一种利用空调余热的冷热水循环系统的制作方法

本实用新型涉及空调余热回收技术领域，更具体地，涉及一种利用空调余热的冷热水循环系统。

背景技术：

空调余热是导致热岛效应的一个重要因素，为了减小空调余热对热岛效应的影响，空调余热的处理尤为重要。此外，空调余热往往在产生后就向外界环境散发，无法得到充分利用，所以对空调余热的再利用也显得至关重要。现有技术中存在较多的空调余热利用技术，尤其是大型建筑中央空调的余热利用技术，结合蓄能技术能够利用空调余热为用户提供免费采暖、生活热水等便利，目前已有较多成熟的余热利用技术得到应用。

但对于家用空调，现有技术存在成本高、结构复杂、需要的安装空间大等因素，无法基于常见且低廉的设备、简单的结构实现空调余热处理和利用，难以应用在家用空调上，因此仍有大量空调余热被直接排入外界环境中，不仅加剧了热岛效应，且余热不能得到回收利用，浪费大量热量。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种利用空调余热的冷热水循环系统，利用常见且价格低廉的设备实现空调余热的再利用，设备占用空间小，安装成本低，能应用于家用空调，适用范围更广泛。

本实用新型采取的技术方案是，一种利用空调余热的冷热水循环系统，包括：储水器，设有冷水出口和回流入口；套设于空调外机上的隔热外壳，所述隔热外壳设有集气口，所述集气口用于收集和排出空调外机产生的热空气；换热器，所述换热器设有与储水器连通的入水口、出水口以及供水流动的第一流道，储水器的水依次经冷水出口、入水口、第一流道、出水口、回流入口回流至储水器；换热器还设有与隔热外壳连通的入气口、出气口以及第二流道，隔热外壳内的热空气依次经集气口、入气口、第二流道、出气口向外排出；且分别在第一流道、第二流道内流动的流体在流动过程中进行相互换热。

储水器的冷水依次经储水器冷水出口、换热器入水口、第一流道到达出水口，从储水器冷水出口流出的冷水在第一流道流动过程中与换热器中第二流道内流动的气体进行换热，到达出水口时已成为高于原水温的热水，热水再经换热器的出水口、储水器的回流入口进入至储水器进行储存和使用，也能用于再次循环、热交换以升温。套设于空调外机上的隔热外壳先将空调外机余热进行集中收集，空调外机产生的热空气通过隔热外壳上的集气口流出，本实用新型连通集风口和换热器的入气口，从而引导热空气进入换热器，热空气进入换热器的入气口后经换热器内的第二流道到达出气口，热空气在第二流道内的流动过程中与第一流道内的水进行换热，从而实现对冷水升温、对热空气降温。即在储水器的冷水、空调外机产生的热空气均进入换热器后，通过第一流道、第二流道能够实现水与气体之间的换热，从而达到降低热空气温度，升高水温的效果，即避免了热空气直接排向外界环境影响环境，又充分利用了空调余热的热能，避免了能源的浪费。优选的，出气口与外界连通，降温后的空气直接排向外界环境。

即本实用新型通过包括储水器、换热器、设有集气口的隔热外壳组成的基本结构即能实现对空调余热的再利用，相比于现有技术中中央空调、汽车发动机空调余热再利用系统结构更为简单，其所需要的设备均能采用市场上常见的、价格低的设备，且安装简单、安装成本低、占用空间小，能够显著降低成本，使其能广泛应用于不同家庭中，增多空调余热再利用系统的使用率，从而提高整个地区内空调余热再利用率，减小空调余热对环境的影响。同时还利用空调余热进行水的升温，为使用者提供暖水，充分利用空调余热的同时节省了原供水暖的能源。

优选的，所述换热器为板式换热器，所述板式换热器安装于隔热外壳侧面；相比于现有技术中其他换热器，板式换热器的占用空间小，能够适用于不同类型的空调外机，尤其适用家用空调的外机，不需要过多的空间安装；重量轻，降低了安装难度，从而减少安装成本；、传热系数高，由于板式换热器上的流道较小、截面变化复杂，使流体流动方向和流速不断变化，增加了流体的扰动，从而在很小的流速下达到絮流，从而实现充分的传热，提高了水与热空气之间的传热效率，减少热空气热能的损失。此外，板式换热器低廉的价格能促进系统在不同家庭上的应用，且板式换热器能灵活组合换热板片数量，从而结合具体需求进一步提高换热效率。

优选的，板式换热器包括多个换热板片以及多个换热板片形成的奇数个供流体流动的间隙，所述间隙为换热板片之间或换热板片与相邻的现有技术其他板片之间形成的间隙，水和气体在相邻间隙中流动，第一流道包括供水流动间隙形成的并联流道，第二流道包括供气体流动间隙形成的并联流道，且靠近入气口一侧以及远离入气口一侧的间隙均属于第二流道。所述板式换热器即现有技术中的板式换热器，但在本实用新型中，优选的将其设置为产生奇数个供流体流动的间隙的多个换热板片，且靠近入气口一侧以及远离入气口一侧的间隙均属于第二流道的一部分，从而使得整个板式换热器的两端间隙均流通为热空气，实现对换热器内侧间隙流体的保温，减少第一流道中的水在升温后发生的热能损失。

优选的，储水器冷水出口与换热器入水口之间设有高温气动角座阀，所述集气口连接有集气管道，集气口通过集气管道连接高温气动角座阀的气动入口，且集气管道靠近高温气动角座阀的一侧设有第一分支管道，所述分支管道连通集气管道与换热器的入气口。

储水器冷水出口与换热器入水口之间通过管道连接，其中管道上设有高温气动角座阀，所述高温气动角座阀为现有技术中常见的气动角座阀，高温气动角座阀设有气动入口，所述气动入口通过集气管道与集气口连通，空调外机产生的热空气通过集气口向集气管道涌入；集气口涌入集气管道内的一部分热空气涌向高温气动角座阀，驱动阀门打开，此时冷水出口与入水口连通，冷水通过管道流动至换热器入水口，冷水进入换热器内；同时，集气口涌入集气管道内的另一部分热空气则通过与集气管道连通的第一分支管道涌向换热器的入气口，热空气进入换热器内。当空调处于关闭状态或集气管道内未有热空气时，气动入口未有热空气涌入，高温气动角座阀阀门关闭，冷水出口与入水口之间处于未连通状态，冷水无法进入换热器内。

即本实用新型实现了空调开启后热空气通过集气口向集气管道涌入时启动整个换热系统，避免在未有热空气传热时冷水持续进入换热器，更避免了未升温的冷水回流至储水器中降低原储水器中暖水的温度。利用高温气动角座阀实现了热空气与冷水进入换热器的联动，除了避免单个流体进入不进行换热外，还能保证热空气、冷水趋于同时进入换热器，从而提高热能的传动。

优选的，所述集气管道在集气口至气动入口之间口径逐渐缩小，所述第一分支管道与集气管道连接的一侧与集气管道垂直，所述第一分支管道在集气管道至入气口之间口径逐渐增大。高温气动角座阀的气动入口往往需要较高的气压驱动阀门开启，本实用新型通过逐渐缩小集气口至气动入口之间集气管道的口径加快热空气流速，从而便于驱动高温气动角座阀开启。而设置于集气管道靠近高温气动角座阀一侧的第一分支管道则避免了大部分热空气先涌向第一分支管道，使大部分热空气涌向于高温气动角座阀一侧，便于驱动阀门开启。而第一分支管道与集气管道垂直则能避免热空气快速流入第一分支管道，且第一分支管道靠近集气管道的一侧在集气管道至入气口的方向上口径也逐渐缩小，并在进入入气口前形成固定口径，从而降低进入换热器入气口、换热器内的热空气流速，延缓其在换热器内的流动速度，增加单位体积热空气的换热时间，使其与第一流道中的水进行充分换热。

优选的，所述出气口连接有出气管道，所述出气管道与外界环境连通；所述出气管道远离出气口的一侧设有第二分支管道，所述第二分支管道连通出气管道与集气管道，且第二分支管道与出气管道的连接处设有切换阀门，所述切换阀门用于切换出气管道内热空气排至外界环境或排至集气管道；所述切换阀门与出气口之间设有温度传感器，所述温度传感器与切换阀门连接。所述第二分支管道与集气管道的夹角小于60°。当空调外机产生的热空气温度较高时，单次热交换后热空气仍有可能保持较高温；或热交换效率较低时，无法充分换热，热空气热量传递较少；此时，通过在温度传感器上设置阈值且检测从出气口排出的空气是否在阈值以下，当换热后空气处于阈值以下时，则切换阀切换至出气管道与外界连通，传热后空气通过出气管道向外界排出。当换热后空气仍处于阈值以上时，切换阀切换至出气管道与集气管道连通，此时换热后热空气通过第二分支管道、集气管道、第一分支管道再次进入换热器中，从而进行再次降温，从而尽量减小热空气对环境的影响。

优选的，所述入水口、入气口等高，所述出水口、出气口等高，且入水口、入气口设置于出水口、出气口下方。结合现有技术中的板式换热器，入水口、入气口、出水口、出气口均设于板式换热器的一侧，当板式换热器上的入水口、入气口等高，出水口、出气口等高，且入水口、入气口设置于出水口、出气口下方时，进入换热器中的水、热空气在换热板片之间的间隙中均是由下往上流动，即水、热空气进行同向流动换热。该换热方式有助于板式换热器的安装，入气口、入水口在高温气动角座阀的作用下保持同时进入相应流体，而入气口、入水口等高且设置于出水口、出气口下方则避免了集气管道、第一分支管道的过长、弯折，即方便管道与板式换热器的安装，又能避免弯折导致的流体流动不通问题。

优选的，所述入水口、出气口等高，所述出水口、入气口等高，且入水口、出气口设置于出水口、入气口下方。此时，进入换热器中的水在换热板片之间的间隙则是由下往上流动，进入换热器中的热空气在换热板片之间的间隙则是由上往下流动，从而实现逆向流动换热，提高了换热效率。优选的，入水口、出水口、入气口、出气口还能采用其他设置位置，只要其同样可以在板式换热器内换热。

优选的，出气口或出气管道的朝向与安装空调外机的墙壁平行，避免设置于一楼的换热器直接向行人排出换热后空气。

优选的，所述集气口设置于隔热外壳侧面，隔热外壳表面向外凸起形成凸嘴状集气口。集气口在隔热外壳表面向外凸起过程中口径之间缩小形成凸嘴状集气口，有助于隔热外壳内热空气通过集气口排出。

优选的，所述冷水出口低于回流入口和/或储水器连接有水循环泵。当储水器未设有循环泵时，通过将冷水出口设置于回流入口下方则能利用压差驱动水循环流动。除此之外，储水器也能同时或仅连接有水泵，从而利用水泵驱动储水器中的水流出和水回流。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：利用简单的结构实现空调余热的再利用，利用空调余热实现冷热水循环，从而充分的将空调余热转化为生活所需能量，防止空调余热危害环境的同时节省了能源。利用储水器、换热器、设有集气口的隔热外壳即能实现空调余热再利用，相比于现有技术中大型空调余热利用系统成本更低、占用空间小、安装容易，能够适用于更多场景，尤其是应用于家用空调上。低成本、方便安装的特点有助于更多家庭用户采用该系统，从而提高基于空调余热的冷热水循环系统的利用率，降低整个地区内家用空调余热对热岛效应的加剧，同时节省大量能源。

附图说明

图1为实施例部分结构示意图(一)。

图2为实施例部分结构示意图(二)。

图3为实施例结构示意图。

图4为实施例结构示意图的局部放大图。

图5为实施例流体流动示意图(一)。

图6为实施例流体流动示意图(二)。

图7为实施例流体流动示意图(三)。

附图说明：储水器1，冷水出口11，回流入口12，隔热外壳2，集气口21，集气管道211，第一分支管道212，换热器3，入水口31，出水口32，入气口33，出气口34，出气管道341，第二分支管道342，切换阀门343，高温气动角座阀4，气动入口41。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例

如图1、2、3所示，一种利用空调余热的冷热水循环系统，包括：储水器1，设有冷水出口11和回流入口12；套设于空调外机上的隔热外壳2，所述隔热外壳设有集气口21，所述集气口21用于收集和排出空调外机产生的热空气；换热器3，所述换热器3设有与储水器1连通的入水口31、出水口32以及供水流动的第一流道，第一流道如图6所示；储水器1的水依次经冷水出口11、入水口31、第一流道、出水口32、回流入口12回流至储水器1；换热器3还设有与隔热外壳2连通的入气口33、出气口34以及供热空气流动的第二流道，第二流道如图6所示；隔热外壳2内的热空气依次经集气口21、入气口33、第二流道、出气口34向外排出；且分别在第一流道、第二流道内流动的流体在流动过程中进行相互换热。其中图3与图1、2不同，入水口、出水口、入气口、出气口均不属于同一高度仅为便于展示水管安装及各个端口的连接关系。

如图3、5所示，所述换热器3为板式换热器，板式换热器3安装于隔热外壳2侧面；板式换热器3包括多个换热板片以及奇数个间隙，所示间隙为换热板片或换热板片与其他板片之间的间隙，水和气体分别在相邻间隙中流动，如图5所示。结合现有技术实际是在间隙两侧之一的换热板片表面流动，如图6所示，且对应换热板片设有胶圈密封，防止流体泄露。，此外，图5为方便表示未将橡胶圈、换热板通孔示出；图6仅用于说明流动方向，具体到换热板片类型、其他板片均可以采用现有技术进行组合。

如图5、6所示，入水口31、换热板片上与入水口31对应的通孔、多个供水流动的间隙或称为换热板片表面流道、换热板片上与出水口32相对的通孔共同形成并联的第一流道，同理，入气口33、换热板片上与入气口33对应的通孔、多个供热空气流动的间隙或称为换热板片表面流道、换热板片35上与出气口34相对的通孔共同形成并联的第二流道。本实施例中共设有多个换热板片，形成奇数个供流体流动的间隙，且靠近入气口一侧以及远离入气口一侧的间隙均属于第二流道的一部分，即均流动着热空气，从而使得整个板式换热器的两端间隙均流通为热空气，实现对换热器内侧间隙流体的保温，减少第一流道中的水在升温后发生的热能损失。

如图3、4所示，储水器冷水出口11与换热器3入水口31之间设有高温气动角座阀4，所述集气口21连接有集气管道211，集气口21通过集气管道211连接高温气动角座阀4的气动入口41，且集气管道211靠近高温气动角座阀4的一侧设有第一分支管道212，所述第一分支管道212连通集气管道211与换热器的入气口33。

所述集气管道211在集气口21至气动入口41之间口径逐渐缩小，且在靠近气动入口一侧形成固定口径的通路，所述第一分支管道212在与集气管道211连接的一侧与集气管道211垂直，所述第一分支管道212在集气管道211一侧由集气管道211至入气口33的方向上口径逐渐增大。

如图3、4所示，所述出气口34连接有出气管道341，所述出气管道341与外界环境连通；所述出气管道341远离出气口34的一侧设有第二分支管道342，所述第二分支管道342连通出气管道341与集气管道211，且第二分支管道342与出气管道341的连接处设有切换阀门343，所述切换阀门343用于切换出气管道341内热空气排至外界环境或排至集气管道211；所述切换阀门343与出气口34之间设有温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器与切换阀门343连接。所述第二分支管道342与集气管道211的夹角α小于60°。

如图6所示，所述入水口31、入气口33等高，所述出水口32、出气口34等高，且入水口31、入气口33设置于出水口32、出气口34下方。结合现有技术中的板式换热器，入水口31、入气口33、出水口32、出气口34均设于板式换热器3的一侧，当板式换热器3上的入水口31、入气口33等高，出水口32、出气口34等高，且入水口31、入气口33设置于出水口32、出气口34下方时，进入换热器3中的水、热空气在换热板片之间的间隙中均是由下往上流动，即水、热空气进行同向流动换热。该换热方式有助于板式换热器的安装，避免了集气管道211、第一分支管道212的过长、弯折，即方便管道与板式换热器3的安装，又能避免弯折导致的流体流动不通问题。

除此之外，也能采用如图7所示的设置方式，所述入水口31、出气口34等高，所述出水口32、入气口33等高，且入水口31、出气口34设置于出水口32、入气口33下方。此时，进入换热器3中的水在换热板片之间的间隙则是由下往上流动，进入换热器中的热空气在换热板片之间的间隙则是由上往下流动，从而实现逆向流动换热，提高了换热效率。

本实施例中，所述集气口21设置于隔热外壳2侧面，隔热外壳2表面向外凸起形成凸嘴状集气口21，如图1、2所示，储水器的冷水出口11低于回流入口12。此外，虽然本文件未特意说明，但本实用新型中储水器可以采用现有技术实现同一容器内冷热水分隔但上层回流热水能挤压下层冷水排出。

实施原理：储水器1中底部的冷水通过冷水出口11和管道流向换热器3的入水口31，且冷水出口11与入水口31之间的管道上设有高温气动角座阀4，高温气动角座阀4设有气动入口41，未有空气涌向气动入口41时，阀门关闭，冷水出口11与入水口31之间不连通；所述隔热外壳2的集气口21排出隔热外壳2内空调外机产生的热空气至集气管道211内，所述集气管道211与高温气动角座阀4气动入口41连接，且集气管道211上还设有第一分支管道212，进入集气管道211内的部分热空气涌向气动入口41，驱动高温气动角座阀4打开，冷水出口11与入水口31之间连通，冷水涌向换热器3的入水口31。同时，集气管道211内的另一部分热空气进入第一分支管道212，涌向换热器3的入气口33。此时，热空气、冷水均进入换热器3中，其中冷水进入第一流道，热空气进入第二流道，第一流道包括供水流动的多个间隙，第二流道包括供热空气流动的多个间隙，热空气、冷水分别在板式换热器3中相邻间隙内流动并分别汇聚涌向出气口34、出水口32。且冷水、热空气在板式换热器3中进行热交换，冷水接收热量后通过回流入口12回流至储水器1，热空气降温后经与出气口34连通的出气管道341排出，温度传感器比较传热后热空气温度与阈值，从而使切换阀门343切换至对应位置，传热后热空气直接向外界环境排出或通过第二分支管道342再次进入换热器3内换热直至低于阈值后向外界环境排出。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。