专利名称：自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机的制作方法
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：
现有家用冷暖空调器只在夏冬两季使用，春、秋季一般被闲置，造成设备和资金的季节性浪费。把现有冷暖空调器改造为冷暖空调热水三用机，在保障空调的功能前提下，替代家用电热水器，可节电70%，节能效果明显，市场潜力巨大。为实现这一个目标，目前已有很多相关的专利技术，但是大多数专利在制冷回路上都配置多个电磁阀或多个四通阀， 使得回路结构复杂，故障率高，或者安装麻烦，难以推广；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. χ)，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，节流结构复杂；另外带导流套筒换热器储水箱的空气源热泵热水器的热水凝结换热器是与室外机分体，需要在安装现场把热水凝结换热器制冷剂管路与室外机的制冷循环回路的连接，这需要用室外机的制冷循环回路内的制冷剂驱赶热水凝结换热器内的空气，造成制冷剂充注量的不确定性和不凝性气体驱赶不彻底以及制冷剂的浪费，不仅影响机组效率，而且增加安装的难度和制作成本，给用户增加安装麻烦。这些原因，阻碍了三用机的市场化，使三用机不能在低碳经济时代发挥很好作用。
发明内容
为了推进冷暖空调热水三用机走入市场，在节能中发挥作用，需要克服其现有技术的上述不足，本发明提出一种能够自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机， 不仅具备制热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气多功能，而且使结构进一步简化紧凑，节省制冷剂连接管路和连接阀，使整机生产成本更低，降低安装过程制冷剂泄漏量，使制冷回路的制冷剂充注量稳定，制冷回路切换更方便可靠，运行更稳定，效率更高。为实现上述目标，本发明采用下述的技术方案是自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，包括有制冷剂回路系统，水换热回路系统，储水箱，信号采集及电路控制系统；所述的制冷剂回路系统，包括室外机和室内机两组件，室外机安装有压缩机、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，室内机安装有室内风换热器及其风扇等；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；所述的储水箱为储存热水的有保温层的承压水箱，设有补充进水接口和热水出水接口 ；四通阀主阀体一侧的单个接口记为四通阀第一接口，四通阀主阀体的另一侧的三个接口的序号，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，第四接口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；所述的采集的控制信号包括有室内风换热器和室外风换热器换热管的出口温度、储水箱的水温度，室内空气温度，压缩机的吸气压力和排气压力等；其特征在于所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，配备有制冷剂回路与水换热回路交联器件的热水凝结换热器；热水凝结换热器安装在室外机底盘上，或安装在储水箱内再连同储水箱一起安装在室外机底盘上；所述的水换热回路系统，是自建自然循环流换热的水换热回路系统，包括储水箱和有导流作用的热水凝结换热器；所述的自建自然循环流换热的水换热回路系统有两种形式一种是把有导流作用的热水凝结换热器置于储水箱内的箱内自然循环流换热式；另一种是把有导流作用的热水凝结换热器置于储水箱外，用连接水管把热水凝结换热器的水流通路的进水口和出水口分别与储水箱的循环水出口和循环水进水口连接起来，所构成的联箱式自然循环流换热式；所述的制冷剂回路系统，还包括有一个三通阀；制冷剂回路的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四通阀第一接口以及热水凝结换热器的制冷剂出口互连接三连通；四通阀第二、 三、四接口分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上的第一角阀、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室外机壳上的第二角阀之间的连接管路上安装有节流器和过滤器；用两根可拆卸连接管把室内机的室内风换热器的上、下两端口与室外机壳上的第一、二角阀连接；所连成的制冷剂回路内充装制冷剂；所述的三通阀是带有电磁导阀的气动三通阀，其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，其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；所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，或者，还在其上述的制冷剂回路系统的压缩机出口管路与压缩机吸气管路之间，增添一条在停机时快速平衡系统气压的旁通管路，在旁通管路上安装有常闭电磁阀，停机时电磁阀瞬间开启十几秒后又关闭；所述的箱内自然循环流换热式的水换热回路系统，其有导流作用的热水凝结换热器，是有两层以上的多层螺旋管卷筒式的热水凝结换热器，同心相套直立置于储水箱轴心区，螺旋管卷筒所包络区的容积小于储水箱容积的三分之一，且螺旋管卷筒的高度与储水箱高度接近，各条螺旋管的两端分别并联焊接在制冷剂的进气干管上和制冷剂的液体流出干管上，制冷剂的进气干管和液体流出干管穿过储水箱侧壁的孔接头，用机械密封方式把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死；螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制；所述的箱内自然循环流换热式的水换热回路系统，其有导流作用的热水凝结换热器，或是带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器，由2至6条的多条螺旋管圈圈相套或圈圈相嵌交叉，外部套有导流套筒，直立安装在储水箱中的换热器，各螺旋管的长度相等或接近相等为宜，采用并联连接方式焊接在制冷剂的进气干管和液体流出干管上，制冷剂的进、 出干管穿过储水箱侧壁的孔接头，并用机械密封方式把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死；螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制；导流套筒两端各装有数根支撑条，利用支撑条顶在储水箱的箱顶盖板和底板产生弯曲的弹力，把导流套筒连同螺旋管固定在储水箱中；导流套筒的高度略低于储水箱顶部的热水出水口高度，其下端口与储水箱的底部保留数厘米距离，储水箱的进水口设置在下部；所述的联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统，其有导流作用的热水凝结换热器，是由细高形圆筒罐和放置其内的多层螺旋管卷筒构成的热水凝结换热器，名为圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器；圆筒罐的高径比大于2，螺旋管卷筒数大于2，同心放置，螺旋管卷筒所包络区的容积接近储水箱的容积，各螺旋管卷筒的高度都与圆筒罐的高度接近， 其两端分别并联焊接在制冷剂的进气干管上和制冷剂液体流出的干管上，制冷剂的进气干管和液体流出干管穿过焊接在圆筒罐侧壁的孔接头，并用机械密封方式，把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死；螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制；圆筒罐的上、下端分别设有大口径的进、出水接口 ；所述的有导流作用的圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的进水口和出水口，分别与储水箱的循环出水口和循环进水口连接，储水箱的顶部位置高于圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的出水口，储水箱的底部不低于圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的底部进水口位置，由此构成联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统；所述的联箱式自然循环流换热式的有导流作用的热水凝结换热器，或是，同轴套管螺旋卷筒式热水冷凝换热器，螺旋卷筒紧套在储水箱外壁，螺旋卷筒的高度与储水箱的高度接近；同轴套管的内管的管内通过水流，内管的上、下两端口分别与储水箱的上、下部的循环进水、出水接口连接，构成联箱式自然循环流换热式水换热回路系统；同轴套管的内管与外套管之间通过制冷剂，制冷剂通路的上、下端接口分别连接在制冷剂回路上；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，其制冷剂流程和电器件的控制分别是(1)制热水兼制冷的制冷剂流程压缩机一三通阀一热水凝结换热器一四通阀一室外风换热器一节流器一过滤器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈不通电，室外风换热器的室外风扇停，室内风换热器的室内风扇开；(2)制热水的制冷剂流程压缩机一三通阀一热水凝结换热器一四通阀一室内风换热器一过滤器一节流器一室外风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈通电，室外风换热器的室外风扇开，室内风换热器的室内风扇停；(3)制冷气的制冷剂流程压缩机一三通阀一四通阀一室外风换热器一节流器一过滤器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室外风换热器的室外风扇开，室内风换热器的室内风扇开；(4)制热气的制冷剂流程压缩机一三通阀一四通阀一室内风换热器一过滤器一节流器一室外风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈通电，室外风换热器的室外风扇开，室内风换热器的室内风扇开；(5)除霜模式的制冷剂流程压缩机一三通阀一四通阀一室外风换热器一节流器 —过滤器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电， 四通阀线圈不通电，室外风换热器的室外风扇停，室内风换热器的室内风扇停。本发明的创新点在于1、在本发明的制冷剂循环回路结构简单，与现有冷暖空调机相比，只添加一个三通阀和热水凝结换热器；制冷剂循环回路构成巧妙，特别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，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四通阀第一接口以及热水凝结换热器的制冷剂出口互连接三连通的连接方式，具有重要价值(1)使本发明的三用机具备热水兼制冷、制热水、制冷气、制热气四种功能；(2)可保留原冷暖空调机的节流机构；(3)在构建制热水和制热水兼制冷的两个循环时，把室内风换热器和室外风换热器分别作为热水凝结换热器的过冷器，既可以全部回收压缩制冷剂气体的冷凝热制热水，还可以提高制冷量而增加热水产量，有最高的热回收效率；(4)在切换为普通空调机的制冷气和制热气时，制冷剂的气体不通过热水凝结换热器，系统的冷凝压力能够维持在与储水箱内设定温度所对应的正常压力，不会不断升高。2、采用了确保制冷剂回路中所用的三通阀和四通阀的切换成功的关键技术(1) 把三通阀的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，否则工作在高压制冷剂气体路的三通阀因为缺乏低压的气路，电磁导阀的排气无通路，三通阀就不能工作；( 把四通阀的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； 本发明的四通阀在制热水循环中是切换高压液体流路使用，四通阀自身缺乏电磁导阀的高压气源，所以由现有四通阀改成的四通阀的电磁导阀的进气管必须连接到压缩机排气管上，否则，也不能正常运行。有了这些改进，才使得制冷剂回路使切换方便可靠，系统性能稳定。3、采用了自建自然循环流换热的水换热回路系统和有导流作用的热水凝结换热器的设计；(1)内置在储水箱中的多层螺旋管卷筒式的热水凝结换热器；( 带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器；C3)置于储水箱外与储水箱连接构成联箱式自然循环流换热式的同轴套管螺旋卷筒式热水冷凝换热器；(4)置于储水箱外与储水箱连接构成联箱式自然循环流换热式的圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器；四种方式所用的原理都是要把热水凝结换热器的换热量加热换热管周围的少量水，使之快速升温，并借密度变小，迅速直接上升到达储水箱顶部，而尽量避免与储水箱的大量存水的混合；这样，储水箱内没有被直接加热的水，密度仍然较大而下降，自动建立自然循环流，从而加强了螺旋管卷筒内的水流上升的速度，提高了热水凝结换热器的换热能力；无导流套筒的多层螺旋管卷筒的最外层采用多条的螺旋管，可以近似起到导流套筒隔离作用，并进一步降低成本。自建自然循环流换热的水换热回路系统和有导流作用的热水凝结换热器的设计， 所得到的好处归结为以下五点；第一，提高了热水凝结换热器的换热能力，在进水温度低和连续出热水时更有明显优势，可以比市场上销售的普通浸泡式盘管换热器出力高出1倍； 第二，使有导流作用的热水凝结换热器内制冷剂的平均温度高于底部的进水温度，又低于出水温度，可以使制冷剂循环的冷凝压力维持在最佳区域工作，即制冷剂的冷凝饱和温度在40 50°C区域，出力大，COP值高；第三，开机数分钟就可以取出热水，不受储水箱容积大小的影响，而大容积储水箱的普通热泵热水机要在加热后很长时间才能取到热水；第四，有导流作用的热水凝结换热器的制冷剂与水是逆流方式，所以利用压缩机排气的过热气体的显热，能使热水凝结换热器输出的热水温度，比系统的冷凝压力所对应的饱和温度更高，并直接送到储水箱顶部，用户可以直接获得最高温度的热水；同时在国家标准规定的出水温度55°C情况下，即使使用R22氟利昂制冷剂，系统也不会超压；第五，自建自然循环流换热的水换热回路系统的高效和紧凑，所以可以采用较小的储水箱，并直接置于室外机底盘上， 或安装在室外机壳内，这又进一步使整机结构及其简单和紧凑，减少了连接铜管，减少安装过程制冷剂的损失，使整机性能稳定，安装及其方便。再者，由于本设计的采用不锈钢管代替铜管，虽然管壁的导热系数小了一些，但是，可以保证水质不出现铜离子色，比铜管降低成本约一半。总之，由于采取了上述多个发明措施，本发明的结构简单安装方便的家用高效冷暖空调热水三用机，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。
图1是本发明的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，实施例1的系统结构和工作原理图，储水箱内置带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器，安装在室外机壳内，属于自建立箱内自然循环流换热式的水换热回路系统。图2是本发明的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，实施例2的系统结构和工作原理图，储水箱内置多层螺旋管卷筒式的热水凝结换热器，安装在室外机壳内，属于自建立箱内自然循环流换热式的水换热回路系统。图3是本发明的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，实施例3的系统结构和工作原理图，储水箱和同轴套管螺旋卷筒式热水冷凝换热器，都安装在室外机壳内，属于自建立联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统。图4是本发明的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，实施例4的系统结构和工作原理图，圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器安装在室外机壳内，直立式储水箱安装在室外机壳外，属于自建立联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统。图5是本发明的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，实施例5的系统结构和工作原理图，圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器安装在室外机壳内，横放式储水箱挂装在室外机上方，属于自建立联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统。图6的(a)图是本发明实施例1的储水箱和内置的带有导流套筒螺旋管式的热水凝器的纵向剖面示意图，(b)图是三条螺旋管圈圈相嵌交叉布置方式的横断面示意图，(C) 图是4条螺旋管圈圈同心相套布置方式的横断面示意图。图7的(a)和(b)分别是本发明实施例2的储水箱和内置的多层螺旋管卷筒式的热水凝结换热器的纵向剖面和横断面的示意图。图8的(a)和(b)分别是本发明实施例4的圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的纵向剖面和横断面的示意图。 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自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用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和图6共同说明。如图1所示，图1的两个虚线方框A、B分别表示本发明自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机的室外机、室内机两大组件；带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器2直立放置在的储水箱8内，储水箱也安装在室外机壳内。室外机上还安装有压缩机1，三通阀3，四通阀4，节流器J，室外风换热器5及其风扇fe，气液分离器6等；室内风换热器7及其风扇7a放在室内机内；储水箱8为储存热水的有保温层的承压水箱；四通阀主阀体一侧的单个接口记为四通阀第一接口①(在制冷空调技术标准应用手册中代号为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(在标准手册中代号为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(在标准手册中代号为E)，居中的接口为四通阀第四接口④(在标准手册中代号为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一角阀Zl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二角阀Z2，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；在制冷剂回路系统的压缩机出口管路与压缩机吸气管路之间，增添一条在停机时快速平衡系统气压的旁通管路，在旁通管路上安装有常闭电磁阀，停机时电磁阀瞬间开启十几秒后又关闭；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制而成，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Ll与制冷剂回路的压缩机吸气管连接通；所述的四通阀4是带有电磁导阀如的气动四通阀，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Ll和L2都用点点连线特别表示；所述的节流器J采用两段毛细管Jl和J2串联，一个单向阀Dl与第二段毛细管J2 并联方式的双流向毛细管节流器，单向阀的流向指向室内风换热器7。实施例1的自建循环流换热方式由图6进一步说明。图1所示的储水箱8和安装其内的带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器2的结构示意图，在图6中进一步细化，图 6(a)为内置带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器的储水箱的纵向剖面，储水箱8为承压水箱，储水箱内直立安装有螺旋管式的热水凝结换热器2和导流套筒13 ；导流套筒两端各装有3或4根支撑条，支撑条向外张开，利用支撑条14顶在储水箱的箱顶盖板和底板产生微弯曲的弹力，把导流套筒连同螺旋管固定在储水箱中；储水箱壁上焊接有制冷剂进气干管和液体流出干管穿越的孔接头RF和LF，孔接头带有螺纹，制冷剂的进、出干管穿过储水箱侧壁的孔接头后采用螺帽和密封垫圈把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死；螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制，图6(b)所示为三条螺旋管圈圈相嵌交叉布置方式的横断面示意图；图6(c)所示为4条螺旋管圈圈同心相套布置方式的横断面示意图；储水箱的外边包有保温层12，储水箱的进水接口 LS在下部，热水出口 RS在上部；图1给出了系统的水路与用户水路的连接方式，自来水进水管上装有进水单向阀Dsl，进水阀F1，热水出水管上装有超压安全保护阀1 ，储热水箱的热水出水接口与用户的热水供水管连接；在热制冷剂流体进入热水凝结换热器时，导流套筒内区的少量水受到各螺旋管的共同加热，快速升温，并借密度变小，迅速直接上升到达储水箱顶部，导流套筒的隔离，避免了热水与导流套筒外的大量存水的混合，导流套筒外围的水密度仍然较大，于是，在导流套筒内、外区的水密度差作用下，自动建立了循环流，从而加强了螺旋管卷筒内的水流上升的速度，提高了热水凝结换热器的换热能力；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Tl、T2，储水箱的热水温度探头T3，压缩机吸气和排气压力探头Pl和P2 ； 室外、室内风换热器的温度探头Tl、T2提供冷暖空调控制参数，热水温度探头T3提供制热水运行控制参数，压力探头Pl和P2提供系统安全保护参数；实施例1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，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式三个换热器回路；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和四通阀4线圈不通电，室内机风扇7a开，室外机风扇fe关停；制冷剂流程压缩机1 —三通阀3①一热水凝结换热器2 — 四通阀4 (①一②)一室外风换热器5 —节流器J的Jl和Dl —过滤器G —第二角阀Z2 — 室内风换热器7 —第一角阀Zl —四通阀4(③一④)一气液分离器6 —压缩机1 ；此循环， 室内风换热器吸热制冷，热水凝结换热器放热制热水。(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；制冷剂流程压缩机1—三通阀3 (①)一热水凝结换热器2—四通阀 4 (①一③)一第一角阀Zl —室内风换热器7 —第二角阀Z2 —过滤器G —节流器J的J2 和Jl —室外风换热器5 —四通阀4 (②一④)一气液分离器6 —压缩机1 ；此循环，室内风换热器吸热，热水凝结换热器放热制热水。(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；制冷剂流程压缩机1—三通阀3(②)一四通阀4(①一②)一室外风
11换热器5 —节流器J的Jl和Dl —过滤器G —第二角阀Z2 —室内风换热器7 —第一角阀 Z1—四通阀4(③一④)一气液分离器6—压缩机1 ；此循环，室内风换热器吸热，室外风换热器放热。(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；制冷剂流程压缩机1 —三通阀3(②)一四通阀4(①一③)一第一角阀 Zl —室内风换热器7 —第二角阀Z2 —过滤器G —节流器J J2和Jl —室外风换热器5 — 四通阀4(②一④)一气液分离器6—压缩机1 ；此循环，室外风换热器吸热，室内风换热器放热。(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fe关；制冷剂流程压缩机1 —三通阀3 (②)一四通阀4 (①一②)一室外风换热器5 —节流器J的Jl和Dl —过滤器G —第二角阀Z2 —室内风换热器7 —第一角阀Zl —四通阀4(③一④)一气液分离器6 —压缩机1 ；此循环，室内风换热器少量吸热， 室外风换热器放热除霜。实施例2的结构关系和工作原理由图2和图7共同说明。实施例2的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，与实施例1的三用机在制冷剂回路系统是完全相同的，仅在于热水凝结换热器的自建自然循环流的方式不同；如图2和图7所示，所述的热水凝结换热器是多层螺旋管卷筒式的热水凝结换热器，直接由3层螺旋管卷筒置于储水箱内构建的箱内自然循环流换热式的水换热回路系统；3层螺旋管卷筒的内卷筒直径80毫米，中卷筒直径110毫米，外卷筒直径140毫米，外卷筒2c 采用2条螺旋管，中、内卷筒2b、h各一条螺旋管，每条螺旋管长在5 6米，用管径9. 52 毫米壁厚0. 8毫米的不锈钢管卷制，由内至外同心套立在储水箱中的换热器，螺旋管卷筒的高度0. 6米，储水箱的高度0. 65米，储水箱容积60升，螺旋管卷筒包络的容积约10升， 为储水箱容积的1/6 ；各螺旋管采用并联连接方式，各螺旋管的上端口焊接在制冷剂的进气干管上，下端口焊接在制冷剂的液体流出干管上，制冷剂的进气干管和液体流出干管穿过储水箱侧壁的孔接头，孔接头是焊接在储水箱侧壁上并带有螺纹，采用螺帽和密封垫圈把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死。在热制冷剂气体进入热水凝结换热器的各螺旋管时，各螺旋管外围的水开始上升，由于外层卷筒的螺旋管上下层距离较密，连同上升的水流，自动形成圆筒形隔离层，以最外层螺旋管卷筒为界，把储水箱内的水分为两区，螺旋管卷筒中、内层的螺旋管就只负责加热外螺旋管卷筒内围的水，于是螺旋管卷筒内区的水快速被加热，快速上升到达储水箱的顶部，外螺旋管卷筒外区的水下降，从螺旋管卷筒下区段进入螺旋管卷筒内区，自建立循环流换热；由于螺旋管外壁的水流速提高，所以换热能力提高，制热水效率也提高。所述实施例2的技术方案与实施例1用导流套筒隔离储水箱的冷、 热水区，建立循环流换热方式有相近的作用，但是，省去了导流套筒，更节省成本。实施例3的结构关系和工作原理由图3进一步说明，实施例3的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机与实施例1和实施例2的相比，制冷剂回路系统完全相同；主要区别在于，实施例3的水换热回路系统，是由储水箱与其外的热水凝结换热器2连接构成的联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统；所述有导流作用的热水凝结换热器 2，是用同轴套管卷制的螺旋卷筒式热水冷凝换热器，螺旋卷筒紧套在储水箱外壁，螺旋卷筒的高度与储水箱的高度接近；同轴套管的内管的上、下两端口分别储水箱的上、下部的循
12环进水、出水接口连接；同轴套管的内管与套管之间通过制冷剂，制冷剂的上、下端接口分别连接在制冷剂回路上。实施例4的结构关系和工作原理由图4和图8进一步说明，实施例4的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机与实施例1和实施例3的相比，在制冷剂回路系统完全相同；实施例4的水换热回路系统，虽然与实施例3 —样是采用把热水凝结换热器2置于储水箱外，通过上、下连接水管与储水箱连接，构成联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统；但是实施例4的有导流作用的热水凝结换热器，如图8所示，是圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器2 ；所述的圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器，包括细高形圆筒罐和放置其内的多层螺旋管卷筒2，圆筒罐8的高径比大于2，螺旋管卷筒数有3层，同心放置，内螺旋管卷筒2a，中螺旋管卷筒2b，外螺旋管卷筒2c各螺旋管卷筒的高度都与圆筒罐的高度接近， 最外螺旋管卷筒的外径与圆筒罐的内径接近，可偏小10毫米左右，不同层螺旋管卷筒的径向间距大于螺旋管径在5 10毫米，各螺旋管的长度相等为宜，各螺旋管采用并联连接方式，螺旋管内通过制冷剂，螺旋管间流水，各螺旋管的上端口焊接在制冷剂的进气干管上， 下端口焊接在制冷剂的液体流出干管上，制冷剂的进气干管和液体流出干管穿过储水箱侧壁的孔接头，孔接头是焊接在储水箱侧壁上，带有螺纹，采用螺帽和密封垫圈把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死，螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制；圆筒罐的上、下端分别设有口径40毫米的进、出水接口，分别与储水箱的循环出水口 XLS和循环进水口 XRS 连接，储水箱8的顶部位置高于圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器2的出水口，储水箱的低部不低于圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的底部进水口位置，由此构成联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统；实施例4的储水箱为直立式，独立与室外机并立，圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器安装在室外机壳内的底盘上。在热的制冷剂通过圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的螺旋管内时，由于罐体的容积小，直径小于18厘米，高度约55厘米，容积约10 升，罐体内的水被迅速加热，圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器与储水箱为连通器，储水箱较凉的水从储水箱的底部循环水出水口流进热水凝结换热器的底部，热水凝结换热器顶部的热水通过出水口，流进储水箱顶部，自动建立联箱式自然循环流换热，有较高换热效率。这种方案，使室外机体积可以较小，储水箱容积可变动。与市场卖的高效罐换热器不同，圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的螺旋管内是通过高压的制冷剂流体，罐体内的螺旋管外流动水，水通道面积大，水流动阻力小，水压力远比高压制冷剂压力小，圆筒罐壁不必过厚，可用不锈钢板卷制，螺旋管径小，承压高。所以，圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器，适合与储水箱配合使用。储水箱的进水口接头LS在储水箱半高处，避免冬季进水温度太低的水流直接进入热水凝结换热器，造成冷凝温度过低，系统出力不足。储水箱出水口接头RS在最上部，出水接头的接有旁通泄压支路，泄压支路管道上装有储水箱超压防护阀i^a。实施例5的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机的结构关系和工作原理由图5进一步说明，如图5所示，实施例5的三用机与实施例4的三用机差别在于，实施例5的储水箱是横放式储水箱，挂装在室外机上方。所构成的联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统的工作原理与实施例4相同，而循环流自然对流换热能力更强；实施例 5的制冷剂路，没有在其制冷剂回路系统的压缩机出口管路与压缩机吸气管路之间，增添在停机时快速平衡系统气压的旁通管路；停机数分钟后，系统气压会趋于平衡，因此，停机后再次起动，须采取停机后延时数分钟的控制措施，才能保证安全起动。
权利要求
1.自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，包括有制冷剂回路系统，水换热回路系统，储水箱，信号采集及电路控制系统；所述的制冷剂回路系统，包括室外机和室内机两组件，室外机安装有压缩机、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，室内机安装有室内风换热器及其风扇等；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；所述的储水箱为储存热水的有保温层的承压水箱，设有补充进水接口和热水出水接口 ；四通阀主阀体一侧的单个接口记为四通阀第一接口，四通阀主阀体的另一侧的三个接口的序号，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，第四接口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；所述的采集的控制信号包括有室内风换热器和室外风换热器换热管的出口温度、 储水箱的水温度，室内空气温度，压缩机的吸气压力和排气压力等；其特征在于所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，配备有制冷剂回路与水换热回路交联器件的热水凝结换热器；热水凝结换热器安装在室外机底盘上， 或安装在储水箱内再连同储水箱一起安装在室外机底盘上；所述的水换热回路系统，是自建自然循环流换热的水换热回路系统，包括储水箱和有导流作用的热水凝结换热器；所述的自建自然循环流换热的水换热回路系统有两种形式一种是把有导流作用的热水凝结换热器置于储水箱内的箱内自然循环流换热式；另一种是把有导流作用的热水凝结换热器置于储水箱外，用连接水管把热水凝结换热器的水流通路的进水口和出水口分别与储水箱的循环水出口和循环水进水口连接起来，所构成的联箱式自然循环流换热式；所述的制冷剂回路系统，还包括有一个三通阀；制冷剂回路的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四通阀第一接口以及热水凝结换热器的制冷剂出口互连接三连通；四通阀第二、 三、四接口分别与室外风换热器的上端接口、室外机壳上的第一角阀、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室外机壳上的第二角阀之间的连接管路上安装有节流器和过滤器；用两根可拆卸连接管把室内机的室内风换热器的上、下两端口与室外机壳上的第一、二角阀连接；所连成的制冷剂回路内充装制冷剂；所述的三通阀是带有电磁导阀的气动三通阀，其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，其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.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，其特征在于或者，还在其上述的制冷剂回路系统的压缩机出口管路与压缩机吸气管路之间，增添一条在停机时快速平衡系统气压的旁通管路，在旁通管路上安装有常闭电磁阀，停机时电磁阀瞬间开启十几秒后又关闭。
3.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，其特征在于所述的箱内自然循环流换热式的水换热回路系统，其有导流作用的热水凝结换热器， 是有两层以上的多层螺旋管卷筒式的热水凝结换热器，同心相套直立置于储水箱轴心区，螺旋管卷筒所包络区的容积小于储水箱容积的三分之一，且螺旋管卷筒的高度与储水箱高度接近，各条螺旋管的两端分别并联焊接在制冷剂的进气干管上和制冷剂的液体流出干管上，制冷剂的进气干管和液体流出干管穿过储水箱侧壁的孔接头，用机械密封方式把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死；螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制。
4.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，其特征在于所述的箱内自然循环流换热式的水换热回路系统，其有导流作用的热水凝结换热器，或是带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器，由2至6条的多条螺旋管圈圈相套或圈圈相嵌交叉，外部套有导流套筒，直立安装在储水箱中的换热器，各螺旋管的长度相等或接近相等为宜，采用并联连接方式焊接在制冷剂的进气干管和液体流出干管上，制冷剂的进、出干管穿过储水箱侧壁的孔接头，并用机械密封方式把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死； 螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制；导流套筒两端各装有数根支撑条，利用支撑条顶在储水箱的箱顶盖板和底板产生弯曲的弹力，把导流套筒连同螺旋管固定在储水箱中；导流套筒的高度略低于储水箱顶部的热水出水口高度，其下端口与储水箱的底部保留数厘米距离，储水箱的进水口设置在下部。
5.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，其特征在于所述的联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统，其有导流作用的热水凝结换热器， 是由细高形圆筒罐和放置其内的多层螺旋管卷筒构成的热水凝结换热器，名为圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器；圆筒罐的高径比大于2，螺旋管卷筒数大于2，同心放置，螺旋管卷筒所包络区的容积接近储水箱的容积，各螺旋管卷筒的高度都与圆筒罐的高度接近，其两端分别并联焊接在制冷剂的进气干管上和制冷剂液体流出的干管上，制冷剂的进气干管和液体流出干管穿过焊接在圆筒罐侧壁的孔接头，并用机械密封方式，把干管与孔接头内孔之间的间隙密封死；螺旋管采用不锈钢管或铜管或镍白铜管卷制；圆筒罐的上、下端分别设有大口径的进、出水接口 ；所述的有导流作用的圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的进水口和出水口，分别与储水箱的循环出水口和循环进水口连接，储水箱的顶部位置高于圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的出水口，储水箱的底部不低于圆筒罐螺旋管式热水凝结换热器的底部进水口位置，由此构成联箱式自然循环流换热式的水换热回路系统。
6.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，其特征在于所述的联箱式自然循环流换热式的有导流作用的热水凝结换热器，或是，同轴套管螺旋卷筒式热水冷凝换热器，螺旋卷筒紧套在储水箱外壁，螺旋卷筒的高度与储水箱的高度接近；同轴套管的内管的管内通过水流，内管的上、下两端口分别与储水箱的上、下部的循环进水、出水接口连接，构成联箱式自然循环流换热式水换热回路系统；同轴套管的内管与外套管之间通过制冷剂，制冷剂通路的上、下端接口分别连接在制冷剂回路上。
7.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，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。
8.如权利要求1所述的自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机，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，其制冷剂流程和电器件的控制分别是(1)制热水兼制冷的制冷剂流程压缩机一三通阀一热水凝结换热器一四通阀一室外风换热器一节流器一过滤器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开， 三通阀线圈不通电，四通阀线圈不通电，室外风换热器的室外风扇停，室内风换热器的室内风扇开；(2)制热水的制冷剂流程压缩机一三通阀一热水凝结换热器一四通阀一室内风换热器一过滤器一节流器一室外风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈通电，室外风换热器的室外风扇开，室内风换热器的室内风扇停；(3)制冷气的制冷剂流程压缩机一三通阀一四通阀一室外风换热器一节流器一过滤器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈通电，四通阀线圈不通电，室外风换热器的室外风扇开，室内风换热器的室内风扇开；(4)制热气的制冷剂流程压缩机一三通阀一四通阀一室内风换热器一过滤器一节流器一室外风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈通电，室外风换热器的室外风扇开，室内风换热器的室内风扇开；(5)除霜模式的制冷剂流程压缩机一三通阀一四通阀一室外风换热器一节流器一过滤器一室内风换热器一四通阀一气液分离器一压缩机；压缩机开，三通阀线圈不通电，四通阀线圈不通电，室外风换热器的室外风扇停，室内风换热器的室内风扇停。
全文摘要
本发明公开了自建自然循环流换热的紧凑型冷暖空调热水三用机的技术方案，其特征是采用能自建自然循环流换热的水换热回路系统，把储水箱和内置其中的多层螺旋管卷筒式的或带有导流套筒螺旋管式的热水凝结换热器放在室外机中；与冷暖空调机相比，其制冷剂回路增添了三通阀和热水凝结换热器，特别连接处压缩机排气口连接三通阀进气口，三通阀第一出气口连接热水凝结换热器的制冷剂进口，其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连接三连通；三通阀的电磁导阀的低压出气管连接到制冷剂回路的压缩机吸气管上，四通阀的电磁导阀的高压进气管连接到制冷剂回路的压缩机排气管上；具有制热水兼制冷、制热水、制冷、制热功能。
文档编号F25B41/04GK102486344SQ20101056893
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者陈则韶 申请人:陈则韶