一种多循环回路的分体式空调机.pdf

本发明提供一种多种循环回路的分体式空调机，所述的空调机拥有三个热交换器，室外机有一个热交换器，室内机有两个热交换器，通过两个三通电磁阀切换各个热交换器在压缩循环中的作用，使空调机具有四种工作模式，在每一种工作模式下使其中两个热交换器分别作为压缩循环的冷热源。本发明兼容普通冷暖空调的两种运行模式，在压缩机、四通阀、室外热交换器、第一膨胀阀、室内热交换器、气液分离器形成的基本压缩循环回路上，压缩机出口增设二位三通电磁阀，第一膨胀阀、室内热交换器之间增设三通电磁球阀，两个三通电磁阀之间新增一个热交换器及第二膨胀阀，形成多循环回路结构。新增热交换器用作室内低位散热片可以为空调机增加单独除湿和舒适供暖两种运行模式；新增热交换器用作热水器的加热单元可以使空调机兼容空气源热泵热水器功能，适合四季使用。

1.  一种多循环回路的分体式空调机，其特征在于：所述的空调机包括压缩机(1)、四通换向阀(3)、室外热交换器(4)、第一膨胀阀(7)、热交换器(5)、气液分离器(10)，所述的压缩机(1)的出口处设置有三通电磁阀Ⅰ(2)；在第一膨胀阀(7)与热交换器Ⅰ(5)之间设置有三通电磁阀Ⅱ(8)，在三通电磁阀Ⅰ(2)与三通电磁阀Ⅱ(8)中间串联一个热交换器Ⅱ(6) 及第二膨胀阀(9)，形成多循环回路结构；热交换器Ⅱ(6)通过一对铜管连接到室外机专设的一对连接阀上；热交换器Ⅱ(6)用于安装在室内半高以下的散热片；热交换器Ⅱ(6)还用作空气源热泵式热水器的保温水箱中给冷水加温的加热单元；位于压缩机出口的二位三通电磁阀(2)，按照工作模式控制信号向室内低位的热交换器Ⅱ(6)或者换向四通阀(3)选通；安装于室内半高以上的热交换器Ⅰ(5)、第一膨胀阀(7)、第二膨胀阀(9)之间的三通电磁阀Ⅱ(8)，用于将通往上述器件的三条管道中的两条连通，关断另一条。

2.  根据权利要求1所述的多循环回路分体式空调机，其特征在于，在室内低位机上设置有用于关闭蒸汽出口格栅的加湿蒸发盒；在室内机设置有湿度传感器电路。

一种多循环回路的分体式空调机
技术领域
 本发明涉及一种多循环回路的空调机，根据使用目的可以制造成为一种具有四种工作模式的分体式空调机或者冷暖空调与热泵热水器兼容机。
背景技术
现有的家用分体冷暖式空调机，包括壁挂式和柜式，在夏季制冷是比较适宜的，但在冬季寒冷气候下的制热效果，体感并不舒适，这是因为即便空调吹出的是热风，但吹到人身上也会同时感到风冷的效应。而且这些空调都是上出风（出风口在房间的半高以上），尽管空调内机带有风扇强制室内空气循环，但热空气比冷空气轻，热风吹出后仍往上走，房间内冷热空气不易有效循环，可能形成房间上面热下面冷的情况。而使用暖气的房间，即使温度相似，却让人感到暖和许多，因为热源在低位使室内的空气对流合理。这是许多家庭既安装空调又安装燃气式锅炉暖气的主要原因，其负面效果为施工量大，安装和使用成本高，不节能。
在炎热的夏季，空调运行已经耗费了大量的电能，但人们为了洗个热水澡还要用电热水器或者燃气热水器烧水耗费更多的能源，向环境排出更多热量，是不是非常不经济不合理？能不能将室内制冷和洗澡水加温统一协调起来？
事实上，只要将普通的冷暖式分体空调作技术上的发展，部分增加空调器的生产和安装成本，就可以满足需要而且提供更多的空气调节功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多循环回路的空调机。
本发明的多循环回路的分体式空调机，包括压缩机、四通阀、室外热交换器、第一膨胀阀、室内热交换器、气液分离器，其特征在于：所述的压缩机的出口处设置有三通电磁阀；在第一膨胀阀与室内热交换器之间设置有三通电磁阀，两个三通电磁阀中间串联一个热交换器 及第二膨胀阀，形成多循环回路结构；热交换器通过一对铜管连接到室外机专设的一对连接阀上；热交换器可以用作安装在室内半高以下的散热片；热交换器还可以用作空气源热泵式热水器的保温水箱中给冷水加温的加热单元；位于压缩机出口的二位三通电磁阀，按照工作模式控制信号向室内低位热交换器或者四通阀选通；安装于室内半高以上的热交换器、第一膨胀阀、第二膨胀阀之间的三通电磁球阀，根据工作模式的选择将通往上述器件的三条管道中的两条连通，关断另一条。
在室内低位机上设置可关闭蒸汽出口格栅的加湿蒸发盒；在室内机设置湿度传感器电路。
本发明对冷暖式分体空调所作技术发展的主要设计就是为空调机增加一个热交换器，通过赋予空调机不同的设计特征满足更多的需求。
针对上述理念和设想，本发明呈现一种多路循环冷暖空调机，从外观连接形态上看，它在普通分体空调的冷暖循环回路之外，还增设一个专用的制热回路，为室内低位安装的散热器提供制热或者为热水器保温水桶中的冷水加温。但整套空调并不增加额外的压缩机，而是通过阀门的控制使这个增加的循环回路与原有压缩循环回路协调工作。
对于壁挂式分体空调这种机型，在室内增加一个类似于暖气散热片的低位安装的内机，可以采用油汀式或者板管、板翅式的散热片，相对于后两种散热片，油汀式散热片的恒温效果较好，但升温较慢。这个低位散热器只提供空气加热的功能，冬季供暖，梅雨季可以配合室内高位机（高位换热器在压缩回路中作为蒸发器，低位换热器作为冷凝器）作不降低室温的单独除湿，这在南方和长江流域地区梅雨季是非常有用的功能，除湿效率媲美专业的除湿机，可解这些地区季候性极度潮湿之苦。低位内机上还可以设置加湿蒸发盒，在干燥气候下，提供加湿及香薰（需要添加香薰精油）功能。为空调增设湿度控制电路，整合原有的温度控制器，可以实现空气恒温恒湿调节。
此空调在夏季制冷时将室内低位机的循环回路关闭，四通换向阀处于室内制冷运行状态，室内高位热交换器作蒸发器，室外热交换器作冷凝器，与普通冷暖空调的制冷功能相同。
在梅雨季，室外热交换器不工作，四通阀仍处于室内制冷运行状态，室内高位热交换器制冷（蒸发器）冷凝并排出室内空气中的水分，低位热交换器制热（冷凝器）保持室温不降低，可以快速地降低室内相对湿度。这种模式实际上是用室内低位热交换器切换了制冷循环中室外热交换器的作用，由降温除湿运行（即制冷运行）转变为不降温的单独除湿运行。
在冬季，四通阀处于室内制热（热泵）运行状态，外机热交换器作为蒸发器从环境吸热，可以采用空调启动时，先以普通的热泵空调模式运行，使用高位内机向室内吹热风迅速提高室温，在这里称为风暖快速升温模式；待室温基本达到要求后再切换到低位内机为室内供暖的方式，即低位安装的散热片作为热泵循环的冷凝器，不使用风扇或仅使用低速风扇帮助低位内机散热，称为舒适“暖气”模式。当然，空调机采用这两种采暖方式中的任何一种模式单一运行也是允许的。           对于落地式分体空调这种机型，室内两个热交换器安装在同一个柜体内，分为上下两个功能段，各个功能由这两个功能段配合设定的风机送风速度和风向完成。
落地式分体空调潮湿季节不降温除湿运行模式的效果强于壁挂式分体空调，先经上蒸发器除去部分水分的空气经过下冷凝器加温后再循环进入室内，完全不会在室内出现冷凝雾或者室内机“喷水”现象。
在用户只需要传统空调的冷暖功能时，为空调增加空气源热泵式热水器功能无疑会提高产品的吸引力。无论壁挂式或者落地式分体空调都适合扩展空气源热泵式热水器功能，将新增回路的热交换器置于保温水桶内，利用压缩循环中制冷剂释放的冷凝热将保温水桶中的冷水加温，能够获得高达4倍以上的能效比，如果在夏季，更是室内降温除湿和生活热水制备一举两得。
附图说明
图1是本发明的多循环回路的分体式空调机的结构原理图；
图2是本发明空调机工况一的运行原理图；
图3是本发明空调机工况二的运行原理图；
图4是本发明空调机工况三的运行原理图；
图5是本发明空调机工况四的运行原理图；
图6是本发明的兼具空气源热泵式热水器功能的分体式空调机的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
一种多循环回路的分体式空调机，如图1所示，拥有三个热交换器，室外有一个室外热交换器4；室内有热交换器Ⅰ5和热交换器Ⅱ6，分别安装在室内的高位和低位。由四通换向阀3切换制冷剂在压缩循环中的流向，另设两个三通电磁阀Ⅰ2、三通电磁阀Ⅱ8进行制冷剂循环回路的切换。。
压缩机1出口的三通电磁阀Ⅰ2的功能为二位三通阀，对压缩机出口始终导通，将经过压缩的高温高压制冷剂气体根据控制信号向连接四通换向阀3和室内低位的热交换器Ⅱ6的两条管道进行选通和分配。另一个是室内高位热交换器Ⅰ5和第一膨胀阀、第二膨胀阀之间的三通电磁阀Ⅱ8，根据工作模式的不同将三条管道中的两个连通，堵住另一个。二位三通电磁阀Ⅰ2通向四通换向阀3时，室内低位的热交换器Ⅱ6被切出压缩回路，三通电磁阀Ⅱ8连通室内高位的热交换器Ⅰ5和第一膨胀阀7；二位三通电磁阀Ⅰ2选通室内低位热交换器Ⅱ6时，四通换向阀3接通的两条回路有一条被二位三通电磁阀Ⅰ2截止，同时，三通电磁阀Ⅱ8将第二膨胀阀9与室内高位的热交换器Ⅰ5或者第一膨胀阀7之间的管路接通，使室内低位的热交换器Ⅱ6与被四通换向阀3接通的有效回路连接形成压缩循环。
此空调机有四种基本的循环工况，图2至5给出了这四种基本循环工况的原理图。图中不参与当前工况下制冷剂压缩循环的部分器件与管路在图中没有画出：
前两种循环工况与普通冷热分体空调相同，两个三通电磁阀将室内低位热交换器Ⅱ6从循环回路中断开，室内低位换热器被关闭，压缩机出口的二位三通阀Ⅰ2将压缩后的制冷剂通向四通换向阀3。三通阀的黑色部分表示这个方向的阀门关闭。
工况一，见图2，四通换向阀3处于空调制冷状态。制冷剂经过压缩机1压缩后，高温高压气体经四通换向阀3进入室外热交换器4冷却，变成液相，然后经过第一膨胀阀7节流减压后再经过三通电磁阀Ⅱ8进入室内高位的热交换器Ⅰ5，蒸发为低温低压的气相并吸热；经四通换向阀3回到压缩机1吸气端，再经过气液分离器10气液分离后，被压缩机1吸入完成一个制冷循环。
工况二，见图3，四通换向阀3处于空调热泵状态。制冷剂经过压缩机1压缩后，高温高压气体经四通换向阀3进入室内高位热交换器5，内机风扇对热交换器Ⅰ5强制冷却，制冷剂变成液相，经过三通电磁阀Ⅱ8再经第一膨胀阀7节流减压进入室外热交换器4蒸发，从环境吸热，再经过四通换向阀3、气液分离器10后，被压缩机1吸入完成一个热泵循环。
后两种循环工况，压缩机1出口的二位三通电磁阀Ⅰ2将高温高压制冷剂气体通向室内低位的热交换器Ⅱ6，在循环回路中作为冷凝器，向室内散发热量。
工况三，见图4，在强力除湿模式下，四通换向阀3的位置与工况一相同，制冷剂从压缩机1出来经过室内低位的热交换器Ⅱ6，冷却后变成液相，然后经过第二膨胀阀9节流减压后，经三通电磁阀Ⅱ8进入室内高位的热交换器Ⅰ5，蒸发为低温低压的气相并从室内吸热，同时凝结流经蒸发器——高位的热交换器Ⅰ5的室内空气中的水分，这样上下同时制冷制热而室内温度总体基本保持稳定（有部分压缩机做功转化为净热能进入室内），而同时快速降低室内空气的相对湿度。制冷剂经四通换向阀3、气液分离器10后，被压缩机1吸入完成一个单独除湿循环。
工况四，见图5，在舒适供暖模式下，四通换向阀3的位置与工况二相同为热泵状态。制冷剂从压缩机1出来经过室内低位的热交换器Ⅱ6，向室内散热，制冷剂冷却后变成液相，依次经过第二膨胀阀9、三通电磁阀Ⅱ8、再经第一膨胀阀7节流减压进入室外热交换器4蒸发，从环境吸热，经过两级减压，表明室内外两侧的热交换器温差大于第二种热泵模式，这也恰恰符合“暖气片”靠空气自然循环给室内舒适供暖的物理要求。在室外热交换器4中蒸发的制冷剂气体经四通换向阀3、气液分离器10后，被压缩机1吸入完成一个热泵循环。
在满足热交换参数情况下，设计室内低位的热交换器Ⅱ6即“暖气片”的体积相对于高位的热交换器Ⅰ5的体积会比较大，依设计需要不安装风扇或者可以采用安装低速静音风扇帮助散热。
除湿功能可以将如前所述工况一、三两种模式选择配合进行。
加湿功能可以在室内低位机上设置可关闭的加湿蒸发盒，利用“暖气片”加温蒸发水分提高室内湿度，达到所需相对湿度则将加湿蒸发盒的蒸汽出口格栅关闭。此功能主要用于冬季北方干冷环境。空调机产生的冷凝水经过过滤，可以作为加湿蒸发盒的水源，也可以采取用户添加水的方式。
为了实现自动调节空气温湿度的全功能，可以在室内机上安装湿度感应传感器，例如双金属片式传感器，将信号数字化后，用来测控室内的相对湿度。
如果加湿蒸发盒设有香薰精油添加孔，还可以额外提供香薰功能。
本发明既适用于采用工频压缩机的定速空调，也适用于采用变频压缩机的变频空调。在功能控制的完备性上来讲，变频空调能提供更完善的控制策略。
本发明既适用于壁挂式分体空调，室内有两个分别在高低位安装的内机，也适用于落地式分体空调(柜式空调)，内机柜里面装有高低两个热交换器，外观与普通柜式空调的区别是机柜下半部有散热孔和散热沟道，用低位热交换器供暖时，可以实现热风“不吹头”的效果。单独除湿运行模式下，内机的风扇应当反转，对流空气上进下出，能得到最佳效果。
如果不需要为空调机增加以上所述复杂的空气调节功能，而是在实现冷暖功能之外兼顾生活热水的提供，可以将热交换器6作为保温水箱的加热单元，见图6，使空调机兼有热泵式热水器的功能，采用工况三的压缩循环时，用室内制冷排出的热量加温水箱中的冷水；采用工况四的压缩循环时，从室外空气中吸取热量加温水箱中的冷水。水箱中的热水不仅可以供生活使用，在冬季，如果房间内安装了地热管道，水箱还可以作为地热管道的热源。
这样的空调热水兼容模式还可以推广到家用中央空调和更大规模的空调系统。只要是采用卡诺循环原理实现冷热功能的空调机，都可以用同上所述两个三通阀接入水箱加热回路的原理实现热水提供，而且中央空调的产生的热水更容易实现集中管理。