CN106257157A - 一种可实现温湿度独立调节的家用空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现温湿度独立调节的家用空调，包括空气处理部分和制冷/制热系统部分；空气处理部分由第二换热器、第三换热器和风机顺序连接组成。制冷/制热系统包括双吸气压力压缩机、四通阀、第一换热器、第一单向阀、第二单向阀、储液器、过滤器、经济器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第六单向阀、第三电磁阀、第二换热器、第三换热器、气液分离器；解决家用空调夏季制冷时由同一蒸发器承担显热负荷和潜热负荷，导致空调温湿度无法独立调节以及能效比难以提升的问题以及冬季低温工况下，空调制热能力较低的问题。

Description

一种可实现温湿度独立调节的家用空调

技术领域

本发明涉及一种采取双吸气压力实现夏季房间温湿度独立调节的家用空调装置，属于制冷、空调系统设计和制造的技术领域。

背景技术

随着经济发展和生活水平的提高，家用空调已成为保障人们生活品质和工作效率的必需品，得到了较为广泛的应用。为满足人员对室内空气温湿度的要求，家用空调目前主要采取冷冻降温除湿的方法，由同一蒸发器承担室内显热负荷和潜热负荷。然而该模式带来诸多不足：1）常规家用空调一般仅可实现对室内温度的控制，而无法同时对湿度进行独立调节；2）室内的显热负荷和潜热负荷皆由同一个蒸发器承担，由此为兼顾除湿需求，空调的蒸发温度必须低于室内空气的露点温度，导致空调能效难以提升；3）由于室内空气的降温与除湿是一个耦合过程，当房间显热负荷过大时，常出现为降温空调长时间工作引起的“过度除湿”现象，导致室内相对湿度过低，人体和围护结构的散湿量增加，不仅增大室内湿负荷和空调能耗还降低了空调房间的热舒适性。

因此，探索出一种新型高效的家用空调系统以解决现有空调的不足成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题，对实现节能减排与提高室内热舒适性具有较重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为解决家用空调夏季制冷工况下因由同一蒸发器承担显热负荷和潜热负荷，且因考虑除湿需求使得空调需在较低蒸发温度下运行，导致空调温湿度无法独立调节以及能效比难以提升的问题和冬季低温工况下，空调制热能力较低的问题，提出一种可实现温湿度独立调节的家用空调。

技术方案：本发明的一种可实现温湿度独立调节的家用空调，包括空气处理部分和制冷/制热系统部分；空气处理部分包括顺序连接的第二换热器、第三换热器和风机。制冷/制热系统包括双吸气压力压缩机、四通阀、第一换热器、第一单向阀、第二单向阀、储液器、过滤器、经济器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第六单向阀、第三电磁阀、第二换热器、第三换热器、气液分离器；压缩机输出端连接四通阀第一输入端，四通阀第一输出端连接第一换热器输入端，第一换热器输出端通过第一单向阀接储液器的输入端，储液器的输入端还通过第二单向阀与第三换热器输入端连接，所述第一单向阀的导通方向为第一换热器输出端至储液器，所述第二单向阀的导通方向为第三换热器输入端至储液器；储液器的输出端经过滤器后分为两路，一路与经济器第一输入端连接，另一路通过第二电子膨胀阀与经济器第二输入端连接，经济器第一输出端经过第一电子膨胀阀后分为两路，一路经第三单向阀接第三换热器输入端，另一路通过第四单向阀接第一换热器输出端，所述第三单向阀的导通方向为第一电子膨胀阀至第三换热器输入端，第四单向阀的导通方向为第一电子膨胀阀至第一换热器输出端；经济器第二输出端分为两路，一路经第五单向阀接第二换热器输入端，这一路同时还依次经第五单向阀和第一电磁阀后接第三换热器的输入端，经济器第二输出端的另一路通过第二电磁阀接压缩机第二输入端，所述第五单向阀的导通方向为经济器第二输出端至第二换热器输入端；第二换热器输出端分为两路，一路通过第六单向阀接四通阀第二输入端，另一路通过第三电磁阀接压缩机第二输入端，所述第六单向阀的导通方向为四通阀第二输入端至第二换热器输出端；第三换热器的输出端接四通阀第二输入端，四通阀第二输出端通过气液分离器接压缩机第一输入端。

进一步的，本发明家用空调中，制冷工作状态时，所述第二换热器为高温蒸发器，而第三换热器为低温蒸发器，且高低温蒸发器的总换热面积仅比相同功率下的常规空调的蒸发器换热面积大。

进一步的，本发明家用空调中，在制冷工作状态时，通过开启第三电磁阀，实现制冷循环；家用空调在制热工作状态时，通过开启第一电磁阀和第二电磁阀，实现制热循环。

进一步的，本发明家用空调中，压缩机为变频双吸气压力压缩机、允许中间补气的压缩机或双压缩机。

本发明的一种可实现温湿度独立调节的家用空调所采取的运行方案是：夏季制冷工况下，在空气处理部分，室内回风首先经过第二换热器与制冷剂进行换热，除去主要显热负荷，再进入第三换热器与制冷剂进行换热，除去潜热负荷和部分显热负荷；降温除湿后的空气经风机加压后从空调室内机出风口送出。在制冷系统部分，从压缩机出来的制冷剂经四通阀进入第一换热器冷凝放热，冷凝后的制冷剂液体经第一单向阀、储液器、过滤器后被分成两路，其中一路制冷剂进入第二电子膨胀阀，节流后先进入经济器部分蒸发吸热后再进入第二换热器蒸发吸热，此时第一电磁阀和第二电磁阀关闭，完全蒸发后的制冷剂经第三电磁阀进入压缩机第二输入端；另外一路先进入经济器过冷再进入第一电子膨胀阀，节流降压后经第三单向阀进入第三换热器吸热蒸发，完全蒸发后通过四通阀进入气液分离器，再被压缩机第一输入端吸入并被初步压缩，随后与从第二输入端吸入的制冷剂在压缩机内混合后被压缩成高温高压过热蒸汽通过四通阀进入第一换热器，完成一个制冷循环。冬季制热工况下，空气处理部分，室内回风依次经过第二换热器和第三换热器与制冷剂换热，温度升高后经风机加压由空调室内机出风口送出。在制热系统部分，从压缩机流出的制冷剂分成两路，一路进入第三换热器冷凝放热，另一路经第六单向阀进入第二换热器冷凝放热，然后经第一电磁阀与从第三换热器流出的制冷剂混合，此时第三电磁阀关闭，混合后的制冷剂经第二单向阀、储液器、过滤器后再分成两路，一路进入第二电子膨胀阀，节流后先进入经济器蒸发吸热再经第二电磁阀进入压缩机第二输入端；另外一路先进入经济器过冷再进入第一电子膨胀阀，节流降压后经第四单向阀进入第一换热器吸热蒸发，完全蒸发后通过四通阀进入气液分离器，再被压缩机第一输入端吸入并被初步压缩，随后与从第二输入端吸入的制冷剂在压缩机内混合后被压缩成高温高压过热蒸汽通过四通阀分别进入第二换热器和第三换热器，完成一个制热循环。

有益效果：本发明与现有家用空调相比，具有以下优点：

1）本发明提出的一种可实现温湿度独立调节的家用空调通过在空调室内侧设置双蒸发器（高温蒸发器和低温蒸发器），在夏季制冷时，由高温蒸发器主要承担显热负荷，低温蒸发器主要承担潜热负荷，并通过分别对两蒸发器制冷剂流量的控制以及结合压缩机频率的调节，可实现对室内温度和湿度的独立调节；

2）本发明采取具有双吸气压力的压缩机或具有较大中间补气量的压缩机（也适用于双压缩机），分别吸取并压缩高温蒸发器和低温蒸发器中的制冷剂气体，提供两个吸气压力实现室内空气温湿度独立调节，提高了空调的整体能效；

3）本发明所提出的空调系统流程中增设有经济器，夏季可实现由进入高温蒸发器的制冷剂在经济器中对进入低温蒸发器的制冷剂进行过冷，提升空调的制冷效率；同时在冬季制热时，还可实现喷气增焓运行，提高空调的制热能效及其在低温环境下的制热能力。

附图说明

图1为一种可实现温湿度独立调节的家用空调示意图，图中有：压缩机1；压缩机第一输入端1a；压缩机第二输入端1b；压缩机输出端1c；四通阀2；四通阀第一输入端2a；四通阀第一输出端2b；四通阀第二输入端2c；四通阀第二输出端2d；第一换热器3；第一换热器输入端3a；第一换热器输出端3b；第一单向阀4；第二单向阀5；储液器6；过滤器7；经济器8；经济器第一输入端8a；经济器第一输出端8b；经济器第二输入端8c；经济器第二输出端8d；第一电子膨胀阀9；第二电子膨胀阀10；第三单向阀11；第四单向阀12；第五单向阀13；第一电磁阀14；第二电磁阀15；第六单向阀16；第三电磁阀17；第二换热器18；第二换热器输入端18a；第二换热器输出端18b；第三换热器19；第三换热器输入端19a；第三换热器输出端19b；气液分离器20；风机21。

图2为夏季室内空气温湿度独立调节过程示意图，图中N点为室内空气状态点；L'点为室内空气露点；L点为送风状态点；a点为温湿度独立调节的分段点。

图3为制冷/制热循环压焓图，图中1点为压缩机第一输入端的制冷剂状态点；2点为对从第一输入端进入压缩机的制冷剂进行初步压缩后的状态点；3点为压缩机第一输入端和第二输入端制冷剂混合后的状态点；4点为混合后的制冷剂被压缩成高温高压过热蒸汽的状态点，即进入冷凝器的制冷剂状态点；5点为进入储液器前的制冷剂状态点；6点为经第二电子膨胀阀节流后的制冷剂状态点；7点为进入压缩机第二输入端的制冷剂状态点；8点为经经济器过冷后的制冷剂状态点；9点为经第一电子膨胀阀节流后的制冷剂状态点。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

本实施例的整体结构示意图如图1所示，包括空气处理部分和制冷/制热系统部分。空气处理部分由第二换热器18、第三换热器19和风机21顺序连接组成。制冷/制热系统包括双吸气压力压缩机1、四通阀2、第一换热器3、第一单向阀4、第二单向阀5、储液器6、过滤器7、经济器8、第一电子膨胀阀9、第二电子膨胀阀10、第三单向阀11、第四单向阀12、第五单向阀13、第一电磁阀14、第二电磁阀15、第六单向阀16、第三电磁阀17、第二换热器18、第三换热器19、气液分离器20；其中压缩机输出端1c连接四通阀第一输入端2a，四通阀第一输出端2b连接第一换热器输入端3a，第一换热器输出端3b通过第一单向阀4接储液器6的输入端，储液器6的输入端还通过第二单向阀5与第三换热器输入端19a连接，所述第一单向阀4的导通方向为第一换热器输出端3b至储液器6，所述第二单向阀5的导通方向为第三换热器输入端19a至储液器6；储液器6的输出端经过滤器7后分为两路，一路与经济器第一输入端8a连接，另一路通过第二电子膨胀阀10与经济器第二输入端8c连接，经济器第一输出端8b经过第一电子膨胀阀9后分为两路，一路经第三单向阀11接第三换热器输入端19a，另一路通过第四单向阀12接第一换热器输出端3b，所述第三单向阀11的导通方向为第一电子膨胀阀9至第三换热器输入端19a，第四单向阀12的导通方向为第一电子膨胀阀9至第一换热器输出端3b；经济器第二输出端8d分为两路，一路经第五单向阀13接第二换热器输入端18a，这一路同时还依次经第五单向阀13和第一电磁阀14后接第三换热器的输入端19a，经济器第二输出端8d的另一路通过第二电磁阀15接压缩机第二输入端1b，所述第五单向阀13的导通方向为经济器第二输出端8d至第二换热器输入端18a；第二换热器输出端18b分为两路，一路通过第六单向阀16接四通阀第二输入端2c，另一路通过第三电磁阀17接压缩机第二输入端1b，所述第六单向阀16的导通方向为四通阀第二输入端2c至第二换热器输出端18b；第三换热器的输出端19b接四通阀第二输入端2c，四通阀第二输出端2d通过气液分离器20接压缩机第一输入端1a。

下面，结合附图详细介绍本发明的工作原理。

夏季制冷工况下，在空气处理部分，室内空气温湿度独立调节过程如图2所示，室内回风（状态N）首先经过第二换热器18与制冷剂进行换热，除去主要显热负荷后至状态a（状态a可为空气露点状态L'），再进入第三换热器19与制冷剂进行换热，除去潜热负荷和部分显热负荷后至状态L；降温除湿后的空气经风机21加压后从空调室内机出风口送出。在此需指出，实际室内空气处理过程中因环境温度不断变化，室内空调热湿负荷比也随着使用情况的不同而不断改变，因此空气温湿度独立调节的分段点a也是变化的，a点既可以位于图2中N- L'之间，也可位于L'-L之间。在制冷系统部分，制冷循环压焓图如图3所示，从压缩机1出来的制冷剂（状态4）经四通阀2进入第一换热器3冷凝放热，冷凝后的制冷剂液体（状态5）经第一单向阀4、储液器6、过滤器7后被分成两路，其中一路制冷剂进入第二电子膨胀阀10，节流后（状态6）先进入经济器8部分蒸发吸热后再进入第二换热器18蒸发吸热，此时第一电磁阀14和第二电磁阀15关闭，完全蒸发后的制冷剂经第三电磁阀17进入压缩机第二输入端1b（状态7）；另外一路先进入经济器8过冷（状态8）再进入第一电子膨胀阀9，节流降压后（状态9）经第三单向阀11进入第三换热器19吸热蒸发，完全蒸发后通过四通阀2进入气液分离器20（状态1），再被压缩机第一输入端1a吸入并被初步压缩（状态2），随后与从压缩机第二输入端1b吸入的制冷剂（状态7）在压缩机1内混合（状态3）后被压缩成高温高压过热蒸汽（状态4）通过四通阀2进入第一换热器3，完成一个制冷循环。

冬季制热工况下，空气处理部分，室内回风依次经过第二换热器18和第三换热器19与制冷剂换热，温度升高后经风机21加压由空调室内机出风口送出。在制热系统部分，制热循环压焓图如图3所示，从压缩机1流出的制冷剂分成两路，一路进入第三换热器19冷凝放热，另一路经第六单向阀16进入第二换热器18冷凝放热，然后经第一电磁阀14与从第三换热器19流出的制冷剂混合，此时第三电磁阀17关闭，混合后的制冷剂经第二单向阀5（状态5）、储液器6、过滤器7后再分成两路，一路进入第二电子膨胀阀10，节流后（状态6）先进入经济器8蒸发吸热再经第二电磁阀15（状态7）进入压缩机第二输入端1b；另外一路先进入经济器8过冷（状态8）再进入第一电子膨胀阀9，节流降压后（状态9）经第四单向阀12进入第一换热器3吸热蒸发，完全蒸发后通过四通阀2进入气液分离器20（状态1），再被压缩机第一输入端1a吸入并被初步压缩（状态2），随后与从第二输入端1b吸入的制冷剂（状态7）在压缩机1内混合（状态3）后被压缩成高温高压过热蒸汽（状态4）通过四通阀2分别进入第二换热器18和第三换热器19，完成一个制热循环。

由以上空调工作过程可知，在夏季制冷工况下，空调显热负荷主要由第二换热器承担，而潜热负荷主要由第三换热器承担，当室内空调负荷变化时，通过调节压缩机频率，并结合第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的调节，可分别达到目标设定的温湿度值；而在冬季制热工况，通过调节第一电子膨胀阀的开度使中间压力下的制冷剂在经济器中完全蒸发，再将蒸发后的制冷剂蒸汽由压缩机补气口喷入，即可实现压缩机中制冷剂总流量的增加。此外，由于进入第一换热器（蒸发器）中的制冷剂在经济器中得到了过冷，使得其在第一换热器中的单位制冷剂吸热量（从室外空气中吸取）增加，在蒸发压力（即吸气比容）不变，即第一换热器中制冷剂质量流量不变的情况下，实现第一换热器从室外空气中吸取更多热量供向室内，从而可有效解决冬季低温工况下，空调制热量下降，性能系数减小的问题。

Claims (4)

1.一种可实现温湿度独立调节的家用空调，其特征在于，该装置包括空气处理部分和制冷/制热系统部分；所述空气处理部分包括顺序连接的第二换热器（18）、第三换热器（19）和风机（21）；所述制冷/制热系统包括双吸气压力压缩机（1）、四通阀（2）、第一换热器（3）、第一单向阀（4）、第二单向阀（5）、储液器（6）、过滤器（7）、经济器（8）、第一电子膨胀阀（9）、第二电子膨胀阀（10）、第三单向阀（11）、第四单向阀（12）、第五单向阀（13）、第一电磁阀（14）、第二电磁阀（15）、第六单向阀（16）、第三电磁阀（17）、第二换热器（18）、第三换热器（19）、气液分离器（20）；所述压缩机输出端（1c）连接四通阀第一输入端（2a），四通阀第一输出端（2b）连接第一换热器输入端（3a），第一换热器输出端（3b）通过第一单向阀（4）接储液器（6）的输入端，储液器（6）的输入端还通过第二单向阀（5）与第三换热器输入端（19a）连接，所述第一单向阀（4）的导通方向为第一换热器输出端（3b）至储液器（6），所述第二单向阀（5）的导通方向为第三换热器输入端（19a）至储液器（6）；储液器（6）的输出端经过滤器（7）后分为两路，一路与经济器第一输入端（8a）连接，另一路通过第二电子膨胀阀（10）与经济器第二输入端（8c）连接，经济器第一输出端（8b）经过第一电子膨胀阀（9）后分为两路，一路经第三单向阀（11）接第三换热器输入端（19a），另一路通过第四单向阀（12）接第一换热器输出端（3b），所述第三单向阀（11）的导通方向为第一电子膨胀阀（9）至第三换热器输入端（19a），第四单向阀（12）的导通方向为第一电子膨胀阀（9）至第一换热器输出端（3b）；经济器第二输出端（8d）分为两路，一路经第五单向阀（13）接第二换热器输入端（18a），这一路同时还依次经第五单向阀（13）和第一电磁阀（14）后接第三换热器输入端（19a），经济器第二输出端（8d）的另一路通过第二电磁阀（15）接压缩机第二输入端（1b），所述第五单向阀（13）的导通方向为经济器第二输出端（8d）至第二换热器输入端（18a）；第二换热器输出端（18b）分为两路，一路通过第六单向阀（16）接四通阀第二输入端（2c），另一路通过第三电磁阀（17）接压缩机第二输入端（1b），所述第六单向阀（16）的导通方向为四通阀第二输入端（2c）至第二换热器输出端（18b）；第三换热器输出端（19b）接四通阀第二输入端（2c），四通阀第二输出端（2d）通过气液分离器（20）接压缩机第一输入端（1a）。

2.根据权利要求1所述的一种可实现温湿度独立调节的家用空调，其特征在于，在制冷工作状态时，所述第二换热器（18）为高温蒸发器，而第三换热器（19）为低温蒸发器，且高低温蒸发器的总换热面积仅比相同功率下的常规空调的蒸发器换热面积大。

3.根据权利要求1所述的一种可实现温湿度独立调节的家用空调，其特征在于，所述家用空调在制冷工作状态时，开启第三电磁阀（17），实现制冷循环；家用空调在制热工作状态时，开启第一电磁阀（14）和第二电磁阀（15），实现制热循环。

4.根据权利要求1所述的一种可实现温湿度独立调节的家用空调，其特征在于，压缩机（1）为变频双吸气压力压缩机、允许中间补气的压缩机或双压缩机。