4)、热水出口(3-7)、冷水入口(3-8)、高压汽态工质入口(3-9)。高压液态工质出口(3-10)相连接，螺旋盘管式管中管冷凝器安装在常压保温储水箱的内胆(3-5)和外胆(3-6)的中间，且冷水入口设置在常压保温储水箱下部或上部均可，热水出口设置在常压保温储水箱上部。方便与压缩机、蒸发器、节流装置等相连接。因而结构紧凑美观。

在应用热泵热水空调器时，当要制冷气或制热水时，在压缩机(1-13)，管中管冷凝器(1-7)，节流装置(1-11)，蒸发器(1-19)，干燥过滤器(1-14)及其间的连接管道中，充入适当的氟里昂工质后，并使管中管冷凝器(1-7)的进水管内充满冷水，调节热水温度控制仪(1-6)的温度。接通电源(1-12)，压缩机(1-13)，风机(1-20)启动，高压高温的气体工质经高压汽态管道(1-8)，进入管中管冷凝器(1-7)，被管中管冷凝器的管腔(1-22)中的冷水冷却成液态，经高压液态管道(1-10)，经过节流装置(1-11)，干燥过滤器(1-14)，变为低压液态工质；由低压液态管道(1-17、18)进入蒸发器(1-19)，蒸发器(1-19)被风机(1-20)的快速热交换下加热而蒸发成汽体，再流回低压液态管道(1-17、18)，返回压缩机(1-13)，如此往复循环。这样管中管冷凝器(1-7)里面的冷水与高温汽态工质相逆向流动而快速高效冷却热工质的同时加热管中管冷凝器(1-7)里面的冷水，当冷水温度上升到所设的温度时，温度控制仪(1-6)打开电磁阀(1-4)，冷水把热水推进常压保温储水箱(1-2)，由于常压保温水箱(1-2)容量与压缩机日制热水量相匹配，所以可以按使用冷气的要求和习惯，随时开启热泵热水空调器进行制冷气或制热水，实现高效节能和按习惯使用冷气和热水的目的，同时在常压保温储水箱(1-2)设置有液位器探头(1-5)，当热水满时可自动关闭全部电源，以防止热水溢出，还在管中管冷凝器(1-7)的出水口的内外管之间设置温控仪的电热偶(1-6)。当管中管冷凝器(1-7)热水温度高于所设置的热水温度时，关闭压缩机(1-13)，风机(1-20)，反之打开压缩机(1-13)，风机(1-20)，如此进行运行，以生产恒温热水和制冷气，供生产生活各领域使用。这就是所述发明的热泵热水空调器的运行原理。

本发明的运行操作过程如下

开始运行时，打开自来水阀(1-3)，调节温度控制仪(1-6)，启动电磁阀(1-4)，冷水在自来水的压力下，使管中管冷凝器内外管之间的管腔(1-22)充满冷水后，把控制电磁阀的温度控制仪(1-6)的温度调置所需水温的温度，让它自动控制进水。同时液位器探头(1-5)可根据实际用水量，或制冷气量进行位置调节。在管中管冷凝器的管腔(1-22)充满水之前，要把控制压缩机(1-13)的温度控制仪(1-6)温度调到最低，避免缺水过热运行压缩机(1-13)，风机(1-20)。管中管冷凝器的管腔(1-22)充满水后，还要调节控制压缩机(1-13)运行的温度控制仪(1-6)温度，最好略高于制热水的温度以确保生产恒温热水和对压缩机(1-13)进行过热保护。

当热泵热水空调器的进水系统正常运转时，压缩机(1-13)，风机(1-20)启动运行，高压汽体工质经管道(1-8)进入管中管冷凝器(1-7)，被管中管冷凝器的管腔(1-22)内的冷水冷却后，变为高压液态工质流出管中管冷凝器的管腔(1-22)，由低压液态管道(1-10)进入节流装置(1-11)及干燥过滤器(1-14)，变成低压液态工质，并在压缩机的压力作用下，继续流经低压液态管道(1-18)进入蒸发器(1-19)，在风机(1-20)快速热交换的作用下，流经低压液态管道(1-17)，返回压缩机(1-13)，并再次被压缩机(1-13)压缩。如此住复循环，直至管中管冷凝器的管腔(1-22)的热水温度过热或所制热水以达设定的水量，或不需要制冷气时才停止运行。在制冷气的同时制造热水，并储存在常压保温储水箱(1-2)里，供全天候随时使用，真正实现制冷气制热水相结合。全天候供应恒温热水和冷气达到热泵热水空调器最高热能效率的目的。

Claims (2)

1、一种热泵热水空调器，包括压缩机(1-13)，通过制冷剂管路(1-8，10，17，18)，分别与压缩机(1-13)的吸入口和出口相连的蒸发器(1-19)，带保温外置于常压保温储水箱(1-2)的管中管冷凝器(1-7)，常压保温储水箱(1-2)，以及设置在管中管冷凝器(1-7)和蒸发器(1-19)之间制冷剂管路(1-8，10，17，18)上的节流装置(1-11)和干燥过滤器(1-14)、控制器(1-15)、膨胀阀(1-16)、风机(1-20)等组成的装置。所述的管中管冷凝器(1-7)设置在常压保温储水箱(1-2)的内外胆之间，或在常压保温水箱(1-2)外部独立安装，常压保温储水箱(1-2)的下端设有热水出口，在其上端设有热水进口和排气口(1-21)。其特征在于：所述的管中管冷凝器(1-7)安装在常压保温储水箱(1-2)的内外胆之间或独立安装在常压保温储水箱(1-2)的外部，其形状可以是折弯形，螺旋盘管形，或直线形。管中管式冷凝器(1-7)结构是外管有保温材料，其外管与内管之间的腔管(1-22)及内管(2-1)。在管中管冷凝器(1-7)的出热水口端设置温度控制仪(1-6)。在管中管式冷凝器(1-7)的进水口端设置电磁阀(1-4)，水阀(1-3)。

2、按照权利要求1所述的热泵热水空调器，其特征在于：在所述的常压保温储水箱顶部设有排气口，其内部或与水箱连通的外部连通器设有液位器探头。

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