CN102313326A

CN102313326A - 简单高效可靠冷暖空调热水机

Info

Publication number: CN102313326A
Application number: CN2010102155795A
Authority: CN
Inventors: 陈则韶
Original assignee: Individual
Current assignee: Jiaxing Huantong Plastics Technology Co ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: CN102313326B

Abstract

简单高效可靠冷暖空调热水机，包括制冷剂回路、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统，方案I的特征是：压缩机排气口与三通阀进气口连接；三通阀第一出气口与热水凝结换热器的制冷剂进口连接，第二出气口与四通阀第一接口和热水凝结换热器的制冷剂出口连接三连通；四通阀第二、三、四接口分别与室外、室内风换热器的上端口，气液分离器的进气口连接，室外、室内风换热器的下端口之间串接毛细管；气液分离器出气口与压缩机进气口连接；三通阀的电磁导阀低压出气管与压缩机吸气管连通，四通阀的电磁导阀高压进气管与压缩机排气管连通；方案II的特征是：在冷暖空调机的制冷剂循环回路的压缩机排气口与四通阀进气口之间添加热水凝结换热器，把四通阀的的电磁导阀高压进气管与压缩机排气管连通；两种技术方案，都有制热水兼制冷、制热水、制冷、制热的四功能。结构简单，切换可靠，运行稳定，分体式安装方便，高效。

Description

简单高效可靠冷暖空调热水机

技术领域

本发明涉及制冷空调器、热泵热水器和节能技术领域。

背景技术

现有冷暖空调器只在夏冬两季有用，春、秋季一般被闲置，造成设备和资金的季节性浪费。利用空调器压缩制冷循环的冷凝热制热水的热泵热水器，替代家用电热水器，可节电70％，节能效果明显，市场潜力巨大。但是，目前市售的空气源热泵热水器只有单一制热水功能，不能实现冷热综合利用。而现有许多涉及多功能热泵的专利技术，其制冷回路都配置多个电磁阀或多个四通阀，制冷剂循环回路结构复杂，阀门难免有泄漏，故障率高，可靠性差；尽管本案申请人十年来一直从事冷暖空调热水三用机的研究，申报并被授权了多个相关专利技术，例如：一种双效四季节能冷暖空调热水三用机(专利号：00264455.x)，一种四季节能冷暖空调热水三用机(专利号：02116049.X)，带导流套筒换热器储水箱的空气源热泵热水器(专利号：200510053315.3)，有水内循环换热回路的热泵热水机组(专利号：200610085913.3)等，仍然嫌制冷剂回路配置阀门多，仍然出现制冷剂在不同换热器内储留不均，导致在不同循环时出现制冷剂或偏多或偏少的现象，影响机组效率；另外热水凝结换热器与储水箱以及制冷循环回路的连接，一直是安装的难点，这些原因，阻碍了其市场化，使三用机不能在低碳经济时代发挥很好作用。

发明内容

为了推进多功能冷暖空调热水机走入市场，在节能中发挥作用，需要克服其现有技术的上述不足，本实用新型提出的简单高效可靠冷暖空调热水机，将进一步简化其制冷回路结构，提高回路切换的可靠性，方便选择最节能运行模式，同时减少故障率，降低阀门内漏影响，使整机生产成本更低，安装更方便，运行更稳定，效率更高。

本发明采用的技术方案I是：

简单高效可靠冷暖空调热水机，包括有制冷剂回路系统、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统；采集的控制信号包括有制冷剂蒸发器出口温度、热水箱水温度和室内、室外空气温度，压缩机吸气压力和排气压力等；所述的制冷剂回路系统的压缩机、节流器、室外风换热器及其风扇、四通阀、过滤器、气液分离器等安装在室外机内，室内机装有室内风换热器及其风扇；室外机壳上设有与室内风换热器上、下端接口连接的第一、二两个角阀，通过这两个角阀用可拆卸连接管把室内机和室外机的制冷剂管路连接起来；所述的热水凝结换热器的制冷剂通路连接在制冷剂回路系统上，其水通路与储热水箱以及进、出水管等组成热水换热系统；所述的储热水箱有保温层，设有补充进水接口和热水出水接口；记，四通阀主阀体一侧的单个接口为四通阀第一接口，四通阀主阀体的另一侧的三个接口，约定在四通阀线圈无电时与第一接口内连通的接口为四通阀第二接口，在四通阀线圈有电时与第一接口内连通的接口为四通阀第三接口，居中的接口为四通阀第四接口，即在四通阀线圈无电时与第三接口内连通，又在四通阀线圈有电时与第二接口内连通的接口；所述的节流器是毛细管、或是电子膨胀阀、或是热力膨胀阀；

其特征在于：所述的制冷剂回路系统，还包括有一个三通阀；所述的制冷剂回路连接方式是，压缩机的排气口与三通阀的进气口连接，三通阀的第一出气口，即三通阀线圈无电时与进气口内连通的接口，与热水凝结换热器的制冷剂进口连接；三通阀的第二出气口与热水凝结换热器的制冷剂出口以及四通阀第一接口互连接三连通；四通阀第二、三、四接口分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上的与室内风换热器的上端接口连接的第二角阀、气液分离器的进气口连接；气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接；室外风换热器的下端接口与节流器的进口连接，或其间串联连接有过滤器；节流器的出口与室外机壳上的与室内风换热器的下端接口连接的第一角阀连接；所连成的回路内充装制冷剂；所述的节流器是双流向节流器；所述的三通阀是带有电磁导阀的气动三通阀，电磁导阀的低压出气管直接连接到制冷剂回路的压缩机吸气管上；所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀，电磁导阀的高压进气管直接连接到制冷剂回路的压缩机排气管上；所述的节流器是所述的双流向节流器；所述的制冷剂回路系统能够组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜五种循环；

所述的热水凝结换热器，是高效罐管式换热器、或是板式换热器、或是同轴套管换热器，与循环水泵配套使用；或是置于储热水箱内的螺旋盘管换热器或带有导流套管的螺旋盘管换热器；

所述的储热水箱有两种形式，一种是承压式储热水箱，另一种是非承压式储热水箱；配循环水泵用的储热水箱，设有水箱循环进、出水接口和补充进水、热水出水接口；水箱循环出水接口，取水于水箱最低水位；水箱循环进水接口和补充进水接口，进水到水箱中部水位，水箱循环进水接口或兼作补充进水接口；热水出水接口取水于水箱上部水位；热水出水接口管的支管上安装有水箱超压安全阀；所述的非承压式储热水箱的热水出水接口，采用浮球牵引软管取水于水箱上部水位，而热水出水接口刚性接头在水箱底部，与热水出水管连接，在热水出水管上安装有热水出水阀；非承压式储热水箱还在水箱顶水位设有溢流水接口，用溢流管连接在热水出水阀之后的热水出水管上，而且水箱内安装有水位控制器；内置螺旋盘管换热器的储热水箱，只设有补充进水、热水出水接口，补充进水接口在水箱最低水位，热水出水接口在水箱最高水位；

所述的热水换热系统，有强迫对流循环热水换热系统和自然对流热水换热系统两种；其强迫对流循环换热系统包括热水凝结换热器、储热水箱、循环水泵、补充进水管、热水出水管、进水阀、进水单向阀、出水阀、水温测量和控制系统、以及储热水箱压力安全保护系统等组成；其水路连接方式是：储热水箱的水箱循环出水接口与循环水泵进水接口连接，循环水泵出水接口与热水凝结换热器的进水口连接，热水凝结换热器的出水口连接到水箱循环进水接口，进水到水箱中部水位；补充进水管接口与补充进水接口连接，或与热水凝结换热器的出水口并联也连接到水箱循环进水接口，补充进水管上安装有进水单向阀和进水阀；储热水箱的热水出水接口与用户的热水供水管连接；所述的热水换热系统的自然对流热水换热系统的热水凝结换热器的螺旋盘管换热器或带有导流套管的螺旋盘管换热器，直接置于储热水箱内，其水路连接方式是，补充进水管与储热水箱底部的补充进水接口连接，热水出水管与储热水箱顶部的热水出水接口连接；

所述的双流向节流器是双流向毛细管，或是双流向电子膨胀阀，或是双流向热力膨胀阀；所述的双流向毛细管节流器，是双流向等长度或双流向不等长度毛细管节流器；双流向等长度节流器是单根毛细管节流器，或2根以上等长度毛细管并联构成的节流器，双流向不等长度毛细管节流器，是用两根不等长度毛细管各串联一个单向阀之后再反流向并联的节流器，或是第一、二两段毛细管串联，单向阀与第二毛细管并联，单向阀的进口与第一、二两段毛细管共接端连通连接的节流器；

所述的制冷剂回路系统所组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜的五种循环的电器开关控制方式和制冷剂流程分别是：

(1)制热水兼制冷：压缩机开，三通阀、四通阀的线圈不通电，室内机风扇开，室外机风扇关停，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机→三通阀→热水凝结换热器(制热水)→四通阀→室外风换热器(过冷液通路)→节流器→过滤器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机；

(2)制热水：压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈通电，室外机风扇开，室内机风扇关停，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机→三通阀→热水凝结换热器(制热水)→四通阀→室内风换热器(过冷液通路)→过滤器→节流器→室外风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机；

(3)制冷气：压缩机开，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→三通阀→四通阀→室外风换热器(放热)→节流器→过滤器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机；

(4)制热气：压缩机开，三通阀线圈通电，四通阀线圈通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→三通阀→四通阀→室内风换热器(放热)→过滤器→节流器→室外风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机；

(5)除霜模式：压缩机开，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室内机风扇关，室外机风扇关，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→三通阀→四通阀→室外风换热器(放热化霜)→节流器→过滤器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机；

所述的热水凝结换热器或配置于室外机壳内，或配置于储热水箱内，或配置于室外机与储热水箱连接的制冷剂管路上；在后两种配置方式时，室外机壳上增设有两个与热水凝结换热器的制冷剂进、出口连接的角阀；循环水泵或置于室外机壳内，或置于室外机外的热水凝结换热器与储热水箱连接的水路上。

本发明采用的技术方案II是：

简单高效可靠冷暖空调热水机，包括有制冷剂回路系统、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统；采集的控制信号包括有制冷剂蒸发器出口温度、热水箱水温度和室内、室外空气温度，压缩机吸气压力和排气压力等；所述的制冷剂回路系统的压缩机、节流器、室外风换热器及其风扇、四通阀、过滤器、气液分离器等安装在室外机内，室内机装有室内风换热器及其风扇；室外机壳上设有与室内风换热器上、下端接口连接的第一、二两个角阀，通过这两个角阀用可拆卸连接管把室内机和室外机的制冷剂管路连接起来；所述的热水凝结换热器的制冷剂通路连接在制冷剂回路系统上，其水通路与储热水箱以及进、出水管等组成热水换热系统；所述的储热水箱有保温层，设有补充进水接口和热水出水接口；所述的节流器是毛细管、或是电子膨胀阀、或是热力膨胀阀；

其特征在于：所述的制冷剂回路系统的连接方式是，压缩机的排气口与热水凝结换热器的制冷剂进口连接，热水凝结换热器的制冷剂出口与四通阀的第一接口连接；四通阀第二、三、四接口，分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上与室内风换热器的上端接口连接的第二角阀、气液分离器的进气口连接；室外风换热器的下端接口和室外机壳上与室内风换热器的下端接口连接的第一角阀，分别与节流器的两端口连接，其间连接的管路上或安装有过滤器；气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接，所连成的回路内充装制冷剂；所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀，其电磁导阀的高压进气管要直接连到压缩机排气管上；所述的节流器是双流向节流器；所述的制冷剂回路系统能够组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜五种循环；

所述的热水换热系统，有强迫对流循环热水换热系统和自然对流热水换热系统两种；其强迫对流循环换热系统包括热水凝结换热器、储热水箱、循环水泵、补充进水管、热水出水管、进水阀、进水单向阀、出水阀、水温测量和控制系统、以及压力安全保护系统等组成；其水路连接方式是：储热水箱的水箱循环出水接口与循环水泵进水接口连接，循环水泵出水接口与热水凝结换热器的进水口连接，热水凝结换热器的出水口连接到水箱循环进水接口，进水到水箱中部水位；补充进水管接口与补充进水接口连接，或与热水凝结换热器的出水口并联也连接到水箱循环进水接口，补充进水管上安装有进水单向阀和进水阀；储热水箱的热水出水接口与用户的热水供水管连接；所述的热水换热系统的自然对流热水换热系统的热水凝结换热器的螺旋盘管换热器或带有导流套管的螺旋盘管换热器，直接置于储热水箱内，其水路连接方式是，补充进水管与储热水箱底部的补充进水接口连接，热水出水管与储热水箱顶部的热水出水接口连接；

所述的双流向节流器是双流向毛细管，或是双流向电子膨胀阀，或是双流向热力膨胀阀；所述的双流向毛细管节流器，是双流向等长度或双流向不等长度毛细管节流器；双流向等长度节流器是单根毛细管节流器，或2根以上等长度毛细管并联构成的节流器；双流向不等长度毛细管节流器，是用两根不等长度毛细管各串联一个单向阀之后再反流向并联的节流器，或是第一、二两段毛细管串联，单向阀与第二毛细管并联，单向阀的进口与第一、二两段毛细管共接端连通连接的节流器；

所述的制冷剂回路系统所组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜的五种循环的电器开关控制方式，及其制冷剂流程分别是：

(1)制热水兼制冷循环：压缩机开，四通阀线圈无电，室内机风扇开，室外机风扇关，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(制热水)→四通阀→室外风换热器(过冷液通路)→过滤器→节流器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(2)制热水循环：压缩机开，四通阀线圈通电，室外机风扇开，室内机风扇关停，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(制热水)→四通阀→室内风换热器(过冷液通路)→节流器→过滤器→室外风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(3)制冷气循环：压缩机开，四通阀线圈无电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(过热气通路)→四通阀→室外风换热器(放热)→过滤器→节流器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(4)制热气循环：压缩机开，四通阀线圈通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(过热气通路)→四通阀→室内风换热器(放热)→节流器→过滤器→室外风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(5)除霜循环：压缩机开动，四通阀线圈有电，室内机风扇关，室外机风扇关，循环水泵停。制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(过热气通路)→四通阀→室外风换热器(放热化霜)→过滤器→流器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机；

本发明的创新点在于：

1、设计的冷暖空调热水机的制冷剂循环回路结构简单：与现有冷暖空调机相比，本发明的技术方案II在的制冷剂回路中仅仅在压缩机排气口与四通阀进气口之间添加了一个热水凝结换热器，通过对四通阀的控制气路的改进，使在气路使用的四通阀在进气改为进液时也能切换自如；因此只采用一个四通阀的切换，配合循环水泵、室外机风扇，室内机风扇的开停，即可组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜共五种循环的多功能空调热水机。其成功的关键点是：把四通阀的电磁导阀的高压进气管直接连到压缩机排气管上，而不是原封不动地连接在四通阀主阀体的进气管上。因为，在制热水循环中通过热水凝结换热器的高压制冷剂气体已凝结成液体，四通阀的原来进气口变为液体进口，与四通阀主阀体进气管连接的电磁导阀的高压进气管不能获得高压气体，也就无法向四通阀主阀体两端的活塞腔体提供高压气体，改变四通阀通路方向。技术方案II的制冷剂回路中在四通阀进气口之前增添的热水凝结换热器，这一点不算创新，因为这是很多发明专利和实用新型都提到的，但是，如果不对四通阀的控制气路改进，多功能的循环就不能实现，或者说不能稳定可靠运行。只有本发明技术方案II的完整实施，才是可行的创新。技术方案的切换结构最简单；但是，在长时间制冷循环时，热水凝结换热器的热水要不断接收高压制冷剂气体的过热气体的热量，温度会缓慢升高，当然不会超过压缩机排气最高温度。

2、在本发明的技术方案I，比技术方案II在制冷剂回路的压缩机的出气口和四通阀的进口之间，添加一个三通阀，它使简单高效可靠冷暖空调热水机，完全保留有冷暖空调机的功能，而且可以严格控制热水温度稳定。采用本发明的技术方案I，在制热水兼制冷和制热水的两个循环时，三通阀第一、二出气接口压力基本相等，不会出现内漏，提高了稳定性，可以全部回收压缩制冷剂气体的冷凝热，有最高的热回收效率；而且，在制热水兼制冷循环时，热水凝结换热器串联在室外风换热器之前，室外风换热器为制冷剂液体的过冷器，还可以提高制冷量。技术方案I有最高性能效率。确保技术方案I成功的技术关键点是：制冷回路中所用的三通阀和四通阀，都经过了改造，由现有四通阀改成的三通阀的电磁导阀的排气管被连接到压缩机吸气管上，由现有四通阀改成的四通阀的电磁导阀的进气管被连接到压缩机排气管上。有了这改进使切换可靠，性能稳定。

3、采用紧凑高效式热水凝结换热器，小型化单独制造，生产效率高，成本低。因此，可以把热水凝结换热器安装在室外机壳内，热水凝结换热器与储热水箱用循环水管路连接，比用氟管路连接，不仅便于安装和用户使用，降低连接管路成本，而且减少制冷剂回路的泄漏概率。另外，采用循环水泵强迫循环换热方式，大大提高了热水凝结换热器的传热效率，可以使机组的能效比进一步提高。

4、配循环水泵用的储热水箱设有水箱循环进、出水接口和补充进水、热水出水接口，水箱循环出水接口在水箱最下部，热水出水接口应当从水箱最高水位取水，这设计是大家都采用的；但是，本技术方案的补充进水接口，不是通常的进水于水箱底部，而是进水到水箱中部水位；本技术方案的水箱循环进水接口，不是通常进水到水箱上部水位，而是进水到水箱中部水位；循环水泵安装在热水凝结换热器的循环进水管路上，自来水进水不是连接在循环水泵的进水口，而是与热水凝结换热器的循环水出水接口并联，接到水箱循环水进水接口上，即进水到水箱中部水位；这种设计，是充分考虑到热泵最佳出力工况是冷凝温度在35～50℃区间，如果在冬季自来水温度很低，例如7℃用户连续取用热水时让7℃自来水直接经过热水凝结换热器，热泵的冷凝压力会很低，热泵热水器的出力只有正常的30％，不能正常运行；而本发明的设计，补充的自来水进入水箱中部，冷水与水箱中下部的热水掺混，使进入热水凝结换热器的循环水温度远高于补充自来水的温度，又低于储热水箱的平均水温，又最适合于热泵工作。自来水进水管上安装的单向阀避免自来水压力不足时，储热水箱内热水外流和强迫水循环正常；储热水箱的热水出水接口取储热水箱上部水位，可以让用户得到最热的热水；非承压式储热水箱采用浮球牵引软管出水管进水口，不论水位高低，都可以取到水箱中最热的热水。这种设计，是综合利用热力学、传热学和流体力学的原理。

总之，由于采取了上述多个发明措施，本发明的简单高效可靠冷暖空调热水机，能够适应冷热和热水需求量不同而任意调配，真正实现了综合冷热利用，设备年利用率最大化，年均节能效率最大化的目标；结构最简化，避免了多阀门的泄漏问题，解决了在多换热器多回路热泵热水器系统中，不同换热器组成的回路运行时制冷剂不均衡难题，提高了设备运行的稳定性；易于批量制作，易于安装，能大幅度降低成本，是真正科学节能制取生活热水的好设备，具有广阔市场前景，将在低碳经济中发挥作用，做贡献。

附图说明

图1是本发明的简单高效可靠冷暖空调热水机，实施例1的系统结构和工作原理图，制冷剂回路系统的切换机构由一个三通阀和一个四通阀构成。

图2是本发明的简单高效可靠冷暖空调热水机，实施例2系统结构和工作原理图，制冷剂回路系统切换机构只是一个四通阀。

图3a、图3b、图3c、图3d是本发明的简单高效可靠冷暖空调热水机的热水凝结换热器在系统中的四种配置方式及其热水水路连接的简化示意图。

具体实施例：

下面结合附图通过实施例进一步详细说明本发明的简单高效可靠冷暖空调热水机的结构和工作原理。但本发明内容不仅限于附图所示。

实施例1的结构关系和工作原理由图1说明。

如图1所示，图1的三个虚线方框A、B、C分别表示本发明简单高效可靠冷暖空调热水机的室外机、室内机、储热水箱三大组件；实施例1的制冷剂回路系统的压缩机1，热水凝结换热器2，三通阀3，四通阀4，节流器J，室外风换热器5及其风扇5a，气液分离器6等，和循环水泵都组装在室外机壳内；室内风换热器7及其风扇7a放在室内机内；储热水箱8为竖式的包有保温层承压水箱；记，四通阀主阀体一侧的单个接口为四通阀第一接口①(在标准化中代号为D)，四通阀主阀体的另一侧的三个接口，约定在四通阀线圈无电时与第一接口内连通的接口为四通阀第二接口②(在标准中化代号为C)，在四通阀线圈有电时与第一接口内连通的接口为四通阀第三接口③(在标准中化代号为E)，居中的接口为四通阀第四接口④(在标准中化代号为S)，即在四通阀线圈无电时与第三接口内连通，又在四通阀线圈有电时与第二接口内连通的接口，四通阀第一接口直径相对较小一般作为公共进口，四通阀第四接口一般作为公共出口；

实施例1的制冷剂回路连接方式是，压缩机1的排气口与三通阀3的进气口连接，三通阀3的第一出气口①，即三通阀线圈无电时与进气口内连通的接口，与热水凝结换热器2的制冷剂进口连接；三通阀第二出气口②与四通阀第一接口4①和热水凝结换热器2的制冷剂出口连接互连通；四通阀第二接口4②与室外风换热器5的上端接口连接，四通阀第三接口4③连接到室外机壳上的第二角阀Z2后，再用可拆卸连接管与室内风换热器7的上端接口连接，四通阀第四接口4④与气液分离器6的进气口连接，气液分离器的出气口与压缩机1的进气口连接；室外风换热器5的下端接口与节流器J的第一接口连接，节流器的第二接口串联过滤器G后，连接到室外机壳上的第一角阀Z1，再用可拆卸连接管与室内风换热器7的下端接口连接；所连成的回路内充装制冷剂；

实施例1的三通阀3是带有电磁导阀3a的气动三通阀，由市场现有的带有电磁导阀的气动四通阀改进而成，即把四通阀主阀体有三接口的中接口堵死，把电磁导阀3a低压出气短细管，从原先与中接口管(在标准化中代号为S的接管)的连接割断，补焊一段细管作为电磁导阀低压出气管L1与制冷剂回路的压缩机吸气管连接通；所述的四通阀4是带有电磁导阀4a的气动四通阀，由市场现有的带有电磁导阀的气动四通阀改进而成，即把电磁导阀的高压进气短细管，从原先与四通阀第一接口管连接割断，补焊一段细管作为电磁导阀的高压进气管L2与制冷剂回路的压缩机排气管连接通，在图1中L1和L2都用点点连线特别表示；

实施例1所用的储热水箱8为带有保温层的竖式承压水箱，配循环水泵使用的储热水箱设有三个水接口：水箱循环水出水接口C1，取水于水箱最低水位；水箱循环水进水接口C2，兼作补充自来水进口，进水到水箱中部水位；热水出水接口C3，取水于水箱上部水位，热水出水管上装有超压安全保护阀Fa和热水出水阀F2；热水凝结换热器的进、出水接口S1、S2与储热水箱的水箱循环出、进水接口C1、C2用管路S1-C1，S2-C2连接成循环水回路，循环水泵9安装在室外机内热水凝结换热器的循环进水管路(S1-C1)上；自来水进水管接口与热水凝结换热器2的出水接口S2并联，再接到水箱循环进水接口C2上，自来水进水管上装有进水单向阀Ds1，进水阀F1；储热水箱的热水出水接口与用户的热水供水管连接。

实施例1所用的热水凝结换热器为高效罐管式换热器，承压罐内放置强化传热螺旋状铜管，管内流水，罐壁与管外间制冷剂冷凝变成液体。

实施例1所述的采集的控制信号制冷剂蒸发器出口温度是室外、室内风换热器上端口的温度探头T1、T2，热水凝结换热器出水口和储热水箱热水温度探头T3、T4，压缩机吸气和排气压力探头P1和P2；室外、室内风换热器的温度探头T1、T2提供冷暖空调控制参数，水温度探头T3、T4提供制热水运行控制参数，压力探头P1和P2提供系统安全保护参数；

实施例1所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，具有四种功能循环回路：制热水兼制冷，制热水，制冷气，制热气循环回路，可组织四种功能循环和一种除霜循环运行模式，其中制热水兼制冷和制热水循环回路，是分别在制冷和制热气循环回路中作冷凝器用的风换热器与压缩机排气口之间添加热水凝结换热器而成的新独立回路，简称热水凝结换热器前置串联三个换热器回路；五种循环模式的电路控制和循环回路的制冷剂流程分别是：

(1)制热水兼制冷模式：压缩机1开动，三通阀3、四通阀4线圈不通电，室内机风扇7a开，室外机风扇5a关停，循环水泵9开；制冷剂流程：压缩机1→三通阀3①→热水凝结换热器2(制热水)→四通阀4(①→②)→室外风换热器5(过冷液通路)→节流器J→过滤器G→第一角阀Z1→室内风换热器7(吸热)→第二角阀Z2→四通阀4(③→④)→气液分离器6→压缩机1。

(2)制热水模式：压缩机开动，三通阀线圈不通电，四通阀线圈通电，室外机风扇开，室内机风扇关停，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机1→三通阀3(①)→热水凝结换热器2(制热水)→四通阀4(①→③)→第二角阀Z2→室内风换热器7(过冷液通路)→第一角阀Z1→过滤器G→节流器J→室外风换热器5(吸热)→四通阀4(②→④)→气液分离器6→压缩机1。

(3)制冷气模式：压缩机开动，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机1→三通阀3(②)→四通阀4(①→②)→室外风换热器5(放热)→节流器J→过滤器G→第一角阀Z1→室内风换热器7(吸热)→第二角阀Z2→四通阀4(③→④)→气液分离器6→压缩机1。

(4)制热气模式：压缩机开动，三通阀线圈通电，四通阀线圈通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机1→三通阀3(②)→四通阀4(①→③)→第二角阀Z2→室内风换热器7(放热)→第一角阀Z1→过滤器G→节流器J→室外风换热器5(吸热)→四通阀4(②→④)→气液分离器6→压缩机1。

(5)除霜模式：压缩机开动，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室内机风扇7a关，室外机风扇5a关，循环水泵9停；制冷剂流程：压缩机1→三通阀3(②)→四通阀4(①→②)→室外风换热器5(放热化霜)→节流器J→过滤器G→第一角阀Z1→室内风换热器7(吸热)→第二角阀Z2→四通阀4(③→④)→气液分离器6→压缩机1。

实施例2的结构关系和工作原理由图2说明。

实施例2的简单高效可靠冷暖空调热水机，制冷剂回路内的切换机构只有一个四通阀。

如图2所示，图2中的三个虚线方框A、B、C分别表示本发明实施例2的简单高效可靠冷暖空调热水机的室外机、室内机、储热水箱三大组件；实施例2的制冷剂回路系统的压缩机1，热水凝结换热器2，四通阀4，节流器J，室外风换热器5及其风扇5a，气液分离器6等，以及循环水泵都装在室外机内；室内风换热器及其风扇放在室内机内；储热水箱8为横挂壁式的包有保温层承压水箱，储热水箱设有水箱循环进、出水接口C1、C2和热水出水接口C3；C2接口有短管插入水箱内一半水位高度；C3接口有短管插入水箱内90％的水位高度；热水凝结换热器的进、出水接口S1、S2与水箱循环水出、进水接口C1、C2用水管C1-S1和水管C2-S2连接成循环水回路，在C1-S1连接管路中装有循环水泵9；循环水路流程是：储热水箱8的水箱循环出水口C1→循环水泵9→热水凝结换热器2→储热水箱的水箱循环进水口C2；补充进水管与热水凝结换热器的出水接口S2并联接到储热水箱的水箱循环进水口C2上，补充水管上安装有进水单向阀Ds1和进水阀F1；储热水箱的出水管的支管上安装有超压安全保护阀Fa；

实施例2的制冷剂回路连接方式是：压缩机1的排气口与热水凝结换热器2的制冷剂进口连接，热水凝结换热器的制冷剂出口与四通阀第一接口4①连接；四通阀第二、三、四4(②、③、④)接口，分别与室外风换热器5的上端接口、室外机壳上与室内风换热器的上端接口连接的第二角阀Z2、气液分离器6的进气口连接；所述的节流器J为双流向节流器，节流器的一端接口与室外风换热器5的下端接口连接，另一端接口与室外机壳上与室内风换热器的下端接口连接的第一角阀Z1连接；气液分离器6的出气口与压缩机1的进气口连接；用可拆卸连接管把室内机的室内风换热器7的上、下端接口与室外机壳上的第二、一角阀Z2、Z1连接；所连成的回路内充装制冷剂R22；所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀，其电磁导阀的高压进气管L1直接连到压缩机排气管上，图中用点点连线表示；所述的节流器J为双流向节流器，其构成方式是：两段毛细管J1和J2串联，单向阀D1与J2并联连接，单向阀D1的进口与J1和J2共接端连通连接。

所述的制冷剂回路系统可以组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气循环和除霜循环，五种循环的电器开关控制方式和制冷剂流程分别是：

(1)制热水兼制冷循环：压缩机1开，四通阀4线圈无电，室内机风扇7a开，室外机风扇5a关停，循环水泵9开；制冷剂流程：压缩机1→热水凝结换热器2(制热水)→四通阀4(①→②)→室外风换热器5(过冷液通路)→过滤器G→节流器J(J1)→单向阀D1→第一角阀Z1→室内风换热器7(吸热)→第二角阀Z2→四通阀4(③→④)→气液分离器6→压缩机1；

(2)制热水循环：压缩机开，四通阀线圈通电，室外机风扇开，室内机风扇关停，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机1→热水凝结换热器2(制热水)→四通阀4(①→③)→第二角阀Z2→室内风换热器7(过冷液通路)→第一角阀Z1→节流器J(J1+J2)→过滤器G→室外风换热器5(吸热)→四通阀4(②→④)→气液分离器6→压缩机1；

(3)制冷气循环：压缩机开，四通阀线圈无电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机1→热水凝结换热器2(过热气通路)→四通阀4(①→②)→室外风换热器5(放热)→过滤器G→节流器J(J1)→单向阀D1→第一角阀Z1→室内风换热器7(吸热)→第二角阀Z2→四通阀4(③→④)→气液分离器6→压缩机1；

(4)制热气循环：压缩机开，四通阀线圈通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机1→热水凝结换热器2(过热气通路)→四通阀4(①→③)→第二角阀Z2→室内风换热器7(放热)→第一角阀Z1→节流器J(J1+J2)→过滤器G→室外风换热器5(吸热)→四通阀4(②→④)→气液分离器6→压缩机1；

(5)除霜循环：压缩机开动，四通阀线圈有电，室内机风扇关，室外机风扇关，循环水泵停。制冷剂流程：压缩机1→热水凝结换热器2(过热气通路)→四通阀4(①→②)→室外风换热器5(放热)→过滤器G→流器J(J1)→单向阀D1→角阀Z1→室内风换热器7(吸热)→角阀Z2→四通阀4(③→④)→气液分离器6→压缩机1。

图3是本发明的简单高效可靠冷暖空调热水机的几种分体形式。

图3a所示为四组件分体式，虚线方框A、B、C、E分别表示室外机、室内机、储热水箱和热水凝结换热器组件，其中循环水泵附在热水凝结换热器组件内；室外机的机壳上安装有便于连接的第一、二、三和四角阀Z1，Z2，Z3和Z4，第一、二角阀Z1，Z2与室内机的室内风换热器的下端、上端接口连接，第三、四角阀Z3、Z4与热水凝结换热器的制冷剂进、出接口连接；储热水箱8为带有保温层的横式承压水箱，设有三个水接口：水箱循环出水接口C1，取水于水箱最低水位；水箱循环进水接口C2，进水到水箱中部水位；热水出水接口C3，取水于水箱上部水位；热水出水管上装有压力安全泄压阀Fa和热水出水阀F2；储热水箱横挂于墙壁上；图3a所示的热水换热系统，是强迫对流循环热水换热系统，其水路连接方式为：热水凝结换热器的进、出水接口S1、S2与储热水箱的水箱循环出、进水接口C1、C2用管路S1-C1和S2-C2连接成循环水回路，循环水泵9安装在热水凝结换热器的循环进水管路(S1-C1)上，自来水的补充进水管接口与热水凝结换热器的循环水出水接口S2并联接到水箱循环进水接口C2上；自来水进水管上装有进水单向阀Ds1，进水阀F1；储热水箱的热水出水接口C3与用户的热水供水管连接，热水出水接口管的支管上安装有超压安全阀Fa。热水循环回路是：储热水箱(C1)→循环水泵9→热水凝结换热器2的水通路(S1→S2)→储热水箱(C2→C1)→循环水泵。取用热水采用自来水顶出水方式，即自来水进水阀F1(长开)，热水出水管上的热水出水阀F2开，即可出热水；储热水箱的温度探头T4提供制热水循环起动和停止，以及制热水或制热水兼制冷循环起、停的信号。

图3b所示为三组件分体式，虚线方框A、B、C分别表示室外机、室内机、储热水箱三组件，储热水箱为立式，热水凝结换热器2直接安装在室外机A内，循环水泵9安放在储热水箱与室外机之间的连接热水凝结换热器与储热水箱的循环水管路S1-C1上，节省两个室外机的机壳上的两个角阀，十分紧凑，便于在用户中安装；水路的连接方式与图3a相同。

图3C所示为三件体式，虚线方框A、B、C分别表示室外机、室内机、储热水箱，热水凝结换热器为置于水箱内的螺旋盘管或带导流套筒螺旋盘管换热器；储热水箱设有补充进水接口C2和热水出水接口C3；补充进水接口C2在水箱最底部，热水出水接口C3在水箱最高位；补充进水管直接与补充进水接口C2连接，进水管上装有进水单向阀Ds1，进水阀F1；热水出水接口C3与用户的热水供水管连接，热水出水接口管的支管上安装有超压安全阀Fa。这种方式，虽然整机紧凑，但带螺旋盘管换热器的储热水箱制作工艺复杂，成本增大，而且水箱安装位置受到限制。

图3d所示为四件体式，虚线方框A、B、C分别表示室外机、室内机、储热水箱组件，其中循环水泵和热水凝结换热器安装在室外机内；其储热水箱是有保温层的非承压式储热水箱，设有三个水接口和一个溢流水接口C4，水箱循环水出水接口C1，取水于水箱最低水位；水箱循环水进水接口C2，兼作补充自来水进口，进水到水箱中部水位；热水出水接口，采用浮球C3a牵引软管取水于水箱上部水位，热水出水接口刚性接口C3在水箱底部；热水出水接口管上安装有出水阀F2；溢流水接口C4，在水箱顶水位，用溢流管YL连接在热水出水阀之后；水箱内安装有水位控制器SW和水温探头T4；水位控制器SW的浮环碰到下水位触头时，自动打开进水电磁阀补充自来水，当碰到上水位触头时，停止进水；当水温到达设定值时，例如55℃，停止制热水循环；当水温低于设定温度下限，例如40℃，重新启动制热水循环。

Claims

1.简单高效可靠冷暖空调热水机，包括有制冷剂回路系统、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统；采集的控制信号包括有制冷剂蒸发器出口温度、热水箱水温度和室内、室外空气温度，压缩机吸气压力和排气压力等；所述的制冷剂回路系统的压缩机、节流器、室外风换热器及其风扇、四通阀、过滤器、气液分离器等安装在室外机内，室内机装有室内风换热器及其风扇，室外机壳上设有与室内风换热器的上、下端接口连接的第一、二两个角阀，通过这两个角阀用可拆卸连接管把室内机和室外机的制冷剂管路连接起来；所述的热水凝结换热器的制冷剂通路连接在制冷剂回路系统上，其水通路与储热水箱以及进、出水管等组成热水换热系统；所述的储热水箱有保温层，设有补充进水接口和热水出水接口；记，四通阀主阀体一侧的单个接口为四通阀第一接口，四通阀主阀体的另一侧的三个接口，约定在四通阀线圈无电时与第一接口内连通的接口为四通阀第二接口，在四通阀线圈有电时与第一接口内连通的接口为四通阀第三接口，居中的接口为四通阀第四接口，即在四通阀线圈无电时与第三接口内连通，又在四通阀线圈有电时与第二接口内连通的接口；所述的节流器是毛细管、或是电子膨胀阀、或是热力膨胀阀；

其特征在于：所述的制冷剂回路系统，还包括有一个三通阀；所述的制冷剂回路连接方式是，压缩机的排气口与三通阀的进气口连接，三通阀的第一出气口，即三通阀线圈无电时与进气口内连通的接口，与热水凝结换热器的制冷剂进口连接；三通阀的第二出气口与热水凝结换热器的制冷剂出口以及四通阀第一接口互连接三连通；四通阀第二、三、四接口分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上的与室内风换热器的上端接口连接的第二角阀、气液分离器的进气口连接；气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接；室外风换热器的下端接口与节流器的进口连接，或其间串联连接有过滤器；节流器的出口与室外机壳上的与室内风换热器的下端接口连接的第一角阀连接；所连成的回路内充装制冷剂；所述的节流器是双流向节流器；所述的三通阀是带有电磁导阀的气动三通阀，电磁导阀的低压出气管直接连接到制冷剂回路的压缩机吸气管上；所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀，电磁导阀的高压进气管直接连接到制冷剂回路的压缩机排气管上；所述的节流器是双流向节流器；所述的制冷剂回路系统能够组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜五种循环。

2.简单高效可靠冷暖空调热水机，包括有制冷剂回路系统、热水凝结换热器、储热水箱、信号采集及电路控制系统；采集的控制信号包括有制冷剂蒸发器出口温度、热水箱水温度和室内、室外空气温度，压缩机吸气压力和排气压力等；所述的制冷剂回路系统的压缩机、节流器、室外风换热器及其风扇、四通阀、过滤器、气液分离器等安装在室外机内，室内机装有室内风换热器及其风扇；室外机壳上设有与室内风换热器的上、下端接口连接的第一、二两个角阀，通过这两个角阀用可拆卸连接管把室内机、室外机的制冷剂回路连接起来；所述的热水凝结换热器的制冷剂通路连接在制冷剂回路系统上，其水通路与储热水箱系统以及进、出水管组成热水换热系统；所述的储热水箱有保温层，设有补充进水接口和热水出水接口；所述的节流器是毛细管、或是电子膨胀阀、或是热力膨胀阀；

其特征在于：所述的制冷剂回路系统的连接方式是，压缩机的排气口与热水凝结换热器的制冷剂进口连接，热水凝结换热器的制冷剂出口与四通阀的第一接口连接；四通阀第二、三、四接口，分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上与室内风换热器的上端接口连接的第二角阀、气液分离器的进气口连接；室外风换热器的下端接口和室外机壳上与室内风换热器的下端接口连接的第一角阀，分别与节流器的两端口连接，其间连接的管路上或安装有过滤器；气液分离器的出气口与压缩机的进气口连接，所连成的回路内充装制冷剂；所述的四通阀是带有电磁导阀的气动四通阀，其电磁导阀的高压进气管要直接连到压缩机排气管上；所述的节流器是双流向节流器；所述的制冷剂回路系统能够组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜五种循环。

3.如权利要求1和权利要求2所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的热水凝结换热器，是高效罐管式换热器、或是板式换热器、或是同轴套管换热器，与循环水泵配套使用；或是置于储热水箱内的螺旋盘管换热器或带有导流套管的螺旋盘管换热器。

4.如权利要求1和权利要求2所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的储热水箱有两种形式，一种是承压式储热水箱，另一种是非承压式储热水箱；配循环水泵用的储热水箱，设有水箱循环进、出水接口和补充进水、热水出水接口；水箱循环出水接口，取水于水箱最低水位；水箱循环进水接口和补充进水接口，进水到水箱中部水位，水箱循环进水接口或兼作补充进水接口；热水出水接口取水于水箱上部水位；热水出水接口管的支管上安装有水箱超压安全阀；所述的非承压式储热水箱的热水出水接口，采用浮球牵引软管取水于水箱上部水位，而热水出水接口刚性接头在水箱底部，与热水出水管连接，在热水出水管上安装有热水出水阀；非承压式储热水箱还在水箱顶水位设有溢流水接口，用溢流管连接在热水出水阀之后的热水出水管上，而且水箱内安装有水位控制器；内置螺旋盘管换热器的储热水箱，只设有补充进水、热水出水接口，补充进水接口在水箱最低水位，热水出水接口在水箱最高水位。

5.如权利要求1和权利要求2所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的热水换热系统，有强迫对流循环热水换热系统和自然对流热水换热系统两种；其强迫对流循环换热系统包括热水凝结换热器、储热水箱、循环水泵、补充进水管、热水出水管、进水阀、进水单向阀、出水阀、水温测量和控制系统、以及储热水箱压力安全保护系统等组成；其水路连接方式是：储热水箱的水箱循环出水接口与循环水泵进水接口连接，循环水泵出水接口与热水凝结换热器的进水口连接，热水凝结换热器的出水口连接到水箱循环进水接口，进水到水箱中部水位；补充进水管接口与补充进水接口连接，或与热水凝结换热器的出水口并联也连接到水箱循环进水接口，补充进水管上安装有进水单向阀和进水阀；储热水箱的热水出水接口与用户的热水供水管连接；所述的热水换热系统的自然对流热水换热系统的热水凝结换热器的螺旋盘管换热器或带有导流套管的螺旋盘管换热器，直接置于储热水箱内，其水路连接方式是，补充进水管与储热水箱底部的补充进水接口连接，热水出水管与储热水箱顶部的热水出水接口连接。

6.如权利要求1和权利要求2所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的双流向节流器是双流向毛细管，或是双流向电子膨胀阀，或是双流向热力膨胀阀；所述的双流向毛细管节流器，是双流向等长度或双流向不等长度毛细管节流器；双流向等长度节流器是单根毛细管节流器，或2根以上等长度毛细管并联构成的节流器；双流向不等长度毛细管节流器，是用两根不等长度毛细管各串联一个单向阀之后再反流向并联的节流器，或是第一、二两段毛细管串联，单向阀与第二毛细管并联，单向阀的进口与第一、二两段毛细管共接端连通连接的节流器。

7.如权利要求1所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的制冷剂回路系统所组织的制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜的五种循环的电器开关控制方式，及其制冷剂流程分别是：

(5)除霜模式：压缩机开，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室内机风扇关，室外机风扇关，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→三通阀→四通阀→室外风换热器(放热化霜)→节流器→过滤器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

8.如权利要求2所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的制冷剂回路系统所组织制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气和除霜的五种循环的电器开关控制方式，及其制冷剂流程分别是：

(1)制热水兼制冷循环：压缩机开，四通阀线圈无电，室内机风扇开，室外机风扇关，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(制热水)→四通阀→室外风换热器(为过冷液通路)→过滤器→节流器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(2)制热水循环：压缩机开，四通阀线圈通电，室外机风扇开，室内机风扇关停，循环水泵开；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(制热水)→四通阀→室内风换热器(为过冷液通路)→节流器→过滤器→室外风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(3)制冷气循环：压缩机开，四通阀线圈无电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(为过热气通路)→四通阀→室外风换热器(放热)→过滤器→节流器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(4)制热气循环：压缩机开，四通阀线圈通电，室内机风扇开，室外机风扇开，循环水泵停；制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(为过热气通路)→四通阀→室内风换热器(放热)→节流器→过滤器→室外风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

(5)除霜循环：压缩机开动，四通阀线圈有电，室内机风扇关，室外机风扇关，循环水泵停。制冷剂流程：压缩机→热水凝结换热器(为过热气通路)→四通阀→室外风换热器(放热化霜)→过滤器→流器→室内风换热器(吸热)→四通阀→气液分离器→压缩机。

9.如权利要求1和权利要求2所述的简单高效可靠冷暖空调热水机，其特征在于：所述的热水凝结换热器或配置于室外机壳内，或配置于储热水箱内，或配置于室外机与储热水箱连接的制冷剂管路上；在后两种配置方式时，室外机壳上增设有两个与热水凝结换热器的制冷剂进、出口连接的角阀；循环水泵或置于室外机壳内，或置于室外机外的热水凝结换热器与储热水箱连接的水路上。