CN111928338A - 空调余热回收系统及空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调余热回收系统及空调系统，涉及空调系统领域，解决了空调室外换热器散失的热量无法得到回收利用的技术问题。该空调余热回收系统，包括相连接的第一换热器和供水部，两者之间循环流通有高温制冷剂，第一换热器并联于室外换热器的两端，用于使分流获得的低温制冷剂冷凝并将释放的热量传递至流经其的高温制冷剂以对供水部内的水加热；本发明将第一换热器接入室外换热器的两端可以分流获得低温制冷剂，并将低温制冷剂在其内冷凝释放的热量传递至高温制冷剂，高温制冷剂流入供水部能对其内的水加热，冷凝后的低温制冷剂重新流入空调系统；能够有效、安全地回收空调系统多余热量，并将热量储存到液态水中待利用，节能环保。

Description

空调余热回收系统及空调系统

技术领域

本发明涉及空调系统技术领域，尤其是涉及一种空调余热回收系统及空调系统。

背景技术

目前制冷空调机组在使用中有大量可以回收的热量，如经压缩机加压升温的制冷剂经空调室外机时，在冷凝器中换热时放出热量，由于冷凝器中的冷媒直接与外界空气换热，该冷凝器通常采用翅片换热器，受到室外机使用环境、冷凝器结构等诸多限制因素的影响，该冷凝器在室外散失的热量无法有效即时回收，造成大量的热量浪费，给用户造成了多余的使用成本。

如何对上述空调系统产生的多余热量进行热回收使用成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供空调余热回收系统及空调系统，以解决现有技术中存在的空调室外换热器散失的热量无法得到回收利用的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的空调余热回收系统，包括相连接的第一换热器和供水部，两者之间循环流通有高温制冷剂，其中：

所述第一换热器并联于室外换热器的两端，用于使分流获得的低温制冷剂冷凝并将释放的热量传递至流经其的高温制冷剂以对所述供水部内的水加热。

优选的，所述第一换热器的高温制冷剂出口端与所述供水部之间存在有用于压缩所述高温制冷剂的压缩机。

优选的，所述室外换热器的制冷剂上游端存在有分流器，所述分流器用于控制流入至所述第一换热器内所述低温制冷剂的流量。

优选的，所述第一换热器为管壳式换热器。

优选的，所述供水部包括供水箱以及位于其内的第二换热器，所述第二换热器的冷媒出口与所述第一换热器的冷媒入口连接，所述第二换热器的冷媒入口与所述第一换热器的冷媒出口连接。

优选的，所述供水箱连接有供常温水源流入的进水管路和供热水流出的出水管路。

优选的，所述进水管路与所述出水管路连接且两者的连接管路上存在有用于调节供水水温的流量控制器。

优选的，空调系统的室内蒸发器通过泵体连接有常温水源，所述蒸发器用于使常温水源与低温制冷剂换热。

优选的，所述第一换热器与所述供水部之间以及所述第一换热器的分流支路上均存在有流量控制部件。

本发明还提供了一种空调系统，其特征在于，包括上述空调余热回收系统。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明提供的空调余热回收系统，通过设置第一换热器与供水部连接形成内部流通有高温制冷剂的循环系统，并将第一换热器接入空调系统内室外换热器的两端，第一换热器可以分流获得低温制冷剂，并将低温制冷剂在其内冷凝释放的热量传递至高温制冷剂，高温制冷剂流入供水部能对其内的水加热，冷凝后的低温制冷剂重新流入空调系统；上述系统能够有效、安全地回收空调系统内室外换热器散发到外界的多余热量，并将热量储存到成本低、安全性好的液态水中待利用，节能环保。

2、本发明提供的空调系统，由于具备上述空调余热回收系统，故同样能够回收空调系统制冷时室外换热器散发的余热，节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明空调余热回收系统的结构示意图；

图2是本发明空调余热回收系统的原理示意图。

图中10、蒸发器；20、压缩机一；30、室外换热器；40、电子膨胀阀一；

1、第一换热器；2、供水箱；3、第二换热器；301、进水管路；302、出水管路；303、流量控制器；4、压缩机二；5、分流器；6、电子膨胀阀二；7、电子膨胀阀三；8、泵体；

A、常温水源；B、热水；C、冷水。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图1所示，现有的空调系统包括蒸发器10(室内换热器)、压缩机一20、室外换热器30以及电子膨胀阀一40形成的内部流动有制冷剂的循环系统，在制冷时，压缩机一20将低温低压的制冷剂压缩为高温高压的制冷剂气体，气体制冷剂升温升压后进入至室外冷凝器内与外界环境进行热交换，经过热交换高温高压的制冷剂气体冷凝放热变为液体，之后经过节流装置、蒸发器10，进入蒸发器10蒸发吸热达到制冷的目的，之后制冷剂重新回到压缩机一20进行循环。在上述制冷过程中，室外换热器30(冷凝器)放出热量并排热外界环境，造成资源浪费。

本发明旨在回收空调系统余热，为实现上述目的，本申请人发现：

热回收首先要考虑到是否能够即时使用热量，空调系统内室外冷凝器通常采用翅片换热器与外界环境进行换热，受到室外机使用环境、翅片换热器的结构限制，无法即时对该处热量进行使用，针对于无法即时使用的热回收，关键的技术问题在于热储存。热储存的能力与以下几个因素相关：

①材料：材料的储热能力与材料本身的物性(比热容)、体积、温度有关。针对于不同的材料，其储热能力与材料的比热容有关，材料的选择，还要考虑到经济性、可靠性性、高效性，要求储热材料在高温条件下物态良好，因此，需要选择经济安全的储热材料。经过研究，本申请人选择液态水作为储热材料。

②体积：针对于相同的材料，其储存的热量与体积、温度成正比，体积越大，其储热越多。但液态水的体积受到空间条件的制约，因此在空间条件一定的情况下，提高液态水的温度是唯一提高其储热能力的方式。

③温度：要提高储热介质——液态水的储热量，其温度要尽可能升高，防止热损失过大，因此液态水温度要尽可能达到80℃-95℃，而空调系统使用侧制冷出水温度一般在7-15℃，可见，为使水温升高满足较大的储热能力，由于制冷剂性质的制约(现有制冷剂无法实现上述温度跨度的换热)，难以直接将空调制冷系统室外换热器散失的热量采用常规的单级乃至双级压缩循环满足这样的工作温差。

因此，为了实现将空调系统余热进行回收的目的，本发明在综合考虑了上述如何选择储热介质、如何提高储热介质的储热能力、如何提高储热介质的温度等关键问题之后，参见图1所示，本发明提供了一种空调余热回收系统，包括相连接的第一换热器1和供水部，两者之间循环流通有高温制冷剂，其中：

第一换热器1并联于室外换热器30的两端，用于使分流获得的低温制冷剂冷凝并将释放的热量传递至流经其的高温制冷剂以对供水部内的水加热；即高温制冷剂流经供水部时能对供水部内的水加热。

其中，应当理解的是，上述“低温制冷剂”“高温制冷剂”指的是按正常蒸发温度及在常温下的饱和蒸汽压力对制冷剂进行的分类，并不代表制冷剂的温度。

其中，上述第一换热器1接入空调系统内并联入室外换热器30的两端，空调系统内的制冷剂一部分进入室外换热器30(翅片冷凝器)，另一部分分流进入至第一换热器1，另一循环系统内的高温制冷剂流经第一换热器1时与原空调系统内的低温制冷热交换，高温制冷剂获得低温制冷剂冷凝放出的热量后流入供水部能对其内的水加热，冷凝后的低温制冷剂重新流入空调系统(并不涉及原空调系统制冷剂的损失)；上述系统能够有效、安全地回收空调系统内室外换热器30散发到外界的多余热量，并将热量储存到成本低、安全性好的液态水中待利用，节能环保。

为了尽可能提高液态水的储热能力，在高温制冷剂与低温制冷剂进行热交换后，可将高温制冷剂再压缩升温，以提高液态水的温度。为了实现上述目的，作为可选的实施方式，参见图1所示，第一换热器1的高温制冷剂出口端与供水部之间存在有用于压缩高温制冷剂的压缩机。

本实施例采用复叠式循环系统，将成本低、安全性好的液态水升温，成为一种性质良好的储热材料，实现高效实用可靠的热回收。

换言之，如图1所示，欲将储热接介质液态水的温度尽可能升高至80℃-95℃，但现有制冷剂实现不了上述目的，因此，本实施例在高温制冷剂的循环管路上设置了压缩机二4，压缩机二4位于第一换热器1的高温制冷剂出口端。

参见图2所示，将总的制冷循环温差分割成2个或多个区段，每个区段用性质相宜的制冷剂循环，即：用高沸点的高温制冷剂循环承担高温区段的制冷，用低沸点的低温制冷剂循环来承担低温区段的制冷。将两者叠加起来，达到最终要求的制热温度。针对于本发明，引入高温制冷剂和低温制冷剂，循环温度范围参见图2所示。

压缩机二4可将气态高温制冷剂压缩，在与液态水换热时高温制冷剂产生相变(冷凝放热变为液态)，释放的热量能够使液态水实现上述高温段的温度变化。液态水温度可达到80℃-95℃，可作为生活用水使用。

本发明考虑到了实际应用过程，在夏天需要给室内环境制冷时，同样也需要生活热水；而在冬天需要给室内环境制热时，热源侧(室外换热器30)散发的冷量我们并不需要。因此本发明只针对空调制冷模式回收热源侧(室外换热器30)热量。对其制热模式不做考虑。

考虑到空调系统蒸发器10使用侧与供水部使用侧存在负荷不匹配的问题，如在夏天制冷模式时，一般蒸发器10使用侧一直使用为室内提供冷空气，空调主系统要保持常开。而供水部使用侧并不经常使用，当供水部内温度满足时(即热量储满)，供水部与第一换热器1的辅循环系统要关闭运作或低负荷运作。

为了解决上述空调系统蒸发器10使用侧与供水部使用侧负荷不匹配的问题，本实施例中引入冷媒分流的方法。作为可选的实施方式，参见图1所示，室外换热器30的制冷剂上游端存在有分流器5，分流器5用于控制流入至第一换热器1内低温制冷剂的流量。

上述分流器5的结构为现有技术，在此对其不做赘述。当供水部内水的温度满足时(即热量储满)，高温制冷剂循环系统要关闭运作，此时可通过分流器5调节冷媒流量实现翅片散热，水箱辅系统停止运作或低负荷运作(供水部保温)。

为了便于低温制冷剂与高温制冷剂在第一换热器1内实现换热，作为可选的实施方式，第一换热器1为管壳式换热器。

上述管壳换热器便于空调系统内的低温制冷剂与余热回收系统内的高温制冷剂进行热交换，低温制冷剂冷凝放热后能够重新流回空调系统，高温制冷剂通过蒸发吸热获得热量。

为了实现经压缩机二4压缩后的高温高压的高温制冷剂对供水部内的水进行加热，作为可选的实施方式，供水部包括供水箱2以及位于其内的第二换热器3，第二换热器3用于与供水部内的水进行换热，以对供水部内的水加热。

具体的，参见图1所示，供水部包括供水箱2以及位于其内的第二换热器3，第二换热器3的冷媒出口与第一换热器1的冷媒入口连接，第二换热器3的冷媒入口与第一换热器1的冷媒出口连接。

参见图1所示，图中实心箭头方向表示制冷剂的流动方向，空心箭头方向表示水的流动方向；本实施例在空调系统内接入上述空调余热回收系统后，存在两个制冷剂循环系统：

一、空调制冷系统：即原空调系统，低温制冷剂的流经方向为压缩机一20→分流器5→室外换热器30、第一换热器1→电子膨胀阀一40→蒸发器10→压缩机一20；

二、热回收辅系统：高温制冷剂的流经方向为第二换热器3→电子膨胀阀三7→第一换热器1→压缩机二4→第二换热器3；

第一换热器1在空调制冷系统是冷凝器，在辅系统是蒸发器10，辅系统中高温制冷剂从第二换热器3中蒸发吸热，对主系统中的低温制冷剂起到冷凝效果，之后通过压缩机二4压缩进入第二换热器，冷凝放热，加热水箱中的液态水(80-95℃)。

在上述过程中，第一换热器1实现低温制冷剂相变时传递热量至高温制冷剂，压缩机二4实现将相变后的高温制冷剂升温，提高液态水的储热能力。

上述过程中，经第一换热器1相变后的低温制冷剂，与制冷系统内室外换热器30相变后的低温制冷剂混合重新流入空调制冷系统，不涉及低温制冷剂的损失，不影响原空调系统制冷。

作为可选的实施方式，参见图1所示，供水箱2连接有供常温水源A流入的进水管路301和供热水B流出的出水管路302。

上述管路连接结构便于常温水流入供水箱2，与高温制冷剂换热后形成可供使用的热水。

为了调节上述热水的水温，作为可选的实施方式，参见图1所示，进水管路301与出水管路302连接且两者的连接管路上存在有用于调节供水水温的流量控制器303。

通过调节上述流量控制器303的开关程度，能够使得供水箱2中的热水(80-95℃)与进水管路内的常温水混合，调节水温供给用户，对于热水使用更为灵活、方便。

为了便于低温制冷剂蒸发吸热后重新变为气态进入压缩机一20内，作为可选的实施方式，参见图1，空调系统的室内蒸发器10通过泵体8连接有常温水源A，蒸发器10用于使常温水源A与低温制冷剂换热。

上述蒸发器10可实现常温水与低温制冷剂的换热，常温水通过泵体8加压进入蒸发器10换热，同时可形成冷水C(7-15℃)供给用户，低温制冷剂吸收水的热量蒸发变为气态，重新进入压缩机一20。

为了平衡室外换热器30(翅片冷凝器)与供水部的使用负荷，可通过控制分流器5与压缩机二4的工作方式、控制流量控制器303的方式来调控水温。

一、分流器5、压缩机二4的控制方式：

检测供水箱2中液态水的温度T_水，第一换热器1压力P_管壳，如下判断：

①T_水<70℃时，分流器5开到最大，压缩机二4满频，快速加热；

②85℃>T_水>70℃时，分流器5开一半，压缩机二4中频，低速加热；

③T_水>85℃时，分流器5保持1/4开度，压缩机二4低频，保温状态；

若检测到主系统管壳换热器压力P_管壳偏高，则分流器5持续关小至全部关闭，压缩机二4保持不变，直至压力正常，高压保护状态；

另外，翅片冷凝器(室外换热器30)风机可随分流器5的开度控制风机档位。

二、流量控制器303使用方式；

检测供水箱2水温T_供水与设定水温T_设定的差值，T_设定为想要获得的使用水温，①当T_供水-T_设定>3℃，开大流量控制器303让水温降低；

②当T_供水-T_设定<3℃，关小流量控制器303让水温升高。

作为可选的实施方式，第一换热器1与供水部之间以及第一换热器1的分流支路上均存在有流量控制部件。该流量控制部件可以为电子膨胀阀。如图1所示。

第一换热器1和第二换热器3后分别安装电子膨胀阀二6、电子膨胀阀三7，根据各支路流量来控制相应电子膨胀阀开度，使散热效果达到更优。

本实施例通过引入复叠式冷媒循环、冷媒分流的方式实现对空调热源侧热量高效、安全回收，将空调制冷系统热源侧余热通过液态水进行储存，不影响原空调制冷系统，同时可提高储热介质——液态水的储热能力。

本实施例还提供了一种空调系统，参见图1所示，该空调系统包括上述空调余热回收系统。

本实施例的空调系统，由于具备上述空调余热回收系统，故同样能够回收空调系统制冷时室外换热器30散发的余热(热源侧散失的热量)，节能环保。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空调余热回收系统，其特征在于，包括相连接的第一换热器和供水部，两者之间循环流通有高温制冷剂，其中：

所述第一换热器并联于室外换热器的两端，用于使分流获得的低温制冷剂冷凝并将释放的热量传递至流经其的高温制冷剂以对所述供水部内的水加热。

2.根据权利要求1所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述第一换热器的高温制冷剂出口端与所述供水部之间存在有用于压缩所述高温制冷剂的压缩机。

3.根据权利要求1或2所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述室外换热器的制冷剂上游端存在有分流器，所述分流器用于控制流入至所述第一换热器内所述低温制冷剂的流量。

4.根据权利要求1-3任一项所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述第一换热器为管壳式换热器。

5.根据权利要求1或4所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述供水部包括供水箱以及位于其内的第二换热器，所述第二换热器的冷媒出口与所述第一换热器的冷媒入口连接，所述第二换热器的冷媒入口与所述第一换热器的冷媒出口连接。

6.根据权利要求5所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述供水箱连接有供常温水源流入的进水管路和供热水流出的出水管路。

7.根据权利要求6所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述进水管路与所述出水管路连接且两者的连接管路上存在有用于调节供水水温的流量控制器。

8.根据权利要求1所述的空调余热回收系统，其特征在于，空调系统的室内蒸发器通过泵体连接有常温水源，所述蒸发器用于使常温水源与低温制冷剂换热。

9.根据权利要求1所述的空调余热回收系统，其特征在于，所述第一换热器与所述供水部之间以及所述第一换热器的分流支路上均存在有流量控制部件。

10.一种空调系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的空调余热回收系统。

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