CN209639187U - 冷热双蓄型房间空调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种冷热双蓄型房间空调装置，包括水蓄能空调装置和与其连通的冷热源装置，水蓄能空调装置设置有盛装蓄能水体的水箱，水箱内安装有制冷制热换热盘管和管状电加热器，水箱的上下两端贯通有风管，风管的一端连接在水箱内部的底部，另一端连接在水箱的顶部。本实用新型能够实现在房间空调设备中增加蓄冷的功能，并具有体积较小、占用房间面积小、投资增加幅度小、制造工艺简单等特点，并可实现冬季蓄热的功能。

Description

冷热双蓄型房间空调装置

技术领域

本实用新型涉及一种房间型空调装置，尤其是涉及一种冷热双蓄型房间空调装置。

背景技术

冰蓄冷、水蓄冷、水蓄热等蓄能技术已经广泛应用于工商业蓄能应用，起到电力移峰填谷、降低采暖空调费用的作用。冰蓄冷技术除了已经应用于工商业领域之外，也有技术论文和相关专利提出了将这些技术应用于“户用”场合，即：将这些技术应用于“一个家庭”。

不过，这些技术目前实际上仍未在户用建筑或类似场景得到应用(这里所述的“户用建筑”主要指面积100平方米左右的户型建筑，这种户型建筑里面有1个到多个房间)；整套蓄冷或蓄热装置通过水泵与水管与安装于家庭各房间的“散热器“相连接。这种类型的蓄冷蓄热系统，本质上仍是中央式或集中式空调采暖系统。

采用蓄冷的方式，就可以利用低谷电或低电价来制冷，减少高峰电的使用，主要好处是：有助于平衡电网峰谷负荷和降低空调运行费用。为此，近年来，蓄冷技术方案在工业和商业制冷场合已经得到应用，然而，在居民用的房间空调场合则由于种种原因(例如：没有出现合适的可供使用产品、实施过程造价高、周期长、安装占地面积大等)未得到应用。

实用新型内容

本实用新型提供了一种冷热双蓄型房间空调装置，解决了蓄能装置只能单蓄热、单蓄冷，不能既满足蓄热要求又满足蓄冷要求的问题、解决了蓄冷蓄热装置建造成本高、体积大、安装不方便、不能方便应用于房间空调装置等问题。

其技术方案如下所述：

一种冷热双蓄型房间空调装置，包括水蓄能空调装置和与其连通的冷热源装置，水蓄能空调装置设置有盛装蓄能水体的水箱，水箱内安装有制冷制热换热盘管和管状电加热器，水箱的上下两端贯通有风管，风管的一端连接在水箱内部的底部，另一端连接在水箱的顶部。

水箱的上面安装有风帽，风帽设置有出风格栅，风管的出气口连通到风帽，风管的进气口处安装有贯流风机。

水蓄能空调装置和冷热源装置之间设置有制冷制热管路进入管和制冷制热管路流出管，在这两条管路上设置有维护阀，制冷制热盘管的两端分别与制冷制热管路进入管和制冷制热管路流出管相连接。

水箱的外壳分为箱体外层板、箱体内层板，箱体外层板、箱体内层板之间安装保温层。

水箱的下部安装有接水盘，接水盘下部设置有存水弯。

水箱的顶部设置有向水箱内壳灌注蓄能水体的充水口，偏下部设置有排水口和排水阀，排水阀也可兼做注水用的阀门。

风机的送风口偏离风管的进风口，不直接正对。

水蓄能空调装置还包括水位控制开关、供电和控制装置，水位控制开关是在水箱中安装高水位开关、低水位开关，对水位进行控制；供电和控制装置实现对整套装置的供电、自动控制和保护。

保温层为空气。

蓄能水体的水位高度低于风管的上端。

本实用新型能够实现在房间空调设备中增加蓄冷的功能，并具有体积较小、占用房间面积小、投资增加幅度小等特点，并可实现冬季蓄热的功能，因此，采用该专利技术的房间空调装置不但在夏季有利于电网平衡、并低空调运行成本，在冬季同样可以起到电网平衡和降低采暖运行成本的作用。

附图说明

图1为本实用新型提供的冷热双蓄型房间空调装置的结构示意图；

图2为箱体的部分结构示意图；

图3为本实用新型的供电和控制装置的示意图；

图4为本实用新型的实施例的正面示意图；

图5为本实用新型的实施例的侧面示意图；

图6为本实用新型的实施例的立体示意图；

图7为图4的A-A剖面图；

图中标号：1-水箱；2-循环风机；3-存水弯；4-管状电加热器；5-制冷制热盘管；6-蓄能水体；7-风帽；8-接水盘；9-风管；10-制冷制热管路进入管；11-制冷制热管路流出管；12-出风格栅；13-空气吸入口；14-空气送出口；15-送风周边；16-箱体外层板；17-箱体内层板；18-保温层；19-维护阀；100-冷热源装置；200-水蓄能空调装置；201-控制和保护装置；202-电源插头；203-电源线路；204-电源及控制线路；205-外部控制或通讯线路。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。

如图1所示，本实用新型提供的冷热双蓄型房间空调装置，包括水蓄能空调装置200、冷热源装置100，二者之间通过制冷制热管路进入管10和制冷制热管路流出管11连通，并在这两条管路上设置有维护阀19，冷热源装置100在运行采暖功能时，用于向水蓄能空调装置输送温度较高的介质，而在运行制冷功能时，用于向向水蓄能空调装置输送温度较低的介质。冷热源装置100可以是热泵型(或称为冷热型)、单冷型、单热型；如果冷热源装置100是热泵型，则水蓄能空调装置200既可提供蓄冷功能，又可提供蓄热功能；显然，如果冷热源装置100作成“单冷型”，则水蓄能空调装置200仅提供蓄冷功能，如果冷热源装置100制作成“单热型”，则水蓄能空调装置200仅提供蓄热功能。

水蓄能空调装置200包括水箱1，水箱1盛装蓄能水体6，蓄热水体6的水位低于风管9的最高处。水箱1的上面安装有风帽7，风帽7设置有出风格栅12。水箱1的上下两端贯通有风管9，风管9的出气口连通到风帽7，风管9的进气口处安装有循环风机2，循环风机2在空气吸入口13处吸入的空气经过风管9，在上方的空气送出口14排出。

在水箱1内部安装有制冷制热换热盘管5和管状电加热器4，制冷制热盘管5位于管状电加热器4上方。

水箱1下部安装有接水盘8，接水盘8下部设置有存水弯3。

水蓄能空调装置200带有蓄冷蓄热水箱及相关部件，因此可以利用水来蓄冷或蓄热。

以下是针对本实用新型中的具体部件进行的描述：

首先，冷热源装置100可以是不同类型的冷热源装置，输送热量或冷量的介质可以是压缩式制冷系统的“制冷剂”，也可以是空气源热泵冷热水机组所提供的水(冷水或热水)，也还可以是其它冷热源设备。本专利技术方案中，推荐采用房间空调器的室外机作为冷热源装置，此时，制冷制热管路进入管10(以下简称管路10)即为与其对应的制冷剂气体管，制冷热管路流出管11(以下简称管路11)是与其对应的制冷剂液体管。当冷热源装置100采用房间空调器的室外机时，冷热源装置100、管路10、管路11、制冷制热盘管5共同组成“压缩式制冷(制热)系统”。以下描述，均假设冷热源装置100为房间空调器的室外机。

房间空调室外机有热泵型、单冷型，也可以做成“单热型”(类似于分体式热泵热水器的室外机)。当该室外机为热泵型时，水蓄能空调装置200既可以蓄冷也可以蓄热；当该室外机为单冷型时，则水蓄能空调装置200仅提供蓄冷功能，不过，仍可以利用其中的电加热装置4蓄热；当该室外机为单热型时，则冷热源装置仅提供蓄热功能，且可以利用电加热装置4进一步提高蓄热温度。

制冷制热换热盘管5作为换热器安装在水箱内部，用于制冷运行模式时使水箱中的水降温、在制热运行模式时使水箱中的水升温。该换热器与冷热源装置100用制冷剂管路(管路10，管路11)相连接，即制冷制热盘管5的两端和管路10、管路11分别相连接，制冷制热盘管5与冷热源装置100一同形成“压缩式制冷或制热”的系统，当运行制冷模式时，该换热器作为制冷系统的蒸发器，当运行制热模式时，该换热器作为制冷系统的冷凝器；在运行制冷模式后，当水温已经降低到0℃时，如果继续运行制冷模式，则水会变成冰。由于冰里可以储存较大的“相变潜热”，所以，可以使用较小体积的水来储存较大容量的冷量，从而有效缩小蓄冷蓄热空调装置的体积。该换热器为铜管铝翅片式换热器，与常规空调设备的蒸发器或冷凝器结构相似；换热器管内为制冷剂运行通道，管外为水。

机组运行制热模式时，换热器作为系统的“冷凝器”使用，冷凝器内制冷剂的热量释放到水中，使水的温度升高；如果有峰谷电价政策，就可以利用谷电制热，在谷电时段使水温尽量升高，一般来讲，可以升高到50～65℃左右或更高，在电价高峰时段时，停止运行制热模式，利用储存在水中的热能来供热，这就有效节省了供热的电费。

机组运行制冷模式时，该热换器当作系统的“蒸发器”使用，蒸发器内部温度较低的制冷剂吸收水中的热量，使水的温度降低，直到水全部变成冰或谷电时间段结束为止。

在电力低谷时间段或低电价时间段，制冷系统可以使水的温度进一步降低，直到将水凝结成冰。通过这种方式，水箱中的水可以储存较多的冷量，从而大幅度降低压缩式制冷系统在白天电力高峰时间段的运行时间，平衡电网的负荷，并节约可观的制冷运行电费。

本制冷制热换热器的类型为“铜管铝翅片式”换热器，其结构与目前空调设备中大量使用的蒸发器、冷凝器的类型相同，结构相似。具体实施时，主要是使换热器在水中适度均匀布置即可，主要目标是要保证水箱中的水能够在规定的时间内大部份都变成冰。

电加热装置4作为制热功能的另一个加热装置。本实用新型中的“压缩式制冷或制热”运行制热功能时，可以使水温升高到50～65℃左右，因此，水中可以储存一定量的热量，有利于平衡电网或降低运行费用。不过，在该温度下，一般来讲，水蓄能空调装置200储存的热量一般难以满足总蓄热量的要求或者说技术经济性能还不算好(如果要满足总蓄热量要求，可能导至空调装置200体积大或成本高)。尽管采用某些特别设计的压缩式制冷系统，可以使该水温进一步升高,甚至达到95℃左右，但这会增加系统的故障概率或增加设备的造价，不是一个优化的结果。所以，本水蓄能空调装置中安装有电加热器，可以使水温升高到常压状态下可能达到的最高蓄热温度，例如95℃左右(视安装地点的大气压力而定)。

本专利技术推荐采用管状电加热器，这是当前最常用的加热方式，具有体积小、安装方便、成本低、可靠性高等特点；也可以采用其它电加热方式，例如电极加热方式。

风管9作为水蓄能空调装置200中的放冷放热换热器。在蓄能水箱1内部安装空气与水的热交换装置，用于将水(或冰)中的能量(冷量或热量)释放出来。本专利推荐采用“风管式”换热结构，这种风管可以是方形、圆形、椭圆形、花形或其它异形结构，风管9的一端连接在水箱1内部的底部，另一端连接在水箱的顶部，这样就可在风管内部形成从水箱底部到水箱顶部的空气流；风管与水箱底部为密封式连接，即该连接部位不会漏水；当空气流过风管内部时，就会与风管外部(水箱内部)的水进行热交换，在运行供冷功能时，流经风管的空气会吸收水或冰中的冷量而降温，而在运行供热功能时，流经风管的空气会吸收水中的热量而升温。根据某些安装空间的需要，水箱也可以做成卧式，此时，风管式换热器也可以相应地做成水平方向，不过，本专利技术推荐采用立式结构，可以具有更好的性能(例如：可以实现空气自然流动被动放热、水箱内部更容易实现更高蓄能效率设计等)。

进一步地，风管9下方安装有循环风机2。本装置中所使用的风管式放冷放热换热器，由于采用垂直安装的方式，所以，即使不安装风机，也会由于“烟囱效应”，在风管中产生自然的空气流动，实现热量或冷量的被动释放。当风管表面积足够大时，可以满足放冷量或放热量的需要。不过，这会增加设备的体积和造价，也不能满足冷热或热量的受控释放要求。为此，在本装置的下部(根据某些安装的需要，也可以安装在顶部或其它位置)。

循环风机2安装在下部是本专利技术推荐的优化安装位置，具有：安装结构简单、风机工作环境好，可以使用常温风机；方便利用下部结构降低噪声；风机选型容易，利于降低造价等优势。

循环风机2的类型推荐使用“贯流式”风机，也可以使用轴流风机、无涡壳离心风机等类型，视具体结构设计、噪声控制等方面的需要而定。

接水盘8用于收集冷凝水。由于本设备在夏季制冷运行时，会在风管式放冷放热换热器中产生凝结水，为此，在本设备的下部设置“接水盘”，以收集可能产生的冷凝水，在接水盘的底部安装出水接头，以便连接排水管，将冷凝水引出，排放到外部适当位置。

进一步地，在接水盘8的下部设置存水弯3，以利于防止送风机送出的风从接水盘的排水口送出并影响冷凝水顺利排出。

结合图2所示，循环风机2的送风口不是直接正对着风管的进风口，使得风机送风出口与风管冷凝水滴落路径错开。

如附图1所示，房间空气从空调装置的下部由循环风机2引入，送到放热风管内部，吸收水中的热量或冷量后，到达空调装置的顶部，然后从风帽的风口送出。

该气流通路的一个典型特征是：循环风机2的送风口不是直接正对着风管的进风口，偏离风管进风口一定距离，主要目的是：避免从风管内部流下的冷凝水被风吹散而难以顺利落下到接水盘、也避免冷凝水滴落到循环风机2内部，进而滴落到地面。送风周边15的高度要高于接水盘8的底盘，以防止接水盘中的水从风机送风口流出。

在空调装置的顶部设置一个“风帽”，风帽7的主要作用是起送风方向分配、调整送风距离的作用。在风帽的侧面和顶部制作多个“送风孔口”，风口的外形可以是圆形、方形或其它形状，根据送风方向(一般为前、后、左、右，顶几个方向中的一个或几个)的需要以及美观的需要布局即可。通过在顶部安装风帽，还可以将位于风管顶部的风管出风口遮盖掉，以提升美观性。

风帽的顶部一般为平面形状，当然也可以为其它形状。如果制作成平面形状，就方便于用户在顶部放置家庭物件，例如可以在顶部放一个水盘，在其中盛水，就可以实现冬季采暖运行时的“加湿“功能，实现房间级恒温恒湿的功能并节省购买加湿器的费用；盛水水盘中还可以种植水生植物。从这个意义上讲，可以提升空调装置的空间利用率。

此外，水蓄能空调装置200还包括水位控制开关、供电和控制装置。

水位控制开关：

在水箱中安装高水位开关、低水位开关，对水位进行控制。

高水位开关安装于水箱的最高加水水位位置，向本设备的控制装置提供高水位信号，当该开关检测到水位过高后，控制装置上会出现提示信号，避免工作时因水位过高从空调装置的顶部溢出。

低水位开关安装在水箱中间部位高于电加热器的最高位置，当水箱中的水降低到该水位时，停止电加热器的工作，以防止电加热器“干烧“。

供电和控制装置：

为该空调装置配置一套供电控制装置，实现对整套装置的供电、自动控制和保护。

供电和控制装置如图3所示，包括电源插头202、控制和保护装置201，以及电源线路203、电源及控制线路204、外部控制或通讯线路205等相关线路。

其中，电源插头202与控制和保护装置201也可以做成一个整体，使设备进一步紧凑。控制和保护装置201的基本控制功能包括：

1)定时控制：通过设置时间程序，使制冷系统和电加热器工作在所需要的时间段内，降低运行电费。

2)保护与报警：包括低水位保护、高水位报警、电加热保护、漏电保护等。

3)计量功能：累计设备的工作时间或耗电量。

蓄能水箱1的部分结构如图2所示，蓄能水箱1的内部盛水，用水作为蓄能介质。与采用其它蓄能介质相比，本专利技术采用水蓄能具有：不会出现性能衰减现象(寿命长)、传热性能好、蓄冷蓄热温度适当(温度与采暖温度、空调温度相接近)、成本低等一系列优点；蓄能水箱的主要功能包括：储存蓄能介质、利用其外表面释放热量或冷量。

蓄能水箱的箱体的主要特征是采用“双层结构”，两层结构之间采用空气隔热。

双层箱体由箱体内层板17和箱体外层板16组成，两层板之间设置有保温层18，实施例中，该保温层18为自然填充的空气。在这里，空气起到“隔热”的作用，设计时改变空气隔热层的厚度，即可调节水箱外表面的温度，并实现：既满足蓄热运行时(箱内水温最高可达95℃左右)外表面防烫伤功能的要求、也满足蓄冷运行时(箱内最低温度为0℃左右)外表面防凝露的要求，又可释放一定的冷量或热量，从而降低放热放冷装置(主要是风管)的造价"。

风管9下部的两端A、B的连线和水箱1的下表面平齐。

水箱1可以做成多种不同的形状，以适应各种安装方式的需要；根据空气的总体流动方向，该水箱可以有”立式“和”卧式“两种基本结构形式，所谓立式结构是指：空气在水箱内部的流动方向为自下而上的方向(根据某些安装的需要，也可以设计成自上而下的方向)；所谓卧式，是指空气在水箱内部的流动方向总体上是水平方向流动(从左到右或相反)。本专利推荐采用‘立式“水箱形式，即空气的总体流动方向为自下而上流动(必要的时候，可以有局部的水平方向流动)。

综上，整套设备可以实现的主要功能包括：

制冷：利用压缩式制冷系统制冷，冷量储存于水或冰中。

放冷：利用空调装置的外壳可以被动性释放一定的冷量，满足房间最低冷负荷的需求；利用空调装置中的风管和风机可以主动性释放冷量，实现快速放冷，短时间内达到房间所需要的空调温度。

制热：利用压缩式制冷系统制热，热量储存于水中；或利用电加热装置制取热量，并储存于水中，从而可以使水温升高到95℃左右，以满足更大蓄热量的要求，或有利于缩小水箱的体积。

放热：利用空调装置的外壳可以被动性释放一定的热量，满足房间最低热负荷的需求；利用空调装置中的风管和风机可以主动性释放热量，实现快速放热，短时间内达到房间所需要的采暖温度。

由于空调装置具备蓄冷、蓄热功能，所以可以利用低谷电或低价电来进行空调或采暖，并减少或避免制冷制热装置在非谷电或非低价电时间段工作。主要利用低谷电进行空调或采暖，可以平衡电网的负荷；主要利用低价电进行空调或采暖，可以降低设备的运行费用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：包括水蓄能空调装置和与其连通的冷热源装置，水蓄能空调装置设置有盛装蓄热水体的水箱，水箱内安装有制冷制热换热盘管和管状电加热器，水箱的上下两端贯通有风管，风管的一端连接在水箱内部的底部，另一端连接在水箱的顶部。

2.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：水箱的上面安装有风帽，风帽设置有出风格栅，风管的出气口连通到风帽，风管的进气口处安装有循环风机。

3.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：水蓄能空调装置和冷热源装置之间设置有制冷制热管路进入管和制冷制热管路流出管，在这两条管路上设置有维护阀，制冷制热盘管的两端分别与制冷制热管路进入管和制冷制热管路流出管相连接。

4.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：水箱的外壳分为箱体外层板、箱体内层板，箱体外层板、箱体内层板之间安装保温层。

5.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：水箱的下部安装有接水盘，接水盘下部设置有存水弯。

6.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：水箱的顶部设置有向水箱内壳灌注蓄能水体的充水口，偏下部设置有排水口。

7.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：风机的送风口偏离风管的进风口，不直接正对。

8.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：水蓄能空调装置还包括水位控制开关、供电和控制装置，水位控制开关是在水箱中安装高水位开关、低水位开关，对水位进行控制；供电和控制装置实现对整套装置的供电、自动控制和保护。

9.根据权利要求4所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：保温层为空气。

10.根据权利要求1所述的冷热双蓄型房间空调装置，其特征在于：蓄能水体的水位高度低于风管的上端。