CN102401439A - 一种热管热泵组合空调 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种热管热泵组合空调，其基本结构是，除了具有热泵空调的压缩机、室外热交换器、节流阀和室内热交换器这些基本构件，还在压缩机处增加了一个三通阀和一个跟压缩机并行联接的旁通支管，在节流阀处增加了一个三通阀和一个跟节流阀并行联接的液泵。空气源热管热泵组合型空调具有两种模式：压缩机、室外热交换器、节流阀和室内热交换器一起构成热泵空调；旁通支管、室外热交换器、液泵和室内热交换器一起构成热管空调。空气源热管热泵组合型空调非常适合作为节能型机房空调。

Description

一种热管热泵组合空调

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种节约能源型空气热泵热管空调。。 

背景技术

目前用于调控环境温度的空调系统主要组成为室内热交换机和室外热交换机，这种空调系统可以通过室内热交换机中压缩机的高耗能来实现对冷凝剂的温度调控，从而间接的改变室内环境温度，这种空调系统并没有做到很好的节约能源，当室外温度低于室内温度时，因为某种原因（外界灰尘浓度大、空气污染等）不能开启窗户进行直接空气对流降温，这时还不得不开启高耗能的压缩机进行温度调节，这种现象在高温防尘环境（机房、电室等特殊高温场合）表现的特别明显，由于使用场合散热设备集中、散热量大、空间温度高、升温快、防尘要求高等特性，使得在这里使用传统空调很难节约能量，即使室外温度比室内温度低很多时还不得不启动空调降温，而且现在比较节能的一种引入全新风进行降温的方式在国内很多地区不适用，会将大量的室外粉尘和湿空气带入室内，影响室内设备的安全正常运行。 

另外一种采用风---风换热器的形式可以避免将室外粉尘和湿空气引入室内，但需要在设备间、机房围墙等防护结构上开设较大的通风孔洞，不仅破坏墙体的稳定性，还有被盗的安全隐患。 

在室外温度比室内温度低且不能进行室内外空气对流的情况下，还没有一种空调可以在这种情况下不用开启高耗能的压缩机就可以进行室内控温的，即使在这种情况下，现有的空调系统还得启动高耗能的压缩机特别是那些发热量集中对灰尘度要求高的的工作场合对环境来控制温度。 

发明内容

本发明就是为了避免以上所述现有空调控温设施的不足之处，提供一种结构简单、实施容易、节能减排的复合新型节能空调，不仅能使在室外温度高于室内温度很多时，即使室外温度高达70℃±5℃条件下依然实现大温差制冷，而且在室外温度合适的条件下还可以自动启用节能模式来调节室内温度，能够安全、可靠、稳定、节能的自动运行制冷循环系统。 

本发明解决技术问题采用如下技术方案： 

在传统热泵空调的基础上进行改进，把热管式空调的一些优点应用在热泵式空调中，使发明的新型空调集成热泵空调和热管空调各自的优点，进而来控制一些特殊条件下室内的温度，而又不失节能的理念。 

热管热泵组合空调主要由五部分构成，机械部分按连接顺序依次为至少一个室外热交换器、气体回路、至少一个室内热交换器和液体回路，另外一部分是中心控制系统；所述室内热交换器和室外热交换器的结构相同，都是由导热管、铝箔翅片组和换热风扇构成，导热管又分为导热管上部主管、导热管下部主管和多个并联的导热管支管组成；所述气体回路主要由压缩机部分和气路三通阀构成，压缩机部分包括压缩机、感温包、气液分离器和气路四通阀；液体回路主要由液路三通阀、液泵、液路四通阀、节流组件和储液罐构成，节流组件包括两个膨胀阀、两个干燥过滤器和两个单通阀；室内热交换器导热管上部主管和气路三通阀相连，气路三通阀各支路汇总后和室外热交换器的导热管上部主管相连；室内热交换器导热管下部主管和液路三通阀中间接入储液罐，液路三通阀两个支路汇总后和室外热交换器的导热管下部主管相连；气路三通阀的一个支路上接入压缩机部分，另一支路上保持通路；液路三通阀的两个支路上分别接入节流组件和配备了四通阀的液泵，这样就形成了冷凝剂的循环回路。 

室内温度需要提高时，该空调系统可提供两种升温方式：第一种是热管节能式制热工作，这种模式的条件是室内温度比室外温度低，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀和液路三通阀使压缩机部分和节流组件部分处于断路状态，液路四通阀使液泵的输出方向为室内机向室外机。在室内热交换器中的换热风扇和铝箔翅片组的辅助下，气态冷凝剂在导热管支管中变成液态放出热量提高室内温度，变成液态的冷凝剂落入室内热交换器的导热管下部主管中，然后液态冷凝剂在液泵的带动下经过储液罐、液路三通阀和液泵后进入到室外热交换器中，在室外热交换器上的换热风扇和铝箔翅片组的辅助下，液态冷凝剂在室外热交换器导热管支管中吸热气化，在液体的推动和气体自身膨胀的压力下通过气路三通阀向室内热交换器移动，进入室内热交换器导热管上部主管后分散到各个导热管支管，这样就完成了换热循环。 

第二种是热泵式制热工作，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀和液路三通阀使压缩机部分和节流组件部分进入通路状态，液泵处于断路状态，气路四通阀使压缩机的输出方向为室内。在室外热交换器上的换热风扇和铝箔翅片组的辅助下，液态冷凝剂在室外热交换器导热管支管中吸热气化，压缩机把常温气态冷凝剂变成高温高压状态并向室内热交换器输送，高温高压气态冷凝剂通过压缩机和气路三通阀进入室内热交换器的导热管上部主管，然后高温高压气态冷凝剂分散到各个导热管支管中，在室内热交换器上的换热风机和铝箔翅片组的辅助下向室内散热，散热后变成液态冷凝剂，液态冷凝剂在高压气态冷凝剂的推动下进入液体回路，经过储液罐、液路三通阀、单向阀、干燥过滤器后，再经膨胀阀减压，进入室外热交换器中，热泵式制热工作循环完成。 

在这种为环境制热的工作状态下，室内热交换器中的冷凝剂液面通过储液罐内的液位控制器和中心控制系统实现自动控制，使液位一直处于室内导热管下部主管内，即满气工作状态，而室外热交换器的液态冷凝剂液位控制在导热管上部主管，这样不仅可以增大液态冷凝剂的吸热面积，提高冷凝剂的吸热速率，而且还增加室内热交换器中气态冷凝剂的散热速率。 

室内温度需要降低时，该空调可提供两种降温方式：第一种是热管节能式制冷工作，这种模式的条件是室内温度比室外温度高，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀和液路三通阀使压缩机部分和节流组件部分处于断路状态，液路四通阀使液泵的输出方向为室外机向室内机。在室外热交换器中的换热风扇和铝箔翅片组的辅助下，气态冷凝剂在导热管支管中变成液态放出热量变成液态冷凝剂，变成液态的冷凝剂落入室外热交换器的导热管下部主管中，然后液态冷凝剂在液泵的带动下经过液泵、液路三通阀和储液罐后进入到室内热交换器中，在室内热交换器上的换热风扇和铝箔翅片组的辅助下，液态冷凝剂在室内热交换器导热管支管中吸热降低室内温度，吸热后的液态冷凝剂变成气态，在液体的不断推动和气体自身膨胀的压力下通过气路三通阀向室外热交换器移动，进入室外热交换器导热管上部主管后分散到各个导热管支管，然后在各个支管中完成冷凝，这样就完成了室内制冷循环。 

第二种是热泵式制冷工作，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀和液路三通阀使压缩机部分和节流组件部分进入通路状态，液泵处于断路状态，气路四通阀使压缩机的输出方向为室外。在室内热交换器上的换热风扇和铝箔翅片组的辅助下，液态冷凝剂在室内热交换器导热管支管中吸热降低室内温度，吸热后的液态冷凝剂变成气态，通过压缩机气态冷凝剂变成高温高压状态并向室外热交换器输送，高温高压气态冷凝剂通过气路三通阀和压缩机进入室外热交换器的导热管上部主管，然后高温高压气态冷凝剂分散到各个导热管支管中，在室外热交换器上的换热风机和铝箔翅片组的辅助下向散热冷凝变成液态冷凝剂，液态冷凝剂在高压气态冷凝剂的推动下进入液体回路，经过单向阀、干燥过滤器后再经膨胀阀减压，然后通过液路三通阀、储液罐进入室内热交换器中，热泵式制冷工作循环完成。 

在这种为环境制冷的工作状态下，室内热交换器中的冷凝剂液面通过储液罐内的液位控制器和中心控制系统实现自动控制，使液位一直处于室内导热管上部主管内，即满液工作状态，而室外热交换器的液态冷凝剂液位控制在导热管下部主管，这样不仅可以增大液态冷凝剂的吸热面积，提高冷凝剂的吸热速率，而且还增加室外热交换器中气态冷凝剂的散热速率。 

中心控制系统的温度检测部分可以检测室内温度的变化，从而自动从四种工作系统中选择所需要的工作状态，完成全自动控制，也可以通过人工手动控制调节工作状态，以满足用户需要为准。  

附图说明:

图一为空调系统的结构示意图；

图二为空调系统室外热交换器结构放大图；

图三为空调系统气体回路结构放大图；

图四为空调系统室内热交换器的结构放大图；

图五为空调系统液体回路结构放大图；

图六为液体回路上的节流组件放大图；

图七为该空调系统热管节能式制热工作循环示意图；

图八为该空调系统热泵式制热工作循环示意图；

图九为该空调系统热管节能式制冷工作循环示意图；

图十为该空调系统热泵式制冷工作循环示意图；

 图标注释：（10）、室外热交换器；（11）、导热管上部主管；（12）、导热管下部主管；（13）、换热风扇；（14）、铝箔翅片组；（15）、导热管支管；（16）、室外热交换器液面位置；（20）、气体回路；（21）、气路三通阀；（22）、压缩机旁通支路；（23）、压缩机部分；（24）、压缩机；（25）、气路四通阀；（26）、感温包；（27）、气液分离器；（30）、室内热交换器；（31）、导热管上部主管；（32）、导热管下部主管；（33）、换热风扇；（34）、铝箔翅片组；（35）、导热管支管；（36）、室内热交换器液面位置；（40）、液体回路；（41）、储液罐；（42）、液路三通阀；（43）、液泵；（44）、液路四通阀；（45）、节流组件；（451）、单向阀；（452）、过滤干燥器；（453）、膨胀阀；（454）、膨胀阀；（455）、过滤干燥器；（456）、单向阀

具体实施方法

一种空气源热管热泵空调，该系统主要由五部分构成，机械部分按连接顺序依次为至少一个室外热交换器（10）、气体回路（20）、至少一个室内热交换器（30）和液体回路（40），另外一部分是中心控制系统；所述室内热交换器（30）和室外热交换器（10）的结构相同，都是由导热管、铝箔翅片组和换热风扇构成，导热管又分为导热管上部主管、导热管下部主管和导热管支管组成；所述气体回路（20）主要由压缩机部分（23）和气路三通阀（21）构成，压缩机部分（23）包括压缩机（24）、气路四通阀（25）、感温包（26）和气液分离器（27）；液体回路（40）主要由储液罐（41）、液路三通阀（42）、液泵（43）、液路四通阀（44）和节流组件（45）构成，节流组件（45）包括两个膨胀阀（453）与（454）、两个干燥过滤器（452）与（455）和两个单向阀（451）与（456）；室内热交换器（30）的导热管上部主管（31）和气路三通阀（21）相连，气路三通阀（21）各支路汇总后和室外热交换器（10）的导热管上部主管（11）相连；室内热交换器（30）的导热管下部主管（32）和液路三通阀（42）中间接入储液罐（41），液路三通阀（42）两个支路汇总后和室外热交换器（10）的导热管下部主管（12）相连；气路三通阀（21）的一个支路上接入压缩机部分（23），另一支路压缩机旁通支路（22）保持通路；液路三通阀（42）的两个支路上分别接入节流组件（45）和配备了四通阀（44）的液泵（43），这样就形成了冷凝剂的循环回路。室内温度需要提高时，该空调系统可提供两种升温方式：第一种是热管节能式制热工作，如图七所示，这种模式的条件是室内温度比室外温度低，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀（21）和液路三通阀（42）使压缩机部分（23）和节流组件（45）部分处于断路状态，液路四通阀（44）使液泵（43）的输出方向为室内热交换器（30）向室外热交换器（10）。在室内热交换器（30）中的换热风扇（33）和铝箔翅片组（34）的辅助下，气态冷凝剂在各个导热管支管（35）中变成液态放出热量提高室内温度，变成液态的冷凝剂落入室内热交换器（30）的导热管下部主管（32）中，然后液态冷凝剂在液泵（43）的带动下经过储液罐（41）、液路三通阀（42）和液泵（43）后进入到室外热交换器（10）中，在室外热交换器（10）上的换热风扇（13）和铝箔翅片组（14）的辅助下，液态冷凝剂在室外热交换器（10）的导热管支管（15）中吸热气化，在液体的推动和气体自身膨胀的压力下通过气路三通阀（21）向室内热交换器（30）移动，进入室内热交换器（30）的导热管上部主管（31）后分散到各个导热管支管（35），这样就完成了换热循环。第二种是热泵式制热工作，如图八所示，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀（21）和液路三通阀（42）使压缩机部分（23）和节流组件（45）部分进入通路状态，液泵（43）处于断路状态，气路四通阀（25）使压缩机（24）的输出方向为室内。在室外热交换器（10）上的换热风扇（13）和铝箔翅片组（14）的辅助下，液态冷凝剂在室外热交换器（10）的各个导热管支管（15）中吸热气化，压缩机（24）把常温气态冷凝剂变成高温高压状态并向室内热交换器（30）输送，高温高压气态冷凝剂通过压缩机（24）和气路三通阀（21）进入室内热交换器（30）的导热管上部主管（31），然后高温高压气态冷凝剂分散到各个导热管支管（35）中，在室内热交换器（30）上的换热风机（33）和铝箔翅片组（34）的辅助下向室内散热，散热后变成液态冷凝剂，液态冷凝剂在高压气态冷凝剂的推动下进入液体回路（40），经过储液罐（41）、液路三通阀（42）、单向阀（456）、干燥过滤器（455）后，再经膨胀阀（454）减压，进入室外热交换器（10）中，热泵式制热工作循环完成。在这种为环境制热的工作状态下，室内热交换器（30）中的冷凝剂液面（36）通过储液罐（41）内的液位控制器和中心控制系统实现自动控制，使液位一直处于室内导热管下部主管（32）内，即满气工作状态，而室外热交换器（10）的液态冷凝剂液位（16）控制在导热管上部主管（31），这样不仅可以增大液态冷凝剂的吸热面积，提高冷凝剂的吸热速率，而且还增加室内热交换器中气态冷凝剂的散热速率。 

室内温度需要降低时，该空调可提供两种降温方式： 

第一种是热管节能式制冷工作，如图九所示，这种模式的条件是室内温度比室外温度高，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀（21）和液路三通阀（42）使压缩机部分（23）和节流组件（45）部分处于断路状态，液路四通阀（44）使液泵（43）的输出方向为室外机向室内机。在室外热交换器（10）中的换热风扇（13）和铝箔翅片组（14）的辅助下，气态冷凝剂在导热管支管（15）中放出热量变成液态冷凝剂，变成液态的冷凝剂落入室外热交换器（10）的导热管下部主管（12）中，然后液态冷凝剂在液泵（43）的带动下经过液泵（43）、液路三通阀（42）和储液罐（41）后进入到室内热交换器（30）中，在室内热交换器（30）上的换热风扇（33）和铝箔翅片组（34）的辅助下，液态冷凝剂在室内热交换器（30）的导热管支管（35）中吸热降低室内温度，吸热后的液态冷凝剂变成气态，在液体的不断推动和气体自身膨胀的压力下通过气路三通阀（21）向室外热交换器（10）移动，进入室外热交换器（10）的导热管上部主管（11）后分散到各个导热管支管（15），然后在各个支管中完成冷凝，这样就完成了室内制冷循环。

第二种是热泵式制冷工作，如图十所示，开启该种模式后，利用中心控制系统控制气路三通阀（21）和液路三通阀（42）使压缩机部分（23）和节流组件（45）部分进入通路状态，液泵（43）处于断路状态，气路四通阀（25）使压缩机（24）的输出方向为室外。在室内热交换器（30）上的换热风扇（33）和铝箔翅片组（34）的辅助下，液态冷凝剂在室内热交换器（30）的各个导热管支管（35）中吸热降低室内温度，吸热后的液态冷凝剂变成气态，通过压缩机（24）气态冷凝剂变成高温高压状态并向室外热交换器（10）输送，高温高压气态冷凝剂通过气路三通阀（21）和压缩机部分（23）进入室外热交换器（10）的导热管上部主管（11），然后高温高压气态冷凝剂分散到各个导热管支管（15）中，在室外热交换器（10）上的换热风机（13）和铝箔翅片组（14）的辅助下散热冷凝变成液态冷凝剂，液态冷凝剂在高压气态冷凝剂的推动下进入液体回路（40），经过单向阀（451）、干燥过滤器（452）后再经膨胀阀（453）减压，然后通过液路三通阀（42）、储液罐（41）进入室内热交换器（30）中，热泵式制冷工作循环完成。 

在这种为环境制冷的工作状态下，室内热交换器（30）中的冷凝剂液面（36）通过储液罐（41）内的液位控制器和中心控制系统实现自动控制，使液位一直处于室内导热管上部主管（31）内，即满液工作状态，而室外热交换器（10）的液态冷凝剂液位（16）控制在导热管下部主管（12）内，这样不仅可以增大液态冷凝剂的吸热面积，提高冷凝剂的吸热速率，而且还增加室外热交换器中气态冷凝剂的散热速率。 

中心控制系统的温度检测部分可以检测室内温度的变化，从而自动从四种工作系统中选择所需要的工作状态，完成全自动控制，也可以通过人工手动控制调节工作状态，以满足用户需要为准。 

Claims (4)

1.一种热管热泵组合型空调，它的基本构件包括压缩机、室外热交换器、储液罐、节流阀、室内热交换器、控制电路，其特征在于，它还包括气路三通阀、气路旁通管、液路三通阀、液泵；气路旁通管通过气路三通阀与压缩机并行联接，液体循环泵通过液路三通阀与节流阀并行联接；它有热泵空调和热管空调两种工作模式：气路三通阀开向压缩机，液路三通阀开向节流阀，压缩机开动，这时为热泵空调模式；气路三通阀开向气路旁通管，液路三通阀开向液泵，液泵机开动，这时为热管空调模式。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵热管组合空调，它的室内热交换器由导热管、铝箔翅片组和换热风扇构成，其特征在于，导热管为多根相互并联、竖直排列金属管构成，这些导热管下端连接导液管，上端连接导气管；铝翅片组固定在导热管上，并要求铝箔翅片组与水平面有一定夹角，以便于表面冷凝水流出。

3.根据权利要求1和2所述的空气源热泵热管组合空调，它的室外热交换器跟室内热交换器相似，也是由导热管、铝箔翅片组和换热风扇构成，其特征在于，导热管为多根相互并联、竖直排列金属管构成，这些导热管下端连接导液管，上端连接导气管；铝翅片组固定在导热管上，并要求铝箔翅片组与水平面有一定夹角，以便于表面冷凝水流出。

4.根据权利要求1至4所述空气源热泵热管组合空调，可以在压缩机导气管处设一个气路四通阀，气路四通阀能够实现热泵反向循环，从而实现制冷制热的转换；其特征在于，也可以在液泵导液管处设一个液路四通阀，液路四通阀能够实现热管反向循环，从而实现制冷制热的转换；这样空气源热泵热管组合空调就有了四种工作模式：热泵制冷、热泵制热、热管制冷和热管制热。

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