CN201973957U - 储能空调热水器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种储能空调热水器，包括制冷系统和控制器，所述制冷系统由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器构成，还包括储热装置，所述储热装置内设有储热换热器、水管和储能剂，所述储热换热器连接在压缩机与冷凝器之间。本实用新型利用高效的相变材料代替储水箱进行蓄热，将先进的相变储能技术与空调技术相结合，充分发挥相变储能技术和空调供热技术各自的优势，可以省略储水箱或者减小储水箱体积，并能充分利用低谷电，具有良好的性能和经济效益。是一款占用体积小、高效节能、便于大范围推广使用的空调热水器。
Description
技术领域
本实用新型涉及空调热水器技术领域，具体地说，涉及一种储能空调热水器。
背景技术
在中国，随着经济水平的飞速发展和人民生活水平的改善，缺能变得越来越严重。从早上到午夜期间，自从更多的工业用电、商业用电和住宅区活动出现，这样的现象变得更厉害。电力需求的变化导致高峰期对比低峰期需要更高的电价。据权威资料显示，在世界任何地方，每天用电均存在“高峰”、“平峰”和“低峰”段，它们之间的用电比例在4∶2∶1以上，每个国家为了保证“高峰”段的用电量需求，投入了大量的人力和物力，我国也是如此。我国是一个能源供应十分紧张的国家，目前，在许多地区实行分时计费的电价政策，每天不同的时间段的电价不同。一种改变电力从高峰期到低峰期的使用期方法的储能系统发展，将会有助于解决电力提供和需求的失衡问题，从而提供巨大经济效益。
对于一个城市家庭，日常生活中需要家庭清洁、热水，而通常它们是通过消耗电能、太阳能或天燃气简单获取，然而能量利用率是非常低。市场上热水器按其所使用能源方式可以分为燃气热水器、电热水器、太阳能热水器和空调热水器四大种类。然而虽然电辅助热水器方便安装和操作，但是转换化石燃料潜能成为电能，再转换成热能的总效率很低；太阳能热水器效率相对高一点，但是初投资高，而且更多受天气的影响；天然气固然是方便，但是耗能高，存在煤气中毒的隐患。空调热水器相比前三大类主流热水器而言，具有节约能源、节能省电、运行费用低廉、使用区域广泛、供水量大、安全可靠等优点，但是常规压缩式空调热水器需要储水容器，体积尺寸大，输入功率大，制造成本高，而且水箱里面的铜管因为气蚀而逐渐受到破坏，寿命比较短。
实用新型内容
本实用新型目的旨在克服上述现有技术的不足，提供一种具有良好经济和社会效益的、充分发挥相变储能技术优势的、节省储能空间的储能空调热水器，该储能空调热水器既可以当做普通空调制冷使用，又可以制造热水，且可以实现错锋用电。
本实用新型采用的技术方案是：一种储能空调热水器，包括制冷系统和控制器，所述制冷系统由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器构成，还包括储热装置，所述储热装置内设有储热换热器、水管和储能剂，所述储热换热器连接在压缩机与冷凝器之间。
上述的储能空调热水器，所述储热装置的外壳是保温箱体。
上述的储能空调热水器，在压缩机与储热装置之间的管路上设有单向阀。
上述的储能空调热水器，所述储能剂是石蜡。
上述的储能空调热水器，在进入所述储热装置的水管的进水管上设有冷水阀，在离开所述储热装置的水管的出水管上设有混水阀，所述混水阀还与所述进水管连接。
上述的储能空调热水器，所述储热换热器上设有集气管和集液管。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型利用高效的相变材料代替储水箱进行蓄热，将先进的相变储能技术与空调技术相结合，充分发挥相变储能技术和空调供热技术各自的优势，可以省略储水箱或者减小储水箱体积，并能充分利用低谷电，具有良好的性能和经济效益。是一款占用体积小、高效节能、便于大范围推广使用的空调热水器。本实用新型对于促进居民生活能源的合理利用以及整个社会的节能与环保有着重要的意义。
2、储热装置相当于第一冷凝器。压缩机出来的制冷剂的热量被储热装置中的相变材料吸收，从储热装置中出来的制冷剂继续流到室外机的换热器中进一步冷凝，经过两次冷凝，系统排出的热量相对较多，因而制冷效果会比普通一次冷凝的分体式空调更好。
3、本实用新型在压缩机与储热装置的管路上设置的单向阀，当空调停止工作后，可以防止储热换热器中的制冷剂因为温度升高而蒸发迁移到压缩机中冷凝，避免了压缩机再次启动时液击现象的发生。
4、本实用新型的相变储热为整体式设计，无需占用室内面积，可以挂墙或搁置于阳台，安装极为简便。
5、系统承受水压能力可达35个大气压，远超过自来水最高压力。
6、机组供热快速，可实现半即开即热使用，升温快捷，等待时间短，持续供热能力强。
附图说明
图1是本实用新型的储能空调热水器结构示意图；
图2是本实用新型储能空调热水器的储热装置结构示意图。
具体实施方式
参见图1、图2，本实用新型的储能空调热水器包括制冷系统和热水系统。制冷系统采用分体式空调器结构，由室内机与室外机以及储热换热器25组成，增加储热装置3，将冷凝热部分释放在储热装置上。热水系统由储热装置内的水管24及进出水阀门控制构成。储热装置3采用相变储热技术，利用储能剂蓄积的热量在用电高峰期向热水系统供热，可以实现储能空调热水器在用电高峰时不开机。在实行分时计费电价政策的地区使用该产品可以减少用户电费，为用户带来实惠。
本实用新型的储能空调热水器的室内机安装在需使用空调器的房间内，室外机和储热装置安装在房间外。储能空调热水器的制冷系统由R22制冷剂循环回路构成，见图1，制冷系统工作时，从压缩机1出来高温高压R22制冷剂，经过单向阀2流动到储热装置3，在储热装置3内完成第一次的热交换，然后进入室外机的冷凝器6中进一步冷凝，形成的相对低温的液态制冷剂经节流装置7节流后变成低温低压的液态制冷剂，经过连接管进入到室内机，在室内机的蒸发器8中蒸发吸热，达到制冷的目的，换热后的气态制冷剂重新回到压缩机1中，形成一个制冷剂循环回路。热水系统的水管设在储热装置3内并与装置外的进出水管连接，进出水管上设有混水阀4和冷水阀5，在需要热水时，只要打开冷水阀5和混水阀4，就可以产生热水，用户可以通过调节混水阀4来把热水调到适当的温度。本实用新型由压缩机1、单向阀2、储热装置3、室外机上的冷凝器6、节流装置7、室内机上的蒸发器8首尾相连构成R22制冷剂循环回路。由储热装置3内的水管、冷水阀5、混水阀4以及进出水管路组成了冷热水回路。
图2示出本实用新型储能空调热水器的储热装置3的结构组成。其外壳是保温箱体26，储热装置3由两路管程(储热换热器25和水管24)，三种换热介质(制冷剂、储能剂、水)组成。为了增强换热性能，储热换热器25和水管24均采用换热效果良好的铜管制成，两者均采取外径为ф7，内径约ф6.5mm的内螺纹铜管。储热装置3内的制冷剂铜管和水铜管交叉分布，穿插在开窗式翅片23中，翅片间隙中填充满了储能剂213，储能剂是具有相变潜热的相变材料。如图2所示，22表示储热换热器的集气管，211表示储热换热器的集液管，制冷剂经进口管21进入，在集气管22中分流后，进入到储热装置的储热换热器25中，储热换热器25采用层流式结构，每一层结构上由多组迂回的U形管连接，多层U形管连接在集气管22和集液管211上(图中未示出)。相变材料吸收制冷剂热量后变成熔融状态，而制冷剂则得到第一次的冷凝，经过冷凝后形成的中温高压的气液态制冷剂汇集到集液管211，经过储热装置回气管212进入室外机的冷凝器6中，完成制冷剂的第二次冷凝。热水系统的进出水方向在制冷系统的另一侧，储热装置内的水管也是采用层流式结构，每一层结构上由多组迂回的U形管连接，多层U形管连接在进口集水管210和出口集水管27上，出口集水管27与出水管28连接，进口集水管210与进水管29连接。在出水管28上设混水阀4，在进水管29上设有冷水阀5，混水阀4为三通阀，其中一个阀口连接进水，使冷热水混合调节水温。见图1，流经储热装置的制冷剂热量被储热装置中的相变材料(储能剂213)吸收，当相变材料吸收了足够热量后，变成液态(熔点约为70℃)；冷水从进水管29进入储热装置3，与高温液态相变材料进行换热，冷水可以加热到约45℃度左右，然后输送到用户需要的场所，若空调与制取热水不同时工作，那么相变材料释放热量后变成固态。
储能剂213采用具有一定相变潜热的材料，如石蜡。以石蜡为例，由于液态的石蜡密度比固态石蜡小(以C33为例，固态：912kg/M3；液态769kg/M3)，因而在保温箱体内加注储能剂时，直接把熔融状态的石蜡注进储热装置的箱体中即可。当石蜡凝固时，由于密度增加，体积会变小。由于相变材料的溶解热大(例如石蜡，约250kJ/kg)，利用相变蓄热可以有效减少蓄热容积，通过二次换热方式实现了不承压水箱承压供水，降低了水箱的制造成本，同时解决了铜管在水中结垢腐蚀的问题。
本新型适合于家庭使用，普通3人家庭一般一天的生活热水在60升左右，人体最舒适的热水温度为42℃～45℃。该新型空调热水器把冷水从15℃加热到45℃，再根据用户需要混合冷水得到适当的热水使用。根据以上假设，可以设计出储热装置的容积。水吸收的热量为Q1＝C×(T2-T1)×M＝4.2×(45-15)×60＝7560KJ。而一般情况下利用液气相变进行蓄热难以实施，所以有实际应用价值的是固液相变蓄热。若物质的溶解热为λ，则质量为M的物质在相变时吸收或者放出的热能为Q2＝λ×M，忽略能量耗损，理论上Q1＝Q2，假设一种石蜡λ＝250KJ/Kg，密度ρ＝780kg/M3，因此石蜡的质量M＝Q2/λ＝7560/250＝30.2Kg。假设换热器占去储热装置20％的容积，那么储热装置最大的容积为V＝5M/4ρ＝5×30.2/4×780＝48L。该储能空调热水器在运行时候，储热装置可以实现存热、蓄热、放热三过程，产生的热水更加恒定，而且相对于以水作为储热的热水器而言，本实用新型的储热装置体积较小，但储能效果比一般的水储能优胜。储热装置的安装非常方便，可放于阳台或者挂在外墙上，但是考虑到铜管价格贵，因此尽量安装在靠近外机的地方，而储热装置水管管程只要在储热换热器内部分采用换热性能好的内螺纹铜管外，其他部分均可以采用PVC管，这样既可以达到目的，又节约了成本。
Claims (6)
1.储能空调热水器，包括制冷系统和控制器，所述制冷系统由压缩机(1)、冷凝器(6)、节流装置(7)、蒸发器(8)构成，其特征在于：还包括储热装置(3)，所述储热装置(3)内设有储热换热器(25)、水管(24)和储能剂(213)，所述储热换热器(25)连接在压缩机(1)与冷凝器(6)之间。
2.根据权利要求1所述的储能空调热水器，其特征在于：所述储热装置(3)的外壳是保温箱体(26)。
3.根据权利要求1所述的储能空调热水器，其特征在于：在压缩机(1)与储热装置(3)之间的管路上设有单向阀(2)。
4.根据权利要求1所述的储能空调热水器，其特征在于：所述储能剂(213)是石蜡。
5.根据权利要求1所述的储能空调热水器，其特征在于：在进入所述储热装置的水管(24)的进水管上设有冷水阀(5)，在离开所述储热装置的水管(24)的出水管上设有混水阀(4)，所述混水阀(4)还与所述进水管连接。
6.根据权利要求1所述的储能空调热水器，其特征在于：所述储热换热器(25)上设有集气管(22)和集液管(211)。
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