发明内容
本发明的目的在于提供一种具有5种工作状态:提供热水、制冷、制热、制冷并同时提供热水、制热并同时提供热水的空调热水装置。为此本发明采用以下技术方案:
一种空调热水装置,包括有压缩机、室内换热器、室外换热器、热水换热器及四通换向阀、节流装置,其特征在于:在所述空调热水装置的管路中还设置有流量调控装置,所述流量调控装置的进口连接或间接连接从压缩机排气口过来的管路,一个出口与所述热水换热器的进口直接或间接相连接,另一个出口与所述室内换热器的一端直接或间接相连接;所述流量调控装置用于调节或控制管路中的流体通过热水换热器或室内换热器的流体的比例;从而使空调热水装置具有以下5种工作状态:提供热水、制冷、制热、制冷并同时提供热水、制热并同时提供热水。
优选地,在所述热水换热器的后面一侧的管路中还设置有流路切换装置,用于控制从热水换热器过来的流体的流动方向。
可选地,所述流路切换装置为一个带一个进口及两个出口的三通切换阀。
可选地,所述流路切换装置为至少包括两个电磁阀的组合式流路切换装置,其中一个电磁阀设置于热水换热器与室内换热器之间的管路中,而在热水换热器与室外换热器之间的管路中也设置有至少一个电磁阀。
可选地,所述流量调控装置为一个具有一个进口、两个出口、并能分别调控两个出口的流量的比例调控阀。
优选地,所述比例调控阀设置于热水换热器与室内换热器的前面,用于调节或控制从压缩机排气口过来的到热水换热器与室内换热器的流体的比例或选择性关闭热水换热器与室内换热器中的一个或同时关闭两者。
可选地,所述比例调控阀设置于所述四通换向阀的一个端口后面,其进口与所述四通换向阀的一个出口相连接。
可选地,所述流量调控装置包括两个分别安装在热水换热器与室内换热器的前面的流量调控阀。
可选地,在从所述压缩机的排气口向所述流量调控装置、四通换向阀之间的管路中还设置有三通阀,所述三通阀的进口与从压缩机的排气口过来的管路相连接,而另外两个出口分别与所述流量调控装置、四通换向阀的进口相连接。
优选地,所述空调热水装置的节流装置至少包括2个,其中的第一节流装置设置于所述室内换热器与所述室外换热器之间,第二节流装置设置于所述热水换热器之后用于对经过热水换热器冷凝的流体节流并控制。
本发明通过在热水换热器的前面一侧的管路中设置流量调控装置,从而可以控制通过该流量调控装置的流体是通过热水换热器、室内换热器或通过两者的流体的比例,从而实现同一空调热水装置可以在5种工作状态:提供热水、制冷、制热、制冷并同时提供热水、制热并同时提供热水之间转换,并且控制简单方便,整体运行时效率相对较高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面具体结合实施例中的附图,对本发明的技术方案进行具体描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明文件中所描述的前面、后面等词语是为了更清楚地描述发明内容而引用的,主要是指在流体流动方向上的前、后,而并不是具体方位的前、后。同样,进口、出口也是针对流体流动方向而言的。
如图1所示,图1为本发明的空调热水装置的一种实施方式的主要管路连接的系统示意图。该空调热水装置包括有压缩机1、室内换热器5、室外换热器4、热水换热器9及四通换向阀3,其中四通换向阀3的进口管路A与压缩机1的排气端管路相连接,可以是直接或间接连接;而四通换向阀3的两个出口管路B、C分别与室外换热器4、室内换热器5的一端端口相连接,同样,连接也可以是通过其它部件如电磁阀、单向阀而采用间接连接的;热水换热器9的进口通过一个比例三通阀10与压缩机1的排气口相连接,即比例三通阀10与四通换向阀3同时与压缩机的排气口相连通;而比例三通阀10的另一端口则与室内换热器5相连接,即比例三通阀10的一个出口和四通换向阀3的一个出口如图1中的C端口同时与室内换热器5的一个端口连接。在室外换热器4与室内换热器5之间还设置有第一节流装置6,节流装置6可以是带截止功能的电子膨胀阀、热力膨胀阀或节流管与电磁阀的组合。这样,通过比例三通阀10,就可以控制通往热水换热器9的流体的流通与否及流通量的大小;在比例三通阀10完全关闭时,空调热水装置就相当于原有的热泵型空调,可以实现制冷或制热。在该实施方式中,比例三通阀就是本发明中所提的流量调控装置,比例三通阀可以分别控制并调节通往热水换热器9、室内换热器5的流体的比例,流体比例范围可以在0-100%范围内控制调节,也就是说是可以完全关闭的,并进行比例调节。在需要热水功能时,比例三通阀10使通往热水换热器9的出口的流路开启,流路开启的大小可以根据需要进行调节,也可以全开;而在空调热水装置需要制冷时,比例三通阀10中通往室内换热器5的出口关闭。
另外在热水换热器9的出口还设置有第二节流装置8,同样,该节流装置可以是带截止功能的电子膨胀阀、热力膨胀阀或电磁阀与节流管的组合,在节流装置8后面还设置有流路切换装置,该实施方式中流路切换装置采用了三通切换阀7,三通切换阀7的进口与节流装置8相连接或通过管路间接连接,另外两个端口分别与室外换热器4、室内换热器5的两个端口相连通;即三通切换阀7与第一节流装置6是相并联地与室外换热器4、室内换热器5的两个端口相连通。
本实施方式中的空调热水装置,由于在热水换热器前设置了流量调控装置,从而可以实现下述五种工作模式:制冷、制热、热水、制冷加热水、制热加热水。具体工作原理及运行情况简单介绍如下:
制冷:此时流量调控装置即比例三通阀10的2个出口全部关闭,同时热水换热器后面的第二节流装置8也是关闭的,四通换向阀3的其中2个端口C、D之间连通,从压缩机1出来的流体通过四通换向阀3并从出口B流出而经过室外换热器4、经过室外换热器冷凝后经过节流装置6节流然后再流入室内换热器5,在这里进行与空气的热交换而完成制冷,然后再通过四通换向阀3的C端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制冷循环。
制热:此时流量调控装置即比例三通阀10的2个出口也是全部关闭,同时热水换热器后面的第二节流装置8也是关闭的,四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,从压缩机1出来的流体通过四通换向阀3并从出口C流出而经过室内换热器5,在这里进行与空气的热交换而完成制热,然后经过节流装置6节流然后再流入室外换热器4,在这里进行与外界空气的热交换,然后再通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制热循环。
热水:在不需要运行空调而只需要热水时,这时第一节流装置6完全关死,另外还可以在这里设置一个电磁阀来进行流路的通断控制;而作为流量调控装置的比例三通阀10的向热水换热器的这一出口完全打开,而向室内换热器5的这一端口则关闭,另外四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,另外作为流路切换装置的三通切换阀7是向室外换热器4的这一端口开通,而向室内换热器5的另一端口关闭;这样,从压缩机1出来的流体通过比例三通阀10流向热水换热器9,在这里进行与水的热交换而完成水的加热,然后经过节流装置8节流然后再流入室外换热器4,在这里进行与外界空气的热交换,然后再通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个热水循环。这样加热热水的热效率就比单纯的用电加热要高很多,从而提高了能效。
制冷加热水:在需要同时进行制冷及热水时,这时室内换热器与室外换热器之间的节流装置6关死,而作为流量调控装置的比例三通阀10的向热水换热器的这一出口完全打开,而向室内换热器5的这一端口则关闭,另外四通换向阀的其中2个端口C、D之间连通,另外作为流路切换装置的三通切换阀7是向室内换热器5的这一端口开通,而向室外换热器4的这一端口则关闭;这样,从压缩机1出来的流体通过比例三通阀10流向热水换热器9,在这里进行与水的热交换而完成水的加热,同时也完成了流体的冷凝,然后经过节流装置8节流然后再流入室内换热器5,在这里进行与房间空气的热交换从而完成制冷,然后再通过四通换向阀3的C端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制冷加热水的循环。这样由于该空调热水装置采用水来进行冷凝,冷凝效果相对利用风冷来进行冷凝效果要好,这样空调制冷的效率就能提高,即不但能同时完成制冷与热水,还能进一步提高空调制冷的能效比,使热能利用的效率进一步提高。
制热加热水:在需要同时进行制热及热水时,这时2个节流装置6、8均开启,而作为流量调控装置的比例三通阀10则根据控制系统的要求分配向热水换热器9、室内换热器5的流体的比例,具体地说,可以是通过控制流向热水换热器9的流体比例,而其余的则全部通过室内换热器5;当然也可以是相反的。另外四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,另外作为流路切换装置的三通切换阀7是向室外换热器4的这一端口开通,而向室内换热器5的这一端口则关闭;这样,从压缩机1出来的流体一部份通过比例三通阀10流向热水换热器9,在这里进行与水的热交换而完成水的加热,然后经过节流装置8节流然后再流入室外换热器4;同时,另外一部份流体则是通过比例三通阀的另一端口及四通换向阀3经过端口C通往室内换热器5、在这里完成与空气的热交换即完成制热然后经过节流装置6节流后与从三通切换阀过来的流体一道进入室外换热器4,与室外的空气进行热交换,然后再通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制热加热水的循环。
从上述描述可以看出,本发明通过在热水换热器之前设置一个流量调控装置,具体在本实施方式中是比例三通阀,从而可以实现制冷、制热、热水、制冷加热水、制热加热水共五种工作模式。同时在室内、室外两个换热器之间、热水换热器之后分别设置有节流装置。同时热水换热器之后设置的节流装置后还设置有流路切换装置,以控制从该管路中过来的流体是通往室内换热器或是室外换热器在每个工作模式时都是经过一个换热器作为冷凝器、或者是并联通过热水换热器、室内换热器,而不再是串联地通过两个换热器,这样每一个工况运行时的效率得以保证,从而可以保证空调热水装置的整体效率。并且本实施方式中使用比例调控阀可以根据热水换热器的出水温度或室内温度来调节或控制分别流入热水换热器或室内换热器的流量,这样调控比较精确。
另外要本实施方式中,还可以在四通换向阀的B、C两个端口后面各设置一个电磁阀,这样可以选择性地进行关闭,这样在各个工况运行时,制冷剂不会沉积在冷凝器中,如具体地在进行制冷加热水工况时,在上面所述的运行工况下,再关闭四通换向阀的B端口后面的电磁阀,这样从压缩机出来的高压制冷剂经过四通换向阀后就被该电磁阀切断,而不再流往室外换热器,这样制冷剂不会在室外换热器中沉积,从而不会造成制冷剂的浪费,从而有助于保证整体的运行效率。
下面结合图2介绍本发明的另外一种实施方式,图2为本发明的空调热水装置的第二种实施方式的主要管路连接的系统的示意图。该实施方式中在四通换向阀、比例三通阀之前还安装了一个三通阀2,这样在单独制冷、制热时,三通阀2将通往比例三通阀10的流路关闭,从压缩机1出来的流体全部通过三通阀2流往四通换向阀3的进口,而不再流往比例三通阀10与热水换热器9这一管路,这样,不会造成制冷剂流体在这部份管路及热水换热器中的沉积,从而可以保证空调热水装置在作为空调时的效率;同样在制热水时,三通阀2将通往四通换向阀3的流路关闭,从压缩机1出来的流体全部通过三通阀2流往比例三通阀10的进口,而不再流往四通换向阀3这一管路,这样,不会造成制冷剂流体在四通换向阀3及室内换热器这部份管路中的沉积,从而可以保证空调热水装置在作为单独加热热水时的效率。该实施方式的其它工作模式与结构与上述第一实施方式相同,这里不再复述。
下面结合图3介绍本发明的另外一种实施方式,图3为本发明的空调热水装置的第三种实施方式的主要管路连接的系统的示意图;本实施方式中作为流量调控装置的是由2个流量调控阀17、18组成的组合式流量调控装置10’。其中一个流量调控阀17安装在热水换热器9的前面侧的管路中,而另一个流量调控阀18通过一个单向阀11与室内换热器5相连接,这两个流量调控阀17、18的进口都与从压缩机1过来的管路相连通;这样这2个流量调控阀可以分别控制到室内换热器5、热水换热器9的流体的流量,从而实现整体的流量控制与调节功能。另外,作为流路切换装置的是由2个电磁阀13、16及2个单向阀14、15组成的一个组合,其中的设置于第二节流装置8与室外换热器之间的电磁阀13、单向阀14用于控制向室外换热器4的流体,而另外的设置于第二节流装置8与室内换热器之间的电磁阀16、单向阀15则用于控制向室内换热器5的流体,这样同样能完成原第一实施方式中三通切换阀的功能。而另外,代替上述第二实施方式中三通阀2的是一个电磁阀12,这样,性能可能会稍有所下降,但电磁阀的制造要求相对比较低,这样有助于降低制造成本。具体工作时的制冷剂流动方式与上述实施方式相同,这里不再复述。
下面结合图4介绍本发明的又一实施方式,图4为本发明的空调热水装置的第四种实施方式的主要管路连接的系统的示意图;该实施方式与上述第一实施方式的主要区别在于:比例三通阀10的安装位置不同,该实施方式中,比例三通阀10是安装于四通换向阀的C端口后面,而不是直接与从压缩机1过来的管路连接,另外,为了保证可以实现同样的五个工作模式,在室外换热器4、室内换热器5的靠近比例三通阀10的一侧通过一个电磁阀12、单向阀11连接在一起即设置有一个旁通路,这样同样可以实现本发明的5种工作方式:制冷、制热、热水、制冷加热水、制热加热水,具体工作原理及运行情况如下:
制冷:此时流量调控装置即比例三通阀10的通向热水换热器的一个出口全部关闭,四通换向阀的其中2个端口C、D之间连通,从压缩机1出来的流体通过四通换向阀3并从出口B流出而经过室外换热器4、经过室外换热器冷凝后经过节流装置6节流然后再流入室内换热器5,在这里进行与空气的热交换而完成制冷,然后再通过四通换向阀3的C端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制冷循环。这时电磁阀12处于关闭状态;由于从压缩机1排气口过来的流体压力远高于回气口的压力,单向阀11可以确保室外换热器4、室内换热器5前面侧的管路中不会发生短路。另外,热水换热器9后面设置的第二节流装置也可是关闭的。
制热:此时流量调控装置即比例三通阀10的通向热水换热器的一个出口也是全部关闭,另外热水换热器后的第二节流装置8也是关闭的,室内换热器与室外换热器之间的旁通路上设置的电磁阀12关闭,四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,从压缩机1出来的流体通过四通换向阀3并从出口C流出而经过室内换热器5,在这里进行与空气的热交换而完成制热,然后经过节流装置6节流然后再流入室外换热器4,在这里进行与外界空气的热交换,然后再通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制热循环。同样,由于电磁阀12关闭,室外换热器4、室内换热器5前面侧的管路中不会短路。
热水:在不需要运行空调而只需要热水时,这时室内换热器与室外换热器之间的节流装置6完全关死,室内换热器与室外换热器之间的旁通路上设置的电磁阀12关闭;而作为流量调控装置的比例三通阀10的向热水换热器的这一出口完全打开,而向室内换热器5的这一端口则关闭,另外四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,另外作为流路切换装置的三通切换阀20是向室外换热器4的这一端口开通,而向室内换热器5的另一端口关闭;这样,从压缩机1出来的流体通过比例三通阀10流向热水换热器9,在这里进行与水的热交换而完成水的加热,然后经过节流装置8节流然后再流入室外换热器4,在这里进行与外界空气的热交换,然后再通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个热水循环。这样加热热水的热效率就比单纯的用电加热要高很多,从而提高了能效。
制冷加热水:在需要同时进行制冷及热水时,这时节流装置6关死,而作为流量调控装置的比例三通阀10的向热水换热器的这一出口完全打开,而向室内换热器5的这一端口则关闭,另外四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,室内换热器与室外换热器之间的旁通路上设置的电磁阀12打开,另外作为流路切换装置的三通切换阀20是向室内换热器5的这一端口开通,而向室外换热器4的这一端口则关闭;这样,从压缩机1出来的流体通过四通换向阀3进入比例三通阀10而流向热水换热器9,在这里进行与水的热交换而完成水的加热,同时也完成了流体的冷凝,然后经过节流装置8节流然后再流入室内换热器5,在这里进行与房间空气的热交换从而完成制冷,然后再通过旁通路的电磁阀12与单向阀11、并通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制冷加热水的循环。这样由于该空调热水装置采用水来进行冷凝,冷凝效果相对利用风冷来进行冷凝效果要好,这样空调制冷的效率就能提高,即不但能同时完成制冷与热水,还能进一步提高空调制冷的能效比,使热能利用的效率进一步提高。
制热加热水:在需要同时进行制热及热水时,这时节流装置6、8均开启,室内换热器与室外换热器之间的旁通路上设置的电磁阀12关闭,而作为流量调控装置的比例三通阀10则根据控制系统的要求分配向热水换热器9、室内换热器5的流体的比例,具体地说,可以是通过控制流向热水换热器9的流体比例,而其余的则全部通过室内换热器5;另外四通换向阀的其中2个端口B、D之间连通,另外作为流路切换装置的三通切换阀20是向室外换热器4的这一端口开通,而向室内换热器5的这一端口则关闭;这样,从压缩机1出来的流体通过四通换向阀3再通过比例三通阀10进行分配,一部份流向热水换热器9,在这里进行与水的热交换而完成水的加热,然后经过节流装置8节流然后再流入室外换热器4;同时,另外一部份流体则是通过室内换热器5、在这里完成与空气的热交换即完成制热然后经过节流装置6节流后与从三通切换阀过来的流体一道进入室外换热器4,与室外的空气进行热交换,然后再通过四通换向阀3的B端口、再通过D端口最终回到压缩机,从而完成整个制热加热水的循环。
下面结合图5介绍本发明的第五种实施方式,图5为本发明的空调热水装置的第五种实施方式的主要管路连接的系统的示意图;该实施方式与上述第四实施方式基本相同,主要区别点在于:本实施方式中的流路切换装置20’是采用了由两个电磁阀13、16与两个单向阀14、15的组合来实现的,这与上面介绍的第三个实施方式中相同,因此不再复述。而另外,代替第四实施方式中的流量调控装置的是由二个分别设置在室内换热器、热水换热器之前的流量调控阀17、18及一个电磁阀21及与电磁阀21串联的单向阀19所组成的组合式流量调控装置10”,电磁阀21与单向阀19相串联并与室内换热器之前的流量调控阀17相并联;具体如图所示。
具体地在单独制热水时是开启热水换热器后的第二节流装置8,关闭流量切换装置中的通往室内换热器5的电磁阀16,关闭作为流量调控装置中的电磁阀21及室内换热器前连接的流量调控阀17,并关闭室内换热器与室外换热器之间设置的旁通路中的电磁阀12、及室内换热器与室外换热器之间的第一节流装置6。
而在单独制热时是关闭热水换热器9前设置的流量调控装置中的流量调控阀18、电磁阀21及在热水换热器9后设置的第二节流装置8,并关闭作为流量切换装置的电磁阀13、16及在室内换热器、室外换热器之间设置的旁通路中的电磁阀12;
而在单独制冷时是关闭流量调控装置的两个分别设置在热水换热器、室内换热器前的流量调控阀17、18及在热水换热器后设置的第二节流装置8,并关闭作为流量切换装置的电磁阀13、16及在室内换热器、室外换热器之间设置的旁通路中的电磁阀12;
而在制冷加热水时,则是关闭室内换热器5与室外换热器4之间的第一节流装置6,并关闭流量切换装置的通向室外换热器的电磁阀13和流量调控装置中的室内换热器之前的流量调控阀17及与单向阀连接的电磁阀21;
而在制热加热水时,则是开启室内换热器5与室外换热器4之间的节流装置6,关闭流量切换装置的通向室内换热器的电磁阀16和流量调控装置中的室内换热器之前的与单向阀连接的电磁阀21,并关闭在室内换热器、室外换热器之间设置的旁通路中的电磁阀12;这样,流量调控阀、电磁阀相对制造方便,成本相对比较低,即降低了对系统的制造要求。
而具体的制冷剂流体的流动方向及具体的运行模式与上述第四种实施方式中是相同的,因此这里不再复述。
综上所述,本发明通过在热水换热器、室内换热器或两者的前面侧的管路中设置流量调控装置,从而可以控制通过该流量调控装置的流体通过热水换热器、室内换热器的流体的比例,并通过在室内换热器与室外换热器之间、及热水换热器之后分别设置节流装置,及在热水换热器之后设置的节流装置后设置流路切换装置,从而实现同一空调热水装置具有5种工作状态:提供热水、制冷、制热、制冷并同时提供热水、制热并同时提供热水之间转换,并且控制简单方便,整体运行时效率相对较高。