CN101858669B - 一种水冷式空调、热水*** - Google Patents

Abstract

一种水冷式空调、热水***，包括室内、外换热器、冷凝器、蒸发器、压缩机、机体及空调附属部件，机体包括室外机与室内机，压缩机包括空调压缩机和热水压缩机，其均位于机体外，室内换热器位于室内机中，与室内环境相通；室外换热器、冷凝器及蒸发器均位于室外机中，室外机分隔成热交换水箱与热水水箱，冷凝器位于热水水箱中，室外换热器与蒸发器均位于热交换水箱中，室内换热器、室外换热器、空调压缩机及空调附属部件通过管路相连构成一套循环管路，冷凝器、蒸发器及热水压缩机通过管路相连构成另一套循环管路。本发明采用水作为热交换介质，实现节能目的；还包括可再生能源换热装置，达到太阳能、地热(冷)源、空气能之间高效相互转换和可持续循环利用。

Description

一种水冷式空调、热水***

技术领域

本发明涉及制冷供暖技术领域，特别涉及一种以水作为热交换介质的空调、热水***。

背景技术

随着我国经济的高速发展，人们的生活水平日益提高，同时，人们对其居住、工作环境的要求也在不断地提高，越来越多的人使用空调。根椐有关数据，目前，全世界用于空调***的能耗已经占了世界总能耗的30％以上，而且这个百分比还在逐渐攀升，使用空调产品已经成为除了工农业生产外最大的能耗大户。在现时全球面临的能源危机下，世界各国政府正在积极推行“节能减排”，中国政府更将“节能减排”作为重要国策来执行，并将其作为GDP质量的重要衡量标准和深入贯彻落实“科学发展观”的重要考核指标。

在现有技术中，大部分空调***的热交换方式均是采用风冷式，即在室外机中设置压缩机、冷凝器(蒸发器)和风扇，由轴流式风扇形成风流与冷凝器(蒸发器)发生热交换。但是，这种热交换温差较小，热交换不充分，而且会受环境温度的变化，可严重影响空调***对能源的合理有效利用，例如在极冷或者极热的天气环境中，这种热交换效率非常低，这是因为空气的比热容较小，因此，采用具有风冷式装置的空调***对资源的合理有效利用形成了极大的障碍，造成了高耗能的现状。

近年来，所出现的空气能热水器在温热地区已经逐渐得到应用，空气能热水器又称热泵热水器或空气源热水器，其是采用制冷原理从空气中吸收热量来制造热水的“热量搬运”装置。但是，空气能热水器的体积比较庞大，而且极为不适用于环境温度低于零下5摄氏度的高寒地区，然而，高寒地区对供热的需求却最为迫切。

另外，地源热泵和水源热泵均可实现供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套***可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或***，属于新型能源利用技术。虽然，地源热泵和水源热泵技术经过几十年的完善得到了长足发展，但是，这两种热泵***在使用环境方面也有很高的要求。其中，地源热泵利用浅层地能进行供热制冷，地源热泵***持续不断的向地下岩土层提取热量，而地下岩土层在得不到及时补充热量的情况下，***没法继续正常运作而会处于瘫痪状态。因为来自于太阳的热量要经过非常漫长的时间才能到达地下深处，同样，来自于地核内部的地热也要经过非常漫长的时间才能到达地表浅层，这恰恰是对长期使用地源热泵来说是几乎不可跨越的障碍；水源热泵则是因为该***对可以提供热量的水源来源所限，目前只适用于某些特定的环境场所。地源热泵和水源热泵的另一个缺点是它们初期建设投入成本非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能、使用和维护成本低、不受地域限制、可持续循环利用、性能稳定的水冷式空调、热水***，可同时替代现有的地源热泵、水源热泵和空气能热水器。

本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种水冷式空调、热水***，包括室内换热器、室外换热器、冷凝器、蒸发器、压缩机、机体及空调附属部件，其特征在于所述机体包括室外机与室内机，所述压缩机包括空调压缩机和热水压缩机，所述空调压缩机和热水压缩机均位于所述机体外，所述室内换热器位于所述室内机中，与室内环境相通；所述室外换热器、冷凝器及蒸发器均位于所述室外机中，所述室外机分隔成装有水体的热交换水箱与热水水箱，所述冷凝器位于所述热水水箱中，所述室外换热器与蒸发器均位于所述热交换水箱中，所述室内换热器、室外换热器、空调压缩机及空调附属部件通过管路相连构成一套循环管路，所述冷凝器、蒸发器及热水压缩机通过管路相连构成另一套循环管路。

本发明采用水作为热交换介质，与现有采用轴流式风扇为工作介质降温或者升温而造成的高耗能缺陷相比，可实现节能的目的，这是因为水是自然界中比热容最大的物质，在制冷时，高温高压的工作介质降温后压力随之降低，使得空调压缩机的做功压力降低，最大限度地降低了空调压缩机的功耗；另外，采用水作为热交换介质可避免各换热器件表面产生污垢以致降低换热性能，因此本发明的性能和耐用性大幅度提高，维护成本降低；由于取消了现有的轴流式风扇，降低了制造成本，同时也降低了能耗。

作为本发明的优选实施方式，所述的热水压缩机采用高温压缩机，根据对热水温度的特殊要求，高温压缩机可确保制取的热水无需二次加热即可使用。

作为本发明的一种改进，所述的水冷式空调、热水***还包括用于与所述热交换水箱中的水体进行热交换的可再生能源换热装置。

作为本发明的一种实施方式，所述的可再生能源换热装置包括太阳能换热器和太阳能集热器，所述太阳能换热器位于所述热交换水箱中且与其中的水体相接触，所述太阳能换热器通过热传导管路与太阳能集热器连接。太阳能集热器可将采集到的太阳能输送到太阳能换热器，使该能量与热交换水箱中的水体发生热交换，使得水体吸收该热量。

作为本发明的进一步改进，所述的可再生能源换热装置还包括地热源换热器和位于地下且装有水体的密闭地下水箱，所述地热源换热器位于所述热交换水箱中且与其中的水体相接触，所述地热源换热器与所述地下水箱通过循环管路连接，其中，所述循环管路与所述地下水箱连接端的管口穿过地下水箱上的通孔伸入地下水箱中的水体中。

在夏季，由于热水箱中的热水用热有限，使得热交换箱体中的水体会产生热盈余现象，采用换热器使地下水箱中的储水以逆向对流换热方式将盈余的热量向拥有强大储热能力的地下岩土层和地下水体输送，保证了本发明的性能稳定性；而且，储存于地下的热量则用于需要时给室内供暖和制取热水，同时使地下保持热平衡，确保能源可持续循环利用；采用了可再生能源换热装置，减小了使用地域性限制，更为适用于对供暖需求迫切的高寒地区。

本发明还可以做以下改进，所述地下水箱的底部设有换热管，所述换热管向地层深处伸出，所述换热管的下端口封闭，所述换热管的管体内与所述地下水箱的箱体相通。换热管中的水体可与更深处的地下岩土层和地下水体进行热量交换。

作为本发明的一种实施方式，所述地热源换热器与所述太阳能换热器均为板式换热器，所述地热源换热器位于所述室外换热器的上方，而所述太阳能换热器则位于所述室外换热器的下方。

作为本发明的实施方式，所述热水水箱位于所述热交换水箱的上方。

作为本发明的一种改进，所述热交换水箱中的水体是纯净水；所述热水水箱中的水体是自来水，在所述热水水箱的箱体上开有冷水入口与热水出口，所述冷水入口位于箱体壁的下部，热水出口位于箱体壁的上部，该两个箱体壁相对。本发明采用从纯净水向自来水的热量搬运模式制取热水，由于纯净水与自来水比热容与导热性能一致，使得本发明更为高效节能地制取热水；由于采用纯净水作为热交换介质，在制冷时，最大限度地降低了空调压缩机的能耗，大幅度提高各个换热部件的性能和耐用程度，降低维护成本。

本发明还可以做以下改进，所述室内机中设有离心风扇，在所述室内机的壳体上开有进风口与出风口，所述进风口位于壳体的上部，所述出风口位于壳体的下部，所述室内换热器靠近所述进风口设置，所述离心风扇靠近出风口设置，在所述进风口与出风口上分别设有风栅。

作为本发明的一种改进，所述室外机的壳体采用绝缘材料制成，所述壳体上的接缝部位均密封。可避免热量通过壳体或者壳体接缝部位散发，确保了本发明性能的稳定性。

与现有技术相比，本发明具是有如下显著的效果：

(1)本发明采用水作为热交换介质，在制冷和供暖时，与现有采用轴流式风扇为工作介质降温或者升温相比，最大限度得降低了空调压缩机的功耗，实现节能目的；另外，可避免各换热器件表面产生污垢以致降低换热性能，使得本发明的性能和耐用性大幅度提高，维护成本降低。

(2)本发明取消了现有的轴流式风扇，降低了制造成本，同时降低了能耗。

(3)本发明采用地热源换热器、地下水箱和换热管，以地热源换热器使地下水箱中的储水以逆向对流换热方式将热交换水箱中水体盈余的热量向拥有强大储热能力的地下岩土层和地下水体输送，保证了本发明的性能稳定性；而且，储存于地下的热量则用于需要时给室内供暖和制取热水，同时使地下保持热平衡，确保能源可持续循环利用。

(4)本发明采用可再生能源换热装置，适用于对供暖需求迫切的高寒地区，不受地域限制。

(5)本发明采用从纯净水向自来水的热量搬运模式制取热水，由于纯净水与自来水比热容与导热性能一致，使得本发明更为高效节能。

(6)室外机的壳体采用绝缘材料制成，壳体上的接缝部位均密封，避免了热量通过壳体或者壳体接缝散发出去，确保了本发明性能的稳定性。

(7)本发明可在太阳能、地热(冷)源、空气能之间实现高效相互转换，使得这些能源以更低的代价进行利用，可同时取代地源热泵、水源热泵和空气能热水器，节约能源，减少碳排放。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的***组成示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明一种水冷式空调、热水***，包括室内换热器3、室外换热器4、冷凝器7、蒸发器6、压缩机、机体及空调附属部件(图中未示出)，空调附属部件一般包括四通换向阀、节流装置与储液罐，其中，节流装置可采用毛细管或者节流阀等，机体包括室外机18与室内机23，压缩机包括空调压缩机1和热水压缩机5，空调压缩机1和热水压缩机5均位于机体外，热水压缩机5采用高温压缩机，根据对热水温度的特殊要求，高温压缩机可确保制取的热水无需二次加热即可使用；室内换热器3位于室内机23中，与室内环境相通；室外换热器4、冷凝器7及蒸发器6均位于室外机18中，室外机18分隔成装有水体的热交换水箱15与热水水箱14，热水水箱14位于热交换水箱15的上方，冷凝器7位于热水水箱14中，室外换热器4与蒸发器6均位于热交换水箱15中；储液罐、空调压缩机1、四通换向阀、室外换热器4、节流装置及室内换热器3通过管路依次相连构成一套循环管路，冷凝器7、蒸发器6及高温压缩机5通过管路相连构成另一套循环管路。

热交换水箱15中的水体是纯净水17，热水水箱14中的水体是自来水，在热水水箱14的箱体上开有冷水入口8与热水出口9，冷水入口8位于箱体壁的下部，热水出口9位于箱体壁的上部，该两个箱体壁相对。

水冷式空调、热水***还包括用于与热交换水箱15中的纯净水17进行热交换的可再生能源换热装置，可再生能源换热装置包括太阳能换热器16和太阳能集热器21，太阳能换热器16位于热交换水箱15中且与其中的纯净水17相接触，太阳能换热器16通过热传导管路13与太阳能集热器21连接；可再生能源换热装置还包括地热源换热器24和位于地下且装有水体的地下水箱19，地热源换热器24位于热交换水箱15中且与其中的纯净水17相接触，地热源换热器24与地下水箱19通过循环管路25连接，循环管路25为两条，循环管路25与地下水箱19连接端的管口穿过地下水箱19顶面上的通孔伸入地下水箱19中的水体中。地热源换热器24与太阳能换热器16均为板式换热器，地热源换热器24位于室外换热器4的上方，且位于热交换水箱15的中部，使得纯净水便于吸收地下水箱19中的储水所携带的地热(冷)源，而太阳能换热器16则位于室外换热器4的下方，且位于热交换水箱15的底部，使得纯净水17便于吸收来自太阳能集热器21的太阳能；地下水箱19的底部设有换热管20，换热管20向地层深处伸出，换热管20的下端口封闭，换热管20的管体内与地下水箱19的箱体相通，地下水箱19与换热管20整体形成密闭结构。

室内机23中设有离心风扇2，在室内机23的壳体上开有进风口11与出风口12，进风口11位于壳体的上部，出风口12位于壳体的下部，室内换热器3靠近进风口11设置，离心风扇2靠近出风口12设置，在进风口11与出风口12上分别设有风栅。室外机18的壳体采用绝缘材料制成，壳体上的接缝部位均密封。

本发明的工作原理如下：

1、空调***室内制冷原理：空调压缩机将储液罐中的工作介质向室外换热器中进行压缩，压缩升温的工作介质在室外换热器中放热冷凝，冷凝后的工作介质再经过室内换热器减压蒸发，在室内与离心风扇旋转而产生的室内热空气气流进行热交换，室内空气被工作介质吸热而降温，吸热后的工作介质变成低压常温状态再回到空调压缩机继续下一个循环，通过不断地循环运作来为室内降温，在此过程中，纯净水吸收了工作介质的冷凝热；纯净水携带的热量可向热水水箱中的自来水转移，保持纯净水处于低温状态，对空调***的制冷效率具有提升作用；

2、空调***室内供暖原理：空调压缩机将储液罐中的工作介质向室内换热器中进行压缩，压缩升温的工作介质在室内换热器中放热冷凝，在室内与离心风扇旋转而产生的室内冷空气气流进行热交换，室内空气被工作介质加热而升温，冷凝后的工作介质经过室外换热器减压蒸发，变成低压常温状态再回到空调压缩机继续下一个循环，通过不断地循环运作来为室内供暖，在此过程中，工作介质蒸发吸收了纯净水所携带的热量；

3、热水***制取热水原理：高温压缩机将工作介质向冷凝器中进行压缩，压缩升温的工作介质在冷凝器中放热冷凝，在热水水箱与自来水进行热交换，自来水被工作介质加热升温，冷凝后的工作介质再经过蒸发器减压蒸发吸热，变成低压常温状态回到高温压缩机继续下一个循环，通过不断循环运作来制取热水；

4、可再生能源换热装置的工作原理：

(1)a.室内制冷时，热交换水箱中的纯净水会发生热盈余现象，利用水泵(图中未示出)抽取地下水箱中的储水，因为地下水箱中的储水已经通过换热管与地下岩土层和地下水体进行了热交换，使得储水的温度与地下环境温度保持一致，然后再将地下水箱中的储水通过管路送入地热源换热器中，与热交换水箱中的纯净水进行热交换，换热后储水再通过管路回到地下水箱，此时地下水箱储水所携带的热量通过换热管与地下岩土层和地下水体进行热交换，地下岩土层和地下水体吸收热量并储存起来；

b.室内供暖时，水泵反方向输送地下水箱中的储水进入地热源换热器，将地下岩土层和地下水体储存的热量与热交换水箱中的纯净水进行热交换，而使纯净水携带热量，使得空调***中的工作介质蒸发可吸收纯净水的热量；

以上运作是在完全密闭的管路中完成，可确保地下水源不受到污染，并且保证地下水箱中的储水不会损失。

(2)通过太阳能集热器吸收太阳能，通过热传导管路将太阳能输送到太阳能换热器，并与热交换水箱中的纯净水进行热交换，通过热交换过程，使得纯净水携带热量，当在供暖和制取热水时，可利用纯净水中所储存的热量。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水冷式空调、热水***，包括室内换热器(3)、室外换热器(4)、冷凝器(7)、蒸发器(6)、压缩机、机体及空调附属部件，所述空调附属部件包括四通换向阀、节流装置与储液罐，其特征在于：所述机体包括室外机(18)与室内机(23)，所述压缩机包括空调压缩机(1)和热水压缩机(5)，所述空调压缩机(1)和热水压缩机(5)均位于所述机体外，所述室内换热器(3)位于所述室内机(23)中，与室内环境相通；所述室外换热器(4)、冷凝器(7)及蒸发器(6)均位于所述室外机(18)中，所述室外机(18)分隔成装有水体的热交换水箱(15)与热水水箱(14)，所述冷凝器(7)位于所述热水水箱(14)中，所述室外换热器(4)与蒸发器(6)均位于所述热交换水箱(15)中，所述储液罐、空调压缩机(1)、四通换向阀、室外换热器(4)、节流装置及室内换热器(3)通过管路依次相连构成一套循环管路，所述冷凝器(7)、蒸发器(6)及热水压缩机(5)通过管路相连构成另一套循环管路。

2.根据权利要求1所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述的水冷式空调、热水***还包括用于与所述热交换水箱(15)中的水体进行热交换的可再生能源换热装置。

3.根据权利要求2所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述的可再生能源换热装置包括太阳能换热器(16)和太阳能集热器(21)，所述太阳能换热器(16)位于所述热交换水箱(15)中且与其中的水体相接触，所述太阳能换热器(16)通过热传导管路(13)与太阳能集热器(21)连接。

4.根据权利要求3所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述的可再生能源换热装置还包括地热源换热器(24)和位于地下且装有水体的密闭地下水箱(19)，所述地热源换热器(24)位于所述热交换水箱(15)中且与其中的水体相接触，所述地热源换热器(24)与所述地下水箱(19)通过第三循环管路(25)连接，其中，所述第三循环管路(25)与所述地下水箱(19)连接端的管口穿过地下水箱(19)上的通孔伸入地下水箱(19)中的水体中。

5.根据权利要求4所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述地下水箱(19)的底部设有换热管(20)，所述换热管(20)向地层深处伸出，所述换热管(20)的下端口封闭，所述换热管(20)的管体内与所述地下水箱(19)的箱体相通。

6.根据权利要求4或5所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述地热源换热器(24)与所述太阳能换热器(16)均为板式换热器，所述地热源换热器(24)位于所述室外换热器(4)的上方，而所述太阳能换热器(16)则位于所述室外换热器(4)的下方。

7.根据权利要求1所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述热水水箱(14)位于所述热交换水箱(15)的上方。

8.根据权利要求7所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述热交换水箱(15)中的水体是纯净水(17)；所述热水水箱(14)中的水体是自来水，在所述热水水箱(14)的箱体上开有冷水入口(8)与热水出口(9)，所述冷水入口(8)位于箱体壁的下部，热水出口(9)位于箱体壁的上部，该两个箱体壁相对。

9.根据权利要求1所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述室内机(23)中设有离心风扇(2)，在所述室内机(23)的壳体上开有进风口(11)与出风口(12)，所述进风口(11)位于壳体的上部，所述出风口(12)位于壳体的下部，所述室内换热器(3)靠近所述进风口(11)设置，所述离心风扇(2)靠近出风口(12)设置，在所述进风口(11)与出风口(12)上分别设有风栅。

10.根据权利要求1所述的水冷式空调、热水***，其特征在于：所述室外机(18)的壳体采用绝缘材料制成，所述壳体上的接缝部位均密封。

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