本發(fā)明涉及一種采用輻射換熱的供熱制冷空調(diào)，該空調(diào)尤其適合于在各種民用住宅中使用。

背景技術(shù)：

目前，我國民用住宅大量使用的供熱制冷空調(diào)是包括室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的傳統(tǒng)分體機(jī)空調(diào)。夏季其工作原理是將室內(nèi)空氣和室內(nèi)機(jī)中的低溫低壓冷媒進(jìn)行對流換熱，空調(diào)控制室內(nèi)的空氣溫度，室內(nèi)空氣和人體發(fā)生對流傳熱，人體獲得冷舒適度；冬季其工作原理是將室內(nèi)空氣和室內(nèi)機(jī)中的高溫高壓冷媒進(jìn)行對流換熱，提高室內(nèi)的空氣溫度，室內(nèi)空氣和人體發(fā)生對流傳熱，人體獲得熱舒適度。

這種傳統(tǒng)供熱制冷空調(diào)采用對流換熱，在夏季制冷模式下，需要5℃左右的冷媒，才能輸出15℃左右的冷風(fēng)；在冬季供熱模式下，送入室內(nèi)的空氣溫度不能低于50℃，而冷媒溫度應(yīng)該高于空氣溫度15℃，故冷媒溫度就應(yīng)該是至少大約65℃；當(dāng)冬季室外空氣溫度為零下10℃時，壓縮機(jī)進(jìn)出口的冷媒溫差達(dá)75℃，導(dǎo)致空調(diào)的cop非常低。同時，室外機(jī)在低溫環(huán)境下經(jīng)常結(jié)霜，空調(diào)頻繁進(jìn)行化霜就會導(dǎo)致其制熱性能降低，最終不能正常運(yùn)行。

另外，市場上還有一種技術(shù)是地暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)中通常將水溫控制在大約45℃，由于水側(cè)和冷媒側(cè)同樣需要15℃的溫差，故冷媒溫度應(yīng)該在60℃左右。如果在零下10℃的場合使用，熱泵的進(jìn)出口溫差仍然在70℃，系統(tǒng)運(yùn)行cop同樣很低，大概是1左右，甚至低于電熱水的效率。同樣地，室外的取熱換熱器由于低溫結(jié)霜也會影響熱泵的正常運(yùn)行。

中國專利文獻(xiàn)cn200810029359.6公開了一種輻射換熱天花板及含有該輻射換熱天花板的空調(diào)，該空調(diào)包括熱泵系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)，水循環(huán)系統(tǒng)包括多塊換熱天花板，換熱天花板的換熱盤管接入水循環(huán)系統(tǒng)的水循環(huán)回路中。但該專利文獻(xiàn)所公開的空調(diào)使用的是傳統(tǒng)中央空調(diào)的冷水和熱水，需要專門的新風(fēng)機(jī)和其他設(shè)備的配合，不是非常適合于民用住宅使用。

中國專利文獻(xiàn)cn201380026039.4公開了一種輻射式空氣調(diào)節(jié)機(jī)，包括：輻射面板，配置在室內(nèi)；室外側(cè)熱交換器；壓縮機(jī)，通過制冷劑配管使制冷劑在輻射面板和室外側(cè)熱交換器中循環(huán)；控制部；以及配置在與輻射面板連接的制冷劑配管上的閥，當(dāng)控制部使運(yùn)轉(zhuǎn)中的壓縮機(jī)成為停止?fàn)顟B(tài)時，控制部使閥成為小開度的狀態(tài)。該輻射式空氣調(diào)節(jié)機(jī)采用雙向膨脹閥同時調(diào)節(jié)供熱模式和制冷模式下的冷媒流量，但由于供熱狀態(tài)和制冷狀態(tài)下冷媒流量相差很大，而雙向膨脹閥的調(diào)節(jié)能力有限、工況范圍窄，因此在供熱和制冷模式下冷媒流量平衡困難、效率低，特別是在制冷模式下存在冷量不夠的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種能夠同時在供熱和制冷模式下有效平衡冷媒流量，以提供穩(wěn)定可靠、高能效比的供熱制冷效果的供熱制冷空調(diào)，該空調(diào)尤其適合于在各種民用住宅中使用。

為了實(shí)現(xiàn)上述的主要發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種采用輻射換熱的供熱制冷空調(diào)，其具有：

控制系統(tǒng)；

冷媒回路，包括壓縮機(jī)、四通閥、室外熱交換器、雙向膨脹閥、一個或多個室內(nèi)輻射換熱器；其中，該冷媒回路還包括與雙向膨脹閥并聯(lián)設(shè)置的電磁閥。

通常，輻射換熱的供熱制冷空調(diào)在供熱模式下的冷媒流量是制冷模式下的大約一倍。上述技術(shù)方案中，將雙向膨脹閥與電磁閥并聯(lián)設(shè)置，供熱模式下由于所需的冷媒流量相對較低，可以控制電磁閥處于小開度或關(guān)閉的狀態(tài)；制冷模式下由于所需的冷媒流量相對較高，可以控制電磁閥處于大開度或完全開啟的狀態(tài)。這樣，既可以通過膨脹閥來實(shí)現(xiàn)冷媒的節(jié)流降壓，又可以通過電磁閥來提供足夠的冷媒流量，從而結(jié)構(gòu)簡單、可靠地解決了現(xiàn)有供熱制冷空調(diào)中因供熱和制冷模式下冷媒流量差異較大所導(dǎo)致冷媒流量平衡困難、效率低等問題。

與此相對地，為了解決供熱和制冷模式下冷媒流量不同的問題，現(xiàn)有的一種解決方案是設(shè)置兩個單向膨脹閥分別調(diào)節(jié)供熱和制冷模式下的冷媒流量，但由此導(dǎo)致空調(diào)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本過高。另外，為了降低成本，也有廠商采用毛細(xì)管來替代膨脹閥，但毛細(xì)管存在節(jié)流性能和能效比較差的缺陷。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，電磁閥在供熱模式下處于打開狀態(tài)，在制冷模式下處于關(guān)閉狀態(tài)，以便于控制和調(diào)節(jié)冷媒流量。其中，基于供熱模式下的冷媒流量，在供熱模式下，流過電磁閥和流過雙向膨脹閥的冷媒流量可以是大致相等的。

本發(fā)明的空調(diào)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種壓縮機(jī)。特別地，由于本發(fā)明通過將雙向膨脹閥與電磁閥并聯(lián)設(shè)置而有效地解決了供熱和制冷模式下冷媒流量不同的問題，因此本發(fā)明中即使采用普通的容積式渦旋壓縮機(jī)，也可以達(dá)到良好的供熱制冷效果和保持較高的空調(diào)cop，有效降低了空調(diào)成本。

本發(fā)明中，可以將壓縮機(jī)、四通閥、室外熱交換器、雙向膨脹閥和電磁閥設(shè)置在供熱制冷空調(diào)的室外機(jī)中，這樣就能更好地取代傳統(tǒng)分體機(jī)空調(diào)或者對傳統(tǒng)分體機(jī)空調(diào)進(jìn)行改造。作為一種可選擇的實(shí)施方式，也可以將雙向膨脹閥和電磁閥設(shè)置在室內(nèi)靠近室內(nèi)輻射換熱器的位置，此時該室外機(jī)可以具有與傳統(tǒng)分體機(jī)空調(diào)的室外機(jī)基本上相同的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中，在供熱模式下，冷媒在依次流過壓縮機(jī)、四通閥、室內(nèi)輻射換熱器、雙向膨脹閥和室外熱交換器后，再次流過四通閥而進(jìn)入壓縮機(jī)以進(jìn)行供熱循環(huán)；在制冷模式下，冷媒在依次流過壓縮機(jī)、四通閥、室外熱交換器、雙向膨脹閥和室內(nèi)輻射換熱器后，再次流過四通閥而進(jìn)入壓縮機(jī)以進(jìn)行制冷循環(huán)。

當(dāng)使用于到較為潮濕的環(huán)境時，室內(nèi)輻射換熱器表面在制冷模式下可能因溫度較低而出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。本發(fā)明中，為了解決制冷模式下室內(nèi)輻射換熱器表面可能出現(xiàn)的結(jié)露問題，供熱制冷空調(diào)還可以包括用于在控制系統(tǒng)控制下調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣相對濕度的抽濕機(jī)。這樣，可以利用抽濕機(jī)將室內(nèi)相對濕度降低至預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)(例如低于65％)，從而消除或者避免制冷模式下室內(nèi)輻射換熱器表面的結(jié)露現(xiàn)象。與中國專利文獻(xiàn)cn200810029359.6采用新風(fēng)機(jī)來解決結(jié)露問題相比，本發(fā)明采用抽濕機(jī)顯著地簡化了空調(diào)結(jié)構(gòu)，并降低了空調(diào)成本。

優(yōu)選地，在制冷模式下，當(dāng)抽濕機(jī)將室內(nèi)相對濕度調(diào)節(jié)至預(yù)定數(shù)值范圍內(nèi)后，控制系統(tǒng)才控制供熱制冷空調(diào)進(jìn)行制冷循環(huán)，這樣就可以徹底解決室內(nèi)輻射換熱器結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生。本發(fā)明中，由于室內(nèi)影響冷暖感覺的主要是壁面和室內(nèi)輻射換熱器的冷熱輻射，因此空氣溫度對人體舒適度的影響減弱，即使抽濕機(jī)的高溫排風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)而導(dǎo)致空氣溫度的少量升高，對環(huán)境舒適度的影響也很小。

根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式，室內(nèi)輻射換熱器包括輻射板、冷媒管和保溫材料層，冷媒管被設(shè)置在保溫材料層和輻射板所共同限定出的密封空間內(nèi)。優(yōu)選地，室內(nèi)輻射換熱器還包括設(shè)置在密封空間內(nèi)，并與輻射換熱管導(dǎo)熱連接的輻射翅板。其中，保溫材料層可以防止密封空間內(nèi)的熱量損失，而輻射翅板可以促進(jìn)冷媒管和輻射板之間的輻射換熱。

本發(fā)明中，雖然冷媒管和/或輻射翅板可以設(shè)置為接觸輻射板，但優(yōu)選地，室內(nèi)輻射換熱器還包括設(shè)置在密封空間內(nèi)，并將輻射板與冷媒管和輻射翅板分隔開的絕熱網(wǎng)狀支架。這樣的好處在于，可以使得輻射板的局部溫度低于露點(diǎn)溫度，從而可以依靠室內(nèi)輻射換熱器本身而無需利用抽濕機(jī)來防止或減少結(jié)露現(xiàn)象。使用網(wǎng)狀支架的好處還在于，即使在運(yùn)輸或者使用的過程中，冷媒管和/或輻射板發(fā)生變形，也可以保證冷媒管不會接觸輻射板。

作為本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，輻射板為內(nèi)、外表面均形成有黑色覆蓋層的鋁輻射板，輻射翅板朝向輻射板的一側(cè)同樣形成有黑色覆蓋層，以提高其輻射傳熱效率。

本發(fā)明中，輻射板可以占室內(nèi)安裝天花面積的25％左右。供熱模式下，采用45℃冷媒直接進(jìn)入室內(nèi)輻射換熱器的冷媒管，輻射板與冷媒管換熱后對室內(nèi)各個表面進(jìn)行輻射換熱，以提高室內(nèi)壁面溫度，使人體獲得熱舒適度；即使當(dāng)室外環(huán)境溫度是零下10℃時，壓縮機(jī)的進(jìn)出口溫差也只有55℃，從熱力學(xué)經(jīng)驗(yàn)可知，此時空調(diào)的熱效率很高，cop可以達(dá)到2.5以上。制冷模式下，本發(fā)明只需12℃的冷媒就可以得到很好的輻射溫度，而傳統(tǒng)分體機(jī)空調(diào)則需要5℃左右的冷媒。

由此可見，本發(fā)明利用輻射傳熱的優(yōu)勢，采用室內(nèi)輻射換熱器對室內(nèi)表面直接輻射吸熱或放熱，快速有效降低或升高房間表面溫度，從而有效降低空調(diào)的電力消耗。舉例來說，用戶采用本發(fā)明的供熱制冷空調(diào)來進(jìn)行取供，其供暖成本僅僅為城市集中供暖成本的大約不到三分之一。

本發(fā)明的供熱制冷空調(diào)特別適用于城市民居、農(nóng)村村居、農(nóng)村學(xué)校和城市鄉(xiāng)村其他建筑，可以環(huán)保、低成本地取代傳統(tǒng)空調(diào)、地暖技術(shù)、城市集中供暖和鄉(xiāng)村采用燃煤或燃燒其他材料采暖等供暖方式，有效解決因城市集中供暖和鄉(xiāng)村燃煤供暖所導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。

為了更清楚地闡述本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明供熱制冷空調(diào)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中示出了制冷模式下的運(yùn)行狀態(tài)；

圖2是是本發(fā)明供熱制冷空調(diào)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中示出了供熱模式下的運(yùn)行狀態(tài)；

圖3是本發(fā)明供熱制冷空調(diào)中室內(nèi)輻射換熱器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1為壓縮機(jī)，2為室內(nèi)輻射換熱器，3為室外熱交換器，4為室外風(fēng)機(jī)，5為雙向熱力膨脹閥，6為電磁閥，7為儲液管，8為四通閥，9為抽濕機(jī)，10為控制系統(tǒng)，11為連接管。

具體實(shí)施方式

圖1和2示出了本發(fā)明供熱制冷空調(diào)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1和2所示，該供熱制冷空調(diào)包括容積式渦旋壓縮機(jī)1、室內(nèi)輻射換熱器2、室外熱交換器3、室外風(fēng)扇4、雙向熱力膨脹閥5、電磁閥6、儲液罐7、四通閥8、抽濕機(jī)9和控制系統(tǒng)10；其中，壓縮機(jī)1、四通閥8、室外熱交換器3、雙向熱力膨脹閥5、儲液罐7、室內(nèi)輻射換熱器2、四通閥8、壓縮機(jī)1經(jīng)由連接管11依次連接而形成冷媒回路，且該冷媒回路還包括與雙向熱力膨脹閥5并聯(lián)設(shè)置的電磁閥6。

控制系統(tǒng)10控制壓縮機(jī)1、室外風(fēng)扇4和抽濕機(jī)9的運(yùn)行，并向雙向熱力膨脹閥5、電磁閥6和四通閥8發(fā)出狀態(tài)切換的指令；其中，控制系統(tǒng)10可以通過有線或無線方式對各部件進(jìn)行控制。室內(nèi)輻射換熱器2安裝在室內(nèi)空間b的天花上，其面積占天花面積的大約25％；抽濕機(jī)9和控制系統(tǒng)10同樣安裝在室內(nèi)。壓縮機(jī)1、室外熱交換器3、室外風(fēng)扇4、雙向熱力膨脹閥5、電磁閥6、儲液罐7和四通閥8安裝在空調(diào)室外機(jī)a中。

圖1示出了該空調(diào)在制冷模式下的運(yùn)行狀態(tài)。參見圖1，在制冷模式下，冷媒在依次流過壓縮機(jī)1、四通閥8、室外熱交換器3、雙向膨脹閥5和室內(nèi)輻射換熱器2后，再次流過四通閥8而進(jìn)入壓縮機(jī)1以進(jìn)行制冷循環(huán)。具體地，壓縮機(jī)1吸入室內(nèi)輻射換熱器2所產(chǎn)生的低溫氣態(tài)冷媒，低溫氣態(tài)冷媒經(jīng)過壓縮成為高壓高溫狀態(tài)后進(jìn)入室外熱交換器3對室外空氣放熱，凝結(jié)成液態(tài)；液態(tài)冷媒(大約12℃)經(jīng)過雙向熱力膨脹閥5節(jié)流后進(jìn)入室內(nèi)輻射換熱器2，室內(nèi)輻射換熱器2輻射吸收室內(nèi)空間b內(nèi)的墻壁、地面和家具等各個表面和人體的熱量，并與其中的液態(tài)冷媒進(jìn)行換熱而將液態(tài)冷媒蒸發(fā)成低壓低溫的冷媒蒸汽，室內(nèi)輻射換熱器2所產(chǎn)生的低溫氣態(tài)冷媒再進(jìn)入壓縮機(jī)1，并形成如此的制冷循環(huán)，達(dá)到制冷的效果。其中，電磁閥6在制冷模式下處于關(guān)閉狀態(tài)；制冷模式下，當(dāng)抽濕機(jī)9在控制系統(tǒng)10控制下將室內(nèi)空間b的空氣相對濕度調(diào)節(jié)低于65％后，控制系統(tǒng)10才控制空調(diào)進(jìn)行制冷循環(huán)。

圖2示出了該空調(diào)在供熱模式下的運(yùn)行狀態(tài)。參見圖2，在供熱模式下，冷媒在依次流過壓縮機(jī)1、四通閥8、室內(nèi)輻射換熱器2、雙向膨脹閥5(同時流過電磁閥6)和室外熱交換器3后，再次流過四通閥8而進(jìn)入壓縮機(jī)1以進(jìn)行供熱循環(huán)。具體地，壓縮機(jī)1吸入室外熱交換器3所產(chǎn)生的低溫氣態(tài)冷媒，低溫氣態(tài)冷媒經(jīng)過壓縮成為高壓高溫(大約45℃)狀態(tài)后進(jìn)入室內(nèi)輻射換熱器2向空間b內(nèi)的墻壁、地面和家具等各個表面以及人體輻射熱量，凝結(jié)成液態(tài)；液態(tài)冷媒經(jīng)過雙向熱力膨脹閥5節(jié)流和電磁閥6旁通后進(jìn)入室外熱交換器3，室外熱交換器3吸收室外空氣的熱量，并與其中的液態(tài)冷媒進(jìn)行換熱而將液態(tài)冷媒蒸發(fā)成低壓低溫的冷媒蒸汽，室外熱交換器3所產(chǎn)生的低溫氣態(tài)冷媒再進(jìn)入壓縮機(jī)1，并形成如此的供熱循環(huán)，達(dá)到供熱的效果。其中，冷媒流量在供熱模式下的流量大約是制冷模式下的兩倍，電磁閥6在供熱模式下處于全開狀態(tài)，此時流過電磁閥的冷媒流量占總流量的大約60％。

需要說明的是，圖1和2中僅示意性地描述了兩個并聯(lián)設(shè)置的室內(nèi)輻射換熱器2。容易理解，根據(jù)需要，室內(nèi)輻射換熱器2的數(shù)量可以是一個或大于等于三個的其他數(shù)量。其中，多個室內(nèi)輻射換熱器2之間通過連接管11相互連通，并可以采取串聯(lián)和/或并聯(lián)的設(shè)置方式。

圖3是本發(fā)明供熱制冷空調(diào)中室內(nèi)輻射換熱器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，室內(nèi)輻射換熱器2包括限定有一容納空間的鋁輻射板21、設(shè)置在該容納空間內(nèi)的曲折狀冷媒銅管22、鋁制輻射翅板23和絕熱網(wǎng)狀支架24、用于覆蓋冷媒銅管22和內(nèi)輻射翅板23并密封該容納空間的保溫材料層25。其中，鋁輻射板21與冷媒銅管22導(dǎo)熱連接，并設(shè)置為與鋁輻射板21大致平行；絕熱網(wǎng)狀支架24設(shè)置在鋁輻射板21與冷媒銅管22和輻射翅板23之間，以使得鋁輻射板21與冷媒銅管22和鋁制內(nèi)輻射翅板23之間相互分隔；鋁輻射板21的內(nèi)外表面以及輻射翅板23面對鋁輻射板21的表面均涂覆有黑色的亞光涂料覆蓋層，以使其輻射傳熱的黑度接近1；保溫材料層25的兩相對表面分別覆蓋有鋁箔26和27。

制冷模式下，空間b內(nèi)的發(fā)熱量通過輻射方式直接傳遞給輻射板21，輻射板21通過對流和輻射的方式將熱量傳遞給輻射翅板23，輻射翅板23將熱量傳遞給冷媒管22里的液態(tài)冷媒，使得冷媒蒸發(fā)吸熱并氣化回到壓縮機(jī)1，完成制冷循環(huán)，使得人體獲得冷舒適度。

供熱模式下，高溫高壓冷媒蒸汽進(jìn)入室內(nèi)輻射換熱器2，輻射板21向空間b傳出輻射熱，同時吸收輻射翅板23的熱量補(bǔ)充，與輻射翅板23導(dǎo)熱連接的冷媒管22內(nèi)的冷媒被冷凝成液態(tài)，液態(tài)冷媒經(jīng)雙向膨脹閥5節(jié)流返回室外熱交換器3，液態(tài)冷媒吸收室外空氣的熱量后蒸發(fā)成低溫低壓的冷媒蒸汽，壓縮機(jī)1吸入低溫低壓的冷媒蒸汽，經(jīng)過壓縮做功，變成高壓高溫冷媒蒸汽，再次進(jìn)入室內(nèi)輻射換熱器2完成供熱循環(huán)，使得人體獲得熱舒適度。

由于輻射換熱的速度是光速，換熱的推動力與兩個表面絕對溫度4次方的差相關(guān)，傳熱不用任何介質(zhì)，因此輻射換熱具有高效低耗的優(yōu)勢，人體可以很快得到冷/熱舒適度。雖然輻射翅板23的板面溫度場并不均勻，但由于角系數(shù)的作用，當(dāng)輻射翅板23向輻射板21進(jìn)行輻射傳熱時，輻射板21表面可以得到比較均勻的溫度場。

雖然以上通過優(yōu)選實(shí)施例描繪了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的發(fā)明范圍內(nèi)，凡依照本發(fā)明所作的同等改進(jìn)，應(yīng)為本發(fā)明的保護(hù)范圍所涵蓋。