CN108800649A - 家庭中央空调热水储热双供暖三用机 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种家庭中央空调热水储热双供暖三用机,包括制冷剂和热水循环系统、生活热水换热器及控制系统;其特征是由压缩机、前级水换热器、四通阀、室内风换热器、水换热器、双向节流阀、室外风换热器、气液分离器、压缩机,依序连接成制冷剂循环回路;热水循环系统由水换热器、热水箱、循环水泵、散热器、热水进、出总管和散热器旁路连接构成;生活热水换热器,由前级水换热器、热水箱,或还包括置于热水箱内的生活热水换热管构成;储热双供暖三用机仅通过切换四通阀,和控制循环水泵、风机的启、停,即可实现冬天热风和热水双供暖,夏天冷风空调,四季提供生活热水的三用功能,热水箱有储热功能;其结构和控制都极其简单,高效节能。

Description

家庭中央空调热水储热双供暖三用机

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] 现有家用冷暖空调器分两种类型,一种是只用制冷工质循环把室内空气的热量输 出到室外的氟循环冷风空调,或把室外空气的热量输入到室内的氟循环热风供暖,这种形 式的设备通常称冷暖空调机。冷暖空调机只在夏冬两季使用,春、秋季一般被闲置,造成设 备和资金的季节性浪费;把现有冷暖空调器改造为冷暖空调热水三用机,在保障空调的功 能前提下,替代家用电热水器,可节电70%,节能效果明显。为实现这一个目标,目前已有很 多相关的专利技术,这些技术都要对制冷工质的循环回路进行改进。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),带导流套筒换热器热水箱的空气源热栗热水器(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,节流结构复杂;多回路制冷系统的制冷剂分布不均,造成运行 性能不稳定,这些原因,使三用机的市场化还有困难。

[0003] 另外,冷暖空调为了提供洗浴生活热水,通常的做法是在制冷剂系统的压缩机排 气管路上插入一个收集热量的生活热水换热器。增加的生活热水换热器,如果设计不当,会 使氟循环系统不稳定。生活热水换热器的换热量过大,制冷剂在生活热水换热器内变成饱 和液体,制冷剂流体通过四通阀时,因为四通阀的内漏,会使高压制冷剂液体短路流到低压 蒸发器去,造成制冷空调或热泵供暖性能降低,另外制冷剂在生活热水换热器变成液体后, 进入后一级换热器的制冷剂容积流量减小,流速偏小、传热效率降低,出现制冷剂循环量不 足情况;如果设计的换热量过小,又不能满足生活热水的需求,再者问题更多是进水自来水 温度和换热量不稳定,所以也影响系统制冷空调和供热性能。因此,生活热水换热器的制冷 剂换热管的传热设计非常关键。再者,如何在春秋季,提高热泵制取生活热水的效率,也是 十分重要的。由于上述问题没有很好解决,许多大的生产制冷空调热泵的厂商,仍然没有能 够推出稳定运行节能的家庭中央空调供暖热水三用机商品。

发明内容

[0004] 为了把现有的冷暖空调机改造升级为节能高效运行稳定的家庭中央空调供暖热 水三用机,克服现有相关技术的不足,本发明提出家庭中央空调热水储热双供暖三用机,简 称储热双供暖三用机;在夏季由制冷剂循环直接提供空调冷气并提供生活热水;在春秋季 可以全部发挥空气源热栗热水器的功能,全天侯高效节能供应生活热水;在冬季可以实现 双供暖,即由制冷剂循环直接提供热风,也可以通过制冷剂与水换热后再由热水与客户的 散热器的换热向室内供暖,并提供生活用水,还可以在严寒时期,提供电辅助加热;设计的 热水箱,其储热即可用于全年提供生活热水,又可软调节冬季供暖负荷的波动。

[0005] 为实现上述目标,本发明采用下述的技术方案是: 第一技术方案,三件体方案 家庭中央空调热水储热双供暖三用机,简称储热双供暖三用机,包括:制冷剂循环系 统,热水循环系统,生活热水换热器以及控制保护系统;所述的制冷剂循环系统,主要包括 压缩机、室外风换热器、四通阀、节流阀、室内风换热器、水换热器、生活热水换热器的制冷 剂过热气体换热器、气液分离器、或还包括储液器;所述的四通阀,有四个接口,两个工作状 态,第一工作状态为冬天和春秋天工作状态,此时四通阀的内部通道使第一、二接口连通、 第三、四接口连通;第二工作状态为夏天工作状态,此时四通阀的内部通道使第一、四接口 连通、第三、二接口连通;所述的节流阀是双向节流阀;所述的水换热器,是管式换热器或板 式换热器;所述的室内、外风换热器附带有室内、外风机;所述的室内风换热器附带有辅助 电加热器; 其特征在于:所述的生活热水换热器,是包括制冷剂过热气体换热器、热水箱,或还包 括放置在热水箱中的生活热水换热管的储热式生活热水换热器;所述的制冷剂过热气体换 热器,又称前级水换热器,是利用制冷剂过热气体的热量与热水箱的储存水换热,制取生活 热水的换热器;前级水换热器有两种形式与热水箱的水换热,第一种是把螺旋管制冷剂过 热气体换热管直接置于热水箱的水中的自循环换热;第二种是把在热水箱之外的板式换热 器、或套管式换热器、或壳管式换热器的前级水换热器的水路上、下接口,分别与热水箱的 自循环水进、出接口连接,由此构成分体自循环式换热; 所述的制冷剂循环系统的连接方式是:前级水换热器的制冷剂管路的上、下接口,分别 与压缩机的排气口和四通阀的第三接口连接;四通阀的第一、二、四接口,分别与气液分离 器的进口、室外风换热器的上接口、室内风换热器的上接口连接;室内风换热器的下接口与 水换热器的制冷剂管路的上接口连接;水换热器的制冷剂管路的下接口和室外风换热器的 下接口,分别与双向节流阀的两端接口连接;气液分离器的出口与压缩机的进气接口连接; 制冷剂回路充制冷剂; 所述的热水循环系统,由水换热器的水通路、热水箱、循环水泵、用户的散热器、散热器 进、出水总管的第一、二闸阀,散热器旁路闸阀第三闸阀,以及连接管路构成;所述的热水箱 是保温水箱,是与前级水换热器换热、储存热水、提供生活热水的关键设备,其组合有四种 形式的热水箱:第一种热水箱,内置螺旋管筒式的制冷剂过热气体换热管和生活热水换热 管,螺旋管筒换热器直立于热水箱中;制冷剂过热气体换热管和生活热水换热管的上、下两 端口伸出热水箱筒壳外,分别焊接有上、下管接头,热水箱还设有热水循环下进、上出接口 和底部的排水管接头;第二种热水箱,只内置生活热水换热管,生活热水换热管的上、下端 口伸出热水箱筒壳外,上端口连接生活热水管,安装有热水阀,下端口连接自来水管,热水 箱还设有热水循环下进、上出接口和底部的排水管接头,以及留有与前级水换热器的水路 连接的自循环上、下接口;第三种热水箱,只内置制冷剂过热气体换热管,制冷剂过热气体 换热管的上、下两端口伸出热水箱筒壳外,热水箱设有热水循环下进、上出接口和底部的排 水管接头,还在底部和顶部筒壳上焊接有生活热水的进、出水管接头;第四种热水箱,没有 放置换热管,设有热水循环下进、上出接口和底部的排水管接头,还在底部和顶部筒壳上焊 接有生活热水的进、出水管接头,以及留有与前级水换热器的水路连接的自循环上、下接 n; 进水管接头上安装有进水阀后与自来水管连接,进水管上安装有进水阀,出水管接头 与生活热水管连接,生活热水管上在用户方便处安装有生活热水出水阀; 所述的热水循环系统的连接方式是:循环水泵的出口与水换热器的水路下接口连接, 水换热器的水路上接口与热水箱的热水循环下进接口连接,热水箱的热水循环上出接口与 散热器热水进水总管、散热器旁路水管上端口并联接;循环水栗的进口与散热器热水出水 总管、散热器旁路水管下端口并联接,散热器的热水进、出水总管安装有第一、二闸阀,在散 热器旁路水管上安装有旁路阀第三闸阀;散热器可以多个,并联接在散热器的热水进、出水 总管之间;为节约成本,所用闸阀可以选手动闸阀,第三闸阀或可选电动闸阀。

[0006]所述的家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:具备有冬季提供热风 和热水的双供暖方式,夏季提供空调冷风和四季供生活热水的三用功能,并有储热水功能; 其运行模式分为冬天、夏天和春秋天三种模式; 冬天模式,功能:制热风和热水供暖,供生活热水;冬天模式时制冷剂循环路线是:压缩 机的出口—前级水换热器—四通阀(第三接口—第四接口)—室内风换热器(放热水换 热器的制冷剂通路(上接口—下接口,放热)—节流阀—室外风换热器(下接口—上接口,吸 热)—四通阀(第二接口—第一接口)—气液分离器4压缩机的进口;热水的循环路线是:循 环水泵出口 4水换热器的水通路(下接口 4上接口,制冷剂放热加热水)4热水箱(热水循 环进接口—上出接口)—第一闸阀—用户的散热器(散热)—第二闸阀—循环水泵进口;旁 路闸阀第三闸阀关闭; 夏天模式,功能:制空调冷风同时供生活热水;夏天模式时制冷剂循环路线是:压缩机 的出口 —前级水换热器(换热,制生活热水)—四通阀(第三接口->第二接口)—室外风换热 器的(上接口—下接口,放热)—节流阀—水换热器的制冷剂通路(下接口—上接口,不换 热)4室内风换热器(吸热,制冷气)4四通阀(第四接口 4第一接口气液分离器4压缩 机的进口;夏天模式,循环水泵停止,热水回路不循环,水换热器不换热; 春秋天模式,功能:热泵方式制生活热水;春秋模式时制冷剂循环路线是:压缩机的出 口—前级水换热器(换热,制生活热水)—四通阀(第三接口—第四接口)—室内风换热器 (不换热)4水换热器的制冷剂通路(上接口 4下接口,换热,制生活热水)4节流阀4室外 风换热器的(下接口—上接口,吸热)4四通阀(第二接口—第一接口)—气液分离器4压缩 机的进口;热水换热循环路线是:循环水栗出口 4水换热器的水通路(下接口—上接口 热水箱(热水循环下进接口—上出接口)—旁路阀第三闸阀—循环水泵进口;第一、二闸阀 关闭; 所述的生活热水取用的方式:开启生活热水阀第四闸阀,自来水—生活热水换热管,与 热水箱热水换热后—生活热水总管,供洗浴喷淋等用; 水路系统,在系统安装完成后上水时,开启放气阀和上水阀第六闸阀上水,上水完成 后,放气阀和上水阀第六闸阀关闭;水箱底部的放水阀只在检修时使用,平常关闭。

[0007]所述的家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:所述的控制保护系统, 在压缩机排气和吸气管路上,安装有高压和低压的压力测头第一、二压力测头,高温和低温 测头第一、二温度测头;在水换热器上、下接口管路上安装有水温测头第三、四温度测头,在 热水箱的上部水位和热水出水管上安装有水温测头第五、六温度测头,在室内风机盘管处 安装有室内温度度测头第七温度测头,在散热器附近安装有室内温度第八测头,在室外风 换热器的出风侧安装有出风温度测头第九测头;控制保护系统将根据各测头的测定值与设 定值的比较,执行压缩机、循环水栗、室内、外风机的自动起、停和四通阀的切换;根据运行 模式,控制闸阀的开、关; 冬天模式的控制方式是:第一、二闸阀开启,第三闸阀关闭;当室温低于设定供暖温度 时,四通阀处于第一工作状态,压缩机和室外风机运行;首先,室内风机和循环水栗起动运 行,执行双供暖;如果室内温度比设定温度偏低超过大值,例如10°c,则起动室内风换热器 的辅助电加热;如果室内温度比设定温度偏低在正常范围,例如小于5°C,则关闭或不启动 室内风换热器的辅助电加热;当室温超过设定值后,停止室内风机,继续运行循环水泵和压 缩机,继续给热水供暖;当室温超过高限设定值后,压缩机和循环水杲停止运行;热水供暖 为长时间静音供暖方式,热风为快速局部供暖使用;另外,允许手动干预; 在执行夏天模式时,循环水栗一直停止,第一、二闸阀关闭;当室温高于设定空调温度 时,四通阀切换到第二工作状态,压缩机运行,室内、外风机运行,制冷风空调;当室温低于 下限设定值后,停止压缩机、室内、外风机;对生活热水换热器的水箱温度不进行控制; 在执行春秋天模式时,室内风机一直停止,第一、二闸阀关闭;第三闸阀开启,四通阀切 换到第一工作状态,当热水箱的热水温度低于设定值下限时,起动压缩机、循环水泵和室外 风机运行,第三闸阀开启;当热水箱水温高于上限设定值,压缩机、室内、外风机运行停止运 行。

[0008] 所述的家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:其除霜模式是,当系统 在冬天模式运行过程中,出现制冷剂低压压力值和下降速率或室外风换热器的出风温度到 达除霜条件设定值时,室内、外风机停止,四通阀切换到第二工作状态,压缩机和循环水栗 继续运行;当室外风换热器的出风温度高过设定值时,结束除霜,进行室外风换热器的翅片 吹干过程,开启室外风换热器的风机吹10-20秒,结束整个除霜过程;切换四通阀到第一工 作状态,系统恢复冬天模式运行。

[0009] 所述的家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:所述的前级水换热器 的传热功率为单位时间制冷剂流量过热气体的焓值,即压缩机出口的制冷剂比焓与相同压 力的制冷剂饱和蒸气的比焓差值与单位时间制冷剂流量的乘积;水换热器的传热功率为单 位时间制冷剂流量在排气压力时的凝结热值;因此,前级水换热器的传热功率约为水换热 器的传热功率的15_25%;前级水换热器和水换热器设计时,应当注意二者的传热形式、传热 系数和传热温差的不同,再计算二者的具体传热面积;生活热水换热管的传热功率,按取水 流量与生活热水进出温差以及水比热的乘积计算,如果用户只安装一个喷淋头,可取每分 钟热水流量5升计算,其传热系数可选用浸泡式盘管的换热系数;从估算角度比较,生活热 水换热管的传热面积,大于前级水换热器的换热管的传热面积的4-5倍。

[0010] 所述的储热型家庭中央空调供暖热水三用机,其特征在于:所述的储热型三用机包括 主机、热水箱和室内风换热器三大件;主机包括制压缩机、室外风换热器、四通阀、节流阀、 水换热器、循环水泵,前级水换热器(未置在热水箱内),以及控制保护系统,都集合安装在 主机支架底座上,总称为主机;主机的制冷剂回路,在与室内风换热器的制冷剂管路上、下 接口连接的主机管路接头处,分别安装有Jc角阀、Jd角阀;在与置在热水箱内前级水换热器 的制冷剂管路上、下接口连接的主机管路接头处,分别安装有Ja角阀、Jb角阀;热水箱,独 立制作,可根据用户场地情况靠近主机独立布置;水路系统的管路,在客户现场安装;散热 器可以是多个,并联安装。

[0011]本发明的创新点在于: 1、本发明的储热双供暖三用机,在通用的冷暖空调机的系统上增加了一个储热式生活 热水器和水换热器;储热式生活热水器的前级水换热器的制冷剂通路插在压缩机排气口与 四通阀的第三接口之间,水换热器的制冷剂通路插在室内风换热器与节流阀之间,把前级 水换热器交换的制冷剂过热气体的热量,变为热水,储存在热水箱,再把热量转化为生活热 水;本发明的设计,使储热双供暖三用机具备了冬天可以提供快速热风供暖和热水静音供 暖的双供暖方式,并提供生活热水;夏天采用冷风方式制冷空调,并回收制冷工质部分排放 废热制供生活热水;春秋天采用热泵方式,全部利用制冷剂的凝结热制生活热水,并存储在 热水箱内,时间短、效率高、节能大。

[0012] 2、本发明的储热式生活热水换热器的前级水换热器的传热功率约为水换热器的 传热功率的15-25%,使制冷剂在四通阀前被吸收的热量控制在过热制冷剂的热量范围,不 至于制冷剂流经四通阀阀时带有液体,避免了因为四通阀内漏造成液体制冷剂串流到低压 侧的问题出现;另外,由于热水箱的配合,把仅仅占循环制冷剂的放热量的15-20%的热量收 集储存,可以提供洗浴时较大的热量需求量; 3、本发明的储热双供暖三用机,采用水换热器的水路与热水箱、散热器和散热器旁路、 循环水泵组成的热水循环回路,在春秋天能够利用前级水换热器和水换热器联用,全部回 收热泵的制冷剂冷凝热制热水;在冬天能够利用热水箱的储热供暖和满足生活热水的需 求,可以调节供暖负荷,减少热泵运行次数。

[0013] 4、本发明的储热式生活热水换热器,在实施例K2的方案中,采用生活热水换热管 大传热面积和置于热水箱内的设计,可以保证自来水经过生活热水换热管与热水箱内热水 的换热,能够同时获得合适温度的生活热水,有三点好处:其一,可以保证生活热水新鲜干 净;其二,热水箱的水可以进行软化去金属离子处理,避免因为过热制冷剂温度高,导致过 ,制冷剂换热管外的结垢问题;其三,热水箱可以不承压,降低水箱成本;在实施例3、4中, 采用从热水箱顶出热水方式的设计,使热水箱制作更容易,更降低制造成本。

[00M] 5、本发明的储热式生活热水换热器,采用分体自循环加热的储热式生活热水换热 器,具有自动调节传热能力、无需控制件和制作简单的优点。

[0015] 6、本发明的储热双供暖三用机,制冷剂循环系统和水路系统都十分简单,制冷剂 系统改变运行模式,只切换一个四通阀;在热水路系统,只配合散热器进、出水路的两个闸 阀和散热器旁路闸阀,一年切换一次,就实现了冬季热水静音供暖和春秋季热栗制热水的 循环,系统的结构和控制都极其简单。

[0016] 7、本发明的储热双供暖三用机,为主机、热水箱和室内风换热器三大件的设计,能 把制冷剂循环系统的制冷剂尽量先集中在主机内,在工厂内完成制冷剂的精确灌装,保证 制冷剂灌注量准确,设备效率提高,现场安装简化,热水箱和独立制作,工艺简单。

[0017]综上所述,本发明的储热双供暖三用机,用热力学、传热学和流体力学的理论指 导,根据一年四季用户负荷不同的需求,以及长时间对多功能热栗空调热水三用机研究的 实践经验,集合最成熟的技术,设计出最简单的储热双供暖三用机,无论是制冷剂循环回 路,还是热水回路,都简化到极点,控制也最简单化了,所做设计,能够提高系统运行稳定 性、使设备制作工艺简单、适合批量规模生产,安装简便。显然,本发明的储热双供暖三用机 具有高水准的创新性、先进性和买用性,技术含量很高,应当尽快授予发明专利。

[0018]

附图说明 图1是本发明实施例1的储热双供暖三用机的系统结构示意图,兼冬天模式的制冷剂 循环和水路循环流程示意图。

[0019] 图2是本发明实施例1的储热双供暖三用机夏天模式的制冷剂循环和水路循环流 程示意图。

[0020] 图3是本发明实施例1的储热双供暖三用机春秋天模式的制冷剂循环和水路循环 流程示意图。

[0021] 图4是本发明实施例1的储热双供暖三用机冬天除霜模式的制冷剂循环和水路循 环流程示意图。

[0022]图5是本发明实施例2的储热双供暖三用机的系统结构,兼冬天模式的制冷剂循 环和水路循环流程示意图,结构特点前级换热器独立于热水箱外,与热水箱用水管路连接, 构成分体自循环式换热器。

[0023]图6是本发明实施例3的储热双供暖三用机的系统结构和冬天模式制冷剂循环和 水路循环流程示意图,与实施例1相比,特点是热水箱内无生活热水换热管,生活热水直接 取用热水箱的热水。

[0024]图7是本发明实施例4的储热型双供暖三用机的系统结构和冬天模式制冷剂循环 和水路循环流程示意图,与实施例2相比,热水箱内不放置生活热水换热管,重点对热水箱 与其他部件连接的各接口给了详细标注说明。 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结构和工作原理。但本发明内容不 仅限于附图所示。

[0025]实施例1、本发明实施例1的储热双供暖三用机的系统结构,包括:制冷剂循环系 统,热水循环系统,生活热水换热器以及控制保护系统;图1给出了制冷剂循环系统,热水循 环系统和生活热水换热器的构成示意关系;所述的制冷剂循环系统,主要包括压缩机1、室 外风换热器3、四通阀2、节流阀4、室内风换热器7、水换热器5、生活热水换热器的制冷剂过 热气体换热器9、气液分离器6;所述的四通阀2,有四个接口 2a、2b、2c、2d,两个工作状态,第 一工作状态为冬天和春秋天工作状态,此时四通阀的内部通道使第一、二接口 2a、2b连通、 第三、四接口2c、2d连通;第二工作状态为夏天工作状态,此时四通阀的内部通道使第一、四 接口 2a、2d连通、第三、二接口 2c、2b连通;所述的节流阀4是双向节流阀;所述的水换热器, 是板式换热器;所述的室内、外风换热器附带有室内、外风机7f、3f;所述的室内风换热器附 带有辅助电加热器;所述的制冷剂循环系统的连接方式是:前级水换热器9的制冷剂管路的 上、下接口,经角阀Ja、Jb分别与压缩机的排气口 la和四通阀的第三接口2c连接;四通阀的 第一、二、四接口 2&、213、2(1,分别与气液分离器6的进口、室外风换热器3的上接口、角阀扣连 接;水换热器5的制冷剂管路的上、下接口,分别与角阀Jd、双向节流阀4的一端口连接;室内 风换热器7的上、下接口,分别与角阀Jc、角阀Jd连接;室外风换热器3的下接口,与双向节流 阀4的另一端接口连接;气液分离器6的出口与压缩机的进气接口 lb连接;制冷剂回路充制 冷剂。

[0026]所述的生活热水换热器,是包括制冷剂过热气体换热器9、热水箱8,放置在热水箱 中的生活热水换热管10的储热式生活热水换热器;所述的制冷剂过热气体换热器9,又称前 级水换热器9,是利用制冷剂过热气体的热量与热水箱的储存水换热,制取生活热水的换热 器;实施例1的前级水换热器9是把螺旋管制冷剂过热气体换热管直接置于热水箱的水中的 自循环换热。

[0027]所述的热水循环系统,由水换热器5的水通路、热水箱8、循环水泵11、用户的散热 器12、散热器进、出水总管的第一、二闸阀F1、F2,散热器旁路闸阀第三闸阀F3,以及连接管 路构成;所述的热水箱8是保温水箱,是与前级水换热器换热、储存热水、提供生活热水的关 键设备;实施例1的热水箱8,内置制冷剂过热气体换热管9和生活热水换热管10,留有制冷 剂过热气体换热管和生活热水换热管的上、下接口的管接头,并设有热水循环下进上出接 口和底部的排水管接头,排水管上安装有排水阀F5。

[0028] 所述的热水循环系统的连接方式是:循环水泵11的出口 —水换热器5的水路下接 口 —热水箱8(热水循环下进接口 —上出接口)—第二闸阀—散热器—第一闸阀—循环水泵 的进口,在循环水泵的进口与热水箱的上接口之间,增设散热器的旁路,其上安装有旁路闸 阀F3;所有闸阀是手动闸阀,每年只在执行冬天和夏天模式运行时变换开、关一次;在水循 环回路安装完后,开启上水阀F6和排气阀,给水循环回路灌水,当灌满水后,关闭上水阀和 排气阀;排气阀安装在水循环回路的最高处。

[0029] 所述的生活热水换热管的取水方式,实施例1是热水箱内置生活热水换热管的方 式,生活热水换热管的出水管上安装热水出水阀,进水管直接与自来水管连接,安装有进水 单向阀D1;取用生活热水时,开启生活热水阀第四闹阀,即有自来水进生活热水换热管,与 热水箱热水换热后,流到生活热水总管,供洗浴喷淋等用。

[0030] 所述的控制保护系统,在压缩机排气和吸气管路上,安装有高压和低压的压力测 头Yl、Y2,高温和低温测头T1、T2,在水换热器的水路上、下接口管路上T3、T4,在热水箱的上 部水位T5,在散热器的进、出口总管路上安装有热水出水、回水温度测头T6、T4,回水温度测 头可以采用水换热器的水路下接口管路上的同一温度探头,在散热器上安装有室内温度测 头T8,在室内风机盘管处安装有室内温度测头T7,在室外风换热器的出风侧安装有出风温 度测头T9;控制保护系统将根据各测头的测定值与设定值的比较,执行压缩机、循环水泵、 室内、外风机的自动起、停和四通阀的切换;根据运行模式,控制闸阀的开、关。

[0031] 实施例1具备有冬季提供热风和热水双供暖,兼供生活热水,夏季提供空调冷风和 生活热水,春秋季供生活热水,并有一定程度储热水功能;其运行模式分为冬天、夏天和春 秋天三种模式。

[0032] 冬天模式,功能:制热风和热水双形式供暖,兼供生活热水;参看图1,冬天模式时 制冷剂循环路线是:压缩机的出口 1 前级水换热器四通阀2 (第三接口 2c—第四接口 2d)—室内风换热器7 (放热)—水换热器5的制冷剂通路(上接下接□,放热)—节流阀4 —室外风换热器3(下接口—上接口,吸热)—四通阀2(第二接口2b—第一接口2a)—气液分 离器6—压缩机1的进口;冬天模式,第一、二阐阀F1、F2开通,第六闸阀F6在系统上水结束后 就一直关闭;旁路闸阀第三闸阀F3关闭;热水的循环路线是:循环水栗11出口 —水换热器5 的水通路(下接口—上接口,制冷剂放热加热水热水箱8 (热水循环下进接口 —上出接 口)—用户的散热器12 (散热)—循环水栗11进口; 冬天模式的控制,当控制器按冬天模式的按键后就进入的冬天模式运行,其控制方式 是:当室温17或TS低于设定供暖温度时,四通阀2处于第一工作状态,压缩机〖和室外风机3f 运行,室内风机7f和循环水泵11起动运行,执行双供暖,室内风机和循环水泵可以人工选 择开、停;如果室内温度比设定温度偏低超过大值,例如l〇°C,则起动室内风换热器的辅助 电加热;如果室内温度比设定温度偏低在正常范围,例如小于5°C,则关闭或不启动室内风 换热器的辅助电加热;当室温超过设定值后,停止室内风机7f,继续运行循环水栗11和压缩 机1,继续给热水供暖;当室温超过高限设定值后,压缩机1和循环水栗11停止运行;热水供 暖为长时间静音供暖方式,热风为快速局部供暖使用。

[0033] 夏天模式,功能:制空调冷风同时供生活热水;参看图2,夏天模式时制冷剂循环路 线是:压缩机1的出口 —前级水换热器9 (换热,制生活热水)—四通阀2 (第三接口 2c—第二 接口 2b)—室外风换热器的3 (上接口 —下接口,放热)—节流阀4—水换热器5的制冷剂通路 (下接口 —上接口,不换热)—室内风换热器7 (吸热,制冷气)-> 四通阀2 (第四接口—第一接 口)—气液分离器6—压缩机的进口;循环水泵11停止,热水回路不循环,水换热器不换热; 夏天模式的控制:当选择执行夏天模式时,四通阀2切换到第二工作状态,循环水泵停; 在室温高于设定空调温度时,压缩机和室内、外风机7f、3f运行,制冷风空调;当室温低于下 限设定值后,停止压缩机和室内、外风机;在执行夏天模式时,对生活热水换热器的水箱温 度不进行控制。

[0034]春秋天模式,功能:热栗方式制生活热水;参看图3,春秋模式时制冷剂循环路线 是:压缩机1的出口 —前级水换热器9 (换热,制生活热水)—四通阀2 (第三接口 2c—第四接 口 2d)—室内风换热器7 (不换热)—水换热器5的制冷剂通路(上接口—下接口,换热,制生 活热水)—节流阀4—室外风换热器3的(下接口 —上接口,吸热)—四通阀2 (第二接口 2b— 第一接口 2a)—气液分离器6—压缩机1的进口;春秋天模式,散热器不工作,第一、二闸阀关 闭,旁路闸阀第三闸阀开启;热水换热循环路线是:循环水泵出口 —水换热器的水通路(下 接口 —上接口)—热水箱(热水循环下进、上出接口)—旁路阀第三闸阀—循环水泵进口; 春秋天模式的控制:在选择执行春秋天模式时,四通阀切换到第一工作状态,旁通阀F3 开启;当热水箱的热水温度低于设定值下限时,起动压缩机1、循环水泵11和室外风机3f运 行,室内风机7f停止;当热水箱水温高于上限设定值,压缩机、室内、外风机运行停止运行。 [0035] 所述的生活热水取用的方式:开启生活热水阀第四闸阀F4,自来水—生活热水换 热管,与热水箱热水换热后—生活热水总管,供洗浴喷淋等用。

[0036] 实施例1的储热双供暖三用机,除霜模式,参看图4,在冬天模式运行过程中,自动 起动除霜程序的条件是:当出现制冷剂低压压力值Y2和下降速率或室外风换热器的出风温 度T9到达除霜条件设定值时,进入除霜模式,室内、外风机停止,四通阀2切换到第二工作状 态,压缩机和循环水栗继续运行;当室外风换热器的出风温度高过设定值时,结束除霜,进 行室外风换热器的翅片吹干过程,开启室外风换热器的风机吹10-20秒,结束整个除霜过 程;切换四通阀到第一工作状态,系统恢复冬天模式运行。

[0037]本发明的储热双供暖三用机,所述的前级水换热器的传热功率为单位时间制冷剂 流量过热气体的焓值,即压缩机出口的制冷剂比焓与相同压力的制冷剂饱和蒸气的比焓差 值与单位时间制冷剂流量的乘积;水换热器的传热功率为单位时间制冷剂流量在排气压力 时的凝结热值;因此,前级水换热器的传热功率约为水换热器的传热功率的15—25%;生活热 水换热管的传热功率,按取水流量与生活热水进出温差以及水比热的乘积计算,如果用户 只安装一个喷淋头,可取每分钟热水流量5升计算,冬天进水温度以自来水温度7。(:,热水出 水温度47°C,生活热水换热管的传热功率接近14kW,其传热系数可选用浸泡式盘管的换热 系数;从估算角度比较,生活热水换热管的传热面积,大于前级水换热器的换热管的传热面 积的4-5倍。 ~

[0038]实施例1的储热双供暖三用机,包括主机、热水箱8和室内风换热器7三大件;实施 例1的热水箱8,内置制冷剂过热气体换热管9和生活热水换热管1〇,留有制冷剂过热气体换 热管和生活热水换热管的上、下接口的管接头,并设有热水循环下进、上出接口和底部的排 水管接头,排水管上安装有排水阀F6;储热双供暖三用机的制冷剂循环系统,除前级换热器 的过热气体换热管9和室内风换热器7外的部件,包括制压缩机丨、室外风换热器3、四通阀2、 节流阀4、水换热器5,以及控制保护系统、循环水泵11,都安装在主机支架底座上,总称为主 机;主机的制冷剂管路,在与室内风换热器的制冷剂管路上、下接口连接的主机管路接头 处,分别安装有Jc角阀、Jd角阀;在与前级水换热器的制冷剂管路上、下接口连接的主机管 路接头处,分别安装有Ja角阀、Jb角阀;在出厂前,主机系统的制冷剂管路内充注了设计的 制冷剂量;在现场安放好储热双供暖三用机的三大件后,把室内风换热器的制冷剂换热管 和制冷剂过热气体换热管的空气用制冷剂气体吹除后,接入主机的制冷剂回路,打开四个 角阀Ja、Jb、Jc、Jd,就完成了制冷剂回路的连接;水路系统的管路,可以按图连接,在客户现 场安装;散热器可以是多个,并联安装。

[0039]图5是实施例2的储热双供暖三用机的结构原理说明图和冬天模式流程图;实施例 2与实施例1的区别仅仅在于:所述的前级水换热器是板式换热器、或套管式换热器、或壳管 式换热器,独立于热水箱外,前级水换热器的水路上、下接口,分别与热水箱的自循环水进、 出接口连接,由此构成分体自循环式换热器;前级水换热器在有过热制冷剂流过时,前级水 换热器的水受热上升,从上接口流进热水箱,热水箱下部温度较低的水,就从热水箱的自循 环下接口流进前级水换热器的水通路下接口;在制冷剂回路的连接上,可以把前级换热器 直接安装在主机上,无需角阀;实施例2的储热双供暖三用机的功能和控制都与实施例i相 同。

[0040]图6是实施例3的储热型双供暖三用机结构原理说明图和冬天模式流程图;实施例 3与实施例1的区别仅仅在于:实施例3的生活热水换热器,仅仅包括制冷剂过热气体换热 器、热水箱,而且制冷剂过热气体换热管是置于热水箱中,取消了生活热水换热管;实施例3 的生活热水直接取用热水箱的热水,自来水直接施压于热水箱,热水箱底部的进水管上安 装有进水单向阀D1,热水箱顶部有生活热水出水管,安装有生活热水出水阀F4;由于,热水 循环回路已经有进水阀,所以取消了实施例1系统中的上水阀F5,其他运行模式和控制方式 都与实施例1相同;实施例3的优点是比实施例1的结构更简单,但是,生活热水的质量没有 实施例1好;实施例3的热水箱要承受自来水的压力,而实施例1的热水箱,只要承受水箱自 装水的压力,自来水的压力是由生活热水换热管承受。

[0041]实施例1、3的放置在热水箱中的制冷剂过热气体换热管,是螺旋管筒式,直立于热 水箱中,螺旋管筒外可套导流套筒,加强传热。

[0042]图7是实施例4的储热型双供暖三用机结构原理说明图和冬天模式流程示意图,实 施例4的热水箱,为本发明中的第四种热水箱,水箱中不放置任何换热管,图7特别对热水箱 结构及其与其他部件连接的各接口标注详细说明示;热水箱设有7个进、出水接口,即,与前 级水换热器的水路连接的自循环上、下接口①、②,热水循环下进、上出接口③、④,在底部 和顶部筒壳上焊接有生活热水的进、出水管接头⑤、⑥,在底部还有排水管接头⑦;实施例4 的功能、控制方式都与实施例1相同。

Claims (6)

1.一种家庭中央空调热水储热双供暖三用机,简称储热双供暖三用机,包括:制冷剂循 环系统,热水循环系统,生活热水换热器以及控制保护系统;所述的制冷剂循环系统,主要 包括压缩机、室外风换热器、四通阀、节流阀、室内风换热器、水换热器、生活热水换热器的 制冷剂过热气体换热器、气液分离器、或还包括储液器;所述的四通阀,有四个接口,两个工 作状态,第一工作状态为冬天和春秋天工作状态,此时四通阀的内部通道使第一、二接口连 通、第三、四接口连通;第二工作状态为夏天工作状态,此时四通阀的内部通道使第一、四接 口连通、第三、二接口连通;所述的节流阀是双向节流阀;所述的水换热器,是管式换热器或 板式换热器;所述的室内、外风换热器附带有室内、外风机;所述的室内风换热器附带有辅 助电加热器; 其特征在于:所述的生活热水换热器,是包括制冷剂过热气体换热器、热水箱,或还包 括放置在热水箱中的生活热水换热管的储热式生活热水换热器;所述的制冷剂过热气体换 热器,又称前级水换热器,是利用制冷剂过热气体的热量与热水箱的储存水换热,制取生活 热水的换热器;前级水换热器有两种形式与热水箱的水换热,第一种是把螺旋管制冷剂过 热气体换热管直接置于热水箱的水中的自循环换热;第二种是把在热水箱之外的板式换热 器、或套管式换热器、或壳管式换热器的前级水换热器的水路上、下接口,分别与热水箱的 自循环水进、出接口连接,由此构成分体自循环式换热; 所述的制冷剂循环系统的连接方式是:前级水换热器的制冷剂管路的上、下接口,分别 与压缩机的排气口和四通阀的第三接口连接;四通阀的第一、二、四接口,分别与气液分离 器的进口、室外风换热器的上接口、室内风换热器的上接口连接;室内风换热器的下接口与 水换热器的制冷剂管路的上接口连接;水换热器的制冷剂管路的下接口和室外风换热器的 下接口,分别与双向节流阀的两端接口连接;气液分离器的出口与压缩机的进气接口连接; 制冷剂回路充制冷剂; 所述的热水循环系统,由水换热器的水通路、热水箱、循环水栗、用户的散热器、散热器 进、出水总管的第一、二闸阀,散热器旁路闸阀第三闸阀,以及连接管路构成;所述的热水箱 是保温水箱,是与前级水换热器换热、储存热水、提供生活热水的关键设备,其组合有四种 形式的热水箱:第一种热水箱,内置螺旋管筒式的制冷剂过热气体换热管和生活热水换热 管,螺旋管筒换热器直立于热水箱中;制冷剂过热气体换热管和生活热水换热管的上、下两 端口伸出热水箱筒壳外,分别焊接有上、下管接头,热水箱还设有热水循环下进、上出接口 和底部的排水管接头;第二种热水箱,只内置生活热水换热管,生活热水换热管的上、下端 口伸出热水箱筒壳外,上端口连接生活热水管,安装有热水阀,下端口连接自来水管,热水 箱还设有热水循环下进、上出接口和底部的排水管接头,以及留有与前级水换热器的水路 连接的自循环下进、上出接口;第三种热水箱,只内置制冷剂过热气体换热管,制冷剂过热 气体换热管的上、下两端口伸出热水箱筒壳外,热水箱设有热水循环上、下接口和底部的排 水管接头,还在底部和顶部筒壳上焊接有生活热水的进、出水管接头;第四种热水箱,没有 放置换热管,设有热水循环下进、上出接口和底部的排水管接头,还在底部和顶部筒壳上焊 接有生活热水的进、出水管接头,以及留有与前级水换热器的水路连接的自循环上、下接 口;进水管接头上安装有进水阀后与自来水管连接,进水管上安装有进水阀,出水管接头与 生活热水管连接,生活热水管上在用户方便处安装有生活热水出水阀; 所述的热水循环系统的连接方式是:循环水泵的出口与水换热器的水路下接口连接, 水秧热器的水路上按口与热水^的热水循环下进接口连接,热水箱的热水循环上出接口与 散热器热水进水总管、散热器旁路水管上端口并联接;循环水泵的进口与散热器热水出水 总管、散热器旁路水管下端口并联接,散热器的热水进、出水总管安装有第一、二闸阀,在散 热器旁路水管上安装有旁路阀第三闸阀;散热器可以多个,并联接在散热器的热水进、出水 总管之间;为节约成本,所用闸阀可以选手动闸阀,第三闸阀或可选电动闸阀。
2.如权利要求1所述的一种家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:具备有 冬季提供热风和热水的双供暖方式,夏季提供空调冷风和四季供生活热水的三用功能,并 有储热水功能;其运行模式分为冬天、夏天和春秋天三种模式; 冬天模式,功能:制热风和热水供暖,供生活热水;冬天模式时制冷剂循环路线是:压缩 机的出口—前级水换热器—四通阀(第三接口—第四接口)—室内风换热器(放热水换 热器的制冷剂通路(上接口—下接口,放热)—节流阀室外风换热器(下接口—上接口,吸 热)—四通阀(第二接口—第一接口气液分离器—压缩机的进口;热水的循环路线是:循 环水泵出口 —水换热器的水通路(下接口—上接口,制冷剂放热加热水热水箱(热水循 环下进接口—上出接口)—第一闸阀—用户的散热器(散热第二闸阀—循环水泵进口; 旁路闸阀第三闸阀关闭; 夏天模式,功能:制空调冷风同时供生活热水;夏天模式时制冷剂循环路线是:压缩机 的出口 —前级水换热器(换热,制生活热水)->四通阀(第三接口 —第二接口)—室外风换热 器的(上接口—下接口,放热节流阀—水换热器的制冷剂通路(下接口―上接口,不换 热)—室内风换热器(吸热,制冷气)—四通阀(第四接口 —第一接口)—气液分离器—压缩 机的进口;夏天模式,循环水栗停止,热水回路不循环,水换热器不换热; 春秋天模式,功能:热泵方式制生活热水;春秋模式时制冷剂循环路线是:压缩机的出 口 —前级水换热器(换热,制生活热水)—四通阀(第三接口 —第四接口室内风换热器 (不换热)—水换热器的制冷剂通路(上接口—下接口,换热,制生活热水)—节流阀—室外 风换热器的(下接口—上接口,吸热)—四通阀(第二接口—第一接口)—气液分离器—压缩 机的进口;热水换热循环路线是:循环水栗出口 —水换热器的水通路(下接口 —上接口 热水箱(热水循环下进接口 —上出接口)—旁路阀第三闸阀—循环水栗进口;第一、二闸阀 关闭; 所述的生活热水取用的方式:开启生活热水阀第四闸阀,自来水—生活热水换热管,与 热水箱热水换热后—生活热水总管,供洗浴喷淋等用; 水路系统,在系统安装完成后上水时,开启放气阀和上水阀第六闸阀上水,上水完成 后,放气阀和上水阀第六闸阀关闭;水箱底部的放水阀只在检修时使用,平常关闭。
3.如权利要求1所述的一种家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:所述的 控制保护系统,在压缩机排气和吸气管路上,安装有高压和低压的压力测头第一、二压力测 头,高温和低温测头第一、二温度测头;在水换热器上、下接口管路上安装有水温测头第三、 四温度测头,在热水箱的上部水位和热水出水管上安装有水温测头第五、六温度测头,在室 内风机盘管处安装有室内温度度测头第七温度测头,在散热器附近安装有室内温度第八测 头,在室外风换热器的出风侧安装有出风温度测头第九测头;控制保护系统将根据各测头 的测定值与设定值的比较,执行压缩机、循环水栗、室内、外风机的自动起、停和四通阀的切 换;根据运行模式,控制闸阀的开、关; 冬天模式的控制方式是:第一、二闸阀开启,第三闸阀关闭;当室温低于设定供暖温度 时,四通阀处于第一工作状态,压缩机和室外风机运行;首先,室内风机和循环水泵起动运 行,执行双供暖;如果室内温度比设定温度偏低超过大值,例如10°c,则起动室内风换热器 的辅助电加热;如果室内温度比设定温度偏低在正常范围,例如小于5°C,则关闭或不启动 室内风换热器的辅助电加热;当室温超过设定值后,停止室内风机,继续运行循环水泵和压 缩机,继续给热水供暖;当室温超过高限设定值后,压缩机和循环水栗停止运行;热水供暖 为长时间静音供暖方式,热风为快速局部供暖使用;另外,允许手动干预; 在执行夏天模式时,循环水泵一直停止,第一、二闸阀关闭;当室温高于设定空调温度 时,四通阀切换到第二工作状态,压缩机运行,室内、外风机运行,制冷风空调;当室温低于 下限设定值后,停止压缩机、室内、外风机;对生活热水换热器的水箱温度不进行控制; 在执行春秋天模式时,室内风机一直停止,第一、二闸阀关闭;第三闸阀开启,四通阀切 换到第一工作状态,当热水箱的热水温度低于设定值下限时,起动压缩机、循环水泵和室外 风机运行,第三闸阀开启;当热水箱水温高于上限设定值,压缩机、室内、外风机运行停止运 行。
4. 如权利要求1所述的一种家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:其除霜 模式是,当系统在冬天模式运行过程中,出现制冷剂低压压力值和下降速率或室外风换热 器的出风温度到达除霜条件设定值时,室内、外风机停止,四通阀切换到第二工作状态,压 缩机和循环水泵继续运行;当室外风换热器的出风温度高过设定值时,结束除霜,进行室外 风换热器的翅片吹干过程,开启室外风换热器的风机吹10-20秒,结束整个除霜过程;切换 四通阀到第一工作状态,系统恢复冬天模式运行。
5. 如权利要求1所述的一种家庭中央空调热水储热双供暖三用机,其特征在于:所述的 前级水换热器的传热功率为单位时间制冷剂流量过热气体的焓值,即压缩机出口的制冷剂 比焓与相同压力的制冷剂饱和蒸气的比焓差值与单位时间制冷剂流量的乘积;水换热器的 传热功率为单位时间制冷剂流量在排气压力时的凝结热值;因此,前级水换热器的传热功 率约为水换热器的传热功率的15-25%;前级水换热器和水换热器设计时,应当注意二者的 传热形式、传热系数和传热温差的不同,再计算二者的具体传热面积;生活热水换热管的传 热功率,按取水流量与生活热水进出温差以及水比热的乘积计算,如果用户只安装一个喷 淋头,可取每分钟热水流量5升计算,其传热系数可选用浸泡式盘管的换热系数;从估算角 度比较,生活热水换热管的传热面积,大于前级水换热器的换热管的传热面积的4-5倍。
6. 如权利要求1所述的储热型家庭中央空调供暖热水三用机,其特征在于:所述的储热 型三用机包括主机、热水箱和室内风换热器三大件;主机包括制压缩机、室外风换热器、四 通阀、节流阀、水换热器、循环水栗,前级水换热器(未置在热水箱内),以及控制保护系统, 都集合安装在主机支架底座上,总称为主机;主机的制冷剂回路,在与室内风换热器的制冷 剂管路上、下接口连接的主机管路接头处,分别安装有Jc角阀、Jd角阀;在与置在热水箱内 前级水换热器的制冷剂管路上、下接口连接的主机管路接头处,分别安装有Ja角阀、Jb角 阀;热水箱,独立制作,可根据用户场地情况靠近主机独立布置;水路系统的管路,在客户 现场安装;散热器可以是多个,并联安装。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

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