CN110220331A - 热水制暖一体化换热设备及空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热水制暖一体化换热设备及空调系统，其中，换热设备，包括：内胆，内胆内具有储水腔；盘管组件，盘设在内胆的外壁上，盘管组件包括嵌套设置的外盘管和内盘管，内盘管内具有水容纳腔，内盘管的外壁与外盘管的内壁之间具有冷媒容纳腔，盘管组件还包括与水容纳腔连通的循环水进口和循环水出口以及与冷媒容纳腔连通的循环冷媒进口和循环冷媒出口。本发明的技术方案能够有效地解决现有技术中的空调系统不能同时制热水和制暖，并且水箱内机一体化机组的体积过大的问题。

Description

热水制暖一体化换热设备及空调系统

技术领域

本发明涉及热泵空调技术领域，具体而言，涉及一种热水制暖一体化换热设备及空调系统。

背景技术

在现有技术中，空调系统的水箱内机一体化机组是在结构层面将水箱与内机整合在一起。具体地，如图1所示，空调系统包括顺次连接并形成回路的压缩机1、翅片换热器2(室外换热器)以及板式换热器3，冷媒在该回路中循环流动。此外，空调系统还包括水箱4、末端设备(例如风盘、地暖等)、水箱水循环管路以及末端水循环管路。其中，水箱水循环管路的一侧与板式换热器3连接，另一侧具有与水箱4内部连通，水箱4上具有补水口4-1和热水口4-2。末端水循环管路的一侧与板式换热器3连接，另一侧具有进水口5-1和出水口5-2，末端设备与进水口5-1和出水口5-2连通。通过三通阀进行流路切换可以选择性地控制水箱水循环管路和末端水循环管路中的一个与板式换热器3连接换热。当水箱水循环管路与板式换热器3连接换热时，对水箱4中的水进行加热，并通过热水口4-2流出供用户使用。当末端水循环管路与板式换热器3连接换热时，对末端设备进行加热，从而实现制暖。但是，上述空调系统不能同时对水箱4和末端设备进行供能，必须设计对应的分时控制策略，给用户使用带来了困扰。此外，由于板式换热器3的存在以及内部管路走线过于复杂，水箱内机一体化机组的体积过大，严重挤占了客户安装空间。

发明内容

本发明实施例中提供一种热水制暖一体化换热设备及空调系统，以解决现有技术中的空调系统不能同时制热水和制暖，并且水箱内机一体化机组的体积过大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种换热设备，包括：内胆，内胆内具有储水腔；盘管组件，盘设在内胆的外壁上，盘管组件包括嵌套设置的外盘管和内盘管，内盘管内具有水容纳腔，内盘管的外壁与外盘管的内壁之间具有冷媒容纳腔，盘管组件还包括与水容纳腔连通的循环水进口和循环水出口以及与冷媒容纳腔连通的循环冷媒进口和循环冷媒出口。

进一步地，内胆的部分外壁形成有凹槽，外盘管的至少部分位于凹槽内。

进一步地，外盘管位于凹槽内的部分与凹槽的槽壁相贴合。

进一步地，外盘管的横截面的轮廓线包括弧形段和与弧形段连接的矩形段，外盘管对应弧形段的部分位于凹槽内。

进一步地，内盘管与外盘管对应弧形段的部分同轴设置。

进一步地，内盘管的端部具有弯折段，弯折段由外盘管的端部的侧壁穿至外盘管的外侧，弯折段的开口形成循环水进口或循环水出口，外盘管的端部的开口形成循环冷媒进口或循环冷媒出口。

进一步地，换热设备还包括物理镁棒和电子镁棒，物理镁棒和电子镁棒均插入至储水腔内。

进一步地，换热设备还包括外壳，内胆设置在外壳内，内胆的外壁与外壳的内壁之间设置有保温层。

根据本发明的另一个方面，提供了一种空调系统，包括换热设备，换热设备为上述的换热设备。

进一步地，空调系统还包括压缩机、室外换热器以及末端设备，压缩机、室外换热器通过循环冷媒进口、循环冷媒出口与换热设备连接形成循环冷媒回路，末端设备通过循环水进口、循环水出口与换热设备连接形成循环水回路。

应用本发明的技术方案，空调系统的外机的冷媒通过循环冷媒进口进入至内盘管与外盘管之间的冷媒容纳腔内，冷媒与内盘管的水容纳腔内的水进行换热，同时，冷媒还与内胆的储水腔内的水进行换热，换热后冷媒通过循环冷媒出口流回空调系统的外机。由于循环水进口和循环水出口与空调系统的末端设备连接，当空调系统为制热模式时，冷媒一方面对内盘管的水容纳腔内的水进行加热，该部分水加热后流向末端设备进行制暖；冷媒另一方面对内胆的储水腔内的水进行加热，从而实现制热水功能。上述换热设备能够同时实现制热水和制暖功能，提高整机运行的实际能效，使整机能耗接近100％转化率，节约了用户的实际成本。同时，使得用户在冬季享受温暖环境的同时能及时使用到舒适的热水，提升用户使用舒服度和便利性。此外，上述换热设备取消了原有的板式换热器，使结构及内部管路走线实现最大程度简化，从而缩小了体积，在售后安装层面，能最大程度的降低安装使用面积。

附图说明

图1是现有技术的空调系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的热水制暖一体化换热设备的内胆和盘管组件的结构示意图；

图3是图2的A处放大示意图；

图4是图2的B处放大示意图；

图5是图2的内胆和盘管组件的剖面的局部结构示意图；

图6是图2的内胆的剖面的局部结构示意图；

图7是图2的热水制暖一体化换热设备的结构示意图；

图8是图7的热水制暖一体化换热设备的剖视示意图；以及

图9是本发明实施例的空调系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、压缩机；2、翅片换热器；3、板式换热器；4、水箱；4-1、补水口；4-2、热水口；5-1、进水口；5-2、出水口；10、内胆；11、储水腔；12、补水进口；13、热水出口；14、凹槽；21、外盘管；211、弧形段；212、矩形段；22、内盘管；221、水容纳腔；222、循环水进口；223、循环水出口；224、弯折段；23、冷媒容纳腔；24、循环冷媒进口；25、循环冷媒出口；30、物理镁棒；40、电子镁棒；50、外壳；60、底座；70、电控箱；80、安全阀；91、第一感温探头；92、第二感温探头；100、电加热管；200、压缩机；300、室外换热器；400、四通阀；500、气液分离器；600、经济器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图2至图5、图7至图9所示，本实施例的热水制暖一体化换热设备用于空调系统中，该换热设备将原有的内机的换热器与水箱整合。具体地，图9中虚线部分左侧示出的为空调系统的外机，图9中虚线部分右侧示出的为上述换热设备。该换热设备包括内胆10和盘管组件。内胆10内具有储水腔11，内胆10上设置有与储水腔11连通的补水进口12和热水出口13。盘管组件呈螺旋状盘设在内胆10的外壁上。盘管组件包括嵌套设置的外盘管21和内盘管22。内盘管22内具有水容纳腔221。内盘管22的外壁与外盘管21的内壁之间具有冷媒容纳腔23。盘管组件还包括与水容纳腔221连通的循环水进口222和循环水出口223以及与冷媒容纳腔23连通的循环冷媒进口24和循环冷媒出口25。其中，循环水进口222和循环水出口223与空调系统的末端设备(例如风盘、地暖等)连接，循环冷媒进口24和循环冷媒出口25与空调系统的外机的冷媒管路连接。

应用本实施例的换热设备，空调系统的外机的冷媒通过循环冷媒进口24进入至内盘管22与外盘管21之间的冷媒容纳腔23内，冷媒与内盘管22的水容纳腔221内的水进行换热，同时，冷媒还与内胆10的储水腔11内的水进行换热，换热后冷媒通过循环冷媒出口25流回空调系统的外机。由于循环水进口222和循环水出口223与空调系统的末端设备连接，当空调系统为制热模式时，冷媒一方面对内盘管22的水容纳腔221内的水进行加热，该部分水加热后流向末端设备进行制暖；冷媒另一方面对内胆10的储水腔11内的水进行加热，从而实现制热水功能。上述换热设备能够同时实现制热水和制暖功能，提高整机运行的实际能效，使整机能耗接近100％转化率，节约了用户的实际成本。同时，使得用户在冬季享受温暖环境的同时能及时使用到舒适的热水，提升用户使用舒服度和便利性。此外，上述换热设备取消了原有的板式换热器，使结构及内部管路走线实现最大程度简化，从而缩小了体积，在售后安装层面，能最大程度的降低安装使用面积。

需要说明的是，如图5和图8所示，本实施例的换热设备的内胆10内的整个空间形成储水腔11，内盘管22内的整个空间形成水容纳腔221，内盘管22的外壁与外盘管21的内壁之间的空间形成冷媒容纳腔23。也就是说，水容纳腔221与冷媒容纳腔23之间只隔了内盘管22的侧壁，冷媒容纳腔23与储水腔11之间只隔了外盘管21的侧壁和储水腔11的侧壁，这样可以使冷媒与水容纳腔221中的水、储水腔11中的水的换热效果更好。当然，在图中未示出的其他实施方式中，也可以将储水腔仅设计为内胆内的一部分、水容纳腔仅设计为内盘管内的一部分、冷媒容纳腔仅设计为内盘管与外盘管之间的一部分，只要保证水容纳腔与冷媒容纳腔之间的结构、冷媒容纳腔与储水腔之间的结构能够导热即可。

如图5、图6以及图8所示，在本实施例的换热设备中，内胆10的部分外壁内凹形成螺旋状的凹槽14，外盘管21的至少部分位于凹槽14内，这样可以对外盘管21起到一定的定位作用。外盘管21位于凹槽14内的部分与凹槽14的槽壁相贴合，也就是说，外盘管21位于凹槽14内的部分的形状与凹槽14的槽壁的形状相适配，这样可以使外盘管21与凹槽14贴合更加紧密，更加便于相互换热。在本实施例中，外盘管21的横截面的轮廓线包括弧形段211和与弧形段211连接的矩形段212，外盘管21对应弧形段211的部分位于凹槽14内，也就是说，外盘管21的横截面呈“D形”，凹槽14的横截面也呈“D形”。上述结构中，外盘管21对应弧形段211的部分能够更大程度地加大外盘管21与内胆10的换热面积，同时，外盘管21对应矩形段212靠外侧的部分呈平面，这样可以节省整体空间。

需要说明的是，外盘管21的形状、凹槽14的形状以及外盘管21与凹槽14的配合方式不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，外盘管和凹槽可以为其它形状，例如外盘管的横截面为圆形、凹槽的横截面为弧形；此外，外盘管与凹槽之间也可以设置其他导热结构。

如图5所示，在本实施例的换热设备中，内盘管22与外盘管21对应弧形段211的部分同轴设置，这样可以使冷媒容纳腔23对应凹槽14的部分的尺寸较为均匀，从而使冷媒容纳腔23中的冷媒与储水腔11中的水换热更加均匀，换热效果更好。

如图2至图4以及图7所示，在本实施例的换热设备中，内盘管22的两端的端部均具有弯折段224，弯折段224由外盘管21的端部的侧壁穿至外盘管21的外侧。位于内胆10上部的弯折段224的开口形成循环水出口223，循环水出口223与末端设备的进水口连接；位于内胆10上部的外盘管21的端部的开口形成循环冷媒进口24，循环冷媒进口24与空调系统的外机的冷媒管路上的大阀门连接；位于内胆10下部的弯折段224的开口形成循环水进口222，循环水进口222与末端设备的出水口连接；位于内胆10下部的外盘管21的端部的开口形成循环冷媒出口25，循环冷媒出口25与空调系统的外机的冷媒管路上的小阀门连接。此外，如图8所示，补水进口12和热水出口13位于内胆10的顶端，热水出口13处设置有安全阀80，补水进口12处设置有补水管，该补水管向下伸入至储水腔11的底部，补水管的底端具有多个出水孔，这样可以在补水时保证补入的温度较低的水直接通入储水腔11的底部，防止对储水腔11中已经加热的水造成影响。相比于现有的各类进出水口布置受限、售后安装不便，本实施例的循环水进口222、循环水出口223、补水进口12、热水出口13、循环冷媒进口24、循环冷媒出口25根据用户安装位置灵活设计，从而简化售后水管系统设计难度和建造成本，便于售后安装维护，为用户节约最大成本，提高品牌对应价值。

需要说明的是，循环水进口222、循环水出口223、补水进口12、热水出口13、循环冷媒进口24、循环冷媒出口25的具体设置位置不限于此，在图中未示出的其他实施方式中，上述各个进出口的位置可以根据需要进行设计。例如，将循环水进口和循环冷媒进口设置在位于内胆的下部，将循环水出口和循环冷媒出口设置在位于内胆的上部。

如图8所示，在本实施例的换热设备中，换热设备还包括物理镁棒30和电子镁棒40。物理镁棒30和电子镁棒40均插入至储水腔11内，从而减少内胆10内的腐蚀。镁棒牺牲阳极保护的原理：两块不同的金属相互接触构成金属偶并浸入导电溶液中，则因两金属电位不同而使金属偶中电负性的一方(阳极)加速腐蚀，电正性的一方(阴极)将得到部分或全部保护。设置物理镁棒30和电子镁棒40两种镁棒的作用是更好的防腐。物理镁棒30在工作一段周期后需进行更换，电子镁棒40则无需更换。正常工作时电子镁棒40会起到保护，物理镁棒30不消耗，如果电子镁棒40出现故障，则物理镁棒30可辅助进行保护。此外，盘管组件(外盘管21和内盘管22)不与储水腔11内的水直接接触，不易受水质结垢与腐蚀。

如图7和图8所示，在本实施例的换热设备中，换热设备还包括外壳50和底座60，内胆10设置在底座60上，并且内胆10位于外壳50内。内胆10的外壁与外壳50的内壁之间设置有保温层，从而对内胆10进行保温。在本实施例中，保温层为发泡层，发泡层的厚度一般为40mm至50mm。当然，保温层不限于发泡层，在其他实施方式中，可以为其他保温材料。此外，外壳50的中部还设置有电控箱70，内胆10的上部设置有第一感温探头91，内胆10的中部设置有第二感温探头92，第一感温探头91和第二感温探头92均伸入至储水腔11内，从而测量储水腔11内不同高度的水的温度。内胆10中还设置有电加热管100，电加热管100可在特殊情况下辅助换热，满足客户需求。内胆10的底部设置有排污口，用于排出内胆10内的残余水。

如图9所示，本申请还提供了一种空调系统，根据本申请的空调系统的实施例包括换热设备，换热设备为上述的换热设备。具体地，空调系统还包括压缩机200、室外换热器300、四通阀400、气液分离器500、经济器600以及末端设备。当空调系统制暖时，压缩机200、冷媒管路(气管)上的大阀门、换热设备(循环冷媒进口24、冷媒容纳腔23、循环冷媒出口25)、冷媒管路(液管)上的小阀门、经济器600、室外换热器300、四通阀400、气液分离器500、压缩机200顺次连接形成循环冷媒回路，图9中箭头示出方向为冷媒流动方向。末端设备的出水口、换热设备(循环水进口222、水容纳腔221、循环水出口223)、末端设备的进水口顺次连接形成循环水回路。当机组运行制热功能时，同时给内胆10的储水腔11内的生活用水以及末端设备所用水增热，同时实现制热水与制暖功能，再辅以相关水阀与控制策略，实现功能灵活运行。当储水腔11内的生活用水温度达到目标之一后，冷媒再给末端设备所用水增热的同时对储水腔11内的生活用水起到保温的作用，使得用户可以用到恒温型热水，还不耽误室内制暖，实现最舒适的冬季使用效果。当机组运行制冷功能时，换热设备的内胆10内部不存水，直接制取冷水为末端设备使用。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种换热设备，其特征在于，包括：

内胆(10)，所述内胆(10)内具有储水腔(11)；

盘管组件，盘设在所述内胆(10)的外壁上，所述盘管组件包括嵌套设置的外盘管(21)和内盘管(22)，所述内盘管(22)内具有水容纳腔(221)，所述内盘管(22)的外壁与所述外盘管(21)的内壁之间具有冷媒容纳腔(23)，所述盘管组件还包括与所述水容纳腔(221)连通的循环水进口(222)和循环水出口(223)以及与所述冷媒容纳腔(23)连通的循环冷媒进口(24)和循环冷媒出口(25)。

2.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述内胆(10)的部分外壁形成有凹槽(14)，所述外盘管(21)的至少部分位于所述凹槽(14)内。

3.根据权利要求2所述的换热设备，其特征在于，所述外盘管(21)位于所述凹槽(14)内的部分与所述凹槽(14)的槽壁相贴合。

4.根据权利要求3所述的换热设备，其特征在于，所述外盘管(21)的横截面的轮廓线包括弧形段(211)和与所述弧形段(211)连接的矩形段(212)，所述外盘管(21)对应所述弧形段(211)的部分位于所述凹槽(14)内。

5.根据权利要求4所述的换热设备，其特征在于，所述内盘管(22)与所述外盘管(21)对应所述弧形段(211)的部分同轴设置。

6.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述内盘管(22)的端部具有弯折段(224)，所述弯折段(224)由所述外盘管(21)的端部的侧壁穿至所述外盘管(21)的外侧，所述弯折段(224)的开口形成所述循环水进口(222)或所述循环水出口(223)，所述外盘管(21)的端部的开口形成所述循环冷媒进口(24)或所述循环冷媒出口(25)。

7.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备还包括物理镁棒(30)和电子镁棒(40)，所述物理镁棒(30)和所述电子镁棒(40)均插入至所述储水腔(11)内。

8.根据权利要求1所述的换热设备，其特征在于，所述换热设备还包括外壳(50)，所述内胆(10)设置在所述外壳(50)内，所述内胆(10)的外壁与所述外壳(50)的内壁之间设置有保温层。

9.一种空调系统，包括换热设备，其特征在于，所述换热设备为权利要求1至8中任一项所述的换热设备。

10.根据权利要求9所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括压缩机(200)、室外换热器(300)以及末端设备，所述压缩机(200)、所述室外换热器(300)通过所述循环冷媒进口(24)、所述循环冷媒出口(25)与所述换热设备连接形成循环冷媒回路，所述末端设备通过所述循环水进口(222)、所述循环水出口(223)与所述换热设备连接形成循环水回路。