CN108716788A - 一体式冷热多功能设备及其工作原理 - Google Patents

Abstract

一种一体式冷热多功能设备及其工作原理，包括设置于壳体内的承压水箱、热转换加热装置和燃气加热装置；壳体上设有与热转换加热装置上的进气口对应的室外热空气进口，热转换加热装置上的出气口连接壳体上的冷空气出口；热转换加热装置包括第一换热盘管，该第一换热盘管设置于承压水箱内；燃气加热装置上的排烟管与热转换加热装置上的进气口连通；燃气加热装置包括第二换热盘管，该第一换热盘管设置于承压水箱内；本发明将热换转加热装置和燃气加热装置整合成一体，使彼此可配合工作，达到加热效率高，能耗低，安全性好，环保型强，不间断供暖等效果。

Description

一体式冷热多功能设备及其工作原理

技术领域

本发明涉及一种制冷及制热设备，特别涉及一种一体式冷热多功能设备及其工作原理。

背景技术

温室效应(Greenhouse effect)是指大气中的温室气体对地球的保温作用。太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而使地表和低层大气变暖，如果大气不存在这种效应，那么地表温度将会下降约30或更多；反之，若温室效应不断加强，全球温度也必将逐年持续升高。自工业革命以来，人类过多燃烧煤炭、石油和天然气，导致燃烧产生的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，与我们息息相关的二氧化碳排放活动有：汽车尾气排放、空调尾气排放、热水器尾气排放等；温室效应已引起全球气候变暖等一系列极其严重问题，包括：(1)病虫害增加、(2)海平面上升、(3)气候反常，海洋风暴增多、(4)土地干旱，沙漠化面积增大等，温室效应带来的严重恶果已经引起了全世界各国的关注。科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中。

可见，人类正面临着相关重要的环境治理问题，为此人类需要为整治温室效应问题出一份力；就热水器而言，热水器是千家万户家庭必不可少的电器，传统的热水器一般需要通过燃烧燃料来制备热水，燃料燃烧过程中就会产生大量的尾气，若每家每户每天都使用一次热水器，那每天向空气排放的尾气量就十分庞大，对环境的污染简直不堪设想；出于对温室效应这严峻问题的考虑，市场上陆续出现热泵式热水器和太阳能热水器；热泵式热水器对环境温度有一定要求，当环境温度低于一定值时热泵式热水器就不能正常工作；太阳能热水器则需要依赖太阳工作，阴天或晚上，太阳能热水器就不能正常工作。上述两种热水器的可靠性始终不能超越燃气热水器。

中国专利文献号CN104697165B于2018年4月27日公开了一种热水器，包括跨临界二氧化碳热泵***，所述跨临界二氧化碳热泵***包括依次相连构成回路的气冷器、压缩机、回热器、节流阀和蒸发器，所述回路内具有循环流动的二氧化碳；水箱，所述水箱设有自来水进口、出水口和进水口，所述出水口与所述进水口分别与所述气冷器的两端相连构成热水加热回路，所述水箱内形成有高温区、中温区和低温区；供暖换热器，所述供暖换热器设在所述中温区与所述高温区中的一个内；供暖装置，所述供暖装置的两端分别与所述供暖换热器的两端相连构成供暖回路；出水装置，所述出水装置与所述高温区相连。该热水器需要通过收集空气中的热量把水加热，但当室外空气温度较低时，空气中的热量有限，导致其加热效果较差，甚至不能加热至预设温度；故这种热水器不能应用于室外气温较低的地方，大大限制了其通用性和适应性，且不能源源不断的供应热水，影响用户的使用体现；热泵不工作时，就需要燃烧燃气制备热水，所以该热水器在使用过程中仍然会排放大量尾气，与治理温室效应背道而驰。此外，传统热水器的热转换能效最高只能达到98％，而这已经是属于一级能效。

因此，有必要做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、加热效率高、加热能耗低、可持续加热供暖的一体式冷热多功能设备及其工作原理，以克服现有技术中的不足之处；本一体式冷热多功能设备可为用户提供热水、暖气和冷气，因此其可充当取暖炉、热水器、饮水机、空调机等设备使用，达到一机多用的效果。经过大量的实验证明，本设备的热转换能效可达到120％左右，远超一级能效的标准，是目前市场上的大部分制热设备不能比拟的。

按此目的设计的一种一体式冷热多功能设备，包括设置于壳体内的承压水箱，其特征在于：还包括共同设置于壳体内的热转换加热装置和燃气加热装置；所述壳体上设有与热转换加热装置上的进气口对应的室外热空气进口，热转换加热装置上的出气口连接壳体上的冷空气出口；所述热转换加热装置包括第一换热盘管，该第一换热盘管设置于承压水箱内；所述燃气加热装置上的排烟管与热转换加热装置上的进气口连通；所述燃气加热装置包括第二换热盘管，该第一换热盘管设置于承压水箱内；热转换加热阶段，室外热空气进口打开进气，第一换热盘管独立工作对承压水箱中的水加热；室外空气温度较低时进入混合加热阶段，燃气加热装置开始工作，且燃气加热装置工作排出的高温尾气被热转换加热装置接收，以使第一换热盘管和第二换热盘管共同对承压水箱中的水加热。

所述室外热空气进口处设置有启闭装置；当热转换加热装置独立工作时，启闭装置打开室外热空气进口，以保证室外热空气进入壳体内供给热转换加热装置使用；当室外热空气温度较低时，启闭装置封闭室外热空气进口，燃气加热装置工作产生的高温尾气被热转换加热装置利用。

所述第一换热盘管在承压水箱内的位置高于第二换热盘管在承压水箱内的位置。

所述壳体上设置有燃气进口和冷水进口；所述燃气加热装置上设置有燃气口、冷水口、回水口和热水口；所述燃气进口与燃气口连接，冷水进口分支连接冷水口和承压水箱，第二换热盘管一端连接热水口、另一端连接回水口。

所述热转换加热装置包括冷凝器和蒸发器，冷凝器与蒸发器之间回路连接，冷凝器上的出水口连接第一换热盘管一端、进水口连接第一换热盘管另一端，蒸发器的出风侧与冷空气出口连通。

所述承压水箱内设置有供水管，供水管的进水端向上延伸至承压水箱内腔上部、出水端连接承压水箱下部的热水供水口。

所述供水管周围盘旋有第三换热盘管，第三换热盘管一端连接承压水箱上的供暖出口、另一端连接承压水箱上的供暖回口。

所述冷空气出口和/或排烟管上设置有单向阀。

一种用于上述一体式冷热多功能设备的工作原理，其特征在于：包括热转换加热阶段和混合加热阶段；

热转换加热阶段包括以下步骤：

一、室外热空气进口打开，室外热空气进去壳体内，并供给热转换加热装置使用；

二、热转换加热装置吸收热空气中的热源以制取热水，所制得的热水进入第一换热盘管；

三、第一换热盘管在承压水箱内进行热交换，达到加热承压水箱内的水的目的；

四、第一换热盘管内完成热交换工作的水回到热转换加热装置再次加热，以循环完成上述步骤二和步骤三的工作；

混合加热阶段包括以下步骤：

(一)室外热空气温度较低，导致承压水箱内的水不能达到设定温度值时，室外热空气进口关闭，燃气加热装置开始工作；

(二)燃气加热装置利用燃气燃烧制得热水，所制得的热水进入第二换热盘管；与此同时，燃气加热装置工作产生的高温尾气被热转换加热装置利用，热转换加热装置吸收高温尾气中的热源以制取热水，所制得的热水进入第一换热盘管；

(三)第一换热盘管和第二换热盘管分别在承压水箱内进行热交换，达到加热承压水箱内的水的目的；

(四)第一换热盘管内完成热交换工作的水回到热转换加热装置再次加热，第二换热盘管内完成热交换工作的水回到燃气加热装置再次加热，以循环完成上述步骤(二)和步骤(三)的工作；

所述热转换加热装置工作产生的冷空气经冷空气出口排出，以作进一步利用。

本发明将热换转加热装置和燃气加热装置整合成一体，使彼此可配合工作，达到加热效率高，能耗低，安全性好，环保型强，不间断供暖等效果。具体是，当室外热空气温度满足条件时，热转换加热装置单独工作为承压水箱中的水加热，即热转换加热装置吸收室外热空气中的热源进而制取热水，工作过程中只需使用少量电能，因此其节能效率是传统的电热水器的四倍以上，比传统的太阳能热水器还要节能；当室外热空气温度不能满足使用条件时，燃气加热装置开始工作，其主要通过燃烧燃气释放热量进而执取热水，燃气燃烧排放的高温尾气由热转换加热装置吸收利用，即此时燃气加热装置和热转换加热装置共同执取热水，因此热水制备效率大大提升，加热速度快；其中，热转换加热装置利用了高温尾气作为热源进行加热制取热水，使热转换加热装置不受室外空气的影响可正常工作，同时可降低燃气加热装置的工作负荷，降低燃气用量，能耗低；由于高温尾气得到回收利用，因此本设备没有尾气排出，安全性好，环保性强。

本发明中，热转换加热装置单独工作时可吸收室外高温空气中的热能，进而制备热水，最后排放出来的是洁净的低温空气；该低温空气若直接排放到室外也不会对环境造成任何影响、污染，即不会加剧温室效应；若有制冷需要，还可对该低温空气加以利用。当室外空气温度较低不能支持热转换加热装置正常工作时，燃气加热装置开始工作，其通过燃烧燃气加热制备热水，燃烧产生的尾气通过合理结构的输送，又直接供给热转换加热装置利用，通过热转换加热装置的处理，对燃烧产生的尾气的热能加以利用，用于制备热水，使热水的制备效率大大提升，且避免了燃烧产生的尾气直接排放到室外。

综上所述，整套设备尽管应用了燃烧燃气制备热水的原理，也不会向室外排放出高温的有害气体；具体是，其工作时吸入的是室外高温空气，排放的是洁净的低温空气，故有效的降低室外空气温度，是室外空气的降温设备，对于治理温室效应具有举足轻重的意义。此外，本设备同时具备制热和制冷功能，制热功能可用于制备热水供用户沐浴、沐足、饮用、烹饪、及供暖等多项热需求活动用，制冷功能可用作冷媒供冰箱、空调等多种制冷家电用；可见，本设备涉及的使用面十分广泛，且功能可无限扩展，是家电行业中具有革命性的产品；在满足人类日常生活中各项活动的基础上，有效的治理温室效应。

附图说明

图1为本发明一实施例热转换加热阶段的示意图。

图2为本发明一实施例混合加热阶段的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1和图2，本一体式冷热多功能设备，包括共同整合于壳体1内的承压水箱4、热转换加热装置2和燃气加热装置3；热转换加热装置2运用逆卡诺原理，以极少的电能吸收空气中大量的低温热能，并压缩变成高温热能，进而达到加热效果；燃气加热装置3通过燃烧燃气对内部的水管进行燃烧加热，进而达到加热效果。壳体1上设有与热转换加热装置2上的进气口对应的室外热空气进口1.1，热转换加热装置2上的出气口连接壳体1上的冷空气出口1.2，热转换加热装置2工作产生的冷气可被利用，达到制冷效果，具体可应用于冰箱、饮水机或空调上；热转换加热装置2包括第一换热盘管2.4，该第一换热盘管2.4设置于承压水箱4内；燃气加热装置3上的排烟管3.6与热转换加热装置2上的进气口连通；燃气加热装置3包括第二换热盘管3.5，该第一换热盘管2.4设置于承压水箱4内；热转换加热阶段，室外热空气进口1.1打开进气，第一换热盘管2.4独立工作对承压水箱4中的水加热；室外空气温度较低时进入混合加热阶段，燃气加热装置3开始工作，且燃气加热装置3工作排出的高温尾气被热转换加热装置2接收，以使第一换热盘管2.4和第二换热盘管3.5共同对承压水箱4中的水加热。通过整合热转换加热装置2和燃气加热装置3于一体，使彼此可配合工作；当室外热空气温度满足条件时，热转换加热装置2单独工作；当室外热空气温度不满足条件时，燃气加热装置3开始工作，热转换加热装置2吸收了燃气加热装置3工作产生的高温尾气后可正常工作，即热转换加热装置2和燃气加热装置3可同时工作制取热水，因此本设备的加热效率高，能耗低，而且节能环保。

进一步说，室外热空气进口1.1处设置有启闭装置7，启闭装置7电动控制开关；当热转换加热装置2独立工作时，启闭装置7打开室外热空气进口1.1，以保证室外热空气进入壳体1内供给热转换加热装置2使用；当室外热空气温度较低时，启闭装置7封闭室外热空气进口1.1，燃气加热装置3工作产生的高温尾气被热转换加热装置2利用。

进一步说，第一换热盘管2.4在承压水箱4内的位置高于第二换热盘管3.5在承压水箱4内的位置；即第一换热盘管2.4首先加热承压水箱内上部的水，第二换热盘管3.5首先加热承压水箱4内下部的水；热转换加热装置2单独工作时，承压水箱4内上部的水首先被加热，因此先使用上部的水；热转换加热装置2和燃气加热装置3同时工作时，分别加热上部和下部的水，使承压水箱4内的水均匀加热，且提高加热效率。

进一步说，壳体1上设置有燃气进口1.3和冷水进口1.4；燃气加热装置3上设置有燃气口3.1、冷水口3.2、回水口3.3和热水口3.4；燃气进口1.3与燃气口3.1连接，冷水进口1.4分支连接冷水口3.2和承压水箱4，第二换热盘管3.5一端连接热水口3.4、另一端连接回水口3.3。

进一步说，热转换加热装置2包括冷凝器2.1、压缩机2.2和蒸发器2.3，冷凝器2.1与蒸发器2.3之间回路连接，压缩机2.2设置于冷凝器2.1与蒸发器2.3之间，冷凝器2.1上的出水口连接第一换热盘管2.4一端、进水口连接第一换热盘管2.4另一端，蒸发器2.3的出风侧与冷空气出口1.2连通。

进一步说，承压水箱4内设置有供水管6，供水管6的进水端向上延伸至承压水箱4内腔上部、出水端连接承压水箱4下部的热水供水口4.3，由热水供水口4.3排出的热水可作沐浴、饮用等用途；冷水进口1.4连通承压水箱4下部，即实际使用中，承压水箱4内的水由下往上流动，达到步进式加热，往上流动过程中至少受到一换热盘管的换热作用，确保往外供应的水水温均匀、达标。

进一步说，供水管6周围盘旋有第三换热盘管5，第三换热盘管5一端连接承压水箱4上的供暖出口4.1、另一端连接承压水箱4上的供暖回口4.2。供暖出口4.1和供暖回口4.2分别连接外置的供暖装置，达到了供暖效果。

进一步说，冷空气出口1.2和排烟管3.6上设置有单向阀8，有效避免高温尾气或冷气逆排。

上述一体式冷热多功能设备的工作原理，包括热转换加热阶段和混合加热阶段；

热转换加热阶段包括以下步骤：

一、室外热空气进口1.1打开，室外热空气进去壳体1内，并供给热转换加热装置2使用；

二、热转换加热装置2吸收热空气中的热源以制取热水，所制得的热水进入第一换热盘管2.4；

三、第一换热盘管2.4在承压水箱4内进行热交换，达到加热承压水箱4内的水的目的；

四、第一换热盘管2.4内完成热交换工作的水回到热转换加热装置2再次加热，以循环完成上述步骤二和步骤三的工作；

混合加热阶段包括以下步骤：

(一)室外热空气温度较低，导致承压水箱4上的温度传感器检测到承压水箱4内的水在规定时间内不能达到设定温度值时，即判定为室外空气温度较低，此时***控制启闭装置7将室外热空气进口1.1关闭，并控制燃气加热装置3开始工作，热转换加热装置2处于待工作状态；

(二)燃气加热装置3利用燃气燃烧制得热水，所制得的热水进入第二换热盘管3.5；与此同时，燃气加热装置3工作产生的高温尾气被热转换加热装置2利用，热转换加热装置2吸收高温尾气中的热源以制取热水，所制得的热水进入第一换热盘管2.4；

(三)第一换热盘管2.4和第二换热盘管3.5分别在承压水箱4内进行热交换，达到加热承压水箱4内的水的目的；

(四)第一换热盘管2.4内完成热交换工作的水回到热转换加热装置2再次加热，第二换热盘管3.5内完成热交换工作的水回到燃气加热装置3再次加热，以循环完成上述步骤(二)和步骤(三)的工作；

进一步说，热转换加热装置2工作产生的冷空气经冷空气出口1.2排出，以作进一步利用。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种一体式冷热多功能设备，包括设置于壳体(1)内的承压水箱(4)，其特征在于：还包括共同设置于壳体(1)内的热转换加热装置(2)和燃气加热装置(3)；所述壳体(1)上设有与热转换加热装置(2)上的进气口对应的室外热空气进口(1.1)，热转换加热装置(2)上的出气口连接壳体(1)上的冷空气出口(1.2)；所述热转换加热装置(2)包括第一换热盘管(2.4)，该第一换热盘管(2.4)设置于承压水箱(4)内；所述燃气加热装置(3)上的排烟管(3.6)与热转换加热装置(2)上的进气口连通；所述燃气加热装置(3)包括第二换热盘管(3.5)，该第一换热盘管(2.4)设置于承压水箱(4)内；热转换加热阶段，室外热空气进口(1.1)打开进气，第一换热盘管(2.4)独立工作对承压水箱(4)中的水加热；室外空气温度较低时进入混合加热阶段，燃气加热装置(3)开始工作，且燃气加热装置(3)工作排出的高温尾气被热转换加热装置(2)接收，以使第一换热盘管(2.4)和第二换热盘管(3.5)共同对承压水箱(4)中的水加热。

2.根据权利要求1所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述室外热空气进口(1.1)处设置有启闭装置(7)；当热转换加热装置(2)独立工作时，启闭装置(7)打开室外热空气进口(1.1)，以保证室外热空气进入壳体(1)内供给热转换加热装置(2)使用；当室外热空气温度较低时，启闭装置(7)封闭室外热空气进口(1.1)，燃气加热装置(3)工作产生的高温尾气被热转换加热装置(2)利用。

3.根据权利要求1所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述第一换热盘管(2.4)在承压水箱(4)内的位置高于第二换热盘管(3.5)在承压水箱(4)内的位置。

4.根据权利要求1所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述壳体(1)上设置有燃气进口(1.3)和冷水进口(1.4)；所述燃气加热装置(3)上设置有燃气口(3.1)、冷水口(3.2)、回水口(3.3)和热水口(3.4)；所述燃气进口(1.3)与燃气口(3.1)连接，冷水进口(1.4)分支连接冷水口(3.2)和承压水箱(4)，第二换热盘管(3.5)一端连接热水口(3.4)、另一端连接回水口(3.3)。

5.根据权利要求1所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述热转换加热装置(2)包括冷凝器(2.1)和蒸发器(2.3)，冷凝器(2.1)与蒸发器(2.3)之间回路连接，冷凝器(2.1)上的出水口连接第一换热盘管(2.4)一端、进水口连接第一换热盘管(2.4)另一端，蒸发器(2.3)的出风侧与冷空气出口(1.2)连通。

6.根据权利要求1所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述承压水箱(4)内设置有供水管(6)，供水管(6)的进水端向上延伸至承压水箱(4)内腔上部、出水端连接承压水箱(4)下部的热水供水口(4.3)。

7.根据权利要求6所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述供水管(6)周围盘旋有第三换热盘管(5)，第三换热盘管(5)一端连接承压水箱(4)上的供暖出口(4.1)、另一端连接承压水箱(4)上的供暖回口(4.2)。

8.根据权利要求1所述一体式冷热多功能设备，其特征在于：所述冷空气出口(1.2)和/或排烟管(3.6)上设置有单向阀(8)。

9.一种用于权利要求1-8任一项所述一体式冷热多功能设备的工作原理，其特征在于：包括热转换加热阶段和混合加热阶段；

热转换加热阶段包括以下步骤：

一、室外热空气进口(1.1)打开，室外热空气进去壳体(1)内，并供给热转换加热装置(2)使用；

二、热转换加热装置(2)吸收热空气中的热源以制取热水，所制得的热水进入第一换热盘管(2.4)；

三、第一换热盘管(2.4)在承压水箱(4)内进行热交换，达到加热承压水箱(4)内的水的目的；

四、第一换热盘管(2.4)内完成热交换工作的水回到热转换加热装置(2)再次加热，以循环完成上述步骤2和3的工作；

混合加热阶段包括以下步骤：

(一)室外热空气温度较低，导致承压水箱(4)内的水不能达到设定温度值时，室外热空气进口(1.1)关闭，燃气加热装置(3)开始工作；

(二)燃气加热装置(3)利用燃气燃烧制得热水，所制得的热水进入第二换热盘管(3.5)；与此同时，燃气加热装置(3)工作产生的高温尾气被热转换加热装置(2)利用，热转换加热装置(2)吸收高温尾气中的热源以制取热水，所制得的热水进入第一换热盘管(2.4)；

(三)第一换热盘管(2.4)和第二换热盘管(3.5)分别在承压水箱(4)内进行热交换，达到加热承压水箱(4)内的水的目的；

(四)第一换热盘管(2.4)内完成热交换工作的水回到热转换加热装置(2)再次加热，第二换热盘管(3.5)内完成热交换工作的水回到燃气加热装置(3)再次加热，以循环完成上述步骤2和3的工作。

10.根据权利要求9所述一体式冷热多功能设备的工作原理，其特征在于：所述热转换加热装置(2)工作产生的冷空气经冷空气出口(1.2)排出，以作进一步利用。