CN103148553A

CN103148553A - 冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调

Info

Publication number: CN103148553A
Application number: CN2013100946485A
Authority: CN
Inventors: 李桂杨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，包括由压缩机、制热水系统、制冰系统和控制系统构成并设于室内的主机以及室内空调送风系统，并在所述主机的工作区域设置更换室内空气的新风换热器，制热水系统包括热水桶，桶中设置冷凝器；制冷系统包括制冰蓄冰储能桶，桶中设置制冰蒸发器和浸泡在防冻液中的若干冰瓶；空调送风系统包括制冷、制热用热交换器和空调风机，制冷用热交换器通过泵管循环制冰蓄冰储能桶中的冷防冻液，制热用热交换器通过泵管循环热水桶中的热水；控制系统包括压缩机、制热水系统和制冰系统之间相互连接的管路，管路中设置各种阀体元件控制系统内制冷剂的流向，分别实现制热水制冰模式、制热水模式和制冰模式。

Description

冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调

（一）技术领域：

本发明涉及空调和热水器，特别是一种冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调。

（二）背景技术：

随着我国经济水平的快速发展，人们生活水平的提高和受全球气候变暖的影响，空调已越来越成为人们调节室内环境及保障身体健康的必需品。但是目前在使用的常规冷暖空调和空气能热水器现有技术中，还存在几大难点没有解决。

其一是：冷暖空调机与空气能热水器作为两种用途不同的产品是分开使用的，空调机用于调节室内空气温度和湿度，空气能热水器则用于生产可使用的热水。两种产品在使用时，它们的能效比都不高，其主要原因是空调机在工作时只利用了蒸发器产生的冷量，空气能热水器在工作时又只利用了冷凝器排放的热量。如果能同时利用制冷系统中冷凝器排放的热量和蒸发器排放的冷量，那么就能获得双倍的能效比，但是，冷量的需求和热量的需求在全年是不匹配的，夏季冷量需求大而热量需求少，春秋季情况相反，而冬季则只需要热量。

其二是：现有空调不仅耗电大，在夏季使用时，其冷负荷高峰时间与城市用电高峰时间相吻合，不仅加剧了峰谷电力不平衡，也使得峰期供电不足的矛盾更加突出，而且在制冷时产生的热排放，在很大程度上给区域空气质量带来了严重的影响。

其三：冷暖空调机和空气能热水器都是采用将主机在室外安装的方法，我们都知道，空调机供暖和空气能热水器获取热能的途径除电能外，主要是通过设置在室外的蒸发器来获取外界空气中的热能。如果在冬季使用时，安装在室外的主机受寒冷气候的影响电耗要高，甚至会出现不能正常工作的现象。

（三）发明内容：

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其目的在于通过设置二种制冷工况以及设置制冷态和制热态两大模式，解决冷负荷和热负荷在全年需求匹配的问题。

能够实现上述目的冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其与现有技术不同之处在于包括由压缩机、制热水系统、制冰系统和控制系统构成并设于室内的主机以及室内空调送风系统，并在所述主机的工作区域设置更换室内空气的新风换热器。所述制热水系统包括热水桶，所述热水桶中设置冷凝器；所述制冰系统包括制冰蓄冰储能桶，所述制冰蓄冰储能桶中设置浸泡在防冻液中的蒸发器和若干冰瓶；所述空调送风系统包括制冷用热交换器、制热用热交换器、空调风机和空调送风管，所述制冷用热交换器通过泵管循环制冰蓄冰储能桶中的冷防冻液，所述制热用热交换器通过泵管循环热水桶中的热水；所述控制系统包括压缩机、制热水系统和制冰系统之间相互连接的管路，所述管路中设置各种液压元件控制系统内制冷剂的流向，分别实现制热水制冰模式、制热水模式和备用应急制冰模式。

所述制热水制冰模式的管程：压缩机——冷凝器——制冰蓄冰储能桶内蒸发器——气液分离器——压缩机；所述制热水模式的管程：压缩机——冷凝器——制冰蓄冰储能桶外蒸发器——气液分离器——压缩机；所述备用应急制冰模式的管程：压缩机——制冰蓄冰储能桶外蒸发器——制冰蓄冰储能桶内蒸发器——气液分离器——压缩机。

对应于制冰蓄冰储能桶外蒸发器设置由风机和排风管构成的室外排风系统。

所述热水桶为相互连通的高温水桶和低温水桶，所述高温水桶内的第一冷凝器和低温水桶内的第二冷凝器相互连通。

所述新风换热器包括风管、空气过滤网和电加热器，所述电加热器设于风管内，所述空气过滤网设于风管的室外管口处。

所述液压元件包括电磁三通阀、截止阀、干燥过滤器、单向阀、热力膨胀阀、三通管、毛细管等。

本发明的优点：

1、本发明冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调的主机结构简单紧凑，所设置的多形式并联回路在使用时可通过电磁阀切换和单向阀的作用，改变制冷系统内制冷剂的流向，达到完成制冰蓄冷和制热水的功能。

2、本发明可用优化设计冰瓶的形状来获得在桶内的最大蓄冰量，达到主机的结构紧凑。用改变冰瓶的结构确定是用外融冰方式还是用内、外融冰的方式来控制融冰、释冷的速率，并结合使用空调送风系统来达到较长时间的融冰供冷目的。

3、本发明设置的低温（热能储存）水桶，利用制冷剂气体剩余热量，将桶内自来水进行预先低温加热，并储存在桶内；在高温水桶内制热水时，向高温水桶内输送被预先加热的温水，使之能快速制取热水，并降低能耗。

4、本发明把冰蓄冷和热泵这两项相对独立的技术结合在一起应用后，使得本机既具有在夏季利用白天放冷、晚上制冰、蓄冰及无温室气体排放和平衡峰谷电力的功效，又具有在春、秋、冬三季制热水和制热供暖的功效，使得本机一年四季都能使用。

（四）附图说明：

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图号标识：1、压缩机；2、高温水桶；3、低温水桶；4、第一冷凝器；5、第二冷凝器；6、制冰蓄冰储能桶；7、冰瓶；8、制冷用热交换器；9、制热用热交换器；10、空调风机；11、气液分离器；12、第三蒸发器；13、风机；14、排风管；15、风管；16、空气过滤网；17、电加热器；18、主机箱体；19、热水出口；20、淋浴器；21、进水总管；22、第一蒸发器；23、第二蒸发器；24、毛细管；25、第一三通管；26、防冻液进口；27、防冻液出口；28、第一电磁三通阀；29、第二电磁三通阀；30、第一单向阀；31、第一干燥过滤器；32、第二单向阀；33、第二干燥过滤器；34、第三单向阀；35、热力膨胀阀；36、第一电磁阀；37、第三三通管；38、第四单向阀；39、第五三通管；40、第四三通管；41、第二电磁阀；42、第二三通管；43、热交换器箱体；44、空调送风管；45、自来水管。

（五）具体实施方式：

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的阐述，但不是对本发明的具体限定。

本发明冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调包括一台主机、一台新风换热器、一套空调送风系统，所述主机安装于室内或封闭的阳台内，所述空调送风系统安装于室内，所述新风换热器的风管15的进风管口设于室外，室外管口处设有空气过滤网16，风管15内设置电加热器17，如图1所示。

所述主机于主机箱体18内集成了压缩机1、制热水系统、制冰系统和控制系统，所述主机箱体18分为上、下两层，上层设置制热水系统和制冰系统，下层设置压缩机1和控制系统，所述控制系统包括压缩机1、制热水系统和制冰系统之间相互连接的管路，所述管路中设置各种液压元件控制系统内制冷剂的流向，分别实现制热水制冰模式、制热水模式和备用应急制冰模式，主机箱体18的下层还设置由风机13和排风管14构成的排风系统，如图1所示。

所述主机箱体18的上层为带隔热层的保温体，该保温体分隔成三个桶体，分别为高温水桶2、低温水桶3、和制冰蓄冰储能桶6，所述高温水桶2上设有热水出口19（有支管连通淋浴器20），高温水桶2内设有第一冷凝器4；所述低温水桶3内设置第二冷凝器5，低温水桶3上设有进水总管21（有支管连通自来水管45），低温水桶3与高温水桶2于底部相通；所述制冰蓄冰储能桶6内设置有防冻液、冰瓶7、第一蒸发器22和第二蒸发器23，所述第一蒸发器22和第二蒸发器23分别通过两条毛细管24接入、通过第一三通管25接出，制冰蓄冰储能桶6上开设防冻液进口26及防冻液出口27，如图1所示。

所述制热水制冰模式的管程（配置有相关液压元件）为：压缩机1——第一电磁三通阀28——第一冷凝器4——第二冷凝器5——第二电磁三通阀29——第一单向阀30——第一干燥过滤器31——毛细管24——第一、第二制冷蒸发器22、23——第一三通管25——第二单向阀32——气液分离器11——压缩机1，如图1所示。

所述制热水模式的管程（配置有相关液压元件）为：压缩机1——第一电磁三通阀28——第一冷凝器4——第二冷凝器5——第二电磁三通阀29（另一支路）——第二干燥过滤器33——第三单向阀34——热力膨胀阀35——第三蒸发器12——第一电磁阀36——第三三通管37接入制热水制冰模式管程（第二单向阀32之后的管路），如图1所示。

所述备用应急制冰模式的管程（配置有相关液压元件）为：压缩机1——第一电磁三通阀28（另一支路）——第四单向阀38——第五三通管39接入制热水模式管程（第三蒸发器12与热力膨胀阀35之间）——第四三通管40接出制热水模式管程——第二电磁阀41——第二三通管42接入制热水制冰模式管程（第一单向阀30与第一干燥过滤器31之间的管路），如图1所示。

所述空调送风系统设于主机箱体18的上层旁，由热交换器箱体43、制冷用热交换器8（排管式）、制热用热交换器9（排管式）、空调风机10和空调送风管44构成，所述空调风机10、制冷用热交换器8和制热用热交换器9设置于热交换器箱体43内，所述空调送风管44安装于热交换器箱体43上，其位置对应于空调风机10；制冷用热交换器8通过泵管连通制冰蓄冰储能桶6上开设的防冻液进口26和防冻液出口27，制热用热交换器9通过泵管（进水管和回水管）连通高温水桶2的热水出口19和低温水桶3的进水总管21，如图1所示。

本发明的工作原理：

在夏季制冰、储冰和产生热水的方法即制热水制冰模式：

压缩机1输入电能后，向系统内的制冷剂作功，产生的高压高温气体进入第一电磁三通阀28，第一电磁三通阀28设置有两个流向，第一流向为常规制冰、制热水流向，第二流向为备用应急制冰流向。在常规制热水制冰流向下（此时备用流向关闭），高压高温气体经第一电磁三通阀28进入高温水桶2内的第一冷凝器4冷却，高温水桶2内的水被加热，释放大部分热量的高压气体再经连接铜管进入低温水桶3内的第二冷凝器5，将剩余热量释放在低温水桶3内水中，被二次冷却后形成的高压低温制冷剂液体进入第二电磁三通阀29。第二电磁三通阀29分设制冰和制热两个模式的流向：在制冰模式下（此时制热模式流向及第一电磁阀36、第二电磁阀41关闭），第二电磁三通阀29的高压低温液体经第一单向阀30、第二三通管42进入第一干燥过滤器31、两根毛细管24进行减压，被减压后的低温低压制冷剂液体分别经毛细管24进入制冰蓄冰储存桶6内的第一蒸发器22和第二蒸发器23内蒸发换热，制冷剂气体吸入制冰蓄冰储存桶6内的热量后经第一三通管25、第二单向阀32、第三三通管37及气液分离器11返回压缩机1进行循环制冰制热水。

上述运行过程产生的热量留存在高温水桶2和低温水桶3内，产生的冰储存在制冰蓄冰桶6内。

单独制热水及在冬季提供热水供暖的原理即制热水模式：

在制热模式下（此时制冰模式流向及第二电磁阀41关闭），第二电磁三通阀29的高压低温液体经第二干燥过滤器33、第三单向阀34进入热力膨胀阀35进行减压，被减压后的低温低压液体经第五三通管39进入第三蒸发器12蒸发换热，蒸发换热后的制冷剂气体经第四三通管40、第一电磁阀36、第三三通管37及气液分离器11返回压缩机1进行循环制热，将产生的热量留存在高温水桶2和低温水桶3内制成可供暖和沐浴的热水，换热后的冷气通过主机箱体18下层的排风系统排向室外。

设置备用流向即备用应急制冷模式的作用是：当长时间融冰释冷时，高温水桶2和低温水桶3内的水温过高，不能冷却高温制冷剂气体温度时，高温高压制冷剂气体经第一电磁三通阀28的另一流向（此时常规制热水制冰流向及第一电磁阀36关闭）和第四单向阀38、第五三通管39进入第三蒸发器12换热，（此时第三蒸发器12作为冷凝器使用）进入第三蒸发器12内的高温高压气体被输入电能的风机13冷却后，再经第四三通管40、第二电磁阀41（第一电磁阀36关闭）及第二三通管42进入第一干燥过滤器31、两根毛细管24进行减压，被减压后的低温低压制冷剂液体，经毛细管24进入制冰蓄冰储能桶6内的第一蒸发器22和第二蒸发器23内蒸发换热，吸入桶内热量的制冷剂气体经第一三通管25、第二单向阀32、第三三通管37及气液分离器11返回压缩机1进行循环制冰。

上述运行过程产生的热量被主机箱体18下层的排风系统排向室外，产生的冷量留存在制冰蓄冰储存桶6内制冰。当制冰蓄冰储存桶6内浸泡在防冻液中的若干个冰瓶7里的水全部结成冰及桶内温度降至设定温度时，设置的温度控制器自动切断压缩机1工作电流，当桶内温度升至设定的温度值时，设置的温度控制器自动接通电源，压缩机1恢复工作。

向室内释放储藏的冷量或者热量由空调送风系统完成：

夏季向空调末端送冷风时，制冷用热交换器8的泵管工作，将制冰蓄冰储能桶6内载有冷量的防冻液泵至制冷用热交换器8内换热，换热后的冷气被空调风机10通过空调送风管44送出至室内。被换热后的防冻液返回制冰蓄冰储能桶6内与冰瓶7中的冰进行二次换热后，循环载出制冰蓄冰储能桶6内的冷量供送风系统向室内送出冷气。

冬季向空调末端送热风时，制热用热交换器9的泵管工作，将高温水桶2内载有热量的热水泵至制热用热交换器9内换热，换热后的热气被空调风机10通过空调送风管44送出至室内。被换热后的低温水返回低温水桶3，返回的低温水与低温水桶3和高温水桶2内水进行二次换热后，循环载出高温水桶2内的热量供送风系统送出热气。

使用热水的方法是：打开自来水管45开关（此时第一截止阀47关闭）及淋浴器46阀门后，自来水进入低温水桶3，利用自来水的压力，将低温水桶3内的低温水及压力通过与高温水桶2的连通口进入高温水桶2，受压力的热水从高温水桶2设置的热水出口19经淋浴器20流出。

Claims

1.冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其特征在于：包括由压缩机（1）、制热水系统、制冰系统和控制系统构成并设于室内的主机以及室内空调送风系统，并在所述主机的工作区域设置更换室内空气的新风换热器，所述制热水系统包括热水桶，所述热水桶中设置冷凝器；所述制冰系统包括制冰蓄冰储能桶（6），所述制冰蓄冰储能桶（6）中设置浸泡在防冻液中的蒸发器和若干冰瓶（7）；所述空调送风系统包括制冷用热交换器（8）、制热用热交换器（9）、空调风机（10）和空调送风管（44），所述制冷用热交换器（8）通过泵管循环制冰蓄冰储能桶（6）中的冷防冻液，所述制热用热交换器（9）通过泵管循环热水桶中的热水；所述控制系统包括压缩机（1）、制热水系统和制冰系统之间相互连接的管路，所述管路中设置各种液压元件控制系统内制冷剂的流向，分别实现制热水制冰模式、制热水模式和备用应急制冰模式。

2.根据权利要求1所述的冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其特征在于所述制热水制冰模式的管程：压缩机（1）——冷凝器——制冰蓄冰储能桶（6）内蒸发器——气液分离器（11）——压缩机（1）；所述制热水模式的管程：压缩机（1）——冷凝器——制冰蓄冰储能桶（6）外蒸发器——气液分离器（11）——压缩机（1）；所述备用应急制冰模式的管程：压缩机（1）——制冰蓄冰储能桶（6）外蒸发器——制冰蓄冰储能桶（6）内蒸发器——气液分离器（11）——压缩机（1）。

3.根据权利要求2所述的冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其特征在于：对应于制冰蓄冰储能桶（6）外蒸发器设置由风机（13）和排风管（14）构成的室外排风系统。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其特征在于：所述热水桶为相互连通的高温水桶（2）和低温水桶（3），所述高温水桶（2）内的第一冷凝器（4）和低温水桶（3）内的第二冷凝器（5）相互连通。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其特征在于：所述新风换热器包括风管（15）、空气过滤网（16）和电加热器（17），所述电加热器（17）设于风管（15）内，所述空气过滤网（16）设于风管（15）的室外管口处。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的冰蓄冷式制热水供冷暖气中央空调，其特征在于：所述液压元件包括电磁三通阀、截止阀、干燥过滤器、单向阀、热力膨胀阀、三通管、毛细管。