专利名称：一种双效四季节能冷暖空调热水三用机的制作方法
技术领域：
本发明涉及家用冷暖空调器与热水器联用系统和节能技术。
家用冷暖空调器夏天制冷时向室外环境排放热量，冬季向室内供暖气，春、秋季一般被闲置。空调器的实际的制冷系数或供热系数(COP)约2.8～3.0，一般1.25匹马力(0.92KW)电功率的空调器夏天或冬天都可获得其电功率2.8～3.0倍的冷量或热量。家用电热水器一年四季都要用，三口之家以日用热水120公斤从20℃加热到50℃来计算，日耗电约4.2度，年耗电约1500度，可见电热水器是一种耗电很大的家用电器。节约电热水器的电能耗是节能的大课题。经检索，已有基于利用空调器制冷时冷凝器排放到大气中未利用的热量来加热热水以节约能源这一原理的实用新型有包括专利号为85202970、90201632、90217674、93206750.6、94216590、94237059、95222060、95237765、95228722在内的实用新型15项，上列这几个实用新型专利并未与冷暖型空调器结合；发明专利有二项90109269.X“用于调节空气和供给热/冷水的方法”把制冷机的冷凝器和蒸发器都先与第一、第二液体交换，而后再与水交换，成为热水和冷水用；92110270.4、“制冷热泵热水机”是专门用于加热水的。以上专利所采用的方式大致可归结为两类一类把风冷冷凝器改为水冷冷凝器；另一类在风冷冷凝器入口前压缩机排气口后增加水冷冷凝器。前一类方案适合做热泵热水器，但因夏天用冷气量很大，水冷冷凝器需消耗的水量也很大，仅靠生活用水量无法平衡，将造成大量水的浪费，在缺水的城市不可取；后一类方案可在夏季兼顾室内空气降温及供应生活用水，但冬季在取热水时不能不影响供暖气。上述这些方案或不能一年四季供热水，或不能再供暖气，其节能只限于夏季利用冷凝热加热生活用水，没有反向利用冷水中所含的有效能来增加制冷量，仍然不能提高设备的利用率。
专利号为97227264.X的“节能型冷暖空调拖热水器”提出在冷暖空调机回路中增设一个具有五个气室的二位四通阀和二个二位三通阀，使装置分别单独执行制冷气、热气、热水的功能。该装置虽然一年四季可获热水，但不能在制冷气时同时获热水；专利号为95246577.9的“可提供热水的冷暖房间空调器”，在带有双室内机空调器的制冷回路中增添了一段毛细管、二段带电磁阀的旁路、一个带电加热器和换热器的水箱；其电磁阀(23)的连接位置限定是“所述的毛细管(22)、(12)、(13)之间和所述的电磁换向阀(9)与贮液器(7)之间还跨接有一电磁阀(23)”；因为其贮液器是接于压缩机进口，所以电磁阀(23)的一端与贮液器接，则电磁阀(23)与换向阀(9)相接的接口也应当是与贮液器等压的低压口，而该专利说明书中提到“当设定为热水方式，空调器运转，压缩机(8)将高温高压制冷剂经…水箱(25)内的热交换器(26)，…电磁换向阀(9)、电磁阀(23)、毛细管(22)、(12)、过滤器(11)、节流降压后进入室外机组的热交换器(10)中，最后低压制冷气体通过电磁阀(9)、贮液器(10)回到压缩机(8)，电磁阀(24)是处于关闭状态。”但根据其权利要求的电磁阀(23)的连接法是无法实现这一循环的，一是因为电磁阀(23)一端处于低口，即使硬把电磁阀(23)低压端改接在电磁换向阀(9)的高压出口，制冷剂也不可能流经毛细管(22)、(12)，而只能流经毛细管(12)。该专利不能有效地实现单独制热水的循环，也未解决冬季制热水对供暖气的影响，更不能利用冷水中所含的可用能。
专利号为961212217的一种采用逆流式过冷器的空调用制冷/热蓄冷/热系统，提供了一种通过蓄冷水使制冷循环中从冷凝器流出的制冷剂过冷并提高制冷量的方法。但该专利并未涉及与热水器连用的问题。
本发明的目的是解决现有冷暖空调器和电热水器的不足，克服上述发明和实用新型的不完善，提出一种具有不仅在夏季能100％节省电热水器的电能，又能利用冷却水的冷能增加制冷量的双效节能特点的、而且在冬季既不降低空调机暖气供应能力，又可不另外耗电地获得温水，春秋季能作单独热泵型热水器之用，可一年四季都能发挥空调器的节能作用的四季节能冷暖空调热水三用机。
附
图1是本发明双效四季节能冷暖空调热水三用机的主要部件、连接关系的系统流程示意图。
这种双效四季节能冷暖空调热水三用机，包括冷暖空调器的室外机(O)、室内机(I)、热水器和运行控制保护系统四大部分；所述室内机(I)包括室内风冷换热器(V)，室内机风扇(F2)，室内温度传感器(K1)，其连接管件的两端留有与室外机的接口(V1)、(V2)；所述室外机(O)包括压缩机(C)、四通二位换向电磁阀(T)、室外机换热器、室外机风扇(F1)、化霜控制器(R)、干燥器(G)、节流器(J)、贮液器(Q)，其连接管件的两端留有与室内机的接口(O1)、(O2)；室内机(I)和室外机(O)由连接管路(L5)、(L6)连接组成冷暖空调器制冷/热循环回路，回路内装有制冷剂；所述热水器包括贮水箱(H)、加热器以及温度显示控制传感器(K)，贮水箱有自来水进口和热水出口，冷水进入箱内底层，热水取自箱内顶部热水，贮水箱内装满水，贮水箱外部包有保温层；所述运行控制保护系统包括单片电脑控制器、电器运转部件的电路开关执行元件；室外机中的压缩机(C)的入口(C1)与贮液罐(Q)的出口相连接，四通电磁阀(T)低压气出口(T3)与贮液罐(Q)的入口相连接，四通电磁阀(T)除高压气进口(T1)外所剩的另外二个接口一个接口(T2)与室外换热器的风冷换热器(S)的高压入气口(S1)相连接，另一个接口(T4)接至室外机的接口(O2)，再经连接管(L6)与室内机风冷冷凝器接口(V2)相接；其特征在于所述室外机(O)的室外换热器由室外风冷换热器(S)、冷嗳空调器与热水器共用的水冷换热器(B)、换热器的制冷剂通路控制用的单通电磁阀(D1)组成；所述节流器(J)为由双节流元件和双单向阀(P1)和(P2)组成的双回路双向节流机构；该双节流元件由制冷节流元件(J1)和制热节流元件(J2)组成；所述室外换热器组件的连接方式是压缩机(C)的排气口(C1)的出口连接管分二路一路与四通二位换向电磁阀(T)的高压气入口(T1)相连接，另一路与电磁阀(D1)的入口相连接；水冷换热器(B)的制冷剂通道的入口(B1)与电磁阀(D1)、两个单向阀(P1)、(P2)三者的出口共连接，其出口(B2)之后，也分二路分别与两节流元件(J1)和(J2)的入口相连接；干燥器(G)最好接在出口(B2)与两节流元件(J1)和(J2)的入口之间；水冷换热器(B)为逆流式换热器，水路流向由下而上，制冷剂流向由上而下，其下部留有入水口(b1)，上方留有出水口(b2)；所述节流器(J)的双回路双向节流机构的两个单向阀(P1)、(P2)的入口，分别与两个节流元件(J2)、(J1)的出口，及分别与室外机风冷换热器(S)的离压缩机(C)远端的端口(S2)、室外机所留的接口(O1)连接，该接口(O1)经连接管路(L5)与室内机风冷换热器(V)的离压缩机(C)远端的端口(V1)相连接；所述热水器的加热器为组合加热器，它由水冷换热器(B)辅以电加热器(U)组成；所述电加热器(U)可安装在贮水箱(H)的水层中、或水冷换热器(B)中或它们之间的连接管路中，最好置于贮水箱(H)的循环热水入口(h3)的上方水层中、或安装在水冷换热器(B)的制冷剂盘管的上方水层中；所述热水器的贮水箱(H)设有循环水的进、出口，循环水的进口的实际水位高于循环水的出口水位和水冷换热器(B)出水口(b2)的水位；所述水冷换热器(B)的循环水进口(b1)、循环水出口(b2)，用连接管(L1)和(L2)分别与贮水箱(H)的循环水出口(h1)和循环热水入口(h3)相连，组成热水加热循环回路；所述室外换热器也可由室外风冷换热器(S)、冷嗳空调器与热水器共用的水冷换热器(B)、换热器的制冷剂通路控制用的单通电磁阀(D1)和在压缩机排气口之后增添的水冷换热器(A)以及(A)与(B)连接管路上的水路电磁阀(D2)组成；其连接方式是压缩机(C)的排气口(C1)与水冷换热器(A)的制冷剂通路的进口连接，水冷换热器(A)的制冷剂通路的出口分二路一路与四通二位换向电磁阀(T)的高压气入口(T1)相连接，另一路与电磁阀(D1)的入口相连接；水冷换热器(A)的水通路的进口(a1)与水冷换热器(B)的出口(b2)连接，水路电磁阀(D2)装在(a1)与(b2)的连接管路(L3)上；水冷换热器(B)的水出口(b2)还经水冷换热器(A)的旁通管路(L4)与水冷换热器(A)的水出口(a2)相汇合后经连接管(L2)与贮水箱(H)的循环入水口(h3)相连，再由贮水箱(H)的循环出水口(h1)与水冷换热器(B)的水入口(b1)间的连接管(L1)构成完整的水加热循环回路；所述节流器(J)的双回路双向节流机构也可用由制冷节流元件(J1)、制热辅助毛细管(J3)和四个单向阀(P1)、(P2)、(P3)和(P4)组成的结构代替，所保留的制冷节流元件(J1)的出口与所述新增加的二个单向阀(P3)和(P4)的入口相连接，新增加的二个单向阀(P3)和(P4)的出口分别与原两个单向阀(P2)和(P1)的入口相连接，也即同时分别与室内、外机两风冷换热器(V)、(S)的离压缩机(C)远端的端口(V1)、(S2)相接通，制热辅助毛细管(J3)的二端与单向阀(P4)的进出口相连接；
当所述热水器的贮水箱(H)的箱底和循环冷水出口的空间位置不高于水冷换热器(B)的入水口(b1)位置，或水箱的循环水入口的位置不高于水冷换热器(B)的出水口(b2)的位置，或贮水箱(H)安装于室内时，在贮水箱(H)与水冷换热器(B)之间的连接管路(L1)或连接管路(L2)上也可安装微型管道水泵(X)和循环水流量调节阀(W2)。
所述贮水箱(H)的循环冷水出口与自来水进口也可先在箱外的进水阀(W1)至贮水箱入水口的自来水进水管管道上汇合后以一个管接口与贮水箱(H)连接。
通常，对于小型家用空调器，所采用的节流元件(J)为毛细管；对于柜式空调器，节流元件(J)可为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管中的一种；当节流元件(J)为毛细管时，制热节流元件毛细管(J2)长于制冷节流元件毛细管(J1)。
所述三用机由运行控制保护系统按下述八种设置对压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)、制冷剂回路的电磁阀(D1)、水路电磁阀(D2)、电加热器(U)的开/停进行自动或手动控制，除吹风模态外，可得到七种功能效果优于冷暖空调器和电热水器单独运行的节能运行模态，该七种节能运行模态的控制设置及功能特点如下(1)冷气[M1]-空调器作正常制冷循环，电加热器(U)关；正常控制位压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)开，电磁阀(D1)和电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制冷状态，即接口(T1)与(T2)连通，接口(T3)与(T4)连通；运行时空调器的压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)的开/停正常受控于室内温传感器(K1)和室内温度设定值；各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)放热(正常态)，水冷换热器(B)参与换热(特征态)，室内机风冷换热器(V)吸热(正常态)，热水器的电加热器(U)不工作(正常态)；三用机供冷气(正常功能)兼供热水而不增电耗，又利用冷水之冷增加制冷量，双效节能(附加功能)。
(2)热风1[M2]-空调器作正常制热循环，电加热器(U)关；正常控制位压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)开，电磁阀(D1)和电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制热状态，即接口(T1)与(T4)连通，接口(T2)与(T3)连通；压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)的开/停还受控于室内温传感器(K1)和温度设定值，及室外除霜监控器；各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)吸热，水冷换热器(B)参与换热(特征态)，室内机风冷换热器(V)放热，热水器的电加热器(U)不工作；三用机制暖气(正常功能)，不减暖气兼供温水(附加功能)。
(3)除湿[M3]-空调器作正常制冷循环，电加热器(U)关；压缩机(C)、室内风扇(F2)开，电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制冷状态，即接口(T1)与(T2)连通，接口(T3)与(T4)连通；特征控制位电磁阀(D1)开，而室外风扇(F1)关；压缩机(C)、室内风扇(F2)的开/停还受控于室内温度传感器(K1)和室内温度设定值；各换热器工作情况室内外机风冷换热器(S)不换热(特征态之一)，水冷换热器(B)参与换热(特征态之二)，室内机风冷换热器(V)吸热，热水器的电加热器(U)不工作；回收全部冷凝热加热生活用水。三用机除湿(正常功能)，不多耗电并多供热水(附加功能)。
(4)热水1[M4]-空调器作室外吸热热泵循环、电加热器(U)关；当热水器温控器(K)测得的水温低于设定限值时，正常控制位压缩机(C)、室外风扇(F1)开，电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制热状态，即接口(T1)与(T4)连通，接口(T2)与(T3)连通；特征控制位电磁阀(D1)开，室内风扇(F2)关；空调器运行特殊自动受控制于热水器温度传感器(K)当水温达到设定限值时压缩机(C)和风机(F1)自动关，再当水温低于设定限值某一差值时，压缩机(C)和风机(F1)重新开；各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)吸热、水冷换热器(B)换热(特征态之一)、室内机风冷换热器(V)不换热(特征态之二)、热水器的电加热器(U)不工作；三用机作热泵热水器用(特别功能)。
(5)热水2[M5]-空调器作室内吸热热泵循环，电加热器(U)关；当温控器(K)测得的水温低于设定限值时，压缩机(C)、室内风机(F2)开，电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制冷状态，即接口(T1)与(T2)连通，接口(T3)与(T4)连通；特征控制位电磁阀(D1)开，室外风机(F1)关；空调器运行特殊自动受控制于热水器温度传感器(K)当水温达到设定限值时，压缩机(C)、室内风扇(F2)停止；当水温低于设定限值时，压缩机(C)和风机(F2)又重新开启；换热器工作情况室外机风冷换热器(S)不换热(特征态之一)，水冷换热器(B)换热(特征态之二)，室内机风冷换热器(V)吸热，热水器的电加热器(U)不工作；三用机作用热泵热水器用，从室内取热加热生活用水(特殊功能之一)，兼供室内冷气(附加功能)。
(6)快热1[M6]-空调器作室外吸热热泵循环。正常控制位电加热器(U)开；当温控器(K)测得的水温低于设定限值时，压缩机(C)、室外风扇(F1)开，四通电磁阀(T)处于制热状态，即接口(T1)与(T4)连通，接口(T2)与(T3)连通；特别控制位电磁阀(D1)和电加热器(U)开，而室内风扇(F2)关；空调器的压缩机、室外风扇和电加热器(U)的开和关受控制于热水器温度传感器(K)；另外电加热器(U)受漏电控制停。各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)吸热，水冷换热器(B)换热(特征态之一)，室内机风冷换热器(V)不换热(特征态之二)，热水器的电加热器(U)工作。三用机作快速热水器用(特殊功能之二)。
(7)快热2(M7)-空调器从室内取热作热泵循环。正常控制位电加热器(U)工作；当温控器(K)测得的水温低于设定限值时，压缩机(C)、室内风扇(F2)开，四通电磁阀(T)处于制冷状态，即接口(T1)与(T2)连通，接口(T3)与(T4)连通；特征控制位电磁阀(D1)和电加热器(U)开，室外风扇(F1)关；空调器的压缩机、室外风扇和电加热器(U)的开和关受控制于热水器温度传感器(K)；另外电加热器(U)受漏电控制停。各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)不换热(特征态之一)，水冷换热器(B)换热(特征态之二)，室内机风冷换热器(V)吸热，热水器的电加热器(U)工作。三用机作快速热水器用(特殊功能之二)，亦供室内冷气(附加功能)。
表1 八种节能运行模态电器件的开/关明细表
☆ 表中吹风[M8]模态因不能从风扇的运行中获得加热水的热量、所以不列入节能运行模态。
表中黑体字所示的均为持征控制位或特殊功能或附加功能，非黑体者三用机与冷暖空调器相同的控制位和正常功能。
由于本发明冷暖空调热水三用机，采用上述措施改进了现有的冷暖空调器的结构，在室外机(O)上采用了由原室外风冷换热器(S)与新增的水冷换热器(B)、电磁阀(D1)组成的室外换热器组件，和有双节流元件、双单向阀的双路双向节流机构，以及采用了包含有水冷换热器(B)的热水组合加热器，因此具备八种可在任何使用状态下选择的节能运行模式，夏天制冷兼获热水，又能用其冷却水之冷增加空调制冷量；冬天供嗳不减，兼获温水；春秋季热泵制热水，可节电70％；还有快速即时供热水功能；双效节能，四季可用，年均热水器节电约85％。
八种运行模态中除了吹风模态外，其余七种冷暖空调器与电热水器联合节能运行模态是①冷气[M1]运行模态--空调器作制冷循环，电加热器(U)关，水冷换热器(B)参与换热。制冷气，在不增电耗前堤下兼供热水，可用冷水之冷增加制冷量，双效节能，热水节电100％，且可增加部分制冷量；②热风[M2]运行模态-空调器作制热循环，电加热器(U)关，水冷换热器(B)参与换热。制暖气，在不减少暖气供应前堤下兼供温水，温水节电100％。
③除湿[M3]运行模态—空调器作制冷循环，电加热器(U)关，室外风扇(F1)停，室外机风冷换热器(S)不换热；水冷换热器(B)换热；回收全部冷凝热加热生活用水。室内除湿，全部冷凝热回收供热水，热水节电100％，还可节省室外风扇用电，此状态适合于室内短时间制冷兼制热水；④热水1[M4]运行模态—空调器作室外吸热热泵循环、电加热器(U)关，室内风扇(F2)关，室内机风冷换热器(V)不换热；水冷换热器(B)换热。把空调器作热泵加热器用，从室外空气吸取热量加热水，与电加热器加热水相比节能约70％；⑤热水2[M5]运行模态—空调器作室内吸热热泵循环，电加热器(U)关，室外风扇(F1)关，室外机风冷换热器(S)不换热；水冷换热器(B)换热。从室内取热制热水，节电约70％，兼供室内冷气；⑥快热1[M6]运行模态—空调器作室外吸热热泵循环，电加热器(U)开，室内风扇(F2)关，室内机风冷换热器(V)不换热；水冷换热器(B)换热。快速加热水，1.25匹马力(0.92Kw)空调器与1.5Kw电加热器联合，可获得约4.5～5.0Kw电加热器的加热能力，每小时可获200公斤热水(升温20℃)，可作即时淋浴用，直接节电50％，且可减少热水贮存时的热损失；⑦快热2[M7]运行模态—空调器作从室内取热热泵循环，电加热器(U)工作，室外风扇(F1)关，室外机风冷换热器(S)不换热；水冷换热器(B)换热。快速加热水，1.25匹马力(0.92Kw)空调器与1.5Kw电加热器联合，可获得约4.5～5.0Kw电加热器的加热能力，每小时可获200公斤热水(升温20℃)，直接节电50％，尚可减少热水贮存时热损失约5～10％，每日还可获0.5～1小时的制冷量，再节电约1度，亦供室内冷气。
下面结合附图通过实施例进一步说明本发明冷暖空调三用机的系统结构和运行模态。
附图1是本发明实施例1的冷暖空调热水三用机的主要部件、连接关系和在夏天作制冷气兼供热水循环时执行“冷气[M1]”模态运行的系统流程示意图。
附图2是本发明实施例2的三用机在冬天作制暖气兼供温水循环时执行“热风[M2]”模态运行的系统流程示意图。
附图3是本发明实施例3的三用机在春秋季作室外吸取热供热水循环时，执行“热水1[M4]”模态运行的系统流程示意图。
附图4是本发明实施例4三用机在春季除湿时从室内吸热供热水循环时，执行“除湿[M3]”模态运行的系统流程示意图。
实施例1本实施例双效四季节能冷暖空调热水三用机，包括冷暖空调器的室外机(O)、室内机(I)、热水器和运行控制保护系统(图中未画出，但给出了其控制结果状态)四大部分；其室内机(I)包括室内风冷换热器(V)和风扇(F2)及室内温度传感器(K1)；其室外机(O)包括压缩机(C)，四通二位换向电磁阀(T)，室外风冷换热器(S)，风扇(F1)，化霜控制器(R)，干燥器(G)，制冷用毛细管节流元件(J1)、制热用毛细管节流元件(J2)，贮液器(Q)，水冷换热器(B)，制冷用单向阀(P1)，制热用单向阀(P2)和制冷剂高压蒸气旁路单通电磁阀(D1)及制冷/热回路中部件间的连接管，留有与室内机风冷换热器(V)的接口(O1)、(O2)，回路内装有制冷剂；所述热水器包括贮水箱(H)、加热器以及温度显示控制传感器(K)，贮水箱下部有自来水进口(h2)、上部有热水出口(h4)，贮水箱内装满水，贮水箱外部包有保温层；运行控制保护系统包括单片电脑控制器、电器运转部件的电路开关执行元件，根据模态运行设定指令、温度设定值和温度传感器测出的温度，通过对压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)、制冷剂回路的电磁阀(D1)、电加热器(U)的开停的自动或手动控制，使整机系统执行制冷、制热、制热水等不同功能的循环；所述室外换热器由室外风冷换热器(S)、水冷换热器(B)和换热器的制冷剂通路控制用的单通电磁阀(D1)组成；所述室外机(O)中的水冷换热器(B)为盘管式逆流式换热器，装在室外机箱内，其水路流向由下而上，制冷剂流向由上而下，其下部有入水口(b1)，上方有出水口(b2)；所述室外换热器组件的连接方式是压缩机(C)的排气口(C1)出口的连接管路分二路一路与四通二位换向电磁阀(T)的高压气入口(T1)相连接，另一路与电磁阀(D1)的入口相连接；水冷换热器(B)的制冷剂通道的入口(B1)与电磁阀(D1)、两个单向阀(P1)、(P2)三者的出口共连接，其出口(B2)接干燥器(G)之后，也分二路分别与两节流元件(J1)和(J2)的入口相连接；所述节流器(J)的双回路双向节流机构的两个单向阀(P1)、(P2)的入口分别与两个节流元件(J2)、(J1)的出口，及分别与室外机风冷换热器(S)的离压缩机(C)远端的端口(S2)、室外机所留的接口(O1)相连接，该接口(O1)经连接管路(L5)与室内机风冷换热器(V)的离压缩机(C)远端的端口(V1)相连接；所述节流元件(J)为毛细管，制热节流毛细管(J2)长于制冷节流毛细管(J1)；所述热水器的加热器为组合加热器，它除了包括电加热器(U)外，还包括水冷换热器(B)；所述电加热器(U)安装在贮水箱(H)的循环热水入口(h3)上方的水层中；所述热水器的贮水箱(H)的底部有循环水出口(h1)，上部有循环热水入口(h3)；所述水冷换热器(B)的循环水进口(b1)、循环水出口(b2)，用连接管(L1)和(L2)分别与贮水箱(H)的循环水出口(h1)和循环热水入口(h3)相连，组成用空调器作热源的热水循环加热回路；本实施例热水器的贮水箱箱体(H)采用竖圆筒形，外部包有全封闭式保温层，隔热材料用聚氨脂或聚苯乙烯发泡多孔材料。贮水箱底部至顶部依序设有循环冷水出口(h1)、自来水进口(h2)、循环热水进口(h3)，热水出口(h4)的管接口，循环冷水出口(h1)的位置在箱的最底部，自来水进口(h2)的位置在箱的底部1/5～1/3箱高度间，循环热水进口(h3)的位置在箱的上部约2/3～3/4箱高度间，热水出口(h4)在箱的顶部，热水出口接管端面高于箱顶。温度显示控制传感器(K)装在水箱中部水层中。贮水箱(H)安装于室外，竖立与室外机并排安装；贮水箱(H)的安装位置其底部不低于水冷换热器的入水口(b1)位置，其循环水入口(h3)的位置高于水冷换热器(B)的出水口(b2)的位置，热水出口(h4)的接管端高于水箱的最顶而。本实施例的贮水箱采用室外安装的优点是利于热水自循环，且因相接的自来水管带压力，使上水管和热水管在室内的布置不受限制，可做到美观配管，并可省去微型管道泵；其缺点是室外美观性差，并增加贮水箱的散热。
附图1中示意的三用机系统处于“冷气[M1]”模态运行，空调器作制冷循环，电加热器(U)关。其模态控制方案为压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)开，电磁阀(D1)和电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制冷状态，即接口(T1)与(T2)连通，接口(T3)与(T4)连通；压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)的开/停还受控于室内温传感器(K1)和室内温度设定值。各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)放热、水冷换热器(B)换热、室内机风冷换热器(V)吸热、热水器的电加热器(U)不工作。其功能制冷气，在不增电耗前堤下兼供热水，可用冷水之冷增加制冷量，热水节电100％，制冷量增加10～20％，双效节能。在夏天一般选用这种模态运行。其制冷剂循环回路为压缩机(H)→四通电磁阀(T)的通路(T1→T2)→室外风冷换热器(作冷凝器用)(S)的通道(S1→S2)『放热』→单向阀(P1)→水冷换热器(B)的制冷剂通道(B1→B2)『换热』→干燥器(G)→毛细管(J1)→接口(O1)→室内机箱内的风冷换热器(作蒸发器用)(V)的制冷剂通道(V1→V2)『吸热』→接口(O2)→室外机箱内四通电磁阀(T)的通路(T4→T3)→贮液罐(Q)→压缩机(C)。虽然，在室外风冷换热器(作冷凝器用)(S)的出口(S2)也有毛细管(J2)直接与水冷换热器(B)的出口(B2)相接，但因为毛细管的流动阻力远大于水冷换热器(B)流道的阻力，因此，毛细管(J2)自然处于阻断状态。在第二水冷换热器(B)内的水受制冷剂冷凝液的加热密度变小而上升，由此引起水的自循环，其循环回路为贮水箱(H)(h1)→连接管(L1)→水冷换热器(B)的水流通道(b1→b2)→连接管(L2)→贮水箱(H)(h2→h1)；当取用热水时开启进水阀(W1)，自来水从水箱下部的冷水入口(h2)进入水箱下部，水箱上部热水受压自顶部出口(h4)流出，供生活用。
冷气[M1]模态运行时制冷气、兼不耗电制热水，又增加制冷量的原理或热交换过程是这样的制冷剂蒸气经压缩机增压后升温至80～90℃，制冷剂蒸气流进室外机风冷换热器(S)(作冷凝器用)后，由于风扇(F1)吹动室外空气流过室外机风冷换热器(S)，带走高温制冷剂的热量，制冷剂从气态变为高压液体，此时制冷剂液体的温度约高室外环境温度10～14℃(约45～50℃)；当高压热制冷剂液体流进水冷换热器(B)后，因其温度高于水冷换热器(B)中的水温，便把水冷换热器(B)中的水加热，同时制冷剂液体温度降低，水冷换热器(B)中的水因受热密度变小而产生升力，带动水循环；被过冷的制冷剂液体经毛细管节(J1)节流后由高压制冷液体变为低压低温液气混合物进入室内机风冷换热器(V)(作蒸发器用)，由于室内机风扇(F2)转动，使室内空气流过蒸发器管外，流过的空气与低温的制冷剂进行热交换，空气降温成为冷气，制冷剂液体蒸发成气体，经贮液罐(Q)又被吸入压缩机，完成制冷剂的循环和各循环环节的热交换。其中，本发明提出利用从风冷冷凝器流出的制冷剂冷凝液体难以被空气带走的热量来加热生活用水，并利用生活用水的冷量通过使制冷剂冷凝液体过冷提高制冷量的方法，具有一举两得，双效节能的效果，这是本发明的关键点，而在空调器的风冷冷疑器之后增设水冷换热器(B)是实现这实用新型关键点的关键技术环节。这一发明关键点的合理性在于因为生活热水直接使用时最佳温度在40～45℃，再高温度的热水需掺混冷水使用，而制冷剂冷凝液的温度高于或等于这温度，具备加热自来水的温差条件；另外从能量平衡上考核制冷液每降低1℃，制冷量将增加约0.8％，若按其从50℃(设计标准是54℃)降至28℃计算，其可增加17.5％的制冷量，同时有与增加冷量相等的热量交换到热水中去，按功率0.9Kw产冷量2.8Kw的空调器来说，其每运行一小时可提供相当于500w电加器产生的热量，每日运行8小时就可提供150公斤水升温20℃，己基本满足三口之家使用。许多发明和实用新型的方案多是在压缩机排气口与室外风冷换热器之间增添水冷换热器，虽然，这些方案因制冷剂与水温差大有换热面积小的优点和可得到较高温度的热水能力，但夏天利用它，则不能利用冷水的冷量通过使制冷剂过冷来增加制冷量，只是单效节能方式，冬天利用它又要降低暖气供应，并非理想方案；若把冷凝热全用于制热水，日产近1吨的热水，家庭用不掉，造成水浪费，因此非专用热水器不可把空调器中的风冷冷凝器取消。
实施例2附图2所示为实施例2的冷暖空调热水三用机的系统结构和执行“热风[M2]”运行模态循环图。实施例2的结构有与实施例1完全等同的功能。其结构与实施例1不同之处在于其贮水箱(H)为横卧式，安装于室外机的上方，其电加热器(U)安装在水冷换热器(B)的制冷剂盘管上方水层中，贮水箱的循环水出口与自来水的补充入口为同一入口(h1)。执行“制热[M2]”时三用机向室内供热的同时还得到温水。
该系统的空调器作正常制热循环，电加热器(U)关；正常控制位压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)开，电磁阀(D1)和电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制热状态，即接口(T1)与(T4)连通，接口(T2)与(T3)连通；压缩机(C)、室外、内风扇(F1)、(F2)的开/停还受控于室内温传感器(K1)和温度设定值，及室外除霜监控器；各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)吸热，水冷换热器(B)参与换热(特征态)，室内机风冷换热器(V)放热，热水器的电加热器(U)不工作；三用机制暖气(正常功能)，不减暖气兼供温水(附加功能)。
其制冷剂执行的制热循环回路为压缩机(H)→四通电磁阀(T)的通道(T1→T4)→接口(O2)→室内风冷换热器(此时作冷凝器用)(V)的通道(V2→V1)→接口(O1)→室外机箱内的单向阀(P2)→水冷换热器(B)的通道(B1→B2)→干燥器(G)→毛细管(J2)→室外风冷换热器(此时作蒸发器用)(S)的通道(S2→S1)→四通电磁阀(T)的通道(T2→T3)→贮液罐(Q)→压缩机(C)。接口(V1)虽有毛细管(J1)与水冷换热器(B)的出口(B2)和毛细管(J2)的入口相接，也因毛细管的流动阻力远大于水冷换热器(B)的制冷剂通道(B1)至(B2)间的阻力，所以此时毛细管(J1)处于自然阻断状态。冬天水温很低(约10℃左右)，而制冷剂冷凝液的温度仍在35℃以上，所以在水冷换热器(B)内冷水仍可与制冷剂冷凝液进行热交换，并由此引起水的自循环，其循环回路仍为贮水箱(H)(h1)→连接管路(L1)→室外机水冷换热器(B)的水通道(b1→b2)→经连接管路(L2)→贮水箱(H)。此工作模态可获得约25℃温水。冬天要获得高于25℃温水的热水可让三用机执行“热水[M3]”或“快热[M6]”模态运行。
实施例3附图3所示为实施例3的冷暖空调热水三用机的系统结构和执行“热水[M4]”运行模态循环图。实施例3的结构有与实施例1、2完全等同的功能。其结构与实施例2不同之处在于其贮水箱(H)为横卧式，安装于室内，在热水器循环水的连接管(L2)上装有微型管道泵(X)，在连接管(L1)上装有水量调节阀(W2)。
执行“热水[M3]”运行模态循环时该系统空调器作室外吸热热泵循环、电加热器(U)关；当热水器温控器(K)测得的水温低于设定限值时，正常控制位压缩机(C)、室外风扇(F1)开，电加热器(U)关，四通电磁阀(T)处于制热状态，即接口(T1)与(T4)连通，接口(T2)与(T3)连通；特征控制位电磁阀(D1)开，室内风扇(F2)关，微型管道泵(X)开；空调器运行特殊自动受控制于热水器温度传感器(K)当水温达到设定限值时压缩机(C)和风机(F1)自动关，再当水温低于设定限值某一差值时，压缩机(C)和风机(F1)重新开；各换热器工作情况室外机风冷换热器(S)吸热、水冷换热器(B)换热(特征态之一)、室内机风冷换热器(V)不换热(特征态之二)、热水器的电加热器(U)不工作；三用机作热泵热水器用(特别功能之一)。
其制冷剂执行的从室外取热制热循环，其制冷剂循环回路为压缩机(H)→电磁阀(D1)→水冷换热器(B)的通道(B1→B2)→干燥器(G)→毛细管(J2)→室外机风冷换热器(此时作蒸发器用)(S)的通道(S2→S1)→四通电磁阀(T)的通道(T2→T3)→贮液罐(Q)→压缩机(C)。由于高压制冷剂蒸气流经电磁阀(D1)后直接作用于单向阀(P1)和(P2)的出口，单向阀(P1)和(P2)均不能反向导通，所以高压制冷剂蒸气虽然经四通电磁阀(T)的通道(T1→T4)作用于室外风冷换热器(V)的(V2)端，但由于室外风冷换热器(V)内存在的制冷液封作用，制冷剂无法经过室外风冷换热器(V)和单向阀(P2) 流到水冷换热器(B)的入口(B1)；另外接口(V1)虽有毛细管(J1)与水冷换热器(B)的出口(B2)和毛细管(J2)的入口相接，更因气体流经毛细管的流动阻力更远大于水冷换热器(B)的制冷剂通道(B1)至(B2)间的阻力，所以此时毛细管(J1)也处于自然阻断状态。在此循环中，制冷剂从压缩机排气口至节流前的全部热量，包括过热蒸气热、冷凝热，过冷液体热都将在水冷换热器(B)中用于加热水，完全起到热泵热水器的作用。由于春秋季室外温度不低，若在午后加热，室外气温较高，热泵热水器的COP值远高于制标称的2.8～3，加之制冷剂液被过冷等因素、其加热水的COP值将高过3.5～4.0，这就是说花1度电用热泵法制热水可获相当于3.5～4.0度电加热的热水量，其节能效果大于70％。冬天要获得高于25℃至35℃的热水时可用此模态运行。如果要获得高于38℃的热水，需开启电加热器(U)，或执行“快热1[M6]”运行模态。
由于本实施例的贮水箱(H)安装于室内，由于贮水箱(H)与水冷换热器(B)之间的连接管路(L1)和(L2)较长，或因室内装饰使连接管布置的方式不利于热水自然对流循环，则在连接管(L2)上安装微型管道泵(X)，当开动微型管道泵(X)时，水将在贮水箱(H)与水冷换热器(B)之间循环，并在水冷换热器(B)中受到加热。安装在接管路(L1)上的调节阀是调节循环水量用的，在夏天制冷循环时，控制循环水量将提高制冷量的增加率。
实施例4附图4所示为实施例4的冷暖空调热水三用机的系统结构和执行“除湿[M3]”运行模态循环图。实施例4的结构有与实施例1、2、3完全等同的功能。其结构与实施例1、2、3不同之处在于所述室外换热器也可由室外风冷换热器(S)、冷嗳空调器与热水器共用的水冷换热器(B)、换热器的制冷剂通路控制用的单通电磁阀(D1)和在压缩机排气口之后增添的水冷换热器(A)以及(A)与(B)连接管路上的水路电磁阀(D2)组成；其连接方式是压缩机(C)的排气口(C1)与水冷换热器(A)的制冷剂通路的进口连接，水冷换热器(A)的制冷剂通路的出口分二路一路与四通二位换向电磁阀(T)的高压气入口(T1)相连接，另一路与电磁阀(D1)的入口相连接；水冷换热器(A)的水通路的进口(a1)与水冷换热器(B)的出口(b2)连接，水路电磁阀(D2)装在(a1)与(b2)的连接管路(L3)上；水冷换热器(B)的水出口(b2)还经水冷换热器(A)的旁通管路(L4)与水冷换热器(A)的水出口(a2)相汇合后经连接管(L2)与贮水箱(H)的循环入水口(h3)相连，再由贮水箱(H)的循环出水口(h1)与水冷换热器(B)的水入口(b1)间的连接管(L1)构成完整的水加热循环回路；所述节流器(J)的双回路双向节流机构由制冷节流元件(J1)、制热辅助毛细管(J3)和四个单向阀(P1)、(P2)、(P3)和(P4)组成的结构代替，所保留的制冷节流元件(J1)的出口与所述新增加的二个单向阀(P3)和(P4)的入口相连接，新增加的二个单向阀(P3)和(P4)的出口分别与原两个单向阀(P2)和(P1)的入口相连接，也即同时分别与室内、外机两风冷换热器(V)、(S)的离压缩机(C)远端的端口(V1)、(S2)相接通，制热辅助毛细管(J3)的二端与单向阀(P4)的进出口相连接；执行该运行模态时，三用机从室内吸热，室外风机不转，水冷换热器(B)单独作冷凝器又作热水加热器用，除湿同时获得热水。
当执行“除湿[M3]”模态运行时，其制冷剂循环路线为压缩机(C)→水冷换热器(A)→单通电磁阀(D1)→水冷换热器(B)的制冷剂通道(B1→B2)→干燥器(G)→毛细管节流元件(J1)→单向阀(P3)→室内机风冷换热器(V)→四通电磁阀(T4→T3)→贮液器(Q)→压缩机(C)。室内机风冷换热器(V)起制冷除湿作用。室外风扇(F1)停。水路系统上水时，进水阀(W1)开，自来水进入贮水箱(H)；当贮水箱充满水后三用机运行时，冷水将在水冷换热器(B)中被加热，并引起循环，水循环途径是储水箱(H)(h2→h1)→连接管路(L1)→水冷换热器(B1→B2)→水路单通电磁阀(D2)→水冷换热器(A)→连接管路(L1)→储水箱(H)；取用热水时，打开进水阀(W1)，储水箱顶层的热水即可从热水出口(h4)流出。在执行“除湿[M4]”模态运行时，室内被除湿了，除湿时空调器的冷凝热全被利用于制热水，不另外用电加热水。
使用实施例4在冬天为了在室内采暖时获得高于25℃的温水，而又不采用辅助电加热器(U)时，可开通电磁阀(D1)和(D2)，并使四通电磁阀处于制热状态，循环水因在水冷换热器(A)中受到过热制冷剂气体的加热，热水温度可高于30℃，但暖气供应量将有所减少。
权利要求
1.一种节能冷暖空调热水三用机，包括冷暖空调器的室外机(O)、室内机(I)、热水器和运行控制保护系统四大部分；所述室内机(I)包括室内风冷换热器(V)，室内机风扇(F2)，室内温度传感器(K1)，其连接管件的两端留有与室外机的接口(V1)、(V2)；所述室外机(O)包括压缩机(C)、四通二位换向电磁阀(T)、室外机换热器、室外机风扇(F1)、化霜控制器(R)、干燥器(G)、节流器(J)、贮液器(Q)，其连接管件的两端留有与室内机的接口(O1)、(O2)；室内机(I)和室外机(O)由连接管路(L5)、(L6)连接组成冷暖空调器制冷/热循环回路，回路内装有制冷剂；所述热水器包括贮水箱(H)、加热器以及温度显示控制传感器(K)，贮水箱有自来水进口和热水出口，冷水进入箱内底层，热水取自箱内顶部热水，贮水箱内装满水，贮水箱外部包有保温层；所述运行控制保护系统包括单片电脑控制器、电器运转部件的电路开关执行元件；室外机中的压缩机(C)的入口(C1)与贮液罐(Q)的出口相连接，四通电磁阀(T)低压气出口(T3)与贮液罐(Q)的入口相连接，四通电磁阀(T)除高压气进口(T1)外所剩的另外二个接口一个接口(T2)与室外换热器的风冷换热器(S)的高压入气口(S1)相连接，另一个接口(T4)接至室外机的接口(O2)，再经连接管(L6)与室内机风冷冷凝器接口(V2)相接；其特征在于所述室外机(O)的室外换热器由室外风冷换热器(S)、冷嗳空调器与热水器共用的水冷换热器(B)、换热器的制冷剂通路控制用的单通电磁阀(D1)组成；所述节流器(J)为由双节流元件和双单向阀(P1)和(P2)组成的双回路双向节流机构；该双节流元件由制冷节流元件(J1)和制热节流元件(J2)组成；所述室外换热器组件的连接方式是压缩机(C)的排气口(C1)的出口连接管分二路一路与四通二位换向电磁阀(T)的高压气入口(T1)相连接，另一路与电磁阀(D1)的入口相连接；水冷换热器(B)的制冷剂通道的入口(B1)与电磁阀(D1)、两个单向阀(P1)、(P2)三者的出口共连接，其出口(B2)接干燥器(G)之后，也分二路分别与两节流元件(J1)和(J2)的入口相连接；水冷换热器(B)为逆流式换热器，水路流向由下而上，制冷剂流向由上而下，其下部留有入水口(b1)，上方留有出水口(b2)；所述节流器(J)的双回路双向节流机构的两个单向阀(P1)、(P2)的入口，分别与两个节流元件(J2)、(J1)的出口，及分别与室外机风冷换热器(S)的离压缩机(C)远端的端口(S2)、室外机所留的接口(O1)连接，该接口(O1)经连接管路(L5)与室内机风冷换热器(V)的离压缩机(C)远端的端口(V1)相连接；所述热水器的加热器为组合加热器，它由水冷换热器(B)辅以电加热器(U)组成；所述电加热器(U)可安装在贮水箱(H)的水层中、或水冷换热器(B)中或它们之间的连接管路中，最好置于贮水箱(H)的循环热水入口(h3)的上方水层中、或安装在水冷换热器(B)的制冷剂盘管的上方水层中；所述热水器的贮水箱(H)设有循环水的进、出口，循环水的进口的实际水位高于循环水的出口水位和水冷换热器(B)出水口(b2)的水位；所述水冷换热器(B)的循环水进口(b1)、循环水出口(b2)，用连接管(I1)和(I2)分别与贮水箱(H)的循环水出口(h1)和循环热水入口(h3)相连，组成热水加热循环回路；
2.如权利要求1所述的节能冷暖空调热水三用机，特征在于所述室外换热器也可由室外风冷换热器(S)、冷嗳空调器与热水器共用的水冷换热器(B)、换热器的制冷剂通路控制用的单通电磁阀(D1)和在压缩机排气口之后增添的水冷换热器(A)以及(A)与(B)连接管路上的水路电磁阀(D2)组成；其连接方式是压缩机(C)的排气口(C1)与水冷换热器(A)的制冷剂通路的进口连接，水冷换热器(A)的制冷剂通路的出口分二路一路与四通二位换向电磁阀(T)的高压气入口(T1)相连接，另一路与电磁阀(D1)的入口相连接；水冷换热器(A)的水通路的进口(a1)与水冷换热器(B)的出口(b2)连接，水路电磁阀(D2)装在(a1)与(b2)的连接管路(L3)上；水冷换热器(B)的水出口(b2)还经水冷换热器(A)的旁通管路(L4)与水冷换热器(A)的水出口(a2)相汇合后经连接管(L2)与贮水箱(H)的循环入水口(h3)相连，再由贮水箱(H)的循环出水口(h1)与水冷换热器(B)的水入口(b1)间的连接管(L1)构成完整的水加热循环回路。
3.如权利要求1所述的节能冷暖空调热水三用机，特征在于所述节流器(J)的双回路双向节流机构也可用由制冷节流元件(J1)和制热辅助毛细管(J3)以及四个单向阀(P1)、(P2)、(P3)和(P4)组成的结构代替，所保留的制冷节流元件(J1)的出口与所述新增加的二个单向阀(P3)和(P4)的入口相连接，新增加的二个单向阀(P3)和(P4)的出口分别与原两个单向阀(P2)和(P1)的入口相连接，也即同时分别与室内、外机两风冷换热器(V)、(S)的离压缩机(C)远端的端口(V1)、(S2)相接通，制热辅助毛细管(J3)的二端与单向阀(P4)的进出口相连接。
4.如权利要求1所述的节能冷暖空调热水三用机，特征在于当所述热水器的贮水箱(H)的箱底和循环冷水出口的空间位置不高于水冷换热器(B)的入水口(b1)位置，或水箱的循环水入口的位置不高于水冷换热器(B)的出水口(b2)的位置，或贮水箱(H)安装于室内时，在贮水箱(H)与水冷换热器(B)之间的连接管路(L1)或连接管路(L2)上也可安装微型管道水泵(X)和循环水流量调节阀(W2)。
5.如权利要求1所述节能冷暖空调热水三用机，特征在于所述运行控制保护系统通过单片电脑控制器、电器运转部件的电路开关执行元件，使所述空调器换热器和热水器的电加热器按如下七种组合方式工作(1)冷气[M1]-空调器作正常制冷循环，室外机风冷换热器(S)放热，水冷换热器(B)参与换热，室内机风冷换热器(V)吸热；电加热器(U)关；(2)热风1[M2]-空调器作正常制热循环，室外机风冷换热器(S)吸热，水冷换热器(B)参与换热，室内机风冷换热器(V)放热，热水器的电加热器(U)不工作；(3)除湿[M3]-空调器作正常制冷循环，室外风扇(F1)停，室外机风冷换热器(S)不换热，水冷换热器(B)参与换热，室内机风冷换热器(V)吸热，热水器的电加热器(U)不工作；(4)热水1[M4]-空调器作室外吸热热泵循环，空调器运行自动受控制于热水器温度传感器(K)，室外机风冷换热器(S)吸热，水冷换热器(B)换热，室内风扇(F2)停，室内机风冷换热器(V)不换热，热水器的电加热器(U)不工作；(5)热水2[M5]-空调器作室内吸热热泵循环，空调器运行自动受控制于热水器温度传感器(K)(特殊态)，室外风扇(F1)停，室外机风冷换热器(S)不换热，水冷换热器(B)换热，室内机风冷换热器(V)吸热，热水器的电加热器(U)不工作；(6)快热1[M6]-空调器作室外吸热热泵循环，空调器运行自动受控制于热水器温度传感器(K)，室外机风冷换热器(S)吸热，水冷换热器(B)换热，室内风扇(F2)停，室内机风冷换热器(V)不换热，热水器的电加热器(U)工作；(7)快热2(M7)-空调器从室内取热作热泵循环，空调器运行自动受控制于热水器温度传感器(K)，室外风扇(F1)停，室外机风冷换热器(S)不换热，水冷换热器(B)换热，室内机风冷换热器(V)吸热，热水器的电加热器(U)工作；该七种节能运行模态的控制设置列于下表
全文摘要
本发明双效四季节能冷暖空调热水三用机,特征在于其空调器室外机的风冷换热器后增加了水冷换热器作水加热器用,并采用一个电磁阀、双毛细管、双单向阀组成的多形式循环回路;因而具有夏天获热水不多用电又可增加冷气量、冬天获温水而供暖不减、春秋制热水节电70%、且可用小功率加热快速供热水、其热水器年均节电约85%等优点,并使现有只能在冬夏使用的空调器成为四季皆可用的节能产品。
文档编号F24F3/06GK1344896SQ00134800
公开日2002年4月17日 申请日期2000年12月5日 优先权日2000年12月5日
发明者陈则韶 申请人:中国科学技术大学