一种复合式空调系统及室外机除霜控制方法与流程

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种复合式空调系统及室外机除霜控制方法。

背景技术：

空调器作为一种家用室内温控系统，已经在消费者家庭中普及。分体式空调器包括室内机和室外机，现有的空调器室内机中均是通过出风口向外吹冷风或热风来向室内提供冷量或热量的，但是由于冷风或热风直接从空调器的出风口吹出，风吹到用户身上，会带来用户不舒服感觉，影响用户的使用体验。特别是在制热过程中，由于风吹到用户身上造成寒冷感觉，就必须提高空调出风温度，考虑到出风空气不断与室内空气扩散，为保证气流温度在到达用户位置使用户满意，有时需要出风口温度要超过50℃。过高冷凝温度会使热泵循环效率明显下降，同时加大室内到室外的漏热量，这样使用户周围空气更加干燥，且效能降低，使用者不舒服。制冷时，直接吹风的吹风感造成用户寒冷和皮肤干燥使用户产生不舒适感。强迫对流换热必然会造成室内温度场出现明显的温度梯度以及温度分布不均匀现象。

现有的辐射换热单元具有无噪声、无风感、温度场均匀的优点，却同时也存在无法独立实现对室内空气的除湿、系统启动缓慢等缺点。

授权公告号为cn205957314u的中国专利公开了一种空调器室内机，包括机壳、出风框、导风板、无风感出风板及驱动机构，机壳内具有风道，机壳上设有出风口；出风框固定在机壳内且连通所述风道；导风板上设有与出风口形状相适应的导风口，无风感出风板上设有多个小孔，导风板与无风感出风板均滑动连接在出风框上；驱动机构驱动导风板和无风感出风板可切换的连通风道与出风口。该实用新型出风口采用小孔的减压降速的原理，大幅降低空气流速，虽然改善了吹风感，但这种空调明显造成了能量效率的降低，低风速的吹风形式依然不能解决温度分布不均匀和噪声问题。

另有公布号为cn101936580a的中国专利公开了一种毛细管网末端水源热泵中央空调系统，包括水源热泵机组、毛细管网辐射循环系统、置换新风除湿循环系统、温湿度控制系统；水源热泵机组通过循环泵、集分水器与毛细管网辐射循环系统的进水口相连通；外设冷热源通过循环泵、进水管口与表冷器内腔相同，经出水管口回如外设的冷热源内；新风经过平板热交换器与室内回风实现热交换后经过表冷器与所述室内风出口相通。此种方式的毛细管辐射循环系统虽然解决了吹风问题，但由于制冷时需要单独的新风除湿循环系统，把室外高温高湿空气经过独立除湿系统干燥，再把干燥的空气吹入室内与室内空气混合以防止毛细管辐射循环系统表面出现露水。虽然解决了室内辐射表面结露的问题，但将室外热空气进行处理进入室内，增加了室内热负荷的同时造成能源的浪费，整个系统方案成本高。

现有将辐射换热单元与空调单元并联的室内温控系统，利用空调室内机对室内空气的除湿，解决了上述辐射换热单元单独工作的以上缺点，但由于辐射换热单元与空调室内机单元并联，使得整个系统的回路复杂，组件众多，制造成本较高。

若将辐射换热单元与空调串联则可在实现室内除湿功能和快速启动的情况下简化系统回路结构，但由于串联状态下制冷剂必须先后经过空调室内机单元和辐射换热单元，即空调室内机单元和辐射换热单元必须同时工作，若串联系统处于制热模式下，室外机换热器需要除霜时，低温制冷剂会先后进入室内机单元和辐射换热单元，同时通过二者吸收室内热量，造成室内温度急速降低，影响用户体验。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种复合式空调系统，解决了现有辐射换热系统无法对室内空气进行除湿及现有空调室内热交换效率低等技术问题。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种复合式空调系统，包括室外机单元和室内单元，室外机单元两端分别通过中间管道连通室内单元，中间管道上耦合有辐射换热单元，辐射换热单元包括环路热管，环路热管耦合于所述中间管道。

进一步的，所述环路热管还包括中间管路和传热管，冷工质耦合部的一端和热工质耦合部的一端通过中间管路连通，冷工质耦合部的另一端和热工质耦合部的另一端通过传热管连通；所述冷工质耦合部和热工质耦合部耦合于所述中间管道。

进一步的，中间管道包括高温制冷剂输出主管道和低温制冷剂输出主管道，室外机单元两端分别通过高温制冷剂输出主管道和低温制冷剂输出主管道连通所述室内单元。

进一步的，高温制冷剂输出主管道和低温制冷剂输出主管道中一种或者两种管路上耦合所述冷工质耦合部和热工质耦合部。

进一步的，所述中间管道还包括三通阀、高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道，高温制冷剂输出主管道或者低温制冷剂输出主管道上设置所述的三通阀、高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道；

高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道相互并联，高温制冷剂分支管道一端和低温制冷剂分支管道一端分别连通于三通阀的两个普通接口，高温制冷剂分支管道另一端和低温制冷剂分支管道另一端连通于高温制冷剂输出主管道或者低温制冷剂输出主管道；三通阀的选通阀门的换向口连接于室内机单元；所述冷工质耦合部耦合于低温制冷剂分支管道，热工质耦合部耦合于高温制冷剂分支管道。

进一步的，所述传热管连接有散热装置，传热管嵌入散热装置中；散热装置为散热翅片或者暖气片，或者传热管直接铺设在墙壁或地面进行使用。

进一步的，冷工质耦合部用于与低温制冷剂分支管道进行热量交换，热工质耦合部用于与高温制冷剂分支管道进行热量交换。

进一步的，所述室内机单元包括室内换热器，三通阀换向口通过管道与换热器连通，三通阀的第一普通口与低温制冷剂分支管道连接，三通阀的第二普通口与高温制冷剂分支管道连接。

进一步的，室外机单元包括压缩机、四通阀、节流装置和室外换热器，压缩机的b口连接于四通阀的e口，室外换热器一端连接于四通阀的s口，室外换热器的另一端连接于所述节流装置，节流装置的另一端连接于低温制冷剂输出主管道；所述高温制冷剂输出主管道连接于四通阀的c口，压缩机的a连接于四通阀的d口。

为了解决了传统空调和辐射换热系统中存在的噪声、换热启动缓慢、无法兼顾除湿、室外机除霜时室内温度急速降低等技术问题。此种复合式空调系统的中间管道包括高温制冷剂输出主管道、低温制冷剂输出主管道、三通阀、高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道的空调称为复合式并联支路空调系统。此种复合式并联支路空调系统的控制方法包括以下步骤：控制单元接受到室外机除霜信号后，控制辐射换热单元进入非热交换模式，当控制单元检测到室外机除霜停止信号后，控制辐射换热单元进入热交换模式。

除霜停止信号为室外机单元检测到室外换热器盘管温度高于设定温度值时，发出的信号。

控制单元接受到除霜信号后，控制四通阀将压缩机排气口与室外换热器导通，室外机单元中压缩机向室外换热器输出高温高压制冷剂对室外换热器进行放热，然后经过室内换热器和辐射换热单元回流进所述压缩机进气口。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

采用空调室内机与辐射换热单元串联式结构，简化系统回路和管道连接关系，减少系统组件数量；同时可以利用空调室内机现有的除湿功能为室内空气进行除湿；进一步的采用环路热管作为辐射换热单元，达到快速均匀、高效节能的换热效果。提供一种具有除湿功能的快速、均匀、高效节能、结构简化的复合式空调系统。

利用环路热管的高效换热优势，通过冷工质耦合部耦合于低温制冷剂分支管道，热工质耦合部耦合于高温制冷剂分支管道的设计，环路热管的冷工质耦合部一起串联耦合在低温制冷剂分支管道，热工质耦合部一起串联耦合在高温制冷剂分支管道上，满足环路热管工作需求的同时尽量减少制冷剂回路长度，降低制冷剂流通阻力，减少系统功耗，提高系统整体工作性能。

在高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道设置在高温制冷剂输出主管道的具体实现方案中，制冷循环时，三通阀控制第一普通口与换向口导通，低温制冷剂经过室内换热器换热后，流经三通阀，流向低温制冷剂分支管道，然后回到室外机管路中，环路热管进行放热；制热循环时，三通阀控制第二普通口与换向口导通，高温制冷剂流向房间内设置的高温制冷剂分支管道，再流经三通阀，流向室内换热器，热管装置进行吸热。这样的设计，低温制冷剂分支管道和高温制冷剂分支管道并行设置，保证换热的效率。对于现有空调主要是铺设热管可以提高换热面积，辐射换热使得温度场均匀，相对于环路热管并联空调，管路结构简单，适合家庭或其它活动场所的长期使用，维持温度恒定。

同理可以得出高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道设置在低温制冷剂输出主管道的方案工作原理，此处不再赘述。当整个辐射换热单元设置在低温制冷剂输出主管道处时，系统提供制冷工作时，低温制冷剂首先经过辐射换热单元进行换热，由于辐射换热单元换热面积更大，故能取得比辐射换热单元设置在高温制冷剂输出主管道处时更好的制冷效果。

本发明中的控制方法结合辐射换热单元无风换热、均匀辐射的优点和空调快速换热兼顾室内空气除湿的优点，提出一种利用环路热管辐射换热装置的感温特性，解决除霜模式下，室内温度急剧下降的技术问题。

由于辐射换热单元一般是铺设在室内四周或地面或天花板的，其换热面积很大，一旦与低温制冷剂发生热量交换，会急速降低室内温度。若能避免除霜模式下低温制冷剂与热辐射单元之间的热量交换，将会很大程度上减弱室内温度的降低。本发明利用环路热管冷工质耦合部和热工质耦合部单向感温的切换反馈时间，延缓室内辐射换热单元在室外机除霜时大量吸收室内热量的时间。还利用环路热管的冷工质耦合部和热工质耦合部单向感温的特性，在热管与空调串联的系统进入除霜模式时，通过将制冷剂流通回路上的三通阀接通高温制冷剂分支管道，使得除霜模式下的低温制冷剂经由高温制冷剂分支管道回到室外机单元。即在系统进入除霜模式时，辐射换热单元切换非热交换模式：高温制冷剂分支管道与环路热管的热工质耦合部耦合连接；调节三通阀的导通口使低温制冷剂流经高温制冷剂分支管道。当低温制冷剂经过高温制冷剂分支管道时，环路热管的热工质耦合部并不能与高温制冷剂分支管道内部的低温制冷剂发生热量交换，避免了低温制冷剂通过环路热管吸收室内空气热量，造成室内空气温度急剧下降，引起用户不适感受，同时由于辐射换热单元内部得工质仍保持较高温度依旧可以为室内提供部分热量，尤其是当辐射换热单元铺设在地板处时，会保持人体脚部温暖，进一步舒适室外机除霜模式下的人体感受。

在系统的正常工作模式下(制冷或制热模式)，辐射换热单元切换到热交换模式：通过调节三通阀的导通口使得低温制冷剂流经低温制冷剂分支管道、高温制冷剂流经高温制冷剂分支管道；利用辐射换热单元中环路热管的高效换热优势，提供一种快速、均匀换热，高效节能的室内温控系统；环路热管的冷工质耦合部一起串联耦合在低温制冷剂分支管道，热工质耦合部一起串联耦合在高温制冷剂分支管道上，满足环路热管工作需求的同时尽量减少制冷剂回路长度，降低制冷剂流通阻力，减少系统功耗，提高系统整体工作性能。

非热交换模式：高温制冷剂分支管道和低温制冷剂分支管道设置在高温制冷剂输出主管道的热交换模式具体实现方案中：制冷循环时，三通阀控制第一普通口与换向口导通，低温制冷剂经过室内换热器换热后，流经三通阀，流向低温制冷剂分支管道，然后回到室外机管路中，环路热管进行放热；制热循环时，三通阀控制第二普通口与换向口导通，高温制冷剂流向房间内设置的高温制冷剂分支管道，再流经三通阀，流向室内换热器，热管装置进行吸热。这样的设计，低温制冷剂分支管道和高温制冷剂分支管道并行设置，保证换热的效率。对于现有空调主要是铺设热管可以提高换热面积，辐射换热使得温度场均匀，相对于环路热管并联空调，管路结构简单，适合家庭或其它活动场所长期使用，维持温度恒定。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为环路热管结构示意图；

图3为环路热管串联耦合示意图；

图4为环路热管并联耦合示意图。

具体实施方式

现结合附图对方案做进一步的说明。

实施例1

如图1和图2所示：一种复合式空调系统，包括室外机单元1和室内单元2，室外机单元1两端分别通过中间管道连通室内单元2，形成制冷剂循环通道；中间管道上耦合有辐射换热单元19，辐射换热单元19包括环路热管3，环路热管3耦合于所述中间管道。

所述环路热管3还包括中间管路18和传热管5，冷工质耦合部8的一端和热工质耦合部10的一端通过中间管路18连通，冷工质耦合部8的另一端和热工质耦合部10的另一端通过传热管5连通；所述冷工质耦合部8和热工质耦合部10耦合于所述中间管道。冷或者热工质耦合部与中间管道的耦合结构是：耦合部是具有内壁的同心圆柱体结构，中间管道从中穿过，二者焊接固定在一起。所述传热管5，连接有散热装置4。散热装置为散热翅片或者暖气片，或者传热管直接铺设在墙壁或地面进行使用。环路热管内的工质与空调中的制冷剂相互独立循环。利用热管装置可铺设再房间四周及地板的环路热管的大面积均匀换热特性设置在多个房间中提供一种快速、均匀换热，高效节能的室内温控系统。

实施例2

如图1-3所示，在实施例1的基础上，中间管道包括高温制冷剂输出主管道16和低温制冷剂输出主管道17，室外机单元1两端分别通过高温制冷剂输出主管道16和低温制冷剂输出主管道17连通所述室内单元2。高温制冷剂输出主管道16上耦合所述冷工质耦合部8和热工质耦合部10。所述室内机单元2包括室内换热器11，高温制冷剂输出主管道16与换热器11连通。这里优选高温制冷剂输出主管道16路上耦合所述冷工质耦合部8和热工质耦合部10。

室外机单元1包括压缩机14、四通阀6、节流装置13和室外换热器7，压缩机14b口连接于四通阀6的e口，室外换热器7一端连接于四通阀6的s口，室外换热器7的另一端连接于所述节流装置13，节流装置13的另一端连接于低温制冷剂输出主管道17；所述高温制冷剂输出主管道16连接于四通阀6的c口，压缩机14的a连接于四通阀6的d口。节流装置13为现有空调系统常用器件。环路热管采用现有技术，利用变相过程中吸收和释放大量的热实现热传导。环路热管，制冷工作原理为：上方的冷工质耦合部8内部与高温制冷剂输出主管道16或者低温制冷剂输出主管道17耦合；无论是高温制冷剂输出主管道16或者低温制冷剂输出主管道17中流通何种温度的制冷剂，总会使环路热管工作；使得低温使得传热管5内的工质降温成为液体，由中间管路18流入下方的热工质耦合部10，由于传热管5内部的毛细结构，上方的工质不断液化落下，会对下方的工质形成上吸的动力，同时传热管5也在不断的吸收外部热量，使得下方液体工质汽化上行，于是工质在环路热管内的循环形成；

制热工作原理为：下方的热工质耦合部10，高温使得工质汽化上行至传热管5，传热管5与外部换热后液化，经过冷工质耦合器8，再从中间管道18流下至热工质耦合部10，如此循环，在中间管道18中存在毛细结构，此结构会在压力差形成时为工质流动提供动力。

当环路热管由热工质耦合部换热工作切换到冷工质耦合部工作，环路热管内部工质由高温状态转变为低温状态需要一定的时间，是故当上述系统进入室外机除霜模式时，利用环路热管内部工质的状态变化时间可以尽量减少室外机除霜时的室内热量流失；

实施例3

如图1-4所示，在实施列1的基础上，中间管道包括高温制冷剂输出主管道16和低温制冷剂输出主管道17，室外机单元1两端分别通过高温制冷剂输出主管道16和低温制冷剂输出主管道17连通所述室内单元2。低温制冷剂输出主管道17为制高温制冷剂的回流管。

所述中间管道还包括三通阀12、高温制冷剂分支管道15和低温制冷剂分支管道9，高温制冷剂输出主管道16或者低温制冷剂输出主管道17上设置所述的三通阀12、高温制冷剂分支管道15和低温制冷剂分支管道9；三通阀12包括两个普通口和一个选通口，两个普通口包括第一进口和第二进口；选通口可以与任意一个普通口导通；三通阀的工作过程,阀门打开介质从选通口进入阀门，经第一进口流出阀门，当旁路需要介质流入时，执行机构转90°，阀芯换向，介质换向口进第二进口出，当管线不需要介质流入时，执行机构再转90°，阀门关闭截断介质。

高温制冷剂分支管道15和低温制冷剂分支管道9相互并联，高温制冷剂分支管道15一端和低温制冷剂分支管道9一端分别连通于三通阀12的两个普通接口，高温制冷剂分支管道15另一端和低温制冷剂分支管道9另一端连通于高温制冷剂输出主管道16或者低温制冷剂输出主管道17；三通阀12的选通阀门12的换向口连接于室内机单元2；所述冷工质耦合部8耦合于低温制冷剂分支管道9，热工质耦合部10耦合于高温制冷剂分支管道15。

冷工质耦合部8用于与低温制冷剂分支管道9进行热量交换，热工质耦合部10用于与高温制冷剂分支管道15进行热量交换。

所述室内机单元2包括室内换热器11，三通阀12换向口通过管道与换热器11连通，三通阀的第一普通口与低温制冷剂分支管道9连接，三通阀的第二普通口与高温制冷剂分支管道15连接。

室外机单元1包括压缩机14、四通阀6、节流装置13和室外换热器7，压缩机14的b口连接于四通阀6的e口，室外换热器7一端连接于四通阀6的s口，室外换热器7的另一端连接于所述节流装置13，节流装置13的另一端连接于低温制冷剂输出主管道17；所述高温制冷剂输出主管道16连接于四通阀6的c口，压缩机14的a连接于四通阀6的d口。为了安装方便，选通阀门12可以安装固定在室内机单元2内。

所述室外换热器7和室内机单元2还通过低温制冷剂输出主管道17连通。四通阀通电，活塞移动，使e口和s口导通，或者c口和d口导通。

环路热管内的工质与空调中的制冷剂相互独立循环。三通阀12用于控制低温制冷剂分支管道9和高温制冷剂分支管道15不同时通过管道接入内换热器11，确保制冷和制热功能的实现。

控制低温制冷剂分支管道9和高温制冷剂分支管道15连接于四通阀6的c口，也可以先通过一根管道合流后连接于四通阀6的c口。

环路热管采用现有技术，利用变相过程中吸收和释放大量的热实现热传导。环路热管，制冷工作原理为：上方的冷工质耦合部8内部与低温制冷剂分支管道9耦合，低温使得传热管5内的工质降温成为液体，由中间管路18流入下方的热工质耦合部10，由于传热管5内部的毛细结构，上方的工质不断液化落下，会对下方的工质形成上吸的动力，同时传热管5也在不断的吸收外部热量，使得下方液体工质汽化上行，于是工质在环路热管内的循环形成；

制热工作原理为：下方的热工质耦合部10与高温制冷剂分支管道15耦合，高温使得工质汽化上行至传热管5，传热管5与外部换热后液化，经过冷工质耦合器8，再从中间管道18流下至热工质耦合部10，如此循环，在中间管道18中存在毛细结构，此结构会在压力差形成时为工质流动提供动力。

当上述系统进入室外机除霜模式时，切换三通阀使得低温制冷剂进入高温制冷剂分支管道，利用环路热管单向感温的特点，可以避免环路热管吸收室内热量，从而起到维持室内温度的效果。

实施例4

在实施例3的基础上，中间管道包括高温制冷剂输出主管道16和低温制冷剂输出主管道17，室外机单元1两端分别通过高温制冷剂输出主管道16和低温制冷剂输出主管道17连通所述室内单元2。高温制冷剂输出主管道16做为低温制冷剂的回流管。

所述中间管道还包括三通阀12、高温制冷剂分支管道15和低温制冷剂分支管道9，优选低温制冷剂输出主管道17上设置所述的三通阀12、高温制冷剂分支管道15和低温制冷剂分支管道9；

高温制冷剂分支管道15和低温制冷剂分支管道9相互并联，高温制冷剂分支管道15一端和低温制冷剂分支管道9一端分别连通于三通阀12的两个普通接口，高温制冷剂分支管道15另一端和低温制冷剂分支管道9另一端连通于低温制冷剂输出主管道17；三通阀12的选通阀门12的换向口连接于室内机单元2；所述冷工质耦合部8耦合于低温制冷剂分支管道9，热工质耦合部10耦合于高温制冷剂分支管道15。

冷工质耦合部8用于与低温制冷剂分支管道9进行热量交换，热工质耦合部10用于与高温制冷剂分支管道15进行热量交换。

所述室内机单元2包括室内换热器11，三通阀12换向口通过管道与换热器11连通，三通阀的第一普通口与低温制冷剂分支管道9连接，三通阀的第二普通口与高温制冷剂分支管道15连接。

室外机单元1包括压缩机14、四通阀6、节流装置13和室外换热器7，压缩机14的b口连接于四通阀6的e口，室外换热器7一端连接于四通阀6的s口，室外换热器7的另一端连接于所述节流装置13，节流装置13的另一端连接于低温制冷剂输出主管道17；所述高温制冷剂输出主管道16连接于四通阀6的c口，压缩机14的a连接于四通阀6的d口。为了安装方便，选通阀门12可以安装固定在室内机单元2内。

四通阀通电，活塞移动，使e口和s口导通，或者c口和d口导通。

环路热管内的工质与空调中的制冷剂相互独立循环。三通阀12用于控制低温制冷剂分支管道9和高温制冷剂分支管道15不同时通过管道接入室内换热器11的制冷剂主管道，确保制冷和制热功能的实现。

控制低温制冷剂分支管道9和高温制冷剂分支管道15连接于四通阀6的c口，也可以先通过一根管道合流后连接于四通阀6的c口。

实施例5

在实施例3的基础上，复合式空调系统的控制方法包括以下步骤：空调遥控器发出除霜信号，控制单元接受到除霜信号后，控制辐射换热单元进入非热交换模式，当控制单元检测到除霜停止信号后，控制辐射换热单元进入热交换模式。除霜停止信号为室外机单元检测到室外换热器盘管温度高于设定温度值如-10℃时，发出的除霜信号。

控制单元接受到除霜信号后，控制四通阀将压缩机排气口与室外换热器导通，室外机单元中压缩机向室外换热器输出高温高压制冷剂对室外换热器进行放热，然后经过室内换热器和辐射换热单元回流进所述压缩机进气口。所述辐射换热单元切换非热交换模式是将三通阀12的选通口与高温制冷剂分支管道15导通。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。