空调与传热装置相结合的室内温控系统及方法与流程

本发明涉及空调领域，特别涉及一种室内温度控制技术。

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。

为解决上述问题，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。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有空调系统虽然满足了无风感却出现室内温度分布不均匀及能源效率利用低的问题，提出一种空调与传热装置相结合的室内温控系统及方法。

本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是：

空调与传热装置相结合的室内温控系统，包括室外机单元和室内机单元，还包括传热装置、检测单元和控制单元，室内机单元包括两组节流元件，所述室内机单元与室外机单元连接形成制冷剂流通回路一，所述传热装置与室外机单元连接形成制冷剂流通回路二，制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二各自采用一组节流元件；

所述检测单元用于检测室内温度、传热装置表面空气的传热温度、室内机中室内换热器表面空气的传热温度和室内空气的相对湿度，并将检测到的信息传输至控制单元；

所述控制单元用于根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来分别控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式。

优选的，所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：根据所述室内温度和相对湿度计算露点温度，若传热装置表面空气的传热温度小于等于露点温度或室内机中室内换热器表面空气的传热温度小于等于露点温度，则控制制冷剂流通回路一所处的工作模式为除湿模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式。

优选的，所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制冷模式；若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制冷模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值的绝对值小于等于预定值。

进一步的，所述检测单元还用于检测室外机单元中室外换热器表面的温度，若该温度低于零度，则控制制冷剂流通回路一工作在除霜模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式。

优选的，所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：若设定温度大于室内温度且两者的差值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制热模式；若设定温度大于室内温度且两者的差值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制热模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值小于等于预定值。

进一步的，所述检测单元还包括用于检测海拔高度的高度检测单元，所述控制单元还用于根据检测到的海拔高度和空气温度计算当地空气密度，并根据当地空气密度计算修正系数，根据修正系数调整空调的运行频率及制冷剂的供应。

优选的，所传热装置包括传热管或热管耦合器。

空调与传热装置相结合的室内温控系统的控制方法，包括如下步骤：

a、检测室内温度、传热装置表面空气的传热温度、室内机中室内换热器表面空气的传热温度和室内空气的相对湿度；

b、根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来分别控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式。

优选的，根据所述室内温度和相对湿度计算露点温度，若传热装置表面空气的传热温度小于等于露点温度或室内机中室内换热器表面空气的传热温度小于等于露点温度，则控制制冷剂流通回路一所处的工作模式为除湿模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式；

和/或；

若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制冷模式；若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制冷模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值的绝对值小于等于预定值；

和/或；

检测室外机单元中室外换热器表面的温度，若该温度低于零度，则控制制冷剂流通回路一工作在除霜模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式；

和/或；

若设定温度大于室内温度且两者的差值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制热模式；若设定温度大于室内温度且两者的差值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制热模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值小于等于预定值。

进一步的，所述步骤a中还包括：检测海拔高度的高度检测单元；所述步骤b中还包括：根据检测到的海拔高度和空气温度计算当地空气密度，并根据当地空气密度计算修正系数k，根据修正系数k调整空调的运行频率及制冷剂的供应。

本发明的有益效果是：

在传统空调的室内机单元的回路上并联传热装置及相关连接器件，室内机单元与室外机单元连接形成制冷剂流通回路一，传热装置与室外机单元连接形成制冷剂流通回路二；检测单元检测室内温度、传热装置表面空气的传热温度、室内机中室内换热器表面空气的传热温度和室内空气的相对湿度，控制单元根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来分别控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式。制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二各自采用一套节流原件；这样设计可以实现单独制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二来提高能源利用率，通过制冷剂流通回路二的制冷和制热来实现无风感，由于传热装置可以设置在室内任意位置解决了室内温度分布不均匀的问题，其两个回路同时制冷或制热达到比常规空调更快制冷制热的速度，同时室外机单元与传热装置共同作用时，其换热面积大于单独一个室内机的换热面积，而换热面积大可以明显提升蒸发温度，使整个系统循环效率大幅提升。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构图；

其中，1为室外机单元，11为压缩机，12为四通阀，13为室外电机与风扇，14为室外换热器，15a为电子膨胀阀一，15b电子膨胀阀二，16a为控制阀一，16b为控制阀二，17a为截止阀一，17b为截止阀二，17c为截止阀三，17d为截止阀四，18为储液罐，2为室内机单元，29a为管接头一，29b为管接头二，23为室内风机与风扇，24为室内换热器，3为传热装置，34a为传热管一，34b为传热管二，39a为管接头三、39b为管接头四，39c为管接头五，39d为管接头六。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。

克服现有空调系统虽然满足了无风感却出现室内温度分布不均匀及能源效率利用低的问题，提出一种空调与传热装置相结合的室内温控系统及方法。

空调与传热装置相结合的室内温控系统，包括室外机单元和室内机单元，还包括传热装置、检测单元和控制单元，室内机单元包括两组节流元件，所述室内机单元与室外机单元连接形成制冷剂流通回路一，所述传热装置与室外机单元连接形成制冷剂流通回路二，制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二各自采用一组节流元件；

所述检测单元用于检测室内温度、传热装置表面空气的传热温度、室内机中室内换热器表面空气的传热温度和室内空气的相对湿度，并将检测到的信息传输至控制单元；

所述控制单元用于根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来分别控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式。

其中，室外机单元和室内机单元均为传统空调器件，节流元件可包括膨胀阀和截止阀。为了节省成本，制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二可共用室内机单元单元中的压缩机、储液罐、室内换热器和四通阀。

所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：根据所述室内温度和相对湿度计算露点温度，若传热装置表面空气的传热温度小于等于露点温度或室内机中室内换热器表面空气的传热温度小于等于露点温度，则控制制冷剂流通回路一所处的工作模式为除湿模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式。此种控制方式可适用于制冷阶段，除湿用于防止地面凝露。

所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制冷模式；若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制冷模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值的绝对值小于等于预定值。

进一步的，所述检测单元还用于检测室外机单元中室外换热器表面的温度，若该温度低于零度，则控制制冷剂流通回路一工作在除霜模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式。

优选的，所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：若设定温度大于室内温度且两者的差值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制热模式；若设定温度大于室内温度且两者的差值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制热模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值小于等于预定值。

进一步的，所述检测单元还包括用于检测海拔高度的高度检测单元，所述控制单元还用于根据检测到的海拔高度和空气温度计算当地空气密度，并根据当地空气密度计算修正系数，根据修正系数调整空调的运行频率及制冷剂的供应。

优选的，所传热装置包括传热管或热管耦合器。

空调与传热装置相结合的室内温控系统的控制方法，包括如下步骤：

a、检测室内温度、传热装置表面空气的传热温度、室内机中室内换热器表面空气的传热温度和室内空气的相对湿度；

b、根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来分别控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式。

优选的，根据所述室内温度和相对湿度计算露点温度，若传热装置表面空气的传热温度小于等于露点温度或室内机中室内换热器表面空气的传热温度小于等于露点温度，则控制制冷剂流通回路一所处的工作模式为除湿模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式；

和/或；

若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制冷模式；若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制冷模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值的绝对值小于等于预定值；

和/或；

检测室外机单元中室外换热器表面的温度，若该温度低于零度，则控制制冷剂流通回路一工作在除霜模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式；

和/或；

若设定温度大于室内温度且两者的差值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制热模式；若设定温度大于室内温度且两者的差值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制热模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值小于等于预定值。

进一步的，所述步骤a中还包括：检测海拔高度的高度检测单元；所述步骤b中还包括：根据检测到的海拔高度和空气温度计算当地空气密度，并根据当地空气密度计算修正系数k，根据修正系数k调整空调的运行频率及制冷剂的供应。

实施例一

如图1所示，本实施例中传热装置3采用传热管实现，包括室外机单元1和室内机单元2，室外机单元1内包括压缩机11、储液罐18、四通阀12、室外换热器14、电子膨胀阀一15a、截止阀一17a和用于控制压缩机11、电子膨胀阀一15a及截止阀一17a的控制单元；还包括传热装置3、检测单元和控制单元，室内机单元2包括两组节流元件，室内机单元2与室外机单元1连接形成制冷剂流通回路一，制冷剂流通回路一包括如下连接关系：压缩机11连接储液罐18，四通阀12连接压缩机11、储液罐18及室外换热器14并通过截止阀一17a连通室内机单元中的室内换热器24的一端，室外换热器14经过电子膨胀阀一15a连通室内换热器24的另一端。传热装置3与室外机单元1连接形成制冷剂流通回路二，制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二各自采用一组节流元件；其中制冷剂流通回路二采用的节流元件包括电子膨胀阀二15b和截止阀二17b，制冷剂流通回路二包括如下连接关系：压缩机11连接储液罐18，四通阀12连接压缩机11、储液罐18及室外换热器14并通过截止阀二17b连通传热装置3的一端，室外换热器14经过电子膨胀阀二15b连通传热装置3的另一端。电子膨胀阀二15b和截止阀二17b均与控制单元电性连接。该传热装置可以铺设在室内机的外面且位于室内的任意位置。

检测单元包括用于检测室内室内温度的温度传感器一、用于检测传热装置表面空气的传热温度的温度传感器二、用于检测室内机中室内换热器表面空气的传热温度的温度传感器三、和用于检测室内空气的相对湿度的湿度传感器，所述温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三、湿度传感器均与控制器电性连接，所述控制器中还包括用于计算室内露点温度的露点计算模块；所述传热装置位于室内机的外侧设置于室内任意位置，传热装置的一端通过电子膨胀阀二连通室外换热器，传热装置的另一端通过截止阀二连通四通阀。

控制单元用于根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来分别控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式。

控制单元根据所述室内温度和相对湿度计算露点温度，若传热装置表面空气的传热温度小于等于露点温度或室内机中室内换热器表面空气的传热温度小于等于露点温度，则控制制冷剂流通回路一所处的工作模式为除湿模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式。根据所述室内温度和相对湿度计算露点温度可参考如下表1干球温度与相对湿度对应露点温度一览表来计算获得，也可采用其它现有技术，室内温度为干球温度。

表1干球温度与相对湿度对应露点温度一览表

若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制冷模式；若设定温度小于室内温度且两者的差值的绝对值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制冷模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值的绝对值小于等于预定值。

其中，制冷模式中制冷剂的流通方向如图1中实线箭头所示，具体的制冷剂流通回路一的制热模式的运行流程为：室外机单元1中，气态制冷剂经过压缩机11压缩变为为高温高压的气态制冷剂，通过四通阀12进入室外换热器14散热后成为高温高压的液态制冷剂进入电子膨胀阀一15a膨胀降压为低温低压的液态制冷剂后分别到达室内机单元2；室内机单元2中，制冷剂经过管接头二29b到达室内换热器24吸收室内空气热量汽化为低温的气态制冷剂，经过管接头一29a、截止阀一17a和控制阀一16a回流进入四通阀12，最后被吸入压缩机的吸气口；

具体的制冷剂流通回路二的制热模式的运行流程为：室外机单元1中，气态制冷剂经过压缩机11压缩变为为高温高压的气态制冷剂，通过四通阀12进入室外换热器14散热后成为高温高压的液态制冷剂进入电子膨胀阀二15b膨胀降压为低温低压的液态制冷剂后到达传热装置3；制冷剂流通回路二中，制冷剂经过管接头三39a和管接头四39b分别到达传热管一34a和传热管二44与室内空气进行热交换后汽化为低温低压的气液两相制冷剂，然后分别经过管接头五39c和管接头六39d到达截止阀四17d，再经由控制阀二16b回流进入四通阀12，最后被吸入压缩机的吸气口；如此即可完成系统的制冷循环过程。

所述检测单元还用于检测室外机单元中室外换热器表面的温度，若该温度低于零度，则控制制冷剂流通回路一工作在除霜模式，关闭制冷剂流通回路二中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路二工作在暂停模式。

所述根据室内温度、相对湿度、传热温度及用户的设定温度来控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式包括：若设定温度大于室内温度且两者的差值大于预定值，则控制制冷剂流通回路一和制冷剂流通回路二所处的工作模式为制热模式；若设定温度大于室内温度且两者的差值小于等于预定值，则关闭制冷剂流通回路一中的电子膨胀阀使得制冷剂流通回路一工作在暂停模式，控制制冷剂流通回路二工作在制热模式并控制制冷剂的供给状态使得室内温度与室内温度的差值小于等于预定值。

其中，制热模式中制冷剂的流通方向如图1中虚线箭头所示，具体的制冷剂流通回路一的制热模式的运行流程为：室外机单元1中，气态制冷剂经过压缩机11压缩变为为高温高压的气态制冷剂，通过四通阀12分别经过截止阀一17a到达室内单元2；制冷剂流通回路1中，制冷剂经过室内换热器24冷却放热为常温高压液体，在经过膨胀阀一15a降压为低温低压液体，然后经过室外换热器14蒸发吸热为低温低压蒸汽，然后经过四通阀12到达压缩机11。

具体的制冷剂流通回路二的制热模式的运行流程为：制冷剂流通回路二中，室外机单元1中，气态制冷剂经过压缩机11压缩变为为高温高压的气态制冷剂，通过四通阀12经过和截止阀二17b到达传热装置3；制冷剂经过传热装置3冷却放热为常温高压液体，在经过膨胀阀二15b降压为低温低压液体，然后经过室外换热器14蒸发吸热为低温低压蒸汽，然后经过四通阀12到达压缩机11。如此即可完成系统的制热循环过程。

所述检测单元还包括用于检测海拔高度的高度检测单元，所述控制单元还用于根据检测到的海拔高度和空气温度计算当地空气密度，并根据当地空气密度计算修正系数，根据修正系数调整空调的运行频率及制冷剂的供应。

实际使用时的具体制冷工作过程可为：开始制冷阶段是空调室内机单元为主，主要承担降温和除湿功能，传热管导热为辅；随着温湿度下降到合理值，加大传热管侧的能力，减小室内机单元的能力输出；当接近用户设定温度时，关闭室内机单元制冷能力输出，依靠传热管辐射末端进行微调和维持室内温度，实现辐射制冷，此时室内机单元以微风运转，担负采集室内环境数据用于室外压缩机控制。

实际使用时的具体制热工作过程可为：外机同时对传热管系统和室内机单元进行制热能力输出，室内机单元按标准的防冷风方式开始制热过程，随着室温上升，此时热回路管辐射面温度也随时间逐步提高，当接近设定温度时，关闭室内机单元制热能力输出，依靠传热管辐射面完成室内温度微调与维持。当室外机达到除霜条件时，关闭传热管回路，可以保持一定的传热管辐射面温度，打开室内机单元回路，利用室内机单元吸取室内热量，完成外机除霜。在除霜过程中由于辐射面有一定温度持续提供热量，减少化霜过程由于室内温度下降，人体寒冷感觉，提高了用户舒适度。

与常规空调相比，不仅提高制冷制热舒适性，同时由于温度稳定后，室内机单元不工作，室内机噪声极低，常规空调压缩机传递音、结构件声音及冷媒流动声音都没有，这种空调可以很好解决常规空调几乎所有噪声痛点，更能用户满足睡眠的要求。

实施例二

本实施例在实施例一的工作原理大体一致，只是将传热装置换成了热管耦合器，热管耦合器是连接热管与空调长尺配管的装置，系统制冷(制热)能力通过耦合器传递到热管，再经热管导热到室内建筑的结构面上。不仅可以实现现有空调的功能，如独立使用室内机和室外机的联动；而且可以实现完全的无风感的技术方案，开启热管耦合器进行热辐射交换，该技术方案就是完全利用热管耦合器的辐射热交换技术进行制冷或制热，这样的技术方案不仅让温度场更加均匀，而且完全实现了无风感，从而提高了使用者的舒适度。热管耦合器可以设置n路，以保证布局的平衡。