CN201429275Y

CN201429275Y - 空气源采暖、空调、热水三用机

Info

Publication number: CN201429275Y
Application number: CN2009201861017U
Authority: CN
Inventors: 侴乔力; 金从卓; 张贤根; 许文增; 李华; 易广江
Original assignee: Hefei Swan Refrigeration Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Swan Refrigeration Technology Co Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2019-06-26

Abstract

一种空气源采暖、空调、热水三用机：通过开关载冷剂侧驱动力，配以冷媒侧止回阀的疏导，来形成并联换热器之间量级差异的非对称相变速率，从而根本替代电磁阀开关冷媒回路，以结构更简单、成本更低廉、运行更可靠、效率更提高的方式，来实现采暖、空调、热水、空调+热水(普通型/节能型)等5种功能。符合“都江堰”无为而治的自然法则，根本免除现有三用机中停用换热器积存冷媒液，导致运行换热器缺氟的隐患，便于产品家电化。

Description

空气源采暖、空调、热水三用机

(一)技术领域

本发明涉及一种空气源采暖、空调、热水三用机。

(二)背景技术

所获权的中国发明专利“采暖/空调+热水机”(获权专利号：ZL200410038964.1)，

1、水环路需1只电动三通阀，冷媒回路需2只电磁阀，从而使系统初投资减小，控制简化；

2、夏季、春秋、冬季、严寒分别采用：制冷/热泵-空调+热水循环、气-水热泵热水循环、气-水热泵采暖循环、制冷-空调循环，4种优化运行方式来满足采暖、空调、热水三功能需求，使其实现全年运行，且运行效率始终最高，其运行20年的初投资+运行费比空调+电热器系统降低21.4～43.6％；

3、梯级热泵：从控制程序上调低-7℃以下环境的采暖、热水循环上限水温，使其运行于-7～-15℃环境，实现严寒制热；而此时传统风水分体机已必须停机，完全由电热炉及其专用循环泵带动风盘采暖；

4、小温差与直接换热：热泵制备热水时借用空调机的循环泵和换热器，从而确保在热水制热量增大50％的前提下，通过大幅提高循环流速维持小温差与直接换热，以获得更高热水制热性能系数；

5、直流热水：小温差与直接换热技术使得热水的供应有条件采取即热方式，从而免除或减小热水箱容量；

6、上水与泵后定压：借用热水箱的上水口及系统中空调与热水功能切换的汇流电动三通阀，实现上水与泵后定压，从而既节省空调机的减压阀、膨胀罐，又使整个系统的最高压力点不超过上水压力，以提高系统可靠性；

7、一箭双雕：蓄热水箱在有上水时兼具膨胀水箱功能，在无上水时兼具高位水箱功能。

4种优化运行方式使其全年运行；优化设置蓄热温度及梯级热泵，使其适应环境温度-15～+43℃；运行20年初投资+运行费比现有技术降低20～45％。然而该空气源三用机在实际运行中存在下列问题：

采用3台换热器和2只冷媒侧电磁阀，以在实现多功能切换时，封闭停用换热器的冷媒通路；其导致缺陷如下：空气侧换热器由于其冷媒侧容腔较大，因此如果功能切换后被液路电磁阀封闭，且与另一台冷凝器并联；则压缩机会不断向其充灌气态冷媒，当气温较低时，就会导致其中不断有冷凝液积存，从而使另一台并联冷凝器逐渐缺氟，无法实现可靠运转。

(三)发明内容

本发明的目的是要综合采暖/空调+热水机的优点，改进其不足之处，提供一种功能运行时，无需冷媒侧电磁阀切换的空气源采暖、空调、热水三用机。

本发明采用的技术方案，即空气源采暖、空调、热水三用机如附图1所示，其中：1-压缩机；2-高压开关；3-四通换向阀；4-空气蒸发/冷凝器；5-止回阀；6-干燥过滤器；7-膨胀阀；8-蒸发/冷凝器；9-消音器；10-气液分离器；11-低压开关；12-三通阀组；13-循环泵；14-逆止阀；15-风机盘管；16-热水箱；17-安全阀；18-电热器；19-排气阀；20-过滤器；21-高压储液器；22-辅助冷凝器；23-辅助循环泵；24-功能三通；25-出口三通；26-进口三通；27-电磁阀；28-风机。

按照附图1所示的空气源采暖、空调、热水三用机：其由压缩机1、高压开关2、四通换向阀3、空气蒸发/冷凝器4、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、蒸发/冷凝器8冷媒侧、消音器9、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，组成气-水热泵回路；

辅助冷凝器22冷媒侧通过止回阀5及三通与空气蒸发/冷凝器4相并联，以形成水-水热泵支路；

蒸发/冷凝器8载冷剂侧出口通过出口管道连接排气阀19、功能三通24，而进口管道连接三通阀组12、循环泵13、逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧进口，形成供冷/热支路；

进口三通26通过管道连接辅助循环泵23、逆止阀14、辅助冷凝器22载冷剂侧、排气阀19、出口三通25，形成热水箱16供热支路；

功能三通24通过管道连接风机盘管15、过滤器20、三通阀组12，形成风机盘管15支路；

功能三通24通过管道连接出口三通25、热水箱16、三通、过滤器20、进口三通26、三通阀组12，形成热水箱16支路；

热水箱16的上水管通过过滤器20、逆止阀14、安全阀17，形成补水、定压支路。

辅助冷凝器22冷媒侧与止回阀5之间接入电磁阀27。

空气蒸发/冷凝器4附设其驱动风机28。

热水箱16的热水引出口设置电磁阀27，并由补水、定压支路上设置的低压开关11控制。

膨胀阀7是电子膨胀阀7、热力膨胀阀7、毛细管7、节流孔板7，或其间的相互并联结构。

止回阀5和干燥过滤器6之间接入高压储液器21。

三通阀组12是1只三通阀，或由2只二通阀及1只三通相连接组成。

在风机盘管15的盘管与出风口之间设置用于辅助加热空气的电热器18。

蒸发/冷凝器8和辅助冷凝器22是壳管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器的冷媒-载冷剂换热器。

本发明的工作原理结合附图1说明如下：

1、气-水热泵采暖循环：压缩机1启动，以驱动冷媒流经高压开关2、四通换向阀3、消音器9、蒸发/冷凝器8冷媒侧、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、三通、空气蒸发/冷凝器4、三通、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，构成气-水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器4中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器8内。循环泵13预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧、排气阀19、功能三通24、风机盘管15、过滤器20、三通阀组12、循环泵13，构成采暖循环，以把蒸发/冷凝器8内的高位冷凝放热输送给风机盘管15系统。

2、制冷-空调循环：压缩机1启动，以驱动冷媒流经高压开关2、四通换向阀3、三通、空气蒸发/冷凝器4、三通、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、蒸发/冷凝器8冷媒侧、消音器9、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，构成制冷循环，以把蒸发/冷凝器8中提取的低位室内空气热能泵至空气蒸发/冷凝器4中，通过其风机28驱动向环境空气释放。循环泵13预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧、排气阀19、功能三通24、风机盘管15、过滤器20、三通阀组12、循环泵13，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器8内的蒸发冷量输送给风机盘管15系统。

3、气-水热泵热水循环：压缩机1启动，以驱动冷媒流经高压开关2、四通换向阀3、消音器9、蒸发/冷凝器8冷媒侧、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、三通、空气蒸发/冷凝器4、三通、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，构成气-水热泵循环；以把空气蒸发/冷凝器4中采集的低位空气热能泵至蒸发/冷凝器8内。循环泵13预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧、排气阀19、功能三通24、出口三通25、热水箱16、三通、过滤器20、进口三通26、三通阀组12、循环泵13，构成热水循环，以把蒸发/冷凝器8内的高位冷凝放热输送给热水箱16。

4、普通型制冷/热泵-空调+热水循环：压缩机1启动，以驱动冷媒流经高压开关2、四通换向阀3、三通、辅助冷凝器22冷媒侧、止回阀5、三通、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、蒸发/冷凝器8冷媒侧、消音器9、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，构成水-水的制冷/热泵循环，以把蒸发/冷凝器8中提取的低位室内空气热能泵至辅助冷凝器22中，向循环热水释放。循环泵13预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧、排气阀19、功能三通24、风机盘管15、过滤器20、三通阀组12、循环泵13，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器8内的蒸发冷量输送给风机盘管15系统。辅助循环泵23预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、辅助冷凝器22载冷剂侧、排气阀19、出口三通25、热水箱16、三通、过滤器20、进口三通26、辅助循环泵23，构成热水循环，以把辅助冷凝器22内的高位冷凝放热输送给热水箱16。

5、节能型制冷/热泵-空调+热水循环：压缩机1启动，以驱动冷媒流经高压开关2、四通换向阀3、由2个三通并联的辅助冷凝器22冷媒侧及其止回阀5和空气蒸发/冷凝器4、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、蒸发/冷凝器8冷媒侧、消音器9、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，构成水-水+气的制冷/热泵循环，以把蒸发/冷凝器8中提取的低位室内空气热能泵至并联的辅助冷凝器22和空气蒸发/冷凝器4中，以同时向循环热水和环境空气释放。循环泵13预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧、排气阀19、功能三通24、风机盘管15、过滤器20、三通阀组12、循环泵13，构成空调循环，以把蒸发/冷凝器8内的蒸发冷量输送给风机盘管15系统。辅助循环泵23预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、辅助冷凝器22载冷剂侧、排气阀19、出口三通25、热水箱16、三通、过滤器20、进口三通26、辅助循环泵23，构成热水循环，以把辅助冷凝器22内的高位冷凝放热输送给热水箱16；风机28预先启动，驱动环境空气流经空气蒸发/冷凝器4，以把其内的高位冷凝放热输送给环境空气。

6、制冷-融霜循环：压缩机1启动，以驱动冷媒流经高压开关2、四通换向阀3、三通、空气蒸发/冷凝器4、三通、止回阀5、干燥过滤器6、膨胀阀7、止回阀5、蒸发/冷凝器8冷媒侧、消音器9、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，构成制冷循环，以把蒸发/冷凝器8中提取的低位室内空气热能泵至空气蒸发/冷凝器4中，并向霜层释放以融霜。循环泵13预先启动，以驱动载冷剂流经逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧、排气阀19、功能三通24、风机盘管15、过滤器20、三通阀组12、循环泵13，构成采热循环，以把风机盘管15系统的热量输送给蒸发/冷凝器8。

与现有技术相比，本发明的结构特点如下：

1、采暖时：辅助冷凝器22冷媒侧的止回阀5阻止液态冷媒向其供液，同时压缩机1对辅助冷凝器22抽空至压力平衡，因此可在防止其积液的前提下，实现采暖功能；

2、空调时：利用并联冷凝器中，空气蒸发/冷凝器4的风机28开启，而辅助冷凝器22的辅助循环泵23停机，所形成非对称传热工况的量级差异，以及并联冷凝器冷媒侧进、出口压力的自平衡；可在辅助冷凝器22中，即使有少量冷凝积液，也能通过止回阀5及时排出的前提下，实现空调功能；

3、热水时：止回阀5阻止液态冷媒向辅助冷凝器22供液，同时压缩机1对辅助冷凝器22抽空至压力平衡，因此可在防止辅助冷凝器22积液的前提下，实现热水功能；

4、普通型空调+热水时：利用并联冷凝器中，辅助冷凝器22的辅助循环泵23开启，空气蒸发/冷凝器4的风机28停机，所形成非对称传热工况的差异，以及并联冷凝器冷媒侧进、出口压力的自平衡；可在空气蒸发/冷凝器4中，即使有少量冷凝积液，也能通过液管及时排出的前提下，实现空调+热水功能；

5、节能型空调+热水时：利用并联冷凝器中，辅助冷凝器22的辅助循环泵23和空气蒸发/冷凝器4的风机28同时开启，以大幅度降低冷凝温度和压力，降低压缩机功耗，提高制冷量和系统性能系数，可在辅助冷凝器22和空气蒸发/冷凝器4同时使用的前提下，实现空调+热水功能；

6、融霜时：利用两台并联冷凝器之间，

(1)融霜切换时，空气蒸发/冷凝器4和辅助冷凝器22之间的40℃温差；

(2)融霜过程中空气蒸发/冷凝器4和辅助冷凝器22由于热容上的差异，所继续保持的温差；

(3)融霜潜热与辅助冷凝器22热容在量级上的差异；来实现快速融霜，减少辅助冷凝器22对于融霜时间的延迟。

因此与现有技术相比，本发明的技术优势如下：

1、根本免除冷媒回路中的电磁阀控制，消除两器内积存液态冷媒的隐患，对于三用机技术从试验阶段转为规模生产，并真正走向市场，具有决定性意义；

2、根本免除冷媒回路电磁阀，不仅降低制造成本，也减少单片机的`开关量输出，使系统简单化、家电化、规模化，并提高运行可靠性；

3、根本免除冷媒回路电磁阀，使得停用的并联换热器，要么处于抽空状态，要么处于贯通状态，要么处于并联运行状态，从而对正常运行的并联换热器，均无不利影响；此外，与冷凝器并联的停用换热器，对于空调和普通型空调+热水两种功能而言，所存在的是增大冷凝换热量、降低压缩机功耗的有益影响；

4、空调+热水功能兼具普通型和节能型两种形式，其中的节能型对于高温热水工况和中东炎热地区使用时，大幅降低压缩机功耗具有重要意义；

5、采用分体式设计，使得室外机为标准风冷室外机，可分别对接风冷形式的多联机、水管机、风管机、热水机、三用机，从而制造和销售资源得以标准化、系列化和规模化。

本发明通过开关载冷剂侧驱动力，配以冷媒侧止回阀的疏导，来形成并联换热器之间量级差异的非对称相变速率，从而根本替代电磁阀开关冷媒回路，以结构更简单、成本更低廉、运行更可靠、效率更提高的方式，来实现采暖、空调、热水、空调+热水(普通型/节能型)等5种功能。符合“都江堰”无为而治的自然法则，根本免除现有三用机中停用换热器积存冷媒液，导致运行换热器缺氟的隐患，便于产品家电化。

(四)附图说明

附图1为本发明的系统流程图。

(五)具体实施方式

本发明提出的空气源采暖、空调、热水三用机的实施例如附图1所示，现说明如下：按照附图1所示的空气源采暖、空调、热水三用机，其由电功率4.0kW的全封闭涡旋式压缩机1通过直径20mm铜管顺次连接高压开关2、四通换向阀3、铜管套铝翅片式/换热面积40m²的空气蒸发/冷凝器4中R22的直径20mm进口，其直径10mm出口再通过铜管顺次连接相同直径接口的止回阀5、3升高压储液器21、干燥过滤器6、电子膨胀阀7、止回阀5、换热面积1.5m²的铜钎焊板式蒸发/冷凝器8的R22进口，其直径20mm出口再通过铜管顺次连接相同直径接口的消音器9、四通换向阀3、气液分离器10、低压开关11、压缩机1，组成气-水热泵回路；换热面积1.5m²的铜钎焊板式辅助冷凝器22的R22侧直径10mm出口铜管通过相同直径接口的止回阀5及三通与空气蒸发/冷凝器4相并联，以形成水-水热泵支路；蒸发/冷凝器8载冷剂侧出口通过直径24mm出口钢管连接排气阀19、功能三通24，而进口管道通过直径24mm钢管连接电动三通球阀12、流量2m³/h、扬程14mH₂O的循环泵13、逆止阀14、蒸发/冷凝器8载冷剂侧进口，形成供冷/热支路；进口三通26通过直径24mm钢管连接流量2m³/h、扬程14mH₂O的辅助循环泵23、逆止阀14、辅助冷凝器22载冷剂侧、排气阀19、出口三通25，形成热水箱16供热支路；功能三通24通过直径24mm钢管并联连接5台全热冷量3.7kW/供热量6.3kW的风机盘管15、过滤器20、三通阀12，形成风机盘管15支路；功能三通24通过直径24mm钢管连接出口三通25、1台厚1.2mm不锈钢板制成/直径300mm/长800mm的热水箱16、三通、过滤器20、进口三通26、三通阀12，形成热水箱16支路；热水箱16的直径15mm上水钢管通过过滤器20、逆止阀14、安全阀17，形成补水、定压支路。空气蒸发/冷凝器4附设其风量5500m³/h、电功率160W的驱动风机28。热水箱16的直径15mm热水引出口设置直径15mm、不锈钢电磁阀，并由直径15mm补水、定压支路上设置的直径15mm低压开关11控制。在风机盘管15的盘管与出风口之间设置用于辅助加热空气的3.7kW电热器18。

本发明实施例在日平均环境气温7℃的气象条件下，循环供水温度45℃时，可实现采暖/热水制热功率14.3kW，热泵供热系数3.21，总输入电功率4.45kW，距离机组1m处运行噪音59dB，运行重量145kg；在日平均环境气温35℃的气象条件下，循环供水温度7℃时，可实现空调制冷功率12.0kW，热水供热功率15.5kW；此时在热水循环供水温度45℃时，空调+热水联供系数6.21，总输入电功率4.43kW。

Claims

1、一种空气源采暖、空调、热水三用机，其由压缩机(1)；高压开关(2)；四通换向阀(3)；空气蒸发/冷凝器(4)；止回阀(5)；干燥过滤器(6)；膨胀阀(7)；蒸发/冷凝器(8)；消音器(9)；气液分离器(10)；低压开关(11)；三通阀组(12)；循环泵(13)；逆止阀(14)；风机盘管(15)；热水箱(16)；安全阀(17)；电热器(18)；排气阀(19)；过滤器(20)；高压储液器(21)；辅助冷凝器(22)；辅助循环泵(23)；功能三通(24)；出口三通(25)；进口三通(26)；电磁阀(27)；风机(28)组成，其特征在于：压缩机(1)、高压开关(2)、四通换向阀(3)、空气蒸发/冷凝器(4)、止回阀(5)、干燥过滤器(6)、膨胀阀(7)、止回阀(5)、蒸发/冷凝器(8)冷媒侧、消音器(9)、四通换向阀(3)、气液分离器(10)、低压开关(11)、压缩机(1)，组成气-水热泵回路；辅助冷凝器(22)冷媒侧通过止回阀(5)及三通与空气蒸发/冷凝器(4)相并联，以形成水-水热泵支路；蒸发/冷凝器(8)载冷剂侧出口通过出口管道连接排气阀(19)、功能三通(24)，而进口管道连接三通阀组(12)、循环泵(13)、逆止阀(14)、蒸发/冷凝器(8)载冷剂侧进口，形成供冷/热支路；进口三通(26)通过管道连接辅助循环泵(23)、逆止阀(14)、辅助冷凝器(22)载冷剂侧、排气阀(19)、出口三通(25)，形成热水箱(16)供热支路；功能三通(24)通过管道连接风机盘管(15)、过滤器(20)、三通阀组(12)，形成风机盘管(15)支路；功能三通(24)通过管道连接出口三通(25)、热水箱(16)、三通、过滤器(20)、进口三通(26)、三通阀组(12)，形成热水箱(16)支路；热水箱(16)的上水管通过过滤器(20)、逆止阀(14)、安全阀(17)，形成补水、定压支路。

2、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：辅助冷凝器(22)冷媒侧与止回阀(5)之间接入电磁阀(27)。

3、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：空气蒸发/冷凝器(4)附设其驱动风机(28)。

4、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：热水箱(16)的热水引出口设置电磁阀(27)，并由补水、定压支路上设置的低压开关(11)控制。

5、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：膨胀阀(7)是电子膨胀阀(7)、热力膨胀阀(7)、毛细管(7)、节流孔板(7)，或其间的相互并联结构(7)。

6、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：止回阀(5)和干燥过滤器(6)之间接入高压储液器(21)。

7、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：三通阀组(12)是1只三通阀，或由2只二通阀及1只三通相连接组成。

8、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：在风机盘管(15)的盘管与出风口之间设置用于辅助加热空气的电热器(18)。

9、按照权利要求1所述的空气源采暖、空调、热水三用机，其特征在于：蒸发/冷凝器(8)和辅助冷凝器(22)是壳管式换热器、板式换热器、板翅式换热器、套管式换热器、盘管式换热器的冷媒-载冷剂换热器。