CN103807939A - 用户定时启动蓄冷蓄热四季不间断空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用户定时启动蓄冷蓄热四季不间断空调装置。压缩机组、储液器等构成冷媒循环；热循环泵、热容器等构成热流循环；冷循环泵、冷容器等构成冷流循环；冷容器内热交换器、冷流循环泵等组成用户冷流循环；热容器内热交换器、热流循环泵等组成用户热流循环；热容器、屏蔽泵等构成用户开式用水系统；热容器压力开关、进水电磁阀等构成热容器补水系统；冷循环泵、冷容器等构成冷流循环；冷容器内热交换器、冷流循环泵等组成用户冷流循环。本发明之空调装置，仅使用一台压缩机，便能实现制热、制冷，且不向外界环境放热，环保效益显著；通过蓄热、蓄冷实现了一次启动，全天使用；用户定时启动，可以避开用电高峰期，既避免了低电压导致的压缩机损害，也利用了谷电价的实惠；一次设定，自动控制，一次启动，长期运行，免除人为调节之苦，提升生活质量。

Description

用户定时启动蓄冷蓄热四季不间断空调装置

技术领域：

本发明是一种新型空调装置。

背景技术：

目前，家用和商用的电器设备，如空调、冰箱、热水器等，其各自的冷热需求，必须依赖其各自独立的功能分别来完成。这些各自独立功能的设备，需要占用一定的空间，拥有各自的压缩机，各自独立工作，且属于随开随用。导致电能消耗大，且需要在人为干预下运行。

传统空调在制冷时，向外界环境大量放热，造成了一种公害；传统冰箱运行时向室内散热，造成室内环境恶化；…

专利公开号CN 1051971A，名称为“用于调节空气和供给冷/热水的方法”的技术，是日本由尼恩工业株式会社的专利技术，揭示了一种调节空气温度和供给冷热水的方法，依该技术搭建的热泵装置及外围辅助装置，似乎可以实现系统运行情况下蓄冷蓄热，用户冷热供应依靠冷热循环泵和冷热交换器供应，当冷热容器流体参数达到设定值时停机。但实际而言，这种理想状况在冷热用户需要不平衡时，会导致用户需要的冷热能量无法满足，即，要么缺热，要么缺冷，且在以下极端情况下，该系统将无法启动：1、热用户将热容器热量用完而冷量没有消耗；2、冷用户将冷容器冷量用完而热量没有消耗。另外冷热用量不均，导致系统运行时能够产生的冷热量之一达不到设定参数，而保护停机

目前中国市场的三合一热泵中央空调系统，主要由压缩机组(又称热泵热水器室外机)，室内蒸发器，冷凝器，冷、热循环泵，冷、热流循环泵，屏蔽泵，冷藏室、保温室，地埋/吊顶毛细管网，冷容器，热容器，冷、热容器内热交换器，膨胀阀，电磁阀，热容器压力开关、进水电磁阀、进水管路及各设备配套温度传感器、压力开关、温控开关、延时继电器及控制继电器组、定时器等组成。这种空调只注重用户的舒适性，冷暖空调、热水器三合一，带电启动则功能就可实现。但极高的系统配置价格、安装环境的高要求、相当大的耗电量等，让广大普通用户望而却步。

发明内容：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种用户定时自动启动、一次运行全天使用的自定时启动蓄冷蓄热四季空调热水器系统。

本发明是这样实现的：

本发明之蓄冷蓄热四季不间断空调装置，主要由压缩机组(又称热泵热水器室外机)，室内蒸发器，冷凝器，冷、热循环泵，冷、热流循环泵，屏蔽泵，冷藏室、保温室，地埋/吊顶毛细管网，冷容器，热容器，冷、热容器内热交换器，膨胀阀1/2，电磁阀①～⑧，热容器压力开关、进水电磁阀、进水管路及各设备配套温度传感器、压力开关、温控开关、延时继电器及控制继电器组、定时器等组成。该新型空调装置的构成如下：

压缩机组、冷凝器冷媒通道、储液器、电磁阀1/2、膨胀阀1/2、室内/外蒸发器冷媒通道构成冷媒循环；

热循环泵、热容器、冷凝器热流通道构成热流循环；

冷循环泵、室内蒸发器冷流通道、冷容器构成冷流循环；

冷容器内热交换器、冷流循环泵、电磁阀①与热交换器、电磁阀②与地埋/吊顶毛细管网、电磁阀③与冷藏室蓄冷管组成用户冷流循环；

热容器内热交换器、热流循环泵、电磁阀④与热交换器、电磁阀⑤与保温室蓄热管、电磁阀⑥与地埋/吊顶毛细管网组成用户热流循环；

热容器、屏蔽泵、电磁阀⑦⑧构成用户开式用水系统；

热容器压力开关、进水电磁阀、进水管路构成热容器补水系统；

各设备进出口温度传感器、压力开关、温控开关、延时继电器及控制继电器组构成监控系统。

本发明通过以下的组合连接方式，实现系统功能：

1、冷媒循环与冷、热循环通过冷凝器和室内/外换热器连接；

2、冷、热循环与用户冷、热流循环通过冷、热容器内换热器连接；

3、开式用水系统通过水流压力开关控制电磁阀和屏蔽泵使用热容器内热水；

4、热容器补水系统根据热容器压力开关控制进水电磁阀向热容器补水；

5、监控系统功能如下：

5.1通过各冷媒通道温度传感器、温控开关进行温度判断，判断结果控制冷媒循环启停；

5.2通过各用户环境温度传感器、温控开关实现各自用户冷、热流循环，包括冷藏室、保温室、地埋/吊顶毛细管网、热交换器及风机、风阀、风口等，通过温度传感器、温控开关的判断来控制相应的冷、热流循环泵、风机、电磁阀、风阀、风口来实现各自环境的温度调节。

5.3通过延时继电器实现系统电源中断后来电系统自动安全带电，无需人为启动。

5.4通过各温控开关的状态实现记忆功能，在系统电源中断后来电自动恢复运行；

5.5用户定时，自动启动，蓄冷、蓄热，冷热用户根据温度需求自动工作，全天自动运行。

本蓄冷蓄热四季不间断空调装置的冷热工作程序为：

1.制冷剂经过压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器回到压缩机构成冷媒循环；

2.经过冷凝器的冷媒，散热加热经过冷凝器的热流体；经过蒸发器的冷媒，吸热冷却蒸发器外部的空气和冷流体；

3.冷、热流体经过各自循环泵、管路、冷热保温容器，构成流体循环；

4.通过冷、热保温容器内热交换器、用户冷热管路控制装置，向用户供冷供热；按照用户定义时间定时启动，一次性制取符合设定温度参数的冷、热流体；

5.根据用户环境冷热需求自动启停循环风机或泵供热供冷，实现不间断使用；

6.停电后，再次来电，根据各种传感器和控制装置状态延时自动带电和自动运行，实现自动化。

本发明可以有效整合目前用户单元分立使用的空调、冰箱(冷藏)、热水器的功能，并在实行峰谷电价地区实现谷电运行全天冷热供应，既减少用户电费，又降低了电网的供电压力。

本发明的有益效果：

仅使用一台压缩机，便能实现制热、制冷，且不向外界环境放热，环保效益显著；通过蓄热、蓄冷实现了一次启动，全天使用；用户定时启动，可以避开用电高峰期，既避免了低电压导致的压缩机损害，也利用了谷电价的实惠；一次设定，自动控制，一次启动，长期运行，免除人为控制之苦，提升生活质量。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

附图说明：

图1是本发明实施例的工作原理示意图

具体实施方式：

本实施例之具体结构和运行机理如下：

压缩机组(热泵热水器室外机)、冷凝器冷媒通道、储液器、电磁阀1/2、膨胀阀1/2、室内/外蒸发器冷媒通道，构成冷媒循环；

热循环泵、热容器、冷凝器热流通道构成热流循环；

冷循环泵、室内换热器冷流通道、冷容器构成冷流循环；

冷容器内热交换器、冷流循环泵、电磁阀①与热交换器、电磁阀②与地埋/吊顶毛细管网、电磁阀③与冷藏室蓄冷管组成用户冷流循环；

热容器内热交换器、热流循环泵、电磁阀④与热交换器、电磁阀⑤与保温室蓄热管、电磁阀⑥与地埋/吊顶毛细管网组成用户热流循环；

热容器、屏蔽泵、电磁阀⑦⑧构成用户开式用水系统；

热容器压力开关、进水电磁阀、进水管路构成热容器补水系统；

各设备进出口温度传感器、压力开关、温度开关、延时继电器及控制继电器组构成监控系统。

本实施例的运行方式如下：

1、冷凝器为壳管式气-液热交换器，内管走气，为冷媒通道，壳管间走热流体，为热流通道；

2、室外蒸发器为热泵热水器室外机自带翅片式换热器，翅片管内为室外蒸发器冷媒通道；

3、室内蒸发器为壳管式气-液热交换器，内管走气，为冷媒通道，壳管间走冷流体，为冷流通道；

4、冷热容器内热交换器采用管式换热器，管内走用户冷、热流体；

5、热交换器为管箱式气-液热交换器，管内走用户冷-热流体，箱内管外空间通风；

6、冷藏室和保温室为外保温内盘管分别通入用户冷、热流体的密封箱式结构。

7、地埋/吊顶毛细管网母管分接毛细管再回到母管结构，用户冷、热流体通道共用，通过电磁阀②⑥切换实现冷、热流体切换；

8、热交换器内部冷、热流体通道共用热交换器管路，通过电磁阀①④切换实现冷、热流体切换；

9、图中未出现温度传感器、压力开关、温度开关及控制继电器组和延时继电器、定时器等，为简便起见，不一一列出。

本实施例的器件选型、参数设定、运行程序如下

采用一台制热量为4.8KW的1.5P热泵热水器室外机(压缩机组)一台，选用冷媒为R22，从热泵热水器室外机冷媒管路用等径支管接入室内蒸发器，室内蒸发器采用换热量3600W的同轴换热器，冷凝器采用6.4KW的同轴换热器(即为壳管式换热器)，冷、热循环泵及冷、热流循环泵采用杨程10米的增压泵，屏蔽泵功率90W，冷藏室、保温室采用冰箱工艺制作，地埋/吊顶毛细管网采用铜毛细管多根并联到进出水母管上实现，面积2平米，热交换器采用散热面积1.5平方米的翅片管式换热器，冷容器容积60L，热容器容积150L，冷热容器做保温处理，冷、热容器内换热器均为换热面积0.5平方米的螺旋管换热器。按照上述控制方法连接所配置的压缩机组、循环泵、电磁阀、温度开关、水流压力开关、定时器、延时继电器、控制继电器组。冷、热容器中加满冷、热流体。冷热流体初始温度均为28℃.。

容器中冷流体温度设定值为5℃，热流体温度设定值为58℃.

通过设定定时器时间为当前时间，系统启动，电磁阀1打开，冷、热循环泵运行，压缩机组启动。47分钟冷容器中冷流体温度达到3℃，热容器中热流体温度达到47℃.，电磁阀1断电，电磁阀2通电，32分钟后热容器中热流体温度达到60℃，压缩机组停止，冷热循环泵停止，电磁阀2断电。

冷流循环时压缩机出口压力为1.72MPa，回气压力为0.23MPa；热流循环时压缩机出口压力为2.47MPa，回气压力为0.58MPa。

实验室内温度28℃，室内设定温度25℃；冷藏室温度设定7℃，初始温度28℃；保温室温度设定40℃，初始温度28℃；毛细管网设定温度高温40℃，低温12℃，初始温度28℃.

电磁阀①②③④⑤⑥⑦⑧送电，电磁阀①②③⑤同时带电打开，冷、热流循环泵启动。4分钟毛细管网末端温度10℃，电磁阀②断电，7分钟冷藏室温度为5℃，电磁阀③断电，冷流循环泵停止，12分钟保温室温度42℃，电磁阀⑤断电，26分钟室内温度23℃，电磁阀①断电。环境温度恢复28℃，电磁阀①带电，冷流循环泵运行；恢复冷藏室温度到28℃，电磁阀③带电；恢复保温室温度到28℃，电磁阀⑤带电，热流循环泵运行。

打开厨房热水阀门，电磁阀⑧带电，屏蔽泵运行，热水喷出。关闭热水阀门，电磁阀⑧断电，屏蔽泵停止。

打开卫生间热水阀门，电磁阀⑦带电，屏蔽泵运行，热水喷出。关闭热水阀门，电磁阀⑦断电，屏蔽泵停止。

断开系统总电源后，所有控制继电器全部释放，所有电磁阀全部断电。合上系统总电源后，30秒，所有控制继电器恢复断电前状态，电磁阀全部断电。重置定时器时间为当前时间，容器内冷流体温度为10℃，热流体温度为57℃，系统再次启动，容器内冷流体温度3℃电磁阀1断电，热流体温度60℃，压缩机组、冷、热循环泵停止。

通过记录数据计算：

系统输入功率为：7.11MJ

获得冷量：6.3MJ

获得热量：20.16MJ

综合能效比：3.72

通过实例系统实验检验，本发明所涉及的所有功能包括制热、制冷、蓄热、蓄冷、冷藏、保温、风暖、风冷、厨房热水、卫生间热水等均可实现，监控系统工作达到控制要求。

本实施例实现的各功能过程如下所述：

1、冷媒循环热量传递过程如下：

系统冷媒经过压缩机组升温、升压以高温、高压气态形式进入冷凝器冷媒通道，在冷凝器热流通道热流体冷却后变成中温高压液态形式流入储液器，根据不同工况在电磁阀1或电磁阀2控制下，通过膨胀阀1或膨胀阀2降温降压，膨胀阀后的冷媒以低温低压液态形式进入室内或室外蒸发器冷媒通道汽化吸热后，以低温过饱和蒸汽形式回到压缩机组入口，完成冷媒循环。

2.冷流循环热量传递过程如下：

冷循环泵将冷容器冷流体送入室内蒸发器冷媒通道，在通道内经过冷媒汽化吸热冷却后进入冷容器，随着时间的推移，冷容器中的冷流体温度逐渐降低，冷容器中冷流体温度达到用户设定参数时，根据系统热循环参数决定停机或者蒸发器切换为室外蒸发器工作。

3.热流循环热量传递过程如下：

热循环泵将热容器热流体送入冷凝器热流通道，在通道内吸收高温冷媒放热后回到热容器，随着时间的推移，热容器中的热流体温度逐渐升高，热容器中热流体温度达到用户设定参数时，系统停机。

4.用户冷流循环过程如下：

用户循环冷流体通过冷流循环泵将用户冷流体送入冷容器内换热器降温后取得。

室内温度测点之一高于室内设定温度2℃时，风阀组对应送风管道风阀打开，同时打开电磁阀①并启动冷流循环泵向热交换器供应冷流体，启动送风机向换热器送风，在换热器内进风经过冷流体冷却，通过相应风口向室内送出冷风。当该室内温度低于设定室内温度2℃时，关闭该管路风阀。根据其他冷用户需求确定是否关闭电磁阀①以及冷流循环泵、送风机。当所有冷用户电磁阀和风阀全部关闭后关闭冷流循环泵，当所有风阀全部关闭后关闭送风机。

当各冷藏室温度高于冷藏设定温度时，电磁阀②打开，若冷流循环泵未启动，则启动冷流循环泵，将冷藏室蓄冷管中的冷流体循环更新，当冷藏室温度达到冷藏设定温度后，关闭电磁阀②。

当地埋/吊顶毛细管网内静态冷流体温度高于设定温度2℃时，电磁阀③打开，若冷流循环泵未启动，则启动冷流循环泵，将毛细管网中的冷流体循环更新，当毛细管网末端冷流体温度低于设定温度2℃时，关闭电磁阀③。

5.用户热流循环过程如下：

用户循环热流体通过热流循环泵将用户热流体送入热容器内换热器升温后取得。

室内温度测点之一低于室内设定温度2℃时，风阀组对应送风管道风阀打开，同时打开电磁阀④并启动热流循环泵向热交换器供应热流体，启动送风机向换热器送风，在换热器内进风经过热流体加热，通过相应风口向室内送出热风。当该室内温度高于设定室内温度2℃时，关闭该管路风阀。根据其他热用户需求确定是否关闭电磁阀④以及热流循环泵、送风机。当所有热用户电磁阀和风阀全部关闭后关闭热流循环泵，当所有风阀全部关闭后关闭送风机。

保温室温度低于保温室设定温度2℃时，电磁阀⑤打开，若热流循环泵未启动，则启动热流循环泵，将保温室蓄热管中的热流体循环更新，当保温室温度高于保温室设定温度2℃时，关闭电磁阀⑤。

当地埋/吊顶毛细管网末端温度低于毛细管网设定温度2℃时，电磁阀⑥打开，若热流循环泵未启动，则启动热流循环泵，将毛细管网中的热流体循环更新，当毛细管网末端温度高于毛细管网设定温度2℃时，电磁阀⑥关闭。

6.开式用水过程如下：

当厨房热水阀打开，厨房热水管路上的水流压力开关动作，打开电磁阀⑦，若屏蔽泵未启动，则启动屏蔽泵向厨房供热水；当厨房热水阀关闭，厨房热水管路水流开关关闭，关闭电磁阀⑦，若卫生间水流压力开关关闭，则关闭屏蔽泵。

当卫生间热水阀打开，卫生间热水管路上的水流压力开关动作，打开电磁阀⑧，若屏蔽泵未启动，则启动屏蔽泵向卫生间供热水；当卫生间热水阀关闭，卫生间热水管路水流压力开关关闭，关闭电磁阀⑧，若厨房水流压力开关关闭，则关闭屏蔽泵。

7.热交换器冷热流体控制方法如下：

根据系统配置的环境温度开关工作情况确定电磁阀①④的通断控制，当环境温度高开关闭合时，热交换器冷流循环允许；当环境温度低开关断开时，热交换器热流循环允许；电磁阀①只有在冷流循环允许时才能根据室温判断开关；电磁阀④只有在热流循环允许时才能根据室温判断开关。

8.室内/外蒸发器的选择控制方法如下：

系统定时启动时，若冷容器中冷流体温度低于设定值2℃且热容器中的热流体温度高于设定值2℃时，压缩机组不予启动。以下方法是在压缩机允许启动条件下实现的：

默认情况下，系统定时启动时，当冷容器中冷流体温度高于设定温度2℃时，室外机风扇启动同时电磁阀1打开，同时闭锁电磁阀2，压缩机启动，选择室内蒸发器进行冷媒循环；当冷容器中冷流体温度低于设定温度2℃时，判断热容器热流体温度是否达到设定值：如果达到，停止压缩机运转；如果未达到，关闭电磁阀1打开电磁阀2，选择室外蒸发器进行冷媒循环。在热容器热流体温度高于设定温度2℃时停止压缩机运转。室外机风扇停止时，电磁阀1/2同时关闭。

系统定时启动时，当冷容器中冷流体温度低于设定温度2℃时，室外机风扇启动同时电磁阀2打开。

9、系统运行自动控制：

系统定时启动时，若冷容器中冷流体温度低于设定值2℃且热容器中的热流体温度高于设定值2℃时，压缩机组不予启动。

若冷、热容器中流体温度判断之一不满足时，压缩机组允许启动。

系统断电后各控制继电器释放，突然来电时，配置的延时继电器在动作后向系统供电，各控制继电器根据各自控制参数恢复状态。

本发明实施例之压缩机组无须换向制冷制热的空气调节及冷热供应方法，具有以下功能：

通过室内室外蒸发器切换实现热量来源变换，通过压缩机组单向运行，实现热量转移；压缩机组运转，通过冷热容器实现冷量、热量存储；

通过冷流、热流循环，实现空气调节和冷热供应。

本发明实施例通过自动控制装置，实现全天候不间断冷热供应的方法，具有以下功能：

通过流量开关在阀门控制下实现热水屏蔽泵自动启停，开阀来水，关阀断水；

通过温度开关控制电磁阀通断及冷热流循环泵启停，实现冷藏室和保温箱温度自动控制；

通过用户级温控开关控制风机、电磁阀和风阀、风口组，实现用户环境温度调节。

本发明实施例通过应用扩展可实现的用户级冷热同供方法，具有以下功能：

通过将热交换器分割为单用户独立使用的单元式热交换器，在温度开关的控制下通过风机、电磁阀、风阀、风口组的配合控制，即可实现多用户运行时，个别用户需冷需热自由选择自动供应的目的；

通过毛细管网控制由群控变为单用户分别控制，即可实现地埋/吊顶毛细管网单用户需热需冷自由选择自动供应的目的；

本发明实施例通过通过电气控制回路实现电源中断后再次来电时系统自动恢复运行的方法，具有以下功能：

断电后电磁阀及风机、泵停止运行；

电源中断后再次来电时通过延时继电器控制系统自动带电；

系统带电后，根据各用户温度开关及流量开关状态，自动进行冷热循环及冷热流循环，恢复空气调节和冷热供应。

通过冷凝器、蒸发器、冷热容器内热交换器实现介质隔离，避免用户级水、空气污染。

Claims (10)

1.用户定时启动蓄冷蓄热四季不间断空调装置，由压缩机组，室内蒸发器，冷凝器，冷、热循环泵，屏蔽泵，冷藏室、保温室，地埋/吊顶毛细管网，热交换器，冷容器，热容器组成；其特征在于： 

压缩机组、冷凝器冷媒通道、储液器、电磁阀1/2、膨胀阀1/2、室内/外蒸发器冷媒通道构成冷媒循环； 

热循环泵、热容器、冷凝器热流通道构成热流循环； 

冷循环泵、室内换热器冷流通道、冷容器构成冷流循环； 

冷容器内热交换器、冷流循环泵、电磁阀①与热交换器、电磁阀②与地埋/吊顶毛细管网、电磁阀③与冷藏室蓄冷管组成用户冷流循环； 

热容器内热交换器、热流循环泵、电磁阀④与热交换器、电磁阀⑤与保温室蓄热管、电磁阀⑥与地埋/吊顶毛细管网组成用户热流循环； 

热容器、屏蔽泵、电磁阀⑦⑧构成用户开式用水系统； 

热容器压力开关、进水电磁阀、进水管路构成热容器补水系统； 

各设备进出口温度传感器、压力开关、温控开关构成监控系统。 

2.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于，采用下述的组合方式连接： 

(1)制冷剂经过压缩机组、冷凝器、膨胀阀、蒸发器回到压缩机构成冷媒循环； 

(2)经过冷凝器的冷媒散热，加热经过冷凝器的热流体，经过蒸发器的冷媒吸热，冷却蒸发器外部的空气和冷流体； 

(3)冷热流体经过各自循环泵、管路、冷热保温容器，构成流体循环； 

(4)通过冷热保温容器内置热交换器、用户冷热管路控制装置，向用户供冷供热；按照用户定义时间定时启动，一次性制取符合设定温度参数的冷热流体； 

(5)根据用户环境冷热需求自动启停循环风机或泵供热供冷，实现不间断使用； 

(6)停电后来电根据各种传感器和控制装置状态延时自动启动，实现自动化。 

3.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述冷凝器，为壳管式气-液热交换器，内管走气，为冷媒通道，壳管间走热流体，为热流通道。 

4.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述室外蒸发器，为热泵热水器室外机自带翅片式换热器，翅片管内为室外蒸发器冷媒通道。 

5.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述室内蒸发器，为壳管式气-液热交换器，内管走气，为冷媒通道，壳管间走冷流体，为冷流通道。 

6.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述冷热容器内热交换器，采用管式换热器，管内走用户冷、热流体。 

7.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述热交换器为管箱式气-液热交换器，管内走用户冷-热流体，箱内管外空间通风。 

8.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述冷藏室和保温室，为外保温内盘管分别通入用户冷、热流体的密封箱式结构。 

9.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述地埋/吊顶毛细管网母管分接毛细管再回到母管结构，用户冷、热流体通道共用，通过电磁阀②和电磁阀⑥切换实现冷、热流体切换。 

10.根据权利要求1所述空调装置，其特征在于：所述热交换器内部冷、热流体通道，共用热交换器管路，通过电磁阀①和电磁阀④切换实现冷、热流体切换。 

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