CN111322676A - 一种空调系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调系统及其控制方法，包括制能主机和换热器，所述制能主机与所述换热器连接有介质流通管道；所述换热器包括有能够与所述介质流通管道换热的热管；所述介质流通管道与所述热管接触或连接。本发明公开的空调系统及其控制方法，通过设置热管，热管快速地将能量(冷量或热量)释放至外部环境中，不需要高风量电机就能获得很好的散热效果，不会有风直接吹向人体，且无风机噪音产生，提高了空调使用的舒适度。

Description

一种空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调系统及其控制方法。
背景技术
现有技术中，传统的空调系统单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果，高风量电机带来较大的噪音，高风量吹向人体，使人感觉不舒服，甚至可能会导致“空调病”。
有鉴于此，提供一种不用风机就可以实现较好的散热效果的空调系统及其控制方法成为必要。
发明内容
本发明技术方案提供一种空调系统，包括制能主机和换热器，所述制能主机与所述换热器连接有介质流通管道；
所述换热器包括有能够与所述介质流通管道换热的热管；
所述介质流通管道与所述热管接触或连接。
进一步地，所述制能主机为分体空调的室外机。
进一步地，所述换热器包括有多条间隔布置的所述热管。
进一步地，所述介质流通管道包括制冷介质循环管道和制热介质循环管道；
所述制冷介质循环管道连接在所述热管的一端，所述制热介质循环管道连接在所述热管的另一端；
所述制冷介质循环管道、所述制热介质循环管道上分别设置有阀门。
进一步地，所述制冷介质循环管道连接在所述热管的上端，所述制热介质循环管道连接在所述热管的下端。
进一步地，所述制冷介质循环管道包括制冷介质供给管和与所述制冷介质供给管连接的制冷介质回流管；
所述制冷介质供给管连接在所述热管的上端，所述制冷介质回流管与所述热管间隔有第一预设距离；
所述制热介质循环管道包括制热介质供给管和与所述制热介质供给管连接的制热介质回流管；
所述制热介质供给管连接在所述热管的下端，所述制热介质回流管与所述热管间隔有第二预设距离；
在所述制冷介质供给管、所述制冷介质回流管、所述制热介质供给管和所述制热介质回流管上分别设置有阀门。
进一步地，在所述热管上设置有多片散热翅片。
进一步地，所述换热器包括具有安装腔体的导热外壳，所述热管安装在所述安装腔体内。
进一步地，在所述安装腔体内填充有相变材料。
进一步地，在所述换热器的下方设置有接水容器。
进一步地，所述换热器置于墙体或天花板内。
进一步地，还包括室温测量装置和用于控制所述制能主机开关的控制器；
所述室温测量装置布置在所述换热器的外侧，所述控制器安装在所述制能主机内；
所述室温测量装置与所述控制器信号连接。
进一步地，所述制冷介质为制冷剂或水。
本发明技术方案还提供一种空调系统的控制方法，包括如下步骤：
开启制能主机；
热管与介质流通管道换热；
通过热管将能量释放至外界环境中。
进一步地，当室温测量装置监测到室温达到第一预设温度时，所述室温测量装置向控制器发出第一信号，所述控制器开启所述制能主机；
当所述室温测量装置监测到室温达到第二预设温度时，所述室温测量装置向控制器发出第二信号，所述控制器关闭所述制能主机。
进一步地，在电网低谷时段时，开启所述制能主机，通过相变材料蓄能；
在电网高峰时段时，关闭所述制能主机，通过相变材料释能。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供的空调系统及其控制方法，通过热管传输能量，热管可以快速地将能量(冷量或热量)扩散至周围环境中，不需要高风量电机就能获得很好的散热效果，不会有风直接吹向人体，且无风机噪音产生，提高了空调使用的舒适度。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的空调系统的布置示意图；
图2为本发明第二实施例提供的空调系统的布置示意图；
图3为本发明第三实施例提供的空调系统的布置示意图；
图4为换热器的导热壳体和热管的布置示意图；
图5为本发明第四实施例提供的空调系统的布置示意图；
图6为第四实施例中的制热介质循环管道、制冷介质循环管道与热管的布置示意图；
图7为第四实施例中的空调系统在制冷时的介质流动示意图；
图8为第四实施例中的空调系统在制热时的介质流动示意图；
图9为热管上布置有分支热管、在分支热管布置有散热翅片的示意图；
图10为在安装腔体内填充有相变材料的示意图；
图11为换热器置于墙体内的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-5所示，本发明一实施例提供的空调系统，包括制能主机1和换热器2，制能主机1与换热器2连接有介质流通管道3。
换热器2包括有能够与介质流通管道3换热的热管22。
介质流通管道3与热管22接触或连接。
本发明中的制能主机为分体空调或家用空调的室外机，也可以是中央空调的制能主机，其可以为制冷主机、制热主机或能够制冷和制热的主机。
换热器2为室内机，其用于将交换的能量(冷量或热量)释放到周围环境中，以改变室内温度。换热器2主要由热管22组成。热管22是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件。热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止，直到热管两端温度相等(此时蒸汽热扩散停止)。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
热管22可以将能量(冷量或热量)快速释放到周围环境中。
介质流通管道3连接在制能主机1与换热器2之间，热管22与介质流通管道3接触或连接。热管22与介质流通管道3可以通过紧固件连接。
在制能主机1制冷时，空调介质会对介质流通管道3降温，热管22与介质流通管道3接触，两者进行换热，热管22温度降低，并将冷量释放到周围环境中，改变周围环境的温度，实现室内机降温的功能。
在制能主机1制热时，空调介质会对介质流通管道3升温，热管22与介质流通管道3接触，两者进行换热，热管22温度升高，并将热量释放到周围环境中，改变周围环境的温度，实现室内机升温的功能。
由此，本发明提供的空调系统，通过设置热管22，热管22快速地将能量(冷量或热量)释放至外部周围环境中，不需要高风量电机就能获得很好的散热效果，不会有风直接吹向人体，且无风机噪音产生，提高了空调使用的舒适度。
在其中一个实施例中，如图1-5所示，换热器2包括有多条间隔布置的热管22，每条热管22都与介质流通管道3接触或连接，提高了热管22与介质流通管道3的换热效率，利于换热器2快速改变周围环境的温度。
优选地，任意相邻的两条热管22平行布置，方便布置，并利于使得各条热管22在换热时，其热量流动方向一致，不会造成相邻的热管之间的热量扰流，进一步提高了换热效果。
在其中一个实施例中，如图1-2、图5和图7-8所示，介质流通管道3包括制冷介质循环管道31和制热介质循环管道32。
制冷介质循环管道31连接在热管22的一端，制热介质循环管道32连接在热管22的另一端。
制冷介质循环管道31、制热介质循环管道32上分别设置有阀门。
如此布置，在制能主机1制冷时，制冷介质或空调介质经制冷介质循环管道31与热管22的一端换热，在制能主机1制热时，制热介质或空调介质经制热介质循环管道32与热管22的另一端换热，使得制冷与制热时的介质循环分开。可以在制冷介质循环管道31和制热介质循环管道32上设置阀门6，实现切换。
本发明中的制冷介质循环管道31为主要向换热器供给制冷介质的管道，在换热后，回流后的介质可以经过其它的管道。制热介质循环管道32为主要向换热器供给制热介质的管道，在换热后，回流后的介质可以经过其它的管道。
如图1-2所示，本发明第一实施例和第二实施例提供的空调系统中的介质流通管道3包括制冷介质循环管道31、制热介质循环管道32、连通管道33和分支管道34。
在制冷介质循环管道31上靠近制能主机1的一端设置有阀门K1。连通管道33连接在制冷介质循环管道31和制热介质循环管道32之间，在连通管道33上设置有阀门K2。分支管道34连接在连通管道33与制冷介质循环管道31之间，在分支管道34上设置有阀门K3。
分支管道34与制冷介质循环管道31的连接点位于阀门K1与制能主机1之间。
当制能主机1制冷时，打开阀门K1、阀门K2，关闭阀门K3，介质沿着制冷介质循环管道31、连通管道33、制热介质循环管道32循环流动。
当制能主机1制热时，打开阀门K3，关闭阀门K1、阀门K2，介质沿着制热介质循环管道32和分支管道34循环流动。
如图2所示，换热器2还可以与室内机4并联布置，室内机4与制能主机1之间连接有空调循环管道。制冷介质循环管道31和制热介质循环管道32分别与空调循环管道中的一条管道连接。在制冷介质循环管道31上还设置有阀门K5，以控制该制冷介质循环管道31与空调循环管道的通断。在制热介质循环管道32上设置有阀门K7，以控制该制热介质循环管道32与空调循环管道的通断。
空调循环管道包括第一管道101和第二管道102，第一管道101和第二管道102分别连接在室内机4与换热器2之间。
制冷介质循环管道31与第一管道101连接，在第一管道101上设置有阀门K4，以控制第一管道101的通断。制冷介质循环管道31与第一管道101的接口位于阀门K4与制能主机1之间，以保障在阀门K4关闭时，制能主机1还可以向制冷介质循环管道31中供给制冷介质。制热介质循环管道32与第二管道102连接。在第二管道102上设置有阀门K6，以控制第二管道102的通断。制热介质循环管道32与第二管道102的接口位于阀门K6与制能主机1之间，以保障在阀门K6关闭时，制能主机1还可以向制热介质循环管道32中供给制热介质。
可以通过操作阀门的开关，以实现室内机4和/或换热器2散热的控制。
优选地，制冷介质循环管道31连接在热管22的上端，制热介质循环管道32连接在热管22的下端。
制冷介质循环管道31布置在热管22的上部，在热管22与制冷介质循环管道31换热后，冷量会沿着热管22向下传输。制热介质循环管道32布置在热管22的下部，在热管22与制热介质循环管道32换热后，热量会沿着热管22向上传输。
在第四实施例中，如图5-8所示，制冷介质循环管道31包括制冷介质供给管311和与制冷介质供给管311连接的制冷介质回流管312。
制冷介质供给管311连接在热管22的上端，制冷介质回流管312与热管22间隔有第一预设距离。
制热介质循环管道32包括制热介质供给管321和与制热介质供给管321连接的制热介质回流管322。
制热介质供给管321连接在热管22的下端，制热介质回流管322与热管22间隔有第二预设距离。
在制冷介质供给管311、制冷介质回流管312、制热介质供给管321和制热介质回流管322上分别设置有阀门6。
热管22竖直布置。制冷介质循环管道31包括制冷介质供给管311和制冷介质回流管312。制冷介质供给管311的一端与制能主机1连接，制冷介质供给管311与热管22的上端接触或连接，实现制冷介质的传输。制冷介质供给管311的另一端与制冷介质回流管312的一端连接，制冷介质回流管312的另一端与制能主机1连接，实现换热后的介质回流。
制冷介质回流管312通过悬挂件313悬挂安装，其与热管22间隔有第一预设距离，第一预设距离大于0。制冷介质回流管312不与热管22接触，避免回流的介质影响热管22的温度。
制热介质循环管道32包括制热介质供给管321和制热介质回流管322。制热介质供给管321的一端与制能主机1连接，制热介质供给管321与热管22的下端接触或连接，实现制热介质的传输。制热介质供给管321的另一端与制热介质回流管322的一端连接，制热介质回流管322的另一端与制能主机1连接，实现换热后的介质回流。
制热介质回流管322通过支撑件323安装，其与热管22间隔有第二预设距离，第二预设距离大于0。制热介质回流管322不与热管22接触，避免回流的介质影响热管22的温度。
在制冷介质供给管311、制冷介质回流管312、制热介质供给管321和制热介质回流管322上分别设置有阀门6，用于控制管路切换。
在制能主机1制冷时，制冷介质供给管311、制冷介质回流管312上的阀门6开启，制热介质供给管321和制热介质回流管322上的阀门6关闭。在制能主机1制热时，制热介质供给管321、制热介质回流管322上的阀门6开启，制冷介质供给管311和制冷介质回流管312上的阀门6关闭。
在其中一个实施例中，如图4、图6和图9所示，在热管22上设置有多片散热翅片221，热管22中的热量经散热翅片221释放，可以将热管22的热量快速释放并传递，提高了热管22的换热能力。
优选地，热管22上设置多条倾斜延伸的分支热管222，散热翅片221布置在分支热管222上，可以拓展热管22的散热面积，提高向导热外壳21的换热效率。
在第二、第三和第四实施例中，如图3-5和图7-8所示，换热器2包括具有安装腔体211的导热外壳21，热管22安装在安装腔体211内。
导热外壳21为热管22提供保护作用，还具有散热功能，以实现对周围环境温度的改变。
导热外壳21可以将热管22中的热量释放到周围环境中。导热外壳21为能够传热的壳体，其可以为金属壳体，例如，铜壳、铁壳、铝壳等等。热管22安装在导热外壳21的安装腔体211内。
根据需要，可以在导热外壳21上设置多个散热孔或散热口。
优选地，热管22与导热外壳21接触，利于热量快速传递。
处于安装腔体21外的介质流通管道3包覆保温层，处于安装腔体21内的介质流通管道3裸露，利于与热管22进行热量交换。
在制能主机1制冷时，空调介质会对介质流通管道3降温，热管22与介质流通管道3接触，两者进行换热，热管22温度降低，并将冷量传递给导热外壳21，导热外壳21将冷量释放到周围环境中，改变周围环境的温度，实现室内机降温的功能。
在制能主机1制热时，空调介质会对介质流通管道3升温，热管22与介质流通管道3接触，两者进行换热，热管22温度升高，并将热量传递给导热外壳21，导热外壳21将热量释放到周围环境中，改变周围环境的温度，实现室内机升温的功能。
制冷介质回流管312可以通过悬挂件313悬挂在安装腔体211内，制热介质回流管322通过支撑件323安装在安装腔体211内。
散热翅片221位于安装腔体211内，热管22中的热量经散热翅片221释放，然后再传递给导热外壳21，导热外壳21将热管22的热量快速释放并传递，提高了热管22与导热外壳21的换热能力。
在其中一个实施例中，如图10所示，在安装腔体211内填充有相变材料23。
相变材料(PCM-Phase Change Material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。
相变材料主要包括无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三类。其中，无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类相变材料主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；复合相变材料由几种不同的相变材料复合而成，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。
相变材料根据需要直接加工成型为所需形状，也可以混入建筑材料中成型所需形状。
相变材料可以蓄冷和蓄热，即蓄能。在电网低谷时段时，电价低，可以开启制能主机1制冷或制热，然后通过热管22将冷量或热量传递给相变材料23，再通过相变材料23将冷量或热量临时存储起来，实现蓄冷或蓄热。在电网高峰时段时，电价高，此时可以关闭制能主机1，通过相变材料23释放存储的冷量或热量，导热外壳21将相变材料23释放的冷量或热量传递到周围环境中，改变周围环境的温度或改变室温，可以节约电费。
在其中一个实施例中，如图8所示，相变材料23包围在热管22的四周，提高热管22与相变材料23的换热能力，可以快速蓄能。相变材料23可以与热管22接触，提高与热管的换热效果。相变材料23也可以与热管22隔开一定距离，以满足体积变化所需的空间。
在其中一个实施例中，如图1-3和图5所示，在换热器2的下方设置有接水容器5，用于承接冷凝水，避免冷凝水滴到地面上。接水容器5可以通过悬挂装置悬挂在换热器2的下方，接水容器5也可以通过螺钉、螺栓等安装在墙体上，使其位于换热器2的下方。接水容器5的顶部具有容器开口，容器开口的面积大于换热器2的底部的面积，方便承接从换热器2滴落的冷凝水。
在其中一个实施例中，如图11所示，换热器2置于墙体7或天花板内，利于维持室内墙体的整洁和换热器2的安装。换热器2与墙体或天花板结合，对外辐射散热。墙体7或天花板上设置有安装槽，换热器2置于安装槽内，其导热外壳21的一面朝向室内，用于向室内辐射散热。
在其中一个实施例中，如图3所示，该空调系统还包括室温测量装置8和用于控制该制能主机1开关的控制器11。
室温测量装置8布置在换热器2的外侧，控制器11安装在制能主机1内。室温测量装置8与控制器11信号连接。
室温测量装置8为温度传感器，其与控制器11信号连接。信号连接可以电信号或通信信号。室温测量装置8可以通过导线与控制器11连接，室温测量装置8也可以与控制器11无线连接。室温测量装置8可以向控制器11发出信号，控制器11可以根据室温测量装置8传输来的信号控制上述制能主机1的开关。控制器11可以为单片机、芯片或CPU等。控制器11可以与制能主机1中的压缩机、风扇等信号连接，用于控制各电子元件的开关。
当室温测量装置8监测到室温达到第一预设温度时，室温测量装置8向控制器11发出第一信号，控制器11在接收到第一信号时，开启制能主机1。当室温测量装置8监测到室温达到第二预设温度时，室温测量装置8向控制器11发出第二信号，控制器11在接收到第二信号时，关闭制能主机1。如此设置，可以实现制能主机1的自动控制，并能够节约电费。
第一预设温度和第二预设温度，可以根据需要任意设定。
在其中一个实施例中，制冷介质为制冷剂或水，能够满足不同制冷工况的需要。制冷剂可以为R134a、R22、R410A等。
本发明实施例提供一种空调系统的控制方法，包括如下步骤：
开启制能主机1。
热管2与介质流通管道3换热。
通过热管22将能量(热量或冷量)释放至外界环境中。
在制能主机1制冷时，空调介质会对介质流通管道3降温，热管22与介质流通管道3接触，两者进行换热，热管22温度降低，并将冷量释放到周围环境中，改变周围环境的温度，实现室内机降温的功能。
在制能主机1制热时，空调介质会对介质流通管道3升温，热管22与介质流通管道3接触，两者进行换热，热管22温度升高，并将热量释放到周围环境中，改变周围环境的温度，实现室内机升温的功能。
在其中一个实施例中，当室温测量装置8监测到室温达到第一预设温度时，室温测量装置8向控制器11发出第一信号，控制器11开启制能主机1。
当室温测量装置8监测到室温达到第二预设温度时，室温测量装置8向控制器11发出第二信号，控制器11关闭制能主机1。
具体地，当室温测量装置8监测到室温达到第一预设温度时，室温测量装置8向控制器11发出第一信号，控制器11在接收到第一信号时，开启制能主机1。当室温测量装置8监测到室温达到第二预设温度时，室温测量装置8向控制器11发出第二信号，控制器11在接收到第二信号时，关闭制能主机1。如此设置，可以实现制能主机1的自动控制，并能够节约电费。
在其中一个实施例中，在电网低谷时段时，开启制能主机1，通过相变材料23蓄能。
在电网高峰时段时，关闭制能主机1，通过相变材料23释能。
具体地，在电网低谷时段时，电价低，可以开启制能主机1制冷或制热，然后通过热管22将冷量或热量传递给相变材料23，再通过相变材料23将冷量或热量临时存储起来，实现蓄冷或蓄热。在电网高峰时段时，电价高，此时可以关闭制能主机1，通过相变材料23释放存储的冷量或热量，导热外壳21将相变材料23释放的冷量或热量传递到周围环境中，改变周围环境的温度或改变室温，可以节约电费。
综上所述，本发明提供的空调系统及其控制方法，通过在换热器内设置有热管，热管快速地将能量(冷量或热量)释放至外部环境中，不需要高风量电机就能获得很好的散热效果，不会有风直接吹向人体，且无风机噪音产生，提高了空调使用的舒适度。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种空调系统，其特征在于，包括制能主机和换热器，所述制能主机与所述换热器连接有介质流通管道；
所述换热器包括有能够与所述介质流通管道换热的热管；
所述介质流通管道与所述热管接触或连接。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述制能主机为分体空调的室外机。
3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述换热器包括有多条间隔布置的所述热管。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述介质流通管道包括制冷介质循环管道和制热介质循环管道；
所述制冷介质循环管道连接在所述热管的一端，所述制热介质循环管道连接在所述热管的另一端；
所述制冷介质循环管道、所述制热介质循环管道上分别设置有阀门。
5.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于，所述制冷介质循环管道连接在所述热管的上端，所述制热介质循环管道连接在所述热管的下端。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，所述制冷介质循环管道包括制冷介质供给管和与所述制冷介质供给管连接的制冷介质回流管；
所述制冷介质供给管连接在所述热管的上端，所述制冷介质回流管与所述热管间隔有第一预设距离；
所述制热介质循环管道包括制热介质供给管和与所述制热介质供给管连接的制热介质回流管；
所述制热介质供给管连接在所述热管的下端，所述制热介质回流管与所述热管间隔有第二预设距离；
在所述制冷介质供给管、所述制冷介质回流管、所述制热介质供给管和所述制热介质回流管上分别设置有阀门。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，在所述热管上设置有多片散热翅片。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述换热器包括具有安装腔体的导热外壳，所述热管安装在所述安装腔体内。
9.根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于，在所述安装腔体内填充有相变材料。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，在所述换热器的下方设置有接水容器。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述换热器置于墙体或天花板内。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，还包括室温测量装置和用于控制所述制能主机开关的控制器；
所述室温测量装置布置在所述换热器的外侧，所述控制器安装在所述制能主机内；
所述室温测量装置与所述控制器信号连接。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述制冷介质为制冷剂或水。
14.一种如权利要求1-13中任一项所述的空调系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
开启制能主机；
热管与介质流通管道换热；
通过热管将能量释放至外界环境中。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，
当室温测量装置监测到室温达到第一预设温度时，所述室温测量装置向控制器发出第一信号，所述控制器开启所述制能主机；
当所述室温测量装置监测到室温达到第二预设温度时，所述室温测量装置向控制器发出第二信号，所述控制器关闭所述制能主机。
16.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，
在电网低谷时段时，开启所述制能主机，通过相变材料蓄能；
在电网高峰时段时，关闭所述制能主机，通过相变材料释能。
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