CN106032951A - 三循环热水空调机 - Google Patents

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CN106032951A CN201510102180.9A CN201510102180A CN106032951A CN 106032951 A CN106032951 A CN 106032951A CN 201510102180 A CN201510102180 A CN 201510102180A CN 106032951 A CN106032951 A CN 106032951A
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Abstract

一种三循环热水空调机,包括有三循环制冷剂回路系统、储热水箱等,其特征在于:制冷剂回路特别包含一个三通阀和两个单向阀;回路连接方式:压缩机排气进三通阀,其第一出口接热水凝结换热器,另一出口接四通阀高压进口,四通阀的第二、三、四接口分别与室外风换热器、室内风换热器、气液分离器连接;室外风换热器的另一接口与第一单向阀的出口、第二单向阀的进口并连接;第二单向阀和热水凝结换热器的出口并联进储液罐,顺接过滤器、节流器,至室内风换热器下接口和第一单向阀的并联接口;执行制冷气兼制热水、制冷气、制热水三种循环;热水循环回路配置辅助加热器。本发明的三循环热水空调机结构简单可靠,成本低,节能效果好,市场前景好。

Description

三循环热水空调机
技术领域
[0001] 本发明涉及制冷空调器、热泵热水器和节能技术领域。
背景技术
[0002] 现有冷暖空调器只在夏冬两季有用,春、秋季一般被闲置,造成设备和资金的季节性浪费。利用空调器压缩制冷循环的冷凝热制热水的热泵热水器,替代家用电热水器,可节电70%,节能效果明显,市场潜力巨大。但是,目前市售的空气源热泵热水器只有单一制热水功能,不能实现冷热综合利用。而现有许多涉及多功能热泵的专利技术,制冷剂循环回路结构复杂,阀门难免有泄漏,故障率高,可靠性差;尽管本案申请人十年来一直从事冷暖空调热水三用机的研究,申报并被授权了多个相关专利技术,例如:一种双效四季节能冷暖空调热水三用机(专利号:00264455.x),一种四季节能冷暖空调热水三用机(专利号:02116049.X),带导流套筒换热器储水箱的空气源热泵热水器(专利号:200510053315.3),有水内循环换热回路的热泵热水机组(专利号:200610085913.3)等,仍然嫌制冷剂回路配置阀门多,仍然出现制冷剂在不同换热器内储留不均,导致在不同循环时出现制冷剂或偏多或偏少的现象,影响机组效率;总结这许多年研究,热泵在冬季供暖性能系数COP很低,冬天依靠热泵循环供热水和暖风,很困难又使设备过度复杂,权衡利弊,本发明决定取消冬季气温降到(TC附件的供暖循环。保留制冷气制热水、制冷气、热泵循环制热水功能,而冬季供暖和供热水改用电或燃气能源供应。
发明内容
[0003] 为了推进热泵热水器走入市场,在节能中发挥作用,需要克服其现有技术的上述不足,本发明提出的三循环热水空调机,在夏天执行制冷气循环,制冷兼制热水循环,春秋天吸收式外空气能制热水循环,能照顾热水、冷气的不同负荷和不同时间的需求,充分简化制冷回路结构,提高运行可靠性,使整机生产成本更低,效率更高。
[0004] 本发明采用的技术方案是:
三循环热水空调机,包括有三循环的制冷剂回路系统、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统;采集的控制信号至少包括有蒸发器出口温度、热水箱水温度和室内、室外空气温度,压缩机的吸气压力和排气压力;所述的制冷剂回路系统所包括的压缩机、节流器、室外风换热器及室外机风扇、四通阀、过滤器、气液分离器等安装在室外机内,室内风换热器及室内机风扇安装在室内机上;记,四通阀主阀体一侧的单个接口为四通阀第一接口,四通阀主阀体的另一侧的三个接口,约定在四通阀线圈无电时与第一接口内连通的接口为四通阀第二接口,在四通阀线圈有电时与第一接口内连通的接口为四通阀第三接口,居中的接口为四通阀第四接口,即在四通阀线圈无电时与第三接口内连通,又在四通阀线圈有电时与第二接口内连通的接口 ;所述的节流器是毛细管、或是电子膨胀阀、或是热力膨胀阀;
其特征在于:所述的制冷剂回路系统,还包括有一个三通阀;制冷剂回路连接方式是,压缩机的排气口与三通阀的进气口连接;三通阀的第一出气口,即三通阀线圈无电时与进气口内连通的接口,与热水凝结换热器的制冷剂进口连接;三通阀的第二出气口与四通阀第一接口连接;四通阀第二、三、四接口分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上的第二角阀、气液分离器的进气口连接;气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接;室外风换热器的下端接口与第一单向阀的出口、第二单向阀的进口连接;热水凝结换热器的制冷剂出口与第二单向阀的出口并联进入储液罐,储液罐的出口与过滤器、节流器依序连接,节流器的出口与连接第一单向阀的进口和室外机壳上的第一角阀共连接;室内机的室内风换热器的制冷剂管路下、上接口,分别通过连接管路连接到室外机壳上的第一、二角阀;所连成的制冷剂回路内充装制冷剂;所述的三通阀是带有电磁导阀的气动三通阀,电磁导阀的低压出气管直接连接到制冷剂回路的压缩机吸气管上;所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀,电磁导阀的高压进气管直接连接到制冷剂回路的压缩机排气管上;所述的制冷剂回路系统能够组织制冷气兼制热水、制冷气、制热水三种循环;
所述的热水凝结换热器是独立式的热水凝结换热器,或是置于储热水箱内的储热水箱-热水凝结换热器的复合式的热水凝结换热器;独立式的热水凝结换热器,是高效罐管式换热器、或是板式换热器、或是同轴套管换热器;水凝结换热器的进、出水口,通过连接水管与储热水箱的循环水出、进口连接,构成热水循环回路;在热水循环回路上配置循环水泵;复合式的热水凝结换热器,是置于储热水箱内的制冷剂螺旋盘管换热器,或是套有热水导流套筒的自加强对流式制冷剂螺旋盘管换热器;所述的储热水箱有两种形式,一种是承压式储热水箱,另一种是非承压式储热水箱;储热水箱,还设置有与自来水管连接的进水接口和热水出水接口;
所述的三循环热水空调机,其特征在于:在热水循环回路上还配置辅助加热器,所述的辅助加热器是电热水加热器或燃气热水器;电热水加热器或直接置在储热水箱内;
所述的三循环热水空调机,其特征在于:在热水循环水管路上或还串接供暖用的散热器,构成循环水泵-热水凝结换热器-辅助加热器-散热器-储热水箱-循环水泵的供暖型热水循环循环回路;
所述的制冷剂回路系统组织的制冷气兼制热水、制冷气、制热水三种循环的制冷剂流程分别是:
(1)制热水兼制冷气:压缩机开,三通阀、四通阀的线圈不通电,室内机风扇开,室外机风扇关停,循环水泵开;制冷剂流程:压缩机一三通阀一热水凝结换热器一储液器一过滤器一节流器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机;
(2)制冷气:压缩机开,三通阀线圈通电,四通阀线圈不通电,室内机风扇开,室外机风扇开,循环水泵停;制冷剂流程:压缩机一三通阀一四通阀一室外风换热器一第二单向阀—储液器一过滤器一节流器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机;
(3)制热水:压缩机开,三通阀线圈不通电,四通阀线圈通电,室外机风扇开,室内机风扇关停,循环水泵开;制冷剂流程:压缩机一三通阀一热水凝结换热器一储液器一过滤器—节流器一第一单向阀一室外风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机。
[0005] 本发明的创新点在于:
1、设计的三循环热水空调机的制冷剂循环回路结构简单:与现有空调机相比,本发明的制冷剂回路中仅仅增加了一个三通阀和一个热水凝结换热器,仅使用一个节流器和两个单向阀,所构成的制冷回路可组织制热水兼制冷、制冷气、制热水三种循环三功能空调热水机;
2、其成功的关键点是:把四通阀的电磁导阀的高压进气管直接连到压缩机排气管上,保证四通阀在主阀体的进气管没有高压气体源时能够正常切换。制冷回路中所用的四通阀,是由现有四通阀改成的四通阀的电磁导阀的进气管被连接到压缩机排气管上,这保证了四通阀的主阀切换时有了高压气源,切换有动力;三通阀的电磁导阀的排气管被连接到压缩机吸气管上,这使主阀切换位置时主阀活塞端的排气有出路,保证三通阀切换顺利;
3、本发明的制冷剂循环回路中的三通阀和四通阀是在气体回路中工作,阀体内部的微量气体泄漏要比安装在液路上的泄漏轻许多;
4、在热水凝结换热器和储热储热水箱间的热水循环水路上,安装循环水管路上配置循环水泵和电热水加热器,可以在气温低时起动,保护热水凝结换热器在压缩机不工作时不被冻坏。
[0006] 总之,由于采取了上述多个发明措施,本发明的三循环热水空调机,夏季能够用制冷循环方式制热水兼制冷,使设备综合性能系数超过8,春秋季能用热泵方式从室外空气能吸热制热水,还能满足夏季不需要热水而要空调的运行方式,适应冷量和热水需求量不同而任意调配,设备年利用率最大化,年均节能效率高;冬季结构最简化,避免了多阀门的泄漏问题,提高了设备运行的稳定性;易于批量制作,易于安装,能大幅度降低成本,具有广阔市场前景,将在低碳经济中发挥作用,做贡献。
附图说明
[0007] 图1是本发明实施例1的三循环热水空调机的制冷剂回路系统结构和工作原理示意图,制热水兼制冷气模式流程,内置电加热器的储热水箱。
[0008] 图2是本发明实施例1的三循环热水空调机的制冷气模式流程图。
[0009] 图3是本发明实施例2的三循环热水空调机的系统结构和工作原理图,与实施例1的区别在于在循环水路上配辅助电加热器,给出与用户的暖气片散热器的连接示意图。
[0010] 图4是本发明实施例3的三循环热水空调机的热水凝结换热器和储热水箱为复合式结构及其热水水路连接的示意图,与实施例1相同的制冷剂回路系统结构省略。
[0011] 具体实施例:
下面结合附图通过实施例进一步详细说明本发明的三循环热水空调机的结构和工作原理。但本发明内容不仅限于附图所示。
[0012] 实施例1的三循环热水空调机的系统结构和工作原理由图1、图2和3共同说明。
[0013] 如图1所示,图1的三个虚线方框A、B、C分别表示本发明三循环热水空调机的室外机、室内机、储热水箱三大组件;实施例1的制冷剂回路系统的压缩机1,三通阀2,四通阀3,室外风换热器4及室外机风扇4a,热水凝结换热器6,第一、二单向阀Dl、D2,储液器7,过滤器G,节流器J,气液分离器10等和循环水泵9都组装在室外机壳内;室内风换热器5及其室内机风扇5a放在室内机内;储热水箱8为竖式的包有保温层承压水箱,辅助电加热器安装在储热水箱内,相当于电热水器;记,四通阀主阀体一侧的单个接口为四通阀第一接口①(在标准化中代号为D),四通阀主阀体的另一侧的三个接口,约定在四通阀线圈无电时与第一接口内连通的接口为四通阀第二接口②(在标准中化代号为C),在四通阀线圈有电时与第一接口内连通的接口为四通阀第三接口③(在标准中化代号为E ),居中的接口为四通阀第四接口④(在标准中化代号为S),即在四通阀线圈无电时与第三接口内连通,又在四通阀线圈有电时与第二接口内连通的接口,四通阀第一接口直径相对较小一般作为公共进口,四通阀第四接口一般作为公共出口 ;
实施例1的制冷剂回路连接方式是,压缩机I的排气口与三通阀2的进气口连接,三通阀的第一出气口 2①,即三通阀线圈无电时与进气口内连通的接口,与热水凝结换热器6的制冷剂进口连接;三通阀的第二出气口 2②与四通阀3第一接口连接①;四通阀3第二、三、四接口②、③、④分别与室外风换热器4的上端接口、室外机壳上的第二角阀Z2、气液分离器10的进气口连接;气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接;室外风换热器的下端接口与第一单向阀Dl的出口、第二单向阀D2的进口连接;热水凝结换热器的制冷剂出口与第二单向阀的出口并联进入储液罐7,储液罐的出口与过滤器G、节流器J依序连接,节流器的出口与连接第一单向阀Dl的进口和室外机壳上的第一角阀Zl共连接;室内机的室内风换热器的制冷剂管路上、下接口,分别通过连接管路连接到室外机壳上的第一、二角阀Zl、Z2上;所连成的制冷剂回路内充装制冷剂;所述的三通阀2是带有电磁导阀的气动三通阀,电磁导阀的低压出气管LI直接连接到制冷剂回路的压缩机吸气管上;所述的四通阀3是带有电磁导阀的气动四通阀,电磁导阀的高压进气管L2直接连接到制冷剂回路的压缩机排气管上;所述的制冷剂回路系统能够组织制冷气兼制热水、制冷气、制热水三种循环;
实施例1的三通阀3是带有电磁导阀3a的气动三通阀,采用专利产品“一种空调热水器用带电磁先导滑阀的三通阀”专利号:ZL201010596827.5,或由市场现有的带有电磁导阀的气动四通阀改进而成,即把四通阀主阀体有三接口的中接口堵死,把电磁导阀3a低压出气短细管,从原先与中接口管(在标准化中代号为S的接管)的连接割断,补焊一段细管作为电磁导阀低压出气管LI与制冷剂回路的压缩机吸气管连接通;所述的四通阀4是带有电磁导阀4a的气动四通阀,由市场现有的带有电磁导阀的气动四通阀改进而成,即把电磁导阀的高压进气短细管,从原先与四通阀第一接口管连接割断,补焊一段细管作为电磁导阀的高压进气管L2与制冷剂回路的压缩机排气管连接通,在图1中LI和L2都用点点连线特别表示;
实施例1所用的储热水箱8为带有保温层的竖式承压水箱,配循环水泵使用的储热水箱设有三个水接口:水箱循环水出水接口 Cl,取水于水箱最低水位;水箱循环水进水接口C2,兼作补充自来水进口,进水到水箱中部水位;热水出水接口 C3,取水于水箱上部水位,热水出水管上装有超压安全保护阀Fa和热水出水阀F2 ;热水凝结换热器的进、出水接口S1、S2与储热水箱的水箱循环出、进水接口 C1、C2用管路S1-C1,S2-C2连接成循环水回路,循环水泵9安装在室外机内热水凝结换热器的循环进水管路(Sl-Cl)上,或安装在室外机与储热水箱之间的合适处;自来水进水管接口经进水阀F1、进水单向阀Dsl与热水凝结换热器6的出水接口 S2并联,再接到水箱循环进水接口 C2上;储热水箱的热水出水接口与用户的热水供水管连接。
[0014] 实施例1所用的热水凝结换热器为板式换热器。
[0015] 实施例1所述的采集的控制信号制冷剂蒸发器出口温度是室外、室内风换热器上端口的温度探头Tl、T2,热水凝结换热器出水口和储热水箱热水温度探头T3、T4,压缩机吸气和排气压力探头Pl和P2 ;室外、室内风换热器的温度探头Tl、T2提供冷暖空调控制参数,水温度探头T3、T4提供制热水运行控制参数,压力探头Pl和P2提供系统安全保护参数;
实施例1所述的三循环热水空调机,具有三种循环回路:制冷气兼制热水、制冷气和制热水三种循环,三种循环回路的制冷剂流程分别是:
(O制热水兼制冷气:压缩机I开,三通阀2和四通阀3的线圈不通电,室内机风扇5a开,室外机风扇4a关停,循环水泵9开;制冷剂流程,如图1所示:压缩机I—三通阀2①一热水凝结换热器6 —储液器7 —过滤器G —节流器J —室内风换热器5 —四通阀3(③一④)—气液分离器10 —压缩机I ;
(2)制冷气:压缩机开,三通阀线圈通电,四通阀线圈不通电,室内机风扇开,室外机风扇开,循环水泵停;制冷剂流程,如图2所示:压缩机一三通阀2②一四通阀3(①一②)一室外风换热器一第二单向阀D2—储液器一过滤器一节流器一室内风换热器一四通阀3 (③一④)—气液分离器一压缩机;
(3)制热水:压缩机开,三通阀线圈不通电,四通阀线圈通电,室外机风扇开,室内机风扇关停,循环水泵开;制冷剂流程,如图3所示:压缩机一三通阀2①一热水凝结换热器一储液器一过滤器一节流器一第一单向阀Dl —室外风换热器4—四通阀3 (②一④)一气液分离器一压缩机;当冬天气温低近0°C热泵循环制热量不足时,开起辅助电加热器。
[0016] 实施例2的三循环热水空调机的结构和工作原理由图3说明。
如图3所示,实施例2的制冷剂循环回路结构与图1和图2所示的实施例1的制冷剂循环回路结构系统结构相同,图3制冷剂流程为制热水模式流程。实施例2与实施例1的区别只在于辅助电加热器或燃气热水器H是置于热水凝结换热器6的出水口与储热水箱8的入水口的水管路上,热水管路上或还带有供暖用暖气片11。
[0017] 图3的流程,在春秋季用热泵方式从室外空气源吸热制热水,制冷剂流程为压缩机一三通阀2①一热水凝结换热器一储液器一过滤器一节流器一第一单向阀Dl —室外风换热器4—四通阀3 (②一④)一气液分离器一压缩机;
当冬天气温低近0°C热泵循环制热量不足时,开辅助电加热器;如果只制生活洗浴热水,则热水循环回路是:循环水泵9 —热水凝结换热器6 —辅助加热器H —水阀F3 —储热水箱;如果功能是供暖,则供暖热水循环回路是:循环水泵9 —热水凝结换热器6 —辅助加热器H —水阀F4 —暖气片11 —储热水箱一循环水泵9。
[0018] 实施例3的三循环热水空调机的制冷剂循环回路结构仍然与实施例1相同,区别在于本发明实施例3的三循环热水空调机的热水凝结换热器和储热水箱结合一体式的复合式热水凝结换热器,其结构及其热水水路连接的示意图参见图4。图4省略了与实施例1相同的制冷剂回路系统结构,图4中虚线框A、B就代表三循环热水空调机的室外机、室内机。虚线框C内为复合式热水凝结换热器示意图。制冷剂螺旋盘管换热器6a置于储热水箱8内,在制冷剂螺旋盘管换热器外套有热水导流套管V。一体式的复合式热水凝结换热器的储热水箱进水管路配有进水阀、单向阀,采用自来水顶压出水方式。

Claims (5)

1.三循环热水空调机,包括有三循环的制冷剂回路系统、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统;采集的控制信号至少包括有蒸发器出口温度、热水箱水温度和室内、室外空气温度,压缩机的吸气压力和排气压力;所述的制冷剂回路系统所包括的压缩机、节流器、室外风换热器及室外机风扇、四通阀、过滤器、气液分离器等安装在室外机内,室内风换热器及室内机风扇安装在室内机上;记,四通阀主阀体一侧的单个接口为四通阀第一接口,四通阀主阀体的另一侧的三个接口,约定在四通阀线圈无电时与第一接口内连通的接口为四通阀第二接口,在四通阀线圈有电时与第一接口内连通的接口为四通阀第三接口,居中的接口为四通阀第四接口,即在四通阀线圈无电时与第三接口内连通,又在四通阀线圈有电时与第二接口内连通的接口 ;所述的节流器是毛细管、或是电子膨胀阀、或是热力膨胀阀; 其特征在于:所述的制冷剂回路系统,还包括有一个三通阀;制冷剂回路连接方式是,压缩机的排气口与三通阀的进气口连接;三通阀的第一出气口,即三通阀线圈无电时与进气口内连通的接口,与热水凝结换热器的制冷剂进口连接;三通阀的第二出气口与四通阀第一接口连接;四通阀第二、三、四接口分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上的第二角阀、气液分离器的进气口连接;气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接;室外风换热器的下端接口与第一单向阀的出口、第二单向阀的进口连接;热水凝结换热器的制冷剂出口与第二单向阀的出口并联进入储液罐,储液罐的出口与过滤器、节流器依序连接,节流器的出口与连接第一单向阀的进口和室外机壳上的第一角阀共连接;室内机的室内风换热器的制冷剂管路下、上接口,分别通过连接管路连接到室外机壳上的第一、二角阀;所连成的制冷剂回路内充装制冷剂;所述的三通阀是带有电磁导阀的气动三通阀,电磁导阀的低压出气管直接连接到制冷剂回路的压缩机吸气管上;所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀,电磁导阀的高压进气管直接连接到制冷剂回路的压缩机排气管上;所述的制冷剂回路系统能够组织制冷气兼制热水、制冷气、制热水三种循环。
2.如权利要求1所述的三循环热水空调机,其特征在于:所述的热水凝结换热器是独立式的热水凝结换热器,或是置于储热水箱内的储热水箱-热水凝结换热器的复合式的热水凝结换热器;独立式的热水凝结换热器,是高效罐管式换热器、或是板式换热器、或是同轴套管换热器;水凝结换热器的进、出水口,通过连接水管与储热水箱的循环水出、进口连接,构成热水循环回路;在热水循环回路上配置循环水泵;复合式的热水凝结换热器,是置于储热水箱内的制冷剂螺旋盘管换热器,或是套有热水导流套筒的自加强对流式制冷剂螺旋盘管换热器;所述的储热水箱有两种形式,一种是承压式储热水箱,另一种是非承压式储热水箱;储热水箱,还设置有与自来水管连接的进水接口和热水出水接口。
3.如权利要求1所述的三循环热水空调机,其特征在于:在热水循环水管路上还配置辅助加热器,所述的辅助加热器是电热水加热器或燃气热水器;电热水加热器或直接置在储热水箱内。
4.如权利要求1所述的三循环热水空调机,其特征在于:在热水循环水管路上或还串接供暖用的散热器,构成循环水泵-热水凝结换热器-辅助加热器-散热器-储热水箱-循环水泵的供暖型热水循环循环回路。
5.如权利要求1所述的三循环热水空调机,其特征在于:所述的制冷剂回路系统组织的制冷气兼制热水、制冷气、制热水三种循环的制冷剂流程分别是: (1)制热水兼制冷气循环:压缩机一三通阀一热水凝结换热器一储液器一过滤器一节流器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机; (2)制冷气循环:压缩机一三通阀一四通阀一室外风换热器一第二单向阀一储液器一过滤器一节流器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机; (3)制热水循环:压缩机一三通阀一热水凝结换热器一储液器一过滤器一节流器一第一单向阀一室外风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机。
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