WO2018076251A1

WO2018076251A1 - 一种制冷热泵型无霜空调

Info

Publication number: WO2018076251A1
Application number: PCT/CN2016/103647
Authority: WO
Inventors: 孙海潮
Original assignee: 孙海潮
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-03

Abstract

一种制冷热泵型无霜空调，包括室外机机壳（4）、蒸发器（12）、风机（11）、中隔板（9）、压缩机和变频电控模块空间、变频电控盒（5）、压缩机（6），在风机出风口设置引风风道进风口，以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面，引风风道（10）穿过中隔板（9）与压缩机和变频电控模块空间相通，在压缩机和变频电控模块空间的室外机机壳（4）上设置集风罩（3），集风罩（3）连接制热送风风管（1），风机出风通过引风风道（10）进入压缩机和变频电控模块空间，流经压缩机（6）、变频电控盒（5）后，进入集风罩（3）由制热送风风管（1）输送到蒸发器（12）进风侧流出。该制冷热泵型无霜空调具有无霜制热、为压缩机和变频电控模块散热降温、蒸发制热量大、空调能效高的特点。

Description

一种制冷热泵型无霜空调

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，仅涉及一种制冷热泵型无霜空调室外机。

背景技术

现有制冷热泵型空调包括室内机和室外机，制冷时，室内机为蒸发器，室内机蒸发吸热，室外机为冷凝器，冷凝放热；制热时相反，室内机为冷凝器，冷凝放热，室外机为蒸发器，蒸发吸热。冷凝器，蒸发器统称为热交换器。空调室外机通常由中隔板将室外机分隔为两个空间，位于中隔板一侧的一个空间设置风机与热交换器，本发明称之为风机和热交换器空间，空间相对较大，风机进出风口与室外机外部处于敞开开放状态，而中隔板另一侧的一个空间设置压缩机和电控模块，本发明称之为压缩机和电控模块空间，空间相对较小，压缩机和电控模块空间四周被中隔板与室外机壳围合，与室外机机壳外部基本上处于封闭状态，如果是变频空调，电控模块还包括变频模块。变频电控模块设置在变频电控盒内，无论制冷还是制热，空调运行时，压缩机和变频电控模块都要产生大量热量，尤其是变频模块产生的热量更大，是整个室外机产生温度最高产热量最大的部位，如不及时散热，变频电控模块就不能正常工作甚至烧毁，压缩机温度过高时也会影响压缩机性能和使用寿命，变频模块和压缩机温度过高时都会触发过温保护装置，迫使空调停止运行，影响空调使用。因此必须给变频电控模块和压缩机散热，通常变频电控模块采用这两种散热方式：1，在设置变频电控模块的变频电控盒上设置风冷散热器散热，散热器可贴着中隔板设计在风机与热交换器一侧，电控盒架设在中隔板上，但电控盒大部分仍位于压缩机和变频电控模块一侧，散热器也可贴着中隔板设置在压缩机和电控模块一侧，无论散热器设置在中隔板那一侧，都是通过风机运转时形成的负压压差，使得室外空气经热交换器通过散热器或压缩机和电控模块一侧空气通过散热器热交换散热后由风机排出室外机；2，通过设置冷媒回路来冷却变频电控模块散热，而压缩机通常为自然散热和设置散热装置散热，上述散热方式，都是将变频电控模块和压缩机散发的热量排放到室外机外，变频电控模块和压缩机散发的热量是由要消耗电能的，这一部分能量直接排放室外机外，白白浪费了能量。现有变频空调中的变频电控模块采用风冷散热时，风机和热交换器部分与室外机外部处于完全的开放状态，出于充分热交换的需要，热交换器进风面需要设计得较大，所以风机运转时形成的负压进风区域很大，为整个热交换器进风面，而散热器仅占其中很小的一部分，且位于风扇叶片进风侧进风流量较小的边缘区域，因而流经散热器的风量很小，风冷散热效率很低，尤其在夏季环境温度较高时，变频电控模块往往散热不良，长时间高温运行时容易引起整个系统过温保护而停止运行，变频电控模块长期在这种工况下运行使用寿命会缩短，甚至会烧坏，而冷媒冷却变频电控模块，冷媒温度与变频电控模块工作时的温度差很大，极易在变频电控模块表面及电控线路板上形成凝露，从而带来变频电控模块线路板短路的隐患。空调制热时，蒸发器管片表面会产生凝露水，当环境空气温度低于5℃，凝露水就会凝结成薄霜，环境温度越低，结霜越严重，甚至会产生厚厚的霜冻，结霜和霜冻会减小和堵塞翅片间空气通道，增加空气流动阻力，导致蒸发换热能力急剧下降，甚至会造成空调停止工作无法制热，因此必须设置除霜装置除霜。空调通常的除霜方法有四通换向阀除霜，热气旁通除霜，电热元器件除霜三种。四通换向阀除霜需中断制热，热气旁通除霜会减少向室内的供热，在室外气温较低时会导至压缩机出现液击现象降低压缩机性能甚至损坏压缩机，而电热元器件除霜效果好，不会出现前两种中断供热或减少供热的情况，但电热元器件除霜，耗电较大，除霜费用成本较高。此外，什么时候启动除霜也是一个难以准确控制的问题，除霜太晚，蒸发器上霜层太厚，翅片间风道阻塞，风量降低，系统制热效率下降，耗能增加；除霜过早，蒸发器上还未结霜或少量结霜，就会增大除霜频率，也会造成系统制热效率下降，增加耗能。

发明内容

1，本发明的目的就是提供一种制冷热泵型无霜空调，在空调启动工作后，确保空调不中断不减少正常制热的情况下，特别是在不增加能耗的情况就可使室外机蒸发器免除结霜而成为无霜空调，难以准确控制启动除霜时间的问题也就迎刃而解。

2，不增加能耗就可给室外机蒸发器时刻提供高于环境温度的进风，从而提高了蒸发器的蒸发效率，使得空调制热量获得增加，提高了空调的能效，省电节能。

3，不增加能耗就可给压缩机和变频电控模块散热降温，使得压缩机和变频电控模块始终外于一个较理想的工况中，有效地提高了压缩机和变频电控模块工作效率从而提高了空调的能效，也确保了压缩机和变频电控模块正常使用寿命。

本发明的发明目的是通过以下方式来实现的：一种制冷热泵型无霜空调，包括室外机机壳，蒸发器，风机，中隔板，压缩机和变频电控模块空间，变频电控盒，压缩机，其特征是：在风机出风口设置引风风道进风口，以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面，引风风道穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，在压缩机和变频电控模块空间的室外机机壳上设置集风罩，集风罩连接制热送风风管，风机出风通过引风风道进入压缩机和变频电控模块空间，流经压缩机，变频电控盒后，进入集风罩由制热送风风管输送到蒸发器进风侧流出。

本发明的发明目的还可以通过这样的方式来实现的：一种制冷热泵型无霜空调，包括室外机机壳，冷凝器，风机，中隔板，压缩机和变频电控模块空间，变频电控盒，压缩机，其特征是：在风机出风口设置引风风道进风口，以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面，引风风道穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，在压缩机和室外机机壳侧板之间设置制冷出风风道，制冷出风风道出风口穿过室外机机壳与室外机外部空间相通，风机出风通过引风风道进入压缩机和变频电控模块空间，流经压缩机，变频电控盒后，进入制冷出风风道排出室外机。

本发明在以风机出风口所形成的平面为投影面，对引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面的设置时，重叠面面积大于风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影面积的20％。

本发明在集风罩内设置有电热管。

本发明制冷出风风道和集风罩上设置有可开启关闭的风门。

本发明集风罩及送风风管采用质轻、传热快、耐腐蚀的铝合金材质制作。

本发明在压缩机与室外机机壳侧板之间设置有制冷出风风道隔板。

空调制热时，制冷出风风道风门关闭，集风罩风门开启，室外机风机启动，吸入的室外机外部的空气经蒸发器热交换后放热变冷成为冷空气，然后被风机排出室外机，风机排出的空气带有较强的风压，因而其中的一部分空气就会流进风机出风口设置的引风风道进风口，经引风风道汇集进入压缩机和变频电控模块空间，在流经压缩机，变频电控盒时，吸收压缩机机壳，变频电控盒上的热量变热成为热空气，此时制冷出风风道风门处于关闭状态，集风罩则成为压缩机和变频电控模块空间唯一的出风通道，热空气就会汇集流进集风罩经制热送风风管输送到蒸发器进风侧排出，与风机和蒸发器空间外的空气混合后形成混合空气，形成的混合空气温度要高于风机与热交换器空间外的空气，即环境空气温度，混合空气被风机吸入，流经蒸发器上的蒸发管和热交换翅片后排出室外机，温度高于环境空气温度的混合空气流经蒸发器上的蒸发管和热交换翅片蒸发热交换，提高了蒸发器的蒸发效率，提高了制热量，与此同时，上述吸收压缩机机壳，变频电控盒上的热量变热成为热空气，起到给压缩机，变频电控模块散热降温的作用。

空调制热时，蒸发器管片表面会产生凝露水，当环境空气温度低于5℃，蒸发器管片表面温度会低于0℃，凝露水就会凝结成薄霜，因此，当空调在环境空气温度低于5℃制热时，只要环境温度不是低到改变上述与风机和蒸发器空间外的空气混合后形成的混合空气温度大于0℃时，就消除了室外机蒸发器上产生结霜的可能，空调无霜制热而成为无霜空调，此时不但不会中断或减少对室内供热，而且由于温度高于环境空气温度的混合空气流经蒸发器蒸发热交换，提高了蒸发器的蒸发能量，还会增加对室内的供热；当出现更寒冷气候的环境温度使得混合空气的温度低于0℃时，由于混合空气的温度始终高于环境温度，室外机蒸发器管片表面尽管处于低于0℃环境中会凝霜结冰，但凝霜结冰的速率将会大大降低，从而减少辅助除霜装置的开启频率和除霜时间，省电节能。本发明是通过在集风罩内设置电热管方式，提高流经集风罩的空气温度来为蒸发器管片表面除霜的，由于减少了辅助除霜装置的开启频率和除霜时间，在相同工况下，本发明的电热管除霜耗电量减少，除霜时间短而速度快，提高了空调制热时用户的舒适度。无论空调处于空气温度低于5℃还是高于5℃的环境温度下制热，本发明流经蒸发器的混合空气的温度总是高于环境空气的温度，使得室外机的蒸发效率得到提高，提高了制热能效，省电节能。

空调制冷时，制冷出风风道风门开启，集风罩风门关闭，在室外机风机作用下，室外机外部的空气经冷凝器热交换后吸热变成热空气，被风机排出室外机，室外机的空气尽快温度提高成热空气，但热空气的温度始终低于变频电控盒表面温度12℃以上，更低于压缩机机壳表面温度，热空气的温度那怕是在空调工况允许最高使用环境温度43℃下的温度也仅在52℃左右，而此时的压缩机机壳表面温度将达到100℃左右，变频电控盒中的变频模块温度会接近变频模块的极限工作温度75℃，因此，热空气温度仍远低于压缩机机壳和变频电控盒表面的温度，被风机排出的一部分热空气通过风机出风口设置的引风风道进风口，经引风风道汇集进入压缩机和变电控模块空间，经过压缩机，变频电控盒时，就会吸收压缩机机壳，变频电控盒上的热量变成更热的热空气，此时集风罩处于关闭状态，则制冷出风风道成为压缩机和变频电控模块空间唯一的出风通道，热空气就会通过制冷出风风道流出室外机，达到为压缩机和变频电控盒散热降温的目的，压缩机和变频电控盒得到散热降温，使得压缩机和变频电控盒上的变频电控元器件始终处于一个合适的温度工况下运行，提高了压缩机和变频电控元器件性能和使用寿命。

如果空调采用的是日渐普及应用的R290等可燃制冷剂系统，当室外机压缩机和变频电控模块空间中的制冷剂管路发生泄漏或难以避免的各种密封连接处的微泄漏累积到一定浓度后，可燃制冷剂进入变频电控盒，就有可能会发生变频电控盒中的电子元器件打火引燃爆炸的危机，本发明的空调，无论制热还是制冷运行时，总是有排出风机的一部分空气通过风机出风口设置的引风风道进风口，汇集进入压缩机和变频电控模块空间，经过压缩机，变频电控盒后排出室外机，如若发生制冷剂泄漏，泄漏的制冷剂也就会随时被排出室外机，从而消除了可燃制冷剂系统空调室外机发生泄漏可能引起爆炸的隐患。

本发明的引风风道穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，也可设计为绕过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，两者没有实质区别。引风风道具有进风口和出风口，引风风道穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，也就是引风风道出风口与压缩机和变频电控模块空间相通，在风机出风口设置引风风道进风口，是指引风风道进风口对着风机出风口，风机出风口是指风机出风排出风机风道时与风机出风方向垂直的风机出风风道的横截面，该风机出风风道横截面所形成的风口即为本发明中所指的风机出风口，当在风机出风风道内设置引风风道进风口时，此时的风机出风口即为风机出风与引风风道进风口最先接触点处的风机出风风道的横切面，该种设置的实质与在风机出风口设置引风风道进风口相同。风机出风风道和穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通的引风风道模截面形状可设计为圆形，方形，长方形等其他形状，只要满足通风流畅即可。

在以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面时，重叠面可以是两个投影中的部分投影面重叠，也可以是风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影面包涵了引风风道进风口所形成的投影面。没有重叠面，引风风道进风口引进风机出风口的风量非常小，进入压缩机和变频电控模块空间的风量微乎其微，甚至没有引进风量，就不能达到本发明的发明目的，只有形成重叠面，引风风道进风口才能引进风机出风口的风量，才能开始实现本发明的发明目的，引风风道进风口引进风机出风口的风量如果过小，进入压缩机和变频电控模块空间后，就不可能与压缩机和变频电控模块充分热交换，达到本发明发明的的效果就差，只有在上述重叠面面积大于风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影面积的20％以上时，引风风道进风口才能引进风机出风口较大的出风风量，进入压缩机和变频电控模块空间后，才能与压缩机和变频电控模块充分热交换，才能较好的达到本发明在不增加能耗的前提下的发明明目的和发明效果，形成的重叠面越大，引风风道进风口引进的风机出风量就越大，实现本发明的在不增加能耗的前提下的发明目的和发明效果也就越好，但重叠面不必大到风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影面积的100％，即引风风道进风口所形成的投影面与风机出风口所形成的投影面相同，此时，风机出风口的出风将全部被引风风道进风口引进，与压缩机和变频电控盒热交换的空气是不需要这么大的风量的，本发明推荐重叠面小于风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影面积的60％。正因为本发明的这一设计，充分利用了风机出风口出风风压较强的特点，使得引风风道进风口引进的风机出风口的出风量较大，从而无需另外设置专门的引风风扇引风，从而带来不增加能耗的前提下就可实现发明目的和达到较好效果的优点。

在压缩机和变频电控模块空间的室外机机壳上设置集风罩，也可在中隔板或压缩机和变频电控模块空间其他部位设置集风罩，都可达到将空气通过与集风罩连接的制热送风风管输送到蒸发器进风侧流出的实质目的。

本发明的送风风管为中间为长方形，两端为半圆形的扁圆管，扁圆管围绕蒸发器热管设置，通常蒸发器热管为一组平行排列的“C”型，扁圆管也设置为一组平行排列的“C”型，紧贴蒸发器热管上的散热片布置，扁圆管中间的扁平面与进入蒸发器的空气流动方向平行，扁圆管与蒸发器中热管呈同一水平线设置，扁圆管中间的长方形的短边长大至与蒸发器热管直径相同，扁圆管设置数量为蒸发器上热管数的一半，一条间隔一条地围绕蒸发器热管，这样设置的送风风管就不会增加蒸发器进风风阻，扁圆管一头与集风罩贯通连接，另一头封闭，在扁圆管的扁平面上均匀上开设一组或数组制热送风风管出风口，每组风口的数量不限，本发明建议风口为圆形，直径为3mm，每20mm开设一个风口，这样的扁圆管的设置，就会将集风罩引过来的混合空气通过扁圆管上的风口均匀地分流在整个蒸发器管片进风侧的外表面上，确保蒸发器各个位置都可获得大致均匀的混合空气进风。送风风管也可为椭圆管和圆管，其他设置与上述扁圆管类似，所起功能作用与扁圆管送风风管实质上相同。

在压缩机与室外机机壳侧板之间设置一制冷出风风道隔板，隔板上下与机壳顶盖和底盘闭合，隔板一边与室外机机壳相连，宽度延伸过变频电控盒，在制冷出风风道隔板与室外机机壳侧板之间的室外机机壳上开设出风口，这样，制冷出风风道隔板与室外机机壳侧板之间就形成了制冷出风风道，制冷出风风道隔板起到引导空气充分地与压缩机，变频电控盒进行热交换后进入集风罩或进入制冷出风风道的作用，制热时，制冷出风风道隔板将汇集进入压缩机和电控模块空间的空气改变流向引导进入集风罩，制冷时，制冷出风风道隔板将汇集进入压缩机和电控模块空间的空气改变流向经压缩机到变频电控盒后，拐弯折回进入制冷出风风道排出室外机。

集风罩设置在相对远离引风风道的室外机机壳的后背面板上，集风罩集风口尽量设计得大点，便于流过来的空气无阻力地汇集进入集风罩，集风罩及送风风管可采用质轻、传热快、耐腐蚀的铝合金材质制作。在制冷出风风道和集风罩上设置可开启关闭的风门及电热管启动与停止的控制为空调设计领域中公知技术，本发明不作赘述。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和积极效果：1，空调制热时当环境温度低到蒸发器会产生凝霜结冰的温度时，本发明可以在环境温度较低的情况下使得空调蒸发器无霜结成为无霜空调；在环境温度更低的情况下使得空调蒸发器凝霜结冰的速率降低，减少辅助除霜装置的开启频率和除霜时间，提高了空调制热的能效，省电节能。

2，无论空调处于什么样的环境温度下制热，本发明流经蒸发器的混合空气的温度总是高于环境空气的温度，使得室外机的蒸发效率得到提高，提高了空调制热能效，增加了制热量。

3，空调运行时，无论制热还是制冷，本发明都能在不增加能耗的情况下给压缩机和电控盒中变频电控元器件散热降温，提高了压缩机和变频电控元器件的性能和使用寿命。

4，本发明应用在可燃性制冷剂系统空调时，消除了空调室外机发生泄漏可能引起爆炸的隐患，确保了可燃性制冷剂系统空调的安全使用。

5，本发明在上述在环境温度较低的情况下使得空调蒸发器无霜结成为无霜空调，给压缩机和变频电控盒散热降温和消除可燃制冷剂系统空调室外机发生泄漏可能引起爆炸隐患的发明目的都是在现有空调的基础上无需增加耗能的情况下实现的，具有零成本达到目的的优势。

附图说明

附图1是本发明室外机结构示意图。

附图2是本发明集风罩及送风风管示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

附图1，附图2中的1为制热送风风管，2为电热管，3为集风罩，4为室外机机壳，5为变频电控盒，6为压缩机，7为制冷出风风道，8为制冷出风风道隔板，9为室外机中隔板，10为引风风道，11为风机，12蒸发器，13为制热送风风管出风口。

空调制热时，空调器通电启动，制冷出风风道7的风门关闭，集风罩3的风门开启，压缩机6启动，制热回路中的制冷剂进入室外机4中的蒸发器12，在风机11的作用下，吸入空气，吸入的空气经过蒸发器12时，被吸收热量，空气变冷，变冷的空气被风机11排出室外机外，排出风机11的变冷空气具有较强的风压，设置在风机11出风口的引风风道10上的进风口，就可将部分变冷的空气引入到压缩机6和变频电控模块5空间，流经压缩机6和变频电控盒5，与压缩机6和变频电控盒5发生热交换，吸收压缩机6和变频电控盒5上蓄积的热量而成为变热的热空气，变热的热空气被集风罩3汇集后经制热送风风管1到制热送风风管出风口13流出，制热送风风管出风口13上的箭头代表风口出风和出风方向，制热送风风管出风口13流出的热空气与室外机外部被吸入的空气汇合后成为混合空气，混合空气的温度将高于室外机外部被吸入的空气的温度，即高于室外机环境温度，混合空气在风机11的作用下，经过蒸发器12，被吸收热量，混合空气变冷，变冷的混合空气被风机11排出室外机外，如此循环，空调实现制热。当混合空气的温度低到不足以抑制蒸发器上的管片凝霜时，启动电热管2，提高流经集风罩的空气温度，从而提高混合空气的温度来为蒸发器管片表面除霜。

制冷时，空调器通电启动，制冷出风风道风门开启，集风罩风门关闭，压缩机6启动，蒸发器12成为冷凝器，制冷回路中的制冷剂进入室外机4中的冷凝器12，在风机11的作用下吸入空气，吸入的空气经过冷凝器12时，被吸收冷量，空气变热成为热空气，空气尽管温度提高成热空气，但热空气的温度仍低于压缩机机壳和变频电控盒表面的温度，热空气被风机11排出室外机外，设置在风机11出风口的引风风道10上的进风口，将部分热空气引入到压缩机6和变频电控模块5空间，流经压缩机6和变频电控盒5时，与压缩机6和变频电控盒5发生热交换，吸收压缩机6和变频电控盒5上蓄积的热量，经制冷出风风道7排出室外，如此循环，达到压缩机6和变频电控盒5散热降温的目的。

附图中的箭头代表该处进风出风和进出风方向，虚线箭头为制冷时热空气流出制冷出风风道的流动线路，实施例说明中的变频电控模块即为变频电控盒。

Claims

一种制冷热泵型无霜空调，包括室外机机壳，蒸发器，风机，中隔板，压缩机和变频电控模块空间，变频电控盒，压缩机，其特征是：在风机出风口设置引风风道进风口，以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面，引风风道穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，在压缩机和变频电控模块空间的室外机机壳上设置集风罩，集风罩连接制热送风风管，风机出风通过引风风道进入压缩机和变频电控模块空间，流经压缩机，变频电控盒后，进入集风罩由制热送风风管输送到蒸发器进风侧流出。
一种制冷热泵型无霜空调，包括室外机机壳，冷凝器，风机，中隔板，压缩机和变频电控模块空间，变频电控盒，压缩机，其特征是：在风机出风口设置引风风道进风口，以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面，引风风道穿过中隔板与压缩机和变频电控模块空间相通，在压缩机和室外机机壳侧板之间设置制冷出风风道，制冷出风风道出风口穿过室外机机壳与室外机外部空间相通，风机出风通过引风风道进入压缩机和变频电控模块空间，流经压缩机，变频电控盒后，进入制冷出风风道排出室外机。
根据权利要求1或根据权利要求2所述的制冷热泵型无霜空调，其特征是：以风机出风口所形成的平面为投影面，引风风道进风口所形成的平面与风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影形成重叠面，重叠面面积大于风机出风口所形成的平面在该投影面上的投影面积的20％。
根据权利要求1所述的制冷热泵型无霜空调，其特征是：集风罩风口设置有可开启关闭的风门，集风罩内设置有电热管。
根据权利要求2所述的制冷热泵型无霜空调，其特征是：制冷出风风道上设置有可开启关闭的风门。