CN201306813Y - 家用空调全热回收热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种家用空调全热回收热水器，改装在普通家用分体空调室外机上，该热水器的储水保温箱内设置的换热器由第一级换热器和第二级换热器连接而成，其中第一级换热器为连通至家用空调系统压缩机输出端的沉浸式换热器，第二级换热器为套管式逆流换热器，其内管入口与沉浸式换热器相连通，内管出口与家用空调系统冷凝器的输入端相连通，外套管环隙的一端连接于自来水入口，另一端设置有温控流量调节水阀。本实用新型通过两级换热器实现空调系统的全热回收，实现了对空调余热百分百的利用，解决了其它空调余热热水器热能利用率低的技术难题，并且储水保温箱排放热水和重新注入自来水时不会明显降低出水温度。

Description

家用空调全热回收热水器

技术领域

本实用新型涉及暖通空调工程技术领域，具体地说涉及一种利用空调余热对水进行加热的热水器。

背景技术

随着国际能源的日益紧张，地球温室效应不断恶化，国家提出节能降耗的更深要求，国人节能意识也在进一步加强。能源综合利用的产品开发工作刻不容缓。随着社会的发展进步，空调已经基本进入到每个家庭，如果将空调制冷时所产生的废热用来加热人居生活用水，既可免除用热水对燃气等能源的消耗，对改善地球温室效应也具有一定的贡献。

空调余热利用技术剖析：在空调制冷系统中，当压缩机将经过位于室内机内的蒸发器蒸发成气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，并送到位于室外机内的冷凝器散热后，气态制冷剂变成常温高压的液态制冷剂，这部分热量由风机吹出散失到空气中，对环境是一种污染，也是一种能源浪费。

近年来，市面上出现了一种空气源热泵热水器和空调余热利用热水装置，传统的空气源热泵热水器只能是单一专用做热水器，需投资一台空气源热泵机组；而传统的空调余热利用热水器是在储水保温箱内设置单一的沉浸式热交换器，从压缩机出来的制冷剂温度大约为60-70℃，当储水保温箱内的水温达到50℃以上时，交换器效率很差，当储水保温箱排放热水时，又重新注入15-25℃的自来水时，储水保温箱内的水温降低，当水温低于45℃时，不适宜用作洗澡用水，所以这种空调余热利用热水器的回收热量利用率相当低，经过检测计算，能回收用于加热水的热量不足20％，其余80％的热量仍被排放到大气中造成能源浪费污染。普通空调室外释放出来的废热虽然多，但温度相当低，是种低位能量，特别家用空调压缩机排气温度为60-70℃，而生活用热水温度需要55℃左右，只有5-15℃的温差可利用，因此利用率并不高。市面上还有一种采用循环水泵推动逆流套管循环热交换器，初始换热效率高，当储水保温箱的水温接近55℃时，换热效果还是不理想，热水另外还需要一台循环水泵，增加了耗能，也增加了故障的机会；此外，市面上还有另一种方法是将压缩机排气温度压力升高来提高热回收量，但由于提高了冷凝温度，使得制冷机冷效比被降低。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的是提供一种家用空调全热回收热水器，可利用目前普通家庭中现有的家用分体空调机进行加装改造，该热水器可以在空调机制冷时，对室外机排放的低位热能全部吸收用于加热生活用水，并且当储水保温箱放热水和重新注入自来水时不会明显降低热水出口的出水温度。

本实用新型的第二个目的是提供一种家用空调全热回收热水器，其储水保温箱可大流量放热水而无须另外配置水泵。

本实用新型的第三个目的是提供一种家用空调全热回收热水器，在冬天不使用冷气时，同样能使用本热水器加热生活用水。

为实现上述第一个目的，本实用新型采用了以下技术方案：提供了一种家用空调全热回收热水器，改装在普通家用分体空调室外机上，组成空调室内机、室外机、热水器三位一体制冷、制热水系统。该热水器包括具有自来水入口和热水出口的储水保温箱，该储水保温箱内设置有连接于家用空调系统的换热器，所述换热器由第一级换热器和第二级换热器连接而成，其中第一级换热器为连通至家用空调系统压缩机输出端的沉浸式换热器，第二级换热器为套管式逆流换热器，该套管式逆流换热器包括内管和外套管，内管入口与所述沉浸式换热器相连通，内管出口与家用空调系统冷凝器的输入端相连通，外套管环隙的一端连接于所述自来水入口，另一端设置有温控流量调节水阀。

注水路径为：自来水入水口、第二级套管式逆流换热器、温控流量调节水阀、储水保温箱(沉浸式换热器)、热水出口；制冷剂路径为：接空调室外压缩机出口铜管、第一级沉浸式换热器、第二级套管式逆流换热器的内管、接空调室外冷凝器入口铜管。制冷放热与水吸热形成逆向循环。

上述两级换热器，第一级采用沉浸式换热器全部沉浸于储水保温箱的水里，压缩机排出的60-70℃高温高压气态制冷剂首先流过该沉浸式换热器，将储水保温箱内的水加热至55-60℃并恒温，此过程交换的热量约为15-20％；第二级采用套管式逆流换热器，内管与沉浸式换热器相连通，制冷剂从内管流过，而自来水则从自来水入口流入，并以相反的方向从外套管环隙中流过。经第一级沉浸式换热器换热后，内管中的余温约为55-60℃的制冷剂与外套管环隙中的温度约为15-25℃的自来水逆流换热，自来水吸热后升温30℃，到达外套管环隙的出口时水温约为40-50℃，内管中的制冷剂放热后降温25℃，从内管出来的温度约为20-30℃，空调制冷所产生热量的80％以上由套管式逆流换热器交换到自来水中，从而实现了对空调余热百分百的利用，解决了其它空调余热热水器热能利用率低的技术难题。

本实用新型在第一级换热器与第二级换热器之间，也即是外套管环隙的出口处配置了一个温控流量调节水阀，以根据加热后的水温来控制注入水的流量，使注入水量与空调机的制热量相匹配，使注入储水保温箱的水温控制在设定的温度之上，当储水保温箱放热水和重新注入自来水时不会明显降低热水出口的出水温度。当空调关闭时，由于采用了温控流量调节水阀，当第二级换热器中的水温达不到设定温度(例如40℃)时，温控流量调节水阀为关闭状态，所以不会冲冷储水保温箱内的热水，出水温度不会降低，解决了其它空调余热热水器在空调不开机时热水不能用的技术难题。

为了实现上述第二个目的，所述储水保温箱采用承压结构，其内包括了空气胀缩区和储水区，入水时利用自来水的水压将储水保温箱内的空气压缩，自来水按一定流量流入套管式逆流换热器加热后再注入储水区，并由第一级沉浸式换热器继续加热和恒温。当使用热水时，由于储水保温箱内压缩空气的膨胀压力，可大流量放热水不需要另外配置水泵，满足了淋浴等生活需要，提高了节能，系统简单、实用且稳定。

为了实现上述第三个目的，所述套管式逆流换热器与家用空调系统冷凝器之间增设有附加毛细管和第一旁通电磁阀，家用空调系统的原有毛细管的输入端与所述压缩机的输入端之间设置有第二旁通电磁阀。上述方案通过安装控制阀、节流与旁通控制，将单冷式空调机转变为空气源热泵制热水系统，即为空调制冷、热水两用系统，夏天用制冷免耗能制热水，冬天开热泵制热水。冬天空调室内机运行制冷时，空调室外机可采用逆卡诺循环原理制热，加装在室外的第一旁通电磁阀动作关闭主路直管，第二旁通电磁阀打开，由此使得室外机的冷凝器转变为热泵热水系统的蒸发器，此时流过室外机冷凝器(用作蒸发器)的低温低压液态制冷剂通过吸收周围空气中的热量就会蒸发汽化成为常温气态制冷剂，通过第二旁通电磁阀(不经原有毛细管和室内机)直接旁通到压缩机，压缩为高温高压的液态制冷剂，温度可达到75-85℃，然后送到储水保温箱内的换热器，高温高压的液态制冷剂在换热器中冷凝放热，此时热量高效全部回收，此技术突破解决了单冷式家用不能使用空调热水器的这一难题。

所述压缩机的输入端设置有防过低压及防结霜保护开关，输出端设置有防过高压及缺水开关。

所述沉浸式换热器优选为圆铜管盘管式结构。

所述套管式逆流换热器的内管优选为铜管盘管式，外套管优选为承压隔热铝塑复合管。

综上所述，本实用新型的优点和有益效果为：

1、通过两级换热器实现空调系统的全热回收并利用到加热储水保温箱中的水，制冷能效比高达C0P4.5，相对其它的空调余热利用热水器而言，可以达到更好的制冷效果，能效比提高30％以上，对于节能也做出近一步的贡献。

2、储水保温箱排放热水和重新注入自来水时不会明显降低出水温度。

3、储水保温箱采用承压结构，配有空气胀缩区和储水区，使用热水时可大流量放水而不需要另外配置水泵，提高了节能，系统简单、实用且稳定。

4、利用室外机空气源热泵转换控制技术，使单冷式家用空调机在不开制冷时也能使用本热水器耗能低廉的热泵形式制热水，并且不需要运行室内机风扇。

本实用新型实用性高，目前中国南方地区每个家庭及单位使用空调机已趋向普及化。若每个家庭都安装上本实用新型的家用空调余热利用热水器，使用空调免耗能用热水，将是一次人居生活的技术革命。一般家庭人员洗澡是在晚上18点至22点间歇用水，每次用水30-60L，而使用空调机制冷是连续进行，一台一匹分体空调机(制冷量2.5KW)，每小时全热利用加热到55度产热水70-80千克，每天制冷4小时，配置一台容积180L储水保温箱，足够一个5口普通家庭每天的使用。经济效益方面，按每人每天用热水30KG计算，如使用电热水器用电1.04度约电费为0.8元；如使用燃气热水器用燃气0.237立方米，费用约0.3元，相当消耗标准煤0.34千克；如5000万人都用上空调余热水器，每年将节能降耗相当于标准煤620万吨，超过五百亿的经济效益，社会效益和经济效益极其显著。

附图说明

图1是本实用新型的系统连接示意图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的家用空调全热回收热水器改装在普通家用分体空调室外机上，家用空调系统一般由室内机18和室外机19组成，室内机18具有蒸发器15，室外机19具有压缩机1和冷凝器14，蒸发器15与冷凝器14之间设置有第一毛细管17，压缩机1的输入端设置有防过低压及防结霜保护开关2，输出端设置有防过高压及缺水开关3。该热水器包括具有自来水入口6和热水出口7的储水保温箱8，自来水入口6处设置有减压阀，该储水保温箱8内设置有连接于室外机19的两级式换热器，第一级换热器为通过高温高压排气管4连接于压缩机1输出端的沉浸式盘管换热器10，第二级换热器为套管式逆流换热器9，该套管式逆流换热器9由内管91和外套管92组成，内管91为铜管盘管式，外套管92为承压隔热铝塑复合管。内管91的入口与沉浸式盘管换热器10相连通，内管91的出口通过冷凝后高压常温管5与冷凝器14的输入端相连通。外套管92的环隙具有连接于自来水入口6的进水口921和可朝向储水保温箱8内打开的注水口922。压缩机1排出的60-70℃高温高压气态制冷剂首先流过沉浸式盘管换热器10，将储水保温箱8内的水20加热至55-60℃并保温，此过程交换的热量约为15-20％；套管式逆流换热器9的内管91与沉浸式盘管换热器10相连通，制冷剂从内管91流过，而自来水则从储水保温箱8的自来水入口6流入，从进水口921流入外套管92的环隙，并以相反的方向从外套管92的环隙中流过。经沉浸式盘管换热器10换热后，内管91中的余温约为55-60℃的制冷剂与外套管环隙中的温度约为15-25℃的自来水逆流换热，自来水吸热后升温30℃，到达外套管环隙的注水口922时水温约为40-50℃，内管91中的制冷剂放热后降温25℃，从内管91出来并流入冷凝后高压常温管5的制冷剂温度约为20-30℃，空调制冷所产生热量的80％以上由套管式逆流换热器9交换到自来水中，从而实现了对空调余热百分百的利用，解决了其它空调余热热水器热能利用率低的技术难题。

为了避免当储水保温箱8放热水和重新注入自来水时明显降低热水出口7的出水温度，在沉浸式盘管换热器10与套管式逆流换热器9之间，也即是外套管环隙的注水口922处配置了一个温控流量调节水阀11，以根据加热后的水温来控制注入水的流量，使注入水量与空调机的制热量相匹配，使注入储水保温箱8的水温控制在设定的温度之上，当储水保温箱8放热水和重新注入自来水时不会明显降低热水出口7的出水温度。温控节流阀的构造和工作原理属于本领域较为成熟的技术和手段，此处不作详细描述。当空调关闭时，由于采用了温控流量调节水阀11，当套管式逆流换热器9中的水温达不到设定温度(例如40℃)时，温控流量调节水阀11为关闭状态，所以不会冲冷储水保温箱8内的热水20，热水出口7的出水温度不会降低，解决了其它空调余热热水器在空调不开机时热水不能用的技术难题。

储水保温箱8采用承压结构，其内包括了空气胀缩区和储水区，入水时利用自来水的水压将储水保温箱8内的空气21压缩，自来水按一定流量流入套管式逆流换热器9加热后再注入储水区，并由沉浸式盘管换热器10继续加热和保温。当使用热水时，由于储水保温箱8内压缩空气21的压力，可大流量放热水而不需要另外配置水泵，满足了淋浴等生活需要，提高了节能，系统简单、实用且稳定。

套管式逆流换热器9与室外机19的冷凝器14之间的主管路设置有第一旁通电磁阀12，在第一旁通电磁阀12的进出两端之间连接有第一旁路22，该第一旁路22上设置有第二毛细管13；在第一毛细管17的输入端与压缩机1的输入端之间连接有第二旁路23，该第二旁路23上设置有第二旁通电磁阀16。上述方案通过安装电磁阀、节流与旁通控制，将单冷式空调机转变为空气源热泵制热水，组成空调制冷、热水二用机组，夏天用制冷免耗能制热水，冬天开热泵制热水。冬天室内机18不使用空调制冷时，空调室外机19可采用逆卡诺循环原理制热，加装在室外机19的第一旁通电磁阀12动作关闭主管路，旁通第二毛细管13，将室外机19的冷凝器14转变为蒸发器，此时流过室外机冷凝器14(用作蒸发器)的低温低压液态制冷剂通过吸收周围空气中的热量就会蒸发汽化成为常温气态制冷剂，打开第二旁通电磁阀16，不经第一毛细管17和室内机18直接旁通到压缩机1，压缩为高温高压的液态制冷剂，温度可达到75-85℃，然后送到储水保温箱8内的换热器10、9，高温高压的液态制冷剂在换热器10、9中冷凝放热，此时热量高效全部回收，此技术突破解决了其它空调热水器必须开暧气才能制热水的这一难题。

Claims (3)

1、一种家用空调全热回收热水器，包括具有自来水入口和热水出口的储水保温箱，该储水保温箱内设置有连接于家用空调系统的换热器，其特征在于：所述换热器由第一级换热器和第二级换热器连接而成，其中第一级换热器为连通至家用空调系统压缩机输出端的沉浸式换热器，第二级换热器为套管式逆流换热器，该套管式逆流换热器包括内管和外套管，内管入口与所述沉浸式换热器相连通，内管出口与家用空调系统冷凝器的输入端相连通，外套管环隙的一端连接于所述自来水入口，另一端设置有温控流量调节水阀。

2、根据权利要求1所述的家用空调全热回收热水器，其特征在于：所述储水保温箱采用承压结构，其内包括了空气胀缩区和储水区。

3、根据权利要求2所述的家用空调全热回收热水器，其特征在于：所述套管式逆流换热器与家用空调系统冷凝器之间增设有附加毛细管和第一旁通电磁阀，家用空调系统的原有毛细管的输入端与所述压缩机的输入端之间设置有第二旁通电磁阀。

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