CN201014679Y - 一种带热泵热水器功能的空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带热泵热水器功能的空调器，包括室内机、室外机和热水单元，其特征是：压缩机排气管与四通阀的D管相接，四通阀E管通过截止阀与内置在承压水箱内的水－制冷剂换热器相接。室外换热器的一端与四通阀C管相接，另一端与节流元件(12)相连，四通阀S管与吸气管相接。室内换热器一端通过截止阀与节流元件(14)相连，一端通过截止阀与吸气管相连；水－制冷剂换热器另一端通过截止阀与单向阀的进口相接，节流元件(12)和(14)并联后与单向阀的出口端相接。本实用新型提供了一种空调与热水供应耦合的解决方案，能够实现制冷、制热、独立热水、同时热水和制冷四种运行模式，相对空调与热水器单独使用，更加节能，环保，安全。

Description

一种带热泵热水器功能的空调器

技术领域

本实用新型涉及一种空调器，特别涉及一种带热泵热水器功能，能够同时实现空调与热水器双重功能的新型空调热泵热水器。

背景技术

目前，家用空调和热水设备需要分别购置，各自仅仅实现独立的功能，在能源利用方面存在许多不合理的地方：一方面空调冷凝热没有得到有效回收利用，导致热污染；另一方面又要花费重金添置单独的热水器，且燃气和电热水器均存在能耗大，安全性差等缺点，太阳能热水器也存在热管换热能力衰减，受天气影响大等缺点。热泵热水器相对电热水器更加节能，但其成本和初投资费用较高，虽然具有空调系统的大部分元件，却无法有效利用作为空调使用，其市场推广较为困难。

如把家用空调的热泵系统和热泵热水器合二为一，只使用一套热泵系统的主要部件，使原有的空调系统增加热泵热水器的功能，在空调制冷工况下，利用空调的冷凝热制取热水，回收冷凝热，一方面提高空调的制冷效率，另一方面可制取大量的免费热水，还可以减少空调对周围环境的热污染；在春、秋季节，利用原本闲置的空调热泵系统制取热水，能源利用率远高于常规热水器，且提高了设备的全年利用率。在空调系统基础上增加热泵热水器功能，实现了空调的多功能性，做到一机多用，完全可以改变空调与热水器分别添置的局面，且设备利用率更高，系统节能优势更明显。

中国专利00229050.2公开了带热泵热水器的空调器的专利技术，该技术在冷凝器后通过并联节流元件与旁通管路来实现热泵热水器功能，对原有的空调系统改动后能实现空调制冷，制热，独立热水以及热水冷气，热水热气的功能，但采用该技术方案存在如下的问题：在水箱的水温较低时，空调制冷运行相当于进行低温制冷，由于冷凝温度太低，流经水箱后的制冷剂过冷度太大，使得系统冷媒流量过小，在水温未升高到一定值时，空调制冷能力过低，而夏季又急需空调提供冷气，这是无法满足用户快速制冷需求的。中国专利02270906.1公开了一种名为“一种多用空调器”的技术，该技术在压缩机出口和四通阀之间并联入两个水氟换热器，是对现有空调技术的简单改造，除了实现制冷、制热功能外，还能同时提供热水，实现了一机多用，并节省了家庭开支。由于该方案只是简单的在冷凝器前并联换热盘管，在实际应用中，存在低水温情况下，换热盘管制冷剂大量积存的情况，是无法保证系统制冷性能的。对于各工况下制冷剂在系统局部大量积存，各模式运行时无法均衡的情况，其他类似的空调热水器专利也有存在，其在实际的产品开发中，是无法解决由于制冷剂积存而导致的系统流量不足的问题的。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有该类技术存在的缺点，公开了一种结构简单，成本低，同时又能实现制冷、制热、独立热水、热水冷气等多种运行模式的带热泵热水器功能的空调器。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种带热泵热水器功能的空调器，它包括室内机、室外机和热水单元，其特征是：室内机主要包括室内换热器，热水单元包括进出水管路与阀门，水-制冷剂换热器；室外机包括压缩机，室外换热器，四通阀，单向阀，节流元件(12)，节流元件(14)。压缩机排气管与四通阀3D管相接，四通阀3S管与压缩机吸气管相接，四通阀另外两个端口一个与水-制冷剂换热器制冷剂侧管路一端相接，一个与室外换热器相接，水-制冷剂换热器制冷剂侧的管路另一端同一单向阀的进口相接，单向阀的出口管路分为两路，一路通过节流元件(12)与室外换热器另一端相接，一路通过节流元件(14)与室内换热器相连，室内换热器的另一端通过管路同吸气管相接。

该热水单元还包括有保温水箱，其上设有进水口、出水口以及排污口，其中，进水口与自来水管路相连，热水从出水口向外输出，排污口可以及时、方便的清除水箱中残留的污水，以达到保养、清洁的目的。该保温水箱为承压式结构，内筒为不锈钢板焊接而成，外壳为彩色塑料板或薄钢板卷制而成，内筒与外壳之间为聚氨酯发泡保温层。该水-制冷剂换热器为置于保温水箱中的换热盘管，其引出端同水箱密封连接。水-制冷剂换热器另一种形式是置于保温水箱外，其结构形式为板式换热器、套管式换热器，保温水箱上设有循环水进出口，水一制冷剂换热器水侧两端连接该循环水进出口而形成热水换热回路，并在该热水换热回路上设有水泵。

一种带热泵热水器功能的空调器，在上述结构基础上，四通阀3C管通过电磁阀组(22)后同室外换热器一端相接，室内换热器一端通过电磁阀组(22)同吸气管相接，该电磁阀组(22)由四个电磁阀组成，电磁阀顺序首尾相联形成环形，电磁阀两两之间的四个管路分别与四通阀3C管、室外换热器(13)一端、室内换热器(16)一端以及吸气管路相接。其工作模式有四种：(1)空调制冷运行；(2)独立热水运行；(3)热水冷气运行；(4)空调制热运行。

本实用新型所述压缩机排气管与吸气管之间还设有卸荷阀。该卸荷阀打开时可以降低压缩机排气口与压缩机吸气口之间的压差，对压缩机起到过载保护作用。

所述节流元件(12)，(14)是毛细管，电子膨胀阀，或热力膨胀阀。

本发明由于采取了以上设计，其具有以下有点：在空调模式下，系统循环同普通空调系统；采用热水冷气模式时，温度低于设定值时，室外换热器风机不转，冷凝热大部分用于热水，当水温达到设定值后，可自动切换为制冷模式，冷凝热由室外换热器承担，系统运行稳定，且能够保证较高的性能；当运行独立热水模式时，高温高压制冷剂在水-制冷剂换热器中冷凝放热后，通过节流元件，制冷剂在室外换热器中蒸发，然后直接回到压缩机完成该循环。由于系统采用了独立的热水循环，多种运行模式均能协调稳定的运行。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型采用静态加热方式的单冷型实施实例的结构示意图。

图2是本实用新型采用循环加热方式的单冷型实施实例的结构示意图。

图3是本实用新型冷暖型带热泵热水器功能的空调器结构示意图。

图4是本实用新型冷暖型电磁阀组的连接示意图。

附图中标号示意如下：1.压缩机，2.卸荷阀，3.四通阀，4.截止阀，5.进水阀门，6.出水阀门，7.承压水箱，8.换热盘管，9.排污阀，10.截止阀，11.单向阀，12.节流元件，13.室外换热器，14.节流元件，15.截止阀，16.室内换热器，17.截止阀，18，19，20，21.电磁阀，22.电磁阀组，23.气液分离器，24.室外机，25.水-制冷剂换热器，26.水泵。

具体的实施方式

以下结合附图所示的实施方式作进一步的阐述。

图1中，本实用新型包括室内机、室外机24和热水单元，其中室内机主要包括室内换热器16，热水单元包括带进出水阀5，6的承压水箱7，换热盘管8，以及排水阀9。进水阀5与自来水管接通，热水由出水阀6送出；压缩机排气管a与吸气管b之间接有卸荷阀2，排气管a与四通阀3D管相接，四通阀3E管通过截止阀4与内置在承压水箱7内的换热盘管8相接，换热盘管8进出水箱部分与水箱密封连接。四通阀3C管与室外换热器13一端相接，室外换热器13另一端与节流元件12相连，四通阀3S管与吸气管b相接。室内换热器16一端通过截止阀15与节流元件14相连，另一端通过截止阀17与吸气管b相连；换热盘管8在与承压水箱7密封连接后两端接有截止阀4和10，截止阀10的另一端与单向阀11的进口相接，单向阀11的出口端管路分为两路：一路与节流元件12相连，另一路同节流元件14相连。图1中所述结构可以实现三种工作模式：(1)空调制冷运行；(2)独立热水运行；(3)热水冷气运行。

1.空调制冷运行。图1中，四通阀断电，其3D与3C相通，3E和3S相通，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a，通过四通阀3D管和3C管进入室外换热器13，冷凝换热后，经节流元件12节流后，由于单向阀11反向无法导通，制冷剂通过节流元件14再次节流后进入室内换热器16，制冷剂吸收热量后蒸发为气体，直接经过吸气管b，气液分离器23回到压缩机，由于3E与3S连通，换热盘管8内的制冷剂处于低压端，多余的制冷剂会经四通阀3E管、3S管返回压缩机，完成制冷循环。

2.独立热水运行。图1中，四通阀通电，3D与3E相通，3C和3S相通，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a，通过四通阀3D管和3E管进入承压水箱7中的换热盘管8，制冷剂冷凝散热后，通过截止阀10，单向阀11后，一路经过节流元件12节流后变成气液两相进入室外换热器13，制冷剂吸收空气热量后变成气态，再通过四通阀3C管与3S管、气液分离器23后回到压缩机；另一路通过节流元件14节流后在室内换热器16中蒸发变成气体，再直接经过吸气管a，气液分离器23回到压缩机。如果节流元件14采用电子膨胀阀，也可以将其开度关为0，使制冷剂只通过室外换热器13。独立热水运行时，室内风机(图1中未给出)不运行。由于水温随冷凝温度的升高而逐渐上升，当排气压力升高到卸载压力值时，部分排气开始经过卸荷阀2旁通到吸气端，以保证系统可靠性。水温达到设定值后，系统处于待机状态，而当水温低于设定值一定偏差后，系统自动进入独立热水模式。

3.热水冷气运行。图1中，四通阀通电，3D与3E相通，3C和3S相通，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a，经过四通阀3D管和3E管进入承压水箱7中的换热盘管8，制冷剂冷凝散热使水加热，通过截止阀10，单向阀11后，节流元件12采用电子膨胀阀的形式，开度开到0步，制冷剂只能通过节流元件14节流后在室内换热器16中蒸发变成气体，再直接经过吸气管b，气液分离器23回到压缩机。由于室外机无制冷剂流过，此时室外风机(图中未给出)不运行。由于水温随冷凝温度的升高而逐渐上升，制冷量是逐渐降低的，而热水冷气模式一般在热天才用到，在设定水温相对较低的情况下(小于45℃)，能够保证热水的同时制冷性能更高。水温达到设定值后，系统自动切换为制冷状态。

图2是采用循环加热方式的实施方式，同图1的区别是：承压水箱7中的换热盘管8改为置于室外机24中的水-制冷剂换热器25，同时增加了水-制冷剂换热器25同承压水箱7之间的水循环管路，水通过水泵26经过阀门10、水-制冷剂换热器25，逆流换热后水温升高，再通过阀门4返回到承压水箱7中。由于水是不断循环加热的，其加热效率更高，同时承压水箱7容积更大。图2除了热水加热方式不同外，各模式下的运行流程与图1相同，这里不再赘述。

图3在图1的基础上增加了电磁阀组22：图1中3C(c)与室外换热器13(d)之间，吸气管b(e)与阀门17(f)之间均为铜管直接连通，其间并无任何结点；而冷暖机为了实现空调制热功能，在图3所示的虚线框22内，增加了由4个电磁阀组成的电磁阀组22，其结构如图4所示：电磁阀18，19，21，20的顺序依次连接在一方形管路件各边的中点，电磁阀两两之间的管路节点与系统其他部件相连：电磁阀18与19之间的管接点与系统c管端(3C)相接，电磁阀18与20之间的管接点与系统d管端(室外换热器13一端)相接，电磁阀19与21之间的管接点与系统f管端(阀门17一端)相接，电磁阀20与21之间的管接点与系统e管端(吸气管b)相接，上述说明只是为了更清晰的表明该部分的连接方式，相关人员对该部分的任何不涉及到基本结构及连接方式的形状改变或部件替换也属于本实用新型的保护范围。相比之下，图3中除了电磁阀组22外，其他部分与图1连接方式均相同，这里不再重复介绍。

按照图3的实施方式，其工作模式有四种，具体的系统流程如下：

1.空调制冷运行。图3中，四通阀断电，3D与3C相通，3E和3S相通，电磁阀19，20关闭，电磁阀18，21导通，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a，经过四通阀3D管和3C管达到电磁阀组22的c管，制冷剂只能通过电磁阀18达到d管端，再进入室外换热器13，冷凝换热后，经节流元件12节流后，由于单向阀11反向无法导通，制冷剂通过节流元件14再次节流后进入室内换热器16，制冷剂吸收热量后蒸发为气体直接经过f管、电磁阀21进入e管，再经过吸气管b回到压缩机，由于3E与3S连通，换热盘管8内的制冷剂处于低压端，多余的制冷剂会经四通阀3E管、3S管返回压缩机，完成制冷循环。

2.独立热水运行。图3中，四通阀通电，3D与3E相通，3C和3S相通，电磁阀18，19，20，21均导通(或是18，20任一导通，19，21任一导通)，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a、四通阀3D管和3E管进入承压水箱7中的换热盘管8，制冷剂冷凝散热后，通过截止阀10，单向阀11后，一路经过节流元件12节流后变成气液两相进入室外换热器13，制冷剂吸收空气热量后变成气态，经过电磁阀20(或18、3C、3S)、e管、气液分离器23后回到压缩机；另一路通过节流元件14节流后在室内换热器16中蒸发变成气体，经过电磁阀21(或19、3C、3S)、e管、气液分离器23后回到压缩机；如果节流元件14采用电子膨胀阀，也可以将其开度关为0，使制冷剂只通过室外换热器13。独立热水运行时，室内风机(图中未给出)不运行。由于水温随冷凝温度的升高而逐渐上升，当排气压力升高到卸载压力值时，部分排气开始经过卸荷阀2旁通到吸气端，以保证系统可靠性。水温达到设定值后，系统处于待机状态，而当水温低于设定值一定偏差后，系统自动进入独立热水模式。

3.热水冷气运行。图3中，四通阀通电，3D与3E相通，3C和3S相通，电磁阀18，19，20，21均导通(或是18，20任一导通，19，21任一导通)，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a，通过四通阀3D管和3E管进入承压水箱7中的换热盘管8，制冷剂冷凝散热后，通过截止阀10，单向阀11后，节流元件12为电子膨胀阀，将开度关为0，制冷剂只能通过节流元件14节流后变成气液两相进入室内换热器16，制冷剂吸收空气热量后经过电磁阀21(或19、3C、3S)、e管、气液分离器23后回到压缩机。热水冷气运行时，室外风机(图中未给出)不运行。由于水温随冷凝温度的升高而逐渐上升，制冷量是逐渐降低的，而热水冷气模式一般在热天才用到，在设定水温相对较低的情况下，能够保证热水的同时制冷性能更高。水温达到设定值后，系统自动切换为制冷状态。

4.空调制热运行。图3中，四通阀断电，3D与3C相通，3E和3S相通，电磁阀18，21关闭，电磁阀19，20导通，从压缩机1排出的高压气体通过排气管a，经过四通阀3D管和3C管达到电磁阀组22的c管，制冷剂只能通过电磁阀19达到f管端，再进入室内换热器16，冷凝换热向室内提供热量后，经节流元件14节流后，由于单向阀11反向无法导通，制冷剂通过节流元件12再次节流后进入室外换热器13，制冷剂吸收热量后蒸发为气体直接经过d管、电磁阀20、e管，吸气管b和气液分离器23回到压缩机，由于3E与3S连通，换热盘管8内的制冷剂处于低压端，多余的制冷剂会经四通阀3E管、3S管返回压缩机，完成制热循环。

按照上述实施方式，若把图1，2，3，4中四通阀，或电子膨胀阀，电磁阀组换成起到类似作用的切换阀门，或是水箱盘管结构形式改为水-制冷剂换热器加热水后由水泵送入储水箱中的结构，均属于本实用新型的保护范围；需要指出的是，相关人员对本实用新型作出的任何不涉及到基本结构及连接方式的形状改变或部件替换也属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种带热泵热水器功能的空调器，它包括室内机、室外机和热水单元，其特征是：室内机主要包括室内换热器，热水单元包括进出水管路与阀门，水-制冷剂换热器；室外机包括压缩机，室外换热器，四通阀，单向阀，节流元件(12)，节流元件(14)；压缩机排气管与四通阀3D管相接，四通阀3S管与压缩机吸气管相接，四通阀另外两个端口一个与水-制冷剂换热器制冷剂侧管路一端相接，一个与室外换热器相接，水-制冷剂换热器制冷剂侧的管路另一端同一单向阀的进口相接，单向阀的出口管路分为两路，一路通过节流元件(12)与室外换热器另一端相接，一路通过节流元件(14)与室内换热器相连，室内换热器的另一端通过管路同吸气管相接。

2.根据权利要求1所述的一种带热泵热水器功能的空调器，其特征在于：该热水单元还包括有保温水箱，其上设有进水口、出水口以及排污口，其中，进水口与自来水管路相连，热水从出水口向外输出；该保温水箱为承压式结构，内筒为不锈钢板焊接而成，外壳为彩色塑料板或薄钢板卷制而成，内筒与外壳之间为聚氨酯发泡保温层。

3.根据权利要求1和2所述的一种带热泵热水器功能的空调器，其特征在于：水-制冷剂换热器为置于保温水箱中的换热盘管，其引出端同水箱密封连接。

4.根据权利要求1和2所述的一种带热泵热水器功能的空调器，其特征在于：水-制冷剂换热器置于保温水箱外，其结构形式为板式换热器、套管式换热器，保温水箱上设有循环水进出口，水-制冷剂换热器水侧两端连接该循环水进出口而形成热水换热回路，并在该热水换热回路上设有水泵。

5.根据权利要求1所述的一种带热泵热水器功能的空调器，其特征在于：四通阀3C管通过电磁阀组(22)后同室外换热器一端相接，室内换热器一端通过电磁阀组(22)同吸气管相接，该电磁阀组(22)由四个电磁阀组成，电磁阀顺序首尾相联形成环形，电磁阀两两之间的四个管路分别与四通阀3C管、室外换热器(13)一端、室内换热器(16)一端以及吸气管路相接。

6.根据权利要求1所述的一种带热泵热水器功能的空调器，其特征在于：压缩机的吸气管与排气管之间设有卸荷阀(2)。

7.根据权利要求1所述的一种带热泵热水器功能的空调器，其特征在于：节流元件(12)，(14)是毛细管，电子膨胀阀，或热力膨胀阀。

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