一种一体机及热交换系统的制作方法

本发明涉及机械领域，具体而言，涉及一种一体机及热交换系统。

背景技术：

随着经济的发展和人们生活水平的提高，能源和环境的问题也日益突出，人们也越来越注重对国民经济各个领域节能减排技术的研究。

空调器是目前家庭中普遍使用的设备。就目前的分散式空调器(为叙述方便，本发明简称分体空调器)而言，夏季室外机排放大量的热，这些热量没有得到利用，造成能源浪费的同时也加剧了地球的温室效应。冬季空调器需要消耗大量的电来供热，消耗电量大。此外，由于冬季室外温度低，因而其换热效率较低也造成了能源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种一体机及热交换系统，其旨在改善现有的空调器排放的热量没有得到充分的利用的问题。

本发明提供一种技术方案：

一种一体机，其包括热水器、用于以水作为换热介质与空调器室外机的热交换器进行热交换的循环水箱。热交换器安装于循环水箱内，循环水箱通过送水器与热水器连接。热水器设置有用于与自来水管道连接的第一闸阀，循环水箱设置有用于与自来水管道连接的第二闸阀。送水器具有将循环水箱中被加热的水输送至热水器或将热水器中的水输送至循环水箱中的一种或两种工作模式。

在本发明较佳的实施例中，上述送水器被配置为将循环水箱中被加热的水输送至热水器，热水器还通过设置有热水调节阀的热水输送管道与循环水箱连接，并通过热水输送管道将热水器中的水输送至循环水箱。

在本发明较佳的实施例中，上述热水输送管道套设有保温层。

在本发明较佳的实施例中，上述循环水箱设置有用于与空调器室内机的冷凝水管连接的接头。

在本发明较佳的实施例中，上述一体机还包括控制装置，控制装置包括用于检测热水器水温与水位的第一传感器、用于检测循环水箱水温与水位的第二传感器。

在本发明较佳的实施例中，上述控制装置还包括控制器，控制器与第一传感器、第二传感器匹配连接，并根据第一传感器和第二传感器的检测值调节第一闸阀、第二闸阀、送水器、热水调节阀中一个或多个。

在本发明较佳的实施例中，上述一体机还包括用于显示热水器的水温与水位的显示屏、循环水箱的水温与水位的显示屏，显示屏与控制器配合连接。

在本发明较佳的实施例中，上述第一闸阀包括电磁阀、分别安装于电磁阀上下游的两个截止阀，第二闸阀包括电磁阀、分别安装于电磁阀上下游的两个截止阀。

在本发明较佳的实施例中，上述循环水箱配置有循环泵、与循环泵匹配连接的循环管道，循环水箱内还安装有用于喷淋热交换器的喷淋管及喷淋头，喷淋管与循环管道连接。

一种热交换系统，其包括上述的一体机。

本发明实施例提供的一体机及热交换系统的有益效果是：通过空调器与热水器的联合应用，回收空调器排放到大气中的热能，利用该热能对热水器的进水预热，这样既达到节省能源的目的，又降低因废热排放而造成的温室效应。将空调器室外机由现有的风冷改为水冷，提高热的传导系数，增大传热效率的同时节约用电。此外，冬天采用热水器中热水作为空调器的热交换器的换热介质，提高空调器热效率，降低空调器的耗电量。回收利用空调器室内机的凝结水，节约资源的同时减少凝结水对环境的污染与影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例一提供的一体机的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一体机的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的控制器的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供循环水箱的结构示意图。

图标：100-一体机；200-一体机；101-空调器；110-热水器；111-电热盘管；112-热水阀；113-第一闸阀；114-电热套筒；120-室外机；121-室内机；122-冷凝水管；123-热交换器；130-循环水箱；131-第二闸阀；132-自来水泵；133-热水泵；134-热水调节阀；135-热水输送管道；201-喷淋管；202-循环水泵；210-第一传感器；220-PLC控制器；230-第二传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供了一种一体机100，具体地，一体机100将热水器110与分体式的空调器101连接配合使用。一体机100包括空调器101、热水器110、循环水箱130。空调器101包括室外机120、室内机121。室外机120与室内机121配合使用，室外机120的热交换器123设置于循环水箱130内。

循环水箱130配置有送水器(图中未示出)以及循环水箱130与热水器110之间的送水管路，循环水箱130通过送水器与热水器110连接。

送水器具有多个工作模式。例如，送水器将循环水箱130中被加热的热水输送至热水器110；送水器将热水器110中的水输送至循环水箱130。此外，送水器还可以可双向输送水，即送水器可选择地将热水器110中的热水输送至循环水箱130或将循环水箱130中的水输送至热水器110。例如：送水器将热水器110中的热水输送至循环水箱130，为设置于循环水箱130内热交换器123供热，与热交换器123交换后的低温水再通过送水器输送至热水器110内。

具体地，循环水箱130的补水端通过第二闸阀131及自来水泵132与自来水管连接。在本实施例中，送水器将循环水箱130内被加热的水输送至热水器110。具体地，送水器为热水泵133，循环水箱130的出水端通过热水泵133与热水器110连接。夏季，自来水管道内的常温水通过第二闸阀131或自来水泵132输送至循环水箱130内，常温水与室外机120的热交换器123进行换热得到温度较高的预热水。预热水从循环水箱130的出水端通过热水泵133输送至热水器110。相应的，热交换器123与常温水进行换热，将室外机120高温制冷剂气体还原为常温液体输送至室内机121。

在本发明中，热交换器123以水为热交换介质进行热交换。相比于现有的以空气为热交换介质，热交换器123换热效率更高，相同的热负荷，其换热面积更小，节约室外机120金属耗材消耗量和其占用空间，即节省了资源。

室内机121在运行过程中将室内的水蒸气凝结为水滴，为了减少资源浪费，以及避免水滴对墙体及环境的破坏。在本实施例中，室内机121通过冷凝水管122与循环水箱130连通，冷凝水管122将室内机121凝结的水滴输送至循环水箱130。

在本实施例中，循环水箱130为一个带有补水端通孔、出水端通孔的箱体。为了降低热量损失，增大其保温效果，循环水箱130由保温材料制成，或者在循环水箱130的外壁涂一层保温材料，例如硅酸铝保温材料。此外，为了增加安装于循环水箱130的热交换器123的换热效率，增加平均传热温差。循环水箱130的补水端设置于靠近循环水箱130箱底的侧壁，循环水箱130的出水端设置于靠近循环水箱130箱顶的侧壁。

在本发明的其他实施例中，循环水箱130也可以根据热交换器123的形状及大小设置成其他形状，例如圆柱形。

经过循环水箱130预热之后的预热水进入热水器110，经过热水器110加热之后输出。热水阀112控制热水器110是否输出热水、以及输出热水的量。

自来水管也可以直接通过第一闸阀113与热水器110连接，在不使用空调器101时，或者空调器101的换热足够时，可以视热水器110内的储水量调节第一闸阀113控制输送至热水器110的自来水量。

在本实施例中，热水器110为电热水器，热水器110内还设置有电热盘管111。在本发明的其他实施例中，热水器110也可以设置为太阳能热水器或者天然气热水器。

一体机100的主要优点在于：将空调器101的由现有技术中的风冷改为水冷，增大制冷系数，提高制冷效率。此外，将空调器101的热量通过循环水箱130内的储存的热水收集之后再利用，对废热回收利用，节约用电的同时，减小温室效应。此外，一体机100还将空调器101的室内机121产生的凝结水再次回收利用，节省资源的同时减少环境污染。

实施例二

请参阅图2，本实施例提供了一种一体机200。一体机200与实施例一提供的一体机100主要区别在于：一体机200还包括控制装置(图未标)。控制装置包括第一传感器210、PLC控制器220。第一传感器210与热水器110匹配连接，用于检测热水器110的水位及水温。在本实施例中，第一传感器210配置有热电阻温度传感器及水位传感器。在本发明的其他实施例中，温度传感器也可以采用热电偶温度传感器。

请参阅图2、图3，PLC控制器220与第一传感器210电连接，PLC控制器220还与第一闸阀113、电热盘管111的电源电连接。第一传感器210将检测到的热水器110的水温与水位信号传递至PLC控制器220，PLC控制器220根据上述信号调节第一闸阀113的开度，进而调节热水器110的水位。PLC控制器220根据上述信号调节电热盘管111的电源开关，进而调节热水器110内水的温度。

上述控制装置还包括相互匹配连接的第二传感器230与循环水箱130。第二传感器230与PLC控制器220电连接。第二传感器230配置有热电阻温度传感器及水位传感器，用于检测循环水箱130的水温与水位，并将其信号传递至PLC控制器220。

承上所述，PLC控制器220还与第二闸阀131电连接。PLC控制器220根据第二传感器230检测到的信号调节第二闸阀131的开度，进而调节循环水箱130的水位与水温。

需要说明的是，在其他实施例中，控制装置可以只设置第二传感器230与第一传感器210，通过第二传感器230与第一传感器210反馈的值手动调节第二闸阀131、第一闸阀113以及电热盘管111的电源等。

在本实施例中，还设置有与PLC控制器220配合连接的显示屏，通过在显示屏操作调控热水器110内的水位、水温，空调器101的水温等，实现远程控制。

在本实施例中，第一闸阀113为电磁阀。为了在更换或者维修电磁阀时，防止电磁阀上下游管道内的水泄漏，在该电磁阀的上游、下游分别设置有球阀，在本发明的其他实施例中，电磁阀的上下游也可以设置截止阀、蝶阀等。相应地，第二闸阀131为电磁阀，在该电磁阀的上游、下游分别设置有截止阀或蝶阀、球阀等。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，PLC控制器220也可以设置为其他控制器，例如微程序控制器，单片机(MCU)。

本实施例提供的一体机200与实施例一提供的一体机100的特征还在于循环水箱130。

图4示出了本实施例循环水箱130的结构示意图。请参阅图4，热交换器123设置于循环水箱130内。循环水箱130内还设置有喷淋管201和喷淋头、以及与喷淋管201连接的循环水泵202。具体地，本实施例采用对热交换器123喷淋水的方式进行换热。为了增大热交换器123与水的接触面积，增加换热效率，喷淋管201可以呈多级交错设置。

循环水箱130内的水与热交换器123换热达到一定温度后，可以通过热水泵133泵送至热水器110内。

请再次参阅图2，为了防止冬季由于气温过低将水管冻结，在本实施例中，热水器110与热水阀112连接的输送管道套设有保温层，例如石棉层。在本实施例中，上述输送管道上套设有电热套筒114，且电热套筒114与PLC控制器220电连接，通过PLC控制器220控制电热套筒114的电源开关，对水管预热，将水管内的冰解冻。

一体机200与实施例一提供的一体机100区别还在于：在本实施例中，送水器将热水器110内的水输入循环水箱130，此外，循环水箱130内被加热的水也可通过送水器输入热水器110。具体地，送水器还包括热水输送管道135与热水调节阀134，热水器110通过热水输送管道135与热水调节阀134、循环水箱130连接。

冬季，空调器101的室外机120内的热交换器123与循环水箱130内的水进行热交换。空调器101将温度较高的制冷剂气体通过室内机121与室内空气热交换，被加热空气送至室内供暖。在本实施例中，打开热水调节阀134，将热水器110内的热水通过热水输送管道135输送至循环水箱130。具体地，设置于热交换器123内的制冷剂吸收热水的热量，使其蒸发温度提升，增大空调器101的供热系数，进而增大供热效率，节省电能。需要说明的是，在本实施例中，发明人就热水器110的安装高度比循环水箱130的安装高度高的考虑，热水器110内的热水通过重力势能的变化，直接流入循环水箱130内。

在本发明的其他实施例中，可以视热水器110、循环水箱130的安装高度，还可以通过在热水输送管道135安装泵，将热水器110内的热水输送至循环水箱130。

在本实施例中，热水输送管道135与热水泵133所在的管道相对独立设置。在本发明的其他实施例中，热水输送管道135可以通过三通阀门连通热水泵133的入口端与出口端，在节约空间的同时节约管材。

一体机200除了具有一体机100的优点外，其优点还包括：增加PLC控制器220，实现对一体机200的自动化控制。设置热水调节阀134及热水输送管道135，冬季使用空调器101时，增加空调器101的换热效率，减小空调器101的用电量。

将空调器101的由现有技术中的风冷改为水冷，增大制冷系数，提高制冷效率。此外，将空调器101的热量通过循环水箱130内的储存的热水收集之后再利用，避免资源浪费。

对本实施例提供的一体机200以及以海信KFR-350/W空调(Qo＝3.5KW，Pi＝1.5KW，t_c＝40℃)在相同热负荷时换热面积的计算分析，计算结果见表1。

热交换器123的热负荷：Qc＝Qo+Pi

式中：Qc—冷凝器热负荷(KW)；Qo—压缩机在计算工况时的制冷量(KW)；Pi—压缩机在计算工况时的指示功率(KW)。

平均传热温差：△tm＝(t₂-t₁)/ln〔(t_c-t₁)/(t_c-t₂)〕

式中：△tm—对数平均温度(℃)；t_c—冷凝温度(℃)；t₁—冷却水进口温度(℃)；t₂—冷却水出口温度(℃)。

热交换器123的传热面积：A＝Qc/(K·△tm)

式中：K—传热系数W/(m²·K)

表1

表1中，风冷表示采用风冷换热的现有技术(海信KFR-350/W空调)的计算值；水冷表示采用水进行热交换的空调器的相关计算值，即本实施例提供的一体机200。

通过表1中的数据可知，根据传热理论，与现有的热水器相比：一体机200将提高传热效果，在相同热负荷值下，采用水冷将很大程度的减小换热面积；降低空调器101的成本，节省金属耗材。

对本实施例提供的一体机200、海信KFR-350/W空调(Qo＝3.5KW，Pi＝1.5KW，t_c＝40℃)进行冬季、夏季制冷(热)系数进行计算，结果如表2。

表2

由表2中数据可知，夏季，一体机200的空调器101采用水冷进行冷却，降低冷凝温度，提高制冷效果，提高压缩机制冷系数。一体机200节约用电35％左右。

冬季，一体机200采用热水器110提供的热水作为循环介质，提高蒸发温度，减少耗电量，提高供热系数。此外，还减少空调器101因频繁起动而增加的耗电量。与现有技术相比，节约用电23％左右。

本实施例中，基于使用的便利性等需求，采用控制器对各相关设备进行控制，可以理解的是，在本发明的其他实施例中，也可以采用手动控制的方式对各阀门等设备进行控制，即，一体机200也可以不设置控制器。

本发明还提供一种热交换系统，其包括上述的一体机200。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。