CN101169290B - 一种具有热水器功能的空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有热水器功能的空调装置，主要包括：压缩机、内机蒸发器、冷凝器、内部安装有换热管的水罐，其特征在于，所述压缩机的出气口通过进气管连接所述换热管的上部一端，换热管位于下部的另一端通过出气管连接储液罐一端，储液罐的另一端通过安装有电子膨胀阀的管路连接冷凝器进口；所述压缩机出气口还通过安装有除霜电磁阀的管路连接冷凝器进口；所述冷凝器的出口有两个管路，其中一个管路通过毛细管连接内机蒸发器进口，内机蒸发器出口通过管路连接气液分离器；所述冷凝器出口的另一个管路通过安装有空调/热水器切换阀的管路直接连接气液分离器；所述压缩机的吸气口通过管路连接气液分离器。本发明具有良好的节能效果。

Description

一种具有热水器功能的空调装置

技术领域

本发明涉及空调技术，具体地说涉及一种具有热水器功能的空调装置。

背景技术

空调、热水器已经成为城市家庭必备的家电设备，两种家电装置都用于进行热量传递。目前，空调都是采用冷媒在气液两种状态之间相互转换，实现热量的放出和吸收。空调运行时，压缩机经常停止工作，如果能够充分利用压缩机的工作能力，采用热泵原理热水，实现空调、热水器的一体化，有可能充分利用空调在制冷过程中放出的热量，并且更充分的发挥空调的工作能力，节省使用者的费用。

现有技术已经提供了一些采用热泵原理进行热水的空调、热水器两用装置，例如，申请号为02211471的中国专利申请就提供了一种带热水的风冷双温分离式空调器，该种空调器通过对管路的控制，可以实现制冷、制热、热水等多种功能。但是，上述现有技术提供的装置过于简单，不能实现热水的充分供应，使其实用性受到影响。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种具有热水器功能的空调装置，该空调装置能够较好的利用压缩机的工作能力，使制冷和热水两种功能实现完美的结合。

本发明提供的一种具有热水器功能的空调装置，主要包括：压缩机、内机蒸发器、冷凝器、内部安装有换热管的水罐，所述压缩机的出气口通过进气管连接所述换热管的上部一端，换热管位于下部的另一端通过出气管连接储液罐一端，储液罐的另一端通过安装有电子膨胀阀的管路连接冷凝器进口；所述压缩机出气口还通过安装有除霜电磁阀的管路连接冷凝器进口；所述冷凝器的出口有两个管路，其中一个管路通过毛细管连接内机蒸发器进口，内机蒸发器出口通过管路连接气液分离器；所述冷凝器出口的另一个管路通过安装有空调/热水器切换阀的管路直接连接气液分离器；所述压缩机的吸气口通过管路连接气液分离器。

优选地，该装置具有空调器制冷工作模式、热水器工作模式、空调热水器共同工作模式三种工作模式；空调器制冷工作模式时，电子膨胀阀处于关闭状态，除霜电磁阀处于上电导通状态，空调/热水器切换阀处于关断状态；热水器工作模式时，电子膨胀阀处于打开状态，除霜电磁阀处于截止状态，空调/热水器切换阀处于导通状态；空调热水器共同工作模式下，电子膨胀阀处于打开状态，除霜电磁阀处于截止状态，空调/热水器切换阀处于截止状态。

优选地，所述三种工作模式根据用户指令，结合传感器的测量值以及对水温、室温参数的设定值，自动进行切换；

当指令为空调内机要求开机以及热水器待机时，当传感器测量获得水罐中的水温Ts≤75℃时，采用空调热水器共同工作模式运行，运行到室温达到设定温度；当传感器测量获得水罐中的水温为75℃≤Ts≤85℃时，空调保持当前运行模式，运行到室温达到设定的温度；当传感器测量获得水罐中的水温Ts≥85℃时，采用空调器制冷工作模式，运行到室温达到设定温度；

当用户指令为空调内机要求开机以及热水器要求开机时，如果设定水温和室温都已经达到，则进入待机状态；如果传感器检测表明设定水温、设定室温都未达到，则采用空调热水器共同工作模式，运行到达到设定要求为止；如果传感器检测表明设定水温达到，设定室温未达到，则采用空调器制冷工作模式，运行到达到设定要求为止；如果传感器检测表明设定水温未达到，设定室温达到，则采用热水器工作模式运行，运行到达到设定要求为止；

当用户指令为空调内机待机以及热水器要求开机时，如果设定水温未达到，则采用热水器工作模式运行；如果设定水温达到，则整机停机并待机。

优选地，所述水罐安装有给水排水管以及热水出水管，所述冷凝器安装有冷凝风机，内机蒸发器安装有内风机；所述水罐中安装有测量水罐上部水温的温度传感器。

优选地，所述冷凝风机为双速风机；水罐水温低于设定的风机高低速切换水温时，该双速风机工作在高速状态；当水罐水温高于设定的风机高低速切换水温时，该双速风机工作于低速状态。

优选地，所述电子膨胀阀的开度可根据外界环境和水罐水温进行细调。

优选地，所述热水器工作模式下，还具备除霜运行模式，该模式下，压缩机不停机，电子膨胀阀关闭，除霜电磁阀打开，外机冷凝风机掉电，空调/热水器切换阀导通。

优选地，热水器工作模式下，当测量获得冷凝器盘管的温度低于凝露点温度时，则进入所述除霜运行模式；此后，当冷凝器盘管的温度高于凝露点温度时，则返回热水器工作模式。

优选地，当用户需要空调制冷时，所述装置在空调器制冷工作模式和空调热水器工作模式之间切换；当水罐中水温低于切换温度时，工作在空调热水器工作模式；当水罐水温高于切换温度时，切换到空调器制冷工作模式。

优选地，所述空调/热水器切换阀为常开电磁阀。

优选地，所述除霜电磁阀同时用于实现收氟操作。

本发明提供的装置，能够充分满足将空调和热水两方面的功能，与最接近现有技术相比，具有更好地适用性。

首先，本发明的装置具有三种模式，三种模式分别对应于空调工作、热水器工作、以及空调和热水器共同工作三种模式，这三种模式能够根据不同的情况进行自动切换，不仅可以充分满足用户需要，还可以减少压缩机启动次数，延长压缩机的使用寿命、节约能源。

其次，本发明提供的装置充分考虑了实用性和节约能源相互之间的关系，在保证实用性的基础上，利用水罐换热实现对空调制冷剂的冷却以及水罐中水的加热效果，使能源获得充分利用。

附图说明

图1是本发明第一实施例的结构图；

图2是本发明第一实施例在空调器制冷工作模式的等效管路连接图；

图3是本发明第一实施例在热水器工作模式的等效管路连接图；

图4是本发明第一实施例控制流程图。

具体实施方式

请参看图1，为本发明第一实施例的结构图。该实施例提供的空调、热水两用装置，具有空调制冷和提供热水的功能，不具备空调制热功能。

该空调、热水两用装置的主要部件包括：压缩机101、内机蒸发器103、冷凝器107、水罐115等。水罐115内部安装有换热管118。

所述压缩机101的出气口通过进气管114连接所述换热管118上部的一端，换热管118下部的另一端通过出气管113连接储液罐111一端，储液罐111的另一端通过安装有电子膨胀阀110的管路连接冷凝器107进口。所述压缩机101出气口还通过安装有除霜电磁阀109的管路连接冷凝器107进口。所述冷凝器107的出口有两个管路，其中一个管路通过毛细管106连接内机蒸发器103进口，内机蒸发器103出口通过管路连接气液分离器102。所述冷凝器107出口的另一个管路通过安装有空调/热水器切换阀105的管路连接气液分离器102。所述压缩机101的吸气口通过管路连接气液分离器102。除了上述管路外，所述水罐115的下部安装有给水排水管112，水罐115上部安装有热水出水管116。水罐115上部还安装有水温传感器117。此外，冷凝器107安装有冷凝风机108，内机蒸发器103安装有内风机104。为了移动该空调装置时，进行收氟操作，该装置还安装了若干角阀，包括在压缩机101的出气口与进气管114之间的连接管路上安装有角阀119；出气管113与储液罐111的连接管路上，安装有角阀120；内机蒸发器103出口连接气液分离器102的管路上安装有角阀121，毛细管106连接内机蒸发器103进口的管路上，安装有角阀122。

上述具有热水器功能的空调装置具有三种工作模式，分别为：空调器制冷工作模式(模式1)、热水器工作模式(模式2)、空调热水器共同工作模式(模式3)。该空调装置只提供制冷功能，而不提供制热功能，这是由于制热不是空调的优势，一般用户在冬季都会准备其他类型的供暖方式。

所述空调器制冷工作模式下，电子膨胀阀110处于关闭状态，除霜电磁阀109处于上电导通状态，空调/热水器切换阀105处于关断状态，所述内风机104运行，冷凝风机108运行，压缩机101运行。由于电子膨胀阀110处于关闭状态，所述水罐115中换热管118一路不导通，所述空调/热水器切换阀105一路不导通，此时，该装置的等效管路连接图见图2。整个系统运行与一般空调相同；毛细管在整个系统中起到截流作用，与内机蒸发器103，冷凝器107，压缩机101共同组成空调制冷的四大部件。

所述热水器工作模式下，电子膨胀阀110处于打开状态，根据水温和空调系统的过热度进行调阀，除霜电磁阀109处于掉电截止状态，空调/热水器切换阀105掉电，处于导通状态；由压缩机101、水罐115、电子膨胀阀110、冷凝器107四大部件组成空气源热泵热水系统；压缩机压缩的高温高压的制冷剂气体进入水罐中换热管118，高温高压的制冷剂气体与水罐中的水换热，使水罐的水温升高，制冷剂气体在换热过程中被冷却变成了汽液混合态的制冷剂，经过电子膨胀阀110的截流后，在冷凝器107中膨胀蒸发，从外环境的空气中吸收热量，变成气态的制冷剂。由于空调/热水器切换阀105打开，制冷剂经过该阀门到压缩机地回气的阻力远小于制冷剂经过毛细管106、内机蒸发器104到压缩机101地回气的阻力；因此，只有少量的制冷剂从空调内机流过，通过对系统进行调整，这一部分可以忽略。所述从冷凝器107中流出的制冷剂接着被压缩机101吸气口吸入进行压缩，开始下一轮循环。通过上述过程，该装置形成一个闭合的热水循环系统。热水器工作模式下的等效管路图见图3所示。

在热水器工作模式下，外机相当于空调制热运行的空调外机，会出现结霜的现象，为此，在该热水器工作模式下，还具备除霜运行模式。进入除霜运行模式是根据冷凝器107的盘管温度和外界凝露点温度进行确定的。当测量获得盘管的温度低于凝露点温度时，进入除霜模式。除霜模式运行时，压缩机101不停机，电子膨胀阀110复位关阀，除霜电磁阀109打开，外机冷凝风机108掉电以便盘管温度能够迅速升高，空调/热水器切换阀105仍处于掉电导通状态。除霜模式运行一段时间后，当冷凝器107的盘管温度高于所述冷凝温度时，除霜工作模式停止，冷凝风机108高风运行，电子膨胀阀110调整到设定开度，除霜电磁阀109掉电截止，系统继续热泵热水运行。系统进行不停压缩机除霜，既能提高除霜的效果和速度，又减少了压缩机101的开停机次数延长了压缩机101使用寿命。

所述空调热水器共同工作模式下，压缩机101运行，电子膨胀阀110处于打开状态，根据水温和空调系统的过热度进行调阀，除霜电磁阀109处于掉电截止状态，空调/热水器切换阀105上电截止，冷凝风机108根据条件进行高、低、停调速，毛细管106对制冷剂进行第二次截流，冷凝风机108根据用户的要求运行制冷或除湿。在此种运行模式下，换热管118和冷凝器107共同组成空调系统的冷凝器部分；系统经过两次截流，分别由电子膨胀阀110和毛细管106来完成；内机蒸发器103为系统蒸发器；压缩机101作为整个系统的心脏压缩制冷剂，以上四部分组成一个空调系统。压缩机101压缩的高温高压的制冷剂气体进入换热管118，高温高压的制冷剂气体与水罐中的水换热，使水罐的水温升高，制冷剂气体在换热过程中被冷却变成了汽液混合态的制冷剂，经过电子膨胀阀110一次截流，再经过毛细管第二次截流，在空调内机蒸发器103膨胀蒸发，向用户使用空间释放冷气。此时，空调冷凝风机108不开机，主要由水罐中的水来起到冷却作用；当水罐式加热器中的水温比较高时，水罐中的水已不能起到完全的冷却作用时，空调冷凝风机108开始运转，协助水罐115来冷却高温高压的制冷剂；当水罐中的水温相当高，水罐115基本上起不到冷却作用时，电子膨胀阀110关闭，除霜电磁阀109打开，空调热水器共同工作模式切换到空调器制冷工作模式，以满足空调末端制冷的需要。在该工作模式下，可以充分利用压缩机101排出的高温高压的制冷剂，将制冷剂冷凝过程放出的热量用于热水，同时，又通过适时的切换到完全采用冷凝器107冷凝，确保制冷效果不会因为水罐115水温升高而降低。可以规定一个固定的水罐水温值作为切换温度，由水温传感器117测量获得水罐水温，并将该水罐水温与所述切换温度进行比较，从而控制所述切换。

与其他装置相比，该装置视不同情况分别利用电子膨胀阀与110毛细管106截流。使用水罐115换热时，由于水罐115温度上升，其换热能力会下降，因此利用电子膨胀阀110截流。使用电子膨胀阀110进行截留的优势在于，可以根据外环境温度和水罐水温，对电子膨胀阀进行细调，实现最合理的截流效果。这样，不但能够保证系统稳定运行，而且在一定的范围内，通过细调可以提高水罐115的换热效率。而对于换热效果比较稳定的空调系统，该装置采用毛细管106截流，降低了整个装置的成本。

本系统充分利用两个电磁切换阀。在系统运行过程中，除霜电磁阀109具有多重作用：在除霜模式下，压缩机101不停止工作，除霜电磁阀109上电打开，直接将压缩机101的排气引入冷凝器，进行化霜操作。该电磁阀109在整机拆离的安装过程中，还可以实现用于实现收氟的作用。收氟时，首先将冷凝器107与热水器连接的角阀119关闭，将冷凝器107与内机蒸发器103连接角阀122关闭；然后将电子膨胀阀110开到最大开度，除霜电磁阀109，压缩机101、冷凝风机108上电运行1分钟。此时，压缩机101工作，并且由于除霜电磁阀109打开，压缩机101和冷凝器107形成一个循环回路。这样，系统中换热管118、内机蒸发器103的冷媒将吸收到该回路中。1分钟后，冷凝风机108停止，除霜电磁阀109掉电，压缩机101继续运行；待冷凝风机108扇叶停止转动时，同时关闭角阀121，以及角阀120。这时，由于除霜电磁阀109关闭，压缩机101工作将使冷媒进一步被吸收，关闭角阀120和角阀122后，将使冷媒不致外泄。

所述空调/热水器切换阀105的作用，用于实现从空调器制冷工作模式和空调热水器共同工作模式切换到热水器工作模式。所述空调/热水器切换阀105选用一常开电磁阀，在阀体处于导通状态，制冷剂不经过内机蒸发器103，仅热水器在运行；在阀体处于闭合状态，制冷剂经过内机蒸发器103，空调、热水器均投入运行。考虑到用户在春、秋、冬三季将整机作为一节能型的热水器在使用，从一年的整体使用情况来看，整机作为一个热水器的使用时间，要长于空调热水器的共同使用时间，因此空调/热水器切换阀105选用常开电磁阀，以获得更长的使用寿命。

为了便于装置的热泵热水部分能稳定运行，本系统的冷凝风机108选用双速风机；在水罐115中水温不高的情况下，该冷凝风机108工作于高速状态；当水罐115中的水温升高到较高温度时，排气温度与水罐115的水温温差变小，水罐115换热能力急剧下降，为了调节系统的平衡，使冷凝风机108工作于低速状态，风机风叶转速降低，减小了外机的换热能力，使系统保持相对平衡。所述冷凝风机108在高速和低速之间切换的水罐水温，称为风机高低速切换水温，该温度的具体值根据实际情况和经验进行设定，水罐水温由水温传感器117测量获得。

现有技术下下的具有热水器功能的空调装置采用板式换热器或者壳管式换热器。上述两种换热器可以提高了换热效率，但在水温比较高时，出气管113出气温度比较高，回气压力高，使压缩机的负载变化很大，水温也很难再提高。本装置采用在水罐115中安装换热管的方式构成水罐式换热器，该水罐式换热器与常规的换热器换热方式不同，压缩机101出气口的高压粗管从水罐115的上部连接换热器118上端，低压细管从水罐115的下部连接换热器118下端，由于水罐上部的水首先与刚刚从压缩机101中出来的高温高压的制冷剂进行热交换，使水罐115上层的水温度较高，因此，管路中的制冷剂与水罐115中的水在换热区纵向上不存在对流，水温在纵向上分层明显；当水罐115中的大部分水处于比较高的温度时，水罐115底部的水温仍比较底，从而充分保证了出气管113的温度保持在较低水平，系统的回气压力比较低，压缩机101的负载在水温高时与水温低时没有大的变化，从而保证系统在水温达到60-70℃时仍能够稳定的运行；而且水罐式换热器与常规的换热器比较，换热效率差别不大。

上述装置在几种工作模式之间可以根据设定要求以及检测获得的水罐水温、室温等条件自动切换，从而实现最佳的运行效果。一个可行控制方式可以参见图4，该图为对该装置进行控制的控制流程图。本发明的关键在于该装置的结构设计，在该结构基础上，可以采用多种控制方式。该控制流程图示出一种最为合理的控制流程。

如图4所示，该空调装置的运行根据所接收到的指令以及空调中的传感器检测的室温、水温的测量值，选择合适的工作模式。

当空调内机接收到关机命令(S401)或者开机命令(S407)时，分别进入不同的工作过程。

当空调内机接收到关机命令(S401)时，如果内机处于关机状态时(S402)，进入循环检测(S403)，等待下一个指令。如果内机处于开机状态(S404)，则执行关机命令(S405)，然后进入循环检测(S406)。

当内机接收到开机命令(S407)，根据针对空调内机和热水器的不同指令进行不同的处理。

当指令为空调内机要求开机以及热水器待机时(S408)，根据水罐115中的水温不同，采用不同的运行模式。

当传感器测量获得水罐115中的水温Ts≤75℃时(S409)，水罐115的水温可以起到冷凝作用，因此采用模式3运行(S410)，运行到测得室温达到设定温度时(S411)，整机停机，进入待机状态(S412)。

当传感器测量获得水罐115中的水温75℃≤Ts≤85℃时(S413)，水罐115的水温的冷凝效果有限，此时，保持当前的运行模式，即保持模式1或者模式3(S414)。当室温达到设定的温度时(S415)，整机停机，进入待机状态(S416)。

当传感器测量获得水罐115中的水温Ts≥85℃时(S417)，水罐115的水温无法起到冷凝效果，采用模式1运行(S418)。当室温达到设定的温度时(S419)，整机停机，进入待机状态(S420)。

当指令为空调内机要求开机以及热水器要求开机时(S421)，根据水罐115中的水温以及室温与设定的温度要求比较的结果，采用不同的运行模式。

如果设定水温和室温都已经达到(S422)，则整机停机，进入待机状态(S423)。

如果传感器检测表明设定水温未达到，设定室温也未达到(S424)，则采用模式3运行，或者切换到模式3运行(S425)。运行到达到设定要求为止。

如果传感器检测表明设定水温达到，设定室温未达到(S426)，则采用模式1运行，或者切换到模式1运行(S427)。运行到达到设定要求为止。

如果传感器检测表明设定水温未达到，设定室温达到(S428)，则采用模式2运行，或者切换到模式2运行(S429)。运行到达到设定要求为止。

当指令为空调内机待机以及热水器要求开机时(S430)，根据水罐115中的水温与设定的温度要求比较的结果，进行不同的处理。

如果设定水温未达到(S431)，则采用模式2运行或者切换到模式2运行。

如果设定水温达到(S433)，则整机停机并待机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有热水器功能的空调装置，主要包括：压缩机、内机蒸发器、冷凝器、内部安装有换热管的水罐，其特征在于，所述压缩机的出气口通过进气管连接所述换热管的上部一端，换热管位于下部的另一端通过出气管连接储液罐一端，储液罐的另一端通过安装有电子膨胀阀的管路连接冷凝器进口；所述压缩机出气口还通过安装有除霜电磁阀的管路连接冷凝器进口；所述冷凝器的出口有两个管路，其中一个管路通过毛细管连接内机蒸发器进口，内机蒸发器出口通过管路连接气液分离器；所述冷凝器出口的另一个管路通过安装有空调/热水器切换阀的管路直接连接气液分离器；所述压缩机的吸气口通过管路连接气液分离器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置具有空调器制冷工作模式、热水器工作模式、空调热水器共同工作模式三种工作模式；空调器制冷工作模式时，电子膨胀阀处于关闭状态，除霜电磁阀处于上电导通状态，空调/热水器切换阀处于关断状态；热水器工作模式时，电子膨胀阀处于打开状态，除霜电磁阀处于截止状态，空调/热水器切换阀处于导通状态；空调热水器共同工作模式下，电子膨胀阀处于打开状态，除霜电磁阀处于截止状态，空调/热水器切换阀处于截止状态。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三种工作模式根据用户指令，结合传感器的测量值以及对水温、室温参数的设定值，自动进行切换；

当指令为空调内机要求开机以及热水器待机时，当传感器测量获得水罐中的水温Ts≤75℃时，采用空调热水器共同工作模式运行，运行到室温达到设定温度；当传感器测量获得水罐中的水温为75℃≤Ts≤85℃时，空调保持当前运行模式，运行到室温达到设定的温度；当传感器测量获得水罐中的水温Ts≥85℃时，采用空调器制冷工作模式，运行到室温达到设定温度；

当用户指令为空调内机要求开机以及热水器要求开机时，如果设定水温和室温都已经达到，则进入待机状态；如果传感器检测表明设定水温、设定室温都未达到，则采用空调热水器共同工作模式，运行到达到设定要求为止；如果传感器检测表明设定水温达到，设定室温未达到，则采用空调器制冷工作模式，运行到达到设定要求为止；如果传感器检测表明设定水温未达到，设定室温达到，则采用热水器工作模式运行，运行到达到设定要求为止；

当用户指令为空调内机待机以及热水器要求开机时，如果设定水温未达到，则采用热水器工作模式运行；如果设定水温达到，则整机停机并待机。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水罐安装有给水排水管以及热水出水管，所述冷凝器安装有冷凝风机，内机蒸发器安装有内风机；所述水罐中安装有测量水罐上部水温的温度传感器。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述冷凝风机为双速风机；水罐水温低于设定的风机高低速切换水温时，该双速风机工作在高速状态；当水罐水温高于设定的风机高低速切换水温时，该双速风机工作于低速状态。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子膨胀阀的开度可根据外界环境和水罐水温进行细调。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热水器工作模式下，还具备除霜运行模式，该模式下，压缩机不停机，电子膨胀阀关闭，除霜电磁阀打开，外机冷凝风机掉电，空调/热水器切换阀导通。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，热水器工作模式下，当测量获得冷凝器盘管的温度低于凝露点温度时，则进入所述除霜运行模式；此后，当冷凝器盘管的温度高于凝露点温度时，则返回热水器工作模式。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当用户需要空调制冷时，所述装置在空调器制冷工作模式和空调热水器工作模式之间切换；当水罐中水温低于切换温度时，工作在空调热水器工作模式；当水罐水温高于切换温度时，切换到空调器制冷工作模式。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空调/热水器切换阀为常开电磁阀。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除霜电磁阀同时用于实现收氟操作。

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