專利名稱：家用空調全熱回收熱水器的制作方法
技術領域：
)實用新型涉及暖通空調工程技術領域，具體地說涉及一種利 用空調余熱對水進行加熱的熱水器。
背景技術：
隨著國際能源的日益緊張，地球溫室效應不斷惡化，國家提出 節能降耗的更深要求，國人節能意識也在進一步加強。能源綜合利用 的產品開發工作刻不容緩。隨著社會的發展進步，空調已經基本進入 到每個家庭，如果將空調制冷時所產生的廢熱用來加熱人居生活用 水，既可免除用熱水對燃氣等能源的消耗，對改善地球溫室效應也具 有一定的貢獻。
空調余熱利用技術剖析在空調制冷系統中，當壓縮機將經過 位于室內機內的蒸發器蒸發成氣態的制冷劑壓縮為高溫高壓的氣態制 冷劑，并送到位于室外機內的冷凝器散熱后，氣態制冷劑變成常溫高 壓的液態制冷劑，這部分熱量由風機吹出散失到空氣中，對環境是一 種污染，也是一種能源浪費。
近年來，市面上出現了一種空氣源熱泵熱水器和空調余熱利用 熱水裝置，傳統的空氣源熱泵熱水器只能是單一專用做熱水器，需投 資一臺空氣源熱泵機組；而傳統的空調余熱利用熱水器是在儲水保溫 箱內設置單一的沉浸式熱交換器，從壓縮機出來的制冷劑溫度大約為 60-70。C，當儲水保溫箱內的水溫達到50'C以上時，交換器效率很 差，當儲7K保溫箱排放熱水時，又重新注入15-25"C的自來水時，儲 水保溫箱內的水溫降低，當水溫低于45'C時，不適宜用作洗澡用 水，所以這種空調余熱利用熱水器的回收熱量利用率相當低，經過檢 測計算，能回收用于加熱水的熱量不足20°/。，其余80%的熱量仍被排 放到大氣中造成能源浪費污染。普通空調室外釋放出來的廢熱雖然多，但溫度相當低，是種低位能量，特別家用空調壓縮機排氣溫度為
60-70'C，而生活用熱水溫度需要55。C左右，只有5-15'C的溫差可利 用，因此利用率并不高。市面上還有一種釆用循環水泵推動逆流套管 循環熱交換器，初始換熱效率高，當儲水保溫箱的水溫接近55'C 時，換熱效果還是不理想，熱水另外還需要一臺循環水泵，增加了耗 能，也增加了故障的機會；此外，市面上還有另一種方法是將壓縮機 排氣溫度壓力升高來提高熱回收量，但由于提高了冷凝溫度，使得制 冷機冷效比被降低。

實用新型內容
本實用新型的第一個目的是提供一種家用空調全熱回收熱水器， 可利用目前普通家庭中現有的家用分體空調機進行加裝改造，該熱水 器可以在空調機制冷時，對室外機排放的低位熱能全部吸收用于加熱 生活用水，并且當儲水保溫箱放熱水和重新注入自來水時不會明顯降 低熱水出口的出水溫度。
本實用新型的第二個目的是提供一種家用空調全熱回收熱水器， 其儲水保溫箱可大流量放熱水而無須另外配置水泵。
本實用新型的第三個目的是提供一種家用空調全熱回收熱水器， 在冬天不使用冷氣時，同樣能使用本熱水器加熱生活用水。
為實現上述第一個目的，本實用新型采用了以下技術方案提 供了 一種家用空調全熱回收熱水器，改裝在普通家用分體空調室外機 上，組成空調室內機、室外機、熱水器三位一體制冷、制熱水系統。 該熱水器包括具有自來水入口和熱水出口的儲水保溫箱，該儲水保溫 箱內設置有連接于家用空調系統的換熱器，所述換熱器由第一級換熱 器和第二級換熱器連接而成，其中第一級換熱器為連通至家用空調系 統壓縮機輸出端的沉浸式換熱器，第二級換熱器為套管式逆流換熱 器，該套管式逆流換熱器包括內管和外套管，內管入口與所述沉浸式 換熱器相連通，內管出口與家用空調系統冷凝器的輸入端相連通，外套管環隙的一端連接于所述自來水入口，另一端設置有溫控流量調節 水閥。
注水路徑為自來水入水口、第二級套管式逆流換熱器、溫控流 量調節水閥、儲7JC保溫箱(沉浸式換熱器)、熱水出口；制冷劑路徑 為接空調室外壓縮機出口銅管、第一級沉浸式換熱器、第二級套管 式逆流換熱器的內管、接空調室外冷凝器入口銅管。制冷;^文熱與水吸 熱形成逆向循環。
上述兩級換熱器，第一級采用沉浸式換熱器全部沉浸于儲水保 溫箱的水里，壓縮機排出的60-70X:高溫高壓氣態制冷劑首先流過該 沉浸式換熱器，將儲水保溫箱內的水加熱至55-60n并恒溫，此過程 交換的熱量約為15-20%;第二級采用套管式逆流換熱器，內管與沉 浸式換熱器相連通，制冷劑從內管流過，而自來水則從自來水入口流 入，并以相反的方向從外套管環隙中流過。經第一級沉浸式換熱器換 熱后，內管中的余溫約為55-60n的制冷劑與外套管環隙中的溫度約 為15-25。C的自來水逆流換熱，自來水吸熱后升溫30'C,到達外套管 環隙的出口時水溫約為40-50°C，內管中的制冷劑;故熱后降溫25°C， 從內管出來的溫度約為20-30°C，空調制冷所產生熱量的80%以上由 套管式逆流換熱器交換到自來水中，從而實現了對空調余熱百分百的 利用，解決了其它空調余熱熱水器熱能利用率低的技術難題。
本實用新型在第一級換熱器與第二級換熱器之間，也即是外套 管環隙的出口處配置了一個溫控流量調節水閥，以4艮據加熱后的水溫 來控制注入水的流量，使注入水量與空調機的制熱量相匹配，使注入 儲水保溫箱的水溫控制在設定的溫度之上，當儲水保溫箱放熱水和重 新注入自來水時不會明顯降低熱水出口的出水溫度。當空調關閉時， 由于采用了溫控流量調節水閥，當第二級換熱器中的水溫達不到設定 溫度(例如40。C)時，溫控流量調節水閥為關閉狀態，所以不會沖冷儲水保溫箱內的熱水，出水溫度不會降低，解決了其它空調余熱熱 水器在空調不開機時熱水不能用的技術難題。
為了實現上述第二個目的，所述儲水保溫箱采用承壓結構，其 內包括了空氣脹縮區和儲水區，入水時利用自來水的水壓將儲7JC保溫 箱內的空氣壓縮，自來水按一定流量流入套管式逆流換熱器加熱后再 注入儲水區，并由第一級沉浸式換熱器繼續加熱和恒溫。當^f吏用熱水 時，由于儲水保溫箱內壓縮空氣的膨脹壓力，可大流量放熱水不需要 另外配置水泵，滿足了淋浴等生活需要，提高了節能，系統簡單、實 用且穩定。
為了實現上述第三個目的，所述套管式逆流換熱器與家用空調 系統冷凝器之間增設有附加毛細管和第一旁通電磁閥，家用空調系統 的原有毛細管的輸入端與所述壓縮機的輸入端之間設置有第二旁通電 磁閥。上述方案通過安裝控制閥、節流與旁通控制，將單冷式空調機 轉變為空氣源熱泵制熱水系統，即為空調制冷、熱水兩用系統，夏天 用制冷免耗能制熱水，冬天開熱泵制熱水。冬天空調室內機運行制冷 時，空調室外機可采用逆卡諾循環原理制熱，加裝在室外的第一旁通 電磁閥動作關閉主路直管，第二旁通電磁閥打開，由此使得室外機的 冷凝器轉變為熱泵熱水系統的蒸發器，此時流過室外機冷凝器(用作 蒸發器)的低溫低壓液態制冷劑通過吸收周圍空氣中的熱量就會蒸發 汽化成為常溫氣態制冷劑，通過第二旁通電磁閥(不經原有毛細管和 室內機)直接旁通到壓縮機，壓縮為高溫高壓的液態制冷劑，溫度可達
到75-85*C,然后送到儲7JC保溫箱內的換熱器，高溫高壓的液態制冷 劑在換熱器中冷凝放熱，此時熱量高效全部回收，此技術突破解決了 單冷式家用不能使用空調熱水器的這一難題。
所述壓縮機的輸入端設置有防過低壓及防結霜保護開關，輸出 端設置有防過高壓及缺水開關。
所述沉浸式換熱器優選為圓銅管盤管式結構。所述套管式逆流換熱器的內管優選為銅管盤管式，外套管優選 為承壓隔熱鋁塑復合管。
綜上所述，本實用新型的優點和有益效果為
1 、通過兩級換熱器實現空調系統的全熱回收并利用到加熱儲水 保溫箱中的水，制冷能效比高達C0P4. 5，相對其它的空調余熱利用 熱水器而言，可以達到更好的制冷效果，能效比提高30%以上，對于 節能也做出近一步的貢獻。
2、 儲水保溫箱排放熱水和重新注入自來水時不會明顯降低出水 溫度。
3、 儲水保溫箱采用承壓結構，配有空氣脹縮區和儲水區，使用 熱水時可大流量放水而不需要另外配置水泵，提高了節能，系統簡 單、實用且穩定。
4、 利用室外機空氣源熱泵轉換控制技術，使單冷式家用空調機 在不開制冷時也能使用本熱水器耗能低廉的熱泵形式制熱水，并且不
需要運行室內機風扇。
本實用新型實用性高，目前中國南方地區每個家庭及單位使用 空調機已趨向普及化。若每個家庭都安裝上本實用新型的家用空調余 熱利用熱水器，使用空調免耗能用熱水，將是一次人居生活的技術革 命。 一般家庭人員洗澡是在晚上18點至22點間歇用水，每次用水 30-60L，而使用空調機制冷是連續進行， 一臺一匹分體空調機(制冷 量2. 5KW),每小時全熱利用加熱到55度產熱水70-80千克，每天 制冷4小時，配置一臺容積180L儲水保溫箱，足夠一個5 口普通家 庭每天的使用。經濟效益方面，按每人每天用熱水30KG計算，如使 用電熱水器用電1.04度約電費為0.8元；如使用燃氣熱水器用燃氣 0. 237立方米，費用約0.3元，相當消耗標準煤0.34千克；如5000 萬人都用上空調余熱水器，每年將節能降耗相當于標準煤620萬噸， 超過五百億的經濟效益，社會效益和經濟效益極其顯著。

圖l是本實用新型的系統連接示意圖。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。
具體實施方式

參見圖1，本實用新型的家用空調全熱回收熱水器改裝在普通家
用分體空調室外機上，家用空調系統一般由室內機18和室外機19組 成，室內機18具有蒸發器15，室外機19具有壓縮機1和冷凝器 14，蒸發器15與冷凝器14之間設置有第一毛細管17，壓縮機1的 輸入端設置有防過低壓及防結霜保護開關2，輸出端設置有防過高壓 及缺水開關3。該熱水器包括具有自來水入口 6和熱水出口 7的儲水 保溫箱8,自來水入口 6處設置有減壓閥，該儲7K保溫箱8內設置有 連接于室外才幾19的兩級式換熱器，第一級換熱器為通過高溫高壓排 氣管4連接于壓縮機1輸出端的沉浸式盤管換熱器10，第二級換熱 器為套管式逆流換熱器9，該套管式逆流換熱器9由內管91和外套 管92組成，內管91為銅管盤管式，外套管92為承壓隔熱鋁塑復合 管。內管91的入口與沉浸式盤管換熱器10相連通，內管91的出口 通過冷凝后高壓常溫管5與冷凝器14的輸入端相連通。外套管92的 環隙具有連接于自來水入口 6的進水口 921和可朝向儲水保溫箱8內 打開的注水口 922。壓縮機1排出的60-70。C高溫高壓氣態制冷劑首 先流過沉浸式盤管換熱器10，將儲水保溫箱8內的水20加熱至55-6(TC并保溫，此過程交換的熱量約為15-20%;套管式逆流換熱器9 的內管91與沉浸式盤管換熱器IO相連通，制冷劑從內管91流過， 而自來水則從儲7jc保溫箱8的自來7jc入口 6流入，從進水口 921流入 外套管92的環隙，并以相反的方向從外套管92的環隙中流過。經沉 浸式盤管換熱器IO換熱后，內管91中的余溫約為55-60。C的制冷劑 與外套管環隙中的溫度約為15-25'C的自來水逆流換熱，自來水吸熱 后升溫3(TC,到達外套管環隙的注水口 922時水溫約為40-50°C,內管91中的制冷劑放熱后降溫從內管91出來并流入冷凝后高 壓常溫管5的制冷劑溫度約為20-30°C,空調制冷所產生熱量的80% 以上由套管式逆流換熱器9交換到自來水中，從而實現了對空調余熱 百分百的利用，解決了其它空調余熱熱水器熱能利用率低的技術難 題。
為了避免當儲水保溫箱8放熱水和重新注入自來水時明顯降低 熱水出口 7的出水溫度，在沉浸式盤管換熱器10與套管式逆流換熱 器9之間，也即是外套管環隙的注水口 922處配置了一個溫控流量調 節水閥11，以根據加熱后的水溫來控制注入水的流量，使注入水量 與空調機的制熱量相匹配，使注入儲水保溫箱8的水溫控制在設定的 溫度之上，當儲7jc保溫箱8放熱水和重新注入自來水時不會明顯降低 熱水出口 7的出水溫度。溫控節流閥的構造和工作原理屬于本領域較 為成熟的技術和手段，此處不作詳細描述。當空調關閉時，由于采用 了溫控流量調節水閥11,當套管式逆流換熱器9中的水溫達不到設 定溫度(例如40'C)時，溫控流量調節水閥11為關閉狀態，所以不 會沖冷儲水保溫箱8內的熱水20，熱水出口 7的出水溫度不會降 低，解決了其它空調余熱熱水器在空調不開機時熱水不能用的技術難 題。
儲水保溫箱8采用承壓結構，其內包括了空氣脹縮區和儲水 區，入水時利用自來水的水壓將儲7JC保溫箱8內的空氣21壓縮，自 來水按一定流量流入套管式逆流換熱器9加熱后再注入儲水區，并由 沉浸式盤管換熱器10繼續加熱和保溫。當使用熱水時，由于儲水保 溫箱8內壓縮空氣21的壓力，可大流量放熱水而不需要另外配置水 泵，滿足了淋浴等生活需要，提高了節能，系統簡單、實用且穩定。
套管式逆流換熱器9與室外機19的冷凝器14之間的主管路設 置有第一旁通電磁閥12，在第一旁通電》茲閥12的進出兩端之間連接 有第一旁路22，該第一旁路22上設置有第二毛細管13;在第一毛細管17的輸入端與壓縮機1的輸入端之間連接有第二旁路23,該第二 旁路23上設置有第二旁通電磁閥16。上述方案通過安裝電磁閥、節 流與旁通控制，將單冷式空調機轉變為空氣源熱泵制熱水，組成空調 制冷、熱水二用機組，夏天用制冷免耗能制熱水，冬天開熱泵制熱水。 冬天室內機18不使用空調制冷時，空調室外機19可采用逆卡諾循環 原理制熱，加裝在室外機19的第一旁通電磁閥12動作關閉主管路， 旁通第二毛細管13，將室外機19的冷凝器14轉變為蒸發器，此時流 過室外機冷凝器14 (用作蒸發器)的低溫低壓液態制冷劑通過吸收 周圍空氣中的熱量就會蒸發汽化成為常溫氣態制冷劑，打開第二旁通 電磁閥16，不經第一毛細管17和室內機18直接旁通到壓縮機l，壓 縮為高溫高壓的液態制冷劑，溫度可達到75-85°C，然后送到儲水保 溫箱8內的換熱器10、 9,高溫高壓的液態制冷劑在換熱器10、 9中 冷凝放熱，此時熱量高效全部回收，此技術突破解決了其它空調熱水 器必須開曖氣才能制熱水的這一難題。
權利要求1、一種家用空調全熱回收熱水器，包括具有自來水入口和熱水出口的儲水保溫箱，該儲水保溫箱內設置有連接于家用空調系統的換熱器，其特征在于所述換熱器由第一級換熱器和第二級換熱器連接而成，其中第一級換熱器為連通至家用空調系統壓縮機輸出端的沉浸式換熱器，第二級換熱器為套管式逆流換熱器，該套管式逆流換熱器包括內管和外套管，內管入口與所述沉浸式換熱器相連通，內管出口與家用空調系統冷凝器的輸入端相連通，外套管環隙的一端連接于所述自來水入口，另一端設置有溫控流量調節水閥。
2、 根據權利要求1所述的家用空調全熱回收熱水器，其特征在 于所述儲水保溫箱采用承壓結構，其內包括了空氣脹縮區和儲水 區。
3、 根據權利要求2所述的家用空調全熱回收熱水器，其特征在 于所述套管式逆流換熱器與家用空調系統冷凝器之間增設有附加毛 細管和第一旁通電> 茲閥，家用空調系統的原有毛細管的輸入端與所述 壓縮機的輸入端之間設置有第二旁通電磁閥。
專利摘要本實用新型涉及一種家用空調全熱回收熱水器，改裝在普通家用分體空調室外機上，該熱水器的儲水保溫箱內設置的換熱器由第一級換熱器和第二級換熱器連接而成，其中第一級換熱器為連通至家用空調系統壓縮機輸出端的沉浸式換熱器，第二級換熱器為套管式逆流換熱器，其內管入口與沉浸式換熱器相連通，內管出口與家用空調系統冷凝器的輸入端相連通，外套管環隙的一端連接于自來水入口，另一端設置有溫控流量調節水閥。本實用新型通過兩級換熱器實現空調系統的全熱回收，實現了對空調余熱百分百的利用，解決了其它空調余熱熱水器熱能利用率低的技術難題，并且儲水保溫箱排放熱水和重新注入自來水時不會明顯降低出水溫度。
文檔編號F24F12/00GK201306813SQ200820204040
公開日2009年9月9日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者鄧惠文 申請人:鄧惠文