CN1959301B - 健康热泵 - Google Patents

Abstract

健康热泵采用与普通房间空调器同样的工作原理，但它不需要考虑制冷功能，所以不需要设置四通换向阀以及为工况转换而增设的其它辅助装置，它的蒸发器放在房间空调器的室外单元，冷凝器放在房间空调器的室内单元，其蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置的匹配设计也是完全按照制热工况进行优化，适合于只需要空调器制热功能的消费者使用。

Description

健康热泵

技术领域

本发明涉及一种房间空调器。

背景技术

现有的房间空调器按照基本功能可以分为单冷型和冷暖型两类，两种类型的房间空调器主要都是通过顺次地进行制冷剂的压缩、冷凝、膨胀和蒸发这一循环来工作的，同时房间空调器的设计制造均是以制冷功能为主，所以室内单元容纳的是蒸发器，室外单元容纳的是冷凝器。为了实现热泵制热，房间空调器无一例外都需要增加一个四通换向阀以改变制冷剂流向，把室内单元的蒸发器临时变成冷凝器，把室外单元的冷凝器临时变成蒸发器。但是房间空调器制冷运行时和热泵制热运行时的工况是大不相同的，按照制冷工况优化设计的制冷系统转变为热泵制热运行时是很难同时达到制热运行的最佳效果的。虽然高档机型可以采用变频压缩机和电子膨胀阀来调节适应不同的运行工况，低档机型可以为制热工况另外增加毛细管回路，但是作为实现热交换的主要部件蒸发器和冷凝器的换热面积是固定不变的，管路和翅片结构也互不相同，要想让它们分别在制冷和制热运行工况下都达到最佳参数几乎是不可能的。常言到，鱼和熊掌不可兼得，加上发明房间空调器的最初目的就是为了制冷，所以房间空调器的设计一直沿用这个惯例，先按照制冷工况优化制冷系统，然后再反过来验算一下制热工况，没有大的问题就算过关了。

但是众所周知，各地的气候状况差异很大，消费者的生活习惯和消费水平也参差不齐，有些地方的空调器只需要制冷功能，有些地方的空调器制冷制热功能都需要，但是也有不少地方的空调器只需要制热功能，甚至在同一个地方有的制冷制热功能都需要也有的人只需要制热功能，所以现有的房间空调器无疑没有实现只需要空调器制热功能的这一部分消费者的性能最优化。因为单纯的电热型空调器制热时耗电量太大，热泵型以及热泵辅助电热型需要增加一个四通换向阀以及其它辅助装置，这些对只需要空调器制热功能的这一部分消费者完全是多余的，它们不仅大大增加了空调器成本，也降低了整机的可靠性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种制热性能可以实现最优化，同时不用四通换向阀实现热泵制热的房间空调器。

本发明的目的是这样来实现的：健康热泵采用与普通房间空调器同样的工作原理，但它的制冷系统不设四通换向阀，同时蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置都只按照制热工况进行设计，以保证制热时的最佳性能，蒸发器放在房间空调器的室外单元，冷凝器放在房间空调器的室内单元。压缩机压缩后的高温高压制冷剂蒸气直接进入室内单元的冷凝器放热，加热空调房间空气温度，制冷剂则冷凝为常温高压的液态，然后经过节流元件节流降压成为低温低压的液态制冷剂进入室外单元的蒸发器进行低温蒸发，从室外低温空气中吸热后变成低温低压的气态制冷剂又被压缩机吸入重新压缩，如此周而复始地实现房间空调器的热泵制热功能。

本发明不需要考虑制冷功能，制冷系统四大件的匹配设计完全按照制热工况进行优化，在相同的总换热面积下制热性能会比现有的热泵空调器好；另外因为不需要设置四通换向阀，本发明大大简化了房间空调器的制冷系统，相应提高了可靠性并节约了生产成本。

本发明的其它目的和优点将部分地在下述说明中予以说明，部分体现在从说明书显而易见或者从本发明的实施可以获知的范围中。

附图说明

图1为健康热泵制热循环原理图

图2为健康热泵实施例1正视图

图3为健康热泵实施例1后视图

图4为健康热泵实施例1A-A侧剖视图

图5为健康热泵实施例1B-B侧剖视图

图6为健康热泵实施例1C-C俯剖视图

图7为健康热泵实施例1D-D俯剖视图

图8为健康热泵实施例1E-E俯剖视图

图9为健康热泵实施例2正视图

图10为健康热泵实施例2后视图

图11为健康热泵电路原理图

部件名称表

1	压缩机	5	化霜分支管	9	室内送风静压箱	12	冷凝器风机
								2	冷凝器	6	化霜电磁阀	10	室外排风静压箱	13	蒸发器风机
3	蒸发器	7	室内吸风静压箱	11	压缩机安装室	14	风机电机
								4	毛细管	8	室外吸风静压箱	18	冷凝器风机送风管	15	保温隔板
16	底盘	20	室内回风口面板	19	蒸发器风机送风管	23	室内送风口
								17	外壳	21	室内回风过滤网	22	室内送风口面板	24	消声风管
28	集水槽	25	排风导流板	27	匀风挡板支杆	26	匀风挡板
								29	排水管	30	隐蔽拉手	31	新风进风口面板	32	新风过滤网
36	指示灯	33	室外排风口	34	电源插口	35	操作按钮
								37	安装筒	38	送风口导风百叶

具体实施方式

图1显示了本发明所提供健康热泵的制热循环原理，制热时制冷剂流向为：压缩机1→冷凝器2→毛细管4→蒸发器3→压缩机1，其中冷凝器2固定位于室内单元、蒸发器3固定位于室外单元；考虑到冬季制热时化霜的需要，在压缩机1的排气管上并联了一根化霜分支管5，该化霜分支管5接到蒸发器3的底部，化霜分支管5上串联有一只常闭的化霜电磁阀6，空调控制单元检测到蒸发器3积霜达到化霜启动条件时，就按事先设定的化霜程序间断性的打开化霜电磁阀6，让压缩机1的高温排气直接进入蒸发器3化霜。

健康热泵采用整体式结构能够更好的实现提高制热性能并节约生产成本的目的。图2、图3显示了健康热泵最宜采用的高度方向大于宽度方向的整体式外形，这样的外形结构便于内部结构按照图4～图8所示的优选方案进行布置：机组内部分成五个独立的空间，分别是室内吸风静压箱7、室外吸风静压箱8、室内送风静压箱9、室外排风静压箱10和压缩机安装室11，冷凝器2和蒸发器3均采用平板型结构，各自垂直安装在室内吸风静压箱7和室外吸风静压箱8内靠外侧，冷凝器风机12与蒸发器风机13平行安装，都采用离心风机，分别位于室内吸风静压箱7和室外吸风静压箱8内靠内侧；室内吸风静压箱7和室内送风静压箱9之间通过冷凝器风机送风管18连通，室外吸风静压箱8和室外排风静压箱10之间通过蒸发器风机送风管19连通；温差较大以及有隔音要求的两个内部空间之间均采用保温隔板15分隔，比如说室内吸风静压箱7与室外吸风静压箱8之间、室内送风静压箱9与室外排风静压箱10之间、室外排风静压箱10与压缩机安装室11之间、室内送风静压箱9与压缩机安装室11之间都采用保温隔板15分隔，另外为了减少热损失，室内送风静压箱9与底盘16、外壳17之间同样增设了一层保温隔板15。

由于健康热泵只考虑制热，热风从下部送出最有利，所以室内送风静压箱9安排在机组室内侧下部，室内吸风静压箱7位于室内送风静压箱9的上面；为了与冷凝器风机12共用风机电机14，蒸发器风机13与冷凝器风机12必须平行安装，自然地室外吸风静压箱8处于机组室外侧上部，室外排风静压箱10位于机组室外侧下部；风机电机14最好安装在室外排风静压箱10内，只有电机轴穿过保温隔板15伸入室内吸风静压箱7内，以减少室内噪声。当然，冷凝器风机12也可以不与蒸发器风机13共用风机电机14，自己单独设置风机电机14，不过成本自然有所增加。室内吸风静压箱7口部安装有一块室内回风口面板20，室内回风口面板20是一块长方形的带若干通风缝的塑料面板，室内回风过滤网21就插放在室内回风口面板20的本体凹槽内。室内送风静压箱9口部安装有一块塑料的室内送风口面板22，室内送风口面板22上除了安装电源插口34、操作按钮35和指示灯36占用小部分面积外，其余部分开口形成室内送风口23，为了防止送回风短路，室内送风口面板22在室内送风口23顶部形成一个斜角使送风方向向下。室外吸风静压箱8与室外排风静压箱10面向室外，口部都不设单独的塑料面板，为了防止送回风短路，在室外排风静压箱10内蒸发器风机送风管19的出风口处设置有一块断面呈圆弧形的排风导流板25。

压缩机1安装在底盘16上，位于独立的压缩机安装室11内，压缩机安装室11在室外侧右下角设有一块小型的新风进风口面板31，新风进风口面板31也是一块长方形的带几条通风缝的塑料面板，新风过滤网32就插放在新风进风口面板31的本体凹槽内；压缩机安装室11与室内吸风静压箱7之间有一条消声风管24连通，消声风管24进风口位于压缩机安装室11顶部，消声风管24出风口位于室内吸风静压箱7侧壁；在冷凝器风机12吸风负压的作用下，室外新风经过新风过滤网32过滤后进入压缩机安装室11，经过高温的压缩机1表面预热后通过消声风管24进入室内吸风静压箱7，在室内吸风静压箱7内与经过冷凝器2加热后的室内回风混合，共同吸入冷凝器风机12再送到室内，这样既改善了室内空气品质，又回收了压缩机1的表面排热。

为了流过冷凝器2和蒸发器3进行热交换的气流在整个换热面上都有比较均匀的流速，特别在冷凝器风机12和蒸发器风机13的吸风口侧各加了一块圆形的匀风挡板26，匀风挡板26与风机吸风口之间留用一定间距，沿匀风挡板26圆周上均匀布置有几根匀风挡板支杆27，匀风挡板支杆27就固定在风机外壳上，另外在匀风挡板26上开设有若干个通风孔，进入风机的气流一部分是通过这些通风孔、一部分是从匀风挡板26与风机吸风口周围的间隙吸入的，从而改善了冷凝器2和蒸发器3内侧面负压不均匀的现象。空气在机组中的流动方向在几幅剖面图中均用箭头进行了示意。

本发明采用抽屉式安装方式可以方便安装和检修，即随机配置一个安装筒37，安装筒37固定在空调房间外墙或窗户上，机组则插入安装筒37中；安装筒37内空尺寸与机组外形尺寸匹配，同时安装筒37外侧向内翻边成直角状，以阻挡机组安装时向外坠落，安装筒37内侧向外翻边成直角状，以盖住墙洞缝隙；作为整体式机组，机组的规格功率较小，机组电源可以采用插拔式，不用时把电源线取下收藏起来从而减少对室内插座的占用；室内送风静压箱9内设有隐蔽拉手30，以方便从安装筒37中抽出机组，隐蔽拉手30固定在底盘16上，需要换向、检修或清洁时首先关机，接着拔掉电源线，然后从室内送风口23伸手进去拉住隐蔽拉手30就可把机组慢慢从安装筒37中取出来。

考虑到部分安装场所的限制，本发明同样可以设计成卧式机组，这种情况下室内室外风口都最好改成左右布置，如图9、图10所示，新风进风口面板31改到室外排风口33的正下方，同时室内送风口23增加送风口导风百叶38调节风向，当然机组内部空间的分隔以及设备的安装位置需做相应的调整。

空调设备通常按最大负荷配置，但大部分时间是在部分负荷下运行，所以小型房间空调器一般都是控制压缩机的启停来适应房间热负荷的变化；压缩机频繁启停既降低室内热舒适性，又降低空调寿命，虽然采用变频热泵可以解决这个问题，但毕竟会增加相当大的成本，小型房间空调器并不适用，另外热泵空调必然会碰到低温除霜、制热性能降低的问题，健康热泵采用如下的技术方案同时保证室内温度的稳定性和压缩机的持续高效运转(参见图11电路原理图)：本发明制冷系统按照空调房间最大热负荷的60％~80％配置，室内送风设两档辅助电热来满足高峰负荷，机组运行采用室内外温度联合控制，CPU芯片MC68705R3通过两组电桥分别对室内、室外温度进行检测，测温头502AT为负温度系数的热敏电阻，一块ULN2003分别驱动压缩机1、风机电机14、低档辅助电热PTC1和高档辅助电热PTC2，插头X105接遥控接收头。开机时首先检测室外温度，如果检测到的室外温度低于热泵的最低工作温度，则直接接通两档辅助电热的电源，同时启动风机电机14，压缩机1不工作。如果检测到的室外温度高于热泵的最低工作温度，则首先启动压缩机1，等冷凝器2预热半分钟后再启动风机电机14，以免室内吹冷风；压缩机1运行M分钟(比如5分钟)后如果检测到的室内温度比设定温度T低3℃之内则不需接通辅助电热，如果检测到的室内温度比设定温度T低3℃～6℃则接通低档辅助电热PTC1电源，如果检测到的室内温度比设定温度T低6℃以上则接通高档辅助电热PTC2电源。机组运行过程中如果检测到的室内温度超过设定温度T 1℃，这时只要低档辅助电热PTC1电源处于接通状态就首先断开低档辅助电热PTC1电源，如果低档辅助电热PTC1电源未接通而高档辅助电热PTC2电源处于接通状态，则先断开高档辅助电热PTC2电源、然后接通低档辅助电热PTC1电源；如果高低档辅助电热电源都未接通，这时保持压缩机1继续运行，直到检测到的室内温度超过设定温度T 2℃再完全停止机组的运行，然后等检测到的室内温度比设定温度T低2℃再重新执行开机程序。这样既保证了室内的热舒适性，又尽可能的减少了压缩机1的启停次数。

除霜除了采用前面所述的办法外，也可以直接由蒸发器风机13吹风把霜层风干，即除霜时停止压缩机1运行，但同时接通两档辅助电热的电源保证除霜时室内的热舒适性。这种除霜方案不消耗额外的能源，也没有化霜水排放，制冷系统自然也不需要增加化霜分支管5和化霜电磁阀6，蒸发器底部也不需要设置集水槽28和排水管29，结构更加简单，只是化霜时间稍长些。至于什么时候需要除霜、什么时候结束除霜则可以采用现行任何一种热泵空调器的技术方案。

尽管上面描述了本发明的两个优选实施例，但应理解到，本发明不局限于这个实施例，本领域的专业技术人员在不脱离权利要求书所限定的本发明的精神和保护范围的情况下可对本发明作各种变换和改进。

Claims (6)

1.一种健康热泵，制冷系统不设四通换向阀，压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)和毛细管(4)只按照制热工况进行匹配设计，其中冷凝器(2)放在房间空调器的室内单元，蒸发器(3)放在房间空调器的室外单元，其特征是：采用整体式结构，外形高度方向大于宽度方向，机组内部分成五个独立的空间，分别是室内吸风静压箱(7)、室外吸风静压箱(8)、室内送风静压箱(9)、室外排风静压箱(10)和压缩机安装室(11)，冷凝器(2)和蒸发器(3)均采用平板型结构，各自垂直安装在室内吸风静压箱(7)和室外吸风静压箱(8)内靠外侧，冷凝器风机(12)与蒸发器风机(13)都采用离心风机，分别位于室内吸风静压箱(7)和室外吸风静压箱(8)内靠内侧；室内送风静压箱(9)位于机组室内侧下部，室内吸风静压箱(7)位于室内送风静压箱(9)的上面，室内吸风静压箱(7)和室内送风静压箱(9)之间通过冷凝器风机送风管(18)连通；室外吸风静压箱(8)位于机组室外侧上部，室外排风静压箱(10)位于机组室外侧下部，室外吸风静压箱(8)和室外排风静压箱(10)之间通过蒸发器风机送风管(19)连通。

2.根据权利要求1所述的健康热泵，其特征是：压缩机(1)位于独立的压缩机安装室(11)内，压缩机安装室(11)在室外侧右下角设有一块小型的塑料的新风进风口面板(31)，新风过滤网(32)就插放在新风进风口面板(31)的本体凹槽内；压缩机安装室(11)与室内吸风静压箱(7)之间有一条消声风管(24)连通，消声风管(24)进风口位于压缩机安装室(11)顶部，消声风管(24)出风口位于室内吸风静压箱(7)侧壁。

3.根据权利要求1所述的健康热泵，其特征是：在冷凝器风机(12)和蒸发器风机(13)的吸风口侧各加了一块圆形的匀风挡板(26)，匀风挡板(26)与风机吸风口之间留用一定间距，沿匀风挡板(26)圆周上均匀布置有几根匀风挡板支杆(27)，匀风挡板支杆(27)就固定在风机外壳上，另外在匀风挡板(26)上开设有若干个通风孔。

4.根据权利要求1所述的健康热泵，其特征是：蒸发器风机(13)与冷凝器风机(12)共用风机电机(14)。

5.根据权利要求1所述的健康热泵，其特征是：室内吸风静压箱(7)与室外吸风静压箱(8)之间、室内送风静压箱(9)与室外排风静压箱(10)之间、室外排风静压箱(10)与压缩机安装室(11)之间、室内送风静压箱(9)与压缩机安装室(11)之间都采用保温隔板(15)分隔，室内送风静压箱(9)与底盘(16)、外壳(17)之间同样增设了一层保温隔板(15)。

6.根据权利要求1所述的健康热泵，其特征是：室内送风静压箱(9)内设有隐蔽拉手(30)，隐蔽拉手(30)固定在底盘(16)上，随机另配置一个安装筒(37)，安装筒(37)内空尺寸与机组外形尺寸匹配，安装筒(37)外侧向内翻边成直角状，安装筒(37)内侧向外翻边成直角状。

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