CN2297662Y - 带有热水器的节能型家用空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种带有热水器的节能型家用空调器,它可以在空调器制冷的同时加热水箱中的热水供居民洗澡使用。它由空调器、水冷式热交换器、热水箱、电磁阀和中央控制装置组成,在室外机组中冷暖换向电磁阀与冷凝器之间装有电磁阀,室内机组中装有水冷式热交换器,底部装有加热弯管的热水箱,它们与室内机组中的蒸发器,第二毛细管用管路和管路中加装的电磁阀或连通起来。现有空调机厂在生产工艺不做很多调整的情况下即可生产,适合所有装有空调的家庭使用。

Description

带有热水器的节能型家用空调器

本实用新型涉及家用电器制造技术领域，确切地说是一种带有热水器的节能型家用空调器。

家用空调器是一种常用家用电器，在我国特别是近年来发展很快，但是现有家用空调器只有标准的冷热功能，在制冷工作状态下，室内空气中的热量都是由室内机的蒸发器收集而由室外机的冷凝器(热汇)排放到室外的空气中。夏季室外气温较高，冷凝后的高压过冷液温度也较高，会影响空调器的制冷效率。尽量降低冷凝器出口及毛细管的温度，是提高制冷效率的一个重要措施。而家用燃气热水器也是常用家用电器，近年来，因家用燃气热水器通风不良造成用户伤亡事故时有发生，所以许多用户转用电热式热水器，但是电热式热水器的电热转换效率非常低，每1000W电功率理论值仅有860千卡/小时，功率较小的储热式(容积式)也要做到1.5～4KW才能满足基本需要，此时电热管的电流已达7～20A(220V单相)，贯流式电热式热水器的电流皆在20A以上，由于受到用户家中电度表、导线容量的限制，电热式热水器的普及尚有一定因难，同样原因，空调器和电热式热水器也不能同时使用，对用户来说十分不便。

本实用新型的目的是提供一种利用热泵原理在空调器制冷的同时，还能充分利用空气中的热量，加热水箱中的冷水或是单独加热水箱中冷水的一种带有热水器的节能型家用空调器。

本实用新型采用热泵原理加热冷水，节约能源效果较好，如联合国教科文组织下属的B2委员会中的国际制冷专家们指出的：热泵需要耗功，它从环境中吸收热量，输出的热量为吸收热量和耗功的总和，用可逆热泵加热是热力学上解决加热问题的最佳途径。这是因为：特别是在加热温度不高时，在热量中占主要部分的无从环境中是“免费”供应的，仅占热量中的少部分无需输入机械能或电能来供应。与电阻加热设备相比更为明显，电阻加热时热量中的全部无是从电能中的用不可逆地转变而来，由用流--无流图上可清楚地看到以电阻来加热是热力学上最差的加热方法。(《制冷中的节能》P18～19，ISBN7-313-00050-2/TB6)。

本实用新型的目的是通过如下方案实现的，它由空调器、水冷式热交换器、热水箱、电磁阀和中央控制装置组成，其特征在于：空调器室外机组中冷暖换向电磁阀(2)与冷凝器(3)之间装有电磁阀(6)或(13)(14)，冷暖换向电磁阀可通过电磁阀(6)或(13、14)而不经过冷凝器(3)直接与室内机组连通，室内机组中装有水冷式热交换器(9)，底部装有加热弯管的热水箱(10)，它们与空调机室内机组中的蒸发器(5)，加装的第二毛细管(11)用管路和管路中加装的电磁阀(7)、(8)或(15)、(16)、(17)、(18)连通起来。电磁阀(7)、(8)或电磁阀(15)、(16)、(17)、(18)连接在室内机组的蒸发器(5)、水冷式热交换器(9)和热水箱底部的加热弯管之间。电磁阀为电磁三通阀或电磁二位四通滑阀或电磁二通阀。热水箱(10)底部的加热弯管与水冷式热交换器(9)串联，热水箱(10)的底部还装有辅助电加热器(22)。热水箱(10)还与一热交换器(29)，和一储水箱(26)联通。在水冷式热交换器(9)的制冷剂出口侧装有第二毛细管(11)。在第二毛细管(11)上装有温度传感器(12)。

本实用新型的优点是，综合成本低、功能完善，现有空调机制造厂工艺上变动不大即可实施，在空调机制冷的同时，即可将水箱中水加热，制冷效果也得到了提高，节约了能源，不制冷直接加热水箱中冷水时热效率也较高，另外，也满足了现有居民家庭中的用电负荷。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细的描述。

图1为本实用新型一种热泵制热(制冷)流程示意图。

图2为本实用新型另一种热泵制热(制冷)流程示意图。

图3为本实用新型又一种热泵制热(制冷)流程示意图。

图4为本实用新型第四种热泵制热(制冷)流程示意图。

图5为本实用新型水系统流程示意图。

图6为本实用新型中央控制系统示意图。

图7为本实用新型中水箱结构示意图。

图8为图7的右视图。

图中虚线左边为空调机室外机组，虚线右边为空调机室内机组。图中1为压缩机，2为冷暖换向电磁阀，3为冷凝器，4为节流毛细管，5为空调机室内机组的蒸发器，6、7、8均为电磁三通阀，9为水冷式热交换器，10为热水箱，11为第二毛细管，12为温度传感器，13、14、15、16、17、18为电磁两通阀，19为电磁阀，20为流量传感器，21为水温传感器，22为辅助电加热器，23为水位传感器，24为通气管，25为溢流管，26为储水箱，27、28为放水管，29为采暖用交换器，30为上升管，31为下降管，32为中央处理器，33为多用显示屏，34为操作键盘，35～40为继电器，41为室外机温度传感器，42为水箱体，43为管接头。

本实用新型中空调机与现有市售空调机完全相同，只是在室外机组部分加装了电磁阀，在室内机组部分加装了水冷式热交换器(9)，热水箱(10)，它们与空调机室内机组蒸发器(5)通过电磁阀连接起来，空调机采用现有空调机即可，电磁阀等电热元件外购，其他零部件一般空调器厂或机械加工厂均可制造加工，备齐附图中所示零件，参照附图装配即可。

实施例1(参照附图1)：中央控制系统通过各个电磁阀切换制冷剂流程，除了标准的“冷风”“热风”工作状态外，还有以下两种工作状态：

(1)“冷风热水”冷暖换向电磁阀(2)在制冷状态，电磁三通阀(6、7)通电切换到B端，压缩机输出的高压高温气体不经过冷凝器(3)和节流毛细管(4)，直接输送到热水箱(10)底部的加热弯管和热交换器(9)，这两个部件做为水冷式冷凝器将高压高温气体冷凝成过冷液体，同时将高温气体的热量交换，实现了将冷水加热的目的。过冷液体经过第二毛细管(11)节流后进入蒸发器(5)，吸收室内空气中的热量，输出冷风，由于室外机的冷凝器不工作，室外机中控制电磁三通阀(6)的继电器接线被设计成同时将冷凝器的冷却风扇电机电源切断，以减少耗电和磨损。温度传感器(12)监测过冷液体的温度是否正常。使用单独的水冷式热交换器是为了最合理的利用热能，冷却水从水冷式热交换器靠近第二毛细管(11)的一端进入，升温后加入水箱(见图5)再度被加热，可以使第二毛细管(11)前的制冷剂温度最低(接近冷水温度，夏季通常远低于气温)，使制冷效率最高。同时使热水箱里的水温尽可能提高，满足使用要求。

(2)“热泵制热水”冷暖换向电磁阀(2)在制热状态，电磁三通阀(6)断电常通到A端，电磁三通阀(7、8)通电切换到B端，压缩机输出的高温高压气体通到热交换器(9)和水箱(10)底部的加热管，被冷凝成过冷液体，同时将热量交换给冷水，过冷液体经毛细管(4)节充后在冷凝器(3)(这时做为蒸发器使用)中蒸发，吸收室外空气中的热量，完成制热循环。在这种工作状态下，室内机(蒸发器)的风扇电机电源同时被中央控制系统切断。

实施例2(见附图2)：与图1相比较，仅仅是使用的电磁阀型式不同和因此而修改了部分流程，工作原理是完全相同的。在图2中，电磁阀(6、7、8)都是使用了二位四通滑阀，断电时滑块在左边，上管端与右下管端常通，中管端与左下管端常通。虚线左边为室外机组，部件(1、2、3)的名称和用途都与实施例1相同，其中电磁阀(6)是作为二位三通滑阀使用的。

(1)“冷风热水”冷暖换向电磁阀(2)断电在制冷状态(左端)，电磁滑阀(6、7)通电滑块切换到右端，电磁滑阀(8)断电常通，压缩机(1)输出的高压高温气体经过电磁滑阀(6、7)的上管端和左下管端，不经过冷凝器(3)和节流毛细管(4)，直接输送到热水箱(10)底部的加热弯管和热交换器(9)，冷凝成过冷液体，并加热冷水，过冷液体经过电磁滑阀(8)和第二毛细管(11)节流后进入蒸发器(5)，吸收室内空气中的量，输出冷风，再经过冷暖换向电磁阀(2)回到压缩机(1)的入口。

(2)“热泵制热水”冷暖换向电磁阀(2)通电在制热状态(右端)，电磁滑阀(6，7)断电常通到左端，电磁滑阀(8)通电滑块切换到右端，压缩机输出的高温高压气体经冷暖换向电磁阀(2)左下管输出，经电磁滑阀(7)的中管端和左下管端输入水箱(10)底部的加热管和热交换器(9)，被冷凝放热后经电磁滑阀(8)的上管端和左下管端到第一毛细管(4)，节流后再经过电磁滑阀(7)的右下管端和上管端进入室外机的冷凝器(3)(此时做蒸发器使用)，吸收室外空气中的热量后，经电磁滑阀(6)和冷暖换向电磁阀(2)回到压缩机(1)的入口，完成制热循环。

(3)“标准制冷暖风”电磁滑阀(6、7、8)皆为断电常通状态时，只要控制冷暖换向电磁阀(2)，就可使制冷剂沿电磁滑阀6→冷凝器3→电磁滑阀7→毛细管4→电磁滑阀8→蒸发器5→冷暖换向电磁阀2→压缩机1方向或是完全相反的方向流动，实现压缩→冷凝放热→节流→蒸发制冷的标准冷、暖风功能。

实施例1与实施例2相比较，其优点是：在“热泵制热水”工作状态时和“冷风热水”工作状态时一样，压缩机输出的高温气体都是首先输入热水箱(10)底部的加热弯管，再输入热交换器(9)，做进一步的冷却，使得热水温度尽可能提高，毛细管前的制冷剂温度尽可能降低，实现了逆向换热，追求最高的制冷制热效率。

实施例3(参照附图3)：与实施例1相比，流程相同，仅仅是使用了简单、价廉的电磁二通阀(13)、(14)、(15)、(16)、(17)和(18)去分别取代实施例1中的电磁三通阀(6、7、8)每一对阀门都成“非门”关系，可以通过将它们分别接在控制该阀门的继电器的常通、常断触点来实现“非门”功能。

实施例4(参照附图4)：与实施例3相比，流程相同，特点是利用了开启的电磁阀具有较小的流体阻力，可将流体阻力较大的冷凝器(蒸发器)和毛细管“短路”这一特性，仅用四个电磁阀就实现了流程的切换。在图4中，电磁阀(14)并接在冷凝器(3)和毛细管(4)两端，在“冷风热水”工作状况时通电开启，将高温气体直接送到室内机组。电磁阀(17)并接在蒸发器(5)和毛细管(11)两端，在“热泵制热水”工作状况时通电开启，将高温气体直接送到热交换器(9)。

四个实施例的水系统和中央控制系统是完全相同的。在图5中，热水箱(10)为容积30～50升的水箱，通常安装在浴室内较高的位置或者暗装在天花板内。在水箱的最高点装有通气管(24)，保证箱内为常压，在系统水满时兼做溢流管。箱体上还装有水温传感器(21)和水位传感器(23)，还装有辅助电加热器(22)，辅助电加热器的功率为1～1.5KW，水箱下部的放水管(27)连接到浴缸阀门或淋浴喷头。手动阀(18)、电磁阀(19)和流量传感器(20)以及热交换器(9)是串联的，冷水(自来水)依次通过上述各部件被加热后进入热水箱(10)，被水箱底部的通有高温气体的加热弯管(图5中没有绘出)进一步升温，在用水量较多时，可启用水箱(26)，它的容积为60～100升，安装的位置较热水箱(10)要低，可暗装在浴室的墙板内，储水箱(26)的入口通过管路与热水箱的溢流管(25)连接，储水箱的放水管(28)与浴缸阀门连接，热水箱水满后会溢入储水箱。如无安装位置，也可不装储水箱。

本实用新型装有一套适合北方地区冬季供暖期间使用的采暖用热交换器(29)，它由一段月牙形薄金属异型管焊上两端封头制成，异型管的凹面曲率半径与浴室内供暖的暖气管(立管段)的外径相吻合，涂上导热脂后与暖气管紧密贴合，实现热接触，采暖用热交换器(29)的上端通过上升管(30)与热水箱(10)的中部连接，下端通过下降管(31)与热水箱(10)的下部连接。在“冬季”工作方式时，热水箱内充满冷水，采暖用热交换器(29)内的冷水受热后依照重力自然循环方式沿上升管(30)上升至热水箱内，热水箱内的冷水也会沿下降管(31)补充流入热交换器(29)，经过一段时间，热水箱内的冷水都会被加热，不需另外消耗能源，用水后应及时补充冷水。

本实用新型的中央控制系统可与空调机原有的控制系统共用电源，CPU等部件，或是单独安装在一个墙挂式小盒内而保持空调机原有的遥控器操作功能。在图6中，专用的、内带ROM已固化程序的中央处理器(CPU)(32)与多用显示屏(33)连接，可显示水温、水位、工作方式和异常报警信号。CPU有几个数字量和模拟量输入端，分别接入操作键盘(34)、水温传感器(21)、水位传感器(23)、毛细管温度传感器(12)、水流传感器(20)、室外机温度传感器(41)(目前许多较先进的空调机都装有此传感器，在图1～图4中没有绘出)，CPU的几个输出端子通过小功率晶体管(图6中没有绘出)分别驱动继电器(机电式或固态的)35～40，去分别控制进水电磁阀(19)、辅助电加热器(22)、冷暖换向电磁阀(2)、流程切换电磁阀(6、7、8)。与公知的空调机控制系统共用的功能元件图6中都省略没有绘出。

本实用新型的软件控制下，可根据功能用途、条件自动选择相应的工作方式，例如：夏季制冷时优先采用“冷风热水”方式，在热水箱(含储水箱)水温、水位都较高时自动转换为“标准制冷”方式。单独制热水时，根据室外气温，优先采用“热泵制热水”方式，只有在气温较低或临时加温时才采用电热“辅助加热”方式。当然也可以人工选择工作方式。本实用新型充分利用了空调机的热泵功能，不需要再单独购置安装热水器，热水箱及其附件体积小便于在居民楼的卫生间顶棚内暗装，实现了方便、节能、安全的目的。

Claims (7)

1、带有热水器的节能型家用空调器，它由空调器、水冷式热交换器、热水箱、电磁阀和中央控制装置组成，其特征在于：空调器室外机组中冷暖换向电磁阀(2)与冷凝器(3)之间装有电磁阀(6)或(13)(14)，冷暖换向电磁阀可通过电磁阀(6)或(13、14)而不经过冷凝器(3)直接与室内机组连通，室内机组中装有水冷式热交换器(9)，底部装有加热弯管的热水箱(10)，它们与空调机室内机组中的蒸发器(5)，加装的第二毛细管(11)用管路和管路中加装的电磁阀(7)、(8)或(15)、(16)、(17)、(18)连通起来。

2、根据权利要求1所述的带有热水器的节能型家用空调器，其特征在于：电磁阀(7)、(8)或电磁阀(15)、(16)、(17)、(18)连接在室内机组的蒸发器(5)、水冷式热交换器(9)和热水箱底部的加热弯管之间。

3、根据权利要求1所述的带有热水器的节能型家用空调器，其特征在于：电磁阀为电磁三通阀或电磁二位四通滑阀或电磁二通阀。

4、根据权利要求1所述的带有热水器的节能型家用空调器，其特征在于：热水箱(10)底部的加热弯管与水冷式热交换器(9)串联，热水箱(10)的底部还装有辅助电加热器(22)。

5、根据权利要求1所述的带有热水器的节能型家用空调器，其特征在于：热水箱(10)还与一热交换器(29)，和一储水箱(26)联通。

6、根据权利要求1所述的带有热水器的节能型家用空调器，其特征在于：在水冷式热交换器(9)的制冷剂出口侧装有第二毛细管(11)。

7、根据权利要求6所述的带有热水器的节能型家用空调器，其特征在于：在第二毛细管(11)上装有温度传感器(12)。

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