CN2583541Y - 家用中央空调和热水中心 - Google Patents

Abstract

一种家用中央空调和热水中心，主要由太阳能制热器、电热水箱、空调压缩机、动力水循环装置、带动力送风装置的热交换器、控制阀门、生活用水装置、电子控制组件和传输管道组成。本实用新型把太阳能制热引入空调制热系统，拓展热交换器的功能，设立独立水箱，采用中温电动泵压缩水作为热交换循环媒介，不仅可以充分利用并提高太阳能制热功率，降低家用中央空调的使用成本，提供家用中央空调独立供暖功能，还可以全天候提供生括用热水，可有效提高居室生活质量。

Description

家用中央空调和热水中心

本实用新型是一种家用中央空调设备，具体地说就是综合太阳能制热器、电热水箱、热交换器、空调压缩机、电动泵、控制阀门和电子控制组件，通过电动水循环实现制热水和调节室温的空调设备。

现有户用中央空调虽然各有其不可替代的优点，但普遍存在着能源单一、电功率耗损较大、价格昂贵等缺陷，并不完全适用于大多数中国家庭。尤其对使用面积在100平方米以下的户型，现有的户用中央空调太过奢侈，几乎无法进入这些用户的家庭。此外，在冬季供暖时，这些中央空调启动不可靠，电功率过大，也限制了在普通家庭的推广应用。因此，上述产品在环保性、经济性和使用性等主要方面均不能满足普通用户的需求。

本实用新型把太阳能热水器引入中央空调系统，既可以使用自然光能制热，有效降低冬季供暖时的电功率，独立提供家庭供暖功能；又能够全天候提供热水，而全无漏气或漏电的危险，其使用成本几乎为零，符合人们降低使用成本的消费要求。此外，通过精确的电子传感器和控制器，有效控制热量在室内各个空间的分配，可以大幅降低用电成本。

本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型主要由太阳能制热器、电热水箱、空调压缩机、动力水循环装置、带动力送风装置的热交换器、控制阀门、生活用水装置、电子控制组件和传输管道组成。其中，除太阳能制热器和压缩机安装在室外(楼顶或外墙上)，其余部件均安装在室内。制热水时，自来水进入电热水箱后被电动泵送到太阳能制热器内加热，根据太阳能制热器和电热水箱内部的水温自动把热水抽送到电热水箱内存储，电热水箱内部的电加热器根据用户指令自动进行加热保温工作。在冬季供暖工作时，电子控制组件自动根据太阳能制热器和电热水箱内部的水温情况和用户要求决定是否首先使用太阳能制热器内的热水并控制电热水箱内部的电加热器、控制阀门和热交换器的工作状态。在夏季制冷工作时，电子控制组件根据用户指令自动控制压缩机和热交换器的工作状态。

为实现降噪节能目的，本实用新型的电风扇均采用低噪音和两级功率设计。

在详细阐述本实用新型的工作原理之前，首先对供暖热功率进行简单的理论计算：

以室内使用面积100平米房型为例，冬季室温初温设为10℃，室内净高2.6米。大气密度1.29公斤/立方米，比热288.3焦/公斤×℃。水密度1000公斤/立方米，比热4185.5焦/公斤×℃。加热室温到20℃，室内冷空气吸热Ha为：

    Ha＝100×2.6×1.29×288.3×(20-10)＝967(千焦)

用60度的热水供暖，水降温15度后回收。所需热水总量Vc为：

    Vc＝967×1000/1000×(60-45)×4185.5＝15.4(升)

如在10分钟内加热到20度，所需热功率Wa为：

    Wa＝Ha/＝967×1000/10×60＝1.62(千瓦)

所需热水流量为Vs为：

    Vc＝Vc/10＝15.4/10＝1.54(升/分钟)

设热交换效率g1＝0.9，则输入热电功率Ws应为：

    Ws＝Wa/g1×g2＝1.62/0.9＝1.8(千瓦)

下面对日供热总量进行计算：

设冬季每日加热时间为4小时，以1.0千瓦功率保温时间为20小时，则日

供热总需求H_X为：

      H_X＝W_S×T＝1.8×4×3600+1×20×3600＝97920(千焦)

安装容量240升的太阳能制热器，日制温度为50度、放热约20度的热水量约为120升，可提供热总量H_T为：

      H_T＝120×4185.5×20＝10045.2(千焦)

日需电制热总量H_D为：

      H_D＝H_X-H_T＝97920-10045.2＝87874.8(千焦)

日平均电功率W_D和耗电总量D为：

      W_D＝H_D/T＝87874.8/(24×3600)＝1.017(千瓦)

      D＝W_D×T＝1.017×24＝24.41(千瓦)

以100天采暖期计算，供暖费用日费R_F和年费N_F为：

      R_F＝24.41×0.4＝9.76(元)

      N_F＝9.76×100＝976(元)

通过以上计算，使用本实用新型提供家庭供暖完全可以在较低的耗电总量和使用成本的基础上，基本满足该房型的供暖要求。再加上提供生活热水等方面节省支出约为620元/年，每年该系统可为用户节约开支约100×15.4-976+620＝1184元，经济效益十分突出。此外，使用本实用新型提供家庭供暖还可以根据天气情况，独立控制供暖期，方便实用。

下面，结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1是本实用新型的部件连接示意简图；

图2是电热水箱的结构示意简图；

图3是太阳能制热器的结构示意简图；

图4是带动力送风装置的热交换器的部件示意简图；

图5是热交换器本体的结构示意简图；

图6是控制阀门的结构示意简图；

图7是电子控制组件示意简图；

图8是水压传感器的结构示意简图；

图9是电磁阀门的结构示意简图

图10是生活用水装置的部件示意简图；

图11是本实用新型在制热状态下的电路逻辑控制简图；

图12是本实用新型在供暖状态下的电路逻辑控制简图；

图13是本实用新型在生活用水状态下的电路逻辑控制简图；

图14是本实用新型在制冷状态下的电路逻辑控制简图。

如图1所示，本实用新型主要由电热水箱1、太阳能制热器2、热交换器3、压缩机4、控制阀门5、电子控制组件6和生活用水装置7组成。

如图2所示，电热水箱1设置在阳台、厨房或卫生间里，按功能分隔为供暖水箱8和洗浴水箱9，两水箱通过平衡管10相互导通。其中，供暖水箱8容积较大，一般在70-200升之间，主要存储供暖热水和接收冷水；洗浴水箱9容积较小，一般在30-60升之间，主要用于提供生活热水。

供暖水箱8的电加热器11的功率需求较高，应当选择1.5千瓦以上的电加热棒B₁；洗浴水箱9的电加热器12的功率需求较低，可以选择1.0千瓦的电加热棒B₂。两个电加热棒均通过螺纹固定在水箱上，可以很方便地更换。在供暖时，如果加热需求较大，可以使用这两个电加热器同时加热。

水箱水位指示表37指示洗浴水箱3内的水位，在水位较低时提醒用户及时加水。

水箱的外表用高性能隔热材料包裹，减少热量散失。最外层是工程塑料制造的外壳。

电动泵M₁安装在洗浴水箱9的上部，提供循环水的动力，其增压比视太阳能制热器2的安装位置而定。

如图3所示，太阳能制热器1主要由两个连通管13、真空玻璃集热管封严圈14、波浪型反光板15、真空玻璃集热管16、热水回水管17、保温层18、冷水进水管19、安装支架横梁20和竖梁21组成。其中，反光板15通过螺纹孔K₁固定在横梁20上，连通管13通过螺纹连接固定在竖梁21上，真空玻璃集热管14固定在连通管11上，安装支架通过螺纹孔K₂固定在墙面或楼顶上。

太阳能制热器2比普通太阳能热水器的太阳能制热器的制热功率要大得多，水容量在45升以上，使用平均为2升/米/47内径管或20升/平方米/47内径的耐压太阳能集热管，管子两头均开通，可以并联连接使用。

如图4所示，带动力送风装置的热交换器主要由热交换器本体22和由送风扇24、抽风扇25、风滤26、风管27、排气格栅28和排气格栅开关29组成的动力送风装置23组成。

送风扇24为一级轴流式电风扇，压缩比为1.2，安装在热交换器本体22的进风口。抽风扇25为一级涡流式电风扇，压缩比为1.6，安装在热交换器本体22的出风口。

两个电风扇均可以输出两级功率：大功率为8立方米/秒，小功率为3立方米/秒。当T₅设定值与T₅实际值差值大于6度时，电风扇24与25根据电子控制组件6的指令以大功率工作，否则以小功率工作。

任意排气格栅开关29打开，送风扇24和抽风扇25开始工作，把经过热交换的空气送到该排气格栅开关所在的室内空间。当该空间的气温T₅达到用户设定的温度时，排气格栅开关29自动关闭。当排气格栅开关29全部关闭时，送风扇24和抽风扇25自动停止工作。

如图5所示，带动力送风装置的热交换器本体22主要由侧散热片30和中散热片31通过固定肋板32组装在一起，其端口处安装气流罩33。侧散热片30和中散热片31用导热性能良好的金属材料铸成，在其结合处有规则的横向“V”型，方便对接。在其左右立侧面上下各有一个接口，通过两条竖向预铸孔K5连接两个接口。左侧的两个接口称为K3，连接热水供水管35和回水管36；右侧的两个接口称为K4，供连接压缩机的制冷剂传热管道穿越。K4所在的侧板37通过螺钉固定在散热片上。侧散热片30和中散热片31的内表面共同组成方型的盘式热交换通道，可以根据需要自由组装(至少应由2片组成，每片的存水量在20升以上)。气流罩33由耐热耐压复合材料造成，通过螺钉固定在散热片30和31上，提供气流通道。

热交换器本体22通过右侧的两组管系与压缩机4相连。为防止供暖时制冷剂受热膨胀出现紊流，在制冷剂回管上装有一个单向活门34。

热交换器本体22的外表面用高性能隔热材料包裹，减少热量散失。最外层是工程塑料制造的外壳。

如图15所示，以侧散热片30为例，所有散热片内部的结构和散热通道完全相同。在侧散热片30的侧面上有多条均匀分布的水平方型预铸孔K6，通过K5相互流通，与接口K3处连接的热水供水管35和回水管36共同组成热水流动通道。其中，左侧的K5与最下面的K6并不连同，从而确保热水沿着所示箭头方向流动。

制冷剂传热管道从散热片右侧伸入K6内，通过侧板37上的K4引出后与制冷剂总管连接，组成完整的制冷剂循环管路；通过方型固定托60确保在K6内部的稳定性。方型固定托60用橡胶材料造成，其截面尺寸与K6的内尺寸相同，中间为空心，其上面的穿透孔K7保证热水正常流动。

如图6所示，控制阀门5主要由阀门壳体38、复位弹簧39、柱塞40、电磁铁41、封圈42和调节螺钉43组成，处于位置A状态。

调节螺钉43与阀门壳体38通过螺纹连接，与柱塞40刚性连接，可以手动旋转，调节柱塞40的位置。

控制阀门5是电控手动阀门。在制热工作状态，电磁铁不通电，柱塞40在弹簧39和调节螺钉43的作用下保持位置A状态；在供暖工作状态，首先通过调节螺钉43把柱塞40调节到B状态并保持；当电磁铁41通电时，柱塞40被电磁力吸引，克服弹簧力运动到C状态并保持。

在位置A状态，洗浴水箱9内的水被电动泵M1增压后，流经控制阀门5和太阳能制热器2后回到供暖水箱8；在位置B状态，洗浴水箱8内的水被电动泵M1增压后，流经控制阀门5和热交换器本体22后回到供暖水箱8；在位置C状态，洗浴水箱8内的水被电动泵M1增压后，流经控制阀门5、热交换器本体22和太阳能制热器2后回到供暖水箱8。

封圈42防止水渗入电磁铁41所在空腔。

如图7所示，电子控制组件6由电能控制与转换器45、中央处理器46、操作与指示屏47、温度传感仪T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、和水压传感仪P₁、气压传感器P2组成。电能控制与转换器45由电源开关、保险丝、跳开关和变压器组成，主要完成电压转换和过流保护，为用电器提供220V工作电源和6V、12V传感控制及背景灯用电源。中央处理器46包括供暖模块、生活用水模块、制冷模块和制热模块，其工作状态取决于操作与指示器47上的“供暖”、“生活用水”、“制冷”和“制热”按键，主要根据各种温度和压力传感信号进行逻辑处理，发出指令决定各种用电器的工作状态。操作与指示屏47包括T₁、T₂、T₃、T₄和T₅共五个温度选择按键、P₁和P₂共2个压力选择按键、4个“供暖”、“生活用水”、“制冷”和“制热”按键(供暖和制冷按键不可同时接通)和1个LCD显示屏48。所有按键均带背景灯，按键接通时背景灯暗亮，否则不亮。

全部温度传感仪都是电阻式传感仪，向中央处理器46传递温度信号。其中T₁感受供暖水箱8内的水温，T₂感受洗浴水箱9内的水温，T₃感受太阳能制热器2的热水回水管出口的水温，T₄感受热交换器3的回水管口的水温，T₅感受室内气温。

水压传感器P₁感受电动泵M2出口的水压，向中央处理器44传递水压信号，控制电动泵M2的工作状态。气压传感器P2感受送风总管内部的气压，向中央处理器46传递超压信号，控制电风扇24和25的应急保护。

选择某一温度或压力按键后，操作显示屏47即显示当前实际数值和设定数值并保持该显示。第二次选择同一按键，即进入调节设定程序：按“▲”键调高，按“”键调低。第三次选择同一按键，即保持显示当前实际数值和设定数值。

如图8所示，压力传感器P₁是膜盒式传感器，由壳体49、压力膜盒50、滑动式电接触片51和封圈52组成。当水压上升时，其内部的弹簧在水压力的作用下产生轴向位移，改变滑动式电接触片51的接触状态，从而改变水压信号。当水压超过一定值时，中央处理器46将自动切断电动泵M₂的供电电路。

封圈52防止水进入电接触片51所在的空腔。

注：气压传感器P₂的结构和工作原理同上。

如图9所示，电磁阀门54主要由阀门壳体55、封圈56、柱塞57、弹簧58、电磁铁59和调节旋扭60组成。柱塞57上有两个相互垂直且分开的小孔，可通过供水。

调节旋扭60与阀门壳体55通过螺纹连接，与柱塞57刚性连接，可以手动旋转，调节柱塞57的位置。

电磁阀门54可以由电磁铁59通电吸引柱塞57克服弹簧58的压力打开，也可以人工转动调节旋扭60打开电磁阀门54。

在任何工作模式下，电磁阀门54在“生活用水”按键接通、电动泵M2开始工作后自动通电打开，给供暖水箱8上水；也可通过人工转动调节旋扭60打开电磁阀门54，给供暖水箱8上水。

如图10所示，生活用水装置7由电磁阀门54、电动泵M₂和P₁压力传感仪组成。当“生活用水”按键接通后，电动泵M₂通电开始工作，从洗浴水箱9抽出热水给热水用户供水，同时把电磁阀门54通电打开，给供暖水箱8供自来水，洗浴水箱9内的电加热棒B₂在水温小于50度时自动开始加热工作，在50-55度之间保温。当热水用户关闭出水口时，P₁压力传感仪自动感受水压增加，向中央处理器46传递水压信号，在超出上限值后自动切断电动泵M₂和电磁阀门54的通电线路，关闭供水管道，停止供水。基本工作程序：

本实用新型的基本控制程序主要有以下四种工作模式：1、制热工作程序：

如图11所示，接通电源后，本实用新型的工作电路进入准备工作状态。接通“制热”按键后，M₁电动泵开始向太阳能制热器2供水。当太阳能制热器2出口水温T₃小于供暖水箱内部水温T₁时，M₁电动泵停止工作并断开水路；当T₃温度传感仪感受水温T₃大于T₂5度时，M₁电动泵重新工作到水温T₃小于T₁。如果T₂水温高于65度，M₁电动泵自动停止工作。2、供暖工作程序：

如图12所示，接通电源后，本实用新型的工作电路进入准备工作状态。接通“供暖”按键后，供暖水箱8的电加热器B₁开始工作，加热水温到65度后在60-65度之间自动加热保温；洗浴水箱9的电加热器B₂在水温小于50度时自动开始加热，在50-55度之间自动保温；任意排气格栅开关29打开工作后，M₁电动泵自动开始工作向热交换器3供热水，当T₄温度传感仪感受热交换器回水水温T₄大于50度时，M₁停止工作；当T₄温度传感仪感受水温T₄小于35度时，M₁重新工作供水到水温T₄大于50度。

当太阳能制热器2内部水温T₃大于40度时，控制阀门5通电保持C状态；当太阳能制热器内部水温T₃小于40度时，控制阀门5不通电保持B状态。3、生活用水工作程序：

如图13所示，接通电源后，本实用新型的工作电路进入准备工作状态。接通“生活用水”按键后，M₂电动泵开始工作向热水用户供热水，电磁阀门54通电打开，给供暖水箱8供自来水。水压传感器P₁向中央处理器46传递水压信号，自动控制M₂电动泵和电磁阀门54的工作状态。当下游用水器关闭时，水压上升压缩P1传感器内部的压力弹簧，断开传感控制线EL2，M₂电动泵和电磁阀门54将自动断电停止工作。4、制冷工作程序：

如图14所示，接通电源后，本实用新型的工作电路进入准备工作状态。接通“制冷”按键后，将抑制“供暖”按键接通。此时，空调压缩机4自动开始工作，对热交换器3内的存水进行冷却。当T₄温度达到用户设定温度时压缩机4停止工作；当T₄温度大于用户设定温度3度时，压缩机4重新开始工作。

漏电与短路保护：

电能控制与转换器45对全部电路自动进行漏电与短路保护。

压力异常工作保护：

当P1或P2传感器感受压力超限，操作与指示屏上的P1或P2按键的背景灯自动变为黄色闪亮，提醒用户注意。本实用新型有以下四大优点：

1、高效节能

*供暖介质是中温循环水，可迅速达到加热要求并有效保温，节约能源；

*热交换器效率较高，有效降低使用成本。

2、环保美观

*光电动力，绝无污染，更具环保概念；

*室内勿须管网密布，轻松保持室内环境美感。

3、经济安全

*太阳能加热，动力换水，分空间加热，使用成本绝对降低；

*水箱置于阳台或厨房内，真正实现水电分离，再无安全顾虑；

*采用成熟技术和优质材料，使用寿命大大延长。

4、温度可调，方便实用。

目前，市场上机械制造技术、电子控制技术都已十分成熟，上述产品的制造能力也已完备。因此，发展本实用新型实现家庭独立使用中央空调的条件已经成熟。相信在不久的将来，本实用新型必将造福千家万户。

Claims (9)

1、一种家用中央空调和热水中心，其特征在于主要由电热水箱1、太阳能制热器2、动力水循环装置、带动力送风装置的热交换器3、空调压缩机4、控制阀门5、电子控制组件6、生活用水装置7和连接管道组成；热交换器4的本体结构22构成本实用新型的主体结构；动力送风装置中的电风扇24和25安装在热交换器本体22上，排气格栅28和排气格栅开关29安装在各个室内空间，通过风管27与热交换器本体22连接；太阳能制热器2安装在屋顶或外墙上，通过水管与控制阀门5和电热水箱1连接；电热水箱1通过水管与太阳能制热器2、控制阀门5、热交换器3和生活用水装置7连接；动力水循环装置中的M₁电动泵安装在洗浴水箱9上，通过供水管向控制阀门5供水；控制阀门5是一个电控/手动阀门，与来自洗浴水箱9的供水管、去往供暖水箱8的回水管、去往太阳能制热器2的供水管和去往热交换器3的水管连接；电子控制组件6的主要部件安装在热交换器本体22上，各种传感器安装在相应的空间里，与各种用电器通过电源线或传感控制线连接；生活用水装置7通过水管与电热水箱1和各种热水用户设备连接。

2、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的热交换器3的本体结构22由侧散热片30和中散热片31通过固定肋板32组装在一起，其端口处安装气流罩33；侧散热片30和中散热片31的内表面共同组成方型的盘式热交换通道，热交换器本体22内部的预铸孔K6、K5与热水进水管35和回水管36共同组成热水流动通道，热交换器本体22内部的制冷剂传热管道穿越预铸孔K4后与压缩机制冷剂总管共同组成制冷剂的流动通道。

3、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的动力送风装置中的轴流式送风扇24安装在热交换器本体22的进风口，涡流式抽风扇25安装在热交换器本体22的出风口，通过电源线与电子控制组件6连接；排气格栅开关29安装在各个室内空间，通过风管27与热交换器本体22和排气格栅28连接，通过传感控制线与电子控制组件6连接。

4、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的太阳能制热器主要由连通管13、真空玻璃集热管封严圈14、波浪型反光板15、真空玻璃集热管16、热水回水管17、保温层18、冷水进水管19、安装支架横梁20和竖梁21组成，安装在屋顶或外墙上，通过水管与控制阀门5和供暖水箱8连接；

5、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的电热水箱1由供暖水箱8、洗浴水箱9、平衡管10、水箱水位指示表37、电加热棒B₁和B₂组成，通过水管与太阳能制热器2、控制阀门5、热交换器3和生活用水装置7连接，可在阳台、厨房或卫生间里安装。

6、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的动力水循环装置中的M₁电动泵安装在洗浴水箱9上，通过电源线与电子控制组件6连接，通过水管和控制阀门5连接。

7、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的控制阀门5主要由阀门壳体38、复位弹簧39、柱塞40、电磁铁41、封圈42和调节螺钉43组成，通过电源线与电子控制组件6连接，通过水管与供暖水箱8、洗浴水箱9、太阳能制热器2、热交换器本体22连接。

8、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的电子控制组件6由电能控制与转换器45、中央处理器46、操作与指示屏47、温度传感仪T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、水压传感仪P₁和气压传感器P₂组成，电能控制与转换器45、中央处理器46和作与指示屏47安装在热交换器本体22上，温度传感器T₁安装在供暖水箱8上，T₂安装在洗浴水箱9上，T₃安装在太阳能制热器2的热水回水管出口，T₄安装在热交换器本体22的回水管口，T₅安装在各个室内空间，水压传感器P₁安装在电动泵M₂的出水口，气压传感器P₂安装在抽风扇25的出风口，所有传感器通过传感控制线与电能控制与转换器45和中央处理器46连接。

9、根据权利要求1所述的一种家用中央空调和热水中心，其特征在于所述的生活用水装置7主要由电磁阀门54、电动泵M₂和P₁压力传感仪组成；电磁阀门54由阀门壳体55、封圈56、柱塞57、弹簧58、电磁铁59和调节旋扭60组成，连接供暖水箱8和自来水供水管；电动泵M₂安装在洗浴水箱9上；P₁压力传感仪安装在电动泵M₂的出水口，与各种热水用户的供水总管连接。

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