多功能空調製冷制熱裝置的製作方法
2023-12-11 05:58:27 2
專利名稱：多功能空調製冷制熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型的多功能空調製冷制熱裝置屬空調製冷制熱技術。
目前市場上提供的空調機雖具有製冷、制熱和除溼三大主要功能，但都存在如下問題1.沒有通風換氣功能現行的空調機在製冷或制熱過程中，普遍採用緊閉門窗的封閉方式，房間不通風換氣，時間一長，室內空氣就汙濁產生異味，對人體健康不利。
2.沒有充分利用熱泵產生熱能空調系統實質上是一個熱泵，現有空調只在冬天用熱泵產生熱能對室內供熱。其實，無論在冬天、夏天或春、秋天都可利用熱泵產生熱能供人們使用，例如利用熱泵產生熱水，供人們洗澡等。從能量利用的效果來看，現有的電熱水器產生熱水的制熱能效比不超過1，而用熱泵產生熱水，則制熱能效比可超過1，達到3左右，可見開發和利用熱泵產生熱能是很有價值的。
3.不能充分利用深夜用電低谷的廉價電力現有空調主要使用白天的電力，深夜電力使用量佔全部用電量的比例很小。
隨著電力事業的發展，全國各地都將先後實行峰谷電價不同的制度。用電高峰期的電價與用電低谷期的電價之比可達到四比一到五比一。可見開發能夠充分利用夜間用電低谷的廉價電力的空調裝置是很有價值的。
4.除霜時影響對室內供熱現有空調機的除霜多數是把對室內的制熱運行改為製冷運行，用壓縮機排出的高溫蒸汽在室外換熱器中冷凝放熱而把霜熔化。因此除霜時，不但沒有對室內供熱，反而要吸取室內空氣的熱量而引起室內空氣溫度下降，這是人們所不希望的。
5.除溼時影響室內氣溫現有空調機在除溼運行時，不但能降低室內空氣溼度，而且還會降低室內空氣溫度。而在春、秋天特別潮溼的天氣裡，人們並不需要降低室內空氣溫度，只需降低室內空氣溼度。
6.多室多功能的運行控制問題目前市場上提供的空調機一般只具有製冷、制熱和除溼三大功能，而且多數是只對一個房間或者兩個房間進行一拖一或一拖二的空調。隨著人們生活水平的提高，人們希望有更多功能的對更多房間進行空調的空調裝置。這就存在一個多室多功能的運行控制問題。
針對現有空調機存在的上述缺點和不足，現有專利文獻中提出了如下一些解決辦法1.專利號96235578.X等專利文獻中提出空調機通風換氣的解決辦法是，設置供氣和排氣的熱交換器，通過供氣與排氣的熱交換，使供氣從排氣中獲取能量，從而節省使供氣溫度達到室內溫度所需能量。這種辦法的缺點是，由於換熱必需要有溫差，因此供氣溫度不可能達到排氣溫度，因而也不可能達到室內溫度。此時要使供氣溫度達到室內溫度還必須消耗空調機的一定能量。
2.專利號為95246577.9和97212311.3等專利文獻，提出的如何利用熱泵產生的熱能，提供熱水的辦法，都是單純利用冷凝放熱來加熱水，產生可供人們洗澡等用途的熱水。這種辦法，在夏天是有效的，而在冬天則因制熱能效比太低而沒有實用價值。因此現有專利技術，沒有解決一年四季都能有效地利用熱泵產生熱水的問題。
3.專利號為96204668.x，96245187.8和申請號為96110625.0等專利文獻提出的利用夜間用電低谷期的廉價電力的辦法，綜合起來主要有三種一種是利用非相變材料(例如水)蓄冷或蓄熱，其缺點是單位體積蓄熱量小。另一種是冰蓄冷，其缺點是蓄冷時能效比很低。第三種是利用相變蓄熱材料蓄冷或蓄熱，這方面雖有好幾個技術方案，但都有能效比不高的缺點。
4.現有文獻中關於多室多功能空調的運行控制，都是使用電子膨脹閥來控制製冷劑流量。但是，一個電子膨脹閥只能控制一條通路的製冷劑流量，對於多室多功能且換熱器為多通道的情況，就需要許多個電子膨脹閥。每個電子膨脹閥需要一個步進電機，每個步進電機需要三個以上控制信號，這樣一來，控制機構和控制電路就非常龐大，複雜，不但成本高，實現起來也較困難。
針對上述問題和缺點，本實用新型的目的在於提供一種除具有現有空調機的製冷制熱功能之外，還具有如下主要功能和特點的多功能空調製冷制熱裝置1.在不增加壓縮機功率消耗的情況下能對室內進行通風換氣的功能；2.只減溼不降溫的獨立除溼功能；3.熱泵熱水器功能；4.利用壓縮機餘熱進行室外換熱器除霜的功能；5.利用夜間用電低谷期的廉價電力進行蓄冷、蓄熱，到白天再利用蓄冷蓄熱對室內進行製冷制熱的功能；6.具有控制機構和控制電路簡單易行、成本低的特點。
為實現上述目的，本實用新型的多功能空調製冷制熱裝置採用如下技術措施1.設置過冷器，以解決通風換氣的問題。夏天用室內排氣來使製冷劑液體過冷，從而把排氣對製冷劑液體的製冷量通過空調機轉變為對供入室內的空氣的製冷量，實現在不增加壓縮機能量消耗的情況下把排氣的製冷量全部轉換給供氣，使供氣溫度達到室內溫度。冬天用供氣來使製冷劑液體過冷，同時用製冷劑液體的熱量對供氣進行加熱。由於製冷劑液體的溫度接近冷凝溫度，因此在冷凝器與室內空氣的換熱溫差和製冷劑液體與供氣的換熱溫差相同的情況下，就可以使供氣的溫度接近室內空氣溫度，此時也不需要增加壓縮機的能量消耗。此外，冬天還把室內排氣排向室外換熱器，用於回收利用部分排氣餘熱。
2.為了解決一年四季都能有效地利用熱泵產生熱水的問題，本實用新型採用如下兩個措施來提高能效比(1)首先通過閥門把水箱中的水箱換熱器串聯在室內換熱器和室外換熱器之間，在對室內進行製冷或制熱的同時，利用溫度接近冷凝溫度的製冷劑冷凝液對水進行預熱，使其逐漸升溫到18℃左右。然後，在夏天，通過閥門把它轉換到室外換熱器的位置上；在冬、春、秋天，通過閥門把它轉換到與室內換熱器並聯的位置上；取部分或全部壓縮機排出的高溫蒸汽通入水箱換熱器中冷凝放熱，把水加熱到45℃～50℃。
(2)通過安裝在壓縮機殼機上的管式換熱器，把壓縮機發出的熱量傳給水，然後由水把熱量送到蓄熱材料箱，儲存到蓄熱材料中。通常可以在房間空調製熱的運行過程中，一方面用製冷劑冷凝液對水箱的水預熱；一方面把壓縮機發出的熱量存儲到蓄熱材料之中，而後在水預熱到18℃左右之後，當需要對水進行加熱時，把蓄熱材料箱換熱器改為蒸發器，吸取存儲在蓄熱材料中的壓縮機熱來使製冷劑液體蒸發為蒸汽，然後經壓縮機壓縮成高溫蒸汽，送到水箱換熱器中冷凝放熱，把水加熱到45℃～50℃。由於蓄材料相變溫度選在20℃～25℃，遠高於冬季室外空氣溫度，因此可在水箱水加熱運行時，大幅度地提高蒸發溫度，減小單位壓縮功，提高制熱能效比。
由於在房間空調製熱的同時利用製冷劑冷凝液對水箱水進行預熱時，並不增加壓縮機的電力消耗，而壓縮機熱的利用又提高了加熱運行的制熱能效比，因此本實用新型提出的熱泵熱水器的當量制熱能效比，即使在冬天也能達到令人滿意的效果。
4.為了能充分地利用夜間廉價的電力，本實用新型選用相變溫度在20℃～25℃範圍內的相變蓄熱材料蓄冷或蓄熱。蓄熱材料箱中有蓄熱材料、製冷劑與蓄熱材料的換熱裝置(稱為蓄熱材料箱換熱器)以及水與蓄熱材料的換熱裝置。夏天用蓄熱材料箱換熱器和水箱換熱器作蒸發器，利用夜間廉價電力製冷，並通過水系統把製冷量蓄存到蓄熱材料之中。白天通過水系統把蓄冷量送到水箱中，利用水箱換熱器作冷凝器，使壓縮機排出的高溫蒸汽先經過室外換熱器預冷，而後在水箱換熱器中利用水中的蓄冷量冷凝為液體，然後送到室內換熱器中去蒸發吸熱，對室內空氣製冷。冬天用水箱換熱器作冷凝器，利用夜間廉價電力制熱，並通過水系統把熱量送到蓄熱材料箱蓄存到蓄熱材料之中。白天用蓄熱材料箱換熱器作為蒸發器，利用蓄熱材料中的蓄熱量，把製冷劑液體蒸發為蒸汽，而後經壓縮機壓縮成高溫蒸汽送到室內換熱器中去冷凝放熱，對室內空氣制熱。
利用相變蓄熱材料，具有單位體積蓄熱量大的優點。相變溫度選擇在20℃～25℃範圍內，這樣，一方面可使冬天蓄熱時和夏天蓄冷時都有比較高的能效比。另一方面又可用它來蓄存壓縮機發出的熱量，做到一物三用。夏天的白天把蓄冷量送到冷凝器，用蓄冷來冷凝製冷劑蒸汽，可降低冷凝溫度，減小單位壓縮功，提高製冷能效比。使壓縮機排出的高溫蒸汽先經過室外換熱器預冷，而後再在冷凝器中冷凝，可發揮室外換熱器的作用，減少蓄冷量的消耗，進一步提高能效比。冬天的白天用蓄熱材料箱換熱器作為蒸發器，利用蓄熱來使製冷劑液體蒸發，可提高蒸發溫度，減小單位壓縮功，提高制熱能效比。這些都使本實用新型具有較高的能效比。
5.利用壓縮機的餘熱來進行除霜。即在除霜之前的制熱運行中把壓縮機的餘熱通過水帶到蓄熱材料箱，存貯到蓄熱材料之中，而後在除霜時，改用蓄熱材料箱換熱器為蒸發器，吸取蓄存在蓄熱材料中的壓縮機熱，把製冷劑蒸發為蒸汽，而後經壓縮機壓縮成高溫蒸汽，送到室外換熱器中去把霜熔化。在此除霜過程中，不但不吸取室內空氣的熱量，而且還可分出一部分壓縮機排出的高溫蒸汽，送到室內換熱器中冷凝放熱，對室內供熱。
6.室內換熱器設置成兩個。在製冷時，兩個換熱器都作蒸發器用；在制熱時，兩個換熱器都作冷凝器用；而在獨立除溼時，一個換熱器作蒸發器用，另一個換熱器作冷凝器用，使得蒸發器在除溼時把空氣溫度降低之後，再通過冷凝器放熱而使空氣溫度回升，並且控制通過冷凝器的製冷劑蒸汽的流量，使得冷凝放熱造成的空氣溫度回升量正好等於蒸發器引起的空氣溫度下降量。多餘的製冷劑蒸汽引到室外換熱器中冷凝放熱。
7.採用脈寬調製的辦法來控制製冷劑流量，使得每一個控制閥簡化為一個限流孔，然後把相關的限流孔組合在一起，分布在旋轉面上，構成一個旋轉流量控制閥，用一個步進電機控制。從而簡化了控制機構和控制電路，控制可靠、簡單、易行、成本低。
本實用新型還通過微機測控系統，實現了對壓縮機轉速，室內、外換熱器風機轉速和旋轉流量控制閥等的控制，使空調系統達到最佳運行的目的。
由於採用了上述技術措施，所以本實用新型的多功能空調製冷制熱裝置除包括壓縮機、室外換熱器、製冷制熱轉換開關和微機測控系統之外，其特點還在於，本空調製冷制熱裝置的室內換熱器由兩個換熱器組成，其中一個換熱器的一端與製冷制熱轉換開關的室內換熱器接口相連，另一個換熱器的一端分兩路，一路與製冷制熱轉換開關的室內換熱器接口相連，另一路與製冷制熱轉換開關的室外換熱器接口相連，兩個換熱器的另一端管路相連後分為兩路，一路與來自製冷制熱轉換開關的室內換熱器接口的管路相交之後與水箱相連，而後依次通過水箱換熱器和過冷器之後與室外換熱器相連，另一路通過水箱和過冷器的旁路直接與室外換熱器相連，室外換熱器的另一端與製冷制熱轉換開關的室外換熱器接口相連，室外換熱器兩端之間還有一條旁路，蓄熱材料箱的製冷劑管路一端直接與壓縮機入口相連，另一端與連於室外換熱器和過冷器之間的管路相連，水系統通過水管分別與裝於壓縮機外殼上的管式換熱器、水箱和蓄熱材料箱的水管相連，室內供排氣系統通過空氣管路與過冷器的空氣管路相連。本實用新型還設置有旋轉流量控制閥，利用脈寬調製方法控制製冷劑流量。
本實用新型的多功能空調製冷熱裝置有如下附圖。
附
圖1.多功能空調製冷制熱裝置方框圖。
附圖2.多功能空調製冷制熱裝置的實施例圖。
附圖3.旋轉流量控制閥的原理圖。
附圖4.旋轉流量控制閥的旋轉面上限流孔的分布圖。
附圖5.微機測控系統方框圖。
根據上述附圖進一步敘述本實用新型的構成、工作過程及實施例如下附
圖1標明了本多功能空調製冷制熱裝置的組成，它包括室內換熱器(1)，蓄熱材料箱(2)，製冷制熱轉換開關(3)，壓縮機(4)，室外換熱器(5)，過冷器(6)，水箱(8)，水系統(WS)，室內供排氣系統(AS)，微機測控系統(TCS)和旋轉流量控制閥。其中室內換熱器(1)由兩個換熱器組成。蓄熱材料箱(2)內裝有相變蓄熱材料，相變溫度在20℃～25℃範圍內。蓄熱材料箱中有製冷劑與蓄熱材料的換熱裝置，稱為蓄熱材料箱換熱器，還有用於水與蓄熱材料熱交換的裝置。壓縮機(4)的外殼上裝有管式換熱器，管內通水，用於把壓縮機散發出來的熱量傳給水。過冷器(6)是一個製冷劑與空氣的熱交換器。水箱(8)中有水箱換熱器，用於水與製冷劑的熱交換。水系統(WS)由水管、水泵、閥門組成，它把壓縮機殼體上的管式換熱器、蓄熱材料箱的通水空間與水箱連通起來，用於在壓縮機、水箱和蓄熱材料箱之間用水來傳送熱量。室內供排氣系統(AS)由通風機、空氣清潔器、閥門、管道和過冷器的空氣通道所組成，用於室內通風換氣。附
圖1還標明了本多功能空調製冷制熱裝置的製冷劑管路、水管和空氣管路的連接關係。
本空調裝置的工作過程是通過閥門開閉的不同組合，實現三種水運行方式，三種空氣運行方式和十二種製冷劑運行方式，從而完成其多功能的運行目的，下面分別敘述它們的運行過程及目的。
(一)三種水運行方式1.水在壓縮機(4)和蓄熱材料箱(2)之間運行，用於冬天把壓縮機散發的熱量通過水帶到蓄熱材料箱蓄存到蓄熱材料之中。
2.水在壓縮機(4)、水箱(8)和蓄熱材料箱(2)之間運行，用於冬天把壓縮機發出的熱和水箱中產生的熱通過水帶到蓄熱材料箱中蓄存到蓄熱材料之中。
3.水在水箱(8)和蓄熱材料(2)之間運行，用於在水箱和蓄熱材料箱之間用水傳送熱量。
(二)三種空氣運行方式1.室外空氣供入室內，室內排氣通過過冷器(6)後排出，用於夏天用室內排氣來使製冷劑液體過冷，同時進行室內通風換氣。
2.室外空氣通過過冷器(6)後供入室內，室內排氣排向室外，用於冬天用室外空氣來使製冷劑過冷，同時進行室內通風換氣。
3.室外空氣供入室內，室內空氣排向室外，用於春、秋天室內通風換氣。
(三)十二種製冷劑運行方式1.夏天房間空調製冷運行由壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經製冷制熱轉換開關(3)(以下簡稱「轉換開關」)後進入室外換熱器(5)中冷凝為液體，而後通過過冷器(6)和水箱(8)並在其中被空氣和水冷卻為過冷液體，同時對水預熱，然後進入室內換熱器(1)中蒸發吸熱對室內製冷，最後製冷劑蒸汽經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
2.夏天利用夜間廉價的電力蓄冷與房間空調製冷運行由壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)進入室外換熱器(5)中冷凝為液體，而後分三路一路進入蓄熱材料箱(2)中蒸發吸熱，把製冷量蓄存到蓄熱材料之中，然後製冷劑蒸汽吸入壓縮機(4)；另一路通過過冷器(6)後進入水箱(8)中蒸發吸熱對水製冷，同時通過水系統(WS)把製冷量送到蓄熱材料箱(2)蓄存到蓄熱材料之中，然後製冷劑蒸汽經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)；第三路通過旁路進入室內換熱器(1)中蒸發吸熱對室內製冷，然後製冷劑蒸汽經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
3.夏天白天利用蓄熱材料箱的蓄冷進行房間空調製冷運行由壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後進入室外換熱器(5)和過冷器(6)中被預冷，然後進入水箱(8)中，利用從蓄熱材料箱中由水系統(WS)傳送到水箱中的蓄冷把蒸汽冷凝為液體，然後進入室內換熱器(1)中蒸發吸熱，對室內製冷，最後經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
4.夏天對水箱水加熱與房間空調製冷運行由壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後通過旁路管和過冷器(6)進入水箱(8)中冷凝放熱對水加熱，然後冷凝液進入室內換熱器(1)中蒸發吸熱對室內製冷，最後經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
5.冬天房間空調製熱運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後進入室內換熱器(1)中冷凝放熱對室內製熱，隨後冷凝液通過水箱(8)和過冷器(6)，並在其被水和空氣冷卻為過冷液體，同時對水預熱，而後進入室外換熱器(5)中蒸發為蒸汽，經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
6.冬天對水箱水加熱與房間空調製熱運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後分兩路，一路進入水箱(8)中冷凝放熱對水加熱，而後通過過冷器(6)被空氣冷卻為過冷液體；另一路進入室內換熱器(1)中冷凝放熱對室內製熱，而後冷凝液通過旁路管後與前一路匯合後進入蓄熱材料箱(2)中吸取蓄存在蓄熱材料中的壓縮機熱而蒸發為蒸汽，然後吸入壓縮機(4)。
7.冬天利用夜間用電低谷的廉價電力蓄熱與房間空調製熱運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後分兩路一路進入水箱冷凝放熱，把熱量傳給水並且通過水系統(WS)把熱量帶到蓄熱材料箱(2)蓄存到蓄熱材料之中，而後冷凝液通過過冷器(6)被空氣冷卻為過冷液體；另一路進入室內換熱器(1)中冷凝放熱對室內製熱，然後冷凝液通過旁路管與前一路匯合後進入室外換熱器(5)中蒸發為蒸汽，經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
8.除霜運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後分兩路一路進入室外換熱器(5)中冷凝放熱把霜熔化；另一路進入室內換熱器(1)中的一個換熱器冷凝放熱對室內製熱，然後冷凝液通過水箱(8)和過冷器(6)或它們的旁路與前一路匯合後進入蓄熱材料箱中吸取蓄存在蓄熱材料中的壓縮機熱而蒸發為蒸汽，然後吸入壓縮機(4)。
9.冬天白天利用蓄熱材料箱蓄熱進行房間空調製熱運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)進入室內換熱器(1)中冷凝放熱對室內製熱，而後冷凝液通過水箱(8)和過冷器(6)並在其中被水和空氣冷卻為過冷液體，然後進入蓄熱材料箱(2)中吸取蓄熱材料中的蓄熱而蒸發為蒸汽，吸入壓縮機(4)。
10.冬天利用水箱蓄熱進行房間空調製熱運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)進入室內換熱器(1)中冷凝放熱對室內製熱，而後冷凝液進入水箱(8)中吸取水箱蓄熱而蒸發為蒸汽後通過過冷器(6)，經旁路管，再經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
11.春、秋天獨立除溼運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)後分兩路一路進入室外換熱器(5)中冷凝為液體後流過旁路管；另一路進入室內換熱器(1)中的一個換熱器冷凝為液體並與前一路液體匯合後流入室內換熱器(1)中的另一個換熱器中蒸發為蒸汽，然後經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
12.春、秋天對水箱水加熱運行壓縮機(4)排出的高溫蒸汽經轉換開關(3)進入水箱(8)中冷凝放熱對水加熱，而後冷凝液通過過冷器(6)進入室外換熱器(5)中蒸發為蒸汽後經轉換開關(3)吸入壓縮機(4)。
附圖2所示的多功能空調製冷制熱裝置實施例圖是一個四室房間的實施例。圖中室內換熱器(1)由兩個換熱器組成。蓄熱材料箱(2)有兩層壁，內壁面內側裝有相變蓄熱材料，相變溫度在20℃～25℃範圍之內，內壁面的外側裝有蛇形盤管，管內通製冷劑用於製冷劑與蓄熱材料的熱交換，稱為蓄熱材料箱換熱器，內壁面與外壁面之間的空間通水，用於水與蓄熱材料的熱交換，外壁面外側裝有一層絕熱材料。本裝置中還包括製冷制熱轉換開關(3)。壓縮機(4)外殼上裝有蛇形盤管，管內通水，用於把壓縮機散發出來的熱傳給水。室外換熱器(5)具有四個製冷劑通道。過冷器(6)是具有四個製冷劑通道的製冷劑與空氣的熱交換器。水箱(8)內設置一個具有四個製冷劑通道的水箱換熱器用於製冷劑與水的熱交換，水箱外壁上裝有一層絕熱材料。水系統包括(I)與(J)兩個水泵和(p)與(q)兩個單向閥門，D1D2兩個三通閥。室內供排氣系統包括空氣清潔器(7)，通風機(m)和(n)以及三通閥E、F、G、H。圖中A1～A12和C1～C13為製冷劑流量調節閥，A13、C1、C14及B1～B11為二通閥。其中A1～A13組成一個旋轉流量控制閥，C1～C14組成另一個旋轉流量控制閥。
本實施例的具體操作與運行過程敘述如下(1)夏天房間空調製冷D1閥接通b1，D2閥接通a2，關停水泵I、J。如果單純進行房間空調製冷，則水箱不充水。如果在進行房間空調製冷的同時，還要對水箱水進行預熱，則水箱充滿水。
轉換開關(3)置於「冷」位置。C1、C6～C9、C14、B9、B11、A13關閉。C2～C5、C10～C13、B10、B1～B8、A9～A12全開。A1～A8節流降壓。壓縮機(4)排出的高溫蒸汽在室外換熱器(5)中全部冷凝為液體後，由C10～C13四路分配進入過冷器(6)和水箱(8)中的水箱換熱器，成為過冷液體。然後經A1～A8節流降壓後在室內換熱器(1)中全部蒸發為蒸汽，吸入壓縮機(4)。
室外新鮮空氣經(10、11、18、20)供入室內。室內排氣經(21、22、17、16)進入過冷器(6)，對製冷劑液體起過冷作用，而後經(13、14)排出。(2)夏天利用夜間廉價電力蓄冷與房間空調製冷D1閥接通a1，D2閥接通b2，水箱充滿水，開動水泵I、J，把水箱製冷量蓄存到蓄熱材料中。
轉換開關(3)置於「冷」位置。C1、B11、A9～A12關閉。C2～C5、C14、B1～B10、A13全開。C6～C9、C10～C13、A1～A8節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽在室外換熱器(5)中全部冷凝為液體，而後一部分經C6～C9節流降壓後在蓄熱材料箱(2)中的蓄熱材料箱換熱器中吸熱蒸發為蒸汽，一部分經C10～C13節流降壓後在水箱(8)中的水箱換熱器中吸熱蒸發為蒸汽，一部分經C14、A13然後由A1～A8節流降壓後在室內換熱器(1)中吸熱蒸發為蒸汽，最後全部吸入壓縮機(4)。
室外新鮮空氣經(10、11、12、13)進入過冷器(6)，而後經(16、15、19、20)供入室內。此時過冷器起蒸發器作用。室內排氣經(21、23)排向室外換熱器，把餘冷帶給室外換熱器。(3)夏天白天利用蓄熱材料箱蓄冷進行房間空調製冷D1閥接通a1，D2閥接通b2，水箱中充滿水，開動水泵I、J，把蓄熱材料中的蓄冷量送到水箱之中。
轉換開關(3)置於「冷」位置。C1、C6～C9、C14、B9、B11、A13關閉。C2～C5、C10～C13、B10、B1～B8、A9～A12全開。A1～A8節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽經室外換熱器預冷和過冷器預冷之後進入水箱換熱器中利用蓄冷冷凝為液體，然後經A1～A8節流降壓後在室內換熱器中全部蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。
室外新鮮空氣經(10、11、18、20)供入室內。室內排氣經(21、22、17、16)進入過冷器，對製冷劑蒸汽起預冷作用，而後經(13、14)排出。(4)夏天製取熱水與房間空調製冷D1閥接通b1，D2閥接通a2，水箱充滿水，關停水泵I，開動水泵J。先執行夏天房間空調製冷的操作，利用製冷劑冷凝液的熱量對水箱水進行預熱，同時使製冷劑液體過冷，然後在需要洗澡之前，打開C1閥，關閉C2～C5閥，使壓縮機排出的高溫蒸汽全部流到水箱換熱器中冷凝放熱，對水進行加熱。
室外新鮮空氣經(10、11、18、20)供入室內，室內排氣經(21、23)排向室外。(5)冬天房間空調製熱如果單純進行房間空調製熱，則水箱不充水。如果在進行房間空調製熱的同時，要對水箱水進行預熱，則水箱充滿水。D1接通b1，D2接通b2，開動水泵I，把壓縮機餘熱蓄存到蓄熱材料箱中。
轉換開關(3)置於「熱」位置。C1，C6～C9、C14、B9、B11、A13關閉。C10～C13、B10、A1～A12全開。B1～B8除不需要制熱的房間關閉之外，其餘全開。C2～C5節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽在室內換熱器中全部冷凝為液體後，由A9～A12四路分配進入水箱換熱器和過冷器，成為過冷液體。然後經C2～C5節流降壓後在室外換熱器中蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。
室外新鮮空氣經(10、11、12、13)進入過冷器，對製冷劑液體起過冷作用，同時自身被加熱，而後經(16、15、19、20)供入室內。室內排氣經(21、23)排向室外換熱器，把排氣餘熱帶給室外換熱器。(6)冬天製取熱水和房間空調製熱先執行冬天房間空調製熱的操作，把水預熱到18℃左右，同時把壓縮機餘熱蓄存到蓄熱材料箱中，而後進行加熱運行，把水加熱到50℃。加熱運行的操作如下D1接通b1，D2接通b2，水箱充滿水，開動水泵I、J，把壓縮機熱蓄存到蓄熱材料箱中。
轉換開關(3)置於「熱」位置。C1～C5、B11、A9～A12關閉。C10～C14、B9、B10、A1～A8、A13全開。B1～B8除不需要制熱的房間關閉之外，其餘全開。C6～C9節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽，一部分經B9進入水箱換熱器中冷凝放熱，對水加熱。另一部分經B1～B8進入室內換熱器冷凝放熱，對室內供熱。然後，水箱換熱器中冷凝的液體經C10～C13，室內換熱器中冷凝的液體經A13、C14流到點9，最後經C6～C9節流降壓後在蓄熱材料箱換熱器中蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。
室外新鮮空氣經(10、11、12、13)進入過冷器，對製冷劑液體起過冷作用，同時自身被加熱，而後經(16、15、19、20)供入室內。室內排氣經(21、23)排向室外換熱器。(7)冬天利用夜間廉價電力蓄熱和房間空調製熱D1接通a1，D2接通a2，水箱充滿水，開動水泵I、J，把壓縮機熱和水箱中的熱量送到蓄熱材料箱蓄存到蓄熱材料之中。
轉換開關(3)置於「熱」位置。C1、C6～C9、B11、A9～A12關閉。C10～C14、B9、B10、A1～A8、A13全開。B1～B9除不需要制熱的房間關閉之外，其餘全開。C2～C5節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽大部分經B9進入水箱換熱器中冷凝放熱，把熱量傳給水，並由水把熱量送到蓄熱材料箱中。另一部分蒸汽經B1～B8進入室內換熱器中冷凝放熱，對室內供熱，然後，在水箱換熱器中冷凝的液體經C10～C13，在室內換熱器中冷凝的液體經A13、C14流到點9，最後經C2～C5節流降壓後在室外換熱器中蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。
室外新鮮空氣經(10、11、12、13)進入過冷器，對製冷劑液體起過冷作用，同時自身被加熱，而後經(16、15、19、20)供入室內。室內排氣經(21、23)排向室外換熱器，把排氣餘熱帶給室外換熱器。(8)除霜D1、D2、水箱、水泵均保持除霜前的制熱運行狀態。轉換開關置於「冷」位置。C1、B9、B10、B1、B3、B5、B7關閉。B11、C2～C5全開。C6～C9節流降壓。其餘閥保持除霜前的制熱運行狀態。壓縮機排出的高溫蒸汽，一部分送到室外換熱器中冷凝放熱除霜，另一部分經B11送到室內換熱器中冷凝放熱，對室內供熱。冷凝成液體的製冷劑由C6～C9節流降壓後在蓄熱材料箱換熱器中蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。(9)冬天白天利用蓄熱材料箱蓄熱進行房間空調製熱如果單純進行房間空調製熱，則水箱不充水。如果在進行房間空調製熱的同時，要對水箱水進行預熱，則水箱充滿水。D1接通b1，D2接通b2，開動水泵I，把壓縮機熱蓄存到蓄熱材料箱中。
轉換開關置於「熱」位置。C1、C2～C5、C14、B9、B11、A13關閉。C10～C13、B10、A1～A12全開。B1～B8除不需要制熱的房間關閉外，其餘全開。C6～C9節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽在室內換熱器中全部冷凝為液體後，由A9～A12四路分配進入水箱換熱器和過冷器，成為過冷液體。然後經C6～C9節流降壓後全部在蓄熱材料箱換熱器中蒸發為蒸汽。
室外新鮮空氣經(10、11、12、13)進入過冷器，對製冷劑液體起過冷作用，同時自身被加熱。而後經(16、15、19、20)供入室內。室內排氣經(21、23)排向室外換熱器。(10)冬天利用水箱蓄熱進行房間空調製熱水箱中存有熱水。D1接通b1，D2接通b2，開動水泵I、J，把壓縮機熱蓄存到蓄熱材料箱中。
轉換開關置於「熱」位置。C2～C5、C6～C9、C14、B11、B9、A13關閉。C1、C10～C13、B10、A1～A8全開。B1～B8除不需要制熱的房間關閉之外，其餘全開。A9～A12節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽在室內換熱器中冷凝為液體，而後經A9～A12節流降壓後在水箱換熱器中吸熱蒸發為過熱蒸汽，然後進入過冷器減小過熱度後，經C1吸入壓縮機。
室外新鮮空氣經(10、11、12、13)進入過冷器，被加熱後經(16、15、19、20)供入室內，室內排氣經(21、23)排向室外換熱器。(11)春、秋天獨立除溼D1接通b1，D2接通a2，水箱不充水，關停水泵I、J。
轉換開關置於「冷」位置。C1、C6～C9、C10～C13、B10、B9、A9～A12關閉。C2～C5、C14、B11、A2、A4、A6、A8、A13全開。B1～B8除不需要除溼的房間關閉之外，其餘全開。A1、A3、A5、A7節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽，一部分經B11、B2、B4、B6、B8進入室內換熱器中作為冷凝器用的那一個，並在其中冷凝為液體。另一部分在室外換熱器中冷凝為液體，而後經C2～C5、C14、A13與前一部分匯合。然後經A1、A3、A5、A7節流降壓後在室內換熱器中作為蒸發器的那一個中蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。
室外新鮮空氣經(10、11、18、20)供入室內。室內排氣經(21、23)排向室外換熱器。(12)春、秋天製取熱水D1接通b1，D2接通a2，關停水泵I，水箱充滿水，開動水泵J。
轉換開關置於「熱」位置。C1、C6～C9、C14、B11、B1～B8、B10、A1～A13關閉。B9、C10～C13全開。C2～C5節流降壓。壓縮機排出的高溫蒸汽，經B9進入水箱換熱器中冷凝為液體，同時對水加熱。而後由C2～C5節流降壓後在室外換熱器中蒸發為蒸汽，吸入壓縮機。
關停通風機，室外新鮮空氣直接從窗戶進入室內。
在室外空氣溫度低於蓄熱材料相變溫度時，可改用如下操作來提高制熱能效比D1接通b1，D2接通b2，開動水泵I，把壓縮機熱蓄存到蓄熱材料箱中。水箱充滿水，開動水泵J。轉換開關置於「熱」位置。先以室外換熱器為蒸發器進行制熱運行，同時在蓄熱材料箱中蓄存壓縮機餘熱。待蓄存了足夠多的壓縮機熱之後，改為以蓄熱材料箱換熱器為蒸發器進行制熱運行。以此來提高制熱能效比。
附圖3所示的旋轉流量控制閥其構成是，一端為圓錐形而另一端為圓柱形的殼體(31)，其圓錐形殼體內裝有與圓錐形殼體相配合的圓錐形旋轉體(32)，圓柱形的殼體內裝有步進電機(36)，步進電機的轉軸(33)與圓錐形旋轉體(32)的底部相連，旋轉體底面外有一壓板(35)，壓板與旋轉體外底面之間設置有滾珠(34)，彈簧(37)置於圓柱形殼形內的步進電機的外側空間，兩端分別壓在壓板和圓柱形殼體底部內側，旋轉體的旋轉面上開有限流孔(38)，與此相應在圓錐形殼體上的同一根母線上裝有連接管(39)，安裝時該母線水平安裝在閥的最低位置。附圖3所示的是附圖2中閥門A1～A13所組成的旋轉流量控制閥。圖中旋轉體所處的位置是製冷劑由A9～A12流入並由A1流出的位置。旋轉流量控制閥設計成圓錐形並設置有彈簧、壓板和滾珠，是為消除因磨損而形成的旋轉體與殼體之間的間隙。旋轉體內部空間的作用相當於一個製冷劑液體的儲液器。
附圖4是A1～A13組成的旋轉流量控制閥的旋轉面上限流孔的分布圖。圖中橫坐標是轉角，圖中下部的帶括號的數字是多功能運行控制的操作號。也就是說，對於不同的操作運行，旋轉流量控制閥在不同的區間工作。例如夏天房間空調製冷時，操作運行號是1，旋轉體就在「1」的角度範圍內來迴轉動，用脈寬調製的方法控制製冷劑流量。
附圖5是微機測控系統的方框圖。它包括搖控信號輸入電路(41)、測量電路(42)、微機控制器(43)、顯示電路(44)、壓縮機變頻調速控制電路(45)、室內換熱器風機或室外換熱器風機的控制電路(46)、旋轉流量控制閥的控制電路(47)、水泵或室內通風機的控制電路(48)、電磁閥控制電路(49)包括電磁二通閥B1～B11、電磁三通閥D～H以及製冷制熱轉換開關等各種電磁閥的控制。
權利要求1.一種多功能空調冷制熱裝置除包括製冷制熱轉換開關(3)、壓縮機(4)、室外換熱器(5)、微機測控系統(TCS)外，其特徵在於，還設置有旋轉流量控制閥，室內換熱器(1)由兩個換熱器組成，其中一個換熱器的一端與製冷制熱轉換開關(3)的室內換熱器接口相連，另一個換熱器的一端分兩路，一路與製冷制熱轉換開關(3)的室內換熱器接口相連，另一路與製冷制熱轉換開關(3)的室外換熱器接口相連，兩個換熱器的另一端管路相連後分為兩路，一路與來自製冷制熱轉換開關的室內換熱器接口的管路相交後與其內裝有熱交換器的水箱(8)相連，而後依次通過水箱(8)和過冷器(6)之後與室外換熱器(5)相連，另一路通過水箱(8)和過冷器(6)的旁路管道直接與室外換熱器(5)相連，室外換熱器(5)的另一端與製冷制熱轉換開關(3)的室外換熱器接口相連，室外換熱器(5)兩端之間還有一條旁路，蓄熱材料箱(2)的製冷劑管路一端直接與壓縮機(4)入口相連，另一端與連於室外換熱器(5)和過冷器(6)之間的管路相連，水系統(WS)通過水管分別與裝於壓縮機(4)外殼上的管式換熱器、水箱(8)和蓄熱材料箱(2)的水管相連，室內供排氣系統(AS)通過空氣管路與過冷器(6)的空氣管路相連。
2.根據權利要求1所述的多功能空調製冷制熱裝置，其特徵在於蓄熱材料箱(2)有兩層壁，內壁面內側裝有相變蓄熱材料，相變溫度在20℃～25℃範圍內，內壁面外側裝有蛇形盤管，管內通製冷劑，稱之為蓄熱材料箱換熱器，內壁面與外壁之間的空間通水，外壁外側裝有一層絕熱材料。
3.根據權利要求1或2所述的多功能空調製冷制熱裝置，其特徵在於旋轉流量控制閥的構成是，一端為圓錐形另一端為圓柱形的殼體(31)，其圓錐形殼體內裝有與圓錐形殼體相配合的圓錐形旋轉體(32)，圓柱形的殼體內裝有步進電機(36)，步進電機的轉軸(33)與圓錐形旋轉體(32)的底部相連，旋轉體底面外有一壓板(35)，壓板與旋轉體外底面之間設有滾珠(34)，彈簧(37)置於圓柱形殼體內的步進電機的外側空間，兩端分別壓在壓板和圓柱形殼體底部內側，旋轉體的旋轉面上開有限流孔(38)，與此相應在圓錐形殼體上的同一根母線上裝有連接管(39)，安裝時該母線水平安裝在閥的最低位置。
專利摘要一種多功能空調製冷制熱裝置屬空調製冷制熱裝置,它包括室內、外換熱器(1)與(5)、壓縮機(4)、轉換開關(3)和微機測控系統(TCS),其特點是還包括蓄熱材料箱(2)、水箱(8)、過冷器(6)、水系統(WS)、室內供排氣系統(AS)以及旋轉流量控制閥。本空調裝置除具有製冷、制熱、除溼功能外,還具有通風換氣、熱泵熱水器、利用壓縮機餘熱除霜、利用夜間用電低谷廉價電力蓄冷蓄熱,白天利用蓄冷熱進行製冷制熱等功能。還具有控制機構和控制電路簡單易行,成本低的特點。
文檔編號F24F12/00GK2387435SQ9922871
公開日2000年7月12日 申請日期1999年6月25日 優先權日1999年6月25日
發明者應文江 申請人:應文江