CN206989382U - 采用辐射换热的供热制冷空调 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种采用辐射换热的供热制冷空调，其具有：控制系统；冷媒回路，包括压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀、一个或多个并联设置的室内辐射换热器；其中，该冷媒回路还包括与双向膨胀阀并联设置的电磁阀。本实用新型的供热制冷空调能够同时在供热和制冷模式下有效平衡冷媒流量，以提供稳定可靠、高能效比的供热制冷效果，尤其适合于在各种民用住宅中使用。

Description

采用辐射换热的供热制冷空调

技术领域

本实用新型涉及一种采用辐射换热的供热制冷空调，该空调尤其适合于在各种民用住宅中使用。

背景技术

目前，我国民用住宅大量使用的供热制冷空调是包括室内机和室外机的传统分体机空调。夏季其工作原理是将室内空气和室内机中的低温低压冷媒进行对流换热，空调控制室内的空气温度，室内空气和人体发生对流传热，人体获得冷舒适度；冬季其工作原理是将室内空气和室内机中的高温高压冷媒进行对流换热，提高室内的空气温度，室内空气和人体发生对流传热，人体获得热舒适度。

这种传统供热制冷空调采用对流换热，在夏季制冷模式下，需要5℃左右的冷媒，才能输出15℃左右的冷风；在冬季供热模式下，送入室内的空气温度不能低于50℃，而冷媒温度应该高于空气温度15℃，故冷媒温度就应该是至少大约65℃；当冬季室外空气温度为零下10℃时，压缩机进出口的冷媒温差达75℃，导致空调的COP非常低。同时，室外机在低温环境下经常结霜，空调频繁进行化霜就会导致其制热性能降低，最终不能正常运行。

另外，市场上还有一种技术是地暖系统，该系统中通常将水温控制在大约45℃，由于水侧和冷媒侧同样需要15℃的温差，故冷媒温度应该在60℃左右。如果在零下10℃的场合使用，热泵的进出口温差仍然在70℃，系统运行COP同样很低，大概是1左右，甚至低于电热水的效率。同样地，室外的取热换热器由于低温结霜也会影响热泵的正常运行。

中国专利文献CN200810029359.6公开了一种辐射换热天花板及含有该辐射换热天花板的空调，该空调包括热泵系统和水循环系统，水循环系统包括多块换热天花板，换热天花板的换热盘管接入水循环系统的水循环回路中。但该专利文献所公开的空调使用的是传统中央空调的冷水和热水，需要专门的新风机和其他设备的配合，不是非常适合于民用住宅使用。

中国专利文献CN201380026039.4公开了一种辐射式空气调节机，包括：辐射面板，配置在室内；室外侧热交换器；压缩机，通过制冷剂配管使制冷剂在辐射面板和室外侧热交换器中循环；控制部；以及配置在与辐射面板连接的制冷剂配管上的阀，当控制部使运转中的压缩机成为停止状态时，控制部使阀成为小开度的状态。该辐射式空气调节机采用双向膨胀阀同时调节供热模式和制冷模式下的冷媒流量，但由于供热状态和制冷状态下冷媒流量相差很大，而双向膨胀阀的调节能力有限、工况范围窄，因此在供热和制冷模式下冷媒流量平衡困难、效率低，特别是在制冷模式下存在冷量不够的缺陷。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种能够同时在供热和制冷模式下有效平衡冷媒流量，以提供稳定可靠、高能效比的供热制冷效果的供热制冷空调，该空调尤其适合于在各种民用住宅中使用。

为了实现上述的主要实用新型目的，本实用新型提供了一种采用辐射换热的供热制冷空调，其具有：

控制系统；

冷媒回路，包括压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀、一个或多个室内辐射换热器；其中，该冷媒回路还包括与双向膨胀阀并联设置的电磁阀。

通常，辐射换热的供热制冷空调在供热模式下的冷媒流量是制冷模式下的大约一倍。上述技术方案中，将双向膨胀阀与电磁阀并联设置，供热模式下由于所需的冷媒流量相对较低，可以控制电磁阀处于小开度或关闭的状态；制冷模式下由于所需的冷媒流量相对较高，可以控制电磁阀处于大开度或完全开启的状态。这样，既可以通过膨胀阀来实现冷媒的节流降压，又可以通过电磁阀来提供足够的冷媒流量，从而结构简单、可靠地解决了现有供热制冷空调中因供热和制冷模式下冷媒流量差异较大所导致冷媒流量平衡困难、效率低等问题。

与此相对地，为了解决供热和制冷模式下冷媒流量不同的问题，现有的一种解决方案是设置两个单向膨胀阀分别调节供热和制冷模式下的冷媒流量，但由此导致空调的结构复杂、成本过高。另外，为了降低成本，也有厂商采用毛细管来替代膨胀阀，但毛细管存在节流性能和能效比较差的缺陷。

作为本实用新型的一种优选实施方式，电磁阀在供热模式下处于打开状态，在制冷模式下处于关闭状态，以便于控制和调节冷媒流量。其中，基于供热模式下的冷媒流量，在供热模式下，流过电磁阀和流过双向膨胀阀的冷媒流量可以是大致相等的。

本实用新型的空调可以采用现有技术中的各种压缩机。特别地，由于本实用新型通过将双向膨胀阀与电磁阀并联设置而有效地解决了供热和制冷模式下冷媒流量不同的问题，因此本实用新型中即使采用普通的容积式涡旋压缩机，也可以达到良好的供热制冷效果和保持较高的空调COP，有效降低了空调成本。

本实用新型中，可以将压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀和电磁阀设置在供热制冷空调的室外机中，这样就能更好地取代传统分体机空调或者对传统分体机空调进行改造。作为一种可选择的实施方式，也可以将双向膨胀阀和电磁阀设置在室内靠近室内辐射换热器的位置，此时该室外机可以具有与传统分体机空调的室外机基本上相同的结构。

本实用新型中，在供热模式下，冷媒在依次流过压缩机、四通阀、室内辐射换热器、双向膨胀阀和室外热交换器后，再次流过四通阀而进入压缩机以进行供热循环；在制冷模式下，冷媒在依次流过压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀和室内辐射换热器后，再次流过四通阀而进入压缩机以进行制冷循环。

当使用于到较为潮湿的环境时，室内辐射换热器表面在制冷模式下可能因温度较低而出现结露现象。本实用新型中，为了解决制冷模式下室内辐射换热器表面可能出现的结露问题，供热制冷空调还可以包括用于在控制系统控制下调节室内空气相对湿度的抽湿机。这样，可以利用抽湿机将室内相对湿度降低至预定数值范围内(例如低于65％)，从而消除或者避免制冷模式下室内辐射换热器表面的结露现象。与中国专利文献CN200810029359.6采用新风机来解决结露问题相比，本实用新型采用抽湿机显著地简化了空调结构，并降低了空调成本。

优选地，在制冷模式下，当抽湿机将室内相对湿度调节至预定数值范围内后，控制系统才控制供热制冷空调进行制冷循环，这样就可以彻底解决室内辐射换热器结露现象的产生。本实用新型中，由于室内影响冷暖感觉的主要是壁面和室内辐射换热器的冷热辐射，因此空气温度对人体舒适度的影响减弱，即使抽湿机的高温排风进入室内而导致空气温度的少量升高，对环境舒适度的影响也很小。

根据本实用新型的一种具体实施方式，室内辐射换热器包括辐射板、冷媒管和保温材料层，冷媒管被设置在保温材料层和辐射板所共同限定出的密封空间内。优选地，室内辐射换热器还包括设置在密封空间内，并与辐射换热管导热连接的辐射翅板。其中，保温材料层可以防止密封空间内的热量损失，而辐射翅板可以促进冷媒管和辐射板之间的辐射换热。

本实用新型中，虽然冷媒管和/或辐射翅板可以设置为接触辐射板，但优选地，室内辐射换热器还包括设置在密封空间内，并将辐射板与冷媒管和辐射翅板分隔开的绝热网状支架。这样的好处在于，可以使得辐射板的局部温度低于露点温度，从而可以依靠室内辐射换热器本身而无需利用抽湿机来防止或减少结露现象。使用网状支架的好处还在于，即使在运输或者使用的过程中，冷媒管和/或辐射板发生变形，也可以保证冷媒管不会接触辐射板。

作为本实用新型的另一优选实施方式，辐射板为内、外表面均形成有黑色覆盖层的铝辐射板，辐射翅板朝向辐射板的一侧同样形成有黑色覆盖层，以提高其辐射传热效率。

本实用新型中，辐射板可以占室内安装天花面积的25％左右。供热模式下，采用45℃冷媒直接进入室内辐射换热器的冷媒管，辐射板与冷媒管换热后对室内各个表面进行辐射换热，以提高室内壁面温度，使人体获得热舒适度；即使当室外环境温度是零下10℃时，压缩机的进出口温差也只有55℃，从热力学经验可知，此时空调的热效率很高，COP可以达到2.5以上。制冷模式下，本实用新型只需12℃的冷媒就可以得到很好的辐射温度，而传统分体机空调则需要5℃左右的冷媒。

由此可见，本实用新型利用辐射传热的优势，采用室内辐射换热器对室内表面直接辐射吸热或放热，快速有效降低或升高房间表面温度，从而有效降低空调的电力消耗。举例来说，用户采用本实用新型的供热制冷空调来进行取供，其供暖成本仅仅为城市集中供暖成本的大约不到三分之一。

本实用新型的供热制冷空调特别适用于城市民居、农村村居、农村学校和城市乡村其他建筑，可以环保、低成本地取代传统空调、地暖技术、城市集中供暖和乡村采用燃煤或燃烧其他材料采暖等供暖方式，有效解决因城市集中供暖和乡村燃煤供暖所导致的环境污染问题。

为了更清楚地阐述本实用新型的目的、技术方案及优点，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本实用新型供热制冷空调实施例的结构示意图，其中示出了制冷模式下的运行状态；

图2是是本实用新型供热制冷空调实施例的结构示意图，其中示出了供热模式下的运行状态；

图3是本实用新型供热制冷空调中室内辐射换热器实施例的结构示意图。

图中：1为压缩机，2为室内辐射换热器，3为室外热交换器，4为室外风机，5为双向热力膨胀阀，6为电磁阀，7为储液管，8为四通阀，9为抽湿机，10为控制系统，11为连接管。

具体实施方式

图1和2示出了本实用新型供热制冷空调实施例的结构示意图。参见图1和2所示，该供热制冷空调包括容积式涡旋压缩机1、室内辐射换热器2、室外热交换器3、室外风扇4、双向热力膨胀阀5、电磁阀6、储液罐7、四通阀8、抽湿机9和控制系统10；其中，压缩机1、四通阀8、室外热交换器3、双向热力膨胀阀5、储液罐7、室内辐射换热器2、四通阀8、压缩机1经由连接管11依次连接而形成冷媒回路，且该冷媒回路还包括与双向热力膨胀阀5并联设置的电磁阀6。

控制系统10控制压缩机1、室外风扇4和抽湿机9的运行，并向双向热力膨胀阀5、电磁阀6和四通阀8发出状态切换的指令；其中，控制系统10可以通过有线或无线方式对各部件进行控制。室内辐射换热器2安装在室内空间B的天花上，其面积占天花面积的大约25％；抽湿机9和控制系统10同样安装在室内。压缩机1、室外热交换器3、室外风扇4、双向热力膨胀阀5、电磁阀6、储液罐7和四通阀8安装在空调室外机A中。

图1示出了该空调在制冷模式下的运行状态。参见图1，在制冷模式下，冷媒在依次流过压缩机1、四通阀8、室外热交换器3、双向膨胀阀5和室内辐射换热器2后，再次流过四通阀8而进入压缩机1以进行制冷循环。具体地，压缩机1吸入室内辐射换热器2所产生的低温气态冷媒，低温气态冷媒经过压缩成为高压高温状态后进入室外热交换器3对室外空气放热，凝结成液态；液态冷媒(大约12℃)经过双向热力膨胀阀5节流后进入室内辐射换热器2，室内辐射换热器2辐射吸收室内空间B内的墙壁、地面和家具等各个表面和人体的热量，并与其中的液态冷媒进行换热而将液态冷媒蒸发成低压低温的冷媒蒸汽，室内辐射换热器2所产生的低温气态冷媒再进入压缩机1，并形成如此的制冷循环，达到制冷的效果。其中，电磁阀6在制冷模式下处于关闭状态；制冷模式下，当抽湿机9在控制系统10控制下将室内空间B的空气相对湿度调节低于65％后，控制系统10才控制空调进行制冷循环。

图2示出了该空调在供热模式下的运行状态。参见图2，在供热模式下，冷媒在依次流过压缩机1、四通阀8、室内辐射换热器2、双向膨胀阀5(同时流过电磁阀6)和室外热交换器3后，再次流过四通阀8而进入压缩机1以进行供热循环。具体地，压缩机1吸入室外热交换器3所产生的低温气态冷媒，低温气态冷媒经过压缩成为高压高温(大约45℃)状态后进入室内辐射换热器2向空间B内的墙壁、地面和家具等各个表面以及人体辐射热量，凝结成液态；液态冷媒经过双向热力膨胀阀5节流和电磁阀6旁通后进入室外热交换器3，室外热交换器3吸收室外空气的热量，并与其中的液态冷媒进行换热而将液态冷媒蒸发成低压低温的冷媒蒸汽，室外热交换器3所产生的低温气态冷媒再进入压缩机1，并形成如此的供热循环，达到供热的效果。其中，冷媒流量在供热模式下的流量大约是制冷模式下的两倍，电磁阀6在供热模式下处于全开状态，此时流过电磁阀的冷媒流量占总流量的大约60％。

需要说明的是，图1和2中仅示意性地描述了两个并联设置的室内辐射换热器2。容易理解，根据需要，室内辐射换热器2的数量可以是一个或大于等于三个的其他数量。其中，多个室内辐射换热器2之间通过连接管11相互连通，并可以采取串联和/或并联的设置方式。

图3是本实用新型供热制冷空调中室内辐射换热器实施例的结构示意图。如图3所示，室内辐射换热器2包括限定有一容纳空间的铝辐射板21、设置在该容纳空间内的曲折状冷媒铜管22、铝制辐射翅板23和绝热网状支架24、用于覆盖冷媒铜管22和内辐射翅板23并密封该容纳空间的保温材料层25。其中，铝辐射板21与冷媒铜管22导热连接，并设置为与铝辐射板21大致平行；绝热网状支架24设置在铝辐射板21与冷媒铜管22和辐射翅板23之间，以使得铝辐射板21与冷媒铜管22和铝制内辐射翅板23之间相互分隔；铝辐射板21的内外表面以及辐射翅板23面对铝辐射板21的表面均涂覆有黑色的亚光涂料覆盖层，以使其辐射传热的黑度接近1；保温材料层25的两相对表面分别覆盖有铝箔26和27。

制冷模式下，空间B内的发热量通过辐射方式直接传递给辐射板21，辐射板21通过对流和辐射的方式将热量传递给辐射翅板23，辐射翅板23将热量传递给冷媒管22里的液态冷媒，使得冷媒蒸发吸热并气化回到压缩机1，完成制冷循环，使得人体获得冷舒适度。

供热模式下，高温高压冷媒蒸汽进入室内辐射换热器2，辐射板21向空间B传出辐射热，同时吸收辐射翅板23的热量补充，与辐射翅板23导热连接的冷媒管22内的冷媒被冷凝成液态，液态冷媒经双向膨胀阀5节流返回室外热交换器3，液态冷媒吸收室外空气的热量后蒸发成低温低压的冷媒蒸汽，压缩机1吸入低温低压的冷媒蒸汽，经过压缩做功，变成高压高温冷媒蒸汽，再次进入室内辐射换热器2完成供热循环，使得人体获得热舒适度。

由于辐射换热的速度是光速，换热的推动力与两个表面绝对温度4次方的差相关，传热不用任何介质，因此辐射换热具有高效低耗的优势，人体可以很快得到冷/热舒适度。虽然辐射翅板23的板面温度场并不均匀，但由于角系数的作用，当辐射翅板23向辐射板21进行辐射传热时，辐射板21表面可以得到比较均匀的温度场。

虽然以上通过优选实施例描绘了本实用新型，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本实用新型的发明范围内，凡依照本实用新型所作的同等改进，应为本实用新型的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种采用辐射换热的供热制冷空调，具有：

控制系统；

冷媒回路，包括压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀、一个或多个室内辐射换热器；

其特征在于：所述冷媒回路还包括与所述双向膨胀阀并联设置的电磁阀。

2.如权利要求1所述的供热制冷空调；其特征在于：所述电磁阀在供热模式下处于打开状态，在制冷模式下处于关闭状态。

3.如权利要求1所述的供热制冷空调；其特征在于：所述压缩机为容积式涡旋压缩机。

4.如权利要求1所述的供热制冷空调；其特征在于：所述压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀和电磁阀设置在所述供热制冷空调的室外机中。

5.如权利要求1所述的供热制冷空调；其特征在于：在供热模式下，冷媒在依次流过压缩机、四通阀、室内辐射换热器、双向膨胀阀和室外热交换器后，再次流过四通阀而进入压缩机以进行供热循环；在制冷模式下，冷媒在依次流过压缩机、四通阀、室外热交换器、双向膨胀阀和室内辐射换热器后，再次流过四通阀而进入压缩机以进行制冷循环。

6.如权利要求1所述的供热制冷空调，其特征在于：所述供热制冷空调还包括用于在所述控制系统控制下调节室内空气相对湿度的抽湿机。

7.如权利要求6所述的供热制冷空调；其特征在于：在制冷模式下，当所述抽湿机将室内相对湿度调节至预定数值范围内后，所述控制系统才控制所述供热制冷空调进行制冷循环。

8.如权利要求1所述的供热制冷空调；其特征在于：所述室内辐射换热器包括辐射板、冷媒管和保温材料层，所述冷媒管被设置在所述保温材料层和所述辐射板所共同限定出的密封空间内。

9.如权利要求8所述的供热制冷空调；其特征在于：所述室内辐射换热器还包括设置在所述密封空间内，并与所述冷媒管导热连接的辐射翅板。

10.如权利要求8所述的供热制冷空调；其特征在于：所述室内辐射换热器还包括设置在所述密封空间内，并将所述辐射板与所述冷媒管和辐射翅板分隔开的绝热网状支架。