CN113266900A - 一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调*** - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，用以解决现有热泵型冷暖空调运行能耗大，适应环境温度范围较窄，制热效果不理想，室内舒适度低的问题。本发明包括空调模块、太阳能换热单元和废水再利用模块；空调模块包括：室内换热单元、室外换热单元和涡环布风机构，室内换热单元和室外换热单元循环相连通，用于向室内布风的涡环布风机构与室内换热单元相连通；太阳能换热单元分别与室外换热单元和废水再利用模块相连通，废水再利用模块与室内换热单元相连通。本发明用涡环布风，提升空调房间的舒适性；各个模块协同工作，同步耦合，降低热泵空调的能源消耗，拓宽热泵空调调节温度的范围，实现高效的低温制热功能。

Description

一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***
技术领域
本发明涉及热泵空调***的技术领域，尤其涉及一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***。
背景技术
随着人民生活水平的日益提高和经济的快速发展，人们对于居住环境舒适度的要求越来越高，更加注重舒适性和使用感，特别是面临能源危机、环保意识的不断提高，对热泵空调的性能提升提出了新的更为严峻的挑战。热泵空调是利用可再生资源达到温度控制的一种技术，具有节能效果显著、应用范围广泛及使用寿命较长等优点。但是，我国南方非采暖地区：冬季温度低、天阴多雨，“阴冷感”凸显，即表现出“寒冷冻人”的湿冷气候特征，造成人体感觉冬季阴冷，且冬季没有集中供暖，人体体感反差较大，而现有的热泵空调具有室内温度调节不均衡，室内温度场不均匀恒定，空调房间舒适度低的技术问题严重影响了人们的生活，而且热泵空调还具有运行能耗大，适应环境温度范围较窄，制热效果不理想，制热量及效率显著降低等突出问题。
热泵空调的上述技术问题由来已久，但现有的专利技术方案对解决热泵空调的上述技术问题的效果并不理想，比如中国发明专利“(公告号为CN111397240A、公告日为2020.07.10)”公开了一种协同控制、同步多循环热泵型冷暖空调复合***，包括制冷装置、制热装置、消声装置和翅翼涡型。这项发明虽然能够在一定程度上解决热泵空调能耗大、适用环境温度小和房间舒适度的问题，但其不足之处在于，只是在现有的热泵空调基础上针对性的增加了一些解决问题的装置，并未真正的构成一个协同循环的热泵空调***，降低能耗的效果较低，且只是在温湿度和净化空气方面对室内舒适度进行改善，并未解决室内温度场不恒定，人体体感差的问题。
发明内容
针对现有的热泵型冷暖空调运行能耗大，适应环境温度范围较窄，制热效果不理想，室内舒适度低的技术问题，本发明提出一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，采用特制的风管，利用涡环的结构，使室内温湿度调节均衡，室内温度场均匀恒定，从而大幅度提升房间的舒适性，同时构造多功能循环空调***，各个模块、单元和机构协同控制，同步耦合，降低热泵空调的能源消耗，促进热泵空调***能够稳定可靠运行，拓宽热泵空调调节温度的范围，提升***高效节能与可靠运行的统一，实现高效的低温制热功能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，包括空调模块、太阳能换热单元和废水再利用模块；空调模块包括：室内换热单元、室外换热单元和用于向室内布风的涡环布风机构，室内换热单元和室外换热单元循环相连通，涡环布风机构与室内换热单元相连通；太阳能换热单元分别与室外换热单元和废水再利用模块相连通，废水再利用模块与室内换热单元相连通。
进一步的，涡环布风机构包括风管和布风器，布风器通过第一弹簧悬挂在风管的出风口处；风管为半月形风管；布风器为圆环，布风器上设置有多个贯穿的凹槽，吹向布风器的风从一个凹槽穿入并从另一个凹槽穿出。
进一步的，废水再利用模块包括重力加热单元、水力加热单元和再加热单元，重力加热单元分别与室内换热单元和水力加热单元相连通，水力加热单元与太阳能换热单元相连通，水力加热单元通过再加热单元与室内换热单元相连通。
进一步的，太阳能换热单元通过相变蓄热单元和水力加热单元相连通，室外换热单元上设有融冰除霜单元，相变蓄热单元与融冰除霜单元相连通，融冰除霜单元与重力加热单元相连通；室外换热单元上还设有蓄热循环单元和虹吸机构，蓄热循环单元通过虹吸机构与太阳能集热单元相连通。
进一步的，室内换热单元和室外换热单元之间设有四通换向阀、压缩机和节流阀，室内换热单元包括室内换热器，室外换热单元包括室外换热器；室外换热器通过四通换向阀与室内换热器的一端相连通，室内换热器的另一端通过节流阀与室外换热器相连通，四通换向阀与压缩机相连通；室内换热器与涡环布风机构的风管相连通，压缩机与太阳能换热单元相连通，室外换热器与融冰除霜单元相连通；太阳能换热单元包括第一换热器和太阳能集热器；第一换热器一端与太阳能集热器相连通，第一换热器另一端分别与室外换热器和压缩机相连通，压缩机和第一换热器之间设有泵。
进一步的，融冰除霜单元包括喷淋头和湿度检测器；喷淋头位于室外换热器上方，喷淋头与相变蓄热单元相连通，湿度检测器设置在室外换热器内部；蓄热循环单元包括第一集液器、第二集液器和盘管，第一集液器和第二集液器分别设置在室外换热器的两端，盘管设置在室外换热器的内部，盘管的两端分别与第一集液器和第二集液器相连通，第一集液器与第二集液器相连通；虹吸机构包括虹吸集液器，虹吸集液器与第一集液器相连通，虹吸集液器与太阳能换热单元相连通。
进一步的，相变蓄热单元包括相变蓄热池、发生池和吸收池，发生池和吸收池均位于相变蓄热池内部，发生池分别与水力加热单元和太阳能集热器相连通，发生池与融冰除霜单元的喷淋头相连通。
进一步的，第一集液器内壁上由上到下交错设置有隔板；虹吸集液器内部顶端通过第二弹簧连接有弹性膜片；虹吸集液器和盘管内壁均设置有多个交错排列的凸起尖端组成的褶皱状结构。
进一步的，室外换热单元上还设有辅助融冰除霜机构，辅助融冰除霜机构包括辅热软带和网格板，室内换热器内设有风机；网格板位于室内换热器的风机后方，网格板上挂接有多个辅热软带。
进一步的，重力加热单元包括楼层废水管道、第二换热器、废水池和第三换热器，第二换热器位于楼层废水管道的下方，楼层废水管道通过第二换热器与废水池相连通，废水池与水力加热单元相连通，第三换热器分别与第二换热器、水力加热单元、室内换热单元的室内换热器和融冰除霜单元的喷淋头相连通；水力加热单元包括水力空化器和第四换热器，水力空化器分别与废水池、第三换热器和第四换热器相连通，第四换热器分别与相变蓄热单元的发生池和再加热单元相连通；再加热单元包括储热罐和涡环再热器，储热罐一端与第四换热器相连通，储热罐的另一端通过涡环再热器与室内换热器相连通。
本发明的有益效果：
1.本发明通过特制的风管，采用涡环布风的模式，使空气经风管均匀的吹入室内，使室内温湿度调节均衡、室内温度场均匀恒定从而提升空调房间的舒适性。
2.本发明将多个模块合理设置，使各个模块、单元和机构协同工作，同步耦合，构成循环多功能工作***，根据使用场景进行适应性工作，实现多功能自循环的智能匹配，促进热泵空调***能够稳定可靠运行，拓宽热泵空调调节温度的范围，提升***高效节能与可靠运行的统一。
3.本发明以废水再利用模块、相变蓄热单元和太阳能换热单元一同对融冰除霜单元提供高温液态或高温蒸汽，在热泵空调制热工况下室外换热器上出现冰霜时，融冰除霜单元向室外换热器上喷淋高温液态或高温蒸汽，进行融冰除霜。这样，不但提高了热泵空调融霜除冰的效率，增加热泵空调的使用寿命，从而增加热泵空调的工作效率；而且本发明通过废水再利用模块对废水进行了二次利用，有助于资源再利用，具有广泛推广性。
4.本发明利用虹吸原理，通过蓄热循环单元和虹吸机构的结合，并对三个集液器和盘管的内部结构进行调整，进一步增强液态制冷介质吸热蒸发的转换率，降低热泵空调的运行能耗，实现高效的低温制热功能，提高热泵空调的工作效率和制热效果，具有广泛推广性。
5.本发明还利用现有室外换热器的结构，在室外换热器内部设置辅助发热软带，利用风扇将辅助发热软带的热量带动到室外换热器上，提高热泵空调融霜除冰的效率，进一步提高热泵空调的性能和使用寿命，降低热泵空调的运行能耗。
6.本发明根据废水的排出渠道，设置重力加热单元、水力加热单元和再加热单元组成废水再利用模块，通过楼层管道的废水下落时的重力效应、水力加热单元中的水力空化器的加热功能和再加热单元中涡环再热器的加热功能共同增加废水中的热量，通过换热器将这些热量用于室内辅热和融冰除霜，进一步提升资源的利用效率，降低热泵空调的运行能耗，具有广泛推广性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明涡环布风机构的放大示意图。
图3为本发明涡环布风机构布风时布风器的运动示意图。
图4为本发明涡环布风机构布风时布风器的受力示意图。
图5为本发明涡环布风机构布风时风在带凹槽的布风器上流动的示意图。
图6为本发明辅助融冰除霜单元的放大示意图。
图7为本发明辅热软带在网格板上的布置示意图。
图8为本发明蓄热循环单元的放大示意图。
图9为本发明第一集液器的放大示意图。
图10为本发明虹吸集液器的放大示意图。
图11为本发明弹性膜片的受力示意图。
图12为本发明盘管的放大示意图。
图13为本发明盘管或虹吸集液器中凹凸尖端的受力示意图。
图中，1-风管，2-布风器，3-第一弹簧，4-凹槽，5-室内换热器，6-室外换热器，7-四通换向阀，8-压缩机，9-节流阀，10-泵，11-喷淋头，12-湿度检测器，13-第一集液器，14-第二集液器，15-盘管，16-虹吸集液器，17-第一换热器，18-太阳能集热器，19-相变蓄热池，20-发生池，21-吸收池，22-辅热软带，23-网格板，24-风机，25-隔板，26-第二弹簧，27-弹性膜片，28-楼层废水管道，29-第二换热器，30-废水池，31-第三换热器，32-水力空化器，33-第四换热器，34-储热罐，35-涡环再热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明可根据热泵空调运行的实际需要，灵活调用制热模式空调室外机智能融霜***即空调模块、相变蓄热单元和融冰除霜单元；空化***换热辅热模块和建筑楼宇的雨水、污水辅热模块即废水再利用模块；太阳能储热辅热模块即太阳能换热单元；涡环柔性均匀布风***即空调模块中的涡环布风机构；虹吸扰动(制冷剂气液共存)***即蓄热循环单元和虹吸机构。而且本发明中各模块、单元和机构协同控制、同步耦合，可实现多功能自循环的智能匹配；可有效解决传统热泵型冷暖空调运行能耗大，适应环境温度范围较窄，且制热效果不理想等问题，进一步促进实现高效的低温制热功能，同时便于室内温湿度调节、促使室内温度场均匀恒定、提升空调房间的舒适性。
一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，包括空调模块、太阳能换热单元和废水再利用模块；空调模块包括：室内换热单元、室外换热单元和用于向室内布风的涡环布风机构；室内换热单元和室外换热单元循环相连通，构成基本的热泵空调温度调节循环回路；涡环布风机构与室内换热单元相连通，热泵空调温度调节回路通过涡环布风机构向室内均匀布风；太阳能换热单元分别与室外换热单元和废水再利用模块相连通；废水再利用模块与室内换热单元相连通。
具体的说，如图1所示，室内换热单元为室内换热器5，室外换热单元包括室外换热器6，室内换热单元和室外换热单元之间设有四通换向阀7、压缩机8和节流阀9，室内换热器5和室外换热器6为相同装置，均可以用来作为冷凝器或蒸发器，用于将制冷剂在气态和液态之间转换；室外换热器6通过四通换向阀7与室内换热器5的一端相连通，四通换向阀7用于改变液态制冷剂在室内换热器5和室外换热器6之间的流向，实现热泵空调在制冷和制热功能的相互转换；室内换热器5的另一端通过节流阀9与室外换热器6相连通，节流阀9通过改变节流截面或节流长度以控制流过的液态制冷剂的流量；四通换向阀7与压缩机8相连通，压缩机8用于将气态制冷剂压缩成为高压气体；室内换热器5、室外换热器6、四通换向阀7、压缩机8和节流阀9共同组成了热泵空调制调温循环回路。在热泵空调的制热工况下，室内换热器5作为冷凝器，室外换热器6作为蒸发器，室外换热器6从室外空气中吸热使室外换热器6中的液态制冷剂蒸发成气态制冷剂，室外换热器6经四通换向阀7将气态制冷剂通入压缩机8中压缩成高压气态制冷剂，压缩机8经四通换向阀7将高压气态制冷剂通入室内换热器5中，在室内换热器5内高压气态制冷剂放热液化成液态制冷剂并经节流阀9通入室外换热器6中进入下一个制冷剂的蒸发冷凝循环过程，而室内的空气进入室内换热器5中吸收高压气态制冷剂放出的热量，使进入室内换热器5中的空气温度升高成为高温空气；在热泵空调的制冷工况下，室内换热器5作为蒸发器，室外换热器6作为冷凝器，四通换向阀7调整制冷剂的流向，液态制冷剂在室内换热器5中蒸发吸收室内空气的热量蒸发成气态冷凝剂流入四通换向阀7进入制冷剂的蒸发冷凝循环回路，使室内换热器5中的空气温度降低成为低温空气。
如图2所示，涡环布风机构包括风管1和布风器2；风管1与室内换热单元中的室内换热器5相连通，风管1将室内换热器5中的高温或低温空气通入室内；布风器2通过第一弹簧3悬挂在风管1的出风口处，布风器2为圆环，布风器2和第一弹簧3结合扰乱风管1中流动的空气，使流动的高温或低温空气均匀的吹向风管1的各个出风口，提升了空调房间的舒适性。当然，在本发明的其他实施例中，布风器2也可以使用除第一弹簧3以外的其他构件固定连接在风管1上，布风器2可以设置成其他形状，只要达到目的即可。
在本实施例中，室内换热器5中的低温或高温空气吹入风管1，高温或低温空气运动到风管1的出口处时，如图3所示，高温空气或低温空气在风管1中流动时吹动布风器2，布风器2在高温空气或低温空气的吹动下沿风向发生偏移，并在第一弹簧3的拉动下与风管1上端形成一定的偏移角，布风器2在偏移晃动时对风管1风道中的高温空气或低温空气形成的风产生扰动效果，会改变风管1中高温空气或低温空气形成的风的风向，使高温空气或低温空气在吹到风管1的出风口处时方向均匀的吹入室内对室内进行降温或升温，进而使室内的温度均匀变化，进而使温湿度调节均衡、室内温度场均匀恒定，提升空调房间的舒适性。布风器2发生偏移时与风管1上端形成的偏移角和风管1内部吹入的高温空气或低温空气形成的风的风量有关，而在热泵空调的制热工况或制冷工况下，为了满足室内的用风需求，提升室内舒适度，风管1中吹出的风量应按照室内负荷布置，按照房间作用来估计室内负荷，其中室内负荷包括人员负荷、照明负荷以及设备负荷等，风量计算式为
Figure BDA0003075502580000081
此时若室内面积为30m2、人员密度6-8m2/人，则经计算风量为623m3/h，经过计算布风器2在此风量下的偏移角度为37°。如图4所示，当风未吹过来时，布风器2只受上方弹簧的弹力F，以及重力G，布风器处于平衡状态；当风吹过来时，布风器2所受到重力G不变，还受到风对其的推力F0，产生位置上的偏移，弹簧的弹力F与竖直方向成37°角，F·sin37°＝F0，F·cos37°＝G，此时，三力平衡。
如图2所示，风管1为半月形风管。当室内换热器5将高温或低温的空气经风管1吹入室内时，风管1的半月形结构内壁会对风管1中流动的风产生弹射作用，而流动的风受边界层的扰动，向四周流动，使风到达风管1的各个出风口处，从而使高温或低温空气均匀吹入室内，提升空调房间的舒适性。当然，在本发明的其他实施例中，风管1也可以使用其他形状的风管，只要达到目的即可。
如图5所示，布风器2上设置有多个贯穿的凹槽4，吹向布风器2的风从一个凹槽4穿入并从另一个凹槽4穿出。具体的说，如图5所示，当室内换热器5将高温或低温的空气经风管1吹入室内时，风管1中流动的风会穿过凹槽4，发生风向的变化，卷吸上扬，再从另一个凹槽4中吹出，此时，风的方向变化是随机的，这就让风管1中的风流动到风管1的各个出风口处，进而使风管1中的高温或低温空气均匀吹入室内，提升了空调房间的舒适性。当然，在本实施例中，为了更好的体现凹槽4对风向的改变效果，如图5所示，布风器2上一共设置了3个凹槽4，布风器2上也可以设置其他数量的凹槽4，只要达到目的即可。
如图1所示，太阳能换热单元包括第一换热器17和太阳能集热器18；第一换热器17和太阳能集热器18相连通，第一换热器17一端与室外换热器6连通，太阳能集热器18存储有水，太阳能集热器18吸收太阳的辐射能增加太阳能集热器18中的水的温度，太阳能集热器18中的水循环进出太阳能集热器18并流经第一换热器17，第一换热器17将从室外换热器6流入的液态制冷剂和从太阳能集热器18流入的水进行换热，提高液态制冷剂的温度，使液态制冷剂蒸发成气态制冷剂，第一换热器17的另一端通过泵10与压缩机8相连通，泵10将第一换热器7中蒸发后的气态制冷剂泵入压缩机8中参与到热泵空的制热工况中。在热泵空调的制热工况下，室外换热器6中的液态制冷剂在吸收室外空气的热量蒸发后会残留一部分液态制冷剂，通过设置第一换热器17和太阳能集热器18，利用太阳能这样的清洁能源，提高了这部分残留的液态制冷剂的温度，使其部分蒸发成气态制冷剂参与到热泵空调制热工况中，提高了液态制冷剂的蒸发效率，从而降低了热泵空调的能源消耗，拓宽了热泵空调调节温度的范围，实现了高效的低温制热功能。当然，在热泵空调制冷工况下或热泵空调不工作时，并不需要太阳能集热器18中的水进入第一换热器17中，因此，如图1所示，在第一换热器17和太阳能集热器18之间设置阀门K1，在热泵空调制热工况时，打开阀门K1，使太阳能集热器18中的热水进入第一换热器17中提高液态制冷剂的温度，进而提高液态制冷剂的蒸发效率，拓宽热泵空调调节温度的范围。
进一步的，废水再利用模块包括重力加热单元、水力加热单元和再加热单元，所述重力加热单元分别与室内换热单元和水力加热单元相连通，水力加热单元与太阳能换热单元相连通，水力加热单元通过再加热单元与室内换热单元相连通。
具体的说，如图1所示，重力加热单元包括楼层废水管道28、第二换热器29、废水池30和第三换热器31，楼层废水管道28、第二换热器29、废水池30顺序相连通，第二换热器29和第三换热器31相连通，第二换热器29位于楼层废水管道28的下方，第三换热器31存储有水并与室内换热器5相连通；楼层废水管道28收集楼层中住户的生活废水和楼顶上的雨水，由于重力作用，从楼层废水管道28中下落到第二换热器29中的生活废水或雨水具有热量，第二换热器29利用这部分热量提升第三换热器31中存储的水的温度，废水池30存储楼层废水管道28收集到的生活废水和雨水，第三换热器31将换热后具有一定热量的水与室内换热器中的空气进行换热，提高热泵空调的制热工况中室内换热器5通入风管1中的空气温度，有利于拓宽热泵空调的调节温度的范围，降低热泵空调的能源消耗。当然，并非任何时候都需要第三换热器31中的水与室内换热器5中的空气进行换热，因此，如图1所示，在第三换热器31和室内换热器5之间设置阀门K2，在第三换热器31的温度合适且热泵空调制热工况时，打开阀门K2，第三换热器31中的水与室内换热器5中的空气进行换热，提高室内室内换热器5通入风管1中的空气温度，降低热泵空调的能源消耗。
如图1所示，水力加热单元包括水力空化器32和第四换热器33；水力空化器32两端分别与废水池30和第四换热器33相连通，水力空化器32利用孔板或文丘里管等节流装置引起的水力空化，在水力反应器中转子在转轴带动下以空化转速旋转产生空化泡，通过空化泡从产生到溃灭过程中释放的能量，对从废水池30流入水力空化器32中的废水进行加热，提升水力空化器32中废水的温度水力空化器32中加热后的废水进入第四换热器33中；第四换热器33与太阳能集热器18相连通，第四换热器33中加热后的废水与太阳能集热器18中的水进行换热，提升太阳能集热器18中的水的温度，太阳能集热器18中升温后的水进入第一集热器17中，在热泵空调的制热工况下，第一换热器17将从室外换热器6流入的液态制冷剂和升温后的水进行换热，提高液态制冷剂的温度，使液态制冷剂蒸发成气态制冷剂；通过设置水力空化器32加热废水，对废水进行了二次利用，而且通过设置第四换热器33，进一步提高了太阳能集热器18中水的温度，进而提高了残留的液态制冷剂的温度，使其部分蒸发成气态制冷剂参与到热泵空调制热工况中，从而提高了液态制冷剂的转换效率，进而降低了热泵空调的能源消耗，拓宽了热泵空调调节温度的范围，实现了高效的低温制热功能。在本实施例中，在废水池30中的废水量不多时，第二换热器29使用率比较低，第三换热器31内的水的温度也比较低，无法提高室内换热器5中空气的温度，水力空化器32中也没有更多的废水，第四换热器33的也无法提升太阳能集热器18中的水的温度，因此，如图1所示，第三换热器31与水力空化器32之间设置阀门K3，打开阀门K3，使第三换热器31中的水进入水力空化器32中，恢复第四换热器33的功能，降低热泵空调的能源消耗。
如图1所示，再加热单元包括储热罐34和涡环再热器35，涡环再热器35为环形管状结构，在环形管状结构上设置有进风口和出风口，当空气进入由进风口进入时，速度较快，在管道内形成涡环进行旋转，涡环停止旋转后，空气的速度降低，动能减少，减少的这部分动能转换成热能提升了空气的温度；储热罐34一端与第四换热器33相连通，储热罐34中存储预存的有空气，储热罐34中的空气通入第四换热器33中换热，提升空气的温度；储热罐34的另一端通过涡环再热器35与室内换热器5相连通，为防止储热罐34中空气温度不高，储热罐34中经第四换热器33加热后的空气进入涡环再热器35进一步加热，空气的温度进一步提升，在热泵空调制热工况下，经涡环再热器35加热后的空气进入室内换热器5中，室内换热器5将这部分加热后的空气经风管1和2布风器均匀吹入室内用于提升室内温度，进一步拓宽热泵空调的调节温度的范围，降低热泵空调的能源消耗。在本实施例中，再加热单元只在热泵空调制热工况下工作，因此，在涡环再热器35和室内换热器5之间设置阀门K4，在热泵空调制热工况下，打开阀门K4，经涡环再热器35加热后的空气进入室内换热器5中进行室内辅热，在热泵空调制冷工况下，关闭阀门K4。
进一步的，太阳能换热单元通过相变蓄热单元和水力加热单元相连通，室外换热单元上设有融冰除霜单元和辅助融冰除霜机构，相变蓄热单元与融冰除霜单元相连通，融冰除霜单元与重力加热单元相连通。
热泵空调在制热工况下，室外换热器6是蒸发器，液态制冷剂在室外换热器6中吸收室外空气的热量，导致室外空气温度降低，在室外湿度比较大的时候，尤其像南方地区湿度特别大且冬季温度低的时候，热泵空调制热时室外温度的降低极易在室外换热器6上结冰结霜，室外换热器6上结出的冰霜不但会导致室外换热器6在蒸发液态制冷剂时的效率降低进而导致热泵空调的工作效率降低，而且室外换热器6上结冰结霜也容易降低使用寿命，增加使用成本。因此，本实施例设置融冰除霜单元、相变蓄热单元和辅助融冰除霜机构，三者结合使用，当室外换热器6的室外湿度到达容易出现冰霜的程度时，对室外换热器6进行融冰除霜，促进热泵空调***能够稳定可靠运行，提升***高效节能与可靠运行的统一。
具体的说，如图1所示，相变蓄热单元包括相变蓄热池19、发生池20和吸收池21，发生池20和吸收池21均位于相变蓄热池19内部，太阳能集热器18经发生池20与第四换热器33连通，相变蓄热池19与融冰除霜单元连通。在本实施例中，发生池20中放置有氯化钙-甲醇工质对，吸收池21中放置有无水CaCl2。融冰除霜单元包括喷淋头11和湿度检测器12，喷淋头11位于室外换热器6的上方并与相变蓄热池19连通，湿度检测器12位于室外换热器6的内部。融冰除霜单元的喷淋头11与废水再利用模块的第三换热器31相连通。湿度检测器12根据热泵空调制热模式时室外换热器6使用场景设置湿度阈值，当湿度检测器12在检测到室外换热器6外部湿度达到阈值时，发生池20可以与太阳能集热器18中的热水和第四换热器33中的热水进行换热，换热后发生池20中氯化钙-甲醇工质对吸热发生解离反应，放出高温的甲醇蒸汽，高温的甲醇蒸汽经喷淋头11喷淋在室外换热器6上进行融冰除霜。第三换热器31中经第二换热器29换热后的热水也可以经喷淋头11喷淋在室外换热器6上进行融冰除霜。当然，在本实施例中，为了控制融冰除霜单元在湿度检测器12检测湿度到达阈值时进行融冰除霜，如图1所示，在太阳能集热器18和发生池20之间设置阀门K5，在发生池20和喷淋头11之间设置阀门K6，在第三换热器31和喷淋头11之间设置阀门K7，在湿度检测器检测到湿度到达阈值时，打开阀门K5、阀门K6和阀门K7，发生池20中的甲醇蒸汽和第三换热器31中的热水从喷淋头11中喷淋到室外换热器6上进行融冰除霜。
如图6所示，辅助融冰除霜机构包括辅热软带22和网格板23，室内换热器6内设有风机24；网格板23位于室内换热器6的风机24后方；如图7所示，网格板23上挂接有多个辅热软带22。在本实施例中，散发热量使用的是辅热软带22，在本发明的其他实施例中，也可以是其他散发热量的装置；在本实施例中，网格板23上挂接有6个辅热软带22，在本发明的其他实施例中，也可以挂接其他数量的辅热软带22；在本实施例中，发热软带22内的物质为NaSO4·10H2O粉末和Fe粉末，NaSO4·10H2O粉末和Fe粉末发生化学反应后产生热量，在本发明的其他实施例中，也可以使用其他物质。当室外换热器6上产生冰霜时，风机24将辅热软带22上产生的热量吹到室外换热器6上进行融冰除霜。
具体的说，如图1和图8所示，蓄热循环单元包括第一集液器13、第二集液器14和盘管15，第一集液器13和第二集液器14分别设置在室外换热器6的两端，盘管15设置在室外换热器6的内部，盘管15的两端分别与第一集液器13和第二集液器14相连通，第一集液器13与第二集液器14相连通；如图1所示，虹吸机构包括虹吸集液器16，虹吸集液器16与第一集液器13相连通；虹吸集液器16与太阳能换热单元中的第一换热器17相连通。盘管15用于放置液态制冷剂，在热泵空调的制热工况下，液态制冷剂在盘管15内吸热部分蒸发成气态制冷剂，这部分气液混合制冷剂进入第一集液器13中；气态制冷剂经第一集液器13流向四通换向阀7参与到热泵空调的制热模式中，液态制冷剂经第一集液器13分成两路，一路经第二集液器14再次进入盘管15继续吸热蒸发，一路进入虹吸集液器16，虹吸集液器16位于第一集液器13下方，由于重力效应，液态制冷剂部分吸热蒸发成气态制冷剂上升经第一集液器13流向四通换向阀7参与到热泵空调的制热模式中；剩余的液态制冷剂进入第一换热器17中，开启阀门K1，换热后的热水流入第一换热器17中与第一换热器17中残留的液态制冷剂进行换热，残留的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，这部分气态制冷剂由泵10泵入压缩机8，经压缩机8和四通换向阀7进入室内换热器5中进行室内辅热。本实施例通过设置以上多种方式增加液态制冷剂在热泵空调制热工况下的蒸发转换效率，进而增加了热泵空调制热效率，进一步提高了液态制冷剂转换为气态制冷剂的比率，拓宽了热泵空调制热工况下的温度调节范围，实现了热泵空调高效的低温制热功能。
进一步的，在本实施例中，如图9所示，第一集液器13内壁上由上到下交错设置有隔板25，进入第一集液器13中的液态制冷剂与微型隔板25发生交替碰撞，碰撞产生热量，液态制冷剂温度升高，一部分液态制冷剂吸热发生蒸发转换为气态制冷剂，气态制冷剂经四通换向阀7参与到热泵空调制热过程中。本实施例通过上述结构设置，进一步提高了液态制冷剂转换为气态制冷剂的比率，降低了热泵空调的运行能耗，实现了高效的低温制热功能，提高了热泵空调的工作效率和制热效果。
如图10所示，虹吸集液器16内部顶端通过第二弹簧26连接有弹性膜片27，，当液态制冷剂从第一集液器13滴入虹吸集液器16中时撞击到弹性膜片27上，在液态制冷剂液滴的撞击下，弹性膜片27发生倾斜，偏移，如图11所示，弹性膜片27受上方第二弹簧26的拉力Fa、重力G2、液滴对其有一定的冲击力Fs，与竖直方向成α。冲击力Fs的水平分力为Fs1＝Fssinα，竖直分力为Fs2＝Fscosα，由于Fa＝Fs2+G2＝Fscosα+G2，所以竖直方向合力为0，水平方向上弹性膜片27所受的的力只有Fs2，所以弹性膜片27在水平方向上受到液滴冲击力的分力，从而产生位置上的倾斜和偏移，增强了虹吸集液器16内液态制冷剂的扰动，使液体制冷剂一部分吸热转化为气态制冷剂，转换后的气态制冷剂经第一集液器13和四通换向阀7进入压缩机8中压缩参与到热泵空调制热过程中。本实施例通过上述结构设置，进一步提高了液态制冷剂转换为气态制冷剂的比率，降低了热泵空调的运行能耗，实现了高效的低温制热功能，提高了热泵空调的工作效率和制热效果。
如图10和图12所示，盘管15和虹吸集液器16内壁设置为褶皱状结构，是一个接一个微小的不规则的凸起尖端交错排列。如图13所示，当液态制冷剂在盘管15中流动或虹吸集液器16内壁表面流动时，取盘管内壁一个凹凸尖端表面上的液滴进行受力分析，液滴受竖直向下的重力G1，垂直于凹凸表面向上的表面支持力F1，凹凸表面对其的产生的摩擦力F2，沿斜面向上，液滴的惯性力f，沿斜面向下。表面支持力F1的法向应力为F11，切向应力为F12。摩擦力F2法向应力为F21，切向应力为F22。液滴的惯性力f法向应力为f1，切向应力为f2。F11＝F1sinθ，F12＝F1cosθ，F21＝F2cosθ，F22＝F2sinθ，f1＝fcosθ，f1＝fsinθ，由于F11+F21＝F1sinθ+F2cosθ＝fsinθ+G1＝f2+G1，所以竖直方向合力F3＝0，由于F12+f1＝F1cosθ+fcosθ>F2sinθ＝F22，所以水平方向的合力F4＝ΔF＝F12+f1-F22＝F1cosθ+fcosθ-sinθ，由于只在水平方向上存在合力，盘管15和虹吸集液器16内壁褶皱状结构上这些凸起尖端增强了液态制冷剂液体的循环扰动，形成涡旋，提高了液态制冷剂的温度。本实施例通过上述结构设置，提高了液态制冷剂在盘管15和虹吸集液器16内吸收外部空气热量转换为气态制冷剂的效率，进一步提高了液态制冷剂转换为气态制冷剂的比率，进一步实现高效的低温制热功能，提高热泵空调的工作效率和制热效果。
本发明提供了以下五种降低热泵空调能耗的房间辅热模式，可自由组合，协同配合，提高热泵空调制热效率，提高液态制冷剂转换为气态制冷剂的比率，共同实现热泵空调高效的低温制热功能。
第一种房间辅热模式，冬天晴天有太阳，如图1所示，在室外换热器6中的液态制冷剂在吸收室外空气的热量转换为气态制冷剂的过程中，由于转换率的存在，室外换热器6作为蒸发器时，盘管15中的液态制冷剂总会有部分残留，只有部分液态制冷剂吸热蒸发为气态制冷剂，气态制冷剂和残留的液态制冷剂分成两路；一路是气态制冷剂经第一集液器13、四通换向阀7和压缩机8进入作为冷凝器的室内换热器5中进行室内辅热；另一路残留的部分液态制冷剂一部分经第二集液器14再次进入盘管15继续吸热蒸发。另一路进入虹吸集液器16中，虹吸集液器16中制冷剂成气液混合状态，气态制冷剂经第一集液器13流向四通换向阀7，液态制冷剂进入第一换热器17中，此时打开阀门K1，太阳能集热器18中的热水也流入第一换热器17中，热水与残留的液态制冷剂进行换热，残留的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，这部分气态制冷剂由泵10泵入压缩机8，经压缩机8和四通换向阀7进入室内换热器5中进行室内辅热。
第二种房间辅热模式，冬季雨天，楼层的生活废水或雨水经楼层废水管道28进入第二换热器29，由于楼层高度，废水在下落至第二换热器29时由于重力作用温度急剧升高，此时，第三换热器31中预存的水流入第二换热器29与温度升高后的废水进行换热，换热后温度升高的水流回第三换热器31中，换热后温度降低的废水流入废水池30中存储，循环往复，使得第三换热器31中存储有温度较高的水，开启阀门K2，室内换热器5将室内空气通入第三换热器31中与温度升高的水进行换热，通入第三换热器31中的空气温度升高后返回室内换热器5中，室内换热器5再将高温空气经风管1均匀通入室内进行辅热。
第三种房间辅热模式，冬季雨天无太阳，此时太阳能集热器18无法工作，而废水池30中储存有废水，废水流入水力空化器32中，水力空化器32对废水进行加热，加热后的废水流入第四换热器33中，开启阀门K2，太阳能集热器18中的水流入第四换热器33中与温度升高的废水进行换热，开启阀门K1，换热后的热水流入第一换热器17中与第一换热器17中残留的液态制冷剂进行换热，残留的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，这部分气态制冷剂由泵10泵入压缩机8，经压缩机8和四通换向阀7进入室内换热器5中进行室内辅热。
第四种房间辅热模式，冬季雨天，由废水池30进入水力空化器32中加热后的废水在第四换热器33中与储热罐34中预存的空气进行换热，换热后的空气储存在储热罐34中，使用涡环再热器35对储热罐34中的空气进行加热，然后开启阀门K4，加热后的空气由室内换热器5经风管1均匀通入室内进行辅热，室内换热器5还将室内低温空气通入储热罐34中进行补充，组成循环回路。
第五种房间辅热模式，冬季晴天，废水池30里的水不够水力空化器32使用时，打开阀门K2和阀门K3，第三换热器31中的水进入水力空化器32中加热，加热后的水进入第四换热器33中与储热罐34中预存的空气和太阳能集热器18中的水换热，换热后的水回到水力空化器32中继续加热；开启阀门K4，换热后的空气储存在储热罐34中经涡环再热器35进入室内换热器5中进行室内辅热；开启阀门K1，太阳能集热器18中换热后的水流入第一换热器17中与第一换热器17中残留的液态制冷剂进行换热，残留的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，这部分气态制冷剂由泵10泵入压缩机8，经压缩机8和四通换向阀7进入室内换热器5中进行室内辅热。
本发明提供了以下三种融冰除霜方式进行室外换热器6上的融冰除霜，以下三种融冰除霜模式根据热泵空调的工作场景适应性选择并且可以自由组合进行工作，促进热泵空调***能够稳定可靠运行，提升***高效节能与可靠运行的统一。
第一种融冰除霜模式，当湿度检测器12检测到室外换热器6外部湿度达到阈值时，在有阳光的天气下，太阳能集热器18中的水温度升高，开启阀门K5，热水流经发生池20中，导致发生池20中氯化钙-甲醇工质对受热放出高温的甲醇蒸汽，打开阀门K6，高温的甲醇蒸汽经喷淋头11喷淋在室外换热器6上进行融冰除霜。
第二种融冰除霜模式，当湿度检测器12检测到室外换热器6外部湿度达到阈值时，在无阳光的天气下，太阳能集热器18无法工作，此时关闭阀门K5，相变蓄热池19中的水进入第四换热器33中与由水力空化器32进入第四换热器33中的热水进行换热，换热后的高温水流经发生池20中，导致发生池20中氯化钙-甲醇工质对受热放出高温的甲醇蒸汽，打开阀门K6，高温的甲醇蒸汽经喷淋头11喷淋在室外换热器6上进行融冰除霜。
第三种融冰除霜模式，当湿度检测器12检测到室外换热器6外部湿度达到阈值时，还可以打开阀门K7，第三换热器31中的热水经喷淋头11喷淋在室外换热器6上进行融冰除霜。
本发明上述实施例一共提供了五种房间辅热模式和三种融冰除霜模式，这八种模式可自由组合进行工作，促进热泵空调***能够稳定可靠运行，提升***高效节能与可靠运行的统一。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，其特征在于，包括空调模块、太阳能换热单元和废水再利用模块；所述空调模块包括：室内换热单元、室外换热单元和用于向室内布风的涡环布风机构，所述室内换热单元和室外换热单元循环相连通，所述涡环布风机构与室内换热单元相连通；所述太阳能换热单元分别与室外换热单元和废水再利用模块相连通，所述废水再利用模块与室内换热单元相连通。
2.根据权利要求1所述的涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，其特征在于，所述涡环布风机构包括风管（1）和布风器（2），所述布风器（2）通过第一弹簧（3）悬挂在风管（1）的出风口处；所述风管（1）为半月形风管；布风器（2）为圆环，布风器（2）上设置有多个贯穿的凹槽（4），吹向布风器（2）的风从一个凹槽（4）穿入并从另一个凹槽（4）穿出。
3.根据权利要求1或2所述的涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，其特征在于，所述废水再利用模块包括重力加热单元、水力加热单元和再加热单元，所述重力加热单元分别与室内换热单元和水力加热单元相连通，水力加热单元与太阳能换热单元相连通，水力加热单元通过再加热单元与室内换热单元相连通。
4.根据权利要求3所述的涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，其特征在于，所述太阳能换热单元通过相变蓄热单元和水力加热单元相连通，所述室外换热单元上设有融冰除霜单元，所述相变蓄热单元与融冰除霜单元相连通，融冰除霜单元与重力加热单元相连通；所述室外换热单元上还设有蓄热循环单元和虹吸机构，蓄热循环单元通过虹吸机构与太阳能集热单元相连通。
5.根据权利要求4所述的涡环布风式同步多功能循环热泵空调***，其特征在于，所述室内换热单元和室外换热单元之间设有四通换向阀（7）、压缩机（8）和节流阀（9），室内换热单元包括室内换热器（5），室外换热单元包括室外换热器（6）；所述室外换热器（6）通过四通换向阀（7）与室内换热器（5）的一端相连通，室内换热器（5）的另一端通过节流阀（9）与室外换热器（6）相连通，四通换向阀（7）与压缩机（8）相连通；室内换热器（5）与涡环布风机构的风管（1）相连通，压缩机（8）与太阳能换热单元相连通，室外换热器（6）与融冰除霜单元相连通；太阳能换热单元包括第一换热器（17）和太阳能集热器（18）；所述第一换热器（17）一端与太阳能集热器（18）相连通，第一换热器（17）另一端分别与室外换热器（6）和压缩机（8）相连通，压缩机（8）和第一换热器（17）之间设有泵（10）。
6.根据权利要求4或5所述的涡环布风式同步多功能热泵空调***，其特征在于，所述融冰除霜单元包括喷淋头（11）和湿度检测器（12）；所述喷淋头（11）位于室外换热器（6）上方，喷淋头（11）与相变蓄热单元相连通，所述湿度检测器（12）设置在室外换热器（6）内部；所述蓄热循环单元包括第一集液器（13）、第二集液器（14）和盘管（15），所述第一集液器（13）和第二集液器（14）分别设置在室外换热器（6）的两端，所述盘管（15）设置在室外换热器（6）的内部，盘管（15）的两端分别与第一集液器（13）和第二集液器（14）相连通，第一集液器（13）与第二集液器（14）相连通；所述虹吸机构包括虹吸集液器（16），所述虹吸集液器（16）与第一集液器（13）相连通，虹吸集液器（16）与太阳能换热单元相连通。
7.根据权利要求6所述的涡环布风式同步多功能热泵空调***，其特征在于，所述相变蓄热单元包括相变蓄热池（19）、发生池（20）和吸收池（21），所述发生池（20）和吸收池（21）均位于相变蓄热池（19）内部，发生池（20）分别与水力加热单元和太阳能集热器（18）相连通，发生池（20）与融冰除霜单元的喷淋头（11）相连通。
8.根据权利要求7所述的涡环布风式同步多功能热泵空调***，其特征在于，所述第一集液器（13）内壁上由上到下交错设置有隔板（25）；所述虹吸集液器（16）内部顶端通过第二弹簧（26）连接有弹性膜片（27）；所述虹吸集液器（16）和盘管（15）内壁均设置有多个交错排列的凸起尖端组成的褶皱状结构。
9.根据权利要求8所述的涡环布风式同步多功能热泵空调***，其特征在于，所述室外换热单元上还设有辅助融冰除霜机构，辅助融冰除霜机构包括辅热软带（22）和网格板（23），室内换热器（6）内设有风机（24）；网格板（23）位于室内换热器（6）的风机（24）后方，网格板（23）上挂接有多个辅热软带（22）。
10.根据权利要求4、7-9任意一项所述的涡环布风式同步多功能热泵空调***，其特征在于，所述重力加热单元包括楼层废水管道（28）、第二换热器（29）、废水池（30）和第三换热器（31），所述第二换热器（29）位于楼层废水管道（28）的下方，楼层废水管道（28）通过第二换热器（29）与废水池（30）相连通，废水池（30）与水力加热单元相连通，第三换热器（31）分别与第二换热器（29）、水力加热单元、室内换热单元的室内换热器（5）和融冰除霜单元的喷淋头（11）相连通；水力加热单元包括水力空化器（32）和第四换热器（33），所述水力空化器（32）分别与废水池（30）、第三换热器（31）和第四换热器（33）相连通，第四换热器（33）分别与相变蓄热单元的发生池（20）和再加热单元相连通；再加热单元包括储热罐（34）和涡环再热器（35），所述储热罐（34）一端与第四换热器（33）相连通，储热罐（34）的另一端通过涡环再热器（35）与室内换热器（5）相连通。
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