CN110657502B - 易燃易爆冷媒空调用安全换热系统及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调设备技术领域，具体公开了一种既能够满足室内空调需求，又可以基本杜绝易燃易爆冷媒出现泄漏带来的安全风险问题的安全换热系统，以及包括上述安全换热系统的空调器。该易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，包括室外机单元和室内机单元，还包括中间热耦合单元，所述中间热耦合单元包括室内热交换装置。通过设置中间热耦合单元，利用其包括的室内热交换装置将室外机单元和室内机单元耦合，可使得室外循环系统中易燃易爆冷媒的冷热传递给室内循环系统中的安全冷媒，并由安全冷媒将冷热供应给室内环路热管单元，一方面可满足室内空调需求，另一方面基本杜绝了易燃易爆冷媒出现泄漏带来的安全风险。

Description

易燃易爆冷媒空调用安全换热系统及空调器

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种易燃易爆冷媒空调用安全换热系统及空调器。

背景技术

空调器作为一种室内温控设备，已经在消费者家庭中普及。现在普遍使用的分体式空调器包括室内机和室外机，空调器冷媒通过压缩机驱动在室内和室外换热器中循环换热，而换热器上不可避免有多个加工焊点，因此一旦出现焊点泄漏就有可能导致冷媒在室内或者室外泄漏，室外泄漏由于空间大不会造成冷媒浓度过大，而室内泄漏则很有可能导致冷媒浓度过大，对一些易燃易爆冷媒，比如R32、R290等来说，就可能导致浓度达到甚至超过爆炸下限，在电器打火时容易引起爆炸，给用户带来非常大的安全风险。

目前行业解决这种易燃易爆冷媒的泄漏风险问题主要有以下两种途径：一种是尽量降低冷媒的充注量，一旦出现室内泄漏，可保证冷媒浓度不至于过大，处于爆炸下限；另一种是采用防爆电控器件，尽量避免打火或短路爆炸以引起泄漏冷媒的燃烧或者爆炸。但很明显以上两种途径虽然能降低冷媒泄漏带来的爆炸风险，但从根本上来说并不能完全杜绝这种风险，不能彻底解决室内泄漏可能出现的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能够满足室内空调需求，又可以基本杜绝易燃易爆冷媒出现泄漏带来的安全风险问题的安全换热系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，包括室外机单元和室内机单元，所述室外机单元包括压缩机、冷热换向装置、节流装置和室外热交换器；还包括中间热耦合单元，所述中间热耦合单元包括室内热交换装置；

所述节流装置通过室外冷媒循环管道连接在室内热交换装置的第一室外冷媒进出口与室外热交换器的第一冷媒进出口之间，所述冷热换向装置通过室外冷媒循环管道与室内热交换装置的第二室外冷媒进出口、室外热交换器的第二冷媒进出口及压缩机的吸气口和排气口连接形成室外循环系统，所述室外循环系统中填充有易燃易爆冷媒；

所述室内机单元包括冷煤泵、环路管道和室内环路热管单元，所述环路管道将冷煤泵、室内环路热管单元及室内热交换装置的室内冷媒进口和室内冷媒出口循环连接形成室内循环系统，所述室内循环系统中填充有安全冷媒。

进一步的是，所述室内环路热管单元至少为两个，且均串联在环路管道上。

进一步的是，所述室内环路热管单元包括热管连接端和设置在热管连接端上的至少两个热管室内热交换端。

进一步的是，所述室内热交换装置至少为两个，且均串联在室外冷媒循环管道上；所述室内机单元的数量与室内热交换装置的数量相同，并与室内热交换装置一一对应相连。

进一步的是，任意相邻的两个室内热交换装置之间的室外冷媒循环管道上均设置有节流装置。

进一步的是，所述室内环路热管单元为地冷终端、地暖终端或风机盘管单元。

进一步的是，所述室内热交换装置为套管换热器或板式换热器。

进一步的是，所述冷热换向装置为电磁四通阀。

进一步的是，所述易燃易爆冷媒为R32或R290，所述安全冷媒为水、R22或R410A。

本发明还提供了一种空调器，其包括任意一种上述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统。

本发明的有益效果是：通过设置中间热耦合单元，利用其包括的室内热交换装置将室外机单元和室内机单元耦合，可使得室外循环系统中易燃易爆冷媒的冷热传递给室内循环系统中的安全冷媒，并由安全冷媒将冷热供应给室内环路热管单元，从而满足室内空调需求，由于易燃易爆冷媒完全在室外循环系统中循环进行热交换，即使泄漏也仅在室外，不会造成冷媒浓度过大，基本杜绝了易燃易爆冷媒出现泄漏带来的安全风险，提高易燃易爆冷媒的使用安全性和推广有效性。室内机单元采用室内环路热管单元进行空调，其终端可以有多种，如地冷、地暖、暖冷气片等，适用范围广；并且，通过室内环路热管单元的内部毛细结构及重力作用使安全冷媒在室内循环系统中进行循环及热交换，可达到良好的冷热调节效果。另外，通过冷媒泵辅助安全冷媒循环，可进一步提高换热效果。

附图说明

图1是本发明一种实施方式处于供暖状态的实施结构示意图；

图2是本发明一种实施方式处于制冷状态的实施结构示意图；

图3是本发明另一种实施方式处于供暖状态的实施结构示意图；

图4是本发明另一种实施方式处于制冷状态的实施结构示意图；

图中标记为：室外机单元1、室内机单元2、室外冷媒循环管道3、室内热交换装置4、冷煤泵5、环路管道6、室内环路热管单元7、压缩机8、冷热换向装置9、节流装置10、室外热交换器11、热管连接端12、热管室内热交换端13、风机盘管单元14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，包括室外机单元1和室内机单元2，所述室外机单元1包括压缩机8、冷热换向装置9、节流装置10和室外热交换器11；还包括中间热耦合单元，所述中间热耦合单元包括室内热交换装置4；

所述节流装置10通过室外冷媒循环管道3连接在室内热交换装置4的第一室外冷媒进出口与室外热交换器11的第一冷媒进出口之间，所述冷热换向装置9通过室外冷媒循环管道3与室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口、室外热交换器11的第二冷媒进出口及压缩机8的吸气口和排气口连接形成室外循环系统，所述室外循环系统中填充有易燃易爆冷媒；

所述室内机单元2包括冷煤泵5、环路管道6和室内环路热管单元7，所述环路管道6将冷煤泵5、室内环路热管单元7及室内热交换装置4的室内冷媒进口和室内冷媒出口循环连接形成室内循环系统，所述室内循环系统中填充有安全冷媒。

该易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，通过在传统分体式空调换热系统的基础上设置中间热耦合单元，利用中间热耦合单元中的室内热交换装置将室外机单元和室内机单元耦合，使得易燃易爆冷媒仅在室外循环系统中循环进行热交换，将冷热传递给室内循环系统中的安全冷媒，可以从根本上避免易燃易爆冷媒在室内泄漏的风险；同时，采用了室内环路热管单元进行空调，利用室内环路热管单元的毛细抽吸力、重力及外部动力在室内进行循环换热，实现制冷制热空调效果；制热时，室外热交换器11作蒸发器用，冷热换向装置9切换至将室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口与压缩机8的排气口连通、以及压缩机8的吸气口与室外热交换器11的第二冷媒进出口连通的状态，如图1所示；制冷时，室外热交换器11作冷凝器用，冷热换向装置9切换至将室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口与压缩机8的吸气口连通、以及压缩机8的排气口与室外热交换器11的第二冷媒进出口连通的状态，如图2所示。

其中，易燃易爆冷媒可以为多种，例如：R32或R290；安全冷媒可以为多种，例如：水、R22或R410A。

室内热交换装置4主要用于将室外机单元1和室内机单元2耦合，以将室外循环系统中易燃易爆冷媒的冷热传给室内循环系统中的安全冷媒。室内热交换装置4可以为多种，例如：套管换热器或板式换热器。

优选的，室内热交换装置4至少为两个，且均串联在室外冷媒循环管道3上；所述室内机单元2的数量与室内热交换装置4的数量相同，并与室内热交换装置4一一对应相连。

为了改变不同终端对应的室内热交换装置4与室外循环系统中易燃易爆冷媒热交换的温度，以根据不同终端的使用情况匹配不同的制冷制热温度，如图4所示，任意相邻的两个室内热交换装置4之间的室外冷媒循环管道3上均设置有节流装置10。与多个室内热交换装置4匹配的多个室内机单元2根据不同的制冷制热交换温度，可以有多种使用用途，如温度较低的室内机单元2可以用来给室内除湿，温度较高的室内机单元2可以用作地冷、地热，使室内温度场更加均匀舒适。

冷煤泵5主要用于在室内循环系统的回路中辅助安全冷媒循环，以进一步提高换热效果。

室内环路热管单元7主要用于实现室内温度调节，其可以为多种，例如：地冷终端、地暖终端、暖气片或风机盘管单元14等；室内环路热管单元7主要由环路热管构成，环路热管是一种蒸发器安装毛细芯体的回路闭合环型热管，主要由蒸发器、冷凝器以及将蒸发器和冷凝器连接在一起形成闭合回路的管道构成。环路热管有很多种不同的结构形式，如毛细芯环路热管、重力环路热管等。环路热管的工作原理为：对蒸发器施加热载荷，工质在蒸发器内的毛细芯体外表面蒸发，产生的气态工质从蒸气槽道流出进入气体管线，继而进入冷凝器冷凝成液态工质并过冷，回流液态工质经液体管线进入液体干道对蒸发器内的毛细芯体进行补给，如此循环，而工质的循环由蒸发器内的毛细芯体所产生的毛细压力驱动，无需外加动力。

优选的，如图3和图4所示，所述室内环路热管单元7至少为两个，且均串联在环路管道6上。当室内环路热管单元7为多个时，其为地冷终端、地暖终端、暖气片或风机盘管单元14中的至少一种。多种终端空调方案可以提高空调器的适用范围及室内温度的均匀性，还可避免传统地冷空调存在的凝露风险。

具体的，再如图1和图2所示，所述室内环路热管单元7包括热管连接端12和设置在热管连接端12上的至少两个热管室内热交换端13。制热时，热管连接端12作蒸发端用，热管室内热交换端13作冷凝端用；制冷时，热管连接端12作冷凝端用，热管室内热交换端13作蒸发端用。

冷热换向装置9主要用于切换换热系统的制冷制热状态，其可以为多种，例如：换向阀、四通及四通以上的阀门，优选为电磁四通阀。

本发明还提供了一种空调器，其包括任意一种上述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统。

实施例1

如图1所示，某处于制热状态的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，包括室外机单元1和室内机单元2，室外机单元1包括压缩机8、冷热换向装置9、节流装置10和室外热交换器11；还包括中间热耦合单元，中间热耦合单元包括室内热交换装置4；

节流装置10通过室外冷媒循环管道3连接在室内热交换装置4的第一室外冷媒进出口与室外热交换器11的第一冷媒进出口之间，冷热换向装置9通过室外冷媒循环管道3与室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口、室外热交换器11的第二冷媒进出口及压缩机8的吸气口和排气口连接形成室外循环系统，并切换至将室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口与压缩机8的排气口连通、以及压缩机8的吸气口与室外热交换器11的第二冷媒进出口连通的状态，室外循环系统中填充有易燃易爆冷媒；

室内机单元2包括冷煤泵5、环路管道6和室内环路热管单元7，环路管道6将冷煤泵5、室内环路热管单元7及室内热交换装置4的室内冷媒进口和室内冷媒出口循环连接形成室内循环系统，室内循环系统中填充有安全冷媒；

室内环路热管单元7至少为两个，且均串联在环路管道6上室内环路热管单元7包括热管连接端12和设置在热管连接端12上的至少两个热管室内热交换端13。

工作时，压缩机8压缩后的高温易燃易爆冷媒气体经冷热换向装置9换向后，再经室外冷媒循环管道3流入室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口，高温易燃易爆冷媒气体在室内热交换装置4中进行冷凝放热后成为低温易燃易爆冷媒气液混合体，并从第一室外冷媒进出口流出至节流装置10中，节流后的低温易燃易爆冷媒气液混合体再流入室外热交换器11进行蒸发换热，然后通过冷热换向装置9回到压缩机8的吸气口完成冷媒制热循环；同时，安全冷媒与易燃易爆冷媒进行吸热热交换，再通过冷媒泵5的动力驱动流经室内环路热管单元7的热管连接端12，再次进行热交换释放热量，并在冷媒泵5的动力驱动下在环路管道6中循环流动，完成冷媒热量交换；而安全冷媒将热量传递给热管连接端12，然后热管连接端12中的工质吸热蒸发后，流入热管室内热交换端13进行冷凝放热，提高室内温度，室内环路热管单元7中工质通过热管毛细抽吸力自驱动完成热交换和工质循环。

室内热交换端13为散热翅片或暖气片，或者为传热管直接铺设在墙壁或地面进行使用。室内环路热管单元7内的工质与室外循环系统中的易燃易爆冷媒及室内循环系统中的安全冷媒是相互独立循环。利用环路热管装置可铺设在室内四周及地板的环路热管的大面积均匀换热特性，可以设置在多个房间，提供一种快速、均匀换热，高效节能的室内温控系统。

实施例2

如图2所示，某处于制冷状态的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其结构与实施例1相同，其冷热换向装置9切换至将室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口与压缩机8的吸气口连通、以及压缩机8的排气口与室外热交换器11的第二冷媒进出口连通的状态。

工作时，压缩机8压缩后的高温易燃易爆冷媒气体经冷热换向装置9换向后，先流入室外热交换器11进行冷凝换热，冷凝后再经过节流装置10节流，节流后的低温易燃易爆冷媒气液混合体再经室外冷媒循环管道3流入室内热交换装置4的第一室外冷媒进出口，低温易燃易爆冷媒气液混合体在室内热交换装置4中进行蒸发吸热后成为高温易燃易爆冷媒气体，并从第二室外冷媒进出口流经冷热换向装置9回到压缩机8的吸气口完成冷媒制冷循环；同时，安全冷媒与易燃易爆冷媒进行放热热交换，再通过冷媒泵5的动力驱动流经室内环路热管单元7的热管连接端12，再次进行热交换吸收热量，并在冷媒泵5的动力驱动下在环路管道6中循环流动，完成冷媒热量交换；而安全冷媒将冷量传递给热管连接端12，然后热管连接端12中的工质放热冷凝后，流入热管室内热交换端13进行蒸发吸热，降低室内温度，室内环路热管单元7中工质通过热管毛细抽吸力自驱动完成热交换和工质循环。

实施例3

如图3所示，某处于制热状态的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，包括室外机单元1和室内机单元2，室外机单元1包括压缩机8、冷热换向装置9、节流装置10和室外热交换器11；还包括中间热耦合单元，中间热耦合单元包括室内热交换装置4；

节流装置10通过室外冷媒循环管道3连接在室内热交换装置4的第一室外冷媒进出口与室外热交换器11的第一冷媒进出口之间，冷热换向装置9通过室外冷媒循环管道3与室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口、室外热交换器11的第二冷媒进出口及压缩机8的吸气口和排气口连接形成室外循环系统，并切换至将室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口与压缩机8的排气口连通、以及压缩机8的吸气口与室外热交换器11的第二冷媒进出口连通的状态，室外循环系统中填充有易燃易爆冷媒；

室内机单元2包括冷煤泵5、环路管道6和室内环路热管单元7，环路管道6将冷煤泵5、室内环路热管单元7及室内热交换装置4的室内冷媒进口和室内冷媒出口循环连接形成室内循环系统，室内循环系统中填充有安全冷媒；

室内热交换装置4至少为两个，且均串联在室外冷媒循环管道3上；室内机单元2的数量与室内热交换装置4的数量相同，并与室内热交换装置4一一对应相连；室内环路热管单元7为地冷终端、地暖终端、暖气片或风机盘管单元14中的至少一种，以实现该换热系统的多种应用场景模式。

实施例4

如图4所示，某处于制冷状态的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其结构除了与实施例3相同的部分外，在任意相邻的两个室内热交换装置4之间的室外冷媒循环管道3上均设置有节流装置10；且其冷热换向装置9切换至将室内热交换装置4的第二室外冷媒进出口与压缩机8的吸气口连通、以及压缩机8的排气口与室外热交换器11的第二冷媒进出口连通的状态。具有该安全换热系统的空调器制冷时，通过所设置的节流装置10能够改变不同终端对应的室内热交换装置4与易燃易爆冷媒热交换的温度，以实现根据不同终端的使用情况匹配不同的制冷温度，如地冷终端为避免地面凝露可以匹配较高的制冷温度，防止地面凝水，然后冷媒经过节流装置10降温后再与风机盘管单元14对应的室内热交换装置4进行热交换，以降低风机盘管单元14的制冷温度，从而可以通过风机盘管单元14起到除湿的效果，通过风机盘管单元14的除湿和地冷终端的组合应用，可以大大提高使用环路热管系统的舒适性，避免地板凝露同时使整个房间温度场更加均匀。

Claims (10)

1.易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，包括室外机单元(1)和室内机单元(2)，所述室外机单元(1)包括压缩机(8)、冷热换向装置(9)、节流装置(10)和室外热交换器(11)；其特征在于：还包括中间热耦合单元，所述中间热耦合单元包括室内热交换装置(4)；

所述节流装置(10)通过室外冷媒循环管道(3)连接在室内热交换装置(4)的第一室外冷媒进出口与室外热交换器(11)的第一冷媒进出口之间，所述冷热换向装置(9)通过室外冷媒循环管道(3)与室内热交换装置(4)的第二室外冷媒进出口、室外热交换器(11)的第二冷媒进出口及压缩机(8)的吸气口和排气口连接形成室外循环系统，所述室外循环系统中填充有易燃易爆冷媒；

所述室内机单元(2)包括冷煤泵(5)、环路管道(6)和室内环路热管单元(7)，所述环路管道(6)将冷煤泵(5)、室内环路热管单元(7)及室内热交换装置(4)的室内冷媒进口和室内冷媒出口循环连接形成室内循环系统，所述室内循环系统中填充有安全冷媒。

2.如权利要求1所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述室内环路热管单元(7)至少为两个，且均串联在环路管道(6)上。

3.如权利要求1或2所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述室内环路热管单元(7)包括热管连接端(12)和设置在热管连接端(12)上的至少两个热管室内热交换端(13)。

4.如权利要求1所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述室内热交换装置(4)至少为两个，且均串联在室外冷媒循环管道(3)上；所述室内机单元(2)的数量与室内热交换装置(4)的数量相同，并与室内热交换装置(4)一一对应相连。

5.如权利要求4所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：任意相邻的两个室内热交换装置(4)之间的室外冷媒循环管道(3)上均设置有节流装置(10)。

6.如权利要求4所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述室内环路热管单元(7)为地冷终端、地暖终端或风机盘管单元(14)。

7.如权利要求1、2、4、5或6所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述室内热交换装置(4)为套管换热器或板式换热器。

8.如权利要求1所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述冷热换向装置(9)为电磁四通阀。

9.如权利要求1所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统，其特征在于：所述易燃易爆冷媒为R32或R290，所述安全冷媒为水、R22或R410A。

10.空调器，其特征在于：包括如权利要求1至9中任意一项所述的易燃易爆冷媒空调用安全换热系统。

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