CN101464084B - 一种具有热水供应功能的水冷式冰箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有热水供应功能的水冷式冰箱的设计与应用，旨在利用冰箱余热制取一定的中低温热水，并将其输送至燃气(电)热水器使之与热水器并网使用，从而实现以不耗能或低耗能方式获取家庭沐浴等生活热水，由此可节省相当于两台冰箱的实际耗能，其节能效果与太阳能热水器相似。本发明可将冰箱最高冷凝温度控制在54.4℃左右，因此其运行条件此空冷式冰箱有明显改善，并可避免在高温工况下运行。此外，本发明水冷式冰箱还可与橱柜紧贴安装，从而可满足现代家居厨房对橱电一体化的设计要求。为制取较多的热水及保证冰箱正常运行，本发明实施的技术方案包括：沉浸式冷凝冷却、余热分层采集及储水过热自动排放等。

Description

一种具有热水供应功能的水冷式冰箱

技术领域

本发明涉及一种电冰箱，特别涉及一种具有热水供应功能的水冷式冰箱。

背景技术

日常使用的家用电冰箱为空冷式冰箱，其制冷过程产生的余热是通过空气自然对流和辐射而排放到冰箱周围空间，因此冰箱余热未能得到利用。而设计一种储水水冷式冰箱，则可利用冰箱余热使储水得到加热而获取一定的热水。但由于家用冰箱余热排放量较小，且随环境温度的高低及食物储量的多少而变化，此外，储水温升还受到冰箱冷凝温度的限制及储水入水(自来水)温度变化的影响，因此利用家用冰箱每天累积运行排放的余热，一般只能制取50℃左右或更低的中低温热水。显然利用家用电冰箱余热获取的热水是无法达到像燃气热水器或电热水器那样的使用效果。或因上述及安装实施等方面的原因，致使家用冰箱余热未能得到有效利用。家用冰箱余热作为一种可再生能源(其排热量一般为冰箱实际耗能的2倍)，它广泛存在于居家生活中，对其弃之不用是一种资源浪费。因此设计一种可有效利用冰箱余热，并适合家居厨房(或餐室)安装使用的具有热水供应功能的冰箱，就成了冰箱设计领域的一项新课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有热水供应功能的水冷式冰箱，旨在保证冰箱正常运行条件下，利用冰箱余热制取一定的中低温热水，并将其输送至燃气(电)热水器使之与热水器并网使用，从而使热水器以不耗能或低耗能方式为家庭提供沐浴等生活热水。所要解决的主要技术问题是既能充分、有效地利用家用冰箱余热制取一定的热水，又能对储水最高水温加以控制，以避免因储水水温过高(或称之为储水过热)而影响冰箱正常运行。

本发明的目的及所要解决的主要技术问题是通过以下技术方案实现的，现将技术方案说明如下，请参阅图1～图6。

本发明具有热水供应功能的电冰箱由冷藏冷冻箱、余热储水箱、储水过热排放装置及水温监控系统等组成，并可借助厨房橱柜构架使其与橱柜组合为一体(如图5所示)。

本发明冰箱为储水水冷式冰箱，是将冰箱制冷系统冷凝盘管和压缩机置于余热储水箱内，以沉浸式冷凝冷却方式使储水直接得到加热，同时为避免过热段冷凝盘管和压缩机壳体排放的高温热量直接波及到等温段冷凝盘管周围水域而影响冰箱冷凝效果，为此以分层采集余热方式将过热段冷凝盘管、压缩机和等温段冷凝盘管分别布设在储水箱上层、中上层及下层，并在压缩机下方设置具有减缓高温热量向低温水域传递作用的挡板，其布设方式参见图1、2、3。此外，本发明储水水冷式冰箱也可仅将冷凝盘管置于余热储水箱内，即将过热段冷凝盘管和等温段冷凝盘管分别布设在储水箱上层及下层，并在过热段冷凝盘管下方设置具有减缓高温热量传递作用的挡板，其布设方式参见图4。

本发明佘热储水箱为承压式水箱，其进出水分别与自来水和燃气(电)热水器进水口相接(如图1～4所示)，并通过水温监控系统对热水器运行状态进行控制，当余热储水箱出水温度达到或超过热水器预期出水温度时，热水器不运行，其储水可直接使用；而当余热储水箱出水温度低于热水器预期出水温度时，则启动热水器对输入的储水进行补充加热。

为防止因未能及时取用余热储水箱制取的热水，使储水过热造成冷凝温度过高而影响冰箱正常运行，本发明根据冰箱压缩机正常运行工况条件(冷凝温度t_k＝54.4℃)，将余热储水最高水温限定为48～50℃，并通过储水过热排放装置和水温监控系统对储水最高温度进行控制，其储水过热排放装置包括：

如图1所示，由热管及其风冷系统组成的储水散热装置，其中将热管蒸发段插入余热储水箱下部，将装有散热器的冷凝段置于储水箱顶盖上部风冷系统隔热风罩内。当余热储水箱下部水温超过储水最高限定温度时，通过水温监控系统启动风冷系统风机运转并开启隔热风罩两端自闭式隔热风门，使热管冷凝段处于通风状态，从而使热管启动运行，由此储水热量通过热管传递到冷凝段并通过强制通风排放到室外；而当余热储水箱下部水温低于最高限定温度时，隔热风罩两端风门关闭，从而保证储水热量不会通过热管散发到水箱外部；

如图2所示，在余热储水箱出水口设置由闸阀和电磁阀组成的电动排水装置，当余热储水箱下部水温超过储水最高限定温度时，通过水温监控系统开启电磁阀而排放部分过热储水，其泄排量可预先通过闸阀进行调节；

如图3所示，在余热储水箱外部设置由附加压缩机、附加翅片式冷凝器和排风装置组成的风冷式压缩冷凝机组，并通过两个三通电磁阀将其与储水箱内压缩机、冷凝盘管构成可转换运行的压缩冷凝回路，当余热储水箱下部水温超过上述限定温度时，通过水温监控系统切换三通电磁阀开闭状态，而转换制冷运行回路，从而停止向储水排放余热使储水温度得到控制；

如图4所示，在余热储水箱外部设置附加翅片式冷凝器和排风装置，并通过两个三通电磁阀将其与储水箱内的冷凝盘管构成可转化运行的冷凝回路，当余热储水箱下部水温超过上述限定温度时，通过水温监控系统切换三通电磁阀开闭状态，而转换制冷运行回路，从而停止向储水排放余热使储水温度得到控制。

本发明具有热水供应功能的水冷式冰箱，其水温监控系统由温度传感器、可调式温控开关和监控器等组成，其中温度传感器用于检测余热储水箱下部水温；可调式温控开关用于检测佘热储水箱出水温度及设定热水器预期出水温度；监控器用于显示余热储水和热水器预期出水温度并对储水过热排放装置和热水器运行状态进行控制，其控制逻辑框图参见图6。

由上述技术方案可知，本发明具有热水供应功能的水冷式冰箱具有如下优点和有益效果：

本发明充分、有效利用了冰箱制冷过程排放的余热，并将制取中低温热水的余热储水箱串接在燃气(电)热水器前端，使之与热水器并网使用，因此可使热水器以不耗能或低耗能方式为家庭提供沐浴等生活热水，由此可节省相当于两台冰箱的实际能耗，其节能效果与太阳能热水器相似，而且不受气候环境等条件限制；

本发明储水水冷式冰箱将冷凝盘管和压缩机沉浸在余热储水箱内，并将储水最高水温限定在48～50℃范围内，因此可将冰箱冷凝温度控制在54.4℃左右，当环境温度超过32.2℃时，其运行条件比空冷式冰箱有明显改善，并可使冰箱避免在高温环境下运行；

本发明提供了多个防止储水过热的技术方案，其中利用热管排放储水多余热量的方式具有简单、实用、可靠等优点，特别适合具有热水供应功能的家用冰箱采用；

由于空冷式冰箱的散热要求，安放时需在冰箱周围及上方留有一定的散热空间，而无法使冰箱与橱柜(或墙面)紧贴安装，因此造成厨房空间利用率不高及影响厨房整体装饰效果。而本发明水冷式冰箱不需要通过冰箱箱体进行散热，因此可有效利用厨房空间，并可借助橱柜构架使其与橱柜组合为一体，从而可满足现代家居厨房对橱电一体化的设计要求。

综上所述，本发明具有热水供应功能的水冷式冰箱具有上述诸多优点，无论是在功能上还是在结构上都有创新。

附图说明

图1～图4是本发明冰箱系统组成及与热水器并网示意图(其中图1为本发明实施例)。

图5是图1所示冰箱与橱柜组合安装示意图。

图6是图1所示冰箱水温监控系统的控制逻辑框图。

图1～图6所示标记号、名称分别为：

1.压缩机            2.过热段冷凝盘管

3.等温段冷凝盘管      4.干燥过滤器

5.节流装置            6.冷藏室蒸发器

7.冷冻室蒸发器        8.回气管

9.余热储水箱          10.热管

11.挡板               12.温度传感器

13.可调式温控开关     14.自动排气阀

15.安全泄压/止回阀    16.散热器

17.风机               18.监控器

19.热水器             20.导温管

21.导温管             22.自来水进水阀

23.附加压缩机         24.附加翅片式冷凝器

25.三通电磁阀         26.三通电磁阀

27.闸阀               28.电磁阀

29.风管               30.隔热风罩

31.自闭式隔热风门     32.自密封接头

33.冷藏冷冻箱         34.橱柜

具体实施方式

本发明具有热水供应功能的水冷式冰箱实施例是一台容积为200升左右的双门直冷式电冰箱，在冰箱正常使用状态下利用其每日累积运行释放的余热，可制取储量为120升、水温为20～50℃的中低温热水(环境温度较低时水温为20℃左右；环境温度较高时水温可达50℃)。根据上述发明内容所述原理并结合图1和图5对本发明具体实施方式作如下描述。

本发明实施例冰箱与橱柜组合安装形式如图5所示，其中将冷藏冷冻箱33嵌入在橱柜34和墙面之间；将余热储水箱9(含储水过热排放装置)安装在冷藏冷冻箱上方，并隐蔽在橱柜内；将监控器18(含可调式温控开关13)安装在冷藏冷冻箱上端。

冷藏冷冻箱结构与空冷式双门直冷冰箱基本相同，不同之处包括：不在冰箱箱体内设置压缩机和冷凝器，而将其置于佘热储水箱内；箱体门框周围不设置防露管，而布有低功耗硅橡胶加热线，将其作为防露加热元件，并在冷藏室温控盒设置防露控制开关；将冷藏室蒸发器化霜水引至与其相邻橱柜内的集水槽，然后通过嵌入在墙内的排水管将其排出；当冷藏室和冷冻室开闭门受到相邻橱柜或墙面影响时，可采用与橱柜铰链相似的内置式不锈钢弹簧铰链。

冰箱制冷系统由置于余热储水箱内的压缩冷凝机组(含压缩机1、过热段冷凝盘管2、等温段冷凝盘管3等)和安装在冷藏冷冻箱内的节流蒸发装置(含干燥过滤器4、节流装置5、冷藏室蒸发器6、冷冻室蒸发器7)组成，两者之间采用自密封接头32联接，以便于搬运和安装。为避免较高温度储水使压缩机回气产生过热，应对回气管8实施隔热密封。

余热储水箱有效容积为120升，在储水箱下方进水口设置安全泄压/止回阀15，并将其与自来水进水阀22相连；在储水箱上端出水口设有自动排气阀14，出水口与热水器19进水口相连；储水箱内胆、外壳及隔热层等结构、材料与储水式电热水器水箱基本相同。

对置于储水箱内冷凝盘管、压缩机壳体等部件应进行耐浸蚀处理(或采用耐浸蚀金属材料)；将压缩机电机启动器和过载保护器等置于储水箱外部，同时应对压缩机电机接口进行防水密封处理，以保证在浸水条件下其电气绝缘、耐电压等性能符合相关规定要求。

储水过热排放装置由热管及其风冷系统组成，其中热管10为热虹吸管；风冷系统由风机17、隔热风罩30和风管29等组成，并在隔热风罩两端设有自闭式隔热风门31；为避免储水通过热管金属壳体传热而影响热管传热性能，应在其绝热段加设隔热密封套管。

为便于安装检测水温的感温元件，将温度传感器12装入设置在储水箱下部的导温管20内；将可调式温控开关13的感温头装入储水箱出水管内的导温管21内；导温管材料采用耐浸蚀不锈钢，并保证导温管与储水箱、储水箱出水管之间的气密性以及导温管与感温元件之间的导热性要求。

为实现余热储水与热水器自动并网运行，本实施例热水器采用燃气热水器，并优选恒温型燃气热水器，其火力大小可根据入水水温自动调节，由此可获得最佳节能效果。

以上所述，并未对本发明做任何形式上的限制，依据本发明技术采用如图4所示技术方案，亦可开发具有热水供应功能的商用厨房冰箱等冰箱类产品，因此但凡未脱离本发明技术实质，对上述内容做任何修改，均属于本发明技术保护范围。

Claims (3)

1.一种具有热水供应功能的水冷式冰箱，包括冷藏冷冻箱、余热储水箱、储水过热排放装置及水温监控系统，其中余热储水箱为承压式水箱，将压缩机、过热段冷凝盘管、等温段冷凝盘管及挡板置于余热储水箱内，其特征在于：余热储水箱进水口与自来水相接，余热储水箱出水口与热水器进水口相接；热水器运行受水温监控系统控制；过热段冷凝盘管、压缩机和等温段冷凝盘管分别布设在余热储水箱的上层、中上层及下层，并在压缩机下方设置挡板。

2.一种具有热水供应功能的水冷式冰箱，包括冷藏冷冻箱、余热储水箱、储水过热排放装置及水温监控系统，其中余热储水箱为承压式水箱，将过热段冷凝盘管、等温段冷凝盘管及挡板置于余热储水箱内，其特征在于：余热储水箱进水口与自来水相接，余热储水箱出水口与热水器进水口相接；热水器运行受水温监控系统控制；过热段冷凝盘管和等温段冷凝盘管分别布设在余热储水箱的上层及下层，并在过热段冷凝盘管下方设置挡板。

3.根据权利要求1或2所述水冷式冰箱，储水过热排放装置包括热管、散热器及风冷系统，其特征是将热管蒸发段插入余热储水箱下层；将热管冷凝段置于余热储水箱顶盖上方，并在热管冷凝段装有散热器，再将其置于风冷系统隔热风罩内。

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